(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸軸受を収めた軸箱と台車枠との間にアクチュエータを設け、鉄道軌道の曲線区間において車体を曲線の内側に傾斜させるために、上記アクチュエータによって台車枠を意図的に傾斜させる鉄道車両用車体傾斜装置付き台車であって、
上記軸箱上に軸バネを載置し、該軸バネと台車枠との間に上記アクチュエータを配置し、
上記軸バネがコイルスプリングであり、該コイルスプリング内の空間を利用して上記アクチュエータを配置したことを特徴とする鉄道車両用車体傾斜装置付き台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道軌道の曲線区間において車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜装置を備えた台車に関する。特には、装置構成を簡略化させ、低コストで乗り心地の向上に効果のある車体傾斜を実現できる鉄道車両用車体傾斜装置付き台車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道の軌道のカーブを車両が走行する際に、車体（中の旅客含む）にかかる遠心力と重力の合力が車体床面に垂直に働くようにして乗客が遠心力を感じない方向に車体を傾斜させる振子台車が、ＪＲなどの高速鉄道車両用として多用されるようになっている。このような振子台車では、急カーブの軌道を高速走行する際の旅客の乗り心地を改善でき、かつ車両のスピードアップができる。
【０００３】
上述の振子台車では、台車枠と車体の間に、台車上で車体を支持する振子梁と、この振子梁を左右（軌道幅方向）に揺動する機構（例えば、コロ装置やベアリングガイド、リンク装置）を設け、この振子梁をサーボシリンダーで、軌道の傾斜や車両の速度に応じた任意の角だけ傾ける（特開平８−２６８２７５号参照）。
しかし、この振子台車は、車体傾斜機構が複雑になり、最適の車体傾斜角に制御するためのサーボアクチュエータや制御システムも必要である。そのため、車両製作コストが大幅に高くなる。
【０００４】
一方、台車枠と車体との間に緩衝のために設けられる枕バネ（空気バネ）に直列に車体傾斜用アクチュエータを装備した台車も存在する（ＪＲ東海３００×系台車）。すなわち、台車枠の上に上下動するアクチュエータを配置し、そのアクチュエータの上に枕バネを配置し、さらにその上に車体を乗せるのである。この台車では振子梁や揺動機能のような構造体は不要である。しかし、枕バネにかかる水平方向荷重を受けながら、垂直に上下させる機構がアクチュエータの他に必要となって、枕バネと台車枠の間の昇降機構が複雑で大きなものとなる。また、これを構成するために台車枠に屈曲部を設けたり、車体に特別な凹部を設けなければならないという問題点が生じる。
【０００５】
さらに、特開平３−１７６２６５号には、台車枠と軸箱体との間に介在するアクチュエータを有する軸重移動防止装置が提案されている。しかし、この装置は、台車の駆動力の変化に対した軸重移動を防止することを目的としたもので、車体傾斜や振動抑制を行うものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、鉄道軌道の曲線区間において車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜装置を備えた台車であって、装置構成を簡略化させ低コストで乗り心地の向上に効果のある車体傾斜を実現できる鉄道車両用車体傾斜装置付き台車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の鉄道車両用車体傾斜装置付き台車は、 車軸軸受を収めた軸箱と台車枠との間にアクチュエータを設け、鉄道軌道の曲線区間において車体を曲線の内側に傾斜させるために、上記アクチュエータによって台車枠を意図的に傾斜させる鉄道車両用車体傾斜装置付き台車であって、  上記軸箱上に軸バネを載置し、該軸バネと台車枠との間に上記アクチュエータを配置し、  上記軸バネがコイルスプリングであり、該コイルスプリング内の空間を利用して上記アクチュエータを配置したことを特徴とする。
【０００８】
車軸は左右（線路幅方向）の車輪をつなぐ軸であり、両端には、軸受を介して軸箱が取り付けられている。軸箱上には、通常、軸バネを介して台車枠の側梁が乗っている。軸バネは、車輪及び車軸にかかる高周波振動を吸収して台車枠に伝えないように遮断する。一台の台車は、通常前後（線路長手方向）２組の輪軸組立体の上に搭載される。台車上には、枕バネと呼ばれる空気バネを介して車体が乗っている。
【０００９】
本発明では、車軸軸受を収めた軸箱と台車枠との間にアクチュエータを設け、軸箱と台車枠との間隔を左右の軸箱で変えて、線路踏面に対する台車枠の高さを左右で変え、台車枠さらには車体を傾斜させる。
このような構成作用により、振子梁を装備することなく、単純化・軽量化した車体傾斜装置付き台車の制作が可能となる。また、アクチュエータを軸箱と台車枠間に取り付けるだけで車体傾斜が可能となるので（油圧装置や制御ユニットは要）、既存の非車体傾斜台車を車体傾斜台車に改造することも可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、上記軸箱上に軸バネを載置し、該軸バネと台車枠との間に上記アクチュエータを配置することが好ましい。上述のように軸バネは車輪軸にかかる高周波振動を吸収するので、軸バネより台車枠側では振動の加速度が１桁程度低くなる。そこで、アクチュエータを軸バネと台車枠との間に配置してアクチュエータにかかる振動加速度を低減し、故障を未然に防止するとともにアクチュエータの構造が華奢なものでも耐久性を持たせることができる。
【００１１】
本発明においては、上記軸バネがコイルスプリングであり、該コイルスプリング内の空間を利用して上記アクチュエータを配置することが好ましい。
車体傾斜用アクチュエータを装備するために車体が高くなったり、車体に特別な凹部を設けなければならないようでは、車両の安定性を損ね、また車体価格の上昇を招いて好ましくない。さらに、最近の鉄道車両用台車の足回りには様々な装置が取り付けられており、あまり遊びのスペースもない。さらに、既存の車両を改造する場合には、アクチュエータの取り付け場所への制限条件がより厳しい。そこで、いわば遊びスペースとも言える軸バネ（コイルスプリング）の中空部にアクチュエータの一部又は大部分を収めてやることで、アクチュエータを回りの装置にあまり影響を与えずに装備することができる。
【００１２】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の１実施例に係る鉄道車両用車体傾斜装置付き台車の一部断面正面図である。
図２は、図１の台車の一部断面側面図である。
図中には、軌道の踏面５上にのった台車１が示されている。
【００１３】
この台車１は、左右・前後の４個の車輪を有する。左右の車輪１１は、車軸１３に固定されている。車軸１３の両端部は車輪１１の側方に突出するように延びている。該両端部には、左右の軸箱１５中に収められている軸受（不図示）が取り付けられている。軸受は、軸箱１５内に収められている。軸箱１５の上面には、軸バネ１７が置かれている。この軸バネ１７はコイルスプリングである。
【００１４】
軸バネ１７の中空部及び上部にかけて車体傾斜用アクチュエータ１９が存在する。このアクチュエータ１９は、油圧アクチュエータであり、プランジャー１９ｂとシリンダー１９ｄを主要部品として構成されている。シリンダー１９ｄの外形は有底筒状である。さらに、内部には、底の中央部から上方に突出する芯部１９ｇが立設されている。同部１９ｇの中央にはバネ殺しボルトを通すための穴（図示されず）を設けてある。シリンダー１９ｄの側壁と芯部の間には、加圧作動油が、ホース１９ｆ、通路１９ｅ（プランジャー１９ｂ中）を通って供給される。なお、油圧を発生・制御する油圧ユニットは図示が省略されている。シリンダー１９ｄの上端には、外側に張り出すシリンダーフランジ１９ｃが形成されている。このシリンダーフランジ１９ｃは、軸バネ１７の上端面上に載置されている。したがって、アクチュエータ１９は、軸バネ１７の伸縮に応じて上下する。
【００１５】
アクチュエータ１９のプランジャー１９ｂは中空の筒状である。同プランジャー１９ｂは、シリンダー１９ｄの中で芯部１９ｇの外に嵌合しており、シリンダー１９ｄ内の圧力油の量に応じて上下に摺動する。プランジャー１９ｂの上部には、プランジャーフランジ１９ａが外側に突出するように設けられている。このプランジャーフランジ１９ａ上には、台車側梁２３の前後端部２１（丈夫な板、図２参照）が乗る。なお、プランジャー１９ｂの頂部は、同端部２１の穴の中に嵌合している。また、プランジャー１９ｂ内には油通路１９ｅが上下に貫通して設けられている。同通路１９ｅの上端にはホール接続用のニップルが取り付けられている。
【００１６】
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このように、現在使用されている軸バネの中空部に収まる程度の寸法の油圧アクチュエータで、十分に車体の傾斜を実現することができる。
【００１７】
軸箱１５と台車枠側梁２３との間は、図２に示されているように、軸箱支持装置３１で連結されている。同軸箱支持装置３１は、側梁２３の下面に突出した回転支点３１ａとアーム（軸はり）３１ｂとから構成される。アーム３１ｂは支点３１ａを中心として上下に回動可能である。またアーム３１ｂと支点３１ａ間にはゴムのような緩衝部材が挟まれている。アーム３１ｂの反支点３１ａ側は軸箱１５と連結されている。軸バネ１７の伸縮及びアクチュエータ１９の伸縮（合計最大７０mm程度）により軸箱１５と台車枠側梁２３との間の間隔が変わるのに合わせて、アーム３１ｂは回動する。なお、本実施例では、アクチュエータがのび切った状態で軸はり３１ｂが水平になり、軸距が最長になるようにしてある。したがって、曲線でアクチュエータがのびると外軌側軸距ものびて、車軸が台車枠に対して操舵されるようになっている。
【００１８】
側梁端部２１の下には、強度部材を兼ねるバネカバー１８がスカート状に垂下している。同端部２１及びカバー１８（両者合わせてバネ帽という）は、側梁２３（本体）に強固に溶接固定されている。側梁２３は、車両の前後方向に延びている。側梁２３の中央部はやや下に下がっている。側梁２３の中央部には、左右の側梁２３をつなぐ横梁２５が強固に溶接取り付けされている。
【００１９】
横梁２５の左右両端は側梁２３よりも外側に出ており、端部の上には枕バネ２７が設置されている。枕バネ２７は、空気バネであり、その上に車体３が載置される。
また、横梁２５の中央部には、図１に示すように、牽引装置４１が設置されている。この牽引装置４１の上部には、中心ピン４３が突設されている。このピン４３は、車体３の下面の凹部に入り込む。台車の駆動力（及び制動力）は、牽引装置４１、中心ピン４３を介して車体に伝達される。牽引装置４１と横梁２５の間に、ヨーダンパー４５が設けられており、車体のヨー運動（中心ピン４３回りの振動）を抑制している。
なお、これらの枕バネ２７、牽引装置４１及びヨーダンパー４５は車体傾斜装置を有しない通常の台車用と同じものである。
【００２０】
本実施例の車体傾斜装置の全体的な作用を説明する。
車両が曲線区間にさしかかると、予め与えられている軌道情報又は何らかのセンサによって、該曲線の曲率が車体傾斜のコントロール装置に与えられる。また、車両の速度の情報も与えられる。両情報から必要な傾斜量、傾斜方向を算出し、左右のアクチュエータのストロークを決定する。そして、左右いずれかのアクチュエータに必要量の作動油を送り込んでプランジャーを突出させ、台車枠及び車体を傾斜させる。なお、プランジャーの突出量を直接検出するセンサを設けておくこともできる。車両が曲線区間から抜ける際には、アクチュエータの油を抜いてアクチュエータを一番下まで下げれば傾斜は元に戻る。
【００２１】
上述の実施例では、油圧アクチュエータとしたが、その替わりに空気圧アクチュエータや電動アクチュエータを用いることもできる。また、アクチュエータが縮みきった状態を定位として油の漏出などに対するフェイルセイフを図っているが、アクチュエータのストロークの中立点を定位とした封じ切りの油圧回路として、油圧系の負荷を軽減し、油圧装置などを簡略化することもできる。
【００２２】
さらに、軸バネと並列にアクチュエータを取り付け、あるいは軸バネそのものをアクチュエータとおきかえ、各アクチュエータをアクティブ振動制御することもできる。その場合、台車枠の上下、ローリング及びピッチング方向の振動を積極的に打ち消すいわゆるアクティブサスペンションを行うことができる。
また、特開昭６２−１６３８５５号に提案されている輪軸を左右に分割して独立に各車輪、車軸を支持する方式の「鉄道車両用台車」においては、車輪のロール方向の傾斜を抑止、もしくは傾斜角を制御して踏面勾配を可変とした「鉄道車両用台車」とすることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、軸箱と台車枠との間にアクチュエータを設け、軸箱と台車枠との間隔を左右の軸箱で変えて、線路踏面に対する台車枠の高さを左右で変え、台車枠さらには車体を傾斜させることとしたので、振子梁を装備することなく、単純化・軽量化した車体傾斜装置付き台車の制作が可能となる。また、アクチュエータを軸箱と台車枠間に取り付けるだけで車体傾斜が可能となるので既存の非車体傾斜台車を車体傾斜台車に改造することも可能である。また、台車枠から傾斜させるので枕バネに遠心力がかからず、車体の左右動ストッパ当りによる乗心地悪化を防止できるという利点がある。
【００２４】
また、軸箱上に軸バネを載置し、該軸バネと台車枠との間にアクチュエータを配置した場合には、アクチュエータにかかる振動加速度を低減し、故障を未然に防止するとともにアクチュエータの構造が華奢なものでも耐久性を持たせることができる。
さらに、軸バネがコイルスプリングであり、その内側の空間を利用してアクチュエータを配置した場合には、アクチュエータを回りの装置にあまり影響を与えずに装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る鉄道車両用車体傾斜装置付き台車の一部断面正面図である。
【図２】図１の台車の一部断面側面図である。
【符号の説明】
１  台車                          ３  車体
５  レール面                    １１  車輪
１３  車軸                        １５  軸箱
１７  軸バネ
１８  カバー                      １９  アクチュエータ
１９ａ  プランジャーフランジ      １９ｂ  プランジャー
１９ｃ  シリンダーフランジ        １９ｄ  シリンダー
１９ｅ  油通路                    １９ｆ  油圧ホース
１９ｇ  芯部      ２１  台車枠端部        ２３  台車枠側梁
２５  台車枠横梁                  ２７  枕バネ
３１  軸箱支持装置                ４１  牽引装置
【図１】
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【図２】
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