JP6140300B2 - 鉄道車両台車用の荷重計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸箱と台車枠との間に防振ゴム又はサスペンションバネからなる弾性体が介設される鉄道車両台車に用いる荷重計測装置に関する。

鉄道車両台車では、車輪の磨り減り等に対処して、車軸受けと、その車軸受けの上側で軸バネを支持するバネ受け台座との間に薄いライナ（スペーサ）を挟み込むことで、各車輪にかかる下方荷重（輪重）の調整を行うことがある。特許文献１では、そのライナを利用して輪重を計測する輪重計測装置が提案されている。この輪重計測装置のライナは、２枚の薄型調整板で圧力センサを挟んだものであり、その圧力センサからの出力により輪重が算出される。なお、特許文献１には、圧力センサの厚さが数十〜百数十マイクロメートルで、ライナ全体の厚さが１〜３ｍｍ程度と記載されている。

特許第４１５１４８２号公報

しかしながら、車体から各車輪に伝達される荷重の全てがライナを経由するために、台車が静止した状態でも圧力センサは強く圧縮されることとなり、そのうえ、圧力センサはライナに内蔵された極薄のシート状であるため、車両走行中に輪重変動が生じても、圧力センサには更に圧縮される余地があまり残されていない。そのため、圧力センサの感度は低いものとなり、車両走行中の輪重計測を高精度に行うことが難しい。しかも、ライナは輪重調整のために選択的に設置され、また、台車の種類によってはライナを設置しないものもあるため、ライナを用いた輪重計測装置はあらゆる台車に適用できる訳でもない。

そこで本発明は、各種台車への適用が容易でありながら、計測精度を向上させることができる鉄道車両台車の荷重計測装置を提供することを目的としている。

本発明に係る鉄道車両台車用の荷重計測装置は、軸箱と台車枠との間に防振ゴム又はサスペンションバネからなる第１弾性体が介設される鉄道車両台車に用いる荷重計測装置であって、前記第１弾性体と並列に配置され、前記台車枠からの下方荷重を支持した前記第１弾性体の鉛直方向又は横方向のいずれか一方向の弾性変形に連動して変形する第１荷重変動センサを備え、前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体の前記一方向の弾性変形に連動して変形することで電気的出力に変化を生じさせる。

前記構成によれば、軸箱と台車枠との間に介設された防振ゴム又はサスペンションバネからなる第１弾性体と並列に第１荷重変動センサが配置されるため、第１荷重変動センサは、台車枠からの下方荷重が第１弾性体により負担された状態で、第１弾性体の鉛直方向又は横方向（車幅方向）の荷重の変動に応じて変形することになる。よって、第１荷重変動センサは、台車が静止した状態において更なる変形の余地を十分に確保することができる。そのため、第１荷重変動センサの感度を高くすることができ、計測精度を向上させることが可能となる。しかも、第１荷重変動センサは、防振ゴム又はサスペンションバネからなる第１弾性体と並列に配置されるものであるため、防振ゴム又はサスペンションバネを搭載したあらゆる台車に容易に適用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各種台車への適用が容易でありながら、計測精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る鉄道車両台車の側面図である。 図１に示す台車の一部を断面化した要部側面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 図２のV方向から見た要部の正面図である。 第２実施形態に係る鉛直荷重変動センサの配置を説明する断面図である。 第２実施形態に係る横荷重変動センサの配置を説明する断面図である。 第３実施形態に係る台車の一部を断面化した要部側面図である。 第４実施形態に係る台車の一部を断面化した要部側面図である。 図９に示す鉛直荷重変動センサの配置を説明する平面図である。 図９に示す横荷重変動センサの配置を説明する平面図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両台車１の側面図である。図１に示すように、台車１は、二次サスペンションバネとなる空気バネ２を介して車体（図示せず）を支持するボルスタ３と、ボルスタ３をヨーイング方向に相対回動自在に支持する台車枠４とを備えている。台車枠４は、車両長手方向（前後方向）の中央において横方向（車幅方向）に延びる横ばり５を有しているが、いわゆる側ばりを有していない。横ばり５の前方及び後方には、それぞれ横方向に延びる車軸６が配置され、車軸６の横方向両側には車輪７が固定されている。車軸６の横方向の両端部には、車輪７よりも横方向外側にて車軸６を回転自在に支持する軸受８が設けられ、軸受８は軸箱９に収容されている。

軸箱９は、連結装置２０によって横ばり５の車幅方向の両端部に弾性的に連結されている。連結装置２０は、軸箱９から一体に横ばり５側に向けて突出した軸ばり１３と、横ばり５から軸ばり１３側に向けて突出して且つ横方向に間隔をあけて並んだ一対の受け座１１，１１と、軸ばり１３の先端部を受け座１１，１１に弾性結合するためのゴムブッシュ等（図示せず）を有する連結部１４とを備えている。即ち、本実施形態の台車１は、軸ばり式である。

横ばり５と軸箱９との間には、車両長手方向に延びた板バネ１０が架け渡され、板バネ１０の長手方向の中央部１０ａが横ばり５の横方向の両端部を下方から支持し、板バネ１０の長手方向両側の各端部１０ｂが軸箱９に下方から支持されている。即ち、板バネ１０が、一次サスペンションバネの機能と従来の側ばりの機能とを兼ねている。板バネ１０は、例えば、繊維強化樹脂で形成され、板バネ１０の中央部１０ａは、一対の受け座１１，１１の間で横ばり５の下方に潜り込むように配置されている。横ばり５の横方向の両端部の下部には、側面視で円弧状の下面を有する押圧部材１２が設けられ、押圧部材１２の下面が板バネ１０の中央部１０ａに上方から載せられている。即ち、押圧部材１２は、板バネ１０を上下方向に固定しない状態で、横ばり５が伝達する下方荷重（車体荷重等）によって板バネ１０の中央部１０ａを下方に押している。

軸箱９の上部には、後述するように、軸箱カバー１５、第１防振ゴムユニット１６、楔状部材１７、第２防振ゴムユニット１８及びバネ座１９等が下から順に積層されている。バネ座１９には、弾性シート３４（ゴムシート）を介して板バネ１０の端部１０ｂが上方から載せられている。板バネ１０の各端部１０ｂは、その上面が中央部１０ａに向く方向に傾斜した姿勢で支持され、板バネ１０の中央部１０ａは、押圧部材１２により下方に押されており、板バネ１０は、側面視で全体として下方に凸な弓形状に形成されている。

台車１には、車両走行時における第１防振ゴムユニット１６の鉛直方向の弾性変形に追従するように鉛直荷重変動センサ２１が設けられている。鉛直荷重変動センサ２１は、台車枠４から車輪７に向けた荷重伝達経路において、第１防振ゴムユニット１６と並列に配置されている。鉛直荷重変動センサ２１は、平面視において第１防振ゴムユニット１６の外方に配置されている。また、台車１には、車両走行時における第２防振ゴムユニット１８の横方向の弾性変形に追従するように第１横荷重変動センサ２２Ａ及び第２横荷重変動センサ２２Ｂが設けられている。第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、台車枠４から車輪７に向けた荷重伝達経路において、第２防振ゴムユニット１８と並列に配置されている。第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、平面視において第２防振ゴムユニット１８の外方に配置されている。

図２は、図１に示す台車１の一部を断面化した要部側面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。図４は、図２のIV−IV線断面図である。図５は、図２のV方向から見た要部の正面図である。図２に示すように、軸箱９は、その上面から上方に突出した突起部９ａを有している。軸箱９には、軸箱カバー１５が上方から被せられている。軸箱カバー１５は、その中央部に上方に突出した筒部１５ａを有している。その筒部１５ａが突起部９ａに嵌合することで、軸箱カバー１５が軸箱９に対して水平方向に位置決めされている。軸受カバー１５は、断面逆凹形状であり、軸受カバー１５の内側面と軸受９の外側面との間にシール部材１５が介装されている。軸受カバー１５の下面と軸受９の上面との間には、１枚以上の薄肉（例えば、１〜３ｍｍ）のライナ２５が挿入されている。また、軸受カバー１５は、第１防振ゴムユニット１６よりも水平方向外方（例えば、車両長手方向の外方）に突出して且つ水平な上面が形成された下ブラケット部１５ｂを有している。

軸受カバー１５には、第１防振ゴムユニット１６が上方から載せられている。第１防振ゴムユニット１６は、円環状の下板２７と、円環状の上板２８と、下板２７と上板２８とに挟まれた防振ゴム２９とを有している。防振ゴム２９の下端面及び上端面は、下板２７及び上板２８に接着されている。第１防振ゴムユニット１６の下板２７は、筒部１５ａに嵌合することで軸受カバー１５に対して水平方向に位置決めされている。

第１防振ゴムユニット１６には、楔状部材１７が上方から載せられている。楔状部材１７は、たとえば金属からなり、剛性を有する。楔状部材１７の下面は、水平面である。楔状部材１７の上面は、台車１の車両長手方向の中央側に向くように傾斜した傾斜面である。即ち、楔状部材１７の上面は、車両長手方向の外方にいくにつれて高くなる傾斜面である。楔状部材１７の下面の中央部には、凹部１７ａが形成されている。その凹部１７ａがリングスペーサ３０を介して筒部１５ａに嵌合することで、楔状部材１７が軸箱カバー１５に対して水平方向に位置決めされている。これにより、第１防振ゴムユニット１６の上板２８も間接的に軸箱カバー１５に対して水平方向に位置決めされることになる。即ち、第１防振ゴムユニット１６は、上板２８が下板２７に対して水平方向に相対変位しないように位置決めされている。

楔状部材１７の上面には、第２防振ゴムユニット１８が上方から載せられている。第２防振ゴムユニット１８は、円環状の下板３１と、円環状の上板３２と、下板３１と上板３２とに挟まれた円環状の防振ゴム３３とを有している。防振ゴム３３は、防振ゴム２９と同じ材料からなる。防振ゴム３３の下端面及び上端面は、下板３１及び上板３２に接着されている。楔状部材１７の上面の中央部には、上方に突出した突起部１７ｂが形成されており、第２防振ゴムユニット１８の下板３１は、突起部１７ｂに嵌合することで楔状部材１７に対して水平方向に位置決めされている。

第２防振ゴムユニット１８の上面には、バネ座１９が上方から載せられている。バネ座１９は、上方に向けて開放され、かつ、台車１の車両長手方向の中央側に向けて開放された凹部１９ａを有している。バネ座１９の凹部１９ａには、弾性シート３４（ゴムシート）を介して板バネ１０の端部１０ｂが上方から載せられている。バネ座１９の下面には、下方に突出した突起部１７ｂが形成されており、第２防振ゴムユニット１８の上板３２は、突起部１９ｂに嵌合することでバネ座１９に対して水平方向に位置決めされている。即ち、第２防振ゴムユニット１８では、下板３１が楔状部材１７とともに水平方向に動き、上板３２がバネ座１９とともに水平方向に動くため、上板３２が下板３１に対して水平方向に相対変位することができる。

台車１には、鉛直荷重変動センサ２１、第１横荷重変動センサ２２Ａ，第２横荷重変動センサ２２Ｂ及び演算器７０を有する荷重計測装置１００が搭載されている。演算器７０は、外部から入力された静止輪重と、車両走行中における鉛直荷重変動センサ２１の鉛直方向の荷重変動に関する出力とから車両走行中の輪重Ｐを算出するとともに、車両走行中における第１及び第２荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの横方向の荷重変動に関する出力から車両走行中の車輪７の横圧Ｑを算出する。

図２及び３に示すように、楔状部材１７には、第１防振ゴムユニット１６よりも水平方向外方（例えば、車両長手方向の外方）に突出して且つ水平な下面が形成された上ブラケット３５が固定具Ｂ１，Ｂ２（例えば、ボルト）により固定されている。なお、上ブラケット３５は、固定具を用いずに溶接又は接着により楔状部材１７に固定してもよいし、楔状部材１７の一部として形成してもよい。上ブラケット３５の下面は、下ブラケット部１５ｂの上面に対して鉛直方向に対向している。上ブラケット３５の下面には、鉛直荷重変動センサ２１が接着されている。下ブラケット部１５ｂの上面には、絶縁材料からなる圧接部材３６（例えば、ゴム等からなる弾性部材）が接着され、圧接部材３６が鉛直荷重変動センサ２１の下面に圧接している。

鉛直荷重変動センサ２１は、圧接部材３６の上面に圧接する下面電極４１と、上ブラケット３５の下面に接着された上面電極４２と、下面電極４１及び上面電極４２により鉛直方向に挟まれた媒介部材４３とを有している。圧接部材３６は絶縁材料からなるため、下面電極４１と圧接部材３６とは互いに電気的に絶縁されている。上面電極４２と上ブラケット３５との間に介在する接着材は絶縁材料からなるため、上面電極４２と上ブラケット３５とも互いに電気的に絶縁されている。

鉛直荷重変動センサ２１は、台車枠４から車輪７に向けた荷重伝達経路において、防振ゴム２９と並列に配置されて、台車枠４からの下方荷重を支持した防振ゴム２９の鉛直方向の弾性変形に追従する。詳細には、下面電極４１は、下板２７、軸箱カバー１５及び圧接部材３６を介して、防振ゴム２９の下端面の鉛直方向の動きに連動して鉛直方向に動く。換言すると、下面電極４１は、防振ゴムユニット１６の下板２７と一体に鉛直方向に変位する。同様に、上面電極４２は、上板２８、楔状部材１７及び上ブラケット３５を介して、防振ゴム２９の上端面の鉛直方向の動きに連動して鉛直方向に動く。換言すると、上面電極４２は、防振ゴムユニット１６の上板２８と一体に鉛直方向に変位する。

媒介部材４３は、防振ゴム２９とは異なる材料からなる。媒介部材４３は、下面電極４１及び上面電極４２の鉛直方向の相対移動により変形して下面電極４１及び上面電極４２からの電気的出力（例えば、電圧）に変化を生じさせる。一例として、媒介部材４３を、誘電性を有する樹脂又はエラストマーからなる弾性部材とすれば、下面電極４１と上面電極４２との間の鉛直方向の距離変化により電極４１，４２間の静電容量が変化し、下面電極４１及び上面電極４２の間の電圧に変化を生じさせることができる。または、別例として、媒介部材４３を圧電体とすれば、媒介部材４３に加わる鉛直方向の荷重変化により電極４１，４２間の電圧に変化を生じさせることができる。あるいは、更なる別例として、荷重変動センサそのものを、圧力の変化によって電気抵抗が変化する感圧型導電ゴムとすれば、その感圧型導電ゴムに加わる荷重の変化により感圧型導電ゴムの対向端の間の電圧に変化を生じさせることができる。

媒介部材４３は、防振ゴム２９よりも変形抵抗が小さい。例えば、媒介部材４３の変形抵抗は、防振ゴム２９の変形抵抗の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。また、媒介部材４３が弾性部材である場合には、媒介部材４３のバネ定数は、防振ゴム２９のバネ定数よりも小さい。例えば、媒介部材４３のバネ定数は、防振ゴム２９のバネ定数の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。また、媒介部材４３の鉛直方向から見た面積は、防振ゴム２９の鉛直方向から見た面積よりも小さい。例えば、媒介部材４３の当該面積は、防振ゴム２９の当該面積の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。媒介部材４３の鉛直方向の厚さは、上面電極４１及び下面電極４２の鉛直方向の厚さの５倍以上であり、好ましくは１０倍以上である。

図２、４及び５に示すように、楔状部材１７には、垂直な左側面が形成された右ブラケット部３７ａと、垂直な右側面が形成された左ブラケット部３７ｂとを有するブラケット３７が固定具Ｂ３，Ｂ４（例えば、ボルト）により固定されている。右ブラケット部３７ａ及び左ブラケット部３７ｂは、第２防振ゴムユニット１８よりも水平方向外方（例えば、車両長手方向の外方）に突出している。右ブラケット部３７ａの左側面と左ブラケット部３７ｂの右側面とは、横方向に間隔をあけて互いに対向している。なお、ブラケット３７は、固定具を用いずに溶接又は接着により楔状部材１７に固定してもよいし、楔状部材１７の一部として形成してもよい。

バネ座１９には、右ブラケット部３７ａと左ブラケット部３７ｂとの間に挿入された中央ブラケット部３８ａを有するブラケット３８が固定具Ｂ５，Ｂ６（例えば、ボルト）により固定されている。中央ブラケット部３８ａの右側面は、垂直面であり、右ブラケット部３７ａの左側面と隙間をあけて対向している。中央ブラケット部３８ａの左側面は、垂直面であり、左ブラケット部３７ｂの右側面と隙間をあけて対向している。

中央ブラケット部３８ａの右側面及び左側面には、第１横荷重変動センサ２２Ａ及び第２横荷重変動センサ２２Ｂがそれぞれ接着されている。右ブラケット部３７ａの左側面及び左ブラケット部３７ｂの右側面には、絶縁材料からなる圧接部材３８，３９（例えば、ゴム等からなる弾性部材）がそれぞれ接着されている。右側の圧接部材３８の左側面が横荷重変動センサ２２Ａの外側面（右側面）に圧接し、左側の圧接部材３９の外側面（右側面）が横荷重変動センサ２２Ｂの左側面に圧接している。

第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの各々は、鉛直荷重変動センサ２１と同じ構造であり、鉛直荷重変動センサ２１に対して車両長手方向周りに９０°回転させた姿勢で配置されている。詳細には、第１横荷重変動センサ２２Ａは、圧接部材３８に圧接する外側面電極５１（右側面電極）と、中央ブラケット部３８ａの右側面に接着された内側面電極５２（左側面電極）と、外側面電極５１及び内側面電極５２により横方向に挟まれた媒介部材５３とを有している。第２横荷重変動センサ２２Ｂは、圧接部材３９に圧接する外側面電極６１（左側面電極）と、中央ブラケット部３８ａの左側面に接着された内側面電極６２（右側面電極）と、外側面電極６１及び内側面電極６２により横方向に挟まれた媒介部材６３とを有している。圧接部材３８，３９は絶縁材料からなるため、外側面電極５１，６１と圧接部材３８，３９とは互いに電気的に絶縁されている。内側面電極５２，６２と中央ブラケット部３８ａとの間に介在する接着材は絶縁材料からなるため、内側面電極５２，６２と中央ブラケット部３８ａとも互いに電気的に絶縁されている。

第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、台車枠４から車輪７に向けた荷重伝達経路において、防振ゴム３３と並列に配置されて、台車枠４からの下方荷重を支持した防振ゴム３３の横方向の弾性変形に追従する。詳細には、内側面電極５１，６１は、下板３１、楔状部材１７及びブラケット３７を介して、防振ゴム３３の下端面の横方向の動きに連動して横方向に動く。換言すると、内側面電極５１，６１は、防振ゴムユニット１８の下板３１と一体に横方向に変位する。同様に、外側面電極５２，６２は、上板３２、バネ座１９及びブラケット３８を介して、防振ゴム３３の上端面の横方向の動きに連動して横方向に動く。換言すると、外側面電極５２，６２は、防振ゴムユニット１８の上板３２と一体に横方向に変位する。

第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの媒介部材５３，６３は、防振ゴム３３とは異なる材料からなる。本実施形態では、鉛直荷重センサ２１の媒介部材４３と同じ材料からなる。即ち、媒介部材５３，６３の各々は、それを挟む外側面電極５１，６１及び内側面電極５２，６２の横方向の相対移動により変形して外側面電極５１，６１及び内側面電極５２，６２からの電気的出力（例えば、電圧）に変化を生じさせる。

媒介部材５３，６３は、防振ゴム３３よりも変形抵抗が小さい。例えば、媒介部材５３，６３の変形抵抗は、防振ゴム３３の変形抵抗の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。また、媒介部材５３，６３が弾性部材である場合には、媒介部材５３，６３のバネ定数は、防振ゴム３３のバネ定数よりも小さい。例えば、媒介部材５３，６３のバネ定数は、防振ゴム３３のバネ定数の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。また、媒介部材５３，６３の横方向から見た面積は、防振ゴム３３の横方向から見た面積よりも小さい。例えば、媒介部材５３，６３の当該面積は、防振ゴム３３の当該面積の５０％以下であり、好ましくは１０％以下である。媒介部材５３，６３の横方向の厚さは、電極５１，５２，６１，６２の横方向の厚さの５倍以上であり、好ましくは１０倍以上である。

鉛直荷重変動センサ２１、第１横荷重変動センサ２２Ａ及び第２横荷重変動センサ２２Ｂには、演算器７０が有線又は無線にて通信可能に接続されている。演算器７０は、鉛直荷重変動センサ２１からの電気的出力と第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂからの電気的出力とを受信し、車輪７がレールに及ぼす鉛直方向下方の荷重である輪重Ｐと、車輪７がレールの側面に及ぼす横方向の荷重である横圧Ｑとを算出する。

演算器７０は、下記の数式１により輪重Ｐを算出する。

［数式１］
Ｐ＝Ｐ０＋ΔＰ
ここで、Ｐ０は、台車１が静止した状態での輪重を意味する静止輪重であり、ΔＰは、車両走行時における輪重の変動量である。静止輪重Ｐ０は、車両走行前又は後に外部の静止輪重計測装置（図示せず）により計測されて演算器７０に入力される。輪重変動量ΔＰは、下記の数式２により求められる。

［数式２］
ΔＰ＝ｆ（Ｖ）
ここで、Ｖは、鉛直荷重変動センサ２１からの電気的出力（例えば、電圧）である。ｆは、鉛直荷重変動センサ２１からの出力と輪重変動量ΔＰとの対応関係を予め求めておくことで設定される関数である。また、演算器７０は、下記の数式３により横圧Ｑを算出する。

［数式３］
Ｑ＝Ｑ０＋ΔＱ＝ΔＱ
ここで、Ｑ０は、台車１が静止した状態での横圧を意味し、具体的にはゼロが入力される。ΔＱは、車両走行時における横圧の変動量である。横圧変動量ΔＱは、下記の数式４及び数式５の少なくとも１つにより求められる。

［数式４］
ΔＱ＝ｆ１（Ｖ１）
［数式５］
ΔＱ＝ｆ２（Ｖ２）
ここで、Ｖ１は、第１横荷重変動センサ２２Ａからの電気的出力（例えば、電圧）であり、Ｖ２は、第２横荷重変動センサ２２Ｂからの電気的出力（例えば、電圧）である。ｆ１は、第１横荷重変動センサ２２Ａからの出力と横圧変動量ΔＱとの対応関係を予め求めておくことで設定される関数である。ｆ２は、第２横荷重変動センサ２２Ｂからの出力と横圧変動量ΔＱとの対応関係を予め求めておくことで設定される関数である。

演算器７０は、車両走行中に同一時間軸にて検出された鉛直荷重変動センサ２１と第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂとの各センサ値を数式１〜５に入力し、輪重Ｐ及び横圧Ｑを算出し、車両走行中のＱ／Ｐ値（横圧を輪重で除した値）を出力する。Ｑ／Ｐ値は、脱線係数として用いられ、車両走行中のＱ／Ｐ値が所定の許容範囲内にあるか否かを判定することで、脱線可能性を容易に判断することが可能となる。

以上に説明した構成によれば、軸箱９と台車枠４との間に介設された防振ゴム２９と並列に鉛直荷重変動センサ２１が配置され、軸箱９と台車枠４との間に介設された防振ゴム３３と並列に横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂが配置されるため、鉛直荷重変動センサ２１の媒介部材４３及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの媒介部材５３，６３は、台車枠４からの下方荷重が防振ゴム２９，３３により負担された状態で、防振ゴム２９の鉛直方向の荷重変動及び防振ゴム３３の横方向の荷重変動に応じて変形することになる。よって、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの媒介部材４３，５３，６３は、台車１が静止した状態において更なる変形の余地を十分に確保することができる。そのため、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの感度を高くすることができ、計測精度を向上させることが可能となる。

更に、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、防振ゴム２９，３３と並列に配置されるものであるため、防振ゴム２９，３３を搭載したあらゆる台車に容易に適用することができる。また、媒介部材４３，５３，６３は、防振ゴム２９，３３よりも変形抵抗が小さいので、防振ゴム２９，３３の弾性変形の挙動を阻害することも抑制できる。また、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、防振ゴム２９，３３の外部に配置されるので、既存の台車にも容易に後付けすることができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る鉛直荷重変動センサ２１の配置を説明する断面図である。図７は、第２実施形態に係る横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの配置を説明する断面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図６及び７に示すように、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、防振ゴム１２９，１３３で囲まれた空間１２９ａ，１３３ａに配置されている。第２実施形態の第１防振ゴムユニット１１６は、第１実施形態の第１防振ゴムユニット１６と同じ所に配置され、第２実施形態の第２防振ゴムユニット１１８は、第１実施形態の第２防振ゴムユニット１８と同じ所に配置される。但し、第２実施形態の台車では、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、第１及び第２防振ゴムユニット１１６，１１８の外部には配置されていない。

第１防振ゴムユニット１１６は、円環状の下板２７と、円環状の上板２８と、下板２７と上板２８とに挟まれた防振ゴム１２９とを有している。防振ゴム１２９の下端面及び上端面は、下板２７及び上板２８に接着されている。防振ゴム１２９には、上面又は下面に開口した凹空間１２９ａが形成され、その凹空間１２９ａに鉛直荷重変動センサ２１が収容されている。鉛直荷重変動センサ２１の下面電極４１は、防振ゴム１２９のうち凹空間１２９ａの下面となる部分に圧接され、鉛直荷重変動センサ２１の上面電極４２は上板２８に絶縁材（例えば、絶縁接着剤）を介して固定されている。鉛直荷重変動センサ２１は、防振ゴム１２９に対して水平方向に隙間をあけている。なお、下面電極４１及び上面電極４２に接続された電線（図示せず）は、第１防振ゴムユニット１１６から外部に導出されて、演算器７０（図２参照）に接続されている。

第２防振ゴムユニット１１８は、円環状の下板３１と、円環状の上板３２と、下板３１と上板３２とに挟まれた防振ゴム１３３とを有している。防振ゴム１３３の下端面及び上端面は、下板３１及び上板３２に接着されている。防振ゴム１３３には、上面及び下面に開口した孔空間１３３ａが形成され、その孔空間１３３ａに第１横荷重変動センサ２２Ａ及び第２横荷重変動センサ２２Ｂが収容されている。横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの外側面電極５１，６１は、孔空間１３３ａにおいて下板３１から上方に突出した側ブラケット部１３７Ａ，１３７Ｂに絶縁材（例えば、絶縁接着剤）を介してそれぞれ固定されている。側ブラケット部１３７Ａ，１３７Ｂは、上板３２に対して鉛直方向に隙間をあけている。

横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの内側面電極５２，６２は、孔空間１３３ａにおいて上板３２から下方に突出した中央ブラケット部１３８に絶縁材（例えば、絶縁接着剤）を介して固定されている。中央ブラケット部１３８は、下板３１に対して鉛直方向に隙間をあけて、かつ、防振ゴム１３３のうち孔空間１３３ａの側面となる部分に対して隙間をあけている。なお、外側面電極５１，６１及び内側面電極５２，６２に接続された電線（図示せず）は、第２防振ゴムユニット１１８から外部に導出されて、演算器７０（図２参照）に接続されている。

以上に説明した構成によれば、軸箱９と台車枠４との間に介設された防振ゴム１２９と並列に鉛直荷重変動センサ２１が配置され、軸箱９と台車枠４との間に介設された防振ゴム１３３と並列に横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂが配置されるため、鉛直荷重変動センサ２１の媒介部材４３及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの媒介部材５３，６３は、台車枠４からの下方荷重が防振ゴム１２９，１３３により負担された状態で、防振ゴム１２９の鉛直方向の荷重変動及び防振ゴム１３３の横方向の荷重変動に応じて変形することになる。よって、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの媒介部材４３，５３，６３は、台車が静止した状態において更なる変形の余地を十分に確保することができる。そのため、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの感度を高くすることができ、計測精度を向上させることが可能となる。

更に、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、台車枠４から車輪７（図１参照）への荷重伝達経路において、防振ゴム１２９，１３３と並列に配置されるものであるため、防振ゴム１２９，１３３を搭載したあらゆる台車に容易に適用することができる。また、鉛直荷重変動センサ２１及び横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、防振ゴム１２９，１３３で囲まれた空間１２９ａ，１３３ａに収容されるので、各センサ２１，２２Ａ，２２Ｂを異物（例えば、埃など）から容易に保護することができる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る台車２０１の一部を断面化した要部側面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図８に示すように、第３実施形態の台車２０１の台車枠２０４は、側ばり２７３を有している。軸箱９は、連結装置２２０によって側ばり２７３に弾性的に連結されている。連結装置２２０は、側ばり２７３から突出して且つ横方向に間隔をあけて並んだ一対の受け座２１１，２１１と、軸箱９から一体に受け座２１１，２１１側に向けて突出した軸ばり１３と、軸ばり１３の先端部を受け座２１１，２１１に弾性結合するためのゴムブッシュ等（図示せず）を有する連結部２１４とを備えている。即ち、本実施形態の台車１は、軸ばり式である。

第１防振ゴムユニット１６には、下バネ座２７１が上方から載せられている。下バネ座２７１の下面の中央部には、凹部２７１ａが形成されている。その凹部２７１ａが軸受カバー１５の筒部１５ａに嵌合することで、下バネ座２７１が軸箱カバー１５に対して水平方向に位置決めされている。これにより、第１防振ゴムユニット１６の上板２８も間接的に軸箱カバー１５に対して水平方向に位置決めされる。下バネ座２７１は、その中央部から上方に突出した支柱部２７１ｂを有している。下バネ座２７１は、第１防振ゴムユニット１６よりも水平方向外方（例えば、車両長手方向の外方）に突出して且つ水平な下面が形成された上ブラケット部２７１ｃを有している。

下バネ座２７１の上には、サスペンションバネとしてコイルバネからなる軸バネ２７２の下端が載せられている。側ばり２７３には、軸箱９の上方において下方に開口したハウジング部２７３ａを有している。ハウジング部２７３ａの内部空間の上面には、上バネ座２７４が位置決めされて、軸バネ２７２の上端に上バネ座２７４が載せられている。即ち、軸箱９と側ばり２７３との間には、コイルバネからなる軸バネ２７２がサスペンションバネとして介装されている。上バネ座２７４は、下方に突出する筒部２７４ａを有している。筒部２７４ａは、軸バネ２７２から水平方向の内方に隙間をあけて、かつ、支柱部２７１ｂから水平方向の外方に隙間をあけて配置されている。筒部２７４ａと支柱部２７１ｂとの間には、防振ゴム２７５が挿入されている。

下バネ座２７１の上ブラケット部２７１ｃの下面は、軸箱カバー１５の下ブラケット部１５ｂの上面に対して鉛直方向に対向している。上ブラケット部２７１ｃの下面には、鉛直荷重変動センサ２１が接着されている。下ブラケット部１５ｂの上面には、絶縁材料からなる圧接部材３６（例えば、ゴム等からなる弾性部材）が接着され、圧接部材３６が鉛直荷重変動センサ２１の下面に圧接している。

下バネ座２７１には、第１実施形態と同様のブラケット３７が固定されている。側ばり２７３には、第１実施形態と同様のブラケット３８が固定されている。そして、第１実施形態と同様にして、ブラケット３７とブラケット３８との間に、第１横荷重変動センサ２２Ａ及び第２横荷重変動センサ２２Ｂが配置されている。

鉛直荷重変動センサ２１は、台車枠２０４から軸箱９に向けた荷重伝達経路において、防振ゴム２９と並列に配置されて、台車枠４からの下方荷重を支持した防振ゴム２９の鉛直方向の弾性変形に追従する。また、第１及び第２横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂは、台車枠４から軸箱９に向けた荷重伝達経路において、軸バネ２７２と並列に配置されて、台車枠４からの下方荷重を支持した軸バネ２７２の横方向の弾性変形に追従する。このような構成によれば、第１実施形態と同様に、各種台車への適用が容易でありながら、輪重及び横圧の計測精度を向上させることができる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る台車の一部を断面化した要部側面図である。図１０は、図９に示す鉛直荷重変動センサの配置を説明する平面図である。図１１は、図９に示す横荷重変動センサの配置を説明する平面図である。なお、前述した実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図９に示すように、軸箱９は、連結装置２０によって横ばりの車幅方向の両端部に弾性的に連結されている。連結装置２０は、軸箱９から一体に横ばりに向けて車両長手方向に突出した軸ばり１３と、横ばりから軸ばり１３側に向けて突出して且つ横方向に間隔をあけて並んだ一対の受け座１１と、軸ばり１３の先端部を受け座１１に弾性結合する連結部１４とを備えている。

連結部１４は、軸ばり１３の先端に設けられた筒部７１と、受け座１１に固定された心棒７２と、筒部７１と心棒７２との間に挟まれた筒状のゴムブッシュ７３とを有する。即ち、ゴムブッシュ７３が撓むことにより、軸箱９が、心棒７２の軸心Ｘを支点として鉛直方向及び横方向に揺動可能となっている。軸箱９の上部には、軸箱カバー１５、第１防振ゴムユニット２１６、楔状部材１７、第２防振ゴムユニット２１８及びバネ座１９等が下から順に積層されている。

図９〜１１に示すように、第１防振ゴムユニット２１６は、第２実施形態の第１防振ゴムユニット１１６と概ね同様の構成であるが、当該ユニット２１６に収容される鉛直荷重変動センサ２１の数が異なる。第２防振ゴムユニット２１８も、第２実施形態の第２防振ゴムユニット１１８と概ね同様の構成であるが、当該ユニット２１８に収容される横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの数が異なる。

第１防振ゴムユニット２１６には、平面視において、その中心Ｙを基準として、点対称の位置に内部空間１２９ａが形成されている。そして、鉛直荷重変動センサ２１が各内部空間１２９ａにそれぞれ収容されることで、２つの鉛直荷重変動センサ２１が、第１防振ゴムユニット２１６の中心Ｙを基準として点対称に配置されている。第２防振ゴムユニット２１８には、平面視において、その中心Ｚを基準として、点対称の位置に内部空間１３３ａが形成されている。そして、横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂの組が各内部空間１１３ａにそれぞれ収容されることで、２組の横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂが、第２防振ゴムユニット２１８の中心Ｚを基準として点対称に配置されている。

ここで、軸箱９が心棒７２の軸心Ｘを支点として鉛直方向及び横方向に円弧運動するため、第１防振ゴムユニット２１６及び第２防振ゴムユニット２１８の防振ゴムの変形量は、ユニット２１６，２１８内の位置に応じて異なる。即ち、第１防振ゴムユニット２１６及び第２防振ゴムユニット２１８のうち心棒７２の軸心Ｘから遠い部分では、心棒７２の軸心Ｘから近い部分に比べ、変形量（変位量）が大きくなる。しかし、演算器７０（図２参照）は、２つの鉛直荷重変動センサ２１から出力される値を平均することで、中心Ｙにおける鉛直方向の荷重変動を取得でき、２組の横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂから出力される値を平均することで、中心Ｚにおける横方向の荷重変動を取得できる。

したがって、軸箱９が円弧運動する軸ばり式の台車においても、平面視における第１及び第２防振ゴムユニット２１６，２１８の配置角度にかかわらず、中心Ｙ，Ｚでの荷重変動を取得することができる。なお、本実施形態では、１つの防振ゴムユニットあたりに２つのセンサ２１又は２組のセンサ２２Ａ，２２Ｂを設けたが、３つ以上のセンサ２１又は３組以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂを設けてもよい。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。前述した各実施形態では、輪重Ｐを算出するための鉛直荷重変動センサ２２と、横圧Ｑを算出するための横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂとの両方を台車に搭載しているが、いずれか一方のみを台車に搭載してもよい。前述した各実施形態では、鉛直荷重変動センサ２２と横荷重変動センサ２２Ａ，２２Ｂとが異なる防振ゴム２９，３３にそれぞれ対応して並列配置されているが、互いに同じ防振ゴム２９（又は防振ゴム３３）に対応して並列配置されてもよい（第２弾性体は、第１弾性体と同じものでもよい）。

１，２０１ 鉄道車両台車
４，２０４ 台車枠
９ 軸箱
２１ 鉛直荷重変動センサ（第１又は第２荷重変動センサ）
２２Ａ 第１横荷重変動センサ（第２又は第１荷重変動センサ）
２２Ｂ 第２横荷重変動センサ（第２又は第１荷重変動センサ）
２７，３１ 下板（下部材）
２８，３２ 上板（上部材）
２９，３３，１２９，１３３ 防振ゴム（第１又は第２弾性体）
４１ 下面電極（第１電極）
４２ 上面電極（第２電極）
５１，６１ 外側面電極（第３電極）
５２，６２ 内側面電極（第４電極）
４３，５３，６３ 媒介部材
７０ 演算器
１００ 荷重計測装置
２７２ 軸バネ（第１又は第２弾性体）

Claims (9)

1. 軸箱と台車枠との間に防振ゴム又はサスペンションバネからなる第１弾性体が介設される鉄道車両台車に用いる荷重計測装置であって、
   前記第１弾性体と並列に配置され、前記台車枠からの下方荷重を支持した前記第１弾性体の鉛直方向又は横方向のいずれか一方向の弾性変形に連動して変形する第１荷重変動センサを備え、
   前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体の前記一方向の弾性変形に連動して前記第１弾性体と一体的に前記一方向に変形することで電気的出力に変化を生じさせる、鉄道車両台車用の荷重計測装置。
2. 前記第１荷重変動センサは、
   前記第１弾性体の下端の前記一方向の動きに連動して前記一方向に動く第１電極と、
   前記第１弾性体の上端の前記一方向の動きに連動して前記一方向に動く第２電極と、
   前記第１電極及び前記第２電極により前記一方向に挟まれ、前記第１電極及び前記第２電極の前記一方向の相対移動により変形して前記第１電極及び前記第２電極からの電気的出力に変化を生じさせる第１媒介部材と、を有している、請求項１に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
3. 前記第１弾性体は、防振ゴムであり、
   前記第１電極は、前記防振ゴムの下面に取り付けられた下部材と一体に前記一方向に移動し、
   前記第２電極は、前記防振ゴムの上面に取り付けられた上部材と一体に前記一方向に移動する、請求項２に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
4. 前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体よりも変形抵抗が小さい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
5. 前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体の外部に配置される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
6. 前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体で囲まれた空間に配置される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
7. 前記軸箱と前記台車枠との間に防振ゴム又はサスペンションバネからなる第１弾性体及び第２弾性体が介設される鉄道車両台車に用いる荷重計測装置であって、
   前記第１弾性体と並列に配置され、前記台車枠からの下方荷重を支持した前記第１弾性体の鉛直方向又は横方向のいずれか一方向の弾性変形に連動して変形する第１荷重変動センサと、
   前記第２弾性体と並列に配置され、前記台車枠からの下方荷重を支持した前記第２弾性体の鉛直方向又は横方向のいずれか他方向の弾性変形に連動して変形する第２荷重変動センサと、を備え、
   前記第１荷重変動センサは、前記第１弾性体の前記一方向の弾性変形に連動して変形することで電気的出力に変化を生じさせ、
   前記第２荷重変動センサは、前記第２弾性体の前記他方向の弾性変形に連動して変形することで電気的出力に変化を生じさせる、鉄道車両台車用の荷重計測装置。
8. 前記第２荷重変動センサは、
   前記第２弾性体の下端の前記他方向の動きに連動して前記他方向に動く第３電極と、
   前記第２弾性体の上端の前記他方向の動きに連動して前記他方向に動く第４電極と、
   前記第３電極及び前記第４電極により前記他方向に挟まれ、前記第３電極及び前記第４電極の前記他方向の相対移動により変形して前記第３電極及び前記第４電極からの電気的出力に変化を生じさせる第２媒介部材と、を有している、請求項７に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。
9. 前記第１荷重変動センサからの出力と前記第２荷重変動センサからの出力とが入力される演算器を更に備え、
   前記演算器は、外部から入力された静止輪重と、車両走行中における前記第１荷重変動センサ又は前記第２荷重変動センサの鉛直方向の荷重変動に関する出力とから、車両走行中の輪重を算出し、かつ、車両走行中における前記第２荷重変動センサ又は前記第１荷重変動センサの横方向の荷重変動に関する出力から、車両走行中の車輪の横圧を算出する、請求項７又は８に記載の鉄道車両台車用の荷重計測装置。

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