JP6516628B2 - 空気ばね装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば鉄道車両等の車体と台車との間に配設される空気ばね装置に関する。
従来から、上部材および下部材と、これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備え、上部材および下部材にそれぞれ、筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置が知られている。
この種の空気ばね装置として、例えば下記特許文献1に示されるような、下部材に円盤状の保持部が備えられ、この保持部の上面に全域にわたって当接部が固着された構成が知られている。
特開2012−177407号公報
しかしながら、前記従来の空気ばね装置では、当接部が、円盤状の保持部の上面に全域にわたって固着されているので、当接部のうちの一部が損傷した場合でも、保持部および当接部の全体を交換する必要があり、メンテナンス費用がかさ張るという問題があった。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、メンテナンス費用を低減することができる空気ばね装置を提供することである。
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る空気ばね装置は、上部材および下部材と、これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備え、前記上部材および前記下部材にそれぞれ、前記筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置であって、前記上部材および前記下部材のうちの少なくとも一方は、複数の前記当接部と、表面に前記当接部が固着された複数の保持部と、前記保持部の裏面側を支持する基部と、を備え、複数の前記保持部は、前記基部に各別に着脱自在に配設されていることを特徴とする。
この発明によれば、当接部が固着された複数の保持部が、基部に各別に着脱自在に配設されているので、複数の当接部のうちの一部が破損したときに、複数の保持部のうち、この破損した当接部が配設された保持部のみを基部から取り外して交換すれば足り、破損していない当接部は継続して使用することが可能になり、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。
ここで、前記保持部は、前記基部に前記筒状膜部材の中心軸線回りに複数配設されてもよい。
この場合、複数の保持部が、基部に前記中心軸線回りに配設されているので、筒状膜部材内の排気時に、車両の荷重を各保持部に対して偏り少なく分散して支持させることが可能になり、この空気ばね装置の耐久性を向上させることができる。
また、前記当接部は、1つの前記保持部に複数配設されてもよい。
この場合、当接部が、1つの保持部に複数配設されているので、当接部が、1つの保持部の表面の全域にわたって1つ配設されている場合と比べて、筒状膜部材内の排気時に、各当接部に及ぼされる面圧を高めることが可能になり、優れた摺動特性を発揮させることができる。
また、前記基部には、前記上部材および前記下部材が、前記筒状膜部材の中心軸線方向に互いに対向する側に向けて突出する支持突部が複数形成され、前記保持部は、複数の前記支持突部に跨って配設されてもよい。
この場合、基部に、保持部が配設される支持突部が形成されていて、基部に対して保持部の裏面が全域にわたって当接していないので、基部および保持部における互いに当接する各部分の平面度を高精度に仕上げなくても、保持部を基部にぐらつかせることなく強固に取付けることができる。
また、基部に支持突部が形成されていることから、基部の重量を抑えつつ、基部に十分な剛性を具備させることができる。
また、前記当接部は、前記保持部における、前記筒状膜部材の中心軸線方向から見て前記中心軸線に直交する径方向の全域にわたって配設されてもよい。
この場合、当接部が、保持部における前記径方向の全域にわたって配設されているので、筒状膜部材内の排気時に、前記中心軸線方向で互いに対向する当接部同士が摺接し合ったときに、当接部が保持部から剥離するのを抑制することができる。
また、前記保持部には、前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、前記当接部は、前記保持部の表面における前記貫通孔の開口周縁部に配設されてもよい。
この場合、保持部を基部に固定する連結軸が、保持部の貫通孔に挿入されるので、保持部における貫通孔の開口周縁部は、筒状膜部材内の排気時に、保持部に車両の荷重が加わっても、面外の曲げ変形が生じにくい部分となる。そしてこの部分に、当接部が配設されているので、筒状膜部材内の排気時に、当接部が割れるのを抑制することができる。
また、前記保持部には、前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、前記保持部は樹脂材料により形成され、前記保持部の裏面における前記貫通孔の開口周縁部に、前記基部に当接する環状金具が配設されてもよい。
この場合、保持部が樹脂材料により形成されているので、製造コストおよび重量を抑えつつ、様々な形状の保持部を容易に形成することができる。
また、保持部の裏面における貫通孔の開口周縁部に、基部に当接する環状金具が配設されているので、保持部が樹脂材料で形成されているにもかかわらず、保持部を基部に強固に固定することができる。
本発明に係る空気ばね装置によれば、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。
本発明の一実施形態に係る空気ばね装置の縦断面図である。 図1に示す空気ばね装置を構成する下部材の上面図である。 図1に示す空気ばね装置において、保持部に当接部が配設された状態を示す矢視図である。 図3のIV−IV線矢視断面図である。 図1に示す空気ばね装置において、保持部を示す斜視図である。
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る空気ばね装置を説明する。
図1に示すように、空気ばね装置1は、例えば鉄道車両等の図示されない車体と台車との間に配設され、上部材2および下部材3と、これらの両部材2、3に両端開口部4a、4bが各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材4と、下部材3に連結された筒状の補助弾性体6と、を備えている。
上部材2および下部材3にそれぞれ、筒状膜部材4内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部11、18が各別に備えられている。
筒状膜部材4および補助弾性体6の各中心軸線は、共通軸上に位置している。
以下では、この共通軸を軸線Oといい、軸線O方向に沿って上部材2側を上側といい、下部材3側を下側といい、軸線O方向から見た平面視において、軸線Oに直交する方向を径方向といい、軸線O回りに周回する方向を周方向という。
補助弾性体6は、下部材3の下方に配置された下板7と、下板7と下部材3との間に軸線O方向に交互に配置された環状のゴム板9および環状の金属板10と、を備える積層ゴムにより構成されている。補助弾性体6は、筒状膜部材4よりも軸線O方向および径方向の各ばね定数が高くなっている。
下板7は、軸線O方向から見て円形状に形成されており、下板7、ゴム板9および金属板10は、軸線Oと同軸に配置されるとともに、下板7および金属板10と、ゴム板9と、は互いに加硫接着されている。下板7および金属板10の各外径は互いに同等になっている。複数のゴム板9のうち、最も上方に位置するゴム板9が、下部材3に加硫接着されている。
下板7には、下方に向けて突出し、かつ軸線Oと同軸に配置された連通筒部7aが形成されている。連通筒部7aの内側は、軸線O方向の全長にわたって連通しており、その上部の内周面に雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部には、空気ばね装置1を吊り上げる際に吊りボルトが螺着される。連通筒部7aの内側は、補助弾性体6の内側と連通している。連通筒部7aには、例えば、筒状膜部材4内に空気などの気体を給排する図示しない気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。
上部材2は、外径が筒状膜部材4の外径よりも大きい円盤状の本体板部17と、本体板部17の下面における外周部に配設された摺動シート2aと、を備えている。本体板部17は、軸線Oと同軸に配設されている。本体板部17における径方向の中央部には、軸線O方向に沿った筒状膜部材4の内側、つまり下方に向けて張り出した当接部(以下、張出し部という)11が形成されている。張出し部11は、偏平な円柱状に形成され、軸線Oと同軸に配置されている。本体板部17は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で形成され、摺動シート2aは、例えばポリエチレン等の樹脂材料で形成されている。
張出し部11に、筒状膜部材4の上端開口部4aが気密に外嵌されている。筒状膜部材4の外面のうちの上方を向く表面に、摺動シート2aが摺動自在に当接している。本体板部17における径方向の中央部に、上方に向けて突出し、かつ軸線O方向に貫通して、筒状膜部材4の内部と外部とを連通する貫通筒部17aが形成されている。貫通筒部17aの上端部には、例えば、前述した気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。
上部材2の張出し部11は、下部材3の当接部18と軸線O方向で対向しており、張出し部11の外径は、軸線Oを中心に当接部18の外周縁を通る円の直径と同等か、それよりわずかに大きくなっている。
下部材3は、複数の当接部18と、表面19cに当接部18が固着された複数の保持部19と、保持部19を、当接部18が固着された表面19cの反対側の裏面19b側から支持する基部20と、を備えている。図示の例では、保持部19に軸線O方向に貫く貫通孔19aが形成されている。基部20において、保持部19の貫通孔19aと対向する位置に装着孔20aが形成されている。そして、貫通孔19aおよび装着孔20aに一体に連結軸22が挿入されることにより、保持部19が基部20に固定されている。
当接部18は、テフロン(登録商標)より耐摩耗性に優れる、例えば分子量が約200万の超高分子ポリエチレン等で形成され、保持部19は、金属より軽い、例えばPA66をガラス繊維で強化した樹脂材料等で形成され、基部20は、例えば球状黒鉛鋳鉄等で形成される。なお、当接部18を形成する樹脂材料の分子量は、保持部19を形成する樹脂材料の分子量より多くなっており、当接部18は、保持部19を形成する樹脂材料より摩擦係数の低い樹脂材料で形成されている。
基部20は、環状の底壁部21を有する有底筒状に形成され、底壁部21の下面に、補助弾性体6のゴム板9が加硫接着されている。基部20は軸線Oと同軸に配設されている。基部20の下端部には、全周にわたって連続して延在し、かつ径方向の外側に向けて突出するフランジ部20bが形成されている。基部20に、筒状膜部材4の下端開口部4bが気密に外嵌されている。フランジ部20bの外周縁部に、上方に向けて突出し、全周にわたって延びる突条部が形成されている。フランジ部20bには環状のゴム座16が配設されており、ゴム座16が、フランジ部20bにおける上面および外周面を覆っている。ゴム座16には、全周にわたって連続して延びる補強金具16aが埋設されている。補強金具16aには、フランジ部20bの突条部が嵌合される凹溝が形成されている。筒状膜部材4の下端開口部4b側の端部は、ゴム座16上に配置されている。
筒状膜部材4は可撓性を有しており、例えば弾性材料、好ましくはゴム材料などで形成されている。筒状膜部材4内には、例えば空気などの気体が充填されており、両端開口部4a、4bの間に位置する中間部分4cが、径方向の外側に向けて膨出している。中間部分4cは、下部材3のフランジ部20bよりも径方向の外側に膨出しており、ゴム座16を介して、フランジ部20bに上方および径方向の外側から当接している。
ここで、上部材2の張出し部11、および下部材3の当接部18は、図1に示されるような、筒状膜部材4内に気体が充填された充填状態で軸線O方向に離間して互いに対向するとともに、筒状膜部材4内が排気された排気状態で互いに摺動自在に当接する。なお、前記充填状態で、筒状膜部材4内には、上部材2の張出し部11と下部材3の当接部18との間に位置する中央空間S1と、筒状膜部材4内に位置して周方向の全周にわたって延在し、中央空間S1に径方向の外側から接続された外周空間S2と、を備える充填空間Sが形成される。
そして本実施形態では、複数の保持部19は、基部20に各別に着脱自在に配設されている。図示の例では、基部20に形成された前記装着孔20aが雌ねじとされ、連結軸22が装着孔20aに着脱自在に螺着された雄ねじとなっている。
ここで、基部20には、底壁部21から上方に向けて突出する支持突部23が複数形成されている。支持突部23は、矩形板状に形成され、表裏面が周方向に向けられた状態で、周方向に間隔をあけて複数配設されている。支持突部23は、図2に示されるように、基部20に、周方向に同等の間隔をあけて複数形成されている。
支持突部23の側面のうち、径方向の外側を向く外側面は、基部20の周壁部24に接続され、下方を向く下側面は、基部20の底壁部21に接続され、径方向の内側を向く内側面は、基部20の底壁部21の内周縁と段差なく連なり、上方を向く上側面25における径方向の外端部が、基部20の周壁部24の上端開口縁に段差なく連なっている。支持突部23の上側面25のうち、径方向の外端部より径方向の内側に位置する内側部分は、径方向の外端部に対して下方に窪んでおり、この内側部分に、前記装着孔20aが形成されている。支持突部23の上側面25における径方向の外端部と前記内側部分との間の境界部分には、径方向の内側を向く段部25aが形成されている。
保持部19は、表裏面を軸線O方向に向け、かつ周方向に湾曲した矩形板状に形成され、基部20に周方向に沿って複数配設されている。保持部19は、基部20に周方向に同等の間隔をあけて複数配設されている。保持部19の側面のうち、径方向の外側を向く外側面は、基部20の上側面25における段部25aに当接し、径方向の内側を向く内側面は、軸線O方向から見た平面視で、支持突部23の前記内側面および基部20の底壁部21の内周縁と概ね一致している。
1つの保持部19は、複数の支持突部23に跨って配設されている。図示の例では、1つの保持部19は、2つの支持突部23に跨って配設され、これら2つの支持突部23同士の間の周方向の中央部と、保持部19の周方向の中央部と、が一致している。
保持部19には、前記貫通孔19aが周方向に間隔をあけて複数形成されている。図示の例では、保持部19に2つの貫通孔19aが形成され、これらの貫通孔19aは、保持部19における周方向の中央部に対して周方向に同等の間隔あけて各別に配置されている。貫通孔19aは、保持部19における径方向の中央部に配置されている。
保持部19には筒状金具26が埋設されている。筒状金具26は、貫通孔19aと同軸に配設されている。
筒状金具26は、図4に示されるように、保持部19の裏面19bにおける貫通孔19aの開口周縁部上に露出して、基部20に当接する環状金具26aと、環状金具26aの内周縁から上方に向けて延びる接続筒部26bと、環状の底部を有する有底筒状の上筒部26cと、を備えている。接続筒部26bの上端と、上筒部26cの底部の内周縁と、が接続されている。
接続筒部26bおよび上筒部26cは、貫通孔19aの内周面上に露出している。上筒部26cの底部上に連結軸22の頭部が載置される。連結軸22の頭部は、保持部19の表面19cより下方に位置している。連結軸22が、樹脂材料で形成された保持部19に当接せず、筒状金具26に当接するので、連結軸22の、基部20の装着孔20aに対する締結力の維持が図られている。
当接部18は、図2および図3に示されるように、1つの保持部19に複数配設されている。当接部18は、保持部19の表面19cにおける貫通孔19aの開口周縁部に配設されている。当接部18は、保持部19の表面19cにおける貫通孔19aの開口周縁部を全域にわたって囲っている。当接部18は、保持部19における径方向の全域にわたって配設されている。なお、当接部18は、保持部19における周方向の全域にわたって配設してもよい。
図示の例では、当接部18は、軸線O方向から見た平面視で、長辺が径方向に延び、かつ短辺が周方向に延びる長方形状をなす板状に形成されている。当接部18における長方形状を構成する4つの角部分はR形状に形成されている。当接部18は、保持部19より薄肉に形成されている。なお、当接部18の周方向の大きさは、基部20の支持突部23の周方向の大きさより大きくなっている。また、当接部18の周方向の大きさは、周方向で互いに隣り合う支持突部23同士の間の間隔より小さくなっている。
ここで、保持部19の表面19cにおける貫通孔19aの開口周縁部には、図4および図5に示されるように、複数の非貫通の係合凹部19dが形成されている。係合凹部19d内に、当接部18から下方に向けて突出する被係合突部18bが充密されている。
図示の例では、複数の係合凹部19dは、保持部19における外周縁部および内周縁部に、周方向に間隔をあけて複数形成されている。係合凹部19dの平面視形状は矩形状となっている。
保持部19の外周縁部に形成された複数の係合凹部19dのうち、周方向の中央部に位置する係合凹部19dは、保持部19の外周面に開口し、他の係合凹部19dは保持部19の外周面に対して閉塞している。保持部19の内周縁部に形成された複数の係合凹部19dのうち、周方向の中央部に位置する係合凹部19dは、保持部19の内周面に開口し、他の係合凹部19dは保持部19の内周面に対して閉塞している。保持部19の外周面および内周面における係合凹部19dの各開口部19f内にも、被係合突部18bが一体に充密されている。
そして当接部18は、例えば、保持部19をインサート品として、保持部19の外周面若しくは内周面における係合凹部19dの開口部19fから溶融樹脂を射出することで形成される。
以上説明したように、本実施形態に係る空気ばね装置1によれば、当接部18が固着された複数の保持部19が、基部20に各別に着脱自在に配設されているので、複数の当接部18のうちの一部が破損したときに、複数の保持部19のうち、この破損した当接部18が配設された保持部19のみを基部20から取り外して交換すれば足り、破損していない当接部18は継続して使用することが可能になり、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。
また、複数の保持部19が、基部20に軸線O回りに配設されているので、筒状膜部材4内の排気時に、車両の荷重を各保持部19に対して偏り少なく分散して支持させることが可能になり、この空気ばね装置1の耐久性を向上させることができる。
また、当接部18が、1つの保持部19に複数配設されているので、当接部18が、1つの保持部19の表面19cの全域にわたって1つ配設されている場合と比べて、筒状膜部材4内の排気時に、各当接部18に及ぼされる面圧を高めることが可能になり、優れた摺動特性を発揮させることができる。
また、基部20に、保持部19が配設される支持突部23が形成されていて、基部20に対して保持部19の裏面19bが全域にわたって当接していないので、基部20および保持部19における互いに当接する各部分の平面度を高精度に仕上げなくても、保持部19を基部20にぐらつかせることなく強固に取付けることができる。
また、基部20に支持突部23が形成されていることから、基部20の重量を抑えつつ、基部20に十分な剛性を具備させることができる。
また、当接部18が、保持部19における径方向の全域にわたって配設されているので、筒状膜部材4内の排気時に、軸線O方向で互いに対向する当接部18同士が摺接し合ったときに、当接部18が保持部19から剥離するのを抑制することができる。
また、保持部19を基部20に固定する連結軸22が、保持部19の貫通孔19aに挿入されるので、保持部19における貫通孔19aの開口周縁部は、筒状膜部材4内の排気時に、保持部19に車両の荷重が加わっても、面外の曲げ変形が生じにくい部分となる。そしてこの部分に、当接部18が配設されているので、筒状膜部材4内の排気時に、当接部18が割れるのを抑制することができる。
また、保持部19が樹脂材料により形成されているので、製造コストおよび重量を抑えつつ、様々な形状の保持部19を容易に形成することができる。
また、保持部19の裏面19bにおける貫通孔19aの開口周縁部に、基部20に当接する環状金具26aが配設されているので、保持部19が樹脂材料で形成されているにもかかわらず、保持部19を基部20に強固に固定することができる。
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、当接部18、保持部19および基部20を下部材3が備える構成を示したが、これら18〜20を上部材2に備えさせてもよい。
また前記実施形態では、補助弾性体6は、積層ゴムにより構成されているものとしたが、気体が充填空間Sに充填された筒状膜部材4と比べて軸線O方向および径方向の各ばね定数が高い他の構成に適宜変更することができる。
また、補助弾性体6は配設しなくてもよい。
また、基部20として、補助弾性体6が連結される部材と、保持部19を支持する部材と、が別体とされた構成を採用してもよい。
また、保持部19に筒状金具26を埋設したが、筒状金具26を配設しなくてもよい。また、筒状金具26として、環状金具26aのみを備える構成を採用してもよい。
また、複数の保持部19を基部20に配設する向きは、周方向に限らず、例えば径方向など適宜変更してもよい。
また、1つの保持部19の表面19cにおける全域にわたって1つの当接部18を配設してもよい。
また、基部20に支持突部23を形成せず、基部20に対して保持部19の裏面19bを全域にわたって当接させてもよい。また、1つの保持部19を1つの支持突部23だけに配設してもよい。
また、保持部19の表面19cにおいて、当接部18を配設する位置は、前記実施形態に限らず、貫通孔19aの開口周縁部から離れた位置に配設してもよいし、外周縁および内周縁から径方向に離れた位置に配設してもよい。
また、空気ばね装置1を構成する前述した各部材を形成する材質は、前記実施形態に限らず適宜変更してもよい。
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
1 空気ばね装置
2 上部材
3 下部材
4 筒状膜部材
4a、4b 開口部
11 張出し部(当接部)
18 当接部
19 保持部
19a 貫通孔
19b 保持部の裏面
19c 保持部の表面
20 基部
20a 装着孔
22 連結軸
23 支持突部
26a 環状金具

Claims (7)

  1. 上部材および下部材と、
    これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備え、
    前記上部材および前記下部材にそれぞれ、前記筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置であって、
    前記上部材および前記下部材のうちの少なくとも一方は、
    複数の前記当接部と、
    表面に前記当接部が固着された複数の保持部と、
    前記保持部の裏面側を支持する基部と、を備え、
    複数の前記保持部は、前記基部に各別に着脱自在に配設されていることを特徴とする空気ばね装置。
  2. 前記保持部は、前記基部に前記筒状膜部材の中心軸線回りに複数配設されていることを特徴とする請求項1に記載の空気ばね装置。
  3. 前記当接部は、1つの前記保持部に複数配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の空気ばね装置。
  4. 前記基部には、前記上部材および前記下部材が、前記筒状膜部材の中心軸線方向に互いに対向する側に向けて突出する支持突部が複数形成され、
    前記保持部は、複数の前記支持突部に跨って配設されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の空気ばね装置。
  5. 前記当接部は、前記保持部における、前記筒状膜部材の中心軸線方向から見て前記中心軸線に直交する径方向の全域にわたって配設されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の空気ばね装置。
  6. 前記保持部には、前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、
    前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、
    前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、
    前記当接部は、前記保持部の表面における前記貫通孔の開口周縁部に配設されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の空気ばね装置。
  7. 前記保持部には、前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、
    前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、
    前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、
    前記保持部は樹脂材料により形成され、
    前記保持部の裏面における前記貫通孔の開口周縁部に、前記基部に当接する環状金具が配設されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の空気ばね装置。
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