JP2019052708A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】弾性部材と大径板状部材との当接時に擦れながら圧縮されて異音や騒音が出ない効果はそのまま得ながら、滑りシートが剥がれるなどの損傷がなく、しかもより廉価に構成できるように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、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、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、筒状ゴム膜１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１Ｃを転動案内可能な周面３ｃがピストン３に形成されている空気ばねにおいて、ピストン３に弾性部材１７が設けられ、かつ、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大径板状部材２と弾性部材１７とが当接する状態に構成され、弾性部材１７は、大径板状部材２に当る弾性部材先端部１７Ａの硬度が、それ以外の部分１７Ｂよりも柔らかく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バス、トラック自動車や鉄道車両等に好適に用いられる空気ばね、いわゆるローリング型のダイヤフラムを有する空気ばねに関するものである。

この種の空気ばね、即ち、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前記ピストンに形成されている空気ばねは、特許文献１において開示されている。

特許文献１の空気ばねにおいては、過剰な圧縮動によるピストン（５）と大径板状部材（上面板４）との当接を回避し、かつ、弾性支持させるために、ピストン（５）の頂部に弾性部材（ストッパ１７）が設けられている。これにより、満員のバスのクッション時や走行路面の大きな段差通過などによる過大クッションにより空気ばねが底付きしても、ストッパの弾性作用によって過大なショックが緩和される利点が得られる。

ところで、特許文献１の図２右側に描かれたとおり、低床バスなどに採用される空気ばねは、ローリング軸心（２５）から上方及び横側方の双方に離れた箇所に配置されるため、クッションに伴いピストン（５）と上面板（４）とは上下方向だけでなく、左右方向（横方向）にも明確に相対移動する。つまり、ストッパ（１７）が上面板（４）に当接する際は、ストッパ（１７）が上下に圧縮されながら左右にずれ移動する状況となる。
従って、ストッパが上面板に当接するときは、これら両者が擦れながらストッパが圧縮されることになり、場合によっては異音や騒音が生じることが予測される。

そこで、特許文献２に開示されるように、ピストンに弾性体を、かつ、大径板状部材に滑りシートをそれぞれ設け、ピストンと大径板状部材とが接近したら弾性部材と滑りシートとが当接するように構成したものが開発された。この構成により、弾性部材が大径板状部材に当接して擦れながら圧縮されることに起因した異音や騒音が生じない、又は軽減される効果が得られている。

特開２００６−１０５２５３号公報 特開２０１６−１２５５４１号公報

しかしながら、フッ素樹脂製などによる滑りシートが極めてコスト高であるという問題がある。加えて、滑りシートは、大径板状部材の下面に貼着される構造上、剥がれやすい面があり、剥がれた滑りシートによって筒状ゴム膜（ダイヤフラム）が損傷するおそれもあるため、さらなる改善の余地が残されている。

本発明の目的は、弾性部材と大径板状部材との当接時に擦れながら圧縮されて異音や騒音が出ない効果はそのまま得ながら、滑りシートが剥がれるといった構造部分の損傷がなく、しかもより廉価に構成できるように改善された空気ばねを提供する点にある。

本発明は、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３に弾性部材１７が設けられ、かつ、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２と前記弾性部材１７とが当接する状態に構成され、
前記弾性部材１７は、前記何れか他方に当接する側の弾性部材先端部１７Ａが、それ以外の部分１７Ｂよりも柔らかくなる状態に構成されていることを特徴とする。

第２の本発明は、本発明による空気ばねにおいて、
前記弾性部材先端部１７Ａの前記弾性部材１７に対する高さ又は体積の比率が２０〜４５％に設定されていることを特徴とする。

第３の本発明は、本発明又は第２の本発明による空気ばねにおいて、
前記弾性部材先端部１７Ａの硬度は、前記それ以外の部分１７Ｂの硬度の５０〜８０％に設定されていることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明〜第３の本発明の何れか一つの空気ばねにおいて、
前記弾性部材１７は、平面視で環状を呈する状態に形成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、本発明〜第４の本発明の何れか一つの空気ばねにおいて、
前記大径板状部材２をばね上側部材に固定するための一対のボルト４，１９が、前記大径板状部材２を貫く状態で前記軸心Ｐに関して振り分け配備され、
前記弾性部材１７は、前記軸心Ｐに対して一対の前記ボルト４，１９の振り分け方向と交差する方向に偏って配置されていることを特徴とする。

第６の本発明は、第５の本発明の空気ばねにおいて、
前記弾性部材１７は、その下面に一体化されるベース板１６に支持されており、前記ベース板１６は、前記軸心Ｐに対して前記交差する方向に張り出す状態で前記いずれか一方３に取付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、デフレート時において筒状ゴム膜の空気による懸架作用に代わって、ピストンと大径板状部材とのいずれか、例えば、大径板状部材を弾性支持する弾性部材が設けられており、弾性部材は、大径板状部材に当接する側の弾性部材先端部が、それ以外の部分よりも柔らかくなる状態に構成されている。
そのため、大きくクッションした場合には、柔らかい弾性部材先端部と大径板状部材とが当接又は引摺り当接するから、弾性部材先端部が圧縮及び／又は横変位するようになり、弾性部材と大径板状部材とが相対的にすべり移動することが解消又は抑制される。

従って、弾性部材と大径板状部材とのすべりが抑制又は防止され、異音や騒音が解消又は抑制されるとともに、そのための手段として高価な滑りシートは不要であるから、コスト増も抑えることが可能になる。
その結果、弾性部材と大径板状部材との当接時に擦れながら圧縮されて異音や騒音が出ない効果はそのまま得ながら、滑りシートが剥がれるといった構造部分の損傷がなく、しかもより廉価に構成できるように改善された空気ばねを提供することができる。

第５の本発明によれば、弾性部材は、軸心に関して振り分け配備される一対の固定ボルトの振り分け方向と交差する方向に偏らせて配置されているから、ローリング軸心から横及び上下に離れて配置されるなど、クッションに伴って弾性体が上下方向及び横方向の双方に動く空気ばねに好適なものとなる。
即ち、横に移動する分、予めその方向に偏らして配置できるから、クッションに伴って弾性部材が上ビード部に当たるといった不都合が生じることなく、良好にクッション作用することができる。

第６の本発明によれば、弾性部材を載せて支持する構造部材であるベース板を設け、そのベース板を軸心に対して交差する方向に張り出す状態で支持部に取付けてあるから、弾性部材を強度十分に偏心配置させることができる利点がある。

空気ばねの構造を示す断面図 （ａ）弾性体の配置構造を示す要部の平面図、（ｂ）弾性体の支持構造を示す要部の平面図 アッパープレートを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図 ローリングに伴う空気ばねの状態変化を示す作用図 弾性体及び回り止め機構を示す組付け作用図 空気ばねが低床バスに採用された例を示す要部の模式図 実施形態２による弾性体を示し（ａ）はＲ方向で切った断面図、（ｂ）は図４に相当する要部の作用図

以下に、本発明による空気ばねの実施の形態を、バスやトラック自動車に適したものとして、特に低床バスに好適なものについて図面を参照しながら説明する。

図１に示されるように、空気ばねＡは、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を有する例えば板金製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（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とを有している。ピストン３は、ダイヤフラム１の弾性変形に伴ってその下端部側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な周面３ｃを有し、いわゆるローリング型のダイヤフラム１を有する空気ばねＡである。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。

上記空気ばねＡは、例えば図６に示されるように、低床バス（鉄道車両、トラック等でも良い）において用いられる。即ち、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（ばね上側部材の一例）Ｆを介してアッパープレート２が取付けられている。一対（一つ又は３以上でも良い）の固定ボルト４，１９など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、固定ボルト４，１９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に示されるように、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から続く若干下拡がり状の周面（周壁）３ｃ、周面３ｃから続いて大きく下拡がりしているテーパ周壁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を介して軸心Ｐを中心とする抜き孔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に示されるように、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、その上端には厚肉の支持板９が溶接などにより一体化されている。支持板９には、その上に載せ付けられる厚肉の偏芯板１８を介して弾性体１４が取付けられている。弾性体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に示される構造の下部構造体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。

図１，図２，図５に示されるように、弾性体１４は、偏芯板１８を介して支持板９に単一の取付ボルト１５により取付けられる板金製のベース板１６と、このベース板１６上に一体化される例えばゴム製の弾性部材１７とを有して構成されている。弾性体１４は、軸心Ｐに対して横方向に所定の間隔ｄだけ寄せられた軸心Ｘを持つ偏芯状態で下部構造体ａに装備されている。

弾性部材１７は軸心Ｘ（Ｐ）方向視（平面視）で環状、詳しくは円形ドーナツ状を呈すしており、かつ、偏り方向である左右方向Ｒに関して軸心Ｐ側となる端面がカットされたＤ形状を呈するものに形成されている。弾性部材１７は、これと同様のＤ形状に形成されているベース板１６に加硫接着などにより一体化されている。
弾性部材１７は、アッパープレート（何れか他方の一例）２に当接する側の弾性部材先端部１７Ａが、それ以外の部分である弾性部材基端部１７Ｂよりも柔らかくなる状態、即ち上下２層構造のものに構成されている。弾性部材１７を環状とすることにより、１個の取付ボルト１５で構造簡単で廉価、かつ、強度十分に弾性部材１７を取り付けながら、アッパープレート２と広い面積で安定的に当接させる構成が実現できている。

図５に示されるように、弾性部材１７は、弾性部材先端部１７Ａの高さｈの弾性部材１７の高さＨに対する比率ｈ／Ｈが０．２０〜０．４５（２０〜４５％）に設定されている。図示の比率では３１〜３２％に描かれている。なお、弾性部材先端部１７Ａの体積の弾性部材１７の体積に対する比率が２０〜４５％に設定される構成でもよい。
また、弾性部材先端部１７Ａのゴム硬度の一例は５０度であり、弾性部材基端部１７Ｂのゴム硬度の一例は７５度である。弾性部材先端部１７Ａの硬度は、弾性部材基端部１７Ｂの硬度の５０〜８０％に設定されていると好都合である。

弾性部材１７の中心空所１７ａに配置される軸心Ｐ方向に向く取付ボルト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）、及び偏芯板１８の孔（符記省略）を通して支持板９の雌ねじ部９ａ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。軸心Ｐから左右方向に離れた軸心Ｘを中心とする１箇所のボルト止め構造により、弾性体１４はピストン３に（下部構造体ａに）支持されている。
支持板９は、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、軸心Ｐ方向視で前記間隔ｄを有する長円（角丸長方形）に形成されており、軸心Ｘ方向視でベース板１６と同じＤ形の偏芯板１８が溶接などにより一体化されている。偏芯板１８に、取付ボルト１５に対する雌ねじ部を設けてもよい。

アッパープレート２には、第１固定ボルト４及び第２固定ボルト１９が、軸心Ｐ（Ｙ）に対して径方向に離れる状態に振り分けて配備されている。
上方突出する第１固定ボルト４は、その頭部４ａがアッパープレート２の下側に位置する状態でアッパープレート２に貫通配備されている。同じく上方突出し、かつ、外周に雄ねじ１９ａが形成された筒状の第２固定ボルト１９は、その下端大径部１９ｂがアッパープレート２の下側に位置するように貫通配備されている。アッパープレート２は、これら２個の固定ボルト４，１９を用いてフレームＦに固定されている（図６参照）。

図２に示されるように、弾性体１４は、軸心Ｐ（Ｙ）に対して、第１固定ボルト４及び第２固定ボルト１９の振り分け方向である前後方向Ｑと直交する左右方向（交差する方向の一例）Ｒに偏らせて配置されている。従って、図２（ａ）に示すように、軸心Ｐ（ｙ）方向視において、弾性体１４は滑りシート２０に対して左右方向Ｒに偏って配置される構成の空気ばねＡとされている。これは次に述べる理由による。

弾性体１４（弾性部材１７）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）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に示される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Ｋ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４に示されている。
図４は、図１に示される空気ばねＡの要部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Ｋ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として仮想線で描かれているのが標準状態（自由状態）であり、その上側の実線で描かれているのがクッション状態（車体が沈み込む状態）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（図１参照）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は、互いの軸心どうしＹ，Ｐが左右方向（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４に示されるように、弾性部材１７の弾性部材先端部１７Ａがアッパープレート２の下面２ａに当接して若干圧縮されている状態を示しており、アッパープレート２と弾性体１４とは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位置ずれしている。

つまり、大きくクッションして弾性部材１７がアッパープレート２の下面２ａに当接する状態では、図４において、弾性部材先端部１７Ａの上端左側部分から下面２ａに当接し、かつ、弾性部材１７は上ビード部１Ａに近接するように左右方向に移動する。従って、この場合には、図１、図４に示されるように、左右移動による上ビード部１Ａとの当接おそれを回避しながら、上下方向の弾性作用を得るべく、弾性体１４は、その右側に偏らせて配置し、かつ、左側部分をカットした平面視でＤ形状を呈する形状及び配置構造とするのが有効である。

このように、弾性部材１７は、その上部がゴム硬度の柔らかい弾性部材先端部１７Ａとされているから、大荷重時などの空気ばねＡが大きくクッションした場合には、弾性部材１７は、そのゴム硬度の低い弾性部材先端部１７Ａがアッパープレート下面２ａに擦れながら圧縮、即ち引き摺り当接される。従って、弾性部材基端部１７Ｂがアッパープレート下面２ａに擦れながら圧縮、即ち引き摺り当接する場合に比べて、弾性部材先端部１７Ａとアッパープレート下面２ａとの摩擦力（摩擦係数）は明確に低くなり、異音や騒音の発生するおそれを解消又は回避することができる。
また、弾性部材先端部１７Ａの持つ低いゴム硬度により、アッパープレート下面２ａとの当接の滑り易さが改善され、弾性部材１７の破損が抑制又は解消される利点もある。

さらに、図２、図５に示されるように、ベース板１６に一体形成される平面視で円形の突起１６Ａと、支持板９に一体化されている偏芯板１８に形成される平面視で円形の孔（穴や凹部でも良い）１８Ａとの嵌合により、取付ボルト１５に起因する支持板９とベース板１６との（ピストン３と弾性体１４との）軸心Ｘに関する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。ここで、「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Ｘ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。

空気ばねＡにおいては、図１，２に示されるように、弾性体１４は、そのピストン３に対する軸心Ｐ周り（軸心Ｘ周り）の向きを定めて支持板９に取付ボルト１５で取付ける必要がある。回り止め機構ｒが設けられているので、前述の回動移動の不都合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。

弾性部材１７は、ゴム硬度の高い（硬い）弾性部材基端部１７Ｂとゴム硬度の低い（柔らかい）弾性部材先端部１７Ａとを上下に積層した２層構造のものに構成されている。従って、鉛直方向にある程度硬く水平方向に変形し易いものとなり、アッパープレート２と弾性部材１７との間ですべりが生じない又は殆ど生じなくなるから、すべりに起因した異音や騒音が生じないようになる。
つまり、アッパープレート２と弾性部材１７とが当接して横変位が生じた際に、弾性部材１７のゴムが柔らかいとゴムが容易に変形し、アッパープレート２との間にすべりが生じないようになる。

〔実施形態２〕
弾性体１４は、図７（ａ）に示されるように、弾性部材先端部１７Ａと弾性部材基端部１７Ｂとがベース板１６の面方向と角度が付いた傾斜面ｓで一体化される構成の弾性部材１７を有するものでもよい。この例では、ピストン３の軸氏Ｙに対する弾性体１４の軸心Ｘの偏り方向（Ｒ方向で紙面右方向）に行くに従って、弾性部材先端部１７Ａの厚さが増すテーパ角度が付けられている。
この場合、弾性部材先端部１７Ａの体積の弾性部材１７の体積に対する比率が２０〜４５％（例：３７．５％）に設定されていれば好都合である。

図７（ａ）に示される弾性体１４（弾性部材１７）を用いた空気ばねＡを低床バスへ適用すれば、図７（ｂ）に示されるように、アッパープレート２に弾性部材先端部１７Ａが当接したときの傾きと、前記傾斜面ｓとが合致するようになる。これは、図４に示される場合に比べて、弾性部材先端部１７Ａの弾性変形が均一化されるようになり、性能の安定化や耐久性の各点で有利である。

〔別実施形態〕
弾性部材１７は、可撓性を有する材料など、ゴム以外の弾性材でもよい。また、弾性部材１７は、当接する相手側部材に近い部位ほどゴム硬度が低い３層以上の弾性材からなるものでもよい。

１ 筒状ゴム膜
１Ｃ 裏返し筒部分
２ 大径板状部材（いずれか他方）
３ ピストン（いずれか一方）
３ｃ 周面
１６ ベース板
１７ 弾性部材
１７Ａ 弾性部材先端部
１７Ｂ それ以外の部分（弾性部材基端部）

Claims (6)

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弾性部材が設けられ、かつ、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と前記弾性部材とが当接する状態に構成され、
   前記弾性部材は、前記何れか他方に当接する側の弾性部材先端部が、それ以外の部分よりも柔らかくなる状態に構成されている空気ばね。
2. 前記弾性部材先端部の前記弾性部材に対する高さ又は体積の比率が２０〜４５％に設定されている請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記弾性部材先端部の硬度は、前記それ以外の部分の硬度の５０〜８０％に設定されている請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 前記弾性部材は、平面視で環状を呈する状態に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の空気ばね。
5. 前記大径板状部材をばね上側部材に固定するための一対のボルトが、前記大径板状部材を貫く状態で前記軸心に関して振り分け配備され、
   前記弾性部材は、前記軸心に対して一対の前記ボルトの振り分け方向と交差する方向に偏って配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載の空気ばね。
6. 前記弾性部材は、その下面に一体化されるベース板に支持されており、前記ベース板は、前記軸心に対して前記交差する方向に張り出す状態で前記いずれか一方に取付けられている請求項５に記載の空気ばね。

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