JP3942459B2

JP3942459B2 - 空気バネ

Info

Publication number: JP3942459B2
Application number: JP2002056867A
Authority: JP
Inventors: 玲東谷; 與志佐藤
Original assignee: Bridgestone Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Bridgestone Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003254378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行安定性を高めつつ耐久性を維持できる空気バネに関し、例えば、鉄道車両の台車、特にボルスタレスタイプ台車に使用されるボルスタレス空気バネに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気バネの一種として、下側の取付部材の上部に積層ゴムを介してゴム等で筒状に形成されたダイヤフラムを配置すると共に、この上に上側の取付部材が取り付けられ、振動発生部或いは振動受け部にこれら取付部材の何れか一方がそれぞれ連結されるような構造を有し、鉄道車両の台車に用いられているボルスタレス空気バネが、知られている。
そして、このボルスタレス空気バネでは、振動の入力により軸方向に沿った相対変位が一対の取付部材間に生じるようになっている。
【０００３】
例えば、この種のボルスタレス空気バネの一例として、図６に示されるようなものが知られており、この図に基づき従来技術を説明する。
この図に示すように、このボルスタレス空気バネ１１０は、上面板１１４と中間材１１８とをゴム材などで形成されたダイヤフラム１１６で連結し、このダイヤフラム１１６がパンクしてダイヤフラム１１６の内圧が０となった時における車両の非常走行用としての積層ゴム１２０が、中間材１１８と下面板１１２との間に配置される構造となっている。
【０００４】
つまり、従来のこのボルスタレス空気バネ１１０には、ダイヤフラム１１６と直列的に配置される形で積層ゴム１２０が設けられているが、この積層ゴム１２０のばね定数は、重い鉄道車両の車体を支える関係から、約１００００Ｎ／ｍｍ程度とされ、硬いバネとなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のボルスタレス空気バネ１１０では、ダイヤフラム１１６の内圧が０の時におけるばね定数が非常に高くなる関係から、内圧０時にはクッション性が乏しく、振動が路面側から車体に直接伝わる欠点があった。
これに対して、ゴム硬度の低いゴム材を採用することなどで、この積層ゴム１２０のばね定数を下げてバネを柔らかくすることは可能であるが、この場合には、荷重変動による車両の例えば前後左右方向の撓み量の変化が大きくなるので、ダイヤフラム１１６内に空気が封入された状態では、かえって走行安定性を阻害する要因になる可能性があった。
【０００６】
さらに、ゴム硬度の低いゴム材を採用して積層ゴム１２０を柔らかくした場合、積層ゴム１２０を形成するゴム材の劣化が早まって空気バネの耐久性が低下する虞もあった。
本発明は上記事実を考慮し、車両の走行安定性を高めつつ耐久性を維持し得る空気バネを提供することが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の空気バネは、振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、
振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材と、
これら一対の取付部材間に配設されてこれら一対の取付部材の相対変位に伴って弾性変形する筒状のダイヤフラムと、
上記一対の取付部材間に配設され且つ、複数のゴム材を積み重ねた構造とされる積層ゴムと、
ダイヤフラムの一端側を積層ゴムに固定してダイヤフラムと積層ゴムとを直列に接続する中間材と、
一方の取付部材に一端が取り付けられると共に他端が中間材より他方の取付部材側に突出しつつ、上記一対の取付部材間に配設され且つ、積層ゴムのばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材と、
を有したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る空気バネの作用を以下に説明する。
振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材との間に、筒状のダイヤフラムが配設されて、これら部材の相対変位に伴ってこのダイヤフラムが弾性変形する。
【０００９】
従って、振動発生部が振動を発生させた場合、第１の取付部材或いは第２の取付部材の何れか一方を介して振動がダイヤフラムに伝達され、これら第１の取付部材と第２の取付部材の間の相対的な移動に伴うダイヤフラムの変形により振動が吸収されて、第１の取付部材或いは第２の取付部材の他方に連結された振動受け部側に振動が伝達され難くなる。
【００１０】
さらに、これら一対の取付部材間には、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴムだけでなく、積層ゴムのばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材が、配設されている。そして、ダイヤフラムの一端側を積層ゴムに固定する中間材が、ダイヤフラムと積層ゴムとを直列に接続し、一方の取付部材に一端が取り付けられる弾性ストッパ材の他端が、この中間材より他方の取付部材側に突出した構造とされている。
この為、積層ゴムだけでなく弾性ストッパ材を有することにより、ダイヤフラムがパンクした時であっても、弾性ストッパ材により荷重を支持できるので、積層ゴムの硬さが従来例の積層ゴムと同様の硬さのままでも、空気バネ全体として高いクッション性が得られる。
以上より、ゴム硬度の低いゴム材を積層ゴムに採用しなくとも良くなるので、空気バネが設置された車両の走行安定性を高めることができ、また、積層ゴムの劣化が早まらないので、空気バネの耐久性を維持することが可能となる。
【００１１】
請求項２に係る空気バネの作用を以下に説明する。
本請求項は請求項１と同様の構成を有して同様な作用を奏する。但し本請求項では、弾性ストッパ材が、一対の支持部材とこれら一対の支持部材に接着されるストッパゴムとで形成され、これら一対の支持部材とストッパゴムとの間の２箇所の接着部分間を繋ぐ直線が、積層ゴムの積み重ね方向と交差する方向に延びるという構成になっている。
【００１２】
つまり、本請求項では、２箇所の接着部分間を繋ぐ直線が、積層ゴムに車体等の荷重の加わる方向である積層ゴムの積み重ね方向に対して交差する方向に延びているので、弾性ストッパ材がいわゆる剪断タイプのストッパとなり、空気バネの小型化が図れることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態に係る空気バネを図１から図３に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る空気バネであるボルスタレス空気バネ１０は、図示しない例えばサポート金具側へ連結される円板状に形成された第１の取付部材である下面板１２を備えている。また、この図示しないサポート金具が車両の車輪等と連結されることになる。
【００１４】
この下面板１２の中央には、気体を吸排気する為の円筒状の第１ポート金具１４が溶接等により固定されており、この第１ポート金具１４の外周に、封止の為のＯリング１６が取り付けられている。また、下面板１２の上部には、円筒状に形成され且つばね定数が約１００００Ｎ／ｍｍ程度とされた積層ゴム１８が、下面板１２の上面と加硫接着されて配置されている。
【００１５】
そして、この積層ゴム１８は、それぞれリング状に金属で形成された複数のリング板２０と、それぞれリング状にゴム材で形成された複数の弾性体２２とを、交互に積み重ねて積層した構造とされている。
この積層ゴム１８の上部には、リング状に金属で形成された連結用リング２４が、積層ゴム１８の上面と加硫接着されて配置されており、この連結用リング２４の上面には、リング状に形成された中間材２６が、ボルト２８によりねじ止められて固定されている。
【００１６】
一方、この中間材２６の直上の位置には、図１及び図２に示すように、車両の図示しない車体側に連結されて車体の荷重を支持する第２の取付部材である上面板３２が位置している。この上面板３２の中央には、気体を吸排気する為の円筒状の第２ポート金具３４が嵌合等により固定されており、この第２ポート金具３４の外周に、封止の為のＯリング３６が取り付けられている。
【００１７】
以上より、上記の第１ポート金具１４及び第２ポート金具３４に配管が繋がれて、このボルスタレス空気バネ１０の外部の空間とボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓとが、これらポート金具１４、３４により連通可能とされており、空気等の気体がこれらポート金具１４、３４により吸排できるようになっている。
そして、少なくともボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓと、ボルスタレス空気バネ１０の下に配置されて圧縮空気を溜める為の図示しない補助タンクとの間が、第１ポート金具１４を介して繋がっている。
【００１８】
一方、この上面板３２の下部側中央部には、円盤状に形成された連結金具３８が取り付けられており、ステンレス鋼製の摺動板４０がこの連結金具３８の下面側に配置されている。また、上面板３２の下部側外周部には、ポリエチレン製の摺動シート４４がゴム製の弾性材４２を介して固定されている。
【００１９】
これら上面板３２と中間材２６との間には、円筒状にゴム材で形成された弾性膜であるダイヤフラム４６が配設されており、このベローズの役割をするダイヤフラム４６の両端部には、それぞれ膨らんだ形状の補強部４６Ａ、４６Ｂがリング状に設けられている。
さらに、この内の下側の補強部４６Ａが中間材２６及び連結用リング２４側に固定されて、このダイヤフラム４６の下端側が封止されており、上側の補強部４６Ｂが、摺動シート４４と連結金具３８との間の上面板３２の部分に固定されて、このダイヤフラム４６の上端側が封止されている。つまり、ダイヤフラム４６内の空間となるボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓが上面板３２及び中間材２６等により封止されている。
【００２０】
他方、図１に示すように、この中間材２６の内周側には、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材５０が取り付けられている。この弾性ストッパ材５０は、一対の支持部材である上端板５２及び下端板５４と、これら上端板５２及び下端板５４にそれぞれ接着される円柱形状のストッパゴム５６とで、形成されている。
そして、この弾性ストッパ材５０の上端板５２が、中間材２６の内周面と緩く嵌め合わされたフランジ材５８に、ボルト６４によってねじ止められて連結されており、また、下端板５４が下面板１２上に固定されている。
【００２１】
この際、図１に示すように、外周側に円盤状に広がるフランジ材５８が中間材２６よりも上面板３２側に突出した位置で固定されており、このフランジ材５８の上面にテフロン（登録商標）製の摺動板６０が配置されている。また、この弾性ストッパ材５０のばね定数を実質的に決定するストッパゴム５６のばね定数は、５００Ｎ／ｍｍ〜２０００Ｎ／ｍｍとされている。
【００２２】
さらに、下端板５４には、第１ポート金具１４の内周部分と一端が繋がると共に他端が下端板５４の外周面外に繋がる第１空気孔６６が、形成されており、また、フランジ材５８には、このフランジ材５８を上下に貫通する第２空気孔６８が形成されている。
従って、本実施の形態では、弾性ストッパ材５０の外周側と積層ゴム１８の内周側との間の空間Ｓ１及び、これら空気孔６６、６８を介して、第１ポート金具１４から空間Ｓ内に空気が吸排可能とされることになる。
【００２３】
次に、本実施の形態に係るボルスタレス空気バネ１０の作用を説明する。
振動発生部となる車輪側に連結される下面板１２と、振動受け部である車体側に連結される上面板３２との間に、中間材２６が配置されており、下面板１２と中間材２６との間に積層ゴム１８が配設されると共に、中間材２６と上面板３２との間に円筒状のダイヤフラム４６が配設されている。また、下面板１２及び上面板３２にそれぞれ取り付けられたポート金具１４、３４によって、ダイヤフラム４６内の空間となる空間Ｓに空気が吸排されつつ、これら下面板１２と上面板３２との間の相対変位に伴って、このダイヤフラム４６が弾性変形することになる。
【００２４】
従って、車輪側で振動が発生した場合、下面板１２及び積層ゴム１８を介して振動がダイヤフラム４６に伝達され、上面板３２と下面板１２の間の相対的な移動に伴うダイヤフラム４６の変形により振動が吸収されて、上面板３２に連結された車体に振動が伝達され難くなる。
【００２５】
さらに、これら下面板１２と上面板３２との間には、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴム１８だけでなく、この積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材５０が、配設されている。そして、この弾性ストッパ材５０は、上端板５２及び下端板５４と、これら上端板５２及び下端板５４にそれぞれ接着される円柱形状のストッパゴム５６とで、形成されている。
【００２６】
従って、積層ゴム１８だけでなく弾性ストッパ材５０を有することにより、図３に示すように、ダイヤフラム４６がパンクして上面板３２が下降した時であっても、下面板１２がばね定数の低い弾性ストッパ材５０のフランジ材５８にまず当接し、この弾性ストッパ材５０が車体の荷重を支持するので、積層ゴム１８の硬さが従来例の積層ゴム１８と同様の硬さのままでも、ボルスタレス空気バネ１０全体として高いクッション性が得られる。
【００２７】
以上より、ゴム硬度の低いゴム材を積層ゴム１８に採用しなくとも良くなるので、ボルスタレス空気バネ１０が設置された車両の走行安定性を高めることができ、また、積層ゴム１８の劣化が早まらないので、ボルスタレス空気バネ１０の耐久性を維持することが可能となる。
【００２８】
他方、本実施の形態では、フランジ材５８が中間材２６よりも上面板３２側に突出する形で、弾性ストッパ材５０が設置されている。
この為、この弾性ストッパ材５０の存在により、ダイヤフラム４６がパンクして内圧が０となっても、積層ゴム１８よりも先に弾性ストッパ材５０に上面板３２が接触するので、車両の荷重を確実にまずこの弾性ストッパ材５０によって支持できるようになる。
【００２９】
尚この際、連結金具３８に取り付けられたステンレス鋼製の摺動板４０が、フランジ材５８に取り付けられるテフロン製の摺動板６０に当接するので、車両の前後左右方向に過大な力が加わった場合でも、これらが滑って相対的変位可能となる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る空気バネを図４に示し、この図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
図４に示すように本実施の形態でも、中間材２６の内周側に、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材７０の上端側が取り付けられている。
【００３１】
但し、この弾性ストッパ材７０は、第１の実施の形態と異なった形状とされ、一対の支持部材であるそれぞれ金属製の上側プレート７２及び外筒７４と、これら上側プレート７２及び外筒７４にそれぞれ接着される円柱形状のストッパゴム７６とで、形成されており、この弾性ストッパ材７０の外筒７４の上端部が、中間材２６にボルト６４を介してねじ止められて連結されている。
【００３２】
つまり、この弾性ストッパ材７０の存在により、本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、車両の走行安定性を高めつつボルスタレス空気バネ１０の耐久性を維持することが可能となる。
また、中間材２６には、空間Ｓと積層ゴム１８の内周側の空間との間を連通する空気孔７８が形成されている。従って、本実施の形態では、弾性ストッパ材７０の外周側と積層ゴム１８の内周側との間の空間Ｓ１及び、空気孔７８を介して、第１ポート金具１４から空間Ｓ内に空気が吸排可能とされることになる。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る空気バネを図５に示し、この図に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
図５に示すように本実施の形態でも第２の実施の形態と同様に、中間材２６の内周側に、積層ゴム１８のばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材７０の上端側が取り付けられている。
【００３４】
但し、この弾性ストッパ材７０は、第２の実施の形態のものと近似した構造となっているが、本実施の形態では、上側プレート７２の下側に金属製で棒状の軸材７３が溶接等により連結されており、これら上側プレート７２と軸材７３とが一体的な構造となっている。この為、この弾性ストッパ材７０は、一対の支持部材である上側プレート７２、軸材７３と外筒７４と、これら上側プレート７２、軸材７３及び外筒７４にそれぞれ接着されるリング状のストッパゴム７６とで、形成されている。
つまり、この弾性ストッパ材７０の存在により、本実施の形態も第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、車両の走行安定性を高めつつボルスタレス空気バネ１０の耐久性を維持することが可能となる。
【００３５】
この一方、本実施の形態では、軸材７３の外周側に筒状の外筒７４が配置され、これら軸材７３と外筒７４との間に、リング状に形成されたストッパゴム７６が配置される構造となっている。そして、軸材７３の外周面とストッパゴム７６の内周面との間及び、外筒７４の内周面とストッパゴム７６の外周面との間の２箇所の接着部Ａ１、Ａ２間をこれらの面に対して直交して繋ぐ直線Ｌが、積層ゴム１８の積み重ね方向Ｙと交差する方向に延びている。
【００３６】
従って、本実施の形態では、軸材７３、外筒７４と、ストッパゴム７６との間の２箇所の接着部Ａ１、Ａ２間を繋ぐ直線Ｌが、積層ゴム１８に車体の荷重が加わる方向である積層ゴム１８の積み重ね方向Ｙに対して交差する方向に延びているので、弾性ストッパ材７０がいわゆる剪断タイプのストッパとなる。つまり、剪断タイプのストッパであれば弾性ストッパ材７０が小型化できるので、弾性ストッパ材７０を有してしても、ボルスタレス空気バネ１０の小型化が図れることになる。
【００３７】
尚、上記実施の形態において、振動発生部側に下面板１２を連結し、振動受け部側に上面板３２を連結するような構成としたが、この逆の構成としても良い。また、上記実施の形態の説明において、振動を減衰して低減するようにしたが、振動の中でも突発的に存在する大きな振幅である衝撃を本発明は緩衝することもできる。
他方、上記実施の形態において、車両等の車体に入力される外部振動の防振を目的としたが、本発明は、例えば車両以外の他の建設機械、農業機械等の用途にも用いられることはいうまでもなく、また、ボルスタレス空気バネ以外の空気バネにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気バネは上記構成としたので、車両の走行安定性を高めつつ耐久性を維持できるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス空気バネの断面図であって、図２の１−１矢視線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス空気バネの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るボルスタレス空気バネの図１と同様の断面図であって、ダイヤフラムがパンクした状態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るボルスタレス空気バネの図１と同様の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るボルスタレス空気バネの図１と同様の断面図である。
【図６】従来技術のボルスタレス空気バネの断面図である。
【符号の説明】
１０ボルスタレス空気バネ
１２下面板（第１の取付部材）
１８積層ゴム
２６中間材
３２上面板（第２の取付部材）
４６ダイヤフラム
５０弾性ストッパ材
５２上端板
５４下端板
５６ストッパゴム
７０弾性ストッパ材
７２上側プレート
７３軸材
７４外筒
７６ストッパゴム

Claims

振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、
振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材と、
これら一対の取付部材間に配設されてこれら一対の取付部材の相対変位に伴って弾性変形する筒状のダイヤフラムと、
上記一対の取付部材間に配設され且つ、複数のゴム材を積み重ねた構造とされる積層ゴムと、
ダイヤフラムの一端側を積層ゴムに固定してダイヤフラムと積層ゴムとを直列に接続する中間材と、
一方の取付部材に一端が取り付けられると共に他端が中間材より他方の取付部材側に突出しつつ、上記一対の取付部材間に配設され且つ、積層ゴムのばね定数よりばね定数が低い弾性ストッパ材と、
を有したことを特徴とする空気バネ。
弾性ストッパ材が、一対の支持部材とこれら一対の支持部材に接着されるストッパゴムとで形成され、
これら一対の支持部材とストッパゴムとの間の２箇所の接着部分間を繋ぐ直線が、積層ゴムの積み重ね方向と交差する方向に延びることを特徴とする請求項１記載の空気バネ。