JP2000052979A

JP2000052979A - モノレール車両用台車

Info

Publication number: JP2000052979A
Application number: JP22028198A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Aida; 憲次郎合田; Takaomi Nishigaito; 貴臣西垣戸; Motosane Hiraishi; 元実平石; Katsuyuki Iwasaki; 克行岩崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】振動が小さく乗り心地の良いモノレール車両
用台車を提供する。【解決手段】本発明は、軌道桁１９上を走行するゴム
タイヤ付走行車輪１１と、この車輪１１の軸心に配置さ
れた車軸４を軸受(図示なし)を介して支持する軸箱３
と、軸箱３を保持する台車枠２とから構成され、台車枠
２に車体１０を搭載するモノレール車両用台車におい
て、軸箱３と台車枠２間に１.０×１０⁴〜２.０×１０⁵
Ｎ・ｓ／ｍの減衰係数を有する減衰装置５を設けたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモノレール車両用台
車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なモノレール車両用台車の構成
は、特公昭４４−２４７６２号公報、特公昭６４−７８
９６７号公報等に記載されている。これら従来例のモノ
レール車両用台車では、台車は、軌道桁に対して走行タ
イヤ、案内タイヤおよび安定タイヤの各種のゴムタイヤ
により支持されている。台車は、水平方向には、軌道桁
の側面に当接する案内タイヤおよび安定タイヤにより支
持されており、台車が軌道軌跡に円滑に追従する構造と
なっている。一方、上下方向には、台車は軌道桁上面を
走行する走行タイヤによって弾性支持されおり、これに
より台車へ伝達される振動を低減するための工夫がなさ
れていた。さらに、上記各種のゴムタイヤを装備した台
車と、該台車上に搭載された車体間に、空気ばね、コイ
ルばね等の弾性要素を配置することにより、台車から車
体へ上下に伝達される振動を低減し、上下方向の乗り心
地を向上するための工夫がなされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
においては、台車は、台車と軌道桁の間で上下方向にゴ
ムによる走行タイヤにより弾性支持されるが、ゴムタイ
ヤそのものには、減衰作用は少ないため、タイヤのみで
は上下振動に対して、十分な減衰機能を発揮し得ない。
モノレール車両では、車体の上下の固有振動数は、約１
Ｈｚ前後であり、台車の上下の固有振動数は、約５Ｈｚ
である。以上のような振動系において、台車と車体の間
では、上下方向に減衰作用を持つ空気ばね等により結合
されており、一般に、空気ばねは、約１Ｈｚ前後の車体
の上下の固有振動に対しては、減衰作用を示すように設
計されている。したがって、空気ばねは、約５Ｈｚの台
車の上下固有振動に対しては、ほとんど減衰作用を有し
ない。その結果、このような特徴を持つモノレール車両
の振動系において、台車に対する加振周波数が、台車の
固有振動数に近い場合に、台車において約５Ｈｚ共振が
発生しやすく、その振動が減衰されずに、そのまま車体
に伝達されるため、上下方向の乗り心地が悪くなる問題
がある。さらに、このような共振が生じる時の走行速度
が、モノレールの営業速度に近い場合には、台車の共振
状態が長く続き、モノレールの営業走行時に、乗り心地
が悪い状態が長く続く。

【０００４】以上のような、問題を解決するために走行
タイヤ自体の減衰効果を高めることが考えられる。タイ
ヤを構成するゴムを厚くすることで、走行タイヤの減衰
効果を高めることは可能であるが、ゴムを厚くすること
で走行タイヤの重量が大きくなり、その結果、台車全体
の重量が重くなってしまう。

【０００５】また、台車に加わる加振力として、質量不
均衡を有する走行タイヤが転動することにより走行時に
加わる力があり、その加振力により車体の上下振動が大
きくなる問題がある。ゴムタイヤは、繊維、スチールワ
イヤー、ゴムなどから成る複合材料製品であり、大部分
が人手によって成形されることから、タイヤ周上におけ
る部分的な寸法変化、剛性変化、非対称性などにより製
造における精度が、一般の金属製品に比べて劣る。その
ため、ゴムタイヤの質量不均衡の量は一般の金属製品な
どに比べて大きい。したがって、質量不均衡の大きいタ
イヤが転動すると、軌道面から異常な力や周期的に変動
する力を受ける。台車加振周波数となるタイヤ回転周波
数が、台車の上下固有振動数約５Ｈｚに近くなると、台
車において共振が発生し、上下振動が大きくなる。

【０００６】以上のような走行タイヤの質量不均衡によ
る加振の影響を少なくするために、自動車などでは、ホ
イールバランスを調整し、加振力が小さくなるようにし
ている。ホイールバランス調整においては、タイヤの抜
き取り作業を必要とするが、モノレール車両では、以下
に示す理由により自動車と比べてタイヤの抜き取り作業
が困難となるため、ホイールバランス調整を容易に行な
うことができない。まず、モノレール車両の走行タイヤ
は、タイヤ自体が、自動車用タイヤに比べて重いため、
タイヤの抜き取りに関わる運搬、調整が困難であるとい
う問題がある。また、現状のモノレール車両の走行タイ
ヤの抜き取り作業は、まず車体から台車を分離し、その
後にタイヤを車軸から抜き取るというように２段階の作
業を必要とするため、タイヤ抜き取りに関わる作業が多
く、タイヤの交換を容易に行なうことはできない。これ
に対して、特開平９−１６９２６５号の例では、走行タ
イヤと車軸と軸受けからなる駆動系をユニット化するこ
とにより、タイヤ抜き取り作業を簡単にする工夫がなさ
れている。しかしながら、抜き取り作業に際して、大重
量の二つの走行タイヤからなる駆動ユニットを台車から
分離し、それから重いタイヤを抜き取る必要がある。以
上のような観点から、モノレール車両において、走行タ
イヤ抜き取り作業が困難であるため、ホイールバランス
調整を自動車のように容易に行なうことができず、走行
タイヤの質量不均衡による加振の影響を減らすことはで
きない。

【０００７】本発明の目的は、質量不均衡のある走行タ
イヤを用いても、乗り心地の良いモノレール車両用台車
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１のモノレール車両用台車は、ゴムタイ
ヤ付走行車輪と、この走行車輪の中心軸に配置された車
軸を軸受を介して支持する軸箱と、この軸箱を保持する
台車枠とを備え、台車枠に車体を搭載する台車におい
て、軸箱と台車枠間に１.０×１０⁴〜２.０×１０⁵Ｎ・
ｓ／ｍの減衰係数を有する減衰装置を設けたものであ
る。

【０００９】また、本発明の第２のモノレール車両用台
車は、上記第１のモノレール車両用台車と同じく、ゴム
タイヤ付走行車輪、車軸、軸受、軸箱及び台車枠とを備
え、台車枠に車体を搭載する台車において、軸受けと軸
箱の間に軸受け外周を包むように、１.０×１０⁴〜２.
０×１０⁵Ｎ・ｓ／ｍの減衰係数を有する弾性体を設置
し、軸箱は台車枠に固定されていることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の第３のモノレール車両用台
車は、ゴムタイヤ付走行車輪と、この走行車輪の中心軸
に配置された車軸と、車軸に固定された固定子及び固定
子と対をなし走行車輪と一体に回転する回転子からなる
電動機と、車軸を固定して支持する軸箱と、軸箱を保持
する台車枠とを備え、この台車枠に車体が搭載されるモ
ノレール車両用台車において、軸箱と台車枠間に１.０
×１０⁴〜２.０×１０⁵Ｎ・ｓ／ｍの減衰係数を有する
減衰装置を設けたことを特徴とする。

【００１１】以上の本発明の第１〜第３のモノレール車
両用台車のいずれにおいても、減衰装置により、台車及
び車体における上下振動の加速度を低減でき、したがっ
て車両の乗り心地を向上させることができる。

【００１２】また、本発明の第４のモノレール車両用台
車は、上記第１のモノレール車両用台車と同じく、ゴム
タイヤ付走行車輪、車軸、軸受、軸箱及び台車枠とを備
え、台車枠に車体を搭載する台車において、台車の上下
固有振動数ｆzo[Ｈｚ]（後述のように一般に４.８Ｈ
ｚ）、モノレール車両の最高運転速度Ｖ［ｍ／ｓ］とす
るとき、Ｖ／（２π・ｆzo）に満たない半径ｒ［ｍ］を
有するゴムタイヤを備えたことを特徴とする。

【００１３】このように走行車輪を小さくすることによ
り、車両の最高運転速度の定速走行時における走行車輪
の周波数を上げて、該定速走行時の車両の上下方向の共
振を避けることにより、車両の乗り心地を向上させるこ
とができる。また台車の前後固有振動数ｆxo[Ｈｚ]（一
般に６.８Ｈｚ）、モノレール車両の最高運転速度Ｖ
［ｍ／ｓ］とするとき、Ｖ／(２π・ｆxo)に満たない半
径ｒ[ｍ]を有するゴムタイヤを備えれば、最高運転速度
の定速走行時に車両の前後方向の共振を避けられ、車両
の乗り心地を向上させることができる。ｆzo：４.８Ｈ
ｚ、ｆxo：６.８Ｈｚの場合は、車両前後振動に対する
乗り心地を良くすることにより、車両上下方向の乗り心
地を改良させることになる。また、モノレール車両の最
高運転速度Ｖ［ｍ／ｓ］を、体感の強い振動周波数領域
の上限値である８Ｈｚに２πを乗じた値で除算した値に
満たない半径ｒ［ｍ］を有するゴムタイヤを備えること
によっても、体感的に車両の乗り心地を向上させること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、従来のモノレール車両用台
車の構成を、図９および図１０を用いて説明する。図９
は軌道桁の横方向からみたモノレール車両用台車の側面
図、図１０は軌道桁の前後方向からみたモノレール車両
用台車の正面図である。

【００１５】図９および図１０に示すように、台車１０
１は、ゴムタイヤ付走行車輪として軌道桁１９上を走行
する走行タイヤ１１と、軌道桁１９の両側面上部に当接
する案内タイヤ１２と、軌道桁１９の両側面下部に当接
する安定タイヤ１３と、これら３種類のタイヤを保持す
る台車枠１０２と、台車枠１０２とその上に搭載される
車体１０との間に介在する空気ばね１６と、台車枠１０
２前後方向の動きを車体１０に伝達する牽引装置１８
と、台車枠１０２と車体１０との間の相対的横ゆれを吸
収する左右動ダンパ１７と、から構成されている。

【００１６】台車枠１０２の前後部で左右の各角（四
隅）には、それぞれ支持アーム１４が垂下するように結
合されており、支持アーム１４の先端には案内タイヤ１
２が回転自在に支持されている。案内タイヤ１２は、軌
道桁１９の側面に接触し、台車１０１を水平方向に支持
し、台車１０１が軌道桁１９に追従するよう案内する。
台車枠１０２の中央部の左右端には、支持アーム１５が
垂下するように結合されており、支持アーム１５の先端
には安定タイヤ１３が回転自在に支持されている。安定
タイヤ１３は、軌道桁１９に対して側面で接触し、台車
１０１を水平方向およびローリング(横ゆれ)方向に支持
し、台車１０１の転覆を防止する。空気ばね１６は、台
車枠１０２の中央部上面の左右両端に設置されており、
空気ばね上面は、車体１０の下床面に直接結合されてい
る。空気ばね１６は、そのばね作用により車体１０を上
下方向およびローリング方向に弾性支持し、空気ばね１
６の絞りによる減衰効果によって、車体の上下振動およ
び横ゆれを減衰する。牽引装置１８の一端は、台車枠１
０２の中央に結合されており、牽引装置１８の他端は、
車体１０の床面下部に結合されている。牽引装置１８
は、台車１０１の前後方向の牽引力を車体１０に伝え
る。左右動ダンパ１７の一端は、台車枠１０２の中央の
左右端に結合され、左右動ダンパ１７の他端は、車体１
０の床面下部に結合されている。左右動ダンパ１７は、
台車１０１と車体１０の間に発生する左右方向の相対速
度に応じて減衰力を発生し、その結果、台車１０１から
車体１０へ伝達される左右方向の振動が減衰される。

【００１７】走行タイヤ１１は、リム３２を介して、車
軸４に固定されており、車軸４の各端部はそれぞれ軸受
を内蔵する軸箱１０３によって支持されている。各軸箱
１０３は、台車枠１０２に対して固定されている。軌道
桁１９の不整（桁の継ぎ目の段差や桁表面の凹凸）によ
る変位外力あるいは走行タイヤ１１の質量不均衡による
力が車軸４に加わり、車軸４が上下に変位すると、それ
につれて軸箱１０３も上下に変位する。このとき、軸箱
１０３は、台車枠１０２に固定されているため、台車枠
１０２は、軸箱１０３と同じ量だけ変位する。軸箱１０
３と台車枠１０２は一体構造となっているため、台車１
０１は、走行タイヤ１１により上下方向に弾性支持され
ていることになる。走行タイヤ１１では、ゴムによる弾
性作用を有するが、減衰作用は少なく、その減衰係数の
値は、乗り心地が問題となる１から１０Ｈｚの周波数領
域において、約１.０×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍよりかなり小さ
な値である。したがって、軌道不整による変位外力ある
いはタイヤの質量不均衡により、車軸４に振動が発生す
ると、振動は減衰されずそのまま、台車枠１０２に伝達
される。そのため、軌道不整量が大きい、あるいは、タ
イヤの質量不均衡の量が大きい場合は、台車１０１は大
きく上下方向に振動する。また、加振力の周波数が台車
１０１の振動系の固有振動数に近くなると、台車は共振
して大きく上下方向に振動する。以上のように従来方式
のモノレール車両用台車１０１では、台車で発生する上
下振動は減衰されにくく、大きな振幅で振れやすい構造
となっている。

【００１８】次に、本発明の第１の実施の形態を、図１
〜図４を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態となるモノレール車両用台車１の側面図、図２は台
車１の正面図である。図３は、台車１の詳細構造を示す
正面図である。図４は、台車１の軸箱３周辺の詳細構造
を示す図である。図１〜図４においては、図９及び図１
０で説明した従来方式のモノレール車両用台車における
部材と同一の機能を有する部材に対して、同一の番号を
付している。

【００１９】図１および図２に示すように、台車１は、
台車枠２と、ゴムタイヤ付走行車輪である走行タイヤ１
１、案内タイヤ１２、安定タイヤ１３の３種のゴムタイ
ヤ、空気ばね１６、牽引装置１８、左右動ダンパ１７に
よって構成される。案内タイヤ１２は、支持アーム１４
に回転可能な状態で支持されており、安定タイヤ１３
は、支持アーム１５に回転可能な状態で支持されてお
り、従来方式と同様に台車１の支持および案内を行な
う。空気ばね１６、牽引装置１８、左右動ダンパ１９
は、従来方式と同様に台車枠２と車体１０の間に配置さ
れ、結合要素として作用する。そして本発明を特徴づけ
る構成要素として、走行タイヤ１１の軸心に配置された
車軸４を支持する軸箱３と台車枠２との間に減衰装置５
を設けおり、減衰装置５は１.０×１０⁴〜２.０×１０⁵
Ｎ・ｓ／ｍの減衰係数を有する。

【００２０】動力伝達系の構成について、図１および図
３を用いて説明する。動力伝達系は、動力源である主電
動機２１から走行タイヤ１１まで動力を伝達する装置で
あり、主電動機２１、継ぎ手２４(図１)、傘歯車減速機
２２、継ぎ手２７、平歯車減速機２３、車軸４により構
成し、この順で動力を伝達する。傘歯車減速機２２は、
ベベルピニオン２５とベベルギア２６がかみあって構成
されている。また、平歯車減速機２３は、ヘリカルピニ
オン２８とヘリカルギア２９が、かみあって構成されて
いる。このような構成において、主電動機２１からの駆
動トルクは、継ぎ手２４を介してベベルピニオン２５に
伝達される。ベベルピニオン２５は、ベベルギア２６と
かみ合って駆動トルクを伝達し、伝達された駆動トルク
は、継ぎ手２７と介して、ヘリカルピニオン２８に伝達
される。ヘリカルピニオン２８は、ヘリカルギア２９と
かみ合って駆動トルクを伝達し、伝達された駆動トルク
は、ヘリカルギア２９を固定している車軸４に伝達され
る。車軸４は、軸受け７を介して、軸箱３に支持されて
おり、駆動トルクにより車軸４が回転し、車軸４に固定
されたリム３２および走行タイヤ１１が回転する。走行
タイヤ１１が回転することによって、走行タイヤ１１と
軌道桁１９の接触面に駆動力が発生する。

【００２１】また、ベベルギア２６の回転軸にはブレー
キディスク３０が連結されており、ブレーキパッド３１
の押し付け力によって、ブレーキディスク３０において
減速トルクが発生する。減速トルクは、駆動トルクと同
様に、ヘリカルピニオン２８、ヘリカルギア２９、車軸
４、リム３２を介して、走行タイヤ１１に伝達され、走
行タイヤ１１と軌道桁１９の接触面に減速力が発生す
る。以上のような動力伝達系において、継ぎ手２７とし
て、軸間の相対変位を許容する機能、構造を有するＷＮ
式継ぎ手、撓み板継ぎ手等を用いることによって、台車
枠２と軸箱３の相対変位がある場合でも、減速機２２と
減速機２３のトルクを確実に伝達し、主電動機２１から
の駆動トルク、あるいは、ブレーキディスク３０からの
減速トルクを、走行タイヤ１１に伝達することができ
る。

【００２２】軸箱３周辺の詳細構造について、図４を用
いて説明する。走行タイヤ１１は、リム３２を介して車
軸４に固定され、車軸４とともに回転する。車軸４は、
その両端で軸箱３により支持されており、軸箱３と一体
になって上下方向に運動する。本発明にかかるモノレー
ル台車では、ダンパ（例えばオイルダンパ）もしくは損
失係数の高いゴム等により構成され減衰係数１.０×１
０⁴〜２.０×１０⁵Ｎ・ｓ／ｍを有する減衰装置５が、
軸箱３と台車枠２とを上下方向に結合し、これが車軸４
と台車枠２間に生じる相対速度に応じて減衰力を発生す
る。減衰装置５の両横にコイルばね等により構成される
弾性要素６が、軸箱３と台車枠２を上下方向に結合して
おり、台車枠２は軸箱３上に弾性要素６により支持され
ている。以上のような構成において、軌道の不整等によ
って車軸４が上下方向に変位すると、軸箱３は上下に変
位する。このとき、軸箱３が台車枠２に対して相対的に
変位することにより、弾性要素６が伸縮して、軸箱３、
台車枠２間にばね力が発生する。また、軸箱３と台車枠
２の間に生じる相対速度に対応して、軸箱３、台車枠２
間に減衰力が発生する。以上のように、車軸４と台車枠
２の相対速度に応じて大きな減衰力を減衰装置５で発生
することにより、車軸４から台車枠２に伝達される上下
振動が減衰、低減される。

【００２３】以上説明した実施の形態では、減衰効果を
有する減衰装置５と、弾性支持を行う弾性要素６とを別
々に配置したが、弾性支持機能および減衰効果を有する
減衰装置を用いて、台車枠２と軸箱３の間を弾性支持
し、かつ、台車枠２と軸箱３の相対速度に対して減衰効
果があるようにしても、本実施の形態と同等の効果が得
られる。

【００２４】本発明の効果をシミュレーションにより確
認した結果を、図５および図６を用いて説明する。図５
は、走行タイヤを上下加振した場合の台車の上下応答加
速度の周波数特性を算出したものであり、図６は、図５
と同じ条件における車体中央床面の上下応答加速度の周
波数特性を算出したものである。図５および図６におい
て、軸箱と台車枠が一体になった従来方式と、軸箱と台
車枠の間に減衰装置とばねを配置した本発明方式の比較
を行っている。本発明方式では、減衰装置の減衰係数が
１.０×１０⁴［Ｎ・ｓ／ｍ］、５.０×１０⁴［Ｎ・ｓ／
ｍ］、２.０×１０⁵［Ｎ・ｓ／ｍ］の３種の場合につい
て、走行タイヤの振動周波数と車体の加速度の関係を示
している。

【００２５】図５の解析結果より、従来方式では、台車
の上下方向の固有振動数である約５Ｈｚ付近の台車の上
下加速度が大きいことがわかる。これに対して、本発明
方式では、約５Ｈｚ付近の台車の上下加速度は低減され
ており、減衰装置による減衰効果を確認することができ
る。図６より、従来方式では、約５Ｈｚ付近の台車の上
下加速度が大きいため、車体の上下加速度も約５Ｈｚ付
近で大きくなっていることがわかる。これに対して、本
発明方式では、約５Ｈｚ付近の車体の上下加速度を低減
でき、その結果、上下の乗り心地が大幅に良くなる。図
６によれば、本実施の形態では、減衰装置の減衰係数の
値を、１.０×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍ以上２.０×１０⁵Ｎ・ｓ
／ｍ以下にすることで、従来方式に比べて、５Ｈｚ付近
の車体の上下加速度を６０％以下に低減することが可能
となる。また、本計算においては、減衰装置の減衰係数
の値が５.０×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍの場合に、５Ｈｚ付近の
加速度が最も小さい値となる。

【００２６】次に、本発明の第２の実施の形態を図７を
用いて説明する。この実施の形態のモノレール台車は、
本発明の第１の実施の形態とは駆動方式が異なるもので
あり、図７は、本実施の形態における動力伝達系の詳細
構造を示している。

【００２７】図７において、車軸４は、軸箱４３に固定
されている。軸箱４３は、本発明の第１の実施の形態と
同様に、減衰装置５および弾性要素６により、台車枠２
に上下方向に対して支持されている。一方、駆動装置と
して、固定子４１と回転子４２により構成される主電動
機４０が、リム３２の内部に配置されている。固定子４
１は、車軸４４に固定されており、回転子４２は、軸受
け４５を介して、車軸４４に対して回転可能な状態で固
定されている。走行タイヤ１１を固定支持しているリム
３２は、回転子４２に固定されている。固定子４１に対
して、回転子４２が回転することにより、走行タイヤ１
１が直接回転駆動される。したがって、本実施の形態で
は、従来の駆動方式で用いていた減速機、軸芯調整機構
を有する継ぎ手を用いる必要がなく、構造の簡略化をは
かることができ、そのため台車の重量を大幅に低減する
ことができる。なお、第２の実施の形態においては、回
転子４２が、固定子４１の外側に配置されて、主電動機
４０を構成するものとしたが、回転子が、固定子の内側
に配置されて、主電動機を構成するものとしても、本実
施の形態と同等の効果が得られる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施の形態を図８を
用いて説明する。図８は、本実施の形態における車軸支
持構造の正面図である。図８において、第１の実施の形
態のモノレール車両用台車における部材と同一の機能を
有する部材に対して同一の番号を付している。

【００２９】第３の実施の形態は、本発明の第１の実施
の形態とは軸箱３の構成が異なるもので、軸箱３内に減
衰機構を設けた点に特徴がある。軸箱３は、内部に車軸
４を支持する軸受け７と、この軸受７の外周を包む弾性
体でなる減衰装置８５とを有している。そして、軸箱３
は台車枠８２に固定されている。したがって、車軸４は
軸受け７と一体になって、また軸箱３は台車枠８２と一
体になって、上下方向に運動する。しかし、減衰装置８
５は、本実施の形態では損失係数の高いゴム等により構
成されているため、軸受け７と軸箱３の上下方向の相対
運動が可能であり、減衰装置８５は、軸受け７と軸箱３
間に生じる相対速度に応じて減衰力を発生する。ここ
で、車軸４は軸受け７と一体であり、台車枠８２は軸箱
３と一体であるため、車軸４と台車枠８２の相対速度
は、軸受け７と軸箱３間に生じる相対速度に等しい。し
たがって、減衰装置８５は、軸受け７と軸箱３間に生じ
る相対速度に応じて減衰力を発生する。以上のような構
成において、車軸４が上下方向に変位すると、軸受け７
は上下に変位する。このとき、軸受け７が軸箱３に対し
て相対変位することにより、減衰装置８５が伸縮して、
軸受け７と軸箱３の間にばね力が発生する。また、軸受
け７と軸箱３の間に生じる相対速度に対応して、軸受け
７と軸箱３の間に減衰力が発生する。以上のように、軸
受け７と軸箱３の相対速度、つまり、車軸４と台車枠８
２の相対速度に応じて減衰力を減衰装置８５で発生する
ことにより、車軸４から台車枠８２に伝達される上下振
動が減衰、低減される。以上説明した第３の実施の形態
では、軸箱３内に減衰要素８５を配置するだけで、台車
の上下振動を大幅に低減できる。

【００３０】次に本発明の第４の実施の形態について説
明する。前記の通りモノレール車両では、タイヤの質量
不均衡は避けられない。走行タイヤが１回転するごと
に、走行タイヤの質量不均衡による力が、車軸に加わる
ため、その加振周波数は、走行タイヤ回転周波数ｆｔ
［Ｈｚ］と一致する。このため、加振周波数である走行
タイヤ回転周波数と台車の固有振動数が近い値になると
共振が発生する。ここで、走行タイヤ回転周波数ｆｔ
［Ｈｚ］は、式（１）に示すように走行タイヤ半径ｒ
［ｍ］と走行速度Ｖ［ｍ／ｓ］に依存している。

【００３１】

【数１】

【００３２】本実施の形態のモノレール車両用台車は、
式（１）における走行タイヤ半径ｒを小さくすることに
より、走行タイヤ回転周波数ｆｔを大きくし、台車との
共振を避けるものである。本実施の形態では、タイヤの
小径化のみを行なうため、台車の基本構成は前述の各実
施の形態のものと同じであり、構造変更をともなわな
い。その基本構成は、従来方式のモノレール台車の構成
を示す図９および図１０と等しい。

【００３３】本実施の形態の軸箱３周辺の詳細につい
て、図１１を用いて説明する。走行タイヤ１１は、リム
３２を介して、車軸４に固定され、車軸４とともに回転
する。車軸４は、軸箱３により支持されている。軸箱３
は、台車枠２に固定されている。図１１において、破線
ａは図９および図１０に示す従来方式のモノレールの走
行タイヤ１１の輪郭を示しており、実線ｂは本実施の形
態の走行タイヤ１１の輪郭を示している。本実施の形態
では従来方式と比べて、走行タイヤ１１の半径が小さく
している点が特徴である。以下、走行タイヤの小径化の
効果について、式およびシミュレーションによる計算結
果を用いて説明する。

【００３４】まず、加振力および加振周波数について説
明する。加振力の大きさは、以下のように算出される。
質量不均衡の量をｍ［ｋｇ］、偏芯量をｅ₀［ｍ］、加
振周波数をｆｔ［Ｈｚ］、走行速度をＶ［ｍ／ｓ］、走
行タイヤ半径をｒ［ｍ］とすると、加振力Ｆは、式
（２）のように表わされる。

【００３５】

【数２】

【００３６】このように、走行タイヤの質量不均衡によ
る加振力の大きさＦは、車両の走行速度Ｖの２乗に比例
する。したがって、加振力Ｆが、最も大きくなるのは、
走行速度が最大の場合であり、振動系の応答を検討する
にあたり、加振力に対する応答加速度が最も大きくなる
と想定される走行速度が最大である場合を検討すればよ
い。モノレール車両では、軌道軌跡の曲率、勾配、主電
動機の仕様、走行タイヤ性能などにより、ある区間で走
行可能な速度の最大値が決まり、運行会社は、区間にお
いて最高運転速度Ｖmaxを定める。最高運転速度Ｖmaxに
おける走行タイヤ回転周波数ｆtmax［Ｈz］は、走行タ
イヤ半径ｒ［ｍ］と最高運転速度Ｖmax［ｍ／ｓ］によ
り、式（３）のように表わされる。

【００３７】

【数３】

【００３８】次に、台車の固有振動数について説明す
る。台車の固有振動数ｆｎの概略値は、台車を支持する
要素のばね定数ｋ［Ｎ／ｍ］、台車重量ｍ［ｋｇ］によ
り、式（４）に示すように算出できる。

【００３９】

【数４】

【００４０】一般に、台車を支持するためのばね剛性
は、車両と台車の質量と、その質量による荷重が加わっ
た時の支持要素の許容変位で決まるため、荷重が大きい
ほど、ばね剛性は大きく設定する。したがって、式
（４）において、ばね定数ｋ［Ｎ／ｍ］と台車重量ｍ
［ｋｇ］の比はモノレール、鉄道車両の各車両によって
ほとんど変わらず、台車の固有振動数は、概ね同じ値を
とる。例えば、（株）電気車研究会発行の「鉄道車両の
ダイナミクス−最新の台車のテクノロジー」日本機械学
会編の２９〜３１ページには、一般鉄道車両の固有振動
数の近似計算例が示されている。この文献の２９ページ
には、台車の上下固有振動数は４．８Ｈｚと記されてお
り、３１ページには、前後１次固有振動数、つまり台車
の前後固有振動数は６．８Ｈｚであると記されている。
文献に示される固有振動数は一般的な値であり、ここ
で、台車の上下固有振動の最大値ｆｚmax（前述のｆzo
に当たる）を４．８Ｈｚ、台車の前後固有振動数の最大
値ｆｘmax（同ｆxo）を６．８Ｈｚと見積もることがで
きる。

【００４１】以上のように算出した走行タイヤ回転周波
数ｆｔmaxと台車の固有振動数が近い値になると、最も
大きな加振力のもとで共振が発生する。一般に、共振を
避けるために、加振周波数を共振周波数からずらす方法
がとられる。本実施の形態においては、走行タイヤ半径
ｒを小さくすることにより、最高運転速度Ｖmaxにおけ
る走行タイヤ回転周波数ｆｔmaxを台車の固有振動数よ
り大きくする方法によって、共振を回避する。走行タイ
ヤ質量不均衡による力は、上下方向のみでなく、前後方
向にも加わる。台車の上下方向の振動は、前後方向の振
動と連成する。したがって、共振による振動を低減する
には、上下方向の加振による影響を少なくするだけでな
く、望ましくは、前後方向の加振による影響を少なくす
る必要がある。ここでは、上下方向と前後方向の加振に
よる共振を避ける方法について説明する。

【００４２】まず、上下方向の加振に対する共振を避け
る方法について説明する。式（５）に示すように、走行
タイヤ回転周波数ｆｔmaxを、台車の上下固有振動数の
最大値ｆｚmax＝４．８Ｈｚより大きくし、加振周波数
を共振点からずらすことにより、上下加振による共振を
確実に避けることができる。ｆtmax ＞ｆzmax ……（５）ここで、式（３）を式（５）に代入し、走行タイヤ半径
ｒについて解くと、式（６）を得る。

【００４３】

【数５】

【００４４】式（６）は、台車の上下固有振動数の最大
値ｆｚmaxを設定周波数として、モノレール車両の最高
運転速度Ｖmax［ｍ／ｓ］を、設定周波数ｆｚmaxに円周
率の２倍の値を乗算した値で除算した値より、走行タイ
ヤ半径ｒが小さいことを意味している。

【００４５】走行タイヤ半径ｒが、式（６）を満たすよ
うに小さくすることで、上下方向の加振に対して共振を
確実に避け、応答加速度を低減することができる。

【００４６】次に、上下方向のみならず前後方向の加振
に対しても共振を避ける方法について説明する。前後方
向の加振に対しては、式（７）に示すように、走行タイ
ヤ回転周波数ｆｔmaxを、台車の前後固有振動数の最大
値ｆｘmax＝６.８Ｈｚより大きくすることにより、共振
を避けることができる。ｆｔmax ＞ｆｘmax ……（７）ここで、式（３）を式（７）に代入し、走行タイヤ半径
ｒについて解くと、式（８）を得る。

【００４７】

【数６】

【００４８】式（８）は、台車の前後固有振動数の最大
値ｆｘmaxを設定周波数として、モノレール車両の最高
運転速度Ｖmax［ｍ／ｓ］を、設定周波数ｆｚmaxに円周
率の２倍の値を乗算した値で除算した値より、走行タイ
ヤ半径ｒが小さいことを意味している。走行タイヤ半径
ｒが、式（８）を満たすように小さくすることで、上下
方向のみならず前後方向の加振による共振を確実に避け
ることができ、さらに、応答加速度を低減することがで
きる。

【００４９】次に、走行タイヤの小径化による効果を、
図１２に示すシミュレーションによる計算結果を用いて
説明する。図１２は、走行タイヤ半径を横軸にして、車
体中央床面の上下応答加速度を算出した一例である。図
１２の各点における上下加速度は、走行タイヤの質量不
均衡による加振力Ｆに対する応答加速度を示しており、
加振力Ｆは、横軸の走行タイヤ半径値ｒと走行速度Ｖよ
り式(２)により算出される。図１２において、タイヤ半
径が約０.４８［ｍ］の状態に点Ｐにおいて、車体の上
下応答加速度がピーク値をとっており、この状態で、台
車の上下固有振動数と走行タイヤの回転周波数が近い値
となるため、共振が発生している。図１２において、走
行タイヤ半径の値を共振状態点Ｐの値より小さくするこ
とにより、応答加速度を低減できることを確認できる。
以上の計算結果より走行タイヤ半径の小径化により、タ
イヤ回転周波数を高くし、車体の上下加速度を低減でき
ることがわかる。

【００５０】次に本発明の第５の実施の形態について説
明する。本実施の形態は、振動に対する人間の感度より
タイヤの半径の値を定めるものである。ＩＳＯ−２６３
１では、乗り物の乗り心地などに関連して、人間の疲労
−能率減退境界を定めている。垂直振動に関する疲労−
能率減退境界の一例を、図１３に示す。図１３は、暴露
時間８時間の場合の疲労−能率減退境界を示している。
図１３において、横軸は周波数、縦軸はこの疲労−能率
減退境界の振動加速度の実効値を示している。この図
は、人間が乗り物などの振動にさらされた場合の許容加
速度を等感覚曲線として表わすものであり、人間は、こ
の等感覚曲線より大きな加速度に対して不快と感じるこ
とを示している。図１３において、４〜８Ｈｚの周波数
領域では、垂直振動に対する人間の感度が高いため、許
容加速度は小さい値となっている。それに対して、４Ｈ
ｚ以下、８Ｈｚ以上の領域では、垂直振動に対する人間
の感度が低くなるため、許容加速度が大きくなってい
る。振動に対する人間の感度は以上のような周波数特性
を持つため、同じ振幅の振動でも、その周波数が４から
８Ｈｚ以外の場合の方が、人間の体感加速度は小さくな
る。したがって、加振周波数である走行タイヤ回転周波
数を４から８Ｈｚ以外の周波数領域に設定することによ
り、人間の体感加速度を小さくできる。実施の形態で
は、等感覚曲線の境界である８Ｈｚを設定周波数ｆ2と
して、式（９）に示すように、走行タイヤ回転周波数ｆ
ｔmaxを、設定周波数ｆ2より大きくすることにより、人
間の体感加速度は小さくする。ｆｔmax ＞ｆ2 ……（９）ここで、式（３）を式（９）に代入し、走行タイヤ半径
ｒについて解くと、式（１０）を得る。

【００５１】

【数７】

【００５２】式（１０）は、モノレール車両の最高運転
速度Ｖmax［ｍ／ｓ］を、設定周波数ｆ2に円周率の２倍
の値を乗算した値で除算した値より、走行タイヤ半径ｒ
が小さいことを意味している。走行タイヤ半径ｒが、式
（１０）を満たすように小さくすることで、走行タイヤ
質量不均衡による加振に対する人間の体感加速度を小さ
くすることができ、上下乗り心地を良くすることができ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、モノレール車両用台車
を、タイヤ付走行車輪の車軸を軸受を介して支持する軸
箱と台車枠との間に減衰装置を設け、あるいは軸箱中で
軸受外周を包むように減衰装置としての弾性体を設けて
構成し、その弾性係数を１.０×１０⁴〜２.０×１０⁵Ｎ
・ｓ／ｍとしたので、台車の上下振動を低減でき、車両
の乗り心地を改善することができる。

【００５４】また、本発明によれば、タイヤ付走行車輪
の半径を小さくして、この車輪の回転周波数をモノレー
ル車両用台車の固有振動数または該台車上に搭載する車
体の固有振動数の範囲からはずすことにより、車両の乗
り心地を改善することができ、実施する上で困難なタイ
ヤの抜き取り作業を伴うホイールバランス調整作業を必
要とせず、現状のモノレール台車の構造を大幅に変更し
ないで、低コストで乗り心地の良いモノレール車両用台
車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のモノレール車両用
台車の側面図である。

【図２】図１に示すモノレール車両用台車の正面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態のモノレール車両用台車の駆
動系を示す図である。

【図４】第１の実施の形態のモノレール車両用台車の軸
箱付近の詳細図である。

【図５】第１の実施の形態のモノレール車両用台車の上
下加速度のシミュレーションの結果を示す図である。

【図６】第１の実施の形態のモノレール車両の車体の上
下加速度のシミュレーションの結果を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態のモノレール車両用
台車の駆動系を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態のモノレール車両用
台車の車軸支持構造を示す正面図である

【図９】従来のモノレール車両用台車の側面図である。

【図１０】図９に示すモノレール車両用台車の正面図で
ある。

【図１１】本発明の第５の実施の形態のモノレール車両
用台車の走行タイヤ付近の構造を示す図である。

【図１２】第５の実施の形態のモノレール車両の台車の
上下加速度のシミュレーションの結果を示す図である。

【図１３】ＩＳＯ−２６３１における人間の疲労−能率
減退境界を示す図である。

【符号の説明】１台車２台車枠３軸箱４車軸５減衰装置６弾性要素７軸受け１０車体１１走行タイヤ１２案内タイヤ１３安定タイヤ１４、１５支持アーム１６空気ばね１７左右動ダンパ２１主電動機２２傘歯車減速機２３平歯車減速機２４、２７継ぎ手３０ブレーキディスク３２リム４０主電動機４１固定子４２回転子４３軸箱４５軸受け８２台車枠８５減衰装置１０１台車１０２台車枠１０３軸箱１２２減速機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平石元実山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者岩崎克行山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸を軸受を介して支持する軸箱
と、該軸箱を保持する台車枠とを備え、該台車枠に車体
を搭載するモノレール車両用台車において、軸箱と台車
枠間に１.０×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍより大きく２.０×１０⁵
Ｎ・ｓ／ｍより小さい減衰係数を有する減衰装置を設け
たことを特徴とするモノレール車両用台車。
【請求項２】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸を軸受を介して支持する軸箱
と、該軸箱を保持する台車枠とを備え、該台車枠に車体
を搭載するモノレール車両用台車において、軸受けと軸
箱の間に軸受け外周を包むように１.０×１０⁴Ｎ・ｓ／
ｍより大きく２.０×１０⁵Ｎ・ｓ／ｍより小さい減衰係
数を有する弾性体を設置し、また軸箱は台車枠に固定さ
れていることを特徴とするモノレール車両用台車。
【請求項３】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸と、該車軸に固定された固定子
及び該固定子と対をなし走行車輪と一体に回転する回転
子からなる電動機と、車軸を固定して支持する軸箱と、
該軸箱を保持する台車枠とを備え、該台車枠に車体が搭
載されるモノレール車両用台車において、軸箱と台車枠
間に１.０×１０⁴Ｎ・ｓ／ｍより大きく２.０×１０⁵Ｎ
・ｓ／ｍより小さい減衰係数を有する減衰装置を設けた
ことを特徴とするモノレール車両用台車。
【請求項４】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸を軸受を介して支持する軸箱
と、該軸箱を保持する台車枠とを備え、該台車枠に車体
が搭載されるモノレール車両用台車において、台車の上
下固有振動数ｆzo[Ｈｚ]、モノレール車両の最高運転速
度Ｖ［ｍ／ｓ］とするとき、Ｖを２πｆzoで除算した値
に満たない半径ｒ［ｍ］を有するゴムタイヤを備えたこ
とを特徴とするモノレール車両用台車。
【請求項５】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸を軸受を介して支持する軸箱
と、該軸箱を保持する台車枠と、該台車枠に搭載された
車体とを備えたモノレール車両用台車において、台車の
前後固有振動数ｆxo[Ｈｚ]、モノレール車両の最高運転
速度Ｖ［ｍ／ｓ］とするとき、Ｖを２πｆxoで除算した
値に満たない半径ｒ［ｍ］を有するゴムタイヤを備えた
ことを特徴とするモノレール車両用台車。
【請求項６】ゴムタイヤ付走行車輪と、該走行車輪の
中心軸に配置された車軸を軸受を介して支持する軸箱
と、該軸箱を保持する台車枠と、該台車枠に搭載された
車体とを備えたモノレール車両用台車において、モノレ
ール車両の最高運転速度Ｖ［ｍ／ｓ］を、体感の強い振
動周波数領域の上限値である８Ｈｚに２πを乗じた値で
除算した値に満たない半径ｒ［ｍ］を有するゴムタイヤ
を備えたことを特徴とするモノレール車両用台車。