JP5380349B2 - 鉄道車両用空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用空気ばねに係り、詳しくは、車体側の上支持部と、その下方に配置される中間支持部とに亘って弾性材製のダイヤフラムを設けて成る空気ばね部と、前記中間支持部とこれの下方に配置される台車側の下支持部との上下間に弾性体を介装して成る弾性機構とを備える鉄道車両用空気ばねに関するものである。

この種の鉄道車両用空気ばねとしては特許文献１や特許文献２において開示されたものが知られている。これらのものでは、空気ばね部の下に積層ゴム構造の弾性機構が一体的に装備されており、これら２種のばねを直列に組み合わせることで鉄道車両において良好な懸架性能が出せるように工夫されている。

ところで、その弾性機構であるゴムと下支持部とは、通常接着（加硫接着や接着剤による接着等）によって一体化されている。この場合、ゴムの下支持部への接着強度を良好なものとすべく、特許文献３（鉄道車両用懸架装置）に示されるように、ゴムにおける下支持部と接する端部を下支持部に近付く程径が大となる末拡がり（先拡がり）状に形成することが知られている。この技術は、鉄道車両用空気ばねとは異なる技術分野、例えば特許文献４（免震装置）においても使われている。

次第に荷重条件等が厳しくなりつつある鉄道車両空気ばねにおいては、弾性機構における弾性体の端部が下支持部から剥離し易いという問題が出てきている。即ち、ゴム等による弾性体の端部処理としては、弾性体が滑らかな凹入曲面で下拡がりして下支持部に接続される構造（図２を参照）、弾性体の下端部外周端にある程度の上下厚みを持たせてある構造（図４を参照）、及び上側の第１凹入曲面と下側の第２凹入曲面とを有する２段階下拡がり構造（図３を参照）がある。これらいずれの構造の弾性機構においても、弾性体の下端が外周側から剥れたり剥離したりが出易いという不都合である。

通常、弾性機構におけるゴム（弾性材の一例）は下支持部を用いた型成形によって作成され、下支持部には予め接着剤が塗布された状態でゴムが流入される。ところが、このゴムの加硫時（弾性材の流入時）において、ゴムの流動に伴って塗布されている接着剤も流動してしまい、端部では接着剤が非常に少なくなるとか殆ど無い状態となり、それによって端部剥離が生じ易いことが分かってきた。この不都合は、弾性を有する合成樹脂等のゴム以外の材料による弾性材においても同様に発生する。

特開２００７−０４６７１８号公報 特開２００５−２３１４６４号公報 特開２００８−３０２８４５号公報 特開２００５−１４７２２０号公報

本発明の目的は、ゴム等の弾性材と下支持部とが接する部分の構造を見直すことにより、弾性材の下端部が下支持部から剥がれる「接着剥がれ」の不都合を防止し、不良品の発生が軽減又は解消されるように改善される鉄道車両用空気ばねを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、鉄道車両用空気ばねにおいて、車体側の上支持部１と、その下方に配置される中間支持部２とに亘って弾性材製のダイヤフラム３を設けて成る空気ばね部ａと、前記中間支持部２とこれの下方に配置される台車側の下支持部４との上下間に弾性体５を介装して成る弾性機構ｂとを備え、
前記弾性体５における前記下支持部４と接する端部が、上下方向で前記下支持部４に近付く程径が大となる先拡がり状端部５Ａに形成され、その先拡がり状端部５Ａの外周部が前記下支持部４に形成される環状凹入溝１２に嵌り込んで接着されるとともに、前記環状凹入溝１２の環状底１２Ａが、径外側ほど高さ位置が下がるように傾斜が付けられた環状テーパ底１２ａを有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記環状底１２Ａが、前記環状テーパ底１２ａの径外側に続いて水平な状態で形成される環状水平外周底１２ｃを有して構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記弾性体５が、その高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽型の外郭形状を呈する状態で前記中間支持部２と前記下支持部４との間に介装されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用空気ばねにおいて、前記弾性体５としてゴムが用いられていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて詳述するが、先広がり状端部は環状凹入溝と広い面積で接着されるとともに、環状凹入溝に塗布されている接着剤が成形時における未加硫ゴム流入によって環状凹入溝外に連れ出てしまうことが解消（又は抑制）されるようになる。故に、必要十分な接着剤が確保されて下拡がり状端部と環状凹入溝、即ち下支持部とが所期通りに強固に接着されるようになる。また、環状凹入溝の底は、径外側ほど高さが低くなる傾斜角度を持つ環状テーパ底に形成されているので、型成形時における未加硫ゴムの流入に伴う空気溜り部が形成されず、品質が安定するという利点もある。その結果、弾性材と下支持部とが接する部分の構造見直しにより、弾性材の下端部が下支持部から剥がれる「接着剥がれ」の不都合が防止又はより抑制されて、不良品の発生が軽減又は解消されるように改善される鉄道車両用空気ばねを提供することができる。

請求項２の発明によれば、型成形における弾性体材料の流入時に内隅角部分に気泡が残らないようにしながら、下拡がり状端部の環状外周部の環状底との接触面積が増大され、接着剤による接着性がより向上する利点が追加される。つまり、請求項１の発明による前記効果が強化される。

また、本発明においては、請求項３のように、弾性体をその高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽型の外郭形状を呈するものに設定したり、請求項４のように、弾性体として汎用性やコスト面に優れるゴムを材料とすることができる。

鉄道車両用空気ばねの構造を示す断面図 先拡がり状端部の要部を示し、（ａ）は実施例１、（ｂ）は変形例１ 先拡がり状端部の要部を示し、（ａ）は実施例２、（ｂ）は変形例２ 先拡がり状端部の要部を示し、（ａ）は実施例３、（ｂ）は変形例３

以下に、本発明による鉄道車両用空気ばねの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、先拡がり状端部５Ａとして、図２（ａ）〜図４（ａ）は実施例１〜３を示し、図２（ｂ）〜図４（ｂ）は変形例１〜３を示している。

〔実施例１〕
図１，２に鉄道車両用空気ばね（以下、単に「空気ばね」と略称する）Ａが示されている。この空気ばねＡは、車体側の上支持部１と、その下方に配置される中間支持部２とに亘ってゴム（弾性材の一例）製のダイヤフラム３を設けて成る空気ばね部ａと、中間支持部２とこれの下方に配置される台車側の下支持部４との上下間に弾性体５を介装して成る弾性機構ｂとを備えて構成されている。上支持部１は、その中心であって縦向きの軸心Ｐを有する筒ボス部１ｅを介して鉄道車体（図示省略）に支持され、下支持部４は、その中心であって軸心Ｐを有する筒軸４Ｃを介して台車（図示省略）に支持される。

上支持部１は、上円板１ａ、下円板１ｂ、有底筒部１ｃ、上受座１ｄ、筒ボス部１ｅ等を有して成る円盤状のものに構成されている。上円板１ａ及び下円板１ｂは、共に上下方向視で円形を呈する鋼板であって、上下に重ねられてその中心部に筒ボス部１ｅが通されている。有底筒部１ｃは、下円板１ｂの下面に固着される深皿状の鋼板であり、上受座１ｄは、有底筒部１ｂの径外側において下円板１ｂの下面側に一体化されるリング状でゴム製のものである。軸心Ｐを有する筒ボス部１ｅは、上下円板１ａ，１ｂ及び有底筒部１ｃを貫通する状態で固着されている。上受座１ｄは、有底筒部１ｃの外周面には薄膜状で、かつ、下円板１ｂの下面内側には厚肉状に形成されるとともに径外側ほど下方に厚くなる形状（略鉢伏形状）に形成されている。有底筒部１ｃの下面には、ステンレス材製で円環状を呈する被滑り板６が接着等によって一体化されている。

ダイヤフラム３は、下円板１ｂと有底筒部１ｃと上受座１ｄとで形成される上隅角部（軸心Ｐに関してリング状を呈する）に圧入的に嵌合される上ビード部３ａ、広い面積でもって上受座１ｄで受け止められる円板上部３ｂ、最も横方向に張り出す本体部３ｃ、及び、中間支持部２に嵌合される下ビード部３ｄを有して形成されている。下ビード部３ｄは、本体円板２Ａの外周面２ａと、フランジ部２Ｆの外周部に嵌合装着されるアタッチメントリング７とによって形成される下隅角部（軸心Ｐに関してリング状を呈する）に圧入的に嵌合される。つまり、自動車のタイヤとホイールとの関係のように、上支持部１と中間支持部２との双方にダイヤフラム３がボルト等の締結構造無しに嵌合装着される構造、いわゆる「セルフシール型ダイヤフラム」を持つ構造に構成されている。

中間支持部２は、外周面２ａ及びフランジ部２Ｆを有する金属製の本体円板２Ａと、本体円板２Ａの下面にボルト止めされる金属製の内周板２Ｂとを有して構成されている。フランジ部２Ｆの外周部に一体的に装備されるアタッチメントリング７は、内部に補強リング８を備えたゴム製のリング状部材である。本体円板２Ａの上面には、フッ素樹脂等の低摩擦材で成り円環状を呈する滑り板１１が一体装備されている。

下支持板４は、弾性体５が一体的に載置される載せ円板４Ａと、この載せ円板４Ａを内嵌状態で受止める略浅底皿状の支持円板４Ｂと、支持円板４Ｂに固着される前述の筒軸４Ｃとから成り、載せ円板４Ａはビス９とピン１０とを用いて支持円板４Ｂに固定されている。この下支持板４は軸心Ｐに関して円形を呈する部材である。

弾性体５は、載せ円板４Ａ及び支持円板４Ｂと内周板２Ｂとのそれぞれに加硫接着される状態で上下間に介装されてるゴム塊で構成されている。このゴム塊５は、下に行くに従って凸レンズ状に径が大きくなるが、下端近傍からほぼ下端に掛けては径が小さくなり、下端は再び拡がる下拡がり状を呈するとともに、上端も上拡がり状に形成されている。筒軸４Ｃには上下に貫通する挿通孔４ｃが形成されており、ゴム塊５における筒軸４Ｃ及び支持円板４Ｂの中心部分の上方には、挿通孔４ｃに連通する空間部５ｋが形成されている。

ゴム塊５が、その高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽型の外郭形状を呈する状態で中間支持部２と下支持部４との間に介装されるとともに、ゴム塊５における下支持部４と接する端部（下端部）が、上下方向で下支持部４に近付く程径が大となる下拡がり状端部（先拡がり状端部）５Ａに形成されている。また、ゴム塊５における中間支持部２と接する端部（上端部）が、上下方向で中間支持部２に近付く程径が大となる上拡がり状端部（先拡がり状端部）５Ｂに形成されている。

次に、下拡がり状端部５Ａについて説明する。図２（ａ），（ｂ）は図１のＸ部分をそれぞれ拡大した図である。ゴム塊５における下支持部と接する端部、即ち、下拡がり状端部５Ａが、上下方向で下支持部４に近付く程径が大となる先拡がり状端部に形成され、その先拡がり状端部の外周部が下支持部４に形成される環状凹入溝１２に嵌り込んで接着されている。上下方向視で軸心Ｐを中心とする円環状を呈する環状凹入溝１２は、水平に対して角度αで傾斜する環状テーパ底１２ａと、外周壁１２ｂとを有して形成されている。つまり、環状凹入溝１２は、その環状底１２Ａが、径外側ほど高さ位置が下がるように傾斜が付けられた環状テーパ底１２ａを有して構成されている。

弾性体５の下端部である下拡がり状端部５Ａは、図２（ａ）に示すように、載せ円板４Ａに形成されている環状凹入溝１２に収まる環状外周部５ａと、この環状外周部５ａの上面５ｄとゴム塊本体部５Ｈの外周面５ｈとを滑らかな凹曲面で繋ぐ稜線５ｃを有する環状変化部５ｂとから構成されている。

ゴム塊５を作成するには、図示は省略するが、例えば金型に下支持部４を装填させた状態で未加硫ゴムを金型に流入させることにより成形する方法が採られる。この場合、下支持部４の上面には予め接着剤が塗布されており、加硫による下支持部４への接着作用（加硫接着）に加えて、接着剤によってもゴム塊５と下支持部４とが接着されるようになる。
この場合従来の空気ばね、即ち、単なる平面状上面を有する下支持部を持つ鉄道車両用空気ばねにおいては、下支持部に接着剤が塗布されている状態で未加硫ゴムが流入されると、その未加硫ゴムの流動、即ち径内側から径外側への流動により、予め塗布されている接着剤も連れ流動してしまって外周端部ほど接着力が弱くなり、それによって早期剥離（端部剥離）が生じ易い傾向があったのである。

それに対して図２（ａ）に示すような本発明による鉄道車両用空気ばねにおいては、載せ円板４Ａの上面４ａから下方に凹めて形成される環状凹入溝１２に流入される下拡がり状端部５Ａをゴム塊５が設けてあるから、環状テーパ底１２ａと外周壁１２ｂとによる広い面積で接着されるとともに、環状凹入溝１２に塗布されている接着剤が成形時における未加硫ゴム流入によって環状凹入溝１２外に連れ出てしまうことが解消（又は抑制）されるようになる。これにより、必要十分な接着剤が確保されることとなり、下拡がり状端部５Ａと環状凹入溝１２即ち下支持部４とが強固に接着されるようになる。

この実施例１では、ゴムの加硫による接着作用と接着剤による接着作用とを協働させているが、接着剤塗布のみによっても十分な接着が行えるようになる。従って、下拡がり状端部５Ａと載せ円板４Ａ（下支持部４）との接着剤による接着作用が所期通りに行われ、ゴム塊５の下端部が下支持部４から剥がれる「接着剥がれ」の不都合を防止し、不良品の発生が軽減又は解消されるように改善される。

加えて、環状テーパ底１２ａは径外側ほど高さが低くなる傾斜角度αが付けられているから、型成形時における未加硫ゴムの流入に伴う空気溜り部が形成されず、品質が安定するという利点がある。例えば、図示は省略するが、環状凹入溝１２が内外の垂直な外周壁、内周壁、及び水平な環状底壁とから成って断面形状が矩形を呈する溝である場合には、型成形で流入される未加硫ゴムの粘性により、環状底壁と内周壁とが交わる内隅角部分に気泡が残ってしまうことがあり、それによって接着剥離が起き易いとともに、安定品質に対する阻害要因となっていたのである。環状テーパ底１２ａを有する本発明による空気ばねではそのような不都合は生じない。

下拡がり状端部５Ａは、図２（ｂ）に示すように、環状底１２Ａが、環状テーパ底１２ａの径外側に続いて水平な状態で形成される環状水平外周底１２ｃを持つ構造でも良い。本構造では、型成形における未加硫ゴムの流入時に内隅角部分に気泡が残らないようにしながら、下拡がり状端部５Ａの環状外周部５ａの環状底１２Ａとの接触面積が図２（ａ）に比して増大され、接着剤による接着性がより向上するようになる利点がある。尚、環状テーパ底１２ａの上面４ａに対する角度βは図２（ａ）に示す角度αより若干大きいが、小さいとか互いに等しい値でも良い。角度βは図３，４の各（ｂ）でも同じである。

〔実施例２〕
下拡がり状端部５Ａは、図３（ａ）に示されるように、図２（ａ）に示す稜線５ｃが、上側の大曲面部１３と下側の小曲面部１４とに置き換えられたような形状を有するものであっても良い。つまり、上下方向での断面形状が外径方向に向けて凹となる円弧形状（若しくは円弧類似形状）に反る状態となる湾曲面である大小曲面部１３，１４が連続して二段に連なる形状に形成されているのである。

これによれば、弾性機構ｂに横方向の大きな変形が生じるに伴い下拡がり状端部５Ａは、二段湾曲面である大小曲面部１３，１４の接続頂部Ｚを反曲点として屈曲変形し肉厚の大きい接続頂部Ｚが最深部に位置する屈曲形態となるために、屈曲箇所に深い皺を発生することがなくなる。これによって、繰り返し変形を受けても、弾性体５の損傷や破断につながる原因となる下拡がり状端部５Ａに割れや亀裂が発生せず、弾性体５全体の耐久寿命を長期に亘って保証することができる。

下拡がり状端部５Ａは、図３（ｂ）に示すように、環状底１２Ａが、環状テーパ底１２ａの径外側に続いて水平な状態で形成される環状水平外周底１２ｃを有して構成されるものでも良い。この図３（ｂ）に示す実施例２の変形例においても、図２（ｂ）に示される実施例１の変形例のものと同様の作用効果（接着性がより向上する）を有している。

〔実施例３〕
下拡がり状端部５Ａは、図４（ａ）に示されるように、図３に示される小曲面１４が、環状外周部５ａの上面５ｄとの間に直角隅角部を形成する垂直壁１５に置き換えられたようなものであっても良い。

また、下拡がり状端部５Ａは、図４（ｂ）に示すように、環状底１２Ａが、環状テーパ底１２ａの径外側に続いて水平な状態で形成される環状水平外周底１２ｃを有して構成されるものでも良い。この図４（ｂ）に示す実施例３小曲面の変形例においても、図２（ｂ）に示される実施例１の変形例のものと同様の作用効果（接着性がより向上する）を有している。

〔別実施例〕
弾性機構ｂは、ゴム等で成る複数の弾性材層と金属板等で成る１以上の硬質板とが上下に交互に積層されて成る積層ゴム構造に構成されて中間支持部２と下支持部４との上下間に介装されるものでも良い。また、図２〜図４に示される下拡がり状端部５Ａの構造は、上拡がり状端部（先拡がり状端部）５Ｂに適用しても良い。

１ 上支持部
２ 中間支持部
３ ダイヤフラム
４ 下支持部
５ 弾性体
５Ａ 先拡がり状端部
１２ 環状凹入溝
１２Ａ 環状底
１２ａ 環状テーパ底
１２ｃ 環状水平外周底
ａ 空気ばね部
ｂ 弾性機構

Claims (4)

1. 車体側の上支持部と、その下方に配置される中間支持部とに亘って弾性材製のダイヤフラムを設けて成る空気ばね部と、前記中間支持部とこれの下方に配置される台車側の下支持部との上下間に弾性体を介装して成る弾性機構とを備え、
   前記弾性体における前記下支持部と接する端部が、上下方向で前記下支持部に近付く程径が大となる先拡がり状端部に形成され、その先拡がり状端部の外周部が前記下支持部に形成される環状凹入溝に嵌り込んで接着されるとともに、前記環状凹入溝の環状底が、径外側ほど高さ位置が下がるように傾斜が付けられた環状テーパ底を有して構成されている鉄道車両用空気ばね。
2. 前記環状底が、前記環状テーパ底の径外側に続いて水平な状態で形成される環状水平外周底を有して構成されている請求項１に記載の鉄道車両用空気ばね。
3. 前記弾性体が、その高さ方向で中間部分の径が最大となる略樽型の外郭形状を呈する状態で前記中間支持部と前記下支持部との間に介装されている請求項１又は２に記載の鉄道車両用空気ばね。
4. 前記弾性体としてゴムが用いられている請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両用空気ばね。

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