JP6673074B2 - 鉄道車両用ヨーダンパ装置 - Google Patents
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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。
従来、鉄道車両には、直線軌道を高速走行する際の台車の蛇行動を抑制するためにヨーダンパが用いられる場合がある。ヨーダンパは、鉄道車両の左右において車体と台車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、ヨーダンパの減衰力（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。なお、一般に、ヨーダンパの減衰力は、車体と台車との速度差にヨーダンパの減衰係数を乗算して得られる。
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（輪軸が進行する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、直線軌道における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は、直線軌道における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。
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。
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、本発明者らは、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又は小さくした場合（ヨーダンパの減衰係数を０又は小さくした場合）、後側の台車の向き（後側の台車が具備する車輪が進行する向き）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（減衰係数）を直線区間を走行する場合と同じように大きくして、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。一方、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力（減衰係数）は小さいままでよい。
（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又は小さくした場合（ヨーダンパの減衰係数を０又は小さくした場合）、前側の台車の向き（前側の台車が具備する車輪が進行する向き）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（減衰係数）を直線区間を走行する場合と同じように大きくして、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。一方、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力（減衰係数）は小さいままでよい。
（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又は小さくした場合（ヨーダンパの減衰係数を０又は小さくした場合）、後側の台車の向き（後側の台車が具備する車輪が進行する向き）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（減衰係数）を直線区間を走行する場合と同じように大きくして、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。一方、前側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力（減衰係数）は小さいままでよい。
（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又は小さくした場合（ヨーダンパの減衰係数を０又は小さくした場合）、前側の台車の向き（前側の台車が具備する車輪が進行する向き）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（減衰係数）を直線区間を走行する場合と同じように大きくして、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。一方、後側の台車に取り付けられたヨーダンパの減衰力（減衰係数）は小さいままでよい。
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おいて、前記鉄道車両の左右にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパと、前記ヨーダンパの減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段とを備え、前記１対のヨーダンパは、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパと、該第１減衰係数よりも小さな第２減衰係数を有する第２ヨーダンパとから構成され、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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にし、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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にする、ことを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置（以下、適宜、「第１のヨーダンパ装置」という）を提供する。
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おいて、前記鉄道車両の左右にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパと、前記ヨーダンパの減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段とを備え、前記１対のヨーダンパは、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパと、該第１減衰係数よりも小さな第２減衰係数を有する第２ヨーダンパとから構成され、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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にし、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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にする、ことを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置（以下、適宜、「第１のヨーダンパ装置」という）を提供する。
第１の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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。すなわち、後側の台車には第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。すなわち、前側の台車には第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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、第１の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。
なお、第１のヨーダンパ装置において、第２ヨーダンパの減衰力を有効にした場合における当該第２ヨーダンパの回転抵抗を小さくするには、第１減衰係数に対して第２減衰係数をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその３割の大きさである０．３以下に設定することが好ましく、０．２以下に設定することがより好ましく、０．１以下に設定することが最も好ましい。
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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。すなわち、前側の台車には第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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、第１の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。
なお、第１のヨーダンパ装置において、第２ヨーダンパの減衰力を有効にした場合における当該第２ヨーダンパの回転抵抗を小さくするには、第１減衰係数に対して第２減衰係数をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその３割の大きさである０．３以下に設定することが好ましく、０．２以下に設定することがより好ましく、０．１以下に設定することが最も好ましい。
好ましくは、第１のヨーダンパ装置において、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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にし、後側の前記台車に取り付けられた前記第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にする。
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、前側及び後側の台車の双方に第２ヨーダンパの小さな減衰力のみが作用することになる。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、第１のヨーダンパ装置において、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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にし、後側の前記台車に取り付けられた前記第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にする。
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は、前側及び後側の台車の双方に第１ヨーダンパの大きな減衰力のみが作用することになる。このため、大きな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。
また、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おいて、前記鉄道車両の左右にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパと、前記ヨーダンパの減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段とを備え、前記１対のヨーダンパは、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパと、該第１減衰係数よりも小さい第２減衰係数を有し、常に減衰力が有効である第２ヨーダンパとから構成され、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第１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第１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第１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第１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（以下、適宜、「第２のヨーダンパ装置」という）としても提供される。
第２の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第１ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力（常に有効である減衰力）のみが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。すなわち、後側の台車には第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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第１ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。すなわち、前側の台車には第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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、第２のヨーダンパ装置によっても、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。
なお、第２のヨーダンパ装置においても、第２ヨーダンパの回転抵抗を小さくするには、第１減衰係数に対して第２減衰係数をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその３割の大きさである０．３以下に設定することが好ましく、０．２以下に設定することがより好ましく、０．１以下に設定することが最も好ましい。
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第１ヨーダンパの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車には第１ヨーダンパの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。一方、制御手段は、後側の台車に取り付けられた第１ヨーダンパの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車には第２ヨーダンパの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。すなわち、前側の台車には第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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、第２のヨーダンパ装置によっても、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。
なお、第２のヨーダンパ装置においても、第２ヨーダンパの回転抵抗を小さくするには、第１減衰係数に対して第２減衰係数をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその３割の大きさである０．３以下に設定することが好ましく、０．２以下に設定することがより好ましく、０．１以下に設定することが最も好ましい。
好ましくは、第２のヨーダンパ装置において、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第１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第１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、前側及び後側の台車の双方に第２ヨーダンパの小さな減衰力のみが作用することになる。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、第２のヨーダンパ装置において、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第１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第１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は、前側及び後側の台車の双方に第１ヨーダンパの第１減衰係数及び第２ヨーダンパの第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用することになる。このため、大きな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。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態に係るヨーダンパ装置の構成及び動作＞
図１は、本発明の第１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（ａ）は全体の概略構成を示す図であり、図１（ｂ）はヨーダンパ及び制御手段の一部の概略構成を示す断面図である。
図１（ａ）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（ａ）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（図１の紙面の左右）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とを具備する。台車４が具備す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（具体的には、台車枠４ｃ）のそれぞれとの間において、鉄道車両の左右（図１の紙面の手前側及び奥側）にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパ１と、ヨーダンパ１の減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段２とを備えている。
図１は、本発明の第１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（ａ）は全体の概略構成を示す図であり、図１（ｂ）はヨーダンパ及び制御手段の一部の概略構成を示す断面図である。
図１（ａ）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（ａ）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（図１の紙面の左右）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とを具備する。台車４が具備す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（具体的には、台車枠４ｃ）のそれぞれとの間において、鉄道車両の左右（図１の紙面の手前側及び奥側）にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパ１と、ヨーダンパ１の減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段２とを備えている。
１対のヨーダンパ１は、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパ１ａと、該第１減衰係数よりも小さい第２減衰係数を有する第２ヨーダンパ１ｂとから構成されている。図１（ａ）に示す例では、第１ヨーダンパ１ａと第２ヨーダンパ１ｂとが上下方向に並設されているが、何らこれに限られるものではなく、両者を前後方向に並設する構成など、１対のヨーダンパ１を取り付ける限りにおいて種々の構成を採用可能である。
図１（ｂ）に示すように、本実施形態のヨーダンパ１は、ピストン１１と、ピストン１１が内部を移動する（前後方向に移動する）シリンダ１２とを具備する。シリンダ１２の内部は、ピストン１１の先端部（シリンダ１２側の端部）によって第１室１２ａ及び第２室１２ｂに区画されており、第１室１２ａ及び第２室１２ｂにはそれぞれオイル等の粘性流体１３が封入されている。ピストン１１の先端部には、第１室１２ａと第２室１２ｂとを連通させるオリフィス１４が設けられている。ヨーダンパ１の減衰力が有効とされている場合、後述する制御手段２の電磁弁２２が閉じられているため、粘性流体１３は配管２３内を移動できない。そして、ヨーダンパ１が図１（ｂ）の上図に示す状態から収縮（ピストン１１が第１室１２ａ側に移動）して図１（ｂ）の下図に示す状態に変化する過程において、第１室１２ａ内の粘性流体１３の圧力が上昇し、第１室１２ａ内の粘性流体１３は、オリフィス１４を矢符１３ａの方向に通過して第２室１２ｂ内に移動する。この際、オリフィス１４を通過する粘性流体１３の粘性抵抗により、ピストン１１には、粘性流体１３の移動方向１３ａと同方向の抵抗力（減衰力）Ｆが付与される。逆に、ヨーダンパ１が伸長（ピストン１１が第２室１２ｂ側に移動）する過程においては、ピストン１１には、上記の抵抗力Ｆとは逆方向の抵抗力（減衰力）が付与されることになる。
図１（ｂ）に示すように、本実施形態のヨーダンパ１は、ピストン１１と、ピストン１１が内部を移動する（前後方向に移動する）シリンダ１２とを具備する。シリンダ１２の内部は、ピストン１１の先端部（シリンダ１２側の端部）によって第１室１２ａ及び第２室１２ｂに区画されており、第１室１２ａ及び第２室１２ｂにはそれぞれオイル等の粘性流体１３が封入されている。ピストン１１の先端部には、第１室１２ａと第２室１２ｂとを連通させるオリフィス１４が設けられている。ヨーダンパ１の減衰力が有効とされている場合、後述する制御手段２の電磁弁２２が閉じられているため、粘性流体１３は配管２３内を移動できない。そして、ヨーダンパ１が図１（ｂ）の上図に示す状態から収縮（ピストン１１が第１室１２ａ側に移動）して図１（ｂ）の下図に示す状態に変化する過程において、第１室１２ａ内の粘性流体１３の圧力が上昇し、第１室１２ａ内の粘性流体１３は、オリフィス１４を矢符１３ａの方向に通過して第２室１２ｂ内に移動する。この際、オリフィス１４を通過する粘性流体１３の粘性抵抗により、ピストン１１には、粘性流体１３の移動方向１３ａと同方向の抵抗力（減衰力）Ｆが付与される。逆に、ヨーダンパ１が伸長（ピストン１１が第２室１２ｂ側に移動）する過程においては、ピストン１１には、上記の抵抗力Ｆとは逆方向の抵抗力（減衰力）が付与されることになる。
前述のように、第１ヨーダンパ１ａは第１減衰係数を有し、第２ヨーダンパ１ｂは該第１減衰係数よりも小さい第２減衰係数を有する。具体的には、第１ヨーダンパ１ａが第１減衰係数を有し、第２ヨーダンパ１ｂが第２減衰係数を有するように、各ヨーダンパ１ａ、１ｂのオリフィス１４の開度が調整されている。オリフィス１４の開度を相対的に小さくすることで、オリフィス１４を通過する粘性流体１３の粘性抵抗が増加するため、減衰係数は相対的に大きくなる。一方、オリフィス１４の開度を相対的に大きくすることで、オリフィス１４を通過する粘性流体１３の粘性抵抗が減少するため、減衰係数は相対的に小さくなる。第１減衰係数は第２減衰係数よりも大きいため、第１ヨーダンパ１ａのオリフィス１４の開度は、第２ヨーダンパ１ｂのオリフィスの開度よりも小さく設定されている。 本実施形態では、第１減衰係数として、直線軌道における台車４の蛇行動を抑制するために作用させる減衰力を発生させるための減衰係数と同等の減衰係数が設定されている。
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２１と、コントローラ２１に電気的に接続され、各ヨーダンパ１に取り付けられた電磁弁２２（２２ａ、２２ｂ）と、シリンダ１２の第１室１２ａ及び第２室１２ｂに連通する配管２３とを具備する。第１ヨーダンパ１ａには電磁弁２２ａが取り付けられ、第２ヨーダンパ１ｂには電磁弁２２ｂが取り付けられている。電磁弁２２は、コントローラ２１からの制御信号に基づき開閉する。電磁弁２２が閉じた状態では、粘性流体１３は配管２３内を移動できないため、前述のように粘性流体１３がオリフィス１４を通過することで減衰力が付与される。すなわち、電磁弁２２が閉じた状態では、ヨーダンパ１の減衰力が有効となる。一方、電磁弁２２が開いた状態では、粘性流体１３は配管２３内を移動可能であり、電磁弁２２が開いた状態において、その開口径及び配管２３の内径はオリフィスの開度（開口径）よりも十分に大きく設定されている。このため、ヨーダンパ１の伸縮に伴い、粘性流体１３の大半はオリフィス１４ではなく配管２３内を移動することになると共に、配管２３内を移動する粘性流体１３の粘性抵抗が極めて小さいため、実質的に減衰力が付与されない。すなわち、電磁弁２２が開いた状態では、ヨーダンパ１の減衰力が無効となる。
以上のようにして、制御手段２は、電磁弁２２を開閉することにより、ヨーダンパ１の減衰力の有効／無効を切り替え制御可能である。
以上のようにして、制御手段２は、電磁弁２２を開閉することにより、ヨーダンパ１の減衰力の有効／無効を切り替え制御可能である。
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模式図である。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、第１ヨーダンパ１ａの減衰力が有効であることを意味する。ハッチングを施していないヨーダンパ１は、第１ヨーダンパ１ａの減衰力が無効であることを意味する。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。一方、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。また、コントローラ２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを閉じるための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車４Ａには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。また、コントローラ２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを開くための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、後側の台車４Ｂには第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。一方、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。また、コントローラ２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを閉じるための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車４Ａには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。また、コントローラ２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを開くための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、後側の台車４Ｂには第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。一方、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。また、コントローラ２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを開くための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車４Ａには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。また、コントローラ２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを閉じるための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、前側の台車４Ａには第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。また、コントローラ２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを開くための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車４Ａには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。また、コントローラ２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂに対して、電磁弁２２ｂを閉じるための制御信号を送信し、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、前側の台車４Ａには第１減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を有効にする。これにより、鉄道車両が曲線軌道Ｒの円曲線区間を走行する際には、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第２ヨーダンパ１ｂの小さな減衰力のみが作用することになる。このため、ヨーダンパ１の回転抵抗力が小さくなり、輪軸のアタック角を小さくできるので、鉄道車両が円曲線区間を走行する際に１対の台車４Ａ、４Ｂが具備する何れの車輪に生じ得る横圧も低減可能である。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、鉄道車両が直線軌道を走行する際には、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第１ヨーダンパ１ａの大きな減衰力のみが作用することになる。このため、大きな減衰力で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。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にすると共に第２ヨーダンパ１ｂの減衰力を無効にする。これにより、鉄道車両が直線軌道を走行する際には、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第１ヨーダンパ１ａの大きな減衰力のみが作用することになる。このため、大きな減衰力で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。
＜第２実施形態に係るヨーダンパ装置の構成及び動作＞
第２実施形態に係るヨーダンパ装置の構成は、第１実施形態に係るヨーダンパ装置１００が備える第２ヨーダンパ１ｂの減衰力が常に有効である（鉄道車両が緩和曲線区間、円曲線区間及び直線区間のいずれを走行する場合にも有効である）点が異なるものの、残りの構成は第１実施形態と同様である。このため、第２実施形態に係るヨーダンパ装置については、主として第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と重複する説明は省略する。また、第２実施形態に係るヨーダンパ装置を説明する上でも図１及び図２を参照し、同一の構成要素については同一の符号を用いる。
第２実施形態に係るヨーダンパ装置の構成は、第１実施形態に係るヨーダンパ装置１００が備える第２ヨーダンパ１ｂの減衰力が常に有効である（鉄道車両が緩和曲線区間、円曲線区間及び直線区間のいずれを走行する場合にも有効である）点が異なるものの、残りの構成は第１実施形態と同様である。このため、第２実施形態に係るヨーダンパ装置については、主として第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と重複する説明は省略する。また、第２実施形態に係るヨーダンパ装置を説明する上でも図１及び図２を参照し、同一の構成要素については同一の符号を用いる。
前述のように、第２実施形態に係るヨーダンパ装置は、第２ヨーダンパ１ｂの減衰力が常に有効である。これを実現する構成としては、第２ヨーダンパ１ｂに取り付けられた電磁弁２２ｂを常に閉じた状態に制御することが考えられる。また、第２ヨーダンパ１ｂに、電磁弁２２ｂ及び配管２３を取り付けない構成を採用することも可能である。
本実施形態に係るヨーダンパ装置についても、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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力は有効）。一方、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力も有効）。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車４Ａには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力（常に有効である減衰力）のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。
すなわち、後側の台車４Ｂには第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。これにより、前側の台車４Ａには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力（常に有効である減衰力）のみが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。
すなわち、後側の台車４Ｂには第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力も有効）。一方、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力は有効）。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車４Ａには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、前側の台車４Ａには第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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。
具体的には、公知の手段（図示せず）によって検知された鉄道車両が現在走行している軌道情報が制御手段２のコントローラ２１に入力され、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２１から前側の台車４Ａに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを閉じるための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効にする。これにより、前側の台車４Ａには第１ヨーダンパ１ａの大きな第１減衰係数によって発生する減衰力と第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力とが作用することになる。
一方、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２１から後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａに取り付けられた電磁弁２２ａに対して、電磁弁２２ａを開くための制御信号を送信し、第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効にする。これにより、後側の台車４Ｂには第２ヨーダンパ１ｂの小さな第２減衰係数によって発生する減衰力のみが作用することになる。
すなわち、前側の台車４Ａには第１減衰係数及び第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用するため、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、第１実施形態と同様に図示は省略するが、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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力は有効）にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を無効（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力は有効）にする。これにより、鉄道車両が曲線軌道Ｒの円曲線区間を走行する際には、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第２ヨーダンパ１ｂの小さな減衰力のみが作用することになる。このため、ヨーダンパ１の回転抵抗力が小さくなり、輪軸のアタック角を小さくできるので、鉄道車両が円曲線区間を走行する際に１対の台車４Ａ、４Ｂが具備する何れの車輪に生じ得る横圧も低減可能である。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力も有効）にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効（第２ヨーダンパ１ｂ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は、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第１ヨーダンパ１ａの第１減衰係数及び第２ヨーダンパ１ｂの第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用することになる。このため、大きな減衰力で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。
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に取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効（第２ヨーダンパ１ｂの減衰力も有効）にし、後側の台車４Ｂに取り付けられた第１ヨーダンパ１ａの減衰力を有効（第２ヨーダンパ１ｂ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は、前側及び後側の台車４Ａ、４Ｂの双方に第１ヨーダンパ１ａの第１減衰係数及び第２ヨーダンパ１ｂの第２減衰係数によって発生する大きな減衰力が作用することになる。このため、大きな減衰力で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、第１実施形態に係るヨーダンパ装置１００及び第２実施形態に係るヨーダンパ装置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構成及び動作＞
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模式図である。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、ヨーダンパ１として、本発明と同様の第１減衰係数を有する第１ヨーダンパ１ａのみを備えている（第２ヨーダンパ１ｂは備えていない）。なお、図３において、ハッチングを施しているヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）は、減衰力が有効であることを意味する。
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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力は有効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力が常に有効である。
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模式図である。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、ヨーダンパ１として、本発明と同様の第１減衰係数を有する第１ヨーダンパ１ａのみを備えている（第２ヨーダンパ１ｂは備えていない）。なお、図３において、ハッチングを施しているヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）は、減衰力が有効であることを意味する。
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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力は有効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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。
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構成及び動作＞
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模式図である。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、ヨーダンパ１として、本発明と同様の第１減衰係数を有する第１ヨーダンパ１ａのみを備えている（第２ヨーダンパ１ｂは備えていない）。なお、図４において、ハッチングを施していないヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）は、減衰力が無効であることを意味する。
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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力は無効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力も無効である。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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力も有効にする。
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模式図である。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、ヨーダンパ１として、本発明と同様の第１減衰係数を有する第１ヨーダンパ１ａのみを備えている（第２ヨーダンパ１ｂは備えていない）。なお、図４において、ハッチングを施していないヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）は、減衰力が無効であることを意味する。
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（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力は無効であると共に、後側の台車４Ｂに取り付けられたヨーダンパ１（第１ヨーダンパ１ａ）の減衰力も無効である。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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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（第１ヨーダンパ１ａ）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。
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。
＜第１実施形態及び第２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構成及び動作が異なる。
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、第１実施形態に係るヨーダンパ装置（図５では「本発明１」と記載）、第２実施形態に係るヨーダンパ装置（図５では「本発明２」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の減衰係数の状態（相対的な減衰係数の大きさ）を纏めたものである。「本発明１」及び「本発明２」の「第１」の欄に示す数値は、第１ヨーダンパ１ａの有する減衰係数を示し、「第２」の欄に示す数値は、第２ヨーダンパ１ｂの有する減衰係数を示す。図５に示す例では、各ヨーダンパ装置において、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその１割の大きさである０．１に設定している。また、各欄の減衰係数＝０は、減衰力を無効にしたことを意味する。
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、第１実施形態、従来技術１及び従来技術２のいずれのヨーダンパ装置のヨーダンパ１も全て減衰係数（又は減衰係数の和）が第１減衰係数に相当し、差が無い。第２実施形態に係るヨーダンパ装置については、鉄道車両が直線軌道を走行する際の減衰係数は第１減衰係数と第２減衰係数との和になる。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）を走行する際には、各ヨーダンパ装置に応じてヨーダンパ１の減衰係数の状態が異なる。
以上に説明したように、各ヨーダンパ装置に応じてその構成及び動作が異なる。
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、第１実施形態に係るヨーダンパ装置（図５では「本発明１」と記載）、第２実施形態に係るヨーダンパ装置（図５では「本発明２」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の減衰係数の状態（相対的な減衰係数の大きさ）を纏めたものである。「本発明１」及び「本発明２」の「第１」の欄に示す数値は、第１ヨーダンパ１ａの有する減衰係数を示し、「第２」の欄に示す数値は、第２ヨーダンパ１ｂの有する減衰係数を示す。図５に示す例では、各ヨーダンパ装置において、第１減衰係数を基準値である１とした場合に、第２減衰係数はその１割の大きさである０．１に設定している。また、各欄の減衰係数＝０は、減衰力を無効にしたことを意味する。
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、第１実施形態、従来技術１及び従来技術２のいずれのヨーダンパ装置のヨーダンパ１も全て減衰係数（又は減衰係数の和）が第１減衰係数に相当し、差が無い。第２実施形態に係るヨーダンパ装置については、鉄道車両が直線軌道を走行する際の減衰係数は第１減衰係数と第２減衰係数との和になる。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）を走行する際には、各ヨーダンパ装置に応じてヨーダンパ１の減衰係数の状態が異なる。
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３」では、円曲線区間における曲線半径を８００ｍ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４．６〜１１．５ｍ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３」では、円曲線区間における曲線半径を８００ｍ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４．６〜１１．５ｍ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、第１及び第２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、第１及び第２実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合には従来技術１に比べて低減している。
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、第１及び第２実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合には従来技術１に比べて低減している。
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、第１及び第２実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合には従来技術１に比べて低減している。
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、第１及び第２実施形態に係るヨーダンパ装置を用いた場合には従来技術１に比べて低減している。
図８は、第１及び第２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（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、第１及び第２実施形態に係る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、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合に比べて低減する。
図８から分かるように、第１及び第２実施形態に係る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、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合に比べて低減する。
図９は、第１及び第２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（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）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、第１及び第２実施形態に係る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、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合に比べて低減する。
図９から分かるように、第１及び第２実施形態に係る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、従来技術２のヨーダンパ装置を用いた場合に比べて低減する。
１・・・ヨーダンパ
１ａ・・・第１ヨーダンパ
１ｂ・・・第２ヨーダンパ
２・・・制御手段
２１・・・コントローラ
２２，２２ａ，２２ｂ・・・電磁弁
２３・・・配管
３・・・車体
４・・・台車
１００・・・ヨーダンパ装置
１ａ・・・第１ヨーダンパ
１ｂ・・・第２ヨーダンパ
２・・・制御手段
２１・・・コントローラ
２２，２２ａ，２２ｂ・・・電磁弁
２３・・・配管
３・・・車体
４・・・台車
１００・・・ヨーダンパ装置
Claims (6)
- 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おいて、前記鉄道車両の左右にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパと、
前記ヨーダンパの減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段とを備え、
前記１対のヨーダンパは、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパと、該第１減衰係数よりも小さい第２減衰係数を有する第２ヨーダンパとから構成され、
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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にし、
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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にする、
ことを特徴とする鉄道車両用ヨーダンパ装置。 - 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第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にし、後側の前記台車に取り付けられた前記第１ヨーダンパの減衰力を無効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を有効にする、
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。 - 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第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にし、後側の前記台車に取り付けられた前記第１ヨーダンパの減衰力を有効にすると共に前記第２ヨーダンパの減衰力を無効にする、
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。 - 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おいて、前記鉄道車両の左右にそれぞれ１対ずつ取り付けられたヨーダンパと、
前記ヨーダンパの減衰力の有効／無効を切り替え制御する制御手段とを備え、
前記１対のヨーダンパは、第１減衰係数を有する第１ヨーダンパと、該第１減衰係数よりも小さい第２減衰係数を有し、常に減衰力が有効である第２ヨーダンパとから構成され、
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第１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第１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第１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第１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。 - 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第１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第１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４に記載の鉄道車両用ヨーダンパ装置。 - 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第１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第１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４又は５に記載の鉄道車両用ヨーダンパ装置。
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