JP2010042778A - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の床高さを低くする側梁をプレス加工によって形成した鉄道車両用台車を提供すること。
【解決手段】側梁１が、一枚の板素材からプレス加工によって得られたコの字断面の側梁本体２１に対し板部材２２，２３を溶接して形成されたものであり、平面形状が、枕木方向に一定幅の直線部分２０１と、バネ帽部８にかけて徐々に幅を広くした幅広部分２０２とを有し、側面形状が、背を高くした中央部分２０３と、背を徐々に低くして中央部分２０３から上方に傾斜した傾斜部分２０４と、背が低く中央部分２０３よりも高い位置に存在するバネ帽部分２０５とを有し、直線部分２０１から幅広部分２０２へと切り替わる拡張部２１１が、傾斜部分２０４からバネ帽部分２０５へと切り替わるグースネック部２１０よりもレール方向に見て中央部分２０３寄りに位置する鉄道車両用台車１。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プレス加工によってバネ帽部を側梁に対して一体的に形成された鉄道車両用台車に関する。

従来の鉄道車両用台車は、軸箱支持装置のコイルバネ形状に合せてバネ帽部が別部品として形成され、それが側梁の前後両端部に溶接によって接合されていた。例えば、バネ帽部は鋳造品や溶接構造品として製作され、板素材をコの字型にプレス成形した側梁とが溶接によって接合され、一体に形成されていた。ところが、側梁には軸箱支持装置から垂直方向に荷重がかかるため、バネ帽部と側梁本体との接合部に曲げによる高応力が発生する。よって、このような従来の鉄道車両用台車は、接合部に高い溶接品質が要求され、検査工程を含めて溶接作業が非常に手間のかかるものであった。

そこで、下記特許文献１には、構造を簡単にした鉄道車両用台車が開示されている。図５は、同文献に記載された側梁の構造を示した一部斜視図である。また、図６は、その側梁を一部透視した平面図であり、図７は、図６に示す側梁のＡ−Ａ断面図である。
側梁１００は、下方に開口した断面コの字形の側梁本体１０１に対し、その開口部を塞ぐように下板１０５が溶接されている。側梁本体１０１は１枚の板素材をプレス加工して形成され、その開口部形状に切り出された下板１０５が当てられて側梁１００が構成される。側梁部材１０１の長手方向両端は、プレス深さを大きくして円筒形状のバネ帽部１０３が形成されている。そして、側梁部材１０１の内面には複数の補強部材１１０があり、側梁部材１０１とバネ帽部１０３との境界部分に補強部材１１１が設けられている。
特開２００１−８０５１２号公報

しかし、図５乃至図７に示すような従来の鉄道車両用台車は、側梁１００の上面が平らな形状であるため、床の位置が高い鉄道車両となってしまう。現在、各駅においてスロープやエレベータなどの設置によってバリアフリー化が進む中、車椅子でもホームと車内との間でスムーズな移動ができるように、床高さを低くすることが進められている。しかし、従来の鉄道車両用台車では、その側梁１００に空気バネを介して車体が載せられると床が高くなってしまい、補助板を使用しなければ車椅子での乗り降りができない。一方で、単純に側梁１００の形状を変形させて床高さを変化させるようにしただけでは、適切にプレス成形ができなかったり、剛性や重量などについて望ましいものが得られないことになる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、車両の床高さを低くする側梁をプレス加工によって形成した鉄道車両用台車を提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両用台車は、レールに沿って配置された左右の側梁に対して枕木方向に配置された横梁が接合され、その横梁に対して装置や配線など所定の台車構成要素が取り付けられたものであって、前記側梁は、一枚の板素材からプレス加工によって得られたコの字断面の側梁本体に対し板部材を溶接して形成されたものであり、平面形状が、枕木方向に一定幅の直線部分と、バネ帽部にかけて徐々に幅を広くした幅広部分とを有し、側面形状が、背を高くした中央部分と、背を徐々に低くして前記中央部分から上方に傾斜した傾斜部分と、背が低く前記中央部分よりも高い位置に存在するバネ帽部分とを有し、前記直線部分から前記幅広部分へと切り替わる拡張部が、前記傾斜部分から前記バネ帽部分へと切り替わるグースネック部よりもレール方向に見て前記中央部分寄りに位置するものであることを特徴とする。

また、本発明の鉄道車両用台車は、前記側梁が、前記側梁本体がコの字断面の開口部を上側にして形成され、前記板部材が、前記側梁の上面となるように溶接されたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両用台車は、前記側梁の板部材が、コの字断面の前記側梁本体の縁形状に沿って１本の溶接線で接合可能な形状で形成されたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両用台車は、前記側梁には、前記グースネック部を挟んで内部補強板が溶接されたものであることが好ましい。

また、本発明の鉄道車両用台車は、前記側梁が、レール方向両端部が最大幅であることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両用台車は、前記側梁本体が、板素材に対して加熱かつ外力を加えることにより板厚をレール方向に変化させ、前記直線部分の板厚が薄く、前記幅広部分の板厚が厚いものとし、当該板厚の変化した板素材がプレス加工されたものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、プレス加工によって側梁本体を形成し、それに板部材を接合することで、バネ帽部を側梁において一体に形成したものが得られ、例えばバネ帽部を別部品として側梁に溶接する構造のものに比べ、製造工程を簡素化することができ、コストを抑えることが可能になる。そして、側梁の中央部分を低くして空気バネの高さを下げることにより、床高さの低い鉄道車両とすることができ、そのための鉄道車両用台車を構成する側梁はグースネック部が存在するが、その位置を拡張部と重ならないようにして幅広部分の途中に位置するようにしたので、応力集中による変形を防止して剛性を保つことができる。

次に、本発明に係る鉄道車両用台車について一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１及び図２は、本実施形態の鉄道車両用台車を示した平面図と側面図である。本実施形態の鉄道車両用台車（以下、単に「台車」とする）１は、レール方向に配置された側梁２，２を左右に有し、その側梁２，２が枕木方向に配置された２本の横梁３，３に貫かれ、その貫通部分において側梁２と横梁３とが接合されている。そして、側梁２，２及び横梁３，３、更にその横梁３，３同士が左右２箇所に設けられたツナギ梁４，４によって連結され、台車枠１０が構成されている。

台車１は、この台車枠１０の前後左右に車輪５が設けられているが、車輪５は、輪軸７が側梁２に設けられた軸箱６によって回転可能に支持されている。軸箱６は、バネ帽部８を介して側梁２の端部に設けられている。バネ帽部８は、側梁２の端部位置に設けられ、その中には例えばコイルバネと積層ゴムの組合せのように、輪軸７に対して台車枠１０を上下方向及び水平方向に弾性支持する弾性部材９が収納されている。また、その軸箱６には軸梁１１が一体になって突き出し、側梁２に形成されたブラケットに対して軸着されている。

こうした台車１には、回転する車輪５を制動させるユニットブレーキ１２、車輪５に回転を与える主電動機１３、主電動機１３からの回転を輪軸７に伝達する駆動装置１４などの台車構成要素が取り付けられている。ユニットブレーキ１２は、４つの車輪５に対してそれぞれ設けられ、主電動機１３と駆動装置１４は、前後２本の輪軸７に対してそれぞれ設けられている。そして、側梁２から突き出した２本の横梁３に対し、その間を掛け渡すように空気バネ受け１７が固定され、その上に空気バネ１８が取り付けられている。また、台車１には、不図示の車体との間に牽引力伝達装置１６が設けられ、両端にゴム等の緩衝ブッシュを備えた一本リンクと呼ばれる牽引ロッド１９で結合されている。

次に、図３は、こうした台車１を構成する側梁２を示した断面図であり、その図（ａ）は平面方向に見た断面を示し、図（ｂ）は側面方向に見た断面を示している。
本実施形態の側梁２は、断面がコの字の側梁本体２１と、下方に開口した側梁本体２１の開口部を塞ぐ下板２２と、レールに沿った長手方向の端部を塞ぐ端部板２３とが溶接され、一本の部材として構成されている。

側梁本体２１は、全長にわたって断面がコの字の３面立体形状をなしている。特に、図３（ａ）に示す平面側形状は、一定幅の直線部分２０１と、バネ帽部８を構成する徐々に幅を広げた幅広部分２０２とから構成されている。更に、図３（ｂ）に示す側面側から見た形状は、中央部分２０３、傾斜部分２０４及びバネ帽部分２０５によって構成され、低い位置の中央部分２０３から高い位置のバネ帽部分２０５まで傾斜部分２０４が傾斜して形成されている。そして、傾斜した傾斜部分２０４から水平なバネ帽部分２０５へ折れ曲がったグースネック部２１０を有する。

断面コの字の側梁本体２１は、垂直方向の背の高さを見た場合、中央部分２０３では背が高く、傾斜部分２０４で徐々に低くなり、バネ帽部分２０５では低いまま一定の高さで形成されている。台車１は、図１に示すように、側梁２に沿ってユニットブレーキ１２などの取り付スペースを確保する必要がある。そのため、側梁２の図３（ａ）に示す直線部分２０１は幅を狭くし、その分、図３（ｂ）に示す中央部分２０３及び傾斜部分２０４の背を高くして剛性が高められている。側梁２は、車体荷重を空気バネ１８を介して中央部分２０３で受け、長手方向両端部のバネ帽部８の位置で支えているため、中央部分２０３が下に湾曲する方向に変形を受けて下面に最大の引張り応力を受ける。本実施形態の側梁２は、そうした応力に耐え得る構造となっている。また、背を高くする一方で枕木方向の横幅を狭くすることで、スペース確保の他に軽量化にも寄与している。

側梁本体２１は、鋼材などからなる板素材が所定形状に切り出しされ、深絞りプレスによって成形して形成される。図面では、必要な肉厚の板素材そのままを成形した場合を示しており、側梁本体２１は全体が均一な厚さで形成されている。従って、例えばバネ帽部８には１０〜１２ｍｍの肉厚が必要であるため、均一な厚さで形成する場合には図３（ａ）に示す直線部分２０１も同じ肉厚になる。しかし、側梁２の形状であれば直線部分２０１の肉厚はより薄くても良いため、結果として側梁２の重量、更には台車１の重量が重くなってしまう。この場合、例えばバネ帽部８の肉厚に１０〜１２ｍｍとし、直線部分２０１はそれよりも薄い８〜９ｍｍの板厚で構成するのが、剛性と重量とを考慮した場合のバランスがよい。

そこで、部分的に板厚を変化させたバランスのよい側梁本体２１を得るため、本実施形態では、深絞りプレスによる成形加工の前に、板素材の肉厚を変化させる工程を有している。そこでは、平板状の板素材を加熱し、かつローラなどで外力を加えることによって、図３に示す側梁２の中央位置Ｏから長手方向両端のバネ帽部８にかけて板厚を変化させる。例えば、板厚１２ｍｍの板素材の板厚を変化させ、図３（ａ）に示す直線部分２０１に相当する部分を８〜９ｍｍに薄く伸ばし、拡張部２１１からの幅広部分２０２に相当する部分においては、徐々に肉厚が厚くなるようにする。そして、バネ帽部８に相当する図３（ｂ）に示すバネ帽部分２０５は板素材の板厚１２ｍｍそのままとなるようにする。

こうして板素材の板厚変形加工を行った後は、その板素材を冷間或いは熱間による深絞りプレスによって図３に示す側梁本体２１の成形加工が行われる。例えば、従来、バネ帽部を別部材として側梁に溶接接続していた場合、板厚の異なる部品同士の接合は重要溶接箇所に相当し、厚板側もスロープ形状にして薄板に導く下加工などが必要で、非常に作業が複雑であった。この点、本実施形態では、板素材の段階で極めてゆっくりと板厚を変化させて薄肉にすることでプレス型にも無理がかからず、かつ応力集中も回避できるので割れなどの起点になり難い構成になっている。

ところで、本実施形態の側梁２は、鉄道車両の床高さを低くするため、図３（ｂ）に示すように、中央部分２０３の位置がバネ帽部分２０５に比べて低くなるように形成されている。そのため、側梁本体２１にはグースネック部２１０が形成され、応力が集中しやすくなってしまっている。この点、本実施形態では、グースネック部２１０での変形を防止するための形状で側梁本体２１が形成されている。側梁本体２１は、図３（ａ）に示すように、直線部分２０１から幅広部分２０２へ変化する拡張部２１１の位置が、グースネック部２１０と重ならないように中央位置Ｏ寄りにあって、グースネック部２１０が幅広部分２０２の途中に設けられている。

また、こうして中央位置Ｏ側からバネ帽部８の途中まで横幅が広がる形状で形成することにより、側梁本体２１のプレス成形を成立させることができるようになる。すなわち、バネ帽部８の横幅を急激に広くする断面変形形状にしたのでは、深絞り成形を行っても板厚が不均一になりやすく、シワや千切れが発生してしまい、結果としてプレス成形が不可能となる。そこで、本実施形態のように幅広部分２０２によって徐々に横幅を拡張することにより、無理なく深絞りプレスができる形状となっている。

前述したように、グースネック部２１０への応力集中は、幅広部分２０２によって緩和されているが、本実施形態では、断面変形を起こしやすいそのグースネック部２１０を挟んで更に内部補強板２６，２７が溶接されている。内部補強板２６，２７は、それぞれの位置における横梁本体２１の断面形状に合わせた板材であって、側梁本体２１の内周に沿って溶接される。こうして、断面変形が発生し易くなる応力集中部分を内部補強板２６，２７によって補強することで、側梁２は、モーメント線図に近いスマートな形状の設計が行えるようになる。

側梁２は、コの字断面の側梁本体２１が、コの字の端部を下にして配置されるため、その開口部分を塞ぐように下板２２が当てられて溶接される。その下板２２は、図３（ａ）に示す形状の板材であり、プレス成形によって図３（ｂ）に示すように上下方向に折り曲げられる。そして、側梁本体２１と下板２２の接合によってできた筒形状の両端には、その端部を塞ぐ端部板２３とが当てられてその部分が溶接によって接合され、側梁２が形成される。

よって、本実施形態の台車１によれば、深絞りプレスによって側梁本体２１を形成し、それに下板２２と端部板２３とを接合することで、バネ帽部８を側梁２において一体に形成したものとした。これにより、例えばバネ帽部を別部品として側梁に溶接する構造のものに比べ、製造工程を大幅に簡易なものとすることができ、特にバネ帽部８の溶接を無くすことによって、溶接に対する検査工程及び仕上げ工程などを省略することができ、コストを抑えることが可能になった。

また、本実施形態の台車１では、側梁２の中央部分２０３を低くして空気バネ１８の高さを下げることにより、床高さの低い鉄道車両とすることができる。従って、ホームと車両床面との高さを揃えられ、車椅子であっても補助板を使用せずに乗り降りが可能になる。
こうした台車１を構成する側梁２はグースネック部２１０が存在するが、その位置を拡張部２１１と重ならないようにして幅広部分２０２の途中に位置するようにしたので、応力集中による変形を防止して剛性を保つことができるようになった。

更に、台車１では、横幅の広いバネ帽部８が背の高さを低くし、背の高い直線部分２０１が幅を狭くして形成することで、剛性を確保しながらも重量を抑えることができるようになった。更に、板素材の板厚をプレス加工前に変化させることにより、適正な肉厚で側梁本体２１の各部分を構成することによっても、剛性を確保しながら重量を抑えることが可能になる。

側梁２は、長手方向端部が最大幅になり、面積の大きい端部板２３によって構成されているため、そこに直接、或いは図３に示すように取付プレート２９と固定して、例えば除雪機などを取り付けることが可能になる。
ところで、前記実施形態では、この端部板２３を側梁２を構成する１部品としたが、延長した下板２２の端部を折り曲げて一体に形成したものとしてもよい。すなわち、側梁本体２１と、その縁形状に沿って１本の溶接線で溶接できるように加工した下板との２部品で側梁２を構成するようにする。これによれば、部品点数を減らすことができ、自動ロボット溶接化する際にも複雑な位置決めや段取りが必要なくなり、製造効率の向上を図ることが可能になる。

側梁２は、前述したように、車体荷重を空気バネ１８を介して中央部分２０３で受けて湾曲するため下側に引張り応力を受ける。前記実施形態では、コの字断面の側梁本体２１がコの字の端部を下向きにして配置され、引張り応力を受ける下側に下板２２との溶接部が存在する。そこで、図４に示すように、側梁３０の側梁本体３１を上方に開口させ、上方で上板３２を溶接するようにしてもよい。この場合、深絞りプレスによって断面コの字形状の側梁本体３１を成形するが、板素材は均一な板厚であってもよく、また部分的に板厚を変化させた板素材を成形するようにしてもよい。

側梁３０は、コの字断面の閉じた下面側が引張りになり、上板３２を溶接した上面側が圧縮応力を受けることになる。こうして引張り応力を受ける下側に溶接部が全くなくなり、亀裂が発生し難い圧縮側に溶接部を集中させることができるようになった。そのため、従来では限界であった値を超えて、板素材の板厚をより薄くして軽量化することを可能にしたり、より厳しい荷重条件の用途などに対し、信頼性の高い台車を実現できるようになる。また、側梁本体３１は深絞りプレスによって成形するため、仮に肉痩せが生じてしまった場合には、その肉痩せ部分が上方に位置するのが望ましい。

以上、本発明に係る鉄道車両用台車について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

鉄道車両用台車の実施形態を示した平面図である。 鉄道車両用台車の実施形態を示した側面図である。 鉄道車両用台車を構成する側梁を示した平面方向に見た断面図と側面方向に見た断面図である。 鉄道車両用台車の他の実施形態を示した側面図である。 鉄道車両用台車を構成する側梁の構造を示した一部斜視図である。 図５に示す側梁を一部透視した平面図である。 図６に示す側梁のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 鉄道車両用台車
２ 側梁
３ 横梁
５ 車輪
１０ 台車枠
２１ 側梁本体
２２ 下板
２３ 端部板
２０１ 直線部分
２０２ 幅広部分
２０３ 中央部分
２０４ 傾斜部分
２０５ バネ帽部分
２１０ グースネック部
２１１ 拡張部

Claims (6)

1. レールに沿って配置された左右の側梁に対して枕木方向に配置された横梁が接合され、その横梁に対して装置や配線など所定の台車構成要素が取り付けられた鉄道車両用台車において、
   前記側梁は、一枚の板素材からプレス加工によって得られたコの字断面の側梁本体に対し板部材を溶接して形成されたものであり、
   平面形状が、枕木方向に一定幅の直線部分と、バネ帽部にかけて徐々に幅を広くした幅広部分とを有し、
   側面形状が、背を高くした中央部分と、背を徐々に低くして前記中央部分から上方に傾斜した傾斜部分と、背が低く前記中央部分よりも高い位置に存在するバネ帽部分とを有し、
   前記直線部分から前記幅広部分へと切り替わる拡張部が、前記傾斜部分から前記バネ帽部分へと切り替わるグースネック部よりもレール方向に見て前記中央部分寄りに位置するものであることを特徴とする鉄道車両用台車。
2. 請求項１に記載する鉄道車両用台車において、
   前記側梁は、前記側梁本体がコの字断面の開口部を上側にして形成され、前記板部材が、前記側梁の上面となるように溶接されたものであることを特徴とする鉄道車両用台車。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両用台車において、
   前記側梁は、前記板部材が、コの字断面の前記側梁本体の縁形状に沿って１本の溶接線で接合可能な形状で形成されたものであることを特徴とする鉄道車両用台車。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する鉄道車両用台車において、
   前記側梁には、前記グースネック部を挟んで内部補強板が溶接されたものであることを特徴とする鉄道車両用台車。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する鉄道車両用台車において、
   前記側梁は、レール方向両端部が最大幅であることを特徴とする鉄道車両用台車。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する鉄道車両用台車において、
   前記側梁本体は、板素材に対して加熱かつ外力を加えることにより板厚をレール方向に変化させ、前記直線部分の板厚が薄く、前記幅広部分の板厚が厚いものとし、当該板厚の変化した板素材がプレス加工されたものであることを特徴とする鉄道車両用台車。

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