(57)【要約】  【課題】  ダイヤフラムの捲くれ防止対策を施した空気ばねを提供する。【解決手段】  車軸側に連結されるピストン２と、その上方で車体側に連結される上面板３と、ピストン２と上面板３との間に配設された筒状のダイヤフラム４とを備え、ダイヤフラム４は、一端部を上面板３に止着し、下方側を内方に折り畳みピストンの外周側壁２ａを経て他端部をピストン上端面の内方側に止着し、さらに、ピストン２の肩部との間でダイヤフラム４を挟み込む押え手段を設け、この押え手段は、下側挟持具６を利用して、その外周縁から外方向に押えフランジ１５を延出し、押えフランジ１５とピストン肩部２ｄとの間でダイヤフラム４を挟み込み、空気ばねに急激な伸び方向のストロークが発生した場合でも、ピストン２の肩部２ｄを起点として起こり得るダイヤフラム４の捲くれ現象を抑える。【選択図】図１
2006071045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生部および振動受け部のうちの一方に連結されるピストンと、その上方に配置され振動発生部および振動受け部のうちの他方に連結される上面板と、前記ピストンと上面板との間に配設された筒状のダイヤフラムとを備えた空気ばねであって、
前記ダイヤフラムは、その上方側の一端部が前記上面板に止着され、下方側が内方に折り畳まれて前記ピストンの外周側壁から肩部を経て他端部がピストンの上側端面板の内方側で該上側端面板と下側挟持具とで挟持され、
前記ダイヤフラムのピストン肩部に接触する部位を上側から押える押え手段が設けられ、該押え手段は、前記下側挟持具から外方向に延出する押えフランジから構成されたことを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
前記押えフランジは、その外周部が前記ピストンの肩部と対峙可能な大きさであって、前記ピストンの上端外径以下に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
【請求項３】
前記下側挟持具は、皿状に形成され、その外周縁から外方向に押えフランジが延出され、該押えフランジとピストンの上側端面板とで前記ダイヤフラムの他端部をピストン肩部まで挟持することを特徴とする請求項１または２に記載の空気ばね。
【請求項４】
前記押えフランジは、肉盗み用の開口が複数箇所に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラックやバス等の車両のサスペンション、産業機械用の防振支持装置およびシリンダ機器に好適に用いられる空気ばねに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の空気ばねとしてローリングローブ型の空気ばねが知られている。このローリングローブ型の空気ばね１は、図４に示すように、振動発生部および振動受け部のうちの一方に連結されるピストン２と、その上方に配置され振動発生部および振動受け部のうちの他方に連結される上面板３と、前記ピストン２と上面板３との間に配設されてこれらの部材の相対変位に伴って弾性変形する筒状のダイヤフラム４とを備えている。
【０００３】
筒状のダイヤフラム４は、その一端部４ａが前記上面板３に止着され、図４（ａ）に示すように、下方側が内方に折り畳まれて前記ピストン２の外周側壁２ａを経て他端部４ｂがピストンの上側端面板の内方側で上側端面板２ｂと下側挟持金具６とに挟まれて止着される。
【０００４】
ところで、このようなローリングローブ型空気ばね１は、振動発生部および振動受け部への組付け前には、ダイヤフラム４の内部には圧縮空気が封入されておらず、図４（ａ）に示すようにピストン２と上面板３とが接近した状態となっている。この状態から振動発生部（例えば、車軸）と振動受け部（例えば車体）に空気ばねを組付けると、振動発生部と振動受け部との間隔が空気ばねの通常のストローク以上になっている場合に、ピストン２が上下方向に変位してダイヤフラム４が急激に伸び方向に移動するため、ダイヤフラムの内部空間が負圧状態となり、図４（ｂ）の２点鎖線で示すように、ダイヤフラム４に弛み部Ａが生じ、ダイヤフラムの転動性が低下することがあった。その結果、ダイヤフラム４は、ピストン２側の止着部である他端部横のピストンの肩部付近から最終的に上方へ持ち上げられて、図４（ｂ）に示すような突出部Ｂが生じ、ダイヤフラム４の捲くれ現象が発生することがあった。
【０００５】
このような捲くれ現象は、空気ばねの組付け時のみならず、使用時においても起こり得る。特許文献１には、空気ばねの使用時において、ピストンと上面板との間のダイヤフラム内に空気を封じ込んで使用されるため、ダイヤフラムの内部が比較的低い圧力状態の時に、空気ばねを伸び方向にストロークさせた場合、ダイヤフラムの内部が負圧状態となって、捲くれ現象を起こすことが記載されている。
【０００６】
この捲くれ現象を防止するために、特許文献１では以下の手段を講じている。
ア）ピストンの外周面に接触する部分でのダイヤフラム製造時形状の外径をピストンの外径より小さくし、ピストンとダイヤフラムとの間の密着力を向上させる。
イ）ダイヤフラムの軸方向の中程をテーパー形状にして、ダイヤフラムの折り畳み部の内側と外側との間にクリアランスが存在する寸法設定とし、折り畳まれたダイヤフラムの内面同士が擦れあうのを防ぐ。
ウ）ダイヤフラムの内周側の空間が負圧状態になったときに開放される開閉弁を設け、大気圧と大きな気圧差を生じないようにする。
エ）ダイヤフラムの内周面側にシリコングリス等の潤滑剤を塗布し、ダイヤフラムが潤滑剤により滑り易くする。
【特許文献１】特開２００３−２０２０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、本発明者の効果確認試験によると、特許文献１に示すダイヤフラムの捲くれ防止対策では、いまだ不十分であるとの結果が得られた。そのため、さらなる捲くれ防止対策が望まれるところである。
【０００８】
本発明は、ダイヤフラムのさらなる捲くれ防止対策を施した空気ばねの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、ダイヤフラムの突出部（捲くれ）の形成がピストンの肩部を起点とすることに着眼し、ダイヤフラムのピストンの肩部に接触する部位を上側から押える押え手段を提供することで、突出部Ｂの形成を抑えようとするものである。
【００１０】
具体的には、本発明に係る空気ばねは、振動発生部および振動受け部のうちの一方に連結されるピストンと、その上方に配置され振動発生部および振動受け部のうちの他方に連結される上面板と、前記ピストンと上面板との間に配設された筒状のダイヤフラムとを備え、前記ダイヤフラムは、その上方側の一端部が前記上面板に止着され、下方側が内方に折り畳まれて前記ピストンの外周壁から肩部を経て他端部がピストン上側端面板の内方側で該上側端面板と下側挟持具とで挟持された空気ばねにおいて、前記ダイヤフラムのピストン肩部に接触する部位を上側から押える押え手段を設け、この押え手段として、前記下側挟持具を利用し、その下側挟持具から外方向に押えフランジを延出し、この押えフランジとピストン肩部との間でダイヤフラムを挟み込むようにしたものである。
【００１１】
上記構成の空気ばねは、ダイヤフラム内の空気圧と有効面積との積に等しい荷重を支え、空気の圧縮性によるばね作用により、振動発生部から入力された振動を吸収減衰する。振動の入力により、ピストンと上面板との間に軸方向に沿った相対変位が生じ、この相対変位により筒状のダイヤフラムのうち折り畳まれた内側部位がピストンの外周側壁を転動し、振動を減衰することになる。
【００１２】
また、上記構成においては、ピストンの肩部にダイヤフラムを挟み込む押えフランジがあるため、空気ばねの使用時のみならず空気ばねの組付け時においても、空気ばねを伸び方向にストロークさせたときに、ピストンの肩部を起点として起こり得るダイヤフラムの捲くれ現象を抑えることができる。
【００１３】
押えフランジは、ピストンの肩部との間で挟み込む態様となるので、押えフランジの外径は、ピストンの肩部と対峙可能な大きさとする。但し、押えフランジがピストンの上端外径よりも大きいと、ダイヤフラムがピストンの外周側壁を転動する際に、押えフランジと接触する可能性がある。そのため、押えフランジの外径は少なくともピストンの上端外径以下とする。
【００１４】
また、下側挟持具の形態は、特に限定されるものではないが、例えば、下側挟持具は、皿状に形成され、その外周縁から外方向に押えフランジが延出され、該押えフランジとピストンの上側端面板とで前記ダイヤフラムの他端部をピストン肩部まで挟持するようにしてもよい。これにより、ダイヤフラムの他端部は、ピストンの肩部まで押えることができ、ダイヤフラムに起こり得る突出部の形成を効果的に抑制することができる。また、押えフランジには肉盗み用の開口を複数箇所に形成し、下側挟持具の軽量化を図ることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によると、ピストンの肩部との間でダイヤフラムを挟み込む押えフランジを設けたので、ダイヤフラムの捲くれ現象を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示す空気ばねの縦断面図である。なお、背景技術の項で説明した空気ばねと同一機能部品は同一符号を用いて説明する。
【００１７】
本実施形態に示すローリングローブ型の空気ばね１は、図１に示すように、車両の車軸側４０（振動発生部）に連結されるピストン２と、その上方に配置され車体側４１（振動受け部）に連結される上面板３と、前記ピストン２と上面板３との間に配設されてこれらの部材の相対変位に伴って弾性変形する筒状のダイヤフラム４とを備えている。
【００１８】
ピストン２は、従来と同様に薄い鋼板製の円筒体から構成され、その外周側壁２ａだけでなく上下端部には上側端面板２ｂおよび下側端面板２ｃを有している。ピストン２の上側端面板２ｂと外周側壁２ａとの境界部はピストンの肩部２ｄとされる。この肩部２ｄは、ピストン２の全周においてコーナー部に丸みを帯びた状態の断面略三角形状に形成され、上側端面板２ｂの中央よりも高くなっている。
【００１９】
ピストン２の上側端面板２ｂは、ピストンの肩部２ｄから連続して底部が肩部２ｄよりも低くなった凹状に形成され、その中央に開口１１が形成されている。
【００２０】
また、ピストン２の下側端面板２ｃは、椀状に形成され、その外周部がピストン２の外周側壁２ａの下端部に蓋状に溶接固定されている。これにより、ピストン内部には第２の空間Ｓ２が形成され、上側端面板２ｂの中央開口１１により、ダイヤフラム４によって形成される第１の空間Ｓ１と連通されるようになっている。また、下側端面板２ｃには車軸側４０に連結するための頭付ボルト１３が挿通され、溶接されて固定されている。
【００２１】
なお、ピストン２の外周側壁２ａや上下端面板２ｂ、２ｃの形状は図１に示すものに限定されるものではない。例えばピストン２の外周側壁２ａは、図示の円筒状のものに限らず、断面台形筒状のものであってもよい。
【００２２】
図２（ａ）は下側挟持具の平面図、同図（ｂ）は同じくその正面断面図である。図に示すように、下側挟持具６は、皿状に形成され、その底部６ａの中央に前記上側端面板２ｂの開口１１と連通する開口１４とボルト挿通穴１６が形成され、その底部６ａが上側端面板２ｂの上面にボルト１７により締結されている。
【００２３】
また、下側挟持具６の外周縁には底部６ａよりも一段高く押えフランジ１５が外方に向かって延出される。この押えフランジ１５は、その外周部がピストン２の肩部２ｄと対峙可能な大きさであって、ピストン２の上端外径ＤＰと同寸法（またはそれよりも小さく）形成されている。そして、押えフランジ１５とピストン２の上側端面板２ｂとでダイヤフラム４の他端部４ｂをピストン肩部２ｄまで挟持するようにしている。また、押えフランジ１５は、その平板面に肉盗み用の開口１９が複数箇所に形成され、軽量化を図っている。
【００２４】
一方、ピストン２の直上の位置には、車体側に連結される上面板３が配置されている。この上面板３の下部側には、円盤状に形成された上側挟持具２１がボルト２２により締結されており、この上側挟持具２１の外周側に、全周にわたって一段低く形成されたフランジ２３が形成され、このフランジ２３と上面板３の外周部とによりダイヤフラム４の一端部４ａを挟持するようにしている。
【００２５】
上面板３とピストン２との間に配設された筒状のダイヤフラム４は、補強コード（図示略）で補強された円筒状のゴム材からなる弾性膜であり、その両端部４ａ，４ｂには、鋼製の線材によりリング状に形成されたビード部（図示略）を備えている。そして、上側ビード部を備えたダイヤフラム４の一端部４ａが上面板３と上側挟持具２１のフランジ２３との間で挟持されて、ダイヤフラム４の上端側が封止される。また、下側ビード部を備えたダイヤフラム４の他端部４ｂがピストン２の上側端面板２ｂと下側挟持具６の押えフランジ１５との間で挟持されて、ダイヤフラム４の下端側が封止され、内部空間Ｓ１が形成されている。
【００２６】
また、ダイヤフラム４は、一端部４ａが上面板３側に止着され、他端部４ｂは、ダイヤフラム４の下方側が内方に折り畳まれてピストン２の外周側壁２ａに沿って配置されると共にピストン２の肩部２ｄを通ってピストン２の上側端面板２ｂの内方側（開口１１の口縁部）に止着される。
【００２７】
したがって、ダイヤフラム４は、その折り畳み部２７を境にそれよりも内側部位（図３の符号４ｅ，４ｆと符号４ｇのうち下側部分）と外側部位（図３の符号４ｇで示す部分）とが擦れ合うおそれがある。そこで、ダイヤフラム４の内周面側に半固体潤滑剤である図示しないシリコングリスからなる潤滑剤が塗布され、ダイヤフラム４の内側部位と外側部位が擦れあっても潤滑剤により滑りやすくしている。
【００２８】
また、上面板３及び上側挟持具２１には、これらを貫通する連通管２６が配置され、この連通管２６により空気ばね１の外部の空間とダイヤフラム４内の空間Ｓ１とが連通され、空気等の気体を吸排できるようになっており、これに伴い、ダイヤフラム４は弾性変形するようになっている。
【００２９】
図３はダイヤフラムの断面図である。ダイヤフラム４は、その製造時形状、つまりダイヤフラムを加硫成形した時点での形状は、図３に示すように、上面板３寄りの外径ＤＵが最も大径で、かつピストン２の肩部２ｄと接触する部位の外径ＤＳが最も小径となるテーパ形状に形成され、上側開口３０と下側開口３１とを備えている。
【００３０】
そして、ピストンの肩部２ｄと接触する部位の外径ＤＳは、ピストン２の上部の最大外径ＤＰ（図１参照）より小径に形成される。これにより、ダイヤフラム４はピストン２に密着され、ダイヤフラム４が確実に転動して捲くれ現象を発生しないようにしている。
【００３１】
さらに詳述すると、ダイヤフラム４は、ピストン２の肩部２ｄからピストン２の上端側と接触する第１のテーパ部４ｅが最小径部位（外径ＤＳ）から徐々に広がるテーパ状（テーパ角α１）に形成される。第１のテーパ部４ｅに連続してピストン２の外周側壁２ａの下部領域と接触する第２のテーパ部４ｆもテーパ形状（テーパ角α２）に形成され、さらに、第２のテーパ部４ｆに連続して折り畳み部２７から上面板３側に至る第３のテーパ部４ｇもテーパ形状（テーパ角α３）に形成されている。各テーパ角はα１＞α２＞α３に設定されている。
【００３２】
そして、第１のテーパ部４ｅ、第２のテーパ部４ｆ、および第３のテーパ部４ｇのうち折り畳み部２７よりも下側部位がピストン２の外周側壁２ａと接触する内側部位を構成し、第３のテーパ部４ｇのうち、折り畳み部２７よりも上側部位が内側部位の外側に間隔をおいて配置される外側部位を構成することになる。このような各テーパ部４ｅ，４ｆ，４ｇのテーパ角の設定により、ダイヤフラム４の使用時における内側部位と外側部位との接触を回避して、ダイヤフラム４の捲くれを防止できるようにしている。
【００３３】
また、ダイヤフラム４のピストン２の外周側壁２ａと接触する内側部位（４ｅ，４ｆおよび４ｇの一部）の外側面には、ピストン２との接触摩擦を軽減するためのフッ素樹脂コーティング（図示略）がなされている。
【００３４】
上記構成の空気ばね１を組立てるには、まず、ピストン２にダイヤフラム４を被せ、次に下側挟持具６をダイヤフラム４の上方開口３０から挿入し、ピストン２の開口１１に嵌合してピストン２にボルト締結する。これにより、ダイヤフラム４の他端部をピストン２の上側端面板２ｂと下側挟持具６の外周フランジ１５により挟持してダイヤフラム４の他端部４ｂをピストン２に止着する。同時に、下側挟持具６の押えフランジ１５がピストン２の肩部２ｄと対向して、その間にダイヤフラム４を挟み込むことになり、ダイヤフラム４の捲くれ上がりを防止することができる。
【００３５】
次に、ダイヤフラム４の上端開口３０に上側挟持具２１を挿入し、さらに上面板３を上側から被せ、ボルト２２で締結することにより、上面板３の外周部と上側挟持具２１のフランジ２３との間でダイヤフラム４の一端部４ａを挟持することができる。これにより、ダイヤフラム４で囲まれた内部の第１の空間Ｓ１が形成されることになる。また、下側挟持具６とピストン２の上側端面板２ｂには、夫々開口１１，１４が形成されているので、ピストン２の内部空間Ｓ２は、これらの開口１を通して第１の空間Ｓ１と連通される。
【００３６】
このように組立てられた空気ばね１を車体４１と車軸４０との間に取り付ける際に、車体４１と車軸４０との間隔が空気ばね１の通常のストローク以上に空いている場合があるが、このような場合に、そのまま空気ばね１を取り付けると、図４（ｂ）に示すように、ピストン２が通常のストローク以上に落下し、ダイヤフラム４の内部が急激に負圧状態となってダイヤフラム４のピストン２の側壁２ａと接触する部位に捲くれ現象が発生し、ピストン２の肩部２ｄから上方に突出する突出部Ｂが発生する可能性がある。この突出部Ｂは、ダイヤフラム４内にそのまま圧縮空気を充填しても元の状態に戻らない可能性がある。
【００３７】
しかし、本実施形態では、ピストン２の肩部２ｄにダイヤフラムを挟み込む押えフランジ１５を下側挟持具６を利用し、その外周縁から延出して形成したので、ピストン２が落下しダイヤフラム４の内部空間が急激な負圧状態となったとしても、押えフランジ１５がダイヤフラム４の捲くれを抑え、ピストン２の肩部２ｄを起点として起こり得る突出部Ｂの形成を阻止することができる。しかも、この押えフランジ１５は下側挟持具を利用して形成しているので、部品点数を増やすことなく、効果的に突出部Ｂの形成を阻止することができる。
【００３８】
また、ピストンの肩部２ｄと接触する部位の外径ＤＳは、ピストン２の上部の最大外径ＤＰより小径に形成しているので、ダイヤフラム４をピストン２に組み込んだ場合、ダイヤフラム４がその周方向に引っ張られた状態で折り畳まれることになる。その結果、ダイヤフラム４はピストン２を締め付ける方向で反力を発生し、ピストン２とダイヤフラム４との間の密着性が向上する。
【００３９】
また、ダイヤフラム４は、ピストン２の肩部２ｄからピストン２の上端側と接触する第１のテーパ部４ｅと、ピストン２の外周側壁２ａの下部領域と接触する第２のテーパ部４ｆと、第２のテーパ部４ｆに連続して折り畳み部２７から上面板３側に至る第３のテーパ部４ｇとが下側に向かうほど搾られるテーパ状に形成され、かつ各テーパ角がα１＞α２＞α３に設定されているので、折り畳み状態でおいてピストン２の外周側壁２ａと接触する内側部位と、その外側に位置する外側部位との間に間隙を生じ、内側部位と外側部位の接触を回避することができる。
【００４０】
そのため、ダイヤフラム４に急激なストロークが発生したとしても、両者の接触を回避できてダイヤフラム４をスムーズに転動させることができる。さらに、内側部位４ｆおよび外側部位４ｇのそれぞれの内面にはシリコングリスなどの潤滑剤が塗布されているので、仮に両者が接触したとしても滑りやすくなる。
【００４１】
なお、本発明の上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、本実施形態では振動発生部として車軸側をピストンに連結し、振動受け部として車体側に上面板を連結したが、ピストンと上面板とを逆転して連結するようにしてもよい。さらに、振動発生部と振動受け部とは上記実施形態に例示した車軸および車体に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態を示す空気ばねの縦断面図
【図２】（ａ）は下側挟持具の平面図、（ｂ）はその正面断面図
【図３】図１のダイヤフラムの縦断面図
【図４】（ａ）は空気ばねの組付け前の状態を示す断面図、（ｂ）は組付け時にピストンが落下してダイヤフラムが伸長した状態を示す空気ばねの断面図
【符号の説明】
【００４３】
１    空気ばね
２    ピストン
２ａ    側壁
２ｂ    上側端面板
２ｃ    下側端面板
２ｄ    肩部
３      上面板
４      ダイヤフラム
４ａ    一端部
４ｂ    他端部
４ｅ    第１のテーパ部
４ｆ    第２のテーパ部
４ｇ    第３のテーパ部
６      下側挟持具
１１    開口
１４    開口
１５    押えフランジ
１６    ボルト孔
１９    開口
２０    ボルト
２１    上側挟持具
２３    フランジ
２７    折り畳み部
【図１】
2006071045.tif 000003
【図２】
2006071045.tif 000004
【図３】
2006071045.tif 000005
【図４】
2006071045.tif 000006