JPH0828618A - 空気ばね - Google Patents

空気ばね

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JPH0828618A
JPH0828618A JP16789494A JP16789494A JPH0828618A JP H0828618 A JPH0828618 A JP H0828618A JP 16789494 A JP16789494 A JP 16789494A JP 16789494 A JP16789494 A JP 16789494A JP H0828618 A JPH0828618 A JP H0828618A
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JP
Japan
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diaphragm
air spring
sub
diaphragms
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP16789494A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Oi
一夫 大井
Kazuo Nakayama
一男 中山
Kenichi Kurata
憲一 倉田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication of JPH0828618A publication Critical patent/JPH0828618A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤフラムのパンク時においても、安定し
て良好な振動吸収性能を発揮できる空気ばねを提供す
る。 【構成】 主ダイヤフラム1の内側に副ダイヤフラム2
を配置し、副ダイヤフラム2を、通気管4に設けた逆止
弁13と減圧弁14により密封構造とし、内圧を一定に
保持する。通常時は、主ダイヤフラム1で荷重を受け、
副ダイヤフラム2を沈下量のストッパとして作用させ
る。主ダイヤフラム1のパンク時は、副ダイヤフラム2
で荷重を受け、ばね定数が小さい非線形のばね特性によ
り、振動の吸収を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄道車両の車体と台
車の間などに架装される空気ばねに関し、詳しくは、空
気ばねを構成するダイヤフラムが圧力低下やパンク等を
起こした時の振動吸収特性の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】通常、鉄道車輌においては、車体と台車
の間に空気ばねを設け、車体の上下振動を空気ばねによ
り減衰させる構造がとられている。
【0003】図5は、従来の空気ばねの構造を示してお
り、この空気ばねは、環状をした内部空洞の支持台31
の上に、ダイヤフラム33を設けて形成されている。
【0004】上記ダイヤフラム33は、上面板32の下
側に取付け、そのダイヤフラム33の下側に支持台31
を取付けて成り、この支持台31に設けた通気管34か
ら空気を導入することにより、ダイヤフラム33を膨張
させている。
【0005】また、ダイヤフラム33の空洞内部の上面
には、支持台31に向き合わせてゴム弾性体から成るゴ
ムストッパ35が設けられており、このゴムストッパ3
5が支持台31に当接することで、空気ばねの沈下量を
規制するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の空
気ばねでは、ダイヤフラム33が正常に作動している間
は、膨らんだダイヤフラム33が備える非線形性のばね
特性により、優れた振動吸収能力を発揮し、良好な乗り
心地を維持することができるが、ダイヤフラム33がパ
ンクや圧力低下によって作動不良になった場合は、ゴム
ストッパ35が支持台31に当接するまで沈下し、その
ゴムストッパ35の弾性により車体の振動を受ける状態
になる。
【0007】しかし、このゴムストッパ35を形成する
ゴム弾性体のばね定数は、空気圧を利用したダイヤフラ
ム33のばね定数に比べて著しく大きく(通常10倍近
い大きさがある)、振動吸収の能力が小さいために、ゴ
ムストッパ35で支持した状態での走行は、乗り心地が
極めて悪く、著しく低い走行速度で走行する必要があっ
た。
【0008】一方、ゴム弾性体の長さ寸法を大きくすれ
ば、ばね定数を小さくでき、乗り心地を向上させること
ができるが、走行速度を落さない程度までの振動吸収特
性を得るには、ゴムストッパ35の長さを相当大きくす
る必要があり、空気ばね全体の高さ寸法が大きくなる問
題がある。すなわち、このようなばねの高さ寸法の拡大
は、スペースが制限される鉄道車両の車体と台車の間へ
の取付け寸法を大きくし、ばねの装着を困難にする問題
がある。
【0009】また、上記のようにゴムストッパ35のば
ね定数を小さくした場合、線形性のばね特性をもつゴム
ストッパ35の弾性変形量が著しく大きくなり、このた
めに、荷重の負荷による空気ばねの沈下量が大きくな
り、走行中に車両の機器の間で干渉が生じやすくなる問
題もある。
【0010】この発明は、上記した問題を解決するため
になされたもので、ダイヤフラムのパンクや圧力低下等
の現象が生じた場合でも、荷重を安定して受けることが
でき、取付け寸法や沈下量を大きくすることなく優れた
振動吸収能力を維持できる空気ばねを提供することを目
的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の空気ばねは、空気圧によって膨張する複
数個のダイヤフラムを、荷重が加わる方向に積層して設
け、その少なくとも1つのダイヤフラムを密封構造とし
たのである。
【0012】また、この発明の第2の手段は、上記の構
造において、各ダイヤフラムを内外方向に嵌め込むこと
で積層させたのである。
【0013】さらに、第3の手段は、密封構造としたダ
イヤフラムの内圧を他のダイヤフラムの内圧より高く設
定し、通常時に、低圧側のダイヤフラムを荷重支持に使
用し、高圧側のダイヤフラムを空気ばねの沈下量を規制
するストッパとして使用したのである。
【0014】さらに、第4の手段は、密封構造としたダ
イヤフラムに、その内圧が一定に保持されるように空気
を導入する圧力保持手段を連結したのである。
【0015】一方、第5の手段は、上記各ダイヤフラム
が積層する範囲内で、空気ばねの沈下量を規制する規制
部材を設け、その規制部材を、ゴム弾性体によってダイ
ヤフラムが積層する方向に支持したのである。
【0016】
【作用】上記のように、複数個のダイヤフラムを荷重方
向に多段に積層することにより、1つのダイヤフラムが
パンクや圧力低下をした場合、他のダイヤフラムが荷重
を受けて振動を吸収することになり、優れた振動吸収特
性が継続される。
【0017】また、ダイヤフラムを密封構造とすること
により、ダイヤフラムの圧縮時に大きな非線形特性を得
ることができるため、沈下量を小さく抑えたままで大き
な振動吸収性能を得ることができる。
【0018】上記の場合、第2の手段のように各ダイヤ
フラムを内外に嵌め合せるようにすると、ダイヤフラム
が積層する高さ寸法を小さくでき、空気ばねの取付け寸
法をコンパクトにすることができる。
【0019】また、第3の手段のように、密封構造のダ
イヤフラムを沈下量のストッパとして使用することによ
り、大きな非線形性のばね特性によって沈下量を抑える
ことができ、非常時の乗り心地の向上と沈下変位量の抑
制を図ることができる。
【0020】一方、第4の手段の採用すると、密封構造
のダイヤフラムの内圧を一定に制御することができるた
め、長期にわたってばね特性の変動をなくすことがで
き、安定した振動吸収機能を維持することができる。
【0021】また、第5の手段のように、ゴム弾性体で
支持した規制部材でばねの沈下量を規制すると、空気ば
ねの沈下を大きな力で抑制することができるため、沈下
変形量を一定の範囲で確実に制御することができる。
【0022】
【実施例】図1及び図2は実施例の空気ばねを示してい
る。この空気ばねは、ばねの全体形状を形成する主ダイ
ヤフラム1と、その内部に嵌め込まれる副ダイヤフラム
2とから成り、この嵌め込んだ状態で両ダイヤフラム
1、2を上下方向に(すなわち荷重が加わる方向に)積
層させている。
【0023】上記主ダイヤフラム1は、中央に通気管4
を備えた平坦な主ダイヤフラム用上面板3の下面に取付
け、その主ダイヤフラム1の下端に、主ダイヤフラム用
内筒5と副ダイヤフラム用上面板8を取付けている。
【0024】上面板3の通気管4は、図示省略したレベ
リングバルブを介して空気元溜め装置に接続しており、
その通気管4から導入する空気圧により、主ダイヤフラ
ム1の内部圧力は一定の内圧P1 で制御されている。
【0025】一方、副ダイヤフラム2の基本的な構造
は、主ダイヤフラム1と同じであり、平坦な上面板8に
副ダイヤフラム2の上端を連結し、その副ダイヤフラム
2の下端に副ダイヤフラム用内筒10を連結して成って
いる。
【0026】主ダイヤフラム1と異なる点は、副ダイヤ
フラム用内筒10の底板11の中央に、通気管12を取
付け、その通気管12の上端開口を逆止弁13で閉鎖し
た点にある。この逆止弁13の閉鎖により、副ダイヤフ
ラム2は密封構造となり、一定の内圧P2 をもって保持
された状態になっている。
【0027】また、上記通気管12は、下端に減圧弁1
4が連結され、その減圧弁14を介して主ダイヤフラム
1とは異なる空気元留め装置(図示略)に接続されてい
る。この減圧弁14は、副ダイヤフラム2の内圧が低下
した時に、初期の設定値に内圧が復帰するように所要量
の空気を導入するものであり、副ダイヤフラム2の内部
を常に一定の内圧P2 に保持する機能をもっている。
【0028】また、上記通気管12の周囲にはOリング
15が組込まれ、このOリング15が主ダイヤフラム用
内筒5と副ダイヤフラム用内筒10の底板6、11間の
すき間を封鎖しており、主ダイヤフラム1からの空気漏
れを防いでいる。上記副ダイヤフラム2の上面板8の外
周縁には、下方に屈曲する筒状のスカート部9が形成さ
れ、そのスカート部9が、主ダイヤフラム1の内筒5上
端に設けた案内部7間に上下動可能に嵌まり合ってい
る。このスカート部9の下端側面には、突起16が形成
され、その突起16が上記案内部7に当接することで、
スカート部9(すなわち副ダイヤフラム2)の上昇の動
きが規制されている。
【0029】また、主ダイヤフラム1の底板6上には、
上記スカート部9の下方に位置させてストッパリング1
7が取付けられている。このストッパリング17は、リ
ング状のゴム弾性板18を上下の環状板19、20で挾
み込んだ構造をもっており、ゴム弾性体18は、荷重が
加わる方向に主副ダイヤフラム1、2と並列に配置され
ている。
【0030】このストッパリング17では、副ダイヤフ
ラム2の上面板8が荷重によって沈下し、図2に鎖線で
示すように、スカート部9の下端がストッパリング17
に当接すると、ゴム弾性体18がその荷重を受け、副ダ
イヤフラム2の沈下を抑えるようになっている。この場
合、副ダイヤフラム2の上面板8から案内部7までの距
離Tが、スカート部9が案内部7からストッパリング1
7の間で最大限に上下動できるストローク、すなわち空
気ばねの最大の沈下量となるように設定されている。
【0031】この実施例の空気ばねは上記のような構造
であり、鉄道車両に架装する場合は、主ダイヤフラム1
の上に車体を乗せ、主ダイヤフラム用内筒5の底板6を
台車側で支持して架装する。
【0032】また、主ダイヤフラム1の内圧P1 の初期
設定圧を、副ダイヤフラム2の内圧P2 よりも小さく
し、常にP1 <P2 の関係が得られるように設定する。
【0033】通常時は、主ダイヤフラム1が車体の荷重
や振動を受け、非線形のばね特性により車体に生じる振
動を吸収する。
【0034】このとき、副ダイヤフラム2は、空気ばね
の沈下を規制するストッパとして作用し、空車時と満員
時等で変化する荷重に応じて主ダイヤフラム1の沈下量
を抑制するように働く。その場合、減圧弁14によって
副ダイヤフラム2の内圧を一定に保つようにしているた
め、長期にわたる使用においても規定のばね特性が安定
して確保され、安定したストッパ機能を発揮することが
できる。
【0035】一方、主ダイヤフラム1がパンクした場合
には、図2に示すように、主ダイヤフラム1の上面板3
が下降して副ダイヤフラム2の上面板8に当接し、副ダ
イヤフラム2が車体の荷重や振動を直接受けることにな
る。
【0036】この場合、副ダイヤフラム2は、ゴム弾性
体などに比べて著しく小さいばね定数を設定することが
でき、また逆止弁13による密封構造によって圧縮時に
は大きな非線形のばね特性を発揮することができるた
め、車体の振動を主ダイヤフラム1と同様に効率よく吸
収することができ、乗り心地の向上を図ることができ
る。したがって、車両の走行速度を落すことがなく、通
常時とほぼ同等の速度で走行することができる。
【0037】また、上記の作動時、副ダイヤフラム2が
密封構造により大きな非線形特性をもって車体の荷重を
受けると同時に、ゴムストッパ17のゴム弾性体18が
下降するスカート部9から荷重を受けて沈下量を抑える
ため、空気ばね全体の沈下変形量を小さい範囲内に制御
することができる。
【0038】<比較例>図1及び図5の構造において、
主ダイヤフラム1とダイフラム33が作動不能となった
時の空気ばねのばね定数を200kgf/mm以下に設定しよ
うとした場合、実施例の構造では、副ダイヤフラム2の
有効径を380mm、内容積を14リットル、内圧P2
7kgf/cm2 前後とすることにより、空気ばねの取付け高
さHを200〜230mmの範囲にすることが可能であっ
た。これに対して、図5の従来構造においては、そのば
ね定数を上記値となるようにゴムストッパ35の長さを
大きく形成すると、空気ばねの取付け高さHが300mm
以上となり、取付け寸法において4割から5割に近い寸
法差が得られた。
【0039】また、実施例の空気ばねでは、密封構造の
副ダイヤフラム2とストッパリング17の併用により、
空気ばねの最大沈下量を57mm以下に抑えることができ
たが、従来構造の空気ばねでは80mm以上の沈下量とな
り、沈下量に大きな差がみられた。
【0040】ここで、図3は、上記実施例の空気ばねに
ついて、主ダイヤフラム1のパンク時におけるばね特性
曲線を示したものである。また、図4は、上記空気ばね
のパンク時の最大沈下量を示したものである。
【0041】なお、上記の実施例では、下側に副ダイヤ
フラム2を配置し、主ダイヤフラム1の上で車体の荷重
を受けるようにしたが、その配置関係を逆にすることも
できる。
【0042】また、ダイヤフラムは主副2段の積層型に
限らず、3個以上のダイヤフラムを荷重のかかる方向に
積層させてもよく、この場合は、1個以上のダイヤフラ
ムを密封構造とし、沈下に対するストッパとして作用す
るようにする。
【0043】
【効果】以上のように、この発明は、複数のダイヤフラ
ムを荷重方向に積層させ、1つのダイヤフラムが作動不
能になっても他のダイヤフラムが荷重を受ける構造にし
たので、パンク等の事態が発生しても安定した荷重支持
と振動吸収を行なうことができ、車両の走行等を安全に
行なわせることができる。
【0044】また、一部のダイヤフラムを密封構造と
し、かつ内圧を一定に保持できるようにすることによ
り、規定のばね特性を長期間にわたって維持することが
でき、振動吸収に優れた性能を確保することができる。
【0045】さらに、密封したダイヤフラムとゴム弾性
体とを併用して沈下量を規制することにより、空気ばね
の最大沈下量を小さく抑制することができ、ばねの取付
け寸法のコンパクト化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の空気ばねを示す縦断面図
【図2】同上のパンク時の状態を示す縦断面図
【図3】空気ばねのパンク時のばね特性曲線を示す図表
【図4】空気ばねのパンク時の最大沈下量を示す図表
【図5】従来例を示す縦断面図
【符号の説明】
1 主ダイヤフラム 2 副ダイヤフラム 3、8 上面板 4、12 通気管 5、10 内筒 6、11 底板 7 案内部 9 スカート部 13 逆止弁 14 減圧弁 17 ストッパリング 18 ゴム弾性体 19、20 環状板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気圧によって膨張する複数個のダイヤ
    フラムを、荷重が加わる方向に積層して設け、その少な
    くとも1つのダイヤフラムを密封構造とした空気ばね。
  2. 【請求項2】 上記各ダイヤフラムを、内外方向に嵌め
    込むことで積層させた請求項1に記載の空気ばね。
  3. 【請求項3】 上記密封構造としたダイヤフラムの内圧
    を他のダイヤフラムの内圧より高く設定し、通常時に、
    低圧側のダイヤフラムを荷重支持に使用し、高圧側のダ
    イヤフラムを空気ばねの沈下量を規制するストッパとし
    て使用した請求項1又は2に記載の空気ばね。
  4. 【請求項4】 上記密封構造としたダイヤフラムに、そ
    の内圧が一定に保持されるように空気を導入する圧力保
    持手段を連結した請求項1乃至3のいずれかに記載の空
    気ばね。
  5. 【請求項5】 上記各ダイヤフラムが積層する範囲内
    で、空気ばねの沈下量を規制する規制部材を設け、その
    規制部材を、ゴム弾性体によってダイヤフラムが積層す
    る方向に支持した請求項1乃至4のいずれかに記載の空
    気ばね。
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