ボルスタレス台車用ボギー角検出機構、ボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステムおよびボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム
【課題】ボルスタレス台車に対して車体−台車間のボギー角を機械的に検知する。
【解決手段】鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）を有する。
【解決手段】鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角を検出する鉄道車両台車用ボギー角検出機構、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角に連動して作動するボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム、および、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角に連動して作動するボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化されている操舵機能付き台車は、車体（操舵はり）−台車枠間のボギー角を操舵リンクで検出し、前後輪軸のアタック角を機械的に操舵制御している（特開平１０−２０３３６４号）。このような機構を用いることにより、円曲線中での横圧低減に効果が確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０３３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記操舵台車の機構の対象は、操舵はり（枕梁）を有するボルスタ台車に限定される。
【０００５】
ボルスタ台車は、枕梁と中心ピンにより、垂直軸周りの回転変位を許容する構造である。ボルスタ台車は、車体と台車の間に幾何学的な回転中心を持つため、リンク機構によって輪軸をラジアル方向に向けることができる。
【０００６】
ところで、現在の鉄道車両台車は、その枕梁を持たないボルスタレス台車が主流となっている。ボルスタレス台車は、幾何学的な回転中心を有しないので、車体に対する台車のボギー角の検知は行われてこなかった。
【０００７】
同様に、ボルスタレス台車を対象とする操舵制御機構は存在しなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ボルスタレス台車に対して車体−台車間のボギー角を機械的に検知するボルスタレス台車用ボギー角検出機構を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、車体−台車間のボギー角に連動して空気圧を制御するボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステムを提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、輪軸の自己操舵機能をアシストして、曲線中での横圧低減を実現するボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１２】
本発明の第１の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角検出機構（３０）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）を有する。
【００１３】
以上の第１の特徴において、等速ジョイント機構（３３）は、入力軸（３１）と結合した第１の等速ジョイント（３３１）と、出力軸（３２）と結合した第２の等速ジョイント（３３２）と、第１の等速ジョイント（３３１）および第２の等速ジョイント（３３２）に連結されると共に伸縮自在な連結軸（３３３）を有する。
【００１４】
連結軸（３３３）は、第１の等速ジョイント（３３１）と連結した第１の連結部（３３４）と、第２の等速ジョイント（３３２）と連結した第２の連結部（３３５）を有し、第１の連結部（３３４）と第２の連結部（３３５）とは互いに直線移動可能に連結される。
【００１５】
連結軸（３３３）は、第１の連結部（３３４）と第２の連結部（３３５）とを直線に案内する直線案内機構（３３５ａ）を有する。
【００１６】
本発明の第２の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム（４０）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）と、回転する出力軸（３２）に連動して作動する空気圧バルブ（４０）を有する。
【００１７】
本発明の第３の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム（１００）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車（１０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）と、回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブ（４０）と、空気圧バルブ（４０）によって制御されると共にボルスタレス台車（１０）の輪軸（２２Ａ、２２Ｂ）を操舵するアクチュエータ（５０Ａ−５０Ｄ）を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００１９】
本発明の第２の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角に連動して、機械的に空気圧バルブを動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００２０】
本発明の第３の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角に連動して、機械的にアクチュエータを作動させ、ボルスタレス台車に対して輪軸の操舵をアシストする。したがって、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る鉄道車両を示す平面図である。
【図２】図１に示す鉄道車両の立面図である。
【図３】図１に示す鉄道車両の台車の側面図である。
【図４】図１に示す鉄道車両の軸箱支持装置のアクチュエータを示す一部断面図である。
【図５】実施形態に係るボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムを示すブロック図である。
【図６】図５に示すボギー角検出機構の概要図である。
【図７】図５に示すボギー角連動空気圧バルブの概要図である。
【図８】図５に示すボギー角連動空気圧バルブの概要図である。
【図９】曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の概要図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の台車を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
第１の実施形態
図１、２に示すように、鉄道車両１は、車体１０と、車体１０を支持するボルスタレス台車（以下、台車と称する。）２０を有する。同台車２０は、バラストＢ１に設置されたレールＲ１、Ｒ２上の走行車輪２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを回転可能に支持する前後の輪軸２２Ａ、２２Ｂと、輪軸２２Ａ、２２Ｂを支持する軸箱２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄと、軸箱２３Ａ−２３Ｄに取り付けられた軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄと、軸箱支持装置２４Ａ−２４Ｄによって支持された台車枠２５と、台車枠２５の頂部に取り付けられた左右の空気ばね２６Ａ、２６Ｂを有する。同台車２０は、台車枠２５に配置されたボギー角検知機構３０と、ボギー角検知機構３０に接続したボギー角連動空気圧バルブ４０を有する。
【００２４】
ここで、軸箱２３Ａ−２３Ｄは、輪軸２２Ａ、２２Ｂを回転可能に支持する軸受と、軸受を収容する軸箱体と、潤滑装置等を有する。
【００２５】
台車枠２５は、ボギー角検知機構３０を回転可能に支持する軸受２５１と、軸受２５１を台車枠２５に固定する軸受部材２５２を有する。
【００２６】
図３に示すように、軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄの各々は、軸ばね２４１、ダンパ２４２、アクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄを有する。軸ばね２４１、２４１は、軸箱２３Ｂ、２３Ｄの頂部と台車枠２５の底部との間に配置され、上下方向の荷重を支持する。ダンパ２４２、２４２は、軸箱２３Ｂ、２３Ｄの側部と台車枠２５との間に配置され、上下方向の振動を低減する。軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃもアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃを含む同様な構造を有する。
【００２７】
図４に示すように、各アクチュエータ５０Ａ−５０Ｄは、軸箱２３Ａ−２３Ｄと接続した軸箱側部材５１と、台車枠２５と接続した台車枠側部材５２と、軸箱側部材５１および台車枠側部材５２の間に配置された戻しばね５３と、戻しばね５３の外側に配置された空気ばね５４を有する。
【００２８】
軸箱側部材５１は、筒状の軸部５１１と、軸部５１１の端から径方向へ延びる円盤状のフランジ部５１２と、軸部５１１と反対側でフランジ５１２に固定されたブッシュ保持部５１３を有する。軸部５１１には円柱状のゴムブッシュ５１４、５１４が嵌め込まれている。ブッシュ保持部５１３は貫通孔５１３ａを有し、この貫通孔５１３ａに軸箱２３Ａ−２３Ｄを弾性支持する軸箱側ブッシュ５１５が圧入される。軸箱側ブッシュ５１５により、軸箱側部材５１と軸箱２３Ａ−２３Ｄとは回転可能になる。
【００２９】
台車枠側部材５２は、円筒部５２１と、円筒部５２１の端から径方向へ延びる円盤状のフランジ部５２２と、円筒部５２１と反対側でフランジ部５２２に固定されたブッシュ保持部５２３を有する。円筒部５２１の中には、軸箱側部材５１の軸部５１１が直線移動可能に挿入されている。フランジ部５２２は、内部の空気室５５と外部の空気配管Ｐ１−Ｐ４とを連絡する空気供給孔５２４を有する。ブッシュ保持部５２３は貫通孔５２３ａを有し、この貫通孔５２３ａに台車枠２５を弾性支持する台車枠側ブッシュ５２５が圧入されている。台車枠側ブッシュ５２５により、台車枠側部材５２と台車枠２５とは回転可能となる。台車枠側部材５２は、円筒部５２１から径方向に延びる戻りばね座５２６を有する。
【００３０】
戻しばね５３は、例えば、コイルスプリングである。戻しばね５３の中には、保持ボルト５６が貫いている。保持ボルト５６は軸箱側部材５１のナット部５１６にネジ結合されている。保持ボルト５６の中間部は台車枠側部材５２の戻しばね座５２６を貫通し、この戻しばね座５２６に対して軸方向に相対移動可能である。戻しばね５３は、圧縮した状態で、保持ボルト５６の頭部と戻しばね座５２６とに接触している。
【００３１】
空気ばね５４は、軸箱側部材５１のフランジ部５１２と台車枠側部材５２のフランジ部５２２とに固定されたベローズ５４１と、フランジ部５１２、５２２に固定されたベローズ保持部材５４２、５４２を有する。ベローズ５４１はその内部に空気室５５を規定する。空気ばね５４は、一定圧以上の圧縮空気が供給されると伸長する機能を有する。空気ばね５４の伸長により、輪軸２２Ａ、２２Ｂの舵をラジアル方向に変更させ、輪軸２２Ａ、２２Ｂの自己操舵機能をアシストする。
【００３２】
詳細には、このアクチュエータ５０Ａ−５０Ｄによれば、圧縮空気が空気供給孔５２４から空気室５５に供給されると、空気室５５の気圧が大きくなり、ベローズ５４１は戻しばね５３に抗して伸びる。軸箱側部材５１の軸部５１１と台車枠側部材５２の円筒部５２１とは互いに離れるように反対方向に摺動する。これにより、軸箱側部材５１と台車枠側部材５２とは互いに離れる。
【００３３】
一方、空気室５５の気圧が小さくなると、戻しばね５３は空気室５５の気圧に抗して短縮する。軸箱側部材５１の軸部５１１と台車枠側部材５２の円筒部５２１とは互いに近づくように摺動する。これにより、軸箱側部材５１と台車枠側部材５２とは互いに近づく。
【００３４】
次に、ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム１００について説明する。
【００３５】
図５に示すように、同システム１００は、軸箱２３Ａ−２３Ｄを介在して輪軸２２Ａ、２２Ｂを角変位させるアクチュエータ５０Ａ−５０Ｄと、アクチュエータ５０Ａ−５０Ｄを作動するボギー角連動空気バルブシステム１１０を有する。ボギー角連動空気圧バルブシステム１１０は、ボギー角検知機構３０と、ボギー角検知機構３０に連動するボギー角連動空気圧バルブ（以下、空気圧バルブと称する）４０とを有する。
【００３６】
図６に示すように、ボギー角検知機構３０は、車体１０に剛に固定された入力軸３１と、台車２０に支持された出力軸３２と、入力軸３１と出力軸３２との間に配置された伸縮可能な等速ジョイント機構３３を有する。
【００３７】
ここで、出力軸３２は、軸周りの回転を許容する軸受部材２５２の軸受２５１を介在して台車２０に固定されている。出力軸の先端３２ａは正方形であり、空気圧バルブ４０に差し込まれている。
【００３８】
等速ジョイント機構３３は、入力軸３１と結合する第１の等速ジョイント３３１と、出力軸３２と結合した第２の等速ジョイント３３２と、第１の等速ジョイント３３１と第２の等速ジョイント３３２とを連結する伸縮自在の連結軸３３３を有する。連結軸３３３は、第１の等速ジョイント３３１と連結した第１の連結部３３４と、第２の等速ジョイント３３２と連結した第２の連結部３３５とを有する。第１の連結部３３４は、第２の連結部３３５が挿入される挿入孔を有する。また、第１の連結部３３４は、挿入孔を規定する内面に、軸方向に延びると共に周方向に配置された複数の凹溝を有する。第２の連結部３３５は外周面に凹溝に挿入されると共に周方向に配置され、軸方向に延びる複数の凸条３３５ａを有する。この伸縮可能な等速ジョイント機構３３は、車体１０と台車２０との間の相対的な上下、左右、前後の変位、および、ロール・ピッチ角変位に影響されずに、車体１０と台車２０との間の相対的なヨー角変位（ボギー角）のみを伝えることができる。これにより、車体１０−台車２０間のボギー角を検出することができる。
【００３９】
図７に示すように、空気圧バルブ４０は、筐体の一方側に規定された入力ポート４１と、入力ポート４１と連絡する供給通路４２と、供給通路４２に連絡する第１のシリンダ側通路４３Ａおよび第２のシリンダ側通路４３Ｂと、第１のシリンダ側通路４３Ａと連絡する第１の出力ポート４４Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂと連絡する第２の出力ポート４４Ｂと、第１のシリンダ側通路４３Ａと連絡する第１の大気解放通路４５Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂと連絡する第２の大気解放通路４５Ｂを有する。
【００４０】
空気圧バルブ４０は、第１のシリンダ側通路４３Ａに配置された第１の給気弁４６Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂに配置された第２の給気弁４６Ｂと、第１の大気解放通路４３Ａに配置された第１の排気弁４７Ａと、第２の大気解放通路に配置された第２の排気弁４７Ｂと、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂ並びに第１および第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂを操作する作動レバー４８と、作動レバー４８の支点４８ａと一致する角変位検出部４９を有する。
【００４１】
第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは、軌道の曲線の方向によって圧縮空気を出力する第１の出力ポート４４Ａまたは第２の出力ポート４４Ｂを切り替える。
【００４２】
第１の出力ポート４４Ａ、第２の出力ポート４４Ｂはそれぞれ２系統の空気配管に分岐する。進行方向前側の台車であれば、第１の出力ポート４４Ａから経路は、空気配管Ｐ２、Ｐ４に分岐し、２位側・４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄのアクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄへ達する。第２の出力ポート４４Ｂからの経路は、空気配管Ｐ１、Ｐ３に分岐し、１位側・３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃに達する（図１参照）。
【００４３】
作動レバー４８は、通常、基線Ｂ１（角度０）と一致している（図８参照）。そして、作動レバー４８は、出力軸先端３２ａの角変位により、作動レバー４８は支点４８ａについて、時計方向または反時計方向へ回転可能である。
【００４４】
角変位検出部４９には、ボギー角検知機構３０の出力軸３２の先端部３２ａが差し込まれている。出力軸先端３２ａの対角線は、通常、基線Ｂ１と一致している。そして、角変位検出部４９は、基線Ｂ１に対する出力軸先端３２ａの対角線の角変位から、車体１０および台車２０の間のボギー角を検出する。
【００４５】
この空気圧バルブ４０は、入力されたボギー角に応じて弁を開閉する機能を有する。そして、入力ボギー角がある角度以下の場合、空気圧バルブ４０は第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂを大気解放状態にする。また、入力ボギー角がある角度以上の場合、空気圧バルブ４０は第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに圧縮空気を供給する。
【００４６】
次に、ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム１００の動作について説明する。
【００４７】
図９に示すように、鉄道車両１が軌道Ｒ１、Ｒ２の曲線区間に進入すると、鉄道車両１の台車２０Ａ、２０Ｂは車体１０に対して回転し、車体１０と台車２０Ａ、２０Ｂとの間にボギー角を生じさせる。さらに、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同アシスト操舵システム１００は台車２０Ａ、２０Ｂに対して輪軸２２Ａ、２２Ｂを回転させて、輪軸２２Ａ、２２Ｂの自己操舵機能をアシストする。
【００４８】
このとき、図６に示すように、第１の等速ジョイント３３１、第２の等速ジョイント３３２は車体１０と台車２０との間の相対的なロール角変位・ピッチ角変位に応じて回転する。また、第１の連結部３３４と第２の連結部３３５とは、車体１０と台車２０との相対的な上下、左右、前後の変位に応じて、互いに直線移動し、変位を吸収する。よって、車体１０のヨー方向の回転角度（ボギー角）は、そのままボギー角検知機構３０の入力軸３１周りの角度（ψ）となり、入力軸３１は角度（ψ）で回転する。第１の等速ジョイント３３１は回転角度（ψ）を連結軸３３３に伝達する。連結軸３３３は軸周りに角度（ψ）で回転する。第２の等速ジョイント３３２は、回転角度（ψ）を出力軸３２に伝達する。出力軸３２は回転角度（ψ）で回転する。よって、同ボギー角は、台車枠２５（台車２０）とボギー角検知機構３０の出力軸３２との相対的な回転角として伝わる。以上から、車体１０−台車２０間のボギー角が検知される。
【００４９】
図８に示すように、ボギー角検知機構３０によって伝達されるボギー角は、出力軸先端３２ａによって台車２０に搭載された空気圧バルブ４０の角変位検出部４９に入力される。
【００５０】
図７に示すように、空気圧バルブ４０は、入力されたボギー角に応じて、弁を開閉する機能をもったバルブである。空気圧バルブ４０は、入力ボギー角がある角度（｜β｜）以下の場合には、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態にする。また、空気圧バルブ４０は、入力ボギー角がある角度（｜α｜）以上の場合に、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに圧縮空気を供給する。
【００５１】
すなわち、空気圧バルブ４０の作動部材４８が中立位置（角度０）にあるとき、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂが閉状態、第１および第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂが開状態となり、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態となる。入力ボギー角が、排気弁閉動作角度（｜β｜）に達するまではこの状態を保持する。
【００５２】
入力ボギー角が排気弁閉動作角度（｜β｜）を超えると、作動部材４８は、ばねに抗して第１または第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂを移動させ、第１の大気解放通路４５Ａまたは第２の大気解放通路４５Ｂを閉鎖する。これにより、第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態から解除される。一方、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは第１および第２のシリンダ側通路４３Ａ、４３Ｂを閉鎖しているので、圧縮空気は入力ポート４１から第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに供給されない。
【００５３】
入力ボギー角は給気弁動作角度（｜α｜）を超えると、作動部材４８は、ばねに抗して第１または第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂを移動させ、第１のシリンダ側通路４３Ａまたは第２のシリンダ側通路４３Ｂを解放する。これにより、入力ポート４１と第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂとは連絡し、第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは圧縮空気で満たされる。
【００５４】
入力ボギー角が反時計回り（正の角度）の場合に、第１の出力ポート４４Ａに対する動作、入力ボギー角が時計回り（負の角度）のときに第２の出力ポート４４Ｂに対する動作を行うものであり、非動作側の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは常に大気解放されている。
【００５５】
ここで、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは、軌道の曲線の方向によって圧縮空気を出力するための第１の出力ポート４４Ａまたは第２の出力ポート４４Ｂを切り替える。例えば、進行方向に対し、左側にカーブする曲線であれば、台車２０は車体１０に対して反時計回りのボギー角をとる（図９参照）。このとき、空気圧バルブ４０には、時計回りに同じ大きさの角変位入力が与えられ、第２の出力ポート４４Ｂのみに圧縮空気が供給される。軌道が右カーブであれば、前述とは逆の動作により、第１の出力ポート４４Ａのみに圧縮空気が供給される。また、空気圧バルブ４０は、一定以上の入力ボギー角の場合のみに圧縮空気を供給する仕組みになっており、それ以下の角度では、大気解放する仕組になっている。つまり、直線区間および半径の大きなカーブ（曲率の小さなカーブ）の区間では、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは常に大気解放された状態となっている。
【００５６】
左カーブの時、圧縮空気は第２の出力ポート４４Ｂにのみ供給される。その先の１位側、３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃは圧縮空気の供給により伸長する（図１参照）。このとき、第１の出力ポート４４Ａは大気解放されているので、その先の２位側・４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄも大気解放されており、アクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄは伸長しない。従って、図１０（Ｂ）に示すように、軌道Ｒ１、Ｒ２のカーブに沿って輪軸２２Ａ、２２Ｂをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
【００５７】
右カーブの時、圧縮空気は第１の出力ポート４４Ａにのみ供給されるので、その先の２位側、４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄに圧縮空気が供給されてアクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄが伸長する（図１参照）。このとき、第２の出力ポート４４Ｂは大気解放されているので、その先の１位側、３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃも大気解放されており、軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃは伸長しない。したがって、同様に軌道のカーブに沿って輪軸２２Ａ、２２Ｂをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
【００５８】
以上の実施形態によれば、車体１０−ボルスタレス台車２０間のボギー角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００５９】
車体１０−ボルスタレス台車２０間のボギー角に連動して、機械的に空気圧バルブ４０を動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００６０】
車体１０−ボルスタレス台車２０のボギー角に連動して、機械的にアクチュエータを作動させ、ボルスタレス台車２０に対して輪軸の操舵をアシストする。したがって、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
【００６１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鉄道車両
１０ 車体
２０ 台車
２１Ａ−２１Ｄ 車輪
２２Ａ、２２Ｂ 輪軸
２３Ａ−２３Ｄ 軸箱
２４Ａ−２４Ｂ 軸箱支持装置
２５ 台車枠
２６Ａ、２６Ｂ 空気ばね
３０ ボギー角検知機構
４０ ボギー角連動空気圧バルブ
５０Ａ−５０Ｄ アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角を検出する鉄道車両台車用ボギー角検出機構、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角に連動して作動するボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム、および、鉄道車両のボルタレス台車のボギー角に連動して作動するボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化されている操舵機能付き台車は、車体（操舵はり）−台車枠間のボギー角を操舵リンクで検出し、前後輪軸のアタック角を機械的に操舵制御している（特開平１０−２０３３６４号）。このような機構を用いることにより、円曲線中での横圧低減に効果が確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０３３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記操舵台車の機構の対象は、操舵はり（枕梁）を有するボルスタ台車に限定される。
【０００５】
ボルスタ台車は、枕梁と中心ピンにより、垂直軸周りの回転変位を許容する構造である。ボルスタ台車は、車体と台車の間に幾何学的な回転中心を持つため、リンク機構によって輪軸をラジアル方向に向けることができる。
【０００６】
ところで、現在の鉄道車両台車は、その枕梁を持たないボルスタレス台車が主流となっている。ボルスタレス台車は、幾何学的な回転中心を有しないので、車体に対する台車のボギー角の検知は行われてこなかった。
【０００７】
同様に、ボルスタレス台車を対象とする操舵制御機構は存在しなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ボルスタレス台車に対して車体−台車間のボギー角を機械的に検知するボルスタレス台車用ボギー角検出機構を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、車体−台車間のボギー角に連動して空気圧を制御するボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステムを提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、輪軸の自己操舵機能をアシストして、曲線中での横圧低減を実現するボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１２】
本発明の第１の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角検出機構（３０）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）を有する。
【００１３】
以上の第１の特徴において、等速ジョイント機構（３３）は、入力軸（３１）と結合した第１の等速ジョイント（３３１）と、出力軸（３２）と結合した第２の等速ジョイント（３３２）と、第１の等速ジョイント（３３１）および第２の等速ジョイント（３３２）に連結されると共に伸縮自在な連結軸（３３３）を有する。
【００１４】
連結軸（３３３）は、第１の等速ジョイント（３３１）と連結した第１の連結部（３３４）と、第２の等速ジョイント（３３２）と連結した第２の連結部（３３５）を有し、第１の連結部（３３４）と第２の連結部（３３５）とは互いに直線移動可能に連結される。
【００１５】
連結軸（３３３）は、第１の連結部（３３４）と第２の連結部（３３５）とを直線に案内する直線案内機構（３３５ａ）を有する。
【００１６】
本発明の第２の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム（４０）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に車体（１０）およびボルスタレス台車（２０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）と、回転する出力軸（３２）に連動して作動する空気圧バルブ（４０）を有する。
【００１７】
本発明の第３の特徴に係わるボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム（１００）は、鉄道車両（１）の車体（１０）に固定された入力軸（３１）と、鉄道車両（１）のボルスタレス台車（２０）に回転可能に取り付けられた出力軸（３２）と、入力軸（３１）と出力軸（３２）とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車（１０）の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構（３３）と、回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブ（４０）と、空気圧バルブ（４０）によって制御されると共にボルスタレス台車（１０）の輪軸（２２Ａ、２２Ｂ）を操舵するアクチュエータ（５０Ａ−５０Ｄ）を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００１９】
本発明の第２の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角に連動して、機械的に空気圧バルブを動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００２０】
本発明の第３の特徴によれば、車体およびボルスタレス台車のボギー角に連動して、機械的にアクチュエータを作動させ、ボルスタレス台車に対して輪軸の操舵をアシストする。したがって、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る鉄道車両を示す平面図である。
【図２】図１に示す鉄道車両の立面図である。
【図３】図１に示す鉄道車両の台車の側面図である。
【図４】図１に示す鉄道車両の軸箱支持装置のアクチュエータを示す一部断面図である。
【図５】実施形態に係るボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システムを示すブロック図である。
【図６】図５に示すボギー角検出機構の概要図である。
【図７】図５に示すボギー角連動空気圧バルブの概要図である。
【図８】図５に示すボギー角連動空気圧バルブの概要図である。
【図９】曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の概要図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は曲線区間の軌道を走行する鉄道車両の台車を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
第１の実施形態
図１、２に示すように、鉄道車両１は、車体１０と、車体１０を支持するボルスタレス台車（以下、台車と称する。）２０を有する。同台車２０は、バラストＢ１に設置されたレールＲ１、Ｒ２上の走行車輪２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄを回転可能に支持する前後の輪軸２２Ａ、２２Ｂと、輪軸２２Ａ、２２Ｂを支持する軸箱２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄと、軸箱２３Ａ−２３Ｄに取り付けられた軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄと、軸箱支持装置２４Ａ−２４Ｄによって支持された台車枠２５と、台車枠２５の頂部に取り付けられた左右の空気ばね２６Ａ、２６Ｂを有する。同台車２０は、台車枠２５に配置されたボギー角検知機構３０と、ボギー角検知機構３０に接続したボギー角連動空気圧バルブ４０を有する。
【００２４】
ここで、軸箱２３Ａ−２３Ｄは、輪軸２２Ａ、２２Ｂを回転可能に支持する軸受と、軸受を収容する軸箱体と、潤滑装置等を有する。
【００２５】
台車枠２５は、ボギー角検知機構３０を回転可能に支持する軸受２５１と、軸受２５１を台車枠２５に固定する軸受部材２５２を有する。
【００２６】
図３に示すように、軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄの各々は、軸ばね２４１、ダンパ２４２、アクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄを有する。軸ばね２４１、２４１は、軸箱２３Ｂ、２３Ｄの頂部と台車枠２５の底部との間に配置され、上下方向の荷重を支持する。ダンパ２４２、２４２は、軸箱２３Ｂ、２３Ｄの側部と台車枠２５との間に配置され、上下方向の振動を低減する。軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃもアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃを含む同様な構造を有する。
【００２７】
図４に示すように、各アクチュエータ５０Ａ−５０Ｄは、軸箱２３Ａ−２３Ｄと接続した軸箱側部材５１と、台車枠２５と接続した台車枠側部材５２と、軸箱側部材５１および台車枠側部材５２の間に配置された戻しばね５３と、戻しばね５３の外側に配置された空気ばね５４を有する。
【００２８】
軸箱側部材５１は、筒状の軸部５１１と、軸部５１１の端から径方向へ延びる円盤状のフランジ部５１２と、軸部５１１と反対側でフランジ５１２に固定されたブッシュ保持部５１３を有する。軸部５１１には円柱状のゴムブッシュ５１４、５１４が嵌め込まれている。ブッシュ保持部５１３は貫通孔５１３ａを有し、この貫通孔５１３ａに軸箱２３Ａ−２３Ｄを弾性支持する軸箱側ブッシュ５１５が圧入される。軸箱側ブッシュ５１５により、軸箱側部材５１と軸箱２３Ａ−２３Ｄとは回転可能になる。
【００２９】
台車枠側部材５２は、円筒部５２１と、円筒部５２１の端から径方向へ延びる円盤状のフランジ部５２２と、円筒部５２１と反対側でフランジ部５２２に固定されたブッシュ保持部５２３を有する。円筒部５２１の中には、軸箱側部材５１の軸部５１１が直線移動可能に挿入されている。フランジ部５２２は、内部の空気室５５と外部の空気配管Ｐ１−Ｐ４とを連絡する空気供給孔５２４を有する。ブッシュ保持部５２３は貫通孔５２３ａを有し、この貫通孔５２３ａに台車枠２５を弾性支持する台車枠側ブッシュ５２５が圧入されている。台車枠側ブッシュ５２５により、台車枠側部材５２と台車枠２５とは回転可能となる。台車枠側部材５２は、円筒部５２１から径方向に延びる戻りばね座５２６を有する。
【００３０】
戻しばね５３は、例えば、コイルスプリングである。戻しばね５３の中には、保持ボルト５６が貫いている。保持ボルト５６は軸箱側部材５１のナット部５１６にネジ結合されている。保持ボルト５６の中間部は台車枠側部材５２の戻しばね座５２６を貫通し、この戻しばね座５２６に対して軸方向に相対移動可能である。戻しばね５３は、圧縮した状態で、保持ボルト５６の頭部と戻しばね座５２６とに接触している。
【００３１】
空気ばね５４は、軸箱側部材５１のフランジ部５１２と台車枠側部材５２のフランジ部５２２とに固定されたベローズ５４１と、フランジ部５１２、５２２に固定されたベローズ保持部材５４２、５４２を有する。ベローズ５４１はその内部に空気室５５を規定する。空気ばね５４は、一定圧以上の圧縮空気が供給されると伸長する機能を有する。空気ばね５４の伸長により、輪軸２２Ａ、２２Ｂの舵をラジアル方向に変更させ、輪軸２２Ａ、２２Ｂの自己操舵機能をアシストする。
【００３２】
詳細には、このアクチュエータ５０Ａ−５０Ｄによれば、圧縮空気が空気供給孔５２４から空気室５５に供給されると、空気室５５の気圧が大きくなり、ベローズ５４１は戻しばね５３に抗して伸びる。軸箱側部材５１の軸部５１１と台車枠側部材５２の円筒部５２１とは互いに離れるように反対方向に摺動する。これにより、軸箱側部材５１と台車枠側部材５２とは互いに離れる。
【００３３】
一方、空気室５５の気圧が小さくなると、戻しばね５３は空気室５５の気圧に抗して短縮する。軸箱側部材５１の軸部５１１と台車枠側部材５２の円筒部５２１とは互いに近づくように摺動する。これにより、軸箱側部材５１と台車枠側部材５２とは互いに近づく。
【００３４】
次に、ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム１００について説明する。
【００３５】
図５に示すように、同システム１００は、軸箱２３Ａ−２３Ｄを介在して輪軸２２Ａ、２２Ｂを角変位させるアクチュエータ５０Ａ−５０Ｄと、アクチュエータ５０Ａ−５０Ｄを作動するボギー角連動空気バルブシステム１１０を有する。ボギー角連動空気圧バルブシステム１１０は、ボギー角検知機構３０と、ボギー角検知機構３０に連動するボギー角連動空気圧バルブ（以下、空気圧バルブと称する）４０とを有する。
【００３６】
図６に示すように、ボギー角検知機構３０は、車体１０に剛に固定された入力軸３１と、台車２０に支持された出力軸３２と、入力軸３１と出力軸３２との間に配置された伸縮可能な等速ジョイント機構３３を有する。
【００３７】
ここで、出力軸３２は、軸周りの回転を許容する軸受部材２５２の軸受２５１を介在して台車２０に固定されている。出力軸の先端３２ａは正方形であり、空気圧バルブ４０に差し込まれている。
【００３８】
等速ジョイント機構３３は、入力軸３１と結合する第１の等速ジョイント３３１と、出力軸３２と結合した第２の等速ジョイント３３２と、第１の等速ジョイント３３１と第２の等速ジョイント３３２とを連結する伸縮自在の連結軸３３３を有する。連結軸３３３は、第１の等速ジョイント３３１と連結した第１の連結部３３４と、第２の等速ジョイント３３２と連結した第２の連結部３３５とを有する。第１の連結部３３４は、第２の連結部３３５が挿入される挿入孔を有する。また、第１の連結部３３４は、挿入孔を規定する内面に、軸方向に延びると共に周方向に配置された複数の凹溝を有する。第２の連結部３３５は外周面に凹溝に挿入されると共に周方向に配置され、軸方向に延びる複数の凸条３３５ａを有する。この伸縮可能な等速ジョイント機構３３は、車体１０と台車２０との間の相対的な上下、左右、前後の変位、および、ロール・ピッチ角変位に影響されずに、車体１０と台車２０との間の相対的なヨー角変位（ボギー角）のみを伝えることができる。これにより、車体１０−台車２０間のボギー角を検出することができる。
【００３９】
図７に示すように、空気圧バルブ４０は、筐体の一方側に規定された入力ポート４１と、入力ポート４１と連絡する供給通路４２と、供給通路４２に連絡する第１のシリンダ側通路４３Ａおよび第２のシリンダ側通路４３Ｂと、第１のシリンダ側通路４３Ａと連絡する第１の出力ポート４４Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂと連絡する第２の出力ポート４４Ｂと、第１のシリンダ側通路４３Ａと連絡する第１の大気解放通路４５Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂと連絡する第２の大気解放通路４５Ｂを有する。
【００４０】
空気圧バルブ４０は、第１のシリンダ側通路４３Ａに配置された第１の給気弁４６Ａと、第２のシリンダ側通路４３Ｂに配置された第２の給気弁４６Ｂと、第１の大気解放通路４３Ａに配置された第１の排気弁４７Ａと、第２の大気解放通路に配置された第２の排気弁４７Ｂと、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂ並びに第１および第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂを操作する作動レバー４８と、作動レバー４８の支点４８ａと一致する角変位検出部４９を有する。
【００４１】
第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは、軌道の曲線の方向によって圧縮空気を出力する第１の出力ポート４４Ａまたは第２の出力ポート４４Ｂを切り替える。
【００４２】
第１の出力ポート４４Ａ、第２の出力ポート４４Ｂはそれぞれ２系統の空気配管に分岐する。進行方向前側の台車であれば、第１の出力ポート４４Ａから経路は、空気配管Ｐ２、Ｐ４に分岐し、２位側・４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄのアクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄへ達する。第２の出力ポート４４Ｂからの経路は、空気配管Ｐ１、Ｐ３に分岐し、１位側・３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃに達する（図１参照）。
【００４３】
作動レバー４８は、通常、基線Ｂ１（角度０）と一致している（図８参照）。そして、作動レバー４８は、出力軸先端３２ａの角変位により、作動レバー４８は支点４８ａについて、時計方向または反時計方向へ回転可能である。
【００４４】
角変位検出部４９には、ボギー角検知機構３０の出力軸３２の先端部３２ａが差し込まれている。出力軸先端３２ａの対角線は、通常、基線Ｂ１と一致している。そして、角変位検出部４９は、基線Ｂ１に対する出力軸先端３２ａの対角線の角変位から、車体１０および台車２０の間のボギー角を検出する。
【００４５】
この空気圧バルブ４０は、入力されたボギー角に応じて弁を開閉する機能を有する。そして、入力ボギー角がある角度以下の場合、空気圧バルブ４０は第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂを大気解放状態にする。また、入力ボギー角がある角度以上の場合、空気圧バルブ４０は第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに圧縮空気を供給する。
【００４６】
次に、ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム１００の動作について説明する。
【００４７】
図９に示すように、鉄道車両１が軌道Ｒ１、Ｒ２の曲線区間に進入すると、鉄道車両１の台車２０Ａ、２０Ｂは車体１０に対して回転し、車体１０と台車２０Ａ、２０Ｂとの間にボギー角を生じさせる。さらに、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、同アシスト操舵システム１００は台車２０Ａ、２０Ｂに対して輪軸２２Ａ、２２Ｂを回転させて、輪軸２２Ａ、２２Ｂの自己操舵機能をアシストする。
【００４８】
このとき、図６に示すように、第１の等速ジョイント３３１、第２の等速ジョイント３３２は車体１０と台車２０との間の相対的なロール角変位・ピッチ角変位に応じて回転する。また、第１の連結部３３４と第２の連結部３３５とは、車体１０と台車２０との相対的な上下、左右、前後の変位に応じて、互いに直線移動し、変位を吸収する。よって、車体１０のヨー方向の回転角度（ボギー角）は、そのままボギー角検知機構３０の入力軸３１周りの角度（ψ）となり、入力軸３１は角度（ψ）で回転する。第１の等速ジョイント３３１は回転角度（ψ）を連結軸３３３に伝達する。連結軸３３３は軸周りに角度（ψ）で回転する。第２の等速ジョイント３３２は、回転角度（ψ）を出力軸３２に伝達する。出力軸３２は回転角度（ψ）で回転する。よって、同ボギー角は、台車枠２５（台車２０）とボギー角検知機構３０の出力軸３２との相対的な回転角として伝わる。以上から、車体１０−台車２０間のボギー角が検知される。
【００４９】
図８に示すように、ボギー角検知機構３０によって伝達されるボギー角は、出力軸先端３２ａによって台車２０に搭載された空気圧バルブ４０の角変位検出部４９に入力される。
【００５０】
図７に示すように、空気圧バルブ４０は、入力されたボギー角に応じて、弁を開閉する機能をもったバルブである。空気圧バルブ４０は、入力ボギー角がある角度（｜β｜）以下の場合には、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態にする。また、空気圧バルブ４０は、入力ボギー角がある角度（｜α｜）以上の場合に、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに圧縮空気を供給する。
【００５１】
すなわち、空気圧バルブ４０の作動部材４８が中立位置（角度０）にあるとき、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂが閉状態、第１および第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂが開状態となり、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態となる。入力ボギー角が、排気弁閉動作角度（｜β｜）に達するまではこの状態を保持する。
【００５２】
入力ボギー角が排気弁閉動作角度（｜β｜）を超えると、作動部材４８は、ばねに抗して第１または第２の排気弁４７Ａ、４７Ｂを移動させ、第１の大気解放通路４５Ａまたは第２の大気解放通路４５Ｂを閉鎖する。これにより、第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは大気解放状態から解除される。一方、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは第１および第２のシリンダ側通路４３Ａ、４３Ｂを閉鎖しているので、圧縮空気は入力ポート４１から第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂに供給されない。
【００５３】
入力ボギー角は給気弁動作角度（｜α｜）を超えると、作動部材４８は、ばねに抗して第１または第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂを移動させ、第１のシリンダ側通路４３Ａまたは第２のシリンダ側通路４３Ｂを解放する。これにより、入力ポート４１と第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂとは連絡し、第１または第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは圧縮空気で満たされる。
【００５４】
入力ボギー角が反時計回り（正の角度）の場合に、第１の出力ポート４４Ａに対する動作、入力ボギー角が時計回り（負の角度）のときに第２の出力ポート４４Ｂに対する動作を行うものであり、非動作側の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは常に大気解放されている。
【００５５】
ここで、第１および第２の給気弁４６Ａ、４６Ｂは、軌道の曲線の方向によって圧縮空気を出力するための第１の出力ポート４４Ａまたは第２の出力ポート４４Ｂを切り替える。例えば、進行方向に対し、左側にカーブする曲線であれば、台車２０は車体１０に対して反時計回りのボギー角をとる（図９参照）。このとき、空気圧バルブ４０には、時計回りに同じ大きさの角変位入力が与えられ、第２の出力ポート４４Ｂのみに圧縮空気が供給される。軌道が右カーブであれば、前述とは逆の動作により、第１の出力ポート４４Ａのみに圧縮空気が供給される。また、空気圧バルブ４０は、一定以上の入力ボギー角の場合のみに圧縮空気を供給する仕組みになっており、それ以下の角度では、大気解放する仕組になっている。つまり、直線区間および半径の大きなカーブ（曲率の小さなカーブ）の区間では、第１および第２の出力ポート４４Ａ、４４Ｂは常に大気解放された状態となっている。
【００５６】
左カーブの時、圧縮空気は第２の出力ポート４４Ｂにのみ供給される。その先の１位側、３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃは圧縮空気の供給により伸長する（図１参照）。このとき、第１の出力ポート４４Ａは大気解放されているので、その先の２位側・４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄも大気解放されており、アクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄは伸長しない。従って、図１０（Ｂ）に示すように、軌道Ｒ１、Ｒ２のカーブに沿って輪軸２２Ａ、２２Ｂをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
【００５７】
右カーブの時、圧縮空気は第１の出力ポート４４Ａにのみ供給されるので、その先の２位側、４位側軸箱支持装置２４Ｂ、２４Ｄに圧縮空気が供給されてアクチュエータ５０Ｂ、５０Ｄが伸長する（図１参照）。このとき、第２の出力ポート４４Ｂは大気解放されているので、その先の１位側、３位側軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃも大気解放されており、軸箱支持装置２４Ａ、２４Ｃのアクチュエータ５０Ａ、５０Ｃは伸長しない。したがって、同様に軌道のカーブに沿って輪軸２２Ａ、２２Ｂをラジアル方向に向けてアシスト動作させることができる。
【００５８】
以上の実施形態によれば、車体１０−ボルスタレス台車２０間のボギー角を機械的に検知することができるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００５９】
車体１０−ボルスタレス台車２０間のボギー角に連動して、機械的に空気圧バルブ４０を動作させるので、電気的なフェールを心配する必要がない。
【００６０】
車体１０−ボルスタレス台車２０のボギー角に連動して、機械的にアクチュエータを作動させ、ボルスタレス台車２０に対して輪軸の操舵をアシストする。したがって、電気的な制御によるアクティブな操舵方式で懸念されるようなフェールによる逆操舵の恐れが無い。
【００６１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鉄道車両
１０ 車体
２０ 台車
２１Ａ−２１Ｄ 車輪
２２Ａ、２２Ｂ 輪軸
２３Ａ−２３Ｄ 軸箱
２４Ａ−２４Ｂ 軸箱支持装置
２５ 台車枠
２６Ａ、２６Ｂ 空気ばね
３０ ボギー角検知機構
４０ ボギー角連動空気圧バルブ
５０Ａ−５０Ｄ アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構を有する、
ボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項２】
前記等速ジョイント機構は、
前記入力軸と結合した第１の等速ジョイントと、
前記出力軸と結合した第２の等速ジョイントと、
第１の等速ジョイントおよび第２の等速ジョイントに連結されると共に伸縮自在な連結軸を有する、
請求項１に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項３】
前記連結軸は、前記第１の等速ジョイントと連結した第１の連結部と、前記第２の等速ジョイントと連結した第２の連結部を有し、
前記第１の連結部と第２の連結部とは互いに直線移動可能に連結される、
請求項２に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項４】
前記連結軸は、前記第１の連結部と第２の連結部とを直線に案内する直線案内機構を有する、
請求項３に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項５】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構と、
回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブを有する、
ボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム。
【請求項６】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構と、
回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブと、
前記空気圧バルブによって制御されると共に前記ボルスタレス台車の輪軸を操舵するアクチュエータを有する、
ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム。
【請求項１】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構を有する、
ボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項２】
前記等速ジョイント機構は、
前記入力軸と結合した第１の等速ジョイントと、
前記出力軸と結合した第２の等速ジョイントと、
第１の等速ジョイントおよび第２の等速ジョイントに連結されると共に伸縮自在な連結軸を有する、
請求項１に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項３】
前記連結軸は、前記第１の等速ジョイントと連結した第１の連結部と、前記第２の等速ジョイントと連結した第２の連結部を有し、
前記第１の連結部と第２の連結部とは互いに直線移動可能に連結される、
請求項２に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項４】
前記連結軸は、前記第１の連結部と第２の連結部とを直線に案内する直線案内機構を有する、
請求項３に記載のボルスタレス台車用ボギー角検出機構。
【請求項５】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構と、
回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブを有する、
ボルスタレス台車用ボギー角連動空気圧バルブシステム。
【請求項６】
鉄道車両の車体に固定された入力軸と、
鉄道車両のボルスタレス台車に回転可能に取り付けられた出力軸と、
前記入力軸と出力軸とを結合すると共に前記車体およびボルスタレス台車の間のボギー角を伝達する伸縮可能な等速ジョイント機構と、
回転する前記出力軸に連動して作動する空気圧バルブと、
前記空気圧バルブによって制御されると共に前記ボルスタレス台車の輪軸を操舵するアクチュエータを有する、
ボルスタレス台車用ボギー角連動アシスト操舵システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６４５３（Ｐ２０１３−６４５３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８７９８（Ｐ２０１１−１３８７９８）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
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