(57)【要約】鉄道車両が曲線を通過する際、進行方向に応じて、空気ばね（６ａ、６ｂ）の前後剛性（前後方向の変位に対する剛性）を切り替える。台車に作用する反力モーメントの方向が、台車の旋回を妨げる方向（Ｃ）に作用する空気ばね（６ａ）については、前後剛性を相対的に低減させ、車体の旋回を助長する方向（Ｊ）に作用する空気ばね（６ｂ）については、前後剛性を相対的に増大させる。このように、進行方向に応じて空気ばね（６ａ、６ｂ）の前後剛性を変更する機構を追加するだけで、大幅なコスト上昇、ばね下質量の増大を招くことなく、横圧（Ｈ、Ｇ）により軌道に与える影響を最小限に抑制する。
2014196080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗客等が乗車する車体と、
前記車体を弾性支持する空気ばねを備えた台車と、
前記空気ばねの前後方向の剛性を制御する空気ばね変位抑制装置と、
前記車体と前記台車とからなる鉄道車両の進行方向を検知して前記空気ばね変位抑制装置を制御する制御装置と、を備えること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載される鉄道車両において、
前記空気ばね変位抑制装置は、
前記空気ばねを挟む態様で、前記車体の前後方向に沿って対向して配置されており、
前記空気ばねのダイアフラムに当接する当板と、
前記当板に接続されるとともに、前記ダイアフラムと前記当板との間隔を調整するアクチュエータと、
から構成されていること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項１に記載される鉄道車両において、
前記空気ばね変位抑制装置は、
前記空気ばねを構成する積層ゴムの内部に備えられるとともに先端部にストッパを有すアクチュエータと、
前記積層ゴムの上部に備えられ、且つ、前記ストッパが係合される開口部を有す当板と、
から構成されること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項１に記載される鉄道車両において、
前記空気ばね変位抑制装置は、
前記空気ばねの空気圧力を調整する給排気弁を
有すること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかの一項に記載される鉄道車両は、
前記車体の長手方向の両端部を前記台車によって支持されるボギー車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
請求項３に記載される鉄道車両は、
前記台車は２点の前記空気ばねを備えており、
一方の前記車両の端部が他方の前記車両の端部の上部に載置されるとともに、
前記他方の前記車両の前記端部が前記台車の前記空気ばねの上部に載置される２点支持式連接車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項３に記載される鉄道車両は、
前記台車は４点の前記空気ばねを備えており、
一方の前記車体の端部が２点の前記空気ばねに上に載置されるとともに、他方の前記車体の端部が２点の前記空気ばねに上に載置される４点支持式連接車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
車両の進行方向を検知し、
前記車両を支持する台車に備えられる空気ばねの前後剛性を制御すること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲線を通過する際に、鉄道車両を支持する台車と軌道との間に生じる横圧を低減できる機構を備える鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鉄道車両用台車は、車軸の両端部に車輪を有する輪軸と、輪軸を回転自由に保持する軸箱体と、台車の骨格をなす台車枠と、から構成されている。軸箱体は、軸箱支持装置によって台車枠に対して前後、左右、上下方向に弾性支持されている。また、台車枠の上面と車体の下面との間には空気ばねが備えられており、この空気ばねによって、車体は台車に対して前後、左右、上下の各方向に弾性支持されている。【０００３】
軸箱支持装置による軸箱体の前後方向の支持剛性は比較的大きいので、鉄道車両が曲線を通過する時に輪軸が十分に曲線に追従することができず、車輪がレールにより枕木方向に押される力である横圧が発生しやすい。この横圧は、車輪およびレールの摩耗を促進したり、車輪とレールと間のきしみによる騒音の原因になるため、これをいかに低減するかが重要な課題となっている。【０００４】
特許文献１に、曲線通過時の横圧を低減できる鉄道車両用台車が開示されている。特許文献１の要約には、「鉄道車両用台車の操舵装置６は、台車枠２に対してある角度回動可能に設けられた前後２本の車輪軸３を、台車に対して対称的に回動させるものである。同装置６は、車体１に対する台車枠２の相対回動角度（α、）をとらえ、台車枠２に対する車輪軸３の相対回動角度（β、）をもたらす。そして、理論的相対回動角度の２０〜３５％増しの回動を車輪軸に与えるべく操舵装置６が動作するように構成されている。また、操舵装置６のリンク機構を水平配置としたので、台車の前後の車輪軸に同等な操舵操作を与える。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
特許文献１に示される鉄道車両用台車は、台車枠の回転中心と同心の回転軸を有し、曲線軌道では車体と同様の回転運動をする操舵梁と、台車枠の左右の側梁前後方向中央付近に各々回転中心を持つ台車枠左右の一対の水平テコと、操舵梁と水平テコを連結するリンクと、水平テコの回転中心から左右に等距離の点と台車装置の左右同じ側の前後の軸箱体とを連結する連結棒と、から構成されている。【０００７】
この鉄道車両用台車は、車体に対する台車の相対回動角度をとらえて輪軸を操舵する、いわゆる操舵台車を構成しており、複雑な構造を採用しているため、コスト上昇や耐久性低下、信頼性低下の原因ともなる。しかも、直線と円曲線を接続する緩和曲線区間では、操舵梁の回転動作の遅れや操舵に必要な台車の旋回角度が不足し、操舵が十分に行えず横圧低減効果が減少する可能性がある。
また、連結棒が軸箱と直結しているため、ばね下質量が増大し、軌道へ与える影響が大きくなるという問題もある。【０００８】
そこで、本発明の課題は、軌道保守コストを高める可能性があるばね下質量を大きくしたり、保守コストを上昇させる要因となり得る複雑な装置（構成）を用いることなく、横圧を低減することによって、車輪やレールの摩耗を抑制し、さには、両者間のきしみ音等の騒音を低減することができる鉄道車両及び横圧低減方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の鉄道車両は、乗客等が乗車する車体と、前記車体を弾性支持する空気ばねを備えた台車と、前記空気ばねの前後方向の剛性を制御する空気ばね変位抑制装置と、前記車体と前記台車とからなる鉄道車両の進行方向を検知して前記空気ばね変位抑制装置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両の横圧低減方法は、車両の進行方向を検知し、前記車両を支持する台車に備えられる空気ばねの前後剛性を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成により、ばね下質量を大きくしないで、さらに、保守コストを上昇させる要因となり得る複雑な装置（構成）を用いることなく、横圧を低減することによって、車輪やレールの摩耗を抑制するとともに両者間のきしみ音等の騒音を低減し、さらに、軌道の保守コストを小さくできる鉄道車両および鉄道車両の横圧低減方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１による鉄道車両の平面図である。
【図２】図２は、実施例１において、曲線通過時の前台車の空気ばねの状態を示す断面図である。
【図３】図３は、実施例１において、曲線通過時の後台車の空気ばねの状態を示す断面図である。
【図４】図４は、曲線通過時において、車体と台車との間で生じる空気ばね反力によるモーメントを示す図である。
【図５】図５は、曲線通過時において、台車に作用する操舵モーメントと抵抗モーメントの内訳とその釣り合いを示す図である。
【図６】図６は、実施例１による横圧低減効果を示す図である。
【図７】図７は、実施例１において、当板の支持構造を変更した変形例による、曲線通過時の前台車の空気ばねの状態を示す断面図である。
【図８】図８は、実施例１において、当板の支持構造を変更した変形例による、曲線通過時の後台車の空気ばねの状態を示す断面図である。
【図９】図９は、実施例２による鉄道車両台車の平面図である。
【図１０】図１０は、実施例２において、曲線通過時の前台車の空気ばねの状態構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施例２において、曲線通過時の後台車の空気ばねの状態構造を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施例３による鉄道車両用台車の平面図である。
【図１３】図１３は、実施例４による２点空気ばね支持方式の連接車両に、本発明の実施例２を適用した場合の平面図である。
【図１４】図１４は、実施例４による２点空気ばね支持方式の連接車両の曲線通過時において、台車に作用する操舵モーメントと抵抗モーメントの内訳と釣り合いを示す図である。
【図１５】図１５は、実施例５による４点空気ばね支持方式の連接車両に、本発明の実施例２を適用した平面図である。
【図１６】図１６は、実施例５による４点空気ばね支持方式の連接車両の曲線通過時において、台車に作用する操舵モーメントと抵抗モーメントの釣り合いを示す図である。
【図１７】図１７は、通常の鉄道車両の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１３】
［実施例１］
本発明の実施例１について説明する。
図１７に、一般的な鉄道車両の側面図を示す。鉄道車両１は、乗客や貨物を搭載する車体１と、この車体１を支持する台車２とから構成されている。台車２は、その骨格をなす台車枠３と、車軸の両端部に車輪を有す輪軸５と、輪軸５を回転可能に保持している軸箱体４と、台車枠３の上面に備えられる空気ばね６などから構成されている。【００１４】
軸箱体４は、台車枠３に対して軸箱支持装置によって前後、左右（枕木）、上下の各方向に弾性支持されており、車体１は台車２に備えられる空気ばね６によって、前後、左右（枕木）、上下の各方向に弾性支持されている。
台車枠３の中央部には、車体の下面から下方に延伸する中心ピン（図示なし）が挿入される部位（図示なし）が備えられており、鉄道車両が曲線等を進行する際、台車２はこの中心ピン周りに略水平面内で旋回する。【００１５】
図１は、本実施例による鉄道車両を模式的に示す平面図である。車体１は、空気ばね６ａを介して前台車２ａと、空気ばね６ｂを介して後台車２ｂと、によって支持されている。図２、図３を用いて後述するように、空気ばね６ａ、６ｂの前後には、それぞれ空気ばね変位抑制装置９５ａ、９５ｂが備えられており、各アクチュエータ８１ａ、８１ｂを、図１に示す制御装置７により、鉄道車両の進行方向に応じて切り替えるようにしている。なお、制御装置７は、車体１の床下に備えても、車体１の車内の機器室に備えてもよい。【００１６】
空気ばね変位抑制装置９５ａ、９５ｂは、略同一構成であるので、図２を用いて、空気ばね変位抑制装置９５ａの構成について説明する。
空気ばね６ａの前後（車両１の長手方向に沿う方向）に空気ばねを挟んで対向する態様で備えられている。空気ばね変位抑制装置は、空気ばね６を構成するダイアフラム６３の変形を抑制する当板８４ａと、当板８４ａとダイアフラム６３ａとの間隔（隙間）を制御するアクチュエータ８１ａと、から構成されている。【００１７】
なお、図１において、鉄道車両の進行方向が矢印Ｅとなるとき、台車２ａが前台車となり、台車２ｂが後台車となる。一方、進行方向が矢印Ｆとなるとき、台車２ａが後台車となり、台車２ｂが前台車となる。本実施例を含め、以下の実施例では、鉄道車両の進行方向に依らず同様の作用効果が得られるので、矢印Ｅの場合の一方の進行方向についてのみ説明する。【００１８】
図２及び図３は、本実施例による空気ばね周りの構造を示す断面図である。鉄道車両の進行方向を矢印Ｅ、または、矢印Ｆで示しており、鉄道車両が曲線を通過する時において、図２は前台車２ａの空気ばね変位抑制装置９５ａの動作状態を示し、図３は後台車２ｂの空気ばね変位抑制装置９５ｂの動作状態を示している。【００１９】
図２において、空気ばね６ａは、上面板６１ａ、下面板６２ａ、上面板６１ａと下面板６２ａとを接続するダイアフラム６３ａ、そして、下面板６２ａの下方に配置される金属板６４ａとゴム６５ａからなる積層ゴム６６ａなどから構成されている。金属板６４ａおよびゴム６５ａは中央部に開口部を有する円環状の板材であり、これらが交互に積層されて中央部に空間を備える円筒状の積層ゴム６６ａが構成されている。ダイアフラム６３ａの内部には高圧空気が充填されている。また、車体１の下面の空気ばね６ａの近傍には、車両長手方向に伸縮可能な一組の空気ばね変位抑制装置９５ａが、車体１の前後方向に沿って空気ばね６ａを挟んで対向する態様で備えられている。【００２０】
空気ばね変位抑制装置９５ａは、主に、空気ばねを構成するダイアフラム６３ａの変位を抑制する当板８４ａと、この当板８４ａに接続されるととともに当板８４ａとダイアフラム６３ａとの間隔（隙間）を制御するアクチュエータ８１ａとから構成されている。当板８４ａは、ダイアフラム６３ａに当接される低摩擦係数の部材からなる接触部８２ａと、接触部８２ａを支持するとともにアクチュエータ８１ａに接続される支持部８３ａとから構成されている。【００２１】
図１に示される制御装置７からの指令に基づいて、アクチュエータ８１ａが伸縮することにより、当板８４ａの接触部８２ａとダイアフラム６３ａとの間の距離（隙間）を制御することができる。空気ばねやアクチュエータ等の配置形態や構造、制御装置７からの指令に基づく作動は、図３に示す後台車２ｂについても同様である。【００２２】
図３に示すように、アクチュエータ８１ｂを伸長させ、接触部８２ｂをダイアフラム６３ｂに接近させた状態で、台車２ａが旋回して空気ばね６ｂに前後変位が発生すると、変形したダイアフラム６３ｂの側面が接触部８２ｂに接触（当接）する。これに伴い、ダイアフラム６３ｂの変位が抑制されるとともに、ダイアフラム６３ｂの空気反力が増加するため、空気ばね６ｂの前後変位に対する剛性（以下、前後剛性という。）が高められる。【００２３】
図４に、曲線通過時に台車２に作用する空気ばね反力によるモーメントを模式的に表したものを示す。鉄道車両が矢印Ｅの向きに進行する時、台車２ａは前台車となり、台車２ｂは後台車となる。
鉄道車両が直線から曲線に進行するとき、台車は曲線の曲率に追従して旋回するので、車体１に対して相対的な回転角度を持つ。その結果、車体１に対して旋回した状態の台車２の左右に位置する空気ばね６ａ、６ｂの上端部（上面板６１ａ、６１ｂ）は車体１に追随するとともに、空気ばね６ａ、６ｂの下端部（下面板６２ａ、６２ｂおよび積層ゴム６６ａ、６６ｂ）は台車２に追随するので、空気ばね６ａ、６ｂは前後方向（矢印１００の方向）に変形する。前後方向に変形した空気ばね６ａ、６ｂは、元の形状に復元しようとするため、車体１から台車２に対して空気ばね反力が生じる。
曲線を通過中の前台車２ａに生じる、空気ばね６ａの反力は、左右それぞれ矢印Ａ、Ａ’に示す方向であり、同様に、後台車２ｂに生じる空気ばね６ｂの反力は、左右それぞれ矢印Ｂ、Ｂ’のようになる。【００２４】
これら空気ばね反力Ａ（Ａ’）、Ｂ（Ｂ’）は、前台車２ａ、後台車２ｂを旋回させようとするモーメント、あるいは、旋回方向と逆向きの抵抗モーメントを生じる。
すなわち、前台車２ａに生じる空気ばね６ａに起因するモーメントＣは、図４において反時計周りのモーメントであり、後台車２ｂに生じる空気ばね６ｂに起因するモーメントＤは、図４において時計周りのモーメントである。【００２５】
このとき、前台車２ａに作用するモーメントＣは、直線から曲線に進行するときの前台車２ａの旋回方向と反対（逆）向きであるため、前台車２ａの旋回を妨げる抵抗モーメントとして作用する。一方、後台車２ｂに作用するモーメントＤは、鉄道車両が直線から曲線に進行するときの後台車２ｂの旋回方向と同じ向きであるため、後台車２ｂの旋回を促進する操舵モーメントとして作用する。【００２６】
図５に、曲線通過時の各台車に作用するモーメントの内訳とその釣り合いを示す。
前台車２ａに生じる操舵モーメントは、横圧ＨによるモーメントＫと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントαである。また、前台車２ａに生じる抵抗モーメントは、空気ばね反力Ａ、Ａ’に起因するモーメントＣと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントβである。
一方、後台車２ｂに生じる操舵モーメントは、横圧ＧによるモーメントＪと、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’に起因するモーメントＤと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントγである。また、後台車２ｂに生じる抵抗モーメントは、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントδである。【００２７】
鉄道車両が曲線を通過する際、各台車は車体に対して相対的な回転（旋回）角度を有した状態（姿勢）で維持されるため、各台車において、操舵（旋回）方向の各モーメントの和である操舵モーメントと、旋回方向と逆向きの各モーメントの和である抵抗モーメントとが釣り合った状態が維持される。
つまり、曲線通過時の定常状態において、前台車２ａでは、モーメントαとモーメントＫの和である操舵モーメント（操舵方向のモーメント）と、モーメントβとモーメントＣとの和である抵抗モーメント（操舵方向と逆向きのモーメント）が釣り合うことになる。【００２８】
同様に、後台車２ｂでは、モーメントＪとモーメントＤとモーメントγとの和である操舵モーメントと、抵抗モーメントであるモーメントδが釣り合うことになる。このように、曲線を通過中の各台車において、操舵モーメントとなる各モーメントの和と、抵抗モーメントとなる各モーメントの和が釣り合う関係にあることは、後述する各実施例においても共通である。【００２９】
ここで、前台車２ａでは、横圧ＨによるモーメントＫと、空気ばね反力Ａ、Ａ’によるモーメントＣとが互いに反対（逆）向きである。このため、前台車２ａに作用する操舵モーメントと抵抗モーメントとは釣り合い状態が維持されるので、抵抗モーメントであるモーメントＣを低減すれば、横圧Ｈによる操舵モーメントであるモーメントＫが低減される。すなわち、モーメントＫが低減されれば、モーメントＫを生じさせている横圧Ｈ自体を結果的に低減することができる。【００３０】
一方、後台車２ｂでは、横圧ＧによるモーメントＪと、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’によるモーメントＤとが同じ向きである。後台車２ｂにおいても、操舵モーメントと抵抗モーメントとは釣り合い状態が維持されるので、操舵モーメントであるモーメントＤを増大させれば、横圧Ｇによる操舵モーメントであるモーメントＪが低減され、後台車２ｂの横圧Ｇを結果的に低減することができる。
つまり、前台車２ａでは空気ばね６ａの前後剛性を小さくすることで横圧Ｈを低減することができ、後台車２ｂでは空気ばね６ｂの前後剛性を大きくすることで横圧Ｇを低減することができる。【００３１】
そこで、本実施例において、曲線通過時に、前台車２ａにおける空気ばね６ａの前後剛性を許容できる最小値とすることにより、前台車２ａに作用するモーメントＣを小さくして横圧Ｈを低減させる。同時に後台車２ｂにおける空気ばね６ｂの前後剛性を大きくして、後台車２ｂに作用するモーメントＤを増大させることによって横圧Ｇを低減させる。【００３２】
図２及び図３を参照しながら、実施例１の鉄道車両に備えられる台車が横圧を低減するメカニズム（作用）を説明する。
鉄道車両の進行方向を図１における矢印Ｅの方向とすると、制御装置７は鉄道車両の進行方向を検知し、車体１を支持する前台車２ａの空気ばね変位抑制装置９５ａを構成するアクチュエータ８１ａに対しては収縮するように、そして、後台車２ｂの空気ばね変位抑制装置９５ｂのアクチュエータ８１ｂに対しては伸長するように指令信号を出す。【００３３】
この実施例では、前台車２ａ、後台車２ｂのいずれにおいても、空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性の初期値（空気ばね６ａ、６ｂにおいて、ダイアフラム６３ａ、６３ｂと、接触部８２ａ、８２ｂと、が接触していない場合の前後剛性）は、曲線走行時においても乗り心地を悪化させない範囲の最小値に設定されている。したがって、制御装置７からアクチュエータ８１ａに収縮指令が送出され、当板８４ａがダイアフラム６３ａから離隔したときは、空気ばね６ａの前後剛性は、この初期値となる。【００３４】
一方、制御装置７からアクチュエータ８１ｂに伸長指令が送出されたときは、当板８４ｂがダイアフラム６３ｂに向けて伸長して近接することにより、空気ばね６ｂが前後方向に変位すると、ダイアフラム６３ｂの側面が当板８４ｂに当接して、ダイアフラム６３ｂの変形が抑制されて空気反力が増大するので、空気ばね６の前後剛性が高められる。【００３５】
これにより、前台車２ａにおいては、空気ばね６ａの前後剛性が初期値となり、図５に示す操舵モーメントと抵抗モーメントの関係から、抵抗モーメントとなる、空気ばね反力Ａ、Ａ’に起因するモーメントＣが低減されるので、操舵モーメントとなる横圧Ｈによる操舵モーメントＫがその分低減されることになる。
一方、後台車２ｂにおいても、操舵モーメントと抵抗モーメントとは釣り合い状態が維持されるので、空気ばね６ｂの前後剛性を高め、操舵モーメントである、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’に起因するモーメントＤを増大させることにより、結果として、操舵モーメントである、横圧ＧによるモーメントＪが低減され、後台車２ｂの横圧Ｇを低減することができる。【００３６】
なお、この実施例では、制御装置７は、例えば、始発となる折り返し駅で進行方向を切り替えるたびに、前台車となる側のアクチュエータ８１ａに対して収縮指令、後台車となる側のアクチュエータ８１ｂに対して伸長指令を送出し、終着となる折り返し駅に到着するまで、その状態を保持するようにしている。したがって、アクチュエータ８１ａ、８１ｂの収縮、伸長に伴い、各アクチュエータの収縮、伸長を保持するロック装置を備えることによって、アクチュエータの作動に必要な消費電力を低減することができる。【００３７】
鉄道車両の進行方向については、折り返し運転開始時のみならず、制御装置７が、車上の速度検出器、地上装置から受信した信号、さらには、ＧＰＳ等により検知すればよく、その進行方向における曲線通過時に発生する横圧を低減する方向に、空気ばね変位抑制装置としてのアクチュエータを制御して、車体を弾性支持する空気ばねの前後剛性を最適な値に調整するのであればよい。【００３８】
さらに、制御装置７の故障等により、収縮および伸長のいずれの指令信号も出力されないときは、このロック装置は、アクチュエータ８１ａ、８１ｂを、アクチュエータ非作動時の収縮位置と、作動の伸長位置との中間位置に固定する。【００３９】
これにより、空気ばね６ａ、６ｂが曲線走行時などに前後方向に変位しても、当板８４ａ、８４ｂがダイアフラム６３ａ、６３ｂの変形を抑制する力が、アクチュエータが伸長位置にある時に比べて緩和されるので、各アクチュエータ８１ａ、８１ｂが中間位置に固定された際の空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性は、上述した最小値より大きい一般的な値に設定され、走行性能に支障を与えないようにしている。【００４０】
このように、前台車２ａの空気ばね６ａにおいては、アクチュエータ８１ａが収縮しており、当板８４ａとダイアフラム６３ａとの間の距離が拡大するため、曲線通過時に空気ばね６ａが前後に変位しても、ダイアフラム６３ａと当板８４ａは当接（接触）せず、空気ばね６ａの前後剛性は、上述の初期値となり、旋回を妨げるモーメントＣ（図４参照）は増大しない。【００４１】
これに対し、後台車２ｂ側の空気ばね６ｂにおいては、アクチュエータ８１ｂが伸長しており、当板８４ｂとダイアフラム６３ｂとの間の距離（隙間）が縮小している。このため、空気ばねの前後方向変位に伴って、ダイアフラム６３ｂの側面が接触部８２ｂに接触し、ダイアフラム６３ｂの変形が抑制されて空気反力が増大し、旋回を助長するモーメントＤ（図４参照）が増大される。
以上の作用により、前台車２ａの横圧Ｈおよび後台車２ｂの横圧Ｇは効果的に低減されるので、レールおよび車輪の摩耗を抑制するとともに、両者間で生じるきしみ音を低減できる。【００４２】
なお、当板８４ａ、８４ｂに取り付けられる接触部８２ａ、８２ｂは、自己潤滑性を有する樹脂など、低摩擦係数の素材で形成されているため、ダイアフラム６３ａ、６３ｂの摩耗を抑制することができる。さらに、接触部８２ａ、８２ｂの形状を、ダイアフラム６３ａ、６３ｂの外形（ドーナツ状の曲面）に合わせると、ダイアフラム６３ａ、６３ｂの摩耗をさらに抑制することができる。
上述したダイアフラム６３ａ、６３ｂの摩耗を抑制する方法によって、アクチュエータ８１ａ、８１ｂによる空気ばねの前後剛性を高める操作に対して、ダイアフラム６３ａ、６３ｂの寿命（交換周期）が短期化するのを抑制することができる。【００４３】
以上、鉄道車両の進行方向が矢印Ｅのときの動作を説明したが、図１において進行方向が矢印Ｆとなり、台車２ａが後台車、台車２ｂが前台車となるときは、アクチュエータ８１は反対（逆）の動作となり、アクチュエータ８１ａを伸長させ、アクチュエータ８１ｂを収縮させるよう、制御装置７が指令を出力する。【００４４】
図６に、本実施例による横圧の低減効果の一例を示す。図６において、横軸は、円曲線の前後に緩和曲線が設定されたキロ程（ｍ）であり、縦軸は横圧（ＫＮ）である。本図から明らかなように、緩和曲線、円曲線ともに通常台車に対して横圧を低減可能になる。【００４５】
図２及び図３に示す構成では、アクチュエータ８１ａ、８１ｂの伸縮により当板８４が車両長手方向に並進移動する構成としているが、図７に示すように、当板８４ａの上端部に枕木方向に沿う方向に配設された軸８５ａと、軸８５ａを備えるとともに、車体１の下面に固定されたブラケット８６ａと、車体下面に設置されたアクチュエータ８１ａの伸縮によって、当板８４ａが軸８５ａを中心に回動してダイアフラム６３ａと当板８４ａ間の距離を変更可能とする構成としても、図２及び図３で示した構成と同様の効果を得ることができる。【００４６】
なお、図７は、鉄道車両の進行方向を矢印Ｅ（図４参照）としたときの曲線通過時において、前台車２ｂ側でアクチュエータ８１ａが収縮し、当板８４ａの接触部８２ａがダイアフラム６３ａから離れる方向に回動した状態を示している。
一方、図８は、前台車２ｂ側とは逆に、後台車２ｂ側でアクチュエータ８１ｂが伸長し、当板８４ｂの接触部８２ｂがダイアフラム６３ｂに接近して対向する方向に回動した状態を示している。【００４７】
このように、当板８４ａ、８４ｂの上端部が、軸８５ａ、８５ｂによって回転自在にブラケット８６ａ、８６ｂに連結され、当板８４ａ、８４ｂの下端部にアクチュエータ８１ａ、８１ｂの先端を回動可能に連結しているため、出力の小さい小型のアクチュエータ８１ａ、８１ｂによっても、当板８４ａ、８４ｂを最適位置に確実に位置決めすることができる。これによって、空気ばね６ａ、６ｂ近傍の設計の自由度を高めることができるとともに、アクチュエータ８１ａ、８１ｂの作動に必要な消費電力を低減でき、さらに、軽量化を促進できる。【００４８】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。図９は、本実施例による鉄道車両を模式的に示す平面図であり、図１０、図１１に示すように、この鉄道車両は、制御装置７とアクチュエータ８１ａ、８１ｂからなる空気ばね変位抑制装置９５ａ、９５ｂを備えている。図１０、図１１に示す空気ばね変位抑制装置９５ａ、９５ｂは、実施例１のものとは異なり、各空気ばね６ａ、６ｂに対し、それぞれ１個設けることで、その前後剛性を変更することが可能となっている。【００４９】
図１０は、鉄道車両の進行方向を矢印Ｅ（図９参照）としたときの曲線通過時における前台車２ａに備えられる空気ばね変位抑制装置９５ａの状態を、図１１は、これに対応して、後台車２ｂに備えられる空気ばね変位抑制装置９５ｂの状態をそれぞれ示したものである。
空気ばね変位制御装置９５ａは、空気ばね６ａの内部の円筒状の積層ゴム６６ａの中央部の空間に備えられる上下方向に伸縮可能なアクチュエータ８１ａと、空気ばね６ａを構成する積層ゴム６６ａの上部の下面板６２ａに備えられるストッパ当板８８ａとから構成されている。【００５０】
積層ゴム６６ａの中央部に設けられた空間に備えられるアクチュエータ８１ａは、その先端部に内部ストッパ８７ａを備えている。ストッパ当板８８ａは、その中央部に空間を有す円板状の部材であり、アクチュエータ８１ａが上下方向に延伸した際に、内部ストッパ８７ａがストッパ当板８８ａの中央部に嵌入されて、積層ゴム６６ａの前後方向の変位が抑制される。【００５１】
内部ストッパ８７ａは、外径の大きな部位の上に同軸に外径の小さい部位を備えた段付き形状の外周面を備えている。外径の小さい部位がストッパ当板８８ａの中央部の空間に嵌入される。内部ストッパ８７ａが嵌入されるストッパ当板８８ａの中央部の空間は、下方に向けてその内径を大きくした裾広がりの開口部とし、この開口部の下面の外径を内部ストッパ８７ａの外径より大きく設定することにより、確実に嵌入できるようにしてもよい。
アクチュエータ８１ａが下方に退避（収縮）しているときは、内部ストッパ８７ａの小径部はストッパ当板８８ａと係合（干渉）することはなく、積層ゴム６６ａは前後方向に変位可能である。【００５２】
また、図１１は、後台車２ｂ側の状態を示したもので、空気ばね変位制御装置９５ｂは、空気ばね変位制御装置９５ａと同様の構成を採用しているが、アクチュエータ８１ｂにより、上方に伸長されて内部ストッパ８７ｂがストッパ当板８８ｂの内部に進入した態様で保持されており、空気ばね６の前後方向の変位が抑制されている状態を示している。
なお、本実施例で使用されるアクチュエータ８１ａ、８１ｂは、筒状に構成されており、その内部を空気が通過できる構成を備えている。アクチュエータ８１ａ、８１ｂは、空気ばね６ａ、６ｂに圧縮空気を供給する際の供給管路としても機能している。【００５３】
図１０に示すように、アクチュエータ８１ａ、８１ｂを伸長させたり、退避（収縮）させることにより、内部ストッパ８７ａ、８７ｂの外周（面）と、ストッパ当板８８ａ、８８ｂの内周（面）とを、係合（嵌入）したり、係合を解除することによって、空気ばね６ａ、６ｂの前後方向の剛性を変更することができる。【００５４】
次に、図１０及び図１１を参照しながら図９に示される実施例２の作用を説明する。
図９において、鉄道車両の進行方向を矢印Ｅとすると、制御装置７は鉄道車両の進行方向を検知し、前台車２ａのアクチュエータ８１ａを収縮するとともに、後台車２ｂのアクチュエータ８１ｂを伸長する。このとき、前台車２ａの空気ばね６ａにおいては、図１０に示されるように、アクチュエータ８１ａの収縮に伴い、内部ストッパ８７ａとストッパ当板８８ａの距離が拡大し、内部ストッパ８７ａとストッパ当板８８ａとの係合が解除される。このため、曲線通過時に空気ばね６ａが前後に変位しても、内部ストッパ８７ａとストッパ当板８８ａとは接触（当接）せず、空気ばね６ａの初期の前後剛性が維持される。【００５５】
一方、後台車２ｂの空気ばね６ｂにおいては、図１１に示されるように、アクチュエータ８１ｂの伸長に伴い、内部ストッパ８７ｂとストッパ当板８８ｂの距離が縮小し、内部ストッパ８７ａとストッパ当板８８ａとが係合する。そのため、曲線通過時に空気ばね６ｂが前後に変位（変形）すると、内部ストッパ８７ｂとストッパ当板８８ｂが接触（当接）する。内部ストッパ８７ｂとストッパ当板８８ｂが接触すると、積層ゴム６６ｂのせん断変形が拘束されるため、積層ゴム６６ｂの剛性が無限大相当に大きくなる。【００５６】
空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性は、ダイアフラム６３ａ、６３ｂの前後剛性と積層ゴム６６ａ、６６ｂの前後剛性の和（直列剛性）で表されるため、積層ゴム６６ｂの剛性が無限大相当となると、空気ばね６ｂの前後剛性は空気ばね６ａの前後剛性に比較して大きくすることができる。【００５７】
本実施例においても、前台車２ａと後台車２ｂとに作用する操舵モーメントと抵抗モーメントを生じさせる要因、そしてそれらの内訳は、図５と同様である。
したがって、本実施例においても、アクチュエータ８１ａ、８１ｂの動作によって、前台車２ａの空気ばね６ａの前後剛性と、後台車２ｂの空気ばね６ｂの前後剛性とを、鉄道車両の進行方向によって切り替えることによって、前台車２ａの横圧Ｈおよび後台車２ｂの横圧Ｇを低減することができる。【００５８】
つまり、曲線を通過する前台車２ａにおいて、操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）と、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）と釣り合っている。このため、横圧Ｈに起因するモーメントＫの向きと、空気ばね反力Ａ、Ａ’によるモーメントＣの向きとは互いに反対（逆）向きなので、抵抗モーメントであるモーメントＣを低減すれば、抵抗モーメントに釣り合っている操舵モーメントであるモーメントＫも低減される。【００５９】
アクチュエータ８１ａを収縮して空気ばね６ａの前後剛性を小さく維持することによって、抵抗モーメントとなる空気ばね反力Ａ、Ａ’に起因するモーメントｃを低減することができる。この抵抗モーメントＣの低減に伴って、操舵モーメントとなる横圧ＨによるモーメントＫも低減されるため、モーメントＫを生じさせる原因である横圧Ｈも、結果的に低減される。【００６０】
これにより、前台車２ａにおいては、空気ばね６ａの前後剛性が初期値となり、図５に示す操舵モーメントと抵抗モーメントの関係から、抵抗モーメントとなる空気ばね反力Ａ、Ａ’に起因するモーメントＣが低減されるので、操舵モーメントとなる横圧Ｈによる操舵モーメントＫがその分低減されることになる。【００６１】
一方、後台車２ｂにおいても、操舵モーメントと抵抗モーメントとは釣り合い状態が維持されるので、空気ばね６ｂの前後剛性を高め、操舵モーメントである、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’に起因するモーメントＤを増大させることにより、結果として、操舵モーメントである、横圧ＧによるモーメントＪが低減され、後台車２ｂの横圧Ｇを低減することができる。【００６２】
さらに、曲線を通過する後台車２ｂにおいても、同様に、操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）とは釣り合っている。このため、横圧Ｇに起因するモーメントＪの向きと、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’によるモーメントＤの向きとが同じ向きなので、モーメントＤを大きくすれば、横圧Ｇに起因するモーメントＪを小さくすることができる。【００６３】
このように、アクチュエータ８１ｂを伸長して空気ばね６ｂの前後剛性を大きく維持することによって、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’によるモーメントＤを大きくすることができる。その結果、この操舵モーメントであるモーメントＤの増加に見合う分だけ、モーメントＪが低減されるため、モーメントＪを生じさせる原因である横圧Ｇも結果的に低減される。
以上により、前台車２ａの横圧Ｈおよび後台車２ｂの横圧Ｇは効果的に低減されるので、レールおよび車輪の摩耗を抑制するとともに、両者間で生じるきしみ音を低減できる。【００６４】
鉄道車両の進行方向が矢印Ｅのときのアクチュエータ８１ａ、８１ｂの動作と、最終的に横圧Ｇおよび横圧Ｈとが低減される作用効果を説明したが、図９において進行方向が矢印Ｆとなり、台車２ａが後台車、台車２ｂが前台車となるときは、アクチュエータ８１ａ、８１ｂの伸長および収縮動作は前述した例とは反対（逆）の動作となり、アクチュエータ８１ａは伸長し、アクチュエータ８１ｂは収縮するよう制御装置７は指令を送出する。【００６５】
本実施例は、実施例１とは異なり、車体下面にアクチュエータの取付けスペースを必要としないため、車体下面の空気ばね近傍に他の機器を配置することが可能になるなど設計の自由度を高める効果も期待できる。
なお、空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性初期値については、実施例１と同様に設定されている。【００６６】
［実施例３］
本発明の実施例３を説明する。
図１２は、本実施例による鉄道車両台車を模式的に示す車両の平面図であり、制御装置７と給排気弁８９ａ、８９ｂとを備えている。図１２において、鉄道車両の進行方向が矢印Ｅとなるとき、台車２ａは前台車となり、台車２ｂは後台車となる。進行方向が矢印Ｆとなるとき、台車２ａは後台車となり、台車２ｂは前台車となる。【００６７】
鉄道車両の進行方向を矢印Ｅとすると、制御装置７は鉄道車両の進行方向を検知し、空気ばね６ａ、６ｂの空気圧力を調整する給排気弁８９ａ、８９ｂを作動させる。
すなわち、前台車２ａの空気ばね６ａについては、そのダイアフラム６３ａの内部空気を排気して内圧を低下させるとともに、後台車２ｂの空気ばね６ｂについては、そのダイアフラム６３ｂの内部に空気を給気し内圧を高める。
内圧が低下した前台車２ａの空気ばね６ａの前後剛性は小さくなり、内圧が高められた後台車２ｂの空気ばね６ｂの前後剛性は大きくなる。【００６８】
図５に示すように、実施例１、２と同様、前台車２ａおよび後台車２ｂでは操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）と、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）が釣り合っている。
したがって、前台車２ａでは、横圧ＨによるモーメントＫの向きと、空気ばね反力Ａ、Ａ’によるモーメントＣの向きとが反対（逆）向きであるので、抵抗モーメントであるモーメントＣを低減すれば、横圧Ｈに起因するモーメントＫが低減される。モーメントＫが低減されるので、モーメントＫの原因となっている横圧Ｈが結果的に低減される。【００６９】
一方、後台車２ｂでは、横圧ＧによるモーメントＪの向きと、空気ばね反力Ｂ、Ｂ’によるモーメントＤの向きが同じ方向であるので、モーメントＤを大きくすれば、横圧Ｇに起因するモーメントＪから、モーメントＤの増加に見合うモーメント量が減じられて、モーメントＪが小さくなる。モーメントＪが低減されるので、モーメントＪの原因となっている横圧Ｇが結果的に低減される。
以上により、前台車２ａの横圧Ｈおよび後台車２ｂの横圧Ｇは効果的に低減されるので、レールおよび車輪の摩耗を抑制するとともに、両者間で生じるきしみ音を低減できる。【００７０】
鉄道車両の進行方向が矢印Ｅのときの動作を説明したが、図１２において進行方向が矢印Ｆとなり、台車２ａが後台車、台車２ｂが前台車となるときは、空気ばね６ａを給気し、空気ばね６ｂを排気するように、制御装置７は指令を出す。なお、空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性初期値については、実施例１と同様に設定されている。
本実施例は、実施例１、２とは異なり、アクチュエータおよび当板を必要としないため、床下機器の設計自由度を高める効果や、軽量化を促進できる効果を奏する。【００７１】
［実施例４］
実施例１〜３は、車体の長手方向の両端部を２台の台車で支えるボギー車両を対象としているが、実施例４は、車両と車両との連結部の下方に台車を配置し、この台車に備えられる２個の空気ばねの上部に、一方の車体の端部を載置し、この一方の車体の端部の上に、他方の車両の端部を載置する形態の連接車両に適用したものである。
図１３及び図１４に、実施例２の装置構成を、本実施例に関わる２点空気ばね支持方式の連接車両に適用した場合を説明する。【００７２】
図１３は、２点空気ばね支持方式の連接台車２と車体１を示す平面図である。２点空気ばね支持方式では、一方の車体１ａの台枠から他方の車両１ｂに向けて延伸する枕梁９１の幅方向の両端部が、連接台車２に備えられる１対の空気ばね６の上に載置されている。そして、この枕梁９１の幅方向（枕木方向）の中央部に、他方の車体１ｂの台枠から一方の車体１ａに向けて延伸する態様で備えられる連結装置９０が連結されている。
つまり、車体１ａの枕梁９１の上部に、車体１ｂの連結装置９０が載置される態様で連結されるとともに、連結部を構成する車体１ａの枕梁９１の下面が、連接台車２に備えられる空気ばね６によって弾性支持されている。【００７３】
鉄道車両の進行方向が矢印Ｅとなるとき、連接台車２からみると、車体１ａが前車体、車体１ｂが後車体となり、進行方向が矢印Ｆとなるときは、車体１ａが後車体、車体１ｂが前車体となる。
実施例１などで説明したように、曲線通過時において、連接台車２は車体１ａと車体１ｂとの連結部の下方において水平面内で旋回するため、連接台車２と車体１ａおよび車体１ｂとの間に相対角度が生じる。さらに、空気ばね６には、この相対角度に対応する前後変位が生じるため、車体１ａから連接台車２に作用する空気ばね反力が生じる。【００７４】
車体１ａから連接台車２に作用する空気ばね反力は矢印Ｌ、Ｌ’の向きであり、車体１ａから連接台車２に空気ばね反力に起因するモーメントＭが作用する。
鉄道車両が矢印Ｅの向きに進行し、車体１ａが前車体となるときは、モーメントＭは台車の旋回を助長する操舵モーメントとして作用する。一方、鉄道車両が矢印Ｆの向きに進行し、車体１ａが後車体となるときは、モーメントＭは台車の旋回を妨げる抵抗モーメントとして作用する。【００７５】
図１４に、曲線通過時の空気ばね２点支持方式の連接台車２に作用するモーメントの釣り合いを示す。鉄道車両が矢印Ｅの向きに進行し、車体１ａが前車体となるとき、操舵モーメントをなす各モーメントは、横圧ＮによるモーメントＰと、空気ばね反力Ｌ、Ｌ’に起因するモーメントＭと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントεである。一方、抵抗モーメントをなす各モーメントは、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントζである。このとき、実施例１と同様に、操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）と、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）のモーメントζとは、釣り合っている。【００７６】
また、鉄道車両が矢印Ｆの向きに進行し、車体１ｂが前車体となる場合は、操舵モーメントと同方向のモーメントは、横圧Ｎ’によるモーメントＰ’と、クリープ力等の他の要因によるモーメントε’であり、抵抗モーメントと同方向のモーメントは、空気ばね反力Ｌ、Ｌ’に起因するモーメントＭと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントζ’である。このとき、操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）と、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）とは、釣り合っている。【００７７】
鉄道車両の進行方向が矢印Ｅの向きで、車体１ａが前車体となる場合には、横圧ＮによるモーメントＰの向きと、空気ばね反力Ｌ、Ｌ’によるモーメントＭの向きとが同じ方向であるので、モーメントＭを増大させれば、この増大分に見合うモーメントがモーメントＰから減算される。モーメントＰが低減されれば、モーメントＰを生じさせている横圧Ｎが結果的に低減される。
同様に、鉄道車両の進行方向が矢印Ｆの向きで、車体１ｂが前車体となる場合には、横圧Ｎ’によるモーメントＰ’の向きと、空気ばね反力Ｌ、Ｌ’によるモーメントＭの向きと反対（逆）向きなので、モーメントＭを低減すれば、横圧Ｎ’によるモーメントＰ’も低減され、モーメントＰ’を生じさせている横圧Ｎ’を結果的に低減することができる。【００７８】
つまり、空気ばね６により支持される車体１ａが前車体（進行方向が矢印Ｅのとき）となる時には、空気ばね６の前後剛性を増大させることで、空気ばね６により支持されない車体１ｂが前車体（進行方向が矢印Ｆのとき）となる時には空気ばね６の前後剛性を減少させることで、台車２に作用する横圧Ｎを低減することができる。【００７９】
そこで、鉄道車両が矢印Ｅの向きに進む時であって、車体１ａが前車体となるときには、制御装置７はアクチュエータ８１を伸長させるよう指令を出し、空気ばね６の前後剛性を大きくする。このとき、台車２に作用する横圧ＮによるモーメントＰと、空気ばね６の前後剛性に起因するモーメントＭの向きは等しいため、空気ばね前後剛性が増加し、モーメントＭが増大するとモーメントＰが小さくなるため、モーメントＰを生じさせる横圧Ｎが小さくなる。【００８０】
なお、例えば、５両の車両からなる編成車両であって、この編成車両中の４ヶ所に図１３に示す連結部構成を備えている場合、この編成車両が矢印Ｅの向きに進み、進行方向の側の車体が空気ばねに支持される場合は、４ヶ所の連結部の全ての空気ばねの前後剛性を大きくする。この制御によって、横圧Ｎを低減することができる。【００８１】
一方、鉄道車両が矢印Ｆの向きに進み、車体１ｂが前車体となる場合には、制御装置７はアクチュエータ８１を収縮させるよう指令を出し、４ヶ所の連結部の空気ばね６の前後剛性を小さくする。空気ばね６の前後剛性が低下すると、抵抗モーメントと同方向のモーメントＭが低減する。【００８２】
このとき、連接台車２に作用する横圧Ｎ’によるモーメントＰ’と、空気ばね６の前後剛性に起因するモーメントＭの向きが反対であるため、空気ばね前後剛性が低減しモーメントＭが減少すると、横圧によるモーメントＰ’がその分低減されるので、横圧Ｎ’も低減される。【００８３】
［実施例５］
図１５は、４点空気ばね支持方式の連接台車２と車体１を示す平面図である。図１５及び図１６に、実施例２の装置構成を４点空気ばね支持方式の連接車両に適用した場合を説明する。
４点空気ばね支持方式は、１台の台車２の上面に、２個１組の空気ばね６ａと、２個１組の空気ばね６ｂの計４個の空気ばねが載置されている。車体１ａの長手方向の一方の端部は空気ばね６ａ上に載置されて弾性支持されており、車体１ｂの長手方向の他方の端部は空気ばね６ｂ上に載置されて弾性支持されている。
車体１ａと車体１ｂとは、車体１ａの一方の端部に備えられる連結装置９２と、車体１ｂの他方の端部に備えられる連結装置９０とによって連結されている。【００８４】
鉄道車両が矢印Ｅの向きに進行する時、車体１ａが前車体となり、車体１ｂが後車体となる。一方、鉄道車両が矢印Ｆの向きに進行する時、車体１ａが後車体となり、車体１ｂが前車体となる。
鉄道車両が矢印Ｅの向きに曲線を進行する場合、連接台車２は曲線に沿って旋回するため、連接台車２と、車体１ａおよび車体１ｂとの間に相対角度が生じるとともに、空気ばね６は前後方向に変位（変形）する。空気ばね６の変位は、車体１ａ、１ｂから連接台車２へ作用する空気ばね反力を生じる。
車体１ａにおいては、連接台車２に加わる空気ばね６ａの反力は、矢印Ｑ、Ｑ’の方向となり、連接台車２にモーメントＲが生じる。
一方、後車体１ｂにおいては、連接台車２に加わる空気ばね６ｂの反力は、矢印Ｓ、Ｓ’の方向となり、連接台車２にモーメントＴが生じる。【００８５】
図１６に、曲線通過時の空気ばね４点支持方式の連接台車２に作用するモーメントの釣り合いを示す。
鉄道車両が矢印Ｅの向きに進行し、車体１ａが前車体となるときには、操舵モーメントと同方向のモーメントは、横圧ＵによるモーメントＶと、空気ばね反力Ｑ、Ｑ’によるモーメントＲ、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントηであり、抵抗モーメントと同方向のモーメントは、空気ばね反力Ｓ、Ｓ’によるモーメントＴと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントθである。【００８６】
一方、鉄道車両が矢印Ｆの向きに進行し、車体１ｂが前車体となるときには、操舵モーメントと同方向のモーメントは、横圧Ｕ’によるモーメントＶ’と、空気ばね反力Ｓ、Ｓ’に起因するモーメントＴと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントη’とであり、抵抗モーメントと同方向のモーメントは、空気ばね反力Ｑ、Ｑ’に起因するモーメントＲと、縦クリープ力等の他の要因によるモーメントθ’である。【００８７】
鉄道車両が矢印Ｅの方向に進行し、車体１ａが前車体となるとき、横圧ＵによるモーメントＶの向きは、空気ばね６ａ反力Ｑ、Ｑ’によるモーメントＲの向きと等しく、後車体１ｂを支持する空気ばね６ｂの空気ばね反力Ｓ、Ｓ’によるモーメントＴの向きに対して反対（逆）向きとなる。
操舵モーメント（操舵（旋回）方向の各モーメントの和）と、抵抗モーメント（操舵方向と逆向きの各モーメントの和）とは釣り合っているので、操舵モーメントと同方向のモーメントＲを大きくすることで、その分、同じく操舵モーメントと同方向の横圧Ｕに起因するモーメントＶが小さくなるので、結果的にモーメントＶを生じさせている横圧Ｕを低減することができる。【００８８】
さらに、抵抗モーメントと同方向のモーメントＴを低減すると、抵抗モーメントの和自体が小さくなるとともに、この抵抗モーメントと同方向のモーメントの和に釣り合うよう、操舵モーメントと同方向のモーメントの和も小さくなる。
したがって、操舵モーメントの和の一部である操舵モーメントの横圧Ｕに起因するモーメントＶが低減されるので、モーメントＶを生じさせている横圧Ｕを低減することができる。【００８９】
鉄道車両が矢印Ｆの方向に進行し、車体１ｂが前車体となるにとき、横圧Ｕ’によるモーメントＶ’の向きは、前車体１ｂを支持する空気ばね６ｂの空気ばね反力Ｓ、Ｓ’によるモーメントＴの向きに等しく、後車体１ａを支持する空気ばね６ａの空気ばね反力Ｑ、Ｑ’によるモーメントＲの向きに対して反対（逆）向きとなる。【００９０】
操舵モーメント方向のモーメントの和と、抵抗モーメント方向のモーメントの和は釣り合っているので、操舵モーメント方向のモーメントＴを大きくすること、操舵モーメント方向のモーメントであって、横圧Ｕ’によるモーメントＶ’が小さくなるので、モーメントＶを生じさせている横圧Ｕ’を結果的に低減することができる。【００９１】
さらに、抵抗モーメント方向のモーメントであるモーメントＲを低減すると、抵抗モーメント方向のモーメントの和自体が小さくなるとともに、これに釣り合う操舵モーメント方向のモーメントの和も小さくなる。したがって、操舵モーメントと同方向のモーメントである、操舵モーメントの横圧Ｕ’に起因するモーメントＶ’が低減されるので、モーメントＶ’を生じさせている横圧Ｕ’を低減することができる。【００９２】
つまり、鉄道車両の進行方向に応じて、前車体を支持する空気ばねの前後剛性を増加させ、後車体を支持する空気ばねの剛性を低減させることで、連接台車２に作用する横圧を低減させることができる。
そこで、鉄道車両が矢印Ｅの方向に進行し、車体１ａが前車体となるときは、制御装置７は、アクチュエータ８１ａに対して進行方向側の空気ばね６ａの前後剛性を大きくする伸長指令を送出し、アクチュエータ８１ｂに対して進行方向側と反対側の空気ばね６ｂの前後剛性を小さくする収縮指令を送出する。【００９３】
上記の制御により、空気ばね６ａの前後剛性を増加させ、空気ばね６ｂの前後剛性を低減する。このとき、連接台車２に作用する横圧ＵによるモーメントＶの向きと、空気ばね６ａによるモーメントＲの向きは等しいため、モーメントＲが増大すると、横圧ＵによるモーメントＶが低減されるため、モーメントＶを生じさせている横圧Ｕが低減される。【００９４】
鉄道車両が矢印Ｆの方向に進行し、車体１ｂが前車体となるときには、制御装置７は、アクチュエータ８１ａに対して進行方向側の空気ばね６ｂの前後剛性を大きくする伸長指令を送出し、アクチュエータ８１ｂに対して進行方向側と反対側の空気ばね６ａの前後剛性を小さくする収縮指令を送出する。
上記の制御により、連接台車２に作用する横圧Ｕ’によるモーメントＶ’と、空気ばね６ｂの空気ばね反力Ｓ，Ｓ’によるモーメントＴの向きは等しいため、空気ばね６ｂの前後剛性が増加しモーメントＴを大きくすると、横圧Ｕ’によるモーメントＶ’が小さくなるため、モーメントＶ’を生じさせている横圧Ｕ’が結果的に低減される。
以上により、横圧Ｕおよび横圧Ｕ’は効果的に低減されるので、レールおよび車輪の摩耗を抑制するとともに、両者間で生じるきしみ音を低減できる。【００９５】
以上説明したように、鉄道車両の連結部に台車が配置される連接車両であっても、曲線通過時における進行方向に応じて、操舵モーメントに関係する空気ばねの前後剛性を小さくして、抵抗モーメントに関係する空気ばねの前後剛性を大きくすればよい。なお、空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性初期値については、実施例１と同様に設定されている。【００９６】
本実施例では、空気ばね４点支持方式の連接台車２に、第２の実施例を適用したが、第１、第３の実施例も、こうした連接車両に適用可能である。
また、複数の鉄道車両が連結されて編成を構成している場合、空気ばねの内圧の変更及びアクチュエータの動作を、編成全体で切り替え可能なものとしてもよい。【００９７】
各実施例では、進行方向前側となる側の空気ばねの前後剛性を小さくし、進行方向後側となる空気ばねの前後剛性を大きくしたが、これに限らず、様々な変更が可能である。【００９８】
すなわち、例えば、実施例１において、進行方向の前側および後側の空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性初期値を、直線走行時、曲線走行時を含め、乗り心地や走行安定性を悪化させない範囲で、予め最適な値に設定しておく。一方、制御装置７からアクチュエータ８１ａ、８１ｂへの制御信号が出力されないときは、進行方向の前側および後側の空気ばね６ａ、６ｂが前後方向に変位しても、ダイアフラム６３ａ、５３ｂが、当板８４ａ、８４ｂに当接しないで、空気ばね６の前後剛性が変更されない位置にアクチュエータ８１ａ、８１ｂを固定しておく。【００９９】
そして、進行方向の後側の空気ばねに係るアクチュエータのみに、空気ばねの前後剛性を高める指令を送出するようにすれば、進行方向の前側の空気ばねのダイアフラムが当板に当接することなく、空気ばねの前後剛性は変更されない。この構成は、制御装置７による制御を簡略化し、アクチュエータの低コスト化、長寿命化を図ることができる。このような変更は、実施例２〜５にも同様に適用できる。【０１００】
さらに、曲線通過時に発生する横圧は、曲線の曲率半径（Ｒ）、運行速度のみならず、車両の形式や仕様、さらには、乗客数等にも影響を受けるため、前台車２ａ、後台車２ｂにおける空気ばね６ａ、６ｂの前後剛性を、それぞれ、地上子から受信した走行位置情報やＧＰＳによる位置情報、曲線の半径（Ｒ）等を含む路線情報、ダイアグラム等のデータベースに基づいて、リアルタイムに、各アクチュエータ８１ａ、８１ｂの伸長量あるいは収縮量の最適値を呼び出し、指令値として与えるようにしてもよい。【０１０１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【０１０２】
要するに、本発明には、鉄道車両の進行方向を、車上の速度検出器、地上装置、折り返し運転開始時、さらには、ＧＰＳ等により検知して、曲線通過時に発生する横圧を低減する方向に、空気ばね変位抑制装置としてのアクチュエータを制御して、車体を弾性支持する空気ばねの前後剛性を最適な値に調整するものが含まれる。
【符号の説明】
【０１０３】
１      車体
２      台車
３      台車枠
４      軸箱体
５      輪軸
６      空気ばね
７      制御装置
６１    上面板
６２    下面板
６３    ダイアフラム
６６    積層ゴム
８１    アクチュエータ
８４    当板
８７    内部ストッパ
８８    ストッパ当板
８９    給排気弁
９０    連結装置
９１    枕ハリ
９２    連結装置受け
９５    空気ばね変位抑制装置
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗客等が乗車する車体と、
前記車体を弾性支持する空気ばねを備えた台車と、
前記空気ばねの前後方向の剛性を制御する空気ばね変位抑制装置と、
前記車体と前記台車とからなる鉄道車両の進行方向を検知して前記空気ばね変位抑制装置を制御する制御装置と、を備え、
前記空気ばね変位抑制装置は、
前記空気ばねを挟む態様で、前記車体の前後方向に沿って対向して配置されており、
前記空気ばねのダイアフラムに当接する当板と、
前記当板に接続されるとともに、前記ダイアフラムと前記当板との間隔を調整するアクチュエータと、
から構成されていること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
乗客等が乗車する車体と、
前記車体を弾性支持する空気ばねを備えた台車と、
前記空気ばねの前後方向の剛性を制御する空気ばね変位抑制装置と、
前記車体と前記台車とからなる鉄道車両の進行方向を検知して前記空気ばね変位抑制装置を制御する制御装置と、を備え、
前記空気ばね変位抑制装置は、
前記空気ばねを構成する積層ゴムの内部に備えられるとともに先端部にストッパを有するアクチュエータと、
前記積層ゴムの上部に備えられ、且つ、前記ストッパが係合される開口部を有する当板と、
から構成されること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載される鉄道車両は、
前記車体の長手方向の両端部を前記台車によって支持されるボギー車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項２に記載される鉄道車両は、
前記台車は２点の前記空気ばねを備えており、
一方の前記車体の端部が他方の前記車体の端部の上部に載置されるとともに、
前記他方の前記車体の前記端部が前記台車の前記空気ばねの上部に載置される２点支持式連接車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項２に記載される鉄道車両は、
前記台車は４点の前記空気ばねを備えており、
一方の前記車体の端部が２点の前記空気ばねの上に載置されるとともに、他方の前記車体の端部が２点の前記空気ばねの上に載置される４点支持式連接車両であること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
車両の進行方向を検知し、
前記車両を支持する台車に備えられる空気ばねの前後剛性を制御すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の鉄道車両は、乗客等が乗車する車体と、前記車体を弾性支持する空気ばねを備えた台車と、前記空気ばねの前後方向の剛性を制御する空気ばね変位抑制装置と、前記車体と前記台車とからなる鉄道車両の進行方向を検知して前記空気ばね変位抑制装置を制御する制御装置とを備え、さらに、前記空気ばね変位抑制装置は、前記空気ばねを挟む態様で、前記車体の前後方向に沿って対向して配置されており、前記空気ばねのダイアフラムに当接する当板と、前記当板に接続されるとともに、前記ダイアフラムと前記当板との間隔を調整するアクチュエータと、から構成されていること、又は、前記空気ばね変位抑制装置は、前記空気ばねを構成する積層ゴムの内部に備えられるとともに先端部にストッパを有するアクチュエータと、前記積層ゴムの上部に備えられ、且つ、前記ストッパが係合される開口部を有する当板と、から構成されることを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両の横圧低減方法は、車両の進行方向を検知し、前記車両を支持する台車に備えられる空気ばねの前後剛性を制御することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
図１３は、２点空気ばね支持方式の連接台車２と車体１を示す平面図である。２点空気ばね支持方式では、一方の車体１ａの台枠から他方の車体１ｂに向けて延伸する枕梁９１の幅方向の両端部が、連接台車２に備えられる１対の空気ばね６の上に載置されている。そして、この枕梁９１の幅方向（枕木方向）の中央部に、他方の車体１ｂの台枠から一方の車体１ａに向けて延伸する態様で備えられる連結装置９０が連結されている。
つまり、車体１ａの枕梁９１の上部に、車体１ｂの連結装置９０が載置される態様で連結されるとともに、連結部を構成する車体１ａの枕梁９１の下面が、連接台車２に備えられる空気ばね６によって弾性支持されている。
【国際調査報告】
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