JP2017207175A - 空気ばね装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】弾性体の上下方向の剛性を低下させながら、水平方向の剛性を向上することができる空気ばね装置を提供する。【解決手段】空気ばね装置１０は、上面板２および下面板３に、内部に気体が封入される筒状膜部材１の両端開口部１ａ、１ｂが各別に連結された空気ばね本体１１と、下面板の下方に配置され、中央部に上下方向に貫通する貫通孔４ｃが形成された中間部材４と、下面板と中間部材とを弾性的に連結する本体ゴム部５と、中間部材の下方に配置され、中央部に上方に向けて突出した内側突起７ａを備える支持部材７と、中間部材と支持部材とを弾性的に連結する弾性体６と、を備え、貫通孔の内周面と内側突起の外周面とは、弾性体を介して互いに対向している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば鉄道車両などの車体と台車との間に配置される空気ばね装置に関するものである。
従来から、上面板および下面板と、これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備えた、車両に用いられる空気ばね装置が知られている。
この種の空気ばね装置として、例えば下記特許文献１に示されるように、下面板の下方に円板状の保持部が備えられ、この保持部と下面板との間に弾性体を配置した構成が知られている。
特開２０１２−７２８２５号公報
ところで、前記従来の空気ばね装置を配置した鉄道車両などにおいては、筒状膜部材がパンクした後も走行を続ける場合があり、その際の車両の上下方向の振動を抑えるために弾性体の高さを高くするか、あるいは柔らかいゴム材料を用いて弾性体を形成することで、弾性体の上下方向の剛性を低下させることが考えられる。
しかしながら、このように弾性体の上下方向の剛性を低下させると水平方向の剛性も低下し、下面板および保持部が水平方向に相対的に変位しやすくなり、台車に対する車両の水平方向の位置が不安定になるおそれがある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、水平方向の剛性の低下を抑えつつ上下方向の剛性を低下させることができる空気ばね装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の空気ばね装置は、上面板および下面板に、内部に気体が封入される筒状膜部材の両端開口部が各別に連結された空気ばね本体と、前記下面板の下方に配置され、中央部に上下方向に貫通する貫通孔が形成された中間部材と、前記下面板と前記中間部材とを弾性的に連結する本体ゴム部と、前記中間部材の下方に配置され、中央部に上方に向けて突出した内側突起を備える支持部材と、前記中間部材と前記支持部材とを弾性的に連結する弾性体と、を備え、前記貫通孔の内周面と前記内側突起の外周面とが、前記弾性体を介して互いに対向していること特徴とする。
本発明の空気ばね装置によれば、本体ゴム部と弾性体とが中間部材を介して上下方向に直列に配置されているため、この空気ばね装置全体の上下方向における剛性を低下させることができる。
さらに、中間部材の貫通孔における内周面と、支持部材から上方に向けて突出した内側突起の外周面と、が弾性体を介して互いに水平方向に対向しているため、台車および車両が相対的に水平方向に変位したときに、弾性体が貫通孔の内周面と内側突起の外周面とにより水平方向に挟まれて圧縮変形させられることで、この変位を抑止することが可能になり、空気ばね装置全体の水平方向における剛性の低下を抑えることができる。
ここで、前記本体ゴム部の下面のうち、前記貫通孔を通して前記内側突起の上端部と対向する部分には、上方に向けて窪む凹部が形成され、前記凹部の内径は前記内側突起の外径よりも大きくてもよい。
この場合、本体ゴム部の凹部における内径が、支持部材の内側突起における外径よりも大きいため、空気ばね装置全体に上下方向の圧縮力が加えられたときに、内側突起を凹部に進入させることが可能になり、空気ばね装置全体の上下方向における剛性を確実に小さくすることができる。
また、前記弾性体の上下方向における長さは、前記本体ゴム部の上下方向における長さよりも小さくてもよい。
この場合、弾性体の上下方向の長さが小さいため、この空気ばね装置に弾性体を備えさせたことによる、空気ばね装置全体の水平方向における剛性の低下を確実に抑えることができる。
また、前記内側突起の外径は、上方に向かうに従い漸次縮径していてもよい。
この場合、内側突起の外径は、上方に向かうに従い漸次縮径しているので、台車および車両が相対的に水平方向に変位したときに、弾性体を内側突起の外周面に沿わせて上方に逃がしながら水平方向に圧縮変形させることが可能になり、弾性体に過度な圧縮力が作用するのを抑制して、弾性体の耐久性を確保することができる。
また、前記中間部材は、前記貫通孔の開口周縁部から下方に向けて突出し、前記内側突起を径方向の外側から囲繞する外筒部を備え、前記外筒部の内周面と前記内側突起の外周面とが、前記弾性体を介して互いに対向していてもよい。
この場合、中間部材から下方に向けて突出する外筒部の内周面と、支持部材から上方に向けて突出する内側突起の外周面と、が弾性体を介して互いに対向しているため、弾性体のうち、中間部材と内側突起とにより水平方向に挟まれて圧縮変形させられる部分における体積を確保して、この部分に過度な圧縮力が作用するのを抑えることが可能になり、弾性体の耐久性を向上させることができる。
また、前記外筒部は、径方向の厚みが下方に向かうに従い漸次小さくなるように形成されていてもよい。
この場合、弾性体全体の体積の確保と、外筒部の水平方向における剛性の確保と、を両立させることができる。
本発明によれば、空気ばね装置の水平方向における剛性の低下を抑えつつ、上下方向における剛性を低下させることができる。
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。
以下、本実施形態に係る空気ばね装置１０の構成を、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、空気ばね装置１０は、例えば鉄道車両などの図示されない車体と台車との間に配置され、上面板２および下面板３に両端開口部１ａ、１ｂが各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材１を有する空気ばね本体１１と、下面板３の下方に配置された中間部材４と、下面板３と中間部材４とを弾性的に連結する本体ゴム部５と、中間部材４の下方に配置された支持部材７と、中間部材４と支持部材７とを弾性的に連結する弾性体６と、を備える。
ここで本実施形態では、筒状膜部材１の中心軸線Ｏに沿った方向を上下方向といい、中心軸線Ｏ方向から見た平面視において、中心軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、中心軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。
筒状膜部材１は可撓性を有しており、例えば弾性材料、好ましくはゴム材料などで形成されている。筒状膜部材１内には、例えば空気などの気体が充填されており、両端開口部１ａ、１ｂの間に位置する中間部分１ｃが、径方向の外側に向けて膨出している。
本体ゴム部５および弾性体６はゴム材料により形成されている。
上面板２は円板状に形成されており、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。上面板２における径方向の中央部には、中心軸線Ｏと同軸に配置され上方に向かって延びる筒状の連通筒部２ａが形成されている。連通筒部２ａの下端開口部は筒状膜部材１の内部に連通しており、連通筒部２ａの上端開口部には、例えば、筒状膜部材１内に空気などの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。
上面板２の下面における径方向の中央部には、下方に向けて突出する張り出し部２ｂが形成されている。張り出し部２ｂは偏平な円柱状に形成され、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。張り出し部２ｂには、筒状膜部材１の上端開口部１ａが気密に外嵌されている。上面板２は、例えばアルミニウム合金などの金属材料で形成されている。
下面板３は、外径が筒状膜部材１の外径よりも小さい円板状に形成されており、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。下面板３の径方向における中央部には下方に向けて突出する凸部３ａが形成されている。下面板３の外周面には径方向の外側に向けて突出するフランジ部３ｂが形成されている。
下面板３の凸部３ａからフランジ部３ｂにわたる下面に、本体ゴム部５が加硫接着されている。フランジ部３ｂの上面および外周面は被覆ゴム５ｂに覆われている。被覆ゴム５ｂはフランジ部３ｂを覆うことにより、筒状膜部材１がフランジ部３ｂに接触して、筒状膜部材１の表面に傷や摩耗などが発生するのを抑制している。
本体ゴム部５は円柱状に形成され、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。本体ゴム部５の下面には、上方に向けて窪む凹部５ａが形成されている。本体ゴム部５の下端部は、中間部材４に上方から接触している。
中間部材４は円板状に形成され、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。中間部材４は、上側に配置された上側部材４ａと、下側に配置された下側部材４ｂとを備える。中間部材４の径方向における中央部には、上側部材４ａおよび下側部材４ｂを上下方向に一体に貫通する貫通孔４ｃが形成されている。上側部材４ａの上面には、上方に向けて突出する環状体４ｅが形成されている。環状体４ｅは中心軸線Ｏを中心とした環状に形成されており、環状体４ｅの内周面は本体ゴム部５の下端部における外周面に接触している。なお、本実施形態では、中間部材４は上側部材４ａおよび下側部材４ｂを備えるが、これら上側部材４ａと下側部材４ｂとは一体に形成されていてもよい。
中間部材４の貫通孔４ｃにおける開口周縁部には、下方に向けて突出する円筒状の外筒部４ｄが形成されている。外筒部４ｄは、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。貫通孔４ｃの内周面と、外筒部４ｄの内周面とは、段差なく滑らかに連なっている。外筒部４ｄの内径は、下方に向かうに従い漸次大きくなっている。外筒部４ｄの外径は、下端部から上方に向かうに従い漸次大きくなっている。これにより、外筒部４ｄの径方向における厚みは、下方に向かうに従い漸次小さくなっている。また、外筒部４ｄの下端開口縁は下方に向けて突の曲面状に形成されており、弾性体６の内部に配置されている。外筒部４ｄの下端部における上下方向の位置は、後述する内側突起７ａの上下方向における中央部の位置と同等である。
支持部材７は円板状に形成されており、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。支持部材７の径方向における中央部には、上方に向けて突出する内側突起７ａが形成されている。内側突起７ａは上方に向かうに従い漸次縮径する円柱状に形成され、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。内側突起７ａの上端部における上下方向の位置は、中間部材４の貫通孔４ｃにおける上下方向の位置と同等である。また、支持部材７の上面には弾性体６が加硫接着されており、中間部材４と支持部材７との間は弾性体６によって満たされている。このため、貫通孔４ｃの内周面と内側突起７ａの上端部における外周面とが、弾性体６を介して互いに対向している。さらに、内側突起７ａは中間部材４の外筒部４ｄに径方向の外側から囲繞されており、外筒部４ｄの内周面と内側突起７ａの外周面とが、弾性体６を介して互いに対向している。
また、内側突起７ａの外周面と外筒部４ｄの内周面とが対向する部分が、弾性体６を介して互いに平行に配置されている。図示の例では、内側突起７ａの外周面と、外筒部４ｄにおける内周面とは、それぞれにおける上下方向の全長にわたって互いに平行に配置されている。
本体ゴム部５の凹部５ａは、中間部材４の貫通孔４ｃを通して支持部材７の内側突起７ａにおける上端部と上下方向で対向する。凹部５ａの内径は内側突起７ａの外径よりも大きい。本体ゴム部５と弾性体６とは、中間部材４を介して上下方向に直列に配置されている。弾性体６の上下方向における長さは、本体ゴム部５の上下方向における長さよりも小さい。弾性体６の体積は、本体ゴム部５の体積よりも小さい。
以上説明した本実施形態による空気ばね装置１０によれば、本体ゴム部５と弾性体６とが中間部材４を介して上下方向に直列に配置されているため、台車および車両が上下方向に近づくように変位して空気ばね装置１０全体が上下方向に圧縮されたときに、本体ゴム部５のみが配置された空気ばね装置と比較して、空気ばね装置１０全体の上下方向における剛性を低下させることができる。これにより、筒状膜部材１がパンクした場合であっても、台車から車両に伝わる上下方向の振動を吸収しやすくなる。
また、本体ゴム部５の凹部５ａにおける内径が、支持部材７の内側突起７ａにおける外径よりも大きいため、空気ばね装置１０全体が上下方向に圧縮されるとき、内側突起７ａが、弾性体６を変形させながら凹部５ａに進入する。このように弾性体６が上下方向に変形しやすいことから、仮に内側突起７ａが凹部５ａに進入不能に構成した場合と比較すると、本実施形態における空気ばね装置１０全体の上下方向における剛性を確実に小さくすることができる。
台車および車両が相対的に水平方向に変位すると、中間部材４の貫通孔４ｃにおける内周面と、支持部材７の内側突起７ａにおける外周面と、が弾性体６を介して互いに水平方向に対向しているため、弾性体６が貫通孔４ｃと内側突起７ａとにより水平方向に挟まれて圧縮変形させられる。一般的に、ゴム材料はせん断方向の変形よりも圧縮方向の変形の方が小さい。このため、台車および車両が相対的に水平方向に変位したときに、弾性体６が圧縮変形せずにせん断変形だけする場合と比較して、本実施形態における弾性体６の変形量は小さく、空気ばね装置１０全体の水平方向における剛性を向上させることができる。
また、内側突起７ａの外周面は上方に向かうに従い漸次縮径しているため、弾性体６を内側突起７ａの外周面に沿わせて上方に逃がしながら水平方向に圧縮変形させることが可能になり、弾性体６に過度な圧縮力が作用するのを抑制して、弾性体６の耐久性を確保することができる。
また、中間部材４の外筒部４ｄにおける内周面と、支持部材７の内側突起７ａにおける外周面と、が弾性体６を介して互いに対向しているため、弾性体６のうち、中間部材４と支持部材７とにより水平方向に挟まれて圧縮変形する部分における体積を確保することができる。一般的に、ゴム材料は圧縮変形する部分の体積が大きいほど圧縮変形時に作用する内部応力を分散させて低減することができるため、弾性体６の耐久性をより確保しやすい。
また、内側突起７ａの外周面と外筒部４ｄの内周面とが対向する部分が、互いに平行に配置されているため、その対向する部分の全域にわたって弾性体６に均等な圧縮力を作用させることができる。さらに、外筒部４ｄの内周面は、中間部材４の貫通孔４ｃにおける内周面と段差なく滑らかに連なっている。これにより、弾性体６に局所的に過度な圧縮力が作用するのを抑制し、弾性体６の耐久性をより確保しやすい。
また、中間部材４の外筒部４ｄにおける径方向の厚みは、下方に向かうに従い漸次小さくなっているから、例えば外筒部４ｄの厚みを上下方向で一定とした場合と比較して、外筒部４ｄの体積をより小さくしながら水平方向の剛性を確保することができる。外筒部４ｄの体積を小さくすると弾性体６の体積を大きくすることができるから、外筒部４ｄの径方向における厚みを下方に向かうに従い漸次小さくすることにより、弾性体６全体の体積の確保および外筒部４ｄの水平方向における剛性の確保を両立させやすい。
また、中間部材４の外筒部４ｄにおける下端部は弾性体６の内部に配置され、その下端開口縁は突曲面状に形成されているから、弾性体６に局所的に過度な圧縮力が作用するのを抑制し、弾性体６の耐久性を確保しやすい。
また、台車および車両が相対的に水平方向に変位すると、弾性体６は中間部材４と支持部材７との間で水平方向にせん断変形させられる。ゴム材料は一般的に、上下方向の高さが小さいほどせん断変形しにくくなる。本実施形態では、弾性体６の上下方向における長さが本体ゴム部５の上下方向における長さよりも小さく、弾性体６のせん断変形を抑えている。これにより、空気ばね装置１０に弾性体６を備えさせたことによる、空気ばね装置１０全体の水平方向における剛性の低下を確実に抑えることができる。
また、本実施形態では本体ゴム部５と弾性体６とが別体として形成されている。このため、要求仕様に合わせてそれぞれの物性や形状を適宜変更することができる。
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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、前記実施形態では、本体ゴム部５の下面には凹部５ａが形成されているが、これに限られず、凹部５ａが形成されていない本体ゴム部５を採用してもよい。
また、前記実施形態では、弾性体６の上下方向における長さは、本体ゴム部５の上下方向における長さよりも小さいと説明したが、弾性体６の長さを本体ゴム部５の長さよりも大きくしてもよい。
また、前記実施形態では、支持部材７の内側突起７ａにおける外周面は、上方に向かうに従い漸次縮径していると説明したが、これに限られず、内側突起７ａの外周面が上下方向において略同径に形成されている支持部材７を採用してもよい。
また、前記実施形態では、中間部材４には下方に向けて突出する外筒部４ｄが形成されていたが、これに限られず、外筒部４ｄが形成されていない中間部材４を採用してもよい。
また、外筒部４ｄは、径方向の厚みが下方に向かうに従い漸次小さくなるように形成されていると説明したが、外筒部４ｄの径方向における厚みは上下方向において均等であってもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の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、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。
１…筒状膜部材、２…上面板、３…下面板、４…中間部材、４ｃ…貫通孔、４ｄ…外筒部、５…本体ゴム部、５ａ…凹部、６…弾性体、７…支持部材、７ａ…内側突起、１０…空気ばね装置、１１…空気ばね本体

Claims (6)

  1. 上面板および下面板に、内部に気体が封入される筒状膜部材の両端開口部が各別に連結された空気ばね本体と、
    前記下面板の下方に配置され、中央部に上下方向に貫通する貫通孔が形成された中間部材と、
    前記下面板と前記中間部材とを弾性的に連結する本体ゴム部と、
    前記中間部材の下方に配置され、中央部に上方に向けて突出した内側突起を備える支持部材と、
    前記中間部材と前記支持部材とを弾性的に連結する弾性体と、を備え、
    前記貫通孔の内周面と前記内側突起の外周面とが、前記弾性体を介して互いに対向していることを特徴とする空気ばね装置。
  2. 前記本体ゴム部の下面のうち、前記貫通孔を通して前記内側突起の上端部と対向する部分には、上方に向けて窪む凹部が形成され、
    前記凹部の内径は前記内側突起の外径よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の空気ばね装置。
  3. 前記弾性体の上下方向における長さは、前記本体ゴム部の上下方向における長さよりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の空気ばね装置。
  4. 前記内側突起の外径は、上方に向かうに従い漸次縮径していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
  5. 前記中間部材は、前記貫通孔の開口周縁部から下方に向けて突出し、前記内側突起を径方向の外側から囲繞する外筒部を備え、
    前記外筒部の内周面と前記内側突起の外周面とが、前記弾性体を介して互いに対向していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
  6. 前記外筒部は、径方向の厚みが下方に向かうに従い漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の空気ばね装置。
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