JP5097585B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両用ボルスタレス台車に適用して好適な空気ばねに関するものであり、上下の面板および、それぞれの端部分を、それらの面板にビード部によって気密に連結した筒状可撓膜体を具え、内部に加圧気体を封入した空気ばねの上下の面板が、たとえば水平面内で、並進方向または回動方向等に相対変位する場合の、筒状可撓膜体の摩耗を有効に抑制する技術を提案するものである。

たとえば、上下の両面板の相対変位に伴って、補強層を埋設したゴムベローズ、ゴムダイアフラム等とすることができる筒状可撓膜体が、それらの上下の面板に擦れて摩耗して、早期に破損等するのを防止するべく、特許文献１には、上述したような構成の空気ばねにおいて、上面板と筒状可撓膜体との間または、下面板と筒状可撓膜体との間に、合成繊維網状体を介在させ、この網状体と、筒状可撓膜体との間の摩擦係数を低下させて、筒状可撓膜体の、網状体に対する滑り変位を円滑にする技術が開示されており、また、特許文献２には、同様の構成の空気ばねにおいて、上面板の、車両の左右方向に対応する部分を、筒状可撓膜体に沿わせて下側方向に延ばして一対の延長部を形成するとともに、上面板の、筒状可撓膜体と対向する部分に、筒状可撓膜体の摩耗を防止するための摺動シートを配置する技術が開示されている。
特開昭５５−８２８３２号公報 特開２００５−３６８２５号公報

しかるに、これらの従来技術はいずれも、筒状可撓膜体と面板との間に、合成繊維網状体または摺動シートを介装するものであることから、空気ばねの部品点数の増加が余儀なくされるという問題があった他、車両の前後方向と左右方向とで空気ばねのばね特性を作為的に変化させる、いわゆる異方性の空気ばねでは、たとえば、上面板に設けられて、筒状可撓膜体を下面板側に押圧する傾斜ゴムの、水平面に対する傾斜形態を、上面板の円周方向で変化させることから、傾斜ゴムの傾斜形態の変更部位で、上面板と筒状可撓膜体との間に介装された合成繊維網状体等に応力の集中が生じ、そこで合成繊維網状体等が早期に摩滅したり、破損したりするおそれが高いという問題があった。

また、合成繊維網状体および摺動シートは、空気ばねのトータル高さの制約の下で、その厚みが必然的に薄くなるため、定型性が低く、筒状可撓膜体、ひいては、空気ばねのデフレート状態の下では、その筒状可撓膜体を覆うような垂下形態となるので、たとえ、その合成繊維網状体等に、傾斜ゴムの傾斜形態に対応する成形を予め施しても、それの、所定位置への位置決め保持力が難しく、空気ばねのデフレート下で、または、空気ばねのインフレートに当って、合成繊維網状体等が、上面板の円周方向に相対変位することで、その合成繊維網状体等に予め設けた成形部分が傾斜ゴムの傾斜形態に適正に整合しなくなることがしばしば生じ、この結果として、合成繊維網状体等の成形部分、なかでも、傾斜ゴムの傾斜形態の変更部位と対応する部分に割れ等が発生し易くなり、そして、合成繊維網状体等に、このような割れ等の他、前述したような摩滅、破損等が生じたときは、合成繊維網状体等と上面板との摩擦力が大きくなるため、上下面板の各種の相対変位に伴う筒状可撓膜体の変形により、その筒状可撓膜体の、上面板との接触部分が摩耗し易くなるとともに、その筒状可撓膜体から下面板側への力の伝達に起因して、筒状可撓膜体と下面板との接触部分、とりわけビード受座との接触部分もまた摩耗し易くなるという問題もあった。

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してなされたものであり、それの目的とするところは、とくには異方性の空気ばねにおいて、上下の面板の少なくとも一方と、筒状可撓膜体との間に、合成繊維網状体、摺動シート等の摩擦、ひいては、筒状可撓膜体の摩耗低減部材を介装することによる、上述したような問題点をことごとく解決することができる空気ばねを提供するにある。

この発明の空気ばねは、上面板および下面板と、これらのそれぞれの面板に、それぞれの端部分を、ビード部によって、たとえばセルフシール構造の下で気密に連結した筒状可撓膜体とからなり、内部に、空気、窒素ガス等の不活性ガスその他の気体を加圧下で封入したものであって、前記上面板に設けられて、筒状可撓膜体を下面板側に押圧する傾斜ゴムおよび、前記下面板に設けたビード受け座ゴムの少なくとも一方の、少なくとも表面層を自己潤滑材料にて形成してなるものである。
従ってここでは、該当する領域のゴムの全体を自己潤滑材料で構成することも可能である。

ここで、自己潤滑材料は、潤滑剤が、たとえば、時間、温度等に依存してブリードされるゴム、エラストマ、もしくは、潤滑剤がブリードされるゴムと樹脂材料とのブレンド材とすることが好ましい。
なお、ここでの潤滑剤としては、脂肪酸アミド、脂肪酸エステル等を用いることができる。

ところで、自己潤滑材料は、加圧気体の封入姿勢の空気ばねで、筒状可撓膜体の、ビードコアを埋設したビード部より半径方向外方域でその筒状可撓膜体に接触するゴム部分の全体にわたって、少なくとも表面層に設けることが好ましい。

また好ましくは、異方性空気ばねの実現のため、上面板に設けた傾斜ゴムの傾き形態を、上面板の平面視で、直交座標系の１８０°隔てたそれぞれの位置で相互に同一のものとし、かつ、その平面視で９０°毎にその形態を変化させるとともに、この９０°の角度範囲の中間部に形態の変換部を設ける。

この空気ばねでは、筒状可撓膜体を下面板側に押圧する、上面板の傾斜ゴムおよび、下面板に設けたビード受け座ゴムの少なくとも一方の、少なくとも表面層を、潤滑剤がブリードする自己潤滑材料にて形成して、この自己潤滑材料をもって、筒状可撓膜体とゴムとの摩擦係数を長期間にわたって低減させることにより、少なくとも一方の面板と筒状可撓膜体との間への、摩耗低減部材の介装なしに、ひいては、摩耗低減部材を介装することに起因する問題点の発生なしに、上下の面板の各種の相対変位に対し、筒状可撓膜体の摩耗を、ビード受け座ゴムとの接触部分をも含めて効果的に防止することができ、このことは、上面板の傾斜ゴムに自己潤滑材料を用いた場合に、とくに有利であり、傾斜ゴムとビード受け座ゴムとの両者に自己潤滑材料を用いた場合にとくに顕著である。

これをいいかえれば、傾斜ゴムだけに自己潤滑材料を用いた場合は、その傾斜ゴムと接触する筒状可撓膜体部分の摩耗を、そこに接触する傾斜ゴムそれ自体の自己潤滑によって有効に防止することができる他、上面板と筒状可撓膜体との間の摩擦力が小さくなる結果として、その筒状可撓膜体とビード受け座ゴムとの接触部分への局部的な大きな力の作用を防止して、それの、ビード受け座ゴムとの接触部分に生じる応力を有効に緩和し、これにより、筒状可撓膜体の、ビード受け座ゴムとの接触部分への摩耗の発生をもまた有効に防止することができる。

そしてまた、下面板のビード受け座ゴムと、筒状可撓膜体との接触部分はそもそも、筒状可撓膜体と上面板傾斜ゴムとの接触部分に比して接触面積が小さくなって、上下の両面板の相対変位に際しては、大きな応力が生じることになるので、そのビード受け座ゴムだけに自己潤滑材料を用いた場合は、筒状可撓膜体の、ビード受け座ゴムとの接触部分の摩耗を直接的に防止できる利点がある。

この空気ばねにおいて、自己潤滑材料を、潤滑剤がブリードされるゴム、エラストマ、もしくは、自己潤滑ゴムと樹脂材料とのブレンド材としたときは、傾斜ゴムおよび／またはビード受け座ゴムの少なくとも表面層を十分軟質なものとして、その自己潤滑材料に固有の潤滑性と相俟って筒状可撓膜体の摩耗をより有効に防止することができる。

ここで、自己潤滑材料を、加圧気体の封入状態の空気ばねで、筒状可撓膜体の、ビードコアを埋設したビード部より半径方向外方域でその筒状可撓膜体に接触するゴム部分の全体にわたって、少なくとも表面層に設けたときは、セルフシール構造とすることができる筒状可撓膜体のビード部の、上下のそれぞれの面板からの不測の抜け出しを十分に防止しつつ、自己潤滑材料にそれ本来の機能を効果的に発揮させることができる。
いいかえれば、ビード部より内周側部分にまで自己潤滑材料を適用した場合には、とくには、デフレート状態の下での空気ばねの取り扱い等に当って、筒状可撓膜体、なかでも、それのビード部が、潤滑剤の作用下で、それぞれの面板への嵌まり込み位置から抜け出すおそれが高くなる。

そしてここにおいて、上面板に設けた傾斜ゴムの傾き形態を、上面板の平面視で、直交座標系の１８０°隔てたそれぞれの位置で同一とし、かつ、同様の平面視で、その傾き形態を９０°毎に変化させるとともに、この９０°の角度範囲の中間部に形態の変換部を設けた場合には、空気ばねに所要の異方性を付与して、車両の前後方向に柔らかく、左右方向に硬い、所要のばね特性を十分に実現するとともに、傾斜ゴムの形態の変換部においてなお、自己潤滑材料の作用下で、筒状可撓膜体の摩耗を有効に抑制することができる。

図１は、この発明の実施の形態を、空気ばねの常態姿勢、すなわち、鉄道車両の車体側の所定荷重を、規定の高さで支持した姿勢で示す縦断面図であり、図中１は上面板を、２は下面板をそれぞれ示し、そして３は、ともに水平姿勢としたそれらの面板１，２に、図では上下のそれぞれの端部分を、ともに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。

図示のこのゴムベローズ２は、たとえば、リング状をなすビードコア等の芯体４ａ，４ｂを埋設したそれぞれのビード部５ａ，５ｂを、上下の面板１，２のそれぞれの嵌合部に、ベローズ３内に封入される気体の圧力によって押圧して、それらの面板１，２に気密に連結するセルフシール構造をもって上下の面板１，２に取付けることができ、このセルフシール構造によれば、ボルト・ナット等の連結ないしは緊締手段が不要になることから、ゴムベローズ２の、上下の面板１，２に対する脱着、ひいては、ベローズ３のメンテナンス、交換等の作業を十分容易ならしめることができる。

図に示すところでは、このような空気ばね６の下面板２の下面に、環状のゴム板と環状剛性板との、所要の枚数の交互の水平積層構造になる積層ゴム７を接合させて設け、そして、下面板２の中央部に形成した絞り通路２ａを、積層ゴム７の、中央貫通穴７ａおよび、台車側への取付けボス７ｂに形成した気体流路７ｃを介して、台車側に設けた図示しない補助タンクに連通させ、また、上面板１の、車体側への取付けボス１ａに形成した気体流路１ｂを、車体側に設けた、図示しない気体供給手段に連通させる。

従ってここでは、気体流路１ｂを経て、所定の圧力の、空気、不活性ガス等の気体を、空気ばね６および補助タンク内へ充填封入することで、空気ばね６に所要のばね機能を発揮させることができ、そして、空気ばね６に作用する荷重の変動、空気ばね６への振動入力等に対しては、封入気体を、絞り通路２ａを経て、空気ばね６と補助タンクとの間で流動変位させることで、その絞り通路２ａによる、加圧気体の摩擦、拡散等に基いて空気ばねに所要の減衰機能を発揮させることができる。

また、図示の空気ばね６では、上面板１の下面側に、ゴムベローズ３を、主には、ビード部５ａより半径横行外方域で下面板２側に押圧する傾斜ゴム８を設けるとともに、その下面板２に、ゴムベローズ３のビード部５ｂより半径方向外方域でそのベローズ３を支持するビード受け座ゴム９を設け、そして、傾斜ゴム８の縦断面形状を、車両の前後方向には柔かいばね特性をもたらすべく、図の右半部に示すように、水平面に対する傾き角度を比較的小さく設定する一方で、車両の左右方向には硬いばね特性をもたらすべく、図の左半部に示すように、たとえば、ゴムベローズ３の、図示の有効直径Ｄより半径方向外方部分で、水平面に対する傾き角度を、図の右半部のそれに比してとくに大きく設定して、傾斜ゴム８の、ゴムべローズ３に対する拘束力を高めている。

図２は、このことを上面板１の半部について示す平面図および縦断面図であり、傾斜ゴム８の、水平面に対する傾き形態を、上面板１の平面視で、直交座標系の、１８０°隔てた車両の前後方向および左右方向の各位置でともに同一とする一方で、その平面視で、９０°毎に変化させ、そして、この９０°の角度範囲の中間部に、傾斜ゴム８の傾斜形態の変換部８ａを設けている。

そしてさらにこの空気ばね６では、上面板１に設けられて、ゴムベローズ３を下面板２側に押圧する傾斜ゴム８および、下面板２に設けたビード受け座ゴム９の少なくとも一方、より好ましくはそれらの双方の、少なくとも表面層、たとえばその全体を、自己潤滑材料によって形成する。

なお、傾斜ゴム８および／またはビード受け座ゴム９の表面層だけを自己潤滑素材にて形成するときは、たとえば、傾斜ゴム８および／またはビード受け座ゴム９を構成するに当って、加硫前の成型段階で、表面だけに自己潤滑素材を積層すること、または、加硫の終了後に、表面に自己潤滑材料をたとえば固着させること等によって、所要の厚みの、自己潤滑材料表面層を設けることができる。

ところで、この場合の自己潤滑材料としては、潤滑剤が、たとえば、経時的におよび／または温度の上昇に伴ってブリードされるゴム、エラストマもしくは、自己潤滑ゴムと樹脂材料とのブレンド材を用いることが、それぞれのゴム８，９を十分軟質なものとする上で好ましく、ここでの潤滑剤としては、脂肪酸アミド、脂肪酸エステル等を用いることができる。

またここで、傾斜ゴム８および／またはビード受け座ゴム９の、自己潤滑材料の配設域ないしは、自己潤滑材料による形成部分は、ゴムベローズ３のビード部５ａ，５ｂより半径方向外方で、そのゴムベローズ３に接触するゴム部分として、ゴム８，９の、ビード部５ａ，５ｂとの接触部分では、それら両者の十分な摩擦力を確保することが、ゴムベローズ３、ひいては、それのビード部５ａ，５ｂの、上下の面板１，２からの不測の抜け出しを防ぐ上で好ましい。

これらのことによれば、ゴムベローズ３内への加圧気体の充填封入後はもちろん、充填前においても、各ビード部５ａ，５ｂを、所定の位置に確実に位置決め保持することができ、また、ゴムベローズ３内への加圧気体の充填封入後の空気ばね６の作用に当っては、自己潤滑材料からブリードされる潤滑剤による、ゴムベローズ３とゴム８，９との間の摩擦低減機能の下で、ゴムベローズ３の摩耗を、ばね特性に異方性を有する空気ばね６においてなお、長期間にわたって効果的に防止することができる。

この発明の実施の形態を示す縦断面図である。 上面板を示す平面図および断面図である。

符号の説明

１ 上面板
２ 下面板
３ ゴムベローズ
４ａ，４ｂ 芯体
５ａ，５ｂ ビード部
６ 空気ばね
７ 積層ゴム
８ 傾斜ゴム
９ ビード受け座ゴム

Claims (3)

1. 上面板および下面板と、これらのそれぞれの面板に、それぞれの端部分を、ビード部によって気密に連結した筒状可撓膜体とからなり、内部に加圧気体を封入した空気ばねにおいて、
   前記上面板に設けられて、筒状可撓膜体を下面板側に押圧する傾斜ゴムおよび、前記下面板に設けたビード受け座ゴムの少なくとも一方の、少なくとも表面層を自己潤滑材料にて形成し、
   自己潤滑材料を、潤滑剤がブリードされるゴム、エラストマ、もしくは、潤滑剤がブリードされるゴムと樹脂材料とのブレンド材としてなる空気ばね。
2. 筒状可撓膜体のビード部より半径方向外方域でその筒状可撓膜体に接触するゴム部分の少なくとも表面層を自己潤滑材料にて形成してなる請求項１に記載の空気ばね。
3. 上面板に設けた前記傾斜ゴムの傾き形態を、上面板の平面視で、直交座標系の１８０°隔てたそれぞれの位置で同一とする一方、同平面視で９０°毎に変化させ、この９０°の角度範囲の中間部に形態の変換部を設けてなる請求項１もしくは２に記載の空気ばね。

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