JP5165487B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、軸箱支持装置に設けられた弾性部材による前後剛性を低くしながらも走行安定性を良くした鉄道車両に関するものである。

鉄道車両は、安定した状態で高速走行するため、台車の台車枠を輪軸に対して弾性支持する軸箱支持装置が設けられている。その軸箱支持装置は、例えばコイルバネや円筒積層ゴムなどの弾性部材を有し、軸箱が上下方向及び水平方向に弾性支持されている。こうした軸箱支持装置の構造としては、例えば特開２００２−３３１９３０号公報に開示されたものを挙げることができる。図１１は、当該公報に開示されている鉄道車両の鉄道車両用軸箱支持装置を示した一部断面図である。

軸箱体１０１には、その軸受部１０２の支持腕１０３が張り出し、鉛直方向に貫通する取付孔１０４に下部軸バネ受１０５が上方から挿入され、棒状のバネ軸１０６が差し込まれている。支持腕１０３を貫通した固定ボルト１０８はバネ軸１０６に螺設され、下部軸バネ受１０５及びバネ軸１０６が支持腕１０３に固定されている。上方の上部軸バネ受１１１は、下部軸バネ受１０５との間に逆円錐状のコイルバネ１１２が装着され、そのコイルバネ１１２によって軸箱体１０１に弾性的にフローティング支持されている。一方、バネ軸１０６には複数のゴムが積層された積層ゴム１１３が設けられ、水平方向（前後方向及び左右方向）の変位に対して荷重を受けている。
特開２００２−３３１９３０号公報

ところで、例えば、軸箱支持装置の積層ゴム１１３に硬いものが使用され、前後方向の剛性が高く設定されていると、曲線部を通過する際にはアタック角が大きくなってしまい曲線走行時の安定性がよくない。更に、積層ゴム１１３による剛性が高いと車輪とレールとの摩擦によって両者の摩耗の進み具合が早くなる。そのため、摩耗によって荒れた車輪やレールの頻繁な交換が余儀なくされ、鉄道事業者はこうしたメンテナンスに大幅な予算を当てなければならなかった。車輪やレールに対する摩耗は、曲線通過時のレールに対する外軌輪の横圧力が大きくなる場合に顕著である。

こうした問題に対しては、前後方向の剛性を下げれば輪軸の持つ自己操舵性によってアタック角が減少して横圧が下がり、走行安定性が高まる。しかし、その一方で積層ゴム１１３を柔らかく、前後方向の剛性が低く設定されていると、輪軸蛇行動などが発生し易くなり、直線を高速走行する際の安定性を低下させることにつながる。また、曲線通過時のレールに対する外軌輪の横圧力を低減するために様々な技術が開発されてきたが、強制操舵台車方式の鉄道車両は重く大掛かりな追加装置が必要であったため、有効なものとはなり得なかった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、軸箱支持装置に対して設けられた弾性部材による前後剛性を低くしながらも直線の高速走行安定性を良くした鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両は、車輪の踏面に対してブレーキシリンダの動作によって制輪子を押し当てて制動する左右の踏面ブレーキユニットと、各ブレーキシリンダへの圧縮エアの給排気を制御するブレーキコントローラとを有するものであり、前記ブレーキシリンダ或いは他に設けられたエアシリンダは、輪軸を回転支持する軸箱に対して車体後方側から支持荷重を作用させるための軸箱支持シリンダであって、当該軸箱支持シリンダと前記軸箱との間に、所定の条件によって一定の長さを保って前記支持荷重を受けることができる伸縮可能な剛性ロッドが前記軸箱支持シリンダの伸縮方向に連結され、前記ブレーキコントローラは、直線走行時には、輪軸と台車枠との間で車体前後方向に弾性力が作用する弾性部材に関し、その弾性変形内で前記軸箱を後方から前記支持荷重で支えるように前記軸箱支持シリンダに圧縮エアを供給し、曲線走行時には、前記弾性部材の弾性変形に伴う前記軸箱の移動を自由にするように前記軸箱支持シリンダから圧縮エアを排気するようにしたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記軸箱支持シリンダが前記踏面ブレーキユニットを構成するブレーキシリンダであり、前記踏面ブレーキユニットの制輪子頭と前記軸箱との間に前記剛性ロッドが連結されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記剛性ロッドが、シリンダ部材内に棒状のピストン部材が挿入され、そのピストン部材の摺動によって可変するシリンダ部材内のシリンダ油室が、リザーブタンクとの間でリリーフ弁の流路とチェック弁の流路とによってそれぞれ接続されたものであって、作動油は、前記シリンダ油室内の圧力がリリーフ圧を超えた場合に前記リザーブタンクへと流れ、前記チェック弁は前記リザーブタンクから前記シリンダ油室への流れを許容するものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記剛性ロッドが、シリンダ部材内に棒状のピストン部材が摺動可能に挿入され、そのシリンダ部材内には、前記ピストン部材を把持することによって軸方向の移動を拘束するピエゾ素子からなる把持手段が設けられたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記剛性ロッドの一端が前記踏面ブレーキユニットの制輪子頭に固定されている脱シュー止ピンに連結され、他端が前記軸箱側に固定された支持ピンに連結されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記軸箱支持シリンダが、前記踏面ブレーキユニットを構成するブレーキシリンダとは別に設けられたエアシリンダであって、当該エアシリンダと前記軸箱との間に前記剛性ロッドが連結され、前記踏面ブレーキユニットは、車輪の後方に配置された前記エアシリンダとは反対の車輪前方に配置されたことが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記軸箱支持シリンダとブレーキコントローラとを連結する配管には電磁切替弁が接続され、その電磁切替弁は、前記ブレーキコントローラから前記左右の軸箱支持シリンダに対する圧縮エアの供給と排気とを左右同時に行う場合と、一方に供給を行い他方から排気を行う場合とで切り替えられるものであることが好ましい。

よって、本発明の鉄道車両によれば、ブレーキコントローラから軸箱支持シリンダに対して圧縮エアを供給或いは排気することにより、直線走行時には軸箱に対して後方から支持荷重を作用させ、曲線走行時には荷重をかけずに軸箱の移動を自由にするので、軸箱支持装置に対して設けられた弾性部材による前後剛性を低いものにした場合に、曲線走行時には車輪のアタック角の減少により押圧を下げてスムーズに曲線を走行する一方、直線走行時には輪軸蛇行動を防止し高速での直線走行を安定させることができる。

次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。
最近、環境問題に関する意識の高まりから、鉄道輸送では車両の制動エネルギを積極的に架線もしくは蓄電装置に戻す開発が進んでいる。そのため、多くの鉄道車両には消費電力を削減するための電力回生ブレーキが採用され、車両停止時にはモータを発電機として作動させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して再利用することが行われている。そして、回収された電気エネルギは、架線を媒体として他の列車に電力が融通される。

しかし、電力回生ブレーキだけでは電気システムがダウンした場合に鉄道車両が制動不能となってしまうため、鉄道車両には依然として従来からの機械式ブレーキがバックアップ装置として搭載されている。しかし、その機械式ブレーキは、緊急停止などの非常時にしか使用されないにもかかわらず重量物として鉄道車両に搭載されており、イニシャルコストの割に不経済であった。よって、機械式ブレーキは、高価なものであるにも関わらず非常制動時以外にその機能を持て余しているのが現状であった。そこで本実施形態では、そうした機械式ブレーキを利用した軸箱支持システムを備えた鉄道車両を提案する。

図１は、軸箱支持システムの第１実施形態を示した簡略図である。機械式ブレーキを構成する踏面ブレーキユニット２０は、エアシリンダによるブレーキシリンダ２１が制輪子２２を車輪５の踏面に押し付けることによって制動トルクを発生させるように構成されている。そのブレーキシリンダ２１には、圧縮エアを供給するためのブレーキコントローラ１が接続されている。ブレーキコントローラ１は、ブレーキシリンダ２１から車体前方に出力される支持荷重Ｆなどをコントロールできるようにしたものである。

本実施形態の軸箱支持システムには、ブレーキシリンダ２１と軸箱６とが剛性ロッド３０を介して連結され、輪軸７を車体後方から支える構造がとられている。軸箱支持装置は、積層ゴムなどの弾性部材によって台車枠を水平方向に支持しているが、本実施形態では曲線走行時のアタック角を小さくして横圧を低くするため、前後方向の剛性が低く設定されている。しかし、それでは前述したように直線走行時の輪軸蛇行動などが発生し易くなってしまう。そこで本実施形態では、弾性部材そのものの剛性を低くしながらも、前後方向の剛性を補うための構造が採用されている。すなわち、曲線走行時には弾性部材そのものの柔らかい剛性のまま走行し、直線走行時には後方から軸箱６に対して支持荷重Ｆを作用させることで剛性を補うようにしている。

ここで図２及び図３は、軸箱支持システムの一部を示した取り付け構造図であり、図２は平面を示し、図３は側面を示している。
台車枠は、左右の側梁２が横梁３によって連結され、側梁２の中間位置には車体を支持する空気バネ４が配置されている。台車は側梁２の前後位置に車輪５が配置され、車輪５は、その輪軸７が軸箱６によって回転可能に支持されている。

軸箱６は、軸箱支持装置を介して側梁２の端部に設けられたものであり、その側梁２に沿って延びる支持腕８が一体になって形成されている。軸箱支持装置は、側梁２の端部位置に筒状に形成されたバネ帽９が溶接接合され、その中には例えば図１１に示すようなコイルバネと積層ゴムの組合せのように、輪軸７に対して台車枠を弾性支持する弾性部材が収納されている。また、軸箱６と一体の支持腕８には支軸１１が上下方向に貫通し、その支軸１１が側梁２の下面に溶接接合された座板１２に締結されている。

踏面ブレーキユニット２０は横梁３に取り付けられ、ブレーキシリンダ２１（適宜図１参照）の出力を受けて作動する押棒の先端に、車輪５の踏面５ａに対して圧接・離間する制輪子２２が取り付けられている。なお、ブレーキ装置の詳しい内部構造図は省略する。
踏面ブレーキユニット２０は、梃子の原理によってブレーキシリンダ２１の出力を伝え、車輪５の踏面５ａに制輪子２２を押し当てるように構成されている。すなわち、制輪子２２の駆動手段としてブレーキシリンダ２１が使用され、圧縮エアが供給ポート２３から供給されると、ブレーキシリンダ２１は、圧縮エアによって戻しバネ２１ａに付勢された内部のピストンが作動し、ボックス２４内に設けられたリンク部材を介して梃子レバーの回転運動に変換され、それが更に押棒の直線運動になって制輪子２２を動作させる。

制輪子２２を装着した制輪子頭２５は、ボックス２４に形成されたブラケット２４ａとの間に制輪子頭吊り２６が連結されている。制輪子頭吊り２６が下端側で連結されたピン２７は、脱シュー止ピンとしても機能している。すなわち、車輪５の踏面５ａはテーパになっているため、大きな荷重で押し当てられた制輪子２２が滑って脱落してしまうことがある。そこで、制輪子２２がずれる方向には不図示の剛体部（台車枠に固定された当て板）が設けられ、制輪子２２が滑った場合にでも脱シュー止ピン２７の先端が剛体部に当たってずれを防止するようになっている。

剛性ロッド３０は、こうした脱シュー止ピン２７を利用して一端が連結され、他端は、図２に示すように支持腕８に支持ピン２８が固定されているので、その支持ピン２８に連結されている。本実施形態では、こうして支持腕８と制輪子頭２５との間に剛性ロッド３０が連結され、ブレーキシリンダ２１による制輪子２２を動作させるための駆動力が、剛性ロッド３０を介して支持腕８から軸箱６へと伝えられるよう構成されている。従って、台車枠を前後方向に支える弾性部材の剛性を低く設定しているが、剛性ロッド３０を介して軸箱６に後方から支持荷重Ｆを作用させることによって、柔らかい弾性部材の剛性を補っている。

ところで、この軸箱支持システムでは踏面ブレーキユニット２０を利用しているため、踏面ブレーキユニット２０が制動手段として機能する場合には、その制動動作を妨げないようにする必要がある。そこで、剛性ロッド３０は、次に示すような構造によって剛性支持状態の切り換えが可能なものとして構成されている。図４及び図５は図１乃至図３に示す剛性ロッド３０を示した図であり、図４は油圧回路を利用した剛性ロッド３０Ａであり、図５はピエゾ素子を利用した剛性ロッド３０Ｂである。

先ず、図４に示す剛性ロッド３０Ａは、一端を開口した筒状のシリンダ３１と、そのシリンダ３１に挿入された棒状のピストン３２によって構成され、シリンダ３１とピストン３２の摺動による伸縮を可能にしたものである。シリンダ３１とピストン３２にはピン孔３１ａ，３２ａが形成され、取り付けに際して図２に示すように脱シュー止ピン２７や支持ピン２８が挿入される。シリンダ３１の筒内には、開口部分と内部奥の２箇所に低摩擦樹脂３３が装着され、そこにＯリング３４がそれぞれ嵌め込まれている。軸方向に配置されたＯリング３４の間には、円筒状の低摩擦樹脂による摺動支持ガイド３５が設けられ、ピストン３２が摺動可能に挿入されている。

こうした剛性ロッド３０Ａは、シリンダ３１とピストン３２が軸方向に摺動して伸縮が可能である一方、所定の長さを保って収縮方向にかかる支持荷重Ｆを受けることができるよう構成されている。つまり、剛性ロッド３０Ａには支持荷重Ｆに対して剛性を発揮するための構造として油圧回路が形成されている。具体的には、シリンダ３１とピストン３２との間には閉じられた可変のシリンダ油室３６が形成され、その油室３６内に作動油が注入されている。一方、シリンダ３１には、図４に記載するようにリザーブタンク３７が設けられ、シリンダ油室３６との間でリリーフ弁３８とチェック弁３９が接続されている。

チェック弁３９は、シリンダ油室３６からリザーブタンク３７への流れを遮断し、逆にリザーブタンク３７からシリンダ油室３６への流れを許容するように設けられている。また、リリーフ弁３８は、支持荷重Ｆを受けることができるようにリリーフ圧が設定され、そのリリーフ圧以上でシリンダ油室３６内の作動油がリザーブタンク３７へと流れるように構成されている。なお、ここでは油圧回路の構成を概念的に示しており、具体的な構造は、リザーブタンク３７、リリーフ弁３８及びチェック弁３９がシリンダ３１内に組み込まれる他、外部に設けるようにしたものであってもよい。

こうした剛性ロッド３０Ａは、その収縮方向に荷重が作用するとシリンダ油室３６内に満たされた作動油が加圧されるが、リリーフ圧以下であれば作動油が流れないため収縮せずに長さが維持される。しかし、シリンダ油室３６内の圧力がリリーフ圧を超えてしまった場合には、作動油がリリーフ弁３８を通ってリザーブタンク３７へと流れて剛性ロッド３０Ａが収縮する。剛性ロッド３０Ａが収縮することによって、制輪子２２と車輪５の踏面５ａとの隙間が無くなって制動が可能になる。よって、リリーフ弁３８は、軸箱６を支持する支持荷重Ｆが作用していても作動油を流さないが、それ以上に大きい荷重が作用した場合には作動油を流し、制輪子２２を車輪５に押圧させる制動を可能にする。

剛性ロッド３０Ａが収縮すると、シリンダ油室３６内の作動油がリリーフ弁３８を通ってリザーブタンク３７へと流れる。一方、剛性ロッド３０Ａが伸びる際にはシリンダ３１に対して相対的にピストン３２が引っ張られ、シリンダ油室３６が拡張して内部が負圧になる。そのため、リザーブタンク３７内の作動油がチェック弁３９を通って流れ、シリンダ油室３６を満たすように注入される。

軸箱支持システムを備えた本実施形態の鉄道車両では、機械式ブレーキが使用される非常制動時の他、直線走行時と曲線走行時とで踏面ブレーキユニット２０の操作がそれぞれ切り換えられる。つまり非常制動時にはリリーフ圧を超える荷重を出力する他、曲線走行時には、図１に示す支持荷重Ｆを解除し、弾性部材そのままの低い剛性によって台車枠に対する輪軸７の傾きを許容する一方、直線走行時には、軸箱６を介して走行前方に支持荷重Ｆを作用させることで弾性部材の剛性を補って輪軸７を支持する。

鉄道車両の走行位置は不図示の位置検出装置によって検出され、その検出信号を受けたブレーキコントローラ１によってブレーキシリンダ２１が操作される。そこで先ず、曲線走行が検出された場合には、ブレーキコントローラ１によってブレーキシリンダ２１内のエアが大気解放される。これによりブレーキシリンダ２１は、戻しバネ２１ａによる付勢力が作用するのみであって、より大きな外力によって自由に伸縮するので軸箱６の移動を制限しない。そのため、剛性の低い弾性部材の変形に応じて輪軸７が台車枠に対して傾き、車輪５のアタック角を減少させることにより、押圧を下げてスムーズに曲線を走行することが可能になる。

一方、直線走行時には、ブレーキコントローラ１によってブレーキシリンダ２１内に圧縮エアが供給され、そうしたブレーキシリンダ２１からの出力が制輪子２２を車輪５の踏面５ａ側へ近づけるように作用する。しかし、このとき制輪子２２が踏面５ａに当てられる前に剛性ロッド３０Ａが移動を制限するので、ブレーキシリンダ２１の出力が軸箱６を支える支持荷重Ｆとなって作用する。そして、軸箱６を介して輪軸７が支持されるため、剛性の低い弾性部材を使用しても直線走行時の輪軸蛇行動が防止され、高速での直線走行を安定させることができる。

剛性ロッド３０Ａは、支持荷重Ｆによってシリンダ油室３６内の作動油が加圧されるが、リリーフ圧以下であるため作動油の流れが制限されて長さが維持される。よって、このような状態ではブレーキは作用しないが、緊急停止などの非常制動時には電力回生ブレーキではなく、この制輪子２２を使用した停止が必要になる。そこで、非常制動時にはブレーキコントローラ１から供給される圧縮エアによって高圧でブレーキシリンダ２１が操作され、リリーフ圧を超える荷重が出力される。すると、シリンダ油室３６内の作動油がリザーブタンク３７へと流れて剛性ロッド３０Ａが収縮し、これによって制輪子２２が車輪５の踏面５ａに押し付けられて鉄道車両が停止する。

次に、図１乃至図３の剛性ロッド３０が図５に示す剛性ロッド３０Ｂの場合について説明する。剛性ロッド３０Ｂは、一端を開口した筒状のシリンダ４１と、そのシリンダ４１に挿入された棒状のピストン４２とによって構成され、シリンダ４１とピストン４２の摺動による伸縮が可能なものである。シリンダ４１とピストン４２にはピン孔４１ａ，４２ａが形成され、取り付けに際して図２に示すように脱シュー止ピン２７や支持ピン２８が挿入される。シリンダ４１の内周面には、軸方向に長いピエゾ素子４３が円周状に等間隔で複数配置されている。ピエゾ素子４３の軸方向両端にはピストン４２を摺動支持する低摩擦樹脂４４が固定されており、開口側の低摩擦樹脂４４内にはＯリング４５がはめ込まれている。また、他方の低摩擦樹脂４４内にはピエゾ素子４３に接続された電源線４６が入れられている。そして、剛性ロッド３０Ｂがスムーズに伸縮するようにシリンダ４１にはエア抜孔４７が形成されている。

剛性ロッド３０Ｂは、通常時はシリンダ４１とピストン４２とがフリーであるため伸縮が自在である。しかし、ピエゾ素子４３に電圧が印加されると、そのピエゾ素子４３が径方向に膨張することによってピストン４２が把持され、その摩擦力によってピストン４２の移動が制限されるようになっている。従って、剛性ロッド３０Ｂは、ピエゾ素子４３に対する電圧の印加によって、その長さを維持する剛性支持状態の切り替えが可能になっている。

そこで、軸箱支持システムを備えた本実施形態の鉄道車両が走行すると、その走行位置が検出され、検出信号を受けたブレーキコントローラ１によってブレーキシリンダ２１が操作され、また剛性ロッド３０Ｂのピエゾ素子４３に対する電圧が制御される。
先ず、曲線走行時には、ブレーキコントローラ１によってブレーキシリンダ２１内のエアが大気解放される。そのため、ブレーキシリンダ２１の戻しバネ２１ａによって制輪子２２は車輪５から離されている。また、剛性ロッド３０Ｂは、ピエゾ素子４３への通電が遮断された縮小した状態であるため、ピストン４２がフリーになっている。従って、軸箱６の移動が前後方向に拘束されることはなく、剛性の低い弾性部材の変形に応じて輪軸７が台車枠に対して傾き、車輪５のアタック角が減少することによって押圧を下げたスムーズな曲線走行が可能になっている。

一方、直線走行時には、ピエゾ素子４３に電圧が印加されることによってピストン４２が把持され、剛性ロッド３０Ｂの長さが一定に保たれる。そして、ブレーキコントローラ１からブレーキシリンダ２１に圧縮エアが供給されると、その出力が剛性ロッド３０Ｂを介して軸箱６に伝えられる。従って、このとき軸箱６を介して輪軸７が支持されるため、剛性の低い弾性部材を使用しても直線走行時の輪軸蛇行動を防止し、高速での直線走行を安定させることができる。
更に、緊急停止などの非常制動時には、ピエゾ素子４３への通電が遮断されてシリンダ４１とピストン４２とがフリーになって剛性ロッド３０Ｂの伸縮が自由になる。そこで、ブレーキコントローラ１からブレーキシリンダ２１の圧縮エアが供給されると、ブレーキシリンダ２１の出力によって制輪子２２が車輪５の踏面５ａに押し付けられて鉄道車両が停止する。

ところで、図１に示す軸箱支持システムでは、踏面ブレーキユニット２０を機械式ブレーキとして機能させる他、軸箱６を支持荷重Ｆで支持するための荷重発生手段としても機能させている。従って、非常制動時には踏面ブレーキユニット２０がブレーキとしての機能を損なわないようにするため、軸箱６と踏面ブレーキユニット２０とが剛性ロッド３０（３０Ａ，３０Ｂ）によって連結されていた。そこで、次に説明する軸箱支持システムでは、踏面ブレーキユニット２０とは別の駆動源を持って軸箱６を支持するようにしたものを提案する。図６及び図７は、そうした第２または第３実施形態の軸箱支持システムを示した簡略図である。

図６に示す軸箱支持システムは、踏面ブレーキユニット２０の他に荷重発生手段としてエアシリンダ５１が設けられている。エアシリンダ５１は、ブレーキシリンダ２１と同様にブレーキコントローラ１に接続され、供給される圧縮エアによって支持荷重Ｆを出力するものである。エアシリンダ５１には軸箱６との間で剛性ロッド５２が連結され、エアシリンダ５１からの支持荷重Ｆが剛性ロッド５２を介して軸箱６に伝達されるよう構成されている。この剛性ロッド５２は、図４及び図５に示す伸縮可能なものではなく、エアシリンダ５１の支持荷重Ｆをそのまま軸箱６へ伝達するものである。

次に、図７に示す軸箱支持システムは、同じく踏面ブレーキユニット２０の他に、荷重発生手段としてエアシリンダ５１が設けられ、ブレーキコントローラ１から供給される圧縮エアによって支持荷重Ｆを出力するものである。そして、軸箱６との間に剛性ロッド５２が連結され、エアシリンダ５１からの支持荷重Ｆが剛性ロッド５２を介して軸箱６に伝達されるよう構成されている。しかし、本実施形態では踏面ブレーキユニット２０が車輪５の前方に配置され、エアシリンダ５１との設置箇所を分散させて狭い設置スペースにおける取り扱いが容易になるように構成されている。

そこで、こうした軸箱支持システムを備えた鉄道車両は、その走行位置が不図示の検出装置によって検出され、ブレーキコントローラ１によってエアシリンダ５１がコントロールされる。曲線走行時には、ブレーキコントローラ１によってエアシリンダ５１内のエアが大気解放される。このとき、エアシリンダ５１は戻しバネ５１ａによる付勢力のみであって、より大きな外力による伸縮が自由になる。従って、軸箱６の移動が前後方向に拘束されることはなく、剛性の低い弾性部材の変形に応じて輪軸７が台車枠に対して傾き、車輪５のアタック角が減少することにより押圧を下げたスムーズな曲線走行が可能になる。

一方、直線走行時にはエアシリンダ５１内に圧縮エアが供給されるため、エアシリンダ５１の出力が軸箱６を支える支持荷重Ｆとなって作用する。従って、軸箱６を介して輪軸７が支持され、剛性の低い弾性部材を使用しても直線走行時の輪軸蛇行動を防止し、高速での直線走行を安定させることができる。
そして、曲線及び直線走行のいずれの場合であっても、緊急停止などの非常制動時には踏面ブレーキユニット２０のブレーキシリンダ２１に圧縮エアが供給され、制輪子２２が車輪５の踏面５ａに押し付けられて鉄道車両が止められる。

続いて、図８及び図９は、第４実施形態の軸箱支持システムについてその一部を示した取り付け構造図であり、図８は平面を示し、図９は側面を示している。なお、図２及び図３に示したものと同じ構成部材については同じ符号を付している。
本実施形態の鉄道車両は、軸箱６と一体になった軸梁６０を有するものであり、その軸梁６０は側梁２に形成されたブラケット２ａに対して連結されている。軸梁６０は、軸受部６０ａが支持ピン６１によって連結されているが、その軸受部６０ａには円筒形状の軸梁支持ゴムが装填され、支持ピン６１に対する軸梁６０の傾きや前後方向の変位が吸収できるように構成されている。

また、軸梁６０には水平方向に連結アーム６２が張り出し、シリンダユニット６５（踏面ブレーキユニット２０と同様の構造）の制輪子頭６７に固定された固定ピン７８に連結されている。連結アーム６２の軸穴には緩衝ゴム６３が装填され、その緩衝ゴム６３を介して固定ピン７８が挿入されている。このシリンダユニット６５には、例えば制輪子の代わりに柔らかい素材であって踏面５ａに押し付けても制動力が発生しない踏面清掃部材６６が制輪子頭６７に取り付けられている。従って本実施形態ではこのシリンダユニット６５を軸箱支持に使用するため、制動には図７に示すように車輪５の前方に不図示の踏面ブレーキユニット２０が別に設けられている。

軸梁６０を連結する支持ピン６１と、軸梁６０と一体の連結アーム６２を連結する固定ピン７８とは同軸になるように配置され、軸箱支持装置の上下変動によるピッチングが作用しても、両ピン６１，７８が回転中心となってシリンダユニット６５に負荷がかからないように構成されている。そして、シリンダユニット６５のエアシリンダには、図１に示すようにブレーキコントローラ１が接続され、その出力がコントロールされるように構成されている。

そこで、本実施形態の鉄道車両では、走行位置が不図示の検出装置によって検出され、ブレーキコントローラ１によってシリンダユニット６５がコントロールされる。曲線走行時には、ブレーキコントローラ１によってシリンダユニット６５からエアが大気解放される。そのため、シリンダユニット６５のエアシリンダは、内部の戻しバネの付勢力より大きな外力によって伸縮が自由になる。従って、軸箱６の移動が前後方向に拘束されることはなく、軸受部６０ａ内に設けられた剛性の低い軸梁支持ゴムの弾性変形に応じて輪軸７が台車枠に対して傾く。そのため、車輪５のアタック角が減少することによって押圧を下げたスムーズな曲線走行が可能になる。

一方、直線走行時には、ブレーキコントローラ１によってシリンダユニット６５へ圧縮エアが供給され、その出力が連結アーム６２及び軸梁６０を介して軸箱６を支える支持荷重Ｆとなって作用する。そのため軸箱６を介して輪軸７が支持され、剛性の低い弾性部材を使用しても直線走行時の輪軸蛇行動を防止し、高速での直線走行を安定させることができる。なお、このとき踏面清掃部材６６が車輪５の踏面５ａに接触したとしても、それによって制動力が発生することはない。

ところで、前述した各実施形態のように弾性部材の前後剛性を低くし、輪軸７の自己操舵性を高める鉄道車両は、最も横圧の高い車両内先頭軸の外軌輪は、曲線進入時にアンダーステア状態になりやすい。これは走行抵抗やアタック角を持ったフランジ接触の分力などによる。従って、車両内先頭軸の車輪は、動力源を持たない自己ステアリング力だけでは操舵に限界があり、積極的に輪軸を操作しなければ精度の高いステアリングとなり得ない。そこで次に、操舵機能をもった鉄道車両について説明する。

図１０は、軸箱支持システムの第５実施形態を示した簡略図である。本実施形態は、図１に示すものの変形例であり、踏面ブレーキユニット２０とブレーキコントローラ１との間に電磁切替弁７０を接続させたものである。電磁切替弁７０は、４ポート３ブロック弁であり、ブレーキコントローラ１側の配管７１，７２と、ブレーキシリンダ２１Ｌ，２１Ｒの配管７３，７４が接続されている。この場合、配管７１はブレーキシリンダ２１へ圧縮エアを供給する供給管であり、配管７２はブレーキシリンダ２１Ｌ，２１Ｒ内の圧縮エアを大気解放する排気管である。

そこで、鉄道車両が直線走行している場合、電磁切替弁７０は、図示するようにＢブロックによってポート間接続が行われ、配管７１から供給された圧縮エアは、配管７３，７４を介して左右のブレーキシリンダ２１Ｌ，２１Ｒへと送られる。従って、軸箱６を介して輪軸７が支持され、剛性の低い弾性部材を使用しても直線走行時の輪軸蛇行動を防止し、高速での直線走行を安定させることができる。また、緊急停止などの非常制動時にも電磁切替弁７０のポート間はＢブロックで接続され、ブレーキシリンダ２１Ｌ，２１Ｒへ圧縮エアが供給され、制輪子２２が車輪５の踏面５ａに押し付けられて鉄道車両が止められる。

そして、鉄道車両が右カーブを走行する場合には、電磁切替弁７０のポート間がＡブロックによって接続され、配管７１と７３、配管７２と７４がそれぞれ連通する。従って、ブレーキコントローラ１からの圧縮エアは左側のブレーキシリンダ２１Ｌに供給され、剛性ロッド３０を介して軸箱６に支持荷重Ｆが作用する。一方、右側のブレーキシリンダ２１Ｒからは圧縮エアが大気解放されるため、軸箱６に対する前後方向の拘束が解除される。よって、左側ブレーキシリンダ２１Ｌの出力によって輪軸７が曲線に従って傾けられ、アタック角を小さくしたスムーズな走行が可能となる。

逆に、鉄道車両が左カーブを走行する場合には、電磁切替弁７０のポート間がＣブロックによって接続され、配管７１と７４、そして配管７２と７３がそれぞれ連通する。従って、ブレーキコントローラ１からの圧縮エアは右側のブレーキシリンダ２１Ｒに供給され、剛性ロッド３０を介して軸箱６に支持荷重Ｆが作用する。一方、左側のブレーキシリンダ２１Ｌからは圧縮エアが大気解放されるため、軸箱６に対する前後方向の拘束が解除される。よって、右側ブレーキシリンダ２１Ｒの出力によって輪軸７が曲線に従って傾けられ、アタック角を小さくしたスムーズな走行が可能となる。

以上、本発明に係る鉄道車両について実施形態をしめして説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、図１０の第５実施形態では、軸箱６を踏面ブレーキユニット２０で支持する図１の第１実施形態を変形させて示したが、図６及び図７の第２または第３実施形態において、エアシリンダ５１とブレーキコントローラ１とを接続する配管に電磁切替弁７０を設けるようにしてもよい。

軸箱支持システムの第１実施形態を示した簡略図である。 第１実施形態の軸箱支持システムについてその一部の取り付け構造を示した平面図である。 第１実施形態の軸箱支持システムについてその一部の取り付け構造を示した側面図である。 油圧回路を利用した剛性ロッドを示した図である。 ピエゾ素子を利用した剛性ロッドを示した図である。 軸箱支持システムの第２実施形態を示した簡略図である。 軸箱支持システムの第３実施形態を示した簡略図である。 第４実施形態の軸箱支持システムについてその一部の取り付け構造を示した平面図である。 第４実施形態の軸箱支持システムについてその一部の取り付け構造を示した側面図である。 軸箱支持システムの第５実施形態を示した簡略図である。 鉄道車両の鉄道車両用軸箱支持装置を示した一部断面図である。

符号の説明

１ ブレーキコントローラ
２ 側梁
３ 横梁
５ 車輪
６ 軸箱
７ 輪軸
２０ 踏面ブレーキユニット
２１ ブレーキシリンダ
２２ 制輪子
２５ 制輪子頭
２７ 脱シュー止ピン
３０（３０Ａ，３０Ｂ） 剛性ロッド
Ｆ 支持荷重

Claims (7)

1. 車輪の踏面に対してブレーキシリンダの動作によって制輪子を押し当てて制動する左右の踏面ブレーキユニットと、各ブレーキシリンダへの圧縮エアの給排気を制御するブレーキコントローラとを有する鉄道車両において、
   前記ブレーキシリンダ或いは他に設けられたエアシリンダは、輪軸を回転支持する軸箱に対して車体後方側から支持荷重を作用させるための軸箱支持シリンダであって、当該軸箱支持シリンダと前記軸箱との間に、所定の条件によって一定の長さを保って前記支持荷重を受けることができる伸縮可能な剛性ロッドが前記軸箱支持シリンダの伸縮方向に連結され、
   前記ブレーキコントローラは、
   直線走行時には、輪軸と台車枠との間で車体前後方向に弾性力が作用する弾性部材に関し、その弾性変形内で前記軸箱を後方から前記支持荷重で支えるように前記軸箱支持シリンダに圧縮エアを供給し、
   曲線走行時には、前記弾性部材の弾性変形に伴う前記軸箱の移動を自由にするように前記軸箱支持シリンダから圧縮エアを排気するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記軸箱支持シリンダが前記踏面ブレーキユニットを構成するブレーキシリンダであり、前記踏面ブレーキユニットの制輪子頭と前記軸箱との間に前記剛性ロッドが連結されたものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記剛性ロッドは、シリンダ部材内に棒状のピストン部材が挿入され、そのピストン部材の摺動によって可変するシリンダ部材内のシリンダ油室が、リザーブタンクとの間でリリーフ弁の流路とチェック弁の流路とによってそれぞれ接続されたものであって、
   作動油は、前記シリンダ油室内の圧力がリリーフ圧を超えた場合に前記リザーブタンクへと流れ、前記チェック弁は前記リザーブタンクから前記シリンダ油室への流れを許容するものであることを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記剛性ロッドは、シリンダ部材内に棒状のピストン部材が摺動可能に挿入され、そのシリンダ部材内には、前記ピストン部材を把持することによって軸方向の移動を拘束するピエゾ素子からなる把持手段が設けられたものであることを特徴とする鉄道車両。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記剛性ロッドは、その一端が前記踏面ブレーキユニットの制輪子頭に固定されている脱シュー止ピンに連結され、他端が前記軸箱側に固定された支持ピンに連結されたものであることを特徴とする鉄道車両。
6. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記軸箱支持シリンダは、前記踏面ブレーキユニットを構成するブレーキシリンダとは別に設けられたエアシリンダであって、当該エアシリンダと前記軸箱との間に前記剛性ロッドが連結され、
   前記踏面ブレーキユニットは、車輪の後方に配置された前記エアシリンダとは反対の車輪前方に配置されたことを特徴とする鉄道車両。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記軸箱支持シリンダとブレーキコントローラとを連結する配管には電磁切替弁が接続され、その電磁切替弁は、前記ブレーキコントローラから前記左右の軸箱支持シリンダに対する圧縮エアの供給と排気とを左右同時に行う場合と、一方に供給を行い他方から排気を行う場合とで切り替えられるものであることを特徴とする鉄道車両。

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