JP2011079407A - 鉄道車両用操舵台車 - Google Patents

Abstract

【課題】 緩和曲線のような曲率半径の変化する曲線軌道をよりスムーズに通過可能な鉄道車両用の操舵台車を提供する。
【解決手段】 複数の輪軸間に機械的連携機構を与えて該輪軸同士の運動に連携を与える鉄道車両用の操舵台車である。輪軸を軸箱及び軸箱支持装置を介して保持する台車枠と、その長手方向の両端部上に配置された２つの枕ばねを間に介して車体をその上に支持する枕はりと、を含む。台車枠と枕はりとを略平行に対峙させるように離間させた上で台車枠に対して枕はりを回転自在に支持する回転支持機構を有し、回転支持機構を枕はりの長手方向の中央部において台車枠との間に与えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の輪軸間に機械的連携機構を与えて該輪軸同士の運動に連携を与える鉄道車両用の操舵台車に関し、特に、緩和曲線出入口のような曲率の変化する曲線軌道をよりスムーズに通過可能な鉄道車両用の操舵台車に関する。

鉄道車両用の台車において、前後方向に離間して配置された一対の輪軸のそれぞれについてその前後方向に支持剛性を低減させた上で、リンク機構のような機械的連携機構を与えた操舵台車が知られている。リンク機構により一対の輪軸の操舵角を互いに逆位相になるように連結すると、その自己操舵性により曲線軌道では輪軸のそれぞれが曲率半径中心を向くように操舵されて、曲線軌道の通過性能が向上するのである。

例えば、特許文献１では、輪軸を回転支持する軸箱が台車枠に対して前後方向に移動自在に支持されており、台車枠の側はりに沿って平行に配置された上下２本の平行リンクとその端部を連結する水平リンク（縦梃）とによるＺリンクを該軸箱に係合させた操舵台車を開示している。水平リンクの一端部は車体と連結されており、車体と台車枠のヨーイングによりＺリンクが駆動せしめられ、一対の輪軸の操舵角を互いに逆位相になるように強制操舵して曲線の通過性能を高めている。

上記した台車枠の側はりの側部にあって鉛直面内で駆動するＺリンクを設けた操舵台車において、リンク機構による一対の輪軸の操舵角の調整を曲線軌道の曲率半径に合わせてＺリンクに掛かる荷重を制御しながら行う操舵台車も知られている。このような操舵台車によれば、大きな曲線軌道から小さな曲線軌道までスムーズに通過することができる。

例えば、特許文献２は、台車枠の側はりの側部に設けられたＺリンクと車体との間に油圧アクチュエータを設け、曲線軌道検出部によって検出された曲線軌道の曲率半径によって、油圧アクチュエータの油圧を変化させる操舵台車を開示している。曲率半径が小さく、Ｚリンクに掛かる荷重が大となると、荷重を油圧アクチュエータにて吸収し、一対の輪軸の操舵角を調整する。かかる操舵台車によれば、台車重量を大きくすることなく、すなわちバネ下重量を大きくすることなく、曲率半径の大きな曲線軌道から小さな曲線軌道までスムーズに通過することが出来る、と述べている。

更に、曲率半径の大きな曲線軌道から、例えば、駅構内等の非常に曲率半径の小さな曲線軌道まで速度を落とすことなくスムーズに通過させることが望まれた。これに対して、前後一対の輪軸のそれぞれが正確に曲率中心を向き得るよう、操舵角度幅を大きく出来る操舵台車も知られている。

例えば、特許文献３では、Ｚリンクを台車枠の側はりの側部ではなくその上部に設け、軌道面内に対して水平面内で駆動させる操舵台車を開示している。かかるリンク機構によれば、一対の輪軸の操舵角をより大きくすることが出来て、更に、一対の輪軸に等しい操舵角を与えることが出来るから、曲率半径の大きな軌道から、曲率半径の非常に小さな曲線軌道まで、よりスムーズに通過させ得ると述べている。

特開平４−１９２６４号公報 特開平８−１０４２３３号公報 特開平１０−２０３３６４号公報

ところで、実際の曲線軌道では、その出入口で曲率半径を大きくした緩和曲線を設けている。高速で通過していく操舵台車においては、このような曲率半径の変化に素早く追従して輪軸の操舵角を変化させる必要がある。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、緩和曲線のような曲率半径の変化する曲線軌道をよりスムーズに通過可能な鉄道車両用の操舵台車を提供することにある。

本発明による操舵台車は、複数の輪軸間に機械的連携機構を与えて該輪軸同士の運動に連携を与える鉄道車両用の操舵台車であって、前記輪軸を軸箱及び軸箱支持装置を介して保持する台車枠と、その長手方向の両端部上に配置された２つの枕ばねを間に介して車体をその上に支持する枕はりと、を含み、前記台車枠と前記枕はりとを略平行に対峙させるように離間させた上で前記台車枠に対して前記枕はりを回転自在に支持する回転支持機構を前記枕はりの前記長手方向の中央部において前記台車枠との間に与えたことを特徴とする。

かかる発明によれば、車体荷重は、枕はりの長手方向の中央部において台車枠との間に与えられた回転支持機構により枕はりを介して台車枠に支持される。つまり、回転支持機構は、台車枠と枕はりとを略平行に対峙させるように離間させた上で、台車枠に対して枕はりを回転自在に支持する。これにより、回転軸から離れた位置で台車枠に対して枕はりを下から持ち上げるようにして摺動自在に支持した場合と回転モーメントを比較して、回転抵抗を大きく減じ得る。故に、緩和曲線のような曲率半径の変化する曲線軌道であっても、枕はりに対して台車枠が曲率半径に合わせて速やかに回転して、機械的連携機構（リンク機構）による一対の輪軸の操舵角の調整を速やかに行い得て、よりスムーズな曲線軌道の通過を可能とするのである。

上記した発明において、前記台車枠に対する前記枕はりの回転抵抗を変化させる回転抵抗可変手段を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、曲率半径の変化に対してアクティブにリンク機構による一対の輪軸の操舵角の調整を行い得るので、曲線軌道をよりスムーズに通過可能となる。

上記した発明において、前記回転支持機構はクロスローラベアリングであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、枕はりに対して台車枠を速やかに回転させることが出来て、リンク機構による一対の輪軸の操舵角の調整を行い得るので、よりスムーズに通過可能となる。

上記した発明において、前記台車枠の上に与えられ、前記枕はりの前記長手方向の両端部下面に当接し得る側受を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、回転軸から離れた位置にある側受での台車枠と枕はりとの接触荷重が低減できるので、枕はりに対して台車枠を回転させる回転モーメントを高めることなく、台車枠と枕はりとを略平行に対峙させるように離間させ得る。

上記した発明において、前記回転抵抗可変手段は前記枕はり及び前記台車枠の間に配置された減衰力可変ダンパ又はアクチュエータであって、前記回転支持機構を挟んで一対を有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、回転支持機構を挟んだ両側に回転抵抗可変手段を与えるから、回転モーメントを利用して、小さな荷重で枕はりに対して台車枠を回転させ得る。つまり、曲率半径の変化に対してアクティブにリンク機構による一対の輪軸の操舵角の調整を行い得るので、曲線軌道をよりスムーズに通過可能となる。

本発明による操舵台車の平面図である。 本発明による操舵台車の側面図である。 本発明による操舵台車の要部の図である。 本発明による操舵台車の要部の平面図である。 本発明による操舵台車と車体とを正面で見た図である。 本発明による操舵台車の動きを平面で見た図である。 本発明による操舵台車の動きを平面で見た図である。 本発明による操舵台車の要部の動きを平面で見た図である。

次に、本発明の１つの実施例である複数の輪軸間に機械的連携機構を与えて該輪軸同士の運動に連携を与える鉄道車両用の操舵台車について、図１乃至図５を用いて詳細を説明する。

図１及び図２に示すように、操舵台車１は車体２とともに線路３の上を矢印の方向に向けて走行するものとし、この矢印の方向を以後、前方と称することとする。また、線路３の中心軸を挟んで左右と称することとする。

車軸１４ａ及び車輪１６ａからなる輪軸１２ａと、車軸１４ｂ及び車輪１６ｂからなる輪軸１２ｂとは、一対として、進行方向前後に離間して配置される。車軸１４ａ及び１４ｂは、車輪１６ａ及び１６ｂの中心孔に貫挿され外側に向けて突出している。かかる突出端部には、その内部に図示しないベアリングなどを含む軸箱１８ａ及び１８ｂが取り付けられ、車軸１４ａ及び１４ｂは軸箱１８ａ及び１８ｂに対して回転自在である。

軸箱１８ａ及び１８ｂと台車枠２０の側はり２０ａとの間には、それぞればね１９ａ及び１９ｂが挿入されており、軸箱１８ａ及び１８ｂは、進行方向前後に沿って移動自在である。ここで図１では省略したが、図３に示すように、軸箱１８ａは、台車枠２０に対して前後方向にばね１９ａにより移動自在なだけでなく、台車枠２０に対して上下方向にばね１９ａ１により移動自在であって、且つ、左右方向にばね１９ａ２により移動自在に支持されている。つまり、軸箱１８ａは互いに直交する三方向に移動自在となるように、ばね１９ａ、１９ａ１及び１９ａ２を含む軸箱支持装置により支持されている。また、軸箱１８ｂについても同様である。

再び、図１及び図２を参照すると、台車枠２０の横はり２０ｂの長手方向中央上には、回転支持機構であるクロスローラベアリング２２が設けられている。クロスローラベアリング２２の上には、枕はり（ボルスタ）３０が載置されて固定される。つまり、クロスローラベアリング２２を横はり２０ｂ及び枕はり３０の間に介在させることで、横はり２０ｂに対して枕はり３０を上方に離間させた上で略平行に対峙させつつ、台車枠２０の横はり２０ｂに対して枕はり３０を回転自在に支持する。なお、横はり２０ｂの両端部近傍上には、側受２０ｂ２が補助的に設けられているが、クロスローラベアリング２２により横はり２０ｂと枕はり３０とは離間して略平行に維持されているから、従来の台車のように、側受２０ｂ２の上に枕はり３０の荷重が大きく負荷されることはない。

クロスローラベアリング２２を挟んで台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０との間には、一対のダンパ３２が取り付けられている。ダンパ３２の一端部３２ａは、枕はり３０の前方に回転自在にピン接続され、他端部３２ｂは横はり２０ｂから前方へ向けて突出した取付部２０ｂ１の前方突出端部に回転自在にピン接続されている。ダンパ３２の減衰力は、ダンパ制御装置１０１からの信号によって可変であって、このような減衰力可変ダンパ３２は、台車枠２０に対する枕はり３０の回転抵抗を変化させる回転抵抗可変手段として機能する。なお、ダンパ３２は電源オフ時やフェール時に輪軸の操舵角に急激な影響を与えないよう、減衰力を大となるように設定されている。詳細については後述する。

一対のクランクプレート３５ａ及び３５ｂは、側はり２０ａの上にあって、側はり２０ａの上の回転軸３５’を軸に回転自在に取り付けられている。なお、図１では、横はり２０ｂの伸張する方向と平行に配置されている。

ここで図４を併せて参照すると、クランクプレート３５ａ及び３５ｂの外側端部には、コンロッド３６ａ及び３６ｂの一端部３６ａ１及び３６ｂ１がそれぞれ回転自在にピン接続されている。また、コンロッド３６ａ及び３６ｂの他端部３６ａ２及び３６ｂ２は、対応する前方の軸箱１８ａの上に回転自在にピン接続されている。更に、クランクプレート３５ａ及び３５ｂの内側端部近傍には、コンロッド３７ａ及び３７ｂの一端部３７ａ１及び３７ｂ１がそれぞれ回転自在にピン接続されている。また、コンロッド３７ａ及び３７ｂの他端部３７ａ２及び３７ｂ２は、対応する後方の軸箱１８ｂに回転自在にピン接続されている。

クランクプレート３５ａ及び３５ｂの最内側端部には、リンクプレート３８の後端部がピン接続されている。リンクプレート３８は、枕はり３０の長手方向端部の裏面側に植設されたピン３１に回転自在にピン接続されている。後述するように、台車枠２０の横はり２０ｂに対して枕はり（ボルスタ）３０は、横はり２０ｂ上のクロスローラベアリング２２を軸に回転するが、このときクランクプレート３５ａ及び３５ｂも、横はり２０ｂ上の回転軸３５’を軸に回転する。

特に図２及び図５に示すように、枕はり３０の両端部上には、枕ばね４０が車体２との間に設けられている。また、枕はり３０と車体２とは、ボルスタアンカー４２を介して接続されている。

次に、上記した鉄道車両用の操舵台車１の動作について、図６乃至図８に、適宜、図１乃至図５を参照しつつ、詳細を説明する。

車両が直線軌道を走行中にあっては、車体２と線路３を固定した軌道とが平行を維持している。このとき、特に、図５及び図８（ａ）を参照すると、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０とはクロスローラベアリング２２によって互いに上下方向に離間されつつ、その長手方向を一致させている。

また、特に図４及び図６を参照すると、台車枠２０の左右のリンク、すなわち、クランクプレート３５ａ、コンロッド３６ａ及びコンロッド３７ａと、クランクプレート３５ｂ、コンロッド３６ｂ及びコンロッド３７ｂとは、線路３の中心線を挟んで鏡面対称に配置されている。

一方、特に図７を参照すると、車両が曲線軌道を走行中にあっては、横圧を低減するよう、自己操舵により車軸１４ａ及び１４ｂには、それぞれ軸線Ｐ１及びＰ２を線路３の曲率半径中心Ｃに向かせるように力が働く。これにより内輪側のコンロッド３６ｂ及びコンロッド３７ｂはその総長さを減じるように、また、外輪側のコンロッド３６ａ及びコンロッド３７ａはその総長さを伸ばすように、それぞれクランクプレート３５ｂ及びクランクプレート３５ａが、回転軸３５’を中心に回転する。また、一対のクランクプレート３５ａ及び３５ｂの内側に接続されたリンクプレート３８は、枕はり３０の裏面に植設されたピン３１と接続したまま移動する。これにより、輪軸１２ａ及び１２ｂの軸線Ｐ１及びＰ２は、横はり２０ｂの長手方向軸Ｐ３と角度αずつ回転するのである。

一方、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０とは、これらの長手方向中心位置に与えられた回転支持機構であるクロスローラベアリング２２を回転軸に、角度βだけオフセットする。このオフセット角度βは、曲線軌道の曲率半径と車体２に取り付けられた前後一対の操舵台車１の間の距離とに依存する。

ここで、曲率半径が連続的に変化するような軌道、例えば、直線軌道から曲線軌道への入口や出口における曲率半径を大きくした緩和曲線軌道などでは、操舵台車１を高速で通過させるためには、曲率半径の変化に素早く追従して輪軸のヨーイング量（操舵角）αを変化させる必要がある。すなわち、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０のオフセット角度βを素早く変化させなければならない。

これに対して、従来の台車装置であれば、台車枠２０の横はり２０ｂ及び枕はり３０の長手方向中心位置にはセンターピンが与えられ、センターピンから離間した横はりの両端部近傍上には枕はり３０との距離を一定に維持する側受が与えられていた。かかる台車装置においては、側受は枕はり３０の下面に摺動しながら、横はり２０ｂ及び枕はり３０の互いの距離を維持しつつ、横はり２０ｂ及び枕はり３０をセンターピンを中心に互いに回転せしめていた。曲線軌道では、車体２が曲線軌道内側に傾くため、この曲線軌道内側の側受に枕はり３０が強く押し付けられる。これはセンターピンを回転軸とした横はり２０ｂ及び枕はり３０との間の回転に対して回転抵抗として働くため、高速で横はり２０ｂ及び枕はり３０を互いに回転させることは困難であった。

本実施例では、上記したセンターピンをクロスローラベアリング２２とし、台車枠２０及び枕はり３０とを略平行に対峙させて上下方向に離間させた上で、台車枠２０に対して枕はり３０を回転自在に支持しているので、これによれば、回転抵抗をより少なくすることが出来て、高速で横はり２０ｂ及び枕はり３０をセンターピンを中心に互いに回転させ得るのである。

ところで、クロスローラベアリング２２を挟んで台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０との間には、ダンパ制御装置１０１からの信号によって減衰力を変化させ得る一対のダンパ３２が取り付けられている。この一対のダンパ３２のそれぞれの減衰力を調節して台車枠２０に対する枕はり３０の回転抵抗を制御出来る。つまり、例えば、図８（ａ）に示すように、直線軌道を走行中において、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０とが長手方向を一致させて一直線に重なった状態から、図８（ｂ）や（ｃ）に示すように、曲線軌道に進入して、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０とが互いに角度を与えられた場合に、時間遅れを調整し、曲率の連続して変化し得るような曲線軌道をよりスムーズに進行し得るのである。

なお、ダンパ３２はその電源オフ時やフェール時に輪軸の操舵角に急激な影響を与えないよう、その減衰力を大となるように設定されている。つまり、かかる場合にあっては、従来の側受によって与えられていたような大なる回転抵抗をダンパ３２で擬似的に与えて、高速走行時の走行安定性を確保できるようになっている。

以上、本実施例によれば、車体２の荷重は、枕はり３０の長手方向の中央部において台車枠２０との間に与えられたクロスローラベアリング２２により枕はり３０を介して台車枠２０に支持される。つまり、クロスローラベアリング２２は、台車枠２０の横はり２０ｂと枕はり３０とを略平行に対峙させるように離間させた上で、横はり２０ｂに対して枕はり３０を回転自在に支持する。これにより、回転軸から離れた位置にある側受２０ｂ２だけで台車枠２０に対して枕はり３０を下から持ち上げるようにして摺動自在に支持する場合と比較して、回転軸からの距離による回転モーメントを考慮すれば、回転抵抗を大きく減じ得るのである。故に、緩和曲線のような曲率半径の変化する曲線軌道であっても、枕はり３０に対して台車枠２０が曲率半径に合わせて速やかに回転して、機械的連携機構（リンク機構）による一対の輪軸１２ａ及び１２ｂの操舵角αの調整を速やかに行い得て、よりスムーズな曲線軌道の通過を可能とするのである。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく変形例を示したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。例えば、リンク機構は上記したような水平面内で展開する水平リンクだけでなく、鉛直面内で展開する鉛直リンクであってもよく、公知の各種リンクを用いることが出来る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことが出来るであろう。

１ 操舵台車
２ 車体
３ 線路
１２ａ、１２ｂ 輪軸
１４ａ、１４ｂ 車軸
１６ａ、１６ｂ 車輪
１８ａ、１８ｂ 軸箱
２０ 台車枠
２０ａ 側はり
２０ｂ 横はり
２２ クロスローラベアリング
３０ 枕はり（ボルスタ）
３２ ダンパ
３５ａ、３５ｂ クランクプレート
３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ コンロッド
３８ リンクプレート
４０ 枕ばね
４２ ボルスタアンカー
１０１ ダンパ制御装置

Claims (5)

1. 複数の輪軸間に機械的連携機構を与えて該輪軸同士の運動に連携を与える鉄道車両用の操舵台車であって、
   前記輪軸を軸箱及び軸箱支持装置を介して保持する台車枠と、
   その長手方向の両端部上に配置された２つの枕ばねを間に介して車体をその上に支持する枕はりと、を含み、
   前記台車枠と前記枕はりとを略平行に対峙させるように離間させた上で前記台車枠に対して前記枕はりを回転自在に支持する回転支持機構を前記枕はりの前記長手方向の中央部において前記台車枠との間に与えたことを特徴とする鉄道車両用の操舵台車。
2. 前記台車枠に対する前記枕はりの回転抵抗を変化させる回転抵抗可変手段を有することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用の操舵台車。
3. 前記回転支持機構はクロスローラベアリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用の操舵台車。
4. 前記台車枠の上に与えられ、前記枕はりの前記長手方向の両端部下面に当接し得る側受を有することを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用の操舵台車。
5. 前記回転抵抗可変手段は前記枕はり及び前記台車枠の間に配置された減衰力可変ダンパ又はアクチュエータであって、前記回転支持機構を挟んで一対を有することを特徴とする請求項２乃至４のうちの１つに記載の鉄道車両用の操舵台車。