JP2019034582A - 鉄道車両の車上子支持装置及びそれを備えた台車ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両の曲線通過時における車上子と地上子との位置ズレを防止しながら、台車に掛かる偏荷重を低減すると共に台車の強度要求も緩和する。【解決手段】鉄道車両の車上子支持装置は、車上子取付部と、少なくとも１つの台車連結部を有して前記車上子取付部を前記台車に接続する台車側支持部材と、車体に連結される車体連結部を有して前記車上子取付部を前記車体に接続する少なくとも１つの車体側支持部材と、前記台車側支持部材に前記車体側支持部材を角変位可能に結合する結合器と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の車体の下方かつ台車の前方に配置される車上子を支持する装置及びそれを備えた台車ユニットに関する。

鉄道車両の先頭車には、運転席の下方辺りにＡＴＳ（Automatic Train Stop）装置の車上子等が設けられることがある。ＡＴＳ装置は、地上のレール間の所定の位置（例えば、レール中央等）に設置された地上子からの制御信号を車上子が無線で受信することにより、運転士に対して注意喚起したり自動的にブレーキを制動させて車両を停止させる（特許文献１参照）。

特開２０１４−６０８４１号公報

ところで、車両が曲線区間を通過する際には、車体の前端部の左右方向中心がレール間の中心から外れて外軌側に偏倚するように挙動する。そのため、曲線区間又はその近傍に地上子が設置された路線を走行する車両において車上子を車体に取り付けた場合、車両の曲線通過時に地上子に対して車上子が外軌側に位置ズレしてしまう。そうすると、地上子と車上子との間の通信が不安定になり正常な情報伝送が行えない可能性がある。また、もし地上子を広角な通信エリアを有するものに置き換えるとすれば、地上子の置き換え作業が必要になると共に、導入コストも増加してしまう。

他方、車上子を台車に取り付けた場合には、車両の曲線通過時に台車も曲線に沿って旋回するため、地上子に対して車上子が外軌側に位置ズレすることが防止される。しかし、車上子及びその支持装置の重量を台車が負担するため、台車の前端部側に偏荷重が掛かると共に、車上子支持装置が連結される部分における台車の強度を上げる必要もある。

そこで本発明は、鉄道車両の曲線通過時における車上子と地上子との位置ズレを防止しながら、台車に掛かる偏荷重を低減すると共に台車の強度要求も緩和することを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両の車上子支持装置は、鉄道車両の車体の下方かつ台車の前方に配置される車上子を支持する装置であって、前記車上子が取り付けられる車上子取付部と、前記台車に連結される少なくとも１つの台車連結部を有し、前記車上子取付部を前記台車に接続する台車側支持部材と、前記車体に連結される車体連結部を有し、前記車上子取付部を前記車体に接続する少なくとも１つの車体側支持部材と、前記台車側支持部材に前記車体側支持部材を角変位可能に結合する結合器と、を備える。

前記構成によれば、車両の曲線通過時には台車と共に台車側支持部材も曲線に沿って旋回するため、車両の曲線通過時において車上子取付部に取り付けられた車上子が地上子に対して外軌側へ位置ズレすることを防止できる。また、車上子及び台車側支持部材は、車体側支持部材を介して車体に支持されるので、台車による重量負担が軽減される。そして、車体側支持部材は台車側支持部材に対して角変位可能に結合されるので、車両の曲線通過時における車体前端部の外軌側への変位に車体側支持部材が追従でき、装置に無理な応力が掛かることも防止される。よって、鉄道車両の曲線通過時における車上子と地上子との位置ズレを防止しながら、台車に掛かる偏荷重を低減できると共に台車の強度要求も緩和できる。

本発明によれば、鉄道車両の曲線通過時における車上子と地上子との位置ズレを防止しながら、台車に掛かる偏荷重を低減できると共に台車の強度要求も緩和できる。

第１実施形態に係る鉄道車両の側面図である。 図１に示す車上子支持装置及びその近傍の斜視図である。 図１に示す車上子と無線通信する地上子の通信エリアを説明する図面である。 図１に示す鉄道車両の曲線通過時における車体及び台車の挙動を模式的に説明する平面図である。 第２実施形態に係る鉄道車両の側面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両の先頭側を前方とし、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を前後方向とし、それに直交する車幅方向を左右方向とする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１の側面図である。図１に示すように、鉄道車両１は、台車２と、台車２により下方から支持される車体３とを備える。台車２は、二次サスペンションとしての空気バネ４を介して車体３を支持する台車枠５を備える。台車枠５は、左右方向に延びる横梁５ａを備えるが、横梁５ａの左右方向両端部から前後方向に延びる側梁を備えていない。横梁５ａの前後方向両側に、一対の輪軸６が配置される。輪軸６は、左右方向に沿って延びる車軸６ａと、車軸６ａの左右方向両側の部分に設けられた一対の車輪６ｂとを有する。車軸６ａの左右方向両側の端部には、車輪６ｂよりも左右方向外側にて車軸６ａを回転自在に支持する軸受７が設けられ、軸受７が軸箱８に収容されることで、軸箱８が車軸６ａの端部を回転自在に支持する。

横梁５ａの左右方向の端部は、軸梁式の軸箱支持装置９によって軸箱８に連結される。軸箱支持装置９は、軸箱８から前後方向に横梁５ａ側に向けて延びた軸梁１０を備える。台車枠５には、横梁５ａから軸梁１０に向けて突出して且つ左右方向に互いに間隔をあけた一対の受け座１１が設けられている。軸梁１０は、受け座１１に弾性的に結合されている。具体的には、軸梁１０は、その先端において左右方向に軸線を有する筒状部を有し、当該筒状部には、弾性ブッシュ１３（例えば、ゴムブッシュ）を介して心棒１２が挿入され、当該心棒１２の両端部が、受け座１１に固定されている。即ち、軸箱８は、弾性ブッシュ１３の弾性変形により台車枠５に対して変位可能に、かつ、車軸６ａ周りに角変位可能に台車枠５に連結されている。

軸箱８と台車枠５との間には、一次サスペンションとして前後方向に延びた板バネ１４が介在している。板バネ１４は、一対の受け座１１の間の空間を通過する。板バネ１４の長手方向の中央部１４ａは、板バネ１４の長手方向両側の端部１４ｂよりも低く配置されている。板バネ１４は、台車側面視で下方に凸な弓形状を有する。前後方向に離間した一対の軸箱８は、板バネ１４の端部１４ｂをそれぞれ下方から支持する。板バネ１４の中央部１４ａは、横梁５ａの左右方向の端部を下方から支持する。これにより、横梁５ａは、板バネ１４を介して軸箱８に支持される。即ち、板バネ１４は、一次サスペンションの機能と従来の側梁の機能とを兼ねる。

板バネ１４は、例えば、繊維強化樹脂により形成される。横梁５ａの左右方向端部の下部には、下方に凸な円弧状の下面を有する押圧部材１５が設けられ、押圧部材１５が板バネ１４の中央部１４ａに上方から載せられて離間可能に接触する。即ち、押圧部材１５は、固定具により板バネ１４に固定されることなく、横梁５ａからの重力による下方荷重とそれに対する板バネ１４の反力とによる接触圧によって板バネ１４の上面との接触が保たれている。

軸箱８の上端部にはバネ座１６が取り付けられ、板バネ１４の端部１４ｂはバネ座１６を介して軸箱８に下方から支持される。バネ座１６の上面は、台車側面視で台車中央側に向けて傾斜している。板バネ１４の端部１４ｂも、バネ座１６に対して固定されない状態でバネ座１６に上方から載せられる。バネ座１６は、軸箱８の上に設置されたベース部材１７（例えば、防振ゴム）と、ベース部材１７の上に設置されてベース部材１７に位置決めされた受部材１８とを有する。受部材１８は、上方及び台車中央側に向けて開放された凹部を有し、当該凹部に板バネ１４の端部１４ｂが収容されている。

鉄道車両１のうち先頭車の台車２の前方かつ車体３の下方には車上子４０が配置される。車上子４０は、ＡＴＳ（Automatic Train Stop）装置又はＡＴＣ（Automatic Train Control）装置の機器として、予め定められた位置で地上子４１（図３参照）からの無線信号を受信するものである。なお、本実施形態では車上子４０及び地上子４１の各々は１つとしているが複数でもよい。車上子４０は、車上子支持装置２０を介して台車２及び車体３に支持される。車上子支持装置２０及びそれが連結された台車２が台車ユニット５０を構成する。

図２は、図１に示す車上子支持装置２０及びその近傍の斜視図である。図１及び２に示すように、車上子支持装置２０は、台車側支持部材２１と、一対の車体側支持部材２２とを備える。台車側支持部材２１は、台車２の前方で左右方向に延びた支持梁部３０と、支持梁部３０の両端部から台車２に向けて前後方向に延びた一対のアーム部３１と、一対のアーム部３１の台車側の先端部に設けられた一対の台車連結部３２とを有する。支持梁部３０の左右方向の中央部には、車上子４０が取り付けられる車上子取付部２４が設けられている。

一対のアーム部３１は、支持梁部３０から台車２に向かうにつれて上方に向かうように傾斜している。一対の台車連結部３２は、互いに左右方向に離間しており、台車２の左右方向に離間した一対のバネ座１６に夫々連結されている。具体的には、台車連結部３２は、バネ座１６の受部材１８に連結されている。なお、台車連結部３２は、軸箱８に連結されてもよい。台車連結部３２は、台車２に対して台車側支持部材２１を左右方向の軸線Ｘ１周りに回動可能に連結する。一例として、台車連結部３２は、左右方向の軸線Ｘ１を有するゴムブッシュ部とすることができる。台車連結部３２は、左右方向の軸線Ｘ１周りの角変位に対する抵抗が左右方向の揺動変位に対する抵抗よりも小さくなるように構成されている。

また、一対のアーム部３１のうち支持梁部３０側の端部には、支持梁連結部３３が設けられている。支持梁連結部３３は、車体連結部３４と同様に、支持梁部３０に対してアーム部３１を左右方向の軸線Ｘ２周りに回動可能に連結する。一例として、支持梁連結部３３は、左右方向の軸線Ｘ２を有するゴムブッシュ部とすることができる。なお、一対の支持梁連結部３３のうち一方は、支持梁部３０に対してアーム部３１を回動不能に接続するものとしてもよい。

一対の車体側支持部材２２は、アーム状であり、鉄道車両１の直線走行時において鉛直方向に延びている。なお、車体側支持部材２２の延在方向は、台車側支持部材２１のアーム部３１の延在方向よりも鉛直方向に近い角度の非鉛直方向であってもよい。一対の車体側支持部材２２は、その上端部に車体連結部３４を有する。一対の車体連結部３４は、互いに左右方向に離間しており、車体３の床下に設けられたブラケット３ａに対して車体側支持部材２２を少なくとも前後方向の軸線Ｘ３，Ｘ４周りに回動可能に連結する。一例として、車体連結部３４は、球面軸受部とすることができる。

一対の車体側支持部材２２は、車上子取付部２４の左右方向両側に配置されている。一対の車体側支持部材２２の下端部には、中継結合部２３（結合器）が設けられている。車体側支持部材２２は、一対の中継結合部２３により台車側支持部材２１にそれぞれ角変位可能に結合されている。一対の中継結合部２３は、互いに左右方向に離間しており、支持梁部３０に対して車体側支持部材２２の下端部を少なくとも前後方向の軸線Ｘ５，Ｘ６周りに回動可能に連結する。一例として、中継結合部２３は、球面軸受部とすることができる。

鉄道車両１の直線走行時には、一対の車体側支持部材２２と支持梁部３０と車体３の下面とは、前後方向から見て長方形状（又は台形状）を呈する。鉄道車両１の曲線走行時には、台車２に対する車体３の左右方向変位に起因して中継結合部２３及び車体連結部３４において角変位が生じることで、一対の車体側支持部材２２は、支持梁部３０に対して外軌側に変位する。即ち、支持梁部３０は、曲線走行時においても、車軸６ａと平行に保たれた状態で車軸６ａに対する左右方向の相対位置が維持される。

図３は、図１に示す車上子４０と無線通信する地上子４１の通信エリアＣを説明する図面である。図４は、図１に示す鉄道車両１の曲線通過時における台車２及び車体３の挙動を模式的に説明する平面図である。図３では、地上子４１の通信エリアＣが破線で示されている。また図４では、一対のレールＲの間を通る中心線を示す仮想の軌道線Ｌが、図示されている。

図３及び４に示すように、線路の曲線区間又はその近傍において、一対のレールＲの間の規定の位置に地上子４１が設置されている。本実施形態の場合、地上子４１が設置される規定の位置は、レールＲ間の中心Ｍであるが、仕様によってレールＲ間の中心以外の位置となる場合もある。鉄道車両１が曲線区間を通過する際には、車体３の前端部（運転室）の左右方向中心Ｐが軌道線Ｌから外軌側に偏倚する。しかし、車上子４０は、車上子支持装置２０の台車側支持部材２１により台車２に連結されており、車両曲線通過時には台車２と共に台車側支持部材２１も曲線に沿って旋回するため、車両曲線通過時における地上子４１に対する車上子４０の外軌側への位置ズレが防止される。よって、車両曲線通過時においても、車上子４０は地上子４１の通信エリアＣに入ることができ、地上子４１からの制御信号を車上子４０が安定的に受信することができる。

また、図１及び２に示すように、車上子４０及び台車側支持部材２１は、車体側支持部材２２を介して車体３に支持されるので、台車２による重量負担が軽減される。そして、車体側支持部材２２は台車側支持部材２１に対して角変位可能に結合されるので、車両曲線通過時における車体３の前端部の外軌側への変位に車体側支持部材２２が追従でき、車上子支持装置２０に無理な応力が掛かることも防止される。よって、鉄道車両１の曲線通過時における地上子４１に対する車上子４０の位置ズレを防止しながら、台車２に掛かる偏荷重を低減できると共に台車２の強度要求も緩和できる。

また、車体側支持部材２２の延在方向は、直線走行時において鉛直方向（又はそれに近い角度を有する方向）であり、車体側支持部材２２がその長手方向（引張方向）において車上子４０及び台車側支持部材２１を安定支持できるので、台車側支持部材２１のアーム部３１に生じる曲げ応力を抑制できる。また、車体側支持部材２２が直線走行時において鉛直方向（又は鉛直方向に近い角度を有する方向）に延びているため、空気バネ４の伸縮により車体３が上下動しても車体側支持部材２２の撓みによる振動が起こり難く、車上子４０の上下振動を抑制できる。

また、一対の台車連結部３２が左右方向に離間配置されて且つ一対の車体連結部３４も左右方向に離間配置されるため、車上子４０の支持が安定する。また、一対の車体側支持部材２２が車上子取付部２４の左右方向両側に配置されるので、隣接車両同士を連結する連結器（図示せず）を一対の車体側支持部材２２の間に通過させることができる。

また、車上子支持装置２０及び車上子４０は、台車２だけでなく車体３によって支持されているので、台車２のバネ間重量、即ち、一次サスペンション（板バネ１４）と二次サスペンション（空気バネ４）との間の重量が低減され、乗客の乗り心地が向上する。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る鉄道車両１０１の側面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、鉄道車両１０１の台車１０２は、その台車枠１０５が平面視Ｈ形状を有する一般台車である。即ち、台車枠１０５は、左右方向に延びる横梁１０５ａと、横梁１０５ａの左右方向両端部からそれぞれ前後方向に延びた一対の側梁１０５ｂとを有する。側梁１０５ｂと軸箱８との間には、一次サスペンションとしてコイルバネ１１４が介設されている。車上子支持装置２０の構成は、第１実施形態のものと同じである。車上子支持装置２０の台車連結部３２は、台車１０２の側梁１０５ｂに連結されて台車ユニット１５０が構成されている。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説明を省略する。

１，１０１ 鉄道車両
２，１０２ 台車
３ 車体
５ａ，１０５ａ 横梁
６ａ 車軸
８ 軸箱
１４ 板バネ
１６ バネ座
２０ 車上子支持装置
２１ 台車側支持部材
２２ 車体側支持部材
２３ 中継結合部（結合器）
２４ 車上子取付部
３０ 支持梁部
３１ アーム部
３２ 台車連結部
３３ 支持梁連結部
３４ 車体連結部
４０ 車上子
４１ 地上子
５０，１５０ 台車ユニット

Claims (6)

1. 鉄道車両の車体の下方かつ台車の前方に配置される車上子を支持する装置であって、
   前記車上子が取り付けられる車上子取付部と、
   前記台車に連結される少なくとも１つの台車連結部を有し、前記車上子取付部を前記台車に接続する台車側支持部材と、
   前記車体に連結される車体連結部を有し、前記車上子取付部を前記車体に接続する少なくとも１つの車体側支持部材と、
   前記台車側支持部材に前記車体側支持部材を角変位可能に結合する結合器と、を備える、鉄道車両の車上子支持装置。
2. 前記台車側支持部材は、前記台車連結部が設けられ且つ前後方向に延びる少なくとも１つのアーム部を有し、
   前記車体側支持部材は、前記結合器から前記車体に向けて延びたアーム状であり、
   前記車体側支持部材の延在方向は、鉛直方向である、又は、前記アーム部の延在方向よりも鉛直方向に近い角度の方向である、請求項１に記載の鉄道車両の車上子支持装置。
3. 前記少なくとも１つの台車連結部は、左右方向に離間した一対の台車連結部を含み、
   前記台車側支持部材は、前記台車の前方で左右方向に延び且つ前記車上子取付部が設けられた支持梁部を有し、
   前記少なくとも１つのアーム部は、前記支持梁部の両端部から前記台車に向けて夫々延びた一対のアーム部を含み、
   前記少なくとも１つの車体側支持部材は、前記車上子取付部の左右方向両側に配置される一対の車体側支持部材を含む、請求項２に記載の鉄道車両の車上子支持装置。
4. 前記車体連結部は、前記車体に対して前記車体側支持部材を少なくとも前後方向の軸線周りに回動可能に連結し、
   前記結合器は、前記台車側支持部材に対して前記車体側支持部材を少なくとも前後方向の軸線周りに回動可能に結合する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上子支持装置。
5. 前記台車連結部は、前記台車に対して前記台車側支持部材を左右方向の軸線周りに回動可能に連結する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両の車上子支持装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車上子支持装置と、前記車上子支持装置が連結された台車とを備える台車ユニットであって、
   前記台車は、左右方向に延びる横梁と、前後方向に離間して且つ一対の車軸の端部を夫々支持する一対の軸箱と、前記横梁の左右方向の端部を支持した状態で前後方向に延びて前記一対の軸箱に支持される板バネと、前記軸箱と前記板バネとの間に介在するバネ座と、を備え、
   前記車上子支持装置の前記台車連結部は、前記バネ座又は前記軸箱に連結される、鉄道車両の台車ユニット。

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