JPWO2013094136A1

JPWO2013094136A1 - 空気ばね

Info

Publication number: JPWO2013094136A1
Application number: JP2013550095A
Authority: JP
Inventors: 潤新井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2015-04-27
Also published as: CN104011426A; WO2013094136A1; EP2796747A4; EP2796747A1

Abstract

上面板および下面板と、前記上面板および下面板のそれぞれの面板に、それぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、内部に、大気圧以上の圧力の加圧気体を封入してなり、前記上面板および下面板の面板の相互の対向面の少なくとも一方に、重量平均分子量２００万以上のポリエチレン樹脂の摺動板を設けてなることを特徴とする。

Description

本発明は、鉄道車両、産業機械、自動車等に用いることのできる空気ばねに関するものである。

従来技術

上面板および下面板と、これらのそれぞれの面板に、それぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、内部に、大気圧以上の加圧気体、例えば加圧空気を封入してなる空気ばね装置において、特許文献１には、この空気ばねの上面板側もしくは下面板側に、垂直方向の入力によって主には剪断変形される、ゴムを主体とする剪断ばね手段、例えば円錐台状ばね手段を配設してなる車両用懸架装置が開示されている。

このような車両用懸架装置では、エアが供給されない状態（パンク状態）での水平方向変位を許容するため、上面板と下面板の相互を面接触させながら水平摺動可能としている。
これがため、特許文献１には、上面板の下面側に形成される摺動面に当接する、フッ素樹脂製の滑り板を下面板に配設するとともに、前記摺動面に、燐酸亜鉛処理してからフッ素樹脂または二硫化モリブデンを塗装してなる塗膜を形成して、上面板と下面板とが相対摺動する際の摩擦を軽減させる技術が提案されている。

特開２０１０−１２７３５０号公報

本発明は、面板の摩擦力をより有効に低減させることのできる空気ばねを提案するものである。

本発明にかかる空気ばねは、上面板および下面板と、前記上面板および下面板のそれぞれの面板に、それぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、内部に、大気圧以上の圧力の加圧気体を封入してなるものであって、前記上面板および下面板の面板の相互の対向面の少なくとも一方に、重量平均分子量２００万以上のポリエチレン樹脂の摺動板を設けてなることを特徴とするものである。

この空気ばねでは、上面板および下面板の面板の相互の対向面の少なくとも一方に、重量平均分子量２００万以上のポリエチレン樹脂の摺動板を設けることで、特にパンク時等において、上面板および下面板の相互が水平摺動する場合、それらの摺動面間に作用する摩擦力を、従来技術のそれに比してより有効に低減させることができる他、高分子量のポリエチレン樹脂に固有の特性に基づき高い耐摩耗性を発揮することができる。

すなわち、重量平均分子量２００万未満では、空気ばねそれ自体を軽量化することができるが、十分小さい摩擦係数を得ることや、十分な耐摩耗性を得ることができないおそれがある。また、上面板等の射出成形が困難となり、それらを生産することが困難になるおそれがある。

この発明の空気ばねの実施の形態を、積層ゴムを取り付けた状態で示す縦断面図である。図１の空気ばねの下面板に設けた溝を示す、下面板の平面図である。実施例の空気ばね装置の下面板を示す縦断面図である。実施例及び比較例の摩擦係数測定試験の結果を示すグラフである。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１中１は、空気ばね装置の全体を、２は、例えば水平姿勢で車体側に取付けられる上面板を、また３は下面板を、そして４は、それらの両面板２、３にそれぞれの端部を気密に連結した、図ではセルフシール構造の筒状可撓膜体をそれぞれ示し、これらの部材２，３，４は、その内部に形成される空間に、空気、不活性ガス等とすることができる所定の圧力の気体を封入して、該空間を気体室とすることで空気ばね５を構成する。
ここでは、この空気ばね５の上面板２に、流路絞り部としてのボス２ａを設ける。

図に示すところでは、空気ばね５の下面板３の下面に、環状のゴム板と環状剛性板との、所要の枚数の交互の水平積層構造になる積層ゴム６を接合させて設け、そして、下面板３の中央部に形成した気体流路３ａを、積層ゴム６の、中央貫通穴６ａおよび、台車側への取付けボス６ｂに形成した気体流路６ｃを介して、台車側に配設される図示しない補助タンクに連通させることで、その気体流路３ａ，６ｃで、垂直方向の入力に対する気体減衰機構を構成する。
また、積層ゴム６の内径及び外径は図では全て等しく設定されているが、特に限定されない。
なおここでは、空気ばね５の下面板３に、このような積層ゴム６を設けてなる装置の全体を、空気ばね装置１としている。

さらに、図示のこの空気ばね５では、上面板２の、図では上側の面に上端支持部材７が取り付けられており、また積層ゴム６の、図では下側の面に、ばね下側（台車）等に取り付けて固定するための下側のボス６ｂを有する下端支持部材８が取り付けられている。

そして、空気ばね装置１において、上面板２および下面板３の面板の相互の対向面の少なくとも一方、図では両方に、重量平均分子量２００万以上、好ましくは２００万〜３００万のポリエチレン樹脂の摺動板２ｄ，３ｄを設ける。

また、図面では上面板２および下面板３のそれぞれと、摺動板２ｄおよび３ｄのそれぞれとは一体に形成されているが、上面板２および下面板３と、摺動板とは別部品で形成しても良く、上面板２または下面板３の一方と摺動板とを一体に形成してもよい。また摺動板は上面板または下面板のいずれかにのみに形成してもよい。

このような空気ばね装置１は、気体流路２ｂを経て、所定の圧力の、空気、不活性ガス等の気体を、空気ばね５および補助タンク内へ充填封入することで、空気ばね５に所要のばね機能を発揮させることができ、そして、空気ばね５に作用する荷重の変動、空気ばね５への振動入力等に対しては、封入気体を、気体流路６ｃを経て、空気ばね５と補助タンクとの間で流動変位させることで、その気体流路３ａによる、加圧気体の摩擦、拡散等に基づいて空気ばね５に所要の減衰機能を発揮させることができる。

また、空気ばね装置１を鉄道車両等に装着した場合、空気ばね５は、鉄道車両等の振動を吸収し、鉄道車両等からの荷重による垂直方向への変形を抑制しながら、水平方向への入力に対し、その入力と同一の方向に撓み変形する。また、積層ゴム６も前後方向の入力によって大きく剪断変形するので、空気ばね装置全体として水平方向への変形量を大きく確保することが可能となる。それらのことから、空気ばね５により振動を吸収して乗車時の乗り心地性を向上させつつも、空気ばね装置１を前後方向に充分に変形させることが可能となる。これにより、ある程度の荷重までは小さいばね定数による柔らかいばね特性を持つ状態にできるとともに、大荷重が作用する場合には大きいばね定数による硬いばね特性を持つ状態にできる。

これらの面板２，３は、垂直方向の大きな荷重の作用または、空気ばね５のパンク等に起因して、両面板が当接した場合には、摺動板２ｄ，３ｄが、面板２，３の水平面内での摺動変位を十分円滑なものとするべく機能する。さらに、前後方向の大変位は、摺動板２ｄ，３ｄの作用に基づく滑り変位によって吸収されることになる。

従来の空気ばねでは、面板に使用されていた材質はフッ素樹脂（ＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレン）が大多数であったが、フッ素樹脂の摩擦係数は０．１５程度である。
それに対し、本発明では、摺動板２ｄ，３ｄを２００万〜３００万のポリエチレン樹脂で構成することにより、例えば摩擦係数０．１〜０．１５の摺動特性が向上した面板を得ることができる。
すなわち、３００万を超えると成形性や加工性が悪くなるため、摺動板が平滑にならずに、反ってしまうことで、摩擦係数が増加するおそれがある。また、重量平均分子量が２００万より小さいと、摺動板に充分な硬さが得られず、摺動板自体が変形するため、摩擦係数が０．１５以上となり、摩耗が大きくなる。

ところで、上面板２および下面板３の少なくとも一方の対向面に設けた摺動板２ｄ，３ｄの、気体室に望む面に、図２に例示するような、その摺動板の中心から放射状に延びる一本以上の溝３ｅを配設することが好ましく、この構成により、空気ばね５に空気等の気体が封入される際の流路を確保することができる。なお、摺動板のみに溝を形成することができるとともに、上面板２及び／または下面板３まで及ぶ深さの溝を形成することもできる。
ここで、溝３ｅは直線状の形態のみならず、ジグザグ形状、波線形状、湾曲形状、クランク状等で延在させることもできる。

そしてまた、上面板２および下面板３の少なくとも一方と、摺動板２ｄ，３ｄを一体に形成するときは、上面板２および下面板３のそれぞれと、摺動板２ｄおよび３ｄのそれぞれとを接着等する必要がないため、生産工数を削減して生産性を向上させることができるとともに、上面板が対向する下面板に当接した状態で摺動したときに、摺動板を一体形成した上面板および下面板の少なくとも一方からの、摺動板の剥離のおそれがない。また、摺動板が、摺動板と一体形成した上面板及び／または下面板に対して、特に摺動板の径方向に、位置ずれすることを抑制することができる。これにより、面板同士の摺動変位をより安定化させることができる。
そして、摺動板と、上面板２及び／または下面板３とを別個に形成し、上述したように上面板２及び／または下面板３まで及ぶ深さの溝が形成されている場合には、摺動板の位置ずれによって、摺動板と、上面板２及び／または下面板３との境界で、溝にずれが生じて気体の流れが妨げられるおそれがあるのに対し、摺動板と、上面板２及び／または下面板３とを一体形成することで、上面板２及び／または下面板３が大きく変位した際にも、溝による気体の流れを確保することができる。
さらに、金属材料等を上面板２および下面板３に用いることがないため、空気ばねの軽量化が可能となる。

次に、図１〜３に示すような構造を有し、下面板を分子量２００万のポリエチレン樹脂（Ticona社 GUR UHMW-PE 5113）とした実施例空気ばね装置と、下面板をポリテトラフルオロエチレン樹脂（日本ピラー工業（株）ピラフロンG4）とした比較例空気ばね装置１と、下面板を分子量１０万のポリエチレン樹脂（（株）プライムポリマー HI-ZEX 2100J）とした比較例空気ばね装置２とをそれぞれ試作し、それぞれにつき摩擦係数を評価した。なお、上記の実施例空気ばね装置及び、比較例空気ばね装置１，２では、上面板を金属材料で構成し、また、下面板を摺動板と一体形成して、下面板それ自体を摺動板とした。
本発明では、上面板および下面板以外の空気ばね装置の構造については改変を要しないため、従来の空気ばね装置の構造とほぼ同様とした。

実施例空気ばね装置および比較例空気ばね装置１、２のそれぞれを、垂直荷重50KNを負荷した状態で、水平方向に各速度で加振して、摩擦係数を測定した。その結果を図４に示す。

図４の結果から明らかなように、実施例空気ばね装置は、比較例空気ばね装置１、２に対して、摩擦係数を低減することができた。

１空気ばね装置
２上面板
２ａボス
２ｂ気体流路
２ｄ，３ｄ摺動板
３ｅ溝
３下面板
３ａ気体流路
４筒状可撓膜体
５空気ばね
６積層ゴム
６ａ中央貫通穴
６ｂ取付けボス
６ｃ気体流路
７上端支持部材
８下端支持部材

Claims

上面板および下面板と、前記上面板および下面板のそれぞれの面板に、それぞれの端部を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、内部に、大気圧以上の圧力の加圧気体を封入してなる空気ばねにおいて、
前記上面板および下面板の面板の相互の対向面の少なくとも一方に、重量平均分子量２００万以上のポリエチレン樹脂の摺動板を設けてなることを特徴とする空気ばね。
前記ポリエチレン樹脂からなる前記摺動板に、該摺動板の中心から放射状に延びる一本以上の溝を配設してなる請求項１に記載の空気ばね。
前記上面板及び前記下面板の少なくとも一方と、前記摺動板とを一体に形成してなる、請求項１または２に記載の空気入りばね。