(57)【要約】【課題】簡易な構造で乗り心地を改善可能なボルスタレス式の鉄道台車の提供。【解決手段】空気ばね１２０を有し、空気ばね１２０を使って車体１１０を傾斜させる車体傾斜装置１５０を備えた鉄道車両用台車において、車体１１０の下に設けられた空気ばね１２０を受ける梁部２１１と、輪軸２７０を支える台車枠２５０と、梁部２１１の端部から下方に伸びるアーム部２１２のアーム下端２１３と、台車枠２５０とに、その両端が回動可能に接続されたリンクアーム２３０と、梁部２１１の中央部に、車体１１０側から延びる中心ピン１１２が貫通する貫通孔２１５と、貫通孔２１５の両脇に中心ピン１１２の左右動を制限する左右動ストッパ２１６と、を備える。【選択図】図１
2019137137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気ばねを有し、該空気ばねを使って車体を傾斜させる車体傾斜装置を備えた鉄道車両用台車において、
前記車体の下に設けられた前記空気ばねを受ける梁部と、
輪軸を支える台車枠と、
前記梁部の端部から下方に伸びるアーム部のアーム下端と、前記台車枠とに、その両端が回動可能に接続されたリンクアームと、
前記梁部の中央部に、前記車体側から延びる中心ピンが貫通する貫通孔と、
該貫通孔の両脇に前記中心ピンの左右動を制限するストッパと、を備えること、
を特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
前記台車枠と前記梁部との間には、左右動ダンパが設けられ、該左右動ダンパはパッシブダンパまたはセミアクティブダンパであること、
を特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
前記台車枠と前記梁部との間には、フルアクティブアクチュエータが設けられていること、
を特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項４】
請求項２に記載の鉄道車両用台車において、
鉄道車両が曲線部通過中に、前記梁部が一方に傾き始めた段階で前記左右動ダンパの動作を規制する制御を行うこと、
を特徴とする鉄道車両用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のカーブ通過時における乗り心地の改善を目指したボルスタレス式台車の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
曲線部を高速走行する鉄道車両の、乗り心地向上を目的として用いられる台車としては、振子式と空気ばね式車体傾斜の２つが知られている。何れも曲線通過時に車体を傾斜させる機能を持った台車である。非特許文献１には振子と車体傾斜に関する記載があり、それぞれの特徴が示されている。振子式台車に関しては特許文献１にも技術が開示されおり、回転可能に設けられたコロを用い、円弧形状に形成された転動面を受ける形状となっている。鉄道車両が曲線部に差しかかると、鉄道車両に遠心加速度が作用し、振子中心を中心として車体が傾く。この傾きによって内向きの力（復元力）が発生して、乗客にかかる遠心加速度を減じるよう作用する。
【０００３】
一方、空気ばね式車体傾斜を採用する台車は、振子式のような機構的に車体傾斜を実現する方法では無く、台車に備えられている空気ばねを用いて鉄道車両の車体傾斜を行う。鉄道車両が曲線部を走行する際には外軌側の空気ばねを積極的に膨らませることで、車体の外軌側を高くし、相対的に内軌側を低くする。空気ばね式車体傾斜を採用する場合、台車に備えられている空気ばねを利用して車体傾斜を実現する為、台車の軽量化や構造の簡素化に貢献することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９０３９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「鉄道ジャーナル」成美堂出版、No.602  2016年12月号、p.52−55
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に示される様に、振子式の台車のうち自然振子式と呼ばれる技術を鉄道車両に採用した場合には、鉄道車両が曲線部に出入りする際に、コロの摩擦の影響で動作のタイミングが若干ずれてしまう。このことが、乗客に乗り心地の悪さを感じさせてしまう点が問題として指摘されている。この対策として制御付きの自然振子や、ベアリングガイド式と呼ばれる円弧状のレールにベアリングの球が複数埋め込まれる方式も提案されたが、振子式そのものの問題点である構造の複雑化に伴うメンテナンス性の悪化と、イニシャルコストとランニングコストが高くなるという問題を抱えていた。
【０００７】
一方で、空気ばね式車体傾斜を採用した鉄道車両では、曲線部通過時の車体の横ズレ量が大きく、車体が外軌側に寄りやすいという問題がある。この対策として車体の横ズレを規制するための左右動ストッパを装備しているケースが多いが、この左右動ストッパが機能する状況では左右動ストッパが機能した際に衝撃が発生し、乗り心地の悪化を招くという問題があった。この対策としては、左右動ストッパにあたる力を緩和するために内軌側に車体を引っ張るエアを用いたシリンダを備える事が考えられるが、応答性の問題や、大量の圧縮空気を短時間に使用する必要があるなどの問題が考えられる。
【０００８】
そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、簡易な構造で乗り心地を改善可能なボルスタレス式の鉄道車両用台車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両用台車は、以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）空気ばねを有し、該空気ばねを使って車体を傾斜させる車体傾斜装置を備えた鉄道車両用台車において、前記車体の下に設けられた前記空気ばねを受ける梁部と、輪軸を支える台車枠と、前記梁部の端部から下方に伸びるアーム部のアーム下端と、前記台車枠とに、その両端が回動可能に接続されたリンクアームと、前記梁部の中央部に、前記車体側から延びる中心ピンが貫通する貫通孔と、該貫通孔の両脇に前記中心ピンの左右動を制限するストッパと、を備えること、を特徴とする。
【００１１】
上記（１）に記載の態様によって、簡易な構造で曲線通過時の乗り心地の向上を図ることが可能となる。これは、梁部とアーム部よりなるコの字状の梁部材がリンクアームによって台車枠を支える構造となっているので、車体にかかる左右方向の衝撃を緩和することが可能となるからである。具体的には、曲線通過時に車体が外軌側に移動するような遠心加速度が作用すると、梁部材とリンクアームの構造によって左右動が発生し、内軌側のリンクアームは下端側が中央に近づくように、外軌側のリンクアームは下端側が中央から遠ざかるように回動する。この結果、梁部の内軌側が下に、外軌側が上になるように車体傾斜が発生する。このような車体傾斜が生じると、車体に位置エネルギーが蓄えられて、振子式台車と同様にこれを復元しようとする力が働くが、この復元力は乗客にかかる遠心加速度を減じるよう作用する。これが、乗客が感じる乗り心地改善に繋がる。
【００１２】
（２）（１）に記載の鉄道車両用台車において、前記台車枠と前記梁部との間には、左右動ダンパが設けられ、該左右動ダンパはパッシブダンパまたはセミアクティブダンパであること、が好ましい。
【００１３】
（３）（１）に記載の鉄道車両用台車において、前記台車枠と前記梁部との間には、フルアクティブアクチュエータが設けられていること、が好ましい。
【００１４】
上記（２）又は（３）に記載の態様により、台車枠と梁部との間にパッシブダンパなどが設けられていることで、積極的な振動の減衰が可能となる。これによって、梁部材の振り子挙動によって吸収しきれない振動に対応できるため、より鉄道車両の乗り心地の向上効果が高められる。また、振子式台車よりも構造が簡略化できるためメンテナンス性も良く、イニシャルコストやランニングコストを抑えることが可能となる。
【００１５】
（４）（２）に記載の鉄道車両用台車において、鉄道車両が曲線部通過中に、前記梁部が一方に傾き始めた段階で前記左右動ダンパの動作を規制する制御を行うこと、が好ましい。
【００１６】
上記（４）に記載の態様により、梁部だけが動作してしまって傾斜制御の目的を達しないといった現象の発生を抑えることが可能となる。振子式車体傾斜を採用した場合でも、空気ばねの制御と車体傾斜を同時に行うと、車体の方が追従せず、乗り心地の改善に寄与しないといった問題が発生することがある。このため、梁部の動作が始まった段階で左右動ダンパの制御を行わずにロックした状態とする。つまり、振動制御と空気ばね制御を同時に行わないようにしている。このことで、鉄道車両の乗り心地の向上効果を得られる。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様による鉄道車両は、以下のような特徴を有する。
【００１８】
（５）空気ばねを有し、該空気ばねを使って車体を傾斜させる車体傾斜装置を備えた台車を用いる鉄道車両において、前記台車には、前記車体の下に設けられた前記空気ばねを受ける梁部と、輪軸を支える前記台車枠と、前記梁部の端部から下方に伸びるアーム部のアーム下端と、前記台車枠とに、その両端が回動可能に接続されたリンクアームと、前記梁部の中央部に、前記車体側から延びる中心ピンが貫通する貫通孔と、該貫通孔の両脇に前記中心ピンの左右動を制限するストッパと、を備えること、を特徴とする。
【００１９】
上記（５）に記載の態様により、（１）の台車を用いた鉄道車両を提供することが可能である。つまり、簡易な構造で曲線通過時の乗り心地の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の、鉄道車両の模式断面図である。
【図２】本実施形態の、台車の部分斜視図である。
【図３】本実施形態の、台車部分の動作モデルを示す説明図である。
【図４】本実施形態の、台車部分の動作モデルを示す説明図である。
【図５】本実施形態の、台車部分の動作モデルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、本実施形態の、
鉄道車両１００の模式断面図を示す。鉄道車両１００の車体１１０の下部には、台車２００が備えられている。１つの車体１１０に対して２つの台車２００が用意される。本実施形態で示す台車２００は、ボルスタレスと呼ばれる方式が採用されている。車体１１０を支持する空気ばね１２０は、梁部２１１の上面に固定されており、梁部２１１の両端には下部に延びるアーム部２１２が延設されている。つまり、梁部２１１とアーム部２１２とでコの字型を形成し梁部材２１０を成している。
【００２２】
図２に、台車２００の部分斜視図を示す。アーム部２１２のアーム下端２１３と、台車枠２５０の側面とは、リンクアーム２３０で回動可能に接続されている。リンクアーム２３０は、図２に示すようにアーム部２１２を挟む様に両端に配置される。つまり、片側のアーム部２１２のアーム下端２１３の両側に合計２本のリンクアーム２３０が用意されるので、１つの台車２００に対してリンクアーム２３０は４本備えられる。説明の都合上、リンクアーム２３０を第１リンクアーム２３０ａ及び第２リンクアーム２３０ｂ、アーム部２１２を、第１アーム部２１２ａ、第２アーム部２１２ｂと呼び分けることにする。なお、特に断り無くリンクアーム２３０とする場合、第１リンクアーム２３０ａ又は第２リンクアーム２３０ｂの何れか或いは両方を、特に断り無くアーム部２１２とする場合、第１アーム部２１２ａ又は第２アーム部２１２ｂの何れか或いは両方を指すものとする。
【００２３】
リンクアーム２３０は、第１アーム部２１２ａを２つの第１リンクアーム２３０ａで挟む様に、また、第２アーム部２１２ｂを２つの第２リンクアーム２３０ｂで挟む様に配置される。２つの第１リンクアーム２３０ａは、それぞれ一端が第１シャフト２３１ａの両端に固定されている。２つの第２リンクアーム２３０ｂは、それぞれ一端が第２シャフト２３１ｂの両端に固定されている。一方、アーム部２１２の下端に備えられるアーム下端２１３の内部には図示しないニードルベアリングが備えられている。つまり、第１シャフト２３１ａ及び第２シャフト２３１ｂは、ニードルベアリングによって回動可能に保持されることになる。
【００２４】
そして、何れのリンクアーム２３０も台車枠２５０の側面に回動可能に支持される。つまり、台車枠２５０の両側面には４つのリンクアーム２３０が回動可能に備えられる形となる。これにより、梁部２１１とアーム部２１２よりなるコの字状に形成された梁部材２１０に、リンクアーム２３０がハの字状に配置され、台車枠２５０を支える構造となる。
【００２５】
梁部２１１の中央には図２に示すように中心ピン１１２が貫通する貫通孔２１５が備えられ、その周囲に図１に示されるように左右動ストッパ２１６が備えられる。台車枠２５０には、図示しない軸箱支持装置を介して２つの輪軸２７０が保持される。また、台車枠２５０と梁部材２１０の間には図１に示すように左右動ダンパである可変減衰ダンパ２８０が備えられる。このように、梁部材２１０とリンクアーム２３０を介して支持される台車枠２５０、及び空気ばね１２０が鉄道車両１００の車体傾斜装置１５０を構成する。
【００２６】
次に、本実施形態の鉄道車両１００の動作について簡単に説明する。図３乃至図５に、台車部分の動作モデルを説明図に示す。図３乃至図５には、鉄道車両１００が曲線部に差し掛かった際に示す挙動が示されている。何れの説明図も、説明の都合上、その挙動が大げさに表現されている。説明の都合上、空気ばね１２０を第１空気ばね１２０ａ及び第２空気ばね１２０ｂと呼び分けることにする。なお、特に断り無く空気ばね１２０と記載する場合は、第１空気ばね１２０ａ及び第２空気ばね１２０ｂの何れか、またはその両方を示すものとする。まず、図３では、左側が内軌側で右側が外軌側となる状況に描かれている。
【００２７】
鉄道車両１００が曲線部に入ると、図３に示すように梁部材２１０に固定された第１リンクアーム２３０ａは台車枠２５０側を支点にして外軌方向に回動し始める。第２リンクアーム２３０ｂも同様に台車枠２５０側を支点にして外軌方向に回動し始める。これは、鉄道車両１００に遠心加速度が作用するからであり、曲線部の曲率や車体１１０の質量、鉄道車両１００の速度によってその作用は異なるが、大凡、車体１１０を内軌側に０．５度ほど積極的にロールさせることができる。
【００２８】
車体１１０は第１リンクアーム２３０ａ及び第２リンクアーム２３０ｂの左右への揺動、振子動作によって傾く。つまり台車２００の梁部材２１０が傾斜する。梁部材２１０の振子動作が終わった時点で、次に図４に示すように空気ばね１２０による傾斜制御を行う。この際には可変減衰ダンパ２８０は何れも動作しないようにロックさせておく。或いは、梁部材２１０が曲線内側に移動するのを抑制するような制御を行ってもよい。この様に梁部材２１０が傾斜することで、車体１１０が定位置より持ち上がって、位置エネルギーが蓄えられた恰好となる。そして、位置エネルギーは車体１１０に作用する遠心力に抗する力となるため、その力が拮抗した段階で図５に示すように復元作用が働くので、復元力によって梁部材２１０の傾きが戻り始めた段階で可変減衰ダンパ２８０のロックは解除される。
【００２９】
本実施形態の鉄道車両用台車は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。
【００３０】
まず、車体断面を必要以上に小さくすること無く、簡易な構造で曲線通過時の乗り心地の向上を図ることが可能となる点が効果として挙げられる。これは、本実施形態の鉄道車両用台車が、空気ばね１２０を有し、空気ばね１２０を使って車体１１０を傾斜させる車体傾斜装置１５０を備えた鉄道車両用台車において、車体１１０の下に設けられた空気ばね１２０を受ける梁部２１１と、輪軸２７０を支える台車枠２５０と、梁部２１１の端部から下方に伸びるアーム部２１２のアーム下端２１３と、台車枠２５０とに、その両端が回動可能に接続されたリンクアーム２３０と、梁部２１１の中央部に、車体１１０側から延びる中心ピン１１２が貫通する貫通孔２１５と、貫通孔２１５の枕木方向の両側に中心ピン１１２の左右動を制限する左右動ストッパ２１６と、を備えるためである。
【００３１】
つまり、梁部２１１とアーム部２１２よりなるコの字状に形成された梁部材２１０に、リンクアーム２３０を用いて台車枠２５０が保持される形態となっていることで、台車枠２５０に対して車体１１０が左右に揺動する構造となる。そして、この揺動は車体１１０の重さによって自然に収束する。このような構造を採用することで、鉄道車両１００を運行中に発生する車体１１０の左右方向の衝撃緩和を図ることができる。
【００３２】
これは、図４に示すように、梁部材２１０の一方が持ち上がった段階で、車体１１０に位置エネルギーが蓄えられることとなり、車体１１０が持ち上げられれば持ち上げられる程高い位置エネルギーが蓄えられる結果となり、この位置エネルギーと車体１１０に作用する遠心力が打ち消し合う形で作用する。つまり、車体１１０は内軌側に移動する力が作用するため、空気ばね式車体傾斜を採用した場合の問題点となる左右動ストッパ２１６への衝撃を和らげる。この結果、鉄道車両１００の乗り心地の改善に繋がることになる。なお、可変減衰ダンパ２８０を備え、セミアクティブ制御を適用することで、揺れ戻し対策が行われるので、揺れによる乗り心地の悪化は生じない。
【００３３】
また、梁部材２１０でロール剛性を受け持つ構造としてあることで、空気ばね１２０を車体１１０の最外部に設ける必要が無い。このため、枕木方向内側に空気ばね１２０を移動させることができる。通常、空気ばね１２０は傾斜角をつけるために過伸張させると、空気ばね１２０の左右方向の剛性が高まってしまい、結果的に鉄道車両１００の乗り心地を悪化させてしまう問題がある。しかし、空気ばね１２０にロール剛性を受け持たせようとすると、車体１１０のギリギリ外側に持ってこなければならず、このため、２度より大きな傾斜角度をとることは困難であった。そこでこれまでは車体断面を小さくすることなどで対応することが考えられていた。
【００３４】
しかし、本実施形態によれば、梁部材２１０によってロール剛性を受け持つため、空気ばね１２０を枕木方向内側に移動させることができる。空気ばね１２０同士の距離は２割ほど内側に寄せることが可能である。この結果、空気ばね１２０を同程度伸張させた場合でも、傾斜角度を２度より大きく確保できることになり、鉄道車両１００の乗り心地の改善に寄与することが可能となる。また、鉄道車両１００がカント部で停車した際には、車体１１０が水平側に維持され易いので、カーブのホームなどでは乗降が楽になるというメリットも挙げられる。
【００３５】
以上、本発明に係る鉄道車両用台車を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１００      鉄道車両
１１０      車体
１２０      空気ばね
１５０      車体傾斜装置
２００      台車
２１０      梁部材
２１１      梁部
２１２      アーム部
２１３      アーム下端
２３０      リンクアーム
２５０      台車枠
【図１】
2019137137.tif 000003
【図２】
2019137137.tif 000004
【図３】
2019137137.tif 000005
【図４】
2019137137.tif 000006
【図５】
2019137137.tif 000007