JP6414500B2 - 鉄道車両用ヨーダンパ装置 - Google Patents

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、鉄道車両が曲線軌道の緩和曲線区間を走行する際に車輪に生じる横圧を低減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る場合がある。ヨーダンパは、車体と台車（台車の左右）との間に取付けられ、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。このため、ヨーダンパの減衰係数は大きい方が高速走行の安定性の観点からは有効である。

一方、車庫や駅及びそれに付帯する線区又は地下鉄路線等においては曲線半径の小さな曲線軌道が設置されていることが多く、このような曲線軌道を走行する場合には車体と台車との間には上下軸周りに相対的な回転変位が生じる。この際、車体と台車との間の相対的な回転角度は、走行する曲線軌道の曲線半径に応じて幾何学的に決まる角度となるのが望ましい。すなわち、車輪がレールの接線方向を向いて、いわゆるアタック角（輪軸の向きと軌道の向きとの相対的な角度差）が０度となるまで台車が回転するのが、曲線軌道の走行性能上は最適な状態である。

しかしながら、実際には、車輪とレールとの間の摩擦力に起因して生じる接線力（車輪とレールとの間に作用する前後方向のクリープ力）と、空気ばねの回転抵抗及びヨーダンパの回転抵抗とのつりあい位置までしか台車は回転しない。すなわち、アタック角は０度にはならない。特に、直線区間と円曲線区間とを繋ぐ緩和曲線区間を鉄道車両が走行する際に、輪軸のアタック角が大きくなることで横圧が大きくなるのに加えて、軌道のねじれに伴い輪重が抜けやすいため、例えば乗り上がり脱線が生じる危険性が増すことが知られている。

上記のような問題を解決するため、例えば、特許文献１に記載のヨーダンパ装置が提案されている。
特許文献１に記載のヨーダンパ装置は、高速走行の安定性と小曲線軌道の走行性能という相反する２つの問題を解決するために、ヨーダンパの減衰力を可変とし、高速走行時にはヨーダンパの減衰力を大きくし（有効にし）、小曲線軌道の走行時には減衰力を開放する（無効にする）ものである（例えば、特許文献１の段落００１３）。
より具体的には、特許文献１に記載のヨーダンパ装置においては、鉄道車両が緩和曲線区間（入口側緩和曲線区間）に進入する際に、制御装置がヨーダンパに取り付けられた電磁弁に信号を与え、ヨーダンパの減衰力を開放する。一方、鉄道車両が緩和曲線区間（出口側緩和曲線区間）を脱出する際に、制御装置がヨーダンパに取り付けられた電磁弁に信号を与え、ヨーダンパの減衰力を回復させている（例えば、特許文献１の段落００１６）。
換言すれば、特許文献１に記載のヨーダンパ装置においては、入口側緩和曲線区間、円曲線区間及び出口側緩和曲線区間ではヨーダンパの減衰力を無効にし、それ以外の直線区間ではヨーダンパの減衰力を有効にしているといえる。

特許文献１に記載のヨーダンパ装置によれば、鉄道車両が直線区間を走行する際にはヨーダンパの減衰力が有効であるため、高速走行の安定性を確保できる。また、特許文献１に記載のヨーダンパ装置のように、鉄道車両が円曲線区間を走行する際にヨーダンパの減衰力を無効にすることで、ヨーダンパの回転抵抗が無くなり、ヨーダンパの減衰力を有効にする場合よりも輪軸のアタック角を小さくできるので、円曲線区間で車輪に生じ得る横圧を低減可能であると考えられる。
しかしながら、本発明者らが見出した知見によれば、特許文献１に記載のヨーダンパ装置のように、鉄道車両が緩和曲線区間を走行する際にヨーダンパの減衰力を無効にしても、緩和曲線区間で車輪に生じる横圧は必ずしも十分に低減するわけではない。このため、乗り上がり脱線が生じる危険性を排除できないという問題がある。

特開２００６−２８２０５９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、鉄道車両が曲線軌道の緩和曲線区間を走行する際に車輪に生じる横圧を低減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、本発明らは、車体と、車体に連結された前後一対の台車とを具備する鉄道車両において、車体と１対の台車のそれぞれとの間にヨーダンパが取り付けられている場合を想定し、この鉄道車両が、入口側直線区間、入口側緩和曲線区間、円曲線区間、出口側緩和曲線区間及び出口側直線区間からなる軌道を走行する際の運動解析を行って鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。
（１）鉄道車両が入口緩和曲線区間を走行する際に、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にした場合、後側の台車の向き（後側の台車が具備する車輪の向き）が軌道の向き（レールの接線方向）に沿わない状態となるため、後側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧が低減しない。この横圧を低減するには、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を有効にして、後側の台車の向きが軌道の向きに沿うような向きのモーメントを後側の台車に与えてやればよい。
（２）鉄道車両が出口緩和曲線区間を走行する際に、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にした場合、前側の台車の向き（前側の台車が具備する車輪の向き）が軌道の向き（レールの接線方向）に沿わない状態となるため、前側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧が低減しない。この横圧を低減するには、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を有効にして、前側の台車の向きが軌道の向きに沿うような向きのモーメントを前側の台車に与えてやればよい。

本発明は、上記の本発明者らの知見に基づき完成したものである。
すなわち、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前後１対の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、前記車体と前記１対の台車のそれぞれとの間に取り付けられたヨーダンパと、前記ヨーダンパの減衰力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記鉄道車両が曲線軌道の入口側緩和曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にする一方、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にし、前記鉄道車両が曲線軌道の出口側緩和曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にする一方、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にする、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。

本発明に係るヨーダンパ装置によれば、鉄道車両が曲線軌道の入口側緩和曲線区間を走行する際には、制御手段が、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にする一方、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を有効にする。このため、後側の台車の向きが軌道の向きに沿うような向きのモーメントが後側の台車に与えられる結果、後側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧が低減する。
また、鉄道車両が曲線軌道の出口側緩和曲線区間を走行する際には、制御手段が、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を有効にする一方、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にする。このため、前側の台車の向きが軌道の向きに沿うような向きのモーメントが前側の台車に与えられる結果、前側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧が低減する。
以上のように、本発明に係るヨーダンパ装置によれば、鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際のみならず、緩和曲線区間を走行する際にも車輪に生じる横圧を低減可能であるため、曲線軌道の走行性能を向上させることが可能である。

前記鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力も無効にし、
なお、鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際には、制御手段が、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にすると共に、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力も無効にする。このため、特許文献１に記載のヨーダンパ装置と同様に、１対の台車が具備する何れの車輪に生じる横圧も低減する。

好ましくは、前記制御手段は、前記鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力も無効にする。

上記の好ましい構成によれば、鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際には、制御手段が、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力を無効にすると共に、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力も無効にする。このため、特許文献１に記載のヨーダンパ装置と同様に、１対の台車が具備する何れの車輪に生じ得る横圧も低減する。

好ましくは、前記制御手段は、前記鉄道車両が直線軌道を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力も有効にする。

上記の好ましい構成によれば、鉄道車両が直線軌道を走行する際にヨーダンパの減衰力によってヨーイングが減衰するため、鉄道車両の高速走行の安定性を確保することができる。

本発明に係るヨーダンパ装置によれば、鉄道車両が曲線軌道の緩和曲線区間を走行する際に車輪に生じる横圧を低減可能であるため、曲線軌道の走行性能を向上させることが可能である。このため、鉄道車両に乗り上がり脱線が生じる危険性を排除することが可能である。

図１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２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が取り付けられた鉄道車両の車体及び台車と曲線軌道との位置関係を模式的に説明する説明図である。 図３は、従来技術１のヨーダンパ装置が取り付けられた鉄道車両の車体及び台車と曲線軌道との位置関係を模式的に説明する説明図である。 図４は、従来技術２のヨーダンパ装置が取り付けられた鉄道車両の車体及び台車と曲線軌道との位置関係を模式的に説明する説明図である。 図５は、鉄道車両が走行する軌道を構成する各区間における、本発明の一実施形態に係るヨーダンパ装置、従来技術１のヨーダンパ装置及び従来技術２のヨーダンパ装置のそれぞれが備えるヨーダンパの減衰力の有効・無効の状態を纏めたものである。 図６は、運動解析によって横圧を評価する際に用いた軌道条件及び走行条件を示す。 図７は、本発明の一実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合と、従来技術１のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧を対比した結果の一例を示す。 図８は、本発明の一実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合と、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧（前側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧）を対比した結果の一例を示す。 図９は、本発明の一実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合と、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧（後側の台車が具備する前側の輪軸の外軌側の車輪に生じる横圧）を対比した結果の一例を示す。

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。

＜本実施形態に係るヨーダンパ装置の構成及び動作＞
図１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１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は、車体３と、車体３に連結された台車４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４のみを図示しているが、実際には、車体３に前後１対の台車４が連結されている。
台車４は、前後１対の輪軸４ａ、４ｂと、台車枠４ｃと、車体３と台車枠４ｃとを連結し車体３を支持する空気ばね４ｄとを備えている。台車４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。

ヨーダンパ装置１００は、車体３と１対の台車４のそれぞれとの間に取り付けられたヨーダンパ１と、ヨーダンパ１の減衰力を制御する制御手段２とを備えている。
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、前後方向に伸縮する際に抵抗力（減衰力）を付与するものであり、各台車４の左右にそれぞれ１つずつ取り付けられている。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、各台車４の左右にそれぞれ複数のヨーダンパ１を取り付けることも可能である。本実施形態のヨーダンパ１としては、減衰力可変型のヨーダンパが用いられている。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。
制御手段２は、車体３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２ａと、ヨーダンパ１に取り付けられた電磁弁２ｂとを具備する。電磁弁２ｂは、コントローラ２ａ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。

図２は、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００が取り付けられた鉄道車両の車体３及び台車４と曲線軌道Ｒとの位置関係を模式的に説明する説明図である。図２（ａ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を、図２（ｂ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を示す。なお、図２において、ハッチングを施しているヨーダンパ１は減衰力が有効であることを、ハッチングを施していないヨーダンパ１は減衰力が無効であることを意味する。後述の図３及び図４についても同様である。
図２（ａ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒ（外軌Ｒ１、内軌Ｒ２）の入口側緩和曲線区間を走行する際、制御手段２（図２（ａ）には図示せず）は、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にする一方、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にする。具体的には、制御手段２のコントローラ２ａに鉄道車両が現在走行している軌道情報が入力され、鉄道車両が入口側緩和曲線区間に進入した時点で、コントローラ２ａから電磁弁２ｂに対して、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にする一方、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にするための制御信号を送信する。後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にするため、後側の台車４Ｂの向き（図２（ａ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図２（ａ）において矢符ＲＤで示す向き）に沿うような向きのモーメント（図２（ａ）において白抜き矢符で示す向きのモーメント）が後側の台車４Ｂに与えられる結果、後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧が低減する。

一方、図２（ｂ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する際、制御手段２（図２（ｂ）には図示せず）は、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にする一方、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にする。具体的には、制御手段２のコントローラ２ａに鉄道車両が現在走行している軌道情報が入力され、鉄道車両が出口側緩和曲線区間に進入した時点で、コントローラ２ａから電磁弁２ｂに対して、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にする一方、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にするための制御信号を送信する。前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にするため、前側の台車４Ａの向き（図２（ｂ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図２（ｂ）において矢符ＲＤで示す向き）に沿うような向きのモーメント（図２（ｂ）において白抜き矢符で示す向きのモーメント）が前側の台車４Ａに与えられる結果、前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧が低減する。

また、図示は省略するが、鉄道車両が曲線軌道Ｒの円曲線区間を走行する際、制御手段２は、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にすると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も無効にする。
さらに、鉄道車両が直線軌道を走行する際、制御手段２は、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にすると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も有効にする。これにより、鉄道車両が直線軌道を走行する際にヨーダンパ１の減衰力によってヨーイングが減衰するため、鉄道車両の高速走行の安定性を確保することができる。

以下、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００の効果をより具体的に説明するため、比較対象とする従来技術１及び従来技術２のヨーダンパ装置について説明する。

＜従来技術１のヨーダンパ装置の動作＞
図３は、従来技術１のヨーダンパ装置が取り付けられた鉄道車両の車体３及び台車４と曲線軌道Ｒとの位置関係を模式的に説明する説明図である。図３（ａ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を、図３（ｂ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を示す。従来技術１のヨーダンパ装置は、構成自体は本実施形態に係るヨーダンパ装置１００の構成と同様であるものの、その動作が異なる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、従来技術１においては、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際、及び、出口側緩和曲線区間を走行する際の双方において、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力が有効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も有効である。また、図示は省略するが、鉄道車両が曲線軌道Ｒの円曲線区間を走行する際にも、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力が有効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も有効である。さらに、鉄道車両が直線軌道を走行する際にも、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力が有効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も有効である。すなわち、従来技術１においては、全ての軌道において、前側の台車４Ａ及び後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力が常に有効である。

従来技術１のヨーダンパ装置によれば、図３（ａ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際、前側の台車４Ａの向き（図３（ａ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図３（ａ）において矢符ＲＤで示す向き）から離れるような向きのモーメント（図３（ａ）において白抜き矢符で示す向きのモーメント）が前側の台車４Ａに与えられる結果、前側の台車４Ａのアタック角が大きくなり、前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧が大きくなる。
また、図３（ｂ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する際、後側の台車４Ｂの向き（図３（ｂ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図３（ｂ）において矢符ＲＤで示す向き）から離れるような向きのモーメント（図３（ｂ）において白抜き矢符で示す向きのモーメント）が後側の台車４Ｂに与えられる結果、後側の台車４Ｂのアタック角が大きくなり、後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧が大きくなる。
このため、従来技術１のヨーダンパ装置によれば、例えば乗り上がり脱線が生じる危険性が増すことになる。

＜従来技術２のヨーダンパ装置の動作＞
図４は、従来技術２（特許文献１）のヨーダンパ装置が取り付けられた鉄道車両の車体３及び台車４と曲線軌道Ｒとの位置関係を模式的に説明する説明図である。図４（ａ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を、図４（ｂ）は鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する場合の位置関係を示す。従来技術２のヨーダンパ装置は、構成自体は本実施形態に係るヨーダンパ装置１００の構成と同様であるものの、その動作が異なる。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、従来技術２においては、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際、及び、出口側緩和曲線区間を走行する際の双方において、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にすると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も無効にする。また、図示は省略するが、鉄道車両が曲線軌道Ｒの円曲線区間を走行する際にも、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を無効にすると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も無効にする。すなわち、従来技術２においては、全ての曲線軌道Ｒにおいて、前側の台車４Ａ及び後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力が無効である。なお、鉄道車両が直線軌道を走行する際には、前側の台車４Ａに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力を有効にすると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１の減衰力も有効にする。

従来技術２のヨーダンパ装置によれば、図４（ａ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際、後側の台車４Ｂの向き（図４（ａ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図４（ａ）において矢符ＲＤで示す向き）に沿わない状態となって後側の台車４Ｂのアタック角が大きくなる結果、後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧が低減しない。
また、図４（ｂ）に示すように、鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する際、前側の台車４Ａの向き（図４（ｂ）において矢符４Ｄで示す向き）が軌道Ｒの向き（図４（ｂ）において矢符ＲＤで示す向き）に沿わない状態となって前側の台車４Ａのアタック角が大きくなる結果、前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧が低減しない。
このため、従来技術２のヨーダンパ装置によれば、例えば乗り上がり脱線が生じる危険性を排除できない。

＜本実施形態に係るヨーダンパ装置の評価＞
以上に説明したように、各ヨーダンパ装置に応じてその動作が異なる。
図５は、鉄道車両が走行する軌道を構成する各区間における、本実施形態に係るヨーダンパ装置（図５では「本発明」と記載）、従来技術１のヨーダンパ装置及び従来技術２のヨーダンパ装置のそれぞれが備えるヨーダンパ１の減衰力の有効・無効の状態を纏めたものである。図５において、「〇」で示す箇所はヨーダンパ１が有効であり、「×」で示す箇所はヨーダンパ１が無効であることを意味する。
図５から分かるように、鉄道車両が直線軌道（入口側直線区間及び出口側直線区間）を走行する際には、いずれのヨーダンパ装置のヨーダンパ１も全て減衰力が有効であり、差が無い。鉄道車両が曲線軌道Ｒ（入口側緩和曲線区間、円曲線区間及び出口側緩和曲線区間）を走行する際に、各ヨーダンパ装置に応じてヨーダンパ１の減衰力の有効・無効の状態が異なる。

以下、各ヨーダンパ装置を用いた場合に車輪に生じる横圧を実際に運動解析によって評価した結果について説明する。運動解析を行う鉄道車両のモデルとしては、いずれのヨーダンパ装置を用いる場合であっても、車体３に前後１対の台車４（４Ａ、４Ｂ）が連結されたモデルを用いた。なお、運動解析は、汎用機構解析ソフトを利用して実施可能であり、例えば、シムパックジャパン（株）製マルチボディダイナミクス解析ツール「SIMPACK」を利用することが可能である。
図６は、運動解析によって横圧を評価する際に用いた軌道条件及び走行条件を示す。図６に示す「曲線半径」は、円曲線区間における曲線半径を示す。図６に示す「条件１」では、円曲線区間における曲線半径を２００ｍに固定するものの、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを１８〜４５ｍの範囲で各種の値に変更すると共に、均衡速度を４０ｋｍ／ｈとし、３０〜６０ｋｍ／ｈの範囲で走行速度を各種の値に変更して運動解析を行った。また、図６に示す「条件２」では、円曲線区間における曲線半径を４００ｍに固定するものの、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを９〜２２．５ｍの範囲で各種の値に変更すると共に、均衡速度を４０ｋｍ／ｈとし、３０〜６０ｋｍ／ｈの範囲で走行速度を各種の値に変更して運動解析を行った。さらに、図６に示す「条件２」では、円曲線区間における曲線半径を４００ｍに固定するものの、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを９〜２２．５ｍの範囲で各種の値に変更すると共に、均衡速度を４０ｋｍ／ｈとし、３０〜６０ｋｍ／ｈの範囲で走行速度を各種の値に変更して運動解析を行った。

図７は、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合と、従来技術１のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧を対比した結果の一例を示す。図７（ａ）は前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧の一例を、図７（ｂ）は後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧の一例を示す。図７に示す結果は、図６に示す条件のうち、最も横圧が大きくなる条件（条件１のうち、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを１８ｍとし、走行速度を６０ｋｍ／ｈ（均衡速度＋２０ｋｍ／ｈ）にした条件）で得られた結果である。
図７（ａ）から分かるように、従来技術１のヨーダンパ装置を用いた場合には、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際（走行距離が１００〜１１８ｍの間）に、前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧が増大しているのに対し、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合には低減している。
また、図７（ｂ）から分かるように、従来技術１のヨーダンパ装置を用いた場合には、鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する際（走行距離が３１８〜３３６ｍの間）に、後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧が増大しているのに対し、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合には低減している。

図８は、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合と、従来技術２（特許文献１）のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧（前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧）を対比した結果の一例を示す。図８（ａ）は軌道全体において生じる横圧を、図８（ｂ）は出口側緩和曲線区間を走行する際に生じる横圧（図８（ａ）において破線で囲んだ箇所）を拡大して示す。図８に示す結果は、図６に示す条件のうち、最も横圧が大きくなる条件（条件１のうち、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを１８ｍとし、走行速度を６０ｋｍ／ｈ（均衡速度＋２０ｋｍ／ｈ）にした条件）で得られた結果である。
図８から分かるように、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合には、鉄道車両が曲線軌道Ｒの出口側緩和曲線区間を走行する際（走行距離が３１８〜３３６ｍの間）に、前側の台車４Ａが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ａに生じる横圧が、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合に比べて低減しない。

図９は、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合と、従来技術２（特許文献１）のヨーダンパ装置を用いた場合とについて、運動解析によって得られた車輪に生じる横圧（後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧）横圧を対比した結果の一例を示す。図９（ａ）は軌道全体において生じる横圧を、図９（ｂ）は入口側緩和曲線区間を走行する際に生じる横圧（図９（ａ）において破線で囲んだ箇所）を拡大して示す。図９に示す結果は、図６に示す条件のうち、最も横圧が大きくなる条件（条件１のうち、入口側緩和曲線区間の長さと出口側緩和曲線区間の長さを１８ｍとし、走行速度を６０ｋｍ／ｈ（均衡速度＋２０ｋｍ／ｈ）にした条件）で得られた結果である。
図９から分かるように、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合には、鉄道車両が曲線軌道Ｒの入口側緩和曲線区間を走行する際（走行距離が１００〜１１８ｍの間）に、後側の台車４Ｂが具備する前側の輪軸４ａの外軌Ｒ１側の車輪４０Ｂに生じる横圧が、本実施形態に係るヨーダンパ装置１００を用いた場合に比べて低減しない。

１・・・ヨーダンパ
２・・・制御手段
２ａ・・・コントローラ
２ｂ・・・電磁弁
３・・・車体
４・・・台車
１００・・・ヨーダンパ装置

Claims (3)

1. 車体と、該車体に連結された前後１対の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、
   前記車体と前記１対の台車のそれぞれとの間に取り付けられたヨーダンパと、
   前記ヨーダンパの減衰力を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記鉄道車両が曲線軌道の入口側緩和曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にする一方、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にし、
   前記鉄道車両が曲線軌道の出口側緩和曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にする一方、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にする、
   ことを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置。
2. 前記制御手段は、前記鉄道車両が曲線軌道の円曲線区間を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力も無効にする、
   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. 前記制御手段は、前記鉄道車両が直線軌道を走行する際には、前側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に、後側の前記台車に取り付けられた前記ヨーダンパの減衰力も有効にする、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用ヨーダンパ装置。

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