JP2012117637A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化させることなく、気密性を確保することが可能な空気ばねを提供することを目的とする。
【解決手段】上面板１と、下面板２と、上面板１及び下面板２の間に介装される筒状の可撓部材３と、下面板２に取り付けられる弾性ストッパー４とを備え、下面板２は、可撓部材３の下端部のビード部３ｂを嵌合するビード受部８と、ビード受部８よりも半径方向外側に形成されるフランジ部９とを有し、フランジ部９に貫通孔１５が形成され、貫通孔１５に固定部材を係合して下面板２と弾性ストッパー４の頂板１３とを固定するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両等に用いられる空気ばねに関するものである。

従来、鉄道車両等に用いられる空気ばねとしては、特許文献１の図５に示すように、車両の車体に取り付けられる上面板と、その下方で車輪側に配置される下面板と、上面板及び下面板にわたって配備されるゴム製の可撓部材（ベローズ）と、下面板と車輪側の支持フレームとの間に介装される弾性ストッパーとを備えたものが知られている。上記弾性ストッパーは車体の上下方向の変動を規制するものである。弾性ストッパーは、一般的に、ゴム層と鋼板とを交互に積層してなる積層ゴム構造のものが用いられる。

上記弾性ストッパーの頂部には頂板が設けられており、下面板は頂板に固定される。より詳しくは、下面板には可撓部材の下端部のビード部を嵌合するビード受部が形成され、ビード受部よりも半径方向内側にはボルトが挿通可能な貫通孔が形成される。

また、頂板において、下面板の貫通孔に対応する位置にはボルトを螺合するねじ穴が形成されており、下面板と頂板とを接合させた状態で、ボルトを下面板の貫通孔に挿通して頂板のねじ穴に螺合することで、下面板が弾性ストッパーに固定される。可撓部材の内部には空気が供給されて加圧状態に維持される。空気ばねは、加圧空気で膨らんだ可撓部材及び弾性ストッパーによって、上下方向の荷重や振動に対して緩衝機能を発揮するように構成される。

特開平１０−２８８２３６号公報

上述のごとく、可撓部材の内部は加圧状態に維持されるため、上面板及び下面板を含めて可撓部材全体として気密性を備えることが必要とされる。ところが、特許文献１においては、可撓部材の気密性に関係する下面板部分にボルトの挿通孔が形成されているため、加圧空気がこの挿通孔を通って下面板と頂板の間の隙間から漏れるおそれがあった。

そのため、従来は、下面板と頂板との接合面において、下面板及び頂板の少なくとも一方に前記挿通孔を囲む環状溝部を形成し、この環状溝部にＯリングを嵌め込んだ状態で下面板と頂板とを接合することで、両者の接合面における気密性を確保するようにしていた。このように、可撓部材の気密性を確保するためには、環状溝部やＯリングが必要となり、その分、空気ばねとして構造が複雑化するという問題があった。

そこで、本発明においては、上記問題に鑑み、構造を複雑化させることなく、気密性を確保することが可能な空気ばねを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る空気ばねは、上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性ストッパーとを備え、前記下面板は、前記可撓部材の下端部のビード部を嵌合するビード受部と、前記ビード受部よりも半径方向外側に形成されるフランジ部とを有し、前記フランジ部に貫通孔が形成され、前記貫通孔に固定部材を係合して前記下面板と前記弾性ストッパーの頂板とを固定するようにしたことを特徴とする。

上記構成によれば、可撓部材の気密性に関係する下面板部分（ビード受部よりも半径方向内側の部分）には貫通孔は形成せず、可撓部材の気密性に関係しない下面板部分（ビード受部よりも半径方向外側のフランジ部）に貫通孔を形成するようにしたため、下面板と頂板との接合面に環状溝部を形成したり、Ｏリングを使用する等、空気ばねの構造を複雑化させることなく、可撓部材の気密性を確保することが可能となる。

貫通孔は、固定部材が収納可能に形成するのが好ましい。これにより、固定部材が可撓部材に干渉するのを防止することが可能となる。また、可撓部材は、上下両端部に形成されるビード部と、前記両ビード部間に形成される筒状の可撓部とを備え、前記可撓部材の下端部のビード部が前記ビード受部に嵌合され、前記フランジ部に、前記貫通孔又は固定部材と、前記可撓部材の少なくとも可撓部とが接触しないようにするゴム座が設置された構成とするのが好ましい。

上記構成によれば、空気ばねが変位することにより、可撓部材の可撓部と、フランジ部とが接触と離間とを繰り返しても、可撓部と貫通孔又は固定部材とが接触して可撓部が傷つくおそれがなく、空気ばねとしての耐久性を良好に維持することができる。

弾性ストッパーの種類は特に制限されず、例えば、ゴム層と、鋼板とを交互に積層してなる積層ゴム構造のものや、塊状で一体の弾性体からなり、その長さ方向の少なくとも一部が中空に形成されたものを使用することができる。

ただ、塊状の弾性体からなる弾性ストッパーは、上下方向の変位のみならず前後左右方向への変位も大きくなる。そのため、積層ゴム構造の弾性ストッパーを用いた空気ばねに比べて、可撓部材の可撓部が下面板のフランジ部と接触する領域及び接触の頻度が大きくなり、貫通孔や固定部材が可撓部と接触することは空気ばねの耐久性に大きな影響を与えることになる。したがって、特に、塊状の弾性体からなる弾性ストッパーを用いた空気ばねに対して、前述のゴム座を適用することで、より耐久性を良好に維持することが可能となる。

本発明では、下面板のビード受部よりも半径方向外側に形成されたフランジ部に、下面板を弾性ストッパーの頂板に固定するための固定部材が係合する貫通孔を形成したため、空気ばねの構造を複雑化させることなく、気密性を確保することが可能となる。

本発明の空気ばねの実施形態を示す縦断面図 図１の要部拡大図 図２とは別の固定部材の態様を示す要部拡大図 図２とはさらに別の固定部材の態様を示す要部拡大図 図２とは別のゴム座の態様を示す要部拡大図

以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１及び図２は、本発明に係る鉄道車両用空気ばねの実施形態を示す図である。図１は空気ばねの縦断面図であり、図２は図１の要部拡大図である。

空気ばねは、車両の車体に取り付けられる上面板１と、その下方で車輪側に配置される下面板２と、上面板１及び下面板２の間に介装される筒状の可撓部材３と、下面板２と車輪側の支持フレームとの間に介装される弾性ストッパー４とを備えている。

本実施形態においては、可撓部材３として、ゴム製のベローズを使用している。可撓部材３は、補強コードが埋設された補強ゴム層を中間層とする積層ゴムから構成されており、可撓部材３の上端部及び下端部にはビードコアに補強ゴム層を巻き付けた肉厚のビード部３ａ，３ｂが形成されている。すなわち、可撓部材３は、上下両端部に形成されるビード部３ａ，３ｂと、ビード部３ａ，３ｂ間に形成される積層ゴムからなる肉薄で筒状の可撓部３ｃとを備えている。

図１に示すように、上面板１は、金属製で円盤状の支持プレート５と、支持プレート５の中央部において下面板に向かって突出する円筒形状のビード受部６と、支持プレート５の下面においてビード受部６よりも半径方向外側の部分に設けられた保護ゴム層７とを備えている。

図１及び図２に示すように、下面板２は、金属材料によって円盤状に形成される。下面板２の中央部には、上面板１に向かって突出する円筒形状のビード受部８が形成され、ビード受部８よりも半径方向外側にはフランジ部９が形成されている。ビード受部６及び８は、可撓部材３の内部の空気が抜けた場合（デフレートした場合）に、ビード受部６がビード受部８に着座し、車両の安全走行を確保する機能を兼ね備えている。

デフレート時にビード受部６及び８が接触する接触面には、それぞれ摺動シート１１が固着されている。摺動シート１１は薄く強靭なシートに成形可能な熱可塑性あるいは熱硬化性合成樹脂からなり、摩擦係数が小さいものが使用される。具体的には、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。本実施形態ではフッ素樹脂シートを使用している。

弾性ストッパー４は、塊状の加硫ゴムからなるゴム成形体１２と、ゴム成形体１２の頂部と底部にそれぞれ取り付けられる頂板１３及び底板１４とを備えている。ゴム成形体１２は、肉厚の椀（ボウル）を伏せたような形状とされており、頂板１３及び底板１４は、ゴム成形体１２に加硫接着されている。

下面板２は、固定部材によって頂板１３に固定される。具体的に説明すると、下面板２のフランジ部には固定部材を係合する貫通孔１５が形成される。貫通孔１５は、周方向に６０°間隔で６箇所に形成されている。本実施形態では、固定部材として、雄ねじである棒ねじ１６と、棒ねじ１６に螺合する雌ねじとしてのナット１７とが使用されている。棒ねじ１６は、頂板１３において、下面板の貫通孔１５に対応する位置に突設されている。

なお、貫通孔１５は、ナット１７が収納可能な形状に形成されている。すなわち、貫通孔１５は、フランジ部９にナット１７を収納可能な凹部を形成し、その凹部の中央に凹部より小径の孔を穿設した段差構造とされている。下面板２を頂板１３に固定する際は、棒ねじ１６を貫通孔１５の小径孔に係合し、棒ねじ１６の先端にナット１７を螺合させればよい。これにより、ナット１７を貫通孔１５の凹部に収納することが可能となる。

フランジ部９の表面にはゴム座１８が設置される。ゴム座１８はリング状に形成されており、下面板のビード受部８に嵌装することで、貫通孔１５を含めたフランジ部９の表面全体を被覆する。可撓部材３下端部のビード部３ｂは、ゴム座１８をフランジ部９の表面に配置した状態でビード受部８に嵌合される。

これにより、ゴム座１８は、可撓部材３とフランジ部９との間に介在し、可撓部材３の可撓部３ｃと、貫通孔１５または固定部材とが直接接触しない構造とされる。ゴム座１８は、半径方向断面形状が凸状に湾曲した形状とされ、上面側のゴム層１８ａと、下面側の金属補強層１８ｂとが一体的に積層された積層構造とされている。

本実施形態では、固定部材として、棒ねじとナットを用いたが、これに限らず、別の態様として、図３に示すように、雄ねじとしてボルト１９と、内面に雌ねじが刻設されたねじ孔２０とを用いることもできる。

この場合、フランジ部９の貫通孔１５は図２と同じ形状とし、図２において、棒ねじ１６が形成されていた場所にねじ孔２０を形成する。そして、下面板２と頂板１３とを接合した状態で、貫通孔１５にボルト１９を係合させてねじ孔２０に螺合すればよい。この場合も、ボルト１９の頭部は、貫通孔１５に収納される。

また、フランジ部９に雌ねじを形成することも可能である。具体的には、図４に示すように、フランジ部９の貫通孔１５を直穴として、その内面に雌ねじを刻設し、頂板１３にボルトを係合させるための係合穴２１を形成する。

そして、ボルト１９を頂板１３の下面側から係合穴２１に係合させて貫通孔１５に螺合すればよい。なお、この場合、頂板１３の係合穴２１をボルトの頭部が収納可能な段差構造とすれば、空気ばねの変位時にボルト１９の頭部が弾性ストッパー４に接触するのを回避することができる。

また、本実施形態において、ゴム座１８は、フランジ部９の表面全体を覆う形状とされているが、これに限らず、別の態様として、図５に示すように、貫通孔又は固定部材と、可撓部材３の少なくとも可撓部３ｃとが接触しないような形状とすることもできる。具体的には、フランジ部９において、可撓部３ｃと接触する可能性のある半径方向外側部分のみを覆うような形状とすればよい。

なお、この場合には、ゴム座１８は、半径方向断面が略Ｌ字状になるように形成し、フランジ部９の外端コーナー部に嵌合すれば、ゴム座１８の位置ずれを防止することができる。また、ゴム座１８のゴム層中に金属ワイヤ等の環状の補強材１８ｃを埋設することにより、ゴム座１８の変形をより確実に防止することが可能となる。

１ 上面板
２ 下面板
３ 可撓部材
４ 弾性ストッパー
５ 支持プレート
６、８ ビード受部
７ 保護ゴム層
９ フランジ部
１１ 摺動シート
１２ ゴム成形体
１３ 頂板
１４ 底板
１５ 貫通孔
１６ 棒ねじ
１７ ナット
１８ ゴム座
１９ ボルト
２０ ねじ孔
２１ 係合穴

Claims (4)

1. 上面板と、下面板と、前記上面板及び下面板の間に介装される筒状の可撓部材と、前記下面板に取り付けられる弾性ストッパーとを備え、前記下面板は、前記可撓部材の下端部のビード部を嵌合するビード受部と、前記ビード受部よりも半径方向外側に形成されるフランジ部とを有し、前記フランジ部に貫通孔が形成され、前記貫通孔に固定部材を係合して前記下面板と前記弾性ストッパーの頂板とを固定するようにしたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記貫通孔が、前記固定部材を収納可能に形成されたことを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
3. 前記可撓部材は、上下両端部に形成されるビード部と、前記両ビード部間に形成される筒状の可撓部とを備え、前記可撓部材の下端部のビード部が前記ビード受部に嵌合され、前記フランジ部に、前記貫通孔又は固定部材と、前記可撓部材の少なくとも可撓部とが接触しないようにするゴム座が設置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気ばね。
4. 前記弾性ストッパーは、その長さ方向の少なくとも一部が中空に形成された弾性体からなることを特徴とする請求項３記載の空気ばね。

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