JP2019049278A

JP2019049278A - 空気ばね

Info

Publication number: JP2019049278A
Application number: JP2017172677A
Authority: JP
Inventors: 博之前村; Hiroyuki Maemura
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd; Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: JP6974084B2

Abstract

【課題】組み立てが容易で、かつ耐久性に優れた空気ばねを提供することを目的とする。【解決手段】車体に取付けられるアッパープレート２と、車軸に取付けられる筒状のピストン３と、アッパープレート２及びピストン３の間に介装される筒状の可撓部材４と、弾性ストッパ５と、弾性ストッパ５を支持する支持部材６とを備えた空気ばねであって、支持部材６は、その下端がピストン３の底部において固定され、その上端部がピストン３の上部開口１１から突出するように形成され、支持部材６の上端部は、上部開口１１の径よりも小径に形成されており、弾性ストッパ５は、剛性を有する補強板１９に載置され、弾性ストッパ５及び補強板１９はともに、平面視で一部がピストン３の上部開口縁に重なるように、可撓部材４の軸心Ｐから偏心した位置で支持部材６に取付けられたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、トラック・バス等の自動車や鉄道車両に用いられる空気ばねに関するものであり、特に低床式車輌に好適に用いられ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の図１、２に示すように、縦向きの軸心Ｐを有するダイヤフラム（筒状の可撓部材）１と、これの上端に気密接合されるアッパープレート２と、ダイヤフラム１の下端に気密接合されるピストン３とを備え、ピストン３とアッパープレート２との相対変位を制限する（ダイヤフラム１の変形を制限する）弾性ストッパ１４が、ピストン３から上方に突出した状態に設けられたものが知られている。

上記空気ばねは、ダイヤフラム内の空間が空気室として弾性作用を発揮するとともに、弾性ストッパにより、路面の凹凸等によって空気ばねに過大な荷重がかかって底付きしてもストッパが有する弾性により、車体に伝わる衝撃を緩和することが可能となる。ところで、近年、バス等においては、乗降の利便性から低床式車両が増加しつつある。このような低床式車両のサスペンションに上記構成の空気ばねを使用した場合、特許文献１の図６に示すように、空気ばねから離れた低位置のローリング軸心Ｘを中心に車体１０が左右にローリングする。

すなわち、アッパープレート２と、ピストン３とは、上下方向に相対的に変位するだけでなく、左右方向にも相対的に変位することになるため、車両が走行する路面状況等によっては弾性ストッパがダイヤフラムの内壁（車体中心側に位置するダイヤフラムの内壁）もしくはダイヤフラムとアッパープレートとの接合箇所に干渉（接触）し、空気ばねの耐久性に影響を及ぼすおそれがあった。

上記問題を解決するため、特許文献２の図１に示すように、弾性ストッパをダイヤフラムの軸心から偏心させた位置（車体幅方向外側に偏心させた位置）に取り付けた空気ばねが知られており、このような構成を採用することでダイヤフラムへの弾性ストッパの干渉を抑制し、耐久性を向上させることが可能となる。

特開２０１６−１２５５４０号公報特開２０１６−１２５５４１号公報

しかしながら、特許文献２記載の空気ばねにおいては、弾性ストッパを支持する支持部材として、ダイヤフラムの下端に嵌合可能な台座部の上下に上パイプ材と下パイプ材をそれぞれ溶接し、上パイプ材の上端に支持板を溶接し、下パイプ材の下端に底板を溶接して一体化した部材を用いていた。

上述のごとく、特許文献２記載の空気ばねにおいては、支持部材は構造が複雑である上に、空気ばねを組み立てる際には、支持部材の台座部にダイヤフラムの下端を嵌合させた後、ダイヤフラムを挟むように台座部にピストンを嵌合し、最終的に空気ばねを車軸（アクスル）側の所定位置に配置し、底板のボルトを締結することで、台座部とピストンの間にダイヤフラムを気密挟持することが可能となる。このように、特許文献２記載の空気ばねは、構造が複雑で、かつ組み立て作業が煩雑となっていた。

そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、組み立てが容易で、かつ耐久性に優れた空気ばねを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様としての空気ばねは、車体に取付けられるアッパープレートと、車軸に取付けられる筒状のピストンと、前記アッパープレート及びピストンの間に介装される筒状の可撓部材と、弾性ストッパと、前記弾性ストッパを支持する支持部材とを備えた空気ばねであって、前記支持部材は、その下端が前記ピストンの底部において固定され、その上端部がピストンの上部開口から突出するように形成され、前記支持部材の上端部は、前記上部開口径よりも小径に形成されており、前記弾性ストッパは、剛性を有する補強板に載置され、前記弾性ストッパ及び補強板はともに、平面視で一部が前記ピストンの上部開口縁に重なるように、前記筒状の可撓部材の軸心から偏心した位置で前記支持部材に取付けられたことを特徴とする。

支持部材は、パイプ材と、前記パイプ材の上端に固定される、弾性ストッパ取付用の台座とを備え、パイプ材に内外を連通する開口部が形成された構成としてもよい。また、ピストンの底部がベース板により閉塞され、前記ベース板上に前記支持部材の下端が固定された構成としてもよい。

上記空気ばねは、支持部材を前記ベース板に溶接して得られた支持部材付きベース板を、支持部材側から前記ピストンの下部開口に挿入し、支持部材の上端部をピストンの上部開口から突出させた状態で、ベース板をピストン底部の内壁に全周溶接して支持部材とピストンとが一体化したピストンユニットを形成し、前記可撓部材の下端部を前記ピストンユニットのピストン上端部に止着した後、前記弾性ストッパを補強板に載置した状態で、両者をともにピストンの軸心から偏心した位置で支持部材に取付ける方法で製造することができる。

上記本発明の一態様に係る空気ばねによれば、支持部材は従来のように中間に台座部を設ける必要がなく、構造が簡易であり、かつ、支持部材の上端部をピストンの上部開口径よりも小径に形成しているため、支持部材の上端部をピストンの上部開口から突出させることが可能となる。したがって、弾性ストッパをピストンから突出した支持部材の上端に取り付けるだけで弾性ストッパを所定の位置にセットすることができ、容易に組立て可能な空気ばねを得ることができる。

なお、弾性ストッパは、筒状の可撓部材及び支持部材の軸心から偏心した位置に取り付けられるが、支持部材の上端面はピストンの上部開口面積よりも小さく、弾性ストッパは平面視で支持部材からはみ出すため、剛性を有する補強板によって弾性ストッパを補強することで、弾性ストッパに負荷がかかってもその変形を防止することが可能となる。これにより、耐久性に優れた空気ばねを得ることができる。

本発明の空気ばねの実施形態を示す縦断面図空気ばねの弾性ストッパの平面図空気ばねの補強板の平面図空気ばねの台座の平面図補強板に載置した弾性ストッパを台座に取り付けた状態を示す平面図空気ばねを搭載した低床バスの要部を示す模式図アッパープレートと、ピストンユニットとの相対的変位の軌道を示す図

以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１〜５は、低床バスに用いられる本発明の空気ばねの実施形態を示す図であり、図１は空気ばねの縦断面図を、図２は空気ばねに用いられる弾性ストッパの平面図を、図３は空気ばねに用いられる補強板の平面図を、図４は空気ばねに用いられる台座の平面図を、図５は補強板に載置した弾性ストッパを台座に取り付けた状態を示す平面図を、それぞれ示す。

図１に示すように、本実施形態の空気ばね１は、アッパープレート２と、筒状のピストン３と、アッパープレート２及びピストン３の間に介装される筒状の可撓部材４と、弾性ストッパ５と、弾性ストッパ５を支持する支持部材６とを備えている。可撓部材４としては、ダイヤフラムやベローズが用いられる。空気ばね１を車輌に搭載して可撓部材４内を通常使用時の空気圧に加圧した静止状態においては、空気ばねの軸心は、アッパープレート２、ピストン３、可撓部材４及び支持部材６の軸心と一致するため、以下、この状態での上記部材の軸心の符号はＰに統一して表記する。

図示のごとく、弾性ストッパ５は、空気ばね１（支持部材６）の軸心Ｐから距離Ｌだけ偏心して支持部材６に取付けられる。偏心する方向は、空気ばね１をバスに搭載した状態における車体幅方向Ｘのうち、幅方向外側Ｘ１である。すなわち、ローリング軸心Ａ（図６参照）が存在する幅方向内側Ｘ２とは反対方向に弾性ストッパ５を偏心させている。

本実施形態では、可撓部材４として、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする筒状積層ゴムから構成された弾性膜であるダイヤフラムが使用されており、可撓部材４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上ビード部４ａ及び下ビード部４ｂが形成されている。

アッパープレート２は、上側プレート７と、下側プレート８とを上下に重ねて一体化することで構成される。具体的に、上側プレート７及び下側プレート８は略円盤状に形成されており、下側プレート８は上側プレート７よりもやや小径とされる。アッパープレート２には、上側プレート７及び下側プレート８を貫通する貫通孔９が形成されており、アッパープレート２を車体側部材に取付ける締結部材としてボルト１０が下側プレート８の下側から貫通孔９に挿通された状態で下側プレート８に固定される。

下側プレート８の外周側に、全周にわたって一段低く形成されたフランジ８ａが設けられ、このフランジ８ａと上側プレート７の外周部とにより可撓部材４の上ビード部４ａを挟持するようにしている。上側プレート７及び下側プレート８には、これらを貫通する図示しない連通管が配置され、この連通管により可撓部材４内の空気等の気体を吸排気できるようになっている。

ピストン３は、金属製の円筒体をプレス成形して形成されており、筒状の外周面部３ａと、外周面部３ａの上端から上方にカーブを描いて内側に折り返す肩部３ｂと、肩部３ｂに続いて肩部３ｂの頂部よりも低い位置に形成される平面部３ｃと、平面部３ｃの半径方向内方に平面部３ｃから上方に突出形成される円筒状の上面部３ｄとから構成される。平面部３ｃは、肩部３ｂの頂部よりも低い位置に形成される。

肩部３ｂは、ピストン３の全周において断面半円弧状に上方に突出した形状とされており、上面部３ｄの中心部には上部開口１１（直径Ｄ１）が形成され、ピストン３の底部には上部開口１１より大径の下部開口１２が形成される。上面部３ｄには、環状のロアシート１３がボルトによって締結される。ロアシート１３の内径は、上部開口１１の直径と同じとされる。ロアシート１３の外周側に、全周にわたって一段低く形成されたフランジ１３ａが設けられ、このフランジ１３ａと平面部３ｃとにより可撓部材４の下ビード部４ｂを挟持するようにしている。

支持部材６は、パイプ材１４と、パイプ材１４の上端に溶接等によって固定される、弾性ストッパ５取付用の台座１５とを備え、パイプ材１４に内外を連通する開口部１４ａが形成される。台座１５は金属製円板からなり、パイプ材１４よりもやや大径に形成され、台座１５の直径Ｄ２は、Ｄ２＜Ｄ１となるように設定される。パイプ材１４の下端には、下部開口１２より若干小径で円板状のベース板１６が溶接等により固着される。

図１及び図２に示すように、弾性ストッパ５は、円板状の基板１７と、基板１７上に積層される、円筒状の一部を上下方向に切り欠いた切欠部１８ａを備えた形状の弾性部１８とを備える。切欠部１８ａは、車体の幅方向内側Ｘ２に設けられる。これにより、弾性部１８は平面視でＤ字状ないしＣ字状に形成される。弾性部１８は、ゴム状弾性体で構成されており、基板１７と同心状でほぼ同径とされる。基板１７の中心にはボルト穴１７ａが形成される。また、基板１７の下面には基板の中心から離れた位置に、下方に突出する第一凸部１７ｂが形成される。

図３に示すように、補強板１９は、基板１７とほぼ同径の肉厚の金属製円板からなる。補強板１９の特性としては、空気ばね１からエアが抜けたとき（デフレート時）に、弾性ストッパ５にかかる車体重量によって弾性ストッパ５が変形しない強度を備える。補強板１９の中心にはボルト穴１９ａが形成される。また、補強板１９の上面には基板１７に形成された第一凸部を嵌合する第一受部１９ｂが形成される。補強板１９の下面には補強板１９の中心から離れた位置に、下方に突出する第二凸部１９ｃが形成される。

図４に示すように、台座１５には、台座１５の軸心（空気ばね１の軸心）Ｐから車体の幅方向外側Ｘ１へ距離Ｌだけ偏心した位置にねじ穴１５ａが形成される。また、台座１５の上面には、補強板１９に形成された第二凸部１９ｃを嵌合する第二受部１５ｂが形成される。上記第一凸部１７ｂと第一受部１９ｂ、及び、第二凸部１９ｃと第二受部１５ｂは弾性ストッパ５をボルト締めする際の回り止め機構として機能する。

弾性ストッパ５を支持部材６に取付ける際には、弾性ストッパ５のボルト穴１７ａ、補強板１９のボルト穴１９ａ及び台座１５のねじ穴１５ａを同心状に配置し、第一凸部１７ｂと第一受部１９ｂ、第二凸部１９ｃと第二受部１５ｂとをそれぞれ嵌合させた後、ボルト２０をボルト穴１７ａ及び１９ａに挿入してねじ穴１５ａに螺合する。第一受部１９ｂ及び第二受部１５ｂは、凹部でもよいし、貫通孔とすることも可能である。

本実施形態では第一受部１９ｂ、ボルト穴１９ａ及び第二凸部１９ｃは、平面視で車体幅方向Ｘと直交する方向に、直線上に並ぶように配置されている。これにより、弾性ストッパ５、補強板１９及び台座１５をボルト２０で締結する際に、弾性ストッパ５と補強板１９の供回りを防止しつつ、バランスよく締めこむことが可能となり、弾性ストッパ５のガタツキを抑制することができる。なお、第一受部１９ｂ、ボルト穴１９ａ及び第二凸部１９ｃが並ぶ向きは、特に限定されるものではなく、例えば、車体幅方向Ｘに沿って直線上に並ぶように配置してもよい。

上記構成の空気ばね１を製造方法について説明する。先ず、支持部材６とベース板１６とを溶接して一体化した部材を、支持部材６側からピストン３の下部開口１２に挿入し、支持部材６の上端部をピストン３の上部開口１１から突出させた状態で、ベース板１６をピストン３の底部の内壁に全周溶接することで支持部材６とピストン３とが一体化したピストンユニット２１を形成する。

上記ピストンユニット２１のピストン３の上端部を可撓部材４の下部開口に嵌入し、ロアシート１３をボルト締めすることで、ロアシートのフランジ１３ａとピストンの平面部３ｃとにより可撓部材の下ビード部４ｂを気密に挟持することができる。なお、ロアシート１３をボルト締めする際、支持部材６の上端部の径は、上部開口１１の径よりも小径とされているため、ボルト締め作業の妨げとなることがない。

ピストンユニット２１は、可撓部材の下ビード部４ｂがピストン３に止着された状態で可撓部材４を全体的に押し下げ、可撓部材の上部開口から補強板１９に載置した状態の弾性ストッパ５を可撓部材４内にさし入れて台座１５に取付け、弾性ストッパ５を台座１５上に締結する。その後、可撓部材の上ビード部４ａをアッパープレート２で挟持する。これにより空気ばね１を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、支持部材６は従来のように中間に台座部を設ける必要がなく、構造が簡易であり、かつ、支持部材６の上端部をピストン３の上部開口１１の径よりも小径に形成しているため、支持部材６の上端部をピストン３の上部開口１１から突出させることが可能となる。したがって、弾性ストッパ５をピストン３から突出した支持部材６の上端に取り付けるだけで弾性ストッパ５を所定の位置にセットすることができ、容易に組立て可能な空気ばねを得ることができる。

弾性ストッパ５は、可撓部材４及び支持部材６の軸心Ｐから偏心した位置に取り付けられるが、支持部材６の上端面はピストン３の上部開口面積よりも小さく、弾性ストッパ５は平面視で支持部材６からはみ出すことになる。そのため、剛性を有する補強板１９によって弾性ストッパ５を補強することで、弾性ストッパ５に負荷がかかってもその変形を防止することが可能となる。これにより、耐久性に優れた空気ばねを得ることができる。

また、一般的に、車両の乗心地性能を高めるためには、空気ばねの上下方向ばね定数を低剛性化することが効果的であるが、このばね定数を低剛性化するには空気ばねの空気室容積を増加させることが必要とされる。

この点について、本実施形態では、ピストン３の上部開口１１と、支持部材６との間には十分な隙間が存在する。さらに、支持部材６のパイプ材１４には開口部１４ａが形成されている。これにより、ピストン３の内部空間及びパイプ材１４の内部空間を空気室容積として利用することができ、空気ばねのばね特性を幅広い範囲で調整することが可能となる。

図６は、空気ばね１を搭載した低床バスの要部を示す模式図である。図示のごとく、車体２３のタイヤハウス部分の下面にはアッパープレート２と車体２３とを接続する上部接続部材２４が設けられており、車軸２５上にはピストン３と車軸２５とを接続する下部接続部材２６が設けられている。空気ばね１は、上部接続部材２４と下部接続部材２６の間に介装される。

具体的には、ピストン３に溶接されたベース板１６には下向きに突出するボルト２７が固着されており、このボルト２７を下部部材２６に形成された図示しないボルト穴に挿通し、ナットによりピストン３を下部接続部材２６に取り付ける。アッパープレート２のボルト１０を上部接続部材２４に形成された図示しないボルト穴に挿通し、ナットによりアッパープレート２を上部接続部材２４に取り付ける。

低床バス等の低床車両（鉄道車両やトラックでもよい）では、図６に示すローリング軸心Ａを中心に車体２３がローリングする。このときの、空気ばね１のアッパープレート２と、ピストンユニット２１との相対的な変位の軌道を図７に示す。図示のごとく、ピストンユニット２１はアッパープレート２に近づくに従って、アッパープレート２の軸心Ｐよりも車体幅方向内側Ｘ２の方向に変位する。

しかしながら、本発明では、弾性ストッパ５を支持部材６（空気ばね１）の軸心Ｐよりも車体の幅方向外側Ｘ１に偏心した位置に配置するとともに、弾性部１８の車体幅方向内側Ｘ２に切欠部１８ａを設けたため、弾性ストッパ５が車体の幅方向内側Ｘ２に位置する可撓部材４の内壁もしくは可撓部材４とアッパープレート２との接合箇所に干渉（接触）するのを抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、変形例として、本実施形態においては、可撓部材の下ビード部はロアシートとピストンとで気密に挟持するタイプを採用しているが、セルフシールタイプであってもよい。また、可撓部材の上ビード部は、上側プレートと下側プレートとで気密に挟持するタイプを採用しているが、１枚のプレートを用いた加締めタイプであってもよい。

また、本実施形態では、弾性部の形状は、側面視で略矩形形状とされるが、これに限らず、台形形状であってもよいし、山形形状とすることもできる。

本実施形態及び上記変形例に開示されている構成要件は互いに組合せ可能であり、組合せることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１空気ばね
２アッパープレート
３ピストン
３ａ外周面部
３ｂ肩部
３ｃ平面部
３ｄ上面部
４可撓部材
４ａ上ビード部
４ｂ下ビード部
５弾性ストッパ
６支持部材
７上側プレート
８下側プレート
８ａフランジ
９貫通孔
１０ボルト
１１上部開口
１２下部開口
１３ロアシート
１３ａフランジ
１４パイプ材
１４ａ開口部
１５台座
１６ベース板
１７基板
１７ａボルト穴
１７ｂ第一凸部
１８弾性部
１８ａ切欠部
１９補強板
１９ａボルト穴
１９ｂ第一受部
１９ｃ第二凸部
２０ボルト
２１ピストンユニット
２３車体
２４上部接続部材
２５車軸
２６下部接続部材
２７ボルト
Ａローリング軸心

Claims

車体に取付けられるアッパープレートと、車軸に取付けられる筒状のピストンと、前記アッパープレート及びピストンの間に介装される筒状の可撓部材と、弾性ストッパと、前記弾性ストッパを支持する支持部材とを備えた空気ばねであって、前記支持部材は、その下端が前記ピストンの底部において固定され、その上端部がピストンの上部開口から突出するように形成され、前記支持部材の上端部は、前記上部開口径よりも小径に形成されており、前記弾性ストッパは、剛性を有する補強板に載置され、前記弾性ストッパ及び補強板はともに、平面視で一部が前記ピストンの上部開口縁に重なるように、前記可撓部材の軸心から偏心した位置で前記支持部材に取付けられたことを特徴とする空気ばね。
前記支持部材は、パイプ材と、前記パイプ材の上端に固定される、弾性ストッパ取付用の台座とを備え、前記パイプ材に内外を連通する開口部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
前記ピストンの底部がベース板により閉塞され、前記ベース板上に前記支持部材の下端が固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気ばね。
請求項３に記載の空気ばねの製造方法であって、前記支持部材を前記ベース板に溶接して得られた支持部材付きベース板を、支持部材側から前記ピストンの下部開口に挿入し、支持部材の上端部をピストンの上部開口から突出させた状態で、ベース板をピストン底部の内壁に全周溶接して支持部材とピストンとが一体化したピストンユニットを形成し、前記可撓部材の下端部を前記ピストンユニットのピストン上端部に止着した後、前記弾性ストッパを補強板に載置した状態で、両者をともにピストンの軸心から偏心した位置で支持部材に取付けることを特徴とする空気ばねの製造方法。