JP2010241209A - 案内軌条式車両 - Google Patents

Abstract

【課題】空気ばねを用いて定められた専用軌道上を走行する案内軌条式車両において、車両の荷重が増えた場合でも、増えた荷重に対応するため、空気ばね間隔を狭くして車両のローリング剛性低下を招いて乗り心地を害したり、高さ調整作業に多くの時間を取られたりする、といったことがないようにする。
【解決手段】走行台車上に車体を支える空気バネを有する案内軌条式車両において、前記空気バネは複数の空気バネ要素を互いに内部気体を連通させて設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は案内軌条式車両に係り、特に、空気バネを二次ばねとして用いた軌道系ゴムタイヤ車両や磁気浮上車両などの、案内軌条式車両に関するものである。

近年、専用軌道をゴムタイヤを使って走行して中量輸送を行なう、いわゆる新交通システムと呼ばれる輸送システムが普及し、また、磁気浮上式鉄道も実用化に向けた研究が進んでいる。これらの輸送システムは、大部分無人で全自動運転を行ない、例えば、案内軌条によって案内される案内輪をもつ場合もある。

このような新交通システムや磁気浮上鉄道用の車両においては、乗り心地向上のために二次ばねとして図７に示したように空気ばねを採用することが多い。この図７において１００は車体、１０２は空気バネ、１０４はタイヤ、１０６は図示していないガイドレールに接し、車両１００を案内するための案内輪である。しかしこの空気バネ１０２は、車軸と車体との間に設ける必要があることから、タイヤ１０４が用いられる場合はこの空気バネ１０２が両側のタイヤ１０４の内側に配置される。また、空気ばね１０２は、ゴムと補強繊維の複層構造のベローズでできているため、使用内圧は耐圧的には２．０MPa程度まで耐えられるが、耐久性を考慮して一般的に０．７５MPa以下という制限が設けられていて、これ以上で使うと耐久寿命が短くなる。

また、空気ばねのベローズは上下変位によって動きが発生することから、平面視の形状は円形形状となっている。それ以外の形状では、ダイヤフラムの変形歪が局部的に不均一になり耐久性が低下してしまうために好ましくない。従って、荷重が増えた場合、空気ばねの有効受圧面積を大きくして内圧を制限内に押さえる必要があり、採用される空気ばねの外径も大きくなるが、こうすると空気ばね間隔が狭くなって車両のローリング剛性が低くなり、走行時ローリングし易くなって乗り心地を害するようになる。また空気バネは、従来存在しない径の空気バネを作る場合は型から起こさねばならず、莫大な費用がかかる。

その上、空気ばね左右間隔が狭くなることで、高さ調整弁による車両の高さ調整も傾きの修正が非常にやりにくくなり、調整作業に多くの時間を取られることになって保守の工程が増え、費用が嵩むことになる。こういったことを防ぐには、荷重増によって空気ばね外径を大きくした分、車両幅を大きくする方法もあるが、新交通システムではそれによって軌道断面も大きくなるから、その影響が路線全線に渡ることになってインフラ費用が膨大になる。なお、国内の新交通システムについては、標準化により車両幅も軌道幅も決められており、大きくはできない。

こういった空気バネを用いた車両において、ロールに対する剛性及び収束性を改善する技術に関しては、例えば特許文献１に、略直線状に形成されたサイドメンバ（フレームの構成部品）の略真下に、その一端部にリヤアクスルハウジングを挟んだ前後に取り付けられる空気ばねとしてのベローズと、そのベローズの振動を減衰するため、リヤアクスルハウジングとサイドメンバとの間に介装されるショックアブソーバとを有するバスのリヤサスペンション装置において、ショックアブソーバをサイドメンバに対して車両外側に配設し、ショックアブソーバの取付間隔を広げて、フロント及びリヤサスペンション装置におけるショックアブソーバの取付間隔を略等しくし、前後バランス，ロール剛性及びロール収束性を改善したバスのリヤサスペンション装置が示されている。

また特許文献２には、車体の進行方向前後に配置した台車における、夫々左右に設けられた４つの空気ばねへの給排気により、車体の傾斜制御を行う車体傾斜制御方法に関するものではあるが、車体が曲線部を通過する時、進行方向前後のどちらかの台車の２つの空気ばねを連通させ、見かけ上、車体を３点支持することで、空気ばねを連通させない方の台車の空気ばねのみへ空気を給排気することで車体を傾斜させ、車体傾斜に要する空気の消費流量を減少させた車体傾斜制御方法及び装置が示されている。

特開２００１−４７８３０号公報 特開２００５−９６７２４号公報

しかしながらこの特許文献１に示されたバスのリヤサスペンション装置は、トラックやバスにおける、後車軸用のステアリングしない構造と車体を低く構成するための構造であり、前軸重に比べて後軸重は約２倍であることから、同じ空気ばねを車軸に対して２つ配置した構造としたものである。従って、前後に空気ばねが大きく離れていると共に前後連通していないことから、後軸４つの空気ばねで車体を支持してしまい、後軸ばね上の寸法や重量バランスがずれていると、それに支配されて修正が難しい構造となる。トラックやバスにおいてはこのような構造でもあまり問題はないが、本発明のような軌道系車両では、ホームと床面高さとの差を例えば±数ｍｍ程度と厳しく管理する必要があるため、問題となる。

また、特許文献２に示された車体傾斜制御方法及び装置は、曲線部を通過する時に前後のどちらかの台車の２つの空気ばねを連通させ、車体傾斜に要する空気の消費流量を減少させているだけで、車両にかかる荷重の増加に対処するため大きな外径の空気ばねを用いた場合の問題点、すなわち、左右の空気バネ間隔が狭くなることで生じるローリング剛性の悪化や、それを防ぐために空気ばね外径を大きくした分だけ車両幅を大きくする、などの問題点を解決するものではない。

そのため本発明においては、車両の荷重が増えた場合でも、空気ばね間隔を狭くして車両のローリング剛性低下を招いて乗り心地を害したり、高さ調整作業に多くの時間を取られたりする、といったことがなく、車両幅を大きくする必要もない、空気ばねを用いた案内軌条式車両を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる案内軌条式車両は、
定められた専用軌道上を走行し、走行台車上に車体を支える空気バネを有する案内軌条式車両であって、前記空気バネは、複数の空気バネ要素を互いに内部気体を連通させて設けたことを特徴とする。

このように複数の空気バネ要素を互いに内部気体を連通させて設けることで、それぞれの空気ばねは外径を小さくすることができ、その分取り付けの左右間隔を広くすることが可能となるから、車両はローリング剛性が上がってローリングしにくくなり、乗り心地が向上する。また、内部気体を連通させたことで複数の空気ばねの内圧は常に同じとなるから、１つの空気ばねのみで荷重を支えることがなく、複数の空気ばねの仮想中心を車軸中心とすることができ、空気ばねを受けるフレームに余計な前後曲げがかかることも無い。

また空気バネは、従来存在しない径の空気バネを作る場合は型から起こさねばならず、莫大な費用がかかるが、本発明のように従来から存在する径の空気バネを複数用いることで、増えた荷重に非常に安価に対応することもできる。

そして、前記空気バネを車両軸線に対し、車両進行方向前後対称に配列したことで、前記したようにそれぞれの空気ばねは外径を小さくすることができ、かつ、内部気体を連通させることで前後の空気ばねは内圧が変動時も同じとなり、あたかも１個の空気ばねとして機能するから、ばね下の前後の傾きは常に一定となって片側の台車にて高さ調整が規制・支配されることもないため、調整が１個の空気ばねと同様にし易い構造となる。また、外径の小さな空気ばねを用いることが可能となったことで、車両幅を大きくするといったことも考える必要が無くなる。

また、前記複数の空気バネ要素を、円形に配することで、さらに大きな荷重に耐えられる空気バネとすることができる。

さらに、Ｋをばね定数、γをポリトロープ指数、Ｐｏを内圧、Ｖｏを内容積、Ａｏを有効受圧面積としたとき、空気ばねのばね定数Ｋは、
Ｋ ＝ γ×（Ｐｏ／Ｖｏ）×Ａｏ^２
となって内容積Ｖｏに反比例するため、前記複数の空気バネ要素における外筒を一体に形成することで、空気ばねの内容積が外筒一体とした分増えるから、より一層ばね定数を低くして乗り心地を改善することができる。

そして、前記複数の空気バネ要素を可撓性管で内部気体を連通させることで、複数の空気ばね取付座の平坦性に注意する必要が無く、座の考えを１個の場合と同じにでき、また車両の構造によっては、段差を付けることも可能となる。

以上記載のごとく本発明になる案内軌条式車両は、複数の空気バネ要素を互いに内部気体を連通させて設けたことで、それぞれの空気ばねは外径を小さくすることができる。従って、その分取り付けの左右間隔を広くすることが可能となって車両のローリング剛性を上げることができ、乗り心地を向上させることができると共に、車両幅を大きくする、などの費用のかかる方法を取る必要もなくなる。

また、複数の空気バネ要素を円形に配することで、さらに大きな荷重に耐えられる空気バネとすることもでき、さらに複数の空気バネ要素における外筒を一体に形成すれば、前記したようにばね定数Ｋは内容積Ｖｏに反比例するため、空気ばねの内容積が外筒一体とした分増えて乗り心地を改善することも可能となる。

本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例１の空気バネで、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ’断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるｂ−ｂ’断面図である。 本発明になる案内軌条式車両の実施例１の台車で、（Ａ）は進行方向前方、または後方から見た図、（Ｂ）は空気バネ部分の側面図である。 本発明になる案内軌条式車両におけるタイヤ、空気バネの配置を示す平面図である。 本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例２の空気バネで、（Ｄ）は平面図、（Ｅ）は（Ｄ）におけるｄ−ｄ’断面図、（Ｆ）は（Ｄ）におけるｅ−ｅ’断面図である。 本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例３の空気バネで、（Ｇ）は平面図、（Ｈ）は（Ｇ）におけるｇ−ｇ’断面図である。 本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例３の他の例の空気バネで、（Ｊ）は平面図、（Ｋ）は（Ｊ）におけるｊ−ｊ’断面図である。 従来の案内軌条式車両におけるタイヤ、空気バネの配置を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例１の空気バネで、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるａ−ａ’断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるｂ−ｂ’断面図であり、図２は実施例１の台車で、（Ａ）は進行方向前方、または後方から見た図、（Ｂ）は空気バネ部分の側面図であり、図３は本発明になる案内軌条式車両におけるタイヤ、空気バネの配置を示す概略平面図である。

本発明になる案内軌条式車両は、図３に示したようにタイヤ３０、案内輪３８が設けられた車体３２における、両側のタイヤ３０の軸線に対し、車両進行方向前後対称に空気バネ１０を複数（この図３の例では２つ）配列し、かつ、それぞれの空気バネ１０における空気バネ要素を互いに内部気体を連通させたものである。

このようにすると、内部気体を連通させたことで複数の空気バネ１０の内圧は常に同じとなるから１つの空気バネとして考えることができ、荷重が分散できるからそれぞれの空気ばねは外径を小さくすることができる。従って、その分空気バネ１０の取り付け左右間隔を広くすることが可能となるから、車両３２はローリング剛性が上がってローリングしにくくなり、乗り心地が向上する。また、１つの空気バネのみで荷重を支えることがないから、複数の空気ばねの仮想中心を車軸中心とすることができ、空気ばねを受けるフレームに余計な前後曲げがかかることも無い。

図２は実施例１の案内軌条式車両を構成する台車であり、３０はタイヤ、３２は車体、３４は車軸、３６は平行リンク、３８は案内輪、４０は懸架枠である。図示した車両は車体３２の下方に空気ばね１０を介して台車が設けられ、空気ばね１０は、図２（Ｂ）に示したように、車軸３４に対し、車両進行方向前後対称に２つ配列し、かつ、それぞれの空気バネ１０における空気バネ要素を、連通管２６で互いに内部気体を連通させて設けている。

図２（Ｂ）に示すように、車体３２には下方に突出する懸架枠４０が固定され、懸架枠４０に４本の平行リンク３６のそれぞれ一端が回動可能に軸支されている。空気ばね１０は、懸架枠４０と一体で車体下部に固定された基部と台車側に固定された車軸枠との間に介設されている。

図１は実施例１の空気バネ１０の具体的構成であり、１２は空気バネの外筒、１４は内筒、１６は空気注入口、１８はゴムベローズ（ダイヤフラム）、２０はストッパー、２２は外筒固定ボルト、２４は内筒位置決めボス、２６は連通管、２８は外筒１２にゴムベローズ（ダイヤフラム）１８を止めるクランプである。

実施例１の空気バネ１０のそれぞれは、円形に形成された外筒１２の内部に同心に配された内筒１４、ゴムベローズ（ダイヤフラム）１８が設けられ、外筒１２のそれぞれの内圧が常に同じになるように内径が選択された連通管２６で結ばれている。この連通管２６は、金属製のパイプでもゴムホース等の可撓管でもよく、内径は上記のように複数の空気バネの内圧が常に同じになるよう、１５φ以上であることが好ましい。連結管２６をゴムホース等の可撓管とすれば、前後の空気ばね取付座の平坦性に注意する必要が無くなり、座の考えは１個の場合と同じにできる。また、車両の構造によっては段差を付けることも可能である。

ストッパー２０はこの空気バネ１０に荷重が加わったとき、外筒１２とストッパー２０との間の縮みストロークを越えて押圧されることを防ぐためのものである。またゴムベローズ（ダイヤフラム）１８は、前記したように上下変位によって動きが発生することから平面視の形状は円形形状となっており、それ以外の形状では、ダイヤフラムの変形歪が局部的に不均一になり耐久性が低下してしまうために好ましくない。

従ってゴムベローズ（ダイヤフラム）１８は、図１（Ｂ）、（Ｃ）の断面図から明らかなように内筒１４の周りに同一形状で形成され、この空気バネ１０の内圧の調整は、図示していない圧縮空気タンクから圧縮空気を空気注入口１６に出し入れしておこない、またこの空気バネ１０の固定は、外筒固定ボルト２２と内筒位置決めボス２４とで行う。

図４は、本発明になる案内軌条式車両に用いる実施例２の空気バネで、（Ｄ）は平面図、（Ｅ）は（Ｄ）におけるｄ−ｄ’断面図、（Ｆ）は（Ｄ）におけるｅ−ｅ’断面図である。

図１に示した実施例１の空気バネ１０は、２つの空気バネ１０を連通管２６で結んだものであったが、図４に示すように、内筒５４とゴムベローズ（ダイヤフラム）５８とは図１に示した実施例１と同様個別に設け、外筒５２を一体として空気バネ５０を構成しても良い。

この図４において５０は空気バネで、外筒５２が上記したように一体で形成され、内筒５４、ゴムベローズ（ダイヤフラム）５８、ストッパー６０などは、図４（Ｅ）、（Ｆ）の断面図から明らかなように図１と同様、内筒５４の周りに同一形状で別個に形成されている。６２は外筒固定ボルト、６４は内筒位置決めボス、６８はクランプである。

このようにすると、外筒５２が一体となるため空気ばね５０の内容積が外筒一体とした分、実施例１よりも増えることからばね定数を低くでき、乗り心地を改善できる。すなわちＫをばね定数、γをポリトロープ指数、Ｐｏを内圧、Ｖｏを内容積、Ａｏを有効受圧面積としたとき、空気ばねのばね定数Ｋは、
Ｋ ＝ γ×（Ｐｏ／Ｖｏ）×Ａｏ^２
となって内容積Ｖｏに反比例するため、空気バネ要素における外筒５２を一体に形成することで、空気ばね５０の内容積が外筒一体とした分増えるから、より一層ばね定数を低くして乗り心地を改善することができるわけである。

なお、外筒を一体化した場合の乗り心地を改善する効果は、トラックなどのように、空気バネの径が多少大きくなって空気ばね間隔が多少狭くなってもあまり問題にならない場合、図５、図６に示したようにさらに多くの空気バネを一体化することで、より、高めることができる。すなわちまず図５は、小径の空気バネ３つに対して外筒７２を円形として実施例２の場合と同様連通管は用いずに一体化した空気バネ７０であり、８２は小空気バネでそれぞれ内筒７４、ゴムベローズ（ダイヤフラム）７６、そしてそれぞれの小空気バネ８２における外筒７２の中にはストッパー７８が設けられ、内筒７４には内筒位置決めボス８０が設けられている。

また図６も同様、小径の空気バネ６つに対して外筒８８を円形として一体化した空気バネ８６であり、９８は小空気バネでそれぞれ内筒９０、ゴムベローズ（ダイヤフラム）９２、そしてそれぞれの小空気バネ９８における外筒８６の中にはストッパー９４が設けられ、内筒９０には内筒位置決めボス９６が設けられている。

このように複数の小径の空気バネを円形に配し、外筒を一体化することで、内容積が個々の空気ばねを複数設けた場合よりも大きくなり、その分ばね定数が小さくなって乗り心地が向上する。また、小径の空気ばねは内圧が同じであり、動的にも同じとなることから１つの空気ばねとして機能させることができる。

また空気バネは、従来存在しない径の空気バネを作る場合は型から起こさねばならず、莫大な費用がかかるが、本発明のように従来から存在する径の空気バネを複数用いることで、増えた荷重に非常に安価に対応することもできる。

本発明によれば、空気バネを用いた案内軌条式車両において、コストをかけずに荷重の増加に対応でき、大きな効果をもたらすことができる。

１０ 空気バネ
１２ 外筒
１４ 内筒
１６ 空気注入口
１８ ゴムベローズ（ダイヤフラム）
２０ ストッパー
２２ 外筒固定ボルト
２４ 内筒位置決めボス
２６ 連通管
２８ クランプ
３０ タイヤ
３２ 車体
３４ 車軸
３６ 平行リンク
３８ 案内輪
４０ 懸架枠

Claims (5)

1. 定められた専用軌道上を走行し、走行台車上に車体を支える空気バネを有する案内軌条式車両であって、
   前記空気バネは、複数の空気バネ要素を互いに内部気体を連通させて設けたことを特徴とする案内軌条式車両。
2. 前記空気バネを車両軸線に対し、車両進行方向前後対称に配列したことを特徴とする請求項１に記載した案内軌条式車両。
3. 前記複数の空気バネ要素を、円形に配したことを特徴とする請求項１または２に記載した案内軌条式車両。
4. 前記複数の空気バネ要素における外筒を一体に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した案内軌条式車両。
5. 前記複数の空気バネ要素を可撓性管で内部気体を連通したことを特徴とする請求項１乃至３に記載した案内軌条式車両。

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