JP2010167835A - 軸箱支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆操舵の指令が入力された場合であっても横圧の増加を抑制し、安定した曲線通過性能を実現することが可能な軸箱支持装置を提供することを目的とする。
【解決手段】連結手段６０を、軸箱側部材７０と、軸箱側部材７０に対して車両の進行方向に相対変位可能に接続された台車側部材８０と、軸箱側部材７０と台車側部材側８０とを接近させる圧縮力を発生する戻しバネ１００と、軸箱側部材７０と台車側部材８０とを離間させる伸張力を発生する空気バネ１１０と、車両の曲線走行時に空気バネ１１０に所定の内圧を供給して空気バネ１１０の伸張力Ｆ_ｐを増大する空気バネ制御手段とから構成し、空気バネ制御手段が空気バネ１１０に供給する内圧を制限するようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の車体を支持してレール上を走行する鉄道車両用台車の軸箱支持装置に関する。

鉄道車両が曲線を通過する場合、外軌側車輪においては車輪直径の大きな部分がレール上を接触回転するとともに内軌側車輪においては車輪直径の小さな部分がレール上を接触回転し、この車輪直径差によって外軌と内軌とのレール長短差を補っている。
ところが、このような曲線走行時においては車輪の転走方向が曲線の接触方向と一致しておらず、このため車輪フランジとレールの車輪フランジ接触面との間にはアタックアングルと称する角度が生じ、これに起因する応力と車両の遠心力のため車輪とレール間には横圧が発生する。

上記のような横圧が生じるとレールが押し広げられたり磨耗の進行が早まることでメンテナンスコストが増大し、さらに車輪とレール間のキシミ音が発生するという問題が生じる。また、この横圧は曲線走行時の速度が大きいほど顕著となる一方、目的地までの到達時間短縮のためには曲線走行速度の向上が望まれている。

これに対応すべく、特許文献１には、車両に搭載された制御装置によって制御されるシリンダー等の移動装置が軸箱を車両進行方向前方あるいは後方に移動させる鉄道車両用車輪操舵装置が提案されている。
この装置においては、車両の曲線走行時に、外軌側の軸箱の移動装置には前輪‐後輪間の距離を伸張させる操舵指令が入力され、内軌側の軸箱の移動装置には前輪‐後輪間の距離を短縮させる操舵指令が入力される。これによって車輪の転向方向が曲線の接線方向に接近して横圧の低減を図ることができる。

また、特許文献２には、軸箱側に連結される軸箱側部材と台車側に連結される台車側部材とを車両進行方向に相対変位可能に接続して連結手段を構成するとともに、軸箱側部材と台車側部材との距離を短縮する方向に付勢する戻しバネ及び伸張する方向に付勢する空気バネとを設け、さらに、車両の曲線通過時に空気バネの内圧を増大する制御手段を設けた軸箱支持装置が提案されている。
この軸箱支持装置によれば、車両の直線走行時においては戻しバネにより軸箱側部材と台車側部材とが接近して引張荷重に対する剛性が増大し、走行安定性の向上が図られる。また、車両の曲線走行時においては外軌側の空気バネの内圧を増大させる操舵指令が制御手段より入力されることで、軸箱側部材と台車側部材との距離が離間して輪軸の操舵を行うことができる。さらにこの際、連結手段の剛性が低下することで該連結手段がより伸張し易くなるため、輪軸の操舵を一層円滑に行うことができ、曲線通過性能を向上させることが可能となる。

特開平１−１３２４６３号公報 特開２００８−２４７１７３号公報

ところで、上記従来の技術においては、制御装置による右曲がりもしくは左曲がりのいずれかの操舵指令によって、これら操舵指令に対応した曲がり方向への曲線通過性能が向上させられる。しかしながら、万一、逆操舵の指令が入力された場合、即ち、右曲がりにもかかわらず左曲がりの操舵指令がなされ、もしくは左曲がりにもかかわらず右曲がりの操舵指令がなされた場合、アタックアングルが大きくなり横圧が増加してしまうという問題がある。

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、逆操舵の指令が入力された場合であっても横圧の増加を抑制し、安定した曲線通過性能を実現することが可能な軸箱支持装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る軸箱支持装置は、鉄道車両用台車の前輪及び後輪の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向に沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対してそれぞれ支持する軸箱支持装置であって、前記連結手段は、前記軸箱に取り付けられる軸箱側部材と、前記台車枠に取り付けられ、前記軸箱側部材に対して前記車両の進行方向に相対変位可能に接続された台車側部材と、前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、これら軸箱側部材と台車側部材とを接近させる圧縮力Ｆ_ｓを発生する戻しバネと、前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、供給される内圧に応じてこれら軸箱側部材と台車側部材とを離間させる伸張力Ｆ_ｐを発生する空気バネと、前記車両の曲線走行時に、少なくとも外軌側の前記空気バネに所定の内圧を供給して該空気バネの伸張力Ｆ_ｐを増大する空気バネ制御手段とを備え、該空気バネ制御手段が、内軌側を走行する前輪がレールから受ける車両進行方向に沿った外力Ｆ_inに対して、

の関係が成り立つように、前輪側における外軌側及び内軌側のそれぞれの前記空気バネに供給する前記内圧を制限することを特徴とする。

曲線走行時の際には、外軌側の前輪に対して、車両進行方向前方へ向かっての外力Ｆ_ｏｕｔ、即ち、前輪を台車側部材から離間させる方向への外力Ｆ_ｏｕｔがレールから与えられる。一方、内軌側の前輪に対しては、車両進行方向後方へ向かっての外力Ｆ_in、即ち、前輪を台車側部材に接近させる外力Ｆ_inがレールから与えられる。
本発明の支軸箱支持装置においては、前輪側における外軌側及び内軌側のそれぞれの空気バネの伸張力Ｆ_ｐが、戻しバネによる圧縮力Ｆ_ｓと内軌側の前輪がレールから受ける外力Ｆ_inとの和以下となるように、それぞれの空気バネに供給される内圧が制限されることから、逆操舵の指令が入力された場合であっても前輪側の連結手段が上記圧縮力に逆らって伸張することはない。よって、逆操舵の場合における横圧の発生を防止することができる。

また、本発明に係る軸箱支持装置においては、前記空気バネによる伸張力Ｆ_ｐが後輪側に比べて前輪側において小さくなるように前記空気バネ制御手段が前記空気バネに内圧を供給することを特徴とする。

車両の曲線走行時においては、上述のように、外軌側の前輪には車両進行方向前方へ向かっての外力Ｆ_ｏｕｔが与えられる。よって、外軌側の前輪においては空気バネによる伸張力Ｆ_ｐが小さくとも上記外力Ｆ_ｏｕｔのサポートを受けることにより容易に伸張してアタックアングルを小さくすることができる。
これを踏まえて、本発明の軸箱支持装置においては、前輪側の空気バネによる伸張力Ｆ_ｐが後輪側に比べて小さくされていることから、その分だけ供給する内圧を低減させてエネルギーの効率化を図ることができる。

本発明に係る軸箱支持装置によれば、空気バネに供給される内圧を一定量以下に制限することにより、逆操舵の指令が入力された場合であっても連結部が伸張することがない。したがって、逆操舵の場合であっても横圧の増加を抑制し、安定した曲線通過性能を実現することが可能となる。

実施形態に係る軸箱支持装置を備えた鉄道車両用台車の側面図である。 実施形態に係る軸箱支持装置の側断面図である。 曲線走行時の際にレールより各車輪に与えられる外力を説明する平面図である。 軸箱支持装置の動作を説明する側断面図である。 空気バネ制御装置の動作のフローチャートである。 外軌側前輪及び内軌側前輪を操舵する場合における（ａ）空気バネに供給される内圧、（ｂ）連結手段の伸び、（ｃ）横圧である。 外軌側前輪及び外軌側後輪を操舵する場合における（ａ）空気バネに供給される内圧、（ｂ）連結手段の伸び、（ｃ）横圧である。

以下、本発明に係る軸箱支持装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係る軸箱支持装置を備えた鉄道車両用台車の側面図、図２は実施形態に係る軸箱支持装置の側断面図である。
なお、以下の説明では、通常の鉄道車両技術と同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直交する方向を左右方向（車幅方向）、軌道面に垂直な鉛直方向を上下方向と称する。

図１に示すように、台車１は、台車枠１０と、台車空気バネ２０と、輪軸３０と、軸箱４０と、軸箱支持装置５０とから概略構成されている。

台車枠１０は、台車１のベースとなる構造部材であって、左右一対の側ばり、これら側ばりを中央に接続する横ばり等から構成されている。該台車枠１０上には、台車空気バネ２０及び牽引装置等の車体支持装置を介して車体（図示省略）が取り付けられる。

台車空気バネ２０は、上記台車枠１０と車体との間に設けられて該車体を弾性支持するものである。この台車空気バネ２０は、台車１の左右に例えば一対が設けられ、台車枠１０の左右の側ばりの上部にそれぞれ固定支持されている。

輪軸３０は、略円盤状をなす２枚の車輪３１を車軸３２に圧入して組み立てたものであって、台車１の前部及び後部に互いに車軸３２が平行となるように一対が設けられている。
また、軸箱４０は、輪軸３０の車軸３２の両端部にそれぞれ設けられて該輪軸３０を回動可能に支持するものであって、車軸３２をその軸線回りに回転可能に支持する軸受、該軸受を収容する軸箱体、及び潤滑装置等を備えて構成されている。

軸箱支持装置５０は、軸箱４０を台車枠１０に対して位置決めして弾性支持する装置である。この軸箱支持装置５０は、軸バネ５１、ダンパ５２及び連結手段６０を備えており、本実施形態においては連結手段６０としてモノリンク式のものが採用されている。

軸バネ５１は、軸箱４０の上部と台車枠１０の下部とにわたって設けられており、上下方向の荷重を支持している。
また、ダンパ５２は、軸箱４０の側部と台車枠１０との間に設けられており、軸箱４０が台車枠１０に対して上下方向に変位した際に減衰力を発生させて振動を低減させるものである。

そして、連結手段６０は、台車枠１０と軸箱４０との間に前後方向に沿って設けられており、これら台車枠１０及び軸箱４０に対して両端部がそれぞれピン継手によって揺動可能に接続されている。上記台車枠１０における連結手段６０との接続部１１は、軸箱４０に対して台車枠１０の前後方向における略中央部よりの位置に配置されている。この連結手段６０は、その一端部がこの接続部１１に連結されるとともに、他端部が軸箱４０の接続部４１に連結されている。

連結手段６０は、詳しくは図２に示すように、軸箱４０側に接続される軸箱側部材７０と、台車枠１０側に接続されて軸箱側部材７０に対して連結手段６０を伸縮させる方向（即ち、前後方向）に相対移動する台車側部材８０と、円筒ゴムブッシュ９０と、戻しバネ１００と、空気バネ１１０とを備えている。

上記軸箱側部材７０は、軸部７１、フランジ７２、ブッシュ保持部７３、軸箱側ブッシュ７４、ストッパ７５、ナット部７６を備えている。

軸部７１は、連結手段６０の長手方向に沿って延在する円柱状の部材であって、その軸箱４０側（図２における左側）の端部には、該軸部７１の軸線Ｏを中心として径方向外側に鍔状に張り出す円盤状のフランジ７２が設けられている。

このフランジ７２の軸箱４０側を向く面には、この面から突き出すようにしてブッシュ保持部７３が形成されており、該ブッシュ保持部７３の側面には軌道面において上記軸線Ｏと直交する方向、即ち車軸３２の延在方向と平行な方向に向けて貫通孔７３ａが形成されている。

そして、この貫通孔７３ａには、ブッシュ保持部７３に対して軸箱４０を弾性支持する軸箱側ブッシュ７４が圧入されている。この軸箱側ブッシュ７４は、略円筒状をなして上記貫通孔７３ａに圧入される外筒と、この外筒の内径側に配置され円環状をなす弾性体（ゴム等）とから構成されている。そして、この弾性体の内径側に軸箱４０の接続部４１に支持されるピンを挿入することによって、軸箱側ブッシュ７４が軸箱４０に対してピン回りに回転可能に連結されている。

ストッパ７５は、軸部７１の台車枠１０側（図２における右側）の端部に固定され、軸部７１の外周面よりも外径側につば状に張り出した円盤状をなしている。このストッパ７５によって、軸部７１が後述する台車側部材８０の外筒８１に対して相対移動するストロークを規制するものである。このストロークは、車両が走行する路線の曲線における曲率や、連結手段６０の幾何学的配置に応じて適宜設定される。

ナット部７６は、フランジ７２の台車枠１０側の面部に固定された部材であって、後述する戻しバネ１００の保持ボルト１０１の先端部が挿入されるとともにネジ結合される。

台車側部材８０は、外筒８１、フランジ８２、ブッシュ保持部８３、台車枠側ブッシュ８４、戻しバネ座８５、空気供給孔８６を備えている。

外筒８１は、上述した軸部７１とほぼ同心、即ち軸線Ｏを中心として形成された円筒状をなし、その内径が軸部７１よりも大きく形成されるとともにこの内径側に軸部７１が挿入される。また、外筒８１は、軸部７１に対して、軸線方向Ｏに沿って、即ち前後方向に相対移動可能とされている。また、この外筒８１の台車枠１０側の端部には、その外周面から外径側につば状に張り出して円盤状をなすフランジ８２が形成されている。

このフランジ８２の台車枠１０側を向く面には、この面から突き出すようにしてブッシュ保持部８３が形成されており、該ブッシュ保持部８３の側面には軌道面において上記軸線Ｏと直交する方向、即ち車軸３２の延在方向と平行な方向に向けて貫通孔８３ａが形成されている。

そして、この貫通孔８３ａには、ブッシュ保持部８３に対して台車枠１０を弾性支持する台車枠側ブッシュ８４が圧入されている。この台車枠側ブッシュ８４は、略円筒状をなし上記貫通孔８３ａに圧入される外筒と、この外筒の内径側に配置され円環状をなす弾性体（ゴム等）とから構成されている。そして、この弾性体の内径側に軸箱４０の接続部４１に支持されるピンを挿入することによって、台車枠側ブッシュ８４が台車枠１０に対してピン回りに回転可能に連結されている。

なお、本実施形態において、連結手段６０の長さ方向とは、軸箱側ブッシュ７４と台車枠側ブッシュ８４の中心間を結んだ直線の方向を指すものとする。

戻しバネ座８５は、戻しバネ１００の軸箱４０側の端部と当接するとともに戻しバネ１００を保持する面部であって、外筒８１の軸箱４０側の端部における外周面から外径側へ突き出して形成されている。戻しバネ座８５には、戻しバネ１００の保持ボルト１０１が挿入される開口が形成されている。

また、空気供給孔８６は、フランジ８２の台車枠１０側を向く面から該フランジ８２内を経由して空気バネ１１０の気室内まで連通して形成されており、空気バネ１１０に圧縮空気、即ち内圧を供給する管路が接続されている。

円筒ゴムブッシュ９０は、軸箱側部材７０の軸部７１の外周面と、台車側部材８０の外筒８１の内周面との間の空間を満たすように配置されており、外筒８１に対して軸部７１を弾性支持している。
この円筒ゴムブッシュ９０は、円筒状に形成された外筒及び内筒を備え、内筒は外筒の内径側に挿入されている。そして、外筒の内周面と内筒の外周面との間隔には、例えばゴム系の弾性材料が充填され、外筒及び内筒とそれぞれ加硫接着によって接合されている。そして、円筒ゴムブッシュ９０の外筒が台車側部材８０の外筒８１の内径側に圧入されるとともに、該円筒ゴムブッシュ９０の内筒に軸箱側部材７０の軸部７１が挿入されている。なお、本実施形態においてはこのような円筒ゴムブッシュ９０が２つが軸線Ｏ方向に直列に並べて設けられている。
このようにして円筒ゴムブッシュ９０は、主にゴム部が弾性変形することによって、軸箱側部材７０の軸部７１が台車側部材８０の外筒８１に対して軸線Ｏ方向、即ち前後方向に移動可能とされている。

戻しバネ１００は、軸箱側部材７０に対して台車側部材８０を連結部材の長さが短縮される方向に付勢する金属製コイルスプリングであって、その軸方向を連結手段６０の伸縮方向と一致させて、かつ外筒８１の外周面と隣接して配置されている。この戻しバネ１００は、連結手段６０に対してその長さ方向に予圧縮を与えており、これによって、連結手段６０は引張方向の外力がある程度の大きさに達するまでは基本長を保つようになっている。なお、この戻しバネ１００の内周側には該戻しバネ１００を軸方向に貫くようにして保持ボルト１０１が配置されている。

この保持ボルト１０１は、軸箱側部材７０のナット部７６に対して、台車枠１０側から挿入されてネジ結合されている。この際、保持ボルト１０１の中間部は、台車側部材８０の戻しバネ座８５に挿入され、この戻しバネ座８５に対して軸方向に沿って移動可能となっている。
このようにして戻しバネ１００は、その内径側に保持ボルト１０１が挿入され、一方の端部は戻しバネ座８５と当接するとともに他方の端部は保持ボルト１０１の頭部に係止され、これらの間で圧縮状態で保持されている。

空気バネ１１０は、軸箱側部材７０に対して台車側部材８０を連結手段６０の長さが伸張される方向に付勢する部材であって、ベローズ１１１及び一対のベローズ保持部材１１２、１１３を備えている。

ベローズ１１１は、ゴム等の弾性体によって形成された円筒状の幕体であって、その内部には空気バネ１１０の気室が形成されている。このようなベローズ１１１の内部には、上述した軸部７１、外筒８１、戻しバネ１００等が配置されている。

ベローズ保持部材１１２，１１３は、ベローズ１１１の軸箱４０側、台車枠１０側の端部を、フランジ７２、８２に対してそれぞれ固定するものである。このベローズ保持部材１１２、１１３は、円環状のプレートの内縁部にベローズ１１１の端部に形成されたビード部と係合する凹凸部を形成したものであり、フランジ７２，８２に対してボルトによって締結されている。

また、このような軸箱支持装置５０の空気バネ１１０には、以下のような空気バネ制御装置(図示省略)が搭載されている。

空気バネ制御装置は、車両の曲線走行時に空気バネ１１０に内圧を供給することによって該空気バネ１１０を伸張させる。これにより、軸箱側部材７０と台車側部材８０とを離間させるとともに該空気バネ１１０のバネ定数を増大させる。

車両の直線走行時においては、空気バネ制御装置が空気バネ１１０に対して内圧を供給することはない。よって、空気バネ１１０が伸張することはなく、また空気バネ１１０のバネ定数は極めて低いものとされ、バネ要素として作用することはほとんどない。
これによって、連結手段６０に引張方向の外力が実質的に作用しない場合もしくは直線走行時の輪軸蛇行動等によって入力される程度の比較的小さな引張荷重が作用した場合には、外筒８１の軸箱４０側の端部がフランジ７２と当接し、連結手段６０の長さは最も圧縮された状態である基本長に維持される。即ち、戻しバネ１００による圧縮方向の付勢力から空気バネ１１０による伸長方向の付勢力を減じた値は、直線走行時に作用する最大引張力よりも常に大きい状態となる。
したがって、直線走行時においては、連結手段６０の引張荷重に対する剛性（輪軸３０の前後方向支持剛性）を大きくして輪軸３０の蛇行等を防止し、直線走行時の走行安定性を確保することが可能となる。

これに対し、車両の曲線走行時においては、空気バネ制御装置が外軌側の空気バネ１１０に内圧を供給する。これにより、空気バネ１１０が伸張し、また空気バネ１１０のバネ定数が戻しバネ１００のバネ定数よりも大きなものとなる。なお、通常、曲線走行時に内軌側の空気バネ１１０に内圧が供給されることはなく、内軌側の連結手段６０の長さは基本長に維持される。
このような内圧の供給は、例えば、車両の空気溜めから空気バネ１１０に圧縮空気を供給する管路の途中に、比例制御弁を設けることによって容易に実行することができる。
なお、車両の曲線走行の検出は、例えば、車体にヨーレートセンサや横Ｇセンサを設けて、その出力に基づいて行うことができる。このとき、これらの出力と車両の走行速度とに基づいて曲線の曲率を求め、曲率が小さくなるのに応じて空気バネ１１０の内圧の増加量を大きくしてもよい。また、車両が走行する路線の曲線データを予め保持し、自車の走行位置と曲線データを対比して曲線走行を検出するようにしてもよい。

ここで、曲線走行時に各車輪３１にレールより与えられる外力について、図３について説明する。
曲線走行時において、４つの車輪３１のうち外軌側の前輪３１ａには、車両進行方向前方へ向かっての外力Ｆ_ｏｕｔ、即ち、前輪３１ａを台車側部材８０から離間させる方向への外力Ｆ_ｏｕｔがレールから与えられる。
一方、内軌側の前輪３１ｂには、車両進行方向後方へ向かっての外力Ｆ_in、即ち、前輪３１ｂを台車側部材８０に接近させる方向への外力Ｆ_ｉｎがレールから与えられる。

これを踏まえて、曲線走行時の連結手段６０に作用する力の関係について説明する
外軌側の前輪３１ａについて図４（ａ）を参照して説明すると、この前輪３１ａに与えられた外力Ｆ_ｏｕｔは軸箱側部材７０に対して同様の大きさの引張荷重として作用する。また、戻しバネ１００によって軸箱側部材７０と台車側部材８０とを接近させる圧縮力Ｆ_ｓが作用し、さらに、空気バネ１１０によって軸箱側部材７０と台車側部材８０とを離間させる伸張力Ｆ_ｐが作用する。そして、曲線走行時においては空気バネ制御装置の操舵指令により空気バネ１１０に内圧が供給されて、空気バネによる伸張力Ｆ_ｐが徐々に大きくなる。そして、

の関係が成立した際、即ち、戻しバネ１００による圧縮力よりもレールから前輪３１ａに与えられる外力Ｆ_ｏｕｔと空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐとの和が大きくなった際に、軸箱側部材７０と台車側部材８０とが離間して連結手段６０の長さが伸びることになる。

また、内軌側の前輪３１ｂについて図４（ｂ）を参照して説明すると、前輪３１ｂに与えられた外力Ｆ_ｉｎは軸箱側部材７０に対して同様の大きさの圧縮荷重として作用する。また、戻しバネ１００によって軸箱側部材７０と台車側部材８０とを接近させる圧縮力Ｆ_ｓが作用し、さらに、空気バネ１１０によって軸箱側部材７０と台車側部材８０とを離間させる伸張力Ｆ_ｐが作用する。また、内軌側においては空気バネ制御装置による操舵指令が入力されることはないため内圧が供給されることはない。よって、空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐは小さなものとなり、常に、

の関係が成立する。したがって、軸箱側部材７０と台車側部材８０とが離間することはなく連結手段６０の長さは基本長に維持される。

このようにして、前輪３１ａ、３１ｂ側の軸箱支持装置５０においては、外軌側の連結手段６０のみが伸張する。また、後輪３１ｃ、３１ｄにおいても、曲線走行時に空気バネ制御装置の操舵指令により外輪側の空気バネ１１０に内圧が供給され、外軌側の連結手段６０のみが伸張する。これによって、各車輪３１の転向方向が曲線の接線方向と一致させられて横圧の低減が図られる。
さらに、空気バネ１１０が伸張することで該空気バネ１１０のバネ定数が大きくなると連結手段６０の引張荷重に対する剛性が低下する。これによって、該連結手段６０が伸張し易くなるため、輪軸３０の操舵をより円滑に行って曲線通過性能を一層向上させることができる。

ここで、空気バネ１１０に何らかのトラブルによって前輪３１ａ、３１ｂに逆操舵指令が入力された場合、即ち、外軌側ではなく内軌側の空気バネ１１０に内圧が供給された場合、あるいは外軌側と内軌側との両方の空気バネ１１０に内圧が供給された場合について検討する。
この場合、図４（ｂ）に示すように、レールより車輪に与えられた外力Ｆ_ｉｎに起因する圧縮荷重、戻しバネ１００による圧縮力Ｆ_ｓ、そして空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐが作用する。そして、空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐがレールより受ける外力Ｆ_ｉｎと戻しバネ１００による圧縮力Ｆ_ｓとの和よりも大きくなった場合、即ち、

の関係が成立した場合には、内軌側にも関わらず連結手段６０が伸張することになるためアタックアングルの増大とともに横圧が極端に増加してしまう。

このように内軌側の連結手段６０が伸張することのないように、本実施形態の軸箱支持装置５０においては、空気バネ１１０に供給される内圧により生じる伸張力Ｆ_ｐの値が、

の関係を満たすように、前輪３１ａ、３１ｂ側の各空気バネ１１０内圧の供給量が制限されている。即ち、本実施形態においては、前輪３１ａ、３１ｂ側の空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐの最大値が、内軌側の前輪３１がレールより受ける外力Ｆ_ｉｎと戻しバネ１００による圧縮力Ｆ_ｓとの和以下となるように制限されているのである。したがって、内軌側の連結手段６０が伸張することがないため、逆操舵の場合における極端な横圧の増加を防止することができる。これにより、安定した曲線通過性能を実現することが可能となる。

なお、内軌側前輪が受ける外力Ｆ_ｉｎは曲線半径、走行速度、アタック角、横圧、輪重、車輪の左右振動、車輪踏面形状、レール断面形状、車輪およびレールの材質等の各パラメータに依存する。したがって、この空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐの最大値は上記各パラメータによって定められる。また、これらの情報から車両が走行するレールの曲線データを予め保持し、自車の走行位置と曲線データを対比して伸張力Ｆ_ｐの最大値を定めるようにしてもよい。

以上のようにして操舵を行う空気バネ制御装置の動作手順について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、空気バネ制御装置は、車両が曲線走行である否か、即ち、車両が走行する軌道が曲線であるか直線であるかを検出する（ステップＳ１）。この検出方法は上述の通りである。

そして、直線走行であると判断した場合、空気バネ制御装置は空気バネ１１０に内圧を供給することはなく、連結手段６０は伸張することなく基準長さに維持される。これにより連結手段６０の剛性が担保される。そして、制御状態が良好か否か、即ち、内圧が適切に非供給の状態になっているか否かが判断される。（ステップＳ４）。

一方、曲線方向であると判断した場合、空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐの最大値、即ち、

が満たされる伸張力Ｆ_ｐを定め、この伸張力Ｆ_ｐを発生することが可能な内圧を最大内圧として制限する（ステップＳ２）。

次に、この最大内圧以下の内圧を、曲線通過時の外軌側の前輪３１ａに対応する空気バネ１１０に供給して輪軸３０の操舵を行う（ステップＳ３）。

続いて、制御状態が良好か否か、即ち、直線走行の場合には非操舵状態となっており曲線走行の場合は適正な操舵状態となっているか否かが判断される。（ステップＳ４）。
そして、制御状態が安定するまでステップＳ１〜Ｓ４が繰り返されることによって、曲線走行時の横圧の発生が防止されるとともに逆操舵時の極端な横圧の増加が防止される。

なお、本実施形態の軸箱支持装置５０においては、空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐが後輪３１ｃ、３１ｄ側に比べて前輪３１ａ、３１ｂ側において小さくなるように、空気バネ制御手段が空気バネ１１０に内圧を供給するものであることが好ましい。

上述のように車両の曲線走行時には、外軌側の前輪３１ａにレールから外力Ｆ_ｏｕｔ与えられる。よって、外軌側の前輪３１ａにおいては空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐが小さくとも上記Ｆ_ｏｕｔのサポートを受けることにより容易に伸張することができ、横圧の抑制を図ることができる。
よって、本実施形態の軸箱支持装置５０において、前輪３１ａ、３１ｂ側の空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐを後輪３１側に比べて小さくすることで、その分だけ供給する内圧を低減させてエネルギーの効率化を図ることができる。

以上、本発明の軸箱支持装置５０の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態においては、逆操舵の場合であっても横圧の増加を防止することができる旨説明したが、これに限定されることはなく、例えば、より単純に、通常時から内軌側及び外軌側の空気バネ１１０に同時に内圧が供給される構成としてもよい。これによって、外軌側においては、レールから受ける外力Ｆ_ｏｕｔのサポートを受けて容易に伸張して操舵が行われる一方、内軌側においては、レールから受ける外力Ｆ_ｏｕｔによって伸長が抑制されて連結手段６０は圧縮状態が維持される。これによっても、横圧を極端に大きくすることなく、車両の曲線走行性を向上させることが可能となる。なお、この場合であっても空気バネ１１０による伸張力Ｆ_ｐの最大値を上記同様制限することが、横圧の極端な増加を防止するための必須の要件となる。

操舵時及び逆操舵時における連結手段６０の伸び及び車輪３１に与えられる横圧を測定する試験を行った。
具体的には図３に示すような２つの輪軸３０を備えて４つの車輪３１（前輪３１ａ、３１ｂ、後輪３１ｃ、３１ｄ）のそれぞれに軸箱支持装置５０が搭載された台車１が、Ｒ４００の左曲線を速度６５ｋｍ／ｈで走行する場合について、操舵、逆操舵の指令を入力した際の連結手段６０の伸び及び横圧を測定した。

図６に外軌側前輪３１ａ、内軌側前輪３１ｂを操舵した際の結果を示す。図６において、（ａ）は操舵時に空気バネに供給される内圧、（ｂ）は連結手段の伸び、（ｃ）は横圧をそれぞれ示しており、各グラフにおいて横軸は経過時間を示している。
まず、図６（ａ）の左側の山に示すように外軌側前輪３１ａのみを操舵した場合には、（ｂ）に示すように供給内圧の増加とともに連結手段６０の伸びが大きくなり内圧が５００ｋＰａの段階で最大となる。また、（ｃ）に示すように供給内圧の増加及び連結手段６０の伸びに伴って横圧が小さくなるが、内圧が３００ｋＰａの段階で横圧が最小となる。
よって、外軌側前輪３１ａのみを操舵した場合、比較的小さな内圧を空気バネ１１０に供給する動作をもって横圧を効果的に低減することが可能なことが分かった。

次に、図６（ａ）の中央付近の山に示すように内軌側前輪３１ｂのみを操舵した場合、即ち、逆操舵の場合には、（ｂ）に示すように供給内圧が一定以上、本実施例では５００ｋＰａを超えるまでは内軌側の連結手段６０が伸びることはない。また、（ｃ）に示すように内圧が５００ｋＰａを超えて内軌側連結手段６０に伸びが生じる段階まで横圧が増加することはない。したがって、本実施例の場合には、空気バネ１１０に供給される最大内圧を５００ｋＰａ以下として制限すれば逆操舵の場合であっても横圧が極端に増加することを防止することができる。なお、上記のように空気バネに供給される内圧が３００ｋＰａの場合であっても、適正な操舵の際には十分に横圧を低減することができるため、エネルギーの効率化の観点からは、最大内圧を３００ｋＰａとすることが適当である。

そして、図６（ａ）の右側の山に示すように外軌側前輪３１ａと内軌側前輪３１ｂとを同時に操舵した場合について見ると、（ｂ）に示すように外軌側の連結手段６０については内圧の増加とともに伸びが大きくなり、内軌側の連結手段６０については内圧が５００ｋＰａを超えなければ伸びることはない。また、このように外軌側及び内軌側を同時に操舵した場合であっても横圧は低減され、内軌側の連結手段６０に伸びが生じるまでは十分な横圧の低減作用を得ることができる。よって、空気バネ１１０に供給される最大内圧を５００ｋＰａ以下に制限することによって、外軌側及び内軌側での同時操舵の場合であっても適切に横圧を低減することが可能となることが分かった。また、この場合も、空気バネに供給される内圧が３００ｋＰａ際に十分に横圧を低減することができるため、エネルギーの効率化の観点からは、最大内圧を３００ｋＰａとすることが適当である。

図７に外軌側前輪３１ａ及び外軌側後輪３１ｃを同時に操舵した際の結果を示す。図７においても図６と同様に、（ａ）は操舵時に空気バネに供給される内圧、（ｂ）は連結手段の伸び、（ｃ）は横圧をそれぞれ示しており、各グラフにおいて横軸は経過時間を示している。

曲線走行時には、外軌側の前輪３１ａにレールから外力Ｆ_ｏｕｔが与えられる。よって、外軌側の前輪３１ａ側については空気バネ１１０に供給される内圧が後輪３１ｃ側に比べて小さくしたとしても外力のサポートを受けて十分に伸びることができるものと考えれる。図７はこのような知見に基づいて行われた試験の結果であり、具体的には、図７（ａ）に示すように外軌側前輪３１ａと外軌側後輪３１ｃとを同時に操舵する際に、外軌側前輪３１ａの空気バネ１１０に供給される内圧が外軌側後輪３１ｃの空気バネ１１０に供給される内圧に比べて小さくなるように操舵している。
この結果を見ると、図７（ｂ）に示すように外軌側前輪３１ａの連結手段６０と外軌側前輪３１ｂの連結手段６０とがともに内圧の増加とともに伸びており、この際の外軌側前輪３１ａ及び内軌側前輪３１ｂの横圧は、図７（ｃ）に示すように大きく低減されている。
よって、外軌側の前輪３１ａと後輪３１ｃとを同時に操舵することにより極めて高い横圧低減効果を得ることができ、さらにこの効果は外軌側の前輪３１ａの空気バネ１１０の内圧を低く設定した場合であっても得ることができることが確認された。これによって、内圧の供給エネルギーの低減を図ることができることがわかった。

１ 台車
１０ 台車枠
２０ 台車空気バネ
３０ 輪軸
３１ 車輪
３１ａ 前輪
３１ｂ 前輪
３１ｃ 後輪
３１ｄ 後輪
３２ 車軸
４０ 軸箱
５０ 軸箱支持装置
６０ 連結手段
７０ 軸箱側部材
８０ 台車側部材
８６ 空気供給孔
１００ 戻しバネ
１１０ 空気バネ

Claims (2)

1. 鉄道車両用台車の前輪及び後輪の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向に沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対してそれぞれ支持する軸箱支持装置であって、
   前記連結手段は、
   前記軸箱に取り付けられる軸箱側部材と、
   前記台車枠に取り付けられ、前記軸箱側部材に対して前記車両の進行方向に相対変位可能に接続された台車側部材と、
   前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、これら軸箱側部材と台車側部材とを接近させる圧縮力Ｆ_ｓを発生する戻しバネと、
   前記軸箱側部材と前記台車側部材との間に設けられ、供給される内圧に応じてこれら軸箱側部材と台車側部材とを離間させる伸張力Ｆ_ｐを発生する空気バネと、
   前記車両の曲線走行時に、少なくとも外軌側の前記空気バネに所定の内圧を供給して該空気バネの伸張力Ｆ_ｐを増大する空気バネ制御手段とを備え、
   該空気バネ制御手段が、内軌側を走行する前輪がレールから受ける車両進行方向に沿った外力Ｆ_inに対して、
   

   

   の関係が成り立つように、前輪側における外軌側及び内軌側のそれぞれの前記空気バネに供給する前記内圧を制限することを特徴とする軸箱支持装置。
2. 前記空気バネによる伸張力Ｆ_ｐが後輪側に比べて前輪側において小さくなるように、前記空気バネ制御手段が前記空気バネに前記内圧を供給することを特徴とする軸箱支持装置。

Images