(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両進行方向に直交する面板部材が、鉛直方向に延びる支柱部材にて支持される空力ブレーキ板を備え、この空力ブレーキ板を車両進行方向に対して直交する鉛直面内において上昇させる高速鉄道車両用空力ブレーキ装置において、
前記面板部材は、前記支柱部材の前後に平行に設けられるとともに一定値以上の衝突荷重が作用したときに剪断破壊によって破損する強度とされ、
前記空力ブレーキ板の支柱部材は、少なくともそれの上側部分の前後が、走行風の流れ方向に対して傾斜する傾斜面によって断面三角形状の傾斜部とされていることを特徴とする高速鉄道車両用空力ブレーキ装置。
【請求項２】
前記前後の面板部材の間に、前記空力ブレーキ板を上昇させるためのシリンダが配設されている請求項１に記載の高速鉄道車両用空力ブレーキ装置。
【請求項３】
前記空力ブレーキ板の支柱部材は、複数本あり、それらが複数の水平板部で連結され、その水平板部に、前記シリンダを挿通する貫通口が設けられている請求項２に記載の高速鉄道車両用空力ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、進行方向に対して直交する鉛直面内において空力ブレーキ板を上昇させる高速鉄道車両用空力ブレーキ装置に関し、特に空力ブレーキ板の支柱部材の構造に関する。この空力ブレーキ装置は緊急用に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−２４８４５９号公報に記載されるように、鉄道車両の車体に取り付けられ走行風を受けてブレーキ力を発生する空力発生装置を備えた鉄道車両の空力ブレーキ装置において、前記空力発生装置を走行風に対する角度が可変な翼列式の複数の空力板で構成したものが知られている。この装置は、空力ブレーキ力を作用させないときには鉄道車両の進行方向、すなわち走行風に対して翼列式の複数の空力板の向きを走行風に対して平行にして走行風の抵抗を受けないようにし、空力ブレーキ力を作用させるときには、走行風に対して必要ブレーキ力に応じた角度を持たせ、走行風の抵抗を受けるようにするものである。
【０００３】
その空力ブレーキ装置は、進行方向に直交する回転軸を有し、その回転軸回りに空力板を所定角度だけ回転して、必要ブレーキ力を発生させるものであるため、進行方向の風圧に逆らって空力板を回転させる必要があり、ブレーキ力を発生させるのに大きな駆動力が必要とされる。また、そのように進行方向の風圧に逆らって回転させる構造であれば、空力板を回転させるための駆動力が直接風圧の影響を受け、空力板の回転停止位置で大きな衝撃力が発生することになる。
【０００４】
したがって、大きな駆動力を発生することができる油圧装置を用いて、空力板を回転させる必要があり、空力ブレーキ装置全体の重量が重くなり、油圧装置自体も複雑な機構となる。それに加えて、構体は、その反力を受けるために剛性を高くする必要があり、重量が重くなる。
【０００５】
そこで、出願人は、空力ブレーキ板を動作させる時に、風圧の影響をあまり受けることがない鉄道車両用の空力ブレーキ装置を開発し、別途に出願している。
【０００６】
すなわち、その空力ブレーキ装置は、図５および図６に示す磁気浮上式鉄道車両１のうち中間車両２に用いられるものであり、その中間車両２は、内部に座席３などが配設される一般部２Ａと、その一般部２Ａの前後に設けられ台車４が下側に配置される連接部２Ｂとを有するものである。
【０００７】
そのような中間車両２の一般部２Ａは、図７に示すように、フロアビーム（図示せず）によって支持される床板５によって内部が上下に仕切られる上下２段構造となっている。一方、連接部２Ｂは、図８に示すように、両側に超電導磁石６を備える台車４上に空気ばね７を介して支持され、隣り合う車両２，２間の移動のために貫通路８が形成された構造となっている。
【０００８】
そして、前記車体２の一方の連接部２Ｂに、本発明に係る鉄道車両用空力ブレーキ装置１１が配設され、その空力ブレーキ装置１１は、図９に示すように構成されている。
【０００９】
すなわち、図９に示すように、空力ブレーキ装置１１は、左右１組の空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒを備え、空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒを、車体２（連接部２Ｂ）内から外部上方に上昇させて制動力を発生させるものである。
【００１０】
左側の空力ブレーキ板１２Ｌは、車両の進行方向に対して直交する鉛直面内において平行に延びるリニアガイドレール１３Ｌａ，１３Ｌｂが車体２に取付固定されている。そのリニアガイドレール１３Ｌａ，１３Ｌｂのうち車体中央側に位置するリニアガイドレール１３Ｌａには２つのリニアガイドブロック１５Ｌａ，１５Ｌｂが摺動可能に係合し、車体外方側に位置するリニアガイドレール１３Ｌｂには１つのリニアガイドブロック１５Ｌｃが摺動可能に係合している。これらのリニアガイドブロック１５Ｌａ〜１５Ｌｃは、前記空力ブレーキ板１２Ｌに取付固定されている。ここで、リニアガイドブロック１５Ｌａ，１５Ｌｂ，１５Ｌｃは、それぞれ空力ブレーキ板１２Ｌの下方に突出する突出部１２Ｌａ，１２Ｌｂに取り付けられている。よって、空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒは、３点支持によって上下に摺動可能なるように支持されている。すなわち、前記空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒは、それらと車体２との間に設けられた空気シリンダ１６Ｌを収縮動作させることにより収納状態とされ、伸張動作させることによって図９に示す状態にできるようになっている。
【００１１】
また、空気シリンダ１６Ｌは、シリンダ本体１６ａと、ピストンロッド１６ｂとを有し、車体２（構体）に取り付けられ球面軸受を内蔵する構体取付座１７に前記シリンダ本体１６ａの基端部が回転可能に連結され、ピストンロッド１６ｂの先端部が空力ブレーキ板１２Ｌの後側面に回転可能にピン結合されている。なお、右側の空力ブレーキ板１２Ｒも同様に、空気シリンダによって上昇可能に構成されている。
【００１２】
そして、この空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒの支柱部材２０１は、それの水平断面が、図１０に模式的に示すように、空気の流れ方向Ｓに長い長方形断面とされるが普通である。これは、支柱部材２０１の中立軸から遠い位置の断面積を大きくした方が断面２次モーメントが大きくなり、支柱部材２０１の強度が大きくなるからである。
【００１３】
ところで、前述したような高速車両に用いられる空力ブレーキ装置１１は、地上での高速車両の走行状態において、空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒを鉛直上方に上昇するように構成されているため、通常の上昇状態では、空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒには空力荷重しか作用しないが、車両の特性上鳥の衝突時の荷重を考慮する必要がある。すなわち、空力ブレーキ板にある質量の鳥が列車の最高速度で衝突しても、それに打ち勝ち破壊しない板とすることが要求されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒは、支柱部材２１が図１０に示すように、空気の流れ方向Ｓに対し直交する面２０１ａを有するため、飛行中の鳥の衝突による鳥衝突荷重Ｆを受けると、それと反対方向に前記荷重に等しい反力Ｆ'を生ずる。鳥衝突荷重Ｆをすべて受け止める荷重でも破壊しないように断面形状を決定する必要がある。よって、支柱部材２０１は大きな断面となり、結果として空力ブレーキ板１２Ｌ，１２Ｒの重量は大きなものとなっている。
【００１５】
そこで、発明者は、空力ブレーキ板の構造について検討を重ねたところ、鳥１０１（速度ｖで飛んでいる円柱の液体と仮定）が空力ブレーキ板を支持する支柱部材２０１の上側部分に衝突すると、その支柱部材２０１の下部には過大な曲げモーメントが作用することになるので、その曲げモーメントを小さくするために、支柱部材２０１に作用する鳥衝突荷重Ｆをできるだけ小さくすればよいことに着想し、本発明を開発するに至ったものである。
【００１６】
本発明は、走行中に鳥が空力ブレーキ板に衝突したときに、それの支柱部材に作用するモーメントを小さくした高速鉄道車両用空力ブレーキ装置を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る高速鉄道車両用空力ブレーキ装置は、車両進行方向に直交する面板部材が、鉛直方向に延びる支柱部材にて支持される空力ブレーキ板を備え、この空力ブレーキ板を車両進行方向に対して直交する鉛直面内において動作させる高速鉄道車両用空力ブレーキ装置において、前記面板部材は、前記支柱部材の前後に平行に設けられるとともに一定値以上の衝突荷重が作用したときに剪断破壊によって破損する強度とされ、前記空力ブレーキ板の支柱部材は、少なくともそれの上側部分の前後が、走行風の流れ方向に対して傾斜する傾斜面によって断面三角形状の傾斜部とされている。ここで、一定値以上の衝突荷重とは、実際に高速鉄道車両の走行時において起こりうる鳥との衝突により作用する衝突荷重を意味している。よって、例えば、空力ブレーキ板の面板部材は、鳥の衝突によって剪断破壊するように構成される。
【００１８】
このようにすれば、鳥が衝突して、支柱部材の前に設けられる面板部材に一定値以上の衝突荷重が作用したときには、まず、前記面板部材が破壊し衝突エネルギの一部を吸収する。そして、残りの衝突エネルギが支柱部材に作用するが、鳥が衝突したときの荷重が、支柱部材の傾斜面の方向に分流されるので、走行方向に直交する面を有する従来の支柱部材の構造に比べて、支柱部材に作用する荷重、モーメントが大幅に軽減される。よって、支柱部材の断面積を小さくすることが可能となり、空力ブレーキ板の質量も軽量化が可能となる。
【００１９】
また、前記面板部材は、一定値以上の衝突荷重が作用したときに剪断破壊によって破損する強度とされているので、面板部材の重量を小さくすることが可能となり、この点からも空力ブレーキ板の軽量化が図れる。
さらに、傾斜部は支柱部材の前後に形成されているので、双方向の走行に対応することができる。
【００２０】
請求項２に記載のように、前記前後の面板部材の間に、前記空力ブレーキ板を上昇させるためのシリンダが配設されている構成とすることができる。
【００２１】
このようにすれば、アクチュエータであるシリンダが前後の面板部材の間に配設され、空力ブレーキ板に内蔵されていることになるので、双方向のいずれの走行時においても、鳥衝突に対してアクチュエータであるシリンダを保護することができる。
【００２２】
請求項３に記載のように、前記空力ブレーキ板の支柱部材は、複数の水平板部で連結され、その水平板部に、前記シリンダを挿通する貫通口が設けられている。
【００２３】
このようにすれば、空力ブレーキ板の支柱部材を連結する水平板部に貫通口が形成され、その貫通口に、空力ブレーキ板を上昇させるためのシリンダが挿通され、シリンダの配置のために余分なスペースが必要とされない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００２５】
図１は本発明に係る左側の空力ブレーキ板の一部を省略して示す斜視図である。
【００２６】
本発明に係る左側の空力ブレーキ板２１は、走行方向に直交する方向に延びる前側板部及び後側板部を除くと、図１に示すように、１対の支柱部材２２，２３と、左右方向に水平に延びる水平板部２４，２５，２６，２７と、外側に位置する外枠部２８とを有し、それらがアルミニウム合金によって一体に成形されている。
【００２７】
支柱部材２２，２３の長さは、内側に位置する支柱部材２２が、外側に位置する支柱部材２３よりも長くなっている。支柱部材２２，２３の上側部分２２Ａ，２３Ａは、走行風の方向において、中央部分がほぼ一定幅の支柱基部２２ａ，２３ａとされ、その支柱基部２２ａ，２３ａ前後は幅が徐々に狭くなる前側および後側傾斜部２２ｂ，２２ｃ，２３ｂ，２３ｃとされている。このように、前記前側および後側傾斜部２２ｂ，２２ｃ，２３ｂ，２３ｃの幅広部分にその幅広部分と同じ幅の断面矩形状の支柱基部２２ａ，２３ａが連設されるようにしているので、空力ブレーキ板２１を支持する支柱部材２２，２３として必要とされる強度は確保される。
【００２８】
また、支柱部材２２，２３の下側部分２２Ｃ，２３Ｃは、前記支柱基部２２ａ，２３ａにほぼ等しい幅であって前記支柱基部２２ａ，２３ａ、前側および後側傾斜部２２ｂ，２２ｃ，２３ｂ，２３ｃの長さの和に相当する長さの長方形断面（水平断面）とされ、上側部分２２Ａ，２３Ａよりも下側部分２２Ｃ，２３Ｃの方が剛性が高くなるように構成されている。
【００２９】
また、下側部分２２Ｃ，２３Ｃは走行方向に長い長方形断面の柱とされているので、上側部分２２Ａ，２３Ａと下側部分２２Ｃ，２３Ｃとでは断面形状が異なっている。そして、それらの間の中間部分２２Ｂ，２３Ｂは、上側部分２２Ａ，２３Ａと下側部分２２Ｃ，２３Ｃとをなめらかに結合するために、前側および後側傾斜部２２ｂ，２２ｃ，２３ｂ，２３ｃの下縁から前後下方に傾斜して延びる三角形状の傾斜面２２ｄ，２３ｄがそれぞれ前後に２つずつ形成されている。
【００３０】
また、前記両支柱部材２２，２３に対して、複数の水平板部２４〜２７が一定の間隔でもって平行に配設されている。この各水平板部２４〜２７に矩形状の第１の貫通口２４ａ〜２７ａが対応して設けられている。
【００３１】
最も上側の水平板部２４は、内側の支柱部材２２から外側の支柱部材２３まで延びる部分だけであるが、残りの下側に位置する水平板部２５〜２７は、内側の支柱部材２２から外側の支柱部材２３まで延びる内側部分２５Ａ〜２７Ａと、外側の支柱部材２３からさらに外方に延びる外側部分２５Ｂ〜２７Ｂとを有する。
【００３２】
前記外枠部２８は、前記両支持柱２２，２３の上端部を連結し前記空力ブレーキ板２１の上面部を形成する上側部分２８Ａと、この上側部分２８Ａの外側縁より鉛直下方に延び前記水平板部２４〜２７の外側端部を連結する中間部分２８Ｂと、この中間部分２８Ｂの下側縁より内方側に延びる下側部分２８Ｃとを有する。前記上側部分２８Ａは、車体に収納された状態で突出部分がないように、屋根形状に合わせて湾曲面形状とされている。また、下側部分２８Ｃは、中間部分２５Ｂの下側縁と外側の支柱部材２３との間を、内方になるほど高さが低くなる内下がりに連結する外側部分２８ａと、外側の支柱部材２３と内側の支柱部材２２との間を、内方になるほど高さが高くなる内上がりに連結する内側部分２８ｂとを有し、この内側部分２８ｂには、前記水平板部２４〜２７に設けた第１の貫通口２４ａ〜２７ａに対応して、矩形状の第２の貫通口２８ｃが形成されている。
【００３３】
このようにして形成された第１および第２の貫通口２４ａ〜２７ａ，２８ｃに、空力ブレーキ板２１を上昇させる空気シリンダ３１が挿通されている。この空気シリンダ３１は、シリンダ本体３１ａと、ピストンロッド３１ｂとを有し、車体（図示せず）に取り付けられ球面軸受を内蔵する構体取付座３２に前記シリンダ本体３１ａの基端部が回転可能に連結され、ピストンロッド３１ｂの先端部が空力ブレーキ板２１の外枠部２８の上側部分２８Ａの下面側に回転可能にピン結合されている。
【００３４】
上記空力ブレーキ板２１によれば、鳥が円柱体形状の液体１０１（直径：Ｄ、面板部材３１Ａ，３１Ｂの板厚：ｔ、面板部材３１Ａ，３１Ｂの剪断破壊応力：τ）であると仮定すると、空力ブレーキ板２１を構成する支柱部材２２（または２３）についてのみ考えると、図２に示すように、支柱部材２２（または２３）の上側部分が、走行風の流れ方向に傾斜する傾斜部（傾斜面のなす角度６０度とする）を有するので、鳥衝突荷重Ｆが傾斜面方向に分解され、結果としてＦsinθに低減される。
【００３５】
よって、支柱部材の断面積を小さくすることが可能となり、空力ブレーキ板２１の質量も軽量化が可能となる。
【００３６】
また、空力ブレーキ板２１を構成する面板部材（前側の面板部材３１Ａ，後側の面板部材３１Ｂ）についてのみ考えると、図３に示すように、前側の面板部材３１Ａを剪断破壊させるようにするには、剪断荷重（剪断破壊による反力）ｆ１＝πＤｔτが、鳥衝突荷重Ｆとなるようにすればよい。これにより面板部材３１Ａの板厚ｔを適当に選択することによって、剪断荷重ｆ１を衝突荷重Ｆよりも小さくすることが可能となる。
【００３７】
そして、空力ブレーキ板２１を構成する支柱部材２２，２３および面板部材３１Ａ，３１Ｂの両方について考えると、図４に示すように、鳥が円柱状の液体１０１であると仮定した場合には、鳥１０１が衝突すると、先ず、前側の面板部材３１Ａに、剪断破壊による反力ｆ１が生じ、時間差をおいて分流による反力Ｆ'＝（Ｆ−ｆ１）・sinθが生じる。なお、支柱部材２２，２３の反力は、そのいずれか大きい方で評価すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように実施され、以下に述べるような効果を奏する。
【００３９】
本発明に係る高速鉄道車両用空力ブレーキ装置は、空力ブレーキ板の面板部材が、一定値以上の衝突荷重が作用したときに剪断破壊によって破損する強度であるので、例えば鳥が衝突したときに、面板部材が剪断破壊されるようにすることができ、前記面板部材を通じて支柱部材に作用する荷重を軽減することができ、また、面板部材の重量を小さくすることができ、この点から空力ブレーキ板の軽量化を図ることが可能となる。空力ブレーキ板の支柱部材を、少なくともそれの上側部分の前後が走行風の流れ方向に傾斜する傾斜面によって断面三角形状の傾斜部としているので、鳥が衝突したときの荷重を前記支柱部材の傾斜面の方向に分解することができ、走行方向に直交する面を有する支柱部材を用いる従来の構造に比べて、空力ブレーキ板の支柱部材に作用する荷重を大幅に軽減することができる。よって、空力ブレーキ板に用いる支柱部材の断面積を小さくすることが可能となり、空力ブレーキ板の質量の軽量化を実現することができる。
少なくとも支柱部材の上側部分の前後に傾斜部を形成しているので、双方向の走行に対応することができる。
【００４０】
請求項２に記載のように、アクチュエータであるシリンダを面板部材の間に配設し、空力ブレーキ板内に内蔵するようにすれば、双方向のいずれの走行時においても、鳥衝突に対してアクチュエータであるシリンダを保護することができる。
【００４１】
また、少なくとも支柱部材の上側部分の前後に傾斜部を形成しているので、双方向の走行に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る空力ブレーキ板の一部を省略して示す斜視図である。
【図２】  鳥が支柱部材に衝突した場合の力の関係を示す図である。
【図３】  鳥が面板部材に衝突した場合の力の関係を示す図である。
【図４】  鳥が空力ブレーキ板に衝突した場合の力の関係を示す図である。
【図５】  本発明に係る空力ブレーキ装置が用いられる鉄道車両の概略平面図である。
【図６】  同鉄道車両の概略縦断面図である。
【図７】  図６におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】  図６におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】  空力ブレーキ装置の説明図である。
【図１０】  従来の空力ブレーキ板の支柱部材に、鳥が衝突した場合の力関係の説明図である。
【符号の説明】
１６Ｌ  空気シリンダ
２１  空力ブレーキ板
２２，２３  支柱部材
２２Ａ，２３Ａ  上側部分
２２ａ，２３ａ  支柱基部
２２ｂ，２３ｂ  前側傾斜部
２２ｃ，２３ｃ  後側傾斜部
２２ｄ，２３ｄ  傾斜面
２４〜２７  水平板部
２５ａ〜２７ａ  第１の貫通口
２８  外枠部
２８ｃ  第２の貫通口
【図１】
0003836337.tif 000002
【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】
0003836337.tif 000008
【図８】
0003836337.tif 000009
【図９】
0003836337.tif 000010
【図１０】
0003836337.tif 000011