(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面板（１）および下面板（２）と、これらの面板にそれぞれの端部分を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、下面板（２）に設けた連通路（５）を介して補助タンク（８）に連通される空気ばねにおいて、
前記連通路（５）内に配設され、下面板（２）とは別体になる絞り部材（２２）と、
この絞り部材（２２）の上面板側に設けた座ぐり部（１２ａ）と、
絞り部材の補助タンク側に設けた流路最狭窄部（２４）と、
流路最狭窄部（２４）の、上面板側および補助タンク側の少なくとも一方側に隣接させて設けられて、流路最狭窄部（２４）に向けて流路を次第に狭める流動案内部（１３）とを有し、
この流動案内部（１３）の、流路最狭窄部（２４）から最も離隔した端部の径に対する、流路最狭窄部の径が３０％以上８０％以下であることを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
上面板（１）および下面板（２）と、これらの面板にそれぞれの端部分を気密に連結した筒状可撓膜体とを具え、下面板（２）に設けた連通路（５）を介して補助タンク（８）に連通される空気ばねにおいて、
前記連通路（５）内に配設され、下面板（２）とは別体になる絞り部材（２２）と、
絞り部材に設けた流路最狭窄部（２４）と、
流路最狭窄部（２４）の、上面板側および補助タンク側の少なくとも一方側に隣接させて設けられて、流路最狭窄部（２４）に向けて流路を次第に狭める流動案内部（１３）とを有し、
この流動案内部（１３）の、流路最狭窄部（２４）から最も離隔した端部の径に対する、流路最狭窄部の径が３０％以上８０％以下であることを特徴とする空気ばね。
【請求項３】
連通路および絞り部材の少なくとも一方の、上面板側もしくは補助タンク側の一方の端部分に、絞り部材の流路最狭窄部に向けて流路を次第に狭める他の流動案内部を設けてなる請求項１もしくは２に記載の空気ばね。
【請求項４】
各流動案内部を、流路最狭窄部の中心線の周りでの、直線、曲線およびステップ状線分の少なくとも一種類からなる回転体形状に構成してなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね。
【請求項５】
絞り部材の流路最狭窄部を、連通路内で、補助タンク側へ偏せて位置させてなる請求項１〜４のいずれかに記載の空気ばね。
【請求項６】
絞り部材の流路最狭窄部を、下面板に、補助タンク側への突出姿勢で設けてなる請求項５に記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道車両に用いて好適な空気ばねに関するものであり、とくには、空気ばねを補助タンクに連通させて車両の振動減衰等をもたらす絞り通路を加圧空気が通過するに際して発生することのある、笛吹き音と称される高周波騒音の発生を防ぐ技術を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用の空気ばねとして広く一般に使用されているものとしては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。
これは、上下の各面板にダイアフラムの各端部を気密に連結するとともに、下面板に設けた絞り通路を、円筒状の積層ゴム弾性体を介して一定容積の補助タンクに、間接的に連通させるものであり、車両の振動等に起因する空気ばね内圧の変動に伴って、加圧空気を絞り通路に流動させることによる、加圧空気の摩擦、拡散等によってばね特性および振動減衰性能を発揮させるものである。
【０００３】
この場合の相当ばね定数および相当減衰係数は、図４に示すような一山ベローズ形の空気ばね１０１を、下面板１０２に設けた絞り通路１０３によって、補助タンク１０４に間接的に連通させる場合を例として考えると、以下の公知の式で表わすことができる。
0004856024.tif 000002
【特許文献１】特開２００５−２３１４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、このような従来技術にあっては、鉄道車両の、たとえば上下振動に伴って、加圧空気が絞り通路１０３を高圧側から低圧側へ流動するに当って、絞り通路の形状、寸法等に由来する、空気流の各種の乱れに起因すると考えられる高周波騒音が発生することがあるという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、絞り通路にそれ本来の機能を十分に発揮させてなお、そこを通る空気流への乱れの発生を抑制することで、高周波騒音の発生を有効に防ぐことができる空気ばねを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る一の空気ばねは、上面板および下面板と、これらの面板にそれぞれの端部分を気密に連結した、ベローズ、ダイアフラム等の筒状可撓膜体とを具え、下面板に設けた連通路を介して、一定内容積の補強タンクに、直接的もしくは間接的に連通されるものであって、前記連通路内に配設され、下面板とは別体になる絞り部材と、この絞り部材の上面板側に設けた座ぐり部と、絞り部材の補助タンク側に設けた流路最狭窄部と、流路最狭窄部の、上面板側および補助タンク側の少なくとも一方側、より好ましくは両側に隣接させて設けられて、流路最狭窄部に向けて流路を次第に狭める流動案内部とを有し、この流動案内部の、流路最狭窄部から最も離隔した端部の径に対する、流路最狭窄部の径が３０％以上８０％以下、より好ましくは、４０％以上７０％以下、さらに好ましくは、５０％以下７０％以下であることを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明に係る他の空気ばねは、とくに、前記連通路内に配設され、下面板とは別体になる絞り部材と、絞り部材に設けた流路最狭窄部と、流路最狭窄部の、上面板側および補助タンク側の少なくとも一方側、より好ましくは両側に隣接させて設けられて、流路最狭窄部に向けて流路を次第に狭める流動案内部とを有し、この流動案内部の、流路最狭窄部から最も離隔した端部の径に対する、流路最狭窄部の径が３０％以上８０％以下、より好ましくは、４０％以上７０％以下、さらに好ましくは、５０％以上、７０％以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
これらの空気ばねにおいてより好ましくは、連通路および絞り部材の少なくとも一方の、上面板側もしくは補助タンク側の一方の端部分にも、絞り部材の流路最狭窄部に向けて流路を次第に狭める他の流動案内部を設ける。
【０００９】
ところで、各流動案内部は、流路最狭窄部の中心線の周りでの、直線、曲線およびステップ状線分の少なくとも一種類からなる、ときとしては二種類以上の複合線分からなる回転体形状、いいかえれば、流路最狭窄部中心線を含む断面内でその中心線に対して対称に延びる直線、曲線およびステップ状線分の少なくとも一種類からなる形状に構成することが好ましい。
【００１０】
ここで、下面板の連通路に取付けて設けた絞り部材の流路最狭窄部は、その連通路内で、補助タンク側へ偏せて位置させることが好ましく、この場合より好ましくは、その流路最狭窄部を、下面板に、補助タンク側への突出姿勢として設ける。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る空気ばねでは、連通路内の、下面板とは別体になる絞り部材の流路最狭窄部の、少なくとも一方側ともに隣接させて、たとえばその絞り部材に、流路最狭窄部に向けて流路を次第に狭める流動案内部を設け、この流動案内部をもって、一方側への空気流れに対しては流路断面積の漸次縮小を、そして、他方側への空気流れに対しては流路断面積の漸次拡大をそれぞれもたらすことで、より好ましくは、各方向の空気流れに対して、漸次縮小と、漸次拡大との両者をもたらすことで、絞り部材の流路最狭窄部を通過する空気流れへの乱れの発生を有効に抑制することができ、これがため、絞り部材に、それ本来のばね特性および振動減衰性能の発揮を十分に担保させてなお、高周波騒音の発生を有利に防止することができる。
【００１２】
そしてこのことは、流動案内部の、流路最狭窄部から最も離隔した端部の径に対する流路最狭窄部の径を３０％以上８０％以下、なかでも、４０％以上７０％以下、とりわけ、５０％以上７０％以下とした場合にとくに効果的である。
いいかえれば、その径比率が３０％未満では、流路最狭窄部の径が小さくなりすぎて、逆に高周波騒音が発生し易くなり、一方、その径比率が８０％を越えると、流動案内部の機能が低下して、高周波騒音を所期したほどに低減させることができない。
【００１３】
ここで、連通路および絞り部材の少なくとも一方の、上面板側もしくは補助タンク側の一方の端部分に、上述した流動案内部とは別個の他の流動案内部を設けた場合には、連通路および／または絞り部材それ自体への空気の流入および／または流出に伴う、空気流れへの乱れの発生をも有効に抑制できるので、高周波騒音の発生をより効果的に防止することができる。
【００１４】
ところで、上述した流動案内部は、流路断面積を、縦断面内で、直線またはステップ状線分をもって、テーパ状またはステップ状に減少させたもの、もしくは、曲線をもって、絞り通路の中心線側へ凸もしくは凹となる曲面状に流路断面積を減少させたものとすることができ、また、これらの二種類以上を組合わせた態様で流路断面積を減少させたものとすることもできる。
これらのいずれの流動案内部をもってしても、空気流れの乱れを効果的に防止することができ、このことは、テーパ状またはステップ状の流路断面積減少部の、凸側および／または凹側の隅部を曲面形状とした流動案内部でより効果的である。
【００１５】
以上のような空気ばねにおいて、少なくとも流路最狭窄部を、下面板とは別体をなし、事後的に下面板に取付け得る絞り部材に形成するときは、所要の流路の加工を、それがたとえ複雑なものであっても、簡易に、かつ高精度に行うことができる。
【００１６】
そしてまた、下面板に設けた絞り部材の流路最狭窄部を、連通路内で、補助タンク側へ偏せて位置させたときは、その連通路の上面板側部分に、空気ばね等の吊り持ち支持のための、ロッド螺合雌ねじを形成することができ、また、その雌ねじ形成部分を、たとえば、連通路に螺合されて、少なくとも流路最狭窄部を形成するプラグ等の絞り部材に対して、ステップ状をなす他の流動案内部の一部として機能させることもできる。
【００１７】
この場合において、流路最狭窄部を、下面板に、補助タンク側への突出姿勢で設ける場合は、それを、下面板に事後的に固定もしくは固着させることができるので、上述したように、所要の加工を簡易にかつ高精度に施すことができる他、下面板および上面板に対する特別の加工を不要として、空気ばねの伸縮ストローク量を十分大きく確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１はこの発明の実施の形態を、空気ばねの標準高さ状態で、積層ゴムおよび補助タンクとともに示す、中心軸線を含む縦断面図であり、図中１は、上面板、２は下面板をそれぞれ示し、３は、ともに水平姿勢としたそれらの面板１,２に、それぞれの端部分を気密に連結した筒状可撓膜体、ここでは補強層を埋設したゴムベローズを示す。
【００１９】
空気ばね４は、これらの各構成部材1,２,３を具えるとともに、下面板２に設けられて、空気ばね４の囲繞空間を、後述する補助タンクに連通させる連通路５、および、上面板１に形成されて、空気ばね４の囲繞空間への所要の空気圧の供給等を司る給排ノズル６を有する。
【００２０】
また図中７は、剛性リングとゴムリングとを交互に積層してなり、下面板２の下面に気密に連結される、筒状の積層ゴムを、そして、８は、積層ゴム７の下方側に、これも気密に連結される、一定内容積の補助タンクをそれぞれ示す。
【００２１】
ここで、積層ゴム７の内部空間９と、補助タンク８との気密な連結は、たとえば、積層ゴム７に取付けた連結パイプ１０を、その外周面に嵌め合わせたＯリング１０ａを介して補助タンク８に嵌め込むことによって行うことができる。
【００２２】
ところで、図１に示す連通路５には、要部を拡大して示すところから明らかなように、下面板２の中央部に設けた雌ねじ部１１に、その下面板２とは別体のプラグからなる絞り部材２２の頭部を、雌ねじ部１１の長さのほぼ半分の長さにわたって螺合させて、絞り部材２２の全長のほぼ半分を下面板２の下方側へ突出させた状態で絞り部材２２を取付ける。そして、下面板２とは別体になるその絞り部材２２の頭部は大径の座ぐり部１２ａを、そして、絞り部材２２の首下部は小径の貫通孔からなる流路最狭窄部２４をそれぞれ有する。
【００２３】
ここでは、絞り部材２２の首下部に設けた小径の貫通孔が、下面板２の補助タンク８側へ突出して位置する流路最狭窄部２４を形成することになり、この流路最狭窄部２４の、上面板１側および補助タンク８側のそれぞれの側部に隣接させて設けたそれぞれのテーパ面が、流路を、流路最狭窄部２４に向けて次第に狭めるそれぞれの流動案内部１３を形成することになる。
【００２４】
加えて、この図に示すところでは、絞り部材２２および連通路５のそれぞれは、それらの上面板１側の端部分に、流路最狭窄部２４に向けて流路を次第に狭める、テーパ状の面取り面からなる他の流動案内部１４，１５をも有することになる。
【００２５】
なおこのような連通路５および絞り部材２２では、テーパ状面取り面からなるそれぞれの流動案内部１３および１４，１５の少なくとも一方を曲線の回転体形状からなる流動案内部とすることもでき、たとえば図２に示すように、全ての流動案内部１３および１４，１５を曲面とすること、または、それらの少なくとも一方のテーパ状面取り面の鈍角隅部に曲面を付加した流動案内部とすることもできる。
【００２６】
そしてこれらのいずれの場合にあっても、流路最狭窄部２４に隣接して位置する流動案内部１３の、流路最狭窄部２４から最も離隔した端部の径ｂに対する、流路最狭窄部２４の径ａの比率を３０％以上８０％以下、より好ましくは、４０％以上７０％以下、さらに好ましくは、５０％以上７０％以下とする。
【００２７】
以上のような連通路５および絞り部材２２を設けてなる空気ばね４によれば、車両の振動等に起因する空気ばね内圧の増減に伴う、空気ばね４内もしくは補助タンク８内の空気の、連通路５、より直接的には、絞り部材２２の流路最狭窄部２４への通過に基いて、所期した通りのばね特性および振動減衰性能を発揮させ得ることはもちろん、絞り部材２２に設けた、少なくとも流動案内部１３の作用による空気流れの乱れの抑制により、加圧空気が連通路５を高速で通過することに起因する高周波騒音の発生を効果的に防ぐことができる。
【００２８】
ところで、図１,２に示すところではいずれも、絞り部材２２の小径の貫通からなる流路最狭窄部２４の全体を、下面板２の下面より下方側へ突出させて位置させることとしているも、その流路最狭窄部２４の一部が下面板２内に入り込む構成配置とすることも可能である。
【００２９】
図３は他の実施形態を示す縦断面図であり、これらはいずれも、下面板２に設けた雌ねじ部１１に螺合させる絞り部材２２の形態を変更したものである。
【００３０】
図３（ａ）に示すものは、下面板２の雌ねじ部１１に螺合させた絞り部材２２に、先に述べたと同様の大径座ぐり部１２ａおよび、小径貫通孔からなる流路最狭窄部２４のそれぞれを設けるとともに、流路最狭窄部２４の長さを、図１、２に示すものに比して幾分短くしたところにおいて、とくに、流路最狭窄部２４の上方側に隣接して位置する、流動案内部１３を、座ぐり部１２ａの底面の全体を含むテーパ状の面取り面よって形成するとともに、それの下方側に隣接する流動案内部１３をもまた同様のテーパ状広幅面取り面に形成したものであり、また、上面板１側から補助タンク８側に向けて先細りとなって、下面板２の上面に開口する、テーパ状の他の流動案内部１５および、絞り部材２２の上端部に形成されて、その流動案内部１５と同じ向きに傾斜して、補助タンク８側に向けて先細りとなる、テーパ状の他の流動案内部１４を設けたものである。
ここでも小径貫通孔は、補助タンク８側に偏って位置する流路最狭窄部２４を形成することになる。
【００３１】
ところで、この図３（ａ）に示す例においても、図１および２に示すものと同様に、上述したような他の流動案内部１５を設けることに代えて、もしくは加えて、雌ねじ穴が、その上端側、いいかえれば上面板１側に向けて、穴径を一段以上にわたってステップ状に拡径するものとすることもでき、この場合は、ステップ状の拡径部それ自体が、または、ステップ状の拡径部およびテーパ面もしくは曲面が相互に一体となって他の流動案内部１５を形成することになる。
【００３２】
また、図３（ｂ）に示すものは、下面板２の雌ねじ部１１に螺合させた、円筒状のプラグの貫通孔を、絞り部材２２の流路最狭窄部２４とし、この流路最狭窄部２４の上下に隣接させて設けたそれぞれのテーパ面を、流路最狭窄部２４に隣接して位置する流動案内部１３とするとともに、下面板２の上端隅部に形成した前述したと同様のテーパ面を他の流動案内部１５とするものである。
【００３３】
なお、この図３（ｂ）に示す絞り部材２２において、流路最狭窄部２４と、テーパ面からなるそれぞれの流動案内部１３との間に曲面を介装して、その曲面および各テーパ面をもって流動案内部１３を形成することも可能であり、その曲面に代えて、一段以上のステップ状の段部を形成することも可能である。
【００３４】
そして、図３（ｃ）に示す例は、円筒状プラグからなる絞り部材２２の中心線を含む縦断面形状を、その絞り部材２２の延在方向の中央部が、流路が最も細い流路最狭窄部２４となる対称曲線形状とすることによって、その全体を曲線回転体形状に形成したものであり、ここでは、流路最狭窄部２４に隣接して、下面板２の上下方向に開口するそれぞれの曲面部分が、流動案内部１３を形成する。
またここでは、下面板２の上端隅部のテーパ面が、上面板１側の他の流動案内部１５を形成する。
【００３５】
プラグ内腔から角ばった隅部を取り除いた、図示のこの絞り部材２２によれば、加圧空気がいずれの方向へ流動する場合にあっても、空気流れの乱れを一層有効に防止することができる。
そしてこのことは、絞り部材２２の上端および下端の各隅部にもテーパ面等を形成した場合にとくに効果的である。
【００３６】
さらに、図３（ｄ）に示す絞り部材は、図３（ｃ）に示す絞り部材２２の曲面部分に相当する部分を、流路最狭窄部２４を区画する幾分の曲面部分１９を残して、ステップ状の段部とし、これらの上下の各ステップ状段部を流動案内部１３としたものである。
【実施例】
【００３７】
鉄道車両を支持できる寸法緒元を有する、標準高さにおける有効直径が３００〜６００φの空気ばねにおいて、支持荷重を５３．９kN（５５ton、内圧２５０kPa）、空気ばね標準高さを２１９mmとしたところにおいて、連通路および絞り部材の構造を、図１に示すものとし（実施例）、下側加振振幅を１．０〜１０．０mmの範囲で、そして、周波数を０．２〜４Hzの範囲内でそれぞれ変化させたときの高周波騒音の発生状況は表１に示す通りとなった。
【００３８】
なお表２に騒音の発生状況を示す従来例は、図４に示す構造を有するものとした。
【００３９】
表中の○は、高周波騒音の発生の無い場合を、×は、高周波騒音が明らかに発生する場合を、そして△は、明確ではないが、かすかに音が発生する場合をそれぞれ示す。
【００４０】
【表１】
0004856024.tif 000003
【００４１】
【表２】
0004856024.tif 000004
表１、２のそれぞれに示されるところによれば、実施例は、従来例に比し、高い周波数域および、大きい振幅域においてすぐれた騒音防止機能を発揮し得ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明に係る空気ばねの実施形態を、積層ゴムおよび補助タンクとともに示す、中心軸線を含む縦断面図である。
【図２】連通路および絞り部材の変形例を示す縦断面図である。
【図３】絞り部材の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】従来の空気ばねの使用態様を例示する縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  上面板
２  下面板
３  ゴムベローズ
４  空気ばね
５  連通路
６  給排ノズル
７  積層ゴム
８  補助タンク
９  内部空間
１０  連結パイプ
１０ａ  Ｏリング
１１  雌ねじ部
１２ａ  座ぐり部
１３  流動案内部
１４，１５  他の流動案内部
１９  曲面部分
２２  絞り部材
２４  流路最狭窄部
【図１】
0004856024.tif 000005
【図２】
0004856024.tif 000006
【図３】
0004856024.tif 000007
【図４】
0004856024.tif 000008