JP2014213668A - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Abstract

【課題】車体重量によって台車枠に生じる偏った荷重及び曲げ荷重を低減して、台車枠を簡素かつ軽量にする。【解決手段】鉄道車両用台車１は、車幅方向に延びる横ばり５と、横ばり５の車幅方向の両端部を支持した状態で車両長手方向に延びる板バネ３０とを有し、車体に対してヨーイング方向に回動可能な台車枠４と、車幅方向に沿って配置された車軸６と、車軸６の車幅方向両側に設けられ、車軸６を回転自在に支持する軸受８と、軸受８を収容して板バネ３０を下方から支持する軸箱９と、ボルスタ３の下面に設けられた被擦り板２３に対して摺動可能に接触するために台車枠４の上面に設けられた擦り板３７と、を備え、擦り板３７は、平面視において、横ばり５と板バネ３０とが交差する領域Ａ１内に収まるように配置され、かつ、板バネ３０の車両長手方向に延びる中心線Ｃ１上に配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、鉄道車両の車体を支持する台車に関する。

鉄道車両の車体の床下には、車体を支持してレール上を走行するための台車が設けられている。特許文献１には、車体にボルスタアンカを介して取り付けられるボルスタと、そのボルスタに対して旋回可能なようにボルスタを下方から支持する台車枠とを備えた台車が開示されている。台車枠には、蛇行動を抑制するために、ボルスタの下面の摺動部に接触して旋回抵抗を付与する側受が設けられている。側受は、ボルスタの摺動部との間の摺動ストローク長を小さくするため、旋回中心となる心皿の近くに配置するのが一般的である。

特許文献２には、走行条件に応じて旋回抵抗を調整可能な旋回抵抗調整装置を備えた台車が開示されている。その旋回抵抗調整装置は、車体の摺動心皿の外周面に側方から接触可能に台車枠に設けられた制動子と、その制動子を走行条件に応じて摺動心皿に接触又は離隔させるアクチュエータとを備えている。このように、引用文献２には、台車枠の旋回中心の近傍領域が旋回抵抗調整装置に占有されているために、側受を旋回中心から離れた台車枠の左右両端に配置した態様が開示されている。

特開２０１０−７００００号公報 特開２００７−２１６８７６号公報

しかしながら、特許文献２の台車では、側受が、台車枠のうち車両長手方向に延びる側ばりの上面の車幅方向外側に偏って配置されている。そのため、側受に負荷される車体荷重によって、側ばりには車幅方向外側に偏った荷重が負荷されることになる。そうすると、台車枠の強度要求が高まるため、台車枠を補強等する必要が生じ、台車枠が複雑で重たいものになる。また、側受が台車枠の横ばりの上面に位置していると、横ばりに車体重量による曲げ荷重が生じるため、これも台車枠の強度要求を高めてしまう原因となる。

そこで本発明は、車体重量によって台車枠に生じる偏った荷重及び曲げ荷重を低減して、台車枠を簡素かつ軽量にすることを目的としている。

本発明に係る鉄道車両用台車は、鉄道車両の車体を支持するための台車であって、車幅方向に延びる横ばりと、前記横ばりの車幅方向の両端部を支持した状態で車両長手方向に延びる側部材とを有し、前記車体に対してヨーイング方向に回動可能な台車枠と、車幅方向に沿って配置された車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられ、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容し、前記側部材を下方から支持する軸箱と、前記車体に取り付けられる部材の下面に設けられた被擦り板に対して摺動可能に接触するために前記台車枠の上面に設けられた擦り板と、を備え、前記擦り板は、平面視において、前記横ばりと前記側部材とが交差する領域内に収まるように配置され、かつ、前記側部材の車両長手方向に延びる中心線上に配置されている。

前記構成によれば、平面視において横ばりと側部材とが交差する領域内に収まるように側部材の車両長手方向に延びる中心線上に擦り板が配置されているので、被擦り板を介して擦り板に加わる車体荷重が、軸箱に支持された側部材に対して真上から負荷される。よって、側部材に車幅方向に偏った荷重が負荷されることが防止されるとともに、横ばりに車体重量による曲げ荷重が生じることが防止される。その結果、台車枠の強度要求を緩和でき、台車枠を簡素かつ軽量にすることが可能になる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、側部材に車幅方向に偏った荷重が負荷されることが防止されるとともに、横ばりに車体重量による曲げ荷重が生じることが防止されるので、台車枠の強度要求を緩和でき、台車枠を簡素かつ軽量にすることが可能となる。

第１実施形態に係る鉄道車両用台車を示す斜視図である。 図１に示す台車の平面図である。 図１に示す台車のボルスタを外した状態における斜視図である。 図３に示す台車の平面図である。 図１に示すボルスタを斜め下方から見た斜視図である。 図２のVI−VI線断面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 第２実施形態に係る鉄道車両用台車を示す側面図である。 図８に示す台車の平面図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が進行する方向であって車体が延びる長さ方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する（なお、実施形態においては、車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称す。）。また、図面中において同一の構成については同一符号を付している。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両用台車１を表した斜視図である。図２は、図１に示す台車１の平面図である。図１及び２に示すように、鉄道車両用の台車１は、二次サスペンションとなる空気バネ２を介して車体（図示せず）に取り付けられて車体を支持するボルスタ３と、ボルスタ３をヨーイング方向に相対回動自在に支持する台車枠４とを備えている。ボルスタ３は、台車１の車両長手方向の中央において車幅方向に延びており、その左右両端部の上面に空気バネ２が設置されている。台車枠４は、左右方向である車幅方向に延びて車体を支持する横ばり５と、横ばり５の車幅方向の両端部を下方から支持した状態で車両長手方向に延びる板バネ３０（側部材）とを備えている。

横ばり５は、ボルスタ３に対して旋回案内機構１３を介して旋回可能に接続されており、ボルスタ３は、空気バネ２及びボルスタアンカ１２を介して車体（図示せず）に接続されている。本実施形態では、旋回案内機構１３は、横ばり５の中心の上面に形成された凹部１３ａと、ボルスタ３の中心の下面３ｂから突出して凹部１３ａに嵌合する凸部１３ｂとを備えている。横ばり５の前方及び後方には、車幅方向に沿って前後一対の車軸６が配置されており、車軸６の車幅方向両側には車輪７が固定されている。車軸６の車幅方向の両端部には、車輪７よりも車幅方向外側にて車軸６を回転自在に支持する軸受８が設けられ、軸受８は軸箱９に収容されている。横ばり５には、電動機１０が取り付けられており、電動機１０の出力軸には、車軸６に動力を伝達する減速機１１が接続されている。

横ばり５と軸箱９との間には、車両長手方向に延びた板バネ３０が架け渡されており、板バネ３０の長手方向の中央部３０ａ（図６参照）が横ばり５の車幅方向の両端部を下方から支持し、板バネ３０の長手方向の両端部３０ｂが軸箱９に下方から支持されている。即ち、板バネ３０が、一次サスペンションの機能と従来の側ばりの機能とを兼ねている。板バネ３０は、例えば、繊維強化樹脂で形成されており、板バネ３０の中央部３０ａ（図６参照）は、横ばり５の下方に潜り込むように配置されている。横ばり５の車幅方向の両端部の下部には、一対の受け座１７，１８の間において、側面視で円弧状の下面３１ａを有する押圧部材３１（図６参照）が設けられ、押圧部材３１が板バネ３０の中央部３０ａに上方から載せられている。即ち、押圧部材３１は、板バネ３０を上下方向に固定しない状態で、横ばり５が伝達する車体荷重によって板バネ３０の上面を下方に押圧している。なお、押圧部材３１は、剛性部材（例えば、金属又は繊維強化樹脂等）で形成されている。

軸箱９の上部にはバネ座３３が取り付けられており、バネ座３３に板バネ３０の両端部３０ｂが上方から載せられている。即ち、板バネ３０の両端部３０ｂは、バネ座３３を介して軸箱９に支持されている。バネ座３３は、板バネ３０の両端部３０ｂの上面が中央部３０ａに向く方向に傾斜するように板バネ３０の両端部３０ｂを支持しており、板バネの中央部３０ａは、押圧部材３１（図６参照）の下面３１ａに押圧されて円弧形状となっている。即ち、板バネ３０は、その中央部３０ａが両端部３０ｂよりも下方に位置し、側面視で全体として下方に凸となる弓形状に形成されている。

軸箱９は、軸箱支持装置を構成する連結装置１５によって横ばり５の車幅方向の両端部に連結されている。連結装置１５は、軸箱９から一体に横ばり５側に向けて突出した軸ばり１６と、横ばり５側から軸ばり１６に向けて突出した一対の受け座１７，１８と、軸ばり１６の先端部１６ａを受け座１７，１８に弾性結合するためのゴムブッシュ等（図示せず）を有する連結部１９とを備えている。即ち、本実施形態の連結装置１５は、軸ばり式である。

図３は、図１に示す台車１のボルスタ３を外した状態における斜視図である。図４は、図３に示す台車１の平面図である。図３及び４に示すように、台車枠４の横ばり５の車幅方向の両端部の上面には、擦り板ユニット３５が設けられている。擦り板ユニット３５は、横ばり５の上面に固定された受け部材３６と、その受け部材３６の上面に形成された凹部に収容される擦り板３７とを備えている。擦り板３７は、受け部材３６から上方に突出している。擦り板３７は、所望の摩擦係数を有する材料で形成される。

擦り板３７は、平面視において、横ばり５と板バネ３０とが交差する領域Ａ１から食み出さないように配置されている。即ち、擦り板３７は、平面視において、領域Ａ１（図４のハッチング部分）内に収まるように配置されている。しかも、擦り板３７は、平面視において、板バネ３０の車両長手方向に延びる中心線Ｃ１上に配置されている。本実施の形態では、擦り板３７は、領域Ａ１の中心に配置されており、擦り板３７の中心が板バネ３０の中心線Ｃ１に一致している。擦り板３７は、平面視において、中心線Ｃ１を基準として左右対称な形状であり、本実施の形態では矩形状である。なお、横ばり５の上面において、旋回案内機構１３を構成する凹部１３ａと擦り板ユニット３５とで挟まれる領域内には他の機器（例えば、旋回抵抗調整装置等の可動機器）が配置されていない。

図５は、図１に示すボルスタ３を斜め下方から見た斜視図である。図５に示すように、ボルスタ３は、その車幅方向の両端部に下方に突出したブラケット２１が設けられている。そのブラケット２１には、車体（図示せず）とボルスタ３とを接続するためのボルスタアンカ１２が取り付けられている。ボルスタ３は、擦り板３７（図３参照）に対向する位置の下面を部分的に車両長手方向に拡大するように車両長手方向両側に突出した突出部３ａを有している。そして、ボルスタ３の両端部の下面には、擦り板３７（図３参照）に摺動自在に接触する被擦り板２３が取り付けられている。被擦り板２３は、擦り板３７に対向しうる位置に設けられ、突出部３ａの下面を含む位置に設けられている。被擦り板２３は、所望の摩擦係数を有する材料で形成される。本実施形態では、被擦り板２３及び擦り板３７が旋回中心から離れて配置されることで、台車枠４が旋回したときの擦り板３７の摺動軌跡が長くなるため、被擦り板２３及び擦り板３７には、摺動抵抗が大きくならないように樹脂等の低摩擦材を用いている。 また、同じ摩擦係数の擦り板を旋回中心から離れて配置した場合、台車の回転抵抗が増大し、曲線通過時に車輪には多大な横圧が作用する。そのため、作用する横圧を考慮すると、従来のような高い摩擦係数を有する擦り板を用いる場合には、旋回中心から大きく離れて位置に擦り板を配置することができない。そこで、本実施の形態のように、摩擦係数の低い擦り板を用いることで旋回中心から離れた位置に配置することが可能となる。なお、ボルスタ３の下面において、旋回案内機構１３を構成する凸部１３ｂと被擦り板２３とで挟まれる領域内には他の機器（例えば、旋回抵抗調整装置等の可動機器）は配置されていない。

図６は、図２のVI−VI線断面である。図７は、図６のVII−VII線断面図である。図６及び７に示すように、横ばり５の車幅方向両端部の下面には押圧部材３１が設けられている。横ばり５の両端部の下面には、凸部からなる嵌合部５ａが形成され、押圧部材３１の上面には、嵌合部５ａに嵌合される被嵌合部３１ｂが形成されている。押圧部材３１は、板バネ３０の下面を支持せずに開放した状態で板バネ３０の車両長手方向の中央部３０ａに上方から載せられている。言い換えれば、押圧部材３１は、板バネ３０に対して上下方向に固定されない状態で板バネ３０の上面を離隔可能に下方に押圧している。即ち、押圧部材３１は、空気バネ２（図１参照）、ボルスタ３、被擦り板２３、擦り板３７、受け部材３６及び横ばり５を介して伝達される車体荷重によって、板バネ３０の上面への押圧が保たれた状態となっている。

押圧部材３１の板バネ３０を押圧する下面３１ａは、板バネ３０の長手方向に直交する方向（車幅方向）である側方から見て、下方に向けて凸な円弧形状を呈している。板バネ３０の押圧部材３１に押圧される中央部３０ａの上面も、板バネ３０の長手方向に直交する方向（車幅方向）である側方から見て、下方に向けて凸な円弧形状を呈している。台車１が車体（図示せず）を支持していない状態において、押圧部材３１の下面３１ａの曲率は、板バネ３０の中央部３０ａの上面の曲率よりも大きい。台車１が車体（図示せず）を支持した状態では、車体重量によって横ばり５が下方に沈むように板バネ３０が弾性変形し、板バネ３０の中央部３０ａの曲率は増加するが、車体（図示せず）に乗客が乗っていない空車時には、押圧部材３１の下面３１ａの曲率が板バネ３０の中央部３０ａの曲率よりも大きい状態が保たれる。よって、押圧部材３１の下面３１ａと板バネ３０の中央部３０ａの上面との間には、押圧部材３１の最下端の長手方向両側において隙間が形成される。

図６に示すように、車幅方向から見て、擦り板３７は、押圧部材３１の中心を通過した鉛直方向に延びる中心線Ｃ２に重なるように配置されている。本実施の形態では、車幅方向から見て、擦り板３７の中心が、押圧部材３１の下面３１ａの最下点を通過した鉛直方向に延びる中心線Ｃ２上に位置している。また、図７に示すように、車両長手方向から見て、擦り板３７は、押圧部材３１の中心を通過した鉛直方向に延びる中心線Ｃ３に重なるように配置されている。本実施の形態では、車幅方向から見て、擦り板３７の中心が、押圧部材３１の鉛直方向に延びる中心線Ｃ２上に位置している。また、被擦り板２３の車幅方向の内側端から擦り板３７までの車幅方向距離Ｌ１は、被擦り板２３の車幅方向の外側端から擦り板３７までの車幅方向距離Ｌ２よりも大きい。これは、左右の擦り板３７が横ばり５の中心から車幅方向に離れて配置され、台車枠４がボルスタ３に対してヨーイング方向に回動したときに、車両長手方向から見て擦り板３７が被擦り板２３に対して車幅方向内側に相対移動しうるためである。

以上に説明した構成によれば、台車枠４がボルスタ３に対してヨーイング方向に回動したときに、ボルスタ３の下面に設けた被擦り板２３に対して台車枠４の上面に設けた擦り板３７が摺動接触し、適切な回動抵抗が付与される。そして、平面視において横ばり５と板バネ３０とが交差する領域内に収まるように板バネ３０の車両長手方向に延びる中心線Ｃ１上に擦り板３７が配置されているので、被擦り板２３を介して擦り板３７に加わる車体荷重が、軸箱９に支持された板バネ３０に対して真上から負荷される。よって、板バネ３０に車幅方向に偏った荷重が負荷されることが防止されるとともに、横ばり５に車体重量による曲げ荷重が生じることが防止される。

しかも、本実施の形態では、押圧部材３１と板バネ３０とが離反可能に接触した構成であるため、押圧部材３１から板バネ３０に対して偏った荷重が付与されやすいが、上記のように擦り板３７を配置したので、板バネ３０に偏った歪が生じることが抑制され、板バネ３０を好適に保護することが可能となる。その結果、台車枠４の強度要求を緩和でき、台車枠４を簡素かつ軽量にすることが可能になる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る鉄道車両用台車１０１を示す側面図である。図９は、図８に示す台車１０１の平面図である。図８及び９に示すように、第２実施形態の台車１０１は、側部材として板バネ３０を用いていない。第２実施形態の台車枠１０４は、車幅方向両側において車両長手方向に延びる一対の側ばり１３０（側部材）と、一対の側ばり１３０の車両長手方向の前後方向中央部を互いに連結するように車幅方向に延びる横ばり１０５とを有している。側ばり１３０は、横ばり１０５に溶接等で固定されており、台車枠１０４は、全体として平面視でＨ形状を呈している。

側ばり１３０の車両長手方向の端部１３０ｂと軸箱９との間には、コイルバネ（軸バネ）からなる軸箱支持装置１３３が介設されている。軸箱９からは一体的に台車中央に向けて前後方向に軸ばり１１６が延びており、その軸ばり１１６の端部がゴムブッシュ等を介して側ばり１３０に弾性的に連結されている。即ち、台車１０１は、いわゆる軸ばり式の軸箱支持装置を備えている。なお、この軸箱支持装置については、軸ばり式以外の他の方式を用いてもよい。

台車枠１０４の上面には、平面視において、横ばり１０５と側ばり１３０とが交差する領域Ａ２にて擦り板ユニット３５が設置されている。擦り板３７は、平面視において、横ばり１０５と側ばり１３０とが交差する領域Ａ２から食み出さないように配置されている。即ち、擦り板３７は、平面視において、領域Ａ２内に収まるように配置されている。しかも、擦り板３７は、平面視において、側ばり１３０の車両長手方向に延びる中心線Ｃ４上に配置されている。本実施の形態では、擦り板３７は、領域Ａ２の中心に配置されており、擦り板３７の中心が側ばり１３０の中心線Ｃ４に一致している。なお、横ばり１０５の上面において、旋回案内機構１３を構成する凹部１３ａと擦り板ユニット３５とで挟まれる領域内には他の機器（例えば、回抵抗調整装置等の可動機器）が配置されていない。図示はしないが、台車枠１０４は、第１実施形態と同様のボルスタ３を下方から支持する。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため同一符号を付与する等して詳細な説明を省略する。

本発明は前述した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その構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。上述した実施形態では、ボルスタ付き台車を例示したが、本発明をボルスタレス台車に適用してもよい。その場合、被擦り板は車体に直接取り付けられてもよい。

以上のように、本発明に係る鉄道車両用台車は、上述した優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる鉄道車両用台車に広く適用すると有益である。

１，１０１ 台車
３ ボルスタ
４，１０４ 台車枠
５，１０５ 横ばり
６ 車軸
８ 軸受
９ 軸箱
２３ 被擦り板
３０ 板バネ（側部材）
３７ 擦り板
１３０ 側ばり（側部材）

Claims (2)

1. 鉄道車両の車体を支持するための台車であって、
   車幅方向に延びる横ばりと、前記横ばりの車幅方向の両端部を支持した状態で車両長手方向に延びる側部材とを有し、前記車体に対してヨーイング方向に回動可能な台車枠と、
   車幅方向に沿って配置された車軸と、
   前記車軸の車幅方向両側に設けられ、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容し、前記側部材を下方から支持する軸箱と、
   前記車体に取り付けられる部材の下面に設けられた被擦り板に対して摺動可能に接触するために前記台車枠の上面に設けられた擦り板と、を備え、
   前記擦り板は、平面視において、前記横ばりと前記側部材とが交差する領域内に収まるように配置され、かつ、前記側部材の車両長手方向に延びる中心線上に配置されている、鉄道車両用台車。
2. 前記側部材は、前記横ばりの車幅方向の両端部を下方から支持する板バネである、請求項１に記載の鉄道車両用台車。

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