JP2005238858A - 鉄道車両のアンチローリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲線路走行時、車体傾斜制御とアンチローリング作用を両立させること。
【解決手段】 車体１２の傾斜検知に基づき、台車１１上に設けた空気ばね１３に空気を給排することで、台車１１上に支持した車体１２の傾斜制御を行う鉄道車両に付加されるアンチローリング装置１である。台車１１或いは車体１２のいずれか一方に、車幅方向に回転が自在なように支持されるトーションバー２を、内外二重構造となす。外側のトーションパイプ２ｂに対して内側のトーションバー２ａを、所定の角度のみ単独捩れが可能で、所定の角度単独で捩れた後はトーションパイプ２ｂと一体となって捩れるようにし、その剛性を、捩り初期と捩り後期の二段階に変化可能となす。
【効果】 車体傾斜制御とアンチローリング作用の両者が車両に及ぶようになり、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車両において、直線路を通過する際の乗り心地向上のみならず、曲線路での走行速度の更なる向上と、その向上した走行速度で曲線路を通過する際の乗り心地向上が可能な鉄道車両のアンチローリング装置に関するものである。

鉄道車両が曲線路を通過する際に、高速での通過とその際の乗客の乗り心地の悪化防止を図るため、軌道の曲線部分にはカントが施され、遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するようになされている。

この曲線路での走行速度を向上するには、カント量を大きくすれば良いが、カント量を大きくし過ぎると、低速で走行した場合や停車した場合に、車体の傾きが大きくなって乗客に不快感を与えると共に、車両が曲線路の内軌側に転倒する危険性がある。従って、安全上、カント量には上限が設定されている。

ところで、車両が、軌道に施されたカント量から算出される均衡速度を超えた速度で走行すると、車両（特に車体）にはカントで相殺できない超過遠心力が発生し、乗り心地を悪くすると共に脱線の危険性も生じる。

そこで、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、曲線路での更なる高速走行を可能とする為に、種々の車体傾斜制御装置が採用されている。この車体傾斜制御装置は、超過遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するように車体を強制的に傾斜させるもので、その一例を図７に示す。

図７に示したものは、台車２１上の幅方向左右側に対をなして設けられた空気ばね２３に給排するエアーを制御することで車体２２を傾斜させるものである。このような車体傾斜制御において、車体２２のローリング振動を抑制するためのアンチローリング装置を両立した例はない。なお、図７中の２１ａは軸ばね、２１ｂは軸箱、２１ｃは輪軸、２１ｄは台車枠で、これらで台車２１が構成されている。
特開平１１−３４８６８号公報

前記均衡速度を超えた速度で曲線路を走行すると、車両（特に車体）にはカントで相殺できない超過遠心力が発生し、図８（ａ）に示したように、車体２２が台車２１に対する中立位置（実線で示した状態）から外軌側に傾く（破線で示した状態）ことは前述の通りである。

この外軌側への車体傾斜に対して、車体傾斜制御装置が働き、遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するよう、外軌側に位置する空気ばね２３には給気する一方、内軌側に位置する空気ばね２３は排気することで、図８（ｂ）に実線で示したように、車体２２を内軌側に傾ける。

しかしながら、車体傾斜制御装置にアンチローリング装置を付加した場合、前記車体傾斜制御に際し、図８（ｃ）において破線で示した外軌側に車体２２が傾いた位置から、実線で示した中立位置までは、車体傾斜制御とアンチローリング装置は同じ方向（白抜き矢印で示した方向）に作用するが、車体傾斜制御が、想像線で示したように、前記中立位置を越えた場合、アンチローリング装置は車体２２を中立位置に戻そうとして車体傾斜制御と逆方向（黒塗り矢印で示した方向）に作用する。

このアンチローリング装置として、従来は、図９に示したような、単一のトーションバー２４が採用されていたので、その捩り剛性は当然に、図１０に示したような線形剛性を有する。従って、車体のロール変位が小さい領域から車体傾斜制御に支障が生じていた。

前述の理由から、実際には、空気ばねを用いた車体傾斜制御においても、アンチローリング作用を併用することはなかった。

本発明が解決しようとする問題点は、曲線路走行時において、空気ばねを用いた車体傾斜制御と、アンチローリング作用を両立させることができないという点である。

本発明の鉄道車両のアンチローリング装置は、
曲線路走行時において、走行速度を向上し、その向上した走行速度での乗り心地を向上するために、空気ばねを用いた車体傾斜と、直線路及び曲線路を通過する際の乗り心地を向上するアンチローリング装置の両立を可能とするため、
台車或いは車体のいずれか一方に、車幅方向に回転が自在なように支持されるトーションバーの剛性を、捩り初期と捩り後期の二段階に変化可能なように構成したこと
或いは、
アンチローリング装置のＯＮ／ＯＦＦ切換え機構を設けたことを最も主要な特徴としている。

このうち前者のアンチローリング装置においては、トーションバーの剛性を、捩り初期と捩り後期の二段階に変化可能とする構成は特に限定されるものではないが、例えば前記トーションバーを内外二重構造となし、外側のトーションパイプに対して内側のトーションバーを、所定の角度のみ単独捩れが可能で、所定の角度単独で捩れた後はトーションパイプと一体となって捩れるように構成することで実現できる。

この前者のアンチローリング装置においては、曲線路走行時における車体傾斜制御時に、車体傾斜制御と逆方向に働くアンチローリング作用を緩和できれば良いため、前記内側のトーションバーが単独で捩れる角度は、台車に対する車体の最大傾斜角度に相当する角度以下、すなわち、車体の最大傾斜制御角度、例えば２°にオーバーシュート分を考慮し、その１．２倍に相当する角度以下であることが望ましい。

また、後者のアンチローリング装置におけるＯＮ／ＯＦＦ切換え機構としては、
前記台車或いは車体のいずれか一方に、回転が自在なように車幅方向に支持されるトーションバーの途中にクラッチを介在させ、アンチローリング作用のＯＮ／ＯＦＦ切換えが可能なように構成したもの、
或いは、
リンクと直列に組み込まれ、大減衰力発生時と、減衰力がほぼ０になる２段階に切換え可能なダンパを介して、前記台車或いは車体のいずれか一方に、回転が自在なように車幅方向に支持されるトーションバーを、前記車体或いは台車に取り付けたものが望ましい。

この後者の本発明の鉄道車両のアンチローリング装置において、クラッチの構成は特に限定されるものではないが、例えばアンチローリング作用のＯＮ／ＯＦＦ切換えを電気的に行えるものが考えられる。

また、同様にダンパの構成も、大減衰力発生時と、減衰力がほぼ０になる２段階に切換え可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えばダンパ内に設けるオリフィスの開度を全開状態と最小状態の２段階に切り替え可能に構成したもの等を採用すれば良い。

前者の本発明は、トーションバーを、例えば内外二重構造となし、外側のトーションパイプに対して剛性の弱い内側のトーションバーを、車体傾斜角度以下の所定の角度のみ単独捩れが可能となしたので、曲線路走行時における車体傾斜制御時には、内側のトーションバーのみによる弱いアンチローリング作用が働き、車体傾斜制御に対する支障を最小限に抑えることができる。

そして、例えば最大車体傾斜角度を超えた車体傾斜に対しては、内側のトーションバーは外側のトーションパイプと一体となって捩れるので、強いアンチローリング作用が働き、強力な傾斜抑制機能を発揮する。

また、後者の本発明は、例えばトーションバーの途中にクラッチを介在させ、アンチローリング作用のＯＮ／ＯＦＦ切換えを可能に構成するか、或いは、大減衰力発生時と、減衰力がほぼ０になる２段階に切換え可能なダンパを介してトーションバーを取り付けるので、曲線路走行時における車体傾斜制御時において、クラッチをＯＦＦに切り換えるか、或いは、ダンパの減衰率をほぼ０にすることで、アンチローリング装置が支障を及ぼすことを可及的に防止できるようになる。

すなわち、本発明のアンチローリング装置を備えた鉄道車両では、車体傾斜制御とアンチローリング作用の両者が車両に及ぶようになって、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成することができるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
図１〜図３は前者の本発明のアンチローリング装置を説明する図、図４〜図６は後者の本発明のアンチローリング装置を説明する図である。

図１〜図３において、１は、車体２２の傾斜検知に基づき、空気ばねに空気を給排して車体２２の傾斜制御を行う鉄道車両に付加される前者の本発明のアンチローリング装置であり、車体２２のローリングを防止するためのものである。本発明のアンチローリング装置１を構成するトーションバー２は、ブラケット３により車体２２（或いは台車）に回転が自在なように取り付けられ、リンク４とロッド５を介して台車２１（或いは車体）に連結される。

前者の本発明のアンチローリング装置１では、そのトーションバー２を、例えば図２（ａ）〜（ｄ）に示したように、従来の単一のトーションバー２４よりも剛性の弱い、内側に位置するトーションバー２ａと、このトーションバー２ａの外側に取り付けられるトーションパイプ２ｂの内外二重構造となしている。

このトーションバー２ａとトーションパイプ２ｂは、例えば図２（ｄ）に示したように、その両端部で滑り接触により同軸芯となるように保持され、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、外側のトーションパイプ２ｂに対して内側のトーションバー２ａが、所定角度α（例えば±１２．５°）だけ単独で捩れるように構成している（図３における傾きの小さい実線部分）。

この内側のトーションバー２ａが単独で捩れる角度αは、空気ばねへの空気の給排により、台車２１に対して車体２２が最大限傾斜した場合のトーションバー２ａの捩れ角度に相当する角度であり、同じ最大傾斜角度であっても、トーションバー２ａの長さ等によって異なる値となることは言うまでもない。

前者の本発明では、前記所定角度αだけ単独で捩れて、図２（ｂ）又は図２（ｃ）に示す状態となった後は、外側のトーションパイプ２ｂと一体となって捩れる（図２における傾きの大きい実線部分）。

図１及び図２に示す実施例では、トーションバー２とセレーションによって一体化されたリンク４の内側にストッパ６を突出状に取付ける一方、トーションパイプ２ｂの両端には前記ストッパ６の反リンク側を上下方向に隙間を存して挿入させる切欠き溝２ｂａを形成することで、前述の二段階の捩れを実現している。

このような構成の前者の本発明のアンチローリング装置１では、曲線路を走行する際の車体傾斜制御時には、内側のトーションバー２ａのみによる弱いアンチローリング作用が働き、車体傾斜制御に対する支障を最小限に抑えることができる。

そして、例えば最大車体傾斜角度を超えた車体傾斜に対しては、内側のトーションバー２ａは外側のトーションパイプ２ｂと一体となって捩れるので、従来の単一のトーションバー２４よりも強いアンチローリング作用が働き、強力な傾斜抑制機能が発揮できる。

すなわち、前者の本発明のアンチローリング装置を備えた鉄道車両では、曲線路の走行時であっても、車体傾斜制御とアンチローリング作用が共に車両に及ぶので、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成することができるようになる。

図４〜図６において、１１は、前者の本発明のアンチローリング装置１と同様の作用を奏する後者の本発明のアンチローリング装置であって、アンチローリング装置のＯＮ／ＯＦＦ切換え機構を設けた構成である。後者の本発明のアンチローリング装置１１を構成するトーションバー１２は、ブラケット１３により車体２２（或いは台車）に回転が自在なように取り付けられ、セレーションによって一体化されたリンク１４と、このリンク１４に対して回転が自在なように取り付けられたロッド１５を介して台車２１（或いは車体）に連結される。

図４に示す後者の第１の本発明のアンチローリング装置１１では、前記トーションバー１２の例えば中央部に、ＯＮ／ＯＦＦ切換え機構であるクラッチ１６を介在させ、電気的にＯＮとＯＦＦを切り換えることができるように構成している。

このような、構成を採用することで、通常走行時はクラッチ６をＯＮ状態となして図６（ａ）に示した特性を有するようにしておけば、車体２２が傾斜した場合にはアンチローリング装置１１によってその傾斜を復元させることができる。

一方、曲線路走行時には、空気ばね２３への給排気による車体傾斜制御時に、クラッチ１６をＯＦＦ状態に切り換えて図６（ｂ）に実線で示した特性を有するようにしておけば、アンチローリング装置１１が前記車体傾斜制御を邪魔するように干渉することがなくなる。

図５は後者の第２の本発明のアンチローリング装置を説明する図であり、（ａ）は正面方向から見た図、（ｂ）の平面方向から見た図である。
この図５に示した例では、アンチローリング作用のＯＮ／ＯＦＦ切り換えを、リンクと直列に組み込まれる前記ロッド１５を、例えば大減衰力発生時と、減衰力がほぼ０になる２段階に切換え可能なダンパ１７に取り替えることにより行うものである。

このような、構成を採用することで、通常走行時は、例えばダンパ１７内に設けられたオリフィスを最小開度に切り換え、図６（ａ）に示したような減衰力が大きい特性を有するようにしておけば、車体２２が傾斜した場合にはアンチローリング装置１１によってその傾斜を復元させることができる。

一方、曲線路走行時は、空気ばね２３への給排気による車体傾斜制御時に、オリフィスの開度を全開に切り換え、図６（ｂ）に破線で示したような減衰力がほぼ０になるような特性を有するようにしておけば、アンチローリング装置１１が前記車体傾斜制御を邪魔するように干渉することを防止できる。

以上のような構成の後者の本発明のアンチローリング装置１１では、曲線路を走行する際の車体傾斜制御においては、トーションバー１２によるアンチローリング作用が全く働かないか、或いは、可及的に小さくなるようにできるので、車体傾斜制御に対する支障を最小限に抑えることができる。

すなわち、後者の本発明のアンチローリング装置を備えた鉄道車両では、直線走行などの通常走行時や曲線路走行時の内の車体傾斜制御を実施しない時は、アンチローリング装置を働かせるので、車体傾斜制御とアンチローリング作用が共に車両に及ぶことになって、走行速度の更なる向上と、乗り心地の向上の両者を共に達成することができるようになる。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。例えば、図２に示した、ストッパ６とトーションパイプ２ｂの切欠き溝２ｂａとの隙間に、ゴムなどの弾性体を介在させ、ストッパ６が切欠き溝２ｂａの中央に常に位置するようにするなどの設計変更も任意である。

本発明のアンチローリング装置は、空気ばねへの空気の給排によって車体傾斜制御を行う鉄道車両だけでなく、あらゆる形式の鉄道車両にも適用できる。

前者の本発明のアンチローリング装置を説明する図であり、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向から見た概略図、（ｄ）はトーションバーの端部の説明図である。 前者の本発明のアンチローリング装置における車体のロール変位と車体傾斜復元力との関係を表した図である。 後者の第１の本発明のアンチローリング装置を説明する図であり、（ａ）は平面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図である。 後者の第２の本発明のアンチローリング装置を説明する図であり、（ａ）は正面方向から見た図、（ｂ）の平面方向から見た図である。 後者の本発明のアンチローリング装置における車体のロール変位と車体傾斜復元力との関係を表した図で、（ａ）は通常走行時、（ｂ）は車体傾斜制御時を示した図である。 車体傾斜制御装置の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は曲線路走行時における車体傾斜とアンチローリング作用について順を追って説明する図である。 従来のトーションバーを説明する図である。 従来のアンチローリング装置における車体のロール変位と車体傾斜復元力との関係を表した図である。

符号の説明

１ アンチローリング装置
２ トーションバー
２ａ トーションバー
２ｂ トーションパイプ
２ｂａ 切欠き溝
６ ストッパ
１１ アンチローリング装置
１２ トーションバー
１６ クラッチ
１７ ダンパ
２１ 台車
２２ 車体
２３ 空気ばね

Claims (6)

1. 車体の傾斜検知に基づき、台車上に設けた対をなす空気ばねに空気を給排することで、台車上に支持した車体の傾斜制御を行う鉄道車両に付加されるアンチローリング装置において、
   前記台車或いは車体のいずれか一方に、車幅方向に回転が自在なように支持されるトーションバーの剛性を、捩り初期と捩り後期の二段階に変化可能なように構成したことを特徴とする鉄道車両のアンチローリング装置。
2. 前記捩り初期と捩り後期の二段階に変化可能なようになす構成が、
   トーションバーを、内外二重構造となし、外側のトーションパイプに対して内側のトーションバーを、所定の角度のみ単独捩れが可能で、所定の角度単独で捩れた後はトーションパイプと一体となって捩れる構成であることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両のアンチローリング装置。
3. 前記内側のトーションバーが単独で捩れる角度は、台車に対する車体の最大傾斜角度に相当する角度以下であることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両のアンチローリング装置。
4. 車体の傾斜検知に基づき、台車上に設けた対をなす空気ばねに空気を給排することで、台車上に支持した車体の傾斜制御を行う鉄道車両に付加されるアンチローリング装置において、
   前記アンチローリング装置のＯＮ／ＯＦＦ切換え機構を設けたことを特徴とする鉄道車両のアンチローリング装置。
5. 前記ＯＮ／ＯＦＦ切換え機構は、
   前記台車或いは車体のいずれか一方に、回転が自在なように車幅方向に支持されるトーションバーの途中にクラッチを介在させ、アンチローリング作用のＯＮ／ＯＦＦ切換えが可能なように構成したものであることを特徴とする請求項４記載の鉄道車両のアンチローリング装置。
6. 前記ＯＮ／ＯＦＦ切換え機構は、
   リンクと直列に組み込まれ、大減衰力発生時と、減衰力がほぼ０になる２段階に切換え可能なダンパを介して、前記台車或いは車体のいずれか一方に、回転が自在なように車幅方向に支持されるトーションバーを、前記車体或いは台車に取り付けたものであることを特徴とする請求項４記載の鉄道車両のアンチローリング装置。
   

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