(57)【要約】【課題】地震時における安全性を向上させたヨーダンパ装置を提供する。【解決手段】鉄道車両の車体１０と車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠２１との間に設けられるヨーダンパ装置３０を、台車枠２１の左右側部２１ａと車体との間にそれぞれ設けられ、台車枠の鉛直軸回りの回動に応じて一方が伸長し他方が短縮して減衰力を発生するように車両前後方向にほぼ沿って配置された第１の油圧緩衝器３１及び第２の油圧緩衝器３２を有し、第１の油圧緩衝器及び第２の油圧緩衝器の台車枠側の取付箇所３３と車体側の取付箇所３４，３５と間の取付スパンが実質的に等しくなるようにした構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と前記車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠との間に設けられるヨーダンパ装置であって、
前記台車枠の左右側部と前記車体との間にそれぞれ設けられ、前記台車枠の車体に対する鉛直軸回りの回動に応じて一方が伸長し他方が短縮して減衰力を発生するように車両前後方向にほぼ沿って配置された第１の油圧緩衝器及び第２の油圧緩衝器を有し、
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の前記台車枠側の取付箇所と前記車体側の取付箇所と間の取付スパンが実質的に等しくなるようにしたこと
を特徴とするヨーダンパ装置。
【請求項２】
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器は実質的に同様の減衰力発生特性を有するとともに、車両前後方向に実質的に対称に配置されること
を特徴とする請求項１に記載のヨーダンパ装置。
【請求項３】
前記台車枠の前記側枠は前後方向における中心部に設けられた台車枠側ブラケットを有し、
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の前記台車枠側の取付箇所は前記台車枠側ブラケットに設けられ、前記車体側の取付箇所は前記台車枠側ブラケットの前後にそれぞれ設けられた車体側ブラケットに設けられること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヨーダンパ装置。
【請求項４】
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器がユニフロータイプの油圧緩衝器であること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のヨーダンパ装置。
【請求項５】
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器が伸長時及び短縮時に実質的に同等の減衰力を発生するバイフロータイプの油圧緩衝器であり、
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器が発生する減衰力をそれぞれ検出する減衰力検出手段と、
前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の減衰力を比較して故障を検出する故障検出手段とを備えること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のヨーダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体とボギー台車との間に設けられ、台車枠のヨー方向の回動に応じた減衰力（制振力）を発生するヨーダンパ装置に関し、特に地震時における安全性を向上させたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鉄道車両は、車体下部に、車体に対して鉛直軸回りに回動可能（ボギー角付与可能）なボギー台車を取り付けて構成されている。
ボギー台車は、台車本体を構成する構造部品である台車枠に、軸箱支持装置や軸ばね、軸ダンパ等の一次ばね系を介して例えば２軸の輪軸を取り付けて構成されている。
台車枠は、枕ばね等の二次ばね系や牽引装置を介して車体に取り付けられる。
【０００３】
ヨーダンパ装置は、台車枠がヨー方向に振動して蛇行動が生じることを防止して、鉄道車両の高速走行性能を向上するため、車体と台車枠との間に設けられる制振手段である。
例えば、特許文献１には、台車枠の側部と車体とにそれぞれ設けられ前後方向に離間したブラケット間に油圧緩衝器を配置し、台車枠が車体に対してヨー方向に回動した際に減衰力（制振力）を発生するヨーダンパ装置が記載されている。
また、非特許文献１には、台車枠に設けられたブラケットの前後に、他端部がそれぞれ車体に取り付けられ、取付長さが異なった一対の油圧緩衝器を設ける構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０８５３１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】田中守、上林賢治郎、鳥居昭彦、上野雅之「ＪＲ東海９２３形新幹線電気軌道総合試験車の概要」社団法人日本鉄道車輛工業会刊  車両技術２２１号，２００１年３月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなボギー台車及びヨーダンパ装置を有する鉄道車両において、地震の発生時には、軌道からの加振を受けて車体が大きくロール振動する場合がある。
このような場合、車体が台車枠に対して下降する方向のストロークはストッパ等によって規制される一方、車体が台車枠に対して上昇する方向のストロークは下降方向のストロークに対して比較的大きくなるため、車体は所定のロール軸を中心に揺動するような挙動ではなく、左右が交互に上昇するようなロール挙動を示すことになる。
このようなロール挙動が発生した場合、上述した従来技術のヨーダンパ装置においては、左右一方のダンパが他方のダンパよりもストロークが大きくなって、左右のダンパが発生する減衰力のアンバランスが生じる結果、台車枠を車体に対して鉛直軸回りに回動させるヨーモーメントが発生し、台車がヨー方向に回動し走行安全性を低下させることが懸念される。
上述した問題点に鑑み、本発明の課題は、地震時における安全性を向上させたヨーダンパ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下説明する手段によって上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、鉄道車両の車体と前記車体に対してボギー角付与可能に取り付けられる台車枠との間に設けられるヨーダンパ装置であって、前記台車枠の左右側部と前記車体との間にそれぞれ設けられ、前記台車枠の車体に対する鉛直軸回りの回動に応じて一方が伸長し他方が短縮して減衰力を発生するように車両前後方向にほぼ沿って配置された第１の油圧緩衝器及び第２の油圧緩衝器を有し、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の前記台車枠側の取付箇所と前記車体側の取付箇所と間の取付スパンが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とするヨーダンパ装置である。
本発明によれば、地震時に車体の左右が交互に上昇するようなロール挙動が発生した場合に、第１の油圧緩衝器と第２の油圧緩衝器が発生する減衰力に起因するヨー方向のモーメントが相互にキャンセルされ、台車枠がヨー方向に回動することを防止し、走行安全性を向上することができる。
さらに、上下方向に発生する減衰力も増大するため、ロール挙動を抑制して走行安全性をさらに向上することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器は実質的に同様の減衰力発生特性を有するとともに、車両前後方向に実質的に対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載のヨーダンパ装置である。
これによれば、上述した効果をより確実に得ることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記台車枠の前記側枠は前後方向における中心部に設けられた台車枠側ブラケットを有し、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の前記台車枠側の取付箇所は前記台車枠側ブラケットに設けられ、前記車体側の取付箇所は前記台車枠側ブラケットの前後にそれぞれ設けられた車体側ブラケットに設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヨーダンパ装置である。
これによれば、台車枠には左右それぞれ単独のブラケットを設ければよいため、構造を簡素化して本発明を既存の台車にも容易に適用することができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器がユニフロータイプの油圧緩衝器であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のヨーダンパ装置である。
本発明によれば、伸側、縮側で減衰力発生特性が異なるユニフロータイプの油圧緩衝器を用いた場合であっても、台車枠と車体との間で作用する減衰力は第１の油圧緩衝器と第２の油圧緩衝器が発生する減衰力の和となるため、台車枠の左右で減衰力のアンバランスが生じることがない。
このため、比較的安価なユニフロータイプの油圧緩衝器であっても走行性能に影響が発生することがなく、本発明のヨーダンパ装置を安価に提供することができる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器が伸長時及び短縮時に実質的に同等の減衰力を発生するバイフロータイプの油圧緩衝器であり、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器が発生する減衰力をそれぞれ検出する減衰力検出手段と、前記第１の油圧緩衝器及び前記第２の油圧緩衝器の減衰力を比較して故障を検出する故障検出手段とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のヨーダンパ装置である。
バイフロータイプの油圧緩衝器は、伸側、縮側で実質的に同等の減衰力発生特性を有する。
したがって、正常時には、第１の油圧緩衝器、第２の油圧緩衝器の一方が伸側、他方が縮側でストロークした際に、各油圧緩衝器が発生する減衰力は実質的に同等となるが、いずれかの油圧緩衝器の故障時には不均衡が生じることになる。
本発明によれば、各油圧緩衝器の減衰力を監視して比較することによって、油圧緩衝器の故障を検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、地震時における安全性を向上させたヨーダンパ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したヨーダンパ装置の実施形態が設けられる鉄道車両用台車の模式的二面図である。
【図２】本発明の比較例であるヨーダンパ装置が設けられる鉄道車両用台車の模式的二面図である。
【図３】実施形態及び比較例のヨーダンパ装置における加振周波数と安全限界振幅との相関の一例を示すグラフである。
【図４】実施形態及び比較例のヨーダンパ装置における加振周波数と安全限界振幅との相関の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用したヨーダンパ装置の実施形態について説明する。
図１は、実施形態のヨーダンパ装置が設けられる鉄道車両用台車の模式的二面図である。
図１（ａ）は、車幅方向（枕木方向）から見た側面図、図１（ｂ）は、上方から見た平面図である。（図２において同様。）
実施形態のヨーダンパ装置は、例えば高速走行用の旅客用電車等の鉄道車両に設けられるものである。
鉄道車両は、車体の前後に一対の２軸ボギー台車を備えている。
【００１５】
図１に示すように、鉄道車両１は、車体１０、台車２０、ヨーダンパ装置３０等を備えて構成されている。
車体１０は、床面部に設けられた構造部材である台枠の側端部、前後端部から上方へ側構、妻構を立設し、上部を屋根構で閉塞することによって、実質的に六面体状に形成されている。
【００１６】
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２、軸箱２３、軸ばね２４、枕ばね２５、牽引装置２６等を有して構成されている。
台車枠２１は、台車２０の本体部を構成する構造部材である。
台車枠２１は、側はり２１ａ、横はり２１ｂ等を有する。
側はり２１ａは、台車枠２１の左右側部に設けられ、車両前後方向（レール方向）にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
横はり２１ｂは、左右の側はり２１ａの前後方向における中央部を連結するよう車幅方向（枕木方向）にほぼ沿って配置された梁状の部材である。
横はり２１ｂは、前後方向に離間して例えば１対が設けられている。
【００１７】
輪軸２２は、車軸の両端部に左右車輪を取付けて構成されている。
輪軸２２は、台車２０の前後に一対が設けられている。
軸箱２３は、輪軸２２の両端に形成されたジャーナル部を回転可能に支持する軸受及びその潤滑装置等を有して構成されている。
軸箱２３は、図示しない軸箱支持装置を介して台車枠２１の側はり２１ａに対して所定の範囲内で上下、前後に変位可能に取り付けられている。
軸ばね２４は、台車枠２１の側はり２１ａと軸箱２３との間に設けられた１次ばねである。
軸ばね２４は、例えば、上下方向にほぼ沿って配置された圧縮コイルばねである。
【００１８】
枕ばね２５は、台車枠２１の側はり２１ａの前後方向中央部における上部と、車体下部との間に設けられた２次ばねである。
枕ばね２５は、例えば、ゴム等の弾性体容器内に圧縮空気を充填して構成された空気ばねを有して構成されている。
枕ばね２５は、左右の側はり２１ａの上部にそれぞれ設けられている。
牽引装置２６は、台車枠２１の横はり２１ｂの中間部と車体１０との間に設けられ、車体１０と台車枠２１との間で前後方向の力を伝達するものである。
【００１９】
ヨーダンパ装置３０は、台車枠２１の車体１０に対する鉛直軸回り（ヨー方向）の回動に応じて減衰力（制振力）を発生し、台車枠２１がヨー方向に振動することを抑制するものである。
ヨーダンパ装置３０は、台車枠２０の左右に実質的に対称に設けられている。
ヨーダンパ装置３０は、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２、台車枠側ブラケット３３、車体側第１ブラケット３４、車体側第２ブラケット３５等を有して構成されている。
【００２０】
第１ダンパ３１、第２ダンパ３２は、台車枠２１の側はり２１ａの車幅方向外側にそれぞれ配置された油圧緩衝器（油圧ダンパ）であって、ピストンロッドのシリンダに対する相対速度（伸縮速度）に応じて減衰力（制振力）を発生する。
第１ダンパ３１、第２ダンパ３２は、実質的に同様の減衰力発生特性を有するとともに、前後方向にほぼ対称に配置されている。
第１ダンパ３１、第２ダンパ３２は、実質的に共通の仕様のものを用いることが好ましい。
第１ダンパ３１、第２ダンパ３２は、中立状態においてロッド軸線方向が車両前後方向に沿った直線上となるように水平に配置されている。
台車枠側ブラケット３３は、側はり２１ａの前後方向中央部における車幅方向外側の側面から突き出して形成されている。
台車枠側ブラケット３３には、第１ダンパ３１の第２ダンパ３２側の端部、及び、第２ダンパ３２の第１ダンパ３１側の端部がそれぞれ連結されている。
車体側第１ブラケット３４、車体側第２ブラケット３５は、それぞれ車体１０の下部から下方へ突出して形成され、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２の台車枠側ブラケット３３とは反対側の端部が連結されている。
実施形態においては、台車枠側ブラケット３３側に第１ダンパ３１、第２ダンパ３２のシリンダ側が取り付けられ、車体側ブラケット３４，３５側にピストンロッド側が取り付けられている。
【００２１】
第１ダンパ３１、第２ダンパ３２それぞれの両端部が取り付けられる車体側、台車枠側の各ブラケット間の距離（取付スパン）は、台車枠２１が車体１０に対してヨー方向に回動していない中立状態（直進状態）においては、実質的に等しくなるように設定されている。
このような構成によって、車体１０の台車枠２１に対するロール挙動による第１ダンパ３１、第２ダンパ３２のストロークは、地震等によって車体１０の左右が交互に上昇するようなロール挙動においても、実質的に等しくなる。
【００２２】
ここで、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２としては、比較的安価であるが、伸側、縮側で減衰力発生特性が異なるユニフロータイプの油圧緩衝器を用いることができる。
ユニフロータイプの油圧緩衝器は、通常はヨーダンパ装置に用いられることは少ないが、本実施形態においては、上記構成によって台車枠２１の左右で減衰力のアンバランスが生じることはないため、安価なユニフロータイプのものを用いることによって、一般的なヨーダンパ装置に対するコストアップを抑制することができる。（ダンパ本数が２倍となることによって、単純にコストも２倍となることを防止できる。）
【００２３】
また、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２として、伸側、縮側で実質的に同等（対称）の減衰力発生特性を有するバイフロータイプの油圧緩衝器を用いることができる。
この場合、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２の一方が伸び、他方が縮んだ場合に発生する減衰力は、各ダンパが正常な場合には実質的に等しくなる。
一方、いずれかのダンパが故障した際には、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２が発生する減衰力に不均衡が生じることになる。
そこで、このような場合には、各ダンパ３１，３２の発生減衰力を検出するロードセル等の荷重センサと、その出力を比較する故障検出手段とを設けることによって、ダンパの故障診断を行うことも可能である。
【００２４】
次に、上述した実施形態の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
比較例において、上述した実施形態と実質的に共通する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。
図２は、比較例のヨーダンパ装置が設けられる鉄道車両用台車の模式的二面図である。
比較例のヨーダンパ装置４０は、実施形態のヨーダンパ装置３０と異なり、台車枠２１の左右に一本のダンパのみを配置したものである。
ヨーダンパ装置４０は、車両前後方向にほぼ沿って配置されたダンパ４１の前後を、台車枠側ブラケット４２、車体側ブラケット４３に連結して、左右実質的に対称に構成されている。
このような構成とした場合、地震等によって車体１０の左右が交互に上昇するようなロール挙動が発生した場合、左右のダンパ４１のストロークは不均衡となり、その結果減衰力も左右でアンバランスが生じる。
このとき、左右のダンパ４１の減衰力の差は、車体１０に対して台車枠２１を回動させるヨーモーメントを発生させて台車２０をヨー方向に回動させてしまう場合がある。
【００２５】
以下、本実施形態の構成、及び、比較例の構成を、標準軌鉄道車両（日本の新幹線相当）、狭軌鉄道車両（日本の在来線特急相当）にそれぞれ適用した場合の、軌道加振周波数に対する安全限界振幅のシミュレーション結果について説明する。
安全限界振幅とは、車両が脱線に至る可能性が十分に低いと認められる上限の軌道左右振幅である。
図３は標準軌鉄道車両、図４は狭軌鉄道車両に関するシミュレーション結果を示し、それぞれ横軸は加振周波数、縦軸は安全限界振幅を示している。
図３、図４に示すように、本実施形態によれば、比較例に対して、０．５〜１．５Ｈｚの周波数帯域において、顕著な安全限界振幅の向上効果が認められる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ヨーダンパ装置３０を、前後対称に設けられ取付スパンが等しく設定された第１ダンパ３１、第２ダンパ３２を有する構成としたことによって、地震発生時に車体１０の左右が交互に上昇するようなロール挙動が発生した場合であっても、第１ダンパ３１、第２ダンパ３２が発生する減衰力が発生するヨーモーメントが相互にキャンセルされ、各ダンパの減衰力に起因して台車枠２１が車体１０に対して回動することがなく、鉄道車両１の走行安全性を向上することができる。
【００２７】
（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各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、実施形態における各ダンパ、ブラケットの配置は一例であって、適宜変更することが可能である。
例えば、実施形態では、第１ダンパ、第２ダンパを略一直線上に配置するとともに、中央部で台車枠に連結し、両端部で車体に連結しているが、第１ダンパ、第２ダンパの中央部で車体に連結し、両端部で台車枠に連結するようにしてもよい。
また、各ダンパを一直線上に配置する構成に代えて、上下方向、車幅方向にオフセットさせて配置してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１    鉄道車両                    １０    車体
２０    台車                        ２１    台車枠
２１ａ  側はり                      ２１ｂ  横はり
２２    輪軸                        ２３    軸箱
２４    軸ばね                      ２５    枕ばね
２６    牽引装置
３０    ヨーダンパ装置（実施形態）  ３１    第１ダンパ
３２    第２ダンパ                  ３３    台車枠側ブラケット
３４    車体側第１ブラケット        ３５    車体側第２ブラケット
４０    ヨーダンパ装置（比較例）    ４１    ダンパ
４２    台車枠側ブラケット          ４３    車体側ブラケット
【図１】
2015074419.tif 000003
【図２】
2015074419.tif 000004
【図３】
2015074419.tif 000005
【図４】
2015074419.tif 000006