JP7206158B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、空気ばねに関する。

従来の空気ばねには、上面板と下面板とを筒状可撓膜体によって連結し、前記上面板の本体部にリブ部（突起部）を備えた空気ばね装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この空気ばねによれば、前記本体部に局所的に形成された前記リブ部の補強効果によって、前記上面板全体の重量増加を抑制しつつ、当該上面板の強度を高めることができる。また、この空気ばねによれば、前記リブ部が鉄道車両に対する前記上面板の当接部位となるため、前記本体部の形状を変更することによって、空気ばねのばね特性を制御することができる。

国際公開第２０１５／１１５１９８号

しかしながら、上述の従来の空気ばねは、当該空気ばねのばね特性を、鉄道車両の前後方向および左右方向で異ならせることにより、当該ばね特性に異方性を持たせるものではなかった。

本発明の目的は、上面板全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板全体としての強度を向上させることができると共に、ばね特性に異方性を持たせることが可能な、空気ばねを提供することである。

本発明に係る空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板と前記下面板とを連結する筒状可撓膜体と、を備えた空気ばねであって、前記上面板は、本体部と、当該本体部の上面に形成された複数のリブ部と、を備えており、前記本体部の下面には、前記筒状可撓膜体の固定部が形成されており、前記複数のリブ部のうちの一部のリブ部における、前記上面板の断面視において、前記本体部の上面は、前記固定部よりも本体部外縁側にあると共に本体部外縁側に向かって一定の角度で下向きに傾斜する、傾斜角一定面と、前記傾斜角一定面の外縁に連なると共に本体部外縁側に向かうに従い角度を変化させつつ下向きに傾斜する、傾斜角変化面と、を含み、前記一部のリブ部の上面は、頂面と、前記頂面の外縁に連なると共に本体部外縁側に向かって下向きに傾斜する傾斜面と、を含み、前記一部のリブ部の前記頂面の外縁は、前記本体部の前記傾斜角一定面の延長線と前記本体部の前記傾斜角変化面の外縁における接線との交点よりも、本体部外縁側にある。上面の本発明に係る空気ばねによれば、上面板全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板全体としての強度を向上させることができると共に、ばね特性に異方性を持たせることが可能となる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記複数のリブ部は、平面視において、放射状に延在しており、前記平面視において、前記複数のリブ部の放射中心の周りを４つの領域に区画したとき、前記放射中心を挟んで対向する２つの領域の前記本体部の上面は、前記傾斜角一定面と、前記傾斜角変化面と、を含み、前記２つの領域の前記リブ部は、前記一部のリブ部であることが好ましい。この場合、放射中心を挟んで対向する２つの領域におけるばね特性のバランスを考慮しつつ、空気ばねのばね特性を制御することができる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記４つの領域のうちの、残り２つの領域の前記本体部の上面は、前記固定部よりも本体部外縁側にあると共に本体部外縁まで一定の角度で下向きに傾斜する、傾斜角一定面を含み、前記残り２つの領域の前記リブ部の上面は、頂面であることが好ましい。この場合、放射中心を挟んで対向する２つの領域と、残り２つの領域とにおけるばね特性のバランスを考慮しつつ、空気ばねのばね特性を制御することができる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記２つの領域の前記傾斜角変化面の前記角度は、当該傾斜角変化面が前記残り２つの領域に近い位置となるに従い前記傾斜角一定面の前記一定の角度に近づいていくように構成されていることが好ましい。この場合、放射中心を挟んで対向する２つの領域と、残り２つの領域とのばね特性のバランスを、所望のバランスに変更することができる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記断面視で、前記本体部の前記傾斜角変化面と、前記傾斜角変化面と対応する当該本体部の下面とは、それぞれ、下から上に向かう方向に凸の曲線であることが好ましい。この場合、鋳造工法における生産性を向上させることができる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記上面板は、アルミニウム合金製の鋳造品であることが好ましい。この場合、軽量かつ生産性の高い空気ばねとなる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、前記空気ばねは、鉄道車両用空気ばねであることが好ましい。この場合、上面板全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板全体としての強度を向上させることができると共に、乗り心地と台車運動性能とを両立させることが可能となる。

本発明によれば、上面板全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板全体としての強度を向上させることができると共に、ばね特性に異方性を持たせることが可能な、空気ばねを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る空気ばねの上下断面図である。 図１に示す上面板を上側から示す平面図である。 図１に示す上面板を下側から示す底面図である。 図２のＯ－Ｓ断面図である。 図４の拡大断面図である。 図２のＯ－Ｆ断面図である。 図２の上面板を、当該上面板を４つの領域に区画したときの、当該４つの領域のうちの１つの領域の上側から示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る空気ばねについて詳細に説明をする。

図１中、符号１は、本発明の一実施形態に係る空気ばねである。空気ばね１は、鉄道車両、産業機械、自動車等に用いることができる。以下の説明では、空気ばね１は、鉄道車両用空気ばねとして説明する。

なお、以下の説明において、「前」および「後」とは、それぞれ、前記鉄道車両の前および後をいう。また、「左」および「右」とは、それぞれ、前記鉄道車両の左および右をいう。「軸線」とは、空気ばねの中心軸線Ｏをいう。本実施形態では、軸線Ｏは、上下方向に延在する鉛直線である。さらに、「軸直方向」とは、空気ばねの中心軸線Ｏに対して直交する方向をいう。また、「軸直方向」は、水平方向に延在する方向、または、前記軸線を中心とした径方向を意味する。更に、「周方向」とは、空気ばねの中心軸線Ｏの周りを周回する方向をいう。

図１に示すように、空気ばね１は、上面板１０と、下面板２０と、上面板１０と下面板２０とを連結する筒状可撓膜体３０と、を備えている。

本実施形態では、上面板１０は、鉄道車両（図示省略）に取り付けられる、ほぼ円形の円盤状部材である。上面板１０の上面Ｆ１ａには、鉄道車両（図示省略）が取り付けられる。上面板１０については、後に詳述する。

また、本実施形態では、下面板２０は、前記鉄道車両の台車（図示省略）側に取り付けられる、ほぼ円形の円盤状部材である。

筒状可撓膜体３０は、上面板１０と下面板２０とを連結する。本実施形態では、筒状可撓膜体３０は、環状の上端部３１と、同じく環状の下端部３２と、を備えている。上端部３１は、当該上端部３１の全周にわたって上面板１０に対して気密状態に固定されている。また、下端部３２も、当該下端部３２の全周にわたって下面板２０に対して気密状態に固定されている。これにより、上面板１０と下面板２０との間には、筒状可撓膜体３０によって区画された空間Ｓが形成されている。空間Ｓには、空気、不活性ガス等の気体を封入し、または、供給することができる。

加えて、本実施形態では、下面板２０の上端には、緩衝部材２１が取り付けられている。緩衝部材２１の上面には、摺動板２２が取り付けられている。摺動板２２は、上面板１０が接触しつつ水平方向に摺動したとき、当該摺動による摩擦抵抗を軽減する。符号２０ａは、緩衝部材２１および摺動板２２を貫通する気体流路である。気体流路２０ａは、空間Ｓとの気体の流通を可能にする。

加えて、本実施形態では、下面板２０の下端には、筒状の積層弾性体４０が取り付けられている。本実施形態では、積層弾性体４０は、環状の硬質部材４１と、同じく環状の軟質部材４２と、を備えている。積層弾性体４０は、環状の硬質部材４１と、環状の軟質部材４２と、を相互に積層することにより、その内側に気体流路２０ｂが形成されている。気体流路２０ｂは、気体流路２０ａとの気体の流通を可能にする。更に、本実施形態では、積層弾性体４０は、取付軸４３を備えている。取付軸４３は、シールリング４４を有し、前記鉄道車両の前記台車に取り付けることができる。取付軸４３には、気体流路２０ｃが形成されている。気体流路２０ｃは、外界との気体の流通を可能にする。

ここで、上面板１０について詳述する。

図２に示すように、上面板１０は、本体部１１と、当該本体部１１の上面Ｆ１ａに形成された複数のリブ部１２と、を備えている。

本実施形態では、複数のリブ部１２は、図２に示すように、平面視において、放射状に延在している。本実施形態では、リブ部１２は、図２に示すように、平面視において、直線状のリブ部である。また、本実施形態では、複数のリブ部１２の放射中心は、空気ばね１の中心軸線Ｏとしている。本実施形態では、例示的に、１６個のリブ部１２が形成されている。また、本実施形態では、本体部１１の上面Ｆ１１Ａにはさらに、環状のリブ部１５および１６が形成されている。環状のリブ部１５は、図２に示すように平面視において、環状のリブ部１６よりも径方向外側にあって、当該リブ部１６と同心円状に形成されている。リブ部１６は、前記鉄道車両を取り付けるための軸部１７と一体に形成されている。本実施形態では、複数のリブ部１２は、それぞれ、リブ部１５および１６と一体に形成されている。

また、本実施形態では、上面板１０は、図２に示すように、平面視において、複数のリブ部１２の放射中心の周りを４つの領域Ａ１～Ａ４に区画することができる。本実施形態では、領域Ａ１および領域Ａ２は、前記放射中心を挟んで対向する２つの領域である。具体的には、領域Ａ１は、左領域であり、また、領域Ａ２は、右領域である。また、本実施形態では、領域Ａ３および領域Ａ４は、４つの領域Ａ１～Ａ４のうちの、残り２つの領域である。具体的には、領域Ａ３は、前領域であり、また、領域Ａ４は、後領域である。

図３に示すように、本体部１１の下面Ｆ１１Ｂには、筒状可撓膜体３０の固定部１４が形成されている。本実施形態では、固定部１４は、空気ばね１の中心軸線Ｏの周りを周回する環状溝である。本実施形態では、筒状可撓膜体３０の上端部３１は、固定部１４に気密状態に嵌合する。

ここで、図４は、左領域Ａ１における、上面板１０の断面図の一例である。図４は、図２のＯ－Ｓ断面図である。本実施形態では、Ｏ－Ｓの延在方向は、左右方向に対して平行である。即ち、図４は、本体部１１上の複数のリブ部１２のうちの、左方向に延在しているリブ部１２における、上面板１０の断面図である。また、図５は、図４の拡大断面図である。なお、本実施形態において、「断面視」とは、空気ばねの中心軸線Ｏを含む断面で視ることをいう。

本実施形態では、上面板１０の左領域Ａ１における、本体部１１およびリブ部１２は、それぞれ、以下で説明するように構成されている。

図５に示すように、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、リブ部１６から左領域Ａ１において、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側にあると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって一定の角度θ１１ａで下向きに傾斜する、傾斜角一定面Ｆ１１ａと、前記傾斜角一定面Ｆ１１ａの外縁に連なると共に上面板外縁側に向かうに従い角度θ１２ａを変化させつつ下向きに傾斜する、傾斜角変化面Ｆ１２ａと、を含んでいる。

図５に示すように、本実施形態では、傾斜角一定面Ｆ１１ａの角度θ１１ａは、軸直方向（水平線Ｌｈ）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１１ａは、上述のとおり、角度の固定された一定の角度である。したがって、図５に示すように、断面視において、傾斜角一定面Ｆ１１ａの輪郭線は、直線Ｌ１１ａとなる。また、本実施形態では、傾斜角変化面Ｆ１２ａの角度θ１２ａも、軸直方向（水平線Ｌｈ）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１２ａは、上述のとおり、本体部外縁１１ｅ側に向かうに従い下向きに傾斜するように当該角度θ１２ａが変化している。したがって、図５に示すように、断面視において、傾斜角変化面Ｆ１２ａの輪郭線は、角度θ１２ａの接線Ｌ１２ａで形作られた曲線となる。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、断面視において、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、断面視において、傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅに連なると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって下向きに傾斜する、中間傾斜面Ｆ１３ａと、中間傾斜面Ｆ１３ａの外縁１３１ｅに連なると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって延在する、外縁上面Ｆ１４ａを含んでいる。

本実施形態では、中間傾斜面Ｆ１３ａは、図５に示すように、断面視において、本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１３で下向きに傾斜している。本実施形態では、中間傾斜面Ｆ１３ａの角度θ１３ａも、軸直方向（水平線Ｌｈ）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１３ａは、角度の固定された一定の角度である。したがって、中間傾斜面Ｆ１３ａの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ１３ａとなる。また、本実施形態では、本体部１１の外縁上面Ｆ１４ａは、図５に示すように、本体部外縁１１ｅ側に向かって水平方向に延在している。ただし、外縁上面Ｆ１４ａは、断面視において、本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１４ａ（図示省略）で下向きに延在させることができる。本実施形態では、外縁上面Ｆ１４ａの角度θ１４ａも、軸直方向（水平線Ｌｈ）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１４ａは、角度の固定された一定の角度である。したがって、外縁上面Ｆ１４ａの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ１４ａとなる。なお、本実施形態では、角度θ１４ａは、θ１４＝０°である。また、本発明によれば、外縁上面Ｆ１４ａの輪郭線は、前記断面視において、曲線とすることができる。

一方、複数のリブ部１２のうちの一部のリブ部１２の上面Ｆ２ａは、頂面Ｆ２１ａと、頂面２１ａの外縁２１１ｅに連なると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって下向きに傾斜する傾斜面Ｆ２２ａと、を含んでいる。

本実施形態では、図２を参照すれば、前記一部のリブ部１２は、環状のリブ部１５よりも本体部外縁１１ｅ側のリブ部１２のうち、左領域Ａ１の複数のリブ部１２（図面では、５つのリブ部１２）と、右領域Ａ２の複数のリブ部１２（図面では、５つのリブ部１２）と、のそれぞれの領域の、複数のリブ部１２である。

本実施形態では、前記鉄道車両は、リブ部１５および１６とともに、リブ部１２によって支持される。図４等に示すように、本実施形態では、左領域Ａ１のリブ部１２の頂面Ｆ２１ａは、水平方向に対して平行に延在する水平面である。したがって、リブ部１２の頂面Ｆ２１ａの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、水平方向に対して平行に延在する直線Ｌ２１ａである。また、本実施形態では、図４に示すように、断面視において、リブ部１２の頂面Ｆ２１ａは、リブ部１５の上面Ｆ１５ａおよびリブ部１６の上面Ｆ１６ａと同一の面を形成している。これに対して、図５に示すように、本実施形態では、リブ部１２の傾斜面Ｆ２２ａは、本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ２２ａで下向きに傾斜している。角度θ２２ａも、軸直方向（水平線Ｌｈ）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ２２ａは、角度の固定された一定の角度である。したがって、傾斜面Ｆ２２ａの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ２２ａとなる。なお、傾斜面Ｆ２２ａの輪郭線は、前記断面視において、曲線となるように形成することができる。

また、複数のリブ部１２のうちの前記一部のリブ部１２の頂面Ｆ２１の外縁２１１ｅは、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１１ａの延長線と本体部１１の傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅにおける接線との交点Ｎよりも、本体部外縁１１ｅ側にある。

本実施形態では、左領域Ａ１のリブ部１２の外縁２１１ｅは、図５に示すように、断面視において、頂面Ｆ２１ａと、傾斜面Ｆ２２ａとの交点である。本実施形態では、上述のとおり、頂面Ｆ２１の輪郭線は、直線Ｌ２１ａである。また、本実施形態では、リブ部１２の傾斜面Ｆ２２ａの輪郭線は、直線Ｌ２２ａである。したがって、本実施形態では、リブ部１２の外縁２１１ｅは、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ２１ａと、直線Ｌ２２ａとの交点である。

また、本実施形態では、交点Ｎは、図５に示すように、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１１ａの延長線と、本体部１１の傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅにおける接線との交点である。本実施形態では、上述のとおり、傾斜角一定面Ｆ１１ａの輪郭線は、図５に示すように、直線Ｌ１１ａである。したがって、本実施形態では、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１１ａの延長線は、直線Ｌ１１ａとなる。また、本実施形態では、傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅは、図５に示すように、断面視において、中間傾斜面Ｆ１３ａの内縁と一致する。したがって、本実施形態では、傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅにおける接線は、中間傾斜面Ｆ１３ａの内縁における当該中間傾斜面Ｆ１３ａの輪郭線の延長線となる。本実施形態では、上述のとおり、中間傾斜面Ｆ１３ａの輪郭線は、図５に示すように、直線Ｌ１３ａである。したがって、本実施形態では、中間傾斜面Ｆ１３ａの輪郭線の延長線は、直線Ｌ１３ａとなる。したがって、本実施形態では、交点Ｎは、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ１１ａと、直線Ｌ１３ａとの交点である。

本実施形態では、図５に示すように、左領域Ａ１において、リブ部１２の頂面Ｆ２１の外縁２１１ｅは、交点Ｎよりも、左右方向に沿って、距離ΔＤだけ、本体部外縁１１ｅ側にある。

なお、本実施形態では、上面板１０の左領域Ａ１および右領域Ａ２は、軸線Ｏを挟んで対象に構成されている。このため、本実施形態では、上面板１０の右領域Ａ２における、本体部１１およびリブ部１２も、上述した左領域Ａ１と同様に構成されている。

本実施形態によれば、図４に示すように、複数のリブ部１２のうちの一部のリブ部１２における、断面視において、本体部１１の上面Ｆ１１Ａが筒状可撓膜体３０の固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に傾斜角一定面Ｆ１１ａおよび傾斜角変化面Ｆ１２ａを含むようにしたことにより、当該傾斜角一定面Ｆ１１ａが形成された本体部１１の部分１１１および傾斜角変化面Ｆ１２ａが形成された本体部１１の部分１２１において、空気ばね１のばね定数（空気ばね１の剛性）を高めることができる。即ち、本実施形態によれば、空気ばね１のばね特性を、本体部１１の形状を変更することによって制御することができる。この結果、本実施形態によれば、空気ばね１のばね特性を局所的に制御することができる。

また、本実施形態では、複数のリブ部１２は、図２に示すように平面視において、放射状に延在させている。この場合、本体部１１は、図２に示すように、平面視において、複数のリブ部１２の放射中心の周りを４つの領域Ａ１～Ａ４に区画したとき、４つの領域Ａ１～Ａ４はそれぞれ、左領域Ａ１、右領域Ａ２、前領域Ａ３、後領域Ａ４に分けることができる。これにより、これらの４つの領域Ａ１～Ａ４のいずれかに、図４に示すように、本体部１１の上面Ｆ１１Ａが筒状可撓膜体３０の固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に傾斜角一定面Ｆ１１ａを含む部分１１１および傾斜角変化面Ｆ１２ａを含む部分１２１を配置すれば、上面板１０は、４つの領域Ａ１～Ａ４の構造がそれぞれ異なる異方性構造とすることができる。したがって、本実施形態によれば、空気ばね１のばね特性に異方性を与えることができる。

加えて、本実施形態によれば、複数のリブ部１２の補強効果から、上面板１０全体の強度を高めることができる。また、本実施形態によれば、上面板１０の本体部１１に局所的に複数のリブ部１２を設けることとなるから、上面板１０全体の厚みを増加させることにより、上面板１０全体の強度を向上させた場合に比べて、上面板１０全体の軽量化を図ることができる。

ところで、図５に示すように、複数のリブ部１２のうちの一部のリブ部１２における、上面板１０の断面視において、本体部１１の上面Ｆ１１Ａが筒状可撓膜体３０の固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に傾斜角一定面Ｆ１１ａおよび傾斜角変化面Ｆ１２ａを含むようした場合、鉄道車両等の支持対象からリブ部１２を通して本体部１１に加わる荷重は、当該本体部１１の、傾斜角一定面Ｆ１１ａの外縁１１１ｅ１と傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅ１との間、即ち、傾斜角変化面Ｆ１２ａの中間部分に応力集中を生じさせることになり得る。

これに対し、本実施形態では、図５に示すように、リブ部１２の頂面Ｆ２１ａの外縁２１１ｅは、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの傾斜角一定面Ｆ１１ａの延長線（Ｌ１１ａ）と本体部１１の上面Ｆ１１Ａ傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅにおける接線（Ｌ１３ａ）との交点Ｎよりも、本体部外縁１１ｅ側にある。この場合、図５に示すように、リブ部１２の頂面Ｆ２１ａの外縁２１１ｅは、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの、傾斜角一定面Ｆ１１ａの外縁１１１ｅ１と傾斜角変化面Ｆ１２ａの外縁１２１ｅ１との間、即ち、傾斜角変化面Ｆ１２ａの中間部分よりも、本体部外縁１１ｅ側にずれた位置となり、当該傾斜角変化面Ｆ１２ａの中間部分は、リブ部１２の頂面Ｆ２１ａの真下で、当該頂面Ｆ２１ａに覆われることとなる。その結果、鉄道車両等の支持対象からリブ部１２を通して本体部１１に加わる荷重は、リブ部１２の頂面Ｆ２１を通して加わるため、当該本体部１１の、傾斜角変化面Ｆ１２ａの中間部分に生じる応力集中を緩和することができる。

上述のとおり、本実施形態に係る空気ばね１によれば、上面板１０全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板１０全体としての強度を向上させることができると共に、ばね特性に異方性を持たせることが可能となる。

ところで、鉄道車両は、運転時において、その挙動が左右方向に流れやすい。このため、鉄道車両用空気ばねの場合、左右方向の剛性を高めることが好ましい。これに対し、本実施形態では、上面板１０における、左領域Ａ１および右領域Ａ２の本体部１１の上面Ｆ１ａおよびリブ部１２の上面Ｆ２ａの構成に関して、上述のように、傾斜角一定面Ｆ１１ａが形成された本体部１１の部分１１１および傾斜角変化面Ｆ１２ａが形成された本体部１１の部分１２１において、空気ばね１のばね定数を高める構成を採用している。これにより、本実施形態では、空気ばね１の左右方向のばね定数、即ち、剛性を高めることができる。したがって、本実施形態によれば、鉄道車両の左右方向の挙動が安定し、また、乗り心地に優れた、空気ばねとなる。

また、本実施形態において、複数のリブ部１２は、図２に示すように、平面視において、放射状に延在しており、複数のリブ部１２の放射中心（軸線Ｏ）の周りを４つの領域Ａ１～Ａ４に区画されている。この場合、前記放射中心を挟んで対向する２つの領域Ａ１および領域Ａ２（領域Ａ３および領域Ａ４）の本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、傾斜角一定面Ｆ１１ａと、傾斜角変化面Ｆ１２ａと、を含み、２つの領域Ａ１および領域Ａ２（領域Ａ３および領域Ａ４）のリブ部１２は、前記一部のリブ部１２であることが好ましい。

本実施形態では、図４および図５を参照して説明したとおり、複数のリブ部１２の放射中心の周りに区画された４つの領域Ａ１～Ａ４のうち、放射中心を挟んで対向する左領域Ａ１および右領域Ａ２の本体部１１の上面Ｆ１１Ａが、それぞれ、傾斜角一定面Ｆ１１ａと、傾斜角変化面Ｆ１２ａと、を含んでいる。この場合、上面板１０は、４つの領域Ａ１～Ａ４のうち、放射中心を挟んで対向する、左領域Ａ１および右領域Ａ２で構造の異なる異方性構造とすることができる。即ち、本実施形態によれば、空気ばね１のばね特性を、左領域Ａ１および右領域Ａ２で空気ばね１のばね定数を高めつつ、当該空気ばね１のばね特性に異方性を与えることができる。したがって、本実施形態によれば、左領域Ａ１および右領域Ａ２におけるばね特性のバランスを考慮しつつ、空気ばね１のばね特性を制御することができる。（前領域Ａ３および後領域Ａ４）

また、本実施形態に係る空気ばね１において、前記断面視で、本体部１１の傾斜角変化面Ｆ１２ａと、傾斜角変化面Ｆ１２ａと対応する当該本体部１１の下面Ｆ１１Ｂとは、それぞれ、下から上に向かう方向に凸の曲線であることが好ましい。

例えば、上面板１０を鋳造工法により形成する場合、上面板１０の厚みを一様（一定）とすると、当該上面板１０の生産性を向上させることができる。

本実施形態では、図５に示すように、断面視で、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に傾斜角一定面Ｆ１１ａを含んでいる。これに対し、図５に示すように、本実施形態では、傾斜角一定面Ｆ１１ａに対応する当該本体部１１の下面１１Ｂは、傾斜角一定面Ｆ１１ａに対して平行な傾斜角一定面Ｆ１１ｂである。図５に示すように、傾斜角一定面Ｆ１１ｂは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側にあると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１１ｂで下向きに傾斜している。傾斜角一定面Ｆ１１ｂの角度θ１１ｂは、軸直方向（水平方向）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１１ｂは、上述のとおり、角度の固定された一定の角度である。したがって、傾斜角一定面Ｆ１１ｂの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ１１ｂとなる。本実施形態では、角度θ１１ｂは、角度θ１１ａと同一の角度である。このため、本実施形態では、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１１ａと傾斜角一定面Ｆ１１ｂとで区画された、当該本体部１１の部分１１１の厚みｔ１１は、一様（一定）となっている。

また、本実施形態では、図５に示すように、断面視で、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、傾斜角一定面Ｆ１１ａよりも本体部外縁１１ｅ側に、下から上に向かう方向に凸の傾斜角変化面Ｆ１２ａを含んでいる。図５に示すように、本実施形態では、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの傾斜角変化面Ｆ１２ａは、曲率半径Ｒ１で形作られている。これに対し、本実施形態では、傾斜角変化面Ｆ１２ａに対応する当該本体部１１の下面Ｆ１１Ｂは、図５に示すように、断面視で、傾斜角変化面Ｆ１２ａと同様、下から上に向かう方向に凸の傾斜角変化面Ｆ１２ｂである。図５に示すように、本実施形態では、本体部１１の下面Ｆ１１Ｂの傾斜角変化面Ｆ１２ｂは、曲率半径Ｒ２で形作られている。本実施形態によれば、曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２の寸法を同一またはほぼ同一の値とし、傾斜角変化面Ｆ１２ａの曲率中心Ｏ１と、傾斜角変化面Ｆ１２ｂの曲率中心Ｏ２と、を適宜、オフセットして配置することにより、本体部１１の傾斜角変化面Ｆ１２ａと傾斜角変化面Ｆ１２ｂとで区画された、当該本体部１１の部分１２１の厚みｔ１２を、一様（一定）とすることができる。

加えて、本実施形態では、図５に示すように、断面視で、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、傾斜角変化面Ｆ１２ｂよりも本体部外縁１１ｅ側に、中間傾斜面Ｆ１３ａを含んでいる。これに対し、図５に示すように、本実施形態では、中間傾斜面Ｆ１３ａに対応する当該本体部１１の下面Ｆ１１Ｂは、中間傾斜面Ｆ１３ａに対して平行な中間傾斜面Ｆ１３ｂである。図５に示すように、中間傾斜面Ｆ１３ｂは、傾斜角変化面Ｆ１２ｂの外縁１２１ｅ２に連なると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１３で下向きに傾斜している。中間傾斜面Ｆ１３ｂの角度θ１３ｂは、軸直方向（水平方向）に対する角度であり、かつ、鋭角側角度である。角度θ１３ｂは、上述のとおり、角度の固定された一定の角度である。したがって、傾斜角一定面Ｆ１３ｂの輪郭線は、図５に示すように、断面視において、直線Ｌ１３ｂとなる。本実施形態では、角度θ１３ｂは、角度θ１３ａと同一の角度である。このため、本実施形態では、本体部１１の中間傾斜面Ｆ１３ａと中間傾斜面Ｆ１３ｂとで区画された、当該本体部１１の部分１３１の厚みｔ１３は、一様（一定）となっている。

本実施形態では、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１１ａの部分１１１の厚みｔ１１および中間傾斜面Ｆ１３ａの部分１３１の厚みｔ１３と共に、当該本体部１１の傾斜角変化面Ｆ１２ａの部分１２１の厚みｔ１２を一様（一定）としている。これにより、本実施形態によれば、一様な厚みの部分を大きく確保することができる分、上面板１０の生産性、例えば、鋳造工法における生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、図５に示すように、断面視で、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、中間傾斜面Ｆ１３ａよりも本体部外縁１１ｅ側に、外縁上面Ｆ１４ａを含んでいる。これに対し、本実施形態では、外縁上面Ｆ１４ａに対応する当該本体部１１の下面Ｆ１１Ｂは、図５に示すように、断面視で、上から下に向かう方向に凸の円弧面Ｆ１４ｂである。円弧面Ｆ１４ｂの輪郭線は、図５に示すように、断面視で、中間傾斜面Ｆ１３ｂの外縁に連なる円弧状の曲線Ｌ１４ｂである。これにより、空気ばね１の左右方向の挙動時において、筒状可撓膜体３０を上面板１０に対してスムーズに追従させることができる。また、本実施形態では、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの外縁上面Ｆ１４ａは、本体部外縁１１ｅ側に向かって水平方向に延在し、より好ましくは、上面外縁１０ｅ側に向かって傾斜させる。これにより、本実施形態によれば、本体部１１の外縁上面Ｆ１４ａへの水分・埃等の異物の付着を防止することができる。

また、本発明に係る空気ばねにおいて、４つの領域Ａ１～Ａ４のうちの、残り２つの領域Ａ３およびＡ４の本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側にあると共に本体部外縁１１ｅまで一定の上下方向に対する角度θ１８ａで下向きに傾斜する、傾斜角一定面Ｆ１８ａを含み、残り２つの領域Ａ３およびＡ４のリブ部１２の上面Ｆ２ａは、頂面Ｆ２８ａであることが好ましい。

ここで、図６は、前領域Ａ３における、上面板１０の断面図の一の例である。図５は、図２のＯ－Ｆ断面図である。本実施形態では、Ｏ－Ｆの延在方向は、前後方向に対して平行である。即ち、図６は、複数のリブ部１２のうちの、前後方向に延在しているリブ部１２における、上面板１０の断面図である。

本実施形態では、上面板１０の前領域Ａ３における、本体部１１およびリブ部１２は、それぞれ、以下で説明するように構成されている。

本実施形態では、傾斜角一定面Ｆ１８ａは、前領域Ａ３において、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側にあると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１８ａで下向きに傾斜している。図６に示すように、本実施形態では、角度θ１８ａは、上下方向（水平線Ｌｈ）に対する角度である。角度θ１８ａは、角度の固定された一定の角度である。したがって、図６に示すように、断面視において、傾斜角一定面Ｆ１８ａの輪郭線は、直線Ｌ１８ａとなる。

また、本実施形態では、前領域Ａ３のリブ部１２の上面Ｆ２ａは、頂面Ｆ２８ａである。本実施形態では、前記鉄道車両は、リブ部１２の頂面Ｆ２８ａによって支持される。図６等に示すように、本実施形態では、前領域Ａ３のリブ部１２の頂面Ｆ２８ａは、左領域Ａ１および右領域Ａ２のリブ部１２の頂面Ｆ２１ａと同一の平面を構成する。即ち、本実施形態では、前領域Ａ３のリブ部１２の上面Ｆ２ａの頂面Ｆ２８ａは、水平面である。前領域Ａ３のリブ部１２の頂面Ｆ２８ａの輪郭線は、図６に示すように、直線Ｌ２８ａである。直線Ｌ２８ａは、左領域Ａ１および右領域Ａ２のリブ部１２の頂面２１ａの輪郭線である直線Ｌ２１ａと平行である。

なお、本実施形態では、上面板１０の前領域Ａ３および後領域Ａ４は、軸線Ｏを挟んで対象に構成されている。このため、本実施形態では、上面板１０の後領域Ａ４における、本体部１１およびリブ部１２も、上述した前領域Ａ３と同様に構成されている。

本実施形態では、図６に示すように、４つの領域Ａ１～Ａ４のうちの、残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４の本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に当該本体部外縁１１ｅまで一定の角度θ１８ａで下向きに傾斜する、傾斜角一定面Ｆ１８ａを含み、前領域Ａ３および後領域Ａ４のリブ部１２の上面Ｆ２ａは、頂面Ｆ２８ａである。この場合、上面板１０は、４つの領域Ａ１～Ａ４のうち、放射中心を挟んで対向する、２つの領域Ａ１およびＡ２と、残り２つの領域Ａ３およびＡ４とで構造の異なる異方性構造とすることができる。即ち、本実施形態によれば、放射中心を挟んで対向する左領域Ａ１および右領域Ａ２のばね定数を高めつつ、残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４ばね定数を異ならせることにより、当該空気ばね１のばね特性に異方性を与えることができる。したがって、本実施形態によれば、放射中心を挟んで対向する左領域Ａ１および右領域Ａ２と、残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４とにおけるばね特性のバランスを考慮しつつ、空気ばね１のばね特性を制御することができる。

特に、残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４において、本体部１１の上面Ｆ１１Ａを上述のように構成した場合、本体部１１は、前領域Ａ３および後領域Ａ４において、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側から当該本体部外縁１１ｅまでの傾斜角一定面Ｆ１８ａの部分の厚みを一様（一定）としている。これにより、一様な厚みの部分を大きく確保することができる分、上面板１０の生産性、例えば、鋳造工法における生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、図６に示すように、断面視で、本体部１１の上面Ｆ１１Ａは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側に、傾斜角一定面Ｆ１８ａを含んでいる。これに対し、図６に示すように、本実施形態では、傾斜角一定面Ｆ１８ａに対応する当該本体部１１の下面Ｆ１１Ｂは、傾斜角一定面Ｆ１８ａに対して平行な傾斜角一定面Ｆ１８ｂである。図６に示すように、本体部１１の下面Ｆ１１Ｂの傾斜角一定面Ｆ１８ｂは、固定部１４よりも本体部外縁１１ｅ側にあると共に本体部外縁１１ｅ側に向かって角度θ１８ｂで下向きに傾斜している。傾斜角一定面Ｆ１８ｂの角度θ１８ｂは、軸直方向（水平方向）に対する角度である。角度θ１８ｂは、角度の固定された一定の角度である。本実施形態では、角度θ１８ｂは、角度θ１８ａと一致している。このため、本実施形態では、本体部１１の傾斜角一定面Ｆ１８ａと傾斜角一定面Ｆ１８ｂとで区画された、当該本体部１１の部分１８の厚みｔ１８は、一様（一定）となっている。これにより、本実施形態によれば、鋳造工法における生産性を向上させることができる。

また、本実施形態において、２つの領域Ａ１およびＡ２の傾斜角変化面Ｆ１２ａの上下方向に対する角度θ１２ａは、当該傾斜角変化面Ｆ１２ａが残り２つの領域Ａ３およびＡ３に近い位置となるに従い傾斜角一定面Ｆ１２ａの一定の角度θ１１ａに近づいていくように構成されていることが好ましい。

本実施形態では、図７に示すように、左領域Ａ１および右領域Ａ２の傾斜角変化面Ｆ１２ａの傾きは、当該傾斜角変化面Ｆ１２ａが残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４に近い位置となるに従い傾斜角一定面Ｆ１１ａの一定の傾きに近づいていくように構成されている。図７中、符号Ｐは、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの傾斜変化面Ｆ１２ａの傾きが傾斜角一定面Ｆ１１ａの一定の角度θ１１ａに近づき始める位置（徐変位置）を示す。この場合、図７に示すように、本体部１１の上面Ｆ１１Ａの傾斜変化面Ｆ１２ａの傾きが傾斜角一定面Ｆ１１ａの一定の角度θ１１ａに近づき始める位置（徐変位置）Ｐを周方向に調整することによって、対向する２つの左領域Ａ１および右領域Ａ２と、残り２つの前領域Ａ３および後領域Ａ４とのばね特性のバランスを、所望のバランスに変更することができる。

また、本実施形態において、上面板１０は、アルミニウム合金製の鋳造品であることが好ましい。本実施形態では、上面板１０は、アルミニウム合金製の鋳造品である。この場合、上面板１０は、軽量かつ生産性の高いものとなる。したがって、軽量かつ生産性の高い空気ばね１となる。

また、本実施形態のように、空気ばね１は、鉄道車両用空気ばねであることが好ましい。この場合、上面板１０全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板１０全体としての強度を向上させることができると共に、乗り心地と台車運動性能とを両立させることが可能となる。

上述のとおり、本発明によれば、上面板１０全体の重量増加を抑制しつつ当該上面板１０全体としての強度を向上させることができると共に、ばね特性に異方性を持たせることが可能な、空気ばね１を提供することができる。

上述したところは、本発明のいくつかの実施形態について説明を行ったにすぎず、特許請求の範囲に従えば、様々な変更が可能となる。本発明に係る、空気ばねは、上述の実施形態に採用された構成に限定されるものではない。例えば、上面板１０において、本体部１１およびリブ部１２は、固定部１４よりも上面板内縁（放射中心）側の構成については適宜設定することができる。また、下面板２０、筒状筒状可撓膜体３０および積層弾性体４０の構成も、適宜設定することができる。

１：空気ばね， １０：上面板， １０ｅ：上面板外縁， １１：本体部， １２：リブ部， １４：固定部， １５：環状のリブ部， １６：環状のリブ部， ２０：下面板， ３０：筒状可撓膜体， Ａ１：前領域（領域）， Ａ２：後領域（領域）， Ａ３：左領域（領域）， Ａ４：右領域（領域）， Ｆ１１Ａ：本体部の上面， Ｆ１１ａ：傾斜角一定面， Ｆ１２ａ：傾斜角変化面， Ｆ１３ａ：中間傾斜面， Ｆ１４ａ：外縁上面， Ｆ１１Ｂ：本体部の下面， Ｆ１１ｂ：傾斜角一定面（に対応する下面）， Ｆ１２ｂ：傾斜角変化面（に対応する下面）， Ｆ１３ｂ：中間傾斜面（に対応する下面）， Ｆ１４ｂ：円弧面， Ｆ２ａ：リブ部の上面， Ｆ２１ａ：リブ部の頂面， Ｆ２２ａ：リブ部の傾斜角一定面， Ｆ２ｂ：リブ部の下面， Ｆ１３ｂ：中間傾斜面， Ｆ１４ｂ：外縁下面， Ｎ：交点， Ｒ１：傾斜角変化面の曲率半径， Ｒ２：傾斜角変化面に対応する下面の曲率半径， Ｐ：徐変位置， θ１１：傾斜角一定面の角度， θ１２：傾斜角変化面の角度， θ１３：中間傾斜面の角度， θ１４：外縁上面の角度

Claims (5)

1. 上面板と、下面板と、前記上面板と前記下面板とを連結する筒状可撓膜体と、を備えた空気ばねであって、
   前記上面板は、本体部と、当該本体部の上面に形成された複数のリブ部と、を備えており、
   前記本体部の下面には、前記筒状可撓膜体の固定部が形成されており、
   前記複数のリブ部のうちの一部のリブ部における、前記上面板の断面視において、
   前記本体部の上面は、前記固定部よりも本体部外縁側にあると共に本体部外縁側に向かって一定の角度で下向きに傾斜する、傾斜角一定面と、前記傾斜角一定面の外縁に連なると共に本体部外縁側に向かうに従い角度を変化させつつ下向きに傾斜する、傾斜角変化面と、を含み、
   前記一部のリブ部の上面は、頂面と、前記頂面の外縁に連なると共に上面板外縁側に向かって下向きに傾斜する傾斜面と、を含み、
   前記一部のリブ部の前記頂面の外縁は、前記本体部の前記傾斜角一定面の延長線と前記本体部の前記傾斜角変化面の外縁における接線との交点よりも、本体部外縁側にあり、
   前記複数のリブ部は、平面視において、放射状に延在しており、
   前記平面視において、前記複数のリブ部の放射中心の周りを４つの領域に区画したとき、前記放射中心を挟んで対向する２つの領域の前記本体部の上面は、前記傾斜角一定面と、前記傾斜角変化面と、を含み、
   前記２つの領域の前記リブ部は、前記一部のリブ部であり、
   前記４つの領域のうちの、残り２つの領域の前記本体部の上面は、前記固定部よりも本体部外縁側にあると共に本体部外縁まで一定の角度で下向きに傾斜する、傾斜角一定面を含み、
   前記残り２つの領域の前記リブ部の上面は、頂面である、空気ばね。
2. 前記２つの領域の前記傾斜角変化面の前記角度は、当該傾斜角変化面が前記残り２つの領域に近い位置となるに従い前記傾斜角一定面の前記一定の角度に近づいていくように構成されている、請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記断面視で、前記本体部の前記傾斜角変化面と、前記傾斜角変化面と対応する当該本体部の下面とは、それぞれ、下から上に向かう方向に凸の曲線である、請求項１又は２に記載の空気ばね。
4. 前記上面板は、アルミニウム合金製の鋳造品である、請求項１～３のいずれか１項に記載の空気ばね。
5. 前記空気ばねは、鉄道車両用空気ばねである、請求項１～４のいずれか１項に記載の空気ばね。
   

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