JP4254982B2 - 磁気浮上車両の脚装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車輪昇降機能をもつ脚装置に関し、特に、スペース的にシビアな磁気浮上車両などの脚装置として好適であり、車輪の一方の側面部分に位置するトレーリングアームを支持する技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
一般に、磁気浮上車両や航空機は、高速で浮上走行を行うのに対し、低速で車輪走行を行う点で共通している。車輪昇降機能をもつ脚装置は、そのような乗り物に必要な装置であり、浮上走行と車輪走行との２つの走行形態を実現するものである。この脚装置は、車輪の上げ下げをする昇降機能のための昇降シリンダのほか、車輪の荷重を支えるためのトレーリングアーム、さらに、乗り心地を向上する緩衝機能のためのダンパおよびバネ機構を備える。
【０００３】
したがって、脚装置は、基本的に、昇降および緩衝の両機能がすぐれていることが必要である。しかし、実際上、すぐれた脚装置には、台車などへの取り付けが容易であること（取り付け容易性）もまた大事である。取り付け容易性という観点からすれば、台車などへの取り付け部の数が少ない方が望ましい。そして、取り付け部の数を少なくする点からすれば、昇降シリンダとダンパとを別に取り付け、それらのいずれか一方の外周にバネ機構を配置するもの（たとえば、特開平５−１３１９２１号、あるいは特開平６−２１９２７０号の各公報）よりも、昇降シリンダ、ダンパおよびバネ機構のすべてを一体的に結合するようにしたもの（たとえば、特開平６−２１１３０号、あるいは特開平９−２５４７８５号の各公報）の方が好ましい。
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
こうした取り付け部の数を少なくするという配慮もあるだろうが、本来的なスペース面からの制約によって、今まで、車輪の荷重を支えるトレーリングアームについては、車輪の一方の側面部分にのみ配置されている。車輪の片側に位置するトレーリングアームは、一端が車軸に連結され、他端が台車側に回転可能に取り付けられるようになっている。こうした脚装置の耐久性についていろいろ実験し検討したところ、トレーリングアームの耐久性、特に、トレーリングアームの台車側への取り付け部の強度がネックになることが判明した。車輪に加わる荷重には、垂直荷重のほか、ブレーキ力に伴う前後荷重、カーブ走行時のサイドフォースによる左右荷重がある。トレーリングアームは、車輪の片側にあって、車輪から少し離れているため、車輪に加わるそれらの荷重がトレーリングアームに対し曲げモーメントやねじりモーメントとして作用する。しかも、車輪は、通常の車輪走行だけの車両の場合とは異なり、走行速度が速くきわめて高速に回転するため、車輪外周のタイヤの変形量なども大きくなり、車輪に加わる荷重の変動も大きい。
【０００５】
このトレーリングアームの耐久性の問題を解決する方法として、トレーリングアームの台車側への回転可能な取り付け部の取り付け強度自体を向上させる手法と、片持ち支持形態のトレーリングアームを両持ち支持形態にする手法とが考えられる。勿論、両手法を併せて適用することもできる。トレーリングアームの台車側への回転可能な取り付け部の部分のスペースが厳しく制約されているのに対し、その反対側の部分、つまり、車軸から前記回転可能な取り付け部とは反対側に延びる部分のスペースには少し余裕がある。そのため、ここでは後者の手法に着目した。しかし、後者の手法によって、トレーリングアームを両持ち支持形態あるいはそれに似た支持形態を採るとき、車輪昇降時におけるトレーリングアームの揺動を損なってはならないし、車輪走行時には、ダンパおよびバネ機構による緩衝機能を損なってはならない。
【０００６】
この発明は、以上の検討結果に基づいてなされたものであり、スペース的な制約の下で、トレーリングアームを両持ち支持形態に有効に支持することができる技術を提供することを目的とする。
また、この発明は、ダンパおよびバネ機構による緩衝機能を損なうことなく、車輪走行時の乗り心地を快適にすることができる脚装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
【発明の手段】
この発明の脚装置では、トレーリングアームの車軸側の端部に、トレーリングアームを延長させる方向に延びる補助アームをトレーリングアームと一体的に設け、その補助アームの一端の部分に、外部からの荷重に伴うトレーリングアームのねじりモーメントおよび曲げモーメントに対抗するための支持機構を配置する。支持機構は、一定の運動をする被支持部材と、その被支持部材に接触しつつ被支持部材の運動を規制する支持部材とを備える。トレーリングアームの車軸側の端部には、緩衝機能のためのダンパおよびバネ機構の作用に伴って、必然的に上下方向の運動が開放されていなければならず、その点、互いに接触しつつ互いの動きを規制する支持機構は、その要求に応える機構である。
【０００８】
理論からすれば、被支持部材および支持部材のいずれか一方をトレーリングアームと一体の補助アーム側に設け、他方のものを台車側に設けるようにすれば良い。しかし、乗り心地の面から台車側には不要な動きがないことが好ましいので、そうした台車側にカムに似た支持部材を設け、補助アーム側にカムフォロアに似た被支持部材を設けるべきであろう。そこで、この発明で用いる支持機構は、その補助アーム上、車軸から離れた側に支持される被支持部材と、その被支持部材に臨む台車の部分に位置する支持部材とを備える。被支持部材としては、運動に伴う抵抗が小さい点から、回転可能に支持したローラが好ましい。そのローラの回転軸の延長線をトレーリングアームの揺動中心に交わるように配置することによって、車輪昇降のためのトレーリングアームの揺動を損なわないようにすべきである。
【０００９】
好ましい形態では、トレーリングアームの軸線と同一方向に延びる補助アームの軸線に対し、ローラを上下に一対設ける。それによって、トレーリングアームの軸線周りのねじりモーメントあるいは曲げモーメントに対抗する。それに対し、支持部材としては、被支持部材の左右方向運動をより確実に規制することができるものが望ましい。それに応える支持部材は、ローラの両側面を挟み込む平行な支持面を含むものである。しかし、上下の一対のローラを被支持部材とするとき、ねじりモーメントが方向性をもつために、上部のローラに対する上部支持面と下部のローラに対する下部支持面とを、平行する一方の支持面（力の作用しない側の面）を省略して段違い状に配置することができる。段違い状の配置は、支持部材の軽量化の上でも好ましい形態である。
【００１０】
【好適な実施例】
脚装置としては、台車に対する取り付けの観点から、特開平９−２５４７８５号の公報が示すようなＬ型のものが好ましい。図１および図２は、この発明を適用したＬ型の脚装置１０の全体構成を示し、特に、図２には、同様の脚装置１０を台車の左右に取り付けた配置を示している。Ｌ型とは、ほぼ水平に延びるトレーリングアーム２０と、トレーリングアーム２０の端から縦方向に延びる昇降シリンダ組立て体３０とが形作る支持形態をいう。トレーリングアーム２０は、車軸２２側と台車２４側とを連結するアームであり、一端２０ａが車軸２２の端部を固定し、また、その他端２０ｂは、ピン結合によって台車２４の側部に回転可能に支持される。この発明では、トレーリングアーム２０の車軸２２側の端部に、トレーリングアーム２０を延長させる方向に延びる補助アーム６０をトレーリングアーム２０と一体的に設け、その補助アーム６０の一端の部分に、外部からの荷重に伴うトレーリングアーム２０のねじりモーメントおよび曲げモーメントに対抗するための支持機構９０を配置する。Ｌ型の脚装置１０は、そうした補助アーム６０および支持機構９０の部分を除いて、前記特開平９−２５４７８５号の公報が示すものとほぼ同様である。そこで、最初にＬ型の脚装置１０の全体的な構成を明らかにし、その後にポイントとなる補助アーム６０および支持機構９０について説明する。
【００１１】
トレーリングアーム２０の一端２０ａに車軸２２がある。車軸２２は、トレーリングアーム２０の軸線に対して直交する方向に延びており、その車軸２２の回りに車輪走行のための車輪４０を支持している。この車輪４０は、図示はしないが、外周のタイヤ（たとえば、チッソガスを封入）と、そのタイヤを支持する内周の金属ホイールとからなる。車輪４０の側部に、縦に延びる縦アーム４６があるが、このアーム４６は、ガイド輪４７を支持するためのアームである。ガイド輪４７は、走行路面Ｇに設けたガイド壁（図示しない）と相俟って、横方向のガイドをするためのものである。なお、車輪４０には、車輪４０にブレーキ作用を与える車輪ディスクブレーキ装置やタイヤのパンク時に応じるための外接補助輪など（いずれも図示しない）が付属されている。
【００１２】
昇降シリンダ組立て体３０は、油圧アクチュエータである昇降シリンダ５０を主体とし、その昇降シリンダ５０に対し、皿バネを利用したバネ機構７０および小孔を通るオイルの流れ抵抗に基づいて抗力を得るオイルダンパ８０を一体的に備えている。バネ機構７０と同様、オイルダンパ８０も昇降シリンダ５０のシリンダ本体の外周に配置されているため、ダンパ付きであるにもかかわらず、昇降シリンダ組立て体３０の軸線方向の長さは比較的に短い。この昇降シリンダ組立て体３０は、下端３０ｄがトレーリングアーム２０を通して車軸２２側に連結され、上端３０ｕは上部ブラケット３３を通して台車２４側にピン結合によって連結されている。そこで、昇降シリンダ組立て体３０の昇降シリンダ５０の伸縮に応じて、トレーリングアーム２０が他端２０ｂ側の支持点を中心に揺動し、車軸２２の回りの車輪４０を上下に昇降することができる。
【００１３】
脚装置１０の取り付けスペースは、磁気浮上車両の推進機構（推進および浮上力を発生する超電導磁石や、その超電導磁石用の冷凍関係機器など）が大きなスペースを占有するため、かなり制約される。図１および図２の中に、鎖線で示す外側の枠が脚装置１０に許される取り付けスペースであり、その取り付けスペースは、特に、走行路面Ｇから台車２４の底部までの高さ、ならびに台車２４の横巾および前後方向の距離の点で大きく制限される。この取り付けスペースの観点からも、軸線長の短い昇降シリンダ組立て体３０は好適である。
【００１４】
さて、脚装置１０は、各台車２４の前部および後部に対し、図２に示すように、左右に一対配置される。そうした脚装置１０を走行方向に沿う前後方向から見るとき、脚装置１０のトレーリングアーム２０は、左右ともに車輪４０の外側に位置する。車輪４０を通して外部から垂直荷重Ｖと左右荷重Ｈとが加えられたとき、トレーリングアーム２０は垂直荷重Ｖに伴うねじれｖと左右荷重Ｈに伴うねじれｈとを受ける。前者のねじれｖは後者のねじれｈに比べてきわめて大きい。そこで、外部からの荷重の影響は、左右の脚装置１０に対して左右対称的に現れる、ということができる。この発明では、補助アーム６０および支持機構９０によって、そうした外部からの荷重に伴うねじれに対抗する。
【００１５】
補助アーム６０は、トレーリングアーム２０と同軸にしつつ、トレーリングアーム２０の一端から延びている。補助アーム６０については、トレーリングアーム２０と一体的に構成することができる。補助アーム６０自体は、車軸２２から離れた端部が上下に延びたＴ字形状である。その端部の部分は、被支持部材としての上部ローラ９１ｕおよび下部ローラ９１ｄを支持するところである。上部および下部の両ローラ９１ｕ，９１ｄは、補助アーム６０の軸線を中心に上下に対称に位置し、それらの回転軸心がトレーリングアーム２０の揺動中心Ｏを通るような配置になっている。また、両ローラ９１ｕ，９１ｄは、補助アーム６０と一体のトレーリングアーム２０のスムーズな揺動を考慮し、揺動中心Ｏを中心にした円弧上に位置する。
【００１６】
被支持部材としてのそれら両ローラ９１ｕ，９１ｄは、台車側に設ける支持部材としてのレール部材９３と相俟って支持機構９０を構成する。レール部材９３は、図３に示すように、円弧面９３０ｃをもつ本体９３０と、本体９３０の両側に位置し、台車に取り付けるための複数の取り付け孔９５ｈをあけたベース部分９５と、本体９３０上、円弧面９３０ｃの両側に段違い状に配置した支持部分９７とを備える。支持部分９７は、前記した上部および下部の各ローラ９１ｕ，９１ｄに応じて、上部支持部分９７ｕと下部支持部分９７ｄとを含む。それらの上部および下部の各支持部分９７ｕ，９７ｄは、円弧面９３０ｃに直立した壁９７２と、壁９７２の内面に重なる支持プレート９７４とからなる。支持プレート９７４は、たとえばステンレス鋼製であり、内側の一面が支持面９７４ｃとなる。図４が明らかにしているように、支持面９７４ｃを含む支持プレート９７４は、取り付けねじ９７５等によって本体９３０側の壁９７２に支持する。ここで、支持面９７４ｃと各ローラ９１ｕ，９１ｄとの間の無負荷状態におけるクリアランスは、たとえば５／１００ｍｍ程度の小さな値である。
【００１７】
図５はレール部材９３を補助アーム６０の方から見た図であり、レール部材９３のほか、車輪４０を降下した状態（車輪走行時）における両ローラ９１ｕ，９１ｄを実線で、また、車輪４０を上昇した状態（浮上走行時）における両ローラ９１ｕ，９１ｄを鎖線でそれぞれ示している。浮上走行時には、上部および下部の両ローラ９１ｕ，９１ｄはレール部材９３の支持面９７４ｃの部分から外れている。それに対し、車輪走行時には、上部のローラ９１ｕは上部の支持面９７４ｃに、また、下部のローラ９１ｄは下部の支持面９７４ｃにそれぞれ接触可能な位置にある。この場合、トレーリングアーム２０のねじれ（特に、大きなねじれｖ）によって、上部および下部の両ローラ９１ｕ，９１ｄが、破線ｕおよびｄで示すようにそれぞれ反対方向の力を受ける。そのために、各ローラ９１ｕ，９１ｄに対する支持面９７４ｃは、ローラを両側から挟み込むように設けることをせずに、一方の側だけを支えるように段違い状に設けることができる。この段違い状の形態は、部品を軽量化するという利点を生む。
【００１８】
なお、支持面９７４ｃの長さあるいは配置をするに際し、図示した実施例では、上端位置については、緊急着地時に脚装置１０の車輪４０が降下されて接地するとき、上部および下部のローラ９１ｕ，９１ｄが各支持面９７４ｃに接するようにし、また、下端位置については、客室内が空のときなど、車両が最も軽い時、脚装置１０の車輪４０が降下されて接地するとき、オイルダンパ８０およびバネ機構７０の振幅をも考慮して、上部および下部のローラ９１ｕ，９１ｄが各支持面９７４ｃに接するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による脚装置の一実施例の側面図である。
【図２】 図１の脚装置を台車の左右に取り付けた配置を示す正面からの図である。
【図３】 レール部材の拡大した斜視図である。
【図４】 レール部材とローラとの関係を示す部分的な断面図である。
【図５】 レール部材を補助アームの方から見た図である。
【符号の説明】
１０ Ｌ型の脚装置
２０ トレーリングアーム
２２ 車軸
２４ 台車
４０ 車輪
５０ 昇降シリンダ
６０ 補助アーム
７０ バネ機構
８０ オイルダンパ（ダンパ）
９０ 支持機構
９１ｕ 上部ローラ
９１ｄ 下部ローラ
９３ レール部材
９７４ 支持プレート
９７４ｃ 支持面

Claims (6)

1. 磁気浮上車両に設けられる脚装置であって、車輪を支持する車軸と、前記車輪の一方の側面部分に位置し、一端が前記車軸に連結され、他端が台車側に回転可能に取り付けられるトレーリングアームと、そのトレーリングアームに連結され、トレーリングアームの台車側の回転可能な取り付け部を中心にトレーリングアームを揺動させることによって、前記車輪の昇降を行う昇降シリンダと、前記車輪−台車の間の荷重変化を緩衝するためのダンパおよびバネ機構とを備える車輪昇降機能をもつ脚装置において、前記トレーリングアームの一端の側に、そのトレーリングアームと一体であり、トレーリングアームを延長させる方向に延びる補助アームと、その補助アーム上、前記車軸から離れた側に支持される被支持部材と、その被支持部材に臨む前記台車の部分に位置し、被支持部材に接触しつつ被支持部材と相俟って支持機構を構成する支持部材とをさらに備え、前記支持機構によって、前記車輪を介して前記トレーリングアームに加わる荷重を支えるようにしたことを特徴とする脚装置。
2. 前記被支持部材は、前記補助アームに回転可能に支持されたローラであり、そのローラの回転軸の延長線が前記トレーリングアームの揺動中心に交わる、請求項１の脚装置。
3. 前記ローラは、前記トレーリングアームの軸線と同一方向に延びる補助アームの軸線に対し、上下に一対あり、それに応じて、前記台車の部分の支持部材も上部のローラに対する上部支持面、および下部のローラに対する下部支持面を備える、請求項２の脚装置。
4. 前記上部支持面および下部支持面は、前記トレーリングアームが揺動する際の前記上部および下部の各ローラの回転軸の軌跡に平行している、請求項３の脚装置。
5. 前記上部支持面と下部支持面とは、上下方向に段違い状に位置する、請求項４の脚装置。
6. 前記ダンパおよびバネ機構が、前記昇降シリンダに一体化している、請求項１の脚装置。

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