(57)【要約】      【課題】  本発明の目的は、バネシステムに作用する体重に対して停止バッファが適合するような装置を提供することである。      【解決手段】本発明は、振動部（１）、静止部（２）、およびそれらの中間に配置された空気バネを備えたバネシステムに関し、本発明によると、該静止部（２）と該振動部（１）との間に、開口（７）を備えた少なくとも１つの圧縮可能な空気圧式バネ部（４）が配置され、無負荷状態では、該開口（７）を介して、バネ部（４）が空気バネ（３）のボリューム部（９）に接続され、負荷のかかった圧縮状態では、前記開口（７）が閉じる。本発明はさらに、上記特徴を有するスプリングシステムを備えた乗り物座席に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部（１）、静止部（２）およびその中間に配置される空気バネ（３）を備えたバネシステムにおいて、
該静止部（２）と該振動部（１）との間に、開口（７）を備えた少なくとも１つの圧縮可能な空気圧式バネ部（４）が配置され、無負荷状態においては、該開口（７）を介して該バネ部（４）が前記空気バネ（３）のボリューム部（９）に接続され、
負荷のかかった圧縮状態においては、該開口（７）が閉じることを特徴とするバネシステム。
【請求項２】
前記開口（７）を閉じる目的で、前記振動部（１）が、作動部（１３）と接続されていることを特徴とする、請求項１のバネシステム。
【請求項３】
前記バネ部（４）が、前記空気バネ（３）内に配置されていることを特徴とする、請求項１または２のバネシステム。
【請求項４】
前記バネ部（４）が、前記空気バネ（３）の固定部（５）にしっかりと接続され、該固定部（５）が、前記バネシステムの静止部（２）に接続されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかのバネシステム。
【請求項５】
前記バネ部（４）のボリューム部（１４）が、絞り装置（１０）を備えたオーバーフロー管（１１）を介して前記空気バネ（３）のボリューム部（９）または大気中に接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかのバネシステム。
【請求項６】
前記バネ部（４）が、弾性変形可能で耐圧性の、特に好ましくは、プラスチックまたはゴム等の材料からなるボールとして形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかのバネシステム。
【請求項７】
前記開口（７）が前記ボールの上側部分に形成され、前記ボールの下側部分が、前記空気バネ（３）にしっかりと接続されていることを特徴とする、請求項６のバネシステム。
【請求項８】
前記作動部（１３）が、前記振動部（１）に接続された前記空気バネ（３）の可動部（６）に配置され、該作動部（１３）が、前記ボールの開口（７）を閉じるのに適した形状であることを特徴とする、請求項７のバネシステム。
【請求項９】
前記作動部（１３）が、ゴムバッファとして形成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれかのバネシステム。
【請求項１０】
前記空気圧式バネ部（４）が、空気圧式シリンダ（８）として形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかのバネシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかのバネシステムを備えた、乗り物座席。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動部、静止部、およびその中間に配置された空気バネを備えたバネシステムに関し、さらに、そのようなバネシステムを備えた乗り物座席に関する（乗り物には、鉄道の車両、自動車、航空機、船舶等を含む）。
【背景技術】
【０００２】
バネ付の座席では、大きな励起振幅（excitation amplitudes）が与えられると、バネシステムが限界停止点（limit stop）に達する場合がある。限界停止点に達したときの、乗り物座席に座っている人の負担を軽減するために、バネシステムでは、ゴムバッファなどの適切な停止バッファを用いて、限界停止点での硬い接触を和らげている。そのような停止バッファは、力−変位特性、自己減衰、長さ、およびバネの変位などの固定された物理的特性を持っている。しかし、この構成の主な不都合点の一つは、乗り物座席に座っている人の体重に対する適合性がないことである。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このため、本発明の目的は、バネシステムに作用する体重に対して停止バッファが適合するような装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１の特徴を有するバネシステムおよび請求項１１の特徴を有する乗り物座席によって達成できる。圧縮可能な空気圧式バネ部に開口が設けられていることにより、該空気圧式バネ部内のボリューム部と空気バネのボリューム部との間では、気体の行き来がある。このように変形していない状態においては、バネシステムは、従来の空気バネを備えた既知のバネシステムと同様に作用する。負荷をかけられて押し下げられた状態では、空気バネの終端停止点（end stop）の方向へ所定量近づくと開口が閉じ、空気圧式バネ部内のボリューム部が空気バネのボリューム部から隔離される。さらに終端停止点に近づくと、空気圧式バネ部のボリューム部が圧縮されて、空気圧式バネ部による力の作用が開始される。この時点で、所定の変位の場合、バネシステム全体の動きに対抗する力が移動質量に適合させられる。この場合、移動質量とは、バネシステムが置かれた乗り物座席の上に存在する質量を指す。これは、一定の変位に対しては、バネ部のボリューム部の体積が所定量減少するという事実に基づく。この場合、圧縮によって生じる力は、外向きの圧力に比例している。こうして、この構成により、自動的に移動質量に適合する終端停止バッファ（end-stop buffer）を実現することができる。
【０００５】
本発明の好ましい発展例として、開口を閉じるために、振動部が作動部と接続されていてもよい。これによって、空気圧式バネ部を、バネシステムの静止部に接続できるようになり、該バネシステムと一緒に連続的に動かす必要がなくなる。
【０００６】
本発明の他の好ましい発展例として、バネ部を空気バネの内部に配置してもよい。これによって、いずれにせよ空気バネによって占められている空間を有効に活用することができ、空気圧式バネ部がさらに別の場所で空間を占めることがない。このようにすることで、非常に小型の実施形態を実現できる。この場合、空気バネの、バネシステムの静止部に接続されている部分に、空気圧式バネ部を、しっかりと接続することが好ましい。
【０００７】
本発明のさらに他の好ましい発展例として、バネ部のボリューム部を、絞り装置を備えたオーバーフロー管を介して、空気バネのボリューム部または大気と接続してもよい。空気圧式バネ部の内部の気体が強く圧縮されることによってバネ特性がより急勾配となる一方で、絞り装置を介して少量の気体がオーバーフローし続けることによって空気圧式バネ部からエネルギーが取り除かれ、振動が減衰される。この結果、非常に優れた制振作用とバネ作用の組み合わせが得られる。
【０００８】
本発明のさらに他の好ましい発展例として、バネ部を、弾性変形可能で耐圧性の、特に好ましくは、プラスチックまたはゴム等の材料からなるボールとして形成してもよい。このような実施形態は、非常に容易かつ安価に製造可能であり、しかも非常によく必要条件を満足する。この場合、ボールの上側部分には開口が設けられ、ボール自体は、ボールの下側部分で、空気バネにしっかりと接続されることが好ましい。より詳細には、この場合、振動部に接続されている空気バネの可動部に、ボールの開口を閉じるのに適した形状の作動部が配置されることが好ましい。
【０００９】
本発明のさらに他の好ましい発展例として、作動部をゴムバッファとして形成してもよい。これにより、空気圧式バネ部が完全に圧縮されてしまった場合にも、作動部がさらに変形可能なので、最終の終端停止点がまだ残されているという効果が生じる。この目的を達成するためには、作動部の材質が、空気圧式バネ部の材質と適合していなければならない。
【００１０】
本発明のさらに他の好ましい発展例として、バネ部を、空気圧式シリンダとして形成してもよい。そのような部品は、従来技術でよく知られているものであり、また、信頼できる部品として長年の使用実績がある。これにより、本発明の信頼できる１実施形態を実現することができる。また、この実施形態では、バネ部が管を介して空気バネのボリューム部と接続されていさえすれば、バネ部を完全に空気バネの外側に置くこともできる。
【００１１】
本発明の他の好ましい発展例については、図示した実施例を参照しながら、より詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１から図３は、異なる負荷状態における、本発明の空気圧式バネ部４を備えた本発明の第１実施例の空気バネ３を示している。図１では、空気バネ３の周りに、本発明のバネシステム全体が模式的に示されている。このため、図１に関する次の説明は、純粋に各部の配置のみに限られ、機能については、図２及び図３に示した空気バネ３の異なる２つの負荷状態を参照しながら説明することにする。
【００１３】
図１に示す本発明の第１実施例のバネシステムは、例えば、乗り物座席に一体に組み込まれていてもよい。バネシステムは、原則的には従来技術で知られているものであり、本発明にとって直接的に重要な部分を除き、バネシステムの構成については簡単に述べるにとどめる。
【００１４】
通常は運転台の基礎部に接続される静止部２が、鋏形接続部１５を介して振動部１に接続されている。空気バネ３は、静止部２と振動部１との間に配置されている。空気バネ３は固定部５を備え、固定部５は、バネシステムの静止部２に直接接続されている。空気バネ３はさらに可動部６を備え、可動部６は、鋏形接続部１５のうちの１つを介して、バネシステムの振動部１に、間接的に接続されている。固定部５は、バネベローズ部１６を介して可動部６に接続され、これによって可変ボリューム部９が構成される。
【００１５】
空気バネ３のこのボリューム部９の内側に、圧縮可能な空気圧式バネ部４が配置されている。本実施例においては、このバネ部はボールである。ボールには、弾性変形可能で耐圧性のある材料を使用するが、さらに、劣化しにくいものであることが好ましい。このため、ボールは、適切なプラスチック、特に熱可塑性ポリウレタン（TPU）等のポリウレタンエラストマー、または、ゴムからなることが好ましい。この場合、強化ゴムを使用することもできる。空気圧式バネ部４の下側部分は、空気バネ３の固定部５にしっかりと接続されている。空気圧式バネ部４は、その上端に開口７を備えている。ボール型の空気圧式バネ部４の壁によって、ボリューム部１４の境界が画定されている。バネ部４のボリューム部１４は、オーバーフロー管１１を介して空気バネ３のボリューム部９とつながっており、オーバーフロー管１１には、絞り装置１０が挿入されている。
【００１６】
ここで、オーバーフロー管１１と絞り装置１０は、いずれも、完全に固定部５の内部に配置されている。ただし、これは、決して必須の条件ではなく、これら２つの部材は、空気バネ３のボリューム部９内に配置してもよい。
【００１７】
可動部６は、ポリアミドまたはアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）、またはその他の耐衝撃性プラスチック等で形成し、空気圧式バネ部４の開口７を閉じることのできる形状にする。
【００１８】
図２に示すのは、図１の一部であり、空気バネ３に負荷のかかっていない場合の、空気バネ３及び関連部材の状態を示している。この状態では、空気圧式バネ部４のボリューム部１４は、開口７を介して、空気バネ３のボリューム部９と通じている。バネシステムに負荷がかかると、可動部６が下方に押しつけられる。この結果、空気バネ３のボリューム部９の体積が減少するが、一方で、空気圧式バネ部のボリューム部１４の体積は変わらない。開口７によって、空気圧式バネ部４のボリューム部１４と空気バネ３のボリューム部９との間の気体の行き来が継続して行われる。他方で、空気圧式バネ部４のボリューム部１４から空気バネ３のボリューム部９へのオーバーフロー管１１を通じた気体の流れは生じない。なぜなら、絞り装置１０によって妨げられているからである。
【００１９】
バネの変位が、作動部１３と空気圧式バネ部４が接触するまで大きくなると、図３に示す状態が得られる。空気バネ３がこのように負荷状態にある場合、作動部１３によって空気圧式バネ部４の開口７が塞がれる。この結果、この時点から、空気圧式バネ部４のボリューム部１４と空気バネ３のボリューム部９との間で気体の行き来ができなくなる。空気圧式バネ部４は、空気圧式終端停止バッファ（end-stop buffer）として機能する。
【００２０】
さらに空気バネ３を押し下げると、最初はボール形であった空気圧式バネ部４が圧縮される。この場合、ボリューム部１４の体積が減少し、ボリューム部１４内の気体が圧縮される。これによって、より急勾配のバネ特性が生じる。この場合、所定の変位に対し、バネシステムの動きに対抗する力が、移動質量と釣り合う。なぜなら、空気圧式バネ部４の体積は、一定の変位に対して一定量減少するからである。この場合、圧縮によって生じる力は、外向きの圧力に比例している。このようにして、移動質量と自動的に釣り合う終端停止バッファが得られる。
【００２１】
空気圧式バネ部４のボリューム部１４に存在する気体のうち少量は、オーバーフロー管１１と、オーバーフロー管１１中に配置された絞り装置１０とを介して、空気バネ３のボリューム部９に逃れる。オーバーフローした気体によって、空気圧式バネ部４のエネルギーの一部が取り除かれ、振動が減衰する。このようにして、一方ではバネ要素として働きながら、他方では、続いて減衰要素として機能する、混合システムが得られる。
【００２２】
空気バネ３の可動部６が、戻る方向である上方に動くと、所定点を越えた時点で、作動部１３が空気圧式バネ部４と接触しなくなるので、再び開口７が開く。
【００２３】
オーバーフロー管１１を、空気バネ３のボリューム部９で終わるように引き込む代わりに、該オーバーフロー管を、外側の大気中に向けて配管することもできる。空気圧式バネ部４のボリューム部１４からオーバーフローする気体を、別個の容器に集めることも、同様に考えられる。
【００２４】
図４は、全部で２つの空気圧式終端停止バッファを備えた第２実施例を示している。図１から３に示し、これまでに詳しく説明してきた空気圧式バネ部４が、第２実施例でも、空気バネ３のボリューム部９内に配置されている一方で、第１実施例とは対照的に、前記空気圧式バネ部４には、絞り装置１０のついたオーバーフロー管１１が備えられていない。ただし、機能については、上述の実施例１と同じである。
【００２５】
さらに、空気バネ３の外側に、第２の空気圧式終端停止バッファが備えられている。本実施例においては、該終端停止バッファは、空気圧式シリンダ８であり、バネシステムの静止部２にしっかりと接続されている。空気圧式シリンダ８の作動ボリューム部（working volume）は、接続管１２（接続管１２には、図示されない絞り装置が内蔵されている）を介して空気バネ３のボリューム部９に接続されている。バネの変位が所定量を超えると、振動部１が空気圧式シリンダ８を作動させ、これによって、空気圧式シリンダ８の作動ボリューム部の体積が減少する。空気圧式シリンダ８の作動ボリューム部をこれ以上押し下げるには、非常に大きな力が必要となる。空気圧式シリンダ８の作動ボリューム部の気体の一部は、接続管１２中の絞り装置によって空気バネ３のボリューム部９中に逃れるが、これは、弾性特性に加えて制振特性を備える空気圧式シリンダ８から、エネルギーを取り除くために限られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例のバネシステムの模式的断面図を示す。
【図２】図１のバネシステムのうち、空気バネの部分の、無負荷状態を示す。
【図３】図１のバネシステムのうち、空気バネの部分の、負荷状態を示す。
【図４】本発明の第２実施例のバネシステムの模式的断面図を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１…振動部（Oscillating part）
２…静止部（Stationary part）
３…空気バネ（Air spring）
４…空気圧式バネ部（Pneumatic spring element）
５…固定部（Fixed part）
６…可動部（Movable part）
７…開口（Aperture）
８…空気圧式シリンダ（Pneumatic cylinder）
９…空気バネのボリューム部（Volume of the air spring）
１０…絞り装置（Throttle）
１１…オーバーフロー管（Overflow line）
１２…接続管（Connecting line）
１３…作動部（Actuating element）
１４…バネ部のボリューム部（Volume of the spring element）
１５…鋏形接続部（Scissor-shaped connection）
１６…バネベローズ部（Spring bellows）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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