(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記上面板において、前記可撓部材と接触する上面ゴム部の表面に取り付けられる摺動板とを備えた空気ばねであって、前記可撓部材内部に空気を充填した空気ばね使用状態において、前記可撓部材が、摺動板を介して、常時、上面ゴム部を押圧する常時押圧領域においてのみ、前記摺動板が前記上面ゴム部に接着されたことを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
前記摺動板と、上面ゴム部とが接着した接着部の面積が、少なくとも１００ｍｍ2以上であり、前記接着部のＪＩＳ  Ｋ６２５６−２による接着強度が１０Ｎ／２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
【請求項３】
前記接着部が、前記常時押圧領域において、周方向に断続的に複数形成されたことを特徴とする請求項２記載の空気ばね。
【請求項４】
前記摺動板を上面ゴム部に取り付けた状態で、摺動板の内周縁の半径方向内側に位置する上面ゴム部に環状凸部が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気ばね。
【請求項５】
前記可撓部材内に空気未充填の状態で、前記摺動板が前記上面ゴム部に接着保持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面板及び下面板の間に筒状の可撓部材を介装した空気ばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等に用いられる空気ばねとしては、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方で車輪側に配置される下面板と、上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、下面板と車輪側の支持フレームとの間に介装される弾性機構（ストッパー）とを備えたものが知られている。筒状の可撓部材としては、ゴム製のベローズなどが使用される。また、上面板は金属材料によって形成されるが、可撓部材と接触する部分には、可撓部材を傷つけないように金属をゴムで被覆した上面ゴム部が形成される。
【０００３】
上記空気ばねにおいては、車両走行時の蛇行や旋回に伴い、その主要部である可撓部材に左右及び前後方向の水平変位が作用する。かかる水平変位時に、前記可撓部材と上面ゴム部とを接触状態のままとすると、両者間の滑り摩擦抵抗が非常に大きく、可撓部材の摩耗が大きくなり、空気ばねとしての耐久性に影響を与えていた。
【０００４】
このような課題に対して、特許文献１には、上面板と筒状可撓膜体との間に、全面にわたってその上面板に接触する合成樹脂製の摺動シートを介装した空気ばねが記載されている。上記空気ばねにおいては、上面板のゴム部材（上面ゴム部）に摺動シートの中央貫通穴に嵌合する凸部が形成されており、この凸部に摺動シートの中央貫通穴を嵌め合わせることにより、摺動シートを上面板に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４６６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般に、空気ばねは、可撓部材内に空気を充填しない状態で出荷される。このような状態では、図７に示すように、上面板と可撓部材との間に隙間が生じる場合がある。このような場合、上記特許文献１に記載した空気ばねにおいては、摺動シートが上面板から脱落するおそれがある。そうすると、空気ばねに空気を充填する際に、再度、摺動シートの位置を確認しつつ、上面板に固定する必要が生じ、手間がかかるという不都合があった。
【０００７】
しかも、上記特許文献１では、摺動シートを上面板に固定するために、上面板のゴム部材（上面ゴム部）に精度よく凸部を形成する必要があることから、より簡単な構造の空気ばねが望まれていた。
【０００８】
摺動板を上面板に固定する方法としては、直接、摺動板を上面板に接着することも考えられる。しかしながら、摺動板を上面板（上面ゴム部）に接着すると、空気ばねに水平変位が繰り返し作用することで、上面ゴム部と摺動板との材質の相違により、具体的には硬さや弾性率等の特性上の相違によって、摺動板に割れが生じ、割れた摺動板によって可撓部材が傷つくというおそれが生じていた。
【０００９】
そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、摺動板を上面板に接着する方式を採用しつつ、摺動板に割れが生じるおそれがなく、空気ばねに空気が未充填の状態でも摺動板が上面板から脱落するおそれがなく、かつ構造が簡単な空気ばねを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明者が種々検討を重ねた結果、摺動板を上面板に接着する方式であっても、摺動板を上面板下面の全面（上面ゴム部の全面）に接着するのではなく、上面ゴム部全面のうちの所定の領域内で摺動板を接着することで、摺動板の割れを未然に防止することが可能で、かつ上面板から摺動板が脱落するのを防止することが可能であることを見出して本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明にかかる空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記上面板において、前記可撓部材と接触する上面ゴム部の表面に取り付けられる摺動板とを備えた空気ばねであって、前記可撓部材内部に空気を充填した空気ばね使用状態において、前記可撓部材が、常時、上面ゴム部を押圧する常時押圧領域の一部において、前記摺動板が前記上面ゴム部に接着されたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、摺動板の割れの発生を未然に防止することができ、かつ空気ばねに空気が未充填の状態でも摺動板が前記上面ゴム部に接着保持されるため、摺動板が上面板から脱落するおそれがない。このように、本発明においては、摺動板を上面板に固定する固定手段を別途設ける必要がなく、構造を簡素化することが可能となる。
【００１３】
摺動板は、一般的に上面ゴム部の表面の全面を覆うように、ドーナツ状、すなわち、円環状に形成される。また、可撓部材が、摺動板を介して、常時、上面ゴム部を押圧する常時押圧領域とは、可撓部材内部に空気を充填した空気ばね使用状態において、空気ばねの水平変位にかかわらず、可撓部材が、摺動板を介して、常時、上面ゴム部を押圧する領域を意味するものである。常時押圧領域は、上面ゴム部に対して同心円状で、上面ゴム部の半径よりも小径の領域とされる。
【００１４】
常時押圧領域は、具体的に、上面ゴム部の半径をＲとしたとき、一般的な空気ばねの場合に、半径０．７５Ｒの円に囲まれる領域以内に設定される。さらに、空気ばねのほとんどは、半径０．５０Ｒの円に囲まれる領域以内に設定される。常時押圧領域においては、摺動板と上面ゴム部との間には、専ら摺動板の厚み方向に互いに押しつけあう力が常時安定的に作用する。従って、常時押圧領域において摺動板と上面ゴム部とを接着しても、両者に作用する力の変動が少なく、摺動板の割れを効果的に防止することが可能となる。
【００１５】
これに対して、上面ゴム部の常時押圧領域よりも半径方向外方の部分（以下、上面ゴム部の外側部分と略する）では、空気ばねの水平変位によって、上面ゴム部および摺動板に引っ張り−圧縮の繰り返し応力が作用する。すなわち、両者に作用する力が大きく変動する。上面ゴム部の外側部分及び上面ゴム部の外側部分に対応する摺動板部分に力が作用すると、両者とも弾性変形することになるが、材質の違いによって両者の変形量に差が生じる。
【００１６】
したがって、上面ゴム部の外側部分において、摺動板と上面ゴム部とを接着した場合には、上面ゴム部の変形に摺動板が追従することができずに、摺動板が割れるおそれが生じる。上述のごとく、本発明においては、常時押圧領域において、摺動板を上面ゴム部に接着することが重要なポイントとなる。
【００１７】
摺動板を上面板（上面ゴム部）に接着するには、接着剤や、両面テープを用いることができる。また、常時押圧領域において、摺動板と上面ゴム部とが接着する接着部の面積は、少なくとも１００ｍｍ2以上、より好ましくは３００ｍｍ2以上とし、前記接着部のＪＩＳ  Ｋ６２５６−２による接着強度が１０Ｎ／２５ｍｍ以上とするのが好ましく、２０Ｎ／２５ｍｍ以上とするのがより好ましい。これにより、空気ばね（可撓部材内）に空気が未充填で、上面板と可撓部材との間に隙間が生じた状態であっても、摺動板が上面ゴム部から脱落するのを防止することができる。
【００１８】
前述のごとく、一般に摺動板はドーナツ状に形成される。したがって、接着部は、実際には、摺動板と常時押圧領域とが重複する環状領域（以下、環状領域という）の一部又は全部に設けられる。具体的に、接着部は、環状領域全体に設けるほか、環状領域の幅よりも狭い幅で環状に形成することも可能である。また、接着部を周方向に断続的に複数形成することも可能である。
【００１９】
特に、両面テープを用いて摺動板と上面ゴム部とを接着する場合、両面テープを環状に貼るのは困難であることから、所定長さにカットしたものを環状領域内において周方向に複数貼着すればよい。いずれにしても、接着部の面積が、少なくとも１００ｍｍ2以上になるように設定する。
【００２０】
なお、接着部は、環状領域における接着強度が均等になるように、周方向に等間隔に形成するのが好ましいが、前後左右の変位の大きさに合わせて適宜間隔を変更することも可能である。
【００２１】
また、摺動板を上面ゴム部に取り付けた状態で、摺動板の内周縁の半径方向内側に位置する上面ゴム部に環状凸部を形成することも可能である。これにより、空気ばねが水平方向に変位しても、摺動板５が水平方向にずれるのを確実に防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、可撓部材内部に空気を充填した空気ばね使用状態において、可撓部材が、摺動板を介して、常時、上面ゴム部を押圧する常時押圧領域の一部において、摺動板を上面ゴム部に接着するようにしたため、摺動板に割れが生じるおそれがなく、空気ばねに空気が未充填の状態でも摺動板が上面板から脱落するおそれがなく、かつ構造が簡単な空気ばねを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る空気ばねの半部断面図
【図２】図１における上面板の、（ａ）断面図及び（ｂ）半部底面図
【図３】図１における摺動板の、（ａ）断面図及び（ｂ）半部平面図
【図４】第二実施形態における上面板の、（ａ）断面図及び（ｂ）半部底面図
【図５】第二実施形態における摺動板の、（ａ）断面図及び（ｂ）半部平面図
【図６】図１の空気ばねの空気未充填の状態を示す半部断面図
【図７】図６の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
[第一実施形態]
以下、本発明について図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明に係る車両用空気ばねの第一実施形態を示す図である。図１は空気ばねの縦断面図であり、空気ばねの中心線ＣＬを中心として半部を示しており、図２（ａ）は本実施形態の上面板の左右方向の断面図を、図２（ｂ）は上面板の半部底面図をそれぞれ示している。
【００２５】
空気ばねは、車両の車体に取り付けられる上面板１と、その下方で車輪側に配置される下面板２と、上面板１及び下面板２の間に介装される筒状の可撓部材３と、下面板２と車輪側の支持フレームとの間に介装されるストッパー４と、上面板１及び可撓部材３との間に配されて可撓部材３の摩耗を抑制するための摺動板５とを備えている。
【００２６】
本実施形態では、可撓部材３として、ゴム製のベローズを使用している。可撓部材３は、スチールコード等の補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする積層ゴムから構成されており、可撓部材３の両端部はビードコアに補強ゴム層を巻き付けたビード部３ａが形成されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、上面板１及び下面板２は、金属材料によって円盤状に形成される。上面板１の中央には、環状に突設されたビード受部１ａが形成される。同様に、下面板２の中央にも環状に突設されたビード受部２ａが形成される。そして、可撓部材３の両端部に形成されたビード部３ａ，３ａがビード受部１ａ及び２ａにそれぞれ嵌着される。上面板１の下面には、可撓部材３と接触する部分、すなわち、ビード受部１ａよりも半径方向外方には、可撓部材を傷つけないように上面ゴム部６が形成される。
【００２８】
図３（ａ）は、摺動板の断面図を、図３（ｂ）は摺動板の半部平面図を示す。摺動板５は、薄く強靭なシートに成形可能な熱可塑性あるいは熱硬化性合成樹脂からなり、摩擦係数が小さいものが用いられる。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン又はポリプロピレン等を挙げることができる。本実施形態ではポリエチレンを使用している。
【００２９】
摺動板５は、ドーナツ状に形成され、その厚みは、たとえば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることができる。本実施形態では、摺動板５の厚みは１．０ｍｍとされている。なお、図３（ａ）においては、摺動板５の直径に対して厚みが薄く、断面形状が判りにくいため、実際よりも板厚を厚くして模式的に描いている。摺動板５の中央には、貫通穴７が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、摺動板５を上面ゴム部６に取り付けた状態で、摺動板５の内周縁のすぐ内側の上面ゴム部６に環状凸部８が形成されている。環状凸部８の高さは、摺動板５の厚みと同じ１．０ｍｍとされ、摺動板５が上面ゴム部６に取り付けられた状態で、環状凸部８と、摺動板５とが面一になるように形成されている。
【００３１】
環状凸部８は、外周の形状が略円形で、一部に円を切り欠いた切欠部９が形成された形状とされる。一方、摺動板５の貫通穴７は環状凸部８に係合可能なように、環状凸部８の外周に対応した形状とされる。具体的には、貫通穴７は略円形で、切欠部９に対応する位置に、貫通穴７の中心側に弦状に張り出した直線部１１が形成されている。
【００３２】
切欠部９及び直線部１１を設けたことにより、摺動板５を上面ゴム部６に対して正しい位置で取り付けることができる。また、環状凸部８は、摺動板５を上面ゴム部６に接着して、空気ばねに空気を充填した状態で、空気ばねが水平方向に変位したときに、摺動板５が水平方向にずれるのを防止する。なお、本実施形態における環状凸部８は、摺動板５の位置合わせ及びずれの防止を目的とするものであり、摺動板５との間に隙間が生じても差し支えない。したがって、環状凸部８の寸法に高い精度は必要とされない。
【００３３】
摺動板５は、可撓部材３内部に空気を充填した空気ばね使用状態において、可撓部材３が、摺動板５を介して、常時、上面ゴム部６を押圧する常時押圧領域の一部において、上面ゴム部６に接着される。具体的に、摺動板５は、環状領域１２において、上面ゴム部６に接着される。環状領域１２は、図２および図３に示すように、上面板１の半径（６８０ｍｍ）をＲとしたときに、半径０．７５Ｒの円で囲まれた領域（常時押圧領域）と、摺動板５とが重複する環状の領域とされる。図２では、環状領域１２にハッチングを付している。
【００３４】
なお、本実施形態では、摺動板５の内周縁の半径は直線部１１を除いて０．４８Ｒとされている。また、図２に示すように、上面ゴム部６は、左右方向において半径方向外側にいくほど下面板２に近づくように傾斜して設けられており、さらに０．７５Ｒを境にして半径方向内側よりも半径方向外側の傾斜が大きくなるように形成されている。可撓部材３は、空気ばねに空気を充填した状態で、上面ゴム部６において、０．７５Ｒよりも半径方向内側の傾斜の緩やかな部分に常時接するように形成される。
【００３５】
本実施形態では、摺動板５と上面ゴム部６とを接着する手段として、両面テープと接着剤とを使用してそれぞれ空気ばねを作製した。両面テープとしては、コニシ株式会社製ボンドＳＳテープＷＦ１７２等を用いた。接着剤としては、プライマーとしてセメダイン社製セメダインＰＰ５を使用し、接着剤としてセメダイン社製セメダインスーパーＸ８００８を使用した。
【００３６】
両面テープは２０ｍｍ×５０ｍｍのサイズにカットし、これを環状領域１２内において空気ばねの前後左右方向に合わせて９０°間隔で上面ゴム部６に貼着し、そこへ摺動板５を位置合わせしつつ接着した。これにより、摺動板５と、上面ゴム部６とが接着した接着部１３の面積は２０ｍｍ×５０ｍｍ×４＝４００ｍｍ2であり、接着部のＪＩＳ  Ｋ６２５６−２による接着強度は２２．１Ｎ／２５ｍｍであった。また、上記接着部と同じ位置・範囲において、両面テープの代わりに前述の接着剤を使用したときの接着部のＪＩＳ  Ｋ６２５６−２による接着強度は４６．３Ｎ／２５ｍｍであった。
【００３７】
接着手段として両面テープを使用した空気ばね及び接着手段として接着剤を使用した空気ばねは、いずれも、図６及び図７に示すように、空気未充填の状態で、上面板と可撓部材３との間に隙間Ａが生じた状態であっても、摺動板が上面板１から脱落することはなかった。また、上記２種類の空気ばねについて、空気を充填した状態で、耐久性試験を実施した。試験条件は以下に示す通りである。
【００３８】
すなわち、下面板２を回転アーム（回転中心から下面板までのアーム長さ：１ｍ）に取り付け、上面板１は固定壁に取り付けた。なお、上面板１と下面板２との距離は空気ばねの通常使用時と同じになるように調整した。この状態で、回転アームを水平方向に時計回り方向に回転させ、下面板が元の位置から７５ｍｍ変位したところで、元の状態に戻し、さらに、回転アームを反時計回り方向に回転させ、下面板が元の位置から−７５ｍｍ変位したところで、元の状態に戻した。これを１サイクルとし、０．５Ｈｚの周期で２０万サイクル変位を繰り返した。
【００３９】
上記試験の結果、本発明にかかる空気ばねは、接着手段として両面テープを使用したもの及び接着手段として接着剤を使用したもののいずれも、摺動板の割れ・変形はなく、位置ズレ・脱落も発生しなかった。また、空気ばねの耐久性への影響も認められなかった。以上より、摺動板５と上面ゴム部６とを環状領域１２でのみ接着することで摺動板５の割れの発生を抑制可能であることが確認された。
【００４０】
[第二実施形態]
本実施形態では、上面板において環状凸部及び切欠部を設けず、さらに、摺動板において直線部を設けずに貫通穴の形状を円形とした点が第一実施形態と異なり、その他の構成は第一実施形態と同じとした。
【００４１】
図４（ａ）は本実施形態の上面板の左右方向の断面図であり、図４（ｂ）は上面板の半部底面図である。また、図５（ａ）は本実施形態の摺動板の断面図であり、図５（ｂ）は摺動板の半部平面図である。本実施形態では、切欠部及び直線部を設けていないため、切欠部と直線部を用いた摺動板の位置合わせができないことになる。
【００４２】
しかしながら、空気ばねとしては、車両の進行方向に対して前後方向と左右方向とで水平方向のばね特性が異なる異方性空気ばねが多用されている。空気ばねは、上面ゴム部における半径方向外側部分の傾き（以下、「上面ゴム部の傾き」と略する）を変化させることでばね特性を調整している。
【００４３】
従って、異方性空気ばねにおいては、前後方向と左右方向とで上面ゴム部の傾きが異なる。さらに、図４に示すように、上面ゴム部６の傾きが左右方向で異なる場合もある。そうすると、上面板１の形状に合わせて成形される摺動板５は、正しい位置でなければ上面ゴム部６に取り付けることができず、あえて別に摺動板の位置合わせの手段を講じる必要がない。すなわち、本実施形態の空気ばねは、異方性空気ばねに特に有用である。
【００４４】
さらに、本実施形態では、上面板において環状凸部を設けていない。しかしながら、上面ゴム部６は、前述のごとく、半径方向外側にいくほど下面板２に近づくように傾斜した立体的形状とされている。したがって、摺動板５が水平方向にずれるには、摺動板５が上面ゴム部６を乗り越えなければならない。
【００４５】
ところが、摺動板５は、接着部１３によって上面ゴム部６に接着されている上に、空気ばねに空気を充填した状態では、接着部１３には可撓部材３によって摺動板５を上面ゴム部６に押しつける力が常時作用する。従って、これらの力により、摺動板５が上面ゴム部６の傾斜部分を乗り越えて水平方向にずれるのを防止することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１              上面板
２              下面板
３              可撓部材
４              ストッパー
５              摺動板
６              上面ゴム部
７              貫通穴
８              環状凸部
９              切欠部
１１            直線部
１２            環状領域
１３            接着部
【図１】
0005603155.tif 000002
【図２】
0005603155.tif 000003
【図３】
0005603155.tif 000004
【図４】
0005603155.tif 000005
【図５】
0005603155.tif 000006
【図６】
0005603155.tif 000007
【図７】
0005603155.tif 000008