JP2018103952A - 鉄道車両用ヨーダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両が軌道の直線区間を高速走行する際に、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能な鉄道車両用ヨーダンパ装置を提供する。【解決手段】本発明に係るヨーダンパ装置１００は、車体２の床面から垂下されたヨーダンパ受け２１と台車３の台車枠３ｃとの間に取り付けられたヨーダンパ１と、ヨーダンパ１の伸縮方向の両端部１ａ、１ｂのうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４と、を備える。回転抵抗付与手段４は、例えばロータリーダンパであり、前記少なくとも何れか一方の端部は、ロータリーダンパを介して取り付けられている。【選択図】 図３

Description

本発明は、鉄道車両に用いられるヨーダンパ装置に関する。特に、本発明は、鉄道車両が軌道の直線区間を高速走行する際に、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能な鉄道車両用ヨーダンパ装置に関する。

従来、鉄道車両には、高速走行時の台車の蛇行動を抑制するためにヨーダンパが用いられる場合がある。ヨーダンパは、空気ばね近傍の車体の床面から垂下されたヨーダンパ受けと、台車の台車枠との間において、台車の左右それぞれに取り付けられ、軌道不整やレールの継ぎ目などの軌道からの加振によって発生するヨーイング（台車が車体に対して上下軸周りに回転振動する現象）を速やかに減衰させるために用いられている。ヨーダンパの減衰力は台車の前後方向にのみ作用し、高速走行時の台車の蛇行動が抑制される。

ここで、鉄道車両の乗り心地には、軌道不整やレールの継ぎ目などの軌道からの加振や、車輪の偏心による加振によって、台車を介して発生する車体の上下方向の曲げ振動が大きく影響する。

鉄道車両の乗り心地を向上させる方法として、特許文献１には、車体の上下方向の曲げ振動を低減するため、台車と輪軸の等価質量、軸箱前後支持剛性および車体と台車間の前後系結合剛性を所定の式に基づいて最適化することを特徴とする鉄道車両用車体の弾性振動低減方法が提案されている（特許文献１の請求項１等）。
具体的には、特許文献１の図２に示す鉄道車両モデルのパラメータのうち、台車の全等価質量と、回転慣性を考慮した輪軸の等価質量とを既知としたとき、軸箱の前後支持剛性、ヨーダンパとその緩衝ゴムや牽引リンクの緩衝ゴム等の車体と台車間の前後系合成結合剛性を調整して、特許文献１の［数１］の右辺に示す値を左辺に示す車体の曲げ振動の固有振動数ｆ_０に一致させることで、車体の上下方向の曲げ振動を低減している。
この特許文献１に記載の方法は、ヨーダンパに関わる諸元のみならず、軸箱や牽引リンクの諸元についても適正化を考えなければならないため、パラメータの同定が難しいという問題がある。

特開２００４−２０３１７１号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、鉄道車両が軌道の直線区間を高速走行する際に、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能な鉄道車両用ヨーダンパ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、車体と該車体に連結された台車とを具備する鉄道車両に用いられるヨーダンパ装置であって、前記車体の床面から垂下されたヨーダンパ受けと前記台車の台車枠との間に取り付けられたヨーダンパと、前記ヨーダンパの伸縮方向の両端部のうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段と、を備えることを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置を提供する。

従来のヨーダンパのみを備えるヨーダンパ装置の場合、車体の上下方向の曲げ振動が発生すると、空気ばね近傍における車体の床面の角度（車体の床面と水平面との成す角度）が変化するため、車体の床面から垂下されたヨーダンパ受けの台車枠に対する相対角度も変化する。この際、ヨーダンパ受けはヨーダンパを介して台車枠と連結しているため、ヨーダンパ受けの相対角度の変化に伴い、ヨーダンパの伸縮方向の両端部のうち台車枠に取り付けられた端部を中心として、ヨーダンパの台車に対する相対的な回転運動が発生することになる。
これに対して、本発明に係る鉄道車両用ヨーダンパ装置は、ヨーダンパの伸縮方向の両端部のうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段を備える。このため、例えば、本発明の回転抵抗付与手段がヨーダンパの両端部のうち台車枠に取り付けられた端部に対して回転抵抗を付与するとすれば、上記従来のヨーダンパの台車枠に取り付けられた端部を中心とする相対的な回転運動を容易に抑制可能である。これにより、車体の床面の角度変化が低減し、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減可能である。車体の上下方向の曲げ振動が低減すると、車体の床面の上下方向の加速度も低減するため、結果として鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。
上記では、回転抵抗付与手段がヨーダンパの両端部のうち台車枠に取り付けられた端部に対して回転抵抗を付与する場合を例に挙げて説明したが、ヨーダンパの両端部のうちヨーダンパ受けに取り付けられた端部に対して回転抵抗を付与する場合や、ヨーダンパの両端部に回転抵抗を付与する場合も、同様の作用効果を奏する。すなわち、本発明の回転抵抗付与手段は、ヨーダンパの伸縮方向の両端部のうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与するため、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

好ましくは、前記回転抵抗付与手段は、ロータリーダンパであり、前記少なくとも何れか一方の端部は、前記ロータリーダンパを介して取り付けられている。

上記の好ましい構成におけるロータリーダンパとしては、例えば、特開２０１５−１７８８５２号公報等に記載の公知のロータリーダンパを適用可能である。ロータリーダンパは、外側に配置された軸部材と内側に配置された軸部材とが相対的に回転する際に回転抵抗が生じるように構成された機器である。上記公報に記載のロータリーダンパを適用する場合には、例えば、上記公報に記載の外側に配置された軸部材（ハウジング１０）を台車枠に固定して取り付け、内側に配置された軸部材（軸３３）にヨーダンパの一方の端部を固定して取り付ければよい。
上記の好ましい構成によれば、回転抵抗付与手段として簡易な構成のロータリーダンパを用いることで、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

好ましくは、前記ヨーダンパとして、前記台車の前後方向に並設された前位ヨーダンパ及び後位ヨーダンパを備え、前記回転抵抗付与手段は、ロータリーダンパであり、前記前位ヨーダンパの後端部と前記後位ヨーダンパの前端部とは、前記ロータリーダンパを介して接続されている。

上記の好ましい構成におけるロータリーダンパとして、特開２０１５−１７８８５２号公報に記載のロータリーダンパを適用する場合には、例えば、上記公報に記載の外側に配置された軸部材（ハウジング１０）を前位ヨーダンパの後端部に固定して取り付け、内側に配置された軸部材（軸３３）に後位ヨーダンパの前端部を固定して取り付ければよい。
上記の好ましい構成によっても、回転抵抗付与手段として簡易な構成のロータリーダンパを用いることで、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

本発明に係るヨーダンパ装置によれば、鉄道車両が軌道の直線区間を高速走行する際に、車体の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

従来の鉄道車両用ヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。 車体の上下方向の曲げ振動が発生した状態を説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る鉄道車両用ヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。 他の回転抵抗付与手段を備えたヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。

＜従来のヨーダンパ装置の構成＞
まず、従来のヨーダンパ装置の構成について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、従来の鉄道車両用ヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。
図１に示すように、従来の鉄道車両用ヨーダンパ装置（以下、適宜、単に「ヨーダンパ装置」という）１００’は、車体２と、車体２に連結された台車３とを具備する鉄道車両に用いられるものである。図１では、便宜上、１台の台車３のみを図示しているが、実際には、車体２に前後１対の台車３（前位台車３Ａ、後位台車３Ｂ）が連結されている（後述の図２（ａ）参照）。
車体２には、その床面から垂下されたヨーダンパ受け２１が取り付けられている。
台車３は、前後１対の輪軸３ａ、３ｂと、台車枠３ｃと、車体２と台車枠３ｃとを連結し車体２を支持する空気ばね３ｄとを備えている。

従来のヨーダンパ装置１００’は、各台車３の左右に取り付けられたヨーダンパ１を備えている（図１は、台車３の左側に取り付けられたヨーダンパ１のみを図示している）。具体的には、ヨーダンパ１は、ヨーダンパ受け２１と台車枠３ｃとの間に取り付けられている。ヨーダンパ１は、内部で粘性流体が流通する際の粘性抵抗により、伸縮する際に抵抗力（減衰力）を付与するものである。

図２は、車体の上下方向の曲げ振動が発生した状態を説明する説明図である。
図２（ａ）は鉄道車両全体の概略構成を示す図であり、図２（ｂ）は前位台車３Ａ近傍の概略構成を示す図である。
従来のヨーダンパ装置１００’の場合、図２（ａ）に示すように、車体２の上下方向の曲げ振動が発生する（図２（ａ）に実線で示す車体２が破線で示す車体２の状態に変化する）と、空気ばね３ｄ近傍における車体２の床面の角度α（車体２の床面と水平面との成す角度）が変化する。このため、車体２の床面から垂下されたヨーダンパ受け２１の台車枠３ｃに対する相対角度も変化することになる（図２（ｂ）に実線で示すヨーダンパ受け２１が破線で示すヨーダンパ受け２１の状態に変化する）。
この際、ヨーダンパ受け２１はヨーダンパ１を介して台車枠３ｃと連結しているため、図２（ｂ）に示すように、ヨーダンパ受け２１の相対角度の変化に伴い、ヨーダンパ１の伸縮方向の両端部１ａ、１ｂのうち台車枠３ｃに取り付けられた端部１ａを中心として、ヨーダンパ１の台車３に対する相対的な回転運動が発生することになる。

＜本実施形態に係るヨーダンパ装置の構成＞
本実施形態に係るヨーダンパ装置は、図２を用いて説明したヨーダンパ１の台車３に対する相対的な回転運動を抑制することで、車体２の上下方向の曲げ振動を抑制するものである。
図３は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用ヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。
図３に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用ヨーダンパ装置（以下、適宜、単に「ヨーダンパ装置」という）１００も、従来と同様に、車体２と、車体２に連結された台車３とを具備する鉄道車両に用いられるものである。図３では、便宜上、１台の台車３のみを図示しているが、実際には、車体２に前後１対の台車３が連結されている。
車体２には、その床面から垂下されたヨーダンパ受け２１が取り付けられている。
台車３は、前後１対の輪軸３ａ、３ｂと、台車枠３ｃと、車体２と台車枠３ｃとを連結し車体２を支持する空気ばね３ｄとを備えている。台車３が備える上記の構成要素及びその他の構成要素は、周知慣用の台車と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るヨーダンパ装置１００は、従来と同様に、各台車３の左右に取り付けられたヨーダンパ１を備えている（図３は、台車３の左側に取り付けられたヨーダンパ１のみを図示している）。具体的には、ヨーダンパ１は、ヨーダンパ受け２１と台車枠３ｃとの間に取り付けられている。ヨーダンパ１は、内部で粘性流体が流通する際の粘性抵抗により、伸縮する際に抵抗力（減衰力）を付与するものである。ヨーダンパ１の更に具体的な構成は、公知のヨーダンパと同様であるため、その詳細な説明は省略する。
なお、ヨーダンパ１としては、減衰力可変型のヨーダンパを用いることも可能である。この場合、ヨーダンパ装置１００は、ヨーダンパ１に加えて、ヨーダンパ１の減衰力を制御する制御手段（図示せず）を備えることになる。具体的には、この制御手段として、車体２に取り付けられたシーケンサ等から構成されるコントローラ（図示せず）と、ヨーダンパ１に取り付けられた電磁弁（図示せず）とを具備する構成を例示できる。電磁弁は、コントローラからの制御信号に基づき、ヨーダンパ１内部の粘性流体の流通をオン・オフすることで、ヨーダンパ１の減衰力を有効（減衰力が作用する状態）にしたり、無効（実質的に減衰力が作用しない状態）にする機能を果たす。

本実施形態に係るヨーダンパ装置１００は、ヨーダンパ１に加えて、ヨーダンパ１の伸縮方向の両端部１ａ、１ｂのうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４を備えることを特徴としている。
具体的には、図３に示す例では、回転抵抗付与手段４は、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂのうち台車枠３ｃに取り付けられた端部１ａに回転抵抗を付与するロータリーダンパである。ロータリーダンパは、外側に配置された軸部材と内側に配置された軸部材とが相対的に回転する際に回転抵抗が生じるように構成された機器である。例えば、ロータリーダンパの外側に配置された軸部材を台車枠３ｃに固定して取り付け、ロータリーダンパの内側に配置された軸部材にヨーダンパ１の端部１ａを固定して取り付ければよい。

上記のように、回転抵抗付与手段４によって、ヨーダンパ１の端部１ａに回転抵抗が付与されることにより、図２（ｂ）に示す従来のヨーダンパ装置１００’のようなヨーダンパ１の端部１ａを中心とする相対的な回転運動を容易に抑制可能である。これにより、図２（ｂ）に示すような車体２の床面の角度αの変化が低減し、車体２の上下方向の曲げ振動を容易に低減可能である。車体２の上下方向の曲げ振動が低減すると、車体２の床面の上下方向の加速度も低減するため、結果として鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

図３に示す例では、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂのうち台車枠３ｃに取り付けられた端部１ａに対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４としてのロータリーダンパを備える構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂのうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する限りにおいて、他の回転抵抗付与手段を採用することも可能である。

図４は、他の回転抵抗付与手段を備えたヨーダンパ装置の概略構成を説明する説明図である。
図４（ａ）に示すヨーダンパ装置１００Ａは、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂのうちヨーダンパ受け２１に取り付けられた端部１ｂに対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４Ａとしてのロータリーダンパを備えている。この場合、例えば、ロータリーダンパの外側に配置された軸部材がヨーダンパ受け２１に固定して取り付けられ、ロータリーダンパの内側に配置された軸部材にヨーダンパ１の端部１ｂが固定して取り付けられる。
図４（ａ）に示すヨーダンパ装置１００Ａによっても、ヨーダンパ１の端部１ｂに対して回転抵抗を付与するため、車体２の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。
図４（ｂ）に示すヨーダンパ装置１００Ｂは、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂのうち台車枠３ｃに取り付けられた端部１ａに対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４Ｂとしてのロータリーダンパと、ヨーダンパ受け２１に取り付けられた端部１ｂに対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段４Ｃとしてのロータリーダンパとの双方を備えている。
図４（ｂ）に示すヨーダンパ装置１００Ｂによっても、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂの双方に対して回転抵抗を付与するため、車体２の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

図４（ｃ）に示すヨーダンパ装置１００Ｃは、ロータリーダンパ以外の回転抵抗付与手段４Ｄを備えている例である。具体的には、回転抵抗付与手段４Ｄは、台車枠３ｃとヨーダンパ１の端部１ａとの間に取り付けられたロッド部材４１と、ロッド部材４１とヨーダンパ１との間に取り付けられた直動ダンパ４２とを具備する。ロッド部材４１は、例えば、一方の端部が台車枠３ｃに固定して取り付けられ、他方の端部がヨーダンパ１の端部１ａにヒンジを介して取り付けられる。直動ダンパ４２は、例えば、一方の端部がロッド部材４１にヒンジを介して取り付けられ、他方の端部がヨーダンパ１にヒンジを介して取り付けられる。直動ダンパ４２は、伸縮する際に抵抗力が生じるように構成された機器であり、例えば、ヨーダンパ１と同様の構成からなるものを採用可能である。
この回転抵抗付与手段４Ｄによっても、図３に示す回転抵抗付与手段（ロータリーダンパ）４と同様に、ヨーダンパ１の端部１ａに対して回転抵抗を付与することが可能である。このため、車体２の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。
なお、図４（ｃ）に示す例では、ヨーダンパ１の端部１ａに対して回転抵抗を付与する場合を挙げたが、図４（ａ）に示す回転抵抗付与手段（ロータリーダンパ）４Ａの代わりに、回転抵抗付与手段４Ｄのようなロッド部材４１及び直動ダンパ４２を具備する構成を採用して、ヨーダンパ１の端部１ｂに対して回転抵抗を付与することも可能である。また、図４（ｂ）に示す回転抵抗付与手段（ロータリーダンパ）４Ｂ、４Ｃの代わりに、それぞれ回転抵抗付与手段４Ｄのようなロッド部材４１及び直動ダンパ４２を具備する構成を採用して、ヨーダンパ１の両端部１ａ、１ｂの双方に対して回転抵抗を付与することも可能である。

図４（ｄ）に示すヨーダンパ装置１００Ｄは、ヨーダンパとして、台車３の前後方向に並設された前位ヨーダンパ１Ａ及び後位ヨーダンパ１Ｂを備え、回転抵抗付与手段４Ｅとして、ロータリーダンパを備えている。そして、前位ヨーダンパ１Ａの後端部と後位ヨーダンパ１Ｂの前端部１Ｂａとは、回転抵抗付与手段（ロータリーダンパ）４Ｅを介して接続されている。例えば、ロータリーダンパの外側に配置された軸部材を前位ヨーダンパ１Ａの後端部に固定して取り付け、ロータリーダンパの内側に配置された軸部材に後位ヨーダンパ１Ｂの前端部１Ｂａを固定して取り付ければよい。
図４（ｄ）に示すヨーダンパ装置１００Ｄによっても、前位ヨーダンパ１Ａの後端部と後位ヨーダンパ１Ｂの前端部１Ｂａとに対して回転抵抗を付与するため、車体２の上下方向の曲げ振動を容易に低減して鉄道車両の乗り心地を向上させることが可能である。

１、１Ａ、１Ｂ・・・ヨーダンパ
２・・・車体
２１・・・ヨーダンパ受け
３・・・台車
３ｃ・・・台車枠
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ・・・回転抵抗付与手段
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ・・・ヨーダンパ装置

Claims (3)

1. 車体と該車体に連結された台車とを具備する鉄道車両に用いられるヨーダンパ装置であって、
   前記車体の床面から垂下されたヨーダンパ受けと前記台車の台車枠との間に取り付けられたヨーダンパと、
   前記ヨーダンパの伸縮方向の両端部のうち少なくとも何れか一方の端部に対して回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段と、
   を備えることを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置。
2. 前記回転抵抗付与手段は、ロータリーダンパであり、
   前記少なくとも何れか一方の端部は、前記ロータリーダンパを介して取り付けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ヨーダンパ装置。
3. 前記ヨーダンパとして、前記台車の前後方向に並設された前位ヨーダンパ及び後位ヨーダンパを備え、
   前記回転抵抗付与手段は、ロータリーダンパであり、
   前記前位ヨーダンパの後端部と前記後位ヨーダンパの前端部とは、前記ロータリーダンパを介して接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ヨーダンパ装置。

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