JP4738091B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

この発明は、空気ばね、なかでも、上下の面板の、水平方向の相対変位に当り、変位方向に応じてばね特性を変化させたいわゆる異方性の空気ばねに関するものである。

上面板および下面板のそれぞれに、筒状可撓膜体、たとえばゴムベローズのそれぞれの端部を気密に連結してなる空気ばねを電車等の車両に適用する場合には、上下の面板の水平方向の相対変位に際して、たとえば、車両の前後方向には軟らかいばね特性を、そして左右方向には硬いばね特性を発揮させるべく、ゴムベローズ内に所定の内圧を充填した空気ばねの常態姿勢の下で、ゴムベローズの中心軸線を含む、それの直径方向の断面内での、ゴムベローズと上面板との接触長さを左右方向で前後方向より長くすること、いいかえれば、上面板によるゴムベロース拘束力を、左右方向で前後方向より大きくすることが従来から行われており、近年は、このような空気ばねにおいて、上下の面板の、水平方向の相対変位に際する、上面板のベローズ保護ゴムとゴムベローズとの大きな摩擦力によって、ゴムベローズの耐久性が低減されるのを防止するべく、上面板とゴムベローズとの間に、全面にわたって上面板に接触する、摩擦係数の小さい合成樹脂製の摺動シートを介装し、この摺動シートをゴムベローズに接触させることによって、ゴムベローズの、上面板に対する変位および変形を円滑ならしめることが提案されるに至っている。

ところで、摺動シートを介装するこのような空気ばねにあっては、その摺動シートを、三次元形状をなす、上面板のゴムベローズ側の表面に、正確に面接触するように成形するとともに、その全面を上面板の表面に、隙間なく均等に接触させて摺動シートを組付けることが空気ばねに作用する上下方向および水平方向の力を、主には、上面板の荷重支持能力に基づいて確実に、かつ十分に支持する上で必須となり、上面板の表面と、成形摺動シートとの間に隙間、ずれ等が生じたときは、実質上、荷重支持能力を有しないその摺動シートに割れ等の損傷が発生し、それが、空気ばねの他の構成部材の摩耗、損傷等の原因となるおそれがあるところ、上面板と摺動シートとを、固着、固定等によって予め一体化させることは、上面板のベローズ保護ゴムと、摺動シート合成樹脂との剛性が相違して、ベローズの接触等によって加わる力に対する変形の度合が異なり、これにより、摺動シートに割れが発生すること等のために不可能であって、相互に分離させて別体構成することが余儀なくされるため、中央貫通穴を有するその摺動シートを、上面板に単純に面接触させるだけのそれの組付け作業に当って、または、空気ばねの使用中に、摺動シートが、上面板に対して、ゴムベロースの半径方向および周方向に位置ずれすることに起因する、その摺動シートそれ自体の損傷を十分に防止することができないという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、摩擦係数の小さい合成樹脂成形品になり、中央貫通穴を有する摺動シートの組付け作業および、空気ばねの使用中のいずれにおいても、その摺動シートの不測の位置ずれを十分に防止して、摺動シートそれ自身の損傷のおそれを有効に取り除くことができる空気ばねを提供するにある。

この発明に係る空気ばねは、上面板および下面板のそれぞれに筒状可撓膜体のそれぞれの端部を気密に連結するとともに、たとえば、ゴムベローズ、ゴムダイアフラム等とすることができるその筒状可撓膜体内に所定の内圧を充填した常態姿勢、いいかえれば、空気バネ上側の荷重を一定高さで保持した状態とした姿勢の下で、筒状可撓膜体の中心軸線を含む、それの直径方向の断面内での、その筒状可撓膜体と上面板との接触長さを、筒状可撓膜体の円周方向で変化させて、上下の両面板の、水平方向の相対変位に対し、接触長さの長い側への変位に対しては硬いばね特性をもたらす異方性の空気ばねであって、上面板と筒状可撓膜体との間に、全面にわたってその上面板に接触する、摩擦係数の小さい合成樹脂成形品からなる、中央貫通穴を有する摺動シートを介装するとともに、この摺動シートに、上面板に対してそれを位置決めする、上面板との嵌合部を設けたものである。

ここで、摺動シートの嵌合部は、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって周縁部を埋め込まれる、摺動シートの中央貫通穴の、それの中心側への凸部および凹部の少なくとも一方によって構成することができるとともに、このような嵌合部に代えてもしくは加えて、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって埋め込まれる、摺動シートの外縁部の切欠きにより構成することもできる。

そしてまた、摺動シートの嵌合部は、上述したところに代えて、または、上述した嵌合部の少なくとも一方に加えて、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって埋め込まれる、摺動シートの中央貫通穴とそれの外縁との間に形成した孔によって構成することもできる。
そしてさらに、上面板の、摺動シートとの接触面は、ゴム部材にて形成することが好ましい。

この発明に係る空気ばねでは、摺動シートに上面板との嵌合部を設けたことにより、従来は上面板に単純に接触させていただけの摺動シートを、その上面板との嵌り合いの下で、上面板に対して、筒状可撓膜体の半径方向および周方向の両方向に確実に位置決めすることができ、これがため、上面板の、筒状可撓膜体側の三次元形状と対応する形状に成形した摺動シートを、それの組付け作業に当って、上面板に常に適正に面接触させることができ、そして、空気ばねの使用中の、その摺動シートの不測の位置ずれを確実に阻止することができる。
従ってここでは、摺動シートそれ自身の損傷、ひいては、その損傷に起因する、空気ばね構成部材への損傷等の発生のおそれを十分に取り除くことができる。

この場合、上面板との協働下で、摺動シートの位置決めを司るそれの嵌合部を、中央貫通穴の中心側への凸部および凹部の少なくとも一方によって構成するときは、たとえば、シートの三次元成形に際する、中央貫通穴の輪郭形状の選択により、所要の嵌合部を簡単かつ容易に形成することができる。

そしてこのことは、摺動シートの外縁部の切欠きによって一個以上の嵌合部を形成する場合にもまた同様である。しかもこの場合には、上面板の、切欠き嵌合部内への進入量、いいかえれば、摺動シートの外表面側への突出量を所要に応じて適宜に調整してなお、その突部が、筒状可撓膜体の作用を妨げることがないので、摺動シートの嵌合部の、上面板突部からの意図しない離脱等のおそれをより十分に防止することができる。

なお、摺動シートのこの嵌合部を、それの中央貫通穴とそれの外縁との間に形成した孔により構成するときは、嵌合部の形成位置を所要に応じて適宜に選択できる利点がある。

さらに、上面板の、摺動シートとの接触面をゴム部材にて形成したときは、その摺動シートを、上面板による摩滅等から有効に保護することができる。

図１はこの発明の実施の形態を空気ばねの常態姿勢で示す縦断面図であり、図中１は上面板を、２は下面板をそれぞれ示し、そして３は、ともに水平姿勢としたそれらの面板１、２に、それぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体、ここではゴムベローズを示す。

ここで、上面板１の中央部には内圧の拾排ノズル４を設け、また、下面板２の下方側には、ビード受座５を介して、全体として円筒状をなす積層ゴム６を取付ける。
そして、下面板それ自体にはゴムベローズ３の内側を積層ゴム６の内側に連通させる絞り通路７を、また、積層ゴム６には、その内側を、図示しない補助タンクに連通させるノズル８をそれぞれ設ける。

さらにこの空気ばねでは、上面板１の、ゴムベローズ３側の外周側部分をゴム部材９にて所要の三次元形状に形成したところにおいて、そのゴム部材９とゴムベローズ３との間に、その三次元形状のゴム部材９の表面に全面にわたって接触する、摩擦係数の小さい合成樹脂成形品、たとえばポリエチレン成形品からなる摺動シート１０を介装配置する。

ゴム部材９の表面に対応する三次元形状に成形された、たとえば厚みを０．５〜２．０ｍｍとすることができるこの摺動シート１０は、図２に、半部平面図および断面図で例示するように、５００〜７００ｍｍ程度の外径と、２００〜４００ｍｍ程度の内径の中央貫通穴１１とを有するものとすることができ、ここにおけるこの摺動シート１０は、その中央貫通穴１１の、車両の左右方向に位置することとなる、直径方向に対向する二個所に、中央貫通穴１１の中心側への弦状の凸部からなる嵌合部１２を設けてなる。

この嵌合部１２は、図３（ａ）に要部拡大縦断面図で、そして、図３（ｂ）に、摺動シートに沿う要部断面略線平面図で概念的にそれぞれ示すように、上面板１の、摺動シート１０の厚み方向の、好ましくは、その厚みと対応する突出量を有する突部１３の嵌まり込みによって周縁部を埋め込まれる中央貫通穴１１内で、その突部１３との協働下で、摺動シート１０の、突部１３、ひいては、上面板１に対する相対回動を拘束するべく機能するとともに、その摺動シート１０の、それ自身の半径方向への変位を拘束すべくも機能する。

なおここで、嵌合部１２の数は、一個もしくは三個以上の複数個とすることもでき、また、各嵌合部１２の、貫通穴中心側への凸出量は、嵌合部１２が所要の機能を、ゴム部材突部１３に損傷等をもたらすことなく所期した通りに発揮し得る限りにおいて適宜に選択することができる。

そしてまた、ここでは凸部によって構成した嵌合部１２を、貫通穴中心に対する凹部によって構成することもでき、この場合の嵌合部の数および寸法もまた所要に応じて適宜に選択することができる。
そしてさらには、凸部からなる嵌合部と、凹部からなる嵌合部との両者を適宜に組合わせて形成することもできる。

ところで、図４は、摺動シートの中央貫通穴に形成される凸部嵌合部の他の形状を例示する平面図であり、図４（ａ）に示す嵌合部１２は、貫通穴１１の中心側に向けて方形状に突出する凸部によって、そして、図４（ｂ）に示す嵌合部１２は、穴中心側への円弧状の凸部によってそれぞれ構成したものである。

一方図５は、摺動シートの中央貫通穴の中心に対する凹部をもって嵌合部を構成する場合を例示する平面図であり、図５（ａ）に示すところは、貫通穴の輪郭形状を、基準となる中央貫通孔１１に外接する正方形状とすることで、その中央貫通孔１１の中心に対して凹部となる四隅部の各々を嵌合部１４としたものである。
この構成によれば、上面板１のゴム部材９の突部１３を、外接貫通穴の周縁部でそれに嵌め込むことにより、嵌合部１４と突部１３との協働下で、摺動シート１０の各方向の変位を有効に拘束することができる。

また、図５（ｂ）に示すところは、貫通穴の輪郭形状を、基準となる中央貫通穴１１に外接する八角形状とすることにより、中央貫通穴１１に対して凹部となる八隅部の各々を嵌合部１４としたものである。
この構成によってもまた、ゴム部材突部１３を、外接貫通穴の周縁部に嵌め合わせることで、摺動シート１０の意図しない変位を十分に防止することができる。

しかるに、ここにおける外接貫通穴の形状は、先の場合に比して、円により近づくことから、各個の嵌合部１４の大きさは正方形外接貫通穴のそれより小さくなり、これがため、単位嵌合部１４の作用に基づく変位拘束力は、図５（ａ）に示すものよりも必然的に小さくなる。

さらに、図６に示す例は、基準となる中央貫通穴１１の中心に対して凸となる部分と凹となる部分とのそれぞれで、それぞれの嵌合部１２、１４を周方向に交互に設けたものであり、図６（ａ）に示すものは、鋸歯状をなすそれらの嵌合部１２、１４を全周にわたって均等に形成し、図６（ｂ）に示すものは、同様の鋸歯状をなすそれぞれの嵌合部１２、１４を、直径方向に対向する二個所に、所要の角度範囲にわたって形成したものである。
なお、図６（ｂ）に示すところで、それぞれの嵌合部の形成域の両端に位置する、凹部からなる嵌合部１４を丈の低いものとしているが、このことは必須ではない。

図６に示す場合もまた、ゴム部材突部１３を貫通穴の周縁部に嵌め合わせることで、摺動シート１０を十分正確に位置決めし、また、それの不測の変位を確実に拘束することができる。

図７は嵌合部の他の形成例を示す図であり、これは、図２に示す場合と同様に、中央貫通孔１１の中心側への凸部となる嵌合部１２を設けるとともに、摺動シート１０の、車両の左右方向に位置することとなるそれぞれの外縁部に、たとえば、正面形状がチャンネル状をなす切欠きからなる嵌合部１５を設けたものである。

ここにおけるこの嵌合部１５は、図８に縦断面図で示すように、上面板ゴム部材９の、摺動シート１９の厚み方向の突部１６の嵌まり込みによって埋め込まれて、その摺動シート１０の、組付け時および使用時の不測の位置ずれ等を十分に防止するべく機能する。
ここで、この突部１６は、摺動シート１０からの突出長さを十分長くすることで、嵌合部１５からの意図しない離脱等のおそれを有効に防止することができる。

なお図７に示すところでは、嵌合部１５の他に、凸部からなる嵌合部１２を設けることとしているも、その嵌合部１２を、凹部からなる嵌合部１４に置換すること、他の嵌合部１２、１４をもとに省略すること、または、嵌合部１５を、それらの両嵌合部１２、１４と併用することも可能である。

そしてさらに、嵌合部は、図示はしないが、摺動シート１０の中央貫通穴１１と、それの外縁との間に形成されて、上面板ゴム部材９の、摺動シート１０の厚み方向の突部の嵌まり込みによって埋め込まれる孔によって構成することもでき、この場合には、ゴム部材突部を摺動シート１０の下面側へ突出するほどの長さとすることはできないが、これによっても、摺動シート１０の不測の位置ずれ等を十分に拘束することができる。

この発明の実施形態を示す縦断面図である。 摺動シートの半部平面図および断面図である 嵌合部の作用を示す要部拡大断面図および要部断面略線平面図である 嵌合部の他の例を示す平面図である。 嵌合部の他の例を示す平面図である。 嵌合部のさらに他の例を示す平面図である。 他の摺動シートを示す図である。 図７に示す摺動シートの作用を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 上面板
２ 下面板
３ ゴムベローズ
４ 拾排ノズル
５ ビード受座
６ 積層ゴム
７ 絞り通路
８ ノズル
９ ゴム部材
１０ 摺動シート
１１ 中央貫通孔
１２，１４，１５ 嵌合部
１３，１６ 突部

Claims (5)

1. 上面板および下面板と、これらの面板にそれぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とを具えてなり、筒状可撓膜体内に所定の内圧を充填した常態姿勢で、筒状可撓膜体の中心軸線を含む、それの直径方向の断面内での、その筒状可撓膜体と上面板との接触長さを、筒状可撓膜体の円周方向で変化させてなる空気ばねであって、
   上面板と筒状可撓膜体との間に、全面にわたってその上面板に接触する合成樹脂製の摺動シートを介装するとともに、この摺動シートに、上面板との嵌合部を設けてなる空気ばね。
2. 摺動シートの嵌合部を、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって周縁部を埋め込まれる、摺動シートの中央貫通穴の、それの中心側への凸部および凹部の少なくとも一方によって構成してなる請求項１に記載の空気ばね。
3. 摺動シートの嵌合部を、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって埋め込まれる、摺動シートの外縁部の切欠きにより構成してなる請求項１もしくは２に記載の空気ばね。
4. 摺動シートの嵌合部を、上面板の、摺動シートの厚み方向の突部の嵌まり込みによって埋め込まれる、摺動シートの中央貫通穴とそれの外縁との間に形成した孔により形成してなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね。
5. 上面板の、摺動シートとの接触面をゴム部材にて形成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気ばね。

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