(57)【要約】【課題】通常運行時の性能に影響を与えることなく地震等の異常発生時における走行安定性を向上した鉄道車両を提供する。【解決手段】鉄道車両１を、車体１０と、車体の下部に弾性要素２２を介して取り付けられる台車枠２１と、台車枠と車体との間に設けられ台車枠と車体との上下方向の相対速度に応じて減衰力を発生する上下動ダンパ３０と、台車枠の車体に対する相対位置が所定の通常範囲にある場合に上下動ダンパによる減衰力発生を制限し、相対位置が所定の異常範囲に入った場合に上下動ダンパに減衰力を発生させる上下動ダンパ動作切換手段３８，４０とを備える構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
前記車体の下部に弾性要素を介して取り付けられる台車枠と、
前記台車枠と前記車体との間に設けられ前記台車枠と前記車体との上下方向の相対速度に応じて減衰力を発生する上下動ダンパと、
前記台車枠の前記車体に対する相対位置が所定の通常範囲にある場合に前記上下動ダンパによる減衰力発生を制限し、前記相対位置が所定の異常範囲に入った場合に前記上下動ダンパに減衰力を発生させる上下動ダンパ動作切換手段と
を備えることを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
前記異常範囲は、地震発生時に想定される前記車体と前記台車枠との相対変位量に基づいて設定されること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
【請求項３】
前記上下動ダンパ動作切換手段は、前記上下動ダンパの作動流体の流路を、減衰力発生機構を通過する第１の流路と、前記減衰力発生機構を迂回する第２の流路との間で切換えること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両。
【請求項４】
前記上下動ダンパと前記車体又は前記台車枠との連結箇所に、前記上下動ダンパ側に設けられた第１の部材と、前記車体又は前記台車枠側に設けられた第２の部材と、前記台車枠の前記車体に対する相対位置が所定の通常範囲にある場合に前記第１の部材と前記第２の部材との相対変位を許容するとともに、前記相対位置が所定の異常範囲に入った場合に前記第１の部材と前記第２の部材とをロックするロック機構とを設けたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震等の異常発生時における走行安定性を向上した鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なボギー式の鉄道車両は、複数の輪軸を有する台車を車体下部の前後に枕バネ等のバネ要素を介して取り付けている。
また、このような枕バネと並列に、車体と台車枠との間の相対速度に応じた減衰力を発生する上下動ダンパを設けることが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、台車枠の左右に減衰力可変式の上下動ダンパを設けて、車体の傾斜に応じて左右の上下動ダンパの減衰力を制御する車両用制振装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車体と台車枠との間に設けられる上下動ダンパの減衰力は、例えば軌道不整や地震等によって台車が上下に加振された場合の走行安定性に影響を与えることが知られている。
上下動ダンパの減衰力を大きくした場合、地震等によって生じ得る比較的低周波数の大振幅の振動に対して有効であるが、この場合、通常走行時の比較的高周波数の小振幅の振動に対しては、減衰力が小さい場合よりもかえって走行安定性が悪化する場合がある。
上述した問題に鑑み、本発明は通常運行時の性能に影響を与えることなく地震等の異常発生時における走行安定性を向上した鉄道車両を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した問題を解決する本発明の鉄道車両は、車体と、前記車体の下部に弾性要素を介して取り付けられる台車枠と、前記台車枠と前記車体との間に設けられ前記台車枠と前記車体との上下方向の相対速度に応じて減衰力を発生する上下動ダンパと、前記台車枠の前記車体に対する相対位置が所定の通常範囲にある場合に前記上下動ダンパによる減衰力発生を制限し、前記相対位置が所定の異常範囲に入った場合に前記上下動ダンパに減衰力を発生させる上下動ダンパ動作切換手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、台車枠の車体に対する相対位置が通常範囲にある場合には上下動ダンパによる減衰力発生が制限されるため、通常走行時の走行安定性に悪影響が生じることがない。また、相対位置が異常範囲に入った場合に上下動ダンパが減衰力を発生することによって、台車枠に地震等によって大振幅で加振された場合であっても車両の走行安定性を確保し、脱線等を防止することができる。
【０００７】
本発明において、前記異常範囲は、地震発生時に想定される前記車体と前記台車枠との相対変位量に基づいて設定される構成とすることができる。
これによれば、地震発生時に上下動ダンパに確実に減衰力を発生させて脱線等を効果的に防止することができる。
【０００８】
本発明において、前記上下動ダンパ動作切換手段は、前記上下動ダンパの作動流体の流路を、減衰力発生機構を通過する第１の流路と、前記減衰力発生機構を迂回する第２の流路との間で切換える構成とすることができる。
これによれば、台車枠の車体に対する相対変位が異常範囲に入った際に、上下動ダンパの作動流体の流路を第２の流路から第１の流路へ切換えることによって、上述した効果を確実に発揮することができる。また、例えば地震等の異常事態が収束した後は、再び第２の流路に切換えることによって、通常状態へ復帰させることができる。
【０００９】
本発明において、前記上下動ダンパと前記車体又は前記台車枠との連結箇所に、前記上下動ダンパ側に設けられた第１の部材と、前記車体又は前記台車枠側に設けられた第２の部材と、前記台車枠の前記車体に対する相対位置が所定の通常範囲にある場合に前記第１の部材と前記第２の部材との相対変位を許容するとともに、前記相対位置が所定の異常範囲に入った場合に前記第１の部材と前記第２の部材とをロックするロック機構とを設けた構成とすることができる。
これによれば、制御を行うことなく機械的構成のみによって上述した効果を発揮することができ、装置構成の簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、通常運行時の性能に影響を与えることなく地震等の異常発生時における走行安定性を向上した鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した鉄道車両の第１実施形態の模式的側面図である。
【図２】第１実施形態の鉄道車両における上下動ダンパの油路構成を示す模式図であって、通常時の状態を示している。
【図３】第１実施形態の鉄道車両における上下動ダンパの油路構成を示す模式図であって、地震発生時の状態を示している。
【図４】第１実施形態の鉄道車両における上下動ダンパの制御を示すフローチャートである。
【図５】上下動ダンパの減衰力と鉄道車両の走行安定性との相関を示すグラフである。
【図６】本発明を適用した鉄道車両の第２実施形態における上下動ダンパの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した鉄道車両の第１及び第２実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の鉄道車両の模式的側面図である。
鉄道車両１は、例えば、電車等のボギー式旅客車である。鉄道車両１は、車体１０及び台車２０を備えている。
車体１０は、乗員等を積載する部分であって、基本構造である構体、内装、及び、各種艤装品等によって構成されている。車体１０は、ほぼ六面体として形成されている。
また、車体１０の床下には、後述するヨーダンパ２８の車体側取付部であるブラケット１１、及び、上下動ダンパ３０の車体側取付部であるブラケット１２が設けられている。
【００１３】
台車２０は、車体１０の下部に取り付けられる走り装置であって、台車枠２１、枕バネ２２、輪軸２３、軸箱２４、軸梁２５、軸バネ２６、軸ダンパ２７、ヨーダンパ２８等を備えて構成されている。
台車２０は、車体１０の進行方向における両端部の下部にそれぞれ設けられている。
【００１４】
台車枠２１は、台車２０を構成する主要な構造部材である。台車枠２１は、例えば、左右に設けられ前後に伸びた側梁、これら左右の側梁を中央でつなぐ横梁、前後端部でつなぐ端梁等によって構成されている。
台車枠２１は、車体１０に対して鉛直軸回りに旋回（ボギー角付与）可能となっている。
枕バネ２２は、台車枠２１の横梁と車体１０の下部との間に設けられた緩衝用のバネであって、例えば空気バネ等のバネ要素を備えている。
【００１５】
輪軸２３は、２枚の車輪及び歯車、ブレーキディスク等を車軸に圧入して組み立てた部品である。輪軸２３は、１台の台車あたり例えば２本が設けられる。
軸箱２４は、輪軸２３の車軸の両端部を回転可能に支持するものである。軸箱２４は、車軸を支持する軸受、この軸受を収容する軸箱体、及び、潤滑装置等を有して構成されている。
軸梁２５は、軸箱２４を台車枠２１に対して揺動可能に支持するスイングアーム状の部材であって、車両の進行方向にほぼ沿って伸びた梁状に形成されている。軸梁２５の一方の端部は、台車枠２１の下部に形成されたブラケット２１ａに回動可能に連結されている。また、軸梁２５の他方の端部は、軸箱２４の軸箱体に固定されている。
【００１６】
軸バネ２６は、台車枠２１と軸箱２４との間に設けられ、垂直方向の荷重を支持するバネ要素である。軸バネ２６の上端部は、台車枠２１に形成されたバネ受部によって支持されている。軸バネ２６の下端部は、軸箱２４の上部によって支持されている。軸バネ２６は、軸箱２４及び軸梁２５の台車枠２１に対する揺動に応じて伸縮する。
【００１７】
軸ダンパ２７は、軸バネ２６と隣接して台車枠２１と軸箱２４との間に設けられた油圧緩衝器である。軸ダンパ２７は、そのロッド軸線方向（伸縮方向）が、ほぼ鉛直に配置されている。軸ダンパ２７は、軸箱２４及び軸梁２５の台車枠２１に対する揺動に応じて伸縮するとともに、伸縮速度に応じた減衰力を発生する。
軸ダンパ２７の上端部は、台車枠２１の側梁から突き出して形成されたブラケット２１ｂに支持されている。また、軸ダンパ２７の下端部は、軸箱２４の軸箱体から突き出して形成されたブラケット２４ａに支持されている。
【００１８】
ヨーダンパ２８は、台車枠２１の車体１０に対する相対旋回時に、旋回角速度に応じた抵抗力（減衰力）を発生し、蛇行動を防止する油圧緩衝器である。ヨーダンパ２８は、台車枠２１の側梁に隣接し、車両１の進行方向にほぼ沿って配置されている。ヨーダンパ２８の車体１０側の端部はブラケット１１に弾性体マウントを介して接続されている。一方、ヨーダンパ２８の台車枠２１側の端部は、台車枠２１の側面から突き出して設けられたブラケット２１ｃに弾性体マウントを介して接続されている。
【００１９】
車体１０と台車２０の台車枠２１との間には、上下動ダンパ３０が設けられる。
上下動ダンパ３０は、台車枠２１の左右側部にそれぞれ設けられ、ロッド軸線方向（伸縮方向）を鉛直方向にほぼ沿わせて配置されている。
上下動ダンパ３０の上端部及び下端部は、ブラケット１２及び台車枠２１の側梁の側面部に、例えば防振用の緩衝ゴム等を介して取り付けられている。
上下動ダンパ３０は、台車枠２１の車体１０に対する上下方向の相対速度に応じて減衰力を発生する油圧式緩衝器である。
また、上下動ダンパ３０は、作動流体であるダンパオイルの流路を切換えることによって減衰力を実質的に発生しない状態と、減衰力を発生する状態とを選択可能となっている。
【００２０】
図２及び図３に示すように、上下動ダンパ３０は、シリンダ３１、ピストン３２、ロッド３３を有する。
シリンダ３１は、円筒状の容器であって、内部に作動流体であるダンパオイルが封入されている。
シリンダ３１の内部は、ピストン３２よりロッド３３側の第１室３１ａ、反ロッド側の第２室３１ｂに区画されている。
また、シリンダ３１の端部には、車体１０側のブラケット１２に取り付けられる取付部３１ｃが設けられている。
【００２１】
ピストン３２は、シリンダ３１の内径側に挿入され、シリンダ３１の軸方向に沿って移動可能となっている。ピストン３２は上述した第１室３１ａ、第２室３１ｂを区画するとともに、第２室３１ｂから第１室３１ａへのダンパオイルの流れを許容する逆止弁つきの流路３２ａが設けられている。
【００２２】
ロッド３３は、ピストン３２に固定され、シリンダ３１の一方の端部側から突き出した円柱状の部材である。
ロッド３３の端部には、台車枠２１に取り付けられる取付部３３ａが設けられている。
【００２３】
シリンダ３１には、第１室３１ａからダンパオイルを出す配管３４が接続されている。
また、シリンダ３１には、第２室３１ｂにダンパオイルを戻す配管３５が接続されている。配管３５とシリンダ３１との接続部には、配管３５側からシリンダ３１側にのみダンパオイルを通過させる逆止弁３５ａが設けられている。
配管３４と配管３５とは、配管３６によって接続されている。
【００２４】
配管３６の中間部には、オリフィス３７が設けられている。オリフィス３７は、ダンパオイルが通過する際の流体抵抗によって減衰力を発生させる絞り部である。  
配管３６のオリフィス３７の上流側（配管３４側）には、ソレノイドによって開閉を切換えられるソレノイドバルブ３８が設けられている。
配管３４，３５，３６は、協働して上下動ダンパ３０の減衰力発生回路を構成する。
【００２５】
また、配管３４と配管３５とは、バイパス配管３９によっても接続されている。バイパス配管３９の配管３５との接続部には、バイパス配管３９側から配管３５側にのみダンパオイルを通過させる逆止弁３９ａが設けられている。
バイパス配管３９の中間部には、バイパス配管３９の連通、遮断を切替えるソレノイドバルブ４０が設けられている。
【００２６】
上下動ダンパ３０には、シリンダ３１に対するピストン３２の相対位置を検出する図示しないストロークセンサが設けられている。この相対位置は、車体１０と台車枠２１との上下方向の相対変位に応じて変化する。
ストロークセンサの出力は、図示しないダンパ制御ユニットに入力される。
ダンパ制御ユニットは、シリンダ３１に対するピストン３２の相対位置が、予め設定された通常範囲であるか、異常範囲であるかを判別し、判別結果に応じてソレノイドバルブ３８、４０の開閉を切換える。
【００２７】
ここで、通常範囲は、鉄道車両１の通常運行時にピストン３２がシリンダ３１に対して取りうる範囲である。
また、異常範囲は、通常範囲の上限、下限を超えた領域であって、ピストン３２がシリンダ３１に対してこのような相対位置を取る場合は、例えば大規模な地震等の異常状態が発生しているとみなされる。
第１実施形態においては、例えば、鉄道車両１の静止時を基準とする車体１０の台車枠２１に対する相対上昇量が８０ｍｍを超えた場合に異常範囲内であると判定するようになっている。
【００２８】
図２に示す通常状態においては、ソレノイドバルブ３８は閉じられ、ソレノイドバルブ４０は開かれた状態となっている。
この場合には、ピストン３２が伸び側にストロークした場合に、ダンパオイルはバイパス配管３９を通ってシリンダ３１の第１室３１ａ側から第２室３１ｂ側へ流れ、オリフィス３７を通過しないため、上下動ダンパ３０は実質的に減衰力を発生しない。
【００２９】
これに対し、図３に示す地震発生時等の異常状態においては、ソレノイドバルブ３８は開かれ、ソレノイドバルブ４０は閉じられた状態となっている。
この場合には、ピストン３２が伸び側にストロークした場合に、ダンパオイルは配管３６を経由してオリフィス３７を通過するため、ダンパ減衰力発生回路が開かれた状態となり、上下動ダンパ３０はピストンスピードに応じた減衰力を発生する。
【００３０】
図４は、第１実施形態における上下動ダンパ３０の制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００３１】
＜ステップＳ０１：ダンパピストン変位測定＞
ダンパ制御ユニットは、ストロークセンサの出力に基づいて、シリンダ３１に対するピストン３２の相対変位を検出する。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００３２】
＜ステップＳ０２：異常検知判断＞
ダンパ制御ユニットは、シリンダ３１に対するピストン３２の相対変位が通常範囲内であるか、異常範囲内であるかを判定し、通常範囲内である場合はステップＳ０１に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。一方、異常範囲内である場合には、ステップＳ０３に進む。
【００３３】
＜ステップＳ０３：ダンパ減衰力発生回路開＞
ダンパ制御ユニットは、ソレノイドバルブ３８を開くとともに、ソレノイドバルブ４０を閉じて、ダンパ減衰力発生回路を開状態とする。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００３４】
＜ステップＳ０４：ダンパピストン変位測定＞
ダンパ制御ユニットは、ストロークセンサの出力に基づいて、シリンダ３１に対するピストン３２の相対変位を検出する。
その後、ステップＳ０５に進む。
【００３５】
＜ステップＳ０５：異常終了判断＞
ダンパ制御ユニットは、シリンダ３１に対するピストン３２の相対変位が、例えば所定期間にわたって所定範囲内に収まっている場合はステップＳ０６に進み、その他の場合はステップＳ０３に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
例えば、相対変位が６０ｍｍ以下の状態が３秒以上継続した場合に、異常の終了を判定する構成とすることができる。
【００３６】
＜ステップＳ０６：ダンパ減衰力発生回路開＞
ダンパ制御ユニットは、ソレノイドバルブ３８を閉じるとともに、ソレノイドバルブ４０を開き、ダンパ減衰力発生回路を閉状態（バイパス状態）とする。
その後、ステップＳ０１に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
【００３７】
図５は、例えば新幹線車両を３５０ｋｍ／ｈで走行させた場合における枕バネ上下減衰が走行安全限界に与える限界を示すグラフである。
図５において、横軸は加振周波数を示し、縦軸は走行安全限界振幅を示している。
さらに、図５において、標準減衰力のデータを実線で示し、上下減衰係数を２倍したときのデータを点線で図示している。
【００３８】
図５に示すように、上下減衰係数を大きくし、減衰力を大きくすると、例えば０．６Ｈｚ以下の低周波数領域において、走行安全限界振幅が大きくなり、走行安定性が高まって脱線等の防止効果が高まることがわかる。
しかし、例えば１Ｈｚ以上の高周波数領域においては、標準減衰力の場合よりも走行安全限界振幅が低下していることがわかる。このような周波数領域の小振幅の振動は、鉄道車両１の通常走行時に入力され得るものである。
【００３９】
これに対し、第１実施形態によれば、通常時には上下動ダンパ３０が実質的に減衰力を発生せず、車体１０に対する台車枠２１の相対変位が所定の異常範囲となった場合にのみ減衰力を発生する構成としたことによって、通常走行時における走行安定性に影響を及ぼすことなく、地震発生時等の異常時における走行安定性を向上し、脱線等を防止することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両の第２実施形態について説明する。
なお、上述した第１実施形態と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００４１】
第２実施形態の鉄道車両は、第１実施形態の上下動ダンパ３０に代えて、以下説明する上下動ダンパ５０を設けたものである。
図６に示すように、上下動ダンパ５０は、車体１０側のブラケット１２との接続部に、シャフト５１、ロック部材５２を備えている。また、ブラケット１２は、ロック部材５２と係合する爪部１３を備えている。
上下動ダンパ５０は、第１実施形態の上下動ダンパ３０のような減衰力の発生有無を油路を変更して切換える機構は備えておらず、シリンダとピストンとのストローク時には常時減衰力を発生するようになっている。
【００４２】
シャフト５１は、ダンパ５０の上端部から上方へ突出した円柱状の部材である。
シャフト５１は、ブラケット１２の内部に設けられた開口１２ａ内に挿入されている。
ロック部材５２は、シャフト５１の上端部に固定された部材であって、シャフト５１よりも外径が大きい円盤状に形成されている。
ロック部材５２の外周面部には、爪部１３が挿入され係合する溝部５２ａが形成されている。溝部５２ａの断面形状は、爪部１３の先端部の形状と適合するようになっている。
【００４３】
爪部１３は、ブラケット１２の開口１２ａの内周縁部から、シャフト５１側へ突き出して配置されている。爪部１３は、バネ１３ａによって付勢され、通常時には先端部がシャフト５１の外周面に加圧接触している。
また、爪部１３の先端部における上面には、斜めにカットされた斜面部が形成されている。
【００４４】
通常時には、車体１０に対して台車枠２１が上下方向に相対変位しても、爪部１３の先端部がシャフト５１の外周面に対して摺動することによって、シャフト５１に軸方向の入力は加わらず、上下動ダンパ５０はストロークせず、減衰力を発生しない。
なお、上下動ダンパ５０には、爪部１３がロック部材５２と係合していない通常状態において、シャフト５１が自重により下降することを防止して初期位置を保持する、図示しない初期位置保持手段が設けられる。初期位置保持手段は、例えば、シャフト５１を下側から付勢して下降を防止するばね等を備えて構成される。
【００４５】
これに対し、例えば車体１０が台車枠２１に対して例えば８０ｍｍ以上上昇した場合には、ロック部材５２の下面部が爪部１３の斜面部を押して爪部１３をシャフト５１から離間する方向にブラケット１２内へ押し込む。そして、ロック部材５２の溝部５２ａと爪部１３とが同じ高さになったときに、爪部１３はバネ１３ａの押圧力によって溝部５２ａ内に挿入され、ロック部材５２は爪部１３によって、ブラケット１２に対して上下方向に拘束される。
その後、車体１０が台車枠２１に対して上下方向に相対変位すると、上下動ダンパ５０はストロークし、減衰力を発生する。
【００４６】
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と実質的に同様の効果に加えて、電気的、電子的な制御を行うことなく機械的構成のみによって上述した効果を発揮することができ、装置構成の簡素化を図ることができる。
また、シャフト５１に初期位置保持手段を設けたことによって、シャフト５１が自重により下降することが防止され、上下動ダンパ５０が作動開始する車体１０と台車枠２１との相対変位が不確定となることを防止できる。
【００４７】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば、車体及び台車の形態、構成等は適宜変更することができる。
また、上下動ダンパを取り付ける位置、本数等も各実施形態の構成には限定されない。
また、第１実施形態においては、減衰力を発生する状態と実質的に発生しない状態とを切換えるようになっているが、本発明はこれに限らず、減衰力の大小を切換える構成としてもよい。
また、第１実施形態のような油路の配置や構成、第２実施形態のような機械的スイッチの形状、構造等も適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１    鉄道車両
１０    車体                      １１    ブラケット
１２    ブラケット                １２ａ  開口
１３    爪部                      １３ａ  バネ
２０    台車                      ２１    台車枠
２１ａ  ブラケット                ２１ｂ  ブラケット
２１ｃ  ブラケット                ２２    枕バネ
２３    輪軸                      ２４    軸箱
２４ａ  ブラケット                ２５    軸梁
２６    軸バネ                    ２７    軸ダンパ
２８    ヨーダンパ
３０    上下動ダンパ              ３１    シリンダ
３１ａ  第１室                    ３１ｂ  第２室
３１ｃ  取付部                    ３２    ピストン
３２ａ  流路                      ３３    ロッド
３４    配管                      ３５    配管
３５ａ  逆止弁                    ３６    配管
３７    オリフィス                ３８    ソレノイドバルブ
３９    バイパス配管              ４０    ソレノイドバルブ
５０    上下動ダンパ              ５１    シャフト
５２    ロック部材                ５２ａ  溝部
【図１】
2011201477.tif 000003
【図２】
2011201477.tif 000004
【図３】
2011201477.tif 000005
【図４】
2011201477.tif 000006
【図５】
2011201477.tif 000007
【図６】
2011201477.tif 000008