JP2014129035A - 車体左右動ダンパ装置及び鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】通常時の走行性能に影響を及ぼすことなく地震時の脱線防止性能を向上した車体左右動ダンパ装置等を提供する。
【解決手段】輪軸２２を支持する軸箱が軸箱支持装置を介して取り付けられた台車枠２１と、枕ばね２４を介して台車枠に載置されるとともに、台車枠に対して車幅方向に相対変位可能に支持された車体１０を有する鉄道車両１に設けられる車体左右動ダンパ４０を、車体の台車枠に対する車幅方向の相対振動に応じて減衰力を発生する減衰力発生手段と、通常時には減衰力発生手段が実質的に減衰力を発生しない非作動状態とするとともに、地震発生時又は地震の前兆の検出時に減衰力発生手段が減衰力を発生する作動状態とする作動切替手段４４，４５とを備える構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の車体の台車枠に対する左右動に応じて減衰力を発生する車体左右動ダンパ装置及びこのような車体左右動ダンパ装置を有する鉄道車両に関し、特に、通常時の走行性能に影響を及ぼすことなく地震時の脱線防止性能を向上したものに関する。

ボギー式の鉄道車両は、複数の台車上に、まくらばねを介して車体を搭載して構成されている。
このような鉄道車両においては、まくらばねの変形による車体の最大左右変位を規制するため、車体と台車との間に左右動ストッパが設けられている。
例えば、特許文献１には、設定値以上に大きな左右動が生じた場合に、粘弾性物質で構成されたストッパ材が当接するように構成した車体左右動ストッパが記載されている。

このような車体左右動ストッパは、車体が中立時におけるストッパ間隔（遊間）が予め設定された一定値となっている。
左右動ストッパの遊間は、容易にストッパが動作（干渉）すると車体に衝撃が生じて乗り心地が悪化するため、想定される通常時の車体と台車との相対変位よりもやや大きい程度（一例として２０〜４０ｍｍ程度）に設定することが一般的である。

特開平１１−２７８２６０号公報

上述したような鉄道車両においては、車体は所定の遊間の範囲内において台車枠に対して相対変位可能であるが、地震の発生時には、著しい車体−台車間の相対左右振動によって車両が脱線に至ることが懸念される。
このような脱線を防止する方策として、車体と台車枠との間に、車幅方向の相対振動に対して減衰力を発生する油圧ダンパ等の減衰要素を配置して、振動を抑制することが考えられる。
従来、通常走行における乗り心地等を改善する目的で、車体の台車枠に対する車幅方向の振動を減衰させる左右動ダンパを設けることが提案されているが、このような通常走行時の性能を重視した左右動ダンパでは、地震等の極度に大きい振動に対する減衰力が十分でなく、さらに、地震等の異常時には破損することも懸念される。特に近年普及しているボルスタレス台車の場合には、左右動ダンパが損傷した場合、車体の左右振動に対する減衰要素が実質的に皆無となってしまう。
一方、仮にこのような左右動ダンパの減衰力を、地震発生時にも有効なように大きくした場合、通常走行時の性能が損なわれることが懸念される。

上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、通常時の走行性能に影響を及ぼすことなく地震時の脱線防止性能を向上した車体左右動ダンパ装置及び鉄道車両を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の車体左右動ダンパ装置は、輪軸を支持する軸箱が軸箱支持装置を介して取り付けられた台車枠と、枕ばねを介して前記台車枠に載置されるとともに、前記台車枠に対して車幅方向に相対変位可能に支持された車体とを有する鉄道車両に設けられる車体左右動ダンパ装置であって、前記車体の前記台車枠に対する車幅方向の相対振動に応じて減衰力を発生する減衰力発生手段と、通常時には前記減衰力発生手段が実質的に減衰力を発生しない非作動状態とするとともに、地震発生時又は地震の前兆の検出時に前記減衰力発生手段が減衰力を発生する作動状態とする作動切替手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、地震発生時のように車体が台車枠に対して車幅方向（左右方向）に激しく振動する場合に、減衰力発生手段を作動状態とすることによって減衰力を作用させ、振動を抑制して脱線防止性能を向上することができる。
また、減衰力発生手段は、通常時には減衰力を実質的に発生しない非作動状態とされることによって、通常時の走行安定性、振動、乗り心地といった性能に影響を与えることがない。

本発明において、前記車体又は前記台車枠の一方に設けられた第１部材、及び、前記車体又は前記台車枠の他方に設けられ、前記車体が前記台車枠に対して車幅方向に所定値以上変位した際に前記第１部材に当接する第２部材を有する車体左右動ストッパを備え、前記減衰力発生手段は、一方の端部が前記第２部材に接続された油圧ダンパを有し、前記作動切替手段は、前記油圧ダンパを伸長させて前記第２部材を前記第１部材に近接する方向に繰り出す付勢手段、及び、通常時に前記付勢手段が圧縮された状態に前記油圧ダンパを保持するとともに、地震発生時又は地震の前兆の検出時に前記油圧ダンパの保持を解除する油圧ダンパ保持手段を有する構成とすることができる。
これによれば、通常時には油圧ダンパが圧縮された状態で第１部材、第２部材を所定の遊間を隔てて配置し、車体左右動ストッパとして用いるとともに、地震発生時には油圧ダンパを伸長させて第１部材、第２部材を当接させ、油圧ダンパに減衰力を発生させることによって、減衰力発生手段を一般的な車両に通常設けられる車体左右動ストッパに一体的に組み込むことが可能となり、簡素な構成によって上述した効果を得ることができる。

本発明において、前記油圧ダンパ保持手段は、前記車体左右動ストッパの前記第１部材と前記第２部材とが所定値以上の力で当接した場合に破断するメカニカルヒューズを有する構成とすることができる。
これによれば、特に制御等を必要とせず、簡素であるパッシブな構成によって、上述した効果を得ることができる。

本発明において、地震の前兆を検出する地震早期検出装置からの地震検出信号を受信する通信装置を備え、前記油圧ダンパ保持手段は、前記地震検出信号の受信に応じて前記油圧ダンパの保持を解除するアクチュエータを有する構成とすることができる。
これによれば、実際に地震による振動が車体に発生する以前に、予め減衰力発生手段を作動状態として振動に備えることが可能となり、脱線防止性能をより向上することができる。

本発明において、前記油圧ダンパ保持手段は、流体圧力によって前記油圧ダンパを保持し、前記アクチュエータは、前記流体の充填又は開放を切り換えるバルブを駆動する構成とすることができる。
これによれば、例えば一般的な車両において空気ばねやブレーキの作動に用いられる圧縮空気等を用いて、上述した効果を簡単な構成によって得ることができる。

また、本発明の鉄道車両は、上記いずれかの車体左右動ダンパ装置を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、通常時の走行性能に影響を及ぼすことなく地震時の脱線防止性能を向上した車体左右動ダンパ装置及び鉄道車両を提供することができる。

本発明を適用した車体左右動ダンパ装置及び鉄道車両の第１実施形態のモデル図である。 図１の車体左右動ダンパ装置の構成を示す模式図である。 本発明を適用した車体左右動ダンパ装置の第２実施形態の構成を示す模式図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した車体左右動ダンパ装置及び鉄道車両の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の車体左右動ダンパ装置を備える鉄道車両を車両前後方向から見た状態を示すモデル図である。
鉄道車両１は、車体１０、台車２０、車体左右動ストッパ３０等を有して構成されている。
また、車体左右動ストッパ３０には、地震発生時用の車体左右動ダンパ４０が設けられている。

車体１０は、乗員等が収容される部分であって、床部を構成する台枠の側端部、前後端部から側構及び妻構を立設し、上部を屋根構で覆うことによって、実質的に六面体状に形成されている。

台車２０は、車体１０の下部に、鉛直軸回りに回動可能（ボギー角付与可能）に取付けられた、例えば２軸のボギー台車である。
台車２０は、車体１０の前後方向に離間して例えば一対が設けられる。
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２、１次ばね系２３、２次ばね系２４、１次ばね系上下動ストッパ２５、２次ばね系上下動ストッパ２６等を有して構成されている。

台車枠２１は、台車２０の主要構造部材であって、左右側端部に設けられ前後に延びた側はりを、車幅方向（左右方向・枕木方向）に沿って延びた複数のはりで連結することによって、枠状に形成されている。

輪軸２２は、左右一対の車輪を車軸に組み込んで構成されている。
輪軸２２の両端部は、軸受や潤滑機構を有する軸箱によって回動可能に支持されている。
軸箱は、軸箱支持装置を介して、台車枠２１に対して輪軸２２が上下方向、ロール方向、ヨーイング方向に所定範囲内で相対変位可能となるように支持されている。

１次ばね系２３は、台車枠２１と輪軸２２との間に設けられたばね要素及び減衰要素を備え、輪軸２２を台車枠２１に対して、上下方向、車幅方向それぞれ所定のばね定数及び減衰定数で支持するものである。
１次ばね系２３は、軸箱支持装置に設けられる軸ばね、軸ダンパ、ゴムブッシュ等を有して構成されている。

２次ばね系２４は、台車枠２１と車体１０との間に設けられたばね要素及び減衰要素を備え、車体１０を台車枠２１に対して、上下及び、車幅方向それぞれ所定のばね定数及び減衰定数で支持するものである。
２次ばね系２４は、台車枠２１と車体１０との間に設けられる空気ばねであるまくらばね、及び、台車枠２１と台車枠１０との車幅方向の相対振動に応じて減衰力を発生させる通常走行用の車体左右動ダンパ等を有して構成されている。

１次ばね系上下動ストッパ２５は、台車枠２１に対する輪軸２２の上下方向のストロークを予め設定された範囲内に規制するものである。
２次ばね系上下動ストッパ２６は、台車枠２１に対する車体１０の上下方向のストロークを予め設定された範囲内に規制するものである。

車体左右動ストッパ３０は、台車枠２１に対する車体１０の車幅方向（左右方向・枕木方向）のストロークを予め設定された範囲（遊間）内に規制するものである。
また、車体左右動ストッパ３０には、車体左右動ダンパ４０が設けられている。
図２は、第１実施形態の車体左右動ダンパ装置の構成を示す模式図であって、実質的に減衰力を発生しない通常時の状態を示している。
車体左右動ストッパ３０は、中心ピン３１、ストッパゴム３２等を有して構成されている。
中心ピン３１は、車体１０の台枠下面部から下方へ突き出して形成された柱状の部材である。
ストッパゴム３２は、車体１０が台車枠２１に対して実質的に車幅方向に変位していない中立状態において、中心ピン３１と車幅方向に所定の間隔（遊間）を隔てて配置される部材であって、緩衝性を有するゴム等の弾性材料によって形成されている。
ストッパゴム３２は、中心ピン３１を車幅方向に挟んで一対が設けられている。

ストッパゴム３２は、以下説明する車体左右動ダンパ４０のロッド４３の先端に設けられている。
車体左右動ダンパ４０は、通常走行時においては実質的に減衰力を発生せず、地震発生時等の異常時に車体１０の台車枠２１に対する相対左右振動に応じた減衰力を発生するものである。
車体左右動ダンパ４０は、シリンダ４１、ピストン４２、ロッド４３、メカニカルヒューズ４４、スプリング４５等を備えて構成されている。

シリンダ４１は、油等の作動流体が封入される円筒状の部材であって、台車枠２１の例えばつなぎ梁の上面部に固定されている。
シリンダ４１の中心軸方向は、車幅方向とほぼ沿って配置されている。
ピストン４２は、シリンダ４１の内部に配置された円筒状の部材であって、シリンダ４１の中心軸方向に沿って相対変位可能とされている。
シリンダ４１及びピストン４２は、シリンダ４１に対するピストン４２の相対移動速度に応じた減衰力を発生する油圧式緩衝器（油圧ダンパ）を構成する。

ロッド４３は、一方の端部がピストン４２に固定されるとともに、他方の端部がシリンダ４１の車幅方向内側の端部から突出して配置されている。
ストッパゴム３２は、ロッド４３の車幅方向内側の端部に固定されている。
メカニカルヒューズ４４は、通常時において、ロッド４３のシリンダ４１から突き出した部分と台車枠２１とを連結し、ロッド４３がシリンダ４１内に引き込まれた状態（スプリング４５が圧縮され、油圧ダンパが縮んだ状態）に保持する部材である。
また、メカニカルヒューズ４４は、例えば地震などによって発生する大エネルギの振動によって、車体左右動ストッパ３０の中心ピン３１とストッパゴム３２とが、所定値以上の力で衝突した場合には、破断してロッド４３を解放するように、所定値以上の入力によって破断する脆弱部が設けられている。
スプリング４５は、ピストン４２を、ロッド４３を繰り出す方向に付勢するばね要素である。
スプリング４５は、メカニカルヒューズ４４が破断した際に、ロッド４３を繰り出してストッパゴム３２を中心ピン側に近接し、さらに当接させるよう作用する。

以上説明した第１実施形態においては、地震発生時に車体１０が台車枠２１に対して車幅方向に振動し、車体左右動ストッパ３０の中心ピン３１とストッパゴム３２とが所定値以上の力で衝突すると、メカニカルヒューズ４４が破断し、スプリング４５の付勢力によってロッド４３が繰り出される。これによって、車体左右動ストッパ３０の中心ピン３１とストッパゴム３２とが当接し、車体左右動ダンパ４０が台車枠２１に対する車体１０の車幅方向の相対振動に応じて減衰力を発生する状態となる。
これによって、通常走行用の車体左右動ダンパによる減衰力よりもさらに大きな減衰力を得ることが可能となり、車体１０の振動を減衰して振動を抑制し、脱線を防止することができる。
また、通常走行用の車体左右動ダンパが損傷を受けた場合や、通常走行用の車体左右動ダンパを持たない鉄道車両にも、本実施形態のような地震発生時用の車体左右動ダンパ４０は有効である。
さらに、第１実施形態においては、地震発生時用の車体左右動ダンパ４０を車体左右動ストッパ３０に一体的に組み込んだため、構造が簡単であり、また、メカニカルヒューズ４４を用いて作動状態、非作動状態を切り換える構成としたため、制御等が不要であり構造をよりいっそう簡素化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した車体左右動ダンパ装置の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の説明において、上述した第１実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

第２実施形態における地震発生時用の車体左右動ダンパ４０は、第１実施形態のメカニカルヒューズ４４に代えて、車両の主空気溜めから供給される高圧の圧縮空気によって駆動されるエアシリンダ４４ａによってロッド４３を引き込めた状態に維持するとともに、地震発生の予兆が検出された場合に、この高圧空気を開放してエアシリンダ４４ａとロッド４３との係合を解除することによってロッド４３を繰り出すようにしたものである。

図３は、第２実施形態における車体左右動ダンパ装置の構成を示す模式図である。
図３に示すように、第２実施形態においては、図示しない主空気溜めから、エアシリンダ４４ａに圧縮空気を導入する配管４６が設けられている。
エアシリンダ４４ａは、通常時にロッド４３と係合してロッド４３を引き込めた状態に保持する係合部材を有する。
この係合部材は、エアシリンダ４４ａ内の圧縮空気を開放することによってエアシリンダ４４ａ側に引き込まれ、ロッド４３との係合を解除するようになっている。
配管４６の途中には、主空気溜めとシリンダ４１との間の連通・遮断を切り換えるとともに、必要に応じてエアシリンダ４４ａ内の圧縮空気を大気開放可能な三方弁４７が設けられている。

三方弁４７は、制御装置１０１からの信号に応じて、アクチュエータによって状態の切替を行なうようになっている。
制御装置１０１は、地上に設置され地震の発生を早期に検出する地震早期検出装置１０２から、地震検出信号を受信可能となっている。
制御装置１０１は、通常時は主空気溜めからエアシリンダ４４ａ内に圧縮空気を導入してロッド４３をシリンダ４１内に引込めた状態に維持するとともに、地震検出信号を受信した場合には、エアシリンダ４４ａ内の圧縮空気を大気開放することによって、ロッド４３を繰り出させ、ストッパゴム３２を中心ピン３１に当接させて、車体左右動ダンパ４０が減衰力を発生する作動状態とする。

以上説明した第２実施形態においては、第１実施形態に対して装置の構造は若干複雑化するが、地震による振動が本格化する前に予め車体左右動ダンパ４０を作動状態とすることが可能であるため、脱線防止性能をよりいっそう向上することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
（１）各実施形態では、車体左右動ダンパを車体左右動ストッパに組み込んでいるが、車体左右動ダンパを車体左右動ストッパとは独立させて別個の箇所に設けてもよい。
（２）車体左右動ダンパを、通常走行時に非作動状態とする手段は、各実施形態のものに限らず、適宜変更することができる。
例えば、アクチュエータとして、第２実施形態のようなエアシリンダに限らず、ソレノイドやモータ等の電動アクチュエータを用いることも可能である。
また、油圧ダンパの減衰力を変更可能な減衰力可変機構を利用して、通常時には減衰力を実質的に発生しない状態としてもよい。
（３）各実施形態では、台車枠に車体左右動ダンパを設けているが、車体側に設けてもよい。

１ 鉄道車両 １０ 車体
２０ 台車 ２１ 台車枠
２２ 輪軸 ２３ １次ばね系
２４ ２次ばね系 ２５ １次ばね系上下動ストッパ
２６ ２次ばね系上下動ストッパ ３０ 車体左右動ストッパ
３１ 中心ピン ３２ ストッパゴム
４０ 車体左右動ダンパ ４１ シリンダ
４２ ピストン ４３ ロッド
４４ メカニカルヒューズ ４４ａ エアシリンダ
４５ スプリング ４６ 配管
４７ 三方弁
１０１ 制御装置 １０２ 地震早期検出装置

Claims (6)

1. 輪軸を支持する軸箱が軸箱支持装置を介して取り付けられた台車枠と、
   枕ばねを介して前記台車枠に載置されるとともに、前記台車枠に対して車幅方向に相対変位可能に支持された車体とを有する鉄道車両に設けられる車体左右動ダンパ装置であって、
   前記車体の前記台車枠に対する車幅方向の相対振動に応じて減衰力を発生する減衰力発生手段と、
   通常時には前記減衰力発生手段が実質的に減衰力を発生しない非作動状態とするとともに、地震発生時又は地震の前兆の検出時に前記減衰力発生手段が減衰力を発生する作動状態とする作動切替手段と
   を備えることを特徴とする車体左右動ダンパ装置。
2. 前記車体又は前記台車枠の一方に設けられた第１部材、及び、前記車体又は前記台車枠の他方に設けられ、前記車体が前記台車枠に対して車幅方向に所定値以上変位した際に前記第１部材に当接する第２部材を有する車体左右動ストッパを備え、
   前記減衰力発生手段は、一方の端部が前記第２部材に接続された油圧ダンパを有し、
   前記作動切替手段は、前記油圧ダンパを伸長させて前記第２部材を前記第１部材に近接する方向に繰り出す付勢手段、及び、通常時に前記付勢手段が圧縮された状態に前記油圧ダンパを保持するとともに、地震発生時又は地震の前兆の検出時に前記油圧ダンパの保持を解除する油圧ダンパ保持手段を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の車体左右動ダンパ装置。
3. 前記油圧ダンパ保持手段は、前記車体左右動ストッパの前記第１部材と前記第２部材とが所定値以上の力で当接した場合に破断するメカニカルヒューズを有すること
   を特徴とする請求項２に記載の車体左右動ダンパ装置。
4. 地震の前兆を検出する地震早期検出装置からの地震検出信号を受信する通信装置を備え、
   前記油圧ダンパ保持手段は、前記地震検出信号の受信に応じて前記油圧ダンパの保持を解除するアクチュエータを有すること
   を特徴とする請求項２に記載の車体左右動ダンパ装置。
5. 前記油圧ダンパ保持手段は、流体圧力によって前記油圧ダンパを保持し、
   前記アクチュエータは、前記流体の充填又は開放を切り換えるバルブを駆動すること
   を特徴とする請求項４に記載の車体左右動ダンパ装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車体左右動ダンパ装置を備えることを特徴とする鉄道車両。

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