(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板と、
前記上面板と対向配置された下面板と、
前記上面板及び前記下面板を弾性的に連結し、前記上面板と前記下面板との間に加圧空間を形成する可撓膜体と、を有し、
前記上面板及び前記下面板は、相互に対向する平面部を有し、
前記上面板及び前記下面板の一方の面板の前記平面部は、他方の面板の前記平面部より面積が大きく形成され、
前記上面板と前記下面板との間の加圧空間が加圧されないパンク状態になると、前記上面板及び前記下面板の前記平面部同士が摺動可能とされ、
前記一方の面板に、前記一方の平面部の外側端縁を始端として、前記一方の平面部の中央側から遠のくに従って前記他方の面板に近づくように形成される制限部が設けられた、鉄道車両用の空気ばね装置。
【請求項２】
前記制限部は、前記一方の平面部に対して傾斜した第１傾斜面部を有する、請求項１に記載の空気ばね装置。
【請求項３】
前記他方の面板は、前記他方の平面部の外側端縁を始端として、前記他方の平面部の中央側から遠のくに従って前記一方の面板から遠ざかるように形成される第２傾斜面部を有する、請求項２に記載の空気ばね装置。
【請求項４】
前記一方の平面部に対する前記第１傾斜面部の傾斜角度は、前記他方の平面部に対する第２傾斜面部の傾斜角度と等しい請求項３に記載の空気ばね装置。
【請求項５】
前記一方の平面部と、前記制限部の少なくとも一部であって前記一方の平面部に連続する部分とは、樹脂製の摺動板によって形成される、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の空気ばね装置。
【請求項６】
前記他方の平面部と、前記第２傾斜面部の少なくとも一部であって前記他方の平面部に連続する部分とは、樹脂製の摺動板によって形成される、請求項３又は請求項４に記載の空気ばね装置。
【請求項７】
前記下面板の下には弾性体が設けられ、該弾性体の下には支持板が設けられている請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の空気ばね装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道車両に用いられる空気ばね装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上面板及び下面板の相互を筒状可撓膜体で気密に連結した空気ばね装置において、上面板及び下面板の相互の対向面の少なくとも一方に、ポリアセタール樹脂の摺動板を設け、上面板と下面板の相互を面接触させながら水平摺動可能とした構造が開示されている（特許文献１参照）。この構造では、空気ばねにエアが供給されない状態（パンク状態）においても、下面板に対する上面板の水平方向変位が許容される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３０２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空気ばねがパンク状態では、上面板と下面板とが接触した状態となる。この状態で車両が比較的長い距離を走行する場合、場所により、上面板と下面板との接触面が水平方向に対して傾斜することが想定される。その傾斜角度が摩擦角を上回った場合、摺動板が平坦であることから、下面板に対して上面板が大きく摺動して、下面板での上面板の支持機能が低下することが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、空気ばね装置の傾斜時における上面板と下面板との間の摺動性を確保しつつ、上面板の支持機能を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る空気ばね装置は、鉄道車両用であり、上面板と、前記上面板と対向配置された下面板と、前記上面板及び前記下面板を弾性的に連結し、前記上面板と前記下面板との間に加圧空間を形成する可撓膜体と、を有し、前記上面板及び前記下面板は、相互に対向する平面部を有し、前記上面板及び前記下面板の一方の面板の前記平面部は、他方の面板の前記平面部より面積が大きく形成され、前記上面板と前記下面板との間の加圧空間が加圧されないパンク状態になると、前記上面板及び前記下面板の前記平面部同士が摺動可能とされ、前記一方の面板に、前記一方の平面部の外側端縁を始端として、前記一方の平面部の中央側から遠のくに従って前記他方の面板に近づくように形成される制限部が設けられている。
【０００７】
この空気ばね装置では、上面板と下面板との間の加圧空間が加圧されないパンク状態になると、上面板の平面部と下面板の平面部とが接触した状態となる。このとき、一方の平面部は他方の面板の平面部より面積が大きいので、平面部同士が相対的に安定して摺動することができる。また、上面板と下面板との接触面（平面部）が水平方向に対して傾斜したときでも、一方の面板に設けられた制限部により、一方の面板に対する他方の面板の摺動範囲が制限される。このため、空気ばね装置の傾斜時における上面板と下面板との間の摺動性を確保しつつ、上面板の支持機能を確保することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の空気ばね装置において、前記制限部は、前記一方の平面部に対して傾斜した第１傾斜面部を有している。
【０００９】
この空気ばね装置では、制限部が、一方の平面部に対して傾斜した第１傾斜面部を有しているので、制限部の形状が単純であり、該制限部の成形が容易である。このため、一方の面板の低コスト化を図ることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の空気ばね装置において、前記他方の面板が、前記他方の平面部の外側端縁を始端として、前記他方の平面部の中央側から遠のくに従って前記一方の面板から遠ざかるように形成される第２傾斜面部を有している。
【００１１】
この空気ばね装置では、他方の面板が第２傾斜面部を有しているので、一方の面板と他方の面板の干渉を抑制して、一方の面板に対する他方の面板の摺動範囲を広くすることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の空気ばね装置において、前記一方の平面部に対する前記第１傾斜面部の傾斜角度が、前記他方の平面部に対する第２傾斜面部の傾斜角度と等しい。
【００１３】
この空気ばね装置では、第１傾斜面部の傾斜角度が第２傾斜面部の傾斜角度と等しいので、一方の平面部と他方の平面部とが接触したとき、第１傾斜面部と第２傾斜面部とが互いに平行に位置する。従って、他方の面板が一方の面板に対して摺動して、第２傾斜面部が第１傾斜面部に接触する場合、その接触面積が大きくなるので、接触面圧の上昇が抑制される。このため、第１傾斜面部及び第２傾斜面部の薄肉化等による低コスト化を図ることができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の空気ばね装置において、前記一方の平面部と、前記制限部の少なくとも一部であって前記一方の平面部に連続する部分とが、樹脂製の摺動板によって形成される。
【００１５】
この空気ばね装置では、一方の平面部と、制限部の少なくとも一部であって該一方の平面部に連続する部分が、樹脂製の摺動板によって形成されているので、一方の平面部から制限部にわたって、他方の面板を効率的に摺動させることができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４に記載の空気ばね装置において、前記他方の平面部と、前記第２傾斜面部の少なくとも一部であって前記他方の平面部に連続する部分とが、樹脂製の摺動板によって形成される。
【００１７】
この空気ばね装置では、他方の面板において、他方の平面部と、第２傾斜面部の少なくとも一部であって他方の平面部に連続する部分が、樹脂製の摺動板によって形成されているので、他方の平面部から第２傾斜面部にわたって、他方の面板を一方の面板に対して効率的に摺動させることができる。また、他方の平面部は、一方の平面部よりも面積が小さいので、摺動板の面積も小さくなり、コスト面で有利となる。
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の空気ばね装置において、前記下面板の下には弾性体が設けられ、該弾性体の下には支持板が設けられている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る空気ばね装置によれば、空気ばね装置の傾斜時における上面板と下面板との間の摺動性を確保しつつ、上面板の支持機能を確保することができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る空気ばね装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る空気ばね装置を示す拡大断面図である。
【図３】第１実施形態に係る空気ばね装置において、上面板の平面部と下面板の平面部とが接触した状態を示す拡大断面図である。
【図４】第２実施形態に係る空気ばね装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
図１において、本実施形態に係る空気ばね装置１０は、上面板１２と、下面板１４と、可撓膜体１６とを有し、例えば鉄道車両の車体と台車（図示せず）との間に装着して使用される。可撓膜体１６は、上面板１２及び下面板１４を弾性的に連結し、上面板１２と下面板１４との間に加圧空間１８を形成している。
【００２２】
上面板１２は、例えば略円盤状に形成され、上面板１２の中心と同心状の直状部２２と、該直状部２２の周縁部から下面板１４側に傾斜して延びる斜状部２４とを有している。直状部２２の上面は、例えば平坦に形成されている。可撓膜体１６の一端１６Ａは、厚肉部２８の外周面から、直状部２２及び斜状部２４にかけて、その下面側に接触している。
【００２３】
直状部２２の中央部には、下側に突出した厚肉部２８と、上側に突出した接続部３０とが形成されている。接続部３０には、厚肉部２８を通じて加圧空間１８と連通する貫通孔３２が形成されている。接続部３０の外周面には、Ｏリング３４が取り付けられている。この接続部３０は、図示しない管体等に対して接続されるようになっている。鉄道車両における車体の底面には、平面状の取付け面が設けられている（図示せず）。この取付け面に、上面板１２における直状部２２の上面が当接するようになっている。
【００２４】
図２において、下面板１４は、上面板１２と対向配置されている。下面板１４は、例えば略円盤状に形成され、中央部が下方に凸に形成された金属部材である。これにより、下面板１４の中央部の上面板１２側には、凹部２６が形成されている。下面板１４の半径方向において、凹部２６よりも外側の上面には、縦壁部４６が例えば環状に立設されている。下面板１４の外周には、可撓膜体１６を保護するための保護部材４８が、例えば接着により取り付けられている。この保護部材４８は、例えば弾性体である。可撓膜体１６の他端１６Ｂは、縦壁部４６の外周面から保護部材４８にかけて、下面板１４の上面側に接触している。
【００２５】
下面板１４の下には弾性体３６が設けられ、該弾性体３６の下には支持板３８が設けられている。換言すれば、下面板１４と支持板３８とは、弾性体３６により上下に連結されている。この支持板３８は、例えば鉄道車両の台車（図示せず）に固定される。
【００２６】
上面板１２及び下面板１４は、相互に対向する平面部４２，４４を有する。平面部４２，４４は、夫々例えば円形に形成されている。上面板１２及び下面板１４の一方の面板（以下、単に「下面板１４」という。）の平面部４４は、他方の面板（以下、単に「上面板１２」という。）の平面部４２より面積が大きく形成されている。具体的には、下面板１４における縦壁部４６の内側には、円盤状のストッパ５６が、凹部２６を跨いで取り付けられている。平面部４４は、このストッパ５６の中央部の上面に形成されている。凹部２６は、下面板１４の中央部に形成されている。比較的大きい平面部４４を有するストッパ５６が凹部２６に跨って配置されているので、凹部２６の上方の空間を有効活用でき、スペース効率の点で有利となる。
【００２７】
平面部４２，４４に凹部や孔が存在する場合、その面積には、該凹部や孔の開口面積も含まれる。つまり、平面部４４の面積が平面部４２の面積よりも大きいとは、平面部４２が平面部４４に対して摺動可能な領域を平面部４４が有していることを意味する。
【００２８】
平面部４４の中央部には、貫通孔５４が形成されている。図示されるように貫通孔５４が開放されている場合、ストッパ５６と凹部２６で囲まれた空間も加圧空間１８となる。なお、貫通孔５４には雌ねじが形成されており、雄ねじが形成された栓部材（図示せず）を該雌ねじに締め込むことにより、貫通孔５４を塞ぐことができるようになっている。貫通孔５４が塞がれると、ストッパ５６と凹部２６で囲まれた空間は加圧されなくなるので、加圧空間１８が小さくなる。つまり、貫通孔５４を用いて、加圧空間１８の容積を２通りに設定できるようになっている。
【００２９】
下面板１４には、一方の平面部４４（以下、単に「平面部４４」という。）の外側端縁を始端として、該平面部４４の中央側から遠のくに従って上面板１２に近づくように形成される制限部５０が設けられている。この制限部５０は、平面部４４に対して傾斜した第１傾斜面部５１を有している。
【００３０】
平面部４２と第１傾斜面部５１は、滑らかに連続していることが好ましい。このため、平面部４４と第１傾斜面部５１との間には、円弧部５８が形成されている。円弧部５８は、ストッパ５６の半径方向断面において、平面部４４及び第１傾斜面部５１に接する円弧である。第１傾斜面部５１は、ストッパ５６の外縁付近まで延びている。また、第１傾斜面部５１は、ストッパ５６の周方向に連続して形成されており、上方に向かって直径が拡大するテーパ面となっている。
【００３１】
上面板１２は、他方の平面部４２（以下、単に「平面部４２」という。）の外側端縁を始端として、平面部４２の中央側から遠のくに従って下面板１４から遠ざかるように形成される第２傾斜面部５２を有している。平面部４２と、第２傾斜面部５２の少なくとも一部であって平面部４２に連続する部分５２Ａは、樹脂製の摺動板７２によって形成される。
【００３２】
具体的には、上面板１２における厚肉部２８の下面側には、例えば金属製の当接部材６０が取り付けられている。当接部材６０は、底面視で円形に形成され、その中央には、貫通孔３２と連通した貫通孔６２が形成されている。当接部材６０の外径は、ストッパ５６の外径よりも小さい。平面部４２及び第２傾斜面部５２は、この当接部材６０の下面側に設けられている。摺動板７２は、円盤状の基板６４に接着され、ねじ６６を用いて当接部材６０の基部６５に締結固定されている。第２傾斜面部５２は、該基部６５の周方向に連続して形成されている。第２傾斜面部５２のうち、基部６５に直接形成される部分５２Ｂは、上方に向かって直径が拡大するテーパ面となっている。
【００３３】
平面部４４と第２傾斜面部５２とは、滑らかに連続していることが望ましい。このため、第２傾斜面部５２のうち、摺動板７２で形成される部分５２Ａは、例えば断面円弧状に形成されている。この部分５２Ａの曲率は、下面板１４における円弧部５８の曲率と同等である。なお、第２傾斜面部５２のうち摺動板７２で形成される部分５２Ａは、半径方向断面において、円弧と直線の組合せ、複数の円弧の組合せにより形成されていてもよい。
【００３４】
平面部４４に対する第１傾斜面部５１の傾斜角度θ１は、平面部４２に対する第２傾斜面部５２の傾斜角度θ２と等しいことが望ましい。傾斜角度θ１，θ２が互いに異なる場合、θ２>θ１であることが望ましい。これは、上面板１２が下面板１４に対して大きく摺動した際に、第２傾斜面部５２が、摺動板７２で形成される部分５２Ａが制限部５０に接触することとなり、上面板１２が下面板１４の中央部側へ復帰し易くなるからである。
【００３５】
摺動板７２を構成する樹脂としては、次のものが単独で、又は適宜組み合わせて使用される。
・（株）プライムポリマー/HI-ZEX（登録商標）  2100J  （分子量１０万のポリエチレン樹脂）
・Ticona社/GUR（登録商標） UHMW-PE  5113  （分子量２００万のポリエチレン樹脂）
・Ticona社/Hostalloy（登録商標） 731 (分子量２３万)
・日本ピラー工業（株）/ピラフロン（登録商標）G4  （ポリテトラフルオロエチレン樹脂）
・Polyplastics社/ジュラコン（登録商標）; POM
【００３６】
なお、当接部材６０に相当する部分は、上面板１２に一体的に形成されていてもよい。また、当接部材６０の基部６５に相当する部分を上面板１２に一体的に形成し、その部分に摺動板７２を取り付けるようにしてもよい。
【００３７】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。本実施形態に係る空気ばね装置１０は、例えば鉄道車両の車体と台車（図示せず）との間に装着して使用され、上面板１２と下面板１４との間の加圧空間１８を加圧することで、車体と台車の間の緩衝を行いながら、台車上に車体を支持することができる。
【００３８】
図３において、上面板１２と下面板１４との間の加圧空間１８が加圧されないパンク状態になると、車体の重量等により、上面板１２が下降して、該上面板１２の平面部４２と下面板１４の平面部４４とが接触した状態となる。このとき、下面板１４の平面部４４は、上面板１２の平面部４２より面積が大きいので、平面部４２，４４同士が相対的に安定して摺動することができる。また、平面部４２，４４を夫々円形状に形成することで、水平向の摺動を全方向に均等に許容できる。更に、上面板１２と下面板１４との接触面（平面部４２，４４）が水平方向に対して傾斜したときでも、下面板１４に設けられた制限部５０により、下面板１４に対する上面板１２の摺動範囲が制限される。
【００３９】
本実施形態では、制限部５０が、平面部４４に対して傾斜した第１傾斜面部５１を有しているので、制限部５０の形状が単純であり、該制限部５０の成形が容易である。このため、下面板１４の低コスト化を図ることができる。また、本実施形態では、上面板１２が第２傾斜面部５２を有しているので、上面板１２と下面板１４との干渉を抑制して、下面板１４に対する上面板１２の摺動範囲を広くすることができる。
【００４０】
更に、本実施形態では、上面板１２において、平面部４２と、第２傾斜面部５２の少なくとも一部であって平面部４２に連続する部分５２Ａが、樹脂製の摺動板７２によって形成されているので、平面部４２から第２傾斜面部５２にわたって、上面板１２を下面板１４に対して効率的に摺動させることができる。また、平面部４２は平面部４４よりも面積が小さく、平面部４２を有する当接部材６０の外径が、平面部４４を有するストッパ５６の外径よりも小さいので、摺動板７２の面積も小さくなり、コスト面で有利となる。
【００４１】
また、第１傾斜面部５１の傾斜角度θ１が第２傾斜面部５２の傾斜角度θ２と等しいので、平面部４４と平面部４２とが接触したとき、第１傾斜面部５１と第２傾斜面部５２とは、互いに平行に位置する。従って、図３において二点鎖線で示されるように、上面板１２が下面板１４に対して摺動して、第２傾斜面部５２が第１傾斜面部５１に接触する場合、その接触面積が大きくなるので、接触面圧の上昇が抑制される。このため、第１傾斜面部５１及び第２傾斜面部５２の薄肉化等による低コスト化を図ることができる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、空気ばね装置１０の傾斜時における上面板１２と下面板１４との間の摺動性を確保しつつ、上面板１２の支持機能を確保することができる。
【００４３】
［第２実施形態］
図４において、本実施形態に係る空気ばね装置２０では、下面板１４の平面部４４と、制限部５０の少なくとも一部であって平面部４４に連続する部分（円弧部５８）とが、樹脂製の摺動板７４によって形成されている。図示の例では、平面部４４及び制限部５０の全体が、摺動板７４によって形成されている。上面板１２における平面部４２及び第２傾斜面部５２は、金属で構成されている。摺動板７４は、基板６８に接着され、ねじ７６を用いてストッパ５６に締結固定されている。摺動板７４を構成する樹脂は、第１実施形態における摺動板７２と同様のものが使用される。
【００４４】
他の部分については、第１実施形態と同様であるので、同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図４において、本実施形態に係る空気ばね装置２０では、下面板１４において、平面部４４と、制限部５０の少なくとも一部であって該平面部４４に連続する部分（円弧部５８）が、樹脂製の摺動板７４によって形成されているので、平面部４４から制限部５０にわたって、上面板１２を効率的に摺動させることができる。
【００４６】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【００４７】
例えば、一方の面板を下面板１４とし、他方の面板を上面板１２としたが、面板を上下逆に配置してもよい。また、第１実施形態において、摺動板７２が第２傾斜面部５２の一部に配置されるものとしたが、摺動板７２は第２傾斜面部５２の全体に配置されていてもよい。
【００４８】
制限部５０が第１傾斜面部５１を有するものとしたが、下面板１４の半径方向断面において、例えば波形状に、複数の円弧を連続して配置することにより、制限部５０が構成されていてもよい（図示せず）。同様に、上面板１２が第２傾斜面部５２を有するものとしたが、上面板１２の半径方向断面において、例えば複数の円弧を連続して配置してもよい（図示せず）。更には、上面板１２において、下面板１４に接触する部位として、平面部４２のみが設けられる構成であってもよい。
【００４９】
下面板１４の制限部５０及び上面板１２の第２傾斜面部５２は、必ずしも円環状に形成されている必要はなく、所定方向の摺動範囲を制限するように、方向性があってもよい。
【００５０】
上面板１２と下面板１４との摺動性が確保できれば、樹脂製の摺動板７２，７４を用いない構成としてもよい。
【００５１】
上記実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    空気ばね装置
１２    上面板
１４    下面板
１６    可撓膜体
１８    加圧空間
２０    空気ばね装置
３６    弾性体
３８    支持板
４２    他方の平面部
４４    一方の平面部
５０    制限部
５１    第１傾斜面部
５２    第２傾斜面部
５２Ａ  平面部に連続する部分
７２    摺動板
７４    摺動板
θ１    傾斜角度
θ２    傾斜角度
【図１】
0006486629.tif 000002
【図２】
0006486629.tif 000003
【図３】
0006486629.tif 000004
【図４】
0006486629.tif 000005