(57)【要約】【課題】重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねを提供する。【解決手段】空気ばね１は、上面板と、下面板と、上面板と下面板とを接続するダイアフラム５０とを備えている。ダイアフラム５０は、内周側に開口部が形成された円環状の筒形状を有している。ダイアフラム５０において、開口部を規定し、上面板と接触する領域である上面板接触部５２は、支持板１１に接触することにより下面板側に突出するように弾性変形した変形部５６を含んでいる。変形部５６は、変形部５６から見て下面板側に位置する摺動部材１２と接触している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１支持部材と、
前記第１支持部材から見て主荷重方向に間隔をおいて配置される第２支持部材と、
前記第１支持部材と前記第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムとを備え、
前記ダイアフラムは、内周側に開口部が形成された円環状の筒形状を有し、
前記ダイアフラムにおいて、前記開口部を規定し、前記第１支持部材と接触する領域である第１接触部は、前記第１支持部材に接触することにより前記第２支持部材側に突出するように弾性変形した変形部を含み、
前記変形部は、前記変形部から見て前記第２支持部材側に位置する前記第１支持部材と接触している、空気ばね。
【請求項２】
前記変形部は、前記変形部から見て前記第２支持部材側に位置する前記第１支持部材と接触することにより前記主荷重方向に圧縮されている、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項３】
前記第１支持部材は、第１支持体と、前記第１支持体から見て前記第２支持部材側に配置される第２支持体とを含み、
前記変形部は、前記第２支持体と接触している、請求項１または２に記載の空気ばね。
【請求項４】
前記第２支持体は、摺動部材である、請求項３に記載の空気ばね。
【請求項５】
前記第２支持体は、外周面において前記第２支持部材側とは反対側に突出する突出部を有し、
前記変形部は、前記突出部において前記第２支持体と接触している、請求項３または４に記載の空気ばね。
【請求項６】
前記第２支持部材は、前記第１支持部材から見て前記主荷重方向の下側に配置される、請求項１〜５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、空気ばねに関するものであり、より特定的には、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両においては、車両の走行時に車体に負荷される衝撃や振動を軽減するため、車両本体と台車との間に空気ばねが配置される。空気ばねは、車両本体側に接続される上面板と、その下方に配置される下面板と、上面板と下面板とを接続するように配置されるゴム製のダイアフラムなどを主に備え、ダイアフラムの弾性変形により走行時の上下方向における衝撃や振動を軽減することができる。空気ばねにおいて、ダイアフラムの気密性を確保するためのシール方式としては、ダイアフラムを上面板と一の締付金具との間、および下面板と他の締付金具との間にそれぞれ挟み込み、ボルトにより締結する締結シール方式や（たとえば、非特許文献１参照）、ダイアフラムの内圧を利用してダイアフラムを上面板および下面板のそれぞれに対して固定するセルフシール方式などがある（たとえば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】宮本、「図解・電車のメカニズム−通勤電車を徹底解剖−」、第２版、豊国印刷株式会社、２０１０年１月、ｐ．４６
【非特許文献２】「鉄道車両用ばね装置  ＪＩＳＥ４２０６」、日本工業標準調査会審議、１９８９年５月、ｐ．８，１０−１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
締結シール方式を採用する空気ばねでは、ダイアフラムの気密性を確保するため、剛性や強度に優れた締付金具が使用される。このような締付金具は重量が大きいため、これを使用することにより空気ばね全体の重量増加を招くという問題がある。
【０００５】
セルフシール方式を採用する空気ばねでは、ダイアフラムの内圧が低下したデフレート状態において輸送時の振動や点検時のハンドリングにより外力が加えられる場合や、車両の走行中に水平方向から大きな変位が加えられてダイアフラムが大きく変形した場合などにおいて、ダイアフラムと上面板との接触を確保することが困難である。そのため、ダイアフラムが上面板から離れ、ダイアフラムと上面板との間から空気漏れが生じるという問題がある。また、ダイアフラムの上面板からの抜け落ちを防ぐため、上面板のダイアフラムが接触する領域の下側に突起（ハンプ）を設けた構造も提案されているが、ダイアフラムの空気漏れを有効に防止することができるものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空気ばねは、第１支持部材と、第１支持部材から見て主荷重方向に間隔をおいて配置される第２支持部材と、第１支持部材と第２支持部材とを接続することにより閉鎖空間を形成し、弾性変形可能なダイアフラムとを備えている。ダイアフラムは、内周側に開口部が形成された円環状の筒形状を有している。ダイアフラムにおいて、開口部を規定し、第１支持部材と接触する領域である第１接触部は、第１支持部材に接触することにより第２支持部材側に突出するように弾性変形した変形部を含んでいる。変形部は、変形部から見て第２支持部材側に位置する第１支持部材と接触している。
【０００８】
本発明の空気ばねにおいて、ダイアフラムの変形部は、当該変形部から見て第２支持部材側に位置する第１支持部材と接触している。そのため、重量の大きい締付部材などを用いてダイアフラムを第１支持部材に固定することなく、変形部においてダイアフラムと第１支持部材との接触を確実に確保することができる。これにより、ダイアフラムが第１支持部材から離れることが抑制され、その結果ダイアフラムの空気漏れを防ぐことができる。このように、本発明の空気ばねによれば、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねを提供することができる。
【０００９】
上記空気ばねにおいて、変形部は、変形部から見て第２支持部材側に位置する第１支持部材と接触することにより主荷重方向に圧縮されていてもよい。
【００１０】
これにより、ダイアフラムの変形部が第１支持部材から離れようとする場合に、圧縮された変形部が復元するため、ダイアフラムと第１支持部材との接触をより確実に確保することができる。その結果、ダイアフラムの気密性をさらに確実に確保することができる。
【００１１】
上記空気ばねにおいて、第１支持部材は、第１支持体と、第１支持体から見て第２支持部材側に配置される第２支持体とを含んでいてもよい。そして、変形部は、第２支持体と接触していてもよい。
【００１２】
これにより、ダイアフラムと第１支持部材との接触が確実に確保されるとともに、ダイアフラムの取り付けおよび取り外しがより容易になる。
【００１３】
上記空気ばねにおいて、第２支持体は、摺動部材であってもよい。これにより、外部から負荷される衝撃や振動を容易に緩和することができる。そして、当該摺動部材を利用することにより、部品点数の増加を回避しつつダイアフラムの気密性を確実に確保することができる。ここで、摺動部材とは、上記空気ばねの他の構成部材に比べて、表面の摩擦係数がより低減された構成部材を意味する。
【００１４】
上記空気ばねにおいて、第２支持体は、外周面において第２支持部材とは反対側に突出する突出部を有していてもよい。そして、変形部は、突出部において第２支持体と接触していてもよい。これにより、ダイアフラムと第１支持部材とをより容易に接触させることができる。
【００１５】
上記空気ばねにおいて、第２支持部材は、第１支持部材から見て主荷重方向の下側に配置されていてもよい。これにより、上記空気ばねの構造をより簡易なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明の空気ばねによれば、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】空気ばねの構造を示す概略図である。
【図２】空気ばねのダイアフラムの構造を示す概略図である。
【図３】空気ばねの構造を拡大して示す概略図である。
【図４】変形例の空気ばねの構造を示す概略図である。
【図５】変形例の空気ばねの構造を拡大して示す概略図である。
【図６】変形例の空気ばねの構造を拡大して示す概略図である。
【図７】比較例の空気ばねを説明するための概略図である。
【図８】比較例の空気ばねを説明するための概略図である。
【図９】比較例の空気ばねを説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
はじめに、比較例の空気ばねの構造について説明する。まず、一の比較例の空気ばね１００の構造について説明する。図７を参照して、空気ばね１００では、ダイアフラム５００は、上面板１１０と締付金具８００との間、および下面板２００と締付金具８１０との間にそれぞれ挟み込まれ、ボルトにより締結されている。空気ばね１００では、ダイアフラム５００の気密性が確保される一方で、重量の大きい締付金具８００，８１０を使用する必要があるため、空気ばね全体の重量増加を招くという問題がある。また、空気漏れを防ぐためにダイアフラム５００のシール部分に均等な力をかけて締結する必要があるため、ボルトなどの部品点数が増大する。また、ダイアフラム５００のシール部に応力緩和（クリープ）が生じるため、締結の際のトルク管理が難しく組立作業に技術を必要とする。
【００２０】
次に、他の比較例の空気ばねの構造について説明する。図８を参照して、この空気ばねでは、ダイアフラム５００は、ダイアフラム５００の内圧を利用することにより上面板１１０に対して固定されている。この空気ばねでは、ダイアフラム５００の内圧が低下したデフレート状態において、輸送時の振動や点検時のハンドリングにより外力が加えられる場合や、車両の走行中に水平方向から大きな変位が加えられてダイアフラム５００が大きく変形した場合などにおいて、ダイアフラム５００と上面板１１０との接触を確保することが困難である。そのため、図９に示すようにダイアフラム５００が上面板１１０から離れて、ダイアフラム５００と上面板１１０との間から空気漏れが生じるという問題がある。このような比較例の空気ばねに対して、本実施の形態の空気ばねは、以下に説明するように、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねとなっている。
【００２１】
まず、本発明の一実施の形態の空気ばねの構造について説明する。図１を参照して、本実施の形態の空気ばね１は、第１支持部材としての上面板１０と、第２支持部材としての下面板２０と、ゴム下板３０と、積層ゴム４０と、ダイアフラム５０とを主に備えている。
【００２２】
上面板１０は、第１支持体としての支持板１１と、第２支持体としての摺動部材１２とを主に有している。支持板１１は、上面１１ａの上方から見て軸線（中心軸）Ｐを中心とした、たとえば円形状を有している。支持板１１には、軸線Ｐを含む中央部において、下面板２０側に向かい突出する円形台状の突出部が形成されており、当該突出部の外周面には軸線Ｐに沿った円周面１１ｂが形成されている。円周面１１ｂは、軸線Ｐに対して略平行になるように形成されている。
【００２３】
摺動部材１２は、支持板１１から見て下面板２０側に配置されている。より具体的には、摺動部材１２は、支持板１１に形成された突出部の下面１１ｃ上においてボルトにより支持板１１に固定されている、摺動部材１２は、径方向において当該突出部よりも外側に延在した領域を含んでいる。摺動部材１２の下面板２０に対向する主面１２ａは、摩擦係数が低減された面となっている。
【００２４】
上面板１０の軸線Ｐを含む領域には、軸線Ｐに沿って下面板２０側とは反対側に突出する車体側スピゴット１３が取り付けられている。車体側スピゴット１３の外周部には、Ｏリング１４が取り付けられている。上面板１０は、車体側スピゴット１３を介して車体側（図示しない）に接続される。
【００２５】
支持板１１の上面１１ａの上方から見た形状は円形状に限定されるものではなく、たとえば矩形状、花びら状あるいは外周部の一部が径方向に突出した形状を有していてもよい。また、支持板１１は、図１に示すように径方向の外側に向かうに従い、支持板１１から見て主荷重方向の下向きにダイアフラム５０の外形に沿って屈曲した形状を有している。これにより、ダイアフラム５０の支持板１１との接触による損傷を防止することができる。
【００２６】
下面板２０は、上面板１０と共に軸線Ｐを共有するように、上面板１０から見て主荷重方向の下側に間隔をおいて配置されている。下面板２０の上面板１０に対向する主面２０ａには、たとえばＳＵＳからなる摺動板２１が配置されている。下面板２０には、上面板１０の円周面１１ｂと同様に、軸線Ｐに沿った円周面２１ａが形成されている。
【００２７】
ダイアフラム５０は、上面板１０と下面板２０とを接続することにより閉鎖空間を形成する。ダイアフラム５０は、たとえばゴムからなり、弾性変形が可能となっている。ダイアフラム５０の構造を詳細に説明すると、ダイアフラム５０は、内周側に開口部５１が形成され、軸線Ｐを中心とする円環状の筒形状を有している。そして、ダイアフラム５０は、開口部５１を規定する第１接触部としての上面板接触部５２および下面板接触部５３を含み、上面板接触部５２および下面板接触部５３において上面板１０および下面板２０の円周面１１ｂ，２１ａ上にそれぞれ接触している。これにより、上面板１０、下面板２０およびダイアフラム５０は、閉鎖空間Ｓを形成している。
【００２８】
図２および図３を参照して、ダイアフラム５０の構造についてより詳細に説明する。まず、図２を参照して、空気ばね１に組み込まれる前のダイアフラム５０の構造を説明する。ダイアフラム５０の上面板接触部５２には、上面板を構成する支持板の円周面に沿った円形状を有するワイヤ５４が埋め込まれている。上面板接触部５２には、ダイアフラム５０の内周側に突出する突起部５５および変形部５６が形成されている。変形部５６は、軸方向の下側に向かうに従いダイアフラム５０の内径が徐々に小さくなるように形成されている。
【００２９】
次に、図３を参照して、空気ばね１に組み込まれた状態でのダイアフラム５０の構造を説明する。上面板接触部５２の変形部５６は、軸方向に沿って形成された支持板１１の円周面１１ｂに沿うように接触している。これにより、変形部５６は、下面板側に突出するように弾性変形している。そして、このように弾性変形した変形部５６は、変形部５６から見て下面板側に位置する上面板（摺動部材１２）と接触している。このとき、変形部５６は、摺動部材１２と接触することにより圧縮されていてもよく、より具体的には主荷重方向に圧縮されていてもよい。
【００３０】
図１を参照して、積層ゴム４０は、下面板２０から見て上面板１０とは反対側に配置されている。積層ゴム４０は、金属などからなる硬質層４１およびゴムなどからなる弾性層４２を複数有し、たとえば硬質層４１と弾性層４２とが主荷重方向において交互に積層された構造を有している。積層ゴム４０は、複数の弾性層４２を有することにより、弾性変形可能となっている。積層ゴム４０の軸線Ｐを含む領域には中空部が形成されている。
【００３１】
ゴム下板３０は、上面板１０および下面板２０と共に軸線Ｐを共有するように、積層ゴム４０の下方に配置されている。ゴム下板３０の軸線Ｐの付近には、軸線Ｐに沿って積層ゴム４０とは反対側に突出する台車側スピゴット３１が形成されている。すなわち、ゴム下板３０には、軸線Ｐを中心軸として突出する小径部としての台車側スピゴット３１が取り付けられている。ゴム下板３０は、台車側スピゴット３１を介して、台車（図示しない）側に接続される。そして、空気ばね１は、ゴム下板３０の支持面３０ａにおいて、車体（図示しない）を台車（図示しない）に対して支持する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態の空気ばね１において、ダイアフラム５０の変形部５６は、変形部５６から見て下面板２０側に位置する上面板１０（摺動部材１２）と接触している。そのため、たとえばダイアフラム５０の内圧が低下したデフレート状態において輸送時の振動や点検時のハンドリングにより外力が加えられる場合や、車両の走行中に水平方向から大きな変位が加えられてダイアフラム５０が大きく変形した場合などにおいても、重量の大きい締付部材などを用いてダイアフラム５０を上面板１０に固定することなく、変形部５６においてダイアフラム５０と上面板１０との接触を確実に確保することができる。これにより、ダイアフラム５０が上面板１０から離れることが抑制され、その結果ダイアフラム５０の空気漏れを防ぐことができる。また、締付部材を用いた場合に比べて、空気ばねの構造自体がより簡易なものになる。このように、本実施の形態の空気ばね１は、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラム５０の気密性をより確実に確保することが可能な空気ばねとなっている。
【００３３】
また、上述のように、空気ばね１において、ダイアフラム５０の変形部５６は、変形部５６から見て下面板２０側に位置する上面板１０（摺動部材１２）と接触することにより主荷重方向に圧縮されていてもよい。これにより、ダイアフラム５０が上面板１０から離れようとする際、圧縮された変形部５６が復元することにより、ダイアフラム５０と上面板１０との接触をより確実に確保することができる。その結果、ダイアフラム５０の気密性をより確実に確保することができる。
【００３４】
また、上述のように、空気ばね１において、上面板１０は、支持板１１と、支持板１１から見て下面板２０側に配置される摺動部材１２とを含んでいてもよい。そして、ダイアフラム５０の変形部５６は、摺動部材１２と接触していてもよい。これにより、ダイアフラム５０と上面板１０との接触が確実に確保されるとともに、ダイアフラム５０の取り付けおよび取り外しがより容易になる。すなわち、空気ばね１では、外部からの衝撃や振動を緩和するために必要な摺動部材１２を径方向に延在させるだけで、部品点数の増加を回避しつつ摺動部材１２とダイアフラム５０とを接触を確実に確保することができる。また、摺動部材１２は、ダイアフラム５０を支持板１１に固定した後に支持板１１に取り付けることが可能であるため、ダイアフラム５０と摺動部材１２との接触を十分に確保するために摺動部材１２を外径を大きくした場合でも、空気ばね１の組立においてダイアフラム５０を容易に取り付けることができる。また、摺動部材１２を取り外すことによりダイアフラム５０の取り外し作業も容易に実施することができる。
【００３５】
次に、本実施の形態の変形例の空気ばねについて説明する。本変形例の空気ばね２は、基本的には上記本実施の形態の空気ばね１と同様の構成を有し、かつ同様の効果を奏する。しかし、本変形例の空気ばね２は、上面板に含まれる摺動部材の構造において、上記本実施の形態の空気ばね１とは異なっている。
【００３６】
図４を参照して、空気ばね２において、上面板１０に含まれる摺動部材１２は、外周面において下面板２０側とは反対側に突出する突出部１２ｂを有している。そして、図５を参照して、ダイアフラム５０の変形部５６は、突出部１２ｂにおいて摺動部材１２と接触している。また、図６を参照して、突出部１２ｂは、摺動部材１２の主面１２ａに沿うように屈曲する屈曲部１２ｃを有し、変形部５６は、当該屈曲部１２ｃにおいて摺動部材１２と接触していてもよい。本変形例の空気ばね２においては、上記構造を有する摺動部材１２を採用することにより、ダイアフラム５０と上面板１０とをより容易に接触させることができる。
【００３７】
上記本実施の形態および変形例の空気ばね１，２では、第１支持部材として上面板１０、第２支持部材として下面板２０を採用する場合について説明したが、本発明の空気ばねはこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の空気ばねでは、第１支持部材として下面板２０、第２支持部材として上面板１０を採用してもよい。この場合、第１接触部としての下面板接触部５３は、下面板２０に接触することにより上面板１０側に突出するように弾性変形した変形部を含み、当該変形部は、当該変形部から見て上面板１０側に位置する下面板２０と接触するような構造となる。これにより、ダイアフラム５０が下面板２０から離れることが抑制され、ダイアフラム５０の空気漏れを防ぐことができる。その結果、上記本実施の形態および変形例の空気ばね１，２と同様に、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラム５０の気密性をより確実に確保することができる。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の空気ばねは、重量増加を抑制しつつ、ダイアフラムの気密性を確実に確保することが要求される空気ばねにおいて、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４０】
１，２  空気ばね、１０  上面板、１１  支持板、１１ａ  上面、１１ｂ，２１ａ  円周面、１１ｃ  下面、１２  摺動部材、１２ａ，２０ａ  主面、１２ｂ  突出部、１２ｃ  屈曲部、１３  車体側スピゴット、１４  Ｏリング、２０  下面板、２１  摺動板、３０  ゴム下板、３０ａ  支持面、３１  台車側スピゴット、４０  積層ゴム、４１  硬質層、４２  弾性層、５０  ダイアフラム、５１  開口部、５２  上面板接触部、５３  下面板接触部、５４  ワイヤ、５５  突起部、５６  変形部、Ｐ  軸線、Ｓ  閉鎖空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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