(57)【要約】【課題】簡素な構成により台車の車体に対する相対旋回角に応じた旋回抵抗を付与する旋回抵抗装置を提供する。【解決手段】相対旋回可能な車体１０及び台車２０を有する鉄道車両１に設けられる旋回抵抗装置３０を、台車と車体との一方に設けられた接触子３１と、他方に設けられ接触子が当接するとともに、台車の相対旋回時に接触子が摺動する摺動面３２ａと、接触子を摺動面側に押圧する押圧手段３３とを備え、摺動面は、台車の車体に対する相対旋回角の増大に応じて押圧手段を圧縮する形状に形成される構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対旋回可能に連結された車体及び台車を有する鉄道車両に設けられ、前記台車の前記車体に対する相対旋回時に旋回抵抗を付与する鉄道車両用旋回抵抗装置であって、
前記台車と前記車体との一方に設けられた接触子と、
前記台車と前記車体との他方に設けられ、前記接触子が当接するとともに、前記台車の前記車体に対する相対旋回時に前記接触子が摺動する摺動面と、
前記接触子を前記摺動面側に押圧する押圧手段と、
を備え、
前記摺動面は、前記台車の前記車体に対する相対旋回角の増大に応じて前記押圧手段を圧縮する形状に形成されること
を特徴とする鉄道車両用旋回抵抗装置。
【請求項２】
前記押圧手段は軸方向に沿って伸縮可能なシリンダ機構を有し、
前記摺動面を鉛直方向から見た形状が、前記相対旋回角の増大に応じて前記シリンダ機構の軸方向における旋回中心軸からの距離が変化する曲線状に形成されること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用旋回抵抗装置。
【請求項３】
前記接触子を前記摺動面から離間した状態で保持する保持手段を備えること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用旋回抵抗装置。
【請求項４】
前記接触子が前記摺動面と接触する接触面を、前記摺動面のうち直進状態又は相対旋回角が小さいときに該接触子が当接する領域の曲率よりも該摺動面のうち前記相対旋回角が大きいときに該接触子が当接する領域の曲率に近い曲面に形成し、前記相対旋回角の増大に応じて前記接触面と前記摺動面との接触面積が増大するようにしたこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の鉄道車両用旋回抵抗装置。
【請求項５】
前記摺動面は鉛直方向から見た形状が楕円の一部を構成する曲線状に形成されること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の鉄道車両用旋回抵抗装置。
【請求項６】
前記摺動面は鉛直方向から見た形状が双曲線の一部を構成する曲線状に形成されること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の鉄道車両用旋回抵抗装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両において台車が車体に対して相対旋回する際に旋回抵抗を付与する旋回抵抗装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボギー式鉄道車両は、複数の輪軸を支持する台車を、車体に対して鉛直軸回りに旋回可能に装着して構成されている。このようなボギー式鉄道車両は、高速走行時等に台車ヨーイングによる蛇行動が発生する場合があり、これを防止するため、台車が車体に対して旋回する際に適度な旋回抵抗を与えることが求められる。旋回抵抗は、台車ヨーイングを防止する観点からは大きいほうが有利であるが、旋回抵抗が大きいと車両の曲線通過性能が低下してしまう。
【０００３】
従来の一般的な車両においては、台車の旋回中心に設けられた大口径の心皿や、車幅方向における両端部に設けられる側受けの摺動摩擦を利用して台車の旋回抵抗を与えている。しかし、この場合には乗客数の増減などに起因する車両の重量変化によって摩擦力が変化してしまう。
また、従来、車体と台車との一方に円周状接触面を設けるとともに、他方に円周状接触面に接触する接触子を設け、接触子の押付力を車両の走行速度に応じて制御することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−２１６８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両の曲線通過性能を損なうことなく、台車ヨーイングを防止するためには、台車の車体に対する相対旋回角が小さい領域では旋回抵抗を小さくし、相対旋回角の増大に伴い旋回抵抗を大きくすることが要求される。しかし、上述した従来技術においては、旋回抵抗は相対旋回角の大小に関わらずほぼ一定である。ここで、特許文献１記載の構成において、相対旋回角を検出し、この相対旋回角に応じて接触子の押付力を制御することも考えられるが、この場合装置の構成や制御が複雑となり、装置が高価となってしまう。
本発明は上述した問題に鑑みなされたものであって、簡素な構成により台車の車体に対する相対旋回角に応じた旋回抵抗を付与する旋回抵抗装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明の旋回抵抗装置は、相対旋回可能に連結された車体及び台車を有する鉄道車両に設けられ、前記台車の前記車体に対する相対旋回時に旋回抵抗を付与する鉄道車両用旋回抵抗装置であって、前記台車と前記車体との一方に設けられた接触子と、前記台車と前記車体との他方に設けられ、前記接触子が当接するとともに、前記台車の前記車体に対する相対旋回時に前記接触子が摺動する摺動面と、前記接触子を前記摺動面側に押圧する押圧手段とを備え、前記摺動面は、前記台車の前記車体に対する相対旋回角の増大に応じて前記押圧手段を圧縮する形状に形成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、台車の車体に対する相対旋回角の増大に応じて押圧手段が圧縮されることによって、接触子の摺動面に対する接触力が増大してこれらの間に作用する摩擦力が増大する。これによって、直進状態から相対旋回角が小さい状態では旋回抵抗を小さくして車両の曲線通過性能を確保することができる。一方、相対旋回角が大きい状態では、旋回抵抗が大きくなることから、台車ヨーイングの発生を防止することができる。また、このような効果は、例えば相対旋回角に応じた装置の制御が不要であることから、装置の構成を簡素化し、コストの増加を抑制することができる。
【０００７】
本発明において、前記押圧手段は軸方向に沿って伸縮可能なシリンダ機構を有し、前記摺動面を鉛直方向から見た形状が、前記相対旋回角の増大に応じて前記シリンダ機構の軸方向における旋回中心軸からの距離が変化する曲線状に形成される構成とすることができる。
【０００８】
また、本発明において、前記接触子を前記摺動面から離間した状態で保持する保持手段を備える構成とすることができる。
これによれば、例えば低速走行時のように高い旋回抵抗が要求されない場合には、接触子を摺動面から離間させて摩擦力を発生しない状態とし、車両の曲線通過性能を確保できる。
【０００９】
また、本発明において、前記接触子が前記摺動面と接触する接触面を、前記摺動面のうち直進状態又は相対旋回角が小さいときに該接触子が当接する領域の曲率よりも該摺動面のうち前記相対旋回角が大きいときに該接触子が当接する領域の曲率に近い曲面に形成し、前記相対旋回角の増大に応じて前記接触面と前記摺動面との接触面積が増大する構成とすることができる。
これによれば、相対旋回角の増大に応じて接触子の接触面と摺動面との接触面積が増大することによって得られる摩擦力が大きくなり、上述した相対旋回角の増大に応じた旋回抵抗の増加率を大きくすることができる。
【００１０】
また、本発明において、前記摺動面は鉛直方向から見た形状が楕円の一部を構成する曲線状に形成される構成とすることができる。
また、これに代えて、前記摺動面は鉛直方向から見た形状が双曲線の一部を構成する曲線状に形成される構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、車体及び台車の一方に設けた曲面状の摺動面に、他方に設けた接触子を押圧する押圧手段を設け、台車の車体に対する相対旋回時に摺動面が押圧手段を圧縮する構成とすることによって、簡素な構成により台車の車体に対する相対旋回角に応じた旋回抵抗を付与する旋回抵抗装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第１〜第４の実施の形態について説明する。なお、以下説明する各実施の形態において、進行方向とは軌道の延びた方向を示し、左右方向は水平面内で進行方向と直交する方向を示し、上下方向は鉛直方向を示すものとする。
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態の旋回抵抗装置が設けられる鉄道車両を、進行方向側から見た状態を示す模式図である。
本実施の形態において、鉄道車両１は、例えば、ボギー車である旅客輸送用の電車である。
鉄道車両１は、車体１０、台車２０、及び、旋回抵抗装置３０等を備えて構成されている。
図２は、旋回抵抗装置周辺部における模式的平面図である。
【００１３】
車体１０は、ほぼ六面体の箱状に形成されている。
台車２０は、車体１０に対して鉛直方向に沿った旋回中心軸回りに回動可能とされ、水平面内の回転自由度（ボギー角）が与えられる例えば２軸のボギー台車である。台車２０は、車体１０の床下に設けられ、車両の進行方向に離間して一対が配置されている。
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２等を有して構成されている。
台車枠２１は、台車２０を構成する主要な構造部材である。台車枠２１は、側梁２３及び横梁２４等を備えて構成されている。
側梁２３は、台車枠２１の左右にそれぞれ設けられ、前後に伸びて形成されている。
横梁２４は、左右の側梁２３の中央部間を連結して車幅方向に伸びて形成されている。
【００１４】
台車枠２１は、横梁２４の中央部において、図示しない心皿機構により車体に対して、鉛直軸回りに相対旋回可能に接続されている。また、横梁２４の両端部には、それぞれ図示しない側受けが設けられ、車体１０の重量を分散して受けるようになっている。
輪軸２２は、左右２枚の車輪等を車軸に圧入して組み立てた部品である。輪軸２２は、側梁２３に設けられた図示しない軸箱及び軸箱支持機構によって支持されている。
【００１５】
旋回抵抗装置３０は、台車２０の車体１０に対する相対旋回時に、相対旋回角（ボギー角）に応じた旋回抵抗を付与するものである。
旋回抵抗装置３０は、接触子３１、摺動面３２ａを有する押し当て受部３２、エアシリンダ３３等を備えて構成されている。
接触子３１は、台車２０側に設けられ、摺動面３２ａに対してエアシリンダ３３により押圧され、相対旋回時に摺動面３２ａと摺動して摩擦抵抗を発生する部材である。接触子３１は、車幅方向に離間するとともに、相互に対向して例えば１対が設けられている。接触子３１において、摺動面３２ａと当接する面部である接触面は、鉛直方向から見て円弧状となるような凸曲面に形成されている。この接触面は、台車２０の旋回中心軸側に面して配置されている。
【００１６】
摺動面３２ａは、車体１０の床下から突出して設けられた押し当て受部３２の摺動子３１に対向する側面に設けられている。押し当て受部３２は、台車２０の旋回中心軸とほぼ同じ位置に配置されている。摺動面３２ａは、左右の接触子３１のそれぞれに対向して、１面ずつ形成されている。これら左右の摺動面３２ａは、左右対称に形成されている。
摺動面３２ａは、鉛直方向から見た平面形が、左右方向を長軸とする楕円の一部となるような二次の凹曲面として形成されている。
【００１７】
エアシリンダ３３は、シリンダ部３４及びロッド部３５等を有して構成されている。シリンダ部３４は、図示しない空気溜めから図示しない制御弁を介して圧縮空気が供給される円筒状の部材である。ロッド部３５は、シリンダ部３４に挿入された図示しないピストンに接続され、ピストンに従動する軸状の部材である。
エアシリンダ３３は、その中心軸方向が輪軸２２の長手方向（左右方向）とほぼ一致させて配置されている。
エアシリンダ３３のシリンダ部３４側の端部は、台車２０の側梁２３の上部に固定されている。
エアシリンダ３３のロッド部３５の反シリンダ部３４側の端部には、接触子３１の反摺動面３２ａ側の部分が接続されている。
【００１８】
エアシリンダ３３は、圧縮空気の導入時においては、接触子３１を摺動面３２ａ側に付勢する空気バネ要素（本発明にいう押圧手段）として機能する。
また、エアシリンダ３３は、接触子３１を摺動面３２ａから離間する方向に退避させる空圧アクチュエータとしても機能する。
さらに、エアシリンダ３３は、接触子３１が摺動面３２ａから離間する状態となるように、ロッド部３５がシリンダ部３４側へ引き込まれた状態に保持する図示しないロック機構を備えている。
エアシリンダ３３は、図示しない制御装置によってシリンダ部３４内の空気圧を制御され、例えば鉄道車両１の低速走行時のように大きい旋回抵抗が必要ない状態においては、接触子３１を摺動面３２ａから離間させる。このとき、ロッド部３５はロック機構によって保持され、摺動子３１は摺動面３２ａから離間した状態となる。
【００１９】
以上説明した第１の実施の形態によれば、台車２０の車体１０に対する相対旋回角（ボギー角）が直進状態から増大するに応じて、摺動面３２ａが接触子３１を押すことによって、エアシリンダ３３のロッド部３５がシリンダ部３４側へ押し込まれる。これによって、空気バネ要素としてのエアシリンダ３３の付勢力が増大し、接触子３１の摺動面３２ａへの押圧力も増大する。これによって、接触子３１の接触面と摺動面３２ａとの間で生ずる摩擦力も大きくなるため、相対旋回角の増大に応じて旋回抵抗を増大することができる。
これによって、車両の曲線通過性能を損なうことなく台車ヨーイングの発生による蛇行道を抑制することができる。
また、低速走行時には接触子３１を摺動面３２ａから離間させることによって、低速走行時における小半径の曲線通過性能を確保できる。
さらに、接触子３１が空気バネとして機能するエアシリンダ３３によって支持されていることから、接触子３１に過大な力が作用した場合にはエアシリンダ３３が縮むことによって、接触子３１やロッド部３５に過大な応力が作用することを防止できる。
【００２０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第２の実施の形態について説明する。
なお、以下説明する各実施の形態において、従前の実施の形態と実質的に同様の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。
【００２１】
図３は、第２の実施の形態における旋回抵抗装置周辺部における模式的平面図である。
第２の実施の形態においては、摺動面３２ａを二次の凸曲面とするとともに、接触子３１の摺動面３２ａと当接する接触面を二次の凹曲面としている。
摺動面３２ａは、鉛直方向から見た平面形が、台車２０の旋回中心軸と交わり進行方向と平行な直線を長軸とし、左右方向に伸びた直線を短軸とする１つの楕円状に形成されている。すなわち、第２の実施の形態においては、押し当て受部３２は、鉛直方向から見た平面形が楕円状に形成され、摺動面３２ａはその全周にわたって設けられている。この楕円状に形成された摺動面３２ａの左右それぞれの車幅方向外側の面部は、左右の接触子３１とそれぞれ当接し摺動する。
【００２２】
図４は、台車の車体に対する相対旋回時における接触子と摺動面との接触面積の変化を示す模式図である。
第２の実施の形態においては、接触子３１が摺動面３２ａと接触する接触面３１ａを、摺動面３２ａのうち直進状態又は相対旋回角が小さいときに接触子３１が当接する領域の曲率よりも、摺動面３２ａのうち相対旋回角が大きいときに接触子３１が当接する領域の曲率に近い曲面に形成し、相対旋回角の増大に応じて接触子３１の接触面３１ａと摺動面３２ａとの接触面積が増大するようにしている。
図４において、摺動面３２ａに対して直進状態における相対位置にあるときのエアシリンダ３３を実線で示し、相対旋回時における相対位置にあるときのエアシリンダ３３を二点鎖線で示している。
【００２３】
接触子３１の接触面３１ａの曲率は、摺動面３２ａのうち、最大の旋回抵抗が要求される相対旋回角近傍において接触子３１が当接する領域の曲率とほぼ同じに設定されている。
このため、鉄道車両１の直進状態あるいは相対旋回角が小さい領域においては、接触子３１の接触面３１ａの曲率は摺動面３２ａの曲率よりも小さく、その結果接触子３１の接触面３１ａの中央部は摺動面３２ａとは当接しないことから、接触子３１と摺動面３２ａとの接触面積は小さく、これらの間で発生する摩擦力も小さい。
これに対し、相対旋回角が増大すると、接触面３１ａの曲率と摺動面３２ａの曲率とが近接することから、接触子３１と摺動面３２ａとの接触面積は大きくなって最終的には接触子３１の接触面３１ａのほぼ全面が接することとなり、摩擦力が増大する。
以上説明した第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果に加えて、相対旋回角の増大に応じて接触子３１と摺動面３２ａとの接触面積が増大することによって、相対旋回角の増大に応じた旋回抵抗の増大率を向上することができる。
【００２４】
＜第３の実施の形態＞
図５は、第３の実施の形態における旋回抵抗装置周辺部における模式的平面図である。
第３の実施の形態においては、接触子３１及びエアシリンダ３３を鉄道車両１の左右中央部に配置するとともに、その左右両側にそれぞれ摺動面３２ａを有する押し当て受部３２を配置している。
左右のエアシリンダ３３は、シリンダ部３４を背面合わせにして台車２０の旋回中心軸近傍に配置される。エアシリンダ３３の中心軸線は、左右方向に沿わせて配置されている。
ロッド部３５は、左右のシリンダ部３４からそれぞれ左右方向外側に突出して配置され、その先端部には接触子３１が固定されている。
【００２５】
左右の摺動面３２ａは、それぞれ鉛直方向から見た平面形が、進行方向と平行な長軸を有する楕円の一部となるような二次の凹曲面として形成されている。この楕円の短軸は、エアシリンダ３３の中心軸とほぼ一致させて配置されている。
以上説明した第３の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
＜第４の実施の形態＞
図６は、第４の実施の形態における旋回抵抗装置周辺部における模式的平面図である。
第４の実施の形態においては、第３の実施の形態と同様に、左右方向中央部に接触子３１及びエアシリンダ３３を設け、その両側に摺動面３２ａを配置している。
第３の実施の形態においては、左右の摺動面３２ａは、それぞれ鉛直方向から見た平面形が、進行方向と平行な長軸を有する楕円の一部となるような二次の凸曲面として形成されている。この楕円の短軸は、エアシリンダ３３の中心軸とほぼ一致させて配置されている。
以上説明した第４の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施の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、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
上述した各実施の形態では、接触子及び押圧手段を台車側に設け、摺動面を車体側に設けているが、本発明はこれに限らず、接触子及び押圧手段を車体側に設け、摺動面を台車側に設けてもよい。
また、上述した各実施の形態では、摺動面は鉛直方向から見た平面形が楕円の一部となるような曲線となるように形成されているが、本発明はこれに限らず、例えば摺動面を鉛直方向から見た平面形が双曲線や放物線の一部となるようにしてもよい。すなわち、相対旋回に応じて、接触子の移動方向（例えばシリンダの軸線方向）に沿った押圧手段基部（例えばシリンダ固定箇所）と摺動面との距離が変化し、押圧手段が圧縮されるような形状であれば本発明の効果を得ることができる。
また、上述した各実施の形態においては、台車は例えば心皿及び側受けを有するものであったが、これらに代えて牽引装置及び左右一対の空気ばねによって車体に接続されるボルスタレス台車を有する鉄道車両においても本発明を適用することができる。
また、上述した各実施の形態では、押圧手段は空気バネとしてのエアシリンダを備える構成であるが、本発明はこれに限らず、押圧手段として金属製などの固体バネを用いたり、固体バネと空気バネとを併用してもよい。
また、上述した各実施の形態では、旋回抵抗装置の接触子は摺動面に対して相対旋回角に関わらず接触しているか、あるいは離間しているが、本発明はこれに限らず、相対旋回角が小さい領域では接触子を摺動面から離間させ、相対旋回角が大きい領域では接触子を摺動面に接触させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第１の実施の形態が設けられる鉄道車両を進行方向側から見た模式図である。
【図２】図１の鉄道車両の旋回抵抗装置周辺部における模式的平面図である。
【図３】本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第２の実施の形態における模式的平面図である。
【図４】図３の旋回抵抗装置における相対旋回時の接触子と摺動面との接触面積の変化を示す模式図である。
【図５】本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第３の実施の形態における模式的平面図である。
【図６】本発明を適用した鉄道車両用旋回抵抗装置の第４の実施の形態における模式的平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    鉄道車両                １０    車体
２０    台車                    ２１    台車枠
２２    輪軸                    ２３    側梁
２４    横梁                    ３０    旋回抵抗装置
３１    接触子                  ３１ａ  接触面
３２    押し当て受部            ３２ａ    摺動面
３３    エアシリンダ            ３４    シリンダ部
３５    ロッド部
【図１】
2009173230.tif 000003
【図２】
2009173230.tif 000004
【図３】
2009173230.tif 000005
【図４】
2009173230.tif 000006
【図５】
2009173230.tif 000007
【図６】
2009173230.tif 000008