JPH10167061A

JPH10167061A - 振り子装置を備えた鉄道車両

Info

Publication number: JPH10167061A
Application number: JP33236696A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inoue; 浩井上
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】軌道に負担をかけることなく曲線部の高速走
行を行わせる。【解決手段】軌道２に乗る台車３（５）にはリンク機
構22を以て振り子バリ21が傾斜可能とされている。車体
４は空気バネ24を介して振り子バリ21上に載置され、そ
の底部に設けられた中心ピン25が左右に牽引バリ26を有
して振り子バリ21側に延出された状態で支持されてい
る。また振り子バリ21と台車３側との間には供給シリン
ダ31が設けられ、振り子バリ21と牽引バリ26との間には
追従シリンダ32が設けられている。供給シリンダ31は振
り子バリ21の傾斜に連動して伸縮し、追従シリンダ32は
供給シリンダ31の伸縮に伴って伸縮する。カントの走行
時には、振り子バリ21の傾斜で共に車体４が傾斜し、こ
れと連動する各シリンダ31,32の動作による牽引バリ26
の押し引きによって車体４が左右方向に移動するので、
遠心力が打ち消され軌道への負担の増加が抑止されて高
速走行が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振り子装置を備え
た曲線通過速度が大きい気動車等の鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道線において、運送能率を向上する為
には鉄道車両の走行速度を上げることが要され、それに
は、特に鉄道線における曲線部を高速で走行することが
望まれる。一般に曲線部を走行させる際には、図９に示
すように鉄道線の曲線部においてカント（横断勾配）を
設けている。そして、車両がカントと釣り合う遠心力と
なる曲線走行速度であれば、重力Ｗと遠心力Ｑ１との合
力Ｐ１が車体の中心線Ｓと重なるとともに、合力Ｐ１が
軌道接線Ｒに対して垂直方向に作用するので適宜に曲線
部の走行が行われる。

【０００３】ところが、図９に示す状態で、更に高速で
走行させた際には、重心Ｇに上記遠心力Ｑ１よりも大き
い遠心力Ｑ２がかかることとなり、これにより重力Ｗと
遠心力Ｑ２との合力Ｐ２が車体の中心線Ｓ上から遠ざか
るので、一方では乗客の乗り心地を悪化させることにな
り、他方では軌道が遠心力Ｑ２の負荷に耐えなくなるの
で軌道自体の保守を要して費用がかかることになる。そ
の為、軌道の曲線半径やカント（横断勾配）を改造する
のが一つの方法であるが、これでは設備投資がかかるな
どの問題がある。

【０００４】そこで従来では、乗客に対する乗り心地対
策として曲線半径やカント（横断勾配）を改造すること
なく曲線部を高速走行させるために、図１０に示すよう
に、車両に対し、所定の振り子中心Ｏを以て車体が傾斜
するような振り子装置を備え、曲線部の走行の際に車体
を軌道の内側に傾斜させるように構成している。

【０００５】このように構成することにより、曲線部の
走行時において重心Ｇに遠心力Ｑ２がかかっても、車体
が傾斜することにより、重力Ｗと遠心力Ｑ２との合力Ｐ
２が傾斜した車体の中心線Ｓ上に近づけられて、乗客に
対して超過遠心力分（遠心力Ｑ２−遠心力Ｑ１）を打ち
消すこととなるので、乗り心地が改善される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の振り子装置を備えた鉄道車両は、一般的には車
体の傾斜によって重心Ｇが外軌道側に移動するので、合
力Ｐ２が外軌道側に移動して外軌道に更なる負担がかか
ってしまうという問題が生じる。

【０００７】そこで本発明は、上記課題を解消するため
に、軌道に負担をかけることなく曲線部の高速走行を行
わせることができる振り子装置を備えた鉄道車両を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の請求項１に記載された振り子装置を備えた鉄道
車両は、車体を支持し、かつ台車に対して傾斜可能に設
けられた振り子バリを有した振り子装置と、前記台車と
振り子バリとの間で振り子バリの傾斜に伴って伸縮され
る供給シリンダと、前記振り子バリと車体側との間に設
けられて前記供給シリンダの伸縮に伴って伸縮される追
従シリンダとによる重心移動装置と、を備えたことを特
徴としている。

【０００９】請求項２に記載された振り子装置を備えた
鉄道車両は、車体を支持し、かつ台車に対して傾斜可能
に設けられた振り子バリを有した振り子装置と、前記振
り子バリの傾斜に伴って移動する所定箇所と前記車体側
との間を連結する追従ロッドによる重心移動装置と、を
備えた構成とされている。

【００１０】請求項３に記載された振り子装置を備えた
鉄道車両は、請求項２の記載において、前記振り子バリ
に設けられた支点に、その一端が取り付けられた梃子
と、該梃子の他端と前記振り子バリの傾斜に伴って移動
する所定箇所との間を連結するべく設けられた変位伝達
ロッドと、を備え、前記追従ロッドが、前記変位伝達ロ
ッドの所定箇所と前記車体側との間を連結するように設
けられた構成とされている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明による振り
子装置を備えた鉄道車両の要部を示す側面図、図２は同
振り子装置を備えた鉄道車両の要部を示す平面図、図３
は図１における中央部断面図である。

【００１２】鉄道車両１（以下車両という）は、軌道２
を走行するために、複数（一般には二つ）の台車３上に
車体４が支持されている。台車３は、図１乃至図３に示
すように骨組となる台車枠５を以て構成されている。こ
の台車枠５は、台車３の左右側部に添ってそれぞれ平行
配置される側枠６と、各側枠６の略中央部分を連結する
二つの内枠７とにより略Ｈ字状に構成されている。

【００１３】各側枠６の所定箇所（図２中四箇所）に
は、軸箱８が対向配設されているとともに、各軸箱８が
二つの軸バネ装置９によって前後左右を位置決めされて
いる。そして、軌道２上に乗る車輪１０を有した輪軸１
１の両端部が、対向する軸箱８にコロ軸受で支持されて
いる。これにより、台車枠５は、軌道２に乗る二つの輪
軸１１に対し、軸箱８を介した軸バネ装置９によって前
後左右方向が位置決めされるとともに、軸バネ装置９の
防振効果によって上下荷重が支持される。

【００１４】また、側枠６には、各車輪１０に添ってそ
れぞれブレーキ装置１２が設けられている。このブレー
キ装置１２は、制動が必要な際に動作し、車両１を減速
または停止させる。

【００１５】二つの輪軸１１の一方には第一減速機１３
が配設されている。この第一減速機１３は、図示しない
原動機からの動力を変速機を経由して推進軸により回転
が伝達されるとともに、一方の輪軸１１を回転駆動させ
る。また、他方の輪軸１１には第二減速機１４が配設さ
れている。この第二減速機１４は、第二推進軸１５を介
して伝達された前記第一減速機１３の動力が伝達され
て、他方の輪軸１１を回転駆動させる。

【００１６】第一減速機１３および第二減速機１４と、
内枠７から上方に立設された支持部７ａとの間には、減
速機吊１６が設けられていて、第一減速機１３および第
二減速機１４の駆動反力を台車３側に伝えて支持し得る
ように構成されている。

【００１７】ところで、上記台車３と車体４との間には
振り子装置２０が設けられている。この振り子装置２０
は、台車枠５における内枠７に対して設けられていて振
り子バリ２１とリンク機構２２とを備えている。振り子
バリ２１は、図３に示すように、台車３における二つの
輪軸１１の間に設けられていて、台車３および車体４に
おける左右方向に長手の略板状に形成され、その下方に
支持アーム２１ａを有している。

【００１８】リンク機構２２は、振り子バリ２１の支持
アーム２１ａと、内枠７の支持部７ａとの間に略ハ字状
に配置された二つの傾斜リンク２３からなり、振り子バ
リ２１を内枠７（台車枠５）に対して傾斜可能に支持し
ている。

【００１９】そして、振り子バリ２１の長手方向の各端
部上面には、空気バネ２４が設けられ、該空気バネ２４
上に車体４が支持されている。これにより、車体４は、
空気バネ２４によって防振されるとともに、振り子バリ
２１およびリンク機構２２を介して台車３に対して左右
方向に傾斜可能に支持される。なお、上記空気バネ２４
は、車体４の左右方向には、ある柔らかいバネ定数を以
て支持する作用を有している。

【００２０】ここで、車体４における底面中央部分に
は、車体４の傾斜方向の中心線と重なる中心ピン２５が
設けられている。この中心ピン２５は、振り子バリ２１
の中央部分に設けられた開口部２１ｂ内に延出形成され
ているとともに、車体４の傾斜方向にそれぞれ延出され
た牽引バリ２６を有している。そして、各牽引バリ２６
と、台車３における内枠７との間には、それぞれ規制リ
ンク２７が設けられていて、車体４の左右方向への移動
を多少許容しながら車体４の前後左右方向の位置決めを
する。また、振り子バリ２１における開口部２１ｂ内の
左右内壁には、それぞれストッパ２８が設けられてい
て、空気バネ２４等で緩衝された車体４の左右方向の動
きを牽引バリ２６の端部と当接して所定変位で止める。
このストッパ２８は、牽引バリ２６との当接時に、その
ショックが少ないように比較的柔らかいバネ定数とす
る。

【００２１】さらに、上記リンク機構２２には、傾斜リ
ンク２３と連動する重心移動装置３０が設けられてい
る。この重心移動装置３０は、油圧式の供給シリンダ３
１および追従シリンダ３２を有している。供給シリンダ
３１は、台車３における内枠７と、振り子バリ２１にお
ける一方の支持アーム２１ａ（図３中右側）との間に設
けられていて、振り子バリ２１（車体４）の左右方向の
傾斜に対応して伸縮される。追従シリンダ３２は、一方
の牽引バリ２６（図３中左側）と、振り子バリ２１にお
ける供給シリンダ３１の位置と相対する位置（図３中左
側）との間に設けられているとともに、供給シリンダ３
１の伸縮による作動油が供給／吸引されるように油供給
路３３を介して接続されていて、供給シリンダ３１の伸
縮に伴って伸縮される。

【００２２】なお、重心移動装置３０において、油供給
路３３にアキュムレータ３４を設けて、作動油を加圧状
態で蓄えて油圧のエネルギーを蓄積させるようにすると
よい。

【００２３】さらに、供給シリンダ３１および追従シリ
ンダ３２の位置は、それぞれ上述した配置と相対する位
置の同構成に設けられていてもよい。

【００２４】また、上記台車３において、各側枠６と車
体４との間には、ヨーイングダンパ３５が設けられてい
る。このヨーイングダンパ３５は、台車３と車体４との
間における蛇行動を減衰させる為のものである。

【００２５】さらに、台車３における各側枠６の前側
（走行方向側）には、排障器３６が設けられていて、軌
道２上に障害物がある場合に、該障害物が排除できるよ
うになっている。

【００２６】以下、上述のように構成された台車３にお
ける軌道２の曲線部の走行動作を図３及び図４を参照し
て説明する。図３に示すように平坦な軌道２を走行する
際には、振り子装置２０および重心移動装置３０は作動
せず、台車３の内枠７と振り子バリ２１と車体４とは平
行な位置関係とされている。

【００２７】そして、図４に示すように、軌道２の曲線
部においてカント（横断勾配）が設けられている部分で
は、車体４に対して外軌道２ａ側に遠心力が働くことに
よって自動的に振り子装置２０が作動し、リンク機構２
２を介して振り子バリ２１が内軌道２ｂ側に傾斜する。

【００２８】さらに、図４に示すように、振り子装置２
０の作動によって重心移動装置３０が作動する。まず、
振り子バリ２１の支持アーム２１ａが揺動して供給シリ
ンダ３１が延伸される。そして、供給シリンダ３１の延
伸に伴い追従シリンダ３２が縮退して牽引バリ２６を振
り子バリ２１の傾斜方向に引張する。

【００２９】すなわち、車両１が軌道２の曲線部を走行
する際には、振り子装置２０により車体４が振り子バリ
２１を介して台車３に対して内軌道２ｂ側に傾斜すると
ともに、重心移動装置３０により、車体４が振り子バリ
２１の傾斜に対応して内軌道２ｂ側に移動することとな
る。

【００３０】また、逆方向にカント（横断勾配）が設け
られている場合にも、車体４に対して外軌道２ａ側に遠
心力が働くことによって自動的に振り子装置２０が作動
し、リンク機構２２を介して振り子バリ２１が内軌道２
ｂ側に傾斜する。さらに、振り子バリ２１の支持アーム
２１ａが揺動して供給シリンダ３１が縮退される。そし
て、供給シリンダ３１の縮退に伴い追従シリンダ３２が
延伸して牽引バリ２６を振り子バリ２１の傾斜方向に押
出すことにより、車体４が振り子バリ２１の傾斜に対応
して内軌道２ｂ側に移動することとなる。

【００３１】この一連の動作を、図１０で示す従来例と
対比させると、本発明の振り子装置を備えた鉄道車両
は、図５に示すように、従来と同様な遠心力Ｑ２が重心
Ｇにかかった場合、振り子装置２０の作動により車体４
が内軌道２ｂ側に傾斜することにより、重力Ｗと遠心力
Ｑ２との合力Ｐ２が傾斜した車体４の中心線Ｓ上に近づ
けられる。そして、振り子装置２０の作動に伴う重心移
動装置３０の作動により車体４の重心Ｇが図中で示す
振り子中心Ｏの移動した移動量Ｔ分だけ内軌道２ｂ側に
移動することにより、合力Ｐ２が軌道接線Ｒを横切る交
点Ｘにおける左右方向寸法ａ，ｂが略等間隔となる。

【００３２】したがって、振り子装置２０の作動によっ
て、乗客に対して超過遠心力分（遠心力Ｑ２−遠心力Ｑ
１）を打ち消すこととなるので乗り心地が改善され、重
心移動装置３０の作動によって、内軌道２ｂおよび外軌
道２ａへの負担荷重が略均等となり、軌道２に対する負
担増を抑止することができる。

【００３３】また、重心移動装置３０は、重心移動の変
化割合を供給シリンダ３１および追従シリンダ３２の伸
縮率（例えばシリンダの径の大きさ）を以て任意に設定
できるので、軌道の状態等に応じて最適な条件に合わせ
ることが可能である。

【００３４】一般的には、振り子動作で大きくきな移動
量が得られる支持アーム２１ａの先端部などに供給シリ
ンダ３１を設けるとともに、この供給シリンダ３１の径
を小さくして振り子動作を阻害しないように構成し、追
従シリンダ３２を大径として大きい動作力が得られるよ
うに構成すれば、車体を安定して保持することができ
る。この際、追従シリンダ３２の動作力が不足する場合
には、サーボ油圧機構を採用することにより、別の油圧
源からの力を以て十分な動作力をえることが可能とな
る。

【００３５】ところで、上述した実施の形態では、重心
移動装置３０として油圧式シリンダを用いた構成である
が、別の実施の形態である重心移動装置４０として、以
下に示すものがあり、図６および図７を参照して説明す
る。この実施の形態における重心移動装置４０も傾斜リ
ンク２３と連動するように構成されている。振り子バリ
２１の一端側（図６中右側）には支点４１が設けられ、
該支点４１に梃子４２の一端が取り付けられている。そ
して、梃子４２の他端と、一方の傾斜リンク２３（図６
中右側）の所定位置との間には、変位伝達ロッド４３
が、所謂リンク構造をなすように設けられている。さら
に、梃子４２の中間部分の所定位置と、牽引バリ２６の
他端（図６中右側）との間には、追従ロッド４４が、所
謂リンク構造をなすように設けられている。

【００３６】なお、重心移動装置４０としての梃子４
２、変位伝達ロッド４３、および追従ロッド４４位置
は、それぞれ上述した配置と相対する位置の同構成に設
けられていてもよい。

【００３７】このように構成された重心移動装置４０
は、図６に示すように、平坦な軌道２を走行する際に
は、振り子装置２０が作動しないので作動せず、台車３
の内枠７と振り子バリ２１と車体４とは平行な位置関係
とされている。

【００３８】そして、図７に示すように、軌道２の曲線
部においてカント（横断勾配）が設けられている部分で
は、車体４に対して外軌道２ａ側に遠心力が働くことに
よって自動的に振り子装置２０が作動し、リンク機構２
２を介して振り子バリ２１が内軌道２ｂ側に傾斜する。

【００３９】さらに、図７に示すように、振り子装置２
０の作動によって重心移動装置４０が作動し、振り子バ
リ２１の傾斜における傾斜リンク２３の移動量に比例し
た変位分だけ変位伝達ロッド４３および梃子４２が移動
することにより、梃子４２を介して追従ロッド４４が振
り子バリ２１の傾斜方向に牽引バリ２６を押出すように
作用する。

【００４０】すなわち、車両１が軌道２の曲線部を走行
する際には、振り子装置２０により車体４が振り子バリ
２１を介して台車３に対して内軌道２ｂ側に傾斜すると
ともに、重心移動装置４０により、車体４が振り子バリ
２１の傾斜に対応して内軌道２ｂ側に移動することとな
る。

【００４１】また、逆方向にカント（横断勾配）が設け
られている場合にも、車体４に対して外軌道２ａ側に遠
心力が働くことによって自動的に振り子装置２０が作動
し、リンク機構２２を介して振り子バリ２１が内軌道２
ｂ側に傾斜する。さらに、振り子バリ２１の傾斜におけ
る傾斜リンク２３の移動量に比例した変位分だけ変位伝
達ロッド４３および梃子４２が移動することにより、梃
子４２を介して追従ロッド４４が振り子バリ２１の傾斜
方向に牽引バリ２６を引張すように作用するので、車体
４が振り子バリ２１の傾斜に対応して内軌道２ｂ側に移
動することとなる。

【００４２】したがって、別の実施の形態としての重心
移動装置４０であっても、振り子装置２０の作動によっ
て、乗客に対して超過遠心力分（遠心力Ｑ２−遠心力Ｑ
１）を打ち消して乗り心地を改善し、重心移動装置４０
の作動によって、内軌道２ｂおよび外軌道２ａへの負担
荷重を略均等として、軌道２に対する負担増を抑止する
ことができる。

【００４３】また、別の実施の形態としての重心移動装
置４０において、図８に示すように、傾斜リンク２３の
動作寸法比の適宜な位置に対し、梃子４２および変位伝
達ロッド４３を介さずに直接追従ロッド４４を設けた構
成としてもよい。

【００４４】さらに、上述の重心移動装置４０は、重心
移動の変化割合を、支点４１、梃子４２、変位伝達ロッ
ド４３、追従ロッド４４における各位置または移動率を
以て任意に設定できるので、軌道の状態等に応じて最適
な条件に合わせることが可能である。

【００４５】なお、上述した全ての実施の形態における
重心移動装置３０，４０は、振り子装置２０として自然
振り子タイプのリンク式に対応した構造を主に説明した
が、別の振り子装置として、強制振り子タイプあるいは
制御付自然振り子タイプのリンク式であってもよく、こ
のような振り子装置であっても上述の重心移動装置３
０，４０を適用することができる。

【００４６】また、重心移動装置３０，４０は、その他
の振り子装置として、例えば車体（振り子バリ２１）と
台車との間にコロ機構を設けて車体を支持するコロ式、
あるいは車体（振り子バリ２１）と台車との間にリニア
ベアリング機構を設けて車体を支持するリニアベアリン
グガイド式であっても、適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明による振り子
装置を備えた鉄道車両は、車両側の機構において、軌道
曲線部のカント（横断勾配）走行時の走行状態に応じて
車体を傾斜させる振り子装置の動作に連動して車体を適
宜位置に移動させる重心移動装置を設けたことにより、
乗り心地を改善するとともに、超過された遠心力を打ち
消して軌道への負担の増加を抑止するので、車両側の設
備投資のみで、現状の軌道曲線部に対する走行速度の高
速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振り子装置を備えた鉄道車両の要
部を示す側面図である。

【図２】同振り子装置を備えた鉄道車両の要部を示す平
面図である。

【図３】図１における中央部断面図である。

【図４】同振り子装置を備えた鉄道車両の動作を示す図
である。

【図５】同振り子装置を備えた鉄道車両の作用を示す模
式図である。

【図６】別の実施の形態を示す要部断面図である。

【図７】別の実施の形態の動作を示す図である。

【図８】別の実施の形態における応用例を示す図であ
る。

【図９】一般的な車両構成と作用を示す模式図である。

【図１０】従来の振り子装置を備えた構成の作用を示す
模式図である。

【符号の説明】

１…鉄道車両、２…軌道、２ａ…外軌道、２ｂ…内軌
道、３…台車、４…車体、５…台車枠、２０…振り子装
置、２１…振り子バリ、３０…重心移動装置、３１…供
給シリンダ、３２…追従シリンダ、４０…（別の実施の
形態での）重心移動装置、４１…支点、４２…梃子、４
３…変位伝達ロッド、４４…追従ロッド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体を支持し、かつ台車に対して傾斜可
能に設けられた振り子バリを有した振り子装置と、前記台車と振り子バリとの間で振り子バリの傾斜に伴っ
て伸縮される供給シリンダと、前記振り子バリと車体側
との間に設けられて前記供給シリンダの伸縮に伴って伸
縮される追従シリンダとによる重心移動装置と、を備えたことを特徴とする振り子装置を備えた鉄道車
両。
【請求項２】車体を支持し、かつ台車に対して傾斜可
能に設けられた振り子バリを有した振り子装置と、前記振り子バリの傾斜に伴って移動する所定箇所と前記
車体側との間を連結する追従ロッドによる重心移動装置
と、を備えたことを特徴とする振り子装置を備えた鉄道車
両。
【請求項３】前記振り子バリに設けられた支点に、そ
の一端が取り付けられた梃子と、該梃子の他端と前記振り子バリの傾斜に伴って移動する
所定箇所との間を連結するべく設けられた変位伝達ロッ
ドと、を備え、前記追従ロッドが、前記変位伝達ロッドの所定
箇所と前記車体側との間を連結するように設けられたこ
とを特徴とする請求項２に記載の振り子装置を備えた鉄
道車両。