(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気ばねの圧縮方向におけるストロークに際してその膨張を抑制する筒状体を備え、空気の吸排気口を有する外筒とこの外筒に適合する内筒を折返し状態にて連結してその相互間で空気室を形成する空気ばね用ダイヤフラムにおいて、
上記ダイヤフラムは、空気ばねの少なくとも内筒に係合する領域の組付け前における内径が、内筒に係合させた状態でダイヤフラムの周方向において引張力を作用させるように、内筒の最少外径と同等もしくはそれよりも小さいものであり、
該ダイヤフラムの内筒に係合する領域は、空気ばねの圧縮方向における最大ストローク時においてもその接触が維持される長さをもった領域である、ことを特徴とする空気ばね用ダイヤフラム。
【請求項２】
ダイヤフラムは、その全長にわたる内径がすべて等しい円柱形状になるものである、請求項１記載の空気ばね用ダイヤフラム。
【請求項３】
ダイヤフラムは、外筒の係合部位から内筒の係合部位に向けて徐々に内径が小さくなる先細り形状になるものである、請求項１又は２記載の空気ばね用ダイヤフラム。
【請求項４】
ダイヤフラムは、そのほぼ軸方向に沿って配列された一層の補強コード層を有するものである請求項１〜３の何れかに記載の空気ばね用ダイヤフラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両や各種産業機器において使用される空気ばねの構成部材であるダイヤフラムに関し、該ダイヤフラムに工夫を加えることによって、それを原因とする空気ばねの性能劣化を回避しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気ばねは、外部からの空気の供給、排出をコントロールすることにより、空車状態から積車などの荷重変化に対して車両姿勢を一定に保つことが可能であり、また、ばね定数を低く設定できることから乗り心地の向上、積荷の損傷の防止を図ることができる利点を有するため現在、大型バスやトラック等に広く使用されている。
【０００３】
空気ばねの代表的なものとしては、ダイヤフラム形式の空気ばねがあり、その構造としては図６（ａ）（ｂ）に示すように、空気の吸排気口８ａを有する外筒８とこの外筒８の開口部分で適合する内筒９とを備え、かかる外筒８と内筒９を２つ折に折り返したダイヤフラム１０によって連結しそれらの相互間で空気室Ａを形成するのが一般的である。
【０００４】
このような構造の空気ばねは、内筒（ピストン）側から振動が入力され、内筒９が図７（ａ）の通常の状態から図７（ｂ）に示すように圧縮ストローク方向に動いた状態（圧縮ストローク時は空気室Ａ内の圧力は高くなりばね定数が大きくなる）ではダイヤフラム１０の変化は次の通りになる。すなわち、内筒９が圧縮方向に移動するとそれに固着するダイヤフラム１０は内筒９に連動して圧縮方向に移動し、その時、ダイヤフラム１０はその径がそれほど拡大するとこなく外筒８の内側に引き込まれるようになるが、該ダイヤフラム１０は、その内部に図８に示すようなコード（ナイロンコード、ポリエステルコード等）１１ａ、１１ｂの交差配列になる２層の補強層が備えられていて、ダイヤフラム１０の移動に際しては補強層のコードの交差角が変動する、いわゆるパンタグラフ運動によって皺等を発生させることなしにスムーズな形状変化が可能になっている。
【０００５】
ところで、近年、この種の空気ばねにおいては、空気ばねの径方向をコンパクト（省スペース化）にする目的でダイヤフラムの外側に振動が入力された際の膨張を抑制するための筒状体が取り付けられるようになってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる筒状体を配置することは、省スペース化に有効であることの他に、空気ばねの使用圧力を高めてもその耐久性が確保できること、また、耐久性が確保できることからダイヤフラムに配置する補強層を通常の２層から１層に減らすことができる極めて有効な手段であったが、以下に述べるような問題が新たに生じその改善が求められていた。
【０００７】
すなわち、ダイヤフラムにおいて補強層を通常の２層から１層に減らした場合に、空気ばねに空気を封入した際の釣り合いの観点から補強層を構成するコードの配列は、組み込み前におけるダイヤフラムの軸方向に沿う向きとする必要があるが、空気ばねに振動が入力されダイヤフラムが膨張しようとする場合には、補強層を構成するコードのパンタグラフ運動による径の変化はできないことから、コード間の弾性体（ゴム）が伸ばされコードのピッチが拡がることによって径変形を起こすことになる一方、ダイヤフラムが収縮する場合（縮径）には製造された時の径よりも縮まろうとする力が働いてコード相互間のゴムは圧縮されることになるとともに、ダイヤフラムの内部には空気の圧力が加わっているため該ダイヤフラムに折れ曲がり状の皺が発生することになり、この皺が繰り返し生じることによりダイヤフラムの耐久寿命が著しく低下する不具合があった。
【０００８】
本発明の目的は、振動の入力に伴う膨張を抑える筒状体を備える空気ばねにおいて従来生じていた上記のような問題を解決できる新規なダイヤフラムを提案するところにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気ばねの圧縮方向におけるストロークに際してその膨張を抑制する筒状体を備え、空気の吸排気口を有する外筒とこの外筒に適合する内筒を折返し状態にて連結してその相互間で空気室を形成する空気ばね用ダイヤフラムにおいて、上記ダイヤフラムは、空気ばねの少なくとも内筒に係合する領域の組付け前における内径が、内筒に係合させた状態でダイヤフラムの周方向において引張力を作用させるように、内筒の最少外径と同等もしくはそれよりも小さいものであり、
ダイヤフラムの内筒に係合する領域は、空気ばねの圧縮方向における最大ストローク時においてもその接触が維持される長さをもった領域である、ことを特徴とする空気ばね用ダイヤフラム。
【００１０】
本発明のダイヤフラムは、その全長にわたる内径がすべて等しい円柱形状になるもの、あるいは、外筒の係合部位から内筒の係合部位に向けて徐々に内径が小さくなる先細り形状になるものが適合する。さらに、本発明においてはダイヤフラムのほぼ軸方向に沿って配列された一層の補強コード層を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、空気ばねの少なくとも内筒に係合する領域に組み付ける前のダイヤフラムの内径を内筒の外径よりも小さくして、かかるダイヤフラムを内筒に組み付けた際に、装着部位におけるダイヤフラムの周方向において引張力が作用することになり、この引張力によってダイヤフラムの収縮に際して発生するような圧縮力は緩和され、ダイヤフラムは初期特性を長期にわたって保持することになる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明に従うダイヤフラムを組み込んだ空気ばねの断面構造を示したものであって、図における番号１は一端に開口をする外筒であって、この外筒１はその側壁に空気の給排口１ａを有する。また、２は外筒１の開口に適合する内筒（ピストン）、３は内筒２と同心になりその一端が外筒１に固定保持されるロッドであって、このロッド３は空気ばねに振動が入力されて内筒２がその軸方向に沿って進退移動（上下動）する際にその動きを誘導するためのガイドとして役立つとともに、振動を減衰することをメイン機能としたオイルダンパーとなっていて、その内部には図示はしないがオイルが封印され、ロッド３の先端に取り付けられている減衰弁のピストン運動によって振動を減衰するようになっている。また、４は１層の補強コード層を有し外筒１と内筒２の相互を折返し状態でつなぐ例えばゴムからなるダイヤフラムであり、このダイヤフラム４の一端は内筒２の端部において内筒２の周りを取り囲むリング５にて固定保持され、もう一端は外筒１の端部において外筒１の周りを取り囲むリング６にて固定保持される。また、７はダイヤフラム４の外側を全て覆い隠し、空気ばねに振動が入力された際の該ダイヤフラム４の膨張を抑制するための筒状体であって、この筒状体７は外筒１の側壁外面に固定保持される。
【００１３】
図２に、組み込み前におけるダイヤフラム４の外観を示す。かかるダイヤフラム４はその一部分を図示した如く補強コード層のコード４ａはダイヤフラム４のほぼ軸方向に沿って配列される。
【００１４】
上記のような構成になる空気ばねにおいては外筒１と内筒２及びダイヤフラム４にて取り囲まれた領域が空気室Ａとなり、ここに給排口１ａを通して空気を供給、封入することによって所望のばね定数を有する空気ばねとする。かかる空気ばねにおいて内筒２が空気室Ａ側に向かって移動する、圧縮方向ストローク時（以下、このような状態をバウンド時という）には、ダイヤフラム４の内筒２に接触する接触長さＬはバウンドストローク量が大きくなるに伴い長くなり、外側に位置するダイヤフラム４が外筒１の内側に引き込まれることで空気室Ａ内の圧力が高まりばね定数が高くなる。
【００１５】
一方、内筒２が空気室Ａから遠ざかるように移動する、拡張方向ストローク時（以下、このような状態をリバウンド時という）には、ダイヤフラム４の内筒２に接触する接触長さＬはその際のリバウンドストローク量が大きくなるに従い短くなる。内筒２が空気室Ａから最も近づいた状態ではダイヤフラム４を構成するゴム自体に圧縮する向きの力が働き、前述した如く、ダイヤフラム４に折れ曲がり状の皺が発生しやすくなる。しかしながら、本発明に従うダイヤフラム４は図３において示すように、少なくとも内筒２に係合する領域Ｐの最大内径ｄ1 を内筒２の最少外径Ｄと同等か若しくはそれよりも小さいものとしてあるので、このダイヤフラム４を上掲図１に示すように内筒に組み付けた状態では、その領域については常にダイヤフラム４の周方向に引張力が作用することになり、これによってダイヤフラム４に折れ曲がり状の皺を発生させるような力が作用しても、かかる力が緩和される。
【００１６】
ダイヤフラム４の少なくとも内筒２に係合する領域とは、本発明においては空気ばねのバウンド時における最大ストローク時においてもその接触が維持される長さをいうものとし、その長さ（図３におけるＰ）は空気ばねのサイズやばね定数によって変動する。
【００１７】
図４は、本発明に従うダイヤフラムの他の例を、その組付け前における外観で示したものである。この例は、全長にわたる内径ｄ 1を全て同一とした円筒形状のダイヤフラムであって、このようなダイヤフラムはどのようなストローク状態にあっても常にダイヤフラム４の周方向に引張力が作用するためストロークの仕様が変更になった場合にもダイヤフラムの形状を変えずに使用することができる利点がある。
【００１８】
図５は、本発明に従うダイヤフラムのさらに他の例を示したものである。
この例は、外筒の係合部位から内筒の係合部位に向けて徐々にその内径ｄ1 が小さくなるようにした先細り形状になる、形状のシンプル化を図ったものであって、このようなダイヤフラムはバウンド時の最大ストロークにおける領域Ｐの組付け前の内径ｄ1 を予め工夫して設計する必要 (先細りの角度の設定は必要) があるが、ダイヤフラム４の最大内径ｄ2 と外筒１の開口部径 (係合部位) を同じにしておくことにより、その組付けを簡便に行い得る。
【００１９】
上掲図１に示した構造になる空気ばね (内筒の直径８３mm) につき、図２に示したようなダイフラム（長さ２１０mm、ｄ1 ８０mm、ｄ2 １１０mm、補強層ナイロンコード) を装着して周波数３Hzで、温度８０℃、加振振幅±５０mmの条件のもとに振動を入力してかかるダイヤフラムの耐久性について調査した。その結果、従来構造のダイヤフラム (長さ２２０mm、ｄ1 ８５mm、ｄ2 １２０mm、補強層ナイロンコード) を装着した空気ばねにおいては約１０万回でダイヤフラムが劣化して使用に耐えない状態になったが、本発明に従うダイヤフラムは、９００万回程度まで使用可能であって、その耐久性が著しく改善されることが確認できた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、振動の入力に伴う折れ曲がり状の皺の発生を回避してダイヤフラムの耐久性能を著しく延長できるので、とくに空気ばねの構成要素として使用した場合に、かかる空気ばねの品質を長期にわたって保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うダイヤフラムを装着した空気ばねの構造を示したものであって、（ａ）はその全体の断面を、（ｂ）は要部の断面をそれぞれ示したものである。
【図２】図１に示したダイヤフラムの外観を示した図である。
【図３】図２に示したダイヤフラムの断面を示した図である。
【図４】本発明に従うダイヤフラムの他の例を示した図である。
【図５】本発明に従うダイヤフラムの他の例を示した図である。
【図６】従来のダイヤフラムを組み込んだ空気ばねの構成を示した図であり、（ａ）はその全体の断面を、また、（ｂ）はその要部の断面をそれぞれ示した図である。
【図７】（ａ）（ｂ）従来のダイヤフラムを組み込んだ空気ばねの作動状況を示した図である。
【図８】従来のダイヤフラムの外観を示した図である。
【符号の説明】
１  外筒
２  内筒
３  ロッド
４  ダイヤフラム
５  固定用リング
６  固定用リング
７  筒状体
８  外筒
９  内筒
10  ダイヤフラム
11a コード
11b コード
【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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