(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に巻かれた内層ゴムシートと、この内層ゴムシートの外周に１層又は２層以上巻かれた簾状のプライタイヤコード、及びこのプライタイヤコードの外周に円筒状に巻かれた外層ゴムシートとを積層一体化してなり、前記外層ゴムシートの巻始端部と巻終端部とは重ね合わせ状に接合しており、空気を封入した使用状態では周方向に伸ばされる円筒状のゴムベローズからなるベローズ型空気ばねにおいて、
前記外層ゴムシートの重ね合わせ接合部が、ゴムベローズの軸線に対して斜交する方向でかつ前記ゴムベローズの軸線と直角の横方向に対して６０゜〜７０゜の角度をつけて傾斜状に設けられていることを特徴とするベローズ型空気ばね。
【請求項２】
前記外層ゴムシートの重ね合わせ接合部は、前記ゴムベローズの軸線に対して或る角度を付けて傾斜するよう貼付されている前記最外層のプライタイヤコードの傾斜方向とは逆方向に傾斜させている請求項１に記載のベローズ型空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両等に取付けられるベローズ型空気ばねの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両用のベローズ型空気ばねとして、図１１に示すごとき構造のものがある。このベローズ型空気ばねは、車体１２下部と車輪（図示せず）の上側との間に原形円筒状のゴムベローズ２１を上下ビード押え板１３，１４で圧縮変形状態に取り付けている。１５は積層ゴムからなるストッパーである。
従来の上記ゴムベローズ２１は、加硫前の成型グリーンの状態では図８に示すように上下端に開口６，７を有する縦長の円筒形状を呈している。このゴムベローズ２１は、これの一部断面を図９に示すごとく、円筒状に巻かれた内層ゴムシート２と、この内層ゴムシート２の外周に巻かれたナイロンやポリエステル等の合成繊維よりなる簾状のプライタイヤコード３，４、及びこの外層のプライタイヤコード４の外周に円筒状に巻かれた外層ゴムシート５とを積層一体化してなる。この場合、内外層ゴムシート２，５のそれぞれの巻始端部と巻終端部とは重ね合わせ状に接合するが、それぞれの重ね合わせ接合部はゴムベローズ２１の軸線Ｏに対して平行に設けている。図８に外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８がゴムベローズ２１の軸線Ｏに対して平行に設けられていることを示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記ゴムベローズ２１は成型後の加硫時、使用時に形状及び外径を異変化する。とくに、ゴムベローズ２１に空気を封入した使用状態では周方向に大きく伸ばされることが多く、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８にも周方向に大きな歪みが生じる。外層ゴムシート５の軸線Ｏに対して平行な重ね合わせ接合部８にはその歪み量に比例した力がかかって剥離力として大きく働き、これが外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８を剥離させる原因になっていた。
【０００４】
また、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８を剥離させるもう一つの原因としては次のようなことが考えられる。
【０００５】
ゴムベローズ１は、成型後、図１２に示すように内側のゴム袋９と外側の金型１０によって加硫される。この加硫時には外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８が金型１０の内面に押し付けられるので、その表面は平坦になるが、その内面に隆起する厚肉の過剰なゴムボリューム部１１が生じる。この接合部８における過剰なゴムボリューム部１１のゴムの一部が隣接するプライタイヤコード４，４間に進入してコード間隔を押し拡げ、そのコード密度が粗くなる。そのため、図１３に示すごとく使用時にゴムベローズ２１に空気を封入すると、その部分の単位幅当たりのプライタイヤコード４にかかる応力が大きくなり、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の過剰なゴムボリューム部１１が外側に凸状に膨れて外層ゴムシート５の表面歪みを大きくしたり、また耐圧力が低下したりする。
【０００６】
とくに、ゴムベローズ２１の軸線Ｏと直角の横方向の横剛性を利用する空気ばねでは、その横剛性の特性上の制約からプライタイヤコード４の貼付角β（図８参照）が、一般にゴムベローズ２１の軸線Ｏに近付いて７５゜〜８５゜位の範囲に設定してある。このため、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８を上記のようにゴムベローズ２１の軸線Ｏと平行にしてあると、プライタイヤコード４と外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８とが平行に近くなり、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８に生じている過剰なゴムボリューム部１１により、プライタイヤコード４，４の間隔が粗くなってしまう。このため、図１４に示すごとく加硫されたゴムベローズ２１に空気を封入すると、プライタイヤコード４，４の間隔が粗くなった外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８が外側に湾曲して膨れる現象が生じる。これはゴムベローズ２１の単位幅当たりのコード密度が粗いための当然の結果である。したがって、図１４に示すごとく外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８に周方向に引っ張る力Ｗが大きくなる。
【０００７】
このように外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８に周方向に引張る力Ｗが大きくかかることによっても、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８に剥離発生を引き起こす原因になる。
【０００８】
そこで本発明は、上記のような、成型時に外層ゴムシートを円筒状に巻くとともに、その巻始端部と巻終端部とを重ね合わせ接合するというベローズ型空気ばねにおいて、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部はゴムベローズの軸心に対して或る角度を付けるという工夫を施すことによって外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の周方向の歪みをできる限り小さく抑えることができて剥離発生を防止でき、耐久性に優れるベローズ型空気ばねを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒状に巻かれた内層ゴムシートと、この内層ゴムシートの外周に１層又は２層以上巻かれた簾状のプライタイヤコード、及びこのプライタイヤコードの外周に円筒状に巻かれた外層ゴムシートとを積層一体化してなり、前記外層ゴムシートの巻始端部と巻終端部とは重ね合わせ状に接合しており、空気を封入した使用状態では周方向に伸ばされる円筒状のゴムベローズからなるベローズ型空気ばねにおいて、前記外層ゴムシートの重ね合わせ接合部が、ゴムベローズの軸線に対して斜交する方向でかつ前記ゴムベローズの軸線と直角の横方向に対して６０゜〜７０゜の角度をつけて傾斜状に設けられていることに特徴を有するものである。
【００１０】
このように外層ゴムシートの重ね合わせ接合部はゴムベローズの軸線に対して斜交させてあると、前述した従来品のごとくゴムベローズの軸線と平行にする外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の周方向の歪よりも、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の周方向の歪を小さくすることができる。
すなわち、Ｄ2 をゴムベローズの加硫形状の外径、Ｄ3 をゴムベローズの空気封入形状時の外径、θ3 を空気封入形状時の外層ゴムシートの重ね合わせ接合部のゴムベローズの軸線と直角の横方向に対する傾斜角とすれば、本発明品及び従来品でのそれぞれの歪εは次のように表される。
【００１１】
【数１】
0004256976.tif 000002
【００１２】
【数２】
0004256976.tif 000003
【００１３】
このように本発明の上記構成によれば、従来品に比較して、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の周方向の歪εをsin θ3 倍だけ小さくできる。
【００１４】
外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の傾斜角θ3 を小さくするほど周方向の歪εが小さくなるが、６０゜未満にするとその重ね合わせ接合部がゴムベローズの円周方向に長くなり、それだけ接合作業に長時間を要して作業性に劣るため実用的ではなく、７０゜を越えると歪εをほとんど小さくすることができないため、上記外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の傾斜角θ3 は、ゴムベローズの軸線と直角の横方向に対して６０゜〜７０゜の範囲に設定することが好ましい。
【００１５】
外層ゴムシートの重ね合わせ接合部は、ゴムベローズの軸線に対して或る角度を付けて傾斜するよう貼付される最外層のプライタイヤコードの傾斜方向とは逆方向に傾斜させておくことが、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部でもコード密度が粗くなることはなく、その接合部表面の歪みは正常であり、耐圧力も低下することがなくて好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るベローズ型空気ばねの一実施例を図面に基づいて説明する。図１はベローズ型空気ばねのゴムベローズの成型形状を一部破断した状態で示す正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図、図３は同ベローズ型空気ばねのゴムベローズの加硫形状を一部破断した状態で示す正面図、図４は同空気ばねの使用例を一部破断した状態で示す正面図、図５は同空気ばねの加硫されたゴムベローズの接合部の断面図、図６は同空気ばねの加硫されたゴムベローズのプライタイヤコードの配列状態を示す正面図、図７は同空気ばねの加硫されたゴムベローズに内圧を封入したときの外層ゴムシートの接合部の断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明に係るベローズ型空気ばねのゴムベローズ１は、前述した従来のゴムベローズ２１の断面構造と同様に、円筒状に巻かれた内層ゴムシート２と、この内層ゴムシート２の外周に巻かれたナイロンやポリエステル等の合成繊維よりなる簾状のプライタイヤコード３，４、及びこのプライタイヤコード４の外周に円筒状に巻かれた外層ゴムシート５とを積層一体化してなり、上下端に開口６，７を有する円筒形状に成型されている。図２にその一部の断面を示すように、内外層ゴムシート２，５のそれぞれの巻始端部２ａ，５ａと巻終端部２ｂ，５ｂとはそれぞれ重ね合わせ状に接合してなる。その外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８は、図１に示すごとくゴムベローズ１の軸線Ｏに対し斜交するように傾斜させてあり、つまりゴムベローズ１の軸線Ｏと直角な方向Ｘに対して角度θ1 を付けて成型してある。外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の幅（重ね代）ｂ0 は５〜７mm程度とする。
【００１８】
ここで、本発明のように外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８をゴムベローズ１の軸線Ｏに対して斜交するよう設けたゴムベローズ１と、図８に示す従来のように外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８を軸線Ｏに対して平行に設けたゴムベローズ２１における、各外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８での周方向の歪を比較すると、以下の通りである。
【００１９】
ただし、本発明のゴムベローズ１及び従来のゴムベローズ２１において、両者に成型形状の外径Ｄ1 、加硫形状の外径Ｄ2 、使用時の外径Ｄ3 には差はなく、また重ね合わせ接合部８の幅ｂ，ｂ´も等しいものとする。
図８に示す従来のゴムベローズ２１では、加硫時の重ね合わせ接合部８の幅をｂとし、図１１に示すごとく使用時に伸びた幅をｂ´とすれば、加硫時から使用時の重ね合わせ接合部８の周方向の歪量εは次のように表される。
【００２０】
【数３】
0004256976.tif 000004
【００２１】
図１に示す本発明のゴムベローズ１では、加硫時の重ね合わせ接合部８の幅をｂとし、図４に示すごとく使用時に伸びた幅をｂ´とすれば、加硫時から使用時の重ね合わせ接合部８の周方向の歪量εは、従来のゴムベローズ２１の場合と等しく、次のように表される。
【００２２】
【数４】
0004256976.tif 000005
である。
【００２３】
しかし、重ね合わせ接合部８の幅ｂに対して直角方向の真の歪を考えると、
【００２４】
【数５】
0004256976.tif 000006
【００２５】
となり、
外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の角度θ3 が小さくなるにつれ歪が小さくなり、従って接合部８の剥離を軽減することができる。
【００２６】
上記角度θ1 は６０゜〜７０゜が好ましい。６０゜未満にするとその重ね合わせ接合部８がゴムベローズ１の円周方向に長くなり、それだけ接合作業に長時間を要して作業性に劣るため実用的ではなく、７０゜を越えると歪εをほとんど小さくすることができないからである。
【００２７】
上記外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８は、図１及び図６に示すように、最外層のプライタイヤコード４の貼付角度β（７５゜〜８５゜）の傾き方向とは逆方向になるように傾けることが、以下の理由により外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の剥離防止上、一層効果的である。
【００２８】
ゴムベローズ１は、冒頭にも述べたように、成型後、加硫されるが、この加硫は図５に示すように内側のゴム袋９と外側の金型１０によって行われる。この加硫された時の外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の断面には、図５に示すごとく過剰なゴムボリューム部１１が生じ、この過剰なゴムボリューム部１１によってプライタイヤコード３，４が内側に湾曲しているが、プライタイヤコード４，４間隔は粗くなりにくい。また、図６は加硫されたゴムベローズ１の外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の外層ゴム５を剥がした状態でプライタイヤコード４の配列状態を見ており、これからもコード４，４間隔が粗くなっていないことが判る。
【００２９】
これは、図６のように外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８がプライタイヤコード４の貼付角度βの傾き方向とは逆方向になるように傾斜しているので、プライタイヤコード４と外層ゴムシート５の接合部８がかなりの交差角γを有することになるので、コード４，４間隔が粗くならないのである。
【００３０】
すなわち、図１３は従来のゴムベローズ２１の外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の幅ｂに影響されているプライタイヤコード４の長さＬ1 を示しており、その長さＬ1 が長いほど、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の過剰なゴムボリューム部１１によるコード間隔を押し拡げる力に対する抵抗力が小さい。このため、過剰なゴムボリューム部１１のゴムの一部が隣接するプライタイヤコード４，４間に進入してコード間隔を拡げ易くなり、コード密度が粗になる。これに対し、図６は本発明の外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の幅ｂに影響されているプライタイヤコード４の長さＬ2 を示しており、従来のプライタイヤコード４の長さＬ1 よりもかなり短くなっており、従って外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の過剰なゴムボリューム部１１によるコード４，４間隔を拡げる力に対する抵抗力が大きく、コード４，４間隔が拡がりにくくなり、コード密度が粗にならず、その全体のコード４，４間隔がほぼ揃っているのである。
【００３１】
図７は加硫されたゴムベローズ１に内圧Ｐを封入したときの外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の状態を示しており、コード密度が前述のように揃っているため、他部分に比べても均等に膨らみ、その表面歪は小さい。また、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の幅ｂによる過剰なゴムボリューム部１１のみ膨れるので、その接合部８の周方向の引張り力Ｗも小さい。したがって、外層ゴムシート５の重ね合わせ接合部８の剥離防止に効果的である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のベローズ型空気ばねによれば、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部をゴムベローズの軸線に対して斜交するよう傾斜させるという簡単な手段で、外層ゴムシートの重ね合わせ接合部の周方向の歪みをできる限り小さくすることができて経時使用に伴う外層ゴムの重ね合わせ接合部の剥離発生をよく防止でき、耐久性に優れるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベローズ型空気ばねのゴムベローズの成型形状を一部破断した状態で示す正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】同空気ばねのゴムベローズの加硫形状を一部破断した状態で示す正面図である。
【図４】同空気ばねの使用例を一部破断した状態で示す正面図である。
【図５】同空気ばねの加硫されたゴムベローズの接合部の断面図である。
【図６】同空気ばねの加硫されたゴムベローズのプライタイヤコードの配列状態を示す正面図である。
【図７】同空気ばねの加硫されたゴムベローズに内圧を封入したときの外層ゴムシートの接合部の断面図である。
【図８】従来例の空気ばねのゴムベローズの成型形状を一部破断した状態で示す正面図である。
【図９】図８におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図１０】従来例の空気ばねのゴムベローズの加硫形状を一部破断した状態で示す正面図である。
【図１１】従来例の空気ばねの使用例を一部破断した状態で示す正面図である。
【図１２】従来例の空気ばねの加硫されたゴムベローズの接合部の断面図である。
【図１３】従来例の空気ばねの加硫されたゴムベローズのプライタイヤコードの配列状態を示す正面図である。
【図１４】従来例の空気ばねの加硫されたゴムベローズに内圧を封入したときの外層ゴムシートの接合部の断面図である。
【符号の説明】
１  ゴムベローズ
２  内層ゴムシート
３，４  プライタイヤコード
５  外層ゴムシート
８  重ね合わせ接合部
Ｏ  ゴムベローズの軸線
【図１】
0004256976.tif 000007
【図２】
0004256976.tif 000008
【図３】
0004256976.tif 000009
【図４】
0004256976.tif 000010
【図５】
0004256976.tif 000011
【図６】
0004256976.tif 000012
【図７】
0004256976.tif 000013
【図８】
0004256976.tif 000014
【図９】
0004256976.tif 000015
【図１０】
0004256976.tif 000016
【図１１】
0004256976.tif 000017
【図１２】
0004256976.tif 000018
【図１３】
0004256976.tif 000019
【図１４】
0004256976.tif 000020