(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストン支持部材がピストン径より小さい場合でも、所望の括れ形状を得ながら実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部を有する空気ばねを提供する。【解決手段】上プレート２とピストン３とに亘るダイヤフラム１が装備され、ダイヤフラム１の弾性変形に伴ってその下端部が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な外周面ｍをピストン３が持つ空気ばねにて、ピストン３が、下方に行くほど径が細くなる先窄まり外周面６ａを持つ基端周壁６と、下方に行くほど径が大になる状態で先窄まり外周面６ａに続く凹面状の先拡がり外周面７ａを持つ中間周壁７と、水平な環状受止面８ｂを持ち中間周壁７に続くフランジ周壁８と、下方に行くほど大径となる凸面状の角Ｒ外周面９ａを持ちフランジ周壁８に続く先端周壁９とを備えて鋼板プレス材で形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ゴム膜と、これの軸心方向の一端部に気密接合される板状部材と、前記筒状ゴム膜の軸心方向の他端部に気密接合されるピストンとを有し、前記筒状ゴム膜の弾性変形に伴って前記他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分を転動案内可能な外周面が前記ピストンに形成されている空気ばねであって、
前記ピストンが、前記軸心方向で前記板状部材から遠ざかる先端方向に行くほど径が細くなる先窄まり外周面を有する基端周壁と、前記先端方向に行くほど径が大になる状態で前記先窄まり外周面に続く凹面状の先拡がり外周面を有する中間周壁と、前記軸心に交差する環状受止面を有して前記中間周壁に続くフランジ周壁と、前記先端方向に行くほど径が大になる凸面状の角Ｒ外周面を有して前記フランジ周壁に続く先端周壁と、を備えるように鋼板材で形成されている空気ばね。
【請求項２】
前記先端周壁の径が前記筒状ゴム膜の有効径を超える設定とされている請求項１に記載の空気ばね。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気ばねにおける前記ピストンが、前記先端周壁より小径であり、かつ、前記環状受止面に面当接する支持面を備えるピストン支持部材によって受止支持されている空気ばね構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラック自動車や鉄道車両等に用いられる空気ばね及び空気ばね構造に係り、詳しくは、不都合なく低床化と乗り心地改善との両立が図れる空気ばね及び空気ばね構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の空気ばねにおいて、ピストンを支持するピストン支持部材（受け座）がピストン径（ピストン下端径）より大きい場合には、プレス加工による鋼板製のピストンが開発されている。即ち、図４に示されるように、板状部材２と、ピストン３と、これら両者に亘るダイアフラム（筒状ゴム膜）１とから成る空気ばねＡにおいて、ピストン３を、外側のピストン主部３Ａと、その内側に配置されるビードシート３Ｂとで構成する構造である。尚、比較例の図である図４〜図６においては、本発明による空気ばねＡと同じ箇所には同じ符号を付し、その説明が為されたものとする。
【０００３】
つまり、ダイヤフラム１の下部ビード部１Ｂをピストン主部３Ａのビード受け３ａに嵌め込み、それからビードシート３Ｂをピストン主部３Ａの中心大孔に落し込んで嵌め込むか又は加硫接着させ、ビードシート３Ｂを単一のボルト９でピストン支持部材ｆに螺着することにより、固定手段を持たないピストン主部３Ａも下部ビード部１Ｂを介してピストン支持部材ｆに押え付け支持させる構造の空気ばねＡである。尚、ピストン主部３Ａは、先窄まり外周面６ａ、先拡がり外周面７ａ、角Ｒ外周面９ａ、ピストン支持部材ｆに当接する受止端面２０等を有している。
【０００４】
この様な構造の空気ばねＡでは、ピストン支持部材ｆに中心に配される１本のボルト１７をピストン支持部材ｆに螺着させるだけで、ピストン主部３Ａを介してピストン支持部材ｆとビードシート３Ｂとの間で下部ビード部１Ｂが挟み込まれ、ダイヤフラム１の気密性が保持される利点がある。また、ピストン主部３Ａの外周面ｍを上下中間部の径を細くした括れ形状とすることにより、図５に示す最クッション時における気体室Ｓの内容積を拡大して、乗り心地の改善に効く柔らかいバネ定数を得る工夫も為されている。
【０００５】
しかしながら、ピストン支持部材ｆの径がピストン主部の下端径より少しだけ大きい設定（図４参照）では、空気ばねＡが図５に示すように、大径板状部材２が限界近くまで下降した圧縮状態（萎んだ状態）になると、垂れ下がるダイヤフラム１がピストン支持部材ｆの角２８ｃに当接する（通常、ピストン支持部材ｆはプレス成形されるものであって、その角２８ｃは打ち抜きによって尖っている）。故に、その状態が続くと鋭利な角２８ｃとの接触によって切れたり亀裂が入り易いという不都合がある。従って、そうならないようにダイヤフラム１の膜長を制限すると、バネ定数を所望の低い値にできない不利があり、うまくいかないことが判ってきた。
【０００６】
また、ピストン支持部材がピストン径（ピストン下端径）より小さい場合は、構造上、ピストン主部を載せて支えることが不可となってしまう問題がある。そこで、そのような場合に対応すべく、図６に示すように、ピストン主部３Ａをアルミ合金や合成樹脂の型成形品とすることにより、括れ形状の外周面ｍを踏襲しつつ小径のピストン支持部材ｆに対しても十分な支え面２０が確保できるように工夫された空気ばねＡも開発されている。即ち、ピストン下端径ｒをピストン支持部材の径Ｒよりも大（ｒ＞Ｒ）としながら、多数のリブＬの底面Ｌ１〜Ｌ３の集合により、十分な受止面積を持つ支え面２０が形成される合理的な構成である。尚、図６において、３０は略受け皿形状のビード押えであり、このビード押え３０とピストン主部３Ａの上面３１とで下部ビード部１Ｂを挟持する構成である。
【０００７】
ところが型成形品では、リブ形成側には型抜き勾配が必要であることから、ピストン主部３Ａの外周面ｍの肉厚に厚い薄いができてしまって強度バランスが悪く、それによってあまり大きく括れさせることができず、バネ定数の低減効果が小さいという新たな問題が生じている。加えて、アルミ合金ではコストが高く、合成樹脂では強度的に弱くなり易く信頼性に不安があるという問題も出てくる。尚、ピストンを単に鋼板プレス製とする空気ばねの例としては特許文献１のものが知られており、ピストンを単に合成樹脂製とする空気ばねの例としては特許文献２のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０３６８６０号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、それぞれが鋼板プレス製であるビードシートとピストン主部との二部品から成るピストンを持つ比較例１の空気ばね（図４，５）では、小径のピストン支持部材には対応できない不利があり、アルミ合金や合成樹脂といった型成形品によるピストンを持つ比較例２の空気ばね（図６）では所望の強度条件や括れ条件が得難いだけでなく、値段が高いとか強度不安があるといった不利がある。従って、所望の括れ形状を得ながらもピストン支持部材の大小に拘らずに実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部を有する空気ばねを実現させるには更なる改善の余地が残されているものであった。
【００１０】
本発明の目的は、従来の不利を克服した空気ばね、即ち、ピストン支持部材がピストン径より小さい場合でも、所望の括れ形状を得ながら実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部を有する空気ばね、を開発して提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、筒状ゴム膜１と、これの軸心Ｐ方向の一端部に気密接合される板状部材２と、前記筒状ゴム膜１の軸心Ｐ方向の他端部に気密接合されるピストン３とを有し、前記筒状ゴム膜１の弾性変形に伴って前記他端部側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な外周面ｍが前記ピストン３に形成されている空気ばねにおいて、
前記ピストン３が、前記軸心Ｐ方向で前記板状部材２から遠ざかる先端方向に行くほど径が細くなる先窄まり外周面６ａを有する基端周壁６と、前記先端方向に行くほど径が大になる状態で前記先窄まり外周面６ａに続く凹面状の先拡がり外周面７ａを有する中間周壁７と、前記軸心Ｐに交差する環状受止面８ｂを有して前記中間周壁７に続くフランジ周壁８と、前記先端方向に行くほど径が大になる凸面状の角Ｒ外周面９ａを有して前記フランジ周壁８に続く先端周壁９と、を備えるように鋼板材で形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気ばねにおいて、前記先端周壁９の径Ｄが前記筒状ゴム膜１の有効径Ｌを超える設定とされていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、空気ばね構造において、請求項１又は２に記載の空気ばねにおける前記ピストン３が、前記先端周壁９より小径であり、かつ、前記環状受止面８ｂに面当接する支持面２８ｂを備えるピストン支持部材２８によって受止支持されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて述べるが、環状受止面を有して中間周壁に続くフランジ周壁を備える鋼板製のピストン主部とされているので、ピストン下端径より小さいピストン支持部材が環状受止面でピストンを支持できるようになるとともに、垂下るダイヤフラム外周面は角Ｒ外周面で支えることができて、ピストン支持部材の角に当接する不都合が防止されるようになる。その結果、ピストン支持部材がピストン径より小さい場合でも、所望の括れ形状を得ながら実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部を有する空気ばねを提供することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、空気ばねが最圧縮されてもピストン主部の外周面から筒状ゴム膜が食出して垂れ下ることがまず生じないようになり、ピストン支持部材の大小に拘らずに、請求項１の発明による前記効果が得られる利点がある。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明による効果と同等の効果を発揮することが可能な空気ばね構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１による空気ばねを示す断面図
【図２】図１の空気ばねが萎んだ状態を示す断面図
【図３】空気ばねの使用例（空気ばね構造）を示す要部の正面図
【図４】鋼板プレス製ピストン主部を有する比較例その１の空気ばねの断面図
【図５】図４の空気ばねが萎んだ状態を示す断面図
【図６】合成樹脂製ピストン主部を有する比較例その２の空気ばねの断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明による空気ばね及び空気ばね構造の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図３に、トラック（鉄道車両、バス等でも良い）のばね上である車体フレームＦとばね下である車軸側部材ｆとの間に設けられる空気ばねＡ及び空気ばね装置Ｋを示してある。即ち、空気ばね装置Ｋは、車体２１の通路部２２を支える角パイプ材２７に固定される取付板２３と、アクスル２４上に固定されている支持板（ピストン支持部材の一例）２８との上下間に空気ばねＡを配する構成、即ち、空気ばね構造である。尚、２５はタイヤ、２６はタイヤハウス、Ｃは車体の左右センターである。
【００２０】
〔実施例１〕
空気ばねＡは、図１に示すように、気体室Ｓの壁部を構成する縦形円筒状のダイヤフラム（筒状ゴム膜の一例）１と、その縦向きの軸心Ｐを有するダイヤフラム１の上端に形成される大径ビード部（一端部の一例）１Ａにかしめ固定される円板状のアッパープレート（板状部材の一例）２と、ダイヤフラム１の下端に形成される小径ビード部（他端部の一例）１Ｂに密嵌されるピストン３とを備えて構成されている。アッパープレート２、これを車体フレームＦ（図４参照）に取付固定するためのボルト５と、気体室Ｓに対する空気給排孔４とを備えている。空気給排孔４は、アッパープレート２に貫通溶接して気密に固着される金属製パイプ１２等で構成されている。
【００２１】
ピストン３は、ダイヤフラム１の弾性変形に伴って小径ビード部１Ｂ側が折り返されて成る裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な外周面ｍを有するピストン主部３Ａと、ピストン主部３Ａの中心大孔１６に内嵌可能であって支持板２８にボルト止めされるビードシート３Ｂとを有して構成されている。ピストン主部３Ａは、基端周壁６と、中間周壁７と、フランジ周壁８と、先端周壁９と、載置周壁１０とを有する鋼板プレス材によって形成されている。ビードシート３Ｂは、シート本体１１と載置壁１３と、パイプ材１４との３部品の溶着等による一体化で成り、中心室ｓ１と側周室ｓ２とを有するとともに、載置壁１３にはゴム等で成るクッション材１５が嵌め込み装着可能である。
【００２２】
基端周壁６は、軸心Ｐ方向でアッパープレート２から遠ざかる先端方向（下端方向）に行くほど径が細くなる先窄まり外周面６ａを有している。中間周壁７は、先端方向に行くほど径が大になる状態で先窄まり外周面６ａに続く凹面状の先拡がり外周面７ａを有している。フランジ周壁８は、軸心Ｐに直交状態で交差する環状受止面８ｂ、及び水平なガイド面８ａを有して中間周壁７に続いている。先端周壁９は、先端方向に行くほど径が大になる状態でフランジ周壁８に続く凸面状の角Ｒ外周面９ａを有している。載置周壁１０は、基端周壁６に続く湾曲周壁１０Ａと、載置面１０ｂを有する水平環壁１０Ｂとを有している。実施例１の空気ばねＡでは、各外周面６ａ〜９ａによって外周面ｍが構成されている。
【００２３】
シート本体１１は、支持板２８に載付け可能な底壁１１ａと、傾斜縦周壁１１ｂと、立上り周壁１１ｃと、湾曲フランジ壁１１ｄと、底壁１１ａの中心孔１１ｅとを有する略無蓋筒状の鋼板プレス材であって、中心孔１１ｅに通されて溶着等によって一体化されている単一の取付ボルト１７及びナット１８によって支持板２８に固定可能である。載置壁１３は、クッション材１５嵌め込み用の装着用孔１３ｂ、及び外周部の複数の通気用切欠き１３ａを有する鋼板材であって、立上り周壁１１ｃに圧入内嵌、又は内嵌して等の手段によってシート本体１１に一体化されている。鋼管製のパイプ材１４は、軸心Ｐを中心とする状態で底壁１１ａと載置壁１３との上位間に介装固定される補強材である。略円筒状のクッション材１５には、軸心Ｐに沿う通気用孔１５ａが上下に貫通形成されている。
【００２４】
ピストン３は、下部ビード部１Ｂを載置面１０ｂに載るように載置周壁１０に嵌め込んだ状態にしてから、その中心大孔１６にビードシート３Ｂを落し込んで内嵌させ、湾曲フランジ壁１１ｄと載置周壁１０との間に下部ビード部１Ｂを挟み込んで挟持するという予備組付けによって構成される。このように、外側のピストン主部３Ａと内側のビードシート３Ｂとの合体によってピストン３を構成させる構造とすることにより、それぞれの形状が単純化されて鋼板プレス成形がやり易く、従ってコストダウンの可能性が出る。加えて、単一のボルトでビードシート３Ｂのみ取付ける簡易な取付構造でありながら、下部ビード部１Ｂを介することで多少の寸法誤差があってもピストン主部を弾性的に係止固定できる利点もある。
【００２５】
さらに、載置壁１３に通気用切欠き１３ａを設け、かつ、クッション材１５の径を、これとシート本体１１との間に隙間ができる程度の値とすることにより、パイプ材１４で分断されるシート本体１１の内部空間のうちの外側の周状空間部を、気体室Ｓに連通（図１の仮想線の矢印イを参照）する側周室ｓ２として利用できる。また、載置壁１３の装着用孔１３ｂにクッション材１５を嵌め込んで装着する工夫、並びにクッション材１５に中心孔１５ａを設ける工夫により、パイプ材１４の内部空間をも気体室Ｓに連通（図１の仮想線の矢印ロを参照）する中心室ｓ１として利用できている。つまり、既存の構成部品を用いて成る中心室ｓ１及び側周室ｓ２により、ダイヤフラム１の内容積を実質的に拡大してばね定数の低減化に寄与できる利点がある。
【００２６】
空気ばねＡを実機に組付けて空気ばね装置Ｋとする空気ばね構造は、ばね上である車体フレームＦにおける取付板２３にアッパープレート２をボルト５を用いて螺着するとともに、ばね下であるアクスル２４上に固定されている支持板２８にピストン３を載せ付け、支持板２８を貫通する単一の取付ボルト１７にワッシャ１９及びナット１８を用いて螺着することにより、車体フレームＦと車軸側部材ｆとの上下間に介装させるものである。
【００２７】
この場合、支持材板２８にピストン３を組付けるには、取付ボルト１７を支持板２８の取付用孔２８ａに通し、裏側からナット１８を締付回動操作することにより、環状受止面８ｂ及び底壁１１ａが円板状の支持板２８の上面（支持面の一例）２８ｂで受け止められる状態でピストン３が支持板２８に固定される。その際、ピストン主部３Ａは、湾曲フランジ壁１１ｄと支持板２８との上下間において、湾曲フランジ壁１１ｄが下部ビード部１Ｂを押え付けて圧縮する弾性付勢力で係止固定される。
【００２８】
つまり、単一の取付ボルト１７でビードシート３Ｂを支持板２８に固定することにより、湾曲フランジ壁１１ｄが下部ビード部１Ｂを介して弾性的にピストン主部３Ａをその環状受止面８ｂでもって支持板２８に押付けて固定する構造、即ち、ビードシート３Ｂは直接的に、かつ、ピストン主部３Ａは間接的に支持板２８に固定させる構造である。そして、図１に示すように、ピストン下端径である先端周壁９の径Ｄは支持板２８の径ｄよりも大（Ｄ＞ｄ）であり、かつ、先端周壁９の径Ｄはダイヤフラム１の有効径Ｌをも超える設定（Ｄ＞Ｌ）とされている。従って、先端周壁９は支持板２８の上角部２８ｃを回り込んで覆うように形成されている。
【００２９】
以上の構成による空気ばねＡが圧縮された状態例を図２に示す。図２は、アッパープレート２がクッション材１５に当接する位置まで下降した状態を示しており、気体室Ｓ、通気用孔１５ａを介して気体室Ｓに連通する中心室ｓ１、及び通気用切欠き１３ａを介して気体室Ｓに連通する側周室ｓ２の各室の空気が圧縮されている。その際、下方移動する裏返し筒部分１Ｃは、先拡がり外周面７ａとガイド面８ａと角Ｒ外周面９ａとにガイドされるとともに、さらに垂れ下がる部分１ｔ（食出し垂下り部１ｔ）は、宙に浮いたような状態となり、当然ながら鋭利な角となること多い上角部２８ｃとの接触は回避される。
【００３０】
従って、裏返し筒部分１Ｃを転動案内可能な外周面ｍに、環状受止面８ｂを有して中間周壁７に続くフランジ周壁８を設けて、鋼板プレス製のピストン８とする構造としてあるから、所望の括れ形状を得ながらも下端径支持板２８の大小に拘らずに実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部３Ａを有する空気ばねＡが実現できている。
【００３１】
また、図示は省略するが、支持板２８の径ｄが先端周壁９の径Ｄよりも大（ｄ＞Ｄ）となる場合は、ピストン主部３Ａは先端周壁９の下端周面９ｂで支持板２８に当接するようになる。このような条件でも、前述の食出し垂下り部１ｔは比較例のものよりも少なく（小さく）なるので、支持板２８の上面２８ｂにて受け止められ、上角部２８ｃと当接することはまず無いようになる。
【００３２】
加えて、図１に示すように、先端周壁９の径Ｄがダイヤフラム１の有効径Ｌよりも大に設定（Ｄ＞Ｌ）すれば、食出し垂下り部１ｔが生じない、或いは殆ど生じないようにすることが可能であり、支持板２８の大小に拘らずに、所望の括れ形状を得ながら実機に良好に組付けでき、しかも値段も手頃で強度不安もない、という生産性に優れた実用的なピストン主部を有する空気ばねを提供することが可能である。これにより、ダイヤフラム１の膜長（軸心Ｐ方向の長さ）を比較例のものよりも長くして、内容積の拡大やそれによるばね定数の低減が可能となる。
【００３３】
〔別実施例〕
実施例１による空気ばねＡでは、基本的にはピストン主部３Ａとビードシート３Ｂとの二部品で成るピストン３であるが、鋼板プレス材による一部品のものや、三部品以上の集合によるピストンでも良い。
【符号の説明】
【００３４】
１          筒状ゴム膜
１Ｃ        裏返し筒部分
２          板状部材
３          ピストン
６          基端周壁
６ａ        先窄まり外周面
７          中間周壁
７ａ        先拡がり外周面
８          フランジ周壁
８ｂ        環状受止面
９          先端周壁
９ａ        角Ｒ外周面
２８        ピストン支持部材
２８ｂ      支持面
Ｄ          先端周壁の径
Ｌ          筒状ゴム膜の有効径
Ｐ          軸心
ｍ          外周面
【図１】
2010281434.tif 000003
【図２】
2010281434.tif 000004
【図３】
2010281434.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010281434.tif 000008