JP2012172769A

JP2012172769A - 空気ばね装置

Info

Publication number: JP2012172769A
Application number: JP2011035696A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Toyama; 章彦外山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: JP5703058B2

Abstract

【課題】上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位したときに、筒状膜部材に折れ皺が発生するのを抑えること。
【解決手段】上部材２および下部材３と、これらの両部材に両開口端部４ａ、４ｂが各別に連結されて封止された筒状膜部材４と、を備え、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材４の水平方向のばね定数は、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下である空気ばね装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば鉄道車両等の車体と台車との間に配設される空気ばね装置に関する。

従来から、この種の空気ばね装置として、例えば下記特許文献１に示されるような、上部材および下部材と、これらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材と、を備える構成が知られている。

特開２００８−１１５９５９号公報

ところで近年、例えば当該空気ばね装置を採用する鉄道車両が、大きくカーブする線路上を高速で走行すること等があり、このような場合、空気ばね装置の上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位することとなる。すると、筒状膜部材が水平方向に大きく変形し、筒状膜部材における上側の上開口端部と下側の下開口端部とが、例えば約８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度、水平方向に相対的に変位する。
しかしながら、前記従来の空気ばね装置では、上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位して、筒状膜部材が水平方向に大きく変形させられたときに、筒状膜部材に折れ皺が発生し易いという問題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位したときに、筒状膜部材に折れ皺が発生するのを抑えることができる空気ばね装置を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る空気ばね装置は、上部材および下部材と、これらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材と、を備える空気ばね装置であって、前記筒状膜部材の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材の水平方向のばね定数は、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下であることを特徴とする。

この発明によれば、筒状膜部材の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材の水平方向のばね定数が、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下となっているので、上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位したときに、筒状膜部材に折れ皺が発生するのを抑えることが可能で、かつ筒状膜部材の耐久性を良好に維持することができる。

すなわち、筒状膜部材の内圧が３００ｋＰａの状態で、筒状膜部材の水平方向のばね定数が３５Ｎ／ｍｍよりも小さい場合、および５５Ｎ／ｍｍよりも大きい場合はいずれも、上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位して、筒状膜部材が水平方向に大きく変形させられたときに、筒状膜部材に折れ皺が発生するおそれがある。

ところで、筒状膜部材における同一箇所に繰り返し折れ皺が発生すると、この折れ皺の発生部分に損傷が生じやすくなるため、上部材と下部材との水平方向の相対的な変位時に筒状膜部材に折れ皺が発生する場合、上部材と下部材とが繰り返し変位することで、筒状膜部材が早期に寿命に至るおそれがある。
しかしながら、当該空気ばね装置では、前述のように筒状膜部材に折れ皺が発生するのを抑えることができるので、筒状膜部材の寿命を確保し易くすることができる。

本発明に係る空気ばね装置によれば、上部材と下部材とが水平方向に相対的に大きく変位したときに、筒状膜部材に折れ皺が発生するのを抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る空気ばね装置の縦断面図である。図１に示す空気ばね装置を構成する筒状膜部材の拡大縦断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る空気ばね装置を説明する。
図１に示すように、空気ばね装置１は、上部材２および下部材３と、これらの両部材２、３に両開口端部４ａ、４ｂが各別に連結されて封止された筒状膜部材４と、を備えている。該空気ばね装置１は、例えば鉄道車両等の図示されない車体と台車との間に配設されており、これらの車体および台車のいずれか一方が上部材２に連結され、いずれか他方が下部材３に連結される。

下部材３は、内圧が３００ｋＰａとされたときの筒状膜部材４よりも上下方向および水平方向の各ばね定数が高い筒状の補助弾性体６と、補助弾性体６上に配置された下面板７と、を備えている。
ここで筒状膜部材４、補助弾性体６および下面板７の各中心軸線は、共通軸上に位置している。以下では、この共通軸を軸線Ｏという。該軸線Ｏは、上下方向に沿って延在している。

補助弾性体６の水平方向のばね定数は、例えば２５０Ｎ／ｍｍ以上３５０Ｎ／ｍｍとなっている。この補助弾性体６は、環状の下基板８および上基板９と、これら両基板８、９、の間に上下方向に交互に配置された環状のゴム板１０および金属板１１と、を備える積層ゴムにより構成されている。下基板８、上基板９、ゴム板１０および金属板１１は、軸線Ｏと同軸に配置されるとともに、下基板８、上基板９および金属板１１と、ゴム板１０と、は互いに加硫接着されている。

該補助弾性体６のうち、上基板９上には、下面板７が配置され固定されるとともに、下面板７には、前記車体および台車のいずれか一方が連結されている。
また、補助弾性体６を構成する各部材の外径のうち、上基板９の外径が最大になっているとともに、下基板８の内径が最小になっており、下基板８内には、内部が上下方向の両側に向けて開口して補助弾性体６内に連通する連通筒部１２が嵌合されている。連通筒部１２において下基板８から下方に突出する部分には、例えば、ダイヤフラム内に気体を給排する図示しない気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。

下面板７の外径は上基板９の外径よりも小さくなっており、下面板７は、補助弾性体６の上基板９に固定ボルト１３により上方から固定されている。
さらに下面板７には、補助弾性体６内と筒状膜部材４内とを連通する給排孔１４が、上下方向に沿って貫設されている。該給排孔１４は、軸線Ｏと同軸に配置されており、補助弾性体６内を通して連通筒部１２内に連通している。

ここで、補助弾性体６の上基板９において下面板７よりも外周側に位置する外周縁部は、環状のゴム座１５により上方および側方から被覆されている。ゴム座１５の内周縁は、下面板７と補助弾性体６の上基板９との間に挟持されている。

上部材２は、外径が筒状膜部材４の外径よりも大きく、水平方向の中央部が下方に向けて張り出された上面板１６と、上面板１６において中央部よりも外周側に位置する外周側部分を被覆する環状のゴム膜１７と、上面板１６における水平方向の中央部を上下方向に貫通し、筒状膜部材４内と外部とを連通する貫通筒部１８と、を備えている。これらの上面板１６、ゴム膜１７および貫通筒部１８は、軸線Ｏと同軸に配置されている。

上面板１６は、車体および台車のいずれか他方に連結されている。また、上面板１６における水平方向の中央部と、ゴム膜１７と、の間には、水平方向の隙間があいている。
貫通筒部１８の上端部は、上面板１６より上方に突出している。該貫通筒部１８の上端部には、例えば、前述した気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。

筒状膜部材４の両開口端部４ａ、４ｂのうち、上側の上開口端部４ａは、上面板１６における水平方向の中央部に気密に外嵌されるとともに、該中央部とゴム膜１７との間の隙間に配置されている。また両開口端部４ａ、４ｂのうち、下側の下開口端部４ｂは、下面板７に気密に外嵌されるとともに、ゴム座１５上に配置されている。

また筒状膜部材４において上開口端部４ａと下開口端部４ｂとの間に位置する中間部分４ｃは、補助弾性体６の上基板９よりも水平方向の外側に膨出しており、該中間部分４ｃは、ゴム座１５を介して補助弾性体６の上基板９に上方および側方から当接するとともに、ゴム膜１７を介して上面板１６に下方から当接している。

ここで筒状膜部材４は、可撓性を具備しており、例えば弾性体材料、好ましくはゴム材料などで形成されている。本実施形態では図２に示すように、筒状膜部材４は、複数層のゴム層２１、２２、２３が積層されてなり、筒状膜部材４の膜厚Ｔは、例えば５ｍｍ以上７ｍｍ以下となっている。
また筒状膜部材４は、ゴム層２１、２２、２３として、内層ゴム２１および外層ゴム２２と、これらの両ゴム層２１、２２の間に挟み込まれるとともに、複数の補強コード２４が打ち込まれることにより補強された補強層２３と、を備えている。

補強層２３は複数層、図示の例では２層備えられている。各補強層２３における補強コード２４は、例えば有機繊維などにより形成されており、補強コード２４の打ち込み本数は、例えば６本／１ｃｍ以上８本／１ｃｍ以下であり、補強コード２４の外径は、例えば０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下となっている。

そして本実施形態では、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材４の水平方向のばね定数は、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下となっている。

以上説明したように、本実施形態に係る空気ばね装置１によれば、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材４の水平方向のばね定数が、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下となっているので、上部材２と下部材３とが水平方向に相対的に大きく変位したときに、筒状膜部材４に折れ皺が発生するのを抑えることが可能で、かつ筒状膜部材４の耐久性を良好に維持することができる。

すなわち、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態で、筒状膜部材４の水平方向のばね定数が３５Ｎ／ｍｍよりも小さい場合、および５５Ｎ／ｍｍよりも大きい場合はいずれも、上部材２と下部材３とが水平方向に相対的に大きく変位して、筒状膜部材４が水平方向に大きく変形させられたときに、筒状膜部材４に折れ皺が発生するおそれがある。

ところで、筒状膜部材４における同一箇所に繰り返し折れ皺が発生すると、この折れ皺の発生部分に損傷が生じやすくなるため、上部材２と下部材３との水平方向の相対的な変位時に筒状膜部材４に折れ皺が発生する場合、上部材２と下部材３とが繰り返し変位することで、筒状膜部材４が早期に寿命に至るおそれがある。
しかしながら、当該空気ばね装置１では、前述のように筒状膜部材４に折れ皺が発生するのを抑えることができるので、筒状膜部材４の寿命を確保し易くすることができる。

なお、補強コード２４の打ち込み本数や外径を調整することにより、筒状膜部材４の水平方向のばね定数を変化させる場合、筒状膜部材４の外形状を変更させることなくばね定数を変化させることができるので、例えば当該空気ばね装置１の試作評価などを低コストで行うことができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、筒状膜部材４の膜厚Ｔ、補強層２３における補強コード２４の打ち込み本数、および補強コード２４の外径は、前記実施形態に示されたものに限られず、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材４の水平方向のばね定数が、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下であれば、適宜変更することが可能である。

また前記実施形態では、補助弾性体６は、積層ゴムにより構成されているものとしたが、内圧が３００ｋＰａとされたときの筒状膜部材４よりも上下方向および水平方向の各ばね定数が高い他の構成に適宜変更することができる。例えば、下基板８と、上基板９と、およびこれらの両基板８、９の間に配設されて両基板８、９に加硫接着された筒状の弾性部材と、を備える構成を採用してもよい。
さらに、補助弾性体６はなくてもよい。この場合、下部材３が下面板７および上基板９からなる構成であってもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

次に、以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。
本検証試験では、実施例１〜３および比較例１、２の５種類の空気ばね装置１を用いた。これらの空気ばね装置１は、筒状膜部材４の内圧が３００ｋＰａの状態での筒状膜部材４の水平方向のばね定数を、下記表１に示す各値となるように互いに異ならせ、他の構成を同一のものとした。

そして、実施例１〜３および比較例１、２のそれぞれについて、変位試験および耐久性試験を行った。

変位試験では、空気ばね装置１に、周波数が０．３Ｈｚの振動を加え、上部材２と下部材３とを水平方向に相対的に変位させることにより筒状膜部材４を水平方向に変形させ、筒状膜部材４の折れ皺の有無を観察した。なお加振時に、筒状膜部材４の上開口端部４ａと下開口端部４ｂとを、水平方向に相対的に±１００ｍｍ変位させた。

耐久性試験では、空気ばね装置１における筒状膜部材４の内圧を２００ｋＰａとした。そして空気ばね装置１に、周波数が０．３Ｈｚの振動を、３０万回加えて上部材２と下部材３とを水平方向に相対的に変位させることにより筒状膜部材４を水平方向に変形させた。加振時には、水平方向のうち、空気ばね装置１の前記軸線Ｏと平行に延在する仮想軸回りに周回する方向に、筒状膜部材４の上開口端部４ａと下開口端部４ｂとを、相対的に±１００ｍｍ変位させた。なお、前記軸線Ｏと前記仮想軸との水平方向に沿った距離は、８００ｍｍとした。

結果を表１に示す。

表１より、変位試験において、実施例１〜３では、筒状膜部材４への折れ皺の発生が抑えられた一方で、比較例１および２では、筒状膜部材４に折れ皺が発生したことが確認された。

なお比較例１では、筒状膜部材４の水平方向のばね定数が３５Ｎ／ｍｍよりも小さいことから、筒状膜部材４の剛性が低くなっており、筒状膜部材４が変形し易くなっている。そのため、筒状膜部材４が水平方向に大きく変形させられたときに、折れ皺が発生し易くなっている。
また比較例２では、筒状膜部材４の水平方向のばね定数が５５Ｎ／ｍｍよりも大きいことから、筒状膜部材４の剛性が高くなっており、柔軟性が低くなっている。そのため、筒状膜部材４が水平方向に大きく変形させられたときに、折れ皺が発生し易くなっている。

また耐久性試験において、実施例１〜３では、耐久性が良好に維持された一方で、比較例１および２では、筒状膜部材４が折れ皺の発生部分を起点にパンクしたことが確認された。

１空気ばね装置
２上部材
３下部材
４筒状膜部材
４ａ、４ｂ開口端部

Claims

上部材および下部材と、
これらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材と、を備える空気ばね装置であって、
前記筒状膜部材の内圧が３００ｋＰａの状態で、該筒状膜部材の水平方向のばね定数は、３５Ｎ／ｍｍ以上５５Ｎ／ｍｍ以下であることを特徴とする空気ばね装置。