JP2006306276A - 鉄道車両のヨーダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 脱線時の新たな事故の発生又は事故被害の拡大を防止する。
【解決手段】 前後に連結された鉄道車両１００と鉄道車両１００との間で少なくとも左右のいずれかの端部に設けられ、内部の油の移動における粘性抵抗により各車両の接離方向移動に抵抗力を付与するヨーダンパ２０と、いずれかの鉄道車両の脱線状態を検出する脱線検出手段１１Ｌ，１１Ｒとを備え、各ヨーダンパに、内部の油の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段２６，２８，３０，３２を設けると共に、脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、各ヨーダンパの規制手段を流動状態から移動規制状態に切り替える制御を行う制御手段４０を備える、という構成を採っている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヨーダンパ装置に係り、特に軌道走行を行う鉄道車両のヨーダンパ装置に関するものである。

鉄道車両においては、例えば震災や事故などの発生により、走行時に脱線を生じると、さらに大きな事故や損害の発生原因にもなりかねない。
このため、震災の対策としては、地震の震動がＰ波（初期微動、縦波）とＳ波（主要動、横波）とからなり、Ｐ波の伝達速度の方が高速であることを利用して、Ｐ波を感知すると警報を伝え、Ｓ波の到達前に例えば走行中の鉄道車両を緊急停止させる等の措置が採用されている。
しかしながら、上記対策は、地震の震源が深く或いは遠い場合には有効だが、震源が浅く或いは近い場合には、Ｐ波とＳ波の到達時間に差が生じないため、緊急の措置が間に合わないという問題があった。
また、上記対策は、震災時の対策に限定され、その他の要因によるものには対処できないという問題もあった。

このため、鉄道車両そのものに対して安全対策を実施する装置を搭載することが検討されている。例えば、その一環として、鉄道車両が軌道から脱線した場合に、軌道の一方のレール側面に当接して、それ以上の車体幅方向への移動を防止するストッパ装置を車両底面側に搭載する技術が考えられている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２５０５７６号公報

しかしながら、上記従来の技術は、下方に突出したストッパ装置がレールに係合することで鉄道車両が軌道から逸脱することは防止する構造であるため、例えば、脱線時にストッパ装置がレールを乗り越えてしまう等、ストッパ装置がうまく係合しなければその機能を果たすことができない、という不都合があった。

本発明は、脱線時の事故被害の発生を効果的に防止することをその目的とする。

請求項１記載の発明は、前後に連結された鉄道車両と鉄道車両との間で少なくとも左右のいずれかの端部近傍に設けられ、内部の粘性流体の移動における粘性抵抗により各車両の接離方向移動に抵抗力を付与するヨーダンパと、いずれかの鉄道車両の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、各ヨーダンパに、内部の粘性流体の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段を設けると共に、脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、各ヨーダンパの規制手段を流動状態から移動規制状態に切り替える制御を行う制御手段を備える、という構成を採っている。

上記構成では、通常走行時には、ヨーダンパの規制手段が粘性流体の移動可能状態にあり、車両間の左右いずれかの端部において、ヨーダンパは接離方向移動に抵抗力を付与するので、一方の鉄道車両に対する他方の鉄道車両の左右方向の振れ運動（ヨーイング）が抑制される。
そして、いずれかの鉄道車両で脱線を生じ、これが脱線検出手段により検出されると、制御手段が、規制手段を流動状態から移動規制状態に切り替える。これにより、ヨーダンパによって連結された各車両の間は接離方向移動が規制され、互いに同方向を向いた状態が維持される。
なお、ダンパに使用される粘性流体は、ダンパに一般的に使用される油かそれと同程度の粘性抵抗を示す流体であれば良い。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、ヨーダンパを左右それぞれ設ける、という構成を採っている。
かかる構成では、脱線時において、各車両の左右両側でその接離方向の移動が規制され、より強固に同方向を向いた状態が維持される。

請求項１記載の発明は、脱線時においてヨーダンパを伸縮不能に固定することにより、連結された二つの車両間の左右いずれかにおいて、接離間隔の変動が規制される。このため、車両同士が異なる方向を向いてその連結部を中心に屈曲した状態となることが防止され、軌道から大きく外れ、周囲設備、隣接車両或いは装置搭載車両自体の損壊を発生させる事態を有効に回避することが可能となる。これにより、脱線による事故被害の拡大を防止することが可能となる。
また、本発明のヨーダンパ装置は、脱線を生じない場合には、各車両間のヨーイングを抑制する機能を有し、走行安定化及び制振を図ることが可能となる。さらに、このため、鉄道車両に対してヨーイングの制振装置と脱線対策を行う装置とを搭載する場合と異なり、搭載車両の省スペース化及び軽量化を図ることが可能となる。

請求項２記載の発明は、脱線時には、連結された鉄道車両の左右両側において各ヨーダンパが各車両の間隔を固定するので、より強固に前後の車両が同方向を維持することを可能とし、軌道からの逸脱をより効果的に防止することが可能となる。

（発明の実施形態の概略）
本発明の実施形態たるヨーダンパ装置１０について図１及び図２に基づいて説明する。図１（Ａ）は本発明の実施形態であるヨーダンパ装置１０が適用された鉄道車両１００，１００の左側面図であり、図１（Ｂ）は鉄道車両１００，１００の平面図である。
ヨーダンパ装置１０は、鉄道車両１００が何らかの要因により脱線を生じた場合に、通常は各鉄道車両の前端部又は後端部における左右方向の振れの緩和に用いられる車体左右のヨーダンパ２０，２０を使用して、当該脱線による被害を最小限に押さえることを目的として搭載されるものである。
なお、以下の説明において、鉄道車両１００の前進方向を前側、その逆方向の後側、前進方向を向いて左手を左側、前進方向を向いて右手を右側、鉄道車両１００を水平面上に配置した状態での上方を上側、同状態での下方を下側として以下の説明を行うものとする。

（鉄道車両）
鉄道車両１００は、運転室や客室等が設けられる箱状の車体１１０と、当該車体１１０の下側の前後にそれぞれ設けられた台車１２０とから構成される。
車体１１０は、その下側に配置される台枠と、台枠上の左右両側に配置される左右の側構体と、台枠上の前後両端に配置される前後の妻構体と、屋根となる屋根構体とからなる六面体で構成された箱状の構造物となっている。
台車１２０は、車輪を両端部で保持する車軸を前後に並列に支持しており、その中央部に設けられた図示しない牽引装置により車体１１０の下部に連結されている。牽引装置は、車体１１０に対する台車１２０上下方向に沿った軸中心の揺動（ヨーイング）を許容し、軌道の湾曲に対応して走行することを可能としている。
そして、複数の鉄道車両１００が、前後に並んだ状態で、各車両の後端部と前端部とが図示しない連結器により連結されている。

（ヨーダンパ装置の全体構成）
図２にはヨーダンパ装置１０の制御系を示すブロックである。図１及び図２に基づいてヨーダンパ装置１０について説明する。なお、図２においてヨーダンパ２０は一つしか図示していないが、実際には、連結された複数の鉄道車両１００の間に設けられる全てのヨーダンパ２０が備える電磁弁が制御回路４０に接続されてその開閉制御が行われる。
ヨーダンパ装置１０は、前後に連結された鉄道車両１００と鉄道車両１００との間で左右に設けられた一対のヨーダンパ２０と、軌道に対する鉄道車両１００の各車輪の脱線状態を検出する脱線検出手段としての路面センサ１１Ｌ，１１Ｒと、各ヨーダンパ２０内に設けられた四つの電磁弁２６，２８，３０，３２の動作制御を行う制御手段としての制御回路４０とを備えている。

（ヨーダンパ）
上記ヨーダンパ２０は、前述したように、前後に並んだ鉄道車両１００と鉄道車両１００との間において、左右両端部にそれぞれ設けられている。つまり、図１（Ｂ）に示すように、前側の鉄道車両１００の後端部左側と後側の鉄道車両１００の前端部左側とが一方のヨーダンパ２０で連結され、前側の鉄道車両１００の後端部右側と後側の鉄道車両１００の前端部右側とが一方のヨーダンパ２０で連結されている。

各ヨーダンパ２０は、図２に示すように、一方の鉄道車両１００に連結されるシリンダー２１と、他方の鉄道車両１００に連結されるピストン２２とを備えている。そして、ピストン２２の進退移動方向を鉄道車両１００，１００の前進方向と一致させた状態で、ピストン２２を一方の鉄道車両１００に連結し、シリンダー２１を他方の鉄道車両１００に連結した状態で装備される。
シリンダー２１は、外筒部２３とその内側に設けられた内筒部２４との二重の筒状構造となっている。そして、シリンダー２１の内部は、外筒部２３と内筒部２４との間の領域（外側領域とする）と内筒部２４の内側領域とに仕切られており、内側領域には所定の粘性のある油で満たされている。

そして、内筒部２４の一端側（図２における右側）の平面部には、内側領域と外側領域とを連通する二つの流路（オリフィス）が形成されている。
さらに、一方の流路には、外側領域から内側領域に向かう方向にのみ油の移動を可能とする逆止弁２５と、当該流路について油の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段としての電磁弁２６とが設けられている。
また。他方の流路には、内側領域から外側領域に向かう方向にのみ油の移動を可能とする逆止弁２７と、当該流路について油の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段としての電磁弁２８とが設けられている。

ピストン２２は、内筒部２４の内側において当該内筒部２４の中心線方向に沿って往復移動を可能に配置されている。そして、このピストン２２は、当該ピストン２２を境界として内側領域を二つの領域（第一の内側領域と第二の内側領域とする）に分割している。
そして、ピストン２２には、その往復移動方向に沿って第一の内側領域と第二の内側領域とを連通する二つの流路（オリフィス）が形成されている。
さらに、一方の流路には、第一の内側領域から第二の内側領域に向かう方向にのみ油の移動を可能とする逆止弁２９と、当該流路について油の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段としての電磁弁３０とが設けられている。
また。他方の流路には、第二の内側領域から第一の内側領域に向かう方向にのみ油の移動を可能とする逆止弁３１と、当該流路について油の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段としての電磁弁３２とが設けられている。

上記構造により、全電磁弁２６，２８，３０，３２が開通した状態において、ヨーダンパ２０が収縮する方向、即ち、ピストン２２が前進（図２における右側）すると、逆止弁２９を通過して第一の内側領域から第二の内側領域へ油の移動が行われる。また同様に、逆止弁２７を通過して第一の内側領域から外側領域へ油の移動が行われる。
そして、このとき、各流路は細く絞られているので、油の移動には粘性抵抗を生じ、ピストン２２の前進移動に抵抗力が付与される。
また、ヨーダンパ２０が伸張する方向、即ち、ピストン２２が後退（図２における左側）すると、逆止弁３１を通過して第二の内側領域から第一の内側領域へ油の移動が行われる。また同様に、逆止弁２６を通過して外側領域から第一の内側領域へ油の移動が行われる。このときも、各流路は細く絞られているので、油の移動には粘性抵抗を生じ、ピストン２２の後退移動に抵抗力が付与される。
さらに、全電磁弁２６，２８，３０，３２が閉鎖されると、各流路における油の移動が行われないので、ピストン２２の進退移動は阻止される。
このように、全電磁弁２６，２８，３０，３２を開放させた状態では、ピストン２２の進退移動に対して油の粘性抵抗により抵抗力が付与され、この抵抗力は、内筒部２４の一端側に形成された内側領域と外側領域とを連通する二つの流路の内径と、ピストン２２に形成された第一の内側領域と第二の内側領域とを連通する二つの流路の内径とにより決定されるため、各車両１００，１００の間のヨーイング方向の制振に適した値に設定することが望ましい。

（路面センサ）
路面センサ１１Ｌ，１１Ｒは、図１に示すように、台車１２０の下側であって左右両側部にそれぞれ設けられている。かかる路面センサ１１Ｌ，１１Ｒは下方に光照射を行う光源とその反射光を受光する受光素子とからなり、発光と受光の時間差から道床までの距離を検出することを可能とするものである。
つまり、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒからの出力により、制御回路４０は、台車１２０の下面から道床までの距離を算出し、その距離が通常走行時における距離よりも過剰に接近しているか否かによって脱線による台車１２０の傾斜やレールからの脱落の有無の判断を行うようになっている。

（制御回路）
制御回路４０は、所定の制御プログラムや基本データを記憶するメモリと演算処理を実行する演算装置と各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒを接続するＡ／Ｄ変換器と、各電磁弁２６，２８，３０，３２を駆動させる駆動回路とを備えている。

そして、制御回路４０は、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒの検出出力から台車１２０の左右端部のいずれか一方或いは双方の高さが予め記憶された規定値を下回るか否かを判定し、下回る場合には脱線を生じていると判断を行う。

さらに、制御回路４０は、脱線状態を検出しないときには、各電磁弁２６，２８，３０，３２を開放状態に切り替える制御を実行し、脱線状態を検出したときには、各電磁弁２６，２８，３０，３２を遮断状態に切り替える制御を実行する。

（鉄道車両とヨーダンパ装置の動作説明）
前述した図１，２に基づいてヨーダンパ装置１０の動作説明を行う。
まず、制御回路４０は、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒによる検出距離がいずれも適正な値を示している場合には、各電磁弁２６，２８，３０，３２を開放状態に切り替える。
これにより、各ヨーダンパ２０のピストン２２はシリンダー２１に対してその進退移動を行う際に、内部の油の流動における粘性抵抗による抵抗力が付与される。その結果、連結された一方の鉄道車両１００と他方の鉄道車両１００の間における左右それぞれの端部で接離方向における移動に抵抗力が付与されて当該移動が緩慢となるため、一方の鉄道車両１００に対する他方の鉄道車両１００のヨーイング方向において制振効果が付与される。

一方、いずれか一方或いは双方の路面センサ１１Ｌ，１１Ｒの検出距離が過剰に近接状態を示す場合には脱線の発生と判断され、制御回路４０は、各電磁弁２６，２８，３０，３２を遮断状態に切り替える。これにより、各ヨーダンパ２０の内部では油の移動が不能となるためピストン２２の進退移動が制止される。その結果、連結された一方の鉄道車両１００と他方の鉄道車両１００の間における左右それぞれの端部での間の距離が固定され、一方の鉄道車両１００に対する他方の鉄道車両１００のヨーイングが阻止される。

（ヨーダンパ装置の効果）
上記ヨーダンパ装置１０では、上述の通り、脱線時において各ヨーダンパ２０を伸縮不能に固定することにより、連結された二つの鉄道車両１００間の左右両端部において、接離間隔の変動が規制される。このため、脱線時に、一方の鉄道車両１００に対して他方の鉄道車両１００が屈曲し、一方或いは双方の鉄道車両１００が軌道から大きく外れ、周囲設備、隣接車両或いは装置搭載車両自体の損壊を発生させる事態を有効に回避することが可能となる。これにより、脱線による事故被害の拡大を防止することが可能となる。
また、上記ヨーダンパ装置１０は、脱線を生じていない通常走行時には、各鉄道車両１００の間のヨーイングによる振動を抑制し、走行安定化及び制振を図ることが可能となる。このため、鉄道車両１００に対してヨーイングの制振装置と脱線対策を行う装置とを搭載する場合と異なり、搭載車両の省スペース化及び軽量化を図ることが可能となる。

（その他）
ヨーダンパ２０は、上記構造に限らず、内部流体の強制的な流動により、抵抗力を発生されるいかなる構造のものを使用しても良い。また、内部の流体も油に限らず、同程度の粘性抵抗を有するものであれば良い。

上記ヨーダンパ装置１０では、脱線検出手段として、台車１２０の左右に設けた測距を行う路面センサ１１Ｌ，１１Ｒを採用したが、脱線の発生による台車１２０のいずれかの部位の道床への接近や過剰な振動、衝撃を検出可能なあらゆる手段を使用しても良い。例えば、脱線の発生による台車１２０の道床への接近によって押圧されて通電されるリミットスイッチやこれに類するものでも良いし、振動や衝撃を検出する加速度センサ等を使用しても良い。

上記ヨーダンパ装置１０では、複数車両１００に対して一組の路面センサ１１Ｌ，１１Ｒのみを使用する場合を例示したが、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒについては、複数箇所に設けても良い。その場合、制御回路４０は、いずれか一つの路面センサ１１Ｌ（１１Ｒ）について脱線発生と判断された場合に、全ての各電磁弁２６，２８，３０，３２を遮断する動作制御を行うことが望ましい。
また、制御回路４０は、デジタル回路とアナログ回路のいずれで構成しても良い。

また、ヨーダンパ装置１０は、当然のことながら、地震対策に限定的に使用されるものではないが、前述した地震予知システム或いはその他の地震予知システムと組み合わせて使用しても良い。
つまり、地震の発生の報知を受けると鉄道車両１００の走行を停止させる緊急停止システムを搭載し、地震の発生時には上記システムにより緊急停止を図り、万が一その緊急停止が間に合わず、脱線を生じた場合には、ヨーダンパ装置１０により、鉄道車両１００間での屈曲を防止し、軌道から大きく逸脱することを防止させる構成としても良い。かかる構成によれば、地震による脱線の被害の拡大を防止することが可能となる。

さらにまた、ヨーダンパ装置１０を搭載した鉄道車両１００には、先行技術として開示した脱線防止用のストッパ或いはこれと同等にレールとの係合により車体幅方向の車両の逸脱を防止するストッパを台車に設けても良い。これにより、ヨーダンパ２０が各車両の姿勢を維持する効果によって、ストッパがレールに係合した状態を効果的に維持し、相補的且つ効果的に、鉄道車両１００のレールからの逸脱防止を図ることが可能となる。

また、軌道の走行用の本線レール近傍に、安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードが併設されているような区間においては、鉄道車両１００に搭載されたヨーダンパ装置１０はより効果的にその機能を発揮する。
上記安全レールとは、脱線した鉄道車両１００が軌道から大きく飛び出して大事故になるのを防止するために，脱線した車輪を誘導するように本線レールの内側または外側に沿って設けられたレールをいう。橋梁上や高所などに設けられる。脱線防止レールは脱線そのものを防止するために設けられているが、これとは機能的に異なり、安全レールは本線レールとの間隔も大きく設置される。
また、上記脱線防止ガードとは、断面がＬ字形をした鋼鉄製のガードであり、機能的には脱線防止レールと同じように、脱線防止に用いられているが、軽くて作業がしやすいのでこちらの方が一般的である。
上述のような安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードが設けられた軌道を走行する鉄道車両１００にヨーダンパ装置１０を搭載することにより、各鉄道車両１００の屈曲を防止して姿勢を維持する作用が、車両を安全に誘導する安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードの作用を補い、より効果的に脱線を防止し或いは脱線時の事故被害を低減させることが可能となる。

図１（Ａ）は本発明の実施形態であるヨーダンパ装置が適用された二つの鉄道車両の左側面図であり、図１（Ｂ）は各鉄道車両の平面図である。 ヨーダンパ装置の制御系を示すブロックである。

符号の説明

１０ ヨーダンパ装置
１１Ｌ，１１Ｒ 路面センサ（脱線検出手段）
２０ ヨーダンパ
２６，２８，３０，３２ 電磁弁（規制手段）
４０ 制御回路（制御手段）
１００ 鉄道車両
１１０ 車体
１２０ 台車

Claims (2)

1. 前後に連結された鉄道車両と鉄道車両との間で少なくとも左右のいずれかの端部近傍に設けられ、内部の粘性流体の移動における粘性抵抗により各車両の接離方向移動に抵抗力を付与するヨーダンパと、
   いずれかの前記鉄道車両の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、
   前記各ヨーダンパに、前記内部の粘性流体の移動可能状態と移動規制状態とを切り替え可能とする規制手段を設けると共に、
   前記脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、前記各ヨーダンパの規制手段を流動状態から移動規制状態に切り替える制御を行う制御手段を備えることを特徴とする鉄道車両のヨーダンパ装置。
2. 前記ヨーダンパは、左右にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両のヨーダンパ装置。

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