JP5786674B2

JP5786674B2 - 空気ばね

Info

Publication number: JP5786674B2
Application number: JP2011254020A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　茂樹; 茂樹鈴木; 加藤　彰; 彰加藤; 泰章中谷; 洋青山
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: JP2013108565A

Description

本発明は、空気ばねに関し、特に車両に用いる空気ばねに関する。

空気ばねは、例えば図５に示すようなものであり、従来から、例えば自動車や鉄道車両などの車両に利用されている。空気ばね９は、特開２００７−２３２０５３号公報（特許文献１）に記載されているように、上側ハウジングと下側ハウジングを、ダイヤフラムを両ハウジングに締結することで気密接合したものである。ダイヤフラムは、下側ハウジングの外周に、下方に膨らんで垂れるように配置されている。空気ばねは、サスペンション機能や車高調整機能を有している。

特開２００７−２３２０５３号公報

しかしながら、図４に示すように、下側ハウジング９１にダイヤフラム９２が締結部材９３により締結されているため、上下の両ハウジングが離れる方向への移動（空気ばねが伸びる）に対し、移動範囲が締結部材９３の下端までに制限されてしまう。これは、空気ばねが伸びる際、ダイヤフラム９２の下端部９２ａの位置は下側ハウジング９１の外周面に沿って上昇し、制限（ストッパ等）がない場合に、締結部材９３の下端とダイヤフラム９２が擦れて、ダイヤフラム９２が損傷し千切れるおそれがあるためである。

多くの場合、車両に用いられる空気ばねでは、空気ばねとは別に、伸び範囲を制限するストッパ（ストッパ機能）が設けられている。この場合でも、締結部材９３の下端より上方まで伸び上限を大きくすると、締結部材９３の下端とダイヤフラム９２の固定部分に応力が集中し、ダイヤフラム９２が損傷し千切れるおそれがある。

このように、従来の空気ばねでは、空気ばねを大型化することなく、空気ばねの伸びる可動範囲を大きくすることが困難であった。また、特に車両に用いられる空気ばねの場合、ストッパにより伸びが制限される毎に、乗員はストッパと他部位との衝突による衝撃（ショック）を受けることとなり、乗り心地向上の面で問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、大型化することなく伸びのストロークを大きくすることができる空気ばねを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第一有底円筒部を有する第一部材と、前記第一部材に対して相対的に接近、離間し、前記第一有底円筒部と対向する第二有底円筒部を有する第二部材と、一端部に前記第一有底円筒部の外周部に嵌合されて第一締結部材で気密的に固定される第一固定部、他端部に前記第二有底円筒部の開口端部外周に第二締結部材で気密的に固定される第二固定部、中間部に前記第一締結部材より前記第二有底円筒部から離れる方向に前記第一有底円筒部に沿って延在した後に屈曲して前記第二有底円筒部の開口端部まで延在する円筒状の伸縮部が形成された可撓性のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラム内に前記第一および第二有底円筒部の間で空気室が形成された空気ばねであって、前記第一有底円筒部と前記ダイヤフラムの前記伸縮部の前記第一有底円筒部に沿って延在する部分との間に介在し、少なくとも前記第一締結部材の前記第二有底円筒部から離れる側の端部よりも前記第二有底円筒部側に延在するガイド部材を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ガイド部材の前記第二有底円筒部側の端部が前記第一有底円筒部外周に向かって円弧状に屈曲されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記ガイド部材の前記第二有底円筒部側の端部が円弧状に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項において、前記第一有底円筒部のうち前記第一固定部が当接する当接部位の径は、前記第一有底円筒部のうち前記当接部位よりも前記第二有底円筒部から離れる側の部位の径より小径に形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ガイド部材が、ダイヤフラムと第一締結部材の第一有底円筒部底部側の端部との擦れや応力集中を防止するため、伸び方向の移動範囲を大きくすることができる。つまり、本発明によれば、大型化することなく空気ばねの伸びる可動範囲を大きくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ガイド部材の端部が円弧状に屈曲されているため、ダイヤフラムは円弧に沿って配置され、応力集中による損傷を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ガイド部材の端部が円弧状に形成されているため、請求項２と同様の効果が発揮される。また、屈曲でなく、ガイド部材の端部の形状を加工することで、径方向の省スペース化が可能となり、ガイド部材の配置の自由度や組み付け作業性が向上する。

請求項４に記載の発明によれば、第一有底円筒部に段差が形成され、第一締結部材の位置決めが容易となる上、第一締結部材の径方向の幅が段差で相殺され、ガイド部材６の径を小さくコンパクトにすることができる。

本実施形態の空気ばねの構成を示す断面図である。本実施形態の空気ばねの変形態様の一部を示す断面図である。本実施形態の空気ばねの変形態様の一部を示す断面図である。従来の空気ばねの一部を示す断面図である。従来の空気ばねの斜視図である。

次に、好ましい実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、車両に搭載される空気ばねを例に本発明を説明する。なお、図面は概要図であり、必ずしも細かな寸法を規定するものではない。

空気ばね１は、図１に示すように、主に、第一部材２と、第二部材３と、ダイヤフラム４と、第一締結部材５１と、第二締結部材５２と、ガイド部材６と、を備えている。第一部材２は、空気ばね１を構成する金属製ハウジングであって、本実施形態においては車両搭載後、空気ばね１における下側のハウジングを構成する部材である。以下、上下について車両搭載状態で説明する。

第一部材２は、円筒部２１と、車両設置部２２と、を有している。円筒部２１は、上下に開口した円筒形状の部材である。さらに詳細に、円筒部２１は、上端部（開口端部）に位置しダイヤフラム４が締結される小径部２１１と、小径部２１１の下方の部位であり小径部２１１よりも径が大きい大径部２１２と、からなっている。つまり、円筒部２１の上端部には、径方向内方に凹んだ段差が設けられている。

車両設置部２２は、板状部材であって、円筒部２１の下端面に固定されている。第一部材２には、円筒部２１と車両設置部２２の一部により、有底円筒形状の部位（「第一有底円筒部」に相当する）が形成されている。つまり、第一部材２は、少なくとも一部に、有底円筒形状の有底円筒部を有している。車両設置部２２は、車両の例えばサスペンション部材（図示せず）に固定され又はその一部となっている。このように、第一部材２は、例えばサスペンションやアブソーバ（図示せず）を介して車軸（図示せず）に接続されている。

第二部材３は、空気ばね１を構成する金属製ハウジングであって、空気ばね１における上側のハウジングを構成する部材である。第二部材３は、主に有底円筒部３１（「第二有底円筒部」に相当する）で構成されている。有底円筒部３１は、上方が底部で下方が開口した有底円筒形状の部材である。有底円筒部３１の下端部は、下方に向かうほど若干拡径している。有底円筒部３１は、開口が互いに対向するように、円筒部２１に対向して配置されている。有底円筒部３１は、第一部材２に対して相対的に接近、離間する。第二部材３は、例えば車両のボディ（図示せず）に固定されている。

ダイヤフラム４は、可撓性を有する筒状エラストマ部材であって、第一固定部４１と、第二固定部４２と、伸縮部４３と、を備えている。第一固定部４１は、ダイヤフラム４の一端部（一方の開口端部）に位置する円筒部位である。第一固定部４１は、円筒部２１の小径部２１１の外周部に嵌合されて第一締結部材５１により気密的に締結されている。第一締結部材５１は、円筒状で金属製のかしめリングである。

第二固定部４２は、ダイヤフラム４の他端部（他方の開口端部）に位置する円筒部位である。第二固定部４２は、有底円筒部３１の開口端部の外周部に嵌合されて第二締結部材５２により気密的に締結されている。第二締結部材５２は、円筒状で金属製のかしめリングである。

伸縮部４３は、第一固定部４１と第二固定部４２をつなぐ部位（中間部）であり、円筒状で伸縮可能に形成されている。伸縮部４３は、第一締結部材５１の上端部より有底円筒部３１から離れる方向（下方）に円筒部２１に沿って延在した後に屈曲して有底円筒部３１の開口端部まで延在している。換言すると、伸縮部４３は、第二締結部材５２の下端から下方に延び、第一締結部材５１よりも下方にまで延びた後内側に屈曲して上方に向けて延び、第一締結部材５１の上方で再び内側に屈曲して下方に延び第一締結部材５１の上端まで延在している。

ダイヤフラム４内には、円筒部２１、車両設置部２２、及び有底円筒部３１の間で空気室１Ａが形成されている。つまり、空気ばね１は、ダイヤフラム４、円筒部２１、車両設置部２２、及び有底円筒部３１により区画された空気室１Ａを有している。なお、第一部材２又は第二部材３には、空気室１Ａと外部を連通させる吸排ポート（図示せず）が設けられている。

第一締結部材５１は、第一固定部４１に対して、円筒部２１の外周側からかしめられている。第二締結部材５２は、第二固定部４２に対して、有底円筒部３１の外周側からかしめられている。

ガイド部材６は、金属製の円筒部材であって、円筒部２１及び第一締結部材５１の外周側に配置されている。ガイド部材６は、円筒部２１の大径部２１２の外周部に沿って上下に延在している。ガイド部材６は、空気ばね１の伸縮に対して、伸縮部４３と円筒部２１及び第一締結部材５１とを当接させないように、ダイヤフラム４を案内する部材である。ガイド部材６は、第一部材２に固定されている。本実施形態では、ガイド部材６は、車両設置部２２に固定されている。換言すると、本実施形態のガイド部材６は、第一部材２のうち第二部材３から離れる側の端部に固定されている。ガイド部材６の固定位置は、第一締結部材５１の下端より下方側（有底円筒部３１から離れる側）となっている。なお、ガイド部材６の下端部は、若干拡径されている。また、ガイド部材６の固定は、ガイド部材６を円筒部２１に対して、接着、溶着、嵌合、又は圧入したものでも良い。本実施形態において、ガイド部材６は、第一部材２のうち第一締結部材５１よりも第二有底円筒部３１から離れる側に固定されている。

ガイド部材６の上端部６ａは、第一締結部材５１よりも上方に位置し、内側に（円筒部２１に向かって）屈曲して円弧状に形成されている。ガイド部材６の外周部には、伸縮部４３が延在している。つまり、伸縮部４３は、第二締結部材５２の下方で内側に屈曲した後、ガイド部材６外周部に沿って上方に延び、上端部６ａに沿って屈曲して下方に延び、第一締結部材５１の上端にまで延在している。

このように、ガイド部材６は、第一部材２のうち第一締結部材５１より下方側（ここでは車両設置部２２）に固定され、円筒部２１とダイヤフラム４の伸縮部４３の円筒部２１に沿って延在する部分との間に介在し、少なくとも第一締結部材５１の下端よりも上方に延在している。

ここで、本実施形態の空気ばね１の作用効果について説明する。空気ばね１が伸びる方向に変形する場合（第一部材２と第二部材３の少なくとも一方が両者の離れる方向に移動する場合）、伸縮部４３の屈曲している下端部４３ａの位置が上方に移動し、伸縮部４３とガイド部材６との当接面積が減少していく。換言すると、伸び方向の変形の場合、第一部材２と第二部材３とが離れるにつれて、伸縮部４３のうちガイド部材６との当接部分４３ｂの下端位置がガイド部材６に沿って上昇する。

空気ばね１が伸びるにつれて、伸縮部４３の当接部分４３ｂの下端位置は、第一締結部材５１の下端付近に接近する。ガイド部材６がない従来の構成では、ダイヤフラム４の保護のため、当接部分４３ｂの下端の移動上限は、図１の点線（従来）に示すように、第一締結部材５１の下端付近までに設定されていた。つまり、伸びの範囲が、ダイヤフラム４の保護のため、ストッパ等により点線（従来）位置までに制限されていた。

本実施形態では、ガイド部材６が円筒部２１の大径部２１２及び第一締結部材５１の外周部と伸縮部４３との間に介在しているため、空気ばね１伸縮時に、伸縮部４３が大径部２１２及び第一締結部材５１の外周部に当接することがない。これにより、空気ばね１が伸縮により、伸縮部４３が第一締結部材５１の下端と擦れる可能性もなく、ダイヤフラム４の保護のための範囲制限をなくすことができる。

つまり、本実施形態によれば、図１の点線（本発明）に示すように、ガイド部材６の上端部６ａ付近まで当接部分４３ｂの下端の移動上限を上げることができる。本実施形態によれば、例えばストッパの配置位置を図１点線（本発明）位置にすることができる。伸縮部４３は屈曲して径方向に重なっているため、上限が上方にシフトした量の倍、空気ばね１の伸びる可動範囲が大きくなる。

このように本実施形態では、空気ばね１を大型化することなく、空気ばね１の伸びる可動範囲を大きくすることができる。また、本実施形態の空気ばね１は、ストッパと第一部材２又は第二部材３とが衝突することによる衝撃発生を抑制することができ、乗員の乗り心地向上を可能とする。また、ガイド部材６の上端部６ａが円弧状に形成されていることで、ダイヤフラム４（伸縮部４３）の損傷を防止することができる。

また、本実施形態では、ダイヤフラム４の締結向きについて、伸縮部４３が第一締結部材５１の上端から延伸し、屈曲して下方に延びている構成となっている。これにより、空気室１Ａの圧力が大きくなった際、伸縮部４３は、円筒部２１（本実施形態ではガイド部材６）の外周部を径方向内方側に押すように力が加わる。このように伸縮部４３が第一締結部材５１の上端から延伸している構成では、ダイヤフラム４が第一締結部材５１から抜け出る方向（上方）には力が加わらず、安定した固定が可能である。

（変形態様）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図２に示すように、第一部材２の円筒部２１は、第一締結部材５１が配置される位置に小径部２１１を設けていなくても良い。円筒部２１は、例えば径が一定であっても良い。この構成であっても、円筒部２１及び第一締結部材５１の外周側にガイド部材６が配置されることで上記効果が発揮される。ただし、段差（小径部２１１）があることで第一締結部材５１の位置決めが容易となる上、第一締結部材の径方向の幅が段差で相殺され、その分ガイド部材６の径を小さくすることができる。これにより、空気ばね１をコンパクトに形成することができる。また、ガイド部材６を大径部２１２の外周面に沿って配置することができ、ガイド部材６を安定して固定することができる。

また、図２に示すように、ガイド部材６の上端部６ａの形状は、円弧状（凸Ｒ形状）に形成されていても良い。例えば上端部６ａをプレスＲ付け等により円弧状に形成しても良い。これによっても上記同様の効果が発揮される。また、屈曲させるのではなく、ガイド部材６の上端部６ａの形状を加工しているため、径方向の省スペース化が可能となり、ガイド部材６の配置の自由度や組み付け作業性が向上する。

また、図３に示すように、伸縮部４３は、第一締結部材５１の下端から延伸するものでも良い。この場合、伸縮部４３は、第一締結部材５１の下端から下方に延び、屈曲して上方に延び、ガイド部材６の上端部６ａに沿って再び屈曲し、ガイド部材６の外周部に沿って下方に延びる。この構成によっても、上記同様の効果が発揮される。ただし、空気室１Ａの圧力が大きくなった際、第一締結部材５１の下端付近においては、下方に力が加わることとなる。したがって、第一固定部４１の固定の面では上記構成（図１及び図２）のほうが有利である。

なお、ガイド部材６の上端位置は、少なくとも第一締結部材５１の下端よりも上方であれば良く、円筒部２１上端より上方であっても良い。ガイド部材６の上端部６ａ及び第一部材２の上端のうち上方位置にある部位が、空気ばね１の縮む側の移動限界を決定する。空気ばね１が縮む場合は、伸縮部４３の下端部４３ａの位置が下方に移動する。また、第一部材２は、上方に底部を有し下方に開口した有底円筒形状の部位（「第一有底円筒部」に相当する）を有していても良い。つまり、第一部材２の有底円筒部の底部（底面）は、円筒部２１の上端から下端までのどの位置に配置されていても良い。この場合、第一部材２は、円筒部２１（又は有底円筒部）とは別に、ガイド部材６を固定する部位（例えば車両設置部２２又はサスペンション部材の一部）を有していても良い。また、円筒部２１の両端部に底面が設けられていても良い。これらの場合でも、本実施形態同様の効果が発揮される。本発明では、少なくとも第一部材２、第二部材３、及びダイヤフラム４により空気室１Ａが形成されていれば良い。

１：空気ばね、２：第一部材、２１：円筒部、
２１１：小径部、２１２：大径部、２２：車両設置部、
３：第二部材、３１：有底円筒部（第二有底円筒部）、
４：ダイヤフラム、４１：第一固定部、４２：第二固定部、４３：伸縮部、
５１：第一締結部材、５２：第二締結部材、６：ガイド部材

Claims

第一有底円筒部を有する第一部材と、
前記第一部材に対して相対的に接近、離間し、前記第一有底円筒部と対向する第二有底円筒部を有する第二部材と、
一端部に前記第一有底円筒部の外周部に嵌合されて第一締結部材で気密的に固定される第一固定部、他端部に前記第二有底円筒部の開口端部外周に第二締結部材で気密的に固定される第二固定部、中間部に前記第一締結部材より前記第二有底円筒部から離れる方向に前記第一有底円筒部に沿って延在した後に屈曲して前記第二有底円筒部の開口端部まで延在する円筒状の伸縮部が形成された可撓性のダイヤフラムを有し、前記ダイヤフラム内に前記第一および第二有底円筒部の間で空気室が形成された空気ばねであって、
前記第一有底円筒部と前記ダイヤフラムの前記伸縮部の前記第一有底円筒部に沿って延在する部分との間に介在し、少なくとも前記第一締結部材の前記第二有底円筒部から離れる側の端部よりも前記第二有底円筒部側に延在するガイド部材
を備える空気ばね。
請求項１において、前記ガイド部材の前記第二有底円筒部側の端部が前記第一有底円筒部外周に向かって円弧状に屈曲されている空気ばね。
請求項１において、前記ガイド部材の前記第二有底円筒部側の端部が円弧状に形成されている空気ばね。
請求項１〜３の何れか一項において、
前記第一有底円筒部のうち前記第一固定部が当接する当接部位の径は、前記第一有底円筒部のうち前記当接部位よりも前記第二有底円筒部から離れる側の部位の径より小径に形成されている空気ばね。