JP6962805B2 - 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、ダイヤフラムの上下端が上側部材及び下側部材によって密封されている（例えば特許文献１）。

特許文献１の空気ばねは、その下側部材の被嵌合部１０１に、ダイヤフラム１０２のビード部（嵌合部）１０３が嵌合結合されている。この空気ばねは、被嵌合部１０１にビード部１０３を嵌合結合した後、空気を封入することにより、最終的な所定の嵌合力で結合させるようになっている（図３参照）。

特開２００１−３５５６６７号公報（段落番号０００２〜０００５、図３（ａ））

ところが、図３に示す特許文献１の空気ばねは、適度の空気圧を負荷することにより、ビード部と被嵌合部との結合力を高める構造であるが、空気圧を過度に高めた場合には、その空気圧によってダイヤフラムが径方向に膨らむことにより、ビード部が拡径して被嵌合部との間に隙間が形成され、この隙間から空気漏れを生じるおそれがある。

また、図４に示すように、上側部材１０４と下側部材１０５とが左右に相対的に水平変位すると、筒状のダイヤフラム１０６にせん断力が作用し、このせん断力に伴って、前後部分のゴム膜に引張応力（σ１）及び圧縮応力（σ２）が斜め方向に作用する。特に、図４における右側部分では、引張応力（σ１）が大きく、水平変位が過度に大きい場合、上側のビード部１０７の全体を傾けるようにして、ビード部１０７の右端部分に斜め下方へのずれ（Ｓ１）を生じさせる。このずれ（Ｓ１）が、上側部材１０４とビード部１０７との間に隙間を生じさせ、この隙間から空気漏れを生じるおそれがある。

また、上側部材１０４及び下側部材１０５の水平変位は、ダイヤフラム１０６の高さ（ｈ１、ｈ２）を左右で異ならせる。さらに、ダイヤフラム１０６が変形しても、その内部全体に等しい空気圧が作用することにより、ダイヤフラム１０６のゴム膜に作用する単位幅当たりの母線方向の引張力は、高さ（ｈ１、ｈ２）にほぼ比例することになる。これにより、水平変位が過度に大きい場合、ビード部１０７の全体が、図４における右方に引っ張られて、ビード部１０７の右端部分に右方へのずれ（Ｓ２）を生じさせる。このずれ（Ｓ２）が、上側部材１０４とビード部１０７との間に隙間を生じさせ、この隙間から空気漏れを生じるおそれがある。

さらに、上記のようなビード部の各方向への変位は、ダイヤフラムの諸寸法や空気圧の大きさ、水平変位の大きさによって、それぞれの変位量が変化し、その各方向への変位が組み合わされて、ビード部が様々な方向に大きく変位しようとする。これにより、過度の空気圧が作用したり、過度に水平変位したりする場合には、ダイヤフラムのビード部と上側部材又は下側部材との間に隙間が形成され、この隙間からの空気漏れを生じるおそれがある。

本発明は、耐圧性及び水平許容変位性能を向上させ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、ダイヤフラムの端部に内面側に突出するビード部を設け、ダイヤフラムの外面のシール部を上側部材又は下側部材に圧接すると共に、ビード部を上側部材又は下側部材の中央に突設した連結部に嵌合したものである。さらに、ビード部を上側部材又は下側部材との間に上下に挟むビード押さえを設け、このビード押さえに、ビード部を径方向外側から係止する係止突起を形成して、この係止突起をビード部の厚さの１／３以上の範囲を係止する高さに設定したものである。

上記構成によれば、ビード押さえと上側部材又は下側部材とでビード部を上下に挟むので、ビード部の上下方向への変形を規制することができる。さらに、ビード押さえに形成した係止突起でビード部を径方向外側から係止するので、この係止突起と上側部材又は下側部材の連結部とでビード部を径方向に挟んで、ビード部の径方向への変形を規制することができる。

これにより、ビード部の全方向への変形を規制することができ、空気ばねの空気圧を高めたり、大きく水平変位させたりしても、それによるビード部のいずれの方向への変形も阻止することができ、空気ばねの耐圧性及び水平許容変位性能を向上させることができる。

さらに、連結部は、その外周面を先細のテーパー状に形成する。

この構成によると、連結部を先細にするので、空気圧によってビード部を押し込むことにより、連結部に強く圧接してシールすることができ、連結部とビード部との連結をいわゆるセルフシールタイプとすることができる。

この場合、ビード部を押し込んで上側部材又は下側部材に当接させた後は、ビード部をさらに押し込んで連結部により強く圧接することができず、空気圧を過度に高めることにより、ビード部が拡径してシール性が低下するおそれがある。これに対し、本発明の構成を採用することにより、ビード部の拡径を阻止してシール性の低下を防止することができ、セルフシールタイプを採用しつつ、空気ばねの耐圧性及び水平許容変位性能を向上させることができる。

また、上側部材及び下側部材に、上側部材の下向きの変位を制限するストッパー受け及びストッパーをそれぞれ形成し、このストッパー受け又はストッパーの外周部にビード押さえを形成するようにしてもよい。

この構成によると、ストッパー受け又はストッパーの外周部にビード押さえを形成するので、ビード押さえとしての専用の部品を省略することができ、その分、部品点数を少なくすることができる。

以上のとおり、本発明によると、ビード押さえを設けて、これと上側部材又は下側部材とでビード部を上下に挟み、さらに、ビード押さえに係止突起を形成してビード部を径方向外側から係止するようにしている。これにより、過度の空気圧や大きな水平変位によって、ビード部がいずれかの方向に変形するのを阻止することができ、空気ばねの耐圧性及び水平許容変位性能を向上させることができる。

本発明に係る空気ばねの断面図 ビード部付近の拡大断面図 従来の空気ばねの断面図 従来の空気ばねが水平変位した様子を示す図

以下、本発明に係る空気ばねの実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１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積層ゴム３及びストッパー４との間に、筒状のダイヤフラム５を介装した構造とされ、そのダイヤフラム５の上端部に内面側に突出する上側ビード部６が設けられ、ダイヤフラム５の外面のシール部を上面板２に圧接されると共に、上側ビード部６が上面板２の中央から下向きに突設された連結部７に嵌合され、さらに、上側ビード部６を上面板２との間に上下に挟むビード押さえ８が設けられ、ビード押さえ８の外周縁に、上側ビード部６を径方向外側から係止する係止突起９が形成されている。

上面板２は、例えば鋼製で周縁部を下向きに折曲した円板状とされ、その中央の円穴に嵌合された筒状のボス部１０が、例えば車体側に係合すると共に、ダイヤフラム５の内部に空気を供給するための給気口とされる。

上面板２の中央部の下面側に、ボス部１０を取り囲むようにして、連結部７が下向きに突設され、この連結部７に、ダイヤフラム５の上側ビード部６が嵌合されている。連結部７は、大径で先細の筒状とされて、その外周面をテーパー状に形成され、ダイヤフラム５の内部の空気圧によって上側ビード部６を押し込んで連結部７との間をシールするセルフシールを構成している。

連結部７の下側には、この連結部７とボス部１０との間を覆うように円板状のストッパー受け１１が取り付けられ、このストッパー受け１１がストッパー４と接触して上面板２の下向きの変位を規制するようになっている。

ストッパー受け１１は、その外周部がビード押さえ８とされ、このビード押さえ８と上面板２との間にダイヤフラム５の上側ビード部６を上下に挟むようになっている。このストッパー受け１１は、例えば、全体として円板状に構成される複数の扇形の分割体からなり、各分割体を上面板２にボルト締結しつつ、ダイヤフラム５の内側で円板状に構成される。

ビード押さえ８の外周縁には、断面略半円状で上向きに膨らむ環状の係止突起９が形成され、上側ビード部６を径方向外側から係止して、連結部７との間にダイヤフラム５の上側ビード部６を径方向に挟むようになっている。

積層ゴム３は、複数のドーナツ形のゴム及び鋼板を交互に積層した構造とされ、その上側にストッパー４がボルト締結されている。

ストッパー４は、例えばアルミニウム製の厚板とされ、その外周部の下部が径方向外向きに突出してビードシート１２を構成している。ビードシート１２に接触するまで押し込むように、ダイヤフラム５の下側ビード部１３がストッパー４に嵌合され、このストッパー４のテーパー状の側周面に下側ビード部１３が密着してセルフシールするようになっている。

ダイヤフラム５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、中央側よりも増厚された上側ビード部６及び下側ビード部１３を連結部７及びストッパー４に保持されて密封されている。このダイヤフラム５は、内側に空気を封入されて、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ようになっている。

上記構成によれば、上側ビード部６を、上面板２とビード押さえ８とで上下に挟み、連結部７と係止突起９とで径方向に挟むようにしているので、上側ビード部６の全方向の変位を規制することができ、上側ビード部６が変位して隙間が形成されることによる空気漏れを防止することができる。

つまり、図２に示すように、空気ばね１が水平変位したとき、ダイヤフラム５に作用するせん断力によって、上側ビード部６がｄ１方向に変位しようとし、ダイヤフラム５の変形によって左右部分における空気圧の総和に不均衡が生じることによって、上側ビード部６がｄ２方向に変位しようとする。また、空気圧が通常以上に高まったときにも、上側ビード部６がその拡径によってｄ２方向に変位しようとする。

さらに、ｄ１方向への変位とｄ２方向への変位が組み合わされて、上側ビード部６がｄ３方向に変位しようとし、そのｄ３方向がダイヤフラム５の諸寸法や空気圧の大きさによって、ｄ１方向からｄ２方向の間で変化する。

これに対し、ビード押さえ８及び係止突起９を設けて、上側ビード部６の全方向の変位を規制するので、上側ビード部６が変位しようとするｄ３方向がどの向きであっても、上側ビード部６の変位を規制して、隙間が形成されることによる空気漏れを防止することができる。

ここで、係止突起９の高さ（Ｌ）は、各種条件に応じて適宜設定すればよいが、実用的には、連結部７の高さ（Ｌ０）の１／３以上にするのがよい（Ｌ＞Ｌ０／３）。

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、上面板２の側にビード押さえ８及び係止突
起９を設ける代わりに、積層ゴム３及びストッパー４などの下側部材にビード押さえ８及び係止突起９を設けてもよく、上下両側にビード押さえ８及び係止突起９を設けてもよい。また、ストッパー受け１１の外周部をビード押さえ８とするだけでなく、専用のビード押さえ８及び係止突起９を設けてもよい。

１ 空気ばね
２ 上面板（上側部材）
３ 積層ゴム（下側部材）
４ ストッパー（下側部材）
５ ダイヤフラム
６ 上側ビード部
７ 連結部
８ ビード押さえ
９ 係止突起
１０ ボス部
１１ ストッパー受け
１２ ビードシート
１３ 下側ビード部

Claims (2)

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、
   前記ダイヤフラムは、その端部に内面側に突出するビード部が設けられ、外面のシール部を前記上側部材又は前記下側部材に圧接されると共に、前記ビード部が上側部材又は下側部材の中央に突設されて外周面を先細のテーパー状に形成された連結部に嵌合され、
   前記ビード部を前記上側部材又は下側部材との間に上下に挟むビード押さえが設けられ、該ビード押さえに、前記ビード部を径方向外側から係止する係止突起が形成され、該係止突起は、ビード部の厚さの１／３以上の範囲を係止する高さに設定されたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記上側部材及び前記下側部材に、前記上側部材の下向きの変位を制限するストッパー受け及びストッパーがそれぞれ形成され、該ストッパー受け又はストッパーの外周部に前記ビード押さえが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。

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