JP2012159146A - 空気ばね装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラム内が排気された排気状態から、ダイヤフラム内に容易に気体を充填すること。
【解決手段】上部材２、下部材３、およびこれらの両部材に両開口端部４ａ、４ｂが各別に連結されて封止された筒状膜部材４を有するダイヤフラム５を備え、上部材２および下部材３にはそれぞれ、ダイヤフラム５内に気体が充填された充填状態で軸線方向に離間して互いに対向するとともに、ダイヤフラム５内が排気された排気状態で互いに当接する当接部１２、１８が各別に備えられ、上部材２および下部材３の両当接部１２、１８のうち、少なくとも一方１２には、ダイヤフラム５内に気体を給排する給排孔１５と、前記排気状態で該給排孔１５と筒状膜部材４内とを連通する連通路２１と、が形成されている空気ばね装置１を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば鉄道車両等の車体と台車との間に配設される空気ばね装置に関する。

従来から、この種の空気ばね装置として、例えば下記特許文献１に記載された構成が知られている。該空気ばね装置は、上部材、下部材、およびこれらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材を有するダイヤフラムを備えている。また上部材の下面には、摺動面が形成されるとともに、下部材には、ダイヤフラム内に気体が充填された充填状態で、摺動面と軸線方向に離間するとともに、ダイヤフラム内が排気された排気状態で、上部材の摺動面に当接する滑り板が備えられている。

ところで、前記空気ばね装置では一般に、摺動面および滑り板の少なくとも一方に、ダイヤフラム内に気体を給排する給排孔が形成されている。該給排孔は、例えば、前記充填状態でのダイヤフラム内の圧力を調整するために、ダイヤフラム内に気体を給排する。

特開２０１０−１２７３５０号公報

ここで前記従来の空気ばね装置で、前記排気状態のダイヤフラム内に気体を充填するときに、給排孔を用いることが考えられる。しかしながら前記排気状態では、摺動面と滑り板とが互いに当接していることから、給排孔からダイヤフラム内に気体を供給するのは困難であり、例えば外部の昇降装置を用いて上部材を上昇させ、摺動面と滑り板とを軸線方向に互いに離間させながらダイヤフラム内に気体を供給するといった必要があることから、手間がかかるという問題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ダイヤフラム内が排気された排気状態から、ダイヤフラム内に容易に気体を充填することができる空気ばね装置を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る空気ばね装置は、上部材、下部材、およびこれらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材を有するダイヤフラムを備え、前記上部材および前記下部材にはそれぞれ、前記ダイヤフラム内に気体が充填された充填状態で軸線方向に離間して互いに対向するとともに、前記ダイヤフラム内が排気された排気状態で互いに当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置であって、前記上部材および前記下部材の両当接部のうち、少なくとも一方には、前記ダイヤフラム内に気体を給排する給排孔と、前記排気状態で、該給排孔と前記筒状膜部材内とを連通する連通路と、が形成されていることを特徴とする。

この発明では、前記排気状態のダイヤフラム内に気体を充填するときには、まず給排孔から連通路を通して筒状膜部材内に気体を供給する。すると、筒状膜部材内の圧力が上昇して筒状膜部材が膨張変形することにより、上部材と下部材とが軸線方向に離間移動させられ、ダイヤフラム内に気体が充填されることとなる。
このように前記排気状態で、給排孔が、連通路を通して筒状膜部材内に連通していることから、両当接部同士が互いに当接した状態で筒状膜部材内に気体を供給することが可能になり、前記排気状態でのダイヤフラム内への気体の充填を容易に行うことができる。

また、前記連通路は、その全域にわたって軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側に向けて開口していてもよい。

この場合、連通路が、その全域にわたって軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側に向けて開口しているので、連通路を軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側から加工することが可能になり、連通路を容易に形成することができる。

また、前記連通路は、前記当接部の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、前記筒状膜部材内に連通していてもよい。

この場合、連通路が、当接部の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、筒状膜部材内に連通しているので、両当接部同士が互いに当接することにより、仮に連通路がその全域にわたって軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側から閉塞されたとしても、連通路を通した給排孔と筒状膜部材内との連通を確保することができる。

本発明に係る空気ばね装置によれば、ダイヤフラム内が排気された排気状態から、ダイヤフラム内に容易に気体を充填することができる。

本発明の一実施形態に係る空気ばね装置の縦断面図である。 図１に示す空気ばね装置を構成する板状台部の上面図である。 図１に示す空気ばね装置において、ダイヤフラム内が排気された排気状態の縦断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る空気ばね装置を説明する。
図１に示すように、空気ばね装置１は、上面板（上部材）２、下面板（下部材）３、およびこれらの面板２、３に両開口端部４ａ、４ｂが連結されて封止されるとともに両開口端部４ａ、４ｂの間に位置する中間部分４ｃが径方向の外側に向けて膨出された筒状膜部材４を備えるダイヤフラム５と、該ダイヤフラム５の下面板３に連結された補助弾性体６と、を備えている。該空気ばね装置１は、例えば鉄道車両等の図示されない車体と台車との間に配設される。

ここで補助弾性体６は筒状に形成されており、上面板２、下面板３、筒状膜部材４および補助弾性体６の各中心軸線は、共通軸上に位置している。
以下では、この共通軸を軸線Ｏといい、軸線Ｏ方向に沿って上面板２側を上側といい、下面板３側を下側といい、軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。

補助弾性体６は、例えば空気などの気体が内部に充填されたダイヤフラム５よりも軸線Ｏ方向および径方向の各ばね定数が高くなっており、本実施形態では、環状の下基板７および上基板８と、これら両基板７、８の間に軸線Ｏ方向に交互に配置された環状のゴム板９および金属板１０と、を備える積層ゴムにより構成されている。下基板７、上基板８、ゴム板９および金属板１０は、軸線Ｏと同軸に配置されるとともに、下基板７、上基板８および金属板１０と、ゴム板９と、は互いに加硫接着されている。

また本実施形態では、補助弾性体６を構成する各部材の外径のうち、上基板８の外径が最大になっており、上基板８の外周縁部は径方向の外側に突出している。
また、補助弾性体６を構成する各部材の内径のうち、下基板７の内径が最小になっており、下基板７の内周縁部は径方向の内側に突出している。

そして下基板７内には、内部が軸線Ｏ方向の両側に向けて開口して補助弾性体６内に連通する連通筒部１１が嵌合されている。該連通筒部１１において下基板７から下方に突出する部分には、例えば、ダイヤフラム５内に気体を給排する図示しない気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。

ダイヤフラム５の下面板３は、例えば金属材料、樹脂材料またはゴム材料などで形成され補助弾性体６の上基板８上に配置された板状台部（当接部）１２を備えている。該板状台部１２は、軸線Ｏと同軸に配置され、板状台部１２の外径は、上基板８の外径よりも小さくなっている。
また板状台部１２は、補助弾性体６の上基板８に固定ボルト１３により固定され、これにより、下面板３と補助弾性体６とが気密に連結されて、下面板３と補助弾性体６との間を通した補助弾性体６内と外部との連通が遮断されている。

なお板状台部１２には、固定ボルト１３が挿通されるボルト孔１４が複数形成されており、これらのボルト孔１４は、軸線Ｏ方向に沿って板状台部１２を貫通するとともに、図２に示すように、周方向に間隔をあけて複数配設されている。複数のボルト孔１４は、軸線Ｏ方向に沿って上方から見た上面視において、軸線Ｏを中心とする同一円上に周方向に同等の間隔をあけて配設されている。

また図１に示すように、板状台部１２には、補助弾性体６内とダイヤフラム５内とを連通する給排孔１５が、軸線Ｏ方向に沿って貫設されている。該給排孔１５は、軸線Ｏと同軸に配置されており、補助弾性体６内を通して連通筒部１１内に連通している。
なお図示の例では、給排孔１５内には雌ねじ部１５ａが形成されており、この雌ねじ部１５ａには、下面板３を上方に吊り上げる図示しない吊上げ装置に備えられた吊りボルトが螺着可能となっている。

ここで、補助弾性体６の上基板８において板状台部１２よりも径方向の外側に位置する外周縁部は、環状のゴム座１６により上方および径方向の外側から被覆されている。ゴム座１６の内周縁は、下面板３の板状台部１２と補助弾性体６の上基板８との間に挟持されている。

上面板２は、外径が筒状膜部材４の外径よりも大きい本体板部１７と、該本体板部１７における径方向の中央部から下方（軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側）に向けて張り出された張出し部（当接部）１８と、を備えており、これらの本体板部１７および張出し部１８は、軸線Ｏと同軸に配設されている。

張出し部１８は、有底筒状に形成されるとともに軸線Ｏ方向に下面板３の板状台部１２と対向しており、張出し部１８の外径は、板状台部１２の外径と同等になっている。
また、本体板部１７において張出し部１８よりも径方向の外側に位置する外周側部分は、環状のゴム膜１９により下方から被覆されている。張出し部１８とゴム膜１９との間には、径方向の隙間があいている。

さらに上面板２には、本体板部１７および張出し部１８を軸線Ｏ方向に貫通し、ダイヤフラム５内と外部とを連通する貫通筒部２０が設けられている。貫通筒部２０の下端面は、張出し部１８の下面と面一とされるとともに、貫通筒部２０の上端部は、本体板部１７より上方に突出している。該貫通筒部２０の上端部には、例えば、前述した気体供給手段や補助タンクなどが気密に接続される。

筒状膜部材４は、可撓性を具備しており、例えば弾性体材料、好ましくはゴム材料などで形成され、筒状膜部材４の両開口端部４ａ、４ｂのうち、上側の上開口端部４ａは、上面板２の張出し部１８に気密に外嵌されるとともに、張出し部１８とゴム膜１９との間の隙間に配置されている。また両開口端部４ａ、４ｂのうち、下側の下開口端部４ｂは、下面板３の板状台部１２に気密に外嵌されるとともに、ゴム座１６上に配置されている。

なお図示の例では、筒状膜部材４の下開口端部４ｂは、板状台部１２のうち、下側（軸線方向に沿ったダイヤフラムの外側）に位置する部分に嵌合され、板状台部１２のうち、上側（軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側）に位置する部分は、径方向の外側に向けて露出している。

また筒状膜部材４の中間部分４ｃは、補助弾性体６の上基板８よりも径方向の外側に膨出しており、該中間部分４ｃは、下面板３側に設けられた前記ゴム座１６を介して、補助弾性体６の上基板８に上方および径方向の外側から当接するとともに、上面板２側に設けられた前記ゴム膜１９を介して、上面板２の本体板部１７に下方から当接している。

ここで上面板２の張出し部１８、および下面板３の板状台部１２は、ダイヤフラム５内に気体が充填された充填状態で軸線Ｏ方向に離間して互いに対向するとともに、図３に示すように、ダイヤフラム５内が排気された排気状態で互いに摺動可能に当接する。
本実施形態では、図１に示すように、前記充填状態で、ダイヤフラム５内には、上面板２の張出し部１８と下面板３の板状台部１２との間に位置する中央空間Ｓ１と、筒状膜部材４内に位置して周方向の全周にわたって延在し、中央空間Ｓ１に径方向の外側から接続された外周空間Ｓ２と、を備えるダイヤフラム空間Ｓが形成される。

この充填状態では、上面板２側の貫通筒部２０内、および下面板３側の給排孔１５はそれぞれ、上面板２の張出し部１８と下面板３の板状台部１２との間の中央空間Ｓ１を通して、筒状膜部材４内の外周空間Ｓ２に連通している。該充填状態では、例えば、貫通筒部２０内、または給排孔１５を通してダイヤフラム５内に気体を給排し、ダイヤフラム５内の圧力を調整する。

また、前記充填状態のダイヤフラム５内から、貫通筒部２０内、または給排孔１５を通して気体が排出されると、中央空間Ｓ１および外周空間Ｓ２がそれぞれ漸次、縮小し、上面板２の張出し部１８と、下面板３の板状台部１２と、が、軸線Ｏ方向に漸次、接近するとともに、筒状膜部材４が漸次、収縮変形する。そして図３に示すように、前記排気状態になると、張出し部１８と板状台部１２とが互いに当接して中央空間Ｓ１が消滅する。

この排気状態では、上面板２の張出し部１８と、下面板３の板状台部１２と、が互いに当接した状態で摺動することで、上面板２と下面板３とが、径方向に沿って相対的に移動可能となっている。また排気状態では、上面板２側の貫通筒部２０内、および下面板３側の給排孔１５は、張出し部１８と板状台部１２とが互いに当接することにより、張出し部１８と板状台部１２との間を通した筒状膜部材４内との連通が遮断されている。

そして本実施形態では、下面板３の板状台部１２には、前記排気状態で、給排孔１５と筒状膜部材４内とを連通する連通路２１が形成されている。連通路２１は、その全域にわたって上方（軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側）に向けて開口するとともに、板状台部１２の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、筒状膜部材４内に連通している。

図２に示すように、連通路２１は、板状台部１２の上面に溝状に形成され、径方向に沿って直線状に連続して延在するとともに、周方向に同等の間隔をあけて複数配設され、本実施形態では、前述した複数のボルト孔１４のうち、周方向に隣り合うもの同士の間を通過している。

また、連通路２１のうち、径方向の外側に向けて開口する外端開口部２１ａは、該外端開口部２１ａよりも径方向の内側に位置し、周方向の幅が一定とされた定幅部分２１ｂよりも広幅になっている。外端開口部２１ａは、径方向の内側から外側に向かうに従い漸次、拡幅し、図示の例では、当該連通路２１が延在する延在方向に沿い、かつ当該連通路２１における定幅部分２１ｂの周方向の中央部を通る通路軸Ｌを基準として、周方向に対称となるように拡幅している。
また、前記通路軸Ｌに直交する断面における連通路２１の前記定幅部分２１ｂの断面積は、例えば１ｍｍ^２程度となっている。

次に、以上のように構成された空気ばね装置１で、図３に示すような、前記排気状態のダイヤフラム５内に気体を充填するときには、まず給排孔１５から連通路２１を通して筒状膜部材４内に気体を供給する。すると、外周空間Ｓ２が拡大して筒状膜部材４内の圧力が上昇し筒状膜部材４が膨張変形し、筒状膜部材４の中間部分４ｃが、ゴム膜１９を介して上面板２を持ち上げることにより、上面板２と下面板３とが軸線Ｏ方向に離間移動させられて中央空間Ｓ１が拡大する。そして図１に示すように、ダイヤフラム５内に気体が充填されてダイヤフラム空間Ｓが形成されることとなる。

以上説明したように、本実施形態に係る空気ばね装置１によれば、前記排気状態で、給排孔１５が、連通路２１を通して筒状膜部材４内に連通していることから、上面板２の張出し部１８および下面板３の板状台部１２が互いに当接した状態で筒状膜部材４内に気体を供給することが可能になり、前記排気状態でのダイヤフラム５内への気体の充填を容易に行うことができる。

また、連通路２１が、その全域にわたって上方に向けて開口しているので、連通路２１を板状台部１２の上面側から加工することが可能になり、連通路２１を容易に形成することができる。
さらに、連通路２１が、下面板３の板状台部１２の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、筒状膜部材４内に連通しているので、張出し部１８および板状台部１２が互いに当接することにより、仮に連通路２１がその全域にわたって上方から閉塞されたとしても、連通路２１を通した給排孔１５と筒状膜部材４内との連通を確保することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、連通路２１は、周方向に同等の間隔をあけて配置されているものとしたが、これに限られない。
さらに、前記実施形態では、連通路２１は、板状台部１２に複数形成されているものとしたが、１つでもよい。

また前記実施形態では、連通路２１の外端開口部２１ａは、径方向の内側から外側に向かうに従い漸次、拡幅しているものとしたが、拡幅していなくてもよい。
さらに前記実施形態では、連通路２１は、径方向に沿って直線状に連続して延在するものとしたが、これに限られるものではなく、曲線状に延在していてもよい。

また前記実施形態では、連通路２１は、板状台部１２の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、筒状膜部材４内に連通しているものとしたが、前記排気状態で、連通路２１が、上方に向けて開口することにより、筒状膜部材４内に連通していてもよい。このような構成としては、例えば、下面板３の板状台部１２の外径を、上面板２の張出し部１８の外径よりも大きく形成することが考えられる。

また前記実施形態では、連通路２１は、その全域にわたって上方に向けて開口しているものとしたが、これに限られるものではない。例えば、連通路２１の一部分が上方に向けて開口してもよく、連通路２１が、その全域にわたって上方に非開口であってもよい。なお、連通路２１が、その全域にわたって上方に非開口である場合、連通路２１として、板状台部１２の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、筒状膜部材４内に連通する構成を採用することができる。

また前記実施形態では、連通路２１が、下面板３の板状台部１２に形成されているものとしたが、これに限られるものではない。例えば、上面板２の張出し部１８に、貫通筒部２０内（給排孔）と筒状膜部材４内とを連通する連通路を形成してもよい。
さらに、給排孔および連通路は、上面板２の張出し部１８および下面板３の板状台部１２の少なくとも一方に設けられていればよい。

また上部材として採用した上面板２、および下部材として採用した下面板３は、前記実施形態に示したものに限られるものではなく、上部材および下部材それぞれは、ダイヤフラム内に気体が充填された充填状態で軸線方向に離間して互いに対向するとともに、ダイヤフラム内が排気された排気状態で互いに摺動可能に当接する当接部が各別に備えられた構成であれば、適宜変更することができる。
例えば前記実施形態では、上面板２の張出し部１８と下面板３の板状台部１２との外径が同等であるものとしたが、これに限られない。
さらに例えば、下面板３が、板状台部１２を下方（軸線方向に沿ったダイヤフラムの外側）から支持する支持部を備えていてもよい。この場合、前記支持部は、板状台部１２と異なる材料で形成されていてもよい。

また前記実施形態では、補助弾性体６は、積層ゴムにより構成されているものとしたが、気体が内部に充填されたダイヤフラム５よりも軸線Ｏ方向および径方向の各ばね定数が高い他の構成に適宜変更することができる。例えば、下基板と、上基板と、およびこれらの両基板の間に配設されて両基板に加硫接着された筒状の弾性部材と、を備える構成を採用してもよい。
さらに、補助弾性体６はなくてもよい。この場合、下面板３に、補助弾性体６の上基板８に相当する構成が備えられていてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 空気ばね装置
２ 上面板
３ 下面板
４ 筒状膜部材
４ａ、４ｂ 開口端部
５ ダイヤフラム
１２ 板状台部（当接部）
１５ 給排孔
１８ 張出し部（当接部）
２１ 連通路
Ｏ 軸線

Claims (3)

1. 上部材、下部材、およびこれらの両部材に両開口端部が各別に連結されて封止された筒状膜部材を有するダイヤフラムを備え、
   前記上部材および前記下部材にはそれぞれ、前記ダイヤフラム内に気体が充填された充填状態で軸線方向に離間して互いに対向するとともに、前記ダイヤフラム内が排気された排気状態で互いに当接する当接部が各別に備えられた空気ばね装置であって、
   前記上部材および前記下部材の両当接部のうち、少なくとも一方には、
   前記ダイヤフラム内に気体を給排する給排孔と、
   前記排気状態で該給排孔と前記筒状膜部材内とを連通する連通路と、が形成されていることを特徴とする空気ばね装置。
2. 請求項１記載の空気ばね装置であって、
   前記連通路は、その全域にわたって軸線方向に沿ったダイヤフラムの内側に向けて開口していることを特徴とする空気ばね装置。
3. 請求項２記載の空気ばね装置であって、
   前記連通路は、前記当接部の外周面から径方向の外側に向けて開口することにより、前記筒状膜部材内に連通していることを特徴とする空気ばね装置。

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