JP2016132403A - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で平面性捻れに対応し車輪の輪重抜け防止が可能な鉄道車両用台車の提供。【解決手段】レール５０の前後方向に配置された左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂと、枕木方向に配置された横梁１１０が接合された鉄道車両用台車枠１００を備える鉄道車両用台車枠１００において、横梁１１０は、少なくとも１カ所が切断され、該切断部分は上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂとで接続される。この結果、横梁全体の捻れ剛性を調節し、台車が平面性捻れに追従し易くなる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の台車に関し、詳しくは側梁と横梁とからなる台車の横梁の構造を工夫することで、軌道平面性変位の大きな箇所で輪重減少を抑制して脱線を防ぐ技術に関する。

鉄道車両用台車枠は、レール方向（台車枠の前後方向）に沿って配置された左右２本の側梁と、枕木方向（台車枠の左右方向）に沿って配置された横梁とが連結されて構成されている。こうした形状の鉄道車両用台車枠には、従来から様々な構造のものが提案されている。

特許文献１には、鉄道車両用台車枠に関する技術が開示されている。左右の側梁に一本の横梁が接合され、横梁は前後方向に幅広の扁平形状に形成され、側梁を貫通して接合される左右の接合部と、その左右の接合部の間にあって中央に長円形状の貫通孔が形成された中間部とを有している。この中間部にモータが取付けられる場合には、ブラケットによる前後方向の位置調整が必要ないように前後方向の幅寸法が接合部よりも大きく形成されている。また、左右の側梁の内側にブレーキをそれぞれ取付ける左右方向の寸法を有する。この為、機器取付け性に優れた鉄道車両用台車枠を提供可能となっている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いた台車枠を鉄道台車に用い、軌道変位が生じた場所を通過する際は、台車に平面性捻れが生じるものの捻れに追従できずに車輪の輪重抜けなどが発生するおそれがある。例えば、列車の繰り返し通過や自然現象に起因して、レールに予測不可能な不整が生じる場合がある。また、曲線の出入り口には左右レールの高度差が連続的に変化するカント遁減区間が設けられている。この様な箇所では、レールの高さが左右で不均衡となり、台車に捻れが生じる。特に台車の重量が軽い場合は、その影響を強く受けると考えられる。そこで、特許文献２のような技術を用いることが考えられる。

特許文献２には、鉄道車両用台車に関する技術が開示されている。車両進行方向にほぼ沿って伸びると共に枕木方向に離間して配置された一対の側梁と、側梁に設けられた輪軸の端部を保持する軸箱と、軸バネを介して軸箱を支持する軸箱支持装置と、枕木方向に沿って伸び、一対の側梁の中間部間を連結する横梁とを備える鉄道台車を、左右の側梁を枕木方向にほぼ沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部が設けられる。こうすることで、車両の乗り心地及び高速走行性能を確保しつつ、軌道に対する車輪の追従性を増している。

特許第４８８９８３１号公報 特開２０１１―１４８３６７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術は、この平面性捻れに対応するために側梁に軸受けを設ける構造である。軸受けと軸とは、回転摺動部となるため、定期的なメンテナンスが必要となる。このメンテナンスは、車両構体を台車から降ろした上で、台車を分解したて行う必要があると考えられる。しかし、台車に回転摺動部を備えることで、側梁の構造が複雑化しメンテナンスの頻度を高くする必要があると考えられる他、台車の組み付け精度を高める必要があるなど、メンテナンス作業の困難化が予想される。この為、特許文献２に記載の技術を用いた鉄道車両台車では、メンテナンスコストが高くなるなどの問題がある。

前記課題を解決するために、本発明の一態様による鉄道車両用台車は、以下のような特徴を有する。

（１）レール方向に配置された左側梁及び右側梁と枕木方向に配置された横梁が接合されてなる台車枠と、を備える鉄道車両用台車において、前記横梁は、少なくとも１カ所が切断され、該切断部分は上側接続部材と下側接続部材とで接続されていること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の鉄道車両用台車において、前記横梁は、前記レール方向に並んだ第１横梁と第２横梁を含み、前記第１横梁は、前記切断部分を挟んだ左側部材片と右側部材片よりなり、前記左側部材片と前記右側部材片の向かい合う一端部が、前記上側接続部材と前記下側接続部材とで接続されていること、が好ましい。

（３）（１）に記載の鉄道車両用台車において、前記横梁は、前記左側梁に接合される左側根本部と前記右側梁に接合される右側根本部と、前記左側根本部と前記右側根本部とを接続する、前記レール方向に並ぶ第１接続部と第２接続部を有し、前記第１接続部には前記切断部分が形成され、前記切断部分は前記上側接続部材と前記下側接続部材とで接続されていること、が好ましい。

上記（１）に記載の態様によれば、鉄道車両用台車枠は、横梁と側梁とから構成されており、横梁は少なくとも１カ所で切断されている。そして、この切断部分は上側接続部材と下側接続部材とで接続されている。ここで例えば左側梁の先端部がＺ軸方向上側に傾いた際に、右側梁の先端部がＺ軸方向下側に傾くことで、左側梁と右側梁が異なる挙動を示し、これに伴って側梁に連結される横梁にはねじれ方向に力が加わったとする。つまり、台車に対して平面性捻れが発生した際に、横梁が切断されその部分が上側接続部材と下側接続部材とで接続されていることで、台車枠が平面性捻れに追従し易くなる。

日本国内においては、レールの継ぎ目位置を左右で合わせるよう敷設したり、レールの点検を頻繁に行って整備したりと、基本的には平面性捻れの発生は生じにくい。しかし、海外ではこうした配慮が為されていない国もあり、車両からの重量を受け止めるべく設計された台車の剛性が仇となるケースも想定される。また、課題で示したように、列車の繰り返し通過や自然現象に起因、或いはカント遁減区間など、平面性捻れの発生し易い箇所もある。特に、台車の自重が軽い場合には、この影響が強くなる。このため、横梁が切断されその部分が上側接続部材と下側接続部材とで接続されることでねじれ剛性を低減させている。

具体的には（２）に記載の態様のように、横梁がレール方向に並んだ横梁が第１横梁と第２横梁を含み、このうち第１横梁が切断部分を挟んだ左側部材片と右側部材片よりなり、左側部材片と右側部材片の向かい合う一端部が、上側接続部材と下側接続部材とで接続されている。又は（３）に記載の態様のように、横梁が左側梁に接合される左側根本部と右側梁に接合される右側根本部と、左側根本部と右側根本部とを接続する、前記レール方向に並ぶ第１接続部と第２接続部を有し、第１接続部には切断部分が形成され、切断部分が上側接続部材と下側接続部材とで接続されている。

このように横梁の一部分の剛性が低減されていることで台車全体のねじれ剛性が低減され、この結果、右側のレールと左側のレールの高さが部分的に異なるような、レール側の問題を台車で吸収することが可能となり、列車の乗り心地の改善や安全性の向上に寄与することができる。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の鉄道車両用台車において、前記横梁に、前記切断部分の右側に配置される右側梁部と左側に配置される左側梁部とが上下方向に一定幅以上ずれることを抑えるストッパー機能を備えること、が好ましい。このような構成とすることで、横梁が必要以上に捻れることを防ぐことができる。

第１実施形態の、鉄道車両用の台車枠の部分斜視図である。 第１実施形態の、鉄道車両用台車枠の斜視図である。 第１実施形態の、鉄道車両用台車枠の平面図である。 第１実施形態の、鉄道車両用の台車の側面図である。 第２実施形態の、鉄道車両用の台車の部分斜視図である。 第２実施形態の、鉄道車両用の横梁の一部側面図である。 第３実施形態の、鉄道車両用台車枠の部分斜視図である。 第４実施形態の、鉄道車両用台車枠の部分斜視図である。 第５実施形態の、ストッパー機構の部分分解斜視図である。 第５実施形態の、ストッパー機構の部分斜視図である。 第５実施形態のストッパー機構の側面断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００の部分斜視図を示す。図２に、鉄道車両用台車枠１００の斜視図を示す。鉄道車両用台車枠１００は、横梁１１０と側梁１２０とが組み合わされてなる。横梁１１０は、第１横梁１１０Ａと第２横梁１１０Ｂの２本が鉄道車両用台車枠１００に用いられている。一方、側梁１２０は、左側側梁１２０ａと右側側梁１２０ｂの２本が鉄道車両用台車枠１００に用いられている。

第１横梁１１０Ａと第２横梁１１０Ｂは、同様に円筒状の管材が用いられている。そして、左端部１１１ａと右端部１１１ｂが左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂに接合されて保持されている。第１横梁１１０Ａは２分割されており、便宜上、左側を左横梁片１１０Ａａとし、右側を右横梁片１１０Ａｂと呼ぶことにする。なお、左横梁片１１０Ａａが「左側部材片」に該当し、右横梁片１１０Ａｂが「右側部材片」に該当する。この左横梁片１１０Ａａは、左側側梁１２０ａに左端部１１１ａ部分が保持されている。右横梁片１１０Ａｂは、右側側梁１２０ｂに右端部１１１ｂが保持されている。

第２横梁１１０Ｂの両端には左端部１１１ａと右端部１１１ｂが設けられており、その中央部には横梁中央部１１２が設けられる。第１横梁１１０Ａにも同様に横梁中央部１１２が設けられているが、中央で分割されて左中央端１１２ａと右中央端１１２ｂが設けられる。左中央端１１２ａと右中央端１１２ｂとは、上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂとで接続されている。上側接続部材１５０ａ及び下側接続部材１５０ｂは所定の厚みを有する鋼材であり、左中央端１１２ａ及び右中央端１１２ｂにボルトによって固定されている。なお、左中央端１１２ａと右中央端１１２ｂには固定座１１３が設けられている。

図３に、鉄道車両用の台車２００の平面図を示す。図４に、鉄道車両用の台車２００の側面図を示す。鉄道車両に用いる台車２００は、レール５０側から、レール５０の上を転動する車輪２０とそれを支える車軸２１、車軸２１を受ける軸受２２、そして軸受２２が支持される軸箱支持装置２３と、側梁１２０と横梁１１０より成る鉄道車両用台車枠１００、そして鉄道車両用台車枠１００と車体との間で荷重を伝達する車体支持装置４０が備えられる。側梁１２０には、軸箱支持装置２３が取付けられる。これは、台車２００がレール５０上に配置された場合に、ちょうどレール５０と並行に位置する配置である。車体支持装置４０の上には図示しない車体が配置される。

第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００を備えた台車２００は上記構成であるので、以下に示すような作用及び効果を奏する。

第１実施形態の台車２００は、平面性捻れが発生した際にも鉄道車両用台車枠１００が追従することで変位を吸収するので、列車の乗り心地の改善や安全性の向上に寄与することができる。これは第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００が、レール５０に沿って前後方向に配置された左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂと、枕木に沿って左右方向に配置された横梁１１０を有し、側梁１２０に横梁１１０が接合された鉄道車両用台車枠１００と、鉄道車両用台車枠１００に備えられて車体を支持する車体支持装置４０と、鉄道車両用台車枠１００に取付けられ車軸２１を受ける軸受２２を備えた軸箱支持装置２３と、車輪２０及び車軸２１を備える鉄道車両用台車枠１００において、横梁１１０は、少なくとも１カ所が切断され、該切断部分は上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂとで接続されている。

この様な構成である為、横梁１１０が一体で作られる場合に比べて、横梁１１０の捻れ剛性を低くすることが可能となる。これは、第１横梁１１０Ａが左横梁片１１０Ａａと右横梁片１１０Ａｂに分けられている、即ち、「切断部分」に該当する切断部分１３０を備えているためである。第１横梁１１０Ａに切断部分１３０が設けられ、上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂとで接続されている、即ち、第１横梁１１０Ａの剛性が意図的に下げられていることで、このような横梁１１０を用いた鉄道車両用台車枠１００も、平面性捻れが発生した際にレール５０に追従し易くなる。

特に、鉄道車両用台車枠１００の荷重が軽い場合には輪重抜けが起き易くなるが、第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００は、捻り剛性が低下していることで、平面性捻れに対応して鉄道車両用台車枠１００がレール５０に追従して変形することができる為、輪重抜けを防ぐことができる。なお、第１横梁１１０Ａと第２横梁１１０Ｂの位置が入れ替わっても同等の効果が得られる。横梁１１０の剛性を更に落としたい場合には、第１横梁１１０Ａと第２横梁１１０Ｂの両方に切断部分１３０を設けることを妨げない。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｂは第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００の構成とほぼ同じである。ただし、横梁１１０の形状が若干異なるので、以下にその点について説明する。なお、他の実施形態と区別するために、鉄道車両用台車枠１００を鉄道車両用台車枠１００Ｂとしている。

図５は、第２実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｂの部分斜視図である。図６は、横梁１１０の一部側面図である。第２実施形態の横梁１１０は、第１実施形態と比べてストッパプレート１５１が備えられている点で異なる。ストッパプレート１５１は、一端側が右横梁片１１０Ａｂ側に備えられる固定座１１３に固定されている。他端側には上下方向に長く長穴１５２が設けられ、左横梁片１１０Ａａに備えられるピン１５３と係合する構成となっている。この長穴１５２とピン１５３の位置関係によって、左横梁片１１０Ａａに対して右横梁片１１０Ａｂは長穴１５２の長手方向の幅分だけ移動する事が可能となる。

第２実施形態は上記構成であるので、左横梁片１１０Ａａに対して右横梁片１１０Ａｂが所定の幅を台車２００の上下方向に移動可能である。すなわち、台車２００に平面捻れが発生した場合に、所定の範囲までは鉄道車両用台車枠１００Ｂの捻れに追従することになる。この為、所定以上の平面捻れが発生した場合に、鉄道車両用台車枠１００Ｂの過度な変形による鉄道車両用台車枠１００Ｂの損傷が生じる事を防ぐことが可能となる。また、長穴１５２の範囲内であれば、第１実施形態と同等の効果が得られる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態と同様の構成であるが、横梁１１０の形態が異なるので、以下に説明を行う。

図７は、第３実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｃの部分斜視図である。第３実施形態の横梁１１０は、横梁端部１１１が側梁１２０の前後方向に長いオーバル形状断面を有しており、横梁中央部１１２は横梁端部１１１よりも幅広に形成され、その中央には横梁１１０の長手方向に幅広に形成される長円形状の貫通孔１１５が設けられている。「左側根本部」に該当する左端部１１１ａは左側側梁１２０ａに接合され、「右側根本部」に該当する右端部１１１ｂは右側側梁１２０ｂに接合されて、横梁１１０が側梁１２０に保持されている。

横梁中央部１１２は２本の梁、「第１接続部」に該当する前側梁１１２Ａと「第２接続部」に該当する後側梁１１２Ｂを有し、前側梁１１２Ａは切断部分１３０を有する。前側梁１１２Ａには切断部分１３０を挟んで左中央端１１２ａと右中央端１１２ｂが備えられ、上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂとで接続されている。上側接続部材１５０ａと下側接続部材１５０ｂは、左中央端１１２ａ及び右中央端１１２ｂにそれぞれ設けられる固定座１１３に、ボルトで固定されている。

第３実施形態は上記構成であるので、第１実施形態と同様に、鉄道車両用台車枠１００に平面性捻れが発生した際にレール５０に追従し易くなる。前側梁１１２Ａ側に切断部分１３０を設けて、上側接続部材１５０ａ及び下側接続部材１５０ｂで接続することで、前側梁１１２Ａ側の剛性が低下する。この結果、横梁１１０が平面性捻れに追従し易くなり、輪重抜けを防ぐことが可能となる。なお、前側梁１１２Ａと後側梁１１２Ｂの位置が入れ替わっても同等の効果を奏するので、設計によって入れ替えることを妨げない。また、必要に応じて前側梁１１２Ａと後側梁１１２Ｂの両方に切断部分１３０を設けることを妨げない。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｄは、第３実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｃと同様の構成であるが、前側梁１１２Ａにストッパプレート１５１を設けている点で異なる。なお、他の実施形態と区別するために鉄道車両用台車枠１００を鉄道車両用台車枠１００Ｄとしている。

図８は、第４実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｄの部分斜視図である。横梁１１０の前側梁１１２Ａには、ストッパプレート１５１が設けられている。そして、第２実施形態同様に、左中央端１１２ａ側の固定座１１３にはピン１５３が設けられ、右中央端１１２ｂ側の固定座１１３にストッパプレート１５１がボルトで固定されている。ストッパプレート１５１には長穴１５２が設けられており、長穴１５２はピン１５３と係合する。この結果、この長穴１５２とピン１５３の位置関係によって、左中央端１１２ａに対して右中央端１１２ｂは長穴１５２の長手方向の幅分だけ移動する事が可能となる。

第４実施形態は上記構成であるので、左中央端１１２ａに対して右中央端１１２ｂが一定以上の幅を台車２００の上下方向に移動可能である。すなわち、台車２００に平面捻れが発生した場合に、所定の範囲までは鉄道車両用台車枠１００Ｄの捻れに追従することになる。この為、所定以上の平面捻れが発生した場合に、鉄道車両用台車枠１００Ｄの過度な変形による鉄道車両用台車枠１００Ｄの損傷が生じる事を防ぐことが可能となる。また、長穴１５２の範囲内であれば、第３実施形態と同等の効果が得られる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５実施形態は、第２実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｂと第４実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｄに用いられるストッパプレート１５１の別の態様である。よって、第２実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｂか第４実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｄの何れに適用しても良い。なお、説明には鉄道車両用台車枠１００Ｂのストッパプレート１５１の代わりとしてストッパー機構１６０を用いている。

図９に、第５実施形態のストッパー機構１６０の部分分解斜視図を示す。図１０に、ストッパー機構１６０の部分斜視図を示す。図１１に、ストッパー機構１６０の側面断面図を示す。図１１は、図１０のＡＡ断面を示している。第５実施形態の鉄道車両用台車枠１００Ｅに備えられるストッパー機構１６０は、凹型部材１６１と凸型部材１６２よりなる。凹型部材１６１は左中央端１１２ａに螺合される、ネジ部１６１ｂと凹部１６１ｃを有した突出部１６１ａよりなる。突出部１６１ａはロ字形に構成されている。

凸型部材１６２は、凸部１６２ａとネジ部１６２ｂを有しており、角柱状の凸型部材１６２には周囲を覆うようにロ字形の保護部材１６３が固定されている。図１０に示される様に凹型部材１６１と凸型部材１６２は凹部１６１ｃの内部に凸部１６２ａが挿入される形で系合する。そして、図１１に示される様に保護部材１６３と突出部１６１ａの凹部１６１ｃとの間には、隙間Ｃが形成される。

この結果、左中央端１１２ａに対して右中央端１１２ｂは隙間Ｃの分だけ移動が可能となる。つまり、左中央端１１２ａに対して右中央端１１２ｂが一定以上の幅を台車２００の上下方向に移動可能である。すなわち、台車２００に平面捻れが発生した場合に、所定の範囲までは鉄道車両用台車枠１００Ｄの捻れに追従することになる。この為、所定以上の平面捻れが発生した場合に、鉄道車両用台車枠１００Ｅの過度な変形による鉄道車両用台車枠１００Ｅの損傷が生じる事を防ぐことが可能となる。つまり、第４実施形態と同等の効果が得られる。

以上、本発明に係る鉄道車両用台車枠１００の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、上側接続部材１５０ａや下側接続部材１５０ｂの形状や、ストッパプレート１５１やストッパー機構１６０の形状に関して、同等の機能を発揮するのであれば変更することを妨げない。

２０ 車輪
２１ 車軸
２２ 軸受
２３ 軸箱支持装置
４０ 車体支持装置
５０ レール
１００ 鉄道車両用台車枠
１１０ 横梁
１１１ 横梁端部
１１２ 横梁中央部
１２０ 側梁
１３０ 切断部分
１５０ａ 上側接続部材
１５０ｂ 下側接続部材
１５１ ストッパプレート
１５２ 長穴
１５３ ピン

Claims (4)

1. レール方向に配置された左側梁及び右側梁と枕木方向に配置された横梁が接合されてなる台車枠と、を備える鉄道車両用台車において、
   前記横梁は、少なくとも１カ所が切断され、該切断部分は上側接続部材と下側接続部材とで接続されていること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
   前記横梁は、前記レール方向に並んだ第１横梁と第２横梁を含み、
   前記第１横梁は、前記切断部分を挟んだ左側部材片と右側部材片よりなり、前記左側部材片と前記右側部材片の向かい合う一端部が、前記上側接続部材と前記下側接続部材とで接続されていること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。
3. 請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
   前記横梁は、前記左側梁に接合される左側根本部と前記右側梁に接合される右側根本部と、前記左側根本部と前記右側根本部とを接続する、前記レール方向に並ぶ第１接続部と第２接続部を有し、
   前記第１接続部には前記切断部分が形成され、前記切断部分が前記上側接続部材と前記下側接続部材とで接続されていること、
   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１つに記載の鉄道車両用台車において、
   前記横梁に、前記切断部分の右側に配置される右側梁部と左側に配置される左側梁部とが上下方向に一定幅以上ずれることを抑えるストッパー機能を備えること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。

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