JP2005205927A - 鉄道車両のレベリングサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価な構造で、車体を上下、左右、前後のいずれにも弾性支持して、しかも、油圧シリンダによるレベリングができ、車体の低床化支持にも有利ものとする。
【解決手段】 台車１上に油圧シリンダ２を介して車体３を支持し、油圧シリンダ２内の油量を調節して車体３の高さまたはおよび傾きを調節できるようにするのに、油圧シリンダ２を車体３にはユニバーサルジョイント５により連結し、台車１には油圧シリンダ２まわりに複数結合した弾性ブロック６を介し連結することにより、上記目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は軌条上を走行する各種鉄道車両のレベリングサスペンション装置に関するものである。

従来、路面電車では、レベリング機能のない図６に示すような簡易なサスペンション装置ａが用いられてきた。このものは、台車ｂの上に前後２つのコイルスプリングｃによって車体ｄを支持し、コイルスプリングｃの設置部間で台車ｂと車体ｄとの間にダンパｅを働かせてコイルスプリングｃの過剰な伸縮や揺れを抑制するようにしてある。

一方、専用軌道を走行する鉄道車両では、プラットホームの高さに合わせたり、あるいは走行中のカーブや速度に合った傾きを得るなどのためのレベリングが空気ばねを用いて行われ、乗り心地性を損なわずにバリアフリーやカーブでの走行の安定性などを確保することが既に行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。

また、路面電車では、近時、各種アクチュエータとしてのエアシリンダを油圧シリンダに切り換えてブレーキ用の油圧回路を共用することで、エア回路の艤装を省略することが進んでいる。これに併せ、バリアフリー化の要求が高まる中、車体を一時下げて路面に近付けたり、低いプラットホームに高さを合わせたりすることも行われ、これを油圧シリンダにて実現できるサスペンション装置も既に知られている（例えば、特許文献３参照。）。このものは、油圧シリンダ単独で車体を台車上に支持しながらも、それに繋がった蓄圧器に封入したガスによってクッション性を確保しつつ、車体の前後、左右への揺れをピストン自身による復元モーメントを伴う揺れ機構によって対応している。
特開平８−１７５３８３号公報 特開２００３−２３１４６５号公報 特許第３３９３５２９号公報

しかし、図６に示すものでは、車体ｄの不安定性を回避するためダンパｅによってコイルスプリングｃの伸縮や揺れを十分に抑えることが優先されるので、車体ｄの支持がぎこちなく乗り心地の悪いものとなっている。このため、図６に示すダンパｅを油圧シリンダなどに切り替えてレベリング機能を実現しても乗り心地は改善されない。

また、特許文献１、２に記載のレベリング機構を油圧シリンダによるものに切り替えるのに、図６に示すような支持機構に対して採用しても乗り心地の改善ができない。

さらに、特許文献３に記載のレベリング機構では、油圧シリンダ単独での支持でありながら、クッション性と車体の左右前後への揺れとに対応できるものの十分でない上、ピストンロッドがピストンとの間に設けた凹凸嵌合部を揺れ支点として、支持側、つまり台車側にクッション部なく車体の頻繁な揺れに伴い比較的大きな角度で揺動を繰り返すので、揺れ支点となる前記凹凸嵌合部の摩耗が著しく寿命の短いものとなる。また、ピストンは揺れに対する戻りモーメントを得るために、前記揺れ支点からの距離よりも大きな半径の湾曲座面を有して台車側の支持面を転動するようにしており、この転動が定位置にて位置ずれなく行われるようにガイド周壁と嵌合する嵌合球面を外周に有し、この嵌合球面とガイド周壁との間は全くクッション部なく車体の頻繁な揺れに伴い摺動するので、この部分の寿命は特に短くなる。さらに、万一にも油圧シリンダの油圧が抜けてしまうなことを考えると、クッション性を失い落下する車体に衝撃を与えるので、これを緩衝するために特許文献３の第２図に示すような皿ばねを多数重ねた緩衝機構を必要とする上、前記湾曲座面と支持面、ガイド周壁と嵌合球面とは高精度な加工が要求されるので、全体のコストがかさむ。また、引用文献３に記載のような皿ばねを積層した緩衝機構は油圧シリンダの軸線方向の寸法を増大させるので、車体の低床化支持に不利である。

本発明の目的は、簡単かつ安価な構造で、車体を上下、左右、前後のいずれにも弾性支持して、しかも、油圧シリンダによるレベリングができ、車体の低床化支持にも有利で長寿命な鉄道車両のレベリングサスペンション装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の鉄道車両のレベリングサスペンション装置は、台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、油圧シリンダを車体にはユニバーサルジョイントにより連結し、台車には油圧シリンダまわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを１つの特徴としている。

このような構成では、台車上に車体を支持している油圧シリンダ内の油量を調節して車体の高さまたはおよび傾きを調節できるようにしながら、油圧シリンダと車体側とを連結したユニバーサルジョイント部を揺動支点とした、油圧シリンダ側の、油圧シリンダと台車側とを連結した弾性ブロック部の油圧シリンダまわり複数位置でのコイルスプリングに比し変形剛性が高く十分に安定した弾性変形を伴う比較的角度の小さい揺動によって、車体の上下、左右、前後のいずれにも弾性支持することができ乗り心地のよいものとするのに併せ、万一にも、油圧シリンダの油圧が抜けてしまうようなことがあって車体が落下しても弾性ブロックが働いて緩衝するので車体に衝撃を与えない安全なものとなり、特別な緩衝構造が不要となる。また、特別な精密加工を要する部分もなく、全体に簡単かつ安価な構造となる上、かさ低く構成でき車体の低床化支持に好適となる。しかも、ユニバーサルジョイント部は車体に揺動支点を与えて車体の揺れに伴い摺動するにしても、従来から十分な精度と強度、寿命を持って提供される既製品でよいので特にコスト上昇の原因にならないし、油圧シリンダ側の揺れ角度が小さく、また、支持側、つまり台車側に少なくとも弾性ブロック部の弾性変形による緩衝が得られるので、他の揺動摺動部がないことも相まって寿命の長いものとなる。

本発明の鉄道車両のレベリングサスペンション装置は、また、台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、油圧シリンダを、車体にはピストンロッド側でユニバーサルジョイントにより連結し、台車にはシリンダ側でこのまわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを他の特徴としている。

このような構成では、台車上に車体を支持している油圧シリンダ内の油量を調節して車体の高さまたはおよび傾きを調節できるようにしながら、油圧シリンダと車体側とを連結したユニバーサルジョイント部を揺動支点とした、油圧シリンダ側の、油圧シリンダと台車側とを連結した弾性ブロック部の油圧シリンダまわり複数位置でのコイルスプリングに比し変形剛性が高く十分に安定した弾性変形を伴う比較的角度の小さい揺動によって、車体の上下、左右、前後のいずれにも弾性支持することができ乗り心地のよいものとするのに併せ、万一にも、油圧シリンダの油圧が抜けてしまうようなことがあって車体が落下しても弾性ブロックが働いて緩衝するので車体に衝撃を与えない安全なものとなり、特別な緩衝構造が不要となる。また、特別な精密加工を要する部分もなく、全体に簡単かつ安価な構造となる上、かさ低く構成でき車体の低床化支持に好適となる。しかも、ユニバーサルジョイント部は車体に揺動支点を与えて車体の揺れに伴い摺動するにしても、従来から十分な精度と強度、寿命を持って提供される既製品でよいので特にコスト上昇の原因にならないし、油圧シリンダ側の揺れ角度が小さく、また、支持側、つまり台車側に少なくとも弾性ブロック部の弾性変形による緩衝に加え、ピストンとシリンダとの間の緩衝も得られるので、他の揺動摺動部がないことも相まって寿命の長いものとなる。

本発明の鉄道車両のレベリングサスペンション装置は、また、台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、油圧シリンダを、車体にはピストンロッド側でユニバーサルジョイントにより連結し、台車にはシリンダ側でこのシリンダの上端部まわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを別の特徴としている。

このような構成では、台車上に車体を支持している油圧シリンダ内の油量を調節して車体の高さまたはおよび傾きを調節できるようにしながら、油圧シリンダと車体側とを連結したユニバーサルジョイント部を揺動支点とした、油圧シリンダ側の、油圧シリンダと台車側とを連結した弾性ブロック部の油圧シリンダまわり複数位置でのコイルスプリングに比し変形剛性が高く十分に安定した弾性変形を伴う比較的角度の小さい揺動によって、車体の上下、左右、前後のいずれにも弾性支持することができ乗り心地のよいものとするのに併せ、万一にも、油圧シリンダの油圧が抜けてしまうようなことがあって車体が落下しても弾性ブロックが働いて緩衝するので車体に衝撃を与えない安全なものとなり、特別な緩衝構造が不要となる。また、特別な精密加工を要する部分もなく、全体に簡単かつ安価な構造となる上、複数の弾性ブロックが油圧シリンダのシリンダ部と並んで位置して弾性支持のために軸線方向寸法が拡張することがないので、かさ低く構成でき車体の低床化支持により好適となる。しかも、ユニバーサルジョイント部は車体に揺動支点を与えて車体の揺れに伴い摺動するにしても、従来から十分な精度と強度、寿命を持って提供される既製品でよいので特にコスト上昇の原因にならないし、油圧シリンダ側の揺れ角度が小さく、また、支持側、つまり台車側に少なくとも弾性ブロック部の弾性変形による緩衝に加え、ピストンとシリンダとの間の緩衝も得られるので、他の揺動摺動部がないことも相まって寿命の長いものとなる。

弾性ブロックは、金属板とゴム層とを上下に積層した積層体である、さらなる構成によれば、
弾性ブロックをなすゴム層が金属板間で分断されて弾性変形を抑えられて、座屈剛性、特に揺れ剛性が高まり、重量物である車体を上下、前後、左右に弾性支持するのに適度な弾性が得られるので好適である。

弾性ブロックは、下部から上部に向かって同じ側に傾斜させてある、さらなる構成によれば、
複数のブロックは互いの位置の違いから、車体の揺れ方向に対し座屈ないし突っ張り側と伸び側、あるいは座屈ないし突っ張り成分が伸び成分よりも多くなる側と伸び成分が座屈ないし突っ張り成分よりも多くなる側などと、正反対の働きをしたり、それら正反対の働き成分に差ができ、その正反対な働きの相互作用によって複数のブロックが同じ作用しかしない場合に比し車体の揺れに対する吸収および減衰作用を高められる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して採用することができる。

本発明の、鉄道車両のレベリングサスペンション装置の１つの特徴によれば、油圧シリンダにより車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにしながら、ユニバーサルジョイント部を摺動支点とした、油圧シリンダの、複数の弾性ブロック部の弾性変形を伴う比較的小さい角度での揺動によって、車体をどの方向にも弾性支持して乗り心地のよいものとなる。併せ、油圧シリンダの油圧が抜けて車体が落下しても弾性ブロックが働き車体に衝撃を与えない安全なものとなる。特別な緩衝構造も、精密加工を要する部分もなく、全体に簡単かつ安価な構造となる上、かさ低く構成でき車体の低床化支持に好適となる。しかも、ユニバーサルジョイント部は特にコスト上昇の原因にならないし、油圧シリンダに揺動支点を与えるが揺動角度が小さく摩耗しにくい上、支持側、つまり台車側に少なくとも弾性ブロック部の弾性変形により緩衝されるので、他の揺動摺動部がないことも相まって全体に寿命の長いものとなる。

本発明の、鉄道車両のレベリングサスペンション装置の他の特徴によれば、前記１つの特徴の場合に加え、さらに、ユニバーサルジョイント部が車体に揺動支点を与えて車体の揺れに伴い摺動するにしても、支持側、つまり台車側に弾性ブロック部の弾性変形による緩衝に加え、ピストンとシリンダとの間の緩衝も得られるので、寿命のより長いものとなる。

本発明の、鉄道車両のレベリングサスペンションの別の特徴によれば、前記他の特徴の場合に加え、さらに、複数の弾性ブロックが油圧シリンダのシリンダ部と並んで位置して弾性支持のために軸線方向寸法が拡張することがないのでかさ低く構成でき車体の低床化支持に好適となる。

弾性ブロックは、金属板とゴム層との積層体である、さらなる構成によれば、
弾性ブロックをなすゴム層の弾性変形が抑えられて重量物である車体を上下、前後、左右に弾性支持するのに適度な弾性が得られる。

弾性ブロックは、下部から上部に向かって同じ側に傾斜させてある、さらなる構成によれば、
複数のブロックの正反対の働きや、正反対の働き成分の差の相互作用によって車体の揺れに対する吸収および減衰作用を高められる。

以下、本発明の鉄道車両のレベリングサスペンション装置に係る実施の形態について図１〜図５を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明および図示は、本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態の、鉄道車両のレベリングサスペンション装置は、路面電車の場合の一例である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、軌条上を走行する車両一般に適用して有効であり、図４に示すように軌条１１上を車輪１２によって走行する台車１上に、油圧シリンダ２を介して車体３を支持し、油圧シリンダ２内の油量を図５に示す油圧回路３０によって調節して車体３の高さまたはおよび傾きを調節できるようにしている。このような車体３の支持は台車１の左右両側でなされ、車体３を路面近くまで低くしたり、プラットホームに高さを合わせたりするバリアフリー化の機能や、走行中のカーブ度や速度に応じた傾斜姿勢として走行の安定性や乗り心地の改善を図る機能を発揮する。また、油圧シリンダ２を利用するので路面電車でのブレーキ系統の油圧回路を共用して動作することができ、エア回路の艤装を省略するのに好適である。

本実施の形態では、特に、油圧シリンダ２を車体３にはユニバーサルジョイント５により連結し、台車１には油圧シリンダ２のまわりに複数結合した弾性ブロック６を介し連結している。これにより、台車１上に車体３を支持している油圧シリンダ２内の油量を調節して既述のように車体３の高さまたはおよび傾きを調節できるようにしながら、油圧シリンダ２と車体３側とを連結したユニバーサルジョイント５部を揺動支点とした、油圧シリンダ２の、油圧シリンダ２と台車１側とを連結した弾性ブロック６部の油圧シリンダ２まわり複数位置でのコイルスプリングに比し変形剛性の高い十分に安定したバランスのよい弾性変形を伴う揺動によって、車体３の上下、左右、前後のいずれにも弾性支持することができ乗り心地のよいものとすることができる。これに併せ、万一にも、油圧シリンダ２の油圧が抜けてしまうようなことがあって車体３が落下しても弾性ブロック６が働いて緩衝するので車体３に衝撃を与えない安全なものとなり、特別な緩衝構造が不要となる。

また、特別な精密加工を要する部分もなく、全体に簡単かつ安価な構造となる上、かさ低く構成でき車体３の低床化支持に好適となる。しかも、ユニバーサルジョイント５は車体３に揺動支点を与えて車体３の揺れに伴い摺動するにしても、従来から十分な精度と強度、寿命を持って提供される既製品でよいので特にコスト上昇の原因にならないし、油圧シリンダ２側の揺れ角度が小さく、また、支持側、つまり台車１側に少なくとも複数の弾性ブロック６部の弾性変形による緩衝が得られるので、ユニバーサルジョイント５以外の揺動摺動部がないことも相まって寿命の長いものとなる。

また、台車１上に油圧シリンダ２により車体３を支持するのに、油圧シリンダ２を、図１に示すように車体３にはピストンロッド２ａ側でユニバーサルジョイント５により連結し、台車１にはシリンダ２ｂ側でこのまわりに複数結合した弾性ブロック６を介し連結している。これにより、ユニバーサルジョイント５部は車体３に揺動支点を与えて車体３の揺れに伴い摺動するにしても、既述した理由に加え、さらに、支持側、つまり台車１側に弾性ブロック６部の弾性変形による緩衝と、図５に示すピストン２ｃとシリンダ２ｂとの間の緩衝とが得られるので、寿命のより長いものとなる。

さらに、油圧シリンダ２を台車１に連結するにの、シリンダ２ｂの上端部のまわりに複数連結した弾性ブロック６を介し連結している。これにより、複数の弾性ブロック６は油圧シリンダ２と並んで位置して弾性支持のために軸線方向寸法が拡張することがないのでかさ低く構成でき車体３の低床化支持に好適となる。

また、弾性ブロック６は、図１に示すように金属板６ａとゴム層６ｂとの積層体としてあり、弾性ブロック６をなすゴム層６ｂが金属板６ａ間で分断されて弾性変形を抑えられ、座屈剛性、特に揺れ剛性が高まり、重量物である車体３を上下、前後、左右に弾性支持するのに適度な弾性および復元力が得られるので好適である。これにより、弾性ブロック６は図１に示すように油圧シリンダ２の両側に２つ対称に設けるだけで、支持機能、耐久性共に十分である。しかし、弾性ブロック６は３つ以上あってもよく、ブロック数が多くなるほど１つの弾性ブロック６による車体支持の負荷分担が軽減される。

ユニバーサルジョイント５は図１〜図４に示すような球面継手２１を採用しており、簡単な構造で十分な耐久性と揺動支持機能が得られる。しかし、原理的にはこれに限られることはなく十字軸継手、交差する２軸による継手など種々なものを採用することができる。図示する例の球面継手２１は、車体３の側に固定した二股軸受２２によって球体２３の両端軸２３ａを軸受し、ピストンロッド２ａ一端に嵌合固定した球面穴ブッシュ２４の球面穴２４ａと前記球体２３とを嵌め合せて油圧シリンダ２と車体３とを連結し、双方間でユニバーサルジョイント機能を発揮するようにしている。しかし、基本的には球体２３と球面穴ブッシュ２４とのどちらをピストンロッド２ａ側に振り分けてもよい。

また、油圧シリンダ２は上下の連結板２５、２６によって複数の弾性ブロック６と連結するようにしてある。このために、まず、連結板２５の長手方向中央部に設けた穴２５ａにシリンダ２ｂを上方から挿入すると共に、シリンダ２ｂの上端部にある非円形、具体的には小判型をしたフランジ２ｂ１を連結板２５の穴２５ａまわりにある位置決め凹部２５ｂに嵌め合わせて軸線まわりの位置決めをし、この位置決め状態でフランジ２ｂ１と連結板２５とをねじ２７により軸線まわりの複数箇所にて締結し、シリンダ２ｂと連結板２５とを強固に結合している。その上で、各弾性ブロック６の上下端にある金属板６ａを連結板２５、２６の上下に対向し合う面に当てがうと共に、端部金属板６ａの連結軸６ｃを連結板２５、２６に嵌め合せることにより位置決めして連結し合い、下部の連結板２６が台車１上に設置されていることで、弾性ブロック６、油圧シリンダ２を介し車体３を台車１上に受けられるようにしている。しかし、これに限られることはなく、シリンダ２ｂの、弾性ブロック６との結合、および弾性ブロック６を介した台車１との連結はどのように行ってもよい。なお、図示する例では、弾性ブロック６は油圧シリンダ２に対し全て平行な直立状態で設けてあり、車体３の横揺れに対し揃って同じ側へ斜めに伸びて車体３の横揺れを吸収し、その復元力によって車体の揺れを減衰する。

しかし、 弾性ブロック６は、下部から上部に向かって同じ側に傾斜させてもよい。それには、下部から上部に向かって内側、すなわち油圧シリンダ側に傾斜させても、その逆であってもよい。前後２つの弾性ブロックである場合はハの字配置、ないしはその逆配置となる。このような傾斜配置では、前後２つのブロックは互いの位置の違いから、車体３の前後の横揺れ方向に対し座屈ないし突っ張り側と伸び側とになって正反体の働きをする。３つ以上の弾性ブロックである場合は、上記に加え、さらに座屈ないし突っ張り成分が伸び成分よりも多くなる側と伸び成分が座屈ないし突っ張り成分よりも多くなる側などと、正反対の働き成分に差ができる。このような複数の弾性ブロックの正反対な働きの相互作用によって複数のブロックが同じ作用しかしない場合に比し車体の揺れに対する吸収および減衰作用を高められる。

台車１上の左右の油圧シリンダ２は図５に示すように、油圧回路３０上で減衰弁３１を介し蓄圧器３２と接続され、蓄圧器３２に封入したガス３２ａにより油圧シリンダ２による車体３の支持に柔軟なクッション性が得られるようにしてある。ガスは窒素ガスなどを利用している。油圧回路３０は左右の油圧シリンダ２に対し、それぞれに専属のレベルセンサ４１、４２により車体３の台車１上の高さをモニタしながら、指令またはおよびプログラムに従って各油圧シリンダ２の油量を調節し車体３の各部を必要な高さに昇降させ、車体３の高さ調節、傾き調節を行う。

本発明は鉄道車両一般に実用でき、簡単かつ安価な構造にて乗り心地や寿命の低下なくレベリングすることができる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両のレベリングサスペンション装置の１つの例を示す側面図である。 図１の装置の平面図である。 図１の装置の上連結板と油圧シリンダとの連結関係を示す断面図である。 図１の装置を採用して鉄道車両の一部を示す側面図である。 図１の装置の油圧回路との関係を示す回路図である。 従来の路面電車のサスペンション装置を示す一部の側面図である。

符号の説明

１ 台車
２ 油圧シリンダ
２ａ ピストンロッド
２ｂ シリンダ
２ｃ ピストン
３ 車体
５ ユニバーサルジョイント
６ 弾性ブロック
６ａ 金属板
６ｂ ゴム層
３０ 油圧回路

Claims (5)

1. 台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、
   油圧シリンダを車体にはユニバーサルジョイントにより連結し、台車には油圧シリンダまわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを特徴とする鉄道車両のレベリングサスペンション装置。
2. 台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、
   油圧シリンダを、車体にはピストンロッド側でユニバーサルジョイントにより連結し、台車にはシリンダ側でこのまわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを特徴とする鉄道車両のレベリングサスペンション装置。
3. 台車上に油圧シリンダを介して車体を支持し、油圧シリンダ内の油量を調節して車体高さまたはおよび傾きを調節できるようにした鉄道車両のレベリングサスペンション装置において、
   油圧シリンダを、車体にはピストンロッド側でユニバーサルジョイントにより連結し、台車にはシリンダ側でこのシリンダの上端部まわりに複数結合した弾性ブロックを介し連結したことを特徴とする鉄道車両のレベリングサスペンション装置。
4. 弾性ブロックは、金属板とゴム層とを上下に積層した積層体である請求項１〜３のいずれか１つに記載の鉄道車両のレベリングサスペンション装置。
5. 弾性ブロックは、下部から上部に向って同じ側に傾斜させてある請求項１〜４のいずれか1項に記載のレベリングサスペンション装置。

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