JPH0821475A

JPH0821475A - 空気ばね

Info

Publication number: JPH0821475A
Application number: JP15597094A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kitada; 秀樹北田; Kenjiro Kamibayashi; 賢治郎上林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP3400551B2

Abstract

(57)【要約】【目的】軌道カーブ点での車両高速化に対応できる左
右方向反力の非線形特性に優れた空気ばねを提供する。【構成】積層ゴム１を併用した空気ばねにおいて、ダ
イヤフラム４の接触時にダイヤフラムの空気反力を増大
させる対向一対のカバー９を付加し、積層ゴム１の部分
の水平方向ばね定数をダイヤフラム４部の同方向ばね定
数の２倍以上にし、さらに、積層ゴムの各ゴム層２の水
平方向ばね定数を下層側から上層側に向かって順次小さ
くする。これにより、水平変位が無理なく抑制され、ま
た、ゴムの剛性低下を招く積層ゴム上面の水平変位によ
る傾きも抑制され、好ましい非線形効果が生まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両等に利用する
空気ばね、特に、水平方向のばね定数に非線形特性を持
たせて台車と車両台枠が水平方向（左右方向）に相対移
動するときの緩衝効果並びに相対移動そのものの抑制効
果を高めた空気ばねに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電車においては、車体の上下振
動を空気ばねを用いて減衰させることが行われている。
この空気ばねは、垂直方向にはばね定数の非線形特性を
持ち、優れた振動吸収能を発揮するが、水平方向ばね定
数は線形に近く、台車と車両台枠の水平方向相対移動を
止める力が弱い。このため、在来軌道をそのままにして
車両の高速化を図ろうとすると、カーブ点通過時にカン
ト不足による超過遠心力が働いて台車と車両台枠間の水
平（左右）方向相対移動量が大きくなり、車体の大きな
横揺れ、左右動ストッパに対する台枠の衝突が生じて乗
心地が著しく悪化する。

【０００３】そこで、フランスのＴＧＶ等では、空気ば
ねの両側に壁を設け、この壁で水平方向ばね定数に非線
形特性を持たせる方法を採っている。この構造では、水
平方向相対移動が一定量を越えると空気ばねのダイヤフ
ラムが壁に当たり、ダイヤフラムの空気反力が増して水
平方向ばね定数が高まる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤフラムの両側に
壁を設けて水平方向のばね定数に非線形特性を与える上
記の方法は、ダイヤフラムが壁に当たるまでは水平方向
変位量に対する反力の増加が少なく、比較的小さな力で
空気ばねが大きく変位する。特に、積層ゴムを併用して
いるボルスターレス台車用の空気ばね（これは積層ゴム
の上部にダイヤフラムを取付けてある）は、積層ゴムの
変形で水平方向変位の許容値を広げるようにしているの
でその変位が大きくなる。これに対し、車両の左右動ス
トッパ隙間は車両設計上の理由から一般には２０〜３０
mm程度に制限され、従って、従来の空気ばねでは、ダイ
ヤフラムが壁に当たり充分な反力が得られる前に左右動
ストッパが作用し、乗り心地が悪くなるケースが多くな
る。

【０００５】また、積層ゴムを併用した空気ばねは、水
平方向変位により積層ゴムの上面がその面に止着される
ダイヤフラムの下面板と共に傾斜し、変位量が大きいほ
どその傾斜がきつくなるため水平方向変位による空気ば
ね全体の剛性低下が著しく、顕著な非線形化効果が得ら
れない。

【０００６】さらに、ダイヤフラムと壁との接触による
ダイヤフラム摩耗が生じ易く、耐久性にも問題がある。

【０００７】なお、水平方向変位の抑制策として空気ば
ねの水平方向ばね定数を高めると壁に対する左右動スト
ッパの衝突を減らすことができるが、この方法を採ると
直線走行時のクッション効果が低下して乗り心地が悪化
する。

【０００８】そこで、本発明は、積層ゴムを併用した空
気ばねを改善の対象としてこのばねの水平方向ばね定数
に優れた非線形特性を与えられるようにすることを第１
の課題としている。また、ダイヤフラム摩耗を抑制する
こと及び、カバー併用時と同等の効果をダイヤフラム摩
耗を生じさせない別の構造によって得ることを第２、第
３の課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るため、本発明においては、ダイヤフラム外周を１８０
°反対位置で同心的に覆ってダイヤフラム接触時にダイ
ヤフラムの空気反力を増大させる平面視円弧状のカバー
を付加し、積層ゴム部のばね定数を積層ゴムの上部に取
付けられるダイヤフラム部の水平方向ばね定数の２倍以
上とし、さらに、積層ゴムの各層の水平方向ばね定数を
下層側から上層側にむかって順次小さくする構成を採用
したのである。

【００１０】かかる構成の空気ばねは、使用するカバー
の大きさをダイヤフラムの周長のほぼ１／９〜１／６に
対応するサイズとし、より好ましくは当該カバーのダイ
ヤフラム接触面も低摩擦係数の材料で形成すると、ダイ
ヤフラム摩耗の抑制も図れる。

【００１１】また、前述の空気ばねに、前記のカバーに
代わるものとして、中心に長孔を有するストッパフラン
ジと、先端径を前記長孔の孔幅よりも少し小さくしてあ
るストッパを付加し、前記ストッパフランジを積層ゴム
の上面に止着されるダイヤフラムの下面板に、積層ゴム
の軸心部に同心配置する前記ストッパを積層ゴム下端の
プレートに各々固定し、前記ストッパフランジの長孔に
ストッパ先端を挿入する構成にすれば、ダイヤフラム摩
耗を招かずに優れた非線形化効果を得ることができる。

【００１２】このストッパフランジとストッパ及び前述
のカバーを併用すれば、非線形化の効果は更に高まる。

【００１３】

【作用】積層ゴムを併用した空気ばねは、水平方向に変
位すると基本的には積層ゴム部及び空気ばねの本体部で
あるダイヤフラム部がそれぞれのばね定数値に反比例し
て水平変位の総量を分担することになる。

【００１４】このとき、ダイヤフラム部の水平方向ばね
定数に対し、積層ゴム部の同方向ばね定数が充分に確保
されていないと積層ゴムの変位が大きくなり、これによ
り、ダイヤフラムと壁が接触するまでの空気ばねのトー
タル変位も大きくなる。図２（ａ）は、ダイヤフラムを
壁に当てて空気反力を増加させる空気ばねの特性（水平
変位に対する反力増加）を示したもので、非線形効果が
生じるまでの水平変位量Ｌが大きい。従って、限られた
水平変位では非線形効果が生じる前に左右動ストッパが
作用してショックを感じる。また、先に述べたように、
空気ばねの水平方向ばね定数を高めて水平変位量を小さ
くする方法を採ると直線走行時の乗り心地が犠牲にな
る。

【００１５】本発明では、かかる不具合を無くすため
に、積層ゴムとダイヤフラム部の水平方向ばね定数につ
いて、前者のそれを後者の値の２倍以上に定めた。これ
により、積層ゴムの変位負担が減り、図２（ｂ）に示す
ように、非線形効果が生じるまでの水平変位量Ｌ₁が小
さくなる。

【００１６】また、水平変位により積層ゴムが傾くと座
屈するような状態になって積層ゴムの剛性が大きく低下
し（この現象は、壁となるカバーを設置すると上面にこ
じり力が働くのでより著しい）、非線形効果が減じられ
るので、このための対策として積層ゴムの各層の水平方
向ばね定数に差をつける方法を採った。各層のゴムの水
平方向ばね定数を下層側から上層側に向かって順次小さ
くすると、各層のこじりばね定数が上層から下層に向か
って順次小さくなるので、水平方向の変形によって生じ
るこじりモーメントで各層に生じる歪（又は応力）が均
一化され、積層ゴムの傾きが小さくなる。従って、この
傾きによるゴムの剛性低下が少なく、非線形効果が維持
される。

【００１７】次に、ダイヤフラムを受け止めるカバーを
備えた空気ばねは、ダイヤフラムがカバーに当たると空
気反力が増大するので（円弧状のカバーは接触面が大き
くなるので反力の増加が顕著）より望ましい非線形特性
を持たせ得るが、ダイヤフラムがカバーに接触して摩耗
するので、一般の空気ばねに比べて短寿命になる。この
ため、必要に応じ、その問題の改善策として、カバーの
ダイヤフラム接触面を低摩擦係数の材料で形成し、接触
摩耗を減少させる。また、場合によってはカバーの大き
さも特定する。円弧状のカバーの場合、大き過ぎると空
気ばねがカバーによる水平変位の抑制方向と直角方向
（前後方向）に作動する際にダイヤフラムとカバーの接
触摩耗が増えることを実験で確認した。そこで、非線形
効果と耐久性の双方を満足できるカバーの大きさについ
て検討したところ、ダイヤフラム周長の１／９〜１／６
に対応するサイズが最良であった。

【００１８】カバーの代わりに、ストッパフランジとス
トッパを付加した空気ばねは、ストッパフランジの水平
変位量がストッパフランジの長孔の融通範囲に制限さ
れ、この制限位置で積層ゴムの変位変形が止まる。従っ
て、この場合には、カバー無しで非線形効果をより良い
ものにすることができ、また、カバーが不要であるの
で、カバーとの接触によるダイヤフラム摩耗も無くする
ことができる。

【００１９】なお、このストッパフランジとストッパ
を、カバー９を有する図１の空気ばねに付加した構成に
すると非線形化の効果がより顕著に引き出される。

【００２０】

【実施例】図１に、本発明の空気ばねの一実施例を示
す。図の１は数層のゴム層２と挾みプレート３を交互に
重ねて一体化した積層ゴム、４は積層ゴムの上部に取付
けたダイヤフラムである。ダイヤフラム４は、空気孔付
きの連結軸５ａを中心に有する傘型の外筒５に空気で膨
らませる筒状ゴム６の上端を気密に取付け、さらに、筒
状ゴム６の下端に下面板７を一体的に取付けた構成にし
て前記下面板７をボルトナット８で積層ゴム１の上端に
止着してある。

【００２１】積層ゴム１は中空構造とし、最下段の挾み
プレート３には空気孔の付いた連結軸３ａを設けてあ
る。また、下面板７にはダイヤフラムの空気室を積層ゴ
ムの内部空洞を介して連結軸３ａの空気孔に連通させる
孔７ａをあけてある。

【００２２】この積層ゴム１は、水平方向のばね定数を
ダイヤフラム部の同方向ばね定数の２倍以上にしてあ
り、また、ここでは、各ゴム層２の硬さに差を付けてゴ
ムの剪断弾性率を上層側（ダイヤフラムを取付ける側）
から下層側に向けて順次小さくしてある。ゴムの硬さ
は、カーボン混入量を変えるなどして自由に調整し得
る。この剪断弾性率の差で上側のゴム層ほど水平方向ば
ね定数が小さくなってこじりばね定数が下層側に行くに
従って小さくなっている。

【００２３】水平方向ばね定数に差を付けるのは、ゴム
の硬さを変える以外に、例えば、ゴム層２の厚さ（高
さ）を上層から下層に向かって小さくする、或いはゴム
層２の外径を上層から下層に向かって大きくすると言っ
た方法でも行い得る。また、これ等の方法を組合わせて
水平方向ばね定数に差をつけることも可能である。

【００２４】積層ゴム１をこのように構成すると、直線
走行時の乗り心地を犠牲にせずに空気ばねの水平変位と
積層ゴム上面の傾きを抑制でき、好ましい非線形特性を
与え得る。

【００２５】次に、例示の空気ばねは、ダイヤフラム外
周を１８０°反対位置で同心的に覆う平面視円弧状のカ
バー９を外筒５に取付けて設けてある。空気ばねの水平
変位が一定量に達すると筒状ゴム６がこのカバー９に接
してダイヤフラムの空気圧力が増大する。従って、この
構造では衝撃を伴わずに水平変位量をより小さくするこ
とができる。

【００２６】１０はカバー９の内面に取付けた低摩擦係
数のシートである。ダイヤフラムの筒状ゴム６はフッ素
樹脂、ポリエチレン等で形成されたこのシート１０に接
触し、そのために接触摩耗が少なくなる。

【００２７】カバー９は、空気ばねの中心を基準にした
開き角α（図１（ｂ）参照）が４０°〜６０°になる大
きさ（これはダイヤフラム周長の１／９〜１／６に対応
する）にしてあり、そのため、目的とする非線形効果が
充分に発揮され、同時に、図１（ｂ）の矢印方向（車輌
の前後方向）に空気ばねが作動したときのカバー９に対
する筒状ゴム６の接触摩耗も抑制される。

【００２８】なお、１１は筒状ゴム６の積層ゴム１との
接触部を保護するゴム座、１２は筒状ゴム６の外筒５と
の接触部を保護するゴム層である。

【００２９】図３は、本発明の第２実施例である。この
空気ばねには、図１に示す空気ばねのカバー９に代え
て、水平変位の抑制手段として働くストッパフランジ１
３と空気孔を有する筒状のストッパ１４を付加してあ
る。ストッパフランジ１３は、ダイヤフラムの下面板７
に止着されるもので、その中心に長孔１３ａを有してい
る。一方、ストッパ１４は、積層ゴム１の最下段の挾み
プレート３で支持して積層ゴムの軸心部に同心配置さ
れ、長孔１３ａの孔幅よりも少し小径にした先端を長孔
１３ａに挿入している（図３（ｂ）参照）。これによ
り、ストッパフランジ１３の水平変位が一方向に制限さ
れ、また、その一方向の水平変位量も長孔１３ａの融通
の範囲に制限される。従って、積層ゴム１の変位に上限
が生じ、空気ばねのトータル変位が小さくなるほか、積
層ゴム上面の水平変位による傾きも小さくなる。

【００３０】なお、この第２実施例の空気ばねも積層ゴ
ム１の水平方向ばね定数はダイヤフラム部のそれの２倍
以上とするのが望ましいが、その比率は図１の空気ばね
に比べると少し小さくしてもよい。積層ゴム１の各層の
水平方向ばね定数に差を付ける点に関しては、図１の空
気ばねと同様にする。また、ここでは図１のカバー９を
省いた構成にしたが、カバー９をもつものに図３の構成
を付加してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の空気ばね
は、直線走行時の乗り心地を悪化させずに、つまり、空
気ばね全体の水平方向ばね定数を高めずに小さな左右変
位で好ましい非線形効果を生じさせることが可能であ
り、在来軌道での車両高速化に対する対応が容易にな
る。即ち、車両、台車の改造を行わずに横揺れや横変位
時の衝撃等を減少させてカーブ点を含む軌道全域での乗
り心地を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）：本発明の空気ばねの一例を示す断面図（ｂ）：同上の空気ばねの平面図

【図２】（ａ）：従来の空気ばねの特性を示す図（ｂ）：本発明の空気ばねの特性を示す図

【図３】（ａ）：他の実施例の断面図（ｂ）：ストッパフランジとストッパの係合部を示す斜
視図

【符号の説明】

１積層ゴム２ゴム層３挾みプレート４ダイヤフラム５外筒６筒状ゴム７下面板８ボルトナット９カバー１０低摩擦係数のシート１１ゴム座１２保護用のゴム層１３ストッパフランジ１３ａ長孔１４ストッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気で膨らませるダイヤフラムを積層ゴ
ムの上部に取付けて構成される空気ばねにおいて、ダイ
ヤフラム外周を１８０°反対位置で同心的に覆ってダイ
ヤフラム接触時にダイヤフラムの空気反力を増大させる
平面視円弧状のカバーを付加し、前記積層ゴム部の水平
方向ばね定数をダイヤフラム部の水平方向ばね定数の２
倍以上とし、さらに、積層ゴムの各層の水平方向ばね定
数を下層側から上層側に向かって順次小さくしたことを
特徴とする空気ばね。
【請求項２】前記カバーの大きさをダイヤフラムの周
長のほぼ１／９〜１／６に対応するサイズにした請求項
１記載の空気ばね。
【請求項３】前記カバーのダイヤフラム接触面を低摩
擦係数の材料で形成した請求項１又は２記載の空気ば
ね。
【請求項４】空気で膨らませるダイヤフラムを積層ゴ
ムの上部に取付けて構成される空気ばねにおいて、中心
に長孔を有するストッパフランジと、先端径を前記長孔
の孔幅よりも少し小さくしてあるストッパを付加し、前
記積層ゴム部の水平方向ばね定数をダイヤフラム部の水
平方向ばね定数よりも大とし、さらに積層ゴムの各層の
水平方向ばね定数を下層側から上層側に向かって順次小
さくし、前記ストッパフランジを積層ゴムの上面に止着
されるダイヤフラムの下面板に、積層ゴムの軸心部に同
心配置する前記ストッパを積層ゴム下端のプレートに各
々固定し、前記ストッパフランジの長孔にストッパ先端
を挿入してある空気ばね。
【請求項５】請求項１記載の空気ばねに更に、中心に
長孔を有するストッパフランジと、先端径を前記長孔の
孔幅よりも少し小さくしてあるストッパを付加し、前記
ストッパフランジを積層ゴムの上面に止着されるダイヤ
フラムの下面板に、積層ゴムの軸心部に同心配置する前
記ストッパを積層ゴム下端のプレートに各々固定し、前
記ストッパフランジの長孔にストッパ先端を挿入してあ
る空気ばね。