JP2020085139A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】過剰なクッション時に緩衝作用を発揮するストッパを備える空気ばねのさらなる工夫により、ストッパがアッパープレート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長期に亘って生じないように、より改善された空気ばねを提供する。【解決手段】板状基盤２とピストン３との間に筒状ゴム膜１が設けられ、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と板状基盤２とのいずれか一方に弾性材製のストッパ１４が設けられ、ピストン３と板状基盤２との軸心Ｐ方向の間隔が所定量縮まるに伴ってピストン３と板状基盤２とのいずれか他方とストッパ１４とが当接する状態に構成され、ストッパ１４における他方側の端部は、弾性材が部分的に透かされた変形容易部２０に構成されている。【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板状基盤と、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が備えられ、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にカシメ（加締）固定される円板状のアッパープレート（板状基盤の一例）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。

また、特許文献２においても開示されるように、過剰な圧縮動によるピストン５と上面板（板状基盤の一例）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の頂部にストッパ（弾性体）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。

ところが、特許文献２の図２右側に描かれるように、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ようになる。従って、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るので、場合によっては異音や騒音が生じる。

そこで、特許文献３で開示されるように、板状基盤より摩擦係数の小さい滑りシートを板状基盤の内側に取付け、空気ばねが圧縮されると弾性体と滑りシートとが当接するように構成された改良品が開発された。つまり、ストッパが滑りシートに当接する際に横ずれ移動しても、小さい摩擦係数によって異音や騒音が生じない空気ばねである。

特開２０１１−１９０８８３号公報 特開２００６−１０５２５３号公報 特開２０１６−１２５５４１号公報

しかしながら、ストッパと滑りシートとは相当な荷重で衝突するため、摩擦係数が十分に小さくないと上手く滑らず、依然として異音の生じることがあった。加えて、合成樹脂などでなる滑りシートは接着や貼着により板状基盤に固定されているが、強い衝突を伴う経年使用によって剥がれ落ちるおそれもある。

本発明の目的は、上述した過剰なクッション時に当接して緩衝作用を発揮するストッパを設けた空気ばねにおいて、さらなる工夫により、ストッパが板状基盤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の防止作用を、より長期に亘って安定して発揮させることが可能となるように、より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板状基盤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とが備えられ、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と前記板状基盤２とのいずれか一方に弾性材製のストッパ１４が設けられ、前記ピストン３と前記板状基盤２との前記軸心Ｐ方向の間隔が所定量縮まるに伴って前記ピストン３と前記板状基盤２とのいずれか他方と前記ストッパ１４とが当接する状態に構成され、
前記ストッパ１４における前記他方側の端部は、弾性材が部分的に透かされた変形容易部２０に構成されていることを特徴とする。

例えば、前記変形容易部２０は、前記他方側の端部に複数の溝２１を設けることにより構成されている。複数の前記溝２１が並列に配置されていたり、複数の前記溝２１が前記他方側の端部の全域に亘って形成されていたりすれば好都合であり、前記溝２１は、その開口幅ｗよりも深さｈが大となる深溝に設定されているとなおよい。
また、前記ストッパ１４は前記ピストン３に取り付けられていればよく、前記ストッパはゴム製であるとさらによい。

本発明によれば、ストッパの他方側の端部は、弾性材が部分的に透かされた変形容易部に構成されているから、ストッパの他方側の端部のばね定数を、ストッパにおける他方側の端部以外の部分のばね定数よりも小さくすることが容易である。

故に、空気ばねが大きくクッションして板状基盤又はピストンとストッパとが左右にずれ移動しながら上下に圧縮されても、弾性材が部分的に透かされた他方側の端部が横方向に容易に弾性変形することで左右のずれ動きを吸収するようになる。

従って、両者（板状基盤又はピストンとストッパ）のずれ動きによる擦れ或いは引き摺りが生じないようになり、異音や騒音が発生しないようになる。このように、両者のずれ動きが構造的に生じないようになるから、異音や騒音の発生防止作用は経年使用に拘らず維持される。また、滑りシートなどの別部材が剥がれ落ちる懸念が払拭されるとともに、専用部品である滑りシートが不要になってコストダウンも行える。

その結果、ストッパの他方側端部の弾性材を部分的に透かした変形容易部とする工夫により、ストッパが板状基盤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の防止作用を、より長期に亘って安定して発揮させることが可能となるように、より改善された空気ばねを提供することができる。

空気ばねの構造を示す断面図 （Ａ）ストッパ及びその配置構造を示す要部の平面図、（Ｂ）ストッパ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 ストッパの断面を示し、（Ａ）は前後方向で切った断面図、（Ｂ）は左右方向で切った断面図 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

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。

実施形態１による空気ばねＡは、図１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を有する板金製のアッパープレート（板状基盤の一例）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。

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。一つ又は複数の固定ボルト４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、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（支持部の一例）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を介してストッパ１４が取付けられている。このように、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及び図５に示されるように、ストッパ１４は、弾性材製の弾性部１７と、弾性部１７の下面に取り付けられるベース板１６とを有して構成されている。ストッパ１４における他方側の端部、即ち弾性部１７の上端部（板状基盤２側の端部）は、弾性材が部分的に透かされた（間引かれた）変形容易部２０に構成されている。弾性部１７は例えばゴム製であり、ベース板１６は例えば板金製である。ストッパ１４は、ベース板１６を単一の取付ボルト１５で偏芯板１８を介して支持板９に螺着することによってピストン３に取り付けられている。

ストッパ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１７は、軸心Ｘ（Ｐ）方向視で環状（ドーナツ状）であり、かつ、偏り方向である左右方向Ｒに関して軸心Ｐ側となる端面が直線とされたＤ形状を呈する形状に設定されている。弾性部１７は、これと同様のＤ形状に形成されたベース板１６に加硫接着などによって一体的に取り付けられている。

弾性部１７の中央空所２２に配置されて軸心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１６ａ、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に螺着されている。つまり、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、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。
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。

アッパープレート２には、前述の固定ボルト４と、ダイヤフラム１の内部へのエア流通用の筒状部材１９とが、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貫通配備され、同じく上方突出するとともに外周に雄ねじ１９ａを有する筒状部材１９は、その下端大径部１９ｂがアッパープレート２の下側に位置する状態で貫通配備されている。アッパープレート２は、これら２個のボルトとして機能する固定ボルト４及び筒状部材１９を用いてフレームＦに固定される（図６参照）。

図２に示されるように、ストッパ１４は、軸心Ｐ（Ｙ）に対して、固定ボルト４及び筒状部材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（振り分け方向に交差する方向）Ｒに偏らせて配置されている。従って、図２（Ａ）に示されるように、軸心Ｐ（ｙ）方向視において、ストッパ１４はアッパープレート２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。

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）が補償されるようにアッパープレート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に示される空気ばね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が図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、ストッパ１４の上端の変形容易部２０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た状態になり、アッパープレート２とストッパ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することとなる。

つまり、大きくクッションしてストッパ１４がアッパープレート２に当接する状態では、図４において、弾性部１７上端の変形容易部２０の上端右側部分からアッパープレート２に当接し、かつ、弾性部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、弾性部１７の左側部分をカットした形状、即ち平面視でＤ形状を為すストッパ１４が有効である。

図１、図２、及び図５に示されるように、変形容易部２０は、弾性部１７の上端部（他方側の端部の一例）に複数の溝２１を並列に設けることにより構成されている。複数の溝２１は、前後方向Ｑに直線状に延びる条溝であって、左右方向Ｒに均等間隔に並べられて弾性部１７としての上面の全域に亘って形成されている。

溝２１は、下に行くに従って溝幅が若干狭くなるＶ字形の断面形状〔図５（Ｂ）参照〕を持ち、その上端の開口幅（溝開口幅）ｗよりも深さ（溝深さ）ｈが十分大きい（例：２．５×ｗ＝ｈ）深溝に設定されている。また、溝２１の深さｈと弾性部１７の高さ（厚み）Ｈとは、例として０．２Ｈ≦ｈ≦０．３Ｈに設定されている。

隣り合う溝２１，２１どうしの間は、前後方向Ｑに直線状に延びる突条（凸条）２３に形成されている。突条２３は、左右方向Ｒで切った断面形状が上下に長い台形を為す高畦に形成されている。突条２３の上端幅と溝２１の開口幅ｗとは略同値に設定されているが、これには限らない。溝２１（突条２３）の延び方向（長手方向）は、ストッパ１４のＤ形状をなすための直線部（符記省略）と同じ方向である。

弾性部１７の高さで上部２０〜３０％は複数の条溝２１を有する多数の突条２３に形成されているから、それら多数（複数）の突条２３による変形容易部２０は、上下及び横方向のばね定数が変形容易部２０以外の部分よりも小さい。変形容易部２０では、上下方向や前後方向Ｑのばね定数に比べて、溝２１の配列方向であって突条２３が倒れ変形し易い方向（左右方向Ｒ）のばね定数は明確に小さくなる。

図４に示されるように、ストッパ１４がアッパープレート２に当接してなおも圧縮される場合の横ずれ移動は、変形容易部２０が、つまりは複数の突条２３が右方向に横倒れ弾性変形することで吸収され、弾性部１７とアッパープレート２とに相対滑りは生じないようになる。なお、図４では、複数の突条２３の倒れ変形をやや誇張して描いてある。このように、ストッパ１４とアッパープレート２とが圧接状態で相対的に滑り移動しないようになるので、その滑り移動に起因した異音や騒音が根本的に生じない。構造的に異音などが生じないから、異音や騒音の発生防止効果は長期に亘って発揮されるものとなる。

弾性部１７のゴム硬度を適宜に設定すれば、例えば、特許文献３によるストッパ（弾性体１４）と上下方向のばね定数を等しく（又はほぼ等しく）しながら、変形容易部２０の左右方向のばね定数を明確に小さく（低く）する、という設定が可能である。つまり、弾性部１７としての必要な上下方向の大きいばね定数と、左右方向の十分小さいばね定数とを備えたストッパ１４が得られる。また、滑りシートなどの別部材が不要であり、コスト的にも有利である。

図２及び図５に示されるように、ベース板１６に貫通固定される頭付のピン１６Ａと偏芯板１８の孔（穴や凹部でも良い）１８Ａとの嵌合によって回り止め機構ｒが構成されている。回り止め機構ｒにより、取付ボルト１５の締め込みなどに起因する支持板９とベース板１６との（ピストン３とストッパ１４との）軸心Ｘに関する相対回動移動が生じないようになっている。

空気ばねＡにおいては、図１，２に示されるように、ストッパ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ている。

〔別実施形態〕
溝２１や突条２３の形状や大きさ、或いは数などは適宜に変更設定が可能である。また、変形容易部２０を構成するための「弾性材が部分的に透かされた」形態としては、縦横などに交差する溝を設けて多数の独立した凸部を設ける構成や、弾性部１７の上面から下向きに延びる多数の穴を設ける構成など、種々の変更設定が可能である。

１ 筒状ゴム膜
１Ｃ 裏返し筒部分
２ 板状基盤
３ ピストン
３ｃ 周面
１４ ストッパ
２０ 変形容易部
２１ 溝
Ｐ 軸心
ｈ 開口幅
ｗ 深さ

Claims (7)

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板状基盤と、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が備えられ、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板状基盤とのいずれか一方に弾性材製のストッパが設けられ、前記ピストンと前記板状基盤との前記軸心方向の間隔が所定量縮まるに伴って前記ピストンと前記板状基盤とのいずれか他方と前記ストッパとが当接する状態に構成され、
   前記ストッパにおける前記他方側の端部は、弾性材が部分的に透かされた変形容易部に構成されている空気ばね。
2. 前記変形容易部は、前記他方側の端部に複数の溝を設けることにより構成されている請求項１に記載の空気ばね。
3. 複数の前記溝が並列に配置されている請求項２に記載の空気ばね。
4. 複数の前記溝が前記他方側の端部の全域に亘って形成されている請求項２又は３に記載の空気ばね。
5. 前記溝は、その開口幅よりも深さが大となる深溝に設定されている請求項２〜４の何れか一項に記載の空気ばね。
6. 前記ストッパは前記ピストンに取り付けられている請求項１〜４の何れか一項に記載の空気ばね。
7. 前記ストッパはゴム製である請求項１〜６の何れか一項に記載の空気ばね。

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