JPH08247195A

JPH08247195A - 空気ばね

Info

Publication number: JPH08247195A
Application number: JP7048193A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ienaka; 誠家中
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】小振幅振動に対しては柔かいばね特性を、大
振幅振動に対しては硬いばね特性をそれぞれもたらすと
ともに、弁部材の、空気室からの抜け出しを防止し、併
せて、その弁部材の、当接面板への常時の追従をもたら
す。【構成】上下の面板１，２と、これらの両面板にそれ
ぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体３とで空気室
４を区画するとともに、下面板２に、筒状可撓膜体３の
内部と補助タンクとの連通をもたらす通孔８を設けてな
る空気ばねである。前記通孔内に、通孔８の中心軸線に
沿って変位可能なロッド状の弁部材９を配設し、この弁
部材９の、通孔８を隔てたそれぞれの位置に、通孔８の
周面に摺接してその通孔８を閉止する空気室内閉塞部１
０と、通孔８の周りに当接してその通孔８を閉止する空
気室外閉塞部１１とをそれぞれ設けるとともに、その弁
部材９を上面板に押圧する弾性部材１５を設け、この弾
性部材１５に、最大空気室内圧によって弁部材９が受け
る、空気室４からの抜け出し方向の力より大きい復元力
を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鉄道車両、自動車な
どに適用して好適な空気ばねに関し、とくに、上下のそ
れぞれの面板の、小さい相対変位の下では柔かいばね特
性を、そして、大きい相対変位の下では硬いばね特性を
それぞれ有するするものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、従来の鉄道車両用空気ばねの
多くは、上面板および下面板のそれぞれに、筒状可撓膜
体の上下の端部をそれぞれ気密に連結したところにおい
て、上面板を、加圧空気供給手段の一例としてのコンプ
レッサーに、また、下面板を補助タンクにそれぞれ接続
すべく構成されており、かかる空気ばねの上下方向のば
ね定数は、通常は、

【数１】ｄＡ／ｄｘ：受圧面積変化率Ｐ：標準状態における内圧ｋ：ポリトロープ指数Ａ：標準状態における有効の受圧面積Ｖ_B：標準状態における空気室容積Ｖ_t：補助タンク容積にて示されるように、筒状可撓膜体内への供給内圧、有
効受圧面積等によって定まる一定値とされているため、
空気ばねのばね力は、上下面板の相対変位量に応じてほ
ぼ線形に変化することになる。

【０００３】従って、このような空気ばねを、鉄道車両
の、たとえば車体と台車との間に適用した場合には、上
下方向の振動に対してはすぐれた防振性能が得られるも
のの、とくに、その台車が曲線軌道部分を通過するに当
っては、空気ばねの伸縮変形量、ひいては、台車のロー
リング量が大きくなりすぎ、それ故に、走行安定性が損
われ、走行速度の低減が余儀なくされるという問題があ
った。そこで、従来は、上下方向の柔軟性はそのままに
して、台車のローリング剛性を高めるべく、たとえば、
台車の幅方向に水平に延びるねじり棒ばねを台車枠に枢
支するとともに、そのねじり棒ばねの腕部材と、台車枠
の上方に位置するまくらばりとをリンクによって連結し
て、ローリングに対してはねじり棒ばねの復元モーメン
トをもって対抗するアンチローリング装置を空気ばねと
併用することが広く一般に行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、近年の、車
両の一層の高速化及び安定化の要求の下に、振り子式の
ボルスタレス台車を選択した場合には、設置スペース上
の制約からアンチローリング装置を振り子装置と共に空
気ばねに併設することが極めて困難であり、これがた
め、空気ばねそれ自体に、アンチローリング装置として
の機能をも併せて発揮させることが強く望まれている。

【０００５】この発明は、このような要求を満たすべく
検討を加えた結果、上述したようなローリングに対して
は、空気ばねの、大きな伸縮変形領域内でのばね特性を
修正することが有効であるとの知見に基づいてなされた
ものであり、この発明の目的は、とくには、伸縮変位量
の小さい範囲では、十分柔かいばね特性をもたらして車
両への乗心地を向上させ、一方、伸縮変位量の大きい範
囲では、硬いばね特性をもたらして車両のローリングを
有効に抑制し、走行安定性を向上させることによって、
アンチローリング装置の併設を不要ならしめ、加えて、
チューニングを容易ならしめた空気ばねを提供するにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の空気ばねは、
上面板および下面板のそれぞれに、筒状可撓膜体の上下
の端部をそれぞれ気密に連結して空気室を区画し、いず
れか一方の面板に、筒状可撓膜体の内部と補助タンクと
の連通をもたらす通孔を設けるとともに、他方の面板
に、加圧空気供給手段への接続孔を設けたところにおい
て、前記通孔内に、通孔の中心軸線に沿って変位可能な
ロッド状の弁部材を配設し、この弁部材の、前記通孔を
隔てたそれぞれの端部位置に、通孔の周面に摺接してそ
の通孔を閉止する空気室内閉塞部と、通孔の周りに当接
してその通孔を閉止する空気室外閉塞部とをそれぞれ設
けるとともに、その弁部材を他方の面板に押圧する弾性
部材を設け、この弾性部材に、最大空気室内圧によって
弁部材が受ける、空気室からの抜け出し方向の力より大
きい復元力を付与したものである。

【０００７】

【作用】この空気ばねでは、弁部材のそれぞれの閉塞部
の間隔を適宜に選択し、この弁部材を、たとえば、下面
板に設けた通孔内に配置するともに、その上端を上面板
に当接させることにより、上下の両面板の接近および離
隔方向の相対変位に伴って、その弁部材は、通孔内を、
それの中心軸線に沿う方向に相対変位する。

【０００８】この場合において、両面板の、接近方向お
よび離隔方向のそれぞれの相対変位量が小さい範囲内に
おいては、封入空気は、下面板通孔を経て、空気ばねと
補助タンクとの間で比較的自由に流動することができる
ので、空気ばねは柔かいばね特性をもたらし、この結果
として、車両への乗心地を高めることができる。

【０００９】この一方で、上下面板の相対変位量が所定
の値より大きくなると、それらの面板に追従して相対変
位する弁部材の、いずれか一方の閉塞部が通孔を閉止し
て、空気ばねと補助タンクとの連通を遮断することか
ら、その所定値を越える相対変位に対しては、空気ばね
は硬いばね特性を示すことになり、それ故に、上下面板
の大きな相対変位を伴うローリング現象の発生が有効に
防止されて、すぐれた走行安定性がもたらされることに
なる。

【００１０】従ってここでは、弁部材に形成されるそれ
ぞれの閉塞部の、軸線方向の間隔を、前述したように適
宜に選択して、柔かいばね特性をもたらす変位範囲を特
定することによって、アンチローリング装置を特別に付
設することなしに、車両への乗心地の向上と車両の走行
安定性とを高い次元で両立させることができ、また、空
気ばねのチューニングを極めて容易ならしめることがで
きる。

【００１１】なおここで、弁部材の上端の、上面板との
接触面を、球面その他の曲面形状として、接触面積を十
分小ならしめ、より好ましくは、その弁部材および、そ
れの接触面の少なくとも一方を摩擦係数の小さい材料に
て構成した場合には、上下の面板の水平方向への相対変
位に際する弁部材の連れ動きを有効を防止することがで
きる。

【００１２】しかもここでは、弁部材が、空気ばねの最
大圧縮姿勢の下での空気室内圧、すなわち、最大空気室
内圧によって空気室から抜け出す方向の力を受ける場合
に、その弁部材を空気室側へ付勢する弾性部材の復元力
を、弁部材が空気室から受ける力より大きく設定するこ
とによって、空気室内圧と補助タンク内圧との圧力差に
よって、弁部材が空気室から完全に抜け出すのを十分に
阻止して、その抜け出しに起因する、空気ばねのばね定
数の急激なる低下、ひいては、走行性能の急激なる変化
を確実に回避することができ、併せて、空気ばねの最大
圧縮状態において、弁部材が空気室内圧を受けて、上面
板の下面から離隔して、それの抜け出し方向へ変位され
ることをもまた十分に防止し、これにより、空気ばねが
所定の圧縮量を越えた場合、かたいばね特性を安定して
得ることができる。いいかえれば、最大空気室内圧によ
って、弁部材が上面板から離隔される場合には、圧縮状
態の空気ばねが復元するに際し、空気室内圧が弁部材に
及ぼす力が、弾性部材の復元力よりも小さくなるまで
は、弁部材の、上面板への当接を再現することができ
ず、それ故に、空気室内圧が弁部材におよぼす力が弾性
部材の復元力よりも小さくなった瞬間に弁が急激に移動
し、急激な空気ばねの特性変化をもたらす。

【００１３】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１はこの発明の実施例を示す縦断面図であ
り、車両への取付姿勢の下での左右方向の断面図であ
る。ここでは、上面板１および下面板２のそれぞれに、
筒状可撓膜体３の上下の端部をそれぞれ気密に連結し
て、内部に空気室４を区画するとともに、その下面板２
の下方に、ほぼ円筒形状をなすゴム積層体５を取付け
る。そして、このゴム積層体５の下端に位置するストッ
パープレート５ａに、図示しない補助タンクに接続され
る接続口部６を、ゴム積層体５の内側へ筒状に突出させ
て設ける。

【００１４】またここでは、上面板１のほぼ中央部に、
空気室４と、図示しない加圧空気供給手段との連通をも
たらす接続孔７を設け、そして下面板２に、その空気室
４をゴム積層体の内側に連通させる通孔８を設ける。

【００１５】ここで、この実施例では、通孔８内に、中
間部に括れ部を有するロッド状の弁部材９を、通孔８の
中心軸線に沿って変位可能に配設するとともに、この弁
部材９の上端部分には、通孔８の周面に摺接してその通
孔８を閉塞する空気室内閉塞部１０を、そして、それの
下端部分には、通孔８の周りで下面板２の下面に当接し
てその通孔８を閉塞する空気室外閉塞部１１を設ける。
従って、かかる弁部材９の、通孔内への配設は、下面板
２の下方側から、その弁部材９の空気室内閉塞部１０を
通孔８に挿通させることによって容易に行うことができ
る。

【００１６】なお好ましくは、弁部材９の上端の、上面
板１との接触面を、図示のような球面形状その他の曲面
形状とすることによって、それら両者の接触面積を十分
小ならしめ、さらに好ましくは、上述したところに加え
て、上面板１と弁部材９との相互の接触面の、少なくと
も一方を摩擦係数の小さい材料にて構成し、これによっ
て、上下の面板の水平方向の相対変位に際する、弁部材
９の共連れ変位を防止する。

【００１７】そしてさらには、このような弁部材９を、
上面板１の下面に所要の力で押圧すべく、ここでは、下
面板２の下側に附勢手段１２を取付ける。この例の附勢
手段１２は、下面板２に直接的に固定した、底壁付きの
筒状ケーシング１３と、この筒状ケーシング１３の内側
で、その底壁に取付けられて、下面板２に達しない高さ
の下で、空気室外閉塞部１１の外周面に接触する、これ
も筒状の摺動ガイド１４と、この摺動ガイド内で、閉塞
部１１とケーシング底壁との間に介装した、弾性部材の
一例としての圧縮ばね１５とで構成することができる。
これによれば、通孔内の弁部材９は、摺動ガイド１４の
作用下で、その軸線方向の円滑な昇降変位を許容される
ことになり、また、圧縮ばね１５の復元反力により、上
面板１の下面に、通常はそれに直角に押圧されることに
なる。なおここで、弾性部材は、金属ばね、樹脂製ばね
などの他、ゴム、ゴム状弾性材料にて構成することもで
きる。

【００１８】またここでは、空気ばねが、図２に示すよ
うなそれの最大圧縮状態となって、空室４の内圧が最大
となった場合の、圧縮ばね１５の復元力を、その状態下
で、弁部材９が空気室内圧によって受ける、空気室から
の抜け出し方向の力より大ならしめ、このことによっ
て、前述したように、弁部材９の空気室４からの完全な
る抜け出しを十分に防止するとともに、最大空気室内圧
時においなお、弁部材９の、上面板からの離隔を防止す
る。従って、弁部材９は、それの進出退位置を越える空
気ばねの伸長時を除き、上面板１に常に追従して変位す
ることになる。ところで、圧縮ばね１５に、上述したよ
うな復元力をもたらすためのそれのばね定数は、以下の
ようにして求めることができる。

【数２】Ｋ：圧縮ばねのばね定数Ｒ：空気室内閉塞部の最大半径Ｐ：標準状態での空気室内圧Ｐmax ：最大空気室内圧Ｘ：標準状態での圧縮ばね長さＸmax ：圧縮ばね自由長Ｗ：弁部材の重量

【００１９】そしてまた、ここにおける筒状ケーシング
１３は、その周壁に、下面板２に設けた通孔８の、接続
口部６への連通をもたらす開口１６を有しており、これ
により、筒状可撓膜体３の内側の空気は、通孔８、開口
１６および接続口部６を経て補助タンクへ流動すること
ができる。

【００２０】以上のように構成してなる空気ばねは、加
圧空気供給手段からの加圧空気を、接続孔７を経てそこ
に供給して、筒状可撓膜体３の内側から補助タンクに至
るまでを所定の内圧とすることによって使用に供され
る。この場合、弁部材９の上端は、圧縮ばね１５の作用
下で、上面板１に常時押圧されており、その弁部材９
は、予め選択された両閉塞部１０，１１の相対距離、充
填内圧等との関連の下で、上下面板１，２の接近および
離隔方向の、所定範囲内の小さい相対変位に際しては、
通孔８への加圧空気の自由な流動を許容する。

【００２１】従って、この空気ばねによれば、上下の面
板１，２のいずれか一方側に、所定範囲内の小振幅振動
が入力された場合は、弁部材９もまたそれにつれて振動
することになるも、この場合には、弁部材９の括れ部に
よって、通孔８は十分な、開放状態に維持されるので、
空気室内の空気は、通孔８および開口１６から、接続口
部６を経て補助タンク内へ円滑に流入し、また、その補
助タンク内の空気は、それらを逆に辿って空気室内へ円
滑に流入することになり、この結果として、空気ばね
の、十分柔かいばね特性がもたらされる。

【００２２】この一方において、入力された振動の振幅
が所定の範囲を越えるほどに大きい場合は、入力振動に
追従して振動を行う弁部材９のそれぞれの閉塞部材１
０，１１が、所定範囲の変位量を越えた時点で、通孔８
を閉塞してそれ以後の空気の流動を拘束する。すなわ
ち、下面板２に対する上面板１の相対下降変位量が所定
の範囲を越えたときには、空気室内閉塞部１０を通孔内
に入り込ませて、その周面を通孔周面に摺接させること
で、通孔８の閉塞をもたらし、このことを、図２に部分
断面図で示すように、上面板１がその下降限位置に達す
るまで継続させる。従って、空気ばねは、空気室内閉塞
部１０の、通孔周面への摺接下端が、その通孔周面に接
触し始めてから、図示の下降限位置に達するまでの間に
わたって、十分硬いばね特性をもたらすことができ、ま
た、圧縮ばね１５の復元力の作用下で、弁部材９が空気
室４から抜け出すことに起因する、ばね特性の急激な変
化を確実に防止することができるとともに、空気ばねの
最大圧縮状態においてもなお、弁部材９を上面板１に確
実に当接させることによって、上面板１が上昇し始める
際これに確実に追従して弁部材９が動作できる。

【００２３】逆に、下面板２に対する上面板１の相対上
昇変位量が所定の範囲を越えたときには、圧縮ばね１５
の作用下で、空気室外閉塞部１１の上端面を、通孔８の
周りで、下面板２の下面に当接させることで、通孔８の
閉塞をもたらす。これがため、相対上昇変位量が所定の
範囲を越えた場合にもまた、空気ばねは、実質的に、空
気が流入しない状態の下にて変形されることになり、十
分に硬いばね特性がもたらされることになる。なおここ
で、空気室外閉塞部１１が下面板２に当接した状態下で
の空気ばねの伸長変形に当っては、上面板１が弁部材９
の上端から離隔することになるも、この場合には、圧縮
ばね１５により弁部材９が下面板２に常時押し付けられ
ているため、安定したかたいばね特性を得ることができ
る。

【００２４】かくして、この空気ばねを、鉄道車両、自
動車などの、台車に、または、台車、シャシ等と車体と
の間に配設した場合には、小振幅振動に対してはすぐれ
た乗心地を、そして、所定の範囲を越える大振幅に対し
ては、硬いばね特性の下で、高い復元反力を発生して車
両へのローリングの発生を有効に抑制し、すぐれた走行
安定性を、ひいては、高速走行性を実現することができ
る。

【００２５】図３は、弁部材９の附勢手段の他の例を示
す縦断面図であり、ここでは、底壁付きの筒状ケーシン
グ２１の上端フランジ２２を、通孔８の周りで下面板２
にねじ止め固定するとともに、その筒状ケーシング２１
の、下面板２から幾分離れた位置より下方側の部分を、
閉塞部１１に外接してそれの摺動ガイドとして機能する
縮径部分２３とし、そしてこの縮径部分内で、ケーシン
グ底壁と弁部材９との間に圧縮ばね１５を介装すること
によって附勢手段１２を構成する。

【００２６】ここで、筒状ケーシング２１は、縮径部分
２３より上方部分の周壁に、下面板通孔８を接続口部６
に連通させる開口２４を有しており、また、閉塞部１１
の、縮径部分内での円滑なる摺動運動を担保すべく、ケ
ーシング底壁に空気吸排口２５を有する。この例の附勢
手段１２では、前記実施例に比し、特別の摺動ガイドを
別個に設ける必要なしに、前述したそれと同様の機能を
十分に発揮させることができる。

【００２７】なお、この例においてもまた、前記実施例
と同様、空気ばねがそれの最大圧縮状態となって、空気
室内圧が最大となった場合の、圧縮ばね１５の復元力
を、その空気室内圧によって弁部材９が受ける抜け出し
方向の力より大ならしめることにより、弁部材９の、空
気室４からの完全なる抜け出しを阻止し、併せて、最大
空気室内圧の作用による、その弁部材９の、上面板１か
らの離隔を十分に防止する。

【００２８】以上この発明を図示例に基づいて説明した
が、上述したところに代えて、上面板に、補助タンクに
連通する通孔を設け、その通孔内に弁部材を配設するこ
とも可能であり、このことによってもまた、前記各実施
例と同様の作用効果をもたらすことができる。

【００２９】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、とくには
上、下いずれかの面板の通孔内に配設した、閉塞部を有
する弁部材の作用下で、簡単な構造の空気ばねによっ
て、小振幅振動に対しては柔かいばね特性を、そして、
大振幅振動に対しては硬いばね特性を、それぞれ自動的
に発揮させることができるので、それを、鉄道車両、自
動車などに適用する場合に、アンチローリング装置の併
設を不要とし、また、極めて簡単なチューニングをもっ
て、車両への乗心地を十分に向上させることができる
他、耐ローリング性能を大きく向上させて、走行安定性
を極めて効果的に向上させることができる。しかもここ
では、弾性部材に、最大空気室内圧によって弁部材が受
ける、空気室からの抜け出し方向の力より大きい復元力
を付与することにより、弁部材の、空気室からの完全な
る抜け出しを阻止して、空気ばねの圧縮方向のストロー
ク端に至るまで、硬いばね特性を確実に実現して、走行
安定性のより一層の向上をもたらすことができ、さらに
は、空気ばねの圧縮方向のストローク端に至るまで、弁
部材の、面板からの離隔を防止して安定した上下方向非
線形特性をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す縦断面図である。

【図２】上面板の下降限位置を示す要部断面図である。

【図３】弁部材附勢手段の他の例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１上面板２下面板３筒状可撓膜体４空気室５ゴム積層体５ａストッパープレート６接続口部７接続孔８通孔９弁部材１０，１１閉塞部１２附勢手段１３，２１筒状ケーシング１４摺動ガイド１５圧縮ばね１６，２４開口２２上端フランジ２３縮径部分２５空気吸排口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下の面板と、これらの両面板にそれぞ
れの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とで空気室を区
画し、いずれか一方の面板に、筒状可撓膜体の内部と補
助タンクとの連通をもたらす通孔を設けてなる空気ばね
であって、前記通孔内に、通孔の中心軸線に沿って変位可能なロッ
ド状の弁部材を配設し、この弁部材の、前記通孔を隔て
たそれぞれの位置に、通孔の周面に摺接してその通孔を
閉止する空気室内閉塞部と、通孔の周りに当接してその
通孔を閉止する空気室外閉塞部とをそれぞれ設けるとと
もに、その弁部材を他方の面板に押圧する弾性部材を設
け、この弾性部材に、最大空気室内圧によって弁部材が
受ける、空気室からの抜け出し方向の力より大きい復元
力を付与してなる空気ばね。