JP2000225942A - 車体支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 台車上に空気ばね又はコイルばねで車体を支
持した場合、車体の大きな横変位を空気ばね又はコイル
ばねのみで抗することが困難であった。 【解決手段】 台車１０と車体１４との間に空気シリン
ダ２２を横方向に配置した。この空気シリンダ２２は、
一定以上の横変位に対して定圧横剛性を生じさせ、車体
１４の横変位に抗することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車体支持装置、特に
軌道車両などにおける空気ばね又はコイルばねにて支持
された車体の曲線路等における横揺れを最適かつ効果的
に抑制することのできる改良された車体支持装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近の都市交通あるいは高速大量輸送手
段としての軌道車両においては、車体の軽量化並びに振
動の少ない良好な乗心地を確保するために、車体を空気
ばね又はコイルばねによって台車上に支持する構造が広
く用いられている。このような車体支持装置において
は、車体を支持する空気ばね又はコイルばねに対して常
時車体重量が加わるので、縦方向には常に最適剛性の支
持力を発揮することができ、この結果、車両の走行速度
の増加要求に対しても充分に対応することができる。

【０００３】しかしながら、このような車体の横変位に
対しては、空気ばね又はコイルばねの横方向剛性が不足
し、特に車両が高速で曲線路を通過する際の車体の横変
位を空気ばね又はコイルばねのみで支えることが困難で
あるという問題を生じていた。

【０００４】このため、従来においては、台車と車体と
の間に車体の一定以上の横変位を阻止するためのストッ
パゴムが設けられている。したがって、車体は高速で曲
線路に進入した時には、車体の過大横変位は前記ストッ
パゴムによって支えられることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置では、空気ばね又はコイルばねに比して極
めて剛性の高いストッパゴムへの衝突及びこれに伴う振
動発生により車両の乗心地は著しく劣化するという問題
があった。

【０００６】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、台車上に車体を空気ばね又はコ
イルばねで支持しながら、車体の横変位に対して最適な
タイミングで充分に大きな横方向剛性を生じさせること
のできる改良された車体支持装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、台車上に空気ばね又はコイルばねを介し
て車体を載置した車体支持装置において、台車と車体と
の間には、機械的フィードバック系を有し一定以上の変
位に対して定圧横剛性を生じさせる空気シリンダを車両
の横変位方向に抗するよう配置したことを特徴とする。

【０００８】したがって、本発明によれば、車両の通常
走行状態においては、空気ばね又はコイルばねによって
安定したかつ良好な乗心地を確保することができ、ま
た、車両が高速で曲線路に進入したような場合には、車
体の横変位が一定以上になると、空気シリンダが作用し
て定圧の大きな横剛性を生じさせ、車体の横揺れを確実
に減少させることを可能とする。

【０００９】通常の場合でも、ストッパゴムが機能する
ほど大きな横変位を生じさせることがなく、ストッパゴ
ムへの衝突あるいはこれに伴う振動等を確実に除去可能
である。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記構成において、前記空気シリンダには、前記機
械的フィードバック系による車体横移動のフィードバッ
クに基づいて、流路切り換えを行う案内弁が接続され、
当該案内弁の動作により所定方向に空気シリンダのピス
トンを移動し定圧横剛性を発生することを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、機械的フィードバック
系からのフィードバックに基づいて空気シリンダの定圧
横剛性を発生するため、車体の横移動が生じた場合に横
剛性を生じ車体の横揺れを効果的に減少させることが可
能となる。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記構成において、前記機械的フィードバック系
は、車体横変位に応じて、車体横変位の所定初期期間の
み変位方向に車体移動量のフィードバックを前記案内弁
に対して行うスライド筒を有することを特徴とする。

【００１３】ここで、車体横変位の所定初期期間とは、
案内弁による空気シリンダの所定方向への流路開放が完
了するのに十分な期間と同等の期間である。

【００１４】この構成によれば、案内弁に対して所定初
期期間後のフィードバックが行われない。すなわち、空
気シリンダによる定圧横剛性が最大発生した後は、案内
弁の更なる移動を促す同一方向へのフィードバックが行
われないため案内弁の動作範囲を必要最小限にすること
が可能になり、車体横変位が大きい場合でも案内弁のサ
イズを所定サイズに抑え込むことが可能になり、車体支
持装置の小型化に寄与することができる。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記構成において、前記案内弁は、前記機械的フィ
ードバック系からのフィードバックの応答性（応答感
度）を調整する調整部材を有することを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、車体横変位の所定初期
期間においても空気シリンダの駆動を抑制することが可
能になり対象となる車体の特性に応じて、最適なタイミ
ングで空気シリンダを動作させ、定圧横剛性を発生させ
ることができる。

【００１７】また、上記目的を達成するために、本発明
は、上記構成において、前記調整部材は、空気シリンダ
の流路切り換え軸の両端部に配置された弾性部材であ
り、弾性部材の弾性力バランスにより応答性を制御する
ことを特徴とする。

【００１８】ここで、前記弾性部材は、所定ばね定数を
有する部材、例えばコイルばねや板ばね等である。

【００１９】この構成によれば、切り換え軸の両端部に
配置された弾性部材の弾性力バランスを選択することに
より、空気シリンダの流路切り換えのタイミング（応答
性）を容易に変更可能であり、車体の使用状況に合わせ
た定圧横剛性を生じさせるタイミングの調整を容易に行
うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１には、本発明を用いた車体の
支持装置が示されており、台車１０上には空気ばね１２
を介して車体１４が載置されている。従来と同様に、台
車１０と車体１４との間にはストッパゴム１６が設けら
れており、図示した実施形態においては、ストッパゴム
１６は車体１４の底面に固定されたビーム１８に取付け
られている。

【００２１】また、台車１０と車体１４の前記ビーム１
８との間にはオイルダンパ２０が設けられており、台車
１０に対する車体１４の横変位に対してある程度の減衰
作用を与えている。

【００２２】本発明において特徴的なことは、台車１０
と車体１４との間に空気シリンダ２２が設けられている
ことであり、図示した実施形態においては、この空気シ
リンダ２２は台車１０と車体１４のビーム１８との間で
且つ前記オイルダンパ２０とは反対側に設置されてい
る。

【００２３】図２は図１に示した車体支持装置の等価シ
ミュレーションモデルであり、車体慣性には車体外乱が
加わり、また台車慣性にも同様に台車外乱が加わる。車
体と台車との間には前記各支持機構が等価的に示されて
おり、空気ばね１２は空気ばねと１本リンクとの組合せ
として示され、ストッパゴム１６、オイルダンパ２０そ
して空気シリンダ２２が車体と台車との間に介在し、こ
れらが相対的に台車に対する車体の支持機構を構成して
いる。上述したとおり、本発明に係る空気シリンダは機
械的フィードバック系を有し、一定以上の変位に対して
定圧横剛性を生じさせ、その詳細な構造を図３に示す。

【００２４】図３から明らかなように、本実施形態にお
ける空気シリンダ２２は主シリンダ３０、案内弁３２及
び機械的フィードバック系３４からなる。

【００２５】主シリンダ３０は台車１０に固定されるシ
リンダ３６及びこのシリンダ３６内を横方向に移動可能
で車体１４に固定されたピストン３８を含み、シリンダ
３６の左右シリンダ室にはポート３６ａ及び３６ｂを介
して後述する案内弁３２から一定の空気圧が供給され
る。

【００２６】案内弁３２は、案内シリンダ４０内を空気
の流路切り換え軸であるスプール４２が移動可能な構造
からなり、供給ポート４４、２個の排気ポート４６、４
８を有し、さらに出力ポート５０ａ及び５０ｂがそれぞ
れ前述した主シリンダ３６の左右シリンダ室のポート３
６ａ及び３６ｂと接続されている。

【００２７】機械的フィードバック系３４は、前記ピス
トン３８に接続された連結アーム５２とこのアーム５２
の一端に固着された中立点調整ねじ５４、この調整ねじ
５４によって横方向に押されるスライド筒５６、スライ
ド筒内を移動可能な押し駒５８、スライド筒５６内で押
し駒５８を左方向に付勢するスプリング６０そして前記
案内弁３２のスプール４２に結合されている受け軸６２
からなる。

【００２８】本実施形態における、機械的フィードバッ
ク系３４の詳細な構造は後に図５を参照しながら説明す
る。

【００２９】以上のようにして本実施形態に係る車体支
持装置によれば、車体１４は通常空気ばね１２によって
台車１０上に載置されており、車体慣性あるいは台車慣
性そして車体及び台車に加わる外乱を空気ばね１２によ
って主として支持することができる。図１における台車
１０とストッパゴム１６との間には通常、適当な間隙
（遊び）が設けられており、例えば左右それぞれの間隙
は２５ｍｍ程度に設定されていることが多い。

【００３０】したがって、通常車体１４が台車１０に対
して横揺れを起こした場合においても片側２５ｍｍ以内
であれば、ストッパゴム１６は何らこの横揺れあるいは
横変位に対して阻止作用を与えることはない。一方、オ
イルダンパ２０は常に台車１０と車体１４との間にダン
ピング作用を及ぼしており、これによってわずかな横揺
れあるいは振動を吸収することができる。

【００３１】本発明において特徴的な空気シリンダ２２
は車体１４が台車１０に対して中立位置であるときに
は、主シリンダ３６の両シリンダ室には空気圧が与えら
れず、ピストン３８には何ら負荷が加えられない。した
がって、この中立位置では空気シリンダ２２も車体１４
の横変位に対して何ら影響を与えることはない。図３に
示した実施形態では、この中立位置において主シリンダ
３６の左右シリンダ室は閉じられているが、本発明にお
いてこの状態で左右シリンダ室の各ポート３６ａと３６
ｂを大気に開放することも可能である。

【００３２】車両が曲線路に進入すると、車体１４が外
に向かって横変位し、この結果車体１４に固定されてい
るピストン３８も台車１０に固定されている主シリンダ
３６から横方向に移動する。この移動は前述した機械的
フィードバック系３４を介して案内弁３２に伝達され
る。すなわち、受け軸６２が案内シリンダ４０に対して
左右に横変位することにより、スプール４２も同時に移
動する。そして、この変位量が一定以上となると、何れ
かの出力ポート５０ａ又は５０ｂが供給ポート４４に開
かれ、供給ポート４４から所定の空気圧が何れかのシリ
ンダ室に導かれる。そして、この時反対のポート５０ｂ
又は５０ａは排気ポート４８又は４６から大気に開放さ
れるので、主シリンダ３０は定圧横剛性を発生すること
となる。この定圧横剛性は車両の横変位に抗するように
その方向が定められ、車体支持装置の横剛性を静的に増
加し、車体１４の横変位に抗することが可能となる。本
発明においては、供給ポート４４に与えられる空気圧は
一定値とされており、例えば６．８６×１０^４Ｐａ（７
Ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度の空気圧が与えられる。

【００３３】以上のようにして、本発明によれば、車体
１４が一定の横変位を起こしたときに、空気シリンダ２
２が働き所望の定圧横剛性を生じさせ、車体１４の横変
位がそのストッパゴム１６を台車１０に衝突させるほど
の大きな変位を確実に防止することができる。

【００３４】図４には、本実施形態における横方向剛性
特性を示し、横軸は台車１０に対する車体１４の横変位
量（ｍｍ）そして縦軸は左右支持荷重（Ｎ）を示す。

【００３５】図４において、一点鎖線で示す特性１００
は空気ばね１２と１本リンクによる横剛性を示し、横変
位に対しほぼ線形の特性を示す。

【００３６】一方、破線で示す特性２００は本発明にお
いて特徴的な空気シリンダ２２の横剛性特性を示し、所
定の変位、例えば４ｍｍ程度の変位によって前述した一
定空気圧が一方のシリンダ室に導かれることで急激にそ
の剛性が高まり、この剛性は変位量が増加してもほぼ一
定値を保つ。

【００３７】したがって、両特性１００、２００が合成
されることによって符号３００で示されるように合成特
性は変位量２５ｍｍまで図のような変化となり、従来の
特性１００に比して車体１４の一定の横変位量（４ｍ
ｍ）以上において、その横剛性を著しく増加させ、車体
１４の横変位に確実に抗することができることを示して
いる。

【００３８】なお、横変位２５ｍｍにおいてはストッパ
ゴム１６が働き、ストッパゴム１６のゴムたわみによる
特性が符号４００にて示されており、この結果本発明に
おける横方向剛性特性も横変位２５ｍｍ以上においては
符号３００Ａで示されるストッパゴム１６の特性を加え
たものとなる。しかしながら、通常の場合においては、
前述した図４に示されるごとく、支持荷重１６．６６×
１０^４（Ｎ）（１７，０００Ｋｇｆ）で充分車体１４の
横変位を押さえることができ、ほとんどストッパ１６が
働くことはない。

【００３９】本発明においては、一定以上の横変位に対
して一定の空気圧を横剛性として用いており、前述した
図４から明らかなように、このような空気圧の開閉を行
うためには、案内弁３２のスプール４２は４ｍｍ〜６ｍ
ｍ程度の所定変位のみ要求され、それ以上の変位量は必
要としない。

【００４０】一方、主シリンダ３０自体は車体１４のス
トッパばね１６が台車１０に当たるまで動くことがで
き、例えば、この変位量は２５ｍｍに設定されている。
したがって、機械的フィードバック系３４もこの２５ｍ
ｍを移動することとなるが、前述した案内弁３２はその
構造を小型にするためにはスプール４２の軸方向移動量
をできるだけ小さく、１０ｍｍ程度以下に制限すること
が望ましい。

【００４１】従って、車体１４の横変位の所定初期期間
のみ、つまり案内弁３２による空気シリンダ２２の所定
方向への流路開放が完了するのに必要なスプール４２の
変位である１０ｍｍ程度の変位が行われる間のみ、案内
弁３２は、機械的フィードバック系３４からの実質的な
フィードバックを受ければよい。

【００４２】図５には、本実施形態の案内弁と機械的フ
ィードバック系の要部が示されており、この構造によれ
ば、主シリンダすなわち機械的フィードバック系が大き
く変位しても、案内弁のスプール４２は比較的小さい変
位量に制限することができる。

【００４３】図５において、案内シリンダ４０には内筒
７０及び外筒７２が固定されている。内筒７０は、その
基端が案内シリンダ４０の端面に固定され、またその先
端はスライド筒５６に近接する位置まで伸長し、その先
端に内筒ストッパ面７０ａを形成している。この内筒７
０内では、前記受け軸６２に固定されたリング７４と案
内シリンダ４０の端面との間に圧縮スプリング７６が介
装されている。したがって、受け軸６２は圧縮スプリン
グ７６によって常時右方向に付勢されることとなる。

【００４４】一方、前記外筒７２は、その基端が案内シ
リンダ４０の端面に固定され、その先端はスライド筒５
６の外周に伸長している。すなわち、スライド筒５６は
外筒７２の内面を軸方向に左右スライド可能である。そ
して、外筒７２の内周に設けられた外筒ストッパ面７２
ａがスライド筒５６の外周に設けられた受け面５６ａと
対向しており、両者間の間隙は約１０ｍｍに設定されて
いる。

【００４５】前述したように、スライド筒５６の内部に
は、押し駒５８が設けられ、この押し駒５８はスライド
筒５６内を軸方向にスライド可能である。そして、スラ
イド筒５６内にはスプリング６０が挿入されており、押
し駒５８は常時左方向すなわち受け軸６２に当接するよ
うにスプリング６０によって押圧されている。したがっ
て、通常の場合押し駒５８の左端面は前述した内筒スト
ッパ面７０ａと対向しており、両者間の間隙も約１０ｍ
ｍに設定されている。

【００４６】以上の構造によって、図５の機械的フィー
ドバック系が変位したときの動作を説明する。

【００４７】図５は中立位置を示し、この中立点は調整
ねじ５４によって調整可能である。今、仮に、アーム５
２が車体の横変位によって左方向へ移動した場合を考え
る。アーム５２の変位は調整ねじ５４を介してスライド
筒５６に伝わり、スライド筒５６は左方向へ変位するの
で押し駒５８も左方向へ移動して受け軸６２を左方向へ
動かす。

【００４８】しかしながら、この左方向変位が所定量、
例えば１０ｍｍに達すると、押し駒５８は内筒７０の内
筒ストッパ面７０ａに当接し、これ以上移動することは
できなくなる。この状態でさらにアーム５２が左方向へ
移動すると、押し駒５８はその位置を保持し、スライド
筒５６はスプリング６０を圧縮しながら押し駒５８を当
接位置に残したまま左方向へ移動する。この時、内筒７
０も押し駒５８と同様にスライド筒５６の内部に収納さ
れていく。

【００４９】したがって、アーム５２が例えば２５ｍｍ
移動しても、案内弁のスプール４２はその初期移動量１
０ｍｍ程度の動きしか要求されることはない。

【００５０】次に、中立位置からアーム５２が右方向へ
移動した場合を説明する。

【００５１】この時、アーム５２の移動は、調整ねじ５
４に伝達され、調整ねじ５４の先端はスライド筒５６か
ら離れて右方向へ移動することとなる。しかしながら、
スライド筒５６は押し駒５８、受け軸６２を介して圧縮
スプリング７６の右方向への圧縮力を受けており、この
結果調整ねじ５４の右方向移動に追従してスライド筒５
６、押し駒５８、受け軸６２も右方向へ移動する。

【００５２】しかしながら、この移動量は所定のスライ
ド筒５６の受け面５６ａが外筒７２の外筒ストッパ面７
２ａに当接し、これ以上の右方向移動が不可能となる。
したがって、初期１０ｍｍ以上のアーム５２の移動は、
単に調整ねじ５４がスライド筒５６から離れる移動とな
るにすぎない。

【００５３】したがって、アーム５２の右方向に対して
も２５ｍｍの動きを許容しながら、案内弁のスプール４
２は初期の１０ｍｍ変位以上を要求されることはなく、
この結果案内弁を小型化することが可能となる。

【００５４】ところで、前述したような車体の横揺れ
は、車体の種類や形態、使用状況等により様々であり、
機械的フィードバック系３４を介した空気シリンダ２２
の応答性（応答感度）が高い場合、空気シリンダ２２の
発生する定圧横剛性が車体の横揺れを増幅してしまう場
合がある。

【００５５】そこで、案内弁３２に機械的フィードバッ
ク系からのフィードバックの応答感度を調整する調整部
材を設けることが望ましい。図６には、調整部材を配置
した空気シリンダの概念を示す全体構成が示されてい
る。なお、図３に示す空気シリンダの全体構成と同等の
構成部分に関しては同一の符号を付し、その説明を省略
する。

【００５６】図６から明らかなように、機械的フィード
バック系３４に接触する受け軸６２とポート切り換えを
行うスプール４２とは別部材として構成され、スプール
４２の両端部にフィードバックの応答感度を調整する調
整部材として、例えばコイルばね６４，６６が配置され
ている。この時、前記コイルばね６４は中立状態で、ス
プール４２と受け軸６２との間で圧縮及び伸張可能な状
態で配置されている。また、コイルばね６６も中立状態
でスプール４２に所定の付勢力を発生するように配置さ
れている。なお、調整部材は板ばね等でもよい。

【００５７】今、仮にコイルばね６４，６６のばね定数
をコイルばね６４＜コイルばね６６とする。アーム５２
が車体の横変位によって左方向へ移動した場合を考え
る。アーム５２の変位は調整ねじ５４を介してスライド
筒５６に伝わり、スライド筒５６は左方向へ変位するの
で押し駒５８も左方向へ移動して受け軸６２を左方向へ
動かす。しかしながら、所定ばね定数のコイルばね６
４，６６が配置されているため、当該コイルばね６４，
６６の圧縮により、スプール４２の動作（動作スピード
や動作タイミング）が鈍くなり、図３の構成に比べて、
機械的フィードバック系３４からのフィードバックに対
する応答感度を低下調整することができる。その結果、
空気シリンダ２２の過敏な応答に基づく横揺れ振動の増
幅を回避することができる。なお、応答感度の増減調整
はコイルばね６４，６６の弾性力バランスを変更するこ
とにより容易に行うことができる。例えば、コイルばね
６４，６６のばね定数をコイルばね６４＞コイルばね６
６とすると、応答感度は、図３、図５で説明した状態に
近づく。つまり、空気シリンダ２２の動作による定圧横
剛性の発生領域を任意に選択することが容易にできる。

【００５８】このように、案内弁３２にコイルばね６
４，６６を配置して、その弾性力バランス（ばね定数等
のバランス）を適宜選択することにより、最適なタイミ
ングで空気シリンダ２２を動作させて、定圧横剛性を発
生させることが可能になり、車体の種類や形態、使用状
況等に合わせて、最適なタイミングで空気シリンダによ
る定圧横剛性を生じさせて、適切かつ容易に横揺れを低
減して、乗り心地のよい車両を提供する車体支持装置を
得ることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
車体を空気ばね又はコイルばねによって台車上に支持す
る際に、台車の横変位、特に高速で曲線路に進入した場
合の横変位を空気シリンダによって確実に抑制すること
が可能となり、高速運転可能なかつ乗心地の良い車両支
持装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る車体支持装置の全体的な概略構
成図である。

【図２】 図１で示した車体支持装置の等価シミュレー
ションモデル図である。

【図３】 本実施形態に用いる空気シリンダの全体構成
図である。

【図４】 図３に示した空気シリンダの横方向剛性特性
図である。

【図５】 本実施形態における案内弁と機械的フィード
バック系の要部を示す詳細な断面図である。

【図６】 本実施形態に用いる空気シリンダの他の全体
構成図である。

【符号の説明】

１０ 台車、１２ 空気ばね、１４ 車体、１６ スト
ッパゴム、２２ 空気シリンダ、３０ 主シリンダ、３
２ 案内弁、３４ 機械的フィードバック系。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台車上に空気ばね又はコイルばねを介し
   て車体を載置した車体支持装置において、 台車と車体との間には、機械的フィードバック系を有し
   一定以上の車体横変位に対して定圧横剛性を生じさせる
   空気シリンダを車両の横変位方向に抗するよう配置した
   ことを特徴とする車体支持装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記空気シリンダには、前記機械的フィードバック系に
   よる車体横移動のフィードバックに基づいて、流路切り
   換えを行う案内弁が接続され、当該案内弁の動作により
   所定方向に空気シリンダのピストンを移動し定圧横剛性
   を発生することを特徴とする車体支持装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、 前記機械的フィードバック系は、車体横変位に応じて、
   車体横変位の所定初期期間のみ変位方向に車体移動量の
   フィードバックを前記案内弁に対して行うスライド筒を
   有することを特徴とする車体支持装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の装置にお
   いて、 前記案内弁は、前記機械的フィードバック系からのフィ
   ードバックの応答性を調整する調整部材を有することを
   特徴とする車体支持装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、 前記調整部材は、空気シリンダの流路切り換え軸の両端
   部に配置された弾性部材であり、弾性部材の弾性力バラ
   ンスにより応答性を制御することを特徴とする車体支持
   装置。