JP2003261024A - 鉄道車両の懸架装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道車両の速度およびカーブや駅、レールポ
イント、信号などの鉄道車両の走行位置に関する軌道情
報に応じたヨーイング制御を行うことにより、横圧の低
減による軌道の摩耗や脱線を未然に回避できるととも
に、高速域での台車の蛇行を防止可能にする。 【解決手段】 台車１の左右において該台車１と車体２
との間に介装された一対の油圧シリンダＹ１、Ｙ２と、
これらの各油圧シリンダＹ１、Ｙ２内にピストン８１，
８２によって区画された第１、第２の油室のうち、第１
の油室９１，９２どうしおよび第２の油室１０１，１０
２どうしをそれぞれ接続する第１の配管１４および第２
の配管１６と、第１の配管１４または第２の配管１６の
途中に接続されて、作動油の流れを遮断または遮断解除
する切換弁とを備え、コントローラ１７によって、鉄道
車両の速度および軌道情報にもとづき上記切換弁１５を
切換え制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の台車と
車体との間に介装したヨーイング制御装置を用いて、鉄
道車両がカーブする軌道を走行する場合等における車輪
の軌道に対する横圧を抑制するようにした鉄道車両の懸
架装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄道車両は軌道上を走行する台
車上に旋回自在に車体を搭載してなり、さらに台車と車
体との間にヨーダンパを介装することにより、鉄道車両
が高速で直線走行時に台車が蛇行するのを防止する一方
で、カーブする軌道に倣って車体に対し台車が相対的に
旋回して車輪の横力摩擦を軽減できるように構成されて
いる。

【０００３】そして、上記のヨーダンパとしてはピスト
ンの中立位置付近と伸縮作動ストロークの全域とに亘っ
て夫々所定の減衰力を発生する所謂位置依存型ダンパと
言われるものが用いられている。

【０００４】このヨーダンパは、例えば、シリンダと、
シリンダ内にピストンを介して移動自在に挿入したピス
トンロッドと、シリンダの外側に配設したアウターシェ
ルとを備え、シリンダ内にはピストンでロッド側油室と
ピストン側油室とを区画し、シリンダとアウターシェル
の間にはリザーバが区画されている。そして、上記ヨー
ダンパは伸側と圧側の減衰力をピストンに設けた減衰弁
およびベースバルブで発生させ、伸・圧同一の減衰力を
発生させている。

【０００５】図４は、このヨーダンパＤを用いた鉄道車
両の懸架装置を概念的に示す平面図である。同図におい
て、ヨーダンパＤは、台車１の左右にあって該台車１と
車体２との間に斜め方向に介装されている。また、台車
１は車体２に対し例えば前後２箇所に設けられ、各台車
１は中心ピン３を中心とするヨー軸回りに旋回運動可能
に支持されている。従って、軌道４がカーブしている場
合には、車輪５がその軌道４上を走行するため、車体２
に対して、各台車１がその軌道方向に中心ピン３を中心
に旋回運動する。

【０００６】また、鉄道車両が軌道４上を真直ぐに高速
で直線走行する場合に、台車１が蛇行する場合がある
が、上記ヨーダンパＤはこの蛇行を防止するように台車
１の上記回動を規制している。そして、上記ヨーダンパ
Ｄは台車１の回動分のストロークを有して伸縮するもの
の、全ストロークで同じ減衰力を持ち、その減衰力が直
線走行時の台車１の蛇行防止のためのセッティングにな
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鉄道車両の懸架装置はヨーダンパの減衰力が、上記のよ
うに直線走行時の台車蛇行防止のための減衰力にセッテ
ィングされていることによって、鉄道車両がカーブする
軌道を走行する場合には、台車１の車体２に対する旋回
運動にとって、その減衰力が大きな抵抗となり、結果と
して台車１の円滑な旋回運動が妨げられてしまう。従っ
て、台車１がカーブする軌道上を曲線走行するとき、台
車１の下部に取り付けられた各車輪５の軌道４に対する
横圧が大きくなって、軌道４の摩耗が激しくなり、最悪
時には脱輪のおそれも拭い切れなかった。

【０００８】また、貨物車や重量物を搬送する車体を持
った鉄道車両にあっては、上記横圧が特に大きくなり、
上記軌道４の摩耗や脱輪の可能性がさらに高くなるとい
う問題があった。さらに、軌道４が上記のように大きく
カーブする場合以外でも、例えば駅やレールポイント、
あるいは信号付近などのカーブの曲率が小さい軌道で
も、上記横圧が一時的に過大となる場合がある。また、
このようにカーブする軌道４を車両がある程度早い速度
で曲線走行する場合には上記横圧がさらに大きくなり、
その結果として、脱輪のおそれがあるために、実際には
鉄道車両の速度を上げることには、自ら限界があるとい
う問題があった。なお、逆に上記ヨーダンパＤの減衰力
を下げると、台車１の軌道４に沿った曲線走行が円滑に
なるものの、前記のように高速での直線走行時に蛇行を
生じてしまうという問題が生じる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、鉄道車両の速度
および軌道のカーブや駅、レールポイント、信号などの
鉄道車両の走行位置に関する軌道情報に応じたヨーイン
グ制御を行うことにより、横圧の低減による軌道の摩耗
や脱輪の危険を未然に回避できるとともに、高速域での
直線走行時の台車の蛇行を確実に防止できる鉄道車両の
懸架装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の手段は、台車と車体との間にヨーイング制
御装置を介装してなる鉄道車両の懸架装置において、ヨ
ーイング制御装置が、台車の左右において該台車との間
に介装された一対の油圧シリンダと、これらの各油圧シ
リンダ内にピストンによって区画された第１、第２の油
室のうち、各第１の油室どうしおよび第２の油室どうし
をそれぞれ接続する第１の配管および第２の配管と、第
１の配管または第２の配管の途中に接続されて、作動油
の流れを遮断または連通する切換弁とを備え、コントロ
ーラが鉄道車両の速度および軌道情報にもとづいて、上
記切換弁を切換え制御することを特徴とするものであ
る。

【００１１】この場合、油圧シリンダのピストンには、
第１の油室と第２の油室を連通する減衰弁を設けるよう
にしてもよいし、またピストンロッドをビストンに対す
る両ロッド型に構成してもよい。

【００１２】同じく、軌道情報に、駅、レールポイン
ト、信号機などの鉄道車両の走行位置に関する情報を持
たせることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の一形態を
図について説明する。図１は本発明の鉄道車両の懸架装
置におけるヨーイング制御装置を示す要部の平面図であ
る。このヨーイング制御装置は台車１の左右であって、
この台車１と車体２との間に介装された各別の両ロッド
型油圧シリンダＹ１，Ｙ２を持つ。なお、これらの油圧
シリンダＹ１，Ｙ２は台車１の左右に対象配置されてい
る。図上では、車体２の前部側とこの車体２の前部側を
支持する台車１のみを示し、後方の台車は省略してあ
る。また、台車１は、車体２の下部にあって、上記同様
にこの台車１の中心部付近に設けられた中心ピン３に支
持されて、水平回動可能とされている。

【００１４】従って、台車１の下部に取り付けられた上
記車輪５が、カーブする軌道上に沿って矢印Ａ方向に走
行した場合には、台車１が車体２に対して上記中心ピン
３を中心とするヨー軸回りに旋回運動しながら軌道４に
沿って方向を変えながら走行移動する。

【００１５】また、各油圧シリンダＹ１，Ｙ２はシリン
ダ６１,６２と、このシリンダ６１,６２内にピストンロ
ッド７１,７２を介して移動自在に挿入されたピストン
８１,８２と、上記シリンダ６１,６２内にピストン８
１,８２によって区画された第１の油室９１,９２および
第２の油室１０１,１０２とからなる。なお、ピストン
ロッド７１,７２はピストン８１,８２の中心を貫通して
両端部が、シリンダ６１,６２の両端を塞ぐ密封部材を
貫通し、これに密にかつ摺動自在に支持されている。

【００１６】さらに、各油圧シリンダＹ１，Ｙ２のシリ
ンダ６１,６２は一端部において台車１端の左右に取付
部材１１を介して固定され、これらのシリンダ６１,６
２の固定部とは反対側に臨む各ピストンロッド７１,７
１の一端は、車体２の前部の左右に設けられた取付部材
１２に支軸１３を介しそれぞれ回動自在に支持されてい
る。また、対象配置された二つの油圧シリンダＹ１，Ｙ
２の第１の油室９１,９２どうしが第１の配管１４を介
して連通され、さらに二つの油圧シリンダＹ１，Ｙ２の
第２の油室１０１,１０２どうしが、作動油の流れを遮
断または連通するように切り換えられる切換弁１５およ
び第２の配管１６を介して連通されている。

【００１７】なお、本発明では二つの油圧シリンダＹ
１，Ｙ２の作動量、つまり各シリンダ６１,６２ に対
するピストンロッド７１,７２の移動量を均等に保っ
て、台車１の中心ピン３を中心とする旋回動をバランス
よくかつ円滑にするためには、各シリンダ６１,６２で
の伸工程および圧工程での作動油の流入量および流出量
を同一にすることが重要である。このため、各ピストン
８１,８２の受圧面積を同じにすべく、シリンダ６１,６
２の内径寸法およびピストンロッド７１,７２の外径寸
法を全長に亘って均等に設計すると共に、ピストン８
１,８２に対して、ピストンロッド７１，７２を両ロッ
ド型は構成している。このような両ロッドタイプの油圧
シリンダＹ１，Ｙ２によれば、ピストン８１,８２の受
圧面積を等しくして、伸工程および圧工程での作動油の
流量を均等化し易い。

【００１８】また、上記切換弁１５には電磁弁（ソレノ
イド弁）やスプール弁を用いることができる。電磁弁は
構成および動作がシンプルであり、応答性が良く、一
方、スプール弁はスプールをモータ等で駆動させる場合
に、そのスプールの動きをスイッチで検出することで、
機械的故障検知が容易にできる点で保安管理の上で有利
である。信頼性やコストに応じて必要なタイプのものを
選択して用いればよい。なお、この切換弁１５は、車両
が低速で曲線走行する場合に第２の配管１６を開き、直
線走行する場合には閉じるように制御される。

【００１９】図２は図１に示すヨーイング制御装置をさ
らに詳細に示す平面図であり、各シリンダ６ １,
６２内のピストン８１,８２には各油室９１,９２、１０
１,１０２間に連通して、ピストンロッド７１,７２の伸
側減衰力および圧側減衰力をそれぞれ発生する減衰弁８
ａ，８ｂが設けられている。また、１７は鉄道車両の速
度および軌道情報を入力として切換弁１５の遮断または
連通の動作切換えを制御するコントローラであり、上記
切換弁１５の連通動作速度は例えば３０Ｋｍ／ｈ以下の
値であり、軌道情報は曲線走行や駅、レールポイント、
信号などの鉄道車両の走行位置に関する情報である。な
お、速度情報の検出は車両に備え付けのスピードメータ
に供給する速度情報を利用してもよいし、その他ＧＰＳ
信号を利用した自己位置信号のズレから速度計算しても
よい。

【００２０】そして、コントローラ１７は、走行してい
る鉄道車両の速度が一定のしきい値の例えば３０Ｋｍ／
ｈで曲線走行している場合や、駅やレールポイントに進
入したような場合には、切換弁１５に遮断解除の信号を
供給して連通状態とし、一方、台車の蛇行発生速度の例
えば１００Ｋｍ／ｈでは、切換弁１５を遮断する信号を
この切換弁１５に供給して減衰弁８ａ,８ｂを有効なら
しめるように機能する。

【００２１】次に動作を説明する。いま、鉄道車両が、
設定速度の例えば３０Ｋｍ／ｈ以下の低速で、カーブす
る軌道上を曲線走行していたり、または駅やレールポイ
ントなどを通過したりすると、コントローラ１７はこれ
らの速度情報および軌道情報を受けて切換弁１５を遮断
解除状態（オン状態）に制御する。つまり、切換弁１５
が閉から開に切換えられる。

【００２２】一方、鉄道車両が矢印Ｂのように左カーブ
の曲線走行する場合には、車体２に対し台車１が中心ピ
ン３を中心に図中矢印Ｐ方向に旋回動しようとする。こ
のため、油圧シリンダＹ１におけるシリンダ６１内のピ
ストン８１は、図上で右方へ移動する。このため第２の
油室１０１の内圧が上昇し、この第２の油室１０１内の
作動油は、矢印方向に流れて第２の配管１６へと押し出
される。また、このように押し出された作動油は開状態
に切換えられた切換弁１５を介して矢印方向に流れ、も
う一方の油圧シリンダＹ２におけるシリンダ６２内の第
２の油室１０２内へ送り込まれる。

【００２３】このため、油圧シリンダＹ２側では、第２
の油室１０２の作動油の流入によりピストン８２が図上
で左方へ移動し、従って第１の油室９２の作動油が排出
される。また、この第１の油室９２内の作動油が配管１
４を通して矢印方向に流れ、油圧シリンダＹ１側の第１
の油室９１内に送り込まれる。このため、油圧シリンダ
Ｙ１におけるピストン８１の上記右方への移動によって
負圧になった分の作動油がこの油圧シリンダＹ１側の第
１の油室９１内に環流補給される。尚、右カーブの曲線
軌道を実行する場合には、以上と全く逆の作動油の流れ
となる従って、切換弁１５が開となっている場合には、
各油圧シリンダＹ１，Ｙ２の各ピストン８１,８２はシ
リンダ６１,６２内を無抵抗で移動自在となっているた
め、台車１は車体２に対して中心ピン３を中心に略自由
に旋回運動可能となり、カーブする軌道に沿って車輪５
を円滑に走らせることが可能となる。このため、車輪５
の軌道に対する横圧が大きく軽減され、車輪５および軌
道の摩耗を防止できるほか、脱輪等のおそれを確実に回
避できることとなる。つまり、切換弁１５が開となって
いる場合には、油圧シリンダＹ１，Ｙ２の抵抗力が台車
１の動きに影響するのを回避でき、鉄道車両の円滑な曲
線走行を実現できる。

【００２４】一方、鉄道車両が例えば３０Ｋｍ／ｈ以上
の速度例えば１００Ｋｍ／ｈで、略真っ直ぐの軌道を直
線走行する場合には、コントローラ１７はこれらの速度
情報および軌道情報を受けて切換弁１５を遮断状態（オ
フ状態）に制御する。鉄道車両が直線走行している場合
には、軌道の僅かなカーブや走行中の風圧を受けるなど
複雑な外力を受けることにより、台車１が蛇行運動する
場合がある。このとき台車１は車体２に対して中心ピン
を中心に回動しようとして、例えば油圧シリンダＹ１,
Ｙ２におけるピストン８１,８２がシリンダ６１,６２内
を図中左右方へ移動する方向の力を受け、この油圧シリ
ンダＹ１,Ｙ２における第２の油室１０１,１０２内の作
動油が第２の配管１６へ送り出されようとする。

【００２５】しかし、切換弁１５はコントローラ１７の
制御下で既に遮断状態にあり、その為、例えば油圧シリ
ンダＹ１の第２の油室１０１から油圧シリンダＹ２の第
１の油室１０２への作動油の流入は阻止される。同様に
して、油圧シリンダＹ２の第１の油室９１からは、第１
の配管１４および油圧シリンダＹ１の第１の油室９１へ
の作動油の流れが発生しようとするが、油圧シリンダＹ
１が油圧シリンダＹ２とともにロック状態となっている
ため、この流れも阻止される。従って、車体２に対し台
車１の動きは、各ピストン８１,８２における減衰弁８
ａ,８ｂの抵抗を受け、直線走行時の鉄道車両の蛇行が
効果的に阻止され、高速走行時の乗心地が改善できる。

【００２６】ところで、上記油圧シリンダＹ１，Ｙ２は
それぞれ伸工程および圧工程での流量が同一となるよう
にすることが必要で、上記のような両ロッドタイプ型の
ものを採用することが望ましいが、この場合にはシリン
ダとピストンロッドの取付部の設計が難しくなるため、
片ロッドタイプの油圧シリンダを採用することが考えら
れる。図３は、この片ロッドタイプのユニフロー型の油
圧シリンダＺを示す概念図である。

【００２７】この油圧シリンダＺは、シリンダ１８と、
シリンダ１８内にピストン１９を介して移動自在に挿入
したピストンロッド２０と、シリンダ１８の外側に配置
したアウターシェル２１とを備えている。また、シリン
ダ１８内にはピストン１９により第１の油室２２、第２
の油室２３を区画し、シリンダ１８とアウターシェル２
１との間にはリザーバ２４が区画されている。

【００２８】また、ピストン１９には両油室２２，２３
に連通するチェック弁２５が設けられ、シリンダ１８の
ボトムには第１の油室２２とリザーバ２４とに連通する
チェック弁２６が設けられている。さらに、シリンダ１
８のヘッド部には第２の油室２３とリザーバ２４とに連
通する減衰バルブ２７が設けられている。２８，２９は
両油室２２，２３に連通する第１の配管および第２の配
管で、これらの各配管２８，２９はもう一方のユニフロ
ー型の油圧シリンダＺのシリンダ内にピストンにより区
画された第１の油室２２と上記と同様の切換弁１５を介
した第２油室２３とにそれぞれ連通されている。

【００２９】このユニフロー型の油圧シリンダＺによっ
ても、切換弁１５の遮断解除によって、作動油の流れを
一方向にのみ制御して、シリンダ１８におけるピストン
１９の移動を円滑化でき、車体２に対する台車１の水平
回動を軌道のカーブに沿ってスムースに行わせることが
可能となる。また、鉄道車両の直線の高速走行時には切
換弁１５が作動油の流れを遮断するため、各ユニフロー
型の油圧シリンダＺの各油室２２，２３相互間での作動
油の流れが停止し、車体２に対する台車１の水平回動が
規制される。従って、鉄道車両の直線の高速走行中での
台車１の蛇行を未然に防止できる。このユニフロー型の
油圧シリンダＺを用いた場合には、シリンダ１８におけ
るピストン１９の受圧面積を同じにするために、ピスト
ンロッド２０とシリンダ１８のサイズに制約が生じる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果がある。 （１）請求項１の発明による鉄道車両の懸架装置によれ
ば、台車と車体を繋ぐ油圧シリンダを左右に一対設け、
これらの各油圧シリンダ内にピストンによって区画され
た各油室に対応するものどうしを、一つの切換弁を用い
て速度と軌道情報に応じて連通および遮断制御すること
で、速度および軌道情報に合わせて車体に対し台車を自
由旋回動またはロック可能にし、結果として低速の曲線
走行時における車輪の軌道に対する横摩擦力の低減およ
びこれによるレールや車輪等の異常摩耗の防止を図り、
一方、高速の直線走行時における台車のシミー振動の吸
収と蛇行防止を共に図ることができ、鉄道車両の乗心地
の向上および安全性を確保できる。 （２）また、請求項２の発明によれば、ピストンには、
ピストンロッドの伸方向および圧方向の減衰弁を設け両
ロッド型に構成したので、切換弁の遮断によって油圧シ
リンダが完全な油圧ロック状態になるのを防止すると共
に、振動を吸収することができ、高速の直線走行時のシ
ミーを吸収して安全走行を確保することができる。 （３）請求項３の発明によれば、軌道情報が、駅、レー
ルポイント、信号機などの鉄道車両の走行位置に関する
情報を持たせるようにしたので、このような駅、レール
ポイント、信号機付近を通過するときに台車の挙動が異
常に大きくなっても、このとき切換弁を開かせること
で、油圧シリンダの伸縮作動をスムースにでき、従っ
て、車体に対して台車にその軌道状況に応じた最適の車
体姿勢を与えることができ、従って、台車は脱輪のおそ
れもなく、車輪を軌道上にスムースに安全走行させるこ
ととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る鉄道車両の懸架装
置におけるヨーイング制御装置を概念的に示す要部の平
面図である。

【図２】図１に示すヨーイング制御装置の詳細な概念図
である。

【図３】本発明の鉄道車両の懸架装置における油圧シリ
ンダの他の形態を示す概念図である。

【図４】従来の鉄道車両の懸架装置を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１ 台車 ２ 車体 Ｙ１，Ｙ２，Ｚ 油圧シリンダ ６１、６２，１８ シリンダ ７１、７２，２０ ピストンロッド ８１、８２，１９ ピストン ８ａ，８ｂ，２７ 減衰弁 ９１、９２，２２ 第１の油室 １０１、１０２，２３ 第２の油室 １４，２８ 第１の配管 １５ 切換弁 １６，２９ 第２の配管 １７ コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台車と車体との間にヨーイング制御装置
   を介装してなる鉄道車両の懸架装置において、ヨーイン
   グ制御装置が、台車の左右において該台車と車体との間
   に介装された一対の油圧シリンダと、これらの各油圧シ
   リンダ内にピストンによって区画された第１、第２の油
   室のうち、各第１の油室どうしおよび第２の油室どうし
   をそれぞれ接続する第１の配管および第２の配管と、第
   １の配管または第２の配管の途中に設けられて、作動油
   の流れを遮断または連通する切換弁とを備え、コントロ
   ーラが鉄道車両の速度および軌道情報にもとづいて、上
   記切換弁を切換え制御することを特徴とする鉄道車両の
   懸架装置。
2. 【請求項２】 油圧シリンダのピストンには、第１の油
   室と第２の油室を連通する減衰弁が設けられていると共
   に、ピストンロッドを両ロッド型に構成したことを特徴
   とする請求項１に記載の鉄道車両の懸架装置。
3. 【請求項３】 軌道情報が、駅、レールポイント、信号
   機などの鉄道車両の走行位置に関する情報を持つことを
   特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の懸架装置。