JP2002067942A - 一軸台車の車体支持機構、これを用いた鉄道車両用台車及び、当該台車を用いた鉄道車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 台車枠が車軸中心まわりに傾いてけん引装置
や軸箱守やすり板等に悪影響を与えることのないように
台車枠を静的に水平に保つこと。 【解決手段】 車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合
うように、当該車軸中心から離して車体支持ばねを配し
ている。すなわち、１軸台車の台車枠に、車軸中心に対
し非対称に偏心して取付けた機器の質量による偏心モー
メントを吸収可能な構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の車体を
１軸台車により支持する機構、これを用いた１軸台車及
び、当該台車を利用した鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の走り装置としては、現在では
２軸台車が主流である。２軸台車においては、前後２本
の輪軸を組込んだ台車枠の中央付近で1台車当り２個ま
たは４個のばねで車体を支持する方法が一般的である。
近年、車体の軽量化が進み、輪軸の負担荷重に余裕が生
じるケースが発生し、荷重の面からは台車に２軸を要し
ない場合もでてきた。１車両に２台の２軸台車を使用し
た場合に比べ、１車両に２台の１軸台車を用いれば、輪
軸の本数は半分になり、関連する軸受、駆動装置等の部
品も半分になる。その結果、重量、コストの低減はもと
より、保守の手間も半減することは言うまでもない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一軸台車は台
車自体でレール上に安定して立つことができない。すな
わち、車軸中心の位置において車体をばねで支持した場
合にも、ブレーキやモーター等、非対称に台車枠に取付
いた機器の質量によるアンバランスから、台車枠が車軸
中心回りに傾くという問題がある。台車枠の一端には、
台車から車体へ牽引力や制動力を伝えるための牽引装置
があり、台車枠の傾きによって、牽引リンクの支点のゴ
ム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。

【０００４】また、軸箱は台車枠から軸箱守によって前
後にガイドされ、走行中の振動により軸ばねのたわみ分
上下に摺動が生じる。このため、台車枠が傾いている
と、案内部分のすり板に偏磨耗が生じる等の不具合が生
じる。

【０００５】図１（Ａ）及び図２（Ａ）は、従来の１軸
台車支持機構の原理（力学的作用図）を示す。図１
（Ａ）は１つの台車につき車体支持ばねを２個使用した
例を示し、図２（Ａ）は１つの台車につき車体支持ばね
を４個使用した例を示す。また、図３は、図１（Ａ）に
対応する従来の台車支持機構の実際の構造（側面図）を
示す。図１（Ａ）及び図２（Ａ）の何れの台車枠上にお
いても、重量ｍｇの機器が偏って取り付けられているも
のとする。

【０００６】図１（Ａ）及び図２（Ａ）において、符号
１は車体、２は台車枠、３は輪軸、４は軸受、５０及び
５５は車体支持ばね、７は牽引リンク、８は台車枠２に
取り付けられたブレーキやモーター等の機器、０は車軸
（軸受）中心を示す。また、ａは車軸中心０から車体支
持ばね５５の中心までの距離、Ｌは車軸中心０から機器
８の質量中心までの距離を示すものとする。牽引リンク
７は、台車枠２の一端において、台車から車体１へ牽引
力や制動力を伝えるように構成されている。

【０００７】図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示す従来の車
体支持機構においては、非対称に台車枠２に取付けられ
た機器８の質量ｍｇによるアンバランスから、各々図１
（Ｂ）、図２（Ｂ）に示すように、台車枠２が車軸中心
０まわりに傾いてしまう。その結果、牽引リンク７の支
点のゴム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。ま
た、台車枠２の傾きにより、案内部分のすり板に偏磨耗
が生じる等不具合が起こる。

【０００８】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、台車枠が車軸中心まわりに傾いてけん引
装置や軸箱守やすり板等に悪影響を与えることのないよ
うに台車枠を静的に水平に保つための手段を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するために、本発明においては、車軸中心まわりの偏心
モーメントと釣合うように、当該車軸中心から離して車
体支持ばねを配している。すなわち、１軸台車の台車枠
に、車軸中心に対し非対称に偏心して取付けた機器の質
量による偏心モーメントを吸収（相殺）可能な構成とす
る。例えば、各々の支点（ばね）に等荷重が作用するよ
うな位置に、少なくとも３つの車体支持ばねを車軸中心
から離して配置する。あるいは、車軸中心まわりの偏心
モーメントと釣合うように、車体支持ばねの各々のばね
剛性を設定する。上記のような構成により、台車枠を静
的に水平に保つことが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図４は、本発明に係る鉄道車両を
示す。図４に示す鉄道車両には、以下に示す本発明に係
る各台車１００が使用される。図５及び図６は、本発明
の第１の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示
し、図５が側面図、図６が車体側（上）から見た平面図
である。図５及び図６に示すように、台車枠（２）上に
おいて、重量ｍｇの機器８が偏って取り付けられている
ものとする。

【００１１】図５及び図６において、符号１は車体、２
は台車枠、３は輪軸、４は軸受、５は車体支持ばね、７
は牽引リンク、８は台車枠２に取り付けられたブレーキ
やモーター等の機器、０は車軸（軸受）中心を示す。ま
た、ａは車軸中心０から車体支持ばね５の中心までの距
離、Ｌは車軸中心０から機器８の質量中心までの距離を
示すものとする。牽引リンク７は、台車枠２の一端にお
いて、台車から車体１へ牽引力や制動力を伝えるように
構成されている。

【００１２】４つの車体支持ばね５は、各々同一のばね
剛性を有するものとする。これら４つの車体支持ばね５
は、車軸（軸受）中心０からａ，ｂの距離に配置して、
台車枠２に非対称に取付けた機器８等による偏心モーメ
ントを相殺（吸収）し、台車枠２が水平を保つようにな
っている。

【００１３】図７は、図６に対応する第１の実施例の原
理（力学的作用図）を示す。図７において、以下の式
（１）の関係が成立つ。ここで、各記号の内容は以下の
通りである。 Ｗ：１台車上に加わる荷重 ｍｇ：台車枠２に取り付けられた機器８の重量 ａ，ｂ：台車枠２上に配置された車体支持ばね５の中心
の、車軸（軸受）中心０からの距離 Ｌ：台車枠２に取り付けられた機器８の重心と車軸（軸
受）中心０との距離 Ｗａ／２＋ｍｇＬ＝Ｗｂ／２ ・・・（１）

【００１４】従って、以下に示す式（２）すなわち
（３）を満足する「ａ」、「ｂ」を選択することによ
り、台車枠に作用する車軸（軸受）中心０まわりのモー
メーントが釣合い、台車枠を静的に水平に保つことがで
きる。 ｂ＝ａ＋２ｍｇＬ／Ｗ ・・・（２） ｂ／ａ＝１＋２ｍｇＬ／ａＷ ・・・（３）

【００１５】図８及び図９は、本発明の第２の実施例に
係る鉄道車両用１軸台車の構成を示し、図８が側面図、
図９が車体側（上）から見た平面図である。図８及び図
９に示すように、台車枠（２）上において、重量ｍｇの
機器８が偏って取り付けられているものとする。なお、
上述した第１の実施例と同一又は対応する構成要素につ
いては、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施例においては、ばね剛性の異なる車体支持ばね１
５，１６を各々２個づつ使用する。

【００１６】図１０は、図８及び図９に示す本発明の第
２実施例の動作原理（作用）を示す。車体支持ばね１
５，１６は車軸（軸受）中心０から等距離ａに配置され
るが、そのばね剛性ｋ_１５，ｋ_１６ は、以下の式
（４）、（５）を満足するように設定されている。ここ
で、各記号の内容は以下の通りである。 ｋ_１５，ｋ_１６：車体支持ばね１５，１６の上下剛性
（ばね剛性） δ：車体支持ばねのたわみ（台車枠２が水平を保つとき
の車体支持ばねのたわみは等しくなる条件から）

【００１７】 Ｗ／２ｋ_１６＋ｍｇＬ／２ａｋ_１６ ＝Ｗ／２ｋ_１５−ｍｇＬ／２ａｋ_１５・・・（４） ｋ_１６／ｋ_１５＝（１＋ｍｇＬ／ａＷ）／（１−ｍｇＬ／ａＷ）・・・（５）

【００１８】図１１及び図１２は、本発明の第３の実施
例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示し、図１１が側
面図、図１２が車体側（上）から見た平面図である。図
１１及び図１２に示すように、台車枠（２）上におい
て、重量ｍｇの機器８が偏って取り付けられているもの
とする。なお、上述した第１及び第２の実施例と同一又
は対応する構成要素については、同一の符号を付し、重
複した説明は省略する。本実施例においては、上記実施
例に使用されているようなコイルばねに換えて、空気ば
ね２５を３個使用している。

【００１９】本実施例においては、３個の車体支持ばね
２５について、以下の式（６）となるように、式（７）
すなわち（８）を満足する「ａ」、「ｂ」を選択するこ
とにより、台車枠２を水平に保つことが可能となる。 Ｗｂ／３＝２Ｗａ／３＋ｍｇＬ ・・・（６） ｂ＝２ａ＋３ｍｇＬ／Ｗ ・・・（７） ｂ／ａ＝２＋３ｍｇＬ／ａＷ ・・・（８）

【００２０】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇にお
いて変更可能なものである。例えば、ばねの種類、機器
８の位置等に関しては、上記実施例に限定されない。ま
た、台車枠２に取り付けられる機器８の種類に関して
も、モータあるいはブレーキなどに限定されるものでは
ない。すなわち、本発明は、車軸周りに偏心モーメント
が生じる状況であれば、いずれのケースにも適用できる
ものである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
台車枠（２）に重量のある機器（８）を非対称に取り付
けても、台車を水平に保つことができる。このため、け
ん引リンク支点の負荷が軽減され、軽量小形化によるコ
スト低減、メンテコストの低減、長寿命化が得られる。
更にその結果、軸箱守りすり板の偏磨耗が減少し、メン
テコストの低減、長寿命化が得られる。

【００２２】また、第３の実施例のように、車体支持ば
ねを３つとした場合には、４点支持の場合に比べ、支持
ばねが1個少なくて済み、構造簡素化、メンテを含めた
コスト低減、軽量化が可能となる。更に、車体支持ばね
の配置にスペース的な制約がある場合も、偏心質量によ
る台車枠の傾きを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の１軸台車の構造を示す概略側面
図であり、２つの車体支持ばねを使用したケースを示
す。

【図２】図２は、従来の１軸台車の構造を示す概略側面
図であり、４つの車体支持ばねを使用したケースを示
す。

【図３】図３は、図１に示す従来の１軸台車の詳細な構
成を示す側面図である。

【図４】図４は、本発明に係る１軸台車１００を採用し
た鉄道車両の概略構成を示す側面図である。

【図５】図５は、本発明の第１の実施例に係る鉄道車両
用１軸台車の構成を示す側面図である。

【図６】図６は、第１の実施例に係る鉄道車両用１軸台
車の構成を示す平面図である。

【図７】図７は、第１の実施例の作用を説明するための
概略側面図及び力学的作用図である。

【図８】図８は、本発明の第２の実施例に係る鉄道車両
用１軸台車の構成を示す側面図である。

【図９】図９は、第２の実施例に係る鉄道車両用１軸台
車の構成を示す平面図である。

【図１０】図１０は、第２の実施例の作用を説明するた
めの概略側面図及び力学的作用図である。

【図１１】図１１は、本発明の第３の実施例に係る鉄道
車両用１軸台車の構成を示す側面図及び、当該実施例の
作用を説明するための力学的作用図であるである。

【図１２】図１２は、第３の実施例に係る鉄道車両用１
軸台車の構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 台車枠 ３ 輪軸 ４ 軸受 ５，６，１５，１６，２５，５０，５５ 車体支持
ばね ７ 牽引リンク ８ ブレーキやモーター等の機器 ０ 車軸（軸受）中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 智志 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１−109 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事 業所内 (72)発明者 佐藤 與志 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１−109 住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事 業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台車枠と、前記台車枠に取り付けられた１
   本の車軸と、前記車軸に支持された２つの車輪とを有す
   る鉄道車両用１軸台車の車体支持機構において、 前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合うように、
   複数の車体支持ばねを前記車軸中心から離して配置した
   ことを特徴とする１軸台車の車体支持機構。
2. 【請求項２】前記車体支持ばねは３個であり、各々のば
   ねに等荷重が作用するような位置に、当該ばねを配置し
   たことを特徴とする請求項１に記載の車体支持機構。
3. 【請求項３】台車枠と、前記台車枠に取り付けられた１
   本の車軸と、前記車軸に支持された２つの車輪とを有す
   る鉄道車両用１軸台車の車体支持機構において、 前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合うように、
   各々のばね剛性が設定された複数の車体支持ばねを備え
   たことを特徴とする１軸台車の車体支持機構。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３に記載の車体支持機構
   を採用した鉄道車両用台車。
5. 【請求項５】請求項４に記載の台車を備えた鉄道車両。