JPS584216B2 - 車輌用空気バネ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に、前後動変位の大なるボルスタレス（
ＢＯＬＳＴＥＲＬＥＳＳ）台車よりなる車輌に設置する
耐摩耗性と耐久寿命の著しい車輌用空気バネの提供を目
的とするものである。

従来の車輌は、ボルスタ付台車よりなる車輌に空気バネ
を設置し、その緩衝作用を期待していたが、近時、車輌
の軽量化とコストダウンを図るためボルスタレス台車が
採用される事になった。

しかし、この車輌は、変位が大きく、特に、走行時蛇行
、旋回の際に、空気バネに掛かる捩り変位、詳しくは、
心皿ピンを中心とした前後方向の捩れ変位を受けるため
、空気バネの可撓性部材の特定部分は、上面板および下
面板との間に繰り返しの摺動と大きな摩擦現象を生起し
、可撓性部材の表面ゴムの機械的老化の促進と著しい摩
耗を促進し早期破損を招来するものとなった。

従って、従来、金属製上面板にゴムを加硫接着しし、そ
のゴム部分の軸方向断面を外方に向かってテーパーを設
け、空気バネ自体の横剛性が小さくなるように設計し且
つ水平変位が大きく取れるように考慮されているが、充
分な効果を得る事は出来なかった。

従って、上記空気バネの交換も短期間で行なわねばなら
ず、車輌の保全管理の面で重大な欠陥となるものであっ
た。

なお、上記のボルスタレス台車をつけた車輌用空気バネ
は、一台車に２個設置したものを、車輌の前部と後部の
２箇所に配置されているもので、この車輌が走行時蛇行
、旋回を行なうと、上下の剛性壁体面と接する空気バネ
の可撓性部材の外側部分が極端なねじり変位を受けその
反復によって上下の面板との接触区域で大きな摩擦を起
こす。

すなわち、第１図の車輌中心に対して外側の斜線（ｂ区
域ＡＤＣＥ）部分に極端な摩耗を生起するものであった
。

従来、空気バネは、上下の剛性壁体と可撓性部材とから
なるもので、上部、下部の剛性壁体には、その使用箇所
によって、金属または合成樹脂の板状体やブロック体ま
たは金属とゴムあるいは金属と合成樹脂の複合体等が適
宜に使用されているものであり、また、その形状も、空
気バネに色色な特性を与えるために、テーパーその他特
殊な形状が考慮されている。

すなわち、空気ばねの上下の剛性壁体とは、剛性の大な
る金属または合成樹脂からなる各種の形態を指称するも
のである。

また、可撓性部材の形状も単一のトロイド型、ベローズ
型等があり、補強材としては、スチールコードあるいは
テキスタイルコードが用途に応じてゴム層にて埋設され
、埋設された補強層の端部は、ビードワイヤや剛性リン
グ等のビードコアに折り返し固定され、このビードコア
を埋設したビード部は、それぞれセルフシール方式もし
くは締結方式によって、上部と下部を剛性壁体に気密に
固着されているものである。

特に、上記のボルスタレス台車用の空気ばねにおいては
、可撓性部材の上下の剛性壁体と接触するゴム層が著し
く摩耗が促進され、削り取られ、早期に補強層が露出し
、ついにはコード切れを起こし、ついには破損し使用不
能となる。

近時、これらの欠点を除くために、取付け箇所に、上面
板金属部分にゴムを介して金属板またはポリエチレンや
ポリプロピレン等よりなる合成樹脂板を付設する方法が
採用されているが、特に、大きな横変位が要求される場
合には不十分であった。

因って、発明者らは、空気バネの作動中の可撓性部材の
外被ゴムの状態を探究の結果、如何に、摩擦係数の小さ
い物質を使用しても、連続的に繰り返し圧接作動される
ゴムの機械的老化並びに温度の上昇傾向を防止する事は
出来ず、ひいては、摩耗破損を招来するものであるとの
知見を得、その解決手段として、可撓性部材と圧接する
上部下部の剛性壁体間に、合成繊維網状体を非接着状態
に介在させる事によって好結果が得られる結論を得たも
のである。

このように構成する事によって圧接時に、網状体が外被
ゴム表面に一部食い込んで固定性を発揮するものとなり
、表面上に合成繊維の網目模様が形成され、転がり並び
に滑り作用に対応して網目は自由に変形し、剛性壁体面
と合成繊維網状体との両者間にて滑り作用を行なうもの
となる。

従って、可撓性部材の外被ゴムの表面のゴムは、網目に
よって、繰り返される伸長圧縮作用が制限され、圧接摩
擦は、間接的に合成繊維の網目によって行なわれるため
、ゴムの機械的老化が著しく抑制され、また、温度の上
昇傾向も防止され、摩擦係数も低下し、従来の摩耗破損
が解消されたものと考えられる。

また、このように網目によって滑り作用が行なわれるた
め、空気ばねの横方向のばね定数を小さくする特徴をも
有するものである。

この発明に使用される合成繊維網状体は、無結節網目を
形成している網織物で、たとえば、ラッセルレース編の
様なものが好ましい。

このような網状体の中心部を切り欠いたドーナツ形に形
成され、円形の剛性壁体と空気バネの可撓性部材間に介
在使用されるものであり、使用される繊維は、天然繊維
は毛羽が多く耐久性に欠点があり、熱処理を施したポリ
アミド繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維等の毛羽
の少ない繊維が好ましい。

また、この合成繊維網状体の摩耗寿命を延ばすためには
、太い糸を使用するか、または、網目を編成している周
辺繊維形成部を樹脂加工によって耐摩耗性並びに剛性を
付加する事が必要である。

なお、網目は、その編成形態によって相違するが、通常
１ｍｍ以上６ｍｍ以下程度の範囲のものが使用される。

次に、実施例を示す図面に基づいて、この発明の態様を
具体的に説明する。

第１図は、従来の空気バネの上部の剛性壁体としての上
面板の平面図で、空気バネの可撓性部材が上面板との接
触によって早期破損する箇所を、接触する上面板上に斜
線部分にて示した平面図で、前記に説明したとおりであ
る。

第２図および第３図は、この発明の空気バネの一例を示
す縦断面図、 第４図は、上面板と可撓性部材間に介在する合成繊維網
状体のａ方向変位の場合の網目の変形する傾向の位置の
説明図で、網目ではなく線の粗密によって変形傾向を示
した拡大平面図、 第５図は、同じく反対方向（第５図のａ方向）の網目の
変形する傾向の位置の説明図で、線の粗密によって変形
傾向を示した拡大平面図である。

次に、第２図の実施例について説明する。

図において、１は、空気バネの可撓性部材、１ａは補強
材、１ｂはビードコア、Ｂはビードコアを埋設したビー
ド部、１ｃは外被ゴム、１ｄは内面ゴム、ＴＲＷは円形
の上部剛性壁体で、本例は、上面金属板２ａとストツパ
受台１０との円形構造体に、ゴムブロック２ｂに磨き金
属板または合成樹脂板等の低摩擦のすべり板２ｃを接着
または加硫接着した環状体を一体に固着して傾斜部とビ
ードシール部ＢＳを形成して上部剛性壁体を構成したも
のである。

本例ではすべり板２ｃには合成樹脂板を使用した。

円形の下部剛性壁体ＢＲＷは、本例では、円形の下面金
属板３とゴム座８および合成樹脂板からなるすべり板６
並びにビード押え９とから構成されているもので、下面
金属板３の周縁にゴム座８とすべり板６を接着してすべ
り面を形成し、ビード押え９によって、ビード部Ｂをシ
ールする様に固定したものであり、４はストツパである
。

５および７は合成繊維網状体で、本例ではほぼ４角形の
約３ｍｍの網目のラッセルレース編を使用した。

上記の構成において、合成繊維網状体を使用する前は、
すべり板２ｃを使用せずゴムブロック２ｂを使用し、可
撓性部材１に負荷される極端なねじり変位をゴムの剪断
変形によって吸収させるように考慮したが、なお大変位
の時摩耗を生起するため、さらに、合成樹脂のすべり板
２ｃと合成繊維網状体５を介在させるようにしたもので
ある。

すなわち、この発明に到達するまでの経過構造を示して
いるものである。

本実施例に示すごとく、この発明は、空気バネの外被ゴ
ムが接する上記および下部剛性壁体の内面には、合成樹
脂板のすべり板か不錆鋼のすべり板を固着するか、合成
樹脂をコーティングするか、直接磨き面を形成する等、
要するに、内面に平滑なすべり面を形成する事である。

すなわち、内面に平滑なすべり面を形成した上下の剛性
壁体と可撓性部材の外被ゴムとの間に合成繊維網状体を
介在させて車輌用空気バネを構成するものである。

第３図の実施例は、第２図の実施例のゴムブロック２ｂ
及びゴム座８が、合成繊維網状体を使用する事によって
必要性が低下したため、ゴム部分を排除した実施例を構
成したものである。

従って、第２図と第３図の実施例の相違は、上部剛性壁
体ＴＲＷが、第２図の上面金属板２ａの代わりに、ゴム
ブロック２ｂの内側形状まで変形した傾斜金属板２ａ′
を形成し、その内面に合成樹脂板からなる平滑なるすべ
り板２ｃを接着したものであるが、前述のとおり、上部
剛性壁体の内面にすべり面を形成する事である。

また、下部剛性壁体ＢＲＷは、第２図のゴム座８の代わ
りに金属形状に置換えた下部金属板３ａと合成樹脂板か
らなるすべり板６とビード押え９とからなり、円形の下
部金属板３ａの周縁に合成樹脂板からなるすべり板６を
接着してすべり面を形成し、ビード押え９によってビー
ド部Ｂをシールするビードシール部ＢＳを構成するもの
である。

すなわち、空気バネの外被ゴムと接する下部剛性壁体Ｂ
ＲＷの内面にすべり面を形成するものである。

上記のとおり、本実施例も、内面に平滑なすべり面を形
成した上下の剛性壁体間のすべり面と可撓性部材１の外
被ゴム１ｃとの間に合成繊維網状体５を介在させて、こ
の発明の車輌用空気バネを構成するものである。

なお、上下の剛性壁体は、前記のとおり、板状体からブ
ロック体または複合体等、使用箇所や用途によって適宜
に選定されうるものであり、要するに剛性の大なる金属
または合成樹脂等の剛性壁体であればよく、合成樹脂か
ら形成される場合は、そのもの自身が内面に磨き面すな
わちすべり面を形成すればよく、また、金属の場合は、
不錆性金属の磨き面が好ましい。

このような、金属または合成樹脂のすべり面間に介在す
る合成繊維網状体の作動の効果は、前記に説明したとお
りであるが、網目の変化の傾向の大略を第４図、第５図
に示す。

この網目の変化は複雑で表示は困難であり、図面はその
傾向を説明するために拡大線図にて示したもので、網目
はレース編に見られるような固定的なほぼ四角な網目を
形成しているもので、網目の範囲で微細な変形をなすも
のである。

この使用される合成繊維網状体５および７は中心部を切
り欠いたドーナツ形をしているため、空気ばねの横変位
時、すなわち、下部剛性壁体側を固定し、上部剛性壁体
側を矢印方向（変位の方向）に沿って相対変位させた場
合、第４図、第５図に示すように、ドーナツ形の合成繊
維網状体を８分割して対応させると、ａは変位方向の位
置で、ａ′は反対方向の位置を示し、ｂは変位方向のａ
ａ′間の中央の直角方向の位置を示し、ｃはａとｂの中
間点、ｃ′はａ′とｂの中間点の位置を示すものとする
と、ａとａ′の位置においての作動は転がりが主体とな
り、ｂとｂの位置においての作動は滑りが主体となる。

従って、ａ部は、上部剛性壁体にて押えられて変位する
ので動きが制約され、網目の変形がないが、ｂ部は滑り
によって網目は広げられるような変形をするため、ｃ′
部からａ′部も関連して広がるような変形傾向を示し、
ｃ部は押し縮められてその網目の間隔を狭めるような変
形傾向を示すものである。

また、図において上向変位と下向変位が同時に行なわれ
るとｃ′部の位置も網目の間隔が狭まるような変形を示
すものとなる。

本実施例に使用した合成繊維網状体の網目は約３ｍｍ程
度のほぼ正四角のようなラッセルレース編を使用したも
ので、一辺が３ｍｍ迄の固定された網目を形成している
もので、その四角の範囲内においてすべり面との間で微
細な変形をなすもので、第４図、第５図は傾向の拡大図
で、図示のように一辺の長さが変化するものではない。

すなわち、合成繊維網状体の網目は、空気バネに圧力空
気が送入されると可撓性部材１の外被ゴム表面に一部食
い込んで固定され、あたかも可撓性部材にすべり具を履
（は）かしたような状態を形成し、すべり面と合成繊維
網状体との間で間接的にすべり摩擦を生起し、外被ゴム
の摩耗が防止されるばかりでなく、ゴムの老化要因も著
しく抑制され、ゴムの物性を長期に保持する事が出来、
空気バネの耐久性の向上に資するものである。

次に、この実施例について、その耐久試験および横変位
試験並びにばね定数試験を行ない、従来品と対比してこ
の発明の特徴を説明する。

（イ）耐久試験 耐久試験は、大きな変位に換算し、さらに実車走行試験
での結果を加味して、下記の条件で、年間６万回の繰り
返し上下動を受けた場合、寿命を４箇年と想定して行な
った。

試験条件 空気バネの高さ １４０ｍｍ 内圧力 ５ｋｇ／ｃｍ２ 繰り返しサイクル ０．５Ｈｚ ストローク ±８１ｍｍ 上記の試験条件にて、従来の空気バネと、この発明の空
気バネを試験した結果を次表に示す。

（ロ）横変位試験 第６図は、空気バネの高さが１４０ｍｍ、内圧力５ｋｇ
／ｃｍ２の時の横剛性線図を示すもので、横軸は横変位
（ｍｍ）で、縦軸は荷重（ｋｇ）を示している。

（１）のヒステレシス曲線が従来製品の特性を表わすも
のであり、曲線が立っているのは、バネがかたい事を示
す。

（２）の点線で示すヒステレシス曲線が本発明の空気バ
ネであって、曲線はねている。

すなわち、バネが柔らかいことを示すものである。

（ハ）バネ定数試験 第７図は、空気バネの高さ１４０ｍｍ±４０ｍｍの横変
位の時のバネ定数線図を示すもので、横軸は内圧力（ｋ
ｇ／ｃｍ２）で、縦軸はバネ定数（ｋｇ／ｍｍ）を示し
ている。

（１）のバネ定数線図は従来製品の特性を表わすもので
あって、内圧力に正比例して大きくなる。

（２）のバネ定数線図は、本発明の車輌用空気バネの特
性を表わすもので、内圧力に関係なく、ほぼ平坦な不変
的なばね定数を示し且つ従来製品よりはるかに低い値を
示している。

上記のとおり、この発明の車輌用空気バネは、従来製品
に比し抜群の耐摩耗性、耐久寿命を有するばかりでなく
、柔らかい横変位並びに低いバネ定数で且つ内圧力に関
係なく不変的なバネ定数を示す従来製品には見る事の出
来ないすぐれた性能を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の空気バネの早期破損箇所の上面板接触
部（斜線部分）を示す平面図、第２図および第３図は、
この発明の車輌用空気バネの実施例の縦断面図、第４図
、第５図は、空気バネのそれぞれの変位方向における合
成繊維網状体の網目の変形位置の説明的拡大平面図、第
６図は、この発明製品と従来製品との横剛性線図、第７
図は、この発明製品と従来製品とのバネ定数線図である
。 ＴＲＷ・・・・・・上部剛性壁体、ＢＲＷ・・・・・・
下部剛性壁体、１・・・・・・可撓性部材、１ｃ・・・
・・・外被ゴム、５，７・・・・・・合成繊維網状体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内面に平滑なすべり面を形成した上部と下部剛性壁
   体間に、空気バネの可撓性部材を気密に装着する空気バ
   ネにおいて、上記の上部および下部剛性壁体と、可撓性
   部材の外被ゴムとの間に、合成繊維網状体を介在させた
   事を特徴とする車輌用空気バネ。 ２ 合成繊維網状体の網目を編成している周辺繊維形成
   部が合成樹脂加工されている特許請求の範囲第１項記載
   の車輌用空気バネ。