JP2013108558A - Air spring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両等に用いられる空気ばねに関するものである。 The present invention relates to an air spring used for a railway vehicle or the like.
従来、鉄道車両等に用いられる空気ばねとしては、特許文献1の図5に示すように、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方で車輪側に配置される下面板と、上面板及び下面板にわたって配備されるゴム製の可撓部材(ベローズ)と、下面板と車輪側の支持フレームとの間に介装される積層ゴムとを備えたものが知られている。上記積層ゴムは車体の上下方向の変動を規制するものである。積層ゴムは、一般的に、ゴム層と鋼板とを交互に積層したものが用いられる。 Conventionally, as an air spring used in a railway vehicle or the like, as shown in FIG. 5 of Patent Document 1, an upper surface plate attached to a vehicle body of a vehicle, a lower surface plate disposed on a wheel side below the upper surface plate, 2. Description of the Related Art A known example includes a rubber flexible member (bellows) provided over a lower surface plate and a laminated rubber interposed between the lower surface plate and a wheel-side support frame. The laminated rubber regulates fluctuations in the vertical direction of the vehicle body. As the laminated rubber, generally laminated rubber layers and steel plates are alternately used.
上記積層ゴムの頂部には頂板が設けられており、下面板は頂板に固定される。より詳しくは、下面板には可撓部材の下端部のビード部を嵌合するビード受部が形成され、ビード受部よりも半径方向内側にはボルトが挿通可能な貫通孔が形成される。 A top plate is provided on the top of the laminated rubber, and the bottom plate is fixed to the top plate. More specifically, a bead receiving portion that fits a bead portion at the lower end of the flexible member is formed on the lower surface plate, and a through-hole through which a bolt can be inserted is formed radially inward of the bead receiving portion.
また、頂板において、下面板の貫通孔に対応する位置にはボルトを螺合するねじ穴が形成されており、下面板と頂板とを接合させた状態で、ボルトを下面板の貫通孔に挿通して頂板のねじ穴に螺合することで、下面板が積層ゴムに固定される。可撓部材の内部には空気が供給されて加圧状態に維持される。空気ばねは、加圧空気で膨らんだ可撓部材及び積層ゴムによって、上下方向の荷重や振動に対して緩衝機能を発揮するように構成される。 In addition, a screw hole for screwing a bolt is formed at a position corresponding to the through hole of the bottom plate in the top plate, and the bolt is inserted into the through hole of the bottom plate with the bottom plate and the top plate joined. Then, the lower surface plate is fixed to the laminated rubber by being screwed into the screw hole of the top plate. Air is supplied to the inside of the flexible member and maintained in a pressurized state. The air spring is configured to exhibit a buffering function against a load and vibration in the vertical direction by a flexible member and a laminated rubber swelled with pressurized air.
上述のごとく、可撓部材の内部は加圧状態に維持されるため、上面板及び下面板を含めて可撓部材全体として気密性を備えることが必要とされる。ところが、特許文献1においては、可撓部材の気密性に関係する下面板部分にボルトの挿通孔が形成されているため、加圧空気がこの挿通孔を通って下面板と頂板の間の隙間から漏れるおそれがあった。 As described above, since the inside of the flexible member is maintained in a pressurized state, the entire flexible member including the upper surface plate and the lower surface plate needs to be airtight. However, in Patent Document 1, since the bolt insertion hole is formed in the lower surface plate portion related to the airtightness of the flexible member, the pressurized air passes through the insertion hole from the gap between the lower surface plate and the top plate. There was a risk of leakage.
そのため、従来は、下面板と頂板との接合面において、下面板及び頂板の少なくとも一方に環状溝部を形成し、この環状溝部にOリングを嵌め込んだ状態で下面板と頂板とを接合することで、両者の接合面における気密性を確保するようにしていた。このように、可撓部材の気密性を確保するためには、環状のOリング溝やOリングが必要となり、空気ばねとして構造が複雑化するという問題があった。 Therefore, conventionally, an annular groove is formed in at least one of the lower surface plate and the top plate at the joint surface between the lower surface plate and the top plate, and the lower surface plate and the top plate are joined with an O-ring fitted into the annular groove portion. Therefore, the airtightness at the joint surface between the two was ensured. Thus, in order to ensure the airtightness of the flexible member, an annular O-ring groove or O-ring is required, and there is a problem that the structure of the air spring is complicated.
特に、Oリング溝は精度が要求されるため、加工するのに手間と費用がかかっていた。また、下面板の下面にOリング溝を形成する場合には、空気ばね組み立て時にOリング溝が下向きとなるため、Oリングの落下を防止するためにOリングをグリス等により仮止めしなければならず、作業性が悪いという不都合が生じていた。さらに、頂板の上面にOリング溝を形成する場合には、Oリング溝の分だけ頂板の厚みを厚くする必要が生じ、空気ばねの重量が増大するという不都合が生じていた。 In particular, since the O-ring groove requires accuracy, it takes time and effort to process it. When the O-ring groove is formed on the lower surface of the bottom plate, the O-ring groove faces downward when the air spring is assembled. Therefore, the O-ring must be temporarily fixed with grease or the like to prevent the O-ring from dropping. In other words, there was an inconvenience that workability was poor. Further, when the O-ring groove is formed on the top surface of the top plate, it is necessary to increase the thickness of the top plate by an amount corresponding to the O-ring groove, resulting in a disadvantage that the weight of the air spring increases.
そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、構造を複雑化させることなく、気密性を確保することが可能な空気ばねを提供することを目的とする。 Then, in view of the said problem, in this invention, it aims at providing the air spring which can ensure airtightness, without complicating a structure.
上記課題を解決するため、本発明に係る空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性機構とを備え、前記弾性機構は、弾性材層と硬質板とが交互に積層され、頂部に硬質板である頂板が配置された積層構造を有し、前記頂板の外周面の全周にシール部が設けられ、前記シール部は、前記頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材が頂板の外周面に回り込むことで形成され、前記シール部が前記下面板に密着することによって、前記頂板と下面板との間の隙間をシールすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an air spring according to the present invention includes an upper plate, a lower plate, a cylindrical flexible member interposed between the upper plate and the lower plate, and an elastic mechanism attached to the lower plate. The elastic mechanism has a laminated structure in which an elastic material layer and a hard plate are alternately laminated, and a top plate that is a hard plate is arranged on the top, and a seal portion is provided on the entire circumference of the outer peripheral surface of the top plate. The seal portion is formed by an elastic material constituting an elastic material layer adjacent to the top plate wrapping around the outer peripheral surface of the top plate, and the seal portion is in close contact with the bottom plate, A gap between the lower plate and the lower plate is sealed.
上記構成によれば、従来使用していた弾性機構の構造を若干変更し、頂板に隣接する弾性材層の弾性材を頂板の外周面に回り込ませるだけで頂板の外周面の全周にシール部を一体的に形成することができる。これにより、Oリング溝及びOリングを用いることなく、頂板と下面板との間の隙間をシールすることが可能となる。 According to the above configuration, the structure of the elastic mechanism that has been used in the past is slightly changed, and the elastic material of the elastic material layer adjacent to the top plate is merely wrapped around the outer peripheral surface of the top plate, and the seal portion is provided around the outer peripheral surface of the top plate. Can be formed integrally. This makes it possible to seal the gap between the top plate and the bottom plate without using an O-ring groove and an O-ring.
しかも、本発明で用いる弾性機構は、従来用いていた弾性機構と同じ製造方法を用いて容易に製造することができる。すなわち、従来、弾性機構を製造するには、金型内に鋼板等の剛性を有する硬質板と、弾性材層を構成する未加硫ゴムとを交互に仕込んだ後、加熱加圧成形して製造していた。そこで、頂板として従来よりも小径のものを使用し、金型と頂板との間にできたスペースに未加硫ゴムが流入するようにすれば、弾性材層と同じ加硫ゴムからなるシール部を頂板の外周面に一体成形することができる。 In addition, the elastic mechanism used in the present invention can be easily manufactured by using the same manufacturing method as the conventionally used elastic mechanism. That is, conventionally, in order to manufacture an elastic mechanism, a hard plate having rigidity such as a steel plate and an unvulcanized rubber constituting an elastic material layer are alternately charged in a mold, and then heated and pressed. It was manufactured. Therefore, if a smaller diameter than the conventional plate is used as the top plate, and the unvulcanized rubber flows into the space formed between the mold and the top plate, the seal portion made of the same vulcanized rubber as the elastic material layer. Can be integrally formed on the outer peripheral surface of the top plate.
下面板及び頂板の具体的構成については、たとえば、下面板の下面に凹部が形成され、頂板は、シール部が形成された状態で凹部に嵌合可能に形成され、シール部は、頂板を凹部に嵌合することで、凹部内上面に密着するような構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記頂板を前記凹部に嵌合することで、シール部が凹部内上面に押しつけられて変形し、外径が拡径して前記凹部の内周面の全周に密着するようにすれば、シール部と下面板(凹部)との接触面積が増大し、よりシール性を高めることができる。 As for the specific configuration of the lower surface plate and the top plate, for example, a recess is formed on the lower surface of the lower surface plate, the top plate is formed so as to be able to fit into the recess in a state where the seal portion is formed, and the seal portion is recessed from the top plate. By fitting to, it can be set as the structure closely_contact | adhered to the upper surface in a recessed part. Further, in the above configuration, by fitting the top plate into the concave portion, the seal portion is pressed against the inner surface of the concave portion to be deformed, and the outer diameter is enlarged to be in close contact with the entire circumference of the inner peripheral surface of the concave portion. If it does in this way, the contact area of a seal part and a lower surface board (concave part) will increase, and a sealing performance can be improved more.
すなわち、頂板を凹部に嵌入すると、シール部が下面板の下面(凹部の内上面)に突き当たる。そこからさらに、凹部の内上面をシール部に押しつけることによって、シール部が弾性変形して外径が拡径する。これによって、シール部は凹部の内上面のみならず凹部の内周面まで密着し、シール部と凹部との接触面積を増大させることが可能となる。 That is, when the top plate is inserted into the recess, the seal portion abuts against the lower surface of the lower surface plate (the inner upper surface of the recess). Further, by pressing the inner upper surface of the recess against the seal portion, the seal portion is elastically deformed and the outer diameter is expanded. As a result, the seal portion is in close contact with not only the inner upper surface of the recess but also the inner peripheral surface of the recess, and the contact area between the seal portion and the recess can be increased.
さらに、上記構成においては、シール部が水平方向に変位しないように固定されるために、シール部の繰り返し変位による劣化を抑制することが可能となり、空気ばねとしての耐久性を高めることが可能となる。なお、本発明において、変形後のシール部は、凹部の内周面の全周に密着していればよい。したがって、シール部が内周面の全面に密着していなくとも、たとえば、凹部内周面の上部のみ全周にわたって密着していてもよい。 Furthermore, in the above configuration, since the seal portion is fixed so as not to be displaced in the horizontal direction, deterioration due to repeated displacement of the seal portion can be suppressed, and durability as an air spring can be improved. Become. In the present invention, the deformed seal portion may be in close contact with the entire circumference of the inner peripheral surface of the recess. Therefore, even if the seal portion is not in close contact with the entire inner peripheral surface, for example, only the upper portion of the inner peripheral surface of the recess may be in close contact over the entire periphery.
シール部が、下面板の下面又は凹部内上面に突き当たって押しつけられるようにするために、シール部の上端部が頂板の上面から突出するように形成することができる。このとき、下面板の下面又は凹部内上面は平面状に形成すればよい。そのほかにも、シール部の上端を頂板の上面と面一になるように形成し、下面板の下面または凹部内上面においてシール部に接触する部分がシール部側に突出するように形成することも可能である。すなわち、シール部及び下面板の形状は、互いに隙間なく接する形状からいずれか一方が他方側に突出するようような形状とすればよい。 In order for the seal portion to abut against and press against the lower surface of the lower surface plate or the upper surface of the recess, the upper end portion of the seal portion can be formed to protrude from the upper surface of the top plate. At this time, the lower surface of the lower surface plate or the upper surface in the recess may be formed in a planar shape. In addition, the upper end of the seal portion may be formed so as to be flush with the upper surface of the top plate, and the portion that contacts the seal portion on the lower surface of the lower surface plate or the upper surface in the recess may be formed so as to protrude toward the seal portion side. Is possible. In other words, the shape of the seal portion and the bottom plate may be such that one of them protrudes from the shape in contact with each other without any gap to the other side.
以上説明した本発明の空気ばねは、頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材が頂板の外周面に回り込むことでシール部が形成された点が特徴とされているが、これに限らず、頂板において、シール部を外周面から上面にまで周り込むように形成することもできる。このように、頂板に隣接する弾性材層の弾性材を、頂板の外周面を経て頂板の上面に回り込ませることで頂板の全周にシール部を一体的に形成することができる。上記構成によれば、シール部は、下面板の下面と、頂板の上面との間に確実に挟み込むことができ、頂板と下面板との間の隙間をシールすることが可能となる。 The air spring of the present invention described above is characterized in that the elastic material constituting the elastic material layer adjacent to the top plate wraps around the outer peripheral surface of the top plate, but is not limited thereto. In the top plate, the seal portion can be formed so as to go from the outer peripheral surface to the upper surface. In this way, the elastic material of the elastic material layer adjacent to the top plate is made to wrap around the top plate through the outer peripheral surface of the top plate, whereby the seal portion can be integrally formed on the entire periphery of the top plate. According to the above configuration, the seal portion can be reliably sandwiched between the lower surface of the lower plate and the upper surface of the top plate, and the gap between the top plate and the lower plate can be sealed.
なお、この場合でも、下面板の下面に凹部が形成され、頂板は、シール部が形成された状態で凹部に嵌合可能に形成され、シール部は、頂板を凹部に嵌合することで、凹部内上面に押しつけられて変形し、外径が拡径して凹部の内周面の少なくとも一部に密着するような構成を採用することで、シール部と下面板(凹部)との接触面積を増大し、よりシール性を高めることができる。 Even in this case, a recess is formed on the lower surface of the lower surface plate, the top plate is formed so as to be able to fit into the recess in a state where the seal portion is formed, and the seal portion is formed by fitting the top plate into the recess, The contact area between the seal part and the bottom plate (concave part) is adopted by adopting a structure that is pressed against the inner surface of the concave part and deforms, and the outer diameter expands and adheres to at least a part of the inner peripheral surface of the concave part. And the sealing performance can be further improved.
本発明の空気ばねは、外周面の上端部及び下端部に面取り加工又はR加工を施すのが好ましい。すなわち、頂板の外周面の角部(上端部及び下端部)の角度を大きくするほど、角部に接する弾性材部分を起点とするクラックや剥離の発生を抑制し、空気ばねの耐久性を向上させることができる。なお、外周面全面を湾曲面とすることも可能である。 In the air spring of the present invention, it is preferable to perform chamfering or R processing on the upper end portion and the lower end portion of the outer peripheral surface. In other words, the greater the angle of the corners (upper end and lower end) of the outer peripheral surface of the top plate, the less the occurrence of cracks and delamination starting from the elastic material part in contact with the corners, thereby improving the durability of the air spring. Can be made. Note that the entire outer peripheral surface can be a curved surface.
本発明では、弾性機構の頂板の外周面の全周に、頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材を回り込ませてシール部形成したため、Oリング溝及びOリングを用いることなく、簡単な構成で頂板と下面板との間の隙間をシールすることが可能となる。 In the present invention, since the elastic material constituting the elastic material layer adjacent to the top plate is wrapped around the entire circumference of the outer peripheral surface of the top plate of the elastic mechanism, the seal portion is formed. With the configuration, it is possible to seal the gap between the top plate and the bottom plate.
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図1〜図3は、本発明に係る鉄道車両用空気ばねの実施形態を示す図である。図1は空気ばねの縦断面図であり、図2は図1の弾性機構を示す拡大断面図であり、図3はシール部の要部拡大断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-3 is a figure which shows embodiment of the air spring for railway vehicles which concerns on this invention. 1 is a longitudinal sectional view of an air spring, FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an elastic mechanism of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of a seal portion.
空気ばねは、車両の車体に取り付けられる上面板1と、その下方で車輪側に配置される下面板2と、上面板1及び下面板2の間に介装される筒状の可撓部材3と、下面板2と車輪側の支持フレームとの間に介装される弾性機構4とを備えている。
The air spring includes an upper surface plate 1 attached to the vehicle body of the vehicle, a
本実施形態においては、可撓部材3として、ゴム製ベローズを使用している。可撓部材3は、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする積層ゴムから構成されており、可撓部材3の上端部及び下端部にはビードコアに補強ゴム層を巻き付けた肉厚のビード部3a,3bが形成されている。
In the present embodiment, a rubber bellows is used as the
図1に示すように、上面板1は、金属製で円盤状の支持プレート5と、支持プレート5の中央部において下面板に向かって突出する円筒形状のビード受部6と、支持プレート5の下面においてビード受部6よりも半径方向外側の部分に設けられた保護ゴム層7とを備えている。
As shown in FIG. 1, the upper surface plate 1 includes a metal disk-shaped
図1及び図2に示すように、下面板2は、金属材料によって円盤状に形成される。下面板2の中央部には、上面板1に向かって突出する円筒形状のビード受部8が形成され、ビード受部8よりも半径方向外側にはフランジ部9が形成されている。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
弾性機構4は、環状の硬質板10と、環状の弾性材層11とが交互に積層された積層構造を有している。弾性機構4の頂部には硬質板である頂板12が配置され、弾性機構4の底部には支持フレームに支持される硬質板としての台座13が配されている。なお、本実施形態では、硬質板として金属板が使用されており、弾性材層としてゴム材が使用されている。
The
下面板2は、固定部材14によって頂板12に固定される。具体的に説明すると、図2に示すように、下面板2の下面にはちょうどビード受部8と重なる位置に凹部15が形成されている。凹部15は、下方に向けて開放するように形成されており、凹部15の内上面15a及びビード受部8を貫通する貫通孔16が形成される。本実施形態では、固定部材14として、雄ねじである棒ねじ17と、棒ねじ17に螺合する雌ねじとしてのナット18とが使用されている。棒ねじ17は、頂板12において、下面板の貫通孔16に対応する位置に突設されている。
The
なお、貫通孔16は、ナット18が収納可能な形状に形成されている。すなわち、貫通孔16は、ビード受部8にナット18を収納可能な凹状の収納部を形成し、その収納部の中央に収納部より小径の孔を穿設した段差構造とされている。下面板2を頂板12に固定する際は、棒ねじ17を貫通孔16の小径孔に係合し、棒ねじ17の先端にナット18を螺合させればよい。これにより、ナット18を貫通孔16の収納部に収納することが可能となる。
The through
フランジ部9の表面にはゴム座19が設置される。ゴム座19はリング状に形成されており、下面板のビード受部8に嵌装される。可撓部材3下端部のビード部3bは、ゴム座19をフランジ部9の表面に配置した状態でビード受部8に嵌合される。
A
本発明においては、図3に示すように、頂板外周面12a(図中、太線で示す部分)にシール部20が形成される。シール部20は、頂板12に隣接する弾性材層11を構成する弾性材を頂板外周面12aに回り込ませることによって形成される。なお、本実施形態では、シール部20は、その上端部が頂板上面12bから突出するように突出部20aが形成されている。一方、凹部内上面15aは平面状に形成される。ここで、頂板上面12bは、シール部20が形成されていない状態の頂板12を凹部15に嵌入させたときに、凹部内上面15aに接触する面であり、頂板上面12bの半径方向外端に頂板外周面12aが連設される。
In the present invention, as shown in FIG. 3, the
さらに、頂板外周面12aの上下両端部には面取り加工が施されている。これにより頂板外周面12aの上端部と下端部には、上向き傾斜面と下向き傾斜面とがそれぞれ形成されており、これら傾斜面を含めた外周面の全面にシール部20が形成される。なお、頂板12は、シール部20が形成された状態で、その外径が凹部15の内径よりも若干小径になるように形成される。
Further, chamfering is performed on both upper and lower end portions of the top plate outer
上記構成において、頂板12に突設された棒ねじ17に下面板の貫通孔16を係合させつつ、凹部15に頂板12を嵌入させると、凹部内上面15aにシール部の突出部20aが突き当たる。その状態で、棒ねじ17の先端にナット18を螺合させて締め込むと、凹部内上面15aと頂板12とが接近する。
In the above configuration, when the
これにより、突出部20aは、凹部内上面15aに押し込まれてシール部20の外径が拡径するように弾性変形する。このとき、頂板外周面12aの上向き傾斜面は、突出部20を構成する弾性材が頂板の半径方向外方に向ってスムーズに変形するのを補助する。ナット18の締込みが終了した時点では、凹部内上面15aは頂板上面12bに接触し、シール部20は、貫通孔16を囲むように、凹部内上面15a及び凹部内周面15bの全周に強く密着する。以上のようにして、シール部20は、頂板12と下面板2との間の隙間をシールして可撓部材3内の空気の漏れを防止する。
Thereby, the
本実施形態では、シール部20が頂板外周面12aに形成された態様について説明したが、これに限らず、たとえば、図4に示すように、頂板12において、外周面12aから上面12bまで回り込むように形成することも可能である。この場合、凹部内上面15aによってシール部20を押圧すると、頂板上面12bに形成されたシール部20部分が、凹部内上面15aと頂板上面12bとの間に挟み込まれてシール部20と凹部内上面15aとのシール性を高めることができる。さらに、シール部20が弾性変形して凹部内周面15bの全周に密着するようにすれば、シール部20と下面板2との接触面積が増大し、よりシール性を高めることができる。
In the present embodiment, the aspect in which the
シール部20を頂板12において、外周面12aから上面12bまで回り込むように形成する態様において、シール部20のシール性をより高めるために、たとえば、図5に示すように、頂板上面12bの外縁部に環状溝21を形成し、この環状溝21までシール部20で覆うようにすることも可能である。これにより、シール部20と頂板12とのシール性をより高めることができる。
In the aspect in which the
そのほかにも、図6に示すように、頂板上面12bに形成されたシール部20部分にさらに環状凸部22を形成することも可能である。これにより、凹部内上面15aから受ける圧力を環状凸部22に集中させることで、凹部内上面15aとシール部20とのシール性をより高めることができる。なお、頂板上面12bの外縁部に環状溝21を形成するとともに、シール部20に環状凸部22を形成することもできることはもちろんである。
In addition, as shown in FIG. 6, it is also possible to further form an annular
また、シール部20が頂板の外周面12aに形成された態様において、図7に示すように、シール部20に突出部20aを設けずに、シール部20の上端を頂板12の上面と面一になるように形成し、凹部内上面15aにおいてシール部20に接触する部分をシール部側に張り出すように傾斜させて形成することも可能である。なお、本態様では、凹部内上面15a側に傾斜面23を設けるとともに、頂板外周面にも傾斜面23に対応する上向き傾斜面を設けている。これにより、凹部内上面15aをシール部20に強く押しつけることができる。さらに、シール部20を弾性変形させてシール部20の外径を拡径させ、シール部20を凹部内周面15bの全周に密着させることができる。
Further, in the aspect in which the
1 上面板
2 下面板
3 可撓部材
4 弾性機構
5 支持プレート
6、8 ビード受部
7 保護ゴム層
9 フランジ部
10 硬質板
11 弾性材層
12 頂板
12a 頂板の外周面
12b 頂板の上面
13 台座
14 固定部材
15 凹部
15a 凹部内上面
15b 凹部内周面
16 貫通孔
17 棒ねじ
18 ナット
19 ゴム座
20 シール部
20a 突出部
21 環状溝
22 環状凸部
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