(57)【要約】【課題】車両の走行安定性を高めると共に耐久性を高めた空気バネを得る。【解決手段】下面板１２の上部に積層ゴム１８が配置され、積層ゴム１８の上部に固定された中間材２６と上面板３２との間に、ゴム材で形成されるダイヤフラム４６が配設される。上面板３２の車両の左右方向に対応する部分をダイヤフラム４６と対向しつつダイヤフラム４６に沿って下側方向にそれぞれ延ばして一対の延長部３２Ａが形成される。上面板３２のダイヤフラム４６と対向する部分に、ダイヤフラム４６の摩耗を防止する為の摺動シート４４が配置される。【選択図】  図２
2005036825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、
振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材と、
これら一対の取付部材間に配設されてこれら一対の取付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と、
を有した車両用の空気バネであって、
一対の取付部材の何れか一方の取付部材の車両の左右方向に対応する部分をダイヤフラムと対向しつつダイヤフラムに沿って延ばして、この一方の取付部材に延長部を形成したことを特徴とする空気バネ。
【請求項２】
一対の取付部材の何れか一方の取付部材のダイヤフラムと対向する部分に、ダイヤフラムの摩耗を防止する摺動シートが配置されることを特徴とする請求項１記載の空気バネ。
【請求項３】
延長部のダイヤフラムと対向する部分に摺動シートが配置されることを特徴とする請求項２記載の空気バネ。
【請求項４】
摺動シートの厚みが１．５〜２．５ｍｍとされることを特徴とする請求項２記載の空気バネ。
【請求項５】
複数のゴム材を積み重ねた構造とされる積層ゴムが、一対の取付部材間に配設されることを特徴とする請求項１記載の空気バネ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行安定性を高めると共に耐久性を高めることのできる空気バネに関し、例えば、鉄道車両の台車、特にボルスタレスタイプ台車に使用されるボルスタレス空気バネに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気バネの一種として、下側の取付部材の上部に積層ゴムを介してゴム等で筒状に形成されたダイヤフラムを配置すると共に、この上に上側の取付部材が取り付けられ、振動発生部或いは振動受け部にこれら取付部材の何れか一方がそれぞれ連結されるような構造を有し、鉄道車両の台車に用いられているボルスタレス空気バネが、知られている。そして、このボルスタレス空気バネでは、振動の入力により相対変位が一対の取付部材間に生じるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３６５６７号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この一方、車両の前後方向と左右方向とで加わる振動の振幅の大きさが異なっていることは知られていたが、従来のボルスタレス空気バネはこの振幅の大きさの相違に十分に対応できる構造になっていなかった。つまり、特に大きな振幅が加わる方向である車両の左右方向の剛性が、従来のボルスタレス空気バネでは不足してこの方向の振動を十分に低減できず、車両の走行安定性が低い欠点を有していた。
【０００５】
他方、従来のボルスタレス空気バネは、振動が加わるのに伴って取付部材にダイヤフラムが擦れて、ダイヤフラムの摩耗が生じる結果、ボルスタレス空気バネの耐久性が低くなる欠点を有していた。
本発明は上記事実を考慮し、車両の左右方向の剛性を高めて車両の走行安定性を高め得る空気バネを提供することが第１の目的であり、ダイヤフラムの摩耗を防止して耐久性を高め得る空気バネを提供することが第２の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の空気バネは、振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、
振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材と、
これら一対の取付部材間に配設されてこれら一対の取付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と、
を有した車両用の空気バネであって、
一対の取付部材の何れか一方の取付部材の車両の左右方向に対応する部分をダイヤフラムと対向しつつダイヤフラムに沿って延ばして、この一方の取付部材に延長部を形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に係る空気バネの作用を以下に説明する。
振動発生部及び振動受け部の一方に連結される第１の取付部材と、振動発生部及び振動受け部の他方に連結される第２の取付部材との間に、筒状のダイヤフラムが配設されて、これら部材の相対変位に伴ってこのダイヤフラムが弾性変形する。
【０００８】
従って、振動発生部が振動を発生させた場合、第１の取付部材或いは第２の取付部材の何れか一方を介して振動がダイヤフラムに伝達され、これら第１の取付部材と第２の取付部材の間の相対的な移動に伴うダイヤフラムの変形により振動が吸収されて、第１の取付部材或いは第２の取付部材の他方に連結された振動受け部側に振動が伝達され難くなる。
【０００９】
さらに、本請求項の空気バネは車両の台車に用いられる車両用とされ、一対の取付部材の内の何れか一方の取付部材の車両の左右方向に対応する部分に、ダイヤフラムと対向しつつダイヤフラムに沿って延ばされた形の延長部が設けられている。
【００１０】
この為、特に大きな振幅が生じる方向である車両の左右方向に沿って空気バネに振動が加わった場合でも、ダイヤフラムが取付部材の延長部に当接することで、十分な大きさの剛性が得られるようになる。そしてこれに伴い、ダイヤフラムが必要以上に変形しなくなるので、振動を確実に吸収できるようになった。
つまり、本請求項の空気バネによれば、車両の左右方向の剛性を高めるように車両の前後方向と左右方向とで剛性を相違させたことで、車両の走行安定性が高まった。
【００１１】
請求項２に係る空気バネの作用を以下に説明する。
本請求項は請求項１と同様の構成を有して同様な作用を奏する。但し本請求項では、一対の取付部材の何れか一方の取付部材のダイヤフラムと対向する部分に、ダイヤフラムの摩耗を防止する摺動シートが配置されるという構成になっている。
【００１２】
つまり、本請求項では、取付部材のダイヤフラムと対向する部分に摺動シートが配置されているので、空気バネに振動が加わってダイヤフラムが変形した場合でも、取付部材にダイヤフラムが直接擦れずに摺動シートを介して当接するようになった。この為、本請求項によれば、ダイヤフラムの摩耗が摺動シートにより防止される結果として、空気バネの耐久性が高まるようになった。
【００１３】
請求項３に係る空気バネの作用を以下に説明する。
本請求項は請求項２と同様の構成を有して同様な作用を奏する。但し本請求項では、延長部のダイヤフラムと対向する部分に摺動シートが配置されるという構成になっている。
【００１４】
つまり、本請求項では、特に大きな振幅が生じる方向である車両の左右方向に対応して取付部材に設けられた延長部のダイヤフラムと対向する部分に、摺動シートが配置されている。この為、特に摩耗の発生の虞が大きくなる車両の左右方向に対応したダイヤフラムの部分が、取付部材に直接擦れることが無くなるので、請求項２と同様にダイヤフラムの摩耗が摺動シートにより防止される結果として、空気バネの耐久性が高まるようになった。
【００１５】
請求項４に係る空気バネの作用を以下に説明する。
本請求項は請求項２と同様の構成を有して同様な作用を奏する。但し本請求項では、摺動シートの厚みが１．５〜２．５ｍｍとされるという構成になっている。つまり、本請求項では、空気バネの機能上問題無い厚みであってダイヤフラムの摩耗を防止するという作用を確実に奏する範囲と考えられる上記の１．５〜２．５ｍｍの範囲に摺動シートの厚みを設定している。
【００１６】
請求項５に係る空気バネの作用を以下に説明する。
本請求項は請求項１と同様の構成を有して同様な作用を奏する。但し本請求項では、複数のゴム材を積み重ねた構造とされる積層ゴムが、一対の取付部材間に配設されるという構成になっている。
【００１７】
つまり、本請求項では、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴムが、一対の取付部材間に配設されている為、ダイヤフラムがパンクした時であっても、この積層ゴムにより車両の荷重を弾性的に支持して、空気バネ全体として高いクッション性が得られることになる。以上より本請求項によれば、積層ゴムの存在により、空気バネが設置された車両の走行安定性をより一層高めることができるようになった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態に係る空気バネを図１から図３に示し、これらの図に基づき本実施の形態を説明する。
図１から図３に示すように、本実施の形態に係る空気バネであるボルスタレス空気バネ１０は、図示しない例えばサポート金具側へ連結される円板状に形成された第１の取付部材である下面板１２を備えている。また、この図示しないサポート金具が車両の車輪等と連結されることになる。
【００１９】
この下面板１２の中央には、気体を吸排気する為の円筒状の第１ポート金具１４が形成されており、この第１ポート金具１４の外周に、封止の為のＯリング１６が取り付けられている。また、下面板１２の上部には、円筒状に形成され且つ上下方向ばね定数が８０００Ｎ／ｍｍ〜１４０００Ｎ／ｍｍ、通常約１００００Ｎ／ｍｍ程度とされた積層ゴム１８が、下面板１２の上面と加硫接着されて配置されている。
【００２０】
そして、この積層ゴム１８は、それぞれリング状に金属で形成された複数のリング板２０と、それぞれリング状にゴム材で形成された複数の弾性体２２とを、交互に積み重ねて積層した構造とされている。この積層ゴム１８の上部には、リング状に金属で形成された連結用リング２４が、積層ゴム１８の上面と加硫接着されて配置されており、この連結用リング２４の上面には、リング状に形成された中間材２６が、ボルト及びナット２８によりねじ止められて固定されている。尚、この中間材２６の上面には、図２及び図３に示すテフロン（登録商標）製の第１摺動板３０が配置されている。
【００２１】
一方、この中間材２６の直上の位置には、図１から図３に示すように、車両の図示しない車体側に連結されて車体の荷重を支持する第２の取付部材である上面板３２が位置している。この上面板３２の中央には、気体を吸排気する為のテーパ状の第２ポート金具３４が形成されており、この第２ポート金具３４の外周に、封止の為のＯリング３６が取り付けられている。
【００２２】
また、図３に示す車両の前後方向に沿ってこのボルスタレス空気バネ１０を切断した断面の構造と異なって、図２に示すように、この上面板３２の車両の左右方向の両端部分には、下側方向に向かって突出した形の延長部３２Ａがそれぞれ形成されている。
【００２３】
以上より、上記の第１ポート金具１４及び第２ポート金具３４に配管が繋がれて、このボルスタレス空気バネ１０の外部の空間とボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓとが、これらポート金具１４、３４により連通可能とされており、空気等の気体がこれらポート金具１４、３４により吸排できるようになっている。そして、少なくともボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓと、ボルスタレス空気バネ１０の上又は下側に配置されて圧縮空気を溜める為の図示しない補助タンクとの間が、第１ポート金具１４を介して繋がっている。
【００２４】
他方、この上面板３２の下部側中央部は下方に突出しており、ステンレス鋼製の第２摺動板４０がこの突出した部分の表面に配置されている。また、この上面板３２の下部側外周部にはゴム製の弾性材４２が取り付けられており、この弾性材４２の下面側に、ポリエチレン製で１．５〜２．５ｍｍの厚みを有する摺動シート４４が固定されている。
【００２５】
これら上面板３２と中間材２６との間には、円筒状にゴム材で形成された弾性膜であるダイヤフラム４６が配設されており、このベローズの役割をするダイヤフラム４６の両端部には、それぞれ膨らんだ形状の補強部４６Ａ、４６Ｂがリング状に設けられている。さらに、この内の下側の補強部４６Ａが中間材２６及び連結用リング２４側に固定されて、このダイヤフラム４６の下端側が封止されており、上側の補強部４６Ｂが、上面板３２の下方に突出した部分の周りに固定されて、このダイヤフラム４６の上端側が封止されている。
【００２６】
つまり、ダイヤフラム４６内の空間となるボルスタレス空気バネ１０内の空間Ｓが、上面板３２及び中間材２６等により封止されており、また、図１から図３に示すように、この上面板３２のダイヤフラム４６と対向する部分には、その全周にわたってダイヤフラム４６の摩耗を防止する為の摺動シート４４が、弾性材４２を介して配置されていることになる。
【００２７】
そして、図２に示すように、前述の一対の延長部３２Ａは、上面板３２の車両の左右方向に対応する部分をダイヤフラム４６と対向しつつダイヤフラム４６に沿って下側方向にそれぞれ延ばされた形に形成されているが、これら一対の延長部３２Ａのダイヤフラム４６と対向する部分にも、この摺動シート４４が弾性材４２を介してそれぞれ配置されていることになる。尚この際、これら一対の延長部３２Ａの先端部分は、円弧状に形成されたダイヤフラム４６の図２に示す中心Ｃより下側に位置していることになる。
【００２８】
次に、本実施の形態に係るボルスタレス空気バネ１０の作用を説明する。
本実施の形態のボルスタレス空気バネ１０は、車両の台車に用いられる車両用とされている。さらに、振動発生部となる車輪側に連結される下面板１２と、振動受け部である車体側に連結される上面板３２との間に、中間材２６が配置されており、下面板１２と中間材２６との間に積層ゴム１８が配設されると共に、中間材２６と上面板３２との間に円筒状のダイヤフラム４６が配設されている。
【００２９】
また、下面板１２及び上面板３２にそれぞれ取り付けられたポート金具１４、３４によって、ダイヤフラム４６内の空間となる空間Ｓに空気が吸排されつつ、これら下面板１２と上面板３２との間の相対変位に伴って、このダイヤフラム４６が弾性変形することになる。
【００３０】
従って、車輪側で振動が発生した場合、下面板１２及び積層ゴム１８を介して振動がダイヤフラム４６に伝達され、上面板３２と下面板１２の間の相対的な移動に伴うダイヤフラム４６の変形により振動が吸収されて、上面板３２に連結された車体に振動が伝達され難くなる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、上面板３２の車両の左右方向に対応する部分に、ダイヤフラム４６と対向しつつダイヤフラム４６に沿って下側方向に延ばされた形の延長部３２Ａがそれぞれ設けられている。この為、特に大きな振幅が生じる方向である車両の左右方向に沿ってボルスタレス空気バネ１０に振動が加わった場合でも、ダイヤフラム４６が上面板３２の延長部３２Ａに摺動シート４４を介して当接することで、十分な大きさの剛性が得られるようになる。そしてこれに伴い、ダイヤフラム４６が必要以上に大きく変形しなくなるので、振動を確実に吸収できるようになった。
【００３２】
つまり、本実施の形態のボルスタレス空気バネ１０によれば、特に大きな振幅が生じる方向である車両の左右方向の剛性を高めるように、相互に直交する方向である車両の前後方向と左右方向とで剛性を相違させたことで、車両の走行安定性が高まった。
【００３３】
この一方、本実施の形態では、上面板３２に形成された延長部３２Ａのダイヤフラム４６との対向部分だけでなく、上面板３２のダイヤフラム４６と対向する部分全体に、ダイヤフラム４６の摩耗を防止する為の摺動シート４４が配置されている。つまり、本実施の形態では、上面板３２に設けられた延長部３２Ａのダイヤフラム４６と対向する部分に、摺動シート４４が配置されているだけでなく、上面板３２のダイヤフラム４６と対向する部分全体に、摺動シート４４が配置された形になっている。
【００３４】
従って、このボルスタレス空気バネ１０に振動が加わってダイヤフラム４６が変形した場合でも、特に大きな振幅が生じて摩耗の発生の虞が大きい車両の左右方向に対応した延長部３２Ａのダイヤフラム４６との対向部分だけでなく、上面板３２のダイヤフラム４６との対向部分全体に、摺動シート４４が配置されているので、上面板３２にダイヤフラム４６が直接擦れずに摺動シート４４を介して当接するようになった。この為、本実施の形態によれば、ダイヤフラム４６の摩耗が摺動シート４４により防止される結果として、ボルスタレス空気バネ１０の耐久性が高まるようになった。
【００３５】
この際、本実施の形態では、ボルスタレス空気バネ１０の機能上問題無い厚みであってダイヤフラム４６の摩耗を防止するという作用を確実に奏する範囲と考えられる１．５〜２．５ｍｍの範囲に摺動シート４４の厚みを設定している。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、下面板１２と上面板３２との間には、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴム１８が、配設されている。つまり、複数のゴム材を積み重ねて積層した構造とされる積層ゴム１８が、これら下面板１２と上面板３２との間に配設されている為、ダイヤフラム４６がパンクして上面板３２が下降した時であっても、上面板３２に取り付けられた第２摺動板４０が、積層ゴム１８の上部に固定された中間材２６に第１摺動板３０を介して、当接するようになる。
【００３７】
これに伴い、この積層ゴム１８が車両の荷重を弾性的に支持して、ボルスタレス空気バネ１０全体として高いクッション性が得られる。以上より、積層ゴム１８によって、ボルスタレス空気バネ１０が設置された車両の走行安定性をより一層高めることができるようになった。
【００３８】
次に、従来例及び実施例にそれぞれ水平加振摩耗試験を行った結果を、以下に説明する。まずサンプルとしては、延長部及び摺動シートが無い構造の従来技術に係るボルスタレス空気バネを従来例とし、また本発明の一実施の形態に係るボルスタレス空気バネ１０を実施例とし、それぞれ試験した。
【００３９】
また、試験条件としては、図４に示すように車両の左右方向にずらして各サンプルを取り付けるが、この際の下面板１２に対する上面板３２のずれ量Ｌを左側方向に２４ｍｍとした状態とし、さらに取り付け高さＨを標準高さである２００ｍｍとし、ダイヤフラム４６の内圧を４９０ＫＰａとして、各サンプルを試験装置にそれぞれ取り付けた。
【００４０】
そして、上記の状態で車両の前後方向の振幅を±４５ｍｍとすると共に周波数を１Ｈｚとして２３万回振動させた後に、図４の部分Ａの周辺におけるダイヤフラム４６の摩耗状態を確認した。
以上の結果として、従来例の最大摩耗深さは、左側で０．１ｍｍであり右側で０．３ｍｍであるのに対して、実施例の最大摩耗深さは、左側で０．０５ｍｍであり右側でも０．０５ｍｍであった。つまり、従来例に対して実施例では、左右両側においてダイヤフラムの摩耗の軽減が認められる試験結果が得られたことになる。
【００４１】
尚、上記実施の形態において、振動発生部側に下面板１２を連結し、振動受け部側に上面板３２を連結するような構成としたが、この逆の構成としても良い。また、上記実施の形態の説明において、振動を減衰して低減するようにしたが、振動の中でも突発的に存在する大きな振幅である衝撃を本発明は緩衝することもできる。
【００４２】
他方、上記実施の形態において、車両等の車体に入力される外部振動の防振を目的としたが、本発明は、例えば車両以外の他の建設機械、農業機械、建物、構造物等の防振にも用いられることはいうまでもなく、また、ボルスタレス空気バネ以外の空気バネにも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の空気バネは上記構成としたので、車両の左右方向の剛性を高めて車両の走行安定性を高めることができるという優れた効果を有するだけでなく、ダイヤフラムの摩耗を防止して耐久性を高めることができるという優れた効果を有するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るボルスタレス空気バネの車両の左右方向から見た側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るボルスタレス空気バネの車両の左右方向に沿って切断した断面図であって、図１の２−２矢視線断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るボルスタレス空気バネの車両の前後方向に沿って切断した断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るボルスタレス空気バネの図２と同様の断面図であって、上面板を左側方向にずらした状態を示す図である。
【符号の説明】
１０    ボルスタレス空気バネ
１２    下面板（第１の取付部材）
１８    積層ゴム
３２    上面板（第２の取付部材）
３２Ａ  延長部
４４    摺動シート
４６    ダイヤフラム
【図１】
2005036825.tif 000003
【図２】
2005036825.tif 000004
【図３】
2005036825.tif 000005
【図４】
2005036825.tif 000006