JP6374788B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、バス、トラック自動車や鉄道車両等に用いられる空気ばねに係り、詳しくは、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に関するものである。

この種の空気ばねとしては、特許文献１（図１，６など）において開示されたものが知られている。即ち、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（筒状ゴム膜の一例）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（一端部の一例）１Ａにかしめ固定される円板状のアッパープレート（大径板状部材の一例）２と、ダイヤフラム１の下端に形成される小径ビード部（他端部の一例）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においても開示されるように、過剰な圧縮動によるピストン５と上面板（大径板状部材の一例）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の頂部にストッパ（弾性体）１７が設けられている。これにより、満員の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の図２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るため、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）にも明確に相対移動するようになる。従って、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となる。

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、場合によっては異音や騒音が生じ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に当接して緩衝作用を発揮する弾性体を設けた空気ばねにおいて、さらなる工夫により、弾性体が大径板状部材に当接して擦れながら圧縮されることに起因した異音や騒音が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。

請求項１に係る発明は、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大径板状部材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とを有し、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と前記大径板状部材２とのいずれか一方に弾性体１４を、かつ、いずれか他方に滑りシート２０をそれぞれ設け、前記ピストン３と前記大径板状部材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弾性体１４と前記滑りシート２０とが当接する状態に構成し、
前記滑りシート２０は、これと前記弾性体１４との摩擦力が前記大径板状部材２と前記弾性体１４との摩擦力よりも小となる材料により形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気ばねにおいて、
前記大径板状部材２には、これをばね上側部材に固定するためのボルト４及び前記筒状ゴム膜１の内部に連通するための筒状部材１９が、前記軸心Ｐに関して振り分け配備されて前記大径板状部材２を貫通する状態で設けられるとともに、
前記弾性体１４は、前記軸心Ｐに対して、前記ボルト４及び前記筒状部材１９の振り分け方向Ｑと交差する方向Ｒに偏らせて配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の空気ばねにおいて、
前記弾性体１４は、ベース板１６とこのベース板１６に一体化される弾性部１７とを有してなり、前記ベース板１６は、前記軸心Ｐに対して前記交差する方向Ｒに張り出す状態で前記いずれか一方に固定される支持部９に取付けられていることを特徴とする。

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空気ばねにおいて、
前記滑りシート２０はフッ素樹脂材により形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、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大径板状部材を弾性支持する弾性体が設けられており、その弾性体と当接する滑りシートは、これと弾性体との摩擦力が大径板状部材と弾性体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、弾性体は滑りシートに当接又は引き摺り当接するから、弾性体がアッパープレートに当接又は引き摺り当接する場合に比べて、弾性体と滑りシートとの摩擦力（摩擦係数）は低いものになり、異音や騒音の発生するおそれを解消又は回避することができる。また、滑りシートとの当接によって、当接時の滑り易さが確保されるので、弾性体の破損も抑制又は解消させることが可能である。
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弾性体を設けた空気ばねにおいて、弾性体が大径板状部材に当接して擦れながら圧縮されることに起因した異音や騒音が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ことができる。

請求項２の発明によれば、弾性体は、軸心に関して振り分け配備されるボルトと筒状部材の振り分け方向と交差する方向に偏らせて配置されているから、ローリング軸心から横及び上下に離れて配置されるなど、クッションに伴って弾性体が上下方向及び横方向の双方に明確に動く挙動を示す空気ばねに好適なものとなる。
即ち、横に移動する分、予めその方向に偏らして配置できるから、クッションに伴って弾性体が上ビード部に当たるといった不都合が生じることなく、良好にクッション作用することができる。

この場合、請求項３の発明のように、弾性部を載せるベース板を、軸心に対して交差する方向に張り出す状態で支持部に取付けられている構成の弾性体とすることが好都合である。また請求項４のように、フッ素樹脂により摩擦係数の低い滑りシートを構成することができる。

空気ばねの構造を示す断面図 （ａ）弾性体の配置構造を示す要部の平面図、（ｂ）弾性体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 弾性体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

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（大径板状部材の一例）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に示すように、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（ばね上側部材の一例）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に示すように、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とを有する深皿状の部材に形成されている。

本体筒部３Ａと台座部３Ｂとは、窪み上壁３ａに周側壁３ｆが内嵌される状態での溶接などにより一体化され、それによって下ビード部１Ｂが嵌り込んで嵌合する箇所（符記省略）を有するピストン３が構成されている。
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。

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（支持部の一例）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を介して弾性体１４が取付けられている。このように、弾性体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に示す構造の下部構造体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。

弾性体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上に一体化される例えばゴム製の弾性部１７とを有して構成されている。弾性体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。

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（符記省略）、及び偏芯板１８の孔（符記省略）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って（又は伴うことなく）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、弾性体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。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。

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、軸芯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２、図３に示すように、アッパープレート２の下面２ａには、平面視で略ひょうたん型を呈する滑りシート２０が装備されている。滑りシート２０は、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂製で厚さの比較的薄いシート材で形成されており、接着や貼着などにより下面２ａに一体化されている。つまり、滑りシート２０は、これと弾性体１４との摩擦力がアッパープレート２と弾性体１４との摩擦力よりも小となる材料により形成されており、固定ボルト４の頭部４ａ及び筒状部材１９の下端大径部１９ｂに対する円弧状の逃がし部２０ａ，２０ｂが形成されている。

図２に示すように、弾性体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）に示すように、軸心Ｐ（ｙ）方向視において、弾性体１４は滑りシート２０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。これは次に述べる理由による。

弾性体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に示す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を図４に示してある。
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。クッション状態においては、図４に示すように、弾性体１４の上部が滑りシート２０に当接して若干圧縮されている状態を示しており、アッパープレート２と弾性体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弾性体１４が滑りシート２０に当接する状態では、図４において、弾性部１７の上端左側部分から滑りシート２０に当接し、かつ、弾性体１４は上ビード部１Ａに近接するように左右方向に移動する。従って、この場合には、図１、図４に示すように、左右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の左側部分をカットした形状の弾性体１４が有効である。

このように、アッパープレート２の下面２ａには滑りシート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、弾性体１４は滑りシート２０に擦れながら圧縮、即ち引き摺り当接する。従って、弾性体１４がアッパープレート２に擦れながら圧縮、即ち引き摺り当接する場合に比べて、弾性部１７と滑りシート２０との摩擦力（摩擦係数）は極低いものになり、異音や騒音の発生するおそれを解消又は回避することができる。
また、滑りシート２０との当接によって、当接時の滑り易さが確保されるので、弾性部１７の破損も抑制又は解消させることが可能である。

さらに、図２、図５に示すように、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に一体化されている偏芯板１８に形成される平面視で円形の孔（穴や凹部でも良い）１８Ａ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との（ピストン３と弾性体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。ここで、「取付ボルト１５に起因する…相対回動移動」とは、締付け方向への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が考えられる。

空気ばねＡにおいては、図１，２に示すように、弾性体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作用効果が得られるだけでなく、位置決め機能も発揮できる利点も備えた優れものである。

〔別実施形態〕
滑りシート２０は、ナイロン、ＰＰ（ポリプロピレン）など、フッ素樹脂以外の合成樹脂材や、ステンレス材など、要はアッパープレート２より摩擦係数が低い材料であれば良い。また、滑りシート２０を、その外周部に作用するボルトや、シートの厚み範囲内に収まる皿ビスでアッパープレート２に固定させる手段も考えられる。

１ 筒状ゴム膜
１Ｃ 裏返し筒部分
２ 大径板状部材
３ ピストン
３ｃ 周面
４ ボルト
９ 支持部
１４ 弾性体
１６ ベース板
１７ 弾性部
１９ 筒状部材
２０ 滑りシート
Ｐ 軸心
Ｑ 振り分け方向
Ｒ 交差する方向

Claims (4)

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大径板状部材と、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を有し、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大径板状部材とのいずれか一方に弾性体を、かつ、いずれか他方に滑りシートをそれぞれ設け、前記ピストンと前記大径板状部材との前記軸心方向の間隔が所定量縮まるに伴って前記弾性体と前記滑りシートとが当接する状態に構成し、
   前記滑りシートは、これと前記弾性体との摩擦力が前記大径板状部材と前記弾性体との摩擦力よりも小となる材料により形成されている空気ばね。
2. 前記大径板状部材には、これをばね上側部材に固定するためのボルト及び前記筒状ゴム膜の内部に連通するための筒状部材が、前記軸心に関して振り分け配備されて前記大径板状部材を貫通する状態で設けられるとともに、
   前記弾性体は、前記軸心に対して、前記ボルト及び前記筒状部材の振り分け方向と交差する方向に偏らせて配置されている請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記弾性体は、ベース板とこのベース板に一体化される弾性部とを有してなり、前記ベース板は、前記軸心に対して前記交差する方向に張り出す状態で前記いずれか一方に固定される支持部に取付けられている請求項２に記載の空気ばね。
4. 前記滑りシートはフッ素樹脂材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。

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