空气弹簧用隔膜以及空气弹簧的制作方法
【专利摘要】本发明在于提供一种无需实际扩大隔膜的外径并且无需伴随有上支撑部的大型化和重量化，就能实现对隔膜的扩径进行限制的手段的、经改善的空气弹簧。解决手段为：空气弹簧具有：车身侧的上支撑部（1）、台车侧的下支撑部（2）、从上支撑部（1）至下支撑部（2）而配备的弹性材料（3A）制的隔膜（3），在隔膜（3）中直径最大的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料（6）从而形成拘束部（k），该拘束部（k）限制隔膜（3）使其不扩径到规定值以上，并以向隔膜（3）的径向内侧突出的状态设置，拘束部（k）通过在厚壁部分（13）埋设加强材料（6）而构成，该厚壁部分（13）通过弹性材料（3A）的厚度向径向内侧突出而形成。
【专利说明】空气弹簧用隔膜以及空气弹簧
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于铁路车辆等车辆的空气弹簧，以及用于该空气弹簧的隔膜。
【背景技术】
[0002]如专利文献I和专利文献2所示，这种空气弹簧具有:车身侧的上支撑部、台车侧的下支撑部、从上支撑部至下支撑部而配备的弹性材质的隔膜。
[0003]例如，空气弹簧作为悬架手段多用于铁路车辆中，配备于台车和车辆的上下之间。
[0004]在该情况下，空气弹簧的隔膜可以发生以下的形状变化。即，随着由乘车人员的增加等引起的负荷增加，其上下尺寸缩小、并且横向尺寸，即直径扩径。因此，在空气弹簧的周围，设计时有必要留出考虑到隔膜最大扩径尺寸的空间。
[0005]但是，因为在空气弹簧的周围配备有各种配线或配管、车辆框架的一部分、或者高度调节装置、台车-轴梁之间联动机构这样的各种机构类或结构体等，所以考虑到隔膜的扩径量的设计并不是一定能够实行。
[0006]因此，根据情况，也制作有如专利文献3中公开的以下结构的空气弹簧，S卩:将从径向外侧覆盖隔膜的外周部的侧周壁(Ia)形成为作为上支撑部的外筒(1)，并限制隔膜使其不发生超过规定直径的扩径位移。
[0007]这样，通过采用限制隔膜的外径使其不发生超过规定值的扩径的结构，隔膜周围的空间部不仅可以用于其他目的，而且相对于负荷增加，隔膜的内压上升但上下尺寸却很难变化，从而能够得到车辆位置基本上不降低的优点。
[0008]现有技术文献:
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本国特开2011-080507号公报
[0011]专利文献2:日本国特开2012-017842号公报
[0012]专利文献3:日本国特开2012-017769号公报
【发明内容】
[0013]发明要解决的课题
[0014]但是，如上所述的具有很多优点的专利文献3所示的空气弹簧已被指出有待改善的地方。
[0015]即，具备侧周壁(Ib )的上支撑部(I)不仅徒然地大型化、重量化，而且还存在装备橡胶制的导环(Ic)等不利于成本的方面。而且，因为该导环(Ic)和侧周壁(Ib)是配置于隔膜的径向外侧而构成，结果，该部分相应地大直径化，设计时依然有必要考虑周围空间这个一直以来未解决的问题。
[0016]本发明的目的在于，通过更加锐意地研究，提供一种无需实际上扩大隔膜的外径，并且无需伴随有上支撑部的大型化和重量化，就能实现对隔膜的扩径进行限制的手段的、得到了改善的空气弹簧用隔膜以及空气弹簧。
[0017]解决课题的方法
[0018]权利要求1的发明是由弹性材料3A制成的空气弹簧用隔膜，其具有:可嵌入安装在车身侧的上支撑部I的上胎圈部3a、嵌入安装在台车侧的下支撑部2的下胎圈部3b、在所述上胎圈部3a和所述下胎圈部3b之间的主体部3c，
[0019]其特征在于，在所述主体部3c中直径最大的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料6从而形成拘束部k，该拘束部k限制所述主体部3c使其不扩径到规定值以上，并以向所述主体部3c的径向内侧突出的状态设置。
[0020]权利要求2的发明是下述权利要求1所述的空气弹簧用隔膜，其特征在于，所述拘束部k通过在厚壁部分13埋设所述加强材料6而构成，该厚壁部分13通过形成所述主体部3c的所述弹性材料3A的厚度向径向内侧突出增大而形成。
[0021]权利要求3的发明是空气弹簧，其具有:车身侧的上支撑部1、台车侧的下支撑部
2、从所述上支撑部I至所述下支撑部2而配备的弹性材料3A制的隔膜3，
[0022]其特征在于，在所述隔膜3中直径最大的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料6从而形成拘束部k，该拘束部k限制所述隔膜3使其不扩径到规定值以上，并以向所述隔膜3的径向内侧突出的状态设置。
[0023]权利要求4的发明是下述权利要求3所述的空气弹簧，其特征在于，所述拘束部k通过在厚壁部分13埋设所述加强材料6而构成，该厚壁部分13通过形成所述隔膜3的所述弹性材料3A的厚度向径向内侧突出增大而形成。
[0024]权利要求5的发明是下述权利要求2所述的空气弹簧用隔膜或权利要求4所述的空气弹簧，其特征在于，所述弹性材料3A构成在外侧的弹性材料层14和内侧的弹性材料层15之间设置增强帘线层16的多个层体；所述厚壁部分13通过所述外侧的弹性材料层14的厚度向径向内侧突出增大而形成。
[0025]权利要求6的发明是下述权利要求5所述的空气弹簧用隔膜或空气弹簧，其特征在于，所述加强材料6的剖面形状如下，在所述加强材料6中的面向所述增强帘线层16的部分形成沿着所述增强帘线层16的形状。
[0026]权利要求7的发明是下述权利要求1、2、5、6中任意一项所述的空气弹簧用隔膜或权利要求3-6中任意一项所述的空气弹簧，其特征在于，所述弹性材料3A含有橡胶而形成。
[0027]发明的效果
[0028]根据权利要求1的发明，因为在主体部的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料而设置有拘束部，所以无需将上支撑部大型化就能够限制主体部的扩径。而且，因为拘束部设置成向主体部的径向内侧突出的状态，因此与拘束部设置成向主体部的径向外侧突出的状态相比，若有效直径几乎相同则拘束部的最大直径能够小型化，从而有助于扩大周围的有效空间；若最大外径相同，则能够使有效直径变大。
[0029]其结果是，提供一种无需实际上扩大隔膜的外径，并且无需伴随有上支撑部的大型化和重量化，就能够在进行合理设计的同时实现对隔膜的扩径进行限制的手段的、得到了改善的空气弹簧用隔膜。
[0030]根据权利要求2的发明，在拘束部中，因为加强材料被埋设在形成主体部的弹性材料的厚壁部分，加强材料不会暴露在外部，所以在不增加额外的特殊结构的状态下也可以实现具有优越的耐久性和具有优良外观的空气弹簧用隔膜。
[0031]根据权利要求3的发明，能够提供一种可以起到与根据权利要求1的空气弹簧用隔膜相同作用效果的空气弹簧。
[0032]根据权利要求4的发明，能够提供一种可以起到与根据权利要求2的空气弹簧用隔膜相同作用效果的空气弹簧。
[0033]根据权利要求5的发明，形成隔膜的弹性材料是在内装增强帘线层的强度方面优秀的材料，同时因为在其增强帘线层的径向外侧配备有外径限制用的加强材料，其在下述情况下可以有效地发挥扩径限制作用，即，因隔膜的内压上升而膨胀的增强帘线层被加强材料挤压，外径的扩大因加强材料的高强度而受到限制。
[0034]另外，因加强材料和增强帘线层之间存在有弹性材料，所以能够防止加强材料和增强帘线层的接触、磨损，从而提高耐久性。
[0035]例如，在增强帘线层的内侧配置有加强材料的情况下，由于内压上升增强帘线层和加强材料产生向互相远离的方向的作用力，从而弹性材料和加强材料的粘结部发生剥离等不良现象的可能性变大，另外也无法期待耐久性。因此，本权利要求5的结构有明显的优越性。
[0036]根据权利要求6的发明，能够将增强帘线层尽可能地以面来拘束，减轻隔膜在横向(左右方向)移动时增强帘线层的负荷负担，从而提高耐久性和耐压性。另外，因为加强材料和增强帘线层的对置面积能够设置得很大，所以确保了这两者6、16之间有橡胶(外侧的橡胶层14)，首先不会发生加强材料和增强帘线层直接摩擦的状况，有助于品质的稳定。
[0037]另外，根据权利要求7，若弹性材料由含有橡胶的材料形成，则能以良好的生产效率满足隔膜所必要的条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是表示空气弹簧结构的剖面图。
[0039]图2是表示单个隔膜的剖面图。
[0040]图3是表示空气弹簧主要部分的剖面图。
[0041]图4表示隔膜的有效直径，Ca)是拘束环的外装类型，(b)是拘束环的内装类型。
[0042]图5是表示具有其他结构的拘束环的隔膜的主要部分的剖面图。
【具体实施方式】
[0043]以下，以本发明空气弹簧及空气弹簧用隔膜的实施方案作为示例，参照附图对铁路车辆用的装置进行说明。
[0044]如图1所示，空气弹簧A是结合铁路车辆用悬架装置S而存在，用于该空气弹簧A的隔膜3是空气弹簧用隔膜。
[0045]悬架装置S具备空气弹簧A、弹性限制器B、弹簧座C，弹簧座C被台车d支撑，空气弹簧A的上部被车辆b支撑。
[0046]通常悬架由空气弹簧A承重，在放气等空气弹簧A变成真空状态而下降的紧急时亥IJ，弹性限制器B发挥弹性作用。
[0047]如图1所示，空气弹簧A具有:车辆b侧(车身侧)的上支撑部1、台车d侧的下支撑部2、以及从上支撑部I至下支撑部2而配备的弹性材质的隔膜(也被称为风箱)3。
[0048]上支撑部I具有:从上下方向观察时呈圆形的钢板制的支撑座la、固定在支撑座Ia下表面的钢板制的无盖圆形箱状的台座部lb、固定在支撑座Ia和台座部Ib的中心的筒状的支撑轴lc、以及在台座部Ib的径向外侧在支撑座Ia的下表面侧成一体化的环状橡胶制的上抵座Id等。
[0049]支撑座Ia的径向外侧部分形成为略微向下方弯曲的朝下的盘状，通过绕到其向下方弯曲的外周部的上侧且在台座部Ib的外周面设置成薄膜状的上抵座ld，形成嵌入安装有上胎圈部3a (后述)的上胎圈托部4。另外，在台座部Ib的下表面一体化地装备有不锈钢钢板制的圆形的滑动材料7。
[0050]下支撑部2是金属制的大致呈深盘状的构造物，其载置于弹簧座C，并具有:放置有弹性限制器B的大致呈圆盘状的支撑主体2a、竖立在其周围的侧周壁2b、从侧周壁2b的上下方向的中间向径向外侧突出而形成的凸缘2c。具有钢板制加强材料12a的环状橡胶12在凸缘2c的外周侧以及上表面侧成一体化，通过该环状橡胶12和凸缘2c的基端部及侧周壁2b的下部，形成嵌入安装有下胎圈部3b (后述)的下胎圈托部5。
[0051]隔膜3是橡胶(弹性材料的一例)制的自动密封型隔膜，其具有:可嵌入安装在作为车身侧的上支撑部的上胎圈托部4的上胎圈部3a、嵌入安装在作为台车侧的下支撑部的下胎圈托部5的下胎圈部3b、形成在上胎圈部3a和下胎圈部3b之间的大致呈横倒轮胎状的主体部3c。上抵座Id引导主体部3c的上侧部分。
[0052]在主体部3c中直径最大的最大直径部位(或其附近部位)围绕设置加强材料6从而形成拘束部k，该拘束部k限制主体部3c使其不扩径到规定值以上，并以向主体部3c的径向内侧突出的状态设置。
[0053]弹性限制器B是下述结构，即，在放置于下支撑部2的支撑主体2a并用螺栓固定的基板8上，设置弹性部10而成的筒状的层叠橡胶，其中，弹性部10通过将上下3张例如由钢板制成的硬质板9a、9b、9c和上下3段例如由橡胶制成的弹性材料层10a、10b、IOc相互层叠而成。在最上段的硬质板9a的上表面一体化地设置有由低摩擦材料构成的滑动构件11。
[0054]某些原因造成隔膜3的放气形成真空状态、使上支撑部I下降时，滑动材料7和滑动构件11抵接形成以弹性限制器B悬架的紧急悬架状态。在该紧急悬架状态下，因为滑动材料7和滑动构件11是低摩擦，所以滑动良好，因此上支撑部I和下支撑部2能够顺利地进行相对横向移动。
[0055]〔实施方案I〕
[0056]以下，对空气弹簧A以及隔膜3进行详细说明。如图1-3所示，在空气弹簧A中的拘束部k通过在厚壁部分13埋设加强材料6而构成，该厚壁部分13通过形成主体部3c的弹性材料的厚度向径向内侧突出增大而形成。
[0057]形成隔膜3的弹性材料3A由在外侧的橡胶层(弹性材料层的一例)14和内侧的橡胶层(弹性材料层的一例)15之间设置增强帘线层16的多层结构的弹性膜(橡胶膜)构成，并且，厚壁部分13通过外侧的橡胶层14的厚度向径向内侧突出增大而形成，加强材料6以埋设在由该外侧的橡胶层14形成的厚壁部分13中的状态被围绕设置。
[0058]如图3所示，加强材料6是，俯视呈环状或漩涡状的金属材料(钢铁)等形成的芯材17被橡胶等形成的保护层18覆盖而形成的。而且，拘束部k是由增强帘线层16向径向内侧弯曲变形而成的厚壁部分13的形状，加强材料6的剖面形状形成为在加强材料6中面向增强帘线层16的部分形成沿着增强帘线层16的形状的状态。
[0059]向径向内侧膨胀而形成的厚壁部分13中的增强帘线层16具备:从上侧的直径最大部分向径向内侧以及下方倾斜的下窄部分16a、从下侧的直径最大部分向径向内侧以及上方倾斜的上窄部分16b、连接该下窄部分16a和上窄部分16b的极小直径部分16c。
[0060]而且，如图3所示，在厚壁部分13中在增强帘线层16的径向外侧部分埋设的加强材料6具有:沿着下窄部分16a的上斜切口部6a、沿着上窄部分16b的下斜切口部6b、以及沿着极小直径部分16c的内周纵壁部6c，加强材料6剖面形成向内的大致呈梯形的形状。各切口部6a、6b形成如下形状，即，由芯材17和包围其的保护层18而形成的四角剖面部分呈阶梯形减少的阶梯状，但并不限于此。
[0061]由于加强材料6的存在，在厚壁部分13中的外侧的橡胶层14具有作为加强材料6的径向外侧的外部14a和作为加强材料6的径向内侧的内部14b。因此，首先不会发生加强材料6和增强帘线层16直接摩擦的状况。
[0062]图4中，隔膜3 (空气弹簧A)的有效直径处分别以+表示。图4 (a)是加强材料6设置在隔膜3的径向外侧的比较例结构的例子，图4 (b)是本发明的，即，是加强材料设置在隔膜3的径向内侧时的例子(参照实施方案2)。
[0063]去掉拘束部k的隔膜3的最大直径是互相相同的，均为rm，并且，将隔膜3的有效直径设置为ri〔图4 (a)〕以及ru〔图4 (b)〕。此时，拘束部k进入内侧的图4 (b)的结构与图4 (a)相比，其隔膜的内容积稍微减小，但该差极小，可认为ri~ru (严格的说，ru略微小于ri，但也可以认为基本相同)。此外，图4中，隔膜最大直径rm和上支撑部I的直径绘制得一样，但并不限于此。
[0064]如上所述,去掉拘束部k的隔膜的最大直径均为rm,有效直径ri ^ ru,该情况下，相比比较例结构的图4 Ca)中将拘束部k的径向长度加上rm成为rh，因为本发明的图4(b)中是rm，所以拘束部k的厚度能够大致减小隔膜3的(空气弹簧A的)最大直径。相比图4 (a)所示的结构，因为基本上不改变有效直径就能明显地减小隔膜外径，所以有利于台车安装尺寸等，能够促进周围空间的有效活用化。
[0065]而且，因为拘束部k不向径向外侧突出，用模具成形图2所示的隔膜3的情况下，也不需要因添加拘束部k而使用专用模具。因为不用模具决定拘束部k的位置，还具有以下优点，即，在模具制作后，不需要变更模具，就可以在一定程度上调整、变更拘束部k的位置。
[0066]另外，因为在加强材料6中面向增强帘线层16的部分16a_16b形成为沿着增强帘线层16的形状，与后述实施方案2中的拘束部k相比，能够将增强帘线层16尽可能地以面来拘束。因此，因铁路车辆的曲线行驶等导致隔膜3向横向(左右方向)移动时，增强帘线层16的负荷负担会减轻，从而耐久性和耐压性也得到提高。
[0067] 另外，具有以下优点，即，与增强帘线层16的接触面(对置面)由于作为倾斜面的上下窄部分16a、16b而变广，制造时能够确保这两者6、16之间有橡胶(外侧的橡胶层14)，与后述的实施方案2中的拘束部k相比,能够实现品质的稳定化。
[0068]〔实施方案2〕[0069]根据实施方案2的空气弹簧用隔膜以及空气弹簧仅与实施方案I中的拘束部k相异，图5表示其主要部分。
[0070]如图5所示，拘束部k具有剖面为矩形的加强材料6。在加强材料6的径向内侧中，上下角部6d、6e与隔膜3的增强帘线层16的径向外侧面的位置关系为接触或者非常接近。除此之外与实施方案I中的隔膜3 (空气弹簧A)相同，图5中，对应之处标有对应的附图标记。
[0071]根据任一个实施方案的隔膜3 (空气弹簧A)，由于拘束部k的存在，能够得到有效的外径限制作用。而且，在实施方案2的隔膜3 (空气弹簧A)中，构成拘束部k的剖面为矩形的加强材料6与实施方案I的情况相比，其形成(制作)容易。在实施方案I的空气弹簧A中，构成拘束部k的剖面呈横倒的大致梯形的加强材料6与实施方案2的情况相比，埋设的增强帘线层16和加强材料6不会发生角部摩擦，因此有能够更加稳定地发挥外径限制作用的优点。
[0072]附图标记说明
[0073]I 上支撑部
[0074]2下支撑部
[0075]3隔膜
[0076]3A弹性材料
[0077]3a上胎圈部
[0078]3b下胎圈部
[0079]3c主体部
[0080]6加强材料
[0081]13厚壁部分
[0082]14外侧的弹性材料层
[0083]15内侧的弹性材料层
[0084]16增强帘线层
[0085]A空气弹簧
[0086]k拘束部
【权利要求】
1.一种由弹性材料制成的空气弹簧用隔膜，其具有:可嵌入安装在车身侧的上支撑部上的上胎圈部、嵌入安装在台车侧的下支撑部上的下胎圈部、在所述上胎圈部和所述下胎圈部之间的主体部， 其特征在于:在所述主体部中直径最大的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料从而形成拘束部，该拘束部限制所述主体部使其不扩径到规定值以上，并以向所述主体部的径向内侧突出的状态设置。
2.根据权利要求1所述的空气弹簧用隔膜，其中，所述拘束部通过在厚壁部分埋设所述加强材料而构成，该厚壁部分通过形成所述主体部的所述弹性材料的厚度向径向内侧突出增大而形成。
3.空气弹簧，其具有:车身侧的上支撑部、台车侧的下支撑部、从所述上支撑部至所述下支撑部而配备的弹性材料制的隔膜， 在所述隔膜中直径最大的最大直径部位或其附近部位围绕设置加强材料从而形成拘束部，该拘束部限制所述隔膜使其不扩径到规定值以上，并以向所述隔膜的径向内侧突出的状态设置。
4.根据权利要求3所述的空气弹簧，其中，所述拘束部通过在厚壁部分埋设所述加强材料而构成，该厚壁部分通过形成所述隔膜的所述弹性材料的厚度向径向内侧突出增大而形成。
5.根据权利要求2所述的空气弹簧用隔膜，其中，所述弹性材料构成为在外侧的弹性材料层和内侧的弹性材料层之间设置增强帘线层的多个层体；所述厚壁部分通过所述外侧的弹性材料层的厚度向径向内侧突出增大而形成。
6.根据权利要求4所述的空气弹簧，其中，所述弹性材料构成为在外侧的弹性材料层和内侧的弹性材料层之间设置增强帘线层的多个层体；所述厚壁部分通过所述外侧的弹性材料层的厚度向径向内侧突出增大而形成。
7.根据权利要求5所述的空气弹簧用隔膜，其中，所述加强材料的剖面形状为，所述加强材料中的面向所述增强帘线层的部分形成沿着所述增强帘线层的形状。
8.根据权利要求6所述的空气弹簧，其中，所述加强材料的剖面形状为，所述加强材料中的面向所述增强帘线层的部分形成沿着所述增强帘线层的形状。
9.根据权利要求1、2、5、7中任意一项所述的空气弹簧用隔膜，其中，所述弹性材料含有橡胶而形成。
10.根据权利要求3、4、6、8中任意一项所述的空气弹簧，其中，所述弹性材料含有橡胶而形成。
【文档编号】F16F9/04GK104006106SQ201410032079
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】本多永二郎 申请人:东洋橡胶工业株式会社