JP6669866B2 - 車体間ダンパ装置を備える編成車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の乗心地を向上する車体間ダンパ装置を備える編成車両に関する。

近年、鉄道車両の高速化に伴い、曲線通過時に生じるロール振動（車両の長手方向に沿う軸周りの振動）や、上下方向の車体曲げ振動、車体のヨー振動（水平面内の振動）等が顕在化して乗心地が劣化する傾向があるため、これらの振動を抑制して、乗心地を向上することが求められる。そこで、車両と車両との連結部に、車両間に架け渡される複数のダンパから構成される車体間ダンパ装置を備えることによって、振動を抑制するとともに乗心地を向上している。

このような車体間ダンパ装置の例として、連結された車体間において貫通路の両側に、車両間に上下方向に一対の上下ダンパを架け渡して、連結された車体間に生じる上下相対速度に対して減衰力を発生させることで、車体の長手方向の端部の上下振動を抑制するとともに曲げ振動を防止する車体間ダンパ装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−７８８８１号公報

鉄道車両が高速で走行する際に、軌道の上下方向の不整に起因して、車体を支持する後台車が上下方向に振動する。この結果、上下方向に振動する台車に支持される車体も、台車によって上下方向に加振されることになり、車体に曲げ振動が発生する。

この車体の曲げ振動の固有周波数は、人間が不快を感じやすい周波数帯域に近いため、上下方向の乗心地の悪化の原因となりやすい。また、鉄道車両が高速で曲線を通過する際には、軌道に設けられたカントや軌道不整によって、車体がロール方向に振動するため、乗心地の悪化の原因となりやすい。

前述した特許文献１で提案されている車体間ダンパ装置は、連結された２つの車体間に上下方向に架け渡されるため、車体の曲げ振動および車体のロール方向の振動の低減には有効である。

しかしながら、特許文献１に係る車体間ダンパ装置は、左右方向の軌道不整により発生する車体の左右振動および車体のヨー方向の振動に対応する減衰力を発生しないので、ヨー方向の振動を低減できるダンパを追設する必要がある。しかしながら、上下方向および左右方向の軌道不整等に起因する振動を抑制するためには、車体間に架け渡されるダンパの数を増やすことが有効であるが、ダンパの数が増えると製造コストおよびダンパに係る保守コストを大きくするおそれがあるため、ダンパの数は大きくないことが望ましい。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、ダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、車体の曲げ振動や車体のヨー（左右）方向およびロール方向の振動を効果的に抑制して乗心地を向上できる車体間ダンパ装置を備える編成車両を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、先頭車両と、前記先頭車両に連結する第１中間車両と、後尾車両と、前記後尾車両に連結する第３中間車両と、そして、前記第１中間車両と前記第３中間車両との間に連結される第２中間車両と、を備える編成車両であって、前記先頭車両と前記第１中間車両との間、および、前記後尾車両と前記第３中間車両との間に、夫々、編成端部車両−中間車両間ダンパ装置を備え、そして、前記第２中間車両の長手方向の両端部に、夫々、中間車両間ダンパ装置を備え、前記編成端部車両−中間車両間ダンパ装置は複数の車両間に架け渡される、２本の上下ダンパおよび１本の左右ダンパを有しており、前記中間車両間ダンパ装置は複数の車両間に架け渡される、１本の上下ダンパおよび１本の左右ダンパを有することを特徴とする。

本発明によれば、ダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、車体の曲げ振動や車体のヨー（左右）方向およびロール方向の振動を効果的に抑制して乗心地を向上できる車体間ダンパ装置を備える編成車両を提供できる。

本発明の実施形態１に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両の側面図である。 先頭車両と第１中間車両との間および第３中間車両と後尾車両との間に備えられる第１車体間ダンパ装置の模式図である。 第２中間車両の長手方向の一方の端部に備えられる第２車体間ダンパ装置の模式図である。 第２中間車両の長手方向の他方の端部に備えられる第３車体間ダンパ装置の模式図である。 前側に第２車体間ダンパ装置を備えるとともに後側に第３車体間ダンパ装置を備える第２中間車両の模式図（斜視図）である。 高速で走行する編成車両の第１中間車両から第３中間車両が上下方向に振動する様子を側面視で示した模式図である。 高速で走行する編成車両の第１中間車両から第３中間車両が左右方向およびヨー方向に振動する様子を上面視で示した模式図である。 高速で走行する編成車両の第２車体間ダンパ装置と第３車体間ダンパ装置を編成車両の長手方向に重ねるとともに、ロール方向に隣接する車両が振動の様子を示した模式図である。 本発明の実施形態１による車体間ダンパ装置を構成する各ダンパの配置を示す一覧表である。 本発明の実施形態２による車体間ダンパ装置を構成する各ダンパの配置を示す一覧表である。

次に、本発明の実施形態に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両について図面を参照して説明する。まず、説明に供される各方向を定義する。編成車両の進行方向（前後、長手、レール）方向を「前」あるいは「前側」、この進行方向の反対方向を「後」あるいは「後側」、進行方向を見て車体の幅（左右、枕木）方向の一方の側を「右」あるいは「右側」、同様に、幅方向の他方の側を「左」あるいは「左側」と記す。

なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。また、本文中に記される各種ダンパは、その長手方向に沿って伸縮する過程で振動（運動エネルギ）を熱に変換することによって振動を減衰する機器である。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両の側面図である。編成車両１は、編成車両１の一方の端部に連結される先頭車両２０と、その他方の端部に連結される後尾車両４０と、先頭車両２０と後尾車両４０との間に備えられる第１中間車両３０ａと、第２中間車両３０ｂと、第３中間車両３０ｃからなる５両編成である。

先頭車両２０と第１中間車両３０ａとの間および第３中間車両３０ｃと後尾車両４０との間の間（連結部）には、これら車両間に上下方向、前後方向、左右方向に架け渡されたダンパから構成される第１車体間ダンパ装置Ａ１が備えられる。なお、車体間ダンパ装置が備えられる場所（位置）を、車両と車両の間または車両と車両の連結部と記す。

第２中間車両３０ｂは、その前側に第２車体間ダンパ装置Ａ２を備えるとともに、その後側に第３車体間ダンパ装置Ａ３を備える。第２中間車両３０ｂは第２車体間ダンパ装置Ａ２を介して第１中間車両３０ａと連結するとともに、第３車体間ダンパ装置Ａ３を介して第３中間車両３０ｃと連結する。

第１車体間ダンパ装置Ａ１と第２車体間ダンパ装置Ａ２と第３車体間ダンパ装置Ａ３を構成する上下ダンパと左右ダンパと前後ダンパの設置場所および設置本数等の詳細は、図９に示す車体間ダンパ装置を構成する各ダンパの配置表の通りであるが、この詳細は後で説明する。また、図１では、第２中間車両３０ｂが第１中間車両３０ａおよび第３中間車両３０ｃに連結する５両編成を示すが、第２中間車両３０ｂと第１中間車両３０ａまたは第３中間車両３０ｃとの間の他の車両が連結される６両編成以上の編成車両であっても良い。

図２は、先頭車両と第１中間車両との間および第３中間車両と後尾車両との間に備えられる第１車体間ダンパ装置の模式図である。図２に示すように、第１車体間ダンパ装置Ａ１は、両車両間の上下方向の相対変位を抑制する１対の上下ダンパ４ａ（４ｂ）と、両車両間の左右方向の相対変位を抑制する１本の左右ダンパ８と、両車両間の前後方向の相対変位を抑制する一対の前後ダンパ７ａ（７ｂ）と、から構成される。

上下ダンパ４ａ（４ｂ）の長手方向の一方の端部は、一方の車両の妻板に固定されるブラケット４２ａ（４２ｂ）に接続するとともに、上下ダンパ４ａ（４ｂ）の他方の端部は、他方の車両の妻板に固定されるブラケット４４ａ（４４ｂ）に接続している。このため、上下ダンパ４ａ（４ｂ）は、連結部において対向する両車両に跨る形態で架け渡されている。左右ダンパ８の両端部に備えられるブラケット４６（４８）および前後ダンパ７ａ（７ｂ）のブラケット（図示なし）も、同様に連結部において両車両に跨る形態で架け渡されている。

第１車体間ダンパ装置Ａ１において、上下ダンパ４ａと前後ダンパ７ａは、貫通路５０の右側７８に備えられ、上下ダンパ４ｂと前後ダンパ７ｂは、貫通路５０の左側７９に備えられる。左右ダンパ８は、貫通路５０の上方に備えられる。

図３は第２中間車両の長手方向の一方の端部に備えられる第２車体間ダンパ装置の模式図であり、図４は第２中間車両の長手方向の他方の端部に備えられる第３車体間ダンパ装置の模式図である。図５は、前側に第２ダンパ装置を備えるとともに後側に第３車体間ダンパ装置を備える第２中間車両の模式図（斜視図）である。

第２車体間ダンパ装置Ａ２は、図３及び図５に示すように、両車両間の上下方向の相対変位を抑制するとともに第２中間車両３０ｂの長手方向の一方の妻板２に備えられる貫通路５０の左側７９（妻板の幅方向の一方の側）にのみ備えられる上下ダンパ４ｂと、両車両間の左右方向の相対変位を抑制する左右ダンパ８と、両車両間の前後方向の相対変位を抑制する一対（２本）の前後ダンパ７ａ（７ｂ）と、から構成される。

第３車体間ダンパ装置Ａ３は、図４及び図５に示すように、両車両間の上下方向の相対変位を抑制するとともに第２中間車両３０ｂの長手方向の他方の妻板３に備えられる貫通路５０の右側７８（妻板の幅方向の他方の側）にのみ備えられる上下ダンパ４ａと、両車両間の左右方向の相対変位を抑制する左右ダンパ８と、両車両間の前後方向の相対変位を抑制する一対（２本）の前後ダンパ７ａ（７ｂ）と、から構成される。

前側に第２車体間ダンパ装置Ａ２を備えるとともに後側に第３車体間ダンパ装置Ａ３を備える第２中間車両３０ｂは、その進行方向７７の一方の端部に備えられる妻板２の貫通路５０の左側７９に備えられる上下ダンパ４ｂと、その進行方向７７の他方の端部に備えられる妻板３の貫通路５０の右側７８に備えられる上下ダンパ４ａと、を車体の幅方向に交差する中心線Ｃを含む面に対して対角に備える。

図６は、高速で走行する編成車両の第１中間車両から第３中間車両が上下方向に振動する様子を側面視で示した模式図である。編成車両１が高速で走行する際、上下方向の軌道不整等によって、台車５５は上下方向に振動する。上下方向に振動する台車５５に支持される第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃは、台車５５によって上下方向に加振されて曲げ振動が生じる。

連結された複数の中間車両に生じる曲げ振動には２種類の曲げ振動モードがある。一方の曲げ振動モードは、第２中間車両３０ｂの長手方向中央部が上方向に変位して、第１中間車両３０ａおよび第３中間車両３０ｃの長手方向の中央部が下方向に変位するような前後の車両間に位相差がある曲げ振動（図６参照）である。他方の曲げ振動モードは、第２中間車両３０ｂ、第１中間車両３０ａおよび第３中間車両３０ｃの長手方向の中央部が同方向に変位するような前後の車両間で位相差の無い（同位相）の曲げ振動である（図示なし）。

図６に示す隣接する車両の中央部が異なる方向に変位する位相差を有する場合の振動低減の作用および効果を説明する。点線３００ａ、３００ｂおよび３００ｃは、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃの各々が曲げ振動に伴って変形する様子を模式的に示したものである。隣接する中間車両の間で位相差を伴う曲げ振動の場合、第２中間車両３０ｂの前後方向の両端部に下方向の速度が発生するとともに、第１中間車両３０ａの後側端部および第３中間車両３０ｃの前側端部に上方向の速度が発生する。

この結果、第２車体間ダンパ装置Ａ２の上下ダンパ４ｂおよび第３車体間ダンパ装置Ａ３の上下ダンパ４ａは、上下方向に伸縮する相対速度が生じるとともにこの相対速度を打ち消す方向の減衰力６６を生じる。上下ダンパ４ａ（４ｂ）の減衰力６６によって、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃの上下方向の振動が抑制されるため、ダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、乗心地を高めることができる。

図７は、高速で走行する編成車両の第１中間車両から第３中間車両（図１Ｄ部相当）が左右方向およびヨー方向に振動する様子を上面視で示した模式図である。編成車両１が高速で走行する際、左右方向の軌道不整等により、台車５５は左右方向に振動する。その結果、左右方向に振動する台車５５に支持される第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃの各車体は、台車５５によって左右方向に加振されて左右振動およびヨー方向に振動する。

図７に示す点線３１０ａ、３１０ｂおよび３１０ｃは、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃの各々のヨー方向の振動９０を模式的に示したものである。第１中間車両３０ａの後端部が右側７８に振動し、第２中間車両３０ｂの前端部が左側７９に振動する様子を示している。同様に、第２中間車両３０ｂの後端部が右側７８に振動し、第３中間車両３０ｃの前端部が左側７９に振動する様子を示している。

図７に示す態様で編成車両１をなす各車両がヨー方向に振動すると、第２車体間ダンパ装置Ａ２の左右ダンパ８および第３車体間ダンパ装置Ａ３の左右ダンパ８に、左右方向に伸縮する相対速度が生じるため、左右ダンパ８に相対速度（左右方向の振動およびヨー方向の振動９０）を打ち消す方向の減衰力６６を生じて、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃの左右方向の振動に起因するヨー方向の振動を低減してダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、乗心地を向上することができる。

図８は、高速で走行する編成車両の第２車体間ダンパ装置と第３車体間ダンパ装置を編成車両の長手方向に重ねるとともに、ロール方向に隣接する車両が振動の様子を示した模式図である。

編成車両１が高速で曲線を通過する際、軌道に設けられたカントや軌道不整等により、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃがその長手方向に沿う軸周り（ロール方向）に振動する。

図８に示す点線は、第２中間車両３０ｂがロール方向に振動する様子を模式的に示したものであり、一点鎖線は第１中間車両３０ａおよび第３中間車両３０ｃを示す。第２中間車両３０ｂおよび先頭車両２０にロール方向の振動（変位）９１が生じると、隣接する第１中間車両３０ａおよび第３中間車両３０ｃとの間にロール方向の相対変位が発生して、第２車体間ダンパ装置Ａ２の上下ダンパ４ｂと左右ダンパ８および第３車体間ダンパ装置Ａ３の上下ダンパ４ａと左右ダンパ８がロール変位に応じて伸縮する。

この時、上下ダンパ４ａ（４ｂ）と左右ダンパ８は、相対速度に応じたロール方向の振動９１に抗する方向に減衰力６６を発生するため、第２中間車両３０ｂのロール方向の振動９１を抑制して乗心地を向上することができる。

また、第２中間車両３０ｂの前側に備えられる第２車体間ダンパ装置Ａ２の上下ダンパ４ｂと、その後側の第３車体間ダンパ装置Ａ３の上下ダンパ４ａは、車体の幅方向に交差する中心線Ｃを含む面に対して対角に備えられる。

このため、第１中間車両３０ａと第２中間車両３０ｂと第３中間車両３０ｃにロール方向の振動９１が生じる場合であっても、上下ダンパ４ｂに生じる上向きの減衰力６６と、上下ダンパ４ａに生じる下向きの減衰力６６が相殺されるため、ロール方向の振動９１に伴う減衰力６６が、第１中間車両３０ａから第３中間車両３０ｃを上下方向に加振しないので、この減衰力６６に伴う曲げ振動が生じにくい。

したがって、ロール方向の振動に誘発される上下方向の振動の発生を抑制することができるため、ダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、乗心地を向上することができる。

また、先頭車両２０と第１中間車両３０ａとの間および第３中間車両３０ｃと後尾車両４０との間に備えられる第１車体間ダンパ装置Ａ１は、一対の上下ダンパ４ａ（４ｂ）を有するので、ロール方向の振動が上下方向の振動に転換されることを低減することができる。したがって、このため、ロール方向の振動に誘発される上下方向の振動の発生を抑制することができるため、乗心地を向上することができる。

なお、実施形態１では、一対の上下ダンパ４ａ（４ｂ）を有する第１車体間ダンパ装置Ａ１を先頭車両２０と第１中間車両３０ａとの連結部、あるいは第３中間車両３０ｃと後尾車両４０との連結部に備える例を示した。第１車体間ダンパ装置Ａ１は、編成車両の両端部の車両と、その車両に連結する中間車両との連結部に限定されず、例えば、より快適な乗心地が要求される一等（中間）車両または屋根上に搭載される集電装置に作用する流体力によって乗心地が劣化しやすい中間車両と、これら中間車両に連結する他の中間車両との連結部に備えても良い。

また、実施形態１では、第１車体間ダンパ装置Ａ１、第２車体間ダンパ装置Ａ２および第３車体間ダンパ装置Ａ３は、左右ダンパ８を貫通路５０の上方に備える例を示したが、これに限らず、左右ダンパ８を貫通路５０の下方に備えても良い。

高速で走行する車両は、後尾車両４０の下流に大きな渦を伴う気流の乱れが生じやすく、この気流の乱れに伴う圧力変動によって、後尾車両が左右方向に振動する場合がある。このため、第１車体間ダンパ装置Ａ１は１対（２本）の前後ダンパ７ａ（７ｂ）を備えることによって、この左右方向の振動を抑制して乗心地を高めている。第２車体間ダンパ装置Ａ２および第３車体間ダンパ装置Ａ３は、大きな圧力変動を受けるおそれの小さい中間車両の間に備えられるため、前後ダンパ７ａ（７ｂ）を省略しても良い。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両について図面を参照して説明する。実施形態２では、実施形態１で説明した各種ダンパおよびその配置と共通な部品に係る説明を省略して、実施形態２の特有の構成について説明する。

実施形態２に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両は、図１０に示す車体間ダンパ装置を構成する各ダンパの配置表からわかるように、実施形態１で説明した第３車体間ダンパ装置Ａ３に代えて第２車体間ダンパ装置Ａ２を備える点に特徴がある。即ち、実施形態２に係る車体間ダンパ装置は、第２中間車両３０ｂの前側および後側に第２車体間ダンパ装置Ａ２を備えており、第２中間車両３０ｂの妻板２および妻板３に備えられる貫通路５０の左側７９に上下ダンパ４ｂが備えられる。

実施形態２に係る車体間ダンパ装置を備える編成車両は、実施形態１のそれと同様に、ダンパの数を小さくしてダンパに係る製造および保守コストを低減するとともに、車体の曲げ振動やロール方向の振動を低減することができると共に、車体の左右振動及びヨー方向の振動を低減し、車両の乗心地をより向上することができる。

これに加えて、実施形態２では、上下ダンパ４ｂを、妻板の一方の側にのみ備えるため、製造時に上下ダンパ４ｂを取付けたり、保守作業時に点検したり交換したりする場合に、作業者は上下ダンパ４ｂを編成車両１の一方の側のみから取り扱うことができるため、製造および作業効率を向上することができる。

１…編成車両、２、３…妻板、４ａ、４ｂ…上下ダンパ、７ａ、７ｂ…前後ダンパ、８…左右ダンパ、２０…先頭車両、３０ａ…第１中間車両、３０ｂ…第２中間車両、３０ｃ…第３中間車両、４０…後尾車両、４２ａ、４４ａ…ブラケット、４２ｂ、４４ｂ…ブラケット、４６、４８…ブラケット、５０…貫通路、５５…台車、６６…減衰力、７７…進行方向、７８…右側、７９…左側、９０…ヨー方向の振動、９１…ロール方向の振動、Ａ１…車体間ダンパ装置、Ａ２…車体間ダンパ装置、Ａ３…車体間ダンパ装置

Claims (3)

1. 先頭車両と、
   前記先頭車両に連結する第１中間車両と、
   後尾車両と、
   前記後尾車両に連結する第３中間車両と、そして、
   前記第１中間車両と前記第３中間車両との間に連結される第２中間車両と、
   を備える編成車両であって、
   前記先頭車両と前記第１中間車両との間、および、前記後尾車両と前記第３中間車両との間に、夫々、編成端部車両−中間車両間ダンパ装置を備え、そして、
   前記第２中間車両の長手方向の両端部に、夫々、中間車両間ダンパ装置を備え、
   前記編成端部車両−中間車両間ダンパ装置は複数の車両間に架け渡される、２本の上下ダンパおよび１本の左右ダンパを有しており、
   前記中間車両間ダンパ装置は複数の車両間に架け渡される、１本の上下ダンパおよび１本の左右ダンパを有すること、
   を特徴とする編成車両。
2. 前記第２中間車両の長手方向の一端部に備えられた中間車両間ダンパ装置の上下ダンパは、当該第２中間車両の妻板の幅方向の一方の側にあり、
   前記第２中間車両の前記長手方向の他端部に備えられた中間車両間ダンパ装置の上下ダンパは、前記妻板の前記幅方向の他方の側にある、
   請求項１記載の編成車両。
3. 前記編成端部車両−中間車両間ダンパ装置と前記中間車両間ダンパ装置の夫々の左右ダンパは、車両の貫通路の上方に備えられている、
   請求項１記載の編成車両。

Images