JP2016125540A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】大荷重時用の弾性ストッパを、利点の多い単一ボルト止め構成としながら、弾性ストッパと支持部が相対回動移動しない工夫により、より改善された空気ばねを提供する。
【解決手段】筒状ゴム膜１と、大径板状部材２と、ピストン３とを有し、他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な周面３ｃをピストン３に持つ空気ばねにおいて、ピストン３に設けられる弾性ストッパ１４は、ピストン３に固定される支持部９に一つのボルト１５で取付けられるベース板１６と、ベース板１６に一体化される弾性部１７とを有してなり、ベース板１６に一体形成される凸部ｔと、支持部９に形成される凹部ｕとの嵌合により、一つのボルト１５に起因する支持部９とベース板１６との相対回動移動を阻止する回り止め機構ｒが構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トラック・バスの自動車や鉄道車両等に用いられる空気ばねに係り、詳しくは、筒状ゴム膜と、これの軸心方向の一端部に気密接合される大径板状部材と、筒状ゴム膜の軸心方向の他端部に気密接合されるピストンとを有し、筒状ゴム膜の弾性変形に伴って他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分を転動案内可能な周面がピストンに形成されている空気ばねに関するものである。

この種の空気ばねとしては、特許文献１（図１，６など）において開示されたものが知られている。即ち、空気ばねＡは、気体室である第１内部空間Ｓ１の壁部を構成する縦形円筒状のダイヤフラム（筒状ゴム膜の一例）１と、その縦向きの軸心Ｐを有するダイヤフラム１の上端に形成される大径ビード部（一端部の一例）１Ａにかしめ固定される円板状のアッパープレート（大径板状部材の一例）２と、ダイヤフラム１の下端に形成される小径ビード部（他端部の一例）１Ｂに密嵌されるピストン３とを備えて構成されている。

アッパープレート２は、車体フレームなどのばね上側の部材に固定され、ピストン３は車輪を支持するアクスルなどのばね下側の部材に取付けられて用いられる。空気ばねＡは、ダイヤフラム１の第１内部空間Ｓ１の体積変化により懸架作用するのであるが、路面の激しい凹凸地面の走行や、超満員乗車時の起伏路面の走行などによる底付きを防止するため、ピストン上部に、弾性ストッパ６を設けている。
つまり、大荷重などによりアッパープレート２が過剰に下降すると弾性ストッパ６が当接し、空気ばねＡと弾性ストッパ６との双方で懸架する状態になるように構成されている。

そして、特許文献１においては、ストッパ６は複数のボルト（符記なし）により、ビード押え円板１３を介してピストン上端に取付けられている。しかしながら、臨時的にしか機能しない弾性ストッパを、複数のボルトで取付ける作業は面倒で時間が掛かるように思える。また、気密性が要求されるダイヤフラム内部空間と外部を繋ぐ状態でボルトが装着される構成になっているため、シールリングが設けられるなど、空気漏れのおそれを払拭する構造が採られており、コスト的に割高な感がある。

そこで、特許文献２において開示されるように、弾性ストッパ５をその中心に配備される１個のボルト（符記なし）とナットにより取付ける構造も試されている。そのボルトは、特許文献２の図１などにおいて示されるように、弾性ストッパ５に埋設される状態で装備されているので、空気漏れのおそれもまず生じない。従って、弾性ストッパの取付構造として、部品点数少なく廉価で組付け作業も簡単化される点で有利である。

しかしながら、特許文献２で示す構造、即ち、弾性ストッパ５を一つのボルトで支持部に固定する構造では、ボルトの締付け操作によるトルクによって弾性ストッパ５が連れ回りによって回動移動するとか、走行振動により相対回動移動する、或いは、ボルト緩みなど締め付け力が作用しない間は自由に回動移動するおそれがある。回動移動が生じると、本来擦れる部位でない所が擦られてよろしくないとか、余計な締付けトルクが必要になって組付け作業がやり難くなるなどの不利が生じる。
また、弾性ストッパが軸心方向視において点対称でない形状の場合には、回動移動することによって所期する位置や姿勢で組付けられない不都合を招きやすい。

特開２０１１−１９０８８３号公報 特開２００５−０４２８５２号公報

このような回動移動による不都合は、リベット止めや加締（カシメ）止め手段の一つにょって取付ける場合でも同様に生じる可能性が高い。
従って、弾性ストッパを一つの取付手段により取付ける構成は、組付け姓のよさやコストメリットが得られる反面、組付け時の回動移動が生じないようにする点で、さらなる改善の余地が残されているものであった。

本発明の目的は、大荷重時に作用する弾性ストッパを、上述のとおり利点の多い一つの取付手段で固定する構成を採りながら、それによって弾性ストッパと支持部とが相対回動移動しないように工夫することにより、さらに改善された空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、筒状ゴム膜１と、これの軸心Ｐ方向の一端部に気密接合される大径板状部材２と、前記筒状ゴム膜１の軸心Ｐ方向の他端部に気密接合されるピストン３とを有し、前記筒状ゴム膜１の弾性変形に伴って前記他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な周面３ｃが前記ピストン３に形成されている空気ばねにおいて、
前記ピストン３と前記大径板状部材２とのいずれか一方に、前記ピストン３と前記大径板状部材２との前記軸心Ｐ方向の間隔が所定量縮まるに伴っていずれか他方に当接する弾性ストッパ１４を設け、
前記弾性ストッパ１４は、前記一方に固定される支持部９に一つの取付手段１５により取付けられるベース板１６と、このベース板１６に一体化される弾性部１７とを有してなり、
前記支持部９と前記ベース板１６とのいずれか一方に一体形成される凸部ｔと、いずれか他方に形成される凹部ｕとの嵌合により、前記一つの取付手段１５に起因する前記支持部９と前記ベース板１６との相対回動移動を阻止する回り止め機構ｒが構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気ばねにおいて、
前記支持部９は前記ピストン３に固定されており、前記一つの取付手段１５は前記軸心Ｐに沿う方向に設けられる螺子により構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の空気ばねにおいて、
前記支持部９に前記凹部ｕが形成され、前記ベース板１６に前記凸部ｔが形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の空気ばねにおいて、
前記ベース板１６における前記凸部ｔの裏側は前記弾性部１７で覆われていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、一つの取付手段により支持部に取付けられるベース板とこれに一体化される弾性部とでなる弾性ストッパは、回り止め機構により、一つの取付手段に起因する支持部とベース板との相対回動移動が生じないように阻止されている。
故に、弾性ストッパを組付けるべく、取付ボルトを締め付け方向に回し操作しても、ベース板と支持部とは軸心周りに回動移動できないから、締付けトルクに伴う連れ回り現象や、走行振動や取付ボルトの緩みに伴う相対回動移動など、一つの取付手段に起因する支持部とベース板との相対回動移動が生じないようになる。

その結果、大荷重時に作用する弾性ストッパを、部品点数少なく廉価で組付け作業も簡単化される利点を持つ「一つの取付手段」で固定する構成を採りながら、さらなる工夫により、組付け操作時に回動移動しないように工夫することにより、さらに改善された空気ばねを提供することができる。
この場合、請求項２のように、弾性ストッパを、一つの螺子によりピストン側の部材である支持部に取付ければ、弾性ストッパの支持部への組付け作業が行い易くて好都合である。

請求項３の発明によれば、回り止め機構は、支持部に孔による凹部が形成され、かつ、ベース板に凸部が形成される構成である。従って、孔によって簡単で廉価に凹部が形成できるとともに、その孔に起因してダイヤフラムの内側空間と外部とが連通する空気漏れのおそれが生じない、という利点が追加される。

請求項４の発明によれば、ベース部に形成される凸部の裏側が弾性部で覆われるので、弾性部による制振作用が凸部に生じることが可能であり、凹部との接触による異音発生が抑制又は解消できるという利点がある。

空気ばねの構造を示す断面図（実施形態１） 図１の空気ばねにおけるピストンと弾性ストッパとを示す作用図 ローリングに伴う空気ばねの状態変化を示す作用図 実施形態２による空気ばねの構造を示す断面図 図４の空気ばねの平面図 空気ばねがノンステップバスに採用された構造例を示す要部の模式図 回り止め機構の別構造を示す空気ばねの断面図

以下に、本発明による空気ばねの実施の形態を、バスやトラックに好適なものについて図面を参照しながら説明する。

実施形態１による空気ばねＡは、図１、図２に示されるように、縦向きの軸心Ｐを有するダイヤフラム（筒状ゴム膜の一例）１と、これの上端（軸心Ｐ方向の一端部の一例）に気密接合される軸心Ｙを有するアッパープレート（大径板状部材の一例）２と、ダイヤフラム１の下端（軸心Ｐ方向の他端部の一例）に気密接合されるピストン３とを有し、ダイヤフラム１の弾性変形に伴って下端部側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な主周面３ｃがピストン３に形成されている。ピストン３は、空気ばねＡを構成する下部構造体ａに含まれる部品である。

図６に、低床バス（鉄道車両、トラック等でも良い）における空気ばねＡの配置構造例が示されている。車体１０におけるタイヤハウス部分１１の下面１１ａにフレームＦを介してアッパープレート２が取付けられている。一つ又は複数の固定ボルト４及びエア通路チューブ１９を有するアッパープレート２には、ダイヤフラム１の上ビード部１Ａ（図１参照）が支持されており、前記固定ボルト４によってフレームＦに取付けられている。

アクスル１２上の脚部材１３に取付けられるピストン３は、図１，２に示すように、比較的肉厚の薄い本体筒部３Ａと、比較的肉厚の厚い台座部３Ｂとの二つの部材の一体化により構成されている。本体筒部３Ａは、ダイヤフラム１の下ビード部１Ｂが載せ付けられるリング状の窪み上壁３ａと、その外周から一端上に上がるように続く頂環部３ｂ、頂環部３ｂから続く僅かに下拡がり状の主周面（主周壁）３ｃ、主周面３ｃから続く下拡がり状のテーパ周壁３ｄとを有する状態に形成されている。
台座部３Ｂは、大径のフランジ部３ｅ、周側壁３ｆ、底壁３ｇとを有する深皿状の部材に形成されている。

本体筒部３Ａと台座部３Ｂとは、窪み上壁３ａに周側壁３ｆが内嵌される状態での溶接などにより一体化され、それによって下ビード部１Ｂが嵌り込んで嵌合する箇所（符記省略）を有するピストン３が構成されている。
底壁３ｇの下面側には、円筒状の下パイプ材５を介して中心孔６ａ付きの底板６が溶接などにより一体化されている。底板６は、複数のボルト７が固定されており、それらボルト７により、例えば、図６に示すように、脚部材１３に螺着により固定される。

底壁３ｇの上面側には、下パイプ材５と同じ材料による上パイプ材８が立設状態で溶接などにより一体化されており、その上端には厚肉状の取付板（支持部の一例）９が一体化されている。取付板９には、その上面に載せ付けられる状態で弾性ストッパ１４が取付けられている。このように、弾性ストッパ１４は、底板６やピストン３や上パイプ材８などからなる下部構造体ａに載置支持されている。

なお、下部構造体ａは、図示は省略するが、底壁３ｇを中心の大孔を有する環状のものとし、上パイプ材８と下パイプ材５とに相当する１個のパイプ材を底壁３ｇの前記大孔を通して配置する構造のものとすることは可能である。この場合、図１に示す構造の下部構造体ａのように、ピストン３の内外が密封されているのと同じにするには、大孔付き底壁と１個のパイプ材とを全周溶接などによって密閉すればよい。

弾性ストッパ１４は、図１，２に示されるように、取付板９に単一の取付ボルト（一つの取付手段の一例）１５により取付けられる例えば板金製のベース板（ベース部）１６と、このベース板１６に一体化される例えばゴム製の弾性部１７とを有して構成されている。
弾性部１７は軸心Ｐ方向視で円形ドーナツ状を呈しており、軸心Ｐ方向視で円形のベース板１６に加硫接着などにより一体化されている。

弾性部１７の中心空所１７Ａに配置される上下向きの取付ボルト（「軸心Ｐに沿う方向に設けられる螺子」の一例）１５は、ベース板１６の中心１箇所に形成されている孔（符記省略）を通して取付板９の雌ねじ部（符記省略）に、平ワッシャやばねワッシャを伴って（又は伴うことなく）螺着されている。この、軸心Ｐを中心とする１箇所のボルト止め構造により、弾性ストッパ１４はピストン３に（下部構造体ａに）支持されている。

図１，２に示すように、ベース板（「いずれか一方」の一例）１６に一体形成される円形の突起（凸部ｔの一例）１６Ａと、取付板（「いずれか他方」の一例）９に形成される円孔（凹部ｕの一例）９Ａとの嵌合により、取付ボルト１５に起因する取付板９とベース板１６との相対回動移動を阻止する回り止め機構ｒが構成されている。
「取付ボルト１５に起因する…相対回動移動」とは、締付け方向への回し操作による締付けトルクに伴う連れ回り現象や、走行振動による軸心Ｐ回りの相対回動移動又はそのおそれ、或いは取付ボルト１５の緩みに伴う相対回動移動などが考えられる。

図２に示されるように、突起１６Ａは、ベース板１６における軸心Ｐ周りの一箇所へパンチプレスすることで局部的に塑性変形させることにより、下方突出する状態に形成されている。突起１６Ａの上側（裏側）の窪み箇所１６ａには、弾性部１７を形成するゴムが入り込んでいる。円孔９Ａは、取付板９に形成される軸心Ｐ方向に沿った円形の貫通孔により形成されている。

回り止め機構ｒの存在により、弾性ストッパ１４を組付けるべく、取付ボルト１５を締め付け方向に回し操作しても、ベース板１６と取付板９とは軸心Ｐ周りに回動移動できないから、締付けトルクにより弾性ストッパ１４が連れ回りするおそれが解消されている。
また走行振動に取付ボルト１５の緩みにより、ベース板１６と取付板９とが相対回動移動するおそれもない。
この弾性ストッパ１４が、一つの取付ボルト１５で取付けられているにも拘わらずに回動移動しない、という作用効果は、弾性ストッパ１４の平面視形状が対称形状ではなく、方向性がある場合（後述、図４，５参照）に、より一層の利点となって現れる。

図４、図５に示す実施形態２による空気ばねＡは、図１，２に示す実施形態１による空気ばねＡとは、アッパープレート２での配置構造、弾性ストッパ１４の構造や形状、及び上パイプ材８及びダイヤフラム１の各長さが異なる以外は同じである。
この別構造の弾性ストッパ１４は、図１，２に示す弾性部１７の一部、即ち、図４，５において紙面右側部分をカットして、平面視でＣ字形状を呈するゴム塊としたものである。また、回り止め機構ｒは、図４に示すように、図１に示すものからは軸心Ｐ周りに９０度移動した箇所に構成されている。その構造自体については図１に示すものと同じであり、窪み箇所１６ａに弾性部１７のゴムが入り込む構造も同じである。

実施形態２の空気ばねＡでは、図４，５に示すように、弾性ストッパ１４は、そのピストン３に対する軸心Ｐ周りの向きを定めて取付板９に取付ボルト１５で取付ける必要がある。この空気ばねＡにも、突起１６Ａと円孔９Ａとの嵌合による回り止め機構ｒが設けられているので、前述の回動移動が生じない作用効果が得られるだけでなく、位置決め機能も発揮できる利点も備えた優れものである。次に、弾性ストッパ１４の機能などについて説明する。

弾性ストッパ１４は、主として、ダイヤフラム１がデフレート状態（空気抜き時やパンクなど）になったときにダイヤフラム１の空気による懸架作用（エアサスペンション）に代わってアッパープレート２を弾性支持するものである。また、沈み方向に過剰にクッションされたときに、下部構造体ａがアッパープレート２をダイレクトに突き上げて空気ばねＡを損壊するおそれが起きないようにする保護部材としても機能する。
図１の空気ばねＡは、裏返し筒部分１Ｃが主周面３ｃに位置している状態を示しており、アッパープレート２の軸心Ｙとピストン３の軸心（下部構造体ａの軸心）Ｐとが一直線上にあって一致している状態を示している。

さて、図６に示す低床バスへの装着例において、床壁１０Ａの直下にあるローリング軸心Ｘを中心に車体１０がローリングした場合についての変化挙動の要部のみを図３に示してある。
図３は、別構造の弾性ストッパ１４を有する別実施形態の空気ばねＡを描いて検討されたものであり、車体１０のセンターラインＺ上に設定されるローリング軸心Ｘに関するローリングに伴う空気ばねＡの変化を、位置固定されたアッパープレート２に対するピストン３の動きとして描いてある。
ダイヤフラム１及びピストン３として下側の実線が標準状態（自由状態）であり、一点上側の実線がクッション状態（車体が沈み込む状態）、そして仮想線がリバウンド状態（車体が浮き上がる状態）をそれぞれ示している。

空気ばねＡは、標準状態においてはアッパープレート２の軸心Ｙとピストン３の軸心Ｐとが同一線上にあるが、ピストン３がアッパープレート２に対して上がるクッション状態でも、下がるリバウンド状態でも、互いの軸心どうしＹ，Ｐが横方向に離れ、かつ、捩れた関係になる。クッション状態においては、図３に示すように、弾性ストッパ１４の上面とアッパープレート２下面２ａとが側面視で平行ではなく、相対角度差が付くとともに水平方向にも位置ずれする。

従って、さらに大きくクッションして軸心Ｐ方向の間隔が所定量縮まるに伴って弾性部１７とアッパープレート２とが当接する状態では、図３において、弾性部１７の上端左側部分からアッパープレート２の下面２ａに当接し、かつ、弾性ストッパ１４は上ビード部１Ａに近接する。従って、この場合には、上ビード部１Ａとの当接を避けながら、上下方向の弾性作用を得るべく、図３において弾性部１７の右側部分をカットした形状の弾性ストッパ１４が有効である。

さらに、図３〜図５に示される実施形態２による空気ばねＡでは、固定ボルト４及びエア通路チューブ１９がアッパープレート２の図５での前後方向に振り分けて配置されており、図３に示すように、大きくクッションした場合に、固定ボルト４やエア通路チューブ１９が左右方向にも移動する弾性部１７と当接しないように設定されている。

〔別実施形態〕
回り止め機構ｒは、図７に示すように、ベース板１６に上から下に貫通固定される頭付ピン２０と、取付板９に形成された孔１８との嵌合でなる構成のものも考えられる。この構造では、弾性部１７に覆われているとは言え、気密性の点から頭付ピン２０をベース板１６に隙間無く一体化する必要がある。また、頭付ピン２０はベース板１６とは別部材であるから、その分部品点数は増加する。
なお、図７に示す空気ばねＡは、上パイプ材８の長さと回り止め機構ｒが異なる以外は、図１に示す空気ばねＡと同じに付き、回り止め機構ｒ以外の部分の符記並びに説明は基本的に割愛するものとする。

これに対して図１，２に示される回り止め機構ｒでは、ベース板１６を部分的に塑性変形させて凸部１６Ａが形成されているので、気密性の問題は生じないとともに、部品点数も増加しない、という利点がある。
また、回り止め機構ｒは、ベース板１６に凹部ｕを、取付板９に凸部ｔを設けて互いに嵌合させる構成のものでも良い。凹部ｕは、孔のほか、貫通しない穴や文字通りに凹んだ箇所でも良いし、周方向の両側が土手盛りされる構成による凹部でも良い。

弾性ストッパ１４が、アッパープレート２の下面２ａ側に装備されて、ピストン３と大径板状部材２との軸心Ｐ方向の間隔が所定量縮まるに伴って、取付板９などのピストン３又はピストン３側の部材に弾性部１７が当接可能とされる構成を採る空気ばねでも良い。この場合、回り止め機構ｒは、アッパープレート２又はこれ側の部材とベース板１６との相対回動移動を阻止するものに構成される。

１ 筒状ゴム膜
１Ｃ 裏返し筒部分
２ 大径板状部材
３ ピストン
３ｃ 周面
９ 支持部
１４ 弾性ストッパ
１５ 一つの取付手段
１６ ベース板
１７ 弾性部
Ｐ 軸心
ｒ 回り止め機構
ｔ 凸部
ｕ 凹部

Claims (4)

1. 筒状ゴム膜と、これの軸心方向の一端部に気密接合される大径板状部材と、前記筒状ゴム膜の軸心方向の他端部に気密接合されるピストンとを有し、前記筒状ゴム膜の弾性変形に伴って前記他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分を転動案内可能な周面が前記ピストンに形成されている空気ばねであって、
   前記ピストンと前記大径板状部材とのいずれか一方に、前記ピストンと前記大径板状部材との前記軸心方向の間隔が所定量縮まるに伴っていずれか他方に当接する弾性ストッパを設け、
   前記弾性ストッパは、前記一方に固定される支持部に一つの取付手段により取付けられるベース板と、このベース板に一体化される弾性部とを有してなり、
   前記支持部と前記ベース板とのいずれか一方に一体形成される凸部と、いずれか他方に形成される凹部との嵌合により、前記一つの取付手段に起因する前記支持部と前記ベース板との相対回動移動を阻止する回り止め機構が構成されている空気ばね。
2. 前記支持部は前記ピストンに固定されており、前記取付手段は前記軸心に沿う方向に設けられる螺子により構成されている請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記支持部に前記凹部が形成され、前記ベース板に前記凸部が形成されている請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 前記ベース部における前記凸部の裏側は前記弾性部で覆われている請求項１〜３の何れか一項に記載の空気ばね。

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