JP3775237B2 - 鉄道車両用台車のストッパー装置及び鉄道車両用台車並びに輪重変動抑制方法 - Google Patents
鉄道車両用台車のストッパー装置及び鉄道車両用台車並びに輪重変動抑制方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体ばね付きの鉄道車両において例えば当該ばねがパンクした時や、或いは、磁気浮上ばね付きの鉄道車両において例えばフェール（電気が切れて落ちてしまう）した時に作用するストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば空気ばね付きの鉄道車両においては、例えば空気ばねがパンクした時に車体が急激に降下するのを規制して、安全を確保するためのストッパー装置が設置されている。
このストッパー装置１は、従来は、ボルスタ付き台車、ボルスタレス台車共に、図８及び図９，１０に示すように、台車５の左右に設置された空気ばね２のエアードーム２ａの下部か或いは空気ばね２の近傍に設けられていただけであった。なお、図８はボルスタ付き台車における場合の一例を示したもので、左右の空気ばね２の近傍にストッパーゴム１ａで形成されたストッパー装置１を設けたもの、図９，１０はボルスタレス台車における場合の一例を示したもので、図１１示したように、左右の空気ばね２のエアードーム２ａの下部にストッパーゴム１ａ（ストッパー装置１）を設けたものである。
【０００３】
ところで、空気ばねがパンクした際の１車両内の輪重変動ΔＷ2 を、図１２（ａ）に示す１車両について、対称性を考慮した半車両（図１２（ｂ））にて検討した場合、輪軸とレール間のローリングトルクＴ0 は下記の数式１に示すように表わすことができ、この数式１から１車両内の輪重変動ΔＷ2 は下記の数式２によって表わすことができる。なお、各ばね系は、図１２（ｃ）に示したような直列のねじりばね系として扱っている。
【０００４】
【数１】
ここで、 θ0 ：レール面でのねじり角（＝ψ・（Ｌ／２ｂ0 ））
ψ：カントてい減率
２Ｌ：台車の中心間距離
２ｂ0 ：車輪とレールとの接触点間距離
２ｂ1 ：ジャーナル中心間距離
２ｂ2 ：枕ばね中心間距離
ｋ1 ：軸ばね定数
ｋ2 ：ストッパー装置のばね定数
ＧJeq ：車体の相当ねじり剛性（＝Ｍ・ｌ／θ：Ｍはねじりモー メント、ｌはねじりを加える２点間距離、θはねじり角）
【０００５】
【数２】
ΔＷ2 ＝Ｔ0 ／４ｂ0
【０００６】
上記した数式２によって輪重変動ΔＷ2 をストッパー装置のばね定数ｋ2 をパラメータにして求めた結果を示したのが図１３である。この図１３より空気ばねのパンク時には、ストッパー装置のばね定数ｋ2 を小さくすれば、軌道面狂いによる輪重変動すなわち輪重減少率を低減できることが判る。
【０００７】
なお、図１３は曲率半径が２００ｍ、カントが１０５ｍｍ、スラックが１３ｍｍの場合における演算結果で、図１３中の＋印はストッパー装置のばね定数ｋ2 が１２５００Ｎ／ｍｍの場合、○印は同じくばね定数ｋ2 が６２５０Ｎ／ｍｍの場合、＊印は同じくばね定数ｋ2 が３１２５Ｎ／ｍｍの場合、×印は同じくばね定数ｋ2 が１２５０Ｎ／ｍｍの場合を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、例えば空気ばねのパンク時を考えた場合には、ストッパー装置のばね定数ｋ2 を大幅に小さくすれば軌道面狂いによる輪重変動を低減できることが判明したが、上記したような車両の左右方向の左右のみに配置した従来のストッパー装置では、空気ばねパンク時における上下方向の荷重が全て車両の左右方向の左右に配置したストッパー装置に作用することになることから、単純にストッパー装置のばね定数ｋ2 を例えば現状の１／１０程度に小さくしたのでは、ストッパー装置の変位が現状の１０倍程度に大きくなってしまい、空気ばねとして成立しないようになる。また、これほど柔らかいストッパーゴムでは、車体の荷重をささえるだけの強度を確保することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、従来の車両の左右方向の左右のみに配置したストッパー装置のばね定数ｋ2 を小さくしつつ、ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時における輪重変動を低減可能な鉄道車両用台車のストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動を抑制する方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するために、
ボルスタレス台車では、
横梁上の左右方向中央部に中央ストッパーを、側梁上に設置した空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは車体における前記横梁の左右方向中央部に相対する位置に吊り下げ状に中央ストッパーを、前記エアドーム内に車体側から吊り下げ状に左右ストッパーを、
ボルスタ付き台車では、
心皿を介して台車上に配置されたボルスタ上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して台車上に配置されたボルスタの左右に配置された空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは心皿を介して車体を載置したボルスタを空気ばねを介して支持する台車上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して車体を載置したボルスタを支持する空気ばねのエアドーム内又は台車上の空気ばねの内側に左右ストッパーを、
夫々配置し、
車体の上下荷重は、前記中央ストッパー又は前記中央ストッパーと前記左右ストッパーで支持可能とし、
車体の傾きに対しては、主に前記左右ストッパーで支持可能となすこととしている。
そして、このようにすることで、車両の左右に配置した左右ストッパーの上下方向の剛性を小さくしても、車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーは上下方向の剛性を大きくしても、傾き方向に対する影響は少なくなり、輪重変動が効果的に抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記した数式１及び数式２より、輪重変動ΔＷ2 は輪軸とレール間のローリングトルクＴ0 に比例し、また、前記ローリングトルクＴ0 はレール面でのねじり角θ0 に比例し、かつ、ストッパー装置のばね定数ｋ2 が小さくなると前記ローリングトルクＴ0 は小さくなるものの、前記ばね定数ｋ2 が作用するのは、レール面でのねじり角θ0 に対してのみであることから、車両の左右方向左右に配置したストッパー装置のばね定数ｋ2 は車体の傾きに対してのみ柔らかくなって、上下方向の車体荷重を、前記ストッパー装置に起因する傾きに影響しないように支持させることを考えた。
【００１２】
本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置は、上記した考え方に基づいてなされたものであり、流体ばね又は磁気浮上ばね付き車両において、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時に作用する上下方向のストッパー装置であって、
ボルスタレス台車では、
横梁上の左右方向中央部に中央ストッパーを、側梁上に設置した空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは車体における前記横梁の左右方向中央部に相対する位置に吊り下げ状に中央ストッパーを、前記エアドーム内に車体側から吊り下げ状に左右ストッパーを、
ボルスタ付き台車では、
心皿を介して台車上に配置されたボルスタ上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して台車上に配置されたボルスタの左右に配置された空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは心皿を介して車体を載置したボルスタを空気ばねを介して支持する台車上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して車体を載置したボルスタを支持する空気ばねのエアドーム内又は台車上の空気ばねの内側に左右ストッパーを、
夫々配置し、
車体の上下荷重は、前記中央ストッパー又は前記中央ストッパーと前記左右ストッパーで支持可能とし、
車体の傾きに対しては、主に前記左右ストッパーで支持可能としたものであり、
その際、車両の左右方向中央部に配置した中央ストッパーに対して車両の左右に配置した左右ストッパーの上下方向の剛性を同等か小さくなすことが望ましい。
【００１３】
すなわち、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置においては、車体の上下荷重は車両の左右方向中央部又は車両の左右方向中央部と左右に配置したストッパーによって支持する一方、車体の傾きは主に車両の左右に配置したストッパーによって支持するようにしたのである。
【００１４】
本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置は、上記したように、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーと車両の左右に配置した左右ストッパーとに、機能を分散させることによって、車両の左右に配置した左右ストッパーを柔らかくしても車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーは傾き向き方向にはあまり作用しないので、上下の剛性を大きくしても傾き方向に対する影響は少ない。
【００１５】
上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時における車両の左右方向中央部の中央ストッパーの隙間δに対して、左右ストッパーの隙間δ1 及び当該ばねの隙間δ2 を大きくした場合には、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーが車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合に左右ストッパーが傾きに対する荷重を負担するようになる。
【００１６】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの先端部分を平面状又は凸状としたり、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの弾性体部分の形状を球面状又は円弧状又は山形状とした場合には、車体の傾きに対する剛性が低減する。
【００１７】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時に、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパーの弾性体に予圧縮を与えておけば、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【００１８】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパーの上下剛性ｋｃを５０００〜２００００Ｎ／ｍｍとなすと共に、左右ストッパーの上下剛性ｋｓを２００〜５０００Ｎ／ｍｍとし、かつ、左右ストッパーの左右間隔Ｌを０．５〜３ｍとなした場合には、軌道ねじれ区間における輪重変動を効果的に低減できると共に、カント区間における車体の傾きを適正範囲内の値に保持することが可能となる。
【００１９】
上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパーの上下剛性ｋｃを５０００〜２００００Ｎ／ｍｍとするのは、上下剛性ｋｃが５０００Ｎ／ｍｍ未満では、車体の上下変位が過大となり、車体〜台車間のスペース確保が困難になる。また、上下剛性ｋｃが２００００Ｎ／ｍｍを超えると、パンク時やフェール時等の場合における上下振動が過大となり、乗客の安全に影響がでやすくなるからである。
【００２０】
また、左右ストッパーの上下剛性ｋｓを２００〜５０００Ｎ／ｍｍとするのは、上下剛性ｋｃが２００Ｎ／ｍｍ未満では、車両がカント区間に停車した際の車体の傾きが過大となる。また、上下剛性ｋｃが５０００Ｎ／ｍｍを超えると、軌道面狂い区間における輪重変動が過大となりやすくなるからである。
【００２１】
また、左右ストッパーの左右間隔Ｌを０．５〜３ｍとするのは、左右間隔Ｌが０．５ｍ未満では、車両がカント区間に停車した際の車体傾きが過大となる。また、左右間隔Ｌが３ｍを超えると、軌道面狂い区間における輪重変動が過大となりやすくなるからである。
【００２２】
上記した本発明に係る何れかのストッパー装置を鉄道車両用台車に備えさせた場合には、流体ばね又は磁気浮上ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーで車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合には左右ストッパーで傾きに対する荷重を負担することになって、輪重変動が効果的に抑制できるようになる。これが、本発明に係る鉄道車両用台車及び輪重変動抑制方法である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動抑制方法を図１〜図７に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した、図１（ｃ）と同様の図、（ｂ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの先端部分を凸状とした例を示した図、（ｃ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を球面状とした例を示した図、（ｄ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を山形状とした例を示した図、図３は本発明に係るストッパー装置の第２実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を正面から見た図、図４はボルスタ付き台車における図１と同様の図、図５は本発明に係るストッパー装置の第２〜第４実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を正面から見た図、図６は本発明に係るストッパー装置に適用する左右部に配置する空気ばね内蔵ストッパーの一例を示した図、図７は中央部及び左右のストッパーの弾性体に予圧縮を与えた例を示した図である。
【００２４】
図１〜図３は本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係るボルスタレス台車２１の一例を示したもので、図１において、１１は本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置であり、牽引装置４の前後に配置された横梁２１ａ上の左右方向中央部に夫々配置した大容量で高剛性、例えばばね定数Ｋｃが１００００Ｎ／ｍｍの積層ゴムからなる中央ストッパー１２と、台車２１の左右に配置した側梁２１ｂ上に設置された例えば空気ばね２のエアードーム２ａ内における例えば左右間隔Ｌが２ｍの位置に内蔵した、ばね定数ｋｓが１０００Ｎ／ｍｍの柔剛性の左右ストッパー（以下、柔剛性ストッパーと言う。）１３とで形成されている。これら中央ストッパー１２と車体３の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードーム２ａの天井面間の間隔δ1 は同じ値である。
【００２５】
図２（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した図１（ｃ）と同様の図であり、この例では、前記した第１実施例に代えて、中央ストッパー１２を車体３に、また、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３を車体３側から吊り下げ状に設置したものである。このように中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の設置位置は、側梁２１ｂ（側梁側）、車体３（車体側）のどちらでも良い。
【００２６】
また、図２（ｂ）は図１（ｃ）の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の先端部分を凸状としたもので、このようにした場合には、車体３の傾きに対する剛性を低減することができるようになる。
同様に図２（ｃ）に示したように、図１（ｃ）の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の弾性体部分を球面状としたり、図２（ｄ）に示したように、山形状とした場合にも、車体３の傾きに対する剛性を低減することができるようになる。
【００２７】
また、図３に示した実施例では、中央ストッパー１２は図１及び図２に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図１及び図２に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は空気ばね２のエアードーム内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００２８】
そして、このような本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係る鉄道車両用台車では、空気ばね２のパンク時には、車体３の上下荷重を例えば前記中央ストッパー１２で支持し、また、車体３の傾きは主に車両の左右に配置した柔剛性ストッパー１３で支持するのである。
【００２９】
このように構成することで、車両の左右に配置した柔剛性ストッパー１３の上下方向の剛性を小さくしても、車体３の上下荷重を支えられるようになる一方、中央ストッパー１２は上下方向の剛性を大きくしても、傾き方向に対する影響は少なくなって、輪重の変化を効果的に抑制できるようになる。これが本発明に係る輪重変動抑制方法である。
【００３０】
図４及び図５は本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係るボルスタ付き台車２２の一例を示したもので、図４に示した実施例では、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置１１を構成する中央ストッパー１２は、心皿６を介して台車２２上に配置されたボルスタ７上の左右方向中央部に配置され、一方、柔剛性ストッパー１３は、前記ボルスタ７の左右に設置された空気ばね２のエアードーム２ａに内蔵されたものを示している。これら中央ストッパー１２と車体３の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードーム２ａの天井面間の間隔δ1 は、図１及び図２に示した実施例と同様、同じ値である。
【００３１】
また、図５（ａ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は図４に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図４に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は、図３に示した実施例と同様、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００３２】
また、図５（ｂ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は、心皿６を介して車体３を載置したボルスタ７を空気ばね２を介して支持する台車２２上の左右方向中央部に配置され、一方、柔剛性ストッパー１３は、前記台車２２の左右部分に設置された空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵されたものを示している。これら中央ストッパー１２とボルスタ７の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードームの天井面間の間隔δ1 は、図４に示した実施例と同様、同じ値である。
【００３３】
また、図５（ｃ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は図５（ｂ）に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図５（ｂ）に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３とボルスタ７の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は、図５（ｂ）に示した実施例と同様、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００３４】
ところで、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置１１を構成する中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３は所定の剛性を有するものであれば、特にその構成は問わないが、柔剛性ストッパー１３のうち、空気ばね２に内蔵するものにあっては、図６に示したような構成のものが好適である。
【００３５】
すなわち、図６（ａ）は柔剛性ストッパー１３となす例えばコイルスプリング１３ａに予圧縮を与え、荷重負荷容量を大きくしてストッパー変位を減らしたもので、この場合には、コイルスプリング１３ａの上端に載置される擦り板１３ｂの上面と空気ばね２のエアードーム２ａの天井面までの間隔が上記したδ1 となる。
【００３６】
図７は本発明に係るボルスタレス台車２１を構成する本発明に係るストッパー装置１１の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の弾性体に予圧縮を与えたもので、柔剛性ストッパー１３として図６（ａ）に示した構成のものを適用した例である。このようにすることで、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【００３７】
また、図６（ｂ）は柔剛性ストッパー１３となす例えばコイルスプリング１３ａの台座１３ｃを逆截頭円錐形となして空気ばね２のエアードーム２ａ下部に配置したストッパーゴム１ａ内に配置したもので、コイルスプリング１３ａの台座１３ｃをこのような逆截頭円錐形となすことで、柔剛性ストッパー１３がストッパーゴム１ａの水平方向の動きを阻害しないように支持している。この場合にも、コイルスプリング１３ａの上端に載置される擦り板１３ｂの上面と空気ばね２のエアードーム２ａの天井面までの間隔が上記したδ1 となる。
【００３８】
本実施例では、空気ばね付き車両の空気ばねパンク時について説明したが、磁気浮上ばね付き車両のフェール時や、その他、自動高さ調整弁の故障時、空気配管の故障時におけるストッパー装置としても適用可能であることは言うまでもない。また、本実施例では、ばねの正常時における中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 を同じ値とし、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値としたものについて説明したが、前記間隔δに対して、前記間隔δ1 及びδ2 を大きくしたものでも良いことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両の左右方向中央に配置したストッパーと車両の左右に配置したストッパーとに機能を分散させることによって、車両の左右に配置したストッパーを柔らかくしても車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置したストッパーは傾き向き方向には作用しないので、上下の剛性を大きくしても傾き方向に対する影響が少なくなって、輪重変動を効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時における車両の左右方向中央部の中央ストッパーの隙間δに対して、左右ストッパーの隙間δ1 及び当該ばねの隙間δ2 を大きくした場合には、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーが車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合に左右ストッパーが傾きに対する荷重を負担するようになる。
【００４１】
また、本発明において、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの先端部分を平面状又は凸状としたり、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの弾性体部分の形状を球面状又は円弧状又は山形状とした場合には、車体の傾きに対する剛性が低減する。
【００４２】
また、本発明において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時に、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパーの弾性体に予圧縮を与えておけば、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した図１（ｃ）と同様の図、（ｂ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの先端部分を凸状とした例を示した図、（ｃ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を球面状とした例を示した図、（ｄ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を山形状とした例を示した図である。
【図３】本発明に係るストッパー装置の第２実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を正面から見た図である。
【図４】本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るストッパー装置の第２〜第４実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を正面から見た図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置に適用する車両の左右に配置する空気ばね内蔵ストッパーの一例を示した図である。
【図７】中央部及び左右のストッパーの弾性体に予圧縮を与えた例を示した図である。
【図８】ボルスタ付き台車における場合の一例を示した（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は正面から見た図で、左右の空気ばねの近傍にストッパーゴムで形成された上下方向のストッパー装置を設けたものである。
【図９】ボルスタレス台車における場合の一例を平面から見た図で、左右の空気ばねのエアードームの下部にストッパー装置を設けたものである。
【図１０】図９を正面から見た図である。
【図１１】図９及び図１０に示した空気ばねのエアードームの下部に設けたストッパー装置の説明図である。
【図１２】空気ばねパンク時における輪重変動を説明する図で、（ａ）は１車両の説明図、（ｂ）は対称性を考慮した半車両の説明図、（ｃ）は直列のねじりばね系とした図である。
【図１３】輪重変動を上下方向ストッパーのばね定数ｋ2 をパラメータにして計算した結果を示した図で、（ａ）は外軌側１輪軸を、（ｂ）は内軌側１輪軸を、（ｃ）は外軌側２輪軸を、（ｄ）は内軌側２輪軸を、（ｅ）は外軌側３輪軸を、（ｆ）は内軌側３輪軸を、（ｇ）は外軌側４輪軸を、（ｈ）は内軌側４輪軸を示したものである。
【符号の説明】
２ 空気ばね
３ 車体
１１ ストッパー装置
１２ 中央ストッパー
１３ 柔剛性ストッパー
２１ ボルスタレス台車
２２ ボルスタ付き台車
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体ばね付きの鉄道車両において例えば当該ばねがパンクした時や、或いは、磁気浮上ばね付きの鉄道車両において例えばフェール（電気が切れて落ちてしまう）した時に作用するストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動を抑制する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば空気ばね付きの鉄道車両においては、例えば空気ばねがパンクした時に車体が急激に降下するのを規制して、安全を確保するためのストッパー装置が設置されている。
このストッパー装置１は、従来は、ボルスタ付き台車、ボルスタレス台車共に、図８及び図９，１０に示すように、台車５の左右に設置された空気ばね２のエアードーム２ａの下部か或いは空気ばね２の近傍に設けられていただけであった。なお、図８はボルスタ付き台車における場合の一例を示したもので、左右の空気ばね２の近傍にストッパーゴム１ａで形成されたストッパー装置１を設けたもの、図９，１０はボルスタレス台車における場合の一例を示したもので、図１１示したように、左右の空気ばね２のエアードーム２ａの下部にストッパーゴム１ａ（ストッパー装置１）を設けたものである。
【０００３】
ところで、空気ばねがパンクした際の１車両内の輪重変動ΔＷ2 を、図１２（ａ）に示す１車両について、対称性を考慮した半車両（図１２（ｂ））にて検討した場合、輪軸とレール間のローリングトルクＴ0 は下記の数式１に示すように表わすことができ、この数式１から１車両内の輪重変動ΔＷ2 は下記の数式２によって表わすことができる。なお、各ばね系は、図１２（ｃ）に示したような直列のねじりばね系として扱っている。
【０００４】
【数１】
ψ：カントてい減率
２Ｌ：台車の中心間距離
２ｂ0 ：車輪とレールとの接触点間距離
２ｂ1 ：ジャーナル中心間距離
２ｂ2 ：枕ばね中心間距離
ｋ1 ：軸ばね定数
ｋ2 ：ストッパー装置のばね定数
ＧJeq ：車体の相当ねじり剛性（＝Ｍ・ｌ／θ：Ｍはねじりモー メント、ｌはねじりを加える２点間距離、θはねじり角）
【０００５】
【数２】
ΔＷ2 ＝Ｔ0 ／４ｂ0
【０００６】
上記した数式２によって輪重変動ΔＷ2 をストッパー装置のばね定数ｋ2 をパラメータにして求めた結果を示したのが図１３である。この図１３より空気ばねのパンク時には、ストッパー装置のばね定数ｋ2 を小さくすれば、軌道面狂いによる輪重変動すなわち輪重減少率を低減できることが判る。
【０００７】
なお、図１３は曲率半径が２００ｍ、カントが１０５ｍｍ、スラックが１３ｍｍの場合における演算結果で、図１３中の＋印はストッパー装置のばね定数ｋ2 が１２５００Ｎ／ｍｍの場合、○印は同じくばね定数ｋ2 が６２５０Ｎ／ｍｍの場合、＊印は同じくばね定数ｋ2 が３１２５Ｎ／ｍｍの場合、×印は同じくばね定数ｋ2 が１２５０Ｎ／ｍｍの場合を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、例えば空気ばねのパンク時を考えた場合には、ストッパー装置のばね定数ｋ2 を大幅に小さくすれば軌道面狂いによる輪重変動を低減できることが判明したが、上記したような車両の左右方向の左右のみに配置した従来のストッパー装置では、空気ばねパンク時における上下方向の荷重が全て車両の左右方向の左右に配置したストッパー装置に作用することになることから、単純にストッパー装置のばね定数ｋ2 を例えば現状の１／１０程度に小さくしたのでは、ストッパー装置の変位が現状の１０倍程度に大きくなってしまい、空気ばねとして成立しないようになる。また、これほど柔らかいストッパーゴムでは、車体の荷重をささえるだけの強度を確保することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、従来の車両の左右方向の左右のみに配置したストッパー装置のばね定数ｋ2 を小さくしつつ、ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時における輪重変動を低減可能な鉄道車両用台車のストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動を抑制する方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するために、
ボルスタレス台車では、
横梁上の左右方向中央部に中央ストッパーを、側梁上に設置した空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは車体における前記横梁の左右方向中央部に相対する位置に吊り下げ状に中央ストッパーを、前記エアドーム内に車体側から吊り下げ状に左右ストッパーを、
ボルスタ付き台車では、
心皿を介して台車上に配置されたボルスタ上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して台車上に配置されたボルスタの左右に配置された空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは心皿を介して車体を載置したボルスタを空気ばねを介して支持する台車上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して車体を載置したボルスタを支持する空気ばねのエアドーム内又は台車上の空気ばねの内側に左右ストッパーを、
夫々配置し、
車体の上下荷重は、前記中央ストッパー又は前記中央ストッパーと前記左右ストッパーで支持可能とし、
車体の傾きに対しては、主に前記左右ストッパーで支持可能となすこととしている。
そして、このようにすることで、車両の左右に配置した左右ストッパーの上下方向の剛性を小さくしても、車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーは上下方向の剛性を大きくしても、傾き方向に対する影響は少なくなり、輪重変動が効果的に抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記した数式１及び数式２より、輪重変動ΔＷ2 は輪軸とレール間のローリングトルクＴ0 に比例し、また、前記ローリングトルクＴ0 はレール面でのねじり角θ0 に比例し、かつ、ストッパー装置のばね定数ｋ2 が小さくなると前記ローリングトルクＴ0 は小さくなるものの、前記ばね定数ｋ2 が作用するのは、レール面でのねじり角θ0 に対してのみであることから、車両の左右方向左右に配置したストッパー装置のばね定数ｋ2 は車体の傾きに対してのみ柔らかくなって、上下方向の車体荷重を、前記ストッパー装置に起因する傾きに影響しないように支持させることを考えた。
【００１２】
本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置は、上記した考え方に基づいてなされたものであり、流体ばね又は磁気浮上ばね付き車両において、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時に作用する上下方向のストッパー装置であって、
ボルスタレス台車では、
横梁上の左右方向中央部に中央ストッパーを、側梁上に設置した空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは車体における前記横梁の左右方向中央部に相対する位置に吊り下げ状に中央ストッパーを、前記エアドーム内に車体側から吊り下げ状に左右ストッパーを、
ボルスタ付き台車では、
心皿を介して台車上に配置されたボルスタ上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して台車上に配置されたボルスタの左右に配置された空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは心皿を介して車体を載置したボルスタを空気ばねを介して支持する台車上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して車体を載置したボルスタを支持する空気ばねのエアドーム内又は台車上の空気ばねの内側に左右ストッパーを、
夫々配置し、
車体の上下荷重は、前記中央ストッパー又は前記中央ストッパーと前記左右ストッパーで支持可能とし、
車体の傾きに対しては、主に前記左右ストッパーで支持可能としたものであり、
その際、車両の左右方向中央部に配置した中央ストッパーに対して車両の左右に配置した左右ストッパーの上下方向の剛性を同等か小さくなすことが望ましい。
【００１３】
すなわち、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置においては、車体の上下荷重は車両の左右方向中央部又は車両の左右方向中央部と左右に配置したストッパーによって支持する一方、車体の傾きは主に車両の左右に配置したストッパーによって支持するようにしたのである。
【００１４】
本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置は、上記したように、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーと車両の左右に配置した左右ストッパーとに、機能を分散させることによって、車両の左右に配置した左右ストッパーを柔らかくしても車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置した中央ストッパーは傾き向き方向にはあまり作用しないので、上下の剛性を大きくしても傾き方向に対する影響は少ない。
【００１５】
上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時における車両の左右方向中央部の中央ストッパーの隙間δに対して、左右ストッパーの隙間δ1 及び当該ばねの隙間δ2 を大きくした場合には、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーが車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合に左右ストッパーが傾きに対する荷重を負担するようになる。
【００１６】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの先端部分を平面状又は凸状としたり、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの弾性体部分の形状を球面状又は円弧状又は山形状とした場合には、車体の傾きに対する剛性が低減する。
【００１７】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時に、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパーの弾性体に予圧縮を与えておけば、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【００１８】
また、上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパーの上下剛性ｋｃを５０００〜２００００Ｎ／ｍｍとなすと共に、左右ストッパーの上下剛性ｋｓを２００〜５０００Ｎ／ｍｍとし、かつ、左右ストッパーの左右間隔Ｌを０．５〜３ｍとなした場合には、軌道ねじれ区間における輪重変動を効果的に低減できると共に、カント区間における車体の傾きを適正範囲内の値に保持することが可能となる。
【００１９】
上記した本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置において、車両の左右方向中央部の中央ストッパーの上下剛性ｋｃを５０００〜２００００Ｎ／ｍｍとするのは、上下剛性ｋｃが５０００Ｎ／ｍｍ未満では、車体の上下変位が過大となり、車体〜台車間のスペース確保が困難になる。また、上下剛性ｋｃが２００００Ｎ／ｍｍを超えると、パンク時やフェール時等の場合における上下振動が過大となり、乗客の安全に影響がでやすくなるからである。
【００２０】
また、左右ストッパーの上下剛性ｋｓを２００〜５０００Ｎ／ｍｍとするのは、上下剛性ｋｃが２００Ｎ／ｍｍ未満では、車両がカント区間に停車した際の車体の傾きが過大となる。また、上下剛性ｋｃが５０００Ｎ／ｍｍを超えると、軌道面狂い区間における輪重変動が過大となりやすくなるからである。
【００２１】
また、左右ストッパーの左右間隔Ｌを０．５〜３ｍとするのは、左右間隔Ｌが０．５ｍ未満では、車両がカント区間に停車した際の車体傾きが過大となる。また、左右間隔Ｌが３ｍを超えると、軌道面狂い区間における輪重変動が過大となりやすくなるからである。
【００２２】
上記した本発明に係る何れかのストッパー装置を鉄道車両用台車に備えさせた場合には、流体ばね又は磁気浮上ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーで車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合には左右ストッパーで傾きに対する荷重を負担することになって、輪重変動が効果的に抑制できるようになる。これが、本発明に係る鉄道車両用台車及び輪重変動抑制方法である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置、及び、このストッパー装置を備えた鉄道車両用台車、並びに、この鉄道車両用台車における前記パンク時やフェール時等の輪重変動抑制方法を図１〜図７に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した、図１（ｃ）と同様の図、（ｂ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの先端部分を凸状とした例を示した図、（ｃ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を球面状とした例を示した図、（ｄ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を山形状とした例を示した図、図３は本発明に係るストッパー装置の第２実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を正面から見た図、図４はボルスタ付き台車における図１と同様の図、図５は本発明に係るストッパー装置の第２〜第４実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を正面から見た図、図６は本発明に係るストッパー装置に適用する左右部に配置する空気ばね内蔵ストッパーの一例を示した図、図７は中央部及び左右のストッパーの弾性体に予圧縮を与えた例を示した図である。
【００２４】
図１〜図３は本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係るボルスタレス台車２１の一例を示したもので、図１において、１１は本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置であり、牽引装置４の前後に配置された横梁２１ａ上の左右方向中央部に夫々配置した大容量で高剛性、例えばばね定数Ｋｃが１００００Ｎ／ｍｍの積層ゴムからなる中央ストッパー１２と、台車２１の左右に配置した側梁２１ｂ上に設置された例えば空気ばね２のエアードーム２ａ内における例えば左右間隔Ｌが２ｍの位置に内蔵した、ばね定数ｋｓが１０００Ｎ／ｍｍの柔剛性の左右ストッパー（以下、柔剛性ストッパーと言う。）１３とで形成されている。これら中央ストッパー１２と車体３の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードーム２ａの天井面間の間隔δ1 は同じ値である。
【００２５】
図２（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した図１（ｃ）と同様の図であり、この例では、前記した第１実施例に代えて、中央ストッパー１２を車体３に、また、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３を車体３側から吊り下げ状に設置したものである。このように中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の設置位置は、側梁２１ｂ（側梁側）、車体３（車体側）のどちらでも良い。
【００２６】
また、図２（ｂ）は図１（ｃ）の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の先端部分を凸状としたもので、このようにした場合には、車体３の傾きに対する剛性を低減することができるようになる。
同様に図２（ｃ）に示したように、図１（ｃ）の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の弾性体部分を球面状としたり、図２（ｄ）に示したように、山形状とした場合にも、車体３の傾きに対する剛性を低減することができるようになる。
【００２７】
また、図３に示した実施例では、中央ストッパー１２は図１及び図２に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図１及び図２に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は空気ばね２のエアードーム内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００２８】
そして、このような本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係る鉄道車両用台車では、空気ばね２のパンク時には、車体３の上下荷重を例えば前記中央ストッパー１２で支持し、また、車体３の傾きは主に車両の左右に配置した柔剛性ストッパー１３で支持するのである。
【００２９】
このように構成することで、車両の左右に配置した柔剛性ストッパー１３の上下方向の剛性を小さくしても、車体３の上下荷重を支えられるようになる一方、中央ストッパー１２は上下方向の剛性を大きくしても、傾き方向に対する影響は少なくなって、輪重の変化を効果的に抑制できるようになる。これが本発明に係る輪重変動抑制方法である。
【００３０】
図４及び図５は本発明に係るストッパー装置１１を備えた本発明に係るボルスタ付き台車２２の一例を示したもので、図４に示した実施例では、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置１１を構成する中央ストッパー１２は、心皿６を介して台車２２上に配置されたボルスタ７上の左右方向中央部に配置され、一方、柔剛性ストッパー１３は、前記ボルスタ７の左右に設置された空気ばね２のエアードーム２ａに内蔵されたものを示している。これら中央ストッパー１２と車体３の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードーム２ａの天井面間の間隔δ1 は、図１及び図２に示した実施例と同様、同じ値である。
【００３１】
また、図５（ａ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は図４に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図４に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は、図３に示した実施例と同様、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００３２】
また、図５（ｂ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は、心皿６を介して車体３を載置したボルスタ７を空気ばね２を介して支持する台車２２上の左右方向中央部に配置され、一方、柔剛性ストッパー１３は、前記台車２２の左右部分に設置された空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵されたものを示している。これら中央ストッパー１２とボルスタ７の下面間の間隔δ、及び、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵した柔剛性ストッパー１３の上面と空気ばねのエアードームの天井面間の間隔δ1 は、図４に示した実施例と同様、同じ値である。
【００３３】
また、図５（ｃ）に示した実施例では、中央ストッパー１２は図５（ｂ）に示した実施例と同じであるが、柔剛性ストッパー１３を、図５（ｂ）に示した実施例とは異ならせて、空気ばね２のエアードーム２ａ内に内蔵せず、車両の左右方向における空気ばね２の内側に設置している。このような構成では、中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３とボルスタ７の下面間の間隔δ，δ1 は同じ値であるが、この間隔δ，δ1 は、図５（ｂ）に示した実施例と同様、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値である。
【００３４】
ところで、本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置１１を構成する中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３は所定の剛性を有するものであれば、特にその構成は問わないが、柔剛性ストッパー１３のうち、空気ばね２に内蔵するものにあっては、図６に示したような構成のものが好適である。
【００３５】
すなわち、図６（ａ）は柔剛性ストッパー１３となす例えばコイルスプリング１３ａに予圧縮を与え、荷重負荷容量を大きくしてストッパー変位を減らしたもので、この場合には、コイルスプリング１３ａの上端に載置される擦り板１３ｂの上面と空気ばね２のエアードーム２ａの天井面までの間隔が上記したδ1 となる。
【００３６】
図７は本発明に係るボルスタレス台車２１を構成する本発明に係るストッパー装置１１の中央ストッパー１２や柔剛性ストッパー１３の弾性体に予圧縮を与えたもので、柔剛性ストッパー１３として図６（ａ）に示した構成のものを適用した例である。このようにすることで、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【００３７】
また、図６（ｂ）は柔剛性ストッパー１３となす例えばコイルスプリング１３ａの台座１３ｃを逆截頭円錐形となして空気ばね２のエアードーム２ａ下部に配置したストッパーゴム１ａ内に配置したもので、コイルスプリング１３ａの台座１３ｃをこのような逆截頭円錐形となすことで、柔剛性ストッパー１３がストッパーゴム１ａの水平方向の動きを阻害しないように支持している。この場合にも、コイルスプリング１３ａの上端に載置される擦り板１３ｂの上面と空気ばね２のエアードーム２ａの天井面までの間隔が上記したδ1 となる。
【００３８】
本実施例では、空気ばね付き車両の空気ばねパンク時について説明したが、磁気浮上ばね付き車両のフェール時や、その他、自動高さ調整弁の故障時、空気配管の故障時におけるストッパー装置としても適用可能であることは言うまでもない。また、本実施例では、ばねの正常時における中央ストッパー１２及び柔剛性ストッパー１３と車体３の下面間の間隔δ，δ1 を同じ値とし、空気ばね２のエアードーム２ａ内の間隔δ2 よりも小さい値としたものについて説明したが、前記間隔δに対して、前記間隔δ1 及びδ2 を大きくしたものでも良いことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両の左右方向中央に配置したストッパーと車両の左右に配置したストッパーとに機能を分散させることによって、車両の左右に配置したストッパーを柔らかくしても車体の上下荷重を支えられるようになる一方、車両の左右方向中央に配置したストッパーは傾き向き方向には作用しないので、上下の剛性を大きくしても傾き方向に対する影響が少なくなって、輪重変動を効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時における車両の左右方向中央部の中央ストッパーの隙間δに対して、左右ストッパーの隙間δ1 及び当該ばねの隙間δ2 を大きくした場合には、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーが車体の上下荷重を負担し、車体に傾きが生じた場合に左右ストッパーが傾きに対する荷重を負担するようになる。
【００４１】
また、本発明において、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの先端部分を平面状又は凸状としたり、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの弾性体部分の形状を球面状又は円弧状又は山形状とした場合には、車体の傾きに対する剛性が低減する。
【００４２】
また、本発明において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時に、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパーの弾性体に予圧縮を与えておけば、ストッパー作用時の撓みを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した第１実施例の他の例を示した図１（ｃ）と同様の図、（ｂ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの先端部分を凸状とした例を示した図、（ｃ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を球面状とした例を示した図、（ｄ）は図１（ｃ）の中央部及び左右のストッパーの弾性体部分を山形状とした例を示した図である。
【図３】本発明に係るストッパー装置の第２実施例を備えた本発明に係るボルスタレス台車を正面から見た図である。
【図４】本発明に係るストッパー装置の第１実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を示した図で、（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るストッパー装置の第２〜第４実施例を備えた本発明に係るボルスタ付き台車を正面から見た図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は本発明に係る鉄道車両用台車のストッパー装置に適用する車両の左右に配置する空気ばね内蔵ストッパーの一例を示した図である。
【図７】中央部及び左右のストッパーの弾性体に予圧縮を与えた例を示した図である。
【図８】ボルスタ付き台車における場合の一例を示した（ａ）は平面から見た図、（ｂ）は正面から見た図で、左右の空気ばねの近傍にストッパーゴムで形成された上下方向のストッパー装置を設けたものである。
【図９】ボルスタレス台車における場合の一例を平面から見た図で、左右の空気ばねのエアードームの下部にストッパー装置を設けたものである。
【図１０】図９を正面から見た図である。
【図１１】図９及び図１０に示した空気ばねのエアードームの下部に設けたストッパー装置の説明図である。
【図１２】空気ばねパンク時における輪重変動を説明する図で、（ａ）は１車両の説明図、（ｂ）は対称性を考慮した半車両の説明図、（ｃ）は直列のねじりばね系とした図である。
【図１３】輪重変動を上下方向ストッパーのばね定数ｋ2 をパラメータにして計算した結果を示した図で、（ａ）は外軌側１輪軸を、（ｂ）は内軌側１輪軸を、（ｃ）は外軌側２輪軸を、（ｄ）は内軌側２輪軸を、（ｅ）は外軌側３輪軸を、（ｆ）は内軌側３輪軸を、（ｇ）は外軌側４輪軸を、（ｈ）は内軌側４輪軸を示したものである。
【符号の説明】
２ 空気ばね
３ 車体
１１ ストッパー装置
１２ 中央ストッパー
１３ 柔剛性ストッパー
２１ ボルスタレス台車
２２ ボルスタ付き台車
Claims (9)
- 流体ばね又は磁気浮上ばね付き車両において、当該ばねのパンク又はフェール時、或いは自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時に作用する上下方向のストッパー装置であって、
ボルスタレス台車では、
横梁上の左右方向中央部に中央ストッパーを、側梁上に設置した空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは車体における前記横梁の左右方向中央部に相対する位置に吊り下げ状に中央ストッパーを、前記エアドーム内に車体側から吊り下げ状に左右ストッパーを、
ボルスタ付き台車では、
心皿を介して台車上に配置されたボルスタ上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して台車上に配置されたボルスタの左右に配置された空気ばねのエアドーム内又は空気ばねの内側に左右ストッパーを、
或いは心皿を介して車体を載置したボルスタを空気ばねを介して支持する台車上の左右方向中央部に中央ストッパーを、前記心皿を介して車体を載置したボルスタを支持する空気ばねのエアドーム内又は台車上の空気ばねの内側に左右ストッパーを、
夫々配置し、
車体の上下荷重は、前記中央ストッパー又は前記中央ストッパーと前記左右ストッパーで支持可能とし、
車体の傾きに対しては、主に前記左右ストッパーで支持可能としたことを特徴とする鉄道車両用台車のストッパー装置。 - 請求項１記載の鉄道車両用台車のストッパー装置において、
車両の左右方向中央部に配置した中央ストッパーに対して車両の左右に配置した左右ストッパーの上下方向の剛性を同等か小さくなしたことを特徴とする鉄道車両用台車のストッパー装置。 - 請求項１又は２記載の鉄道車両用台車のストッパー装置において、流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時における車両の左右方向中央部の中央ストッパーの隙間δに対して、左右ストッパーの隙間δ1 及び当該ばねの隙間δ2 を同等か大きくしたことを特徴とする鉄道車両用台車のストッパー装置。
- 車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの先端部分を平面状又は凸状としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の鉄道車両用台車のストッパー装置。
- 車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパー、或いは、左右方向中央部の中央ストッパー又は左右ストッパーの弾性体部分の形状を球面状又は円弧状又は山形状としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか記載の鉄道車両用台車のストッパー装置。
- 流体ばね又は磁気浮上ばねの正常時に、車両の左右方向中央部の中央ストッパー及び左右ストッパーの弾性体に予圧縮を与えておくことを特徴とする請求項１〜５の何れか記載の鉄道車両用台車のストッパー装置。
- 車両の左右方向中央部の中央ストッパーの上下剛性ｋｃを５０００〜２００００Ｎ／ｍｍとなすと共に、左右ストッパーの上下剛性ｋｓを２００〜５０００Ｎ／ｍｍとし、かつ、左右ストッパーの左右間隔Ｌを０．５〜３ｍとなしたことを特徴とする請求項１〜６の何れか記載の鉄道車両用台車のストッパー装置。
- 請求項１〜７の何れか記載のストッパー装置を備えたことを特徴とする鉄道車両用台車。
- 請求項１〜７の何れか記載のストッパー装置を備えた請求項８記載の鉄道車両用台車において、流体ばね又は磁気浮上ばねのパンク又はフェール時、或いは、自動高さ調整弁の故障や空気配管の故障時には、主に中央部の中央ストッパーで車体の上下荷重を負担させ、車体に傾きが生じた場合には左右ストッパーで傾きに対する荷重を負担させることを特徴とする輪重変動抑制方法。
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