JP4455267B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の車体懸架ばねとして用いられる空気ばねで、詳しくは圧縮空気を封入したダイヤフラムの伸縮性を利用してばね作用を行うように構成されている空気ばねに関するものである。

従来、車両用の空気ばね１としては、図１に示すように、上下の取付板３及び４間に略円筒状のダイヤフラム２が介在され、ダイヤフラム２の両端部が上下取付板３及び４に止着されてなる構成の空気ばねが知られている。

ダイヤフラム２の上下両端部にはそれぞれビード部２ａ及び２ｂが形成されている。上部取付板３は、周縁部を内巻して上端ビード部２ａを巻き込むように巻締めし、この巻締部（カーリング部）５を介してダイヤフラム２の上端部２ａを止着している。

ダイヤフラム２の下端ビード部２ｂは、下部取付板４及びピストン６によって挟持されており、下部取付板４には、ダイヤフラム２の一定以上の変形を制限するストッパー７が取り付けられている。

また、ダイヤフラム２としては、図４に示すように、内層ゴム８及び外層ゴム９と、該内外層ゴム８、９の間に介在される補強コード１０とから構成されたものが一般的に使用されている。

ところで、近年、バスにおいては、乗降の利便性から低床式車両が増加しつつある。このような低床式車両のサスペンションに上記構成の空気ばね１を使用した場合、図５及び６に示すように、ダイヤフラム２の伸縮時におけるロール旋回角度変位及び左右オフセット変位が大きくなり、上部取付板３の内巻部３ａの外周面がダイヤフラムの一部に接触して擦れ合うといった事態が生じていた。

この上部取付板の内巻部３ａとダイヤフラム２との接触について詳しく説明すると、図７は図５及び６における空気ばね１の巻締部５を示す拡大断面図である。図中、破線は収縮したときのダイヤフラム２の状態を示し、一点鎖線は伸張時におけるダイヤフラム２の状態を示している。

図７に示すように、空気ばね１は、ダイヤフラム２の収縮時に上部取付板３の内巻部３ａの外周面とダイヤフラム２の一部とが接触し、ダイヤフラム２の伸張時に両者は離間する。このように、内巻部３ａの外周面が接触するダイヤフラム２の部位２ｃに対して内巻部３ａの外周面が接触と離間とを繰り返すと、そのたびに接触部位２ｃに剪断応力が作用し、次第にその部分の外層ゴム９が塑性変形により薄くなり、最終的には補強コード１０が破断し、エア漏れが発生するおそれが生じていた。

そこで、本発明においては、巻締部において取付板の内巻部とダイヤフラムの一部とが擦れあうような使用態様においてもエア漏れを抑制可能で、耐久性に優れた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に、本発明では、上下の取付板間に略円筒状のダイヤフラムが介在され、その両端部が上下の取付板に止着されてなる空気ばねにおいて、上下取付板のうち、少なくとも一方の取付板の周縁部を内巻きしてダイヤフラム端部を巻き込むように巻締め止着し、該巻締部において取付板内巻部の外周面が接触するダイヤフラム部位を保護するための高硬度ゴム層が設けられたことを特徴とする。

ここで、取付板内巻部の外周面が接触するダイヤフラムの部位（以下、接触部位という）を保護するとは、当該部位において、空気ばねの機能を損なわないように気密性を保持することを意味する。

したがって、上記構成によれば、外層ゴムよりも塑性変形しにくい高硬度ゴム層によってダイヤフラムを保護することでエア漏れを抑制し、耐久性に優れた空気ばねを得ることが可能となる。

さらに、本発明では、ダイヤフラムが、内層ゴム及び外層ゴムと、該内外層ゴムの間に介在される補強コードとから構成される。高硬度ゴム層は、接触部位における補強コードの外層側に形成される。これにより補強コードが外部に露出して破断するのを未然に防止することができる。

具体的に、高硬度ゴム層は、接触部位における外層ゴムと補強コードとの間に形成される。

この場合には、外層ゴムが外周面に露出することになるが、たとえ、外層ゴムが塑性変形により薄くなっても、その内層側に高硬度ゴム層と補強コードとがこの順に形成されているため、高硬度ゴム層が補強コードを保護し、エア漏れを抑制することが可能となる。

また、上記構成においては、以下の利点を有する。すなわち、高硬度ゴム層を外層ゴムの外面側に形成する場合、高硬度ゴム層は外層ゴムより硬度が高いため、高硬度ゴム層の端部から界面剥離しやすくなる。また、高硬度ゴム層を外層ゴムの外面に接着する際に、接着強度を高めるために、予め外層ゴムの外面をバフがけし、その後、溶剤等で拭き取り清浄化する予備工程が必要となる。

これに対して、高硬度ゴム層を外層ゴムと補強コードとの間に形成する場合、高硬度ゴム層は補強コードと外層ゴムとで両側から挟み込まれているため、良好な密着性を維持することができる。さらに、補強コードと外層ゴムとの接着面はもともと接着強度を高めるための予備工程を経ているため、高硬度ゴム層は単に補強コードと外層ゴムとの間に挟みこんで加硫成形すればよく、改めて予備工程を行なう必要がないため、従来の製造工程を複雑化することなく空気ばねを作製することが可能となる。

高硬度ゴム層のゴム硬度は、外層ゴムよりも高ければよいが、ＪＩＳ Ｋ６２５３に規定するデュロメータＡ硬度（以下、単にデュロメータＡ硬度という）において、高硬度ゴム層と外層ゴムとのゴム硬度差が１０°以上であることが好ましく、２０°以上であることがより好ましい。

本発明では、取付板内巻部の外周面が接触するダイヤフラムの部位を保護するための高硬度ゴム層を設けたため、ダイヤフラムのエア漏れが抑制され、耐久性に優れた空気ばねを得ることができる。

以下、図面を基に本発明の実施形態について説明する。図２は、本発明に係る空気ばねを示す要部拡大断面図である。本実施形態においては、ダイヤフラムの一部に高硬度ゴム層１１が形成された点が特徴とされ、空気ばねの外観や概略構成は図１に示す従来の空気ばねと同じとされている。

すなわち、本実施形態に係る空気ばね１は、図１に示すように、上下の取付板３及び４間に略円筒状のダイヤフラム２が介在され、ダイヤフラム２の両端部が上下取付板３及び４に止着された構成を備えている。

ダイヤフラム２の上下両端部にはそれぞれビード部２ａ及び２ｂが形成されている。上部取付板３は、周縁部を内巻して上端ビード部２ａを巻き込むように巻締めし、この巻締部５を介してダイヤフラム２の上端部２ａを止着している。

なお、本実施形態におけるビード部２ａ及び２ｂには、コアとしてビードリング１２が用いられているが、これに限らず、ビードリング１２等のコアを使用せずにダイヤフラムの上下端部を巻き込むように取付板の周縁部を内巻して巻締めすることも可能である。

ダイヤフラム２は、図２に示すように、内層ゴム８及び外層ゴム９と、内外層ゴム８、９の間に介在される補強コード１０とから構成されており、接触部位２ｃには、外層ゴム８と補強コード１０との間に高硬度ゴム層１１が形成されている。

このように、内巻部３ａの外周面が接触する接触部位２ｃに高硬度ゴム層１１を形成することによって、空気ばね１の耐久性を高めることが可能となる。

上記実施形態の空気ばね１を用い、トラック・バス用空気ばねの自動車規格ＪＡＳＯ−Ｃ６１３−８７に準じてベンチ試験を実施して耐久性の評価を行なった。具体的には、有効直径が２３０ｍｍでナイロンコードで補強した天然ゴム製ダイヤフラムを使用して空気ばね１を作製し、これを図３に示すベンチ試験機に装着した。ダイヤフラム２における内層ゴム８及び外層ゴム９としては、デュロメータＡ硬度４８°のものを使用し、高硬度ゴム層１１としては、デュロメータＡ硬度８５°の天然ゴムを使用した。

空気ばね１は、内圧４１２ｋＰａでベンチ試験機に装着した。このとき、空気ばね１は高さが２５４．２ｍｍになるようにセットし、これをロール半径を６００ｍｍ、周波数０．５Ｈｚで常温（２０℃）においてロールさせた。これにより、空気ばね高さが２０４．８〜３１０．６ｍｍの範囲で変動し、最大変位オフセットが８４．９ｍｍになるようにした。

なお、比較材として、図４で示したように、高硬度ゴム層１１を用いない以外は上記空気ばね１と同様にして作製した空気ばねを使用して、上記と同じ条件でベンチ試験を行なった。

その結果、比較材は２９．２万回で補強コード１０の破断にともなうエア漏れが発生したのに対し、本発明に係る空気ばね１は、目標回数である５０万回で試験を打ち切るまで十分使用可能であり、耐久性が大幅に改善されることが確認できた。

本発明に係る空気ばね及び従来の空気ばねを示す概略断面図 本発明に係る空気ばねの巻締部を示す要部拡大断面図 ベンチ試験機の概略図 従来の空気ばねの巻締部を示す要部拡大断面図 低床式車両で用いられる空気ばねの収縮時の状態を示す図 低床式車両で用いられる空気ばねの伸張時の状態を示す図 上記図５、６における空気ばねの要部拡大断面図

符号の説明

１ 空気ばね
２ ダイヤフラム
３ 上部取付板
４ 下部取付板
５ 巻締部
６ ピストン
７ ストッパー
８ 内層ゴム
９ 外層ゴム
１０ 補強コード
１１ 高硬度ゴム層
１２ ビードリング

Claims (2)

1. 上下の取付板間に略円筒状のダイヤフラムが介在され、その両端部が上下の取付板に止着されてなる空気ばねにおいて、前記上下取付板のうち、少なくとも一方の取付板の周縁部を内巻きしてダイヤフラム端部を巻き込むように巻締め止着し、該巻締部において取付板内巻部の外周面が接触するダイヤフラム部位を保護するための高硬度ゴム層が設けられ、前記ダイヤフラムが、内層ゴム及び外層ゴムと、該内外層ゴムの間に介在される補強コードとから構成され、前記高硬度ゴム層が、前記外層ゴムと補強コードとの間に形成されたことを特徴とする空気ばね。
2. 前記高硬度ゴム層と外層ゴムとのゴム硬度の差が、デュロメータＡ硬度で２０°以上であることを特徴とする請求項１記載の空気ばね。

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