JP2013108558A - 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２１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機構４とを備え、弾性機構４は、弾性材層１１と硬質板１０とが交互に積層され、頂部に硬質板である頂板１２が配置された積層構造を有し、頂板の外周面１２ａの全周にシール部２０が設けられ、シール部２０は、頂板１２に隣接する弾性材層１１を構成する弾性材が頂板の外周面１２ａに回り込むことで形成され、シール部２０が下面板２に密着することによって、頂板１２と下面板２との間の隙間をシールすることを特徴とする。
【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積層ゴムとを備えたものが知られている。上記積層ゴムは車体の上下方向の変動を規制するものである。積層ゴムは、一般的に、ゴム層と鋼板とを交互に積層したものが用いられる。

上記積層ゴム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、下面板が積層ゴムに固定される。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積層ゴムによって、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、環状のＯリング溝やＯリングが必要となり、空気ばねとして構造が複雑化するという問題があった。

特に、Ｏリング溝は精度が要求されるため、加工するのに手間と費用がかかっていた。また、下面板の下面にＯリング溝を形成する場合には、空気ばね組み立て時にＯリング溝が下向きとなるため、Ｏリングの落下を防止するためにＯリングをグリス等により仮止めしなければならず、作業性が悪いという不都合が生じていた。さらに、頂板の上面にＯリング溝を形成する場合には、Ｏリング溝の分だけ頂板の厚みを厚くする必要が生じ、空気ばねの重量が増大するという不都合が生じていた。

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機構とを備え、前記弾性機構は、弾性材層と硬質板とが交互に積層され、頂部に硬質板である頂板が配置された積層構造を有し、前記頂板の外周面の全周にシール部が設けられ、前記シール部は、前記頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材が頂板の外周面に回り込むことで形成され、前記シール部が前記下面板に密着することによって、前記頂板と下面板との間の隙間をシールすることを特徴とする。

上記構成によれば、従来使用していた弾性機構の構造を若干変更し、頂板に隣接する弾性材層の弾性材を頂板の外周面に回り込ませるだけで頂板の外周面の全周にシール部を一体的に形成することができる。これにより、Ｏリング溝及びＯリングを用いることなく、頂板と下面板との間の隙間をシールすることが可能となる。

しかも、本発明で用いる弾性機構は、従来用いていた弾性機構と同じ製造方法を用いて容易に製造することができる。すなわち、従来、弾性機構を製造するには、金型内に鋼板等の剛性を有する硬質板と、弾性材層を構成する未加硫ゴムとを交互に仕込んだ後、加熱加圧成形して製造していた。そこで、頂板として従来よりも小径のものを使用し、金型と頂板との間にできたスペースに未加硫ゴムが流入するようにすれば、弾性材層と同じ加硫ゴムからなるシール部を頂板の外周面に一体成形することができる。

下面板及び頂板の具体的構成については、たとえば、下面板の下面に凹部が形成され、頂板は、シール部が形成された状態で凹部に嵌合可能に形成され、シール部は、頂板を凹部に嵌合することで、凹部内上面に密着するような構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記頂板を前記凹部に嵌合することで、シール部が凹部内上面に押しつけられて変形し、外径が拡径して前記凹部の内周面の全周に密着するようにすれば、シール部と下面板（凹部）との接触面積が増大し、よりシール性を高めることができる。

すなわち、頂板を凹部に嵌入すると、シール部が下面板の下面（凹部の内上面）に突き当たる。そこからさらに、凹部の内上面をシール部に押しつけることによって、シール部が弾性変形して外径が拡径する。これによって、シール部は凹部の内上面のみならず凹部の内周面まで密着し、シール部と凹部との接触面積を増大させることが可能となる。

さらに、上記構成においては、シール部が水平方向に変位しないように固定されるために、シール部の繰り返し変位による劣化を抑制することが可能となり、空気ばねとしての耐久性を高めることが可能となる。なお、本発明において、変形後のシール部は、凹部の内周面の全周に密着していればよい。したがって、シール部が内周面の全面に密着していなくとも、たとえば、凹部内周面の上部のみ全周にわたって密着していてもよい。

シール部が、下面板の下面又は凹部内上面に突き当たって押しつけられるようにするために、シール部の上端部が頂板の上面から突出するように形成することができる。このとき、下面板の下面又は凹部内上面は平面状に形成すればよい。そのほかにも、シール部の上端を頂板の上面と面一になるように形成し、下面板の下面または凹部内上面においてシール部に接触する部分がシール部側に突出するように形成することも可能である。すなわち、シール部及び下面板の形状は、互いに隙間なく接する形状からいずれか一方が他方側に突出するようような形状とすればよい。

以上説明した本発明の空気ばねは、頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材が頂板の外周面に回り込むことでシール部が形成された点が特徴とされているが、これに限らず、頂板において、シール部を外周面から上面にまで周り込むように形成することもできる。このように、頂板に隣接する弾性材層の弾性材を、頂板の外周面を経て頂板の上面に回り込ませることで頂板の全周にシール部を一体的に形成することができる。上記構成によれば、シール部は、下面板の下面と、頂板の上面との間に確実に挟み込むことができ、頂板と下面板との間の隙間をシールすることが可能となる。

なお、この場合でも、下面板の下面に凹部が形成され、頂板は、シール部が形成された状態で凹部に嵌合可能に形成され、シール部は、頂板を凹部に嵌合することで、凹部内上面に押しつけられて変形し、外径が拡径して凹部の内周面の少なくとも一部に密着するような構成を採用することで、シール部と下面板（凹部）との接触面積を増大し、よりシール性を高めることができる。

本発明の空気ばねは、外周面の上端部及び下端部に面取り加工又はＲ加工を施すのが好ましい。すなわち、頂板の外周面の角部（上端部及び下端部）の角度を大きくするほど、角部に接する弾性材部分を起点とするクラックや剥離の発生を抑制し、空気ばねの耐久性を向上させることができる。なお、外周面全面を湾曲面とすることも可能である。

本発明では、弾性機構の頂板の外周面の全周に、頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材を回り込ませてシール部形成したため、Ｏリング溝及びＯリングを用いることなく、簡単な構成で頂板と下面板との間の隙間をシール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の下面板及び弾性機構を示す拡大断面図 図２の要部拡大断面図 シール部の第二の態様を示す要部拡大断面図 シール部の第三の態様を示す要部拡大断面図 シール部の第四の態様を示す要部拡大断面図 シール部の第五の態様を示す要部拡大断面図

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〜図３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の弾性機構を示す拡大断面図であり、図３はシール部の要部拡大断面図である。

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機構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。

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。

弾性機構４は、環状の硬質板１０と、環状の弾性材層１１とが交互に積層された積層構造を有している。弾性機構４の頂部には硬質板である頂板１２が配置され、弾性機構４の底部には支持フレームに支持される硬質板としての台座１３が配されている。なお、本実施形態では、硬質板として金属板が使用されており、弾性材層としてゴム材が使用されている。

下面板２は、固定部材１４によって頂板１２に固定される。具体的に説明すると、図２に示すように、下面板２の下面にはちょうどビード受部８と重なる位置に凹部１５が形成されている。凹部１５は、下方に向けて開放するように形成されており、凹部１５の内上面１５ａ及びビード受部８を貫通する貫通孔１６が形成される。本実施形態では、固定部材１４として、雄ねじである棒ねじ１７と、棒ねじ１７に螺合する雌ねじとしてのナット１８とが使用されている。棒ねじ１７は、頂板１２において、下面板の貫通孔１６に対応する位置に突設されている。

なお、貫通孔１６は、ナット１８が収納可能な形状に形成されている。すなわち、貫通孔１６は、ビード受部８にナット１８を収納可能な凹状の収納部を形成し、その収納部の中央に収納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１２に固定する際は、棒ねじ１７を貫通孔１６の小径孔に係合し、棒ねじ１７の先端にナット１８を螺合させればよい。これにより、ナット１８を貫通孔１６の収納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１９が設置される。ゴム座１９はリング状に形成されており、下面板のビード受部８に嵌装される。可撓部材３下端部のビード部３ｂは、ゴム座１９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。

本発明においては、図３に示すように、頂板外周面１２ａ（図中、太線で示す部分）にシール部２０が形成される。シール部２０は、頂板１２に隣接する弾性材層１１を構成する弾性材を頂板外周面１２ａに回り込ませることによって形成される。なお、本実施形態では、シール部２０は、その上端部が頂板上面１２ｂから突出するように突出部２０ａが形成されている。一方、凹部内上面１５ａは平面状に形成される。ここで、頂板上面１２ｂは、シール部２０が形成されていない状態の頂板１２を凹部１５に嵌入させたときに、凹部内上面１５ａに接触する面であり、頂板上面１２ｂの半径方向外端に頂板外周面１２ａが連設される。

さらに、頂板外周面１２ａの上下両端部には面取り加工が施されている。これにより頂板外周面１２ａの上端部と下端部には、上向き傾斜面と下向き傾斜面とがそれぞれ形成されており、これら傾斜面を含めた外周面の全面にシール部２０が形成される。なお、頂板１２は、シール部２０が形成された状態で、その外径が凹部１５の内径よりも若干小径になるように形成される。

上記構成において、頂板１２に突設された棒ねじ１７に下面板の貫通孔１６を係合させつつ、凹部１５に頂板１２を嵌入させると、凹部内上面１５ａにシール部の突出部２０ａが突き当たる。その状態で、棒ねじ１７の先端にナット１８を螺合させて締め込むと、凹部内上面１５ａと頂板１２とが接近する。

これにより、突出部２０ａは、凹部内上面１５ａに押し込まれてシール部２０の外径が拡径するように弾性変形する。このとき、頂板外周面１２ａの上向き傾斜面は、突出部２０を構成する弾性材が頂板の半径方向外方に向ってスムーズに変形するのを補助する。ナット１８の締込みが終了した時点では、凹部内上面１５ａは頂板上面１２ｂに接触し、シール部２０は、貫通孔１６を囲むように、凹部内上面１５ａ及び凹部内周面１５ｂの全周に強く密着する。以上のようにして、シール部２０は、頂板１２と下面板２との間の隙間をシールして可撓部材３内の空気の漏れを防止する。

本実施形態では、シール部２０が頂板外周面１２ａに形成された態様について説明したが、これに限らず、たとえば、図４に示すように、頂板１２において、外周面１２ａから上面１２ｂまで回り込むように形成することも可能である。この場合、凹部内上面１５ａによってシール部２０を押圧すると、頂板上面１２ｂに形成されたシール部２０部分が、凹部内上面１５ａと頂板上面１２ｂとの間に挟み込まれてシール部２０と凹部内上面１５ａとのシール性を高めることができる。さらに、シール部２０が弾性変形して凹部内周面１５ｂの全周に密着するようにすれば、シール部２０と下面板２との接触面積が増大し、よりシール性を高めることができる。

シール部２０を頂板１２において、外周面１２ａから上面１２ｂまで回り込むように形成する態様において、シール部２０のシール性をより高めるために、たとえば、図５に示すように、頂板上面１２ｂの外縁部に環状溝２１を形成し、この環状溝２１までシール部２０で覆うようにすることも可能である。これにより、シール部２０と頂板１２とのシール性をより高めることができる。

そのほかにも、図６に示すように、頂板上面１２ｂに形成されたシール部２０部分にさらに環状凸部２２を形成することも可能である。これにより、凹部内上面１５ａから受ける圧力を環状凸部２２に集中させることで、凹部内上面１５ａとシール部２０とのシール性をより高めることができる。なお、頂板上面１２ｂの外縁部に環状溝２１を形成するとともに、シール部２０に環状凸部２２を形成することもできることはもちろんである。

また、シール部２０が頂板の外周面１２ａに形成された態様において、図７に示すように、シール部２０に突出部２０ａを設けずに、シール部２０の上端を頂板１２の上面と面一になるように形成し、凹部内上面１５ａにおいてシール部２０に接触する部分をシール部側に張り出すように傾斜させて形成することも可能である。なお、本態様では、凹部内上面１５ａ側に傾斜面２３を設けるとともに、頂板外周面にも傾斜面２３に対応する上向き傾斜面を設けている。これにより、凹部内上面１５ａをシール部２０に強く押しつけることができる。さらに、シール部２０を弾性変形させてシール部２０の外径を拡径させ、シール部２０を凹部内周面１５ｂの全周に密着させることができる。

１ 上面板
２ 下面板
３ 可撓部材
４ 弾性機構
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
１０ 硬質板
１１ 弾性材層
１２ 頂板
１２ａ 頂板の外周面
１２ｂ 頂板の上面
１３ 台座
１４ 固定部材
１５ 凹部
１５ａ 凹部内上面
１５ｂ 凹部内周面
１６ 貫通孔
１７ 棒ねじ
１８ ナット
１９ ゴム座
２０ シール部
２０ａ 突出部
２１ 環状溝
２２ 環状凸部

Claims (6)

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機構とを備え、前記弾性機構は、弾性材層と硬質板とが交互に積層され、頂部に硬質板である頂板が配置された積層構造を有し、前記頂板の外周面の全周にシール部が設けられ、前記シール部は、前記頂板に隣接する弾性材層を構成する弾性材が頂板の外周面に回り込むことで形成され、前記シール部が前記下面板に密着することによって、前記頂板と下面板との間の隙間をシールすることを特徴とする空気ばね。
2. 前記下面板の下面に凹部が形成され、前記頂板は、前記シール部が形成された状態で、前記凹部に嵌合可能に形成され、前記シール部は、前記頂板を前記凹部に嵌合することで、前記凹部内上面に密着することを特徴とする請求項１記載の空気ばね。
3. 前記シール部は、前記頂板を前記凹部に嵌合することで、前記凹部内上面に押しつけられて変形し、外径が拡径して前記凹部の内周面の全周に密着することを特徴とする請求項２記載の空気ばね。
4. 前記シール部は、上端部が前記頂板の上面から突出するように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気ばね。
5. 前記シール部は、前記頂板において、外周面から上面に回り込むよう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。
6. 前記外周面の上端部及び下端部に面取り加工又はＲ加工が施されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気ばね。

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