JP2009241760A - 軸箱支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡便な機構で直線軌道及び曲線軌道のいずれであってもスムーズな走行を与える軸箱支持装置を提供する。
【解決手段】軸箱支持装置（１０）は、台車枠（２）及び軸箱（９）の間に設けられて軸箱（９）の上下方向動を緩衝する上下緩衝装置（１１ａ）と、一対の輪軸（５）の間にあって台車枠（２）の取付部（２ｃ）と軸箱（９）との間を連結して軸箱（９）の前後方向動Ｘを規制する前後支持装置（１２）とからなる。前後支持装置（１２）は、軸箱（９）から所定値以上の応力を受けて動作するダンパ装置であることを特徴とする
【選択図】図３

Description

本発明は、輪軸を支持する軸受けを覆って設けられる軸箱を台車枠に支持するための鉄道車両の台車装置に用いられる軸箱支持装置に関し、特に、直線軌道通過時及び曲線軌道通過時のいずれであってもスムーズな走行を与える軸箱支持装置に関する。

鉄道車両の台車装置において、対向する一対の車輪が輪軸によって互いに連結されて台車枠に支持されている。二軸台車であれば、このような輪軸で連結された一対の車輪は台車装置の走行方向前後に離間して台車枠に支持される。より詳細には、車輪に貫挿されて反対側に向けて突出した輪軸の突出端部に輪軸を回転自在に軸支する軸受けが設けられて、更にこれを覆って軸箱が設けられる。軸箱は、台車枠に軸箱支持装置を介して取り付けられる。この軸箱支持装置には各種構造が用いられているが、一般的には、台車枠及び軸箱の間に設けられて軸箱の上下方向動を緩衝している上下緩衝装置と、一対の輪軸の間にあって台車枠の取付部及び軸箱の間を連結して、軸箱の前後方向動を規制している前後支持装置とからなる。

ここで、上記したように一対の車輪は輪軸で連結されており同時に回転するため、曲線軌道の通過時に内外輪差を吸収できるように、車輪踏面に傾斜（円弧）面を与えている。すなわち、曲線軌道では遠心力により台車装置の中心軸が外側に移動して、外軌側の車輪では径の大きい部分で線路面に接触し、内軌側の車輪では径の小さい部分で線路面に接触するのである。一方、このような傾斜（円弧）踏面を有する車輪により直線軌道で蛇行動を生じないよう、軸箱支持装置は高い剛性をもって軸箱を支持して前後の輪軸を平行に保ち走行安定性を維持している。これに反して、曲線軌道通過時の走行安定性を高めるためには、輪軸が曲線の法線方向と平行となるべきであって、前後の輪軸を曲線軌道の曲率に合わせて互いに平行な状態からずらして角度を与えることが好ましい。

そこで、軸箱支持装置の前後支持装置により前後の輪軸を平行からずらして輪軸角度を変化させるようにした台車装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、台車枠に対して輪軸が回動可能なリンク式操舵台車が開示されている。アクチュエータを用いた軸箱支持装置のＺリンクを曲線軌道検出手段の出力信号によって制御して前後の輪軸角度を強制的に変化させるのである。

また、特許文献２では、台車枠及び軸箱の間の軸箱支持装置にアクチュエータを設けて、緩和曲線において台車装置の旋回に合わせて旋回トルクを発生させ、台車装置の旋回動作をアシストするアシスト操舵台車装置が開示されている。軸箱及び台車枠の間には、前後支持ばねとアシスト操舵アクチュエータが並列に連結されており、前後の輪軸角度を強制的に変化させるのである。
特開平８−１４２８６２号公報 特開２００７−２１６８１５号公報

特許文献１及び２では、緩和曲線に入り、台車装置が旋回し始めた後、アクチュエータによって前後の輪軸角度を強制的に変化させて台車旋回抵抗を低減し、外軌側の車輪の横圧を低減している。かかる機構では、曲線軌道の曲率や線路及び車輪の摩耗状況に応じて、上記したような輪軸角度のきめ細かな制御をアクチュエータの動作により制御しなければならない。このような制御機構は非常に複雑となるのである。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、目的とするところは、比較的簡便な機構で直線軌道及び曲線軌道のいずれであってもスムーズな走行を与える軸箱支持装置を提供することである。

本発明は、前後に離間して略平行に対向配置された一対の輪軸の各々についてその両端部でこれを回転自在に軸支する軸受けを覆って設けられた軸箱を台車枠に支持するための鉄道車両の台車装置に用いられる軸箱支持装置であって、前記台車枠及び前記軸箱の間に設けられて前記軸箱の上下方向動を緩衝する上下緩衝装置と、前記一対の輪軸の間にあって前記台車枠の取付部と前記軸箱との間を連結して前記軸箱の前後方向動を規制する前後支持装置とからなり、前記前後支持装置は、前記軸箱から所定値以上の応力を受けて動作するダンパ装置であることを特徴とする。

本発明の軸箱支持装置によれば、直線軌道では、台車枠と軸箱との間に所定値以上の応力を生じ得ず、前後支持装置は輪軸を平行に維持して高い走行安定性を与える。一方、曲線軌道であって台車枠と軸箱との間に所定以上の応力が生じると、これを受けてダンパ装置によって連続的にスムーズに輪軸角度が与えられるのである。以上のように、比較的簡便な機構で直線軌道及び曲線軌道のいずれであってもスムーズな走行を与え得るのである。

本発明による軸箱支持装置は、進行方向前後に離間して略平行に対向配置された一対の輪軸の各々についてその両端部でこれを回転自在に軸支する軸受けを覆って設けられた軸箱を台車枠に支持するための鉄道車両の台車装置に用いられる軸箱支持装置である。その上で、前記台車枠及び前記軸箱の間に設けられて前記軸箱の上下方向動を緩衝する上下緩衝装置と、前記一対の輪軸の間にあって前記台車枠の取付部と前記軸箱との間を連結して前記軸箱の前後方向動を規制する前後支持装置とからなり、前記前後支持装置は、前記軸箱から所定値以上の応力を受けて動作するダンパ装置であることを特徴とする。かかる態様によれば、直線軌道では、台車枠と軸箱との間に所定値以上の応力を生じ得ず、前後支持装置は輪軸を平行に維持し高い走行安定性を与える。一方、曲線軌道であって台車枠と軸箱との間に所定以上の応力が生じると、これを受けてダンパ装置によって連続的にスムーズに輪軸角度が与えられるのである。すなわち、比較的簡便な機構で、曲線軌道の曲率や線路及び車輪の摩耗状況に応じて輪軸角度の制御をきめ細かく行うことができて、直線軌道及び曲線軌道のいずれであってもスムーズな走行を与え得るのである。

ここで前記ダンパ装置は、前記台車枠に対して前記軸箱の前後方向動を許容しつつこれを中立位置に支持するばね体を含むことを特徴とする。かかる態様によれば、仮にダンパ装置が故障したとしても、輪軸はばね体により中立位置、すなわち一対の輪軸を平行に維持できるため、一定の走行安定性が維持されるのである。

上記態様において、前記ダンパ装置は、電磁弁を設けられた調圧弁を有するダンパを含み、前記軸箱から所定値以上の応力を受けると電磁弁が動作して前記軸箱の前後方向動を許容することを特徴とする。かかる態様によれば、台車枠と軸箱との間に所定以上の応力が生じると、調圧弁の電磁弁を開いて輪軸角度が与えられるが、ダンパにより急激にばね体に負荷が与えられることを防止できて、曲線軌道をスムーズに走行できる。

ここで、前記所定値は、前記電磁弁の開閉タイミングを制御して可変であって、曲線軌道をよりスムーズに走行できる。

更なる態様として、前記ダンパ装置は、ビンガム流体を封入したダンパを含み、前記軸箱から所定値以上の応力を受けると前記ビンガム流体が降伏して前記軸箱の前後方向動を許容することを特徴としてもよい。かかる態様によれば、台車枠と軸箱との間に所定以上の応力が生じると、ビンガム流体が降伏して輪軸角度が与えられるが、ダンパにより急激にばね体に負荷が与えられることを防止できて、曲線軌道をスムーズに走行できる。かかる制御は、比較的簡便な機構で与えられるのである。

ここで、前記所定値は、前記ビンガム流体の降伏を促進する降伏手段により可変であることを特徴としてもよい。この降伏手段の１つとして、前記ダンパ内に撹拌子を設けても良い。これによれば、比較的簡便な機構で「所定値」を可変とできる。

なお、前記ビンガム流体は、シリコン系粘性流体であることを特徴とするが公知の流体を用いることが出来る。

次に、本発明の１つの実施例である軸箱支持装置について、図１乃至図９を用いて詳細を説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の１つの実施例である軸箱支持装置１０は、台車装置１の一部であって、図示した典型的な台車装置１に関わらず、各種台車装置に対して用いることが出来る。ここで台車装置１は、一対の側梁２ａを横梁２ｂで連結した上方から見ると略Ｈ字状の台車枠２（特に、図２参照）を含む。台車装置１は、横梁２ｂに係合した牽引装置３ａによって車両本体３とともにＸ方向に移動する。なお、台車枠２の側梁２ａ及び車両本体３の間にはまくらばね７が挟み込まれている（特に、図１参照）。

対向する一対の車輪４は、その中心部の穴に輪軸５を貫挿させて互いに連結されている。車輪４の踏面４ａは、傾斜面となっており、フランジ部４ｂから外周方向に向かってその径を小さくしている。車輪４の外側へ貫通した輪軸５の突出端部近傍には、軸受６が取り付けられて、更にこれを覆って軸箱９が取り付けられている。輪軸５は、軸受６によって回動自在に支持されており、軸箱９に対しても回動自在である。軸箱支持装置１０は、軸箱９の左右方向、つまり輪軸５に沿った軸箱９の移動を緩衝する左右緩衝ばね８を含む。左右緩衝ばね８は、台車枠２の側梁２ａから垂下した垂下部２ｄと軸箱９との間に設けられている。（なお、図１には右の車輪４のみにこれを示し、左の車輪４では垂下部を取り外したところを示している。）

更に図３を併せて参照すると、軸箱支持装置１０は、軸箱９の上下方向動を緩衝する上下緩衝装置１１を含む。上下緩衝装置１１は、軸箱９と台車枠２との間に設けられた軸ばね１１ａ及びこれと並列に設けられた軸ダンパ１１ｂとからなる。

また、図４を併せて参照すると、軸箱支持装置１０は、一対の輪軸５の間にあって台車枠２の取付部２ｃと軸箱９との間を連結した前後支持装置１２を含む。前後支持装置１２は、軸箱９の車両進行方向Ｘへの前後方向動を規制する。前後支持（ダンパ）装置１２は、並列に連結されたばね梁１３及びダンパ１４とからなる。ばね梁１３及びダンパ１４は、いずれもその一端部を台車枠２の取付部２ｃに回動自在に軸支されている。

詳細には、特に図５に示すように、ばね梁１３は、一端側にボルト穴１３ａ及び他端側に長穴１３ｂを有する。ばね梁１３は、台車枠２の取付部２ｃにボルト穴１３ａを介してボルトで回動自在に取り付けられている。また、長穴１３ｂには、軸箱９が貫挿されてその外側に向けて突出している。長穴１３ｂ内において、軸箱９の両側には、ばね体１５が配置されて、長穴１３ｂの中央に軸箱９が位置するようになっている。

ダンパ１４は、箱形又は筒型の筐体１４ａの端部にボルト穴１４ｂを設け、ばね梁１３とともに台車枠２の取付部２ｃにボルトで回動自在に取り付けられている。ボルト穴１４ｂの反対側に向けて突出するピストン１６の先端部には、角穴１６ａがあって、ばね梁１３の長穴１３ｂを貫通した軸箱９がこれに挿入される。

ここで、図６に示すように、角穴１６ａの側面は、円筒面の一部になっており、角穴１６ａの内部の軸箱９が水平面内で回動したとしても、ピストン１６と軸箱９とは常に互いの当接を維持できるのである。

更に図７に示すように、ダンパ１４の筐体１４ａの内部空間は、２つの空間２０ａ及び２０ｂにガイド壁２１で区切られている。筐体１４ａの端部には貫通穴１４ａ’が設けられており、またガイド壁２１にもその中心に貫通穴２１ａが設けられている。ピストン１６は、貫通穴１４ａ’及び貫通穴２１ａに貫挿されており、筐体１４の長手方向に往復動自在である。空間２０ａには、シリコンオイルが充填されている。ここで、貫通穴１４ａ’及び貫通穴２１ａにおいて、ピストン１６の周囲には図示しないシール材が与えられており、オイルは空間２０ａの外部に漏れないようになっている。

フランジ１７は、空間２０ａの内面にはめ込まれて筐体１４ａの長手方向に摺動自在に移動可能である。空間２０ａは、フランジ１７によって２つの空間２０ａ１及び２０ａ２に分割されている。フランジ１７の中央部には貫通穴が設けられており、ピストン１６がこれを貫通するようにして固定されている。すなわち、ピストン１６が往復動すると、フランジ１７が貫通穴１４ａ’及び貫通穴２１ａの間を往復動するのである。なお、フランジ１７の一部には電磁弁２２ａを含む調圧穴２２が設けられており、電磁弁２２ａが開くと、空間２０ａから空間２０ｂに、又は、空間２０ｂから空間２０ａへ向けてオイルが通過可能である。電磁弁２２ａの開閉は電磁弁制御部２３によって制御される。

次に、上記した本発明の１つの実施例である軸箱支持装置１０を含む台車装置１について、図７及び図８を用いて動作を説明する。

図７に示すように、直線軌道３０を走行中にあっては、ばね梁１３の長穴１３ｂ内において、ばね体１５により軸箱９はその中央に位置している（図５参照）。また、ダンパ１４は、その長さを一定にして固定されているから、台車枠２の取付部２ｃと軸箱９との距離は一定に維持されるのである（図３参照）。つまり、進行方向Ｘの前後に離間した一対の輪軸５は互いに平行に維持されるのである。故に、高い直進走行安定性を有する。

一方、図８に示すように、曲線軌道４０に進入すると、外軌側の車輪４−１には遠心力による横圧が生じる。かかる横圧を減じるように、輪軸５を曲線軌道４０の接線ｌと垂直な方向ｍへ向けるように輪軸５に回転力Ｆが働くのである。横圧が所定値以上、例えば１〜２ｔｏｎ程度となると、電磁弁制御部２３は、これを図示しない検知部により検知し、電磁弁２２ａを開放する（図６参照）。すると、横圧を解消するように、外軌側の車輪４−１の軸箱９−１は台車枠２の取付部２ｃから離間するように移動し、逆に内周側の車輪４−２の軸箱９−２は台車枠２の取付部２ｃへ接近するように移動するのである。これにより輪軸５は曲線軌道４０の接線ｌと垂直な方向ｍへ向けられ、曲線軌道４０をスムーズに走行できるのである。更に、曲線軌道４０から直線軌道３０へ戻ると、ばね梁１３の長穴１３ｂ内のばね体１５により軸箱９は元の位置に戻り、再び電磁弁制御部２３によって電磁弁２２ａを閉じるのである。

他の実施例として、図９に示すように、前後支持（ダンパ）装置１２に含まれるダンパ１４の空間２０ａには、非ニュートン流体であるビンガム流体を封入してもよい。このとき、調圧穴２２においては、電磁弁２２ａを省略できる。ここで図１０に示すように、ビンガム流体は降伏応力Ｆ_０を負荷されて初めて流動を開始する流体である。上記したように、外軌側の車輪４−１に横圧が生じると、ピストン１６を介してダンパ１４内のビンガム流体に応力が負荷される。横圧が所定値以上、例えば１〜２ｔｏｎ程度となると、ビンガム流体には降伏応力Ｆ_０が与えられて流動するように、その組成等を選択することが好ましい。これによれば、電磁弁２２ａ及び電磁弁制御部２３を用いなくとも曲線軌道における横圧を解消できる。上記した横圧に対して用い得るビンガム流体は、好ましくはシリコン系粘性流体であるがこれに限定されるものではない。

また、ダンパ１４の空間２０ａ内においてビンガム流体を攪拌する攪拌子２６を設けてもよい。これによれば、上記した横圧の解消のための所定値を可変とすることが出来るのである。すなわち、横圧によりピストン１６に負荷される応力に合わせて、攪拌子２６による攪拌の効果を得られるのである。つまり、より低い「所定値」でピストン１６が往復動を開始するのである。なお、攪拌子２６は、回転子制御部２３’によって回転数を制御される。

なお、ビンガム流体を用いた軸箱支持装置１０の動作については、上記とほぼ同じであるので詳述しない。

本実施例の軸箱支持装置１０によれば、直線軌道３０では、台車枠２と軸箱９との間に所定値以上の応力を生じ得ず、前後支持装置１２は輪軸５を平行に維持し高い走行安定性を与える。一方、曲線軌道４０であって台車枠２と軸箱９との間に所定以上の応力が生じると、これを受けてダンパ１４により連続的にスムーズに輪軸角度が与えられるのである。以上のように、比較的簡便な機構で直線軌道３０及び曲線軌道４０のいずれであってもスムーズな走行を与え得るのである。比較的簡便な機構であるから重量も軽く、台車枠重量を低減できて、急カーブの多いトラムなどの軽重量車両にも使用可能である。

本発明による軸箱支持装置を含む台車装置の側面図である。 本発明による軸箱支持装置を含む台車装置の平面図である。 本発明による軸箱支持装置の概念を示した側面図である。 本発明による軸箱支持装置の概念を示した平面図である。 本発明による軸箱支持装置の要部の分解斜視図である。 図５においてＪ方向に見た断面を示す断面図である。 本発明による軸箱支持装置の要部の断面図である。 本発明による軸箱支持装置を含む台車装置の走行状態の図である。 本発明による軸箱支持装置を含む台車装置の走行状態の図である。 本発明による軸箱支持装置の要部の断面図である。 本発明による軸箱支持装置に用いられるダンパの特性図である。

符号の説明

１ 台車装置
２ 台車枠
２ａ 側梁
２ｃ 取付部
３ 車両本体
４ 車輪
５ 輪軸
６ 軸受
９ 軸箱
１０ 軸箱支持装置
１１ 上下緩衝装置
１２ 前後支持装置
１３ ばね梁
１４ ダンパ
１４ａ 筐体
１６ ピストン
１７ フランジ
２２ 調圧弁
２３ 電磁弁制御部
２６ 攪拌子
３０ 直線軌道
４０ 曲線軌道

Claims (8)

1. 前後に離間して略平行に対向配置された一対の輪軸の各々についてその両端部でこれを回転自在に軸支する軸受けを覆って設けられた軸箱を台車枠に支持するための鉄道車両の台車装置に用いられる軸箱支持装置であって、
   前記台車枠及び前記軸箱の間に設けられて前記軸箱の上下方向動を緩衝する上下緩衝装置と、前記一対の輪軸の間にあって前記台車枠の取付部と前記軸箱との間を連結して前記軸箱の前後方向動を規制する前後支持装置とからなり、前記前後支持装置は、前記軸箱から所定値以上の応力を受けて動作するダンパ装置であることを特徴とする軸箱支持装置。
2. 前記ダンパ装置は、前記台車枠に対して前記軸箱の前後方向動を許容しつつこれを中立位置に支持するばね体を含むことを特徴とする請求項１記載の軸箱支持装置。
3. 前記ダンパ装置は、電磁弁を設けられた調圧弁を有するダンパを含み、前記軸箱から所定値以上の応力を受けると電磁弁が動作して前記軸箱の前後方向動を許容することを特徴とする請求項２記載の軸箱支持装置。
4. 前記所定値は、前記電磁弁の開閉タイミングを制御して可変であることを特徴とする請求項３記載の軸箱支持装置。
5. 前記ダンパ装置は、ビンガム流体を封入したダンパを含み、前記軸箱から所定値以上の応力を受けると前記ビンガム流体が降伏して前記軸箱の前後方向動を許容することを特徴とする請求項２記載の軸箱支持装置。
6. 前記所定値は、前記ビンガム流体の降伏を促進する降伏手段により可変であることを特徴とする請求項５記載の軸箱支持装置。
7. 前記降伏手段は、前記ダンパ内の撹拌子であることを特徴とする請求項６記載の軸箱支持装置。
8. 前記ビンガム流体は、シリコン系粘性流体であることを特徴とする請求項５乃至７のうちの１に記載の軸箱支持装置。