JP6526991B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、上側部材と下側部材との間に筒状のダイヤフラムを介装した構造で、例えば鉄道車両や自動車、各種産業機械などに装備される空気ばねに関するものである。

一般に、鉄道車両などに装備される空気ばねは、上側部材と下側部材との間に、補強された筒状のゴム膜からなるダイヤフラムを介装した構造とされ、その外部にダイヤフラムなどのゴム製部品が露出している。

このような外部にゴム製部品が露出する空気ばねの防火性能を高めるには、ゴム製部品を構成するゴム自体の防火性能を高めることが考えられるが、この場合、ゴムの防火性能の向上と引き換えに、ゴム製品の防振性能や耐久性などの他の性能を低下させるおそれがある。

これに対し、図９に示すように、特許文献１は、上面板１０１から円筒状の防炎カバー（防火カバー）１０２を垂下させて設け、この防炎カバー１０２の下端縁をゴムベローズ（ダイヤフラム）１０３より下方に位置させた防炎カバー付き空気ばねを開示している。特許文献１の防炎カバー付き空気ばねは、空気ばね自体の性能に何の影響をも及ぼすことなく、ゴムベローズ１０３を、火花、火気等から保護することができる。

特開平１１−９４００２号公報（段落番号００１４、００２０、図１）

ところが、特許文献１の空気ばねは、防炎カバー１０２の下端縁をゴムベローズ１０３より下方に位置させているものの、防炎カバー１０２の下端縁よりも下方に隙間１０４があり、この隙間１０４からゴムベローズ１０３などのゴム製部品の周囲に火気が侵入するおそれがある（図９参照）。

このような隙間１０４からの火気の侵入を防止すべく、防炎カバー１０２の上下端を空気ばねに止着して、防炎カバー１０２でゴムベローズ１０３などのゴム製部品の全体を覆うことが考えられる。

ただ、例えば鉄道車両の走行によって空気ばねが変位する際、その変位に伴って、防炎カバー１０２とゴムベローズ１０３との間の空間の容積が変化する。この場合、防炎カバー１０２が空気ばねの周囲を隙間なく覆って空気の出入りを遮断していると、防炎カバー１０２の内側の気圧が変化し、防炎カバー１０２がその内側の負圧で潰されて破損するおそれがある。

本発明は、ゴム製部品を防火カバーで覆って火花や火気から保護しつつ、防火カバーの内側の負圧の発生を防止することのできる空気ばねの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気ばねは、上側部材と下側部材との間に筒状のダイヤフラムを介装したものであり、その上側部材及び下側部材に、ダイヤフラムを外側から覆う筒状の防火カバーを止着し、この防火カバーの内外を連通させる連通路を設けたものである。

上記構成によれば、上側部材及び下側部材に筒状の防火カバーを止着するので、ダイヤフラムの全体を外側から覆って火花や火気から保護することができる。しかも、防火カバーの内外を連通させる連通路を設けるので、空気ばねが変位する際、連通路から空気を出入りさせて、防火カバーの内側に負圧が発生するのを防止することができる。

また、連通路としては、単に、火気の侵入を阻止できる程度の大きさの小孔を防火カバーに形成しただけのものであってもよいが、連通路の流路長を防火カバーの厚さよりも長く設定するようにしてもよい。

この構成によれば、連通路の流路長を長くするので、連通路の内径を比較的に大きく設定しつつ、火気が連通路を通って防火カバーの内側にまで侵入するのを防止することができる。しかも、連通路の流路長が長い分、連通路に屈曲部を適宜形成することができ、連通路の内径を比較的に大きく設定しつつ、火気の侵入をより確実に阻止することができる。これにより、ダイヤフラムを火花や火気から保護しつつ、防火カバーの内外の空気の出入りを容易にして、負圧の発生を防止することができる。

また、連通路としては、火気の侵入を阻止可能な程度の小径の筒状金具など、専用の部品を防火カバーに取り付けたものであってもよいが、連通路を下側部材に形成するようにしてもよい。

この構成によれば、連通路を下側部材に形成するので、連通路としての専用の部品を省略することができる。しかも、下側部材は、空気ばねの支持台に載置されて、空気ばねに作用する荷重を受けて支持台に伝える部材であり、この下側部材に連通路を形成することにより、空気ばねが変位する際の連通路の変位を小さくすることができ、連通路の変位に伴う慣性力によって、連通路及びその近傍が損傷するのを防止することができる。

また、下側部材のうちの防火カバーを止着する部位としては、下側部材の上面又は下面であってもよいが、防火カバーを下側部材の側面に止着するようにしてもよい。

この構成によれば、防火カバーを下側部材の側面に止着するので、防火カバーのうちの下側部材への止着部位を極力外側に設定することができ、その分、下側部材の近傍における防火カバーの内側の空間を大きくして、流通路を配置するスペースを大きくすることができる。

また、空気ばねの具体的な構造としては、どのような形式のものであってもよいが、下側部材を、ダイヤフラムの下端を止着する外筒と、この外筒に設けて上側部材の変位を規制する当接部と、外筒から伝達される荷重を受ける中心材と、外筒及び中心材間に介在する円錐台形状の筒状弾性層と、を備えたコニカルストッパーとし、その筒状弾性層を防火カバーによって覆うようにしたものを例示できる。

この構成によれば、防火カバーによって、ダイヤフラムに加えて筒状弾性層をも保護することができる。なお、コニカルストッパーに代えて、ゴム層及び中間板を水平に積層した積層ゴム形式のストッパーを下側部材とする構造や、コニカルストッパーを省略して、板状の部材を下側部材とする構造の空気ばねを採用することもできる。

また、下側部材としてコニカルストッパーを設けた構造を採用する場合、連通路をコニカルストッパーの中心材を支持する座板に形成するようにしてもよい。

この構成によれば、比較的に簡単な形状の座板に連通路を形成するので、連通路の加工を容易にすることができる。しかも、内側の筒状弾性層に干渉することなく連通路を形成することができ、連通路が存在することによってコニカルストッパーの機能が阻害されるのを防止することができる。

また、下側部材としてコニカルストッパーを設けた構造を採用する場合、連通路をコニカルストッパーの中心材を支持する座板から下側に突出する芯軸に形成するようにしてもよい。

この構成によれば、座板から下側に突出する芯軸に連通路を形成するので、連通路の流路長さを十分に長く設定して、火気の侵入を確実に防止することができる。しかも、芯軸は、空気ばねを支持台に載置した際に支持台に係合する部材であり、芯軸に連通路を形成することにより、適宜、支持台の下方に連通路を開口することができる。

以上のとおり、本発明によると、筒状の防火カバーを上側部材及び下側部材に止着してダイヤフラムの全体を覆うと共に、防火カバーの内外を連通させる連通路を設けている。これにより、防火カバーでダイヤフラムを火花や火気から保護しつつ、空気ばねが変位する際、防火カバーの内外の空気を出入りさせて、防火カバーがその内側に発生する負圧によって破損するのを防止することができる。

本発明の第１実施形態の空気ばねの断面図 連通路を示す図１の要部拡大図 小孔を示す図１の要部拡大図 第２実施形態の空気ばねの断面図 連通路を示す図４の要部拡大図 図５のＡ−Ａ断面図 第１参考形態の空気ばねの断面図 第２参考形態の空気ばねの断面図 従来の防炎カバー付き空気ばねの断面図

以下、本発明に係る空気ばねの第１実施形態、第２実施形態、第１参考形態及び第２参考形態について、図面を用いて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図３に示すように、空気ばね１は、例えば鉄道車両に装備されるものであり、例えば車体側に取り付けられる上側部材としての上面板２と、例えば台車側に取り付けられる下側部材としてのコニカルストッパー３との間に、筒状のダイヤフラム４を介装した構造とされ、その上面板２及びコニカルストッパー３にダイヤフラム４を外側から覆う筒状の防火カバー５が止着されて、この防火カバー５の内外を連通させる連通路６が設けられている。

上面板２は、例えば鋼製で周縁部が増厚された円板状とされ、その周縁部に、ダイヤフラム４の上端が装着リング７との挟持によって止着されている。上面板２の中央には、円穴が形成されると共に、この円穴に筒状のボス部８が嵌合され、このボス部８が例えば車体側に係合すると共に、ダイヤフラム４の内部に空気を供給するための給気口とされる。

コニカルストッパー３は、ダイヤフラム４の下端を止着される外筒９と、外筒９に取り付けられて上面板２の変位を規制する当接部としての当接部材１０と、外筒９から伝達される荷重を受ける中心材１１と、中心材１１を支持する座板１２と、外筒９と中心材１１との間に介在するよう径方向に交互に配置された円錐台形状のそれぞれ複数の筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び中間筒１４ａ、１４ｂと、を備えている。

外筒９は、内周面を下側が大径の円錐台面に設定された例えば鋼製の筒状とされ、その上端部にダイヤフラム４の下端部を外嵌することによって、外筒９にダイヤフラム４の下端が止着される。外筒９の上端付近の外周側には、環状に突出する受け部１５が形成され、外筒９の上端部に外嵌されたダイヤフラム４の下端部を受けている。

当接部材１０は、外周部が斜め下向きに屈曲した円板状とされ、その周縁部が外筒９の上端面にボルト締結されて、中央部の上面に設定された当接面１６が外筒９よりも上方に突出している。この当接部材１０は、上面板２が下降した際、当接面１６が上面板２の下面に当接することにより、上面板２のさらなる変位を規制する。

中心材１１は、例えば鋼製で、外筒９の内周面と同じ傾斜角の外周面を有する円錐台形状とされ、その母線の長さを外筒９の内周面の母線の長さよりも長く設定されている。中心材１１の下端面は、その外周部を切り欠かれ、中央部が相対的に突出している。また、中心材１１の内部には、下端面が開口された空洞１７が形成され、中心材１１の軽量化を図っている。

座板１２は、例えば鋼製で、中心材１１の下端面よりも大径の円板状とされ、その上面に形成された円形の凹部に、中心材１１の下端面中央部の突出部分を嵌め込むと共に、凹部の周囲に、中心材１１の下端面外周部をボルト締結することにより、座板１２の上面に中心材１１が取り付けられて、座板１２が中心材１１を支持する。

座板１２の下面には、円柱状の芯軸１８が取り付けられ、この芯軸１８が座板１２から下側に突出して、例えば台車側に係合するようになっている。芯軸１８の上端面は、その外周部を切り欠かれて、中央部が相対的に突出し、この突出部分を座板１２の中央に形成された嵌合穴に嵌合することにより、座板１２に芯軸１８が取り付けられる。また、芯軸１８の内部には、上端面が開口された空洞１９が形成され、芯軸１８の軽量化を図っている。

筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれが防振性能を有する円錐台形状の筒状ゴムとされる。この筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、外周面及び内周面の傾斜角を外筒９の内周面及び中心材１１の外周面と同じ角度に設定されて、外側の筒状弾性層１３ａ及び内側の筒状弾性層１３ｃがそれぞれ外筒９及び中心材１１に加硫接着されている。

中間筒１４ａ、１４ｂは、それぞれが円錐台形状の例えば鋼製筒とされて、その傾斜角が外筒９の内周面及び中心材１１の外周面と同じ角度に設定され、筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃに加硫接着されて、それらの間に介在している。

この中間筒１４ａ、１４ｂは、母線の長さが中心材１１よりも短く設定され、上端が中心材１１と同程度の高さに位置している。これにより、筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び中間筒１４ａ、１４ｂの下端が中心材１１の下端よりも十分に上方に位置し、座金１２の上方に十分なスペースが形成される。

ダイヤフラム４は、筒状のゴム膜に補強コードなどを埋設して補強した構造とされ、その上下端を上面板２及びコニカルストッパー３の外筒９に止着されて、内側を密封されている。このダイヤフラム４は、内側に空気を封入されて、中央部が外側に膨らむよう下端を上向きに押し込まれ、内側の空気圧によって、例えば車体側から上面板２が受ける荷重を弾性的に支持する。

防火カバー５は、例えば、耐火性能を有する周知のゴムシートを筒状に構成してなり、鋼製バンド２０によって上端が上面板２の装着リング７の側面に止着され、鋼製バンド２１によって下端がコニカルストッパー３の座金１２の側面に止着される。この防火カバー５は、中央部が外側に膨出するダイヤフラム４と、その下端を上向きに押し込むコニカルストッパー３と、が構成する概略形状に合わせて、上部が等径で下部が先細テーパーの筒状に構成され、ダイヤフラム４及びコニカルストッパー３の筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃを覆って、ゴム部が外部に露出するのを阻止する。

防火カバー５の下部のテーパー部分には、径方向の伸縮を容易にする蛇腹部２２が周方向に連続して形成され、防火カバー５の下端の径を調節可能にして、座金１２の側面への止着を容易にすると共に、空気ばね１の変位に容易に追随するようになっている。蛇腹部２２の谷部分には、複数の小孔２３が形成され、防火カバー５の内外を連通させている。

連通路６は、座金１２の外周部に形成された縦孔２４と、縦孔２４の下端から座金１２の側面に達するよう座金１２の外周部下面に形成された切欠２５と、で構成され、座金１２の外周部のうちの適宜複数個所に形成されて、防火カバー５の内外を連通させる。

上記構成によれば、防火カバー５がダイヤフラム４及びコニカルストッパー３の筒状弾性層１３ａ、１３ｂ、１３ｃを覆って、ゴム部が外部に露出するのを阻止するので、空気ばね１の防火性能を高めることができる。しかも、連通路６及び小孔２３を形成して防火カバー５の内外を連通させるので、これらから空気を出入りさせることにより、空気ばね１の変位に伴って防火カバー５の内側の気圧が変化するのを阻止することができ、内側の負圧によって防火カバー５が破損するのを防止することができる。

さらに、連通路６を縦孔２４と切欠２５とで構成するので、その流路長を防火カバー５の厚さよりも長く設定すると共に、縦孔２４と切欠２５との境界において屈曲させることができる。これにより、連通路６の流路面積を小孔２３よりも大きく設定して空気の出入りを容易にしつつ、外部から防火カバー５の内側への火気の侵入を阻止して、空気ばね１の防火性能を高めることができる。

［第２実施形態］
図４〜図６に示すように、第２実施形態の空気ばね２６は、第１実施形態の空気ばね１とほぼ同じ構成であるが、座金１２の縦孔２４及び切欠２５からなる連通路６に代えて、座板１２から下側に突出する芯軸１８の空洞１９を利用した連通路２７を設けたものである。

連通路２７は、座金１２の表面に形成された環状路２８と、芯軸１８の空洞１９と、芯軸１８の下端に形成された給排気口２９とで構成される。環状路２８は、座板１２の上面の円形凹部を中心材１１の下端面中央部の突出部分よりも大径に設定することにより形成され、内側の筒状弾性層１３ｃの外周縁３０よりも外側部分において上面側が開口して、環状開口３１が形成される。この環状路２８は、芯軸１８が偏心して設けられることにより、芯軸１８の空洞１９の上端の開口３２に連絡されている。

防火カバー５の内側で、環状路２８の環状開口３１に空気が吐き出されることにより、この空気が環状路２８を通って開口３２から空洞１９に流れ込み、その下端の給排気口２９から防火カバー５の外側に排気される。また、その反対の経路で、防火カバー５の内側に給気され、防火カバー５の内側に負圧が発生するのを阻止される。他の構成は、第１実施形態と同じである。

［第１参考形態］
図７に示すように、第１参考形態の空気ばね３３は、第１実施形態の空気ばね１とほぼ同じ構成であるが、座金１２に形成する連通路６に代えて、連通路３４として、中心材１１に横孔３５を形成し、この横孔３５から芯軸１８の下端に至るように縦孔３６を形成したものである。中心材１１に横孔３５を形成することにより、座金１２の上面側の広いスペースに、防火カバー５の下端を止着することができる。他の構成は、第１実施形態と同じである。

［第２参考形態］
図８に示すように、第２参考形態の空気ばね３７は、第１実施形態の空気ばね１とほぼ同じ構成であるが、座金１２に形成する連通路６に代えて、防火カバー５の下端付近に、別体の筒状金具からなる連通路３８を設けたものである。連通路３８は、火気の侵入を防止するのに十分な長さで、Ｌ字型に屈曲している。

連通路３８を専用の筒状金具で構成するので、防炎カバー５を除く部位は、従来の空気ばねと同じ構造にすることができ、また、第３実施形態と同様、座金１２の上面側の広いスペースに、防火カバー５の下端を止着することができる。また、防火カバー５の下端付近に連通路３８を設けるので、空気ばね３７の変位に伴う連通路３８の変位を小さくすることができ、その慣性力による防火カバー５の損傷を防止することができる。他の構成は、第１実施形態と同じである。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、空気ばねは、鉄道車両用に限らず、自動車や各種産業機械などに装備するものであってもよい。また、参考の形態として、コニカルストッパーに代えて、ゴム層及び中間板を水平に積層した積層ゴムを設けてもよく、コニカルストッパーなどを省略して、ダイヤフラムをそのまま下面板に止着したものであってもよい。また、連通路を形成することなく、防炎カバーに小孔を形成しただけであってもよい。

１ 空気ばね
２ 上面板（上側部材）
３ コニカルストッパー（下側部材）
４ ダイヤフラム
５ 防火カバー
６ 連通路
７ 装着リング
８ ボス部
９ 外筒
１０ 当接部材
１１ 中心材
１２ 座板
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 筒状弾性層
１４ａ、１４ｂ 中間筒
１５ 受け部
１６ 当接面
１７ 空洞
１８ 芯軸
１９ 空洞
２０ 鋼製バンド
２１ 鋼製バンド
２２ 蛇腹部
２３ 小孔
２４ 縦孔
２５ 切欠
２６ 空気ばね
２７ 連通路
２８ 環状路
２９ 給排気口
３０ 外周縁
３１ 環状開口
３２ 開口
３３ 空気ばね
３４ 連通路
３５ 横孔
３６ 縦孔
３７ 空気ばね
３８ 連通路

Claims (4)

1. 上側部材と下側部材との間に筒状のダイヤフラムを介装してなる空気ばねであって、
   前記下側部材は、ダイヤフラムの下端を止着される外筒と、該外筒に設けられて上側部材の変位を規制する当接部と、前記外筒から伝達される荷重を受ける中心材と、前記外筒及び中心材間に介在する円錐台形状の筒状弾性層と、を備えたコニカルストッパーとされ、
   前記上側部材及び下側部材に、ダイヤフラム及び筒状弾性層を外側から覆う筒状の防火カバーが止着され、該防火カバーの内外を連通させる連通路が設けられ、
   前記連通路は、コニカルストッパーの前記中心材を支持する座板に形成されたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記連通路は、その流路長を防火カバーの厚さよりも長く設定されたことを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記連通路は、下側部材に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 前記防火カバーは、下側部材の側面に止着されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の空気ばね。

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