JP2021071139A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】過剰なクッション時（底付き時）に緩衝作用するストッパを設けた空気ばねにおいて、ストッパが擦れながら圧縮されることによる懸架特性の乱れ（乗り心地）の悪化が極力生じないようにして、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、その一端部に気密接合される板状基盤２と、他端部に気密接合されるピストン３とを備え、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に形成された空気ばねにおいて、ピストン３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板状基盤２とストッパ１４とが当接する状態に構成され、ストッパ１４の板状基盤側端にシート状体２０が設けられ、シート状体２０は、これと板状基盤２との摩擦力がストッパ１４と板状基盤２の摩擦力よりも小となる材料製である。【選択図】図１

Description

本発明は、バス、トラック、自動車、或いは鉄道車両など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、すなわち、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において開示されたものが知られている。

特許文献１（図１，６を参照）による空気ばね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１Ａに加締（カシメ）固定される円板状のアッパープレート２と、ダイヤフラム１の下端に形成される小径ビード部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の頂部に弾性材製のストッパ１７が設けられている。これにより、満員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における図２の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ている。そのため、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になる。

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、懸架装置としての空気ばねの挙動が不安定になり易く、底付き付近における懸架特性が乱れて乗り心地が悪化することが予測される。

特開２０１１−１９０８８３号公報 特開２００６−１０５２５３号公報

本発明の目的は、上述した過剰なクッション時（底付き時）に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、ストッパが擦れながら圧縮されることに起因した懸架特性の乱れ（乗り心地）の悪化が極力生じないようにして、より改善される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における前記いずれか他方側の端部にシート状体２０が設けられ、前記シート状体２０は、これと前記いずれか他方との摩擦力が前記ストッパ１４と前記いずれか他方との摩擦力よりも小となる材料製であることを特徴とする。

前記シート状体２０は、接着により前記ストッパ１４に取り付けられていれば好都合であり、前記シート状体２０は、接着剤が塗布された状態での加硫接着により前記ストッパ１４に取り付けられていればより好都合である。また、前記シート状体２０はフッ素樹脂により形成されていればよい。

前記いずれか一方が前記ピストン３であり、前記いずれか他方が前記板状基盤２であるとよく、また、前記板状基盤２のピストン側の面にはメッキ又は塗装が施されていると好都合である。

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板状基盤を弾性支持するストッパが設けられており、そのストッパに設けられたシート状体は、これとピストンと板状基盤とのいずれか他方（板状基盤や支持体など）との摩擦力がピストンと板状基盤とのいずれか他方とストッパとの摩擦力よりも小となる材料により形成されている。

従って、大きくクッションした場合には、いずれか他方（板状基盤や支持体など）はシート状体に当接又は引き摺り当接するから、ストッパ（弾性材）がいずれか他方に当接又は引き摺り当接する場合に比べて、いずれか他方とシート状体との摩擦力（摩擦係数）は低いものになり、いずれか他方とストッパとの当接や引き摺り当接が円滑に行われて安定した懸架特性が得られ、乗り心地が向上するようになる。また、いずれか他方とストッパとの円滑な当接や引き摺り当接によって滑り易さが改善されるので、ストッパの亀裂や破損のおそれを抑制又は解消させることも可能である。

その結果、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、ストッパがいずれか他方に当接して擦れながら圧縮されることに起因した乗り心地の悪化が生じないようにして、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 ストッパの変形例を示し、（Ａ）第１別構造によるストッパの平面図、（Ｂ）第２別構造によるストッパの上部を示す断面図 第３及び第４別構造によるストッパの上部を示す部分断面図

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を有する例えば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）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（図３を参照）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。

互いに独立した部材である本体筒部３Ａと台座部３Ｂとは、下ビード部１Ｂを介して一体化されている。すなわち、フランジ部３ｅに当て付けられる状態で周側壁３ｆに圧入外嵌されている下ビード部１Ｂを、周側壁３ｆを外囲する状態の窪み上壁３ａで下から支えるように本体筒部３Ａと台座部３Ｂとが相対配置されている。
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に示すように、脚部材１３に螺着により固定される。脚部材１３に取り付けられた空気ばねＡでは、台座部３Ｂは、フランジ部３ｅと脚部材１３との間で挟まれて支持されており、下ビード部１Ｂが若干上下に圧縮されることによる弾性を用いてよりしっかりと位置固定されると好都合である。

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を介してストッパ１４が取付けられている。弾性材製のストッパ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。

ストッパ１４は、図１，２に示されるように、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上に一体化されるゴム（弾性材の一例）製の弾性部１７とを有して構成されている。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）方向視で円形ドーナツ状であり、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。

図１、図２、図５に示されるように、弾性部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１６Ｂ、及び偏芯板１８の孔１８Ａ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うことある状態で螺着されている。この、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。なお、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。

図２、図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、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の下面２ａの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の下面２ａ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１、図２、図５に示されるように、ストッパ１４の上端部（「いずれか他方側の端部」の一例）には、薄肉で板状のシート状体２０が設けられている。シート状体２０は、例えばフッ素樹脂からなる厚さ１ｍｍ前後の滑り促進シートであって、接着剤による接着及び／又は加硫接着により弾性部１７の上面に一体化されている。中心空所１７Ａに対応する通孔２０Ａが形成されているシート状体２０は、弾性部１７の形状に合わせた平面視形状とされているが、その限りではない。シート状体２０は、これとアッパープレート２との摩擦力が弾性部１７とアッパープレート２との摩擦力よりも小となる材料製である。

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（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。その理由は次に述べるとおりである。

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）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が図４に示されている。
図４は、図１に示す空気ばね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。ある程度のクッション状態では、図４に示されるように、ストッパ１４は、その上端であるシート状体２０がアッパープレート２の下面２ａに当接して弾性部１７が若干圧縮されており、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。

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の上端であるシート状体２０の左側からアッパープレート２の下面２ａに当接し、かつ、ストッパ１４は上ビード部１Ａに左右方向で近づくように横移動する。従って、ストッパ１４の形状としては、図２に示されるように、横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及びシート状体２０の左側部分がカットされたような平面視でＤ形のものが有効である。

このように、ストッパ１４の弾性部１７の上端に摩擦係数の小なるシート状体２０が装備されていて、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、ストッパ１４は、その上端のシート状体２０がアッパープレート２の下面２ａに擦れながら圧縮、即ち引き摺られ当接する。

シート状体２０とアッパープレート２との摩擦力（摩擦係数）は極低いものになり、弾性部１７の捩じられながらの圧縮変形挙動が抵抗少なく円滑に行われるようになる。弾性部１７とアッパープレート２とが当接する場合は、弾性による強い引き摺り（圧縮）と弾性解放による瞬発的な相対移動とが繰り返されてギシギシと不安定で振動のある当接状態となり、乗り心地（乗車感）に悪影響が出るが、本願の空気ばねＡでは、弾性部１７の捩じられながらの圧縮変形挙動が抵抗少なく円滑に行われて前述の悪影響が改善されるので、乗り心地を向上させることができる。

ストッパ１４とアッパープレート２とが上下に圧縮されながら左右にずれ移動（スリップ）するので、場合によっては異音や騒音（スリップ音）の生じるおそれがあるが、本発明による空気ばねＡでは、その異音や騒音のおそれが抑制又は回避されるようにもなる。また、弾性部１７はアッパープレート２に間接的に当接されることになるので、引き摺られ当接による弾性部１７の亀裂や破損のおそれが解消される利点もある。

例えば、図示は省略するが、略シート状体２０をアッパープレート２の下面２ａに設けて、ストッパ１４とシート状体２０とを当接させるという、本発明とは逆構成のものも考えられる。この逆構成では、空気ばねのクッション量によってアッパープレート２におけるストッパ１４との当接箇所がズレ動くので、それをカバーする大きさのシート状体２０が必要であるとともに、アッパープレート２から剥れ落ちるおそれも考えられる。
しかしながら、本発明による空気ばねＡでは、シート状体２０はストッパ１４に設けられているので、弾性部１７の平面視による大きさと同等の小さいシート状体２０で済む上、弾性部１７の上に載せ付けられていて剥れ落ち難いものとなる利点がある。

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に形成される平面視で円形の孔（穴や凹部でも良い）９Ａ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（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、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である。

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とともに位置決め機能も発揮される。

シート状体２０の材料であるフッ素樹脂種類は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥなどが挙げられる。また、その他の摩擦抵抗の少ない合成樹脂製でも良い。
アッパープレート２の（下面２ａの）に表面処理を施す場合は、電気亜鉛めっき、塗装（カチオン電着塗装、亜鉛めっき後シリコン樹脂塗装）などが挙げられる。

〔別実施形態〕
（１）図７（Ａ）に示されるように、ストッパ１４は、弾性部１７及びシート状体２０が、右側（アッパープレート２に先に又は強く当たる側）に行くほど幅寸法が大となる平面視形状に構成された第１別構造の空気ばねでも良い。ベース板１６における１６Ｂは、ボルト通し用の孔である。
（２）図７（Ｂ）に示されるように、ストッパ１４は、厚みが右側に行くほど厚くなる形状とされたシート状体２０を有する構成とされた第２別構造の空気ばねでも良い。

（３）図８に示されるように、弾性部１７とシート状体２０とが互いに嵌り合うズレ止め（外れ止め部）ｈが設けられたストッパ１４でも良い。図８において軸心Ｘに関する左側に描かれた外れ止め部ｈは、シート状体２０に形成された孔（径一定の円孔など）２１と、その孔２１の下部に嵌り込む円筒状などの突起部２０ａとの嵌合により構成された第３別構造の空気ばねである。図８において軸心Ｘに関する右側に描かれた外れ止め部ｈは、シート状体２０に形成された上拡がり状のテーパ孔２２と、そのテーパ孔２２に下部に嵌り込む上拡がり状のテーパ突起部２０ｂとが嵌合により構成された第４別構造の空気ばねである。なお、突起部２０ａやテーパ突起部２０ｂの高さ（厚さ）は、シート状体２０の厚さより十分小さいものが望ましい。

（４）図示は省略するが、シート状体２０を有するストッパ１４をアッパープレート２の下面２ａに取り付け、クッションによりストッパ１４下端のシート状体２０と支持板９とが当接する構成とされた空気ばねでもよい。
（５）シート状体２０の材質、厚さ、形状などは適宜に変更設定が可能である。また、シート状体２０と弾性部１７との固定手段は、接着や加硫接着以外の手段でもよい。

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 シート状体
Ｐ 軸心

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いずれか他方側の端部にシート状体が設けられ、前記シート状体は、これと前記いずれか他方との摩擦力が前記ストッパと前記いずれか他方との摩擦力よりも小となる材料製である空気ばね。
2. 前記シート状体は接着により前記ストッパに取り付けられている請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記シート状体は接着剤が塗布された状態での加硫接着により前記ストッパに取り付けられている請求項１に記載の空気ばね。
4. 前記シート状体はフッ素樹脂により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. 前記いずれか一方が前記ピストンであり、前記いずれか他方が前記板状基盤である請求項１〜４の何れか一に記載の空気ばね。
6. 前記板状基盤のピストン側の面にはメッキ又は塗装が施されている請求項５に記載の空気ばね。

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