JP2007331461A

JP2007331461A - 低床鉄道車両用誘導輪付き１軸ボギー台車

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Publication number: JP2007331461A
Application number: JP2006163413A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Oku; 保政奥; Shinya Matsuki; 信哉松木; Masaru Tachibana; 勝橘; Yoshinori Seki; 美範関; Noboru Kobayashi; 昇小林
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】１００％低床車両を実現できる低床式鉄道車両用１軸ボギー台車を提供することである。
【解決手段】車両の最前端部下または最後端部下に配置される大径車輪６ａを主車輪とし、車両の中央寄りに配置される小径車輪の誘導輪１２ａを備えた誘導輪付き１軸ボギー台車１で、大径車輪６ａおよび誘導輪１２ａは、ともに左右の車輪を車軸に対して一体回転可能に固定した串軸とし、大径車輪６ａを回転可能に支持する主車軸枠５ａを車体２０に対し水平旋回可能に取り付け、誘導輪１２ａを回転可能に支持する副車軸枠１０の前端部を、主車軸枠５ａの後端部に対し上下方向に揺動自在に連設するとともに、両車軸枠間に誘導輪１２ａを下向きに付勢する軸ばね１４を介設している。
【選択図】図２

Description

本発明は、低床式鉄道車両（特に低床式路面電車）に好適な低床式鉄道車両用誘導輪付き１軸ボギー台車に関するものである。

・２１世紀を迎え、本格的な高齢化社会が訪れようとしているとともに、移動制約者への対応などで欧州では本格的にＬＲＶ (ＬｉｇｈｔＲａｉｌＶｅｈｉｃｌｅ)車両が開発され、国内でも１９９７年に熊本市に低床車両が登場した。その後、各地で低床車両の導入あるいは導入計画が活発になった。このような背景を受け、国土交通省の呼びかけによって、環境改善とバリアフリー化に対応できる日本型超低床ＬＲＶの開発を目指し、「超低床エルアールブイ台車技術研究組合」が設けられ、要素開発を行い、種々の台車が開発された。

・これと平行して、純国産低床車両が鹿児島市（交通）に始めて導入され、土佐電鉄、伊予電鉄にも導入された。純国産車両は２軸ボギー台車を運転台下に設け、台車部分を除いて中間部を低床とする（部分低床車両：床面の一部が高床でそのほかの部分が低床な車両）もので、最近では欧州車と類似仕様の３０ｍ級の低床車両が広島電鉄に導入された。

・車軸なしの独立車輪（左右の車輪が別々に回転する）を使用した低床ＬＲＶはフランスのグルノーブルに導入されたものが始まりであるが、初期の頃の低床車両は既に述べているが部分低床車両と呼ばれるもので、両先頭車には在来構造の駆動車台車を配置してこの部分を高床式とし、中間台車には特殊な構造の付随台車（付随車用の台車を用いている。ここで、付随車とは運転室も動力装置も無い車両）を設けた低床式としたものである（図１１参照）。構造的には、例えば、特許文献１・２に見られる構造となる。前者は「運転台車体と端寄客室車体との間は、水平方向の回動が自在な水平可動連接装置にて連接され、端寄客室車体と中間客室車体との間は、水平方向の回動が自在で且つ垂直方向の回動も可能な水平・垂直可動連接装置にて連接され、運転台車体は、枕梁と中心ピンが省略されたボルスタレス二軸動力台車の空気バネの上に、台車の枕梁と中心ピンを省略して車体の台枠に直接に二軸動力台車が取り付けられ、中間客室車体は、左右の車輪が同一車軸ではなく独立保持され、駆動機構と枕梁とが省略されたボルスタレス独立車輪付随台車上に配置され、端寄客室車体は、台車は設けられず、運転台車体と中間客室車体の各台車にて保持された構造（特許文献１）」からなり、後者は「中間の客室部を挟んで前後両端に運転室部を有する電車を前後両端の運転室部とその間の客室部とに分離し、前後両端の運転室部の底部に台車ユニットが取り付けられ、この前後両端の運転室部と中間の客室部とは、左右水平方向に相対揺動可能に連結され、中間の客室部は、前後両端の運転室部より低床構造とし、前記台車ユニットは、前後両端の運転室部の底部の前後両端ぎりぎりの位置に車輪が位置するように取り付けられた構造（特許文献２）」からなる。

・１９８４年ごろには、小径車輪を使用した低床式車両が出現している。この車両は小径車輪を連接箇所寄りの台車に使用したフローティング方式と呼ばれるもので、メンテナンス面における問題と、独立車輪方式の登場により退潮傾向にある。低床度という意味では、部分低床式である。

・車軸を廃止して、その空間を利用するアイデアが登場し、通常使用している車輪径でも低床化が可能となり、これを付随台車とした低床車両が登場している（独グルノーブル）。この中間台車の車輪部分はバスのタイヤハウスと同様に車内に出っ張っているが、これを座席の脚台に使用し、台車は車体に固定されているのでボギー（水平旋回）できない反面、小さな車軸枠でよく、低床部分の通路が広く取れる利点がある。

・部分低床式から徐々に改良がされてきて、高床部分と低床部分を傾斜角が5％程度のスロープで結ぶなどかなりの改善がなされているが、このようなスロープやわずかな段差を解消したいというニーズが高まり、１００％低床車両への要求が強くなってきた。

・こうした要求にこたえるため、部分低床車両の付随台車へ使用した独立車輪方式を動力台車（動力車用の台車。動力車とは動力装置を有する車両）にも使用することによって、１００％低床車両を実現した。この独立車輪方式の台車を動力台車とするために、主電動機の取り付け方法および駆動装置に各メーカが色々なアイデアを出し、競っている。

・従来構造の動力台車では、１対の車軸間の空間に電動機および歯車装置（減速機）を装備し、主電動機配置などの違いから平行カルダン式、直角カルダン式と呼ばれている。これらに対して、１００％低床車両では、前記空間が車体に含まれることになるので、駆動装置および主電動機の配置構造が動力台車のキーポイントとなる。

・このように、１００％低床車両用動力台車に関しては、色々な配置方法が考えられ、現在では大略、以下のような方式に分類することができる（図１２参照）。

(１) 車体装架主電動機とプロペラシャフト方式（図１２Ａタイプ）
(２) 車輪組み込み式主電動機方式（ハブモータ方式）（図１２Ｃタイプ）
(３) 主電動機台車装架方式（図１２Ｂ、ＥタイプでＥタイプの変形版が多い）
(４) 主電動機縦型取付け門型連接台車（図１２Ｄタイプ）
・ (１)の方式は、車体床下にレール方向に装架した主電動機から自在継手とスプライン軸で伝達し、対になる車輪へはねじり軸により動力を伝達する方式である。

・ (２)の方式は１車輪に１個の主電動機を組み込み、遊星歯車によって車輪を一体になった主電動機のヨークに回転力を伝達する方式で、遊星歯車の無い直接駆動方法もある。

・ (３)は最も多い方法で、各メーカで種々の方法がとられている。以下に特徴を示す。

ａ）「ユーロトラム（フランスストラスブールのＬＴＲＶ）」に採用されている方法は、１車輪に１個の小型主電動機を軸箱外側に吊り掛け式に装架し、歯車を介して駆動する方式である。

ｂ）「コンビーノ（広島電鉄のＬＲＶ）に採用されている方法は、台車両側の２車輪の軸箱間にレール方向に細長い主電動機を装架して歯車を介して駆動する方式である。

ｃ）「シタデス（フランスリヨンのＬＲＶ)」に採用されている方法は、台車枠の対角の位置に小型主電動機を枕木方向に装架し、直下の車輪を歯車を介して駆動、更に対になる車輪をねじり軸によって駆動する。

ｄ）「インチェントロ（フランスナントのＬＲＶ）」に採用されている方法は、台車枠に主電動機をレール方向に取り付け、歯車を介して主電動機１個で１車輪駆動する方式である。

ｅ）「ウルボス（イギリスリーズのＬＲＶ）」に採用されている方法は、固定軸距離が短いため台車の軸箱間に主電動機を枕木方向に装架して歯車を介して前後の車輪を駆動する。

・ (４)は低床部分の通路幅を確保するために、車輪を連接部へ配置するという考えで、主電動機を縦形に取り付けた２車輪門型の連接台車である。

・独立車輪方式の特許としては、多数出願されており、代表的なものとしては、例えば、W0 2005049401、W0 2000064721、CA 2391566など著名なメーカの２軸独立車輪方式の台車が見受けられる。

・国内に関しては欧州などと比較するとまだ数は少ないにしろ代表的なものとして、例えば、特許文献３〜５のような特許出願が見受けられる。

・大径車輪と小径車輪を用いた台車の例としては、特許文献６に見られるように、独立車輪方式で前輪（大径車輪）の左右車輪毎に主電動機が装着されており、後輪（小径車輪）は駆動されない方式で、曲線通過性を高めるために非常に複雑なリンク機構を有している（図１３参照）。

・初期の頃の国産低床車両は、その当時は超低床車両の需要の先行きが不透明であり、本格的な開発には到らず、既存車両の延長線上で中間車体のみを低床化するか、従来車よりも乗降しやすい準低床車両（ローステップ車）の検討・提案を行っていた。

・しかし、熊本、岡山、広島等に相次いで海外の１００％超低床車両が導入されるようになると、超低床車両に対する関心が一気に高まってきた。

・このような背景の中、当時の純国産低床車両は従来技術の延長線として、低コストで開発が可能な台車を車軸付きの台車として、２軸ボギー台車を運転台下に設けた土佐電鉄、伊予電鉄の車両では運転台からかなり離れた後方に料金箱が置かれているなどの不具合が見受けられる。海外の超低床式車両の導入例としては、独シーメンス社製のコンビーノが導入されている。この車両は最新の技術で理想的に１００％超低床を実現した上、隅々までモジュール化されている。この超低床車両の台車は、独立車輪方式であり、普通の車輪は車軸に嵌入されて左右の車輪が一体的に回転するが、独立車輪の場合は左右の車輪が別々に回転する。そのため、曲線半径の異なる内外のレールの曲線通過時の走行抵抗が小さいなどのメリットがある。

・海外製の低床車両導入に当たっては、モジュール化され標準化が進んでいるが、日本のように小ロットオーダで、路線、信号、運用など各ユーザ固有の条件に合わせるのが難しく、保守方法には確立されたものがあるが、従来の台車と同じ保守体制や設備では行えない、トラブル発生時の対応や保守部品の海外調達などの問題点があった。

・このような背景から、純国産の超低床車両の開発が望まれるようになり、最近、広島電鉄に純国産低床車両が導入された。

・独立車輪式台車の純国産化にあたり問題となる事項としては、
(５) 最新技術であるため、開発費を回収できるか。

(６) 現存している独立車輪台車は、永年の研究の積み重ねであるため、開発には相当の時間を要する。

などである。このことを加味して純国産化したものが、上記の広島電鉄に納入された超低床車両である。

・これに対し、他のユーザの要望としては、多くは現行の車両と同様の運行、つまり単車でワンマン運転でき、かつ超低床車両を望んでいる。また、保守体制や設備などもコスト面から従来のものを使用したい、などである。

・上記のような背景から純国産の低床車両としては以下の条件を満たすものでなければならない。

(１) 国内路面電車の大半を占める１車両(単車)クラスのワンマン運転が可能なもの。この延長線上に連接タイプも考慮したもの。

(２) 導入に際して、既存の地上設備の改修を極力必要としないこと。

(３) 乗り降りだけではなく車内移動もしやすい構造。

(４) 運転、メンテナンスが従来の車両と極力同じ扱いが出来、保守部品も調連しやすい。

(５) 省エネや環境対策に配慮したものにする。

(６) 開発費を含め、海外車両より低コストである。

・このような車両を提供するためには、台車のでき如何で左右されるため、台車開発がキーポイントとなる。

・上記のことを考慮に入れ、国内仕様に合った１００％低床車両用台車の開発が必要となる。
特開2002−264809号公報特開2001-301614号公報特開2004−276730号公報特開2003-226234号公報特開2001-1897号公報欧州特許EP0348378号公報

・現存している低床車両（例えば特許文献１参照）は１００％低床車両といえども、実際には座席下などに車輪が存在するために、その部分は幾分床面が高くなっているが、これを完全にフラットな低床車両とし、乗客から見ても客室部分が１００％低床車両を提供する。

・運転士と乗客とのコミュニケーションが容易(料金授受場所が密接であること)である。欧州ではチケットチェックフリー方式が普及しているが、国内ではまだまだこの方式は普及していないため、乗客とのコミュニケーションが必要となる。部分低床車の場合は車両の構造上、料金箱と運転台は離れた構造（例えば特許文献２参照）となってしまいチェックをするのに運転士に負担がかかるために改善の余地がある。

・１００％低床車両を導入しようとする事業者は、現有設備を最大限に使用してコスト削減を考える。現存の設備を使用するためには、既存の技術をできるだけ有効利用する必要がある。

・１００％低床車両とするためには車輪径を小さくする必要があるが、車輪の摩耗等により耐用年数が短くなる。よって、全ての車輪を小径車輪にすることはできず、従来の台車並の耐用年数を有する小径車輪の誘導輪を設けた１軸ボギー台車が必要となる。

・上記のように、１００％低床車両とするためには、誘導輪は客室下部に配置するために最大でも直径２５０ｍｍにする必要がある。

・小径車輪の場合には、分岐部等で異線進入の心配がある。

・車輪踏面のトラブルを考慮すると、小径車輪には過大な輪重が作用するのを避けねばならないために輪重制限が生じる（踏面の面圧と言う意味で）。したがって、異線進入対策ならびに誘導輪の輪重抜け対策が必要になる。

本発明の課題は上記の国内事業者の要望を満たし、かつ１００％低床車両を実現できる低床式鉄道車両用台車(誘導輪付き１軸ボギー台車）を提供することにある。

上記の課題を解決するために本発明の低床式鉄道車両用台車（誘導輪付き１軸ボギー台車）は、車両の最前端部下または最後端部下に配置される大径車輪を主車輪とし、前記車両の中央寄りに配置される小径車輪の誘導輪を備えた誘導輪付き１軸ボギー台車であって、前記大径車輪および前記誘導輪は、ともに左右の車輪を車軸に対して一体回転可能に固定した串軸とし、前記大径車輪を回転可能に支持する主車軸枠を車体に対し水平旋回可能に取り付け、前記誘導輪を回転可能に支持する副車軸枠の前端部を、前記主車軸枠の後端部に対し上下方向に揺動自在に連設するとともに、前記誘導輪を下向きに付勢する軸ばねを、両車軸枠間に介設したことを特徴とする。なお、主車輪を駆動輪として使用する場合の駆動方式としては、例えば従来技術として広く一般鉄道に使われる平行カルダン式があり、主車輪を従動輪として使用する場合もある。

上記の構成を有する本発明の低床式鉄道車両用台車によれば、車両の最前端部下または最後端部下に大径車輪を配置し、その中央寄りに小径車輪の誘導輪を配置したことから、例えば車両の最前端部および最後端部を運転台とし、それより中央寄りを客室とした車両構成により、客室において１００％低床の車両が実現する。また、主車輪および誘導輪の両輪とも両側の車輪を車軸に対して固着した串軸を使用したから、主車輪および誘導輪の背面間距離が正確に規定され、小曲線や分岐部通過時には車輪の背面をガードレールに沿って接触させ案内させることができる。さらに車両の最前端部または最後端部に大径車輪を配置して主車輪とし、前記車両の中央寄りに小径車輪の誘導輪を配置し、前記主車軸枠の、前記車体に対する水平旋回抵抗により前記大径車輪および前記誘導輪に作用する横圧と、曲線に進入しボギー台車全体を走行させるのに必要な横圧との和が前記大径車輪に作用するようにしたから、誘導輪側に過大な横圧が作用するのを防止し、誘導輪の輪重抜けやこれに起因する脱線を阻止することができる。

請求項２に記載のように、軌道分岐部での車両の異線進入防止を分岐器のガードレールで防止するとともに、左右軌条の溝の底面上を誘導輪のフランジ頭頂部（フランジトップ）で走行するように構成することができる。

このように構成することにより、分岐器のガードレールで異線進入の防止を図れるほか、クロッシング交差点付近の左右軌条で構成する溝の底を誘導輪においても車輪のフランジ頭頂部（フランジトップ）で走行することによって、左右車輪の半径差によって異線進入を防止する方向に台車を操向させて異線進入を防止する（なお、左右独立回転車輪を用いた場合にはフランジ頭頂部（フランジトップ）で走行することによって、左右車輪の半径差は有効に作用しない）。詳しく説明すると、鉄道車両において小径車輪を使用すると分岐部の異線進入やレール部での車輪落ちが起こりやすく、車輪の小径化を難しくしている。そこで、種々検討の結果、通常の鉄道分野を担当する専門家であっても知られていない、いいかえれば十分には伝承されていない路面電車（軌道）の先駆者の技術を活用することにより、分岐部においてフランジウェイの溝底を片側（外軌側）の車輪のフランジトップにて走行させることによって、左右の車輪の有効半径差により、異線進入とは逆向きの操舵トルクが発生して異線進入を防ぐとともに、小径車輪が軌道分岐部で車輪落ちしようとするのを防止する。なお、この作用は大径車輪(主車輪)においても同様に異線進入とは逆向きの操舵トルクが生じる。

請求項３に記載のように、車両の異線進入防止において前記誘導輪の無誘導距離が最小限に抑制されるように、フランジ部の背面を同フランジ部分で２つ以上の曲線を組み合わせた形状とするか、あるいは曲線と直線を組み合わせた形状とすることができる。

異線進入防止、すなわち車輪の無誘導距離を減らすためには車輪の背面形状が影響を与えるので、誘導輪の車輪のフランジ部の背面はフランジを構成する部分で２つ以上の曲線、あるいは曲線と直線を組み合わせた形状としたことにより、誘導輪の無誘導距離を最小限に抑えることができる。そして、最悪な条件で検討した結果においても、誘導輪の無誘導距離は３番分岐で−１９ｍｍと問題のない値に設計できるとともに、小径車輪からなる誘導輪の車輪踏面とレールとの接触面圧は主車輪との垂直荷重の負担割合で誘導輪の負担荷重を下げられ(例えば、主車輪の１／２）るので、車輪の摩耗限度においても最大で１２０ｋｇｆ／ｍｍ²以下に抑えることができ、車輪踏面の傷の発生を防いでいる。

請求項４に記載のように、前記軸ばねのばね定数を非線形とし、前記主車軸枠に対する前記副車軸枠の上下方向の揺動範囲が大きくなるのに伴ってばね変位の割合が減少するようにしてもよい。

このように構成することにより、前記誘導輪のローリング剛性が可変になり、車体底部に接近するにしたがって変位しにくくなる。

本発明に係る誘導輪付き１軸台車は上記のように構成したから、下記のような優れた効果を奏する。すなわち、車両の最前端部下または最後端部下に大径車輪を配置し、その中央寄りに小径車輪の誘導輪を配置したので、車両の最前端部および最後端部の運転台より中央寄りを客室とした車両構成により、客室において１００％低床車両が実現する。しかも、従来の運転台下に２軸台車を配置した低床型車両（例えば特許文献１・２参照）に比べて運転台と客室前端間の距離を短くできる。これにより、運転者が乗降客からのチケットや料金の徴収などの取り扱いが便利になり、乗降客とのコミュニケーションを密接に図れる。また、主車輪および誘導輪の背面間距離が正確に規定され、小曲線や分岐部通過時には車輪の背面をガードレールに沿って接触させながら案内させられる。さらに誘導輪を軸ばねで下向きに付勢（レールに押付）するとともに、車両の最前端部または最後端部の大径車輪および中央寄りの誘導輪に作用する横圧と、曲線に進入しボギー台車全体を走行させるのに必要な横圧との和が前記大径車輪に作用するようにして、誘導輪側に過大な横圧が作用するのを防止することにより、誘導輪の輪重抜けやこれに起因する脱線係数（＝横圧／輪重）を下げることができる。

以下、本発明の低床式鉄道車両用の誘導輪付き１軸ボギー台車について実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の低床式鉄道車両用誘導輪付き１軸ボギー台車の実施例を示す平面図、図２は同側面図、図３は左半分が図２のＡ方向矢視図、右半分が図２のＢ方向矢視図である。

図１および図２に示すように、本例の誘導輪付き１軸ボギー台車１は、低床車両（車体）２０の最前端部下に左右一対の枕ばね２を介して取り付けられる枕はり３付きの台車で、枕はり３の幅方向の中央位置に心ざら４を中心に水平旋回可能に支持された台車枠５を備えている。この台車枠５の両側の主車軸枠５ａの前部間に、車軸６ｂの両側に大径車輪６ａを一体回転可能に備えた主輪軸６が回転可能に取り付けられている。両側の主車軸枠５ａ間を連結する横はり５ｂ上の両側に、図３のように左右の各大径車輪６ａに対向する踏面ブレーキ７が設けられている。また、車軸６ｂの左側に減速歯車装置８が一体に組み込まれ、横はり５ｂの中央部付近に取り付けられた駆動装置９と減速歯車装置８とが接続され、両側の大径車輪６ａが駆動輪として機能する。

両側の各主車軸枠５ａの後端二股部間に、副車軸枠１０の前端部がそれぞれ上下方向に揺動自在に水平ピン１１で連結されている。両側の副車軸枠１０の後部間に、車軸１２ｂの両側に小径車輪からなる誘導輪１２ａを一体回転可能に備えた副輪軸１２が回転可能に取り付けられ、左右の水平ピン１１を中心に上下方向に揺動する。各主車軸枠５ａの後端部において、水平ピン１１よりやや前方の下部からブラケット(スプリング受け）１３が側方に一体に張り出して設けられ、副車軸枠１０の長手方向に中間位置より側方に張り出した二股部１０ａの前端部１０ｂとブラケット１３の間に、コイルスプリング（軸ばね）１４を縮装し誘導輪１２ａが下向きに付勢されるように介設している。したがって、水平ピン１１を中心に副車軸枠１０を介して誘導輪１２ａが下方へ付勢され、誘導輪１２ａは軌道（レール）に対し一定の荷重で押し付けられる。これにより、誘導輪１２ａが軌道上から浮き上がるなどの輪重抜けが防止され、同時に誘導輪１２ａ（もしくは副車軸枠１０）と車両(車体)２０の下面との接触が回避される。

なお、誘導輪１２ａや主車輪(大径車輪）６ａの軸ばね定数を非線形として、圧縮すればばね定数が硬くなり、伸び側ではばね定数が柔らかくすることによって、不静定要因の輪重減少を改善することもできる。

図２・図３に示すように、枕はり３の下面両側にブラケット１５ａがそれぞれ下向きに突設され、各ブラケット１５ａの下端部と車体２０の鉛直面２０ａに固定したブラケット１５ｂとの間にボルスタアンカ１５が連結されている。これにより、ボギー台車１の大径車輪が駆動装置で駆動されることによる動力で、車体２０がボルタアンカ１５を介して牽引される。なお、台車枠５の先端にガードプレート１６の上端が下向けに固定されている。図２中の符号３０は軌道(走行レール）である。

上記のようにして、本発明の実施例に係る誘導輪付き１軸台車が構成される。

図４・図５は上記実施例の誘導輪付き１軸台車１を備えた低床式路面電車の実施例を示すもので、これらの図面に示すように、本例の低床式路面電車２１は客室Ｐ専用車両２４の前後に運転台付き車両２２・２３を連節した３両編成の車両からなる。前後の車両２２・２３は先端部に運転台Ｄが配置され、運転台Ｄより中央寄りが１００％低床の客室Ｐに構成されている。車両２２・２３の運転台Ｄの床面２２ｂ・２３ｂが客室Ｐの低床面２２ａ・２３ａに比べてやや高く上がっており、各運転台Ｄの床面２２ｂ・２３ｂ下に誘導輪付き１軸台車１の枕はり３を枕ばね２を介して取り付け、大径車輪６ａを運転台Ｄ下に配置する。車体２０の運転台Ｄと客室Ｐとの段差部における鉛直壁２０ａに左右一対のボルスタアンカ１５を連結する。この配置により、誘導輪１２ａは中央寄りで客室Ｐの低床面２２ａ・２３ａ下に配置される。なお、車両２２・２３の客室Ｐは座席２２ｃ・２３ｃが車幅方向に向かい合って配置され、座席２２ｃ・２３ｃ下の床面および通路２２ｄ・２３ｄの床面がともに低床面になっている。また、車両２２・２３の座席に隣接して出入り口２２ｅ・２３ｅが設けられているが、床面の排水を考慮して出入り口部をわずかに低く下げる傾斜床面を勘案しない場合は、出入り口２２ｅ・２３ｅの床面も通路と同じ低床面になっている。つまり、前後の車両２２・２３は運転台Ｄを除き１００％低床車両である。

中間の客室専用車両２４は、通路２４ａを挟んで両側に走行方向に向かい合うように座席２４ｂが設けられている。通路２４ａは前後の車両２２・２３と同じ低床で、座席２４ｂの下がやや高い床面２４ｃになっている。この高床面２４ｃ下に軸箱２５ａに回転自在に支持された独立車輪２５が配置され、高床面２４ｃと軸箱２５ａとの間に枕ばね２６が介設されている。なお、車両２４の屋根上にパンタグラフ２７が配備されており、架線(図示せず)から電流を車内に取り込むようになっている。また、本例では３両編成の連節車両に適用した場合について説明したが、単一車両の最前端部と最後端部に上記実施例の誘導輪付き１軸台車１を設けて、１００％低床の車両を実現することもできる。図５中の符号２８は車両連節部間の幌である。

次に、誘導輪１２ａの形状について説明する。ここで、図６は誘導輪の実施例を示す外観形状で、誘導輪１２ａの背面は車輪径ｄからなる直線部＋直線部又は直線に近い曲線部Ｒ２＋小径曲線部Ｒ１からなる。ｄは車輪径、Ｓはフランジ高さでフランジトップ半径−車輪半径、ｋ１はフランジトップと（曲線部Ｒ２と曲線部Ｒ１の接点ｐ）間の距離、ｋ２は誘導輪１２ａのフランジトップと（直線部と曲線部の接点ｑ）間の距離、ｖは誘導輪１２ａのフランジ接点ｑ間のフランジ径、ｕは誘導輪１２ａの背面接点ｐ間のフランジ背面径で、ｕ＋２ｋ１＝ｖ＋２ｋ２である。

図７はシーザスクロッシング(軌道分岐部）の平面図と同一部拡大図、図８は上段が図７のクロッシング部を拡大して表した平面図、以下は車両が左方から右方へ走行するとして説明すると、中段は誘導輪のフランジトップ（破線で表した円はフランジトップの外径を示す）とフランジウエイ（図中ＦＷ）底面の高さ関係を示す軌条(走行レール：図中Ｒａ)断面図、Ａ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図およびＤ−Ｄ線矢視図である。

さらに、図８に示す軌道分岐部においてＢ−Ｂ線断面図のように、フランジウエイの溝底を浅くし、片側（外軌側）の誘導輪１２ａがフランジトップで走行し、反対側（内軌側）のレール上を踏面で走行することによって左右の誘導輪１２ａに有効半径差が生じ、この有効半径差により異線進入とは逆向きの操舵トルクが発生するように、軌道設備面からも配慮している。なお、図８中の４５ｋｇＨＴ軌条は一例を示すものである。

図９は誘導輪１２ａの背面視説明図と正面視説明図である。図１０は上段が走行方向左側誘導輪と走行レールおよびノーズとの高さ関係を示す側面視説明図、中段が軌道分岐部を拡大した平面図と誘導輪で、下段が走行方向右側誘導輪と走行レールおよびノーズとの高さ関係を示す側面視説明図である。

図１０の中段に示すように、左側誘導輪１２ａがガードレールから離れて右側誘導輪１２ａがノーズに接触するまでの距離ｘが無誘導長である（図１０の車輪中心点Ｏ₁〜Ｏ₂間が無誘導長）。ここで上記距離ａおよび上記距離ｂは、図１０に示す関係寸法に基づいて求められる。

無誘導長ｘに関する算出式は下記の通りである。

a=√[(u/2)²-(u/2-h+s+k1)²]
b=√｛(v/2)²-(v/2-s+y+k2)²｝
u=d+2s-2k1 v=d+2s-2k2
n=1/2×cot(α/2)
c=(L-w)tan(α/2) l1+l2=w/sinα+zn
無誘導長x=(l1+l2)-(a+b+c)になる。

ここで、
n：分岐路の番数
L：軌間（走行レール間の距離）
w：フランジウエイ幅
d：車輪直径
S：フランジ高さ
z：クロッシング先端頭部（ノーズ）幅
y：クロッシング先端落ち込み量
h：ガードレールの高さ
k1、k2：車輪形状によって決まる数値
そして、本例の誘導輪１２ａ（車輪径２５０ｍｍ）においては、３番分岐で無誘導長が−１９ｍｍとなり、安全に走行することが確認された。

本発明の低床式鉄道車両用誘導輪付き１軸ボギー台車の実施例を示す平面図である。同側面図である。左半分が図２のＡ方向矢視図、右半分が図２のＢ方向矢視図である。本発明の実施例に係る誘導輪付き１軸台車を備えた低床式路面電車の一例を示す平面図である。（ａ）は同側面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ断面（左半分）と図（ａ）のＢ−Ｂ断面（右半分）とを組み合わせた断面図である。誘導輪の外観形状の一例を示す側面図、上段は車輪寸法、中段はｋ１の算出方法、下段はｋ２の算出方法を表している。（ａ）がシーザスクロッシング(軌道分岐部）の平面図で、（ｂ）が（ａ）の一部拡大図である。上段が軌道の分岐部を示す平面図、中段が同平面図のＤ−Ｄ線矢視図、下段が左から順番に同平面図の軌条断面図、Ａ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図である。（ａ）は誘導輪の背面視説明図で、（ｂ）は正面視説明図である。中段が軌道分岐部を拡大した平面図と誘導輪を示し、上段が走行方向左側誘導輪と走行レールおよびノーズとの高さ関係を示す側面視説明図、下段が走行方向右側誘導輪と走行レールおよびノーズとの高さ関係を示す側面視説明図である。従来の路面電車と台車構造、超低床ＬＲＴと台車構造および狭軌超低床ＬＲＴと台車構造を示す参考図である。１００％低床車両用動力台車の形態と適用例を示す参考図である。大径車輪と小径車輪を用いた台車の例を示す参考図である。

符号の説明

１誘導輪付き１軸ボギー台車
２枕ばね
３枕はり
４心ざら
５台車枠
５ａ主車軸枠
５ｂ横はり
６主輪軸
６ａ大径車輪
６ｂ車軸
７踏面ブレーキ
８減速歯車装置
９駆動装置
１０副車軸枠
１１水平ピン
１２副輪軸
１２ｂ車軸
１２ａ誘導輪（小径車輪）
１３ブラケット(スプリング受け）
１０ａ二股部
１４コイルスプリング（軸ばね）
１５ボルスタアンカ
１５ａ・１５ｂブラケット
１６ガードプレート
２０低床車両（車体）
２０ａ鉛直面（車体の）
２１低床式路面電車
２２・２３運転台付き車両
２２ｂ・２３ｂ運転台Ｄの床面
２２ａ・２３ａ客室Ｐの低床面
２２ｃ・２３ｃ座席
２２ｄ・２３ｄ通路
２２ｅ・２３ｅ出入り口
２４客室専用車両
２４ａ通路
２４ｂ座席
２４ｃ高床面
２５独立車輪
２５ａ軸箱
２６枕ばね
２７パンタグラフ
２８幌
３０軌道(走行レール）
Ｄ運転台
Ｐ１００％低床の客室

Claims

車両の最前端部下または最後端部下に配置される大径車輪を主車輪とし、前記車両の中央寄りに配置される小径車輪の誘導輪を備えた誘導輪付き１軸ボギー台車であって、
前記大径車輪および前記誘導輪は、ともに左右の車輪を車軸に対して一体回転可能に固定した串軸とし、
前記大径車輪を回転可能に支持する主車軸枠を車体に対し水平旋回可能に取り付け、前記誘導輪を回転可能に支持する副車軸枠の前端部を、前記主車軸枠の後端部に対し上下方向に揺動自在に連設するとともに、前記誘導輪を下向きに付勢する軸ばねを、両車軸枠間に介設したことを特徴とする誘導輪付き１軸ボギー台車。
軌道分岐部での車両の異線進入防止を分岐器のガードレールで防止するとともに、左右軌条の溝の底面上を誘導輪のフランジ頭頂部で走行するように構成したことを特徴とする請求項１記載の誘導輪付き１軸ボギー台車。
車両の異線進入防止において前記誘導輪の無誘導距離が最小限に抑制されるように、フランジ部の背面を同フランジ部分で２つ以上の曲線を組み合わせた形状とするか、あるいは曲線と直線を組み合わせた形状としたことを特徴とする請求項１記載の誘導輪付き１軸ボギー台車。
前記軸ばねのばね定数を非線形とし、前記主車軸枠に対する前記副車軸枠の上下方向の揺動範囲が大きくなるのに伴ってばね変位の割合が減少するようにしたことを特徴とする請求項２記載の低床式鉄道車両用台車。