TWI739928B - 空氣彈簧及台車 - Google Patents

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TWI739928B
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北田秀樹
浦康彦
西村武宏
加村圭市郎
佐藤與志
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日商住友電氣工業股份有限公司
日商川崎重工業股份有限公司
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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Abstract

本發明之空氣彈簧具備：外筒；內筒，其組合於外筒；隔膜，其將外筒與內筒連結，並於外筒與內筒之間形成內部空間；止擋組件，其係以能於內筒上旋動之方式配置於內部空間，能抑制外筒超出必要地向內筒側移動；及旋動機構，其使止擋組件於內筒上旋動。止擋組件具有向外筒側突出之止擋部，外筒成組地具有向內筒側突出且配置於與止擋部對向之位置的4個以上突出部。屬於同組之各突出部係連續配置，且高度各異。屬於同組之突出部中高度最低之突出部係以不與屬於同組之突出部中高度最高之突出部相鄰之方式配置。

Description

空氣彈簧及台車
本發明係關於一種空氣彈簧及台車。
先前以來，已知有一種利用壓縮空氣之彈力性之空氣彈簧。習知之空氣彈簧之一例於例如日本專利特開2000-035075號公報中有所記載。該文獻中所記載之空氣彈簧具有用以保持壓縮變形量(壓縮行程)大致固定之高度調整機構。
作為習知之空氣彈簧之另一例，亦有日本專利特開2012-017769號公報中所記載之空氣彈簧。該公報中所記載之空氣彈簧係具備下降限制手段之附止動件之空氣彈簧。作為習知之空氣彈簧之又一例，可列舉日本專利特開2012-145135號公報中所記載之空氣彈簧。該空氣彈簧具備用以限制上下方向之位移量之止動件。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2000-035075號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-017769號公報
[專利文獻3]日本專利特開2012-145135號公報
作為本發明之一態樣之空氣彈簧具備外筒、與該外筒組合之內筒、及將外筒與內筒連結並於外筒與內筒之間形成內部空間之隔膜。該空氣彈簧具備：止擋組件，其係以能於內筒上旋動之方式配置於內部空間，能抑制外筒超出必要地向內筒側移動；及旋動機構，其使該止擋組件於內筒上旋動。而且，止擋組件具有向外筒側突出之止擋部，外筒成組地具有向內筒側突出且設置於與止擋部對向之位置的4個以上突出部，屬於同組之各突出部係連續配置，且高度各異，屬於同組之突出部中高度最低之突出部係以不與屬於同組之突出部中高度最高之突出部相鄰之方式配置。
以下，雖利用圖1~圖9，對本發明之實施形態之空氣彈簧進行說明，但於此之前，先對具有代表性之習知例即上述專利文獻1(日本專利特開2000-035075號公報)所記載之空氣彈簧中存在的問題進行說明。
該空氣彈簧中，於外筒(6)設置有複數個被支持面(6a、6b、6c)。如專利文獻1之圖7所示，高度最低之被支持面(6a)係與高度最高之被支持面(6c)鄰接而配置。該空氣彈簧中，外筒(6)不僅會向內筒(2)側移動，而且有時會相對於內筒(2)水平移動或旋轉。於以高度最低之被支持面(6a)與隆起部(8b)對向之方式設定好止動件之位置之情形時，存在如下情況，即，由於外筒(6)向內筒(2)側移動，而導致高度最高之被支持面(6c)位於較隆起部(8b)之上表面更低之位置。該狀態下，若外筒(6)相對於內筒(2)水平移動或旋轉，則有隆起部(8b)之側面與高度最高之被支持面(6c)之側面相撞之可能性。
本實施形態之空氣彈簧能解決如上所述之專利文獻1所記載之空氣彈簧中的問題。又，本實施形態之空氣彈簧可用於懸架裝置、防振裝置、車 高調整裝置等各種用途，例如用於鐵路車輛之情形時，安裝於車輛與台車部(台車及車輪)之間，能減輕自車輪向車輛傳遞之振動。
本實施形態之空氣彈簧係自封方式之空氣彈簧，具備外筒、與該外筒組合之內筒、及將外筒與內筒連結並於外筒與內筒之間形成內部空間之隔膜。外筒及內筒可用金屬或纖維強化塑料(Fiber Reinforced Plastics)等具有剛性之原材料而製作。隔膜可用彈性體等彈性材料而製作。內部空間為密閉空間，於內部空間中封入加壓空氣。
本實施形態之空氣彈簧亦具備：止擋組件，其係以能於上述內筒上旋動之方式配置於內部空間，能抑制外筒超出必要地向內筒側移動；及旋動機構，其使該止擋組件於內筒上旋動。止擋組件能以手動方式加以驅動，亦能藉由來自動力源之動力加以驅動。
本實施形態之空氣彈簧之上述止擋組件具有向外筒側突出之止擋部。本實施形態之空氣彈簧之上述外筒成組地具有向內筒側突出且設置於與止擋部對向之位置的4個以上突出部，屬於同組之各突出部係連續配置，且高度各異，屬於同組之突出部中高度最低之突出部係以不與屬於同組之突出部中高度最高之突出部相鄰之方式配置。
1‧‧‧外筒
2‧‧‧止擋組件
4‧‧‧隔膜
5‧‧‧轉桿
6‧‧‧積層橡膠
7‧‧‧把手
8‧‧‧底板
9‧‧‧內筒
10‧‧‧空氣彈簧
11、12、13、14‧‧‧突出部
16‧‧‧環狀凸部
17‧‧‧連結部
18‧‧‧凸緣部
21‧‧‧止擋部
21a‧‧‧橡膠層
21b‧‧‧金屬層
21c‧‧‧減摩材料
22‧‧‧底座部
23‧‧‧環部
25‧‧‧螺絲
26‧‧‧橡膠座
27‧‧‧內部空間
28‧‧‧螺栓
33‧‧‧螺絲孔
100‧‧‧台車
110‧‧‧台車架
110a、110b‧‧‧側樑
130‧‧‧車輪
120‧‧‧車軸
H1、H2、H3、H4‧‧‧高度
圖1係本發明之實施形態1之空氣彈簧之剖面圖。
圖2係表示圖1所示之止擋組件及內筒之俯視圖。
圖3係表示圖1所示之外筒之內部構造之局部俯視圖。
圖4係表示圖1所示之止擋組件與外筒之突出部的位置關係之俯視圖。
圖5係表示本發明之實施形態1之突出部的排列態樣之說明圖。
圖6係表示比較例之空氣彈簧之外筒的突出部之排列態樣之說明圖。
圖7係比較例之空氣彈簧之外筒接近內筒之狀態下的突出部與止擋部 之位置關係之說明圖。
圖8係本發明之實施形態1的空氣彈簧之外筒接近內筒之狀態下的突出部與止擋部之位置關係之說明圖。
圖9係本發明之實施形態2之空氣彈簧之局部剖面圖。
圖10係本發明之實施形態3之台車之側視圖。
[本申請發明之實施形態之說明]
首先，列舉本申請發明之實施形態進行說明。
(1)本發明之一態樣之空氣彈簧具備外筒、內筒、隔膜、止擋組件、及旋動機構。內筒與外筒組合。隔膜將外筒與內筒連結，並於 外筒與內筒之間形成內部空間。止擋組件係以能於內筒上旋動之方式配置於內部空間，能抑制外筒超出必要地向內筒側移動。止擋組件具有向外筒側突出之止擋部。外筒成組地具有向內筒側突出之4個以上突出部，屬於同組之各突出部係連續配置，且高度各異，屬於同組之突出部中高度最低之突出部係以不與屬於同組之突出部中高度最高之突出部相鄰之方式配置。藉此，能抑制止擋部之側面與突出部之側面相撞而造成損傷。
(2)於上述(1)之空氣彈簧中，亦可為，屬於同組之突出部中高度最低之突出部配置在屬於同組之突出部中高度第二低之突出部與屬於同組之突出部中高度第三低之突出部之間。於該情形時，屬於同組之突出部中高度最低之突出部與和其鄰接之突出部的高度差最小，因此能進而抑制止擋部之側面與突出部之側面相撞而造成損傷。
(3)於上述(1)之空氣彈簧中，亦可為，在屬於同組之突出部中高度最低之上述突出部與屬於同組之突出部中高度最高之突出部之間，配置有屬於同組之突出部之個數減去3所得之個數的突出部。於該情形時，屬於同組之突出部中最低之突出部與屬於同組之突出部中高度最高之突出部的間隔最大，因此能進而抑制止擋部之側面與突出部之側面相撞而造成損傷。
(4)於上述(1)之空氣彈簧中，亦可為，止擋部之個數為複數個，且突出部之組數與止擋部之個數相等。藉此，能兼顧抑制外筒向內筒側移動之確實性及止擋部與突出部相撞之困難性。
(5)於上述(1)~(4)之空氣彈簧中，亦可為，止擋部具有橡膠層及金屬層，且橡膠層與金屬層係交替配置。藉此，與僅由橡膠 層構成止擋部之情形相比，止擋部之壓縮方向上之剛性提高，從而能更確實地抑制外筒向內筒側移動。
(6)於上述(5)之空氣彈簧中，亦可為，止擋部之上表面形成有減摩材料。藉此，能使止擋部與突出部之間之滑動流暢。
[本申請發明之實施形態之詳情]
其次，對本申請發明之實施形態之詳情進行說明。
(實施形態1)
圖1中示出本發明之實施形態1之空氣彈簧。如圖1所示，空氣彈簧10具備外筒1、內筒9、及隔膜4。外筒1具備上面板、自上面板突出(向內筒9側突出)之複數個突出部11~14、及自上面板立起且位於較突出部12~14靠外側之環狀凸部16。上面板於中央部具有平板部，且於周緣部具有側壁部。於上面板之平板部之中央部設置有孔部，於該孔部安裝連結部17。突出部11~14具有圓筒狀之形狀，如圖1所示，具有各不相同之高度。雖突出部11~14於圖1之例中為空心，但亦可為實心。
如圖1所示，內筒9包含位於中央部之孔部、於該孔部周圍具有上表面部之下面板、自該下面板立起之凸緣部18、及配置於下面板之上表面部之止擋組件2。止擋組件2包含具有圓筒狀之形狀之複數個止擋部21、載置止擋部21之底座部22、及安插於下面板之中央部之孔部內的環部23。止擋部21具有抑制外筒1向內筒9側移動特定量以上之功能。
如圖1所示，隔膜4將外筒1與內筒9連結，並於外筒1與內筒9之間形成內部空間27。隔膜4之一端側之部分沿著外筒1之側壁部及上面板延伸，隔膜4之一端抵接於外筒1之環狀凸部16。隔膜4之另 一端載置於內筒9之周緣部上，且抵接於內筒9之凸緣部18。藉此，能使空氣彈簧10之內部空間27成為密閉空間。於隔膜4與內筒9之周緣部之間配置有橡膠座26。
於內筒9之下配置有底板8。底板8於中央部具有筒狀部，該筒狀部安插於止擋組件2之環部23內。於內筒9設置有螺絲孔33，藉由將插通底板8之螺栓28螺固於螺絲孔33內，能將底板8固定於內筒9。於內筒9與底板8之間配設有用以旋動操作止擋組件2之轉桿5。轉桿5之一端藉由螺絲25固定於環部23，於轉桿5之另一端安裝把手7，以便能用手旋動操作轉桿5。於底板8之下配置有積層橡膠6。此外，止擋組件2於以止擋部21與突出部11~14對向之方式旋動後的狀態下，會酌情固定於內筒9或底板8。
圖2中示出內筒9之內部構造例。如圖2所示，止擋組件2具備3個底座部22，於各底座部22之外側端部上分別固定有止擋部21。止擋部21自底座部22朝外筒1側突出。各底座部22係以相等間隔配置。於圖2之例中，各底座部22係隔開120°之間隔而配置。進而，各底座部22具有相等之長度。
藉由旋動操作轉桿5，會使3個底座部22同時旋動，隨之，3個止擋部21亦同時旋動。此時，3個底座部22於內筒9之下面板之上表面部上滑動。
圖3中示出外筒1之內部構造。如圖3所示，4種高度之突出部11~14係以相等間隔配置。該4種高度之突出部11~14連續配置。該4種高度之突出部11~14成為一組。屬於同組之突出部之個數只要為4 以上即可。成為一組之各突出部11~14連續配置。組數亦可為複數。於圖3之例中，設置有3組具有各不相同之高度的4種突出部11~14。即，於圖3之例中，設置有與止擋部21之個數相等之數量的突出部11~14組。而且，如圖4所示，具有相同高度之3個突出部12配置於與3個止擋部21對應之位置。對突出部11、突出部13~14亦同樣地進行配置。即，各組之突出部之排列相同。藉此，能使3個止擋部21旋動，而配置於同時與具有相同高度之3個突出部11對向的位置。
圖5中模式性示出突出部11~14之排列。如圖5所示，突出部11~14係按突出部11、突出部12、突出部13、突出部14之順序排列。此外，突出部11與屬於鄰組之突出部14鄰接，突出部14與屬於另外一個鄰組之突出部11鄰接。
突出部11具有高度H1。突出部12具有高度H2。突出部13具有高度H3。突出部14具有高度H4。突出部11~14之高度H1~H4滿足高度H4>高度H1>高度H3>高度H2之關係。即，突出部11~14係以高度最高之突出部(突出部14)不與高度最低之突出部(突出部12)相鄰之方式排列。關於此種排列態樣，自另一觀點而言，高度最低之突出部(突出部12)配置於高度最高之突出部以外之突出部(突出部11及突出部13)之間。即，高度最低之突出部(突出部12)配置於高度第二低之突出部(突出部13)與高度第三低之突出部(突出部11)之間。自又一觀點而言，於高度最低之突出部與高度最高之突出部之間較佳為配置有n-1個(屬於同組之突出部之個數為2n(n係2以上之整數)之情形時)、或者n個或n-1個(屬於同組之突出部之個數為2n+1之情形時)之突出部。
以下，將實施形態1之空氣彈簧之效果與比較例加以對比而進行說明。圖6中模式性示出比較例之空氣彈簧之突出部11~14之排列。如圖6所示，比較例之空氣彈簧之突出部11~14係按突出部12、突出部13、突出部11、突出部14之順序排列。突出部12係與屬於鄰組之突出部14鄰接而配置。突出部14係與屬於另外一個鄰組之突出部12鄰接而配置。即，於比較例之空氣彈簧中，存在高度最高之突出部(突出部14)與高度最低之突出部(突出部12)鄰接而配置之部位。
圖7中模式性示出比較例之空氣彈簧之外筒1接近內筒9之狀態下的突出部11~14與止擋部21之位置關係。圖8中模式性示出實施形態1之空氣彈簧之外筒1接近內筒9之狀態下的突出部11~14與止擋部21之位置關係。此外，圖7及圖8中示出止擋組件2以止擋部21與突出部12對向之方式定位的狀態。
如上所述，於比較例之空氣彈簧中，高度最低之突出部即突出部12與高度最高之突出部即突出部14相鄰而配置。因此，如圖7所示，於外筒1向內筒9側移動至止擋部21與突出部12非常接近之位置之情形時，突出部14之下表面之位置(圖中之單點鏈線)低於止擋部之上表面之位置(圖中之虛線)。該狀態下，若受到會使外筒1相對於內筒9水平移動或旋轉之振動(圖中之箭頭方向之振動)，則存在止擋部21之側面與突出部14之側面相撞之情形。存在空氣彈簧由於此種相撞而產生損傷之虞。又，安裝有空氣彈簧之車輛之搭乘體驗會由於此種相撞而惡化。
另一方面，於實施形態1之空氣彈簧中，高度最低之突出部即突出部12與高度最高之突出部以外之突出部即突出部11及突出部13鄰 接，因此如圖8所示，只要外筒1不移動至更靠近內筒9之位置，突出部11及突出部13之下表面便不會處於較止擋部21之上表面更低之位置。因此，於實施形態1之空氣彈簧中，即便施加會使外筒1相對於內筒9水平移動或旋轉之振動，突出部11~14之側面與止擋部21之側面亦不易相撞。因此，於實施形態1之空氣彈簧中，能抑制空氣彈簧產生損傷，又，能抑制安裝有空氣彈簧之車輛之搭乘體驗惡化。
於實施形態1之空氣彈簧中，高度最低之突出部(突出部12)配置於高度第二低之突出部(突出部13)與高度第三低之突出部(突出部11)之間之情形時，屬於同組之突出部中高度最低之突出部與和其鄰接之突出部的高度差最小，因此能進而抑制止擋部21之側面與突出部11~14之側面相撞而造成損傷。
於實施形態1之空氣彈簧中，高度最低之突出部與高度最高之突出部之間配置有n-1個(屬於同組之突出部之個數為2n(n係2以上之整數)之情形時)、或者n個或n-1個(屬於同組之突出部之個數為2n+1之情形時)之突出部之情形時，屬於同組之突出部中最低之突出部與屬於同組之突出部中高度最高之突出部的間隔最大，因此能進而抑制止擋部之側面與突出部之側面相撞而造成損傷。
於實施形態1之空氣彈簧中，突出部11~14之組數與止擋部21之個數相等之情形時，外筒1向內筒9側之移動於複數個部位得到抑制。因此，於該情形時，外筒1向內筒9側之移動更確實地得到抑制。於突出部11~14之組數為複數之情形時，突出部之個數增加。其結果，突出部間之間隔變窄。即，於受到會使外筒1相對於內筒9水平移動或旋轉之 振動之情形時，突出部11~14之側面與止擋部21之側面變得容易相撞。
然而，於實施形態1之空氣彈簧中，不存在高度最高之突出部(突出部14)與高度最低之突出部(突出部12)鄰接而配置之部位，因此即便為此種情形，亦可抑制突出部11~14之側面與止擋部21之側面相撞。因此，於該情形時，一方面可更確實地抑制外筒1向內筒9側移動，一方面亦可抑制空氣彈簧產生損傷及安裝有空氣彈簧之車輛之乘坐體驗惡化。
(實施形態2)
圖9中示出實施形態2之空氣彈簧之止擋部21之構造。如圖9所示，止擋部21具有積層橡膠構造。即，止擋部21具有橡膠層21a、及金屬層21b。橡膠層21a與金屬層21b係沿著自止擋部之底面朝上表面之方向交替配置。止擋部21之上表面側配置有金屬層21b。止擋部21藉由具有此種構造，與僅由橡膠層21a構成止擋部21之情形相比，對抗壓縮變形之剛性提高。
又，於止擋部21上(更具體而言，配置於止動件21部之上表面側之金屬層21b上)，亦可設置有減摩材料21c。減摩材料21c係一種與突出部11~14之摩擦係數小於突出部11~14與金屬層21b之摩擦係數的材料。關於減摩材料21c，可使用例如鐵氟龍(註冊商標)。
以下，對實施形態2之空氣彈簧之效果進行說明。
止擋組件2定位於止擋部21與突出部11~14對向之位置。又，藉由使止擋部21之上表面與突出部11~14之下表面相撞而抑制外筒1向內筒9側移動。
於止擋部21及突出部11~14整體係由金屬所形成之情形時，當止擋部21之上表面與突出部11~14之下表面相撞時，會因止擋部21及突出部11~14之硬度而產生衝擊、噪音等。另一方面，於止擋部21及突出部11~14整體係由橡膠所形成之情形時，止擋部21及突出部11~14會因止擋部21之上表面與突出部11~14之下表面相撞而大幅變形，因此無法充分抑制外筒1向內筒9側移動。
實施形態2之空氣彈簧之止擋部21具有橡膠層21a。因此，能藉由柔軟之橡膠層21a，而緩和止擋部21之上表面與突出部11~14之下表面相撞時之衝擊、噪音等。又，實施形態2之空氣彈簧之止擋部21具有橡膠層21a與金屬層21b積層之構造，因此與僅由橡膠層21a構成止擋部21之情形相比，對抗壓縮變形之剛性更高。因此，於實施形態2之空氣彈簧中，能充分抑制外筒1向內筒9側移動。綜上所述，根據實施形態2之空氣彈簧，能兼顧緩和噪音、衝擊等及抑制外筒1向內筒9側移動之確實性。
進而，於實施形態2之空氣彈簧中，止擋部21之上表面設置有減摩材料21c之情形時，能使止擋部21之上表面與突出部11~14之下表面之間之滑動流暢。
(實施形態3)
以下，對實施形態3之台車之構成進行說明。
圖10中示出實施形態3之台車100之側視圖。如圖10所示，實施形態3之台車100具有空氣彈簧10、台車架110、車軸120、及車輪130。台車架110具有側樑110a及側樑110b。車輪130安裝於車軸120之 兩端，車軸120安裝於台車架110。更具體而言，台車架110係藉由經由軸彈簧(未圖示)以車軸120支承側樑110a及側樑110b，而安裝於車軸120。空氣彈簧10係上述實施形態1或實施形態2之空氣彈簧。空氣彈簧10安裝於台車架110。更具體而言，空氣彈簧10之積層橡膠6之側安裝於台車架110。
以下，對實施形態3之台車之效果進行說明。
如上所述，實施形態3之台車100具有實施形態1或實施形態2之空氣彈簧即空氣彈簧10。因此，於實施形態3之台車100中，能抑制空氣彈簧產生損傷及安裝於台車之車輛之搭乘體驗惡化。
如上，雖對本發明之實施形態進行了說明，但自最初便亦計劃將各實施形態之特徵適當組合。又，應瞭解，此次所揭示之實施形態於所有方面均為例示，而非進行限制。本發明之範圍係由申請專利範圍所展示，包含與申請專利範圍均等之含義及範圍內之所有變更。
1‧‧‧外筒
2‧‧‧止擋組件
4‧‧‧隔膜
5‧‧‧轉桿
6‧‧‧積層橡膠
7‧‧‧把手
8‧‧‧底板
9‧‧‧內筒
10‧‧‧空氣彈簧
11、12、13、14‧‧‧突出部
16‧‧‧環狀凸部
17‧‧‧連結部
18‧‧‧凸緣部
21‧‧‧止擋部
22‧‧‧底座部
23‧‧‧環部
25‧‧‧螺絲
26‧‧‧橡膠座
27‧‧‧內部空間
28‧‧‧螺栓
33‧‧‧螺絲孔

Claims (7)

  1. 一種空氣彈簧，其具備：外筒；內筒，其與上述外筒組合；隔膜，其將上述外筒與上述內筒連結，並於上述外筒與上述內筒之間形成內部空間；止擋組件，其係以能於上述內筒上旋動之方式配置於上述內部空間，能抑制上述外筒超出必要地向上述內筒側移動；及旋動機構，其使上述止擋組件於上述內筒上旋動；且上述止擋組件具有向上述外筒側突出之止擋部，上述外筒成組地具有向上述內筒側突出且配置於與上述止擋部對向之位置的4個以上突出部，屬於上述組之各上述突出部係連續配置，且高度各異，屬於上述組之上述突出部中高度最低之突出部係以不與屬於上述組之上述突出部中高度最高之突出部相鄰之方式配置。
  2. 如申請專利範圍第1項之空氣彈簧，其中屬於上述組之上述突出部中高度最低之突出部配置在屬於上述組之上述突出部中高度第二低之突出部與屬於上述組之上述突出部中高度第三低之突出部之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之空氣彈簧，其中在屬於上述組之上述突出部中高度最低之突出部與屬於上述組之上述突出部中高度最高之突出部之間，屬於上述組之上述突出部之個數為2n(n係2以上之整數)之情形時，配置有n-1個上述突出部，屬於上述組之上述突出部之個數 為2n+1(n係2以上之整數)之情形時，配置有n個或n-1個屬於上述組之上述突出部。
  4. 如申請專利範圍第1項之空氣彈簧，其中上述止擋部之個數為複數個，且上述突出部之上述組之數量與上述止擋部之個數相等。
  5. 如申請專利範圍第1項之空氣彈簧，其中上述止擋部具有橡膠層及金屬層，且上述橡膠層與上述金屬層係交替積層。
  6. 如申請專利範圍第1項之空氣彈簧，其中上述止擋部之上表面設置有減摩材料。
  7. 一種台車，其具備如申請專利範圍第1至6項中任一項之上述空氣彈簧。
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