WO2017033695A1 - 空気ばね装置 - Google Patents

Abstract

空気ばね装置（１）は、上部材（２）および下部材（３）と、これらの両部材（２、３）に両端開口部（４ａ、４ｂ）が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材（４）と、を備えている。上部材（２）および下部材（３）にそれぞれ、筒状膜部材（４）内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部（１１、１８）が各別に備えられている。上部材（２）および下部材（３）のうちの少なくとも一方は、複数の当接部（１８）と、表面に当接部（１８）が固着された複数の保持部（１９）と、保持部（１９）の裏面（１９ｂ）側を支持する基部（２０）と、を備えている。複数の保持部（１９）は、基部（２０）に各別に着脱自在に配設されている。

Description

空気ばね装置

　本発明は、例えば鉄道車両等の車体と台車との間に配設される空気ばね装置に関する。
　本願は、２０１５年８月２５日に、日本に出願された特願２０１５－１６５４１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来から、上部材および下部材と、これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備え、上部材および下部材にそれぞれ、筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置が知られている。
　この種の空気ばね装置として、例えば下記特許文献１に示されるような、下部材に円盤状の保持部が備えられ、この保持部の上面に全域にわたって当接部が固着された構成が知られている。

特開２０１２－１７７４０７号公報

　しかしながら、前記従来の空気ばね装置では、当接部が、円盤状の保持部の上面に全域にわたって固着されている。そのため、当接部のうちの一部が損傷した場合でも、保持部および当接部の全体を交換する必要があり、メンテナンス費用が増大するという問題があった。

　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、メンテナンス費用を低減することができる空気ばね装置を提供することである。

　前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
　本発明に係る空気ばね装置は、上部材および下部材と、これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備えている。前記上部材および前記下部材にそれぞれ、前記筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられている。前記上部材および前記下部材のうちの少なくとも一方は、複数の前記当接部と、表面に前記当接部が固着された複数の保持部と、前記保持部の裏面側を支持する基部と、を備えている。複数の前記保持部は、前記基部に各別に着脱自在に配設されている。

　本発明に係る空気ばね装置によれば、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。

本発明の一実施形態に係る空気ばね装置の縦断面図である。 図１に示す空気ばね装置を構成する下部材の上面図である。 図１に示す空気ばね装置において、保持部に当接部が配設された状態を示す斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線矢視断面図である。 図１に示す空気ばね装置において、保持部を示す斜視図である。

　以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る空気ばね装置を説明する。
　図１に示すように、空気ばね装置１は、例えば鉄道車両等の図示されない車体と台車との間に配設される。空気ばね装置１は、上部材２および下部材３と、これらの両部材２、３に両端開口部４ａ、４ｂが各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材４と、下部材３に連結された筒状の補助弾性体６と、を備えている。
　上部材２および下部材３にそれぞれ、筒状膜部材４内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部１１、１８が各別に備えられている。

　筒状膜部材４および補助弾性体６の各中心軸線は、共通軸上に位置している。
　以下では、この共通軸を軸線Ｏといい、軸線Ｏ方向に沿って上部材２側を上側といい、下部材３側を下側という。軸線Ｏ方向から見た平面視において、軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。

　補助弾性体６は、積層ゴムにより構成されている。前記積層ゴムは、下部材３の下方に配置された下板７と、下板７と下部材３との間に軸線Ｏ方向に交互に配置された環状のゴム板９および環状の金属板１０と、を備える。補助弾性体６は、筒状膜部材４よりも軸線Ｏ方向および径方向の各ばね定数が高くなっている。
　下板７は、軸線Ｏ方向から見て円形状に形成されている。下板７、ゴム板９および金属板１０は、軸線Ｏと同軸に配置される。下板７および金属板１０と、ゴム板９と、は互いに加硫接着されている。下板７および金属板１０の各外径は互いに同等になっている。複数のゴム板９のうち、最も上方に位置するゴム板９が、下部材３に加硫接着されている。

　下板７には、下方に向けて突出し、かつ軸線Ｏと同軸に配置された連通筒部７ａが形成されている。連通筒部７ａの内側は、軸線Ｏ方向の全長にわたって連通している。連通筒部７ａの上部の内周面に雌ねじ部が形成されている。この雌ねじ部には、空気ばね装置１を吊り上げる際に吊りボルトが螺着される。連通筒部７ａの内側は、補助弾性体６の内側と連通している。連通筒部７ａには、例えば、筒状膜部材４内に空気などの気体を給排する図示しない気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。

　上部材２は、外径が筒状膜部材４の外径よりも大きい円盤状の本体板部１７と、本体板部１７の下面における外周部に配設された摺動シート２ａと、を備えている。本体板部１７は、軸線Ｏと同軸に配設されている。本体板部１７における径方向の中央部には、軸線Ｏ方向に沿った筒状膜部材４の内側、つまり下方に向けて張り出した当接部（以下、張出し部という）１１が形成されている。張出し部１１は、偏平な円柱状に形成され、軸線Ｏと同軸に配置されている。本体板部１７は、例えばアルミニウム合金等の金属材料で形成されている。摺動シート２ａは、例えばポリエチレン等の樹脂材料で形成されている。

　張出し部１１に、筒状膜部材４の上端開口部４ａが気密に外嵌されている。筒状膜部材４の外面のうちの上方を向く表面に、摺動シート２ａが摺動自在に当接している。本体板部１７における径方向の中央部に、上方に向けて突出し、かつ軸線Ｏ方向に貫通して、筒状膜部材４の内部と外部とを連通する貫通筒部１７ａが形成されている。貫通筒部１７ａの上端部には、例えば、前述した気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。
　上部材２の張出し部１１は、下部材３の当接部１８と軸線Ｏ方向で対向している。張出し部１１の外径は、軸線Ｏを中心に当接部１８の外周縁を通る円の直径と同等か、前記直径よりわずかに大きくなっている。

　下部材３は、複数の当接部１８と、表面１９ｃに当接部１８が固着された複数の保持部１９と、保持部１９を、当接部１８が固着された表面１９ｃの反対側の裏面１９ｂ側から支持する基部２０と、を備えている。図示の例では、保持部１９に、保持部１９を軸線Ｏ方向に貫く貫通孔１９ａが形成されている。基部２０において、保持部１９の貫通孔１９ａと対向する位置に装着孔２０ａが形成されている。そして、貫通孔１９ａおよび装着孔２０ａに一体に連結軸２２が挿入されることにより、保持部１９が基部２０に固定されている。

　当接部１８は、テフロン（登録商標）より耐摩耗性に優れる、例えば分子量が約２００万の超高分子ポリエチレン等で形成されている。保持部１９は、金属より軽い、例えばＰＡ６６をガラス繊維で強化した樹脂材料等で形成されている。基部２０は、例えば球状黒鉛鋳鉄等で形成される。当接部１８を形成する樹脂材料の分子量は、保持部１９を形成する樹脂材料の分子量より多くなっている。当接部１８は、保持部１９を形成する樹脂材料より摩擦係数の低い樹脂材料で形成されている。

　基部２０は、環状の底壁部２１を有する有底筒状に形成されている。底壁部２１の下面に、補助弾性体６のゴム板９が加硫接着されている。基部２０は軸線Ｏと同軸に配設されている。基部２０の下端部には、全周にわたって連続して延在し、かつ径方向の外側に向けて突出するフランジ部２０ｂが形成されている。基部２０に、筒状膜部材４の下端開口部４ｂが気密に外嵌されている。フランジ部２０ｂの外周縁部に、上方に向けて突出し、全周にわたって延びる突条部が形成されている。フランジ部２０ｂには環状のゴム座１６が配設されている。ゴム座１６が、フランジ部２０ｂにおける上面および外周面を覆っている。ゴム座１６には、全周にわたって連続して延びる補強金具１６ａが埋設されている。補強金具１６ａには、フランジ部２０ｂの突条部が嵌合される凹溝が形成されている。筒状膜部材４の下端開口部４ｂ側の端部は、ゴム座１６上に配置されている。

　筒状膜部材４は可撓性を有しており、例えば弾性材料、好ましくはゴム材料などで形成されている。筒状膜部材４内には、例えば空気などの気体が充填されている。筒状膜部材４のうち、両端開口部４ａ、４ｂの間に位置する中間部分４ｃが、径方向の外側に向けて膨出している。中間部分４ｃは、下部材３のフランジ部２０ｂよりも径方向の外側に膨出している。中間部分４ｃは、ゴム座１６を介して、フランジ部２０ｂに上方および径方向の外側から当接している。

　上部材２の張出し部１１、および下部材３の当接部１８は、図１に示されるような、筒状膜部材４内に気体が充填された充填状態で軸線Ｏ方向に離間して互いに対向する。前記充填状態で、筒状膜部材４内には充填空間Ｓが形成される。充填空間Ｓは、上部材２の張出し部１１と下部材３の当接部１８との間に位置する中央空間Ｓ１と、筒状膜部材４内に位置して周方向の全周にわたって延在し、中央空間Ｓ１に径方向の外側から接続された外周空間Ｓ２と、を備える。なお、上部材２の張出し部１１、および下部材３の当接部１８は、筒状膜部材４内が排気された排気状態で互いに摺動自在に当接する。

　そして本実施形態では、複数の保持部１９は、基部２０に各別に着脱自在に配設されている。図示の例では、基部２０に形成された前記装着孔２０ａが雌ねじとされ、連結軸２２が装着孔２０ａに着脱自在に螺着された雄ねじとなっている。

　基部２０には、底壁部２１から上方に向けて突出する支持突部２３が複数形成されている。支持突部２３は、軸線Ｏ方向に沿って下部材３が上部材２に対向する側である上側に向けて、下部材３が突出することで形成されている。支持突部２３は、矩形板状に形成されている。支持突部２３は、径方向に延びている。支持突部２３の表裏面は、周方向を向いている。支持突部２３の表裏面が周方向に向けられた状態で、支持突部２３は、周方向に間隔をあけて複数配設されている。支持突部２３は、図２に示されるように、基部２０に、周方向に同等の間隔をあけて複数形成されている。
　支持突部２３の側面のうち、径方向の外側を向く外側面は、基部２０の周壁部２４に接続され、下方を向く下側面は、基部２０の底壁部２１に接続されている。前記側面のうち、径方向の内側を向く内側面は、基部２０の底壁部２１の内周縁と段差なく連なり、上方を向く上側面２５における径方向の外端部が、基部２０の周壁部２４の上端開口縁に段差なく連なっている。支持突部２３の上側面２５のうち、径方向の外端部より径方向の内側に位置する内側部分は、径方向の外端部に対して下方に窪んでおり、この内側部分に、前記装着孔２０ａが形成されている。支持突部２３の上側面２５における径方向の外端部と前記内側部分との間の境界部分には、径方向の内側を向く段部２５ａが形成されている。

　保持部１９は、表裏面を軸線Ｏ方向に向け、かつ周方向に湾曲した矩形板状に形成されている。保持部１９は、基部２０に周方向に沿って複数配設されている。保持部１９は、基部２０に周方向に同等の間隔をあけて複数配設されている。保持部１９の側面のうち、径方向の外側を向く外側面は、基部２０の上側面２５における段部２５ａに当接し、径方向の内側を向く内側面は、軸線Ｏ方向から見た平面視で、支持突部２３の前記内側面および基部２０の底壁部２１の内周縁と概ね一致している。前記平面視で、保持部１９は、径方向の外側に向けて突となるように湾曲している。
　１つの保持部１９は、複数の支持突部２３に跨って配設されている。図示の例では、１つの保持部１９は、２つの支持突部２３に跨って配設され、これら２つの支持突部２３同士の間の周方向の中央部と、保持部１９の周方向の中央部と、が一致している。

　保持部１９には、前記貫通孔１９ａが周方向に間隔をあけて複数形成されている。図示の例では、保持部１９に２つの貫通孔１９ａが形成されている。これらの貫通孔１９ａは、保持部１９における周方向の中央部に対して周方向に同等の間隔あけて各別に配置されている。貫通孔１９ａは、保持部１９における径方向の中央部に配置されている。
　保持部１９には筒状金具２６が埋設されている。筒状金具２６は、貫通孔１９ａと同軸に配設されている。

　筒状金具２６は、図４に示されるように、保持部１９の裏面１９ｂにおける貫通孔１９ａの開口周縁部上に露出して基部２０に当接する環状金具２６ａと、環状金具２６ａの内周縁から上方に向けて延びる接続筒部２６ｂと、環状の底部を有する有底筒状の上筒部２６ｃと、を備えている。接続筒部２６ｂの上端と、上筒部２６ｃの底部の内周縁と、が接続されている。
　接続筒部２６ｂおよび上筒部２６ｃは、貫通孔１９ａの内周面上に露出している。上筒部２６ｃの底部上に連結軸２２の頭部が載置される。連結軸２２の頭部は、保持部１９の表面１９ｃより下方に位置している。連結軸２２が、樹脂材料で形成された保持部１９に当接せず、筒状金具２６に当接するので、装着孔２０ａに対する連結軸２２の締結力の維持が図られている。

　当接部１８は、図２および図３に示されるように、１つの保持部１９に複数配設されている。当接部１８は、保持部１９の表面１９ｃにおける貫通孔１９ａの開口周縁部に配設されている。当接部１８は、前記開口周縁部を全域にわたって囲っている。当接部１８は、保持部１９における径方向の全域にわたって配設されている。なお、当接部１８は、保持部１９における周方向の全域にわたって配設してもよい。
　図示の例では、当接部１８は、軸線Ｏ方向から見た平面視で、長辺が径方向に延び、かつ短辺が周方向に延びる長方形状をなす板状に形成されている。当接部１８における長方形状を構成する４つの角部分はＲ形状に形成されている。当接部１８は、保持部１９より薄肉に形成されている。当接部１８の周方向の大きさは、基部２０の支持突部２３の周方向の大きさより大きくなっている。当接部１８の周方向の大きさは、周方向で互いに隣り合う支持突部２３同士の間の間隔より小さくなっている。

　保持部１９の表面１９ｃにおける貫通孔１９ａの開口周縁部には、図４および図５に示されるように、複数の非貫通の係合凹部１９ｄが形成されている。係合凹部１９ｄは、保持部１９を軸線Ｏ方向に非貫通である。係合凹部１９ｄ内に、当接部１８から下方に向けて突出する被係合突部１８ｂが充密されている。
　図示の例では、複数の係合凹部１９ｄは、保持部１９における外周縁部および内周縁部に、周方向に間隔をあけて複数形成されている。係合凹部１９ｄの平面視形状は矩形状となっている。

　保持部１９の外周縁部に形成された複数の係合凹部１９ｄのうち、周方向の中央部に位置する係合凹部１９ｄは、保持部１９の外周面に開口し、他の係合凹部１９ｄは保持部１９の外周面に対して閉塞している。保持部１９の内周縁部に形成された複数の係合凹部１９ｄのうち、周方向の中央部に位置する係合凹部１９ｄは、保持部１９の内周面に開口し、他の係合凹部１９ｄは保持部１９の内周面に対して閉塞している。保持部１９の外周面および内周面における係合凹部１９ｄの各開口部１９ｆ内にも、被係合突部１８ｂが一体に充密されている。
　当接部１８は、例えば、保持部１９をインサート品として、保持部１９の外周面若しくは内周面における係合凹部１９ｄの開口部１９ｆから溶融樹脂を射出することで形成される。

　以上説明したように、本実施形態に係る空気ばね装置１によれば、当接部１８が固着された複数の保持部１９が、基部２０に各別に着脱自在に配設されている。したがって、複数の当接部１８のうちの一部が破損したときに、複数の保持部１９のうち、この破損した当接部１８が配設された保持部１９のみを基部２０から取り外して交換すれば足りる。よって、破損していない当接部１８は継続して使用することが可能になり、メンテナンス費用を大幅に削減することができる。

　複数の保持部１９が、基部２０に軸線Ｏ回りに配設されている。したがって、筒状膜部材４内の排気時に車両の荷重を各保持部１９に対して偏り少なく分散して支持させることが可能になり、この空気ばね装置１の耐久性を向上させることができる。
　当接部１８が、１つの保持部１９に複数配設されている。したがって、当接部１８が、１つの保持部１９の表面１９ｃの全域にわたって１つ配設されている場合と比べて、筒状膜部材４内の排気時に各当接部１８に及ぼされる面圧を高めることが可能になり、優れた摺動特性を発揮させることができる。

　基部２０に、保持部１９が配設される支持突部２３が形成されていて、基部２０に対して保持部１９の裏面１９ｂが全域にわたって当接していない。したがって、基部２０および保持部１９における互いに当接する各部分の平面度を高精度に仕上げなくても、保持部１９を基部２０にぐらつかせることなく強固に取付けることができる。
　基部２０に支持突部２３が形成されていることから、基部２０の重量を抑えつつ、基部２０に十分な剛性を具備させることができる。
　当接部１８が、保持部１９における径方向の全域にわたって配設されている。したがって、筒状膜部材４内の排気時に軸線Ｏ方向で互いに対向する当接部１８同士が摺接し合ったときに、当接部１８が保持部１９から剥離するのを抑制することができる。

　保持部１９を基部２０に固定する連結軸２２が、保持部１９の貫通孔１９ａに挿入される。したがって、保持部１９における貫通孔１９ａの開口周縁部は、筒状膜部材４内の排気時に保持部１９に車両の荷重が加わっても、面外の曲げ変形が生じにくい部分となる。そしてこの部分に、当接部１８が配設されているので、筒状膜部材４内の排気時に、当接部１８が割れるのを抑制することができる。

　保持部１９が樹脂材料により形成されているので、製造コストおよび重量を抑えつつ、様々な形状の保持部１９を容易に形成することができる。
　保持部１９の裏面１９ｂにおける貫通孔１９ａの開口周縁部に、基部２０に当接する環状金具２６ａが配設されている。したがって、保持部１９が樹脂材料で形成されているにもかかわらず、保持部１９を基部２０に強固に固定することができる。

　なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　例えば、前記実施形態では、当接部１８、保持部１９および基部２０を下部材３が備える構成を示したが、これら当接部１８、保持部１９および基部２０を上部材２に備えさせてもよい。
　前記実施形態では、補助弾性体６は、積層ゴムにより構成されているものとした。しかしながら本発明では、気体が充填空間Ｓに充填された筒状膜部材４と比べて軸線Ｏ方向および径方向の各ばね定数が高い他の構成に適宜変更することができる。
　補助弾性体６は配設しなくてもよい。
　基部２０として、補助弾性体６が連結される部材と、保持部１９を支持する部材と、が別体とされた構成を採用してもよい。
　保持部１９に筒状金具２６を埋設したが、筒状金具２６を配設しなくてもよい。
　筒状金具２６として、環状金具２６ａのみを備える構成を採用してもよい。
　複数の保持部１９を基部２０に配設する向きは、周方向に限らず、例えば径方向など適宜変更してもよい。
　１つの保持部１９の表面１９ｃにおける全域にわたって１つの当接部１８を配設してもよい。
　基部２０に支持突部２３を形成せず、基部２０に対して保持部１９の裏面１９ｂを全域にわたって当接させてもよい。１つの保持部１９を１つの支持突部２３だけに配設してもよい。
　保持部１９の表面１９ｃにおいて、当接部１８を配設する位置は、前記実施形態に限らない。例えば、貫通孔１９ａの開口周縁部から離れた位置に当接部１８を配設してもよいし、外周縁および内周縁から径方向に離れた位置に当接部１８を配設してもよい。
　空気ばね装置１を構成する前述した各部材を形成する材質は、前記実施形態に限らず適宜変更してもよい。

　その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

　本発明に係る空気ばね装置によれば、メンテナンス費用を低減することができる。

１　空気ばね装置
２　上部材
３　下部材
４　筒状膜部材
４ａ、４ｂ　開口部
１１　張出し部（当接部）
１８　当接部
１９　保持部
１９ａ　貫通孔
１９ｂ　保持部の裏面
１９ｃ　保持部の表面
２０　基部
２０ａ　装着孔
２２　連結軸
２３　支持突部
２６ａ　環状金具

Claims (7)

1. 　上部材および下部材と、
   　これらの両部材に両端開口部が各別に連結され、内部に大気圧以上の加圧気体が封入される筒状膜部材と、を備え、
   　前記上部材および前記下部材にそれぞれ、前記筒状膜部材内が排気された状態で互いに摺動自在に当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置であって、
   　前記上部材および前記下部材のうちの少なくとも一方は、
   　複数の前記当接部と、
   　表面に前記当接部が固着された複数の保持部と、
   　前記保持部の裏面側を支持する基部と、を備え、
   　複数の前記保持部は、前記基部に各別に着脱自在に配設されている空気ばね装置。
2. 　前記保持部は、前記基部に前記筒状膜部材の中心軸線回りに複数配設されている請求項１に記載の空気ばね装置。
3. 　前記当接部は、１つの前記保持部に複数配設されている請求項１または２に記載の空気ばね装置。
4. 　前記基部には、前記上部材および前記下部材が、前記筒状膜部材の中心軸線方向に互いに対向する側に向けて突出することで形成される支持突部が複数形成され、
   　前記保持部は、複数の前記支持突部に跨って配設されている請求項１から３のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
5. 　前記当接部は、前記保持部における、前記筒状膜部材の中心軸線方向から見て前記中心軸線に直交する径方向の全域にわたって配設されている請求項１から４のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
6. 　前記保持部には、前記保持部を前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、
   　前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、
   　前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、
   　前記当接部は、前記保持部の表面における前記貫通孔の開口周縁部に配設されている請求項１から５のいずれか１項に記載の空気ばね装置。
7. 　前記保持部には、前記保持部を前記筒状膜部材の中心軸線方向に貫く貫通孔が形成され、
   　前記基部において前記貫通孔と対向する位置に装着孔が形成され、
   　前記貫通孔および前記装着孔に一体に連結軸が挿入されることにより、前記保持部が前記基部に固定され、
   　前記保持部は樹脂材料により形成され、
   　前記保持部の裏面における前記貫通孔の開口周縁部に、前記基部に当接する環状金具が配設されている請求項１から６のいずれか１項に記載の空気ばね装置。

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