JP2008196629A - 空気バネ - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィスの設計自由度が高く、高周波音の発生防止対策を講じることができる空気バネを提供する。
【解決手段】内部の本体側空気室２ａに加圧空気が充填され、加圧空気の圧力によって弾力が調整される空気バネ本体２と、補助側空気室１０ａを内部に有する補助タンク１０とを備え、空気バネ本体２のベース板４にハンドリング用ネジ孔７とオリフィス３１とをそれぞれ設け、オリフィス３１を介して本体側空気室２ａと補助側空気室１０ａが連通された空気バネ１に、オリフィス３１を、ベース板４のハンドリング用ネジ孔７に対してオフセットした位置に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両等の振動抑制に使用されて好適な空気バネに関する。

特許文献１に開示されるように、鉄道車両等の振動を抑制するために空気バネが使用される。この種の空気バネの一従来例としては、図８及び図９に示すものがある。

図８及び図９において、空気バネ１００は、内部の本体側空気室１０１ａに加圧空気が充填され、加圧空気の圧力によって弾力が調整される空気バネ本体１０１と、この空気バネ本体１０１の下方に配置され、補助空気室１０２ａを内部に有する補助タンク１０２と、空気バネ本体１０１と補助タンク１０２との間に介在されたゴムバネ部１０３とを備え、空気バネ本体１０１と補助タンク１０２の双方の本体側空気室１０１ａと補助空気室１０２ａが連通路１０４を介して連通されている。

空気バネ本体１０１は、上下位置に配置された一対のベース板１１０，１１１と、この一対のベース板１１０，１１１の間を囲むうように固定されたベローズ体１１２とを備えている。下方のベース板１１１には、そのセンター位置にハンドリング用ネジ孔１１３が設けられている。このハンドリング用ネジ孔１１３に上方から内部に進入させたハンドリング部材（図示せず）をネジ込みで固定し、空気バネの運搬などのハンドリングが容易に行える構造となっている。

連通路１０４は、下方のベース板１１１に設けられたオリフィス１１４と、ゴムバネ部１０３の中心位置を貫通する貫通孔１１５と、ゴムバネ部１０３の底面板１０５より下方に突設されたボス部１１６とから構成されている。

オリフィス１１４は、下方のベース板１１１のハンドリング用ネジ孔１１３の下面部に、つまり、ハンドリング用ネジ孔１１３と同一位置に設けられている。

上記構成において、鉄道車両の振動によって空気バネ本体１０１内の空気が圧縮（加圧）・膨張（減圧）されると、空気バネ本体１０１の本体側空気室１０１ａと補助タンク１０２の補助空気室１０２ａ間の差圧によって双方の空気が連通路１０４を介して流出入する。そして、空気流が連通路１０４のオリフィス１１４を通過する際に発生する摩擦や拡散によって減衰力が得られるものである。

このオリフィス１１４による減衰効果は、孔面積が小さく、且つ、孔長さが短い方が効果的である。従って、ベース板１１１のハンドリング用ネジ孔１１３とオリフィス１１４を併設する従来の構成は、必然的にオリフィス１１４の孔長さが短くなるため、減衰効果の点で有効である。又、ハンドリング用ネジ孔１１３とオリフィス１１４が同一位置である従来例の構成は、ベース板１１１の加工性にも優れている。
特開２００５−２３１４６４号公報

しかし、オリフィス１１４の孔長さが短いと、高周波音（いわゆる笛吹き音）が発生することが判明した。近年においては、車両の静寂性要求が高く空気バネ１００からの耳障りな高周波音の発生を防止する必要がある。

ここで、オリフィス１１４の孔形状を工夫することで高周波音の発生を防止することが考えられるが、上記従来例では、オリフィス１１４がハンドリング用ネジ孔１１３と同じ位置に配置されているため、オリフィス１１４の設計自由度が非常に低く、高周波音（笛吹き音）の発生防止対策を講じることができない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、オリフィスの設計自由度が高く、耳障りな高周波音の発生防止対策を講じることができる空気バネを提供することを目的とする。

本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴に係る発明は、内部に本体側空気室が形成され、この本体側空気室に加圧空気が充填され、加圧空気の圧力によって弾力が調整される空気バネ本体と、内部に補助空気室を有する補助タンクと、前記空気バネ本体のベース板にハンドリング用ネジ孔と、前記本体側空気室と前記補助空気室とを連通するオリフィスとを備えた空気バネであって、前記オリフィスは、前記ベース板の前記ハンドリング用ネジ孔に対してオフセットした位置に設けられたことを要旨する。

かかる特徴によれば、ハンドリング用ネジ孔の制約を受けることなく、しかも、ベース板の板厚の全てをオリフィスの長さ寸法とすることができるため、オリフィスの設計自由度が高くなり、高周波音を抑制できる形態とすることができる。

その他の特徴に係る発明は、オリフィスの内周面は、両端に向かうに従って拡径する拡径面として形成されていることを要旨とする。

かかる特徴によれば、オリフィスを通過する空気流が拡径面によってオリフィスの出入口付近をスムーズに流れるため、空気の乱流による高周波音の発生を抑制できる。つまり従来では、空気流がオリフィスを通過する際に、オリフィスの出入口の角に当たって乱流を引き起こし、この乱硫によって高周波音（いわゆる笛吹き音）が発生していたが、かかる空気の乱流を抑制できることから高周波音の発生を抑制できる。

その他の特徴に係る発明は、拡径面は、円弧面であることを要旨とする。

その他の特徴に係る発明は、拡径面の曲率半径Ｒは、ベース板の板厚をｔとすると、（１／３）・ｔ≦Ｒ≦（１／２）・ｔの範囲であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、オリフィスの中央箇所は、最小径を維持できるため、減衰特性を保持しつつ高周波音の発生を防止できる。

本発明によれば、オリフィスの設計自由度が高く、高周波音の発生防止対策を講じることができる空気バネを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図５は本発明の一実施形態を示し、図１は空気バネの断面図、図２は下方のベース板の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４はベース板のオリフィス付近の拡大断面図、図５（ａ）は従来例における高周波音の発生状態の実験結果を示す図、図５（ｂ）は本実施形態における高周波音の発生状態の実験結果を示す図である。

図１に示すように、空気バネ１は、内部の本体側空気室２ａに加圧空気が充填され、加圧空気の圧力によって弾力が調整される空気バネ本体２と、この空気バネ本体２の下方に配置され、補助側空気室１０ａを内部に有する補助タンク１０と、空気バネ本体２と補助タンク１０との間に介在されたゴムバネ部２０とを備え、空気バネ本体２と補助タンク１０の双方の内部は連通路３０を介して連通されている。

空気バネ本体２は、上下位置に配置された一対のベース板３，４と、この一対のベース板３，４の間を囲むように固定されたベローズ体５とを備え、これらによって内部に本体側空気室２ａが形成されている。上方のベース板３には、センター位置に本体側空気室２ａに空気を供給するための空気供給部６が設けられている。下方のベース板４には、そのセンター位置に有底のハンドリング用ネジ孔７が設けられている。このハンドリング用ネジ孔７に上方の空気供給部６から内部に進入させたハンドリング部材（図示せず）をネジ込みで固定し、空気バネの運搬などのハンドリングが容易に行える構造となっている。

ゴムバネ部２０は、上面板２１と、下面板２２と、これらの間に交互に積層された複数の弾性材２３及び剛材２４とから構成されている。上面板２１は、空気バネ本体２の下方のベース板４にボルト締結部２５によって固定されている。下面板２２には、そのセンター位置にパイプ部２６が下方に向かって突設されている。

連通路３０は、下方のベース板４に設けられたオリフィス３１と、ゴムバネ部２０の中心位置を貫通する貫通孔３２と、ゴムバネ部２０のパイプ部２６内のパイプ通路３３とから構成されている。

オリフィス３１は、図２及び図３にも示すように、ハンドリング用ネジ孔７にオフセットした位置に設けられている。オフセット距離Ｌは、ベース板４の強度確保の観点より２０ｍｍ以上が望ましい。又、オリフィス３１は、図４に詳しく示すように、従来例とほぼ同一の小径（開口面積）に形成され、且つ、下方のベース板４の板厚ｔ分の孔長さ寸法である。つまり、オリフィス３１の加工に際して従来のようにハンドリング用ネジ孔７の制約を受けず、且つ、オリフィス３１の形状に加工を施すことができる長さ寸法を有する。

以上の理由により、オリフィス３１の内周面は、図４に詳しく示すように、両端に向かうに従って徐々に拡径する拡径面３１ａに形成されている。この実施形態では、拡径面３１ａは、円弧面であり、その曲率半径Ｒは、（１／３）・ｔに設定されている。

上記構成において、鉄道車両の振動によって空気バネ本体２内の空気が圧縮（加圧）・膨張（減圧）されると、空気バネ本体２の本体側空気室２ａと補助タンク１０の補助側空気室１０ａ間の差圧によって双方の空気が連通路３０を介して流出入する。そして、空気流が連通路３０のオリフィス３１を通過する際に発生する摩擦や拡散によって減衰力が得られる。

ここで、オリフィス３１を通過する空気流は、拡径面３１ａによってオリフィス３１の出入口付近をスムーズに流れるため、空気の乱流による高周波音（いわゆる笛吹き音）の発生を抑制できる。つまり従来では、空気流がオリフィスを通過する際に、オリフィスの出入口の角に当たって乱流を引き起こし、この乱硫によって高周波音（いわゆる笛吹き音）が発生していたが、かかる空気の乱流を抑制できることから高周波音の発生を抑制できる。

従来例と本実施形態における高周波音の発生状態を実験により比較検討した。この実験状況を具体的に説明する。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の空気バネにおいて、支持荷重を５３．９ＫＮ（５５ｔｏｎ、内圧２５０ＫＰａ）、空気バネ標準高さを２１９ｍｍとする。下側加振振幅を１．０〜１０．０ｍｍの範囲で、且つ、周波数を０．２〜４．０Ｈｚの範囲内でそれぞれ変化させた時の高周波音の発生状況を調べた。高周波音の発生が認められなかった場合を×、高周波音の発生が認められた場合を○、高周波音の発生がかすかに認められた場合を△で表示すると、従来例では図５（ａ）の実験結果が、本実施形態では図５（ｂ）の実験結果が得られた。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、従来例では、周波数が１．０Ｈｚ以上で高周波音の発生が認められたが、本実施形態では、全ての周波数帯で全く高周波音の発生が認められなかった。

以上、本発明では、ベース板４のハンドリング用ネジ孔７に対してオフセットした位置にオリフィス３１が設けられているので、ハンドリング用ネジ孔７の制約を受けることなく、しかも、ベース板４の板厚ｔの全てをオリフィス３１の孔長さ寸法とすることができるため、オリフィス３１の設計自由度が高くなり、高周波音を抑制できる形態とすることができる。

具体的には、オリフィス３１は、その内周面が両端に向かうに従って拡径する拡径面３１ａとして形成されているので、オリフィス３１を通過する空気流が拡径面３１ａによってオリフィス３１の出入口付近をスムーズに流れるため、空気の乱流による高周波音の発生を抑制できる。

又、オリフィス３１は、その内周面が拡径面３１ａに形成されているが、オリフィス３１の中央箇所は、最小径ｄを維持できるため、減衰特性を保持しつつ高周波音の発生を防止できる。

図６は、オリフィスの第１変形例の断面図を示す。図６に示すように、第１変形例のオリフィス４０は、その内周面の拡径面４０ａが曲面として形成され、且つ、その曲率半径Ｒが（１／２）・ｔに設定されている。

この第１変形例でも、前記実施形態と同様に、オリフィス４０の最小径ｄを確保しつつ、内周面を拡径面４０ａとすることができるため、減衰特性を保持しつつ高周波音の発生を防止できる。

オリフィス４０の曲率半径Ｒは、（１／３）・ｔ≦Ｒ≦（１／２）・ｔの範囲に設定すれば、オリフィス４０の最小径ｄを確保しつつ、内周面を拡径面とすることができ、好ましい。つまり、曲率半径Ｒが（１／３）・ｔ未満であれば、空気流のスムーズな流出入を図ることができず、乱流を引き起こす可能性が高い。又、曲率半径Ｒが（１／２）・ｔより大きいと、周面の両端にエッジが形成され、乱入を引き起こす可能性が高くなるためである。

図７はオリフィスの第２変形例の断面図である。図７に示すように、第２変形例のオリフィス４１は、下方のベース板４の大径孔４２に配置され、且つ、支持座部４３によって保持された弾性体４４に形成されている。そして、オリフィス４１の内周面は、ストレートな拡径面４１ａとして形成されている。

この第２変形例でも、前記実施形態と同様に、オリフィス４１の最小径ｄを確保しつつ、内周面を拡径面４１ａとしているため、減衰特性を保持しつつ高周波音の発生を防止できる。又、オリフィス４１が弾性体４４に形成されているので、弾性体４４が空気振動を吸収するため、高周波音の発生を更に抑制できるという利点もある。

本発明の一実施形態を示し、空気バネの断面図である。 本発明の一実施形態を示し、下方のベース板の平面図である。 本発明の一実施形態を示し、図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、ベース板のオリフィス付近の拡大断面図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は従来例における高周波音の発生状態の実験結果を示す図、（ｂ）は本実施形態における高周波音の発生状態の実験結果を示す図である。 オリフィスの第１変形例の拡大断面図である。 オリフィスの第２変形例の拡大断面図である。 従来例の空気バネの断面図である。 図８のＢ部拡大図である。

符号の説明

１ 空気バネ
２ 空気バネ本体
２ａ 本体側空気室
４ ベース板
７ ハンドリング用ネジ孔
１０ 補助タンク
１０ａ 補助空気室
３０ 連通孔
３１ オリフィス
３１ａ 拡径部
４０ オリフィス
４０ａ 拡径部
４１ オリフィス
４１ａ 拡径部
４４ 弾性体

Claims (4)

1. 内部に本体側空気室が形成され、この本体側空気室に加圧空気が充填され、加圧空気の圧力によって弾力が調整される空気バネ本体と、内部に補助空気室を有する補助タンクと、前記空気バネ本体のベース板にハンドリング用ネジ孔と、前記本体側空気室と前記補助空気室とを連通するオリフィスとを備えた空気バネであって、
   前記オリフィスは、前記ベース板の前記ハンドリング用ネジ孔に対してオフセットした位置に設けられたことを特徴とする空気バネ。
2. 前記オリフィスの内周面は、両端に向かうに従って拡径する拡径面として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気バネ。
3. 前記拡径面は、円弧面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気バネ。
4. 前記拡径面の曲率半径Ｒは、前記ベース板の板厚をｔとすると、（１／３）・ｔ≦Ｒ≦（１／２）・ｔの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の空気バネ。

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