JP2004276730A - 鉄道車両用台車及びそれを用いた低床車両 - Google Patents

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雪秀 矢延
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Abstract

【課題】車両の低床化が可能であると同時に従来の一体輪軸台車と同等の高い信頼性と走行性能を得られる、鉄道車両用台車を提供する。
【解決手段】左右車輪1,1の独立した各輪軸10,10に対して軸心位置をずらして回転同期軸21を配置し、各輪軸10と回転同期軸21との間に各輪軸10と回転同期軸21との間ですべることなく回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構33,34を設けることで、左右車輪1,1の回転速度を常に一致させるようにする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、鉄道車両を低床化するのに用いて好適な台車の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両は大きく分けて、車体と車輪が取り付けられた台車から構成されている。車両の走行性能は台車の構造に起因するところが大きく、いろいろなタイプの台車が開発・研究されている。
図4及び図5に示す台車は通常の鉄道車両に用いられているものであり、左右の車輪1,1が車軸2で一体に結合されているのが特徴である(このような台車は、一体輪軸台車と呼ばれている)。車軸2は左右の軸箱3,3によって支持されている。軸箱3は軸ばね5を介して台車枠4に取り付けられ、台車枠4の上に枕ばね6を介して車体7が載せられている。なお、一体輪軸台車には、図4に示す左右車輪1,1が軸箱3,3の外側にあるものと、図5に示す左右車輪1,1が軸箱3,3の内側にあるものとの2つのタイプがあり、性能やスペース制約等の様々な条件を勘案してより適したタイプが選択される。
【0003】
ところで、鉄道には、街中を走る路面電車のようなものもある。この路面電車では、通常の鉄道のような高いプラットフォームを設けることができず、ほとんど地上レベルの高さから車内へアクセスすることになる。したがって、乗降のしやすさを考慮するならば、車両の床高さはできるかぎり低く抑えたい。しかしながら、図4や図5に示す一体輪軸台車では、車軸2が車体7の中央通路下部に位置するため、車体7の低床化には限度があった。
【0004】
そこで開発されたのが、図6や図7に示すような左右車輪1,1の輪軸10,10が独立した、言いかえれば左右車輪1,1を一体連結する車軸を有さない独立車輪台車である。各輪軸10は軸箱3に支持され、左右の軸箱3,3は梁11,11によって連結されている。なお、図6に示す左右車輪1,1が軸箱3,3の外側にあるものは標準軌道用の台車であり、図7に示す左右車輪1,1が軸箱3,3の内側にあるものは狭軌道用の台車である。この独立車輪台車では、車輪1や輪軸10を支持する軸箱3は車体12の腰掛の下に収められ、車体12の中央通路はその下部に車軸がないので低床化することができる。
【0005】
しかし、この独立車輪台車には、左右車輪を一体に連結する車軸がないために車両の自己操舵機能のような走行性能が一体輪軸台車に比べて劣ってしまうという課題がある。
一体輪軸台車では、左右の車輪は車軸で結合されているため同じ回転速度で回転する。そして、左右車輪のレールとの接触部分には勾配がつけられているため、軌道の狂いや外力によって左右に変位した場合には、レールとの接触点における左右車輪の周速度には差が生じる。一体輪軸台車では、この周速度差によって車軸の中心にヨーイングモーメントが発生するので、車両が左右に変位しても軌道中心位置に自然に復元する。これを自己操舵機能と言う。
【0006】
一方、独立車輪台車では、左右車輪が独立して回転するために車両が左右に変位してもヨーイングモーメントが発生しない。そのため、車両がレールの片側に寄ったまま走行してしまい、これが車輪やレールが摩耗する要因となっている。さらに曲線走行においては、車輪の回転方向が曲線の接線方向と一致していないために、車輪とレールの接触部ではある角度が生じ、車輪とレールの間で大きな横力が発生してしまう。この横力は、キシミ音の発生の原因になったり、さらには車輪やレールを損傷させる原因にもなる。
【0007】
独立車輪台車の走行性能が低下する原因は、車輪の回転方向が軌道接線に一致していないことにある。そこで、従来、独立車輪台車の走行性能を向上させる手段として、車輪の回転速度から車輪とレールのなす角を計算し、アクチュエータ制御などによって車輪を強制的にステアリングさせる技術(特許文献1参照)や、動力源の回転速度を制御し、左右車輪のトルク差を用いて台車を操舵する技術(特許文献2)が提案されている。
【0008】
【特許文献1】
特開平2−34465号公報
【特許文献2】
特開平7−132823号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載されている技術では、機構や制御が複雑になり、その分、簡単な構造で自己操舵機能が得られる一体輪軸台車に比較して信頼性は低くなる。さらに、能動的制御のためにフェイルした場合の安全装置も必要になる。
【0010】
本発明はこのような課題に鑑みて創案されたもので、車両の低床化が可能であると同時に従来の一体輪軸台車と同等の高い信頼性と走行性能を得られる、鉄道車両用台車を提供する。
【0011】
【課題を解決する為の手段】
本発明の鉄道車両用台車は、従来の独立車輪台車において左右車輪の独立した各輪軸に対して軸心位置をずらして回転同期軸を配置し、各輪軸と回転同期軸との間に各輪軸と回転同期軸との間ですべることなく回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構を設けることで、左右車輪の回転速度を常に一致させるようにしたものである。これによれば、左右に変位したときにはヨーイングモーメントが発生するので、従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能を得ることができる。また、回転同期軸はその軸心位置を各輪軸に対してずらして配置されているので、車輪間の設計の自由度は高い。回転同期軸の軸心位置を各輪軸に対して下方にずらして配置すれば、低床化された車体にも対応することができ、低床車両の台車として用いることができる。
【0012】
好ましくは、輪軸を支持する左右の軸箱を連結部材で一体に連結する。これによれば、ヨーイングモーメントに対する台車の剛性を高めることができ、台車の変形によって自己操舵機能が不十分になることを防止することができる。
また、駆動力伝達機構は輪軸を支持する軸箱内に設けるのが好ましい。駆動力伝達機構が歯車機構であるなら、軸箱が歯車箱を兼ねるようにする。これによれば、構造の複雑化、大型化を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
(A)第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態としての鉄道用台車の構造を示すものである。なお、図1において従来の一軸輪軸台車或いは独立車輪台車と同一の要素については、同一の符号を付している。
【0014】
図1(a)、(b)それぞれに示すように、本実施形態の台車は、従来の独立車輪台車と同様、左右車輪1,1の輪軸10,10が独立した構造になっている。本実施形態の台車は標準軌道用台車であって、ベアリング31,31を介して輪軸10を支持する左右の軸箱30,30の外側に車輪1,1が配置されている。左右軸箱30,30の間には、軸箱30上に軸ばね5、台車枠4、及び枕ばね6を介して載せ置かれた車体12の床が位置している。車体12の床は、従来の一軸輪軸台車のような左右の車輪1,1を一体に連結する車軸がない分、低床化されている。
【0015】
低床化された車体12の床下には、輪軸10の軸心位置よりも低い位置を一本の軸(回転同期軸)21が通っている。この軸21は両端部を左右の軸箱30,30にベアリング32を介して支持されている。また、車体12の床下には、二本の梁11,11も通っており、各梁11は両端を左右の軸箱30,30に剛接合されることで左右の軸箱30,30を連結し、台車全体の剛性を高めている。
【0016】
軸箱30は歯車箱の機能も兼ねており、軸箱30内は潤滑油で満たされ、噛み合う2つの歯車33,34が収容されている。軸箱30内の上側の歯車33は輪軸10に固定され、下側の歯車34は回転同期軸21の先端に固定されている。これら歯車33,34は輪軸10と回転同期軸21との間で回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構として機能する。
【0017】
これら歯車33,34はすべることなく回転同期軸21と輪軸10との間で回転駆動力を伝達するので、左右の輪軸10,10は回転同期軸21に対して常に一定の速度比で回転し、左右の車輪1,1の回転速度は常に同期することになる。したがって、車両が左右に変位したときには、車輪1には勾配がつけられており、かつ左右車輪1,1が同一速度で回転することから、レールとの接触点における左右車輪1,1の周速度には差が生じる。本実施形態の台車では、この周速度差によって台車の中心にヨーイングモーメントが発生するので、車両が左右に変位しても軌道中心位置に自然に復元することになる。すなわち、従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能が得られる。
【0018】
このように、本実施形態の台車によれば、従来の独立車輪台車と同様の車両の低床化と、従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能の実現とがともに可能である。また、歯車33,34による回転駆動力の伝達はパッシブ系であるので信頼性も高い。さらに、本実施形態では、歯車33,34を収容する歯車箱を軸箱30で兼ねているので、構造が複雑化、大型化することもない。
【0019】
(B)第2実施形態
図2は本発明の第2実施形態としての鉄道用台車の構造を示すものである。なお、図2において第1実施形態と同一の要素については、同一の符号を付している。
図2(a)、(b)それぞれに示すように、本実施形態の台車は、左右の軸箱40,40の内側に車輪1,1が配置された狭軌道用台車である。狭軌道用台車では、低床部の幅を極力広くとるため、このように軸箱40,40の内側に車輪1,1を配置するのが一般的である。本実施形態の台車も第1実施形態と同様、低床化された車体12の床下に回転同期軸21が通されているが、狭軌道用台車と標準軌道用台車との構造の違いにより、回転同期軸21は、車体12の床下を通るように輪軸10よりも下方に軸心位置をずらして配置されるとともに、図2(b)に示すように車輪1と干渉しないように輪軸10に対して進行方向にも軸心位置をずらして配置されている。このため、輪軸10と回転同期軸21との距離は第1実施形態よりも長くなっている。
【0020】
そこで、本実施形態の台車では、次のような歯車機構を採っている。まず、本実施形態では、各輪軸10を支持する軸箱40とは別に、回転同期軸21の両端部を支持する軸箱50,50を設けている。軸箱40と軸箱50はともにフレーム47上に配置されており、左右のフレーム47,47は二本の梁48,48によって一体に連結されている。
【0021】
軸箱40はベアリング41,41を介して輪軸10を支持するとともに、別のベアリング42,42を介して第1中間軸43を支持している。第1中間軸43は輪軸10の真下で、かつ回転同期軸21の水平方向に配置されている。軸箱40内には潤滑油が満たされ、輪軸10に固定された歯車44と第1中間軸43に固定された歯車45及び傘歯車46が収容されている。歯車44と歯車45とは噛み合っており、輪軸10と第1中間軸43との間で回転駆動力を伝達している。一方、軸箱50はベアリング51を介して回転同期軸21の先端部を支持している。軸箱50内は潤滑油で満たされ、回転同期軸21の先端に固定された傘歯車52が収容されている。
【0022】
軸箱50内の傘歯車52と軸箱40内の傘歯車46との間には、第2中間軸55が配置されている。第2中間軸55は水平且つ回転同期軸21に垂直に配置され、両軸箱40,50に設けられたベアリング56,56によって支持されている。第2中間軸55の両端にはそれぞれ傘歯車57,58が固定されており、一方の傘歯車57は第1中間軸43の傘歯車46に噛み合い、他方の傘歯車58は回転同期軸21の傘歯車52に噛み合っている。
【0023】
このような歯車機構により、各輪軸10と回転同期軸21との間では、歯車44、歯車45、第1中間軸43、傘歯車46、傘歯車57、第2中間軸55、傘歯車58及び傘歯車52を介して回転駆動力の伝達が行われる。このため、左右の輪軸10,10は回転同期軸21に対して常に一定の速度比で回転し、左右の車輪1,1の回転速度は常に同期することになる。
【0024】
本実施形態の台車は、狭軌道用台車と標準軌道用台車との構造の違いによって、第1実施形態の台車とは回転同期軸21の位置や歯車機構の構造に違いがあるが、その作用効果は第1実施形態と同じである。すなわち、従来の独立車輪台車と同様の車両の低床化と、従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能の実現とがともに可能である。
【0025】
(C)第3実施形態
図3は本発明の第3実施形態としての鉄道用台車の構造を示すものである。なお、図3において第1実施形態或いは第2実施形態と同一の要素については、同一の符号を付している。
図3(a)、(b)それぞれに示すように、本実施形態の台車は、第2実施形態と同様、左右の軸箱60,60の内側に車輪1,1が配置された狭軌道用台車である。本実施形態の台車も第2実施形態と同様、低床化された車体12の床下に回転同期軸21が通されている。回転同期軸21は、車体12の床下を通るように輪軸10よりも下方に軸心位置をずらして配置されるとともに、図3(b)に示すように車輪1と干渉しないように輪軸10に対して進行方向にも軸心位置をずらして配置されている。
【0026】
本実施形態の台車の第2実施形態との違いは、各輪軸10と回転同期軸21との間で回転駆動力を伝達する歯車機構の構造にある(他の構造は第2実施形態と同じなので説明は省略する)。すなわち、本実施形態では、図3(b)、(c)に示すように、一直線に並べられて噛み合っている4つの歯車61,62,63,64によって回転駆動力が伝達される。本実施形態では、輪軸10と回転同期軸21とは共通の軸箱60に支持され、歯車61,62,63,64は全てこの軸箱60内に収容されている。第1の歯車61は輪軸10に固定され、第2,第3の歯車62,63は輪軸10と回転同期軸21との間に配置された中間軸65,66にそれぞれ固定され、第4の歯車64は回転同期軸21に固定されている。このような歯車機構により、左右の輪軸10,10は回転同期軸21に対して常に一定の速度比で回転し、左右の車輪1,1の回転速度は常に同期することになる。
【0027】
本実施形態の台車によっても、第1、第2実施形態と同様に、従来の独立車輪台車と同様の車両の低床化と、従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能の実現とがともに可能である。
【0028】
(D)その他
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施することもできる。
例えば、各実施形態の台車は、モータを有しない従台車であるが、モータを有する動台車にも本発明を適用することができる。また、各実施形態の台車は、左右車輪を一組のみ備えた1軸台車であるが、左右車輪を前後に二組備えた2軸台車にも本発明を適用することができる。
また、各実施形態では、駆動力伝達機構として歯車機構を用いているが、少なくとも輪軸と回転同期軸との間ですべることなく回転駆動力を伝達することができればよい。したがって、例えば輪軸と回転同期軸の双方にスプロケットを固定し、これらスプロケット間にチェーンを掛け渡すことで、回転駆動力を伝達するようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の鉄道車両用台車によれば、左右車輪を一体に連結する車軸がないので従来の独立車輪台車と同様に車体の低床化が可能であり、また、左右車輪を回転同期軸を介して常に同速度で回転させることができるので従来の一体輪軸台車と同様の自己操舵機能が得られる。したがって、車両の低床化が可能であると同時に一体輪軸台車と同等の高い信頼性と走行性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1実施形態にかかる鉄道車両用台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のI−I方向矢視断面図である。
【図2】(a)は本発明の第2実施形態にかかる鉄道車両用台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のII−II方向矢視断面図である。
【図3】(a)は本発明の第3実施形態にかかる鉄道車両用台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のIII−III方向矢視断面図、(c)は(b)のA−A方向矢視断面図である。
【図4】(a)は従来の一体輪軸台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のIV−IV方向矢視断面図である。
【図5】(a)は一体輪軸台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のV−V方向矢視断面図である。
【図6】(a)は従来の標準軌道用の独立車輪台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のVI−VI矢視断面図である。
【図7】(a)は従来の狭軌道用の独立車輪台車の構成を示す横断面図であり、(b)は(a)のVII−VII方向矢視断面図である。
【符号の説明】
1 車輪
4 台車枠
5 軸ばね
6 枕ばね
10 輪軸
11,48 梁
12 車体
21 回転同期軸
30,40,50,60 軸箱
33,34,44,45,61,62,63,64 歯車
43,55,65,66 中間軸
46,52,57,58 傘歯車

Claims (4)

  1. 独立した輪軸を有する左右車輪と、
    上記左右車輪の各輪軸に対して軸心位置をずらして配置された回転同期軸と、
    上記各輪軸と上記回転同期軸との間ですべることなく回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構とを備えたことを特徴とする、鉄道車両用台車。
  2. 上記輪軸を支持する軸箱内に上記駆動力伝達機構が設けられていることを特徴とする、請求項1記載の鉄道車両用台車。
  3. 上記輪軸を支持する左右の軸箱が連結部材によって一体に連結されていることを特徴とする、請求項1又は2記載の鉄道車両用台車。
  4. 低床化された車体と、
    独立した輪軸を有する左右車輪と、
    上記左右車輪の各輪軸に対して軸心位置を下方にずらして配置され上記車体の床下を通る回転同期軸と、
    上記各輪軸と上記回転同期軸との間ですべることなく回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構とを備えたことを特徴とする、低床車両。
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