JP5964075B2 - 輪重変動抑制装置及び鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両における輪重の変動を抑制するための輪重変動抑制装置、及びこの輪重変動抑制装置を備えた鉄道車両に関する。

鉄道車両では、車両重量は各車輪を通じてレールに作用するが、車輪一輪にかかる垂直方向の荷重は、「輪重」と呼ばれる。また、各車輪間での輪重のバランスが変動し、ある車輪における輪重が極端に小さくなる状態を「輪重抜け」と呼ぶ。

一方、車体と台車との間には乗り心地向上のために空気ばねが設けられているが、経年変化等により、この空気ばねのゴム膜がパンク（以下、単に「空気ばねがパンク」と記すこともある）することがある。パンク時には、エアークッションが無くなることから、空気ばね自体のばね定数が増加してしまう。このようなパンク状態では、車両の乗り心地が悪くなるのは当然であるが、問題となるのは、図１１に示すように、車両が曲線軌道のカント逓減区間、つまり軌道がねじれている区間を走行するときには、パンクに起因して輪重変動が増大し車輪が軌道のねじれに追従困難となってしまう場合がある。即ち、空気ばね１ｂ、１ｃに対応する車輪で、上述した輪重抜けが発生する可能性がある。

空気ばねがパンクしたような異常発生状態においても、引き続き車両を走行させなければならない場合もあり、走行安全性を確保する必要がある。

そこで、上述のような輪重抜けを抑制する技術として、例えば特許文献１及び特許文献２が提案されている。
特許文献１の技術では、空気ばねがパンクしたときであってもばね定数を柔らかく維持するため、空気ばね内に、空気ばねの上面板と当接しこれを支持するストッパ構造が開示されている。
また特許文献２は、空気ばねがパンクしたときに対応するために、車両の左右、及び中央部にそれぞれストッパを配置した構造を開示している。

特開２００２−２０６５８２号公報 特開２００２−１２０７２２号公報

しかしながら、上述の特許文献１の従来技術では、輪重抜けを抑制するためには前記ストッパ構造は、かなり柔軟に作製する必要がある。その結果、パンク時における車両の上下方向の変位量が大きくなってしまい、車両床下機器と軌道とが接触する可能性がある。したがって結局のところ、前記ストッパ構造は十分な柔軟性を確保することができず、特許文献１の発明では、輪重抜けを十分に抑制することができない。

一方、上述の特許文献２の従来技術では、車両左右には剛性の低いストッパを設け、中央部には剛性の高いストッパを設けて、車両の下降は車両中央部に設けたストッパで防止し、空気ばねパンク時における輪重変動を抑制できるとしている。
しかしながら、特許文献２の技術においても、車両左右における空気ばね内に剛性の低いストッパを設けていることから、上下方向の変位量が大きくなるため、特許文献１と同じ問題が発生する。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであり、かつ、空気ばねのパンク等の場合においても、輪重の変動を十分に抑制可能な輪重変動抑制装置、及びこの輪重変動抑制装置を備えた鉄道車両を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における輪重変動抑制装置は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられ、前記鉄道車両の車輪に加わる荷重の変動を抑制する輪重変動抑制装置であって、前記台車の車両幅方向の両側に設けられる２つの空気ばねと、車両幅方向の略中央部に位置し、ローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持される揺動部材と、車両上下方向において前記揺動部材と隙間を介して対向して配置され、前記空気ばねのうち少なくとも１つが規定高さ以下となったときに前記揺動部材に当接するストッパと、一端が前記揺動部材に支持され、他端が台車又は車体に支持され、前記空気ばねのうち少なくとも１つが規定高さ以下となったときに、前記台車と前記車体とのねじり剛性を低下させる揺動支持部材と、を備えたことを特徴とする。

また、前記揺動部材は、車両幅方向に延在する梁部材と、この梁部材を貫通して梁部材をローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持する回転軸とを有し、前記揺動支持部材は、前記揺動部材と前記台車又は前記車体との間に設置される弾性部材で構成してもよい。

本発明の第１態様における輪重変動抑制装置及び第２態様における鉄道車両によれば、揺動部材、揺動支持部材、及びストッパを備えたことで、揺動支持部材によって揺動部材の揺動の程度、つまり車体と台車との間のねじり剛性を決めることができる。よって、従来技術のように空気ばねに内蔵した空気ばねストッパ構造とは関係なく、車体と台車との間のねじり剛性を従来に比べて柔らかく、つまり低く設定できる。したがって、軌道のカント逓減区間での輪重変動を抑制することができる。

さらに、１車両に備わる少なくとも一つの空気ばねが規定高さ以下になり車体が下降したときには、ストッパと揺動部材とが当接することから、車体が規定値を超えて下降することは禁止される。よって、上述のように車体と台車との間のねじり剛性を低く設定した場合であっても、車体の下降により床下機器が軌道に干渉することがない。

また、前記揺動部材は、車両幅方向に延在する梁部材と、この梁部材をローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持する台座部材とを有し、前記揺動支持部材は、前記揺動部材と前記台車又は前記車体との間に設置されるゴム材で構成してもよい。

また、車両幅方向の両側に設けられ、ローリング方向における車体の規定値以上の変位にて前記空気ばねを支持する空気ばねストッパ構造をさらに備え、前記揺動支持部材は、前記規定値未満の変位では前記空気ばねストッパ構造が前記車体を支持しないように前記揺動部材を介して前記車体にローリング方向における反力を生じさせるように構成してもよい。

この構成により、例えば空気ばねがパンクすることで、車体に過大な左右力が作用して揺動部材に過大なローリング方向の力が発生した場合でも、空気ばねストッパ構造を設けておくことで、上述の揺動部材、揺動支持部材及びストッパの構成、並びに空気ばねストッパ構造が作用して、過大な車体のローリング変位を防止することができる。よって、軌道のカント逓減区間に対しては，揺動部材の柔らかいローリング支持剛性で輪重変動を抑制し、過大な左右力に対しては、さらに空気ばねストッパ構造で変位を防止できるという効果がある。

また、本発明の第２態様における鉄道車両は、上述の第１態様における輪重変動抑制装置を備えたことを特徴とする。

本発明により、輪重の変動を十分に抑制した装置およびそれを備えた鉄道車両を提供することができる。

本発明の実施形態１における輪重変動抑制装置を装着した台車周りの断面図である。 図１に示す輪重変動抑制装置の平面図である。 図１に示す輪重変動抑制装置の拡大図であり、図４のＡ−Ａ部の断面図である。 図１に示す輪重変動抑制装置を拡大した平面図である。 本発明の実施形態２における輪重変動抑制装置を示す図である。 本発明の実施形態３における輪重変動抑制装置を装着した台車周りの断面図である。 図６に示す輪重変動抑制装置の平面図である。 本発明の実施形態４における輪重変動抑制装置を示す図である。 図１に示す輪重変動抑制装置の変形例を示す図である。 鉄道車両に作用する各方向における力を説明する斜視図である。 鉄道車両における輪重変動を説明するための斜視図である。

本発明の実施形態である輪重変動抑制装置、及びこの輪重変動抑制装置を備えた鉄道車両について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施形態１．
図１には、鉄道車両１０に備わる、本実施形態１における輪重変動抑制装置１０１を示す。当該輪重変動抑制装置１０１は、当該車両１０における図１０に示すローリング１１（ローリング方向１１と記す場合もある）を抑制して輪重変動を抑制する装置である。また、図１は、車両１０の台車２０周りを断面にて図示しており、図２はその平面図である。ここで台車２０は、ボルスタ付き台車である。また、車両幅方向８１における左右両側にて台車２０と車体３０との間には、既存の空気ばね４０が設けられている。また、「２１」はボルスタを、「２２」は台車枠を、「２３」は車輪を、「２４」は中心ピンを、それぞれ示している。

上述の輪重変動抑制装置１０１は、基本的構成部分として、空気ばね４０と、イコライザ梁１１０と、支持ばね１２０と、ストッパ１３０とを備える。ここで、イコライザ梁１１０は、揺動部材の一例に相当し、支持ばね１２０は、揺動支持部材の一例に相当する。
本実施形態では、イコライザ梁１１０は、車両幅方向８１における台車２０の略中央部に配置され、本例ではボルスタ２１に設置される。このようなイコライザ梁１１０は、図３及び図４に拡大して図示するように、車両幅方向８１に延在する、例えば金属製の梁部材１１１と、梁部材１１１の中央部を貫通し台車２０の前後方向８２に延在する回転軸１１２とを有する。尚、一実施例として、梁部材１１１は、車両幅方向８１において５００ｍｍ程度、前後方向８２において１００ｍｍ程度の大きさを有する。

回転軸１１２は、図４に示すように、その両端部が軸受１１３を介して台車２０に、本例ではボルスタ２１に支持される。よって、梁部材１１１は、回転軸１１２を中心としてローリング方向１１に揺動可能な状態でボルスタ２１に支持される。つまりイコライザ梁１１０は、回転軸１１２を中心にしてローリング方向１１への揺動が可能である。

また、本実施形態において梁部材１１１は、その断面が大略Ｔ字形であり、車両幅方向８１に延在する腕部１１１ａと、腕部１１１ａから回転軸１１２の下側へ突出し、支持ばね１２０が取り付けられる部分に相当する取付部１１１ｂとが一体的に構成されている。

支持ばね１２０は、その一端がイコライザ梁１１０の梁部材１１１に支持され、他端が本実施形態では台車２０のボルスタ２１に支持される。支持ばね１２０は、イコライザ梁１１０におけるローリング方向１１の揺動を抑える。本実施形態では、支持ばね１２０は、図示するようにコイルばね１２１で構成され、イコライザ梁１１０における取付部１１１ｂを、車両幅方向８１における両側から付勢する。この構成によって、イコライザ梁１１０は、定常状態を維持しようとし、イコライザ梁１１０におけるローリング方向１１の揺動が抑えられる。尚、前記定常状態とは、車両幅方向８１におけるボルスタ２１の傾きと同じ傾きを有するイコライザ梁１１０の状態を言い、例えば、ボルスタ２１が水平に位置するとき、イコライザ梁１１０も水平に位置する状態が定常状態である。

左右両側のコイルばね１２１は、同一のばね定数を有する。また、このばね定数に応じて、イコライザ梁１１０におけるローリング方向１１の揺動力をコントロールすることができる。換言すると、軌道状態の内、最も厳しいカント逓減区間における輪重抜けが抑制可能となるように、支持ばね１２０の選定を行えばよい。さらにまた、イコライザ梁１１０の前記揺動力のコントロールは、取付部１１１ｂの長さ、つまり上下方向８３における回転軸１１２と支持ばね１２０の支持箇所との距離によっても行うことができる。

尚、支持ばね１２０は、上述のコイルばね１２１に限定するものではなく、弾性部材、例えば伸縮可能なゴム材等を用いることもできる。

ストッパ１３０は、車両１０の上下方向８３においてイコライザ梁１１０と、隙間１３１（図３）を介して対向してかつ当接可能に配置される部材である。本実施形態では、イコライザ梁１１０が台車２０に設置されていることから、ストッパ１３０は、車体３０に固定され、また、イコライザ梁１１０の車両幅方向８１における両端部に対応して２箇所に設けられている。このようなストッパ１３０は、一車両１０に備わる４つの空気ばね４０の内、少なくとも一つが、上下方向８３において規定高さ以下になったときに、イコライザ梁１１０に当接する部材であり、以下で説明するように、車体３０の荷重をほとんど変形することなく支持する必要から、例えば硬質ゴム材等で作製される。また、隙間１３１は、上述のように少なくとも一つの空気ばね４０が前記規定高さ以下になったことで車体３０が下降したときにストッパ１３０がイコライザ梁１１０に接触するような距離である。本実施形態では、隙間１３１の上下方向８３における大きさは、空気ばね４０における正常高さと前記規定高さとの間の距離に等しく設定しているが、これに限定するものではない。

尚、図２及び図４では、ストッパ１３０は、その平面形状が円形の例を図示しているが、その形状は問わない。また、イコライザ梁１１０の両端部に対応して２つ設ける必要はなく、図９に示すように一つでもよい。
また、上述のような構成を有する輪重変動抑制装置１０１は、１台車あたり一つ設けられれば良い。

以上のように構成される輪重変動抑制装置１０１における動作について説明する。
空気ばね４０がパンクしていない正常状態では、ローリング方向１１を含めて各方向への車体３０の揺れは、空気ばね４０によってクッション性が確保され、輪重抜けは防止される。

一方、一車両１０に備わる４つの空気ばね４０の内、少なくとも一つがパンク等して上下方向８３において規定高さ以下になったときには、車体３０が下降するに伴いストッパ１３０がイコライザ梁１１０に接触する。よって、台車２０と車体３０とはイコライザ梁１１０とストッパ１３０とを介して連結された状態になる。したがって、軌道状態に対応した、台車２０と車体３０との間のローリング方向１１における捻り剛性は、輪重変動抑制装置１０１におけるイコライザ梁１１０が上述の定常状態を維持しようとする力、つまり、イコライザ梁１１０との間に設けられた支持ばね１２０つまりコイルばね１２１の付勢力によって決定される。

尚、実際には、車両幅方向８１に位置する２つの空気ばね４０同士は連通し、その間には差圧弁が設けられていることから、一方の空気ばね４０がパンクすると他方の空気ばね４０の内圧も低下し、車両積載状態では、結果的に両側の空気ばね４０は共にパンク状態になる。

このようにして、空気ばね４０がパンクしたときには、軌道状態に追従しようとする台車２０の動きに対して輪重変動抑制装置１０１が作動し、コイルばね１２１の伸縮によって、車体３０に反力が発生しローリング方向１１への車体３０の揺れは抑制され、車輪２３の輪重抜けが抑制される。それによって、車両１０がたとえ曲線軌道のカント逓減区間を走行したときでも、輪重変動を抑制でき、輪重抜けを防止又は抑制することが可能となる。

また、少なくとも一つの空気ばね４０が、例えばパンクして、上下方向８３において規定高さ以下になり、車体３０が下降したときには、上述のようにストッパ１３０とイコライザ梁１１０とが当接し、また、ストッパ１３０が変形量の少ない材料で作製されることから、車体３０が規定値を超えて下降することは禁止される。よって、上述のように車体３０と台車２０との間のねじり剛性を、輪重変動抑制装置１０１によって柔らかく設定した場合であっても、車体３０の下降により床下機器が車両限界を超えて軌道に干渉することを防止することができる。

また、既存の従来の空気ばね４０には、通常、パンク時等における、ローリング方向１１における車体３０の規定値以上の変位を抑制可能なように、ストッパ構造（以下、「空気ばねストッパ構造」と記す）が設けられており、この空気ばねストッパ構造４１（図１）も輪重抜け抑制に寄与する。ここで、空気ばねストッパ構造４１は、空気ばね４０に内蔵されている構成、及び、空気ばね４０とは別設されている構成の両方を含む。
しかしながら、たとえ空気ばねストッパ構造４１が備わっていない構成であっても、本実施形態の輪重変動抑制装置１０１を設けることで、上述のように輪重抜けを抑制することが可能となる。
一方、本実施形態の輪重変動抑制装置１０１を設置した鉄道車両１０では、イコライザ梁１１０とストッパ１３０とが当接した後、さらに、輪重変動抑制装置１０１における負担荷重を超える、ローリング方向１１の力が車体３０に作用したとき、空気ばねストッパ構造４１が設けられている場合には、空気ばねストッパ構造４１が作用を開始することができ、車体３０のローリングが抑えられる。

ここで、空気ばねストッパ構造４１のばね定数は、支持ばね１２０のばね定数よりも大きい。
具体的には、空気ばねストッパ構造４１の上下ばね定数をＫ２とし、車両幅方向８１の両側に配置された空気ばね４０間の距離の半分をｂ２としたとき、空気ばねストッパ構造４１のローリングに対するばね定数は、２×Ｋ２×ｂ２^２となる。
一方、支持ばね１２０の水平方向に対する変位に対するばね定数をＫ３とし、イコライザ梁１１０の回転軸１１２の中心から支持ばね１２０の中心までの距離をｂ３としたとき、支持ばね１２０のローリングに対するばね定数は、Ｋ３×ｂ３^２となる。各ばね定数Ｋ２、Ｋ３は、２×Ｋ２×ｂ２^２＞Ｋ３×ｂ３^２の関係となるように設定される。
この構成、及び空気ばねストッパ構造４１が作用する前に、まず輪重変動抑制装置１０１が作用する構成を採ることにより、空気ばね４０がパンクした際、イコライザ梁１１０は、空気ばねストッパ構造４１に接触しない状態で、車体３０からの荷重を台車２０に伝達することができるので、車体３０と台車２０とのねじり剛性を低下させ、輪重抜けを抑制することができる。

図３に示すように、輪重変動抑制装置１０１では、台車２０にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設置し、ストッパ１３０を車体３０に設けた構成であるが、この逆、つまり車体３０にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設置し、ストッパ１３０を台車２０に設ける構成を採っても良い。

以下では、上述した輪重変動抑制装置１０１の変形例について説明を行う。
実施形態２．
図５には、変形例として実施形態２の輪重変動抑制装置１０２が示されており、この輪重変動抑制装置１０２も、輪重変動抑制装置１０１と同様に、空気ばね４０、イコライザ梁１１０、支持ばね１２０、及びストッパ１３０を備える。
輪重変動抑制装置１０１では、イコライザ梁１１０は、回転軸１１２にて台車２０に揺動可能に支持される構成を採るが、本実施形態２の輪重変動抑制装置１０２では、イコライザ梁１１０は、台車２０ここではボルスタ２１に固定された台座部材１１４に、ローリング方向１１に揺動可能に支持される。台座部材１１４に対してイコライザ梁１１０を揺動可能に支持するための具体的な構成例として、台座部材１１４の頂上面を凹面状の半円形状とし、イコライザ梁１１０の下面中央を凸状の半円形状とし、それぞれの円状面間で摺動可能とする構成がある。ここで、台座部材１１４の頂上面に回転方向に弾性変形可能なゴム部材を装備し、イコライザ梁１１０の下面中央と、例えばボルト結合すると、上下、左右には殆ど変形しないが、回転方向には比較的容易に変位可能な構成となる。

さらにまた、輪重変動抑制装置１０１では、支持ばね１２０は、弾性部材の一例としてコイルばね１２１を例に採った構成を採るが、輪重変動抑制装置１０２では、支持ばね１２０は、弾性部材の他の例として防振ゴム１２２を用いた構成を採る。ここで防振ゴム１２２は、複数のゴム材を積層して形成される。

ここで防振ゴム１２２は、ボルスタ２１と、イコライザ梁１１０においてボルスタ２１に対向する対向面１１０ａとの間に設置される。また防振ゴム１２２は、車両幅方向８１において台座部材１１４の両側の２箇所に設けられる。尚、イコライザ梁１１０は、本実施形態では船底形の断面を有するが、これに限定するものではなく、既に説明したイコライザ梁１１０の作用を行うものであれば、その形状は問わない。
尚、輪重変動抑制装置１０２におけるその他の構成及び作用は、輪重変動抑制装置１０１における構成及び作用に同じである。

このように構成した輪重変動抑制装置１０２においても、上述した輪重変動抑制装置１０１と同様の作用を行うことができる。
簡単に説明すると、空気ばね４０が例えばパンクしたときには、ストッパ１３０がイコライザ梁１１０に接触し、軌道状態に対応した台車２０と車体３０との間のローリング方向１１における捻り剛性は、支持ばね１２０つまり防振ゴム１２２の弾性力によって決定される。

このようにして、軌道状態に追従しようとする台車２０の動きに対して輪重変動抑制装置１０２が作動し、防振ゴム１２２の弾性力によって、ローリング方向１１への車体３０の揺れは抑制され、車輪２３の輪重抜けが抑制される。それによって、車両１０がたとえ曲線軌道のカント逓減区間を走行したときでも、輪重変動が抑制され、輪重抜けを防止又は抑制することが可能となる。

尚、台車２０と車体３０との間のローリング方向１１における捻り剛性は、防振ゴム１２２の弾性力を選定することで変更できることは言うまでもない。
また、輪重変動抑制装置１０２における支持ばね１２０として、防振ゴム１２２に代えてコイルばねを用いることもできる。

また、輪重変動抑制装置１０２においても、図５に示すように、イコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を台車２０に、ストッパ１３０を車体３０に、それぞれ設置した構成を例示するが、この逆の構成、つまり車体３０にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設置し、ストッパ１３０を台車２０に設ける構成を採っても良い。

実施形態３．
次の変形例について説明する。
図１から図５では、台車２０としてボルスタ付き台車を例に採っているが、上述した輪重変動抑制装置１０１、１０２は、ボルスタレス台車の車両１０に適用することも勿論可能である。図６及び図７には、本実施形態３の輪重変動抑制装置１０３が示され、この輪重変動抑制装置１０３は、上述した輪重変動抑制装置１０１をボルスタレス台車２６の車両１０に適用した構成の一例に相当する。

図６に示すように、輪重変動抑制装置１０３は、車体３０側にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設置し、台車２６にストッパ１３０を設けている。尚、車体３０側にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設置するために、車体３０の台枠下面３１には、回転軸１１２、及び支持ばね１２０としてのコイルばね１２１を支持するための、設置用台座１４０が取り付けられている。設置用台座１４０には、台車２６の前後方向８２に延在する回転軸１１２の両端部を軸受を介して回転可能に支持する２つの回転軸用支持脚１４１が突設され、また、車両幅方向８１における２箇所には、コイルばね１２１の他端を支持するばね用支持脚１４２が突設されている。イコライザ梁１１０は、２つの回転軸用支持脚１４１の間に配置される。
また、ストッパ１３０は、イコライザ梁１１０に対向した位置で、ボルスタレス台車２６における台車枠２２を構成する横梁に固定される。

このようにボルスタレス台車２６を備えた車両１０に輪重変動抑制装置１０３を設けた場合においても、輪重変動抑制装置１０１と同様の作用及び効果を得ることができることは、既に述べた説明から明らかである。

実施形態４．
次に、図８には、同じくボルスタレス台車２６の車両１０に対して、車体３０側にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設け、台車２６にストッパ１３０を設置した輪重変動抑制装置１０４が図示されている。
輪重変動抑制装置１０４においても、空気ばね４０、イコライザ梁１１０、支持ばね１２０、及びストッパ１３０を備える。尚、本例では、支持ばね１２０としてコイルばね１２１が用いられるが、例えば防振ゴム１２２のような弾性部材を用いることもできる。

輪重変動抑制装置１０４では、車体３０側にイコライザ梁１１０及び支持ばね１２０を設けために、車体３０の台枠下面３１には、台車２６の前後方向８２に延在する回転軸１１２の両端部を軸受を介して回転可能に支持する２つの回転軸用支持脚１４１が上下方向８３に台枠下面３１から突設されている。また、コイルばね１２１は、台枠下面３１と、イコライザ梁１１０において台枠下面３１に対向する対向面１１０ａとの間に設置される。またコイルばね１２１は、車両幅方向８１において回転軸１１２の両側の２箇所に設けられる。尚、イコライザ梁１１０は、本実施形態では船底形の断面を有するが、これに限定するものではなく、既に説明したイコライザ梁１１０の作用を行うものであれば、その形状は問わない。
ストッパ１３０は、イコライザ梁１１０に対向した位置で、ボルスタレス台車２６における台車枠２２を構成する横梁に固定されている。

以上のように構成したことで、イコライザ梁１１０は、コイルばね１２１にて回動が抑制されながら、回転軸１１２を中心としてローリング方向１１に揺動可能である。
尚、コイルばね１２１の設置場所は、上述の場所に限定されるものではなく、イコライザ梁１１０と支持ばね１２０とによって既に説明したローリング抑制作用が可能となる形態に応じた場所を選定することができる。例えば図６に示す輪重変動抑制装置１０３における構成等を採ることができる。

このように構成した輪重変動抑制装置１０４も、上述した輪重変動抑制装置１０１と同様の作用を行う。
簡単に説明すると、少なくとも一つの空気ばね４０が、例えばパンクして、上下方向８３において規定高さ以下になり、車体３０が下降したときには、ストッパ１３０がイコライザ梁１１０に接触する。よって、軌道状態に対応した、ボルスタレス台車２６と車体３０との間のローリング方向１１における捻り剛性は、支持ばね１２０の弾性力つまりばね定数によって決定される。
このようにして、軌道状態に追従しようとする台車２６の動きに対して輪重変動抑制装置１０４が作動し、コイルばね１２１のばね定数によって、ローリング方向１１への車体３０の揺れは抑制され、車輪２３の輪重抜けが抑制される。それによって、車両１０がたとえ曲線軌道のカント逓減区間を走行したときでも、輪重変動が抑制され、輪重抜けを防止又は抑制することが可能となる。

以上説明した各実施形態１〜４では、イコライザ梁１１０が設けられた台車２０，２６又は車体３０側と同じ構成側に支持ばね１２０も配置する構成を示しているが、支持ばね１２０は、イコライザ梁１１０の設置側とは異なる構成側に支持されてもよい。例えば、イコライザ梁１１０を台車２０側に設置し、支持ばね１２０の一端をイコライザ梁１１０に支持させ、他端は、台車２０側ではなく車体３０側に支持させる構成、又は、逆に、車体３０側に設置されたイコライザ梁１１０に対して、支持ばね１２０の他端は、台車２０側に支持させる構成を採ってもよい。

また、上述した各実施形態１〜４では、空気ばね４０を備えた構成を示したが、空気ばね４０に代えて、流体ばね、あるいは磁気浮上ばねを用いてもよい。

以下には、空気ばね４０、イコライザ梁１１０、支持ばね１２０、ストッパ１３０に関する一実施例について説明する。尚、以下の各値は、軌間が１０６７ｍｍ、最大カントが１０５ｍｍ、最大カント逓減率１／４００、及び台車間距離１３．８ｍの条件下で、輪重減少率の目安値が６０％未満とした場合の値である。

空気ばね４０の上下方向８３における最大変位量は、４１ｍｍに設定している。また、空気ばねストッパ構造４１は、上下方向８３において空気ばね４０が４１ｍｍを超えて下降したときに空気ばね４０の上面板と当接し作用を開始する。また、イコライザ梁１１０とストッパ１３０との間の隙間１３１は、上下方向８３において２５ｍｍである。
よって、上下方向８３において空気ばね４０が２５ｍｍ下降した後、前記４１ｍｍまでの間で、本実施形態における輪重変動抑制装置が作用し、さらに過大なローリング力が働いて空気ばね４０が４１ｍｍを超えて下降すれば、空気ばねストッパ構造４１が作用して過大な車体３０のロール変位を防止することができる。

支持ばね１２０のばね定数Ｋ３について、イコライザ梁１１０の回動中心から支持ばね１２０の作用中心までの距離を０．３ｍとした場合、前記ばね定数Ｋ３は、３３０００Ｎ／ｍｍである。
また、空気ばね一つあたりの空気ばねストッパ構造４１のばね定数Ｋ２は、１００００〜２００００Ｎ／ｍｍである。

イコライザ梁１１０とストッパ１３０とが当接し、台車２０，２６と車体３０とが支持ばね１２０にてローリングが抑制される場合の台車−車体間のねじり剛性は、２９７００００Ｎｍ／ｒａｄとなるのに対し、各実施形態の輪重変動抑制装置が存在しない従来の空気ばねストッパ構造４１のみによる台車−車体間のねじり剛性は、２７９０００００Ｎｍ／ｒａｄであり、支持ばね１２０の場合に比べて約９．４倍剛性が高くなる。このように、本実施形態における輪重変動抑制装置１０１〜１０４では車体３０のローリングを柔軟に受け止めることができ、本実施形態の輪重変動抑制装置１０１〜１０４は、輪重変動を効果的に抑制可能なことがわかる。

本発明は、鉄道車両におけるいわゆる輪重抜けを抑制するための輪重変動抑制装置、及びこの輪重変動抑制装置を備えた鉄道車両に適用可能である。

１０…車両、１１…ローリング方向、２０、２６…台車、３０…車体、
４０…空気ばね、４１…空気ばねストッパ構造、
８１…車両幅方向、８２…前後方向、８３…上下方向、
１０１〜１０４…輪重変動抑制装置、１１０…イコライザ梁、１１１…梁部材、
１１２…回転軸、１１４…台座部材、１２０…支持ばね、
１２１…コイルばね、１２２…防振ゴム、１３０…ストッパ、１３１…隙間。

Claims (7)

1. 鉄道車両の車体と台車との間に設けられ、前記鉄道車両の車輪に加わる荷重の変動を抑制する輪重変動抑制装置であって、
   前記台車の車両幅方向の両側に設けられる２つの空気ばねと、
   車両幅方向の略中央部に位置し、ローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持される揺動部材と、
   車両上下方向において前記揺動部材と隙間を介して対向して配置され、前記空気ばねのうち少なくとも１つが規定高さ以下となったときに前記揺動部材に当接するストッパと、
   一端が前記揺動部材に支持され、他端が台車又は車体に支持され、前記空気ばねのうち少なくとも１つが規定高さ以下となったときに、前記車体に対するローリング変位を抑制する揺動支持部材と、
   を備えたことを特徴とする輪重変動抑制装置。
2. 前記揺動部材は、
   車両幅方向に延在する梁部材と、この梁部材を貫通して梁部材をローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持する回転軸とを有し、
   前記揺動支持部材は、
   前記揺動部材と前記台車又は前記車体との間に設置される弾性部材である、
   請求項１記載の輪重変動抑制装置。
3. 前記弾性部材は、コイルばねである、請求項２記載の輪重変動抑制装置。
4. 前記揺動部材は、
   車両幅方向に延在する梁部材と、この梁部材をローリング方向に揺動可能な状態で台車又は車体に支持する台座部材とを有し、
   前記揺動支持部材は、
   前記揺動部材と前記台車又は前記車体との間に設置されるゴム材である、
   請求項１記載の輪重変動抑制装置。
5. 車両幅方向の両側に設けられ、ローリング方向における車体の規定値以上の変位にて前記空気ばねを支持する空気ばねストッパ構造をさらに備え、
   前記揺動支持部材は、
   前記規定値未満の変位では前記空気ばねストッパ構造が前記車体を支持しないように前記揺動部材を介して前記車体にローリング方向における反力を生じさせる、請求項１から４のいずれかに記載の輪重変動抑制装置。
6. 車両幅方向の両側に設けられ、ローリング方向における車体の規定値以上の変位にて前記空気ばねを支持する空気ばねストッパ構造をさらに備え、
   前記揺動支持部材は、
   前記規定値未満の変位では前記空気ばねストッパ構造が前記車体を支持しないように前記揺動部材を介して前記車体にローリング方向における反力を生じさせるものであり、
   前記揺動支持部材は、コイルばねであり、このローリングに対するばね定数は、前記空気ばねストッパ構造のローリングに対するばね定数よりも小さい、請求項１から３のいずれかに記載の輪重変動抑制装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の輪重変動抑制装置を備えたことを特徴とする鉄道車両。

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