特開 2023-8406 軌条車両およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008406

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】軌条車両およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B61D 17/06 20060101AFI20230112BHJP

   B61D 17/00 20060101ALI20230112BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20230112BHJP

【ＦＩ】

B61D17/06

B61D17/00 C

F16F15/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021111951

(22)【出願日】2021-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 博之

(72)【発明者】

【氏名】瀬畑 美智夫

【テーマコード（参考）】

3J048

【Ｆターム（参考）】

3J048AD07

3J048BC03

3J048BF04

3J048CB18

3J048EA36

(57)【要約】

【課題】鉄道車両に備えられる座席の種類に依らず、また、車内空間に影響を及ぼすことなく、鉄道車両の走行に起因して生じる鉄道車両の上下方向の弾性振動を低減できる鉄道車両を提供する。
【解決手段】質量体１７ａと、前記質量体１７ａを高さ方向に弾性支持する弾性体１８と、からなる動吸振器２４を、軌条車両の妻構体１２の内部に備える。実施形態として、例えば前記妻構体１２は、車内側面板１２ａと、車外側面板１２ｂと、前記車内側面板１２ａと前記車外側面板１２ｂとを接続する複数の接続板１２ｃと、を有するとともに前記軌条車両の高さ方向に押し出し成形される中空形材を用いて構成されており、前記動吸振器２４は、前記車内側面板１２ａと、前記車外側面板１２ｂと、前記接続板１２ｃとで囲まれた空間部１９に備えられている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量体と、前記質量体を高さ方向に弾性支持する弾性体と、からなる動吸振器を、
妻構体の内部に備えること、
を特徴とする軌条車両。

【請求項2】

請求項１に記載の軌条車両において、
前記妻構体は、
前記車内側面板と、前記車外側面板と、前記車内側面板と前記車外側面板とを接続する複数の接続板と、を有するとともに前記軌条車両の高さ方向に押し出し成形される中空形材を用いて構成されており、
前記動吸振器は、
前記車内側面板と、前記車外側面板と、前記接続板とで囲まれた空間部に備えられること
を特徴とする軌条車両。

【請求項3】

請求項２に記載の軌条車両において、
前記動吸振器は、
前記質量体の高さ方向の両端部に前記弾性体を備えており、
前記弾性体は前記空間部の高さ方向の両端部を塞ぐ蓋部に接続されること、
を特徴とする軌条車両。

【請求項4】

請求項３に記載の軌条車両において、
前記弾性体はコイルばねであり、
前記質量体は高さ方向の両端部に前記コイルばねが嵌り込む凸部を有しており、
前記質量体は、前記車内側面板と、前記車外側面板と、前記接続板と、の摩擦力を低減する摺動体を有すること、
を特徴とする軌条車両。

【請求項5】

請求項１に記載の軌条車両において、
前記質量体は、
前記質量体の質量を調整する調整用質量体を有すること、
を特徴とする軌条車両。

【請求項6】

請求項２に記載の軌条車両についての製造方法であって、
接続板の蓋部を取り付ける高さ方向の両端部を取り除くステップと
弾性体を備えた蓋部によって、空間部の第１の端部を塞ぐステップと
前記空間部に、質量体を挿入するステップと
弾性体を備えた蓋部によって、空間部の第２の端部を塞ぐステップと
を有すること
を特徴とする軌条車両の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌条車両およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両では、乗客の快適性向上のために客室内の振動を低減することが不可欠である。一方、近年は鉄道車両の軽量化に伴い、振動が発生しやすい傾向がある。鉄道車両の振動の中で特に問題となりやすいのは上下方向の弾性振動である。その中でも車体中心を腹、台車上部付近を節として車体の床面が一様に変形する振動モードを車体上下１次曲げと呼ぶ。車体上下１次曲げでは車体中心と車端部が大きく上下方向に振動し、乗客の乗り心地に大きな影響を及ぼす。

【0003】

特許文献１には、車体重量の大幅な増加を伴わずに車体弾性振動を低減することのできる方法等を提供することを目的として、鉄道車両の床と、この床の上面に配置される腰掛との間に弾性体又は粘弾性体からなる弾性支持体を介在させ、腰掛の質量を利用した動吸振効果により鉄道車両の車体の弾性振動を低減する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－１６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１で開示されているように、鉄道車両の走行によって発生した上下方向の振動は、鉄道車両の床面と座席との間に備えられる弾性体とによって低減される。鉄道車両には、乗客が鉄道車両の進行方向を向いて着座する座席（クロスシート）の他に、乗客が進行方向に交差する方向に着座する座席（ロングシート）がある。

【0006】

ロングシートの場合は、座席下を容易に掃除できるように、ロングシートが鉄道車両の側面をなす側構体に固定されるため、特許文献１が開示する構成を採用することが難しい。

【0007】

本発明の目的は、鉄道車両に備えられる座席の種類に依らず、また、車内空間に影響を及ぼすことなく、鉄道車両の走行に起因して生じる鉄道車両の上下方向の弾性振動を低減できる鉄道車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、代表的な本発明の軌条車両の一つは、質量体と、前記質量体を高さ方向に弾性支持する弾性体と、からなる動吸振器を、軌条車両の妻構体の内部に備えるものである。実施形態として、例えば前記妻構体は、車内側面板と、車外側面板と、前記車内側面板と前記車外側面板とを接続する複数の接続板と、を有するとともに前記軌条車両の高さ方向に押し出し成形される中空形材を用いて構成されており、前記動吸振器は、前記車内側面板と、前記車外側面板と、前記接続板とで囲まれた空間部に備えられている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、鉄道車両に備えられる座席の種類に依らず、また、車内空間に影響を及ぼすことなく、鉄道車両の走行に起因して生じる鉄道車両の上下方向の弾性振動を低減できる鉄道車両を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、複数の鉄道車両から組成された編成列車の側面図である。

【図2】図２は、編成列車を構成する鉄道車両の妻構体の正面図である。

【図3】図３は、第１実施形態の鉄道車両の妻構体に内蔵される動吸振器の水平方向の断面図（図２のＢ－Ｂ断面図）である。

【図4】図４は、第１実施形態の鉄道車両の妻構体に内蔵される動吸振器の鉄道車両の長手方向に交差する断面図（図３のＣ－Ｃ断面図）である。

【図5】図５は、第２実施形態の鉄道車両の妻構体に内蔵される動吸振器の鉄道車両の長手方向に交差する断面図（図３のＣ－Ｃ断面図）である。

【図6】図６は、動吸振器を備える鉄道車両の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

【0012】

本開示において、軌条車両とは、敷設された軌道に沿って運行される車両の総称であり、鉄道車両、モノレール車両、新交通システム車両、路面電車等を意味する。軌条車両の代表例として、鉄道車両を例に挙げて、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

【0013】

まず、各方向を定義する。編成列車１を構成する鉄道車両（先頭車両２、中間車両３など）の長手方向（レール方向）をｘ方向、鉄道車両の幅方向（枕木方向）をｙ方向、鉄道車両の高さ方向をｚ方向とする。以下、単に、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と記す場合がある。また、ｘ-ｙ平面を水平方向ということがある。さらに、ｘ-ｚ平面及びｙ-ｚ平面を垂直方向ということがある。

【0014】

まず、図１及び図２を参照して、鉄道車両の全体の構成について説明する。
図１は、複数の鉄道車両から組成された編成列車の側面図である。
図２は、編成列車を構成する鉄道車両の妻構体の正面図である。
編成列車１は、先頭車両２、中間車両３など、から構成されている。先頭車両２および中間車両３は敷設された軌道に沿って転動する輪軸を有する台車４で支えられており、連結器５および幌６で連結されている。

【0015】

中間車両３（先頭車両２もほぼ同様の構成である）は、床面をなす台枠２３と、台枠２３のｘ方向の両端部に立設される妻構体１２と、台枠２３のｙ方向の両端部に立設される側構体２０と、妻構体１２および側構体２０のｚ方向の端部に載置される屋根構体２２と、からなる車両構体を有する。

【0016】

側構体２０には、乗客等が乗降に供する側引き戸７、側窓８が備えられる。屋根構体２２には、空調装置９や架線１１からの電力を得るパンタグラフ（集電装置）１０などが備えられる。

【0017】

鉄道車両の妻構体１２には、隣接する車両間を電気的に接続する各種電線からなるジャンパー線１３が備えられる。台枠２３のｘ方向の端部には、連結器５やダンパ１４が受金１５を介して車体に固定される。

【0018】

[第１実施形態]
以下では、図３及び図４を参照して、動吸振器を妻構体の内部に備える第１実施形態について説明する。
図３は、第１実施形態の鉄道車両の妻構体に内蔵される動吸振器の水平方向の断面図（図２のＢ－Ｂ断面図）である。
また、図４は、妻構体の内部に備えられる動吸振器の鉄道車両の長手方向に交差する垂直方向断面図（図３のＣ－Ｃ断面図）である。

【0019】

図３及び図４に示されるように、第１実施形態の鉄道車両の妻構体は、その内部にｚ方向の振動を吸収する動吸収器２４を備えることができる。
鉄道車両を構成する妻構体１２は、具体的には、ｚ方向に押し出し形成される形材１６で構成することができる。このため、妻構体１２をなす形材１６は、車内側面板１２ａと、車外側面板１２ｂと、これら面板を接続する複数の接続板１２ｃと、が一体に押出し形成されており、これら面板と、接続板１２ｃと、で囲まれる空間部１９を有する。

【0020】

また、図４に示すように、動吸振器２４は、質量体１７ａと、質量体１７ａを高さ方向に弾性支持する弾性体１８と、弾性体１８が接続するとともに空間部１９の高さ方向の両端部を塞ぐ蓋部２１と、から構成される。（なお、以降では、２つの蓋部２１について、それぞれ「第１の蓋部２１」、「第２の蓋部２１」と称することがある。）
質量体１７ａは、質量体１７ａとは別体の調整用質量体１７ｂを併設する。調整用質量体１７ｂの質量を調整することによって、弾性体１８で支持される質量体１７ａ全体の質量を容易に調整できる。
このため、妻構体１２をなす形材１６の空間部１９に、鉄道車両の弾性振動を抑制する動吸振器２４を容易に取り付けることができる。

【0021】

＜作用・効果＞
鉄道車両の弾性振動（一次曲げ振動）の空間加振周波数は、鉄道車両の速度と、鉄道車両をｘ方向に支持する一対の台車４の間の距離によって決定される。鉄道車両の一次曲げ固有振動数が、この空間加振周波数に近い場合に、鉄道車両が共振を起こして、鉄道車両に激しい振動が生じて、乗り心地が非常に劣化する場合がある。

【0022】

これらの振動を低減する方法のひとつに動吸振器２４がある。動吸振器２４は振動する対象物に、質量体１７ａをバネ等で付加し、空間加振周波数と鉄道車両の固有振動数との共振を抑制する装置である。

【0023】

鉄道車両の１次曲げを効果的に抑制するためには、１次曲げ振動の腹となる鉄道車両のｘ方向の中央部に動吸振器２４を設置することが望ましい。しかしながら、鉄道車両のｘ方向の中央部は、客室内であるために、座席の種類によっては動吸振器２４を配置することが難しい場合があり、車内空間への影響が大きく、設計の自由度が制約される。

【0024】

そこで、動吸振器２４を妻構体１２の内部に備えることによって、鉄道車両に備えられる座席の種類に依らず、また、車内空間に影響を及ぼすことなく、鉄道車両の走行に起因して生じる鉄道車両の上下方向の弾性振動を低減できる軌条車両を提供することができる。
さらに、妻構体１２が軌条車両の高さ方向に押し出し成形される中空形材を用いて構成されており、車内側面板と、車外側面板と、前記車内側面板と前記車外側面板とを接続する複数の接続板とを有している場合には、動吸振器２４は、前記車内側面板と、前記車外側面板と、前記接続板とで囲まれた空間部を活用して容易に取り付けることが可能となる。

【0025】

また、動吸振器２４を構成する質量体１７ａに調整用質量体１７ｂを併設することによって、弾性体１８に支持さされる質量体１７ａの質量を容易に調整することができる。

【0026】

なお、鉄道車両の台車４が備える一対の車輪がレールを押圧する輪重は、その左右の輪重の差が小さいことが望ましい。従来、この左右の車輪の輪重の差を小さくするために、鉄道車両の床下に備えらえる各種機器の配置を最適化したり、輪重を調整するバランサーを搭載したりしていた。
このように左右の輪重に差がある場合には、動吸振器２４を、輪重の差が小さくなる妻構体１２のｙ方向に備えれば、バランサーの搭載に代えて、輪重の差を小さくできるとともに、一次曲げ弾性振動を低減することができる。

【0027】

[第２実施形態]
第２実施形態は、動吸振器２４において、弾性体１８（コイルスプリング）を質量体１７ａの端部に設けられた凸部１７ｐに嵌め込んで弾性支持する点で、第１実施形態と異なる。
図５は、第２実施形態の鉄道車両の妻構体に内蔵される動吸振器の鉄道車両の長手方向に交差する垂直方向断面図（図３のＣ－Ｃ断面図）である。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

【0028】

図５に示すように、動吸振器２４を構成する質量体１７ａは、質量体１７ａのｚ方向の両端部から質量体１７ａからｚ方向に突出する凸部１７ｐを有する。弾性体１８はコイルスプリングであり、コイルスプリングのｚ方向の第２の端部は、蓋部２１に固定されている。

【0029】

第１の弾性体１８（コイルスプリング）が固定された第１の蓋部２１を、妻構体１２のｚ方向の第１の端部に固定した後、妻構体１２のｚ方向の第２の端部の側から空間部１９に、必要に応じて調整用質量体１７ｂで質量が調整された質量体１７ａを挿入する。
なお、調整用質量体１７ｂは、質量体１７ａの適宜の場所に取り付け部を設けて設置することができる。

【0030】

質量体１７ａの第１の端部に設けられる凸部１７ｐを、既に妻構体１２に固定された蓋部２１が有する第１の弾性体１８（コイルスプリング）の軸部の空隙部に嵌め込む。さらに、妻構体１２のｚ方向の第２の端部から、第２の弾性体１８（コイルスプリング）が固定された第２の蓋部２１を、前記第２の弾性体１８（コイルスプリング）から形材１６の空間部１９へ挿入して、前記第２の蓋部２１を妻構体１２の第２の端部に固定する。

【0031】

この時、前記第２の蓋部２１が有する前記第２の弾性体１８（コイルスプリング）の軸部の空隙部に、質量体１７ａの第２の凸部１７ｐを嵌め込む。以上の過程を経て、動吸振器２４を、形材１６からなる妻構体１２の内部に設置することができる。

【0032】

なお、弾性体１８（コイルスプリング）の自然長さは、動吸振器２４を構成したときの質量体１７ａの凸部１７ｐの根本部から蓋部２１までの寸法Ｌ１より大きく設定している。このため、動吸振器２４を妻構体１２の内部に設置する際は、弾性体１８（コイルスプリング）をｚ方向に圧縮しながら動吸振器２４を組立てることとなる。

【0033】

形材１６の空間部１９に備えられる質量体１７ａは弾性体１８（コイルスプリング）に支持されてｚ方向に加振された際に、ｚ方向に変位する。この時、質量体１７ａは、質量体１７ａが形材１６の車内側面板１２ａと車外側面板１２ｂと接続板１２ｃに直に当接して騒音および摩耗が生じることを抑制するために、潤滑性を有する摺動体２５を備えることとしてもよい。

【0034】

＜作用・効果＞
上述した構成を備えることにより、動吸振器２４は、質量体１７ａがｚ方向の両端部に備えられる一対の弾性体１８（コイルスプリング）によって与圧される態様で、形材１６の空間部１９に備えられる。したがって、弾性体１８（コイルスプリング）と蓋部２１とを空間部１９の内部で接続する必要がないので、小さい工数で妻構体１２の内部に、動吸振器２４を備えることができる。

【0035】

また、質量体１７ａはその周囲に離散的に潤滑性を有する摺動体２５を備えるため、質量体１７ａが弾性体１８（コイルスプリング）に弾性支持されて変位する時、質量体１７ａが形材１６の車内側面板１２ａと車外側面板１２ｂと接続板１２ｃに直に当接して騒音および摩耗が生じることを抑制できる。

【0036】

[製造方法]
図６は、動吸振器を備える鉄道車両の製造方法を示すフローチャートである。以下、動吸振器を内蔵する鉄道車両の製造工程を、ステップごとに説明する。

【0037】

ステップＳ１０において、動吸振器を内蔵する鉄道車両の製造を開始する。

【0038】

ステップＳ２０において、台枠と、妻構体１２と、側構体２０と、屋根構体２２と、を準備する。

【0039】

ステップＳ３０において、動吸振器２４を構成する弾性体１８と、質量体１７ａと、蓋部２１と、必要に応じて、摺動体２５と、を準備する。

【0040】

ステップＳ４０において、蓋部２１を取り付けるための接続板１２ｃの高さ方向の両端部Ｒ（図４、図５参照）を取り除く。

【0041】

ステップＳ５０において、弾性体１８を備えた第１の蓋部２１で、空間部１９の第１の端部を塞ぐ。

【0042】

ステップＳ６０において、空間部１９に、必要に応じて質量を調整した質量体１７ａを挿入する。

【0043】

ステップＳ７０において、弾性体１８を備えた第２の蓋部２１で、空間部１９の第２の端部を塞ぐ。

【0044】

ステップＳ８０において、台枠と、妻構体１２と、側構体２０と、屋根構体２２と、で６面体の構体を組立てる。

【0045】

ステップＳ９０において、台車４の上に、構体を載置して、座席等の内装品および補助電源装置やブレーキ装置等の車外品を構体に取り付ける。

【0046】

ステップＳ１００において、動吸振器を内蔵する鉄道車両の製造を終了する。

【0047】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１…編成列車 ２…先頭車両
３…中間車両 ４…台車
５…連結器 ６…幌
７…側引き戸 ８…側窓
９…空調装置 １０…パンタグラフ
１１…架線 １２…妻構体
１２ａ…車内側面板 １２ｂ…車外側面板
１２ｃ…接続板 １３…ジャンパー線
１４…ダンパ １５…受金
１６…形材 １７ａ…質量体
１７ｂ…調整用質量体 １７ｐ…凸部
１８…弾性体 １９…空間部
２０…側構体 ２１…蓋部（フサギ板）
２２…屋根構体 ２３…台枠（床面）
２４…動吸振器 ２５…摺動体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】