(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の剛体に対する第２の剛体の、仮想の回転軸まわりの回転角を検出する回転角検出機構であって、
前記回転軸に対称に配置されて第２の剛体に固定される第１の点および第２の点と、
第１の剛体に取り付けられると共に前記第１の点および第２の点のそれぞれの接線方向に延びる第１の連結棒および第３の連結棒を介して前記第１の点および第２の点にそれぞれ連結した第１の変向機構および第２の変向機構と、
第１の変向機構および第２の変向機構を介して前記第１の点および第２の点と連動する差動機構を有し、
前記差動機構は、
前記第１の変向機構および第２の変向機構と連結すると共に回転中心について回転可能な差動リンクと、
前記差動リンクの回転中心と連結すると共に第１の剛体に変位可能に連結した出力リンクを有する
回転角検出機構。
【請求項２】
前記第１の剛体に対して第２の剛体が前記回転軸まわりに回転角で回転運動したとき、
前記差動リンクは前記第１の剛体に対する姿勢を保ち、
前記出力リンクは前記回転角に比例して第１の剛体に対して変位する、
請求項１に記載の回転角検出機構。
【請求項３】
第１の剛体に対して第２の剛体が並進運動または前記回転軸に直交する軸まわりに回転運動したとき、出力リンクは第１の剛体に対して変位しない
請求項１又は２に記載の回転角検出機構。
【請求項４】
前記出力リンクは第１の剛体に対して回転運動又は直進運動する、
請求項１乃至３の何れか１つに記載の回転角検出機構。
【請求項５】
前記第１の変向機構および第２の変向機構は第１の剛体に対する第１の点および第２の点の、前記回転軸まわりの接線方向の変位を前記第１の変向機構と第２の変向機構を結ぶ直線方向に変更する
請求項１乃至４の何れか１つに記載の回転角検出機構。
【請求項６】
前記第１の変向機構および第２の変向機構の少なくとも一方はベルクランクである
請求項１乃至５の何れか１つに記載の回転角検出機構。
【請求項７】
前記第１の剛体は鉄道車両の車体であり、
前記第２の剛体は鉄道車両の台車である
請求項１乃至６の何れか１つに記載の回転角検出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の剛体に対する第２の剛体の回転角を検出する回転角検出機構に関し、例えば、鉄道車両の車体に対する台車の回転角の検出に適用される。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化されているボギー角連動操舵台車は、ボギー角（車体・台車間の垂直軸まわりの相対回転角）をてこ・リンク装置で検出し、前後輪軸の操舵角を機械的に制御している（特許文献１参照）。このような機構を用いることにより、円曲線走行中の横圧が低減されることが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０３３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記操舵台車の機構の対象は、ボルスタ（まくらばり）を有するボルスタ付き台車に限定される。
【０００５】
ボルスタ付き台車は、ボルスタと心皿により、車体と台車の垂直軸まわりの回転変位を許容する構造である。ボルスタ台車は、心皿を中心として回転するため、比較的容易にボギー角を検出できる。
【０００６】
ところで、現在の鉄道車両台車は、そのボルスタを持たないボルスタレス台車が主流となっている。ボルスタレス台車は、機械的な回転中心を有しないので、ボギー角の検出は行われてこなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、第１の剛体に対する第２の剛体の仮想の回転軸まわりの回転角を機械的に検出する回転角検出機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【０００９】
本発明の第１の特徴に係わる回転角検出機構（３０、３０Ａ）は、第１の剛体（１０）に対する第２の剛体（２０）の、仮想の回転軸（Ａ１）まわりの回転角を検出する回転角検出機構であって、回転軸（Ａ１）に対称に配置されて第２の剛体（２０）に固定される第１の点（Ｐ１）および第２の点（Ｐ２）と、第１の剛体（１０）に取り付けられると共に前記第１の点（Ｐ１）および第２の点（Ｐ２）のそれぞれの接線方向に延びる第１の連結棒および第３の連結棒を介して第１の点（Ｐ１）および第２の点（Ｐ２）にそれぞれ連結した第１の変向機構（３２）および第２の変向機構（３５）と、第１の変向機構（３２）および第２の変向機構（３５）を介して第１の点（Ｐ１）および第２の点（Ｐ２）と連動する差動機構を有する。前記差動機構は、第１の変向機構（３２）および第２の変向機構（３５）と連結すると共に回転中心について回転可能な差動リンク（３７）と、差動リンク（３７）の回転中心と連結すると共に第１の剛体（１０）に変位可能に連結した出力リンク（３８、６１）を有する。                                                                                    
【００１０】
以上特徴にあって、前記第１の剛体（１０）に対して第２の剛体（２０）が回転軸（Ａ１）まわりに回転角で回転運動したとき、差動リンク（３７）は前記第１の剛体（１０）に対する姿勢を保ち、出力リンク（３８、６１）は前記回転角に比例して第１の剛体（１０）に対して変位する。
【００１１】
第１の剛体（１０）に対して第２の剛体（２０）が並進運動または回転軸（Ａ１）に直交する軸まわりに回転運動したとき、出力リンク（３８、６１）は第１の剛体に対して変位しない。
【００１２】
出力リンク（３８、６１）は第１の剛体に対して回転運動又は直進運動する。
【００１３】
第１の変向機構（３２）および第２の変向機構（３５）は第１の剛体（１０）に対する第１の点（Ｐ１）および第２の点（Ｐ２）の、回転軸（Ａ１）まわりの接線方向の変位を第１の変向機構（３２）と第２の変向機構（３５）を結ぶ直線方向に変更する。
【００１４】
第１の変向機構（３２）および第２の変向機構（３５）の少なくとも一方はベルクランクである。
【００１５】
前記第１の剛体は鉄道車両（１）の車体（１０）であり、前記第２の剛体は鉄道車両（１）の台車（２０）である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の特徴によれば、第１の剛体に対する第２の剛体の仮想の回転軸まわりの回転角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係わる鉄道車両の平面図である。
【図２】図１に示す鉄道車両の立面図である。
【図３】図１に示す鉄道車両の回転角検知機構を示す斜視図である。
【図４】図３に示す回転角検知機構の概要平面図である。
【図５】図４に示す差動リンク及び出力リンクの拡大側面図である。
【図６】台車が車体に対して回転軸まわりに回転したきの図４に示す回転角検知機構の動作を示す概要図である。
【図７】台車が車体に対して後方へ変位したときの図４に示す回転検知機構の動作を示す概要図である。
【図８】台車が車体に対して前方へ変位したときの図４に示す回転検知機構の動作を示す概要図である。
【図９】台車が車体に対して左右方向へ変位したきの図４に示す回転検知機構の動作を示す概要図である。
【図１０】曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の概要図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の台車を示す概要図である。
【図１２】第２の実施形態に係わる回転検知機構示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
第１の実施形態
図１、２に示すように、鉄道車両１は、第１の剛体としての車体１０と、車体１０を支持する第２の剛体としてのボルスタレス台車（以下、台車と称する。）２０を有する。同台車２０は、道床Ｂ１に設置されたレールＲ１、Ｒ２上の走行車輪２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを回転可能に支持する前後の輪軸２２Ａ、２２Ｂと、輪軸２２Ａ、２２Ｂを支持する軸箱２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄと、軸箱２３Ａ−２３Ｄに取り付けられた軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄと、台車枠２５と、台車枠２５の頂部に取り付けられた左右の空気ばね２６Ａ、２６Ｂを有する。同台車２０は、車体１０に対する台車２０の仮想の回転軸Ａ１まわりの回転角を検出する回転角検知機構３０と（図３参照）、回転角検知機構３０の出力リンク３８に接続されると共に軸箱支持装置２４Ａ−２４Ｄへ空気圧を出力する空気圧バルブ４０を有する。
【００２０】
ここで、軸箱２３Ａ−２３Ｄは、輪軸２２Ａ、２２Ｂを回転可能に支持する軸受けと、軸受けを収容する軸箱体と、潤滑装置等を有する。
【００２１】
軸箱支持装置２４Ａ−２４Ｄは、空気圧バルブ４０と空気配管Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を用いて接続したアクチュエータ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄを有する。アクチュエータ５０Ａ−５０Ｄは、空気ばねと空気ばねに抗する戻しばねを有する。空気ばねは、一定圧以上の圧縮空気が供給されると伸長する機能を有する。空気ばねの伸長により輪軸２２Ａ、２２Ｂの舵をラジアル方向に変更させ、輪軸２２Ａ、２２Ｂの自己操舵機能をアシストする。
【００２２】
空気圧バルブ４０は、回転対偶としての軸受４１と、軸受４１に回転可能に支持された出力軸４２を有する。空気圧バルブ４０は、出力軸４２の回転角に応じて弁を開閉する機能を有する。
【００２３】
図３、４、５に示すように、回転角検知機構３０は、台車２０の第１の点Ｐ１に固定されたピンに回転可能に連結された第１の連結棒３１と、第１の連結棒３１に連結すると共に回転可能な第１の変向機構としての第１のベルクランク３２と、第１のベルクランク３２に連結した第２の連結棒３３を有する。回転角検知機構３０は、台車２０の第２の点Ｐ２に固定したピンに回転可能に連結した第３の連結棒３４と、第３の連結棒３４に連結すると共に回転可能な第２の変向機構としての第２のベルクランク３５と、第２のベルクランク３５に連結した第４の連結棒３６を有する。さらに、回転角検出機構３０は、第２の連結棒３３と第４の連結棒３６とに連結した回転可能な差動リンク３７と、差動リンク３７の回転中心Ｃ１に連結した出力リンク３８を有する。差動リンク３７および出力リンク３８は本発明の差動機構を構成する。
【００２４】
ここで、第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２は台車２０の回転軸Ａ１を中心に対称に配置される。つまり、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２は、回転軸Ａ１から等距離に位置決めされる。第１及び第３の連結棒３１、３４は、例えば、同じ長さを有し、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２から台車２０の回転の接線方向に延びる。
【００２５】
第１および第２のベルクランク３２、３５は、それぞれ、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２における台車２０の回転の接線方向に配置される。第１および第２のベルクランク３２、３５の回転中心は、車体１０に固定されたピンＰ３、Ｐ４に回転可能に連結する。第１および第２のベルクランク３２、３５は、回転中心から、例えば、９０度の角を成す一対の腕を有する。一対に腕の成す角度は適宜選択してもよい。第１および第２のベルリンク３２、３５は、台車２０の第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２の回転の接線方向の変位を第１および第２のベルリンク３２、３５を結ぶ直線方向の変位に変更する。
【００２６】
差動リンク３７は、回転中心Ｃ１から等距離の位置で第２の連結棒３３と第４の連結棒３６とに連結する。差動リンク３７の回転中心Ｃ１は出力リンク３８とピンで連結し、このピンを中心として回転可能である。差動リンク３７は、第２の連結棒３３と第４の連結棒３６から同じ方向の同じ大きさの変位を受けると、車体１０に対する姿勢を維持した状態で、車体１０に対して並進運動を行う。一方、差動リンク３７は、第２の連結棒３３と第４の連結棒３６から互いに反対方向の同じ大きさの変位を受けると、回転中心Ｃ１について回転運動を行う。
【００２７】
直線状の出力リンク３８は、ピンを介在して差動リンク３７の回転中心Ｃ１と連結した一端と、出力軸４２に連結した回転中心としての他端を有する。出力リンク３８の回転中心は、例えば、台車２０の回転軸Ａ１を通る中心線上にあって回転軸Ａ１から離れて位置決めされる。出力リンク３８は出力軸４２と共に回転可能である。出力リンク３８は、車体１０に対する台車２０の回転角に比例した回転角で回転運動する。比例関係は、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２の回転軸Ａ１からの距離、出力リンク３８の長さによって決定される。
【００２８】
次に、回転角検知機構３０の動作について説明する。
【００２９】
図６に示すように、台車２０が車体１０に対して回転軸Ａ１を中心に反時計方向に所定の回転角（ボギー角）で回転する。同時に、台車２０の第１の点Ｐ１および第２の点Ｐ２は同回転の接線方向に変位する。このとき、第１の連結棒３１は第１の点Ｐ１に従って変位し、第１の点Ｐ１の回転の接線方向の変位を第１のベルクランク３２に伝達する。第３の連結棒３４は第２の点Ｐ２に従って変位し、第２の点Ｐ２の回転の接線方向の変位を第２のベルクランク３５に伝達する。
【００３０】
第１のベルクランク３２はピンＰ３を中心に反時計方向に回転し、第２のベルクランク３５はピンＰ４を中心に反時計方向に回転する。これにより、第１および第２のベルクランク３２、３５は、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２の回転の接線方向の変位を第１および第２のベルクランク３２、３５を結ぶ直線方向の変位に変更する。
【００３１】
第２の連結棒３３は第１のベルクランク３２の回転に従って変位し、差動リンク３７を押す。第４の連結棒３６は第２のベルクランク３５に従って変位し、差動リンク３７を引っ張る。これにより、差動リンク３７は、車体１０に対する姿勢を保った状態で、第１および第２のベルクランク３２、３５を結ぶ直線方向の変位分、並進運動する。
【００３２】
差動リンク３７の並進運動により、出力リンク３８は出力軸４２と共に台車２０の回転角に比例した回転角で回転する。これにより、回転角検出機構３０は、車体１０に対する台車２０の回転角を検出することができる。
【００３３】
次に、図７に示すように、台車２０が車体１０に対して後方へ並進運動する。このとき、第１の連結棒３１および第３の連結棒３４は、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２に従って後方へ変位する。第１の連結棒３１は第１のベルクランク３２を時計方向に回転させ、第３の連結棒３４は第２のベルクランク３５を反時計方向に回転させる。
【００３４】
第１のベルクランク３２は回転角に応じて第２の連結棒３３を変位させ、第２の連結棒３３は第１のベルクランク３２と第２のベルクランク３５を結ぶ直線方向に差動リンク３７の一端を引っ張る。一方、第２のベルクランク３５は回転角に応じて第４の連結棒３６を変位させ、第４の連結棒３６は第１のベルクランク３２と第２のベルクランク３５を結ぶ直線方向に差動リンク３７の他端を引っ張る。
【００３５】
第３および第４の連結棒３３、３６は、差動リンク３７に偶力を作用させ、差動リンク３７を回転中心Ｃ１について時計方向に回転させる。これにより、出力リンク３８は回転せずに車体１０に対して姿勢を保ち、空気圧バルブ４０へ回転運動を出力しない。
【００３６】
図８に示すように、台車２０が車体１０に対して前方へ並進運動する。このとき、第１の連結棒３１および第３の連結棒３４は、第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２に従って前方へ変位する。第１の連結棒３１は第１のベルクランク３２を反時計方向に回転させる一方、第３の連結棒３４は第２のベルクランク３５を時計方向に回転させる。第１のベルクランク３２は回転角に応じて第２の連結棒３３を変位させ、第２の連結棒３３は第１のベルクランク３２と第２のベルクランク３５を結ぶ直線方向に差動リンク３７の一端を押す。一方、第２のベルクランク３５は回転角に応じて第４の連結棒３６を変位させ、第４の連結棒３６は第１のベルクランク３２と第２のベルクランク３５を結ぶ直線方向に差動リンク３７の他端を押す。第２の連結棒３３および第４の連結棒３６は差動リンク３７に偶力を作用させ、差動リンク３７を回転中心Ｃ１について反時計方向に回転させる。これにより、出力リンク３８は回転せずに車体１０に対して姿勢を保ち、空気圧バルブ４０へ回転運動を出力しない。
【００３７】
次に、図９に示すように、台車２０が車体１０に対して左右（横）方向へ並進運動する。このとき、第１の連結棒３１および第３の連結棒３４は、それぞれ、第１の点Ｐ１および第２の点Ｐ２に従って第１のベルクランク３２との連結点、第２のベルクランク３５との連結点を中心に時計方向に回転する。一方、第１および第２のベルクランク３２、３５、第２および第４の連結棒３３、３６、差動リンク３７並びに出力リンク３８は車体１０に対する姿勢を保ち、出力リンク３８は空気圧バルブ４０へ回転運動を出力しない。
【００３８】
次に、台車２０が車体１０に対して回転軸Ａ１に直交する軸まわりに回転運動する。これは、台車２０が車体１０に対して左右方向の軸まわりに上下に回転する場合（ピッチ）、また、台車２０が車体１０に対して前後方向の軸まわりに回転する場合（ロール）である。
【００３９】
これらの場合、差動リンク３７並びに出力リンク３８は車体１０に対する姿勢を保ち、出力リンク３８は空気圧バルブ４０へ回転運動を出力しない。
【００４０】
以上から、回転角検知機構３０は、台車２０が車体１０に対して回転軸Ａ１まわりに回転角で回転する場合、同回転角を検出し、空気圧バルブ４０へ同回転角の回転を出力する。一方、回転角検知機構３０は、台車２０が車体１０に対して前後、左右に並進運動する場合、または、回転軸Ａ１に直交する軸まわりに回転運動する場合、空気圧バルブ４０へ回転を出力しない。
【００４１】
次に、鉄道車両１の動作を説明する。
【００４２】
図１０に示すように、鉄道車両１が軌道Ｒ１、Ｒ２の曲線区間に進入すると、鉄道車両１の台車２０Ａ、２０Ｂは車体１０に対して回転軸Ａ１まわりに回転し、車体１０と台車２０Ａ、２０Ｂとの間にボギー角（回転角）を生じさせる。
【００４３】
このとき、回転角検出機構３０の出力リンク３８は、車体１０に対する台車２０Ａ、２０Ｂの回転角に従って、空気圧バルブ４０へ回転運動を出力する（図１参照）。空気圧バルブ４０は、アクチュエータ５０Ａ、５０Ｃを伸長させる一方、アクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄを伸長させない。これにより、図１１（Ｂ）に示すように、軌道Ｒ１、Ｒ２のカーブに沿って輪軸２２Ａ、２２Ｂをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
【００４４】
以上の実施形態によれば、車体１０に対する台車２０の回転角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００４５】
車体１０に対する台車２０の回転角に連動して、機械的に空気圧バルブ４０を動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００４６】
車体１０に対する台車２０の回転角に連動して、機械的にアクチュエータ５０Ａ−５０Ｄを作動させ、台車２０に対して輪軸２２Ａ、２２Ｂの操舵をアシストするので、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
【００４７】
第２の実施形態
図１２に示すように、回転角検知機構３０Ａは、差動リンク３７の回転中心Ｃ１にピンを用いて取り付けられた出力リンク６１と、出力リンク６１を直進運動可能に支持すると共に空気圧バルブ４０に固定された直進対偶としてのリニアガイド６２を有する。
【００４８】
この実施形態によれば、台車２０が車体１０に対して回転軸Ａ１まわりに回転したとき、出力リンク６１はリニアガイド６２に対して直進運動する。すなわち、回転角検知機構３０Ａは、車体１０に対する台車２０の第１の点Ｐ１、第２の点Ｐ２の回転の接線方向の変位を出力リンク６１によって直進変位として出力する。
【００４９】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。第１および第２の変向機構は、ベルクランクに限らず、例えば、回転体にワイヤーを掛けて、ワイヤーを第１の点、第２の点、差動リンクに連結してもよい。また、第１および第２の変更機構は歯車機構を用いて変位の方向を変更してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    鉄道車両
１０  車体
２０  台車
２２Ａ、２２Ｂ  輪軸
２３Ａ−２３Ｄ  軸箱
２４Ａ−２４Ｄ  軸箱支持装置
３０、３０Ａ  回転角検知機構
３１  第１の連結棒
３２  第１のベルクランク
３３  第２の連結棒
３４  第３の連結棒
３５  第２のベルクランク
３６  第４の連結棒
３７  差動リンク
３８  出力リンク
４０  空気圧バルブ
４１  軸受
４２  出力軸
５０Ａ−５０Ｄ  アクチュエータ
６１  出力リンク
６２  リニアガイド
【図１】
0005845125.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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