(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車の左右の側梁上にそれぞれ配置された空気ばねを介して車体下面の左右を支持した鉄道車両において、前記左右の側梁上にネジ方向を同一にして水平方向に回転可能にそれぞれ設けられる左右のナット部材と、該左右のナット部材にそれぞれ螺合して前記左右の空気ばねをそれぞれ支持する左右のボルト部材と、前記左右のナット部材をそれぞれ回転する電動駆動源と、該電動駆動源と前記左右のナット部材とにそれぞれギア結合されて、左右のナット部材同士を同一量互いに逆回転させる動力伝達機構とで構成されていることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
【請求項２】
台車の左右の側梁上にそれぞれ配置された空気ばねを介して車体下面の左右を支持した鉄道車両において、前記左右の側梁上にネジ方向を同一にして水平方向に回転可能にそれぞれ設けられる左右のボルト部材と、該左右のボルト部材にそれぞれ螺合して前記左右の空気ばねをそれぞれ支持する左右のナット部材と、前記左右のボルト部材をそれぞれ回転する電動駆動源と、該電動駆動源と前記左右のボルト部材とにそれぞれギア結合されて、左右のボルト部材同士を同一量互いに逆回転させる動力伝達機構とで構成されていることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
【請求項３】
前記空気ばねと前記ボルト部材又はナット部材との間に梁部材を介在させたことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両の車体傾斜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が曲線軌道を乗り心地を損なわずに高速走行するために、車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
曲線軌道での車両速度、曲率半径、カント量に適合した傾斜を車体に強制的に与える車体傾斜装置として、例えば、特開平７−１２５６３４号公報に示されるように、台車枠側梁の外側にそれぞれ油圧シリンダを配設し、いずれか一方の油圧シリンダを伸長することによって車体を傾斜させる車体傾斜装置や、特開平６−２７８６０４号公報に示されるように、左右の空気ばね下にそれぞれ配設した油圧シリンダを連通し、一方の油圧シリンダが伸長すると他方の油圧シリンダが縮小するように油圧回路を構成した車体傾斜装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の構成では、油圧ポンプや油圧配管を含めた油圧システムと油圧制御の電気システムを構築するため、重量やコスト面で不利である。また、油圧システムは、油圧が上昇するまでのタイムラグがあるので、車体傾斜制御の遅れが懸念される。さらに、メンテナンス面でも煩わしさがある。
【０００４】
そこで本発明は、電気システムで作動し、油圧システムに比較して、重量が軽く、コストも安く、正確な位置制御及び応答の速い制御が可能で、メンテナンスも容易な鉄道車両の車体傾斜装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の車体傾斜装置は、台車の左右の側梁上にそれぞれ配置された空気ばねを介して車体下面の左右を支持した鉄道車両において、第１の構成として、前記左右の側梁上にネジ方向を同一にして水平方向に回転可能にそれぞれ設けられる左右のナット部材と、該左右のナット部材にそれぞれ螺合して前記左右の空気ばねをそれぞれ支持する左右のボルト部材と、前記左右のナット部材をそれぞれ回転する電動駆動源と、該電動駆動源と前記左右のナット部材とにそれぞれギア結合されて、左右のナット部材同士を同一量互いに逆回転させる動力伝達機構とで構成されていることを特徴とし、第２の構成として、前記左右の側梁上にネジ方向を同一にして水平方向に回転可能にそれぞれ設けられる左右のボルト部材と、該左右のボルト部材にそれぞれ螺合して前記左右の空気ばねをそれぞれ支持する左右のナット部材と、前記左右のボルト部材をそれぞれ回転する電動駆動源と、該電動駆動源と前記左右のボルト部材とにそれぞれギア結合されて、左右のボルト部材同士を同一量互いに逆回転させる動力伝達機構とで構成されていることを特徴としている。また、前記空気ばねと前記ボルト部材又はナット部材との間に梁部材を介在させることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態例に基づいて、さらに詳細に説明する。図１乃至図６は本発明の第１実施形態例を示すもので、台車１は、左右の側梁２，２と、両側梁２，２を繋ぐ横梁３，３とにより台車枠４を形成し、該台車枠４に一対の輪軸５，５を設け、両側梁２，２上にそれぞれ配置された空気ばね６，６を介して車体７の床下面を支持しており、車体７の中心ピン８と台車１の一方の横梁３との間を牽引ロッド９で結合して牽引力を伝達している。
【０００７】
この台車１には、車体傾斜装置１０が設けられている。該車体傾斜装置１０は、台車１の両側梁２，２上にそれぞれ水平方向に回転可能に設けられるネジ方向同一のボールネジのナット部材１１，１１と、横梁３に搭載されて両ナット部材１１，１１を回転する電動駆動源としてのサーボモータ１２と、該サーボモータ１２と前記両ナット部材１１，１１とにギア結合されて両ナット部材１１，１１を同一量逆回転する動力伝達機構１３と、前記ナット部材１１，１１に螺合して前記空気ばね６，６の下面中央をそれぞれ支持するボルト部材１４，１４とで構成されている。
【０００８】
前記ナット部材１１，１１は、側梁２，２上に例えばクロスローラベアリング等の軸受１５，１５を介してそれぞれ水平方向に回転可能に設けた台座１６，１６に固設されている。前記電動サーボモータ１２は、ブレーキとエンコーダを装備している。前記動力伝達機構１３は、両台座１６の外周に形成されたべべルギア１７と、台車１の幅方向に配置されて回転可能に設けられたシャフト１８と、該シャフト１８両端に設けられて、前記両べべルギア１７，１７にそれぞれ噛合うべべルギア１９，１９と、前記電動サーボモータ１２の出力軸１２ａのギア２０と噛合うシャフト１８のギア２１とで構成されている。なお、シャフト１８は、両べべルギア１７，１７間に連続する１本物だけでなく、分割して軸継手を介して連結されたものでもよい。
【０００９】
また、前記横梁３，３には、中心ピン８の両側にブラケット２２，２２が設けられ、各ブラケット２２に左右動ストッパ２３がそれぞれ固設されるとともに、各ブラケット２２と前記空気ばね６との間に、空気ばね６の捩じれを規制するリンク２４がそれぞれ設けられている。
【００１０】
このように構成された車体傾斜装置１０は、図１に示される静止状態では、シャフト１８に捩じれトルクが発生して垂直荷重を受け持ち、ボルト部材１４，１４の回転を規制している。そして、サーボモータ１２を駆動してシャフト１８を回転させると、それぞれべべルギア１７，１９を介してギア結合されたナット部材１１，１１が同一量逆回転し、図３に示されるように、一方のボルト部材１４が上昇、他方のボルト部材１４が下降するので、車体７を傾斜させることができる。なお、シャフト１８が捩じれトルクにより垂直荷重を受け持つことにより、サーボモータ１２としては、車体左右荷重と車体傾斜に必要なトルクを有すれば良いから、サーボモータ１２が左右独立に空気ばね力を受け持った場合に比較してかなり小さなものとすることができる。また、制御フェールの場合も、車体７が傾斜することはあっても落下することはない。
【００１１】
この構成により、電気システムで車体７を傾斜させることができ、油圧システムに比較して、重量が軽く、設置スペースも小さく、コストも安く、正確な位置制御及び応答の速い制御が可能で、メンテナンスも容易である。また、シャフト１８に負荷されるトルクが小さいので、シャフト１８の軸径を細くできる。
【００１２】
図７乃至図１２は本発明の第２実施形態例を示すもので、以下の実施形態例において前記第１実施形態例と同一要素のものには同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態例は、例えば連接台車を構成する場合や、空気ばね６が車体７の床面より高い位置に入り込む構成が可能な場合に好適なもので、側梁２上の台座１６にボルト部材１４を固設し、該ボルト部材１４に螺合するナット部材１１を円筒体２５の下部に固設して、円筒体２５にて空気ばね６を支持している。側梁２には、円筒体２５をボールスプライン係合により上下方向に移動可能に支持する支持筒２６がボルト部材１４の周囲に設けられている。
【００１３】
また、左右動ストッパ２３，２３が車体１の傾斜に連動して台車１の幅方向に移動可能に設けられている。すなわち、一方の左右動ストッパ２３は、頭部２３ａと軸部２３ｂとを有し、軸部２３ｂをブラケット２２の支持孔に挿入して台車１の幅方向に移動可能に設けられている。他方の左右動ストッパ２３は、頭部２３ａとボールネジのボルト部材２３ｃからなる軸部とを有している。この左右動ストッパ２３を支持するブラケット２２には、前記ボルト部材２３ｃが螺合するナット部材２７を回転可能に備えたボックス２８が設けられ、ナット部材２７に固設されたギア２９とシャフト１８に設けられたギア３０とが噛合っている。そして、一方の左右動ストッパ２３と他方の左右動ストッパ２３とは、中心ピン８を囲む枠体３１で連結されている。
【００１４】
この構成により、前記第１実施形態例と同様の効果に加えて、車体傾斜中心を高くすることができ、車体重心が傾斜中心に近くなれば制御力を小さくできる。さらに、車体傾斜中心を車体重心よりも上方に位置させることが可能となり、制御がフェールした場合に、サーボモータ１２を解放することによって自然振子とすることができる。また、車体傾斜中心が高い位置になることによって、車体７の傾斜に伴う中心ピン８の振れ幅が大きくなり、これに対応するために、左右動ストッパ２３，２３の間隔を広くすると、制御フェールにより車体７が反対の方向に傾斜した場合には、左右動ストッパ２３，２３で車体７の移動を止めるまでに、車体重心の外軌側への移動量が大きくなり、内軌側の輪重抜けに対して不利であるが、上述のように、左右動ストッパ２３，２３を車体１の傾斜に連動して台車１の幅方向に移動可能とすることにより、左右動ストッパ２３，２３の間隔を広くすることなく中心ピン８の傾斜に対応できる。
【００１５】
図１３乃至図１６は本発明の第３実施形態例を示すもので、本実施形態例は、前記第１実施形態例と同様に、ナット部材１１，１１の回転でボルト部材１４，１４を昇降させる構成で、前記空気ばね６，６と前記ボルト部材１４，１４との間に梁部材３２，３２を介在させている。該梁部材３２，３２は、前記横梁３，３の中央部に設けられたブラケット３３，３３にそれぞれ基端部をピン結合により上下方向に回動可能に支持されている。前記ボルト部材１４，１４は、押上ロッド３４，３４の挿入穴を上面に開口して形成しており、該押上ロッド３４，３４にて梁部材３２，３２を支持している。
【００１６】
各押上ロッド３４の下端と挿入穴１４ａ底部との間には、摺動抵抗の少ない受け座３５が、各押上ロッド３４の上端と梁部材３２下面との間には、摺動抵抗の少ない受け座３６がそれぞれ設けられている。各押上ロッド３４は、上下の両端を車体幅方向に円弧状にした凸面に形成し、受け座３５，３６は、押上ロッド３４との当接面を車体幅方向に円弧状にした凹面にそれぞれ形成しており、傾斜時に、押上ロッド３４上部と梁部材３２との間に発生する相対回転変位及び相対左右変位を、押上ロッド３４と受け座３５，３６との摺動で逃がすようにしている。なお、押上ロッド３４の上下の両端を球状凸面に、受け座３５，３６を球状凹面にそれぞれ形成してもよい。なお、球状凸面に形成した場合は、ボルト部材１４の台車枠４に対する回転止めが必要である。
【００１７】
この構成により、ボルト部材１４，１４の位置が空気ばね６，６の下面中央に一致する場合や一致しない場合でも、車体７を傾斜させることができる。また、空気ばね６，６の車体前後及び左右方向の荷重は梁部材３２，３２で受けるので、ボルト部材１４，１４に係る水平方向の荷重が少なく、ボルト部材１４への荷重の作用点は、押上ロッド３４と受け座３５の摺動になるので、曲げモーメントの点で有利である。さらに、図１５に示されるように、車体傾斜時に、空気ばね６，６の上面板と下面板とが略平行であるので、空気ばね６，６のパンク時に対して、従来どうり広い面で受けられる。また、押上ロッド３４を用いずに、ボルト部材１４の上端面を凸面に形成し、梁部材３２，３２のブラケット３３，３３との結合のピン孔を長穴又はゴムブッシュとして、車体傾斜時の相対左右変位を逃すようにしてもよい。なお、図１７に示されるように、梁部材３２，３２を左右一体で形成し、ブラケット３３，３３に各１本のピンで結合してもよく、この場合は、ピンに上下荷重が作用しないようにピン孔を上下に長穴にしてもよいし、また、ピンの面圧を下げるためアダプタを設けても良い。
【００１８】
図１８乃至図２０は本発明の第４実施形態例を示すもので、本実施形態例は、前記第３実施形態例の構成に加えて、台車１の左右の側梁２，２と梁部材３２，３２との間に補助空気ばね３７，３７を設け、両補助空気ばね３７，３７を配管３８で連結し、該配管３８に、両補助空気ばね３７，３７を連通状態と遮断状態にする制御弁３９を設けている。なお、両補助空気ばね３７，３７は、前記空気ばね６に使用する圧力空気を空気源として利用している。
【００１９】
これにより、通常時は、制御弁３９を連通状態にして両補助空気ばね３７，３７に圧力空気を充填することによって、ナット部材１１，１１及びボルト部材１４，１４が受け持つ荷重の一部を負担し、ナット部材１１，１１及びボルト部材１４，１４の耐久性を向上させることができる。なお、両補助空気ばね３７，３７が連通状態にあるから、車体傾斜時には、一方の補助空気ばね３７から他方の補助空気ばね３７へ圧力空気が移動するので、サーボモータ１２の容量に影響を与えることはない。
【００２０】
また、制御がフェールして車体７が傾斜した状態では、制御弁３９を電気信号等によって遮断状態にし、両補助空気ばね３７，３７の高さを別々に調整することにより、車体７を中立状態に復帰させることができる。
【００２１】
図２１は本発明の第５実施形態例を示すもので、本実施形態例は、電動サーボモータ１２の出力軸１２ａのギア２０を一方の台座１６のべべルギア１７に噛合させ、該べべルギア１７から他方の台座１６のべべルギア１７にシャフト１８を介して回転を伝達するものである。
【００２２】
図２２は本発明の第６実施形態例を示すもので、本実施形態例は、ナット部材１１，１１とボルト部材１４，１４と台形ネジとしたもので、これ以外の構成は前記第１実施形態例と同様である。
【００２３】
図２３乃至図２６は、前記動力伝達機構１３の変形例を示すもので、図２３は、両台座１６の外周にハイポイドギア４０を形成してシャフト１８のべべルギア１９と噛合させたもの、図２４及び図２５は、両台座１６の外周に平歯車４１を形成し、該平歯車４１に噛合する小径の平歯車４２にべべルギア４３を設け、該べべルギア４３にシャフト１８のべべルギア１９を噛合させたもの、図２６は、両台座１６の外周に形成したウォームホイール４４にシャフト１８のウォーム４５を噛合させたものである。
【００２４】
図２７は、車体７の前後の台車１の車体傾斜装置１０と、登録実用新案第２５４７８６４号公報に示されるようなパンタグラフ可動装置を同期して作動させるものである。すなわち、一方の台車１のシャフト１８にギアボックス４６を設け、該ギアボックス４６にボールスプライン付ユニバーサルジョイントを備えたシャフト４７を設け、該シャフト４７のべべルギア４８にシャフト４９の一方のべべルギア５０を噛合させ、該シャフト４９の他方のべべルギア５１に他方の台車１の車体傾斜装置１０を同期作動するシャフト５２のべべルギア５３と、パンタグラフ可動装置を同期作動するシャフト５４のべべルギア５５とを噛合させたもので、一方の台車１と他方の台車１の車体傾斜装置１０とパンタグラフ可動装置を同期作動させる。これにより、制御装置がフェールし暴走した場合でも、パンタグラフが架線からはずれる事故や、前後の台車で反対方向に傾斜し、車両対角の輪重が抜けて脱線するような事故を確実に回避することができる。また、サーボモータ１２を各台車に搭載するのではなく、車体に１セット搭載し、シャフト４９又はシャフト５２乃至シャフト５４を回転駆動しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体傾斜装置は、台車の両側梁上に、ネジ方向同一のナット部材又はボルト部材のいずれか一方をそれぞれ水平方向に回転可能に設け、電動駆動源と両ナット部材又はボルト部材とにギア結合されて両ナット部材又はボルト部材を同一量逆回転する動力伝達機構を配設し、車体を支持する空気ばねを、両ナット部材又はボルト部材に螺合するボルト部材又はナット部材で支持し、電動駆動源により両側梁上のナット部材又はボルト部材を逆回転して、一方のボルト部材又はナット部材を上昇、他方のボルト部材又はナット部材を下降させるので、電気システムで車体を傾斜させることができ、油圧システムに比較して、重量が軽く、設置スペースも小さく、コストも安く、正確な位置制御及び応答の速い制御が可能で、メンテナンスも容易である。また、空気ばねとボルト部材又はナット部材との間に梁部材を介在させることにより、ボルト部材又はナット部材の位置が空気ばねの下面中央に一致する場合や一致しない場合でも、車体を傾斜させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態例を示す傾斜装置の断面図
【図２】  第１実施形態例の傾斜装置の平面図
【図３】  第１実施形態例の車体傾斜状態を示す断面図
【図４】  第１実施形態例の車体傾斜状態を示す一部拡大断面図
【図５】  第１実施形態例の動力伝達機構の平面図
【図６】  第１実施形態例の車体と台車の結合状態を示す側面図
【図７】  第２実施形態例を示す側面図
【図８】  第２実施形態例の傾斜装置の一部拡大断面図
【図９】  第２実施形態例の傾斜装置の平面図
【図１０】  第２実施形態例の傾斜装置の断面図
【図１１】  第２実施形態例の車体傾斜状態を示す断面図
【図１２】  図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図
【図１３】  第３実施形態例を示す断面図
【図１４】  第３実施形態例の傾斜装置の平面図
【図１５】  第３実施形態例の車体傾斜状態を示す断面図
【図１６】  第３実施形態例の車体と台車の結合状態を示す側面図
【図１７】  梁部材とブラケットとの結合の別の例を示す図
【図１８】  第４実施形態例を示す断面図
【図１９】  補助空気ばねの配管図
【図２０】  第４実施形態例を示す側面図
【図２１】  第５実施形態例を示す平面図
【図２２】  第６実施形態例を示す断面図
【図２３】  動力伝達機構の変形例を示す平面図
【図２４】  動力伝達機構の変形例を示す平面図
【図２５】  動力伝達機構の変形例を示す側面図
【図２６】  動力伝達機構の変形例を示す平面図
【図２７】  前後の台車の車体傾斜装置とパンタグラフ可動装置とを同期作動する動力伝達機構の平面図
【符号の説明】
１…台車、２…側梁、６…空気ばね、７…車体、１０…車体傾斜装置、１１…ナット部材、１２…サーボモータ、１３…動力伝達機構、１４…ボルト部材、１７，１９…ベベルギア、１８…シャフト
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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