JP3471157B2

JP3471157B2 - 鉄道車両用３軸操舵台車

Info

Publication number: JP3471157B2
Application number: JP04004396A
Authority: JP
Inventors: 間亨斎; 城義治山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 2003-11-25
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: JPH09226575A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用３軸操
舵台車に関し、より詳しくは車軸を台車枠に支持る構造
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両においては、走行する軌条の荷
重条件から、一本の車軸に負荷できる荷重の最大値が制
限される。これにより、ある重量の機関車を構成する場
合に何本の車軸を必要とするかが必然的に定まる。ま
た、一定の大きさの牽引力を必要とする場合は、軸重と
粘着係数との関係から必要とする車軸の本数が定まる。

【０００３】機関車を構成する際に合計六本の車軸が必
要と判断された場合には、２軸台車を三つ組み合わせる
Ｂ−Ｂ−Ｂ配置の台車構成と、３軸台車を二つ組み合わ
せるＣ−Ｃ配置の台車構成とが考えられる。ところが、
従来の３軸台車は、軌条のカーブ部分を走行する際に車
軸に作用する横圧が２軸台車よりも大きいため、車輪の
フランジ磨耗が大きい。これにより、従来は、六本の車
軸を必要とする機関車には、上記Ｂ−Ｂ−Ｂ配置の台車
構成が採用されて来た。しかしながら、２軸台車を三つ
組み合わせた台車構成では、床下の空間が狭められるの
で、床下機器の配置に非常に大きな制限を受けるばかり
でなく、機関車の重量増加や重心位置の上昇を招いてし
まう。

【０００４】そこで、本発明の出願人は、軌条のカーブ
部分を安定して走行することができ、かつ遠心力以上の
横圧が車軸に作用することがない３軸操舵台車を先に出
願している。（特願平７−１６２４７９号）この先願に
係る３軸操舵台車においては、鉄道車両が軌条の曲線部
分を走行することによって台車枠が車体に対して首を振
ると、先頭軸と後尾軸とが操舵され、その軸線が軌条の
曲線部分の曲率中心に向かって延びるとともに、中間軸
が押動され、その軸線方向の中心が軌条の幅方向の中心
と一致するようにされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した先願に係る３
軸操舵台車においては、先頭軸および後尾軸の首振りを
可能とするため、先頭軸および後尾軸の軸箱を軌条の長
手方向には大きく変位できるように支持するが、軌条の
幅方向にはあまり変位しないように支持する必要があ
る。これに対して、中間軸の横動を可能とするために
は、中間軸の軸箱を軌条の幅方向には大きく変位できる
ように支持するが、牽引力によって中間軸がふらつかな
いように、軌条の長手方向にはあまり変位しないように
支持する必要がある。

【０００６】しかしながら、上述した先願においては、
３軸操舵台車の各車軸を具体的にどのように支持すれば
良いかが開示されていない。

【０００７】すなわち、本発明は、鉄道車両用の３軸操
舵台車に用いて好適な車軸支持構造を提供することによ
って、軌条のカーブ部分を走行する際に３軸操舵台車の
各車軸に作用する横圧を減少させ、６本の車軸を必要と
する機関車を二組の３軸台車で台車構成できるように
し、もって機関車の機器配置を改善するとともに機関車
の軽量化および低重心化を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による鉄道車両用
３軸操舵台車は、鉄道車両の台車枠に対して、首振り可
能に取り付けられた先頭軸および後尾軸と、軌条の幅方
向に横動可能に取り付けられた中間軸とを備え、前記鉄
道車両が軌条のカーブ部分を走行する際には、前記３本
の車軸の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延
びるように前記先頭軸および前記後尾軸が首振り操舵さ
れる鉄道車両用３軸操舵台車であって、前記先頭軸およ
び前記後尾軸の軸箱を前記台車枠に弾性支持する、軌条
の長手方向のばね定数が軌条の幅方向のばね定数よりも
小さい第１の軸ばねと、前記中間軸を前記台車枠に弾性
支持する、軌条の幅方向のばね定数が軌条の長手方向の
ばね定数よりも小さい第２の軸ばねと、をさらに備え、
前記第２の軸ばねは、前記第１の軸ばねと同一の軸ばね
であり、かつ前記台車枠に対するその取り付け方向が、
前記第１の軸ばねとして前記台車枠に取り付けられる方
向に対して軌条の長手方向と軌条の幅方向との間で９０
度回転させた方向であることを特徴としている。

【０００９】これにより、３軸操舵台車が軌条のカーブ
部分を走行する際には、先頭軸および後尾軸が首振り操
舵機構によってスムーズに操舵され、その軸線が前記カ
ーブ部分の曲率中心に向かって延びるとともに、中間軸
は軌条の幅方向にスムーズに変位し、その軸線方向の中
心が軌条の幅方向の中心線に一致するから、３軸操舵台
車は前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。
また、３軸操舵台車を構成する部品の種類を低減して、
製造コストを低減させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による鉄道車両用３
軸操舵台車の各実施形態について、図面を参照して詳細
に説明する。

【００１１】第１実施形態図１に示したように、本第１実施形態の鉄道車両用３軸
操舵台車１００は、鉄道車両の図示されない車体に対し
て芯皿中心Ｂにおいて首振り可能に軸支された台車枠１
と、この台車枠１の前後方向（軌条２の長手方向）に等
しい軸距δをあけて台車枠１に取り付けられた先頭軸１
１、中間軸１２、後尾軸１３と、前記先頭軸２および前
記後尾軸４を首振り操舵するための操舵機構２０、およ
び前記中間軸１２を前記台車枠１に連結する中間軸連結
機構４０とを備えている。

【００１２】前記先頭軸１１および前記後尾軸１３は、
それぞれの軸線方向の中心Ａ、Ｃが、台車枠１の幅方向
（軌条２の幅方向）の中心線ＳＤと一致するように配置
されるともに、台車枠１に対して首振り可能とされてい
る。これに対して前記中間軸１２は、その軸線Ｓ２が台
車枠１の長手方向の中心線ＳＣと一致するように配置さ
れ、台車枠１の幅方向に横動可能、かつ首振り可能とさ
れている。また、先頭軸１１、中間軸１２、後尾軸１３
の両端部にはそれぞれ軸箱１４、１５、１６、１７、１
８、１９が設けられ、これらの軸箱を介して各車軸１
１，１２，１３と台車枠１との間で、前後方向および上
下方向に力を伝達するようになっている。

【００１３】前記操舵機構２０は、図１に示したように
先頭軸１１および中間軸１２との間に配設されるととも
に、台車枠１に軸支されて軸支点２１、２２の回りに揺
動可能とされた一対の先頭軸操舵レバー２３、２４と、
中間軸１２と後尾軸１３との間に配設され、台車枠１に
軸支されて軸支点２５、２６の回りに揺動可能とされた
一対の後尾軸操舵レバー２７、２８とを備えている。そ
して、前記先頭軸操舵レバー２３、２４は、それぞれ操
舵リンク３１、３２により先頭軸１１の軸箱１４、１５
と連結されている。同様に、前記後尾軸操舵レバー２
７、２８は、それぞれ操舵リンク３３、３４により後尾
軸１３の軸箱１８、１９と連結されている。

【００１４】また、前記先頭軸操舵レバー２３、２４
間、および前記後尾軸操舵レバー２７、２８間は、それ
ぞれ台車枠２の幅方向に延びる左右連結リンク３５、３
６により連結されている。そして、図示上側の先頭軸操
舵レバー２３と後尾軸操舵レバー２７間、および図示下
側の先頭軸操舵レバー２４と後尾軸操舵レバー２８間
は、それぞれ台車枠１の前後方向に延びる連動リンク３
７、３８により連結されている。さらに、図示上側の後
尾軸操舵レバー２７と車体側座３とは、操舵連結リンク
３９により連結されている。

【００１５】一方、前記中間軸連結機構４０は、図１に
示したように、中間軸１２と後尾軸１３との間の部分に
配設されるとともに、台車枠１に軸支されて軸支点４
１、４２の回りにそれぞれ揺動可能とされた一対の中間
軸操舵レバー４３、４４を備えている。そして、前記中
間軸操舵レバー４３、４４は、それぞれ操舵リンク４
５、４６により中間軸１２の軸箱１６、１７と連結され
ている。また、一対の中間軸操舵レバー４３，４４間
は、台車枠１の幅方向に延びる左右連結リンク４７によ
り連結されている。

【００１６】次に、上述のように構成された本第１実施
形態の３軸操舵台車１００の動作について説明すると、
先頭軸１１は、先頭軸操舵レバー２３，２４と左右連結
リンク２５および操舵リンク３１、３２の作用により、
その軸箱１４，１５の前後方向（軌条の長手方向）の変
位の和は、常にゼロとなるように台車枠１に連結されて
いる。これは、中間軸１２および後尾軸１３についても
全く同様である。

【００１７】また、本第１実施形態の３軸操舵台車１０
０は、図１に示したように軌条２が上向きに凸となるカ
ーブ部分に差し掛かると、台車枠１は、図示されない鉄
道車両の車体に対して芯皿中心Ｂを中心として、図示反
時計廻りに回動する。これにより、台車枠１と車体側座
３とが相対変位し、後尾軸操舵レバー２７が操舵連結リ
ンク３９により押動されて軸支点２５の廻りに時計方向
に揺動するので、後尾軸１３は、後尾軸操舵レバー２
７，２８と左右連結リンク３６および操舵リンク３３，
３４の作用により、首振り操舵されて図示時計方向に揺
動する。すると、先頭軸１１は、連動リンク３７、３
８、先頭軸操舵レバー２３，２４と左右連結リンク３５
および操舵リンク３１、３２の作用により首振り操舵さ
れ、図示反時計方向に揺動する。

【００１８】この時、ｆ＝（ｅ・ｂ・δ）／（ｄ・Ｌ）ただし、ｆ：各操舵レバーの軸支点から各操舵リンク取り付け点
までの寸法ｅ：各操舵レバーの軸支点から操舵連結リンク取り付け
点までの寸法２ｂ：各輪軸の左右の軸箱間の寸法２δ：先頭軸と後尾軸との間の軸距ｄ：車体中心から車体即座までの寸法２Ｌ：車体に取り付けられた２つの台車の芯皿中心間寸
法なる関係が満たされれば、先頭軸１１および後尾軸１３
の軸線が、軌条２のカーブ部分の曲率中心Ｏを通ること
は、前述した先願（特願平７−１６２４７９号）に記載
したとおりである。

【００１９】一方、中間軸１２は、前述した中間軸連結
機構４０の作用によって、台車枠１に対して自由に首を
振ることはできるが、強制的には変位する方向が拘束さ
れていないので、軌条２の幅方向に変位した状態で止ま
る。

【００２０】次に、先頭軸１１の軸箱１４に求められる
軌条の長手方向（前後方向）の変位量を求める。図１に
おいて、軌条２のカーブ部分の曲率半径Ｒを１００メー
トル、車体中心と台車の芯皿中心間の距離Ｌを１９００
ｍｍとすると、車軸のスイベル角は１９００ｍｍ／１０
０メートル＝０．０１９となる。また、先頭軸１１の左
右の軸箱１４，１５間の間隔ｂを８３５×２＝１６７０
ミリとすれば、軸箱１４，１５の前後方向の変位量は、
０．０１９×８３５ミリ＝１５．８７ミリとなる。

【００２１】次に、中間軸１２が必要とする横動量ａ
を、前述した先願（特願平７−１６２４７９号）に記載
した次式によって求める。ａ＝δ²／（２Ｒ）ここで、ａ：中間軸の横動量２δ：先頭軸と後尾軸との間の軸距Ｒ：軌条のカーブ部分の曲率半径によって求めると、ａ＝１８．０５ミリとなる。つま
り、中間軸１２を１８．０５ミリだけ横動できるように
すれば、中間軸１２の軸線方向の中心を、軌条２の幅方
向の中心線と一致させることができ、先頭軸１１および
後尾軸１３と同様に、軌条のカーブ部分に対して対向さ
せることができる。

【００２２】すなわち、本第１実施形態の３軸操舵台車
１００においては、先頭軸１１の軸箱１４，１５および
後尾軸１３の軸箱１８，１９に求められる前後方向（軌
条の長手方向）の変位量と、中間軸１２の軸箱１６，１
７に求められる左右方向（軌条の幅方向）変位量とはほ
ぼ同じで、かつその方向が９０度異なっている。したが
って、軌条の長手方向と幅方向とでばね定数が異なる異
方性の軸ばねを用いて、ばね定数の低い方向が軌条の長
手方向を向くようにして先頭軸１１および後尾軸１３の
軸箱を支持し、かつばね定数が低い方向が軌条の幅方向
を向くようにして中間軸１２の軸箱を支持することとす
れば、一つの軸ばねによって３本の車軸を支持できるこ
ととなり、部品の共用上極めて具合が良い。そこで、本
第１実施形態の３軸操舵台車１００においては、図２に
示したような軸ばね５０を用いて３本の車軸を台車枠１
に弾性支持している。

【００２３】次に、前記軸ばね５０の構造について、図
２を参照して説明する。図２（ａ）に示したように、先
頭軸１１の軸箱１４に取り付けられた前後一対の軸ばね
５０は、断面形状が正方形とされた角柱状のゴムばね部
分５１と、このゴムばね部分５１を上下に挟持する金属
製の台座５２，５３とを有している。前記ゴムばね部分
５１は、展開形状が矩形状のゴム板５４を山形に折り曲
げた、すなわち断面形状が「く」字形となるように折り
曲げたものを、多数枚、互いに密着させた状態で積層し
た構成とされている。これにより、このゴムばね部分５
１は、前記ゴム板５４の山形に折り曲げた側縁５４ａが
露出する側面に対して垂直な方向（矢印Ｄ方向）のばね
定数が、前記ゴム板５４の直線状の側縁５４ｂが露出す
る側面に対して垂直な方向のばね定数よりも低くなる。

【００２４】したがって、図２（ａ）に示したように、
先頭軸１１は、軌条の長手方向には大きく変位できる
が、軌条の幅方向にはわずかに変位できるように、軸ば
ね５０によって台車枠１に弾性支持される。これに対し
て、図２（ｂ）に示したように、中間軸１２の軸箱１６
には、前記軸ばね５０が図２（ａ）に示した状態に対し
て９０度向きを変えた状態で取り付けられている。これ
により、中間軸１２は、軌条の幅方向（矢印Ｅ方向）に
は大きく変位できるが軌条の長手方向にはわずかに変位
できるように、同一の軸ばね５０によって台車枠１に弾
性支持される。

【００２５】また、図２（ａ）（ｂ）に示したように、
前記台座５２の上面には、位置決め用の突起５２ａに加
えて誤取り付け防止用の突起５２ｂが突設されている。
そして、台車枠１の軸ばね取付面には、軸ばね５０が正
しい方向を向けて軸箱１４，１６にそれぞれ取り付けら
れた時にのみ前記誤取り付け防止用の突起５２ｂを受け
入れる凹部が形成されている。これにより、中間軸１２
の軸箱１６に取り付けた軸ばね５０の向きが誤っている
場合には、前記誤取り付け防止用の突起５２ｂが台車枠
１の軸ばね取付面に干渉するので、軸ばね５０の誤取り
付けを確実に防止できる。

【００２６】次に、前記ゴムばね部分５１の寸法諸元を
算出してみる。３軸操舵台車を二組備えた台車構成の電
気機関車の軸重を１６トン〜１６．８トンとすると、緩
和曲線１／３００のねじれた軌条の上で３０％以上の輪
重抜けが出ない軸ばねのばね定数は、一つの軸箱あたり
に２８０ｋｇ／ｍｍ以下でなければならないことが判
る。ここで、一つの軸箱あたりのばね定数を２５０ｋｇ
／ｍｍとすると、軸ばね荷重は６７４０ｋｇ程度になる
ので、この圧縮荷重によりゴムばねの撓み率が１０〜１
２％に収まるゴム厚さは、２３５ミリ程度必要となる。
これにより、６７４０ｋｇ程度の軸ばね荷重を１軸箱あ
たり２個のゴムばねで受けるときに、面圧を１０ｋｇ／
平方センチ程度とすると、ゴムばね部分５１の断面形状
は１８０ミリ×１８０ミリの正方形で良いことが判る。
したがって、ゴム厚さが２３５ミリ、受圧面積１８０ミ
リ×１８０ミリ、ばね定数が２５０ｋｇ／ｍｍ程度とな
るようなゴムばね部分５１を形成するには、ゴム板５４
を７層程度積層すれば良いことが判る。

【００２７】以上、本第１実施形態の３軸操舵台車１０
０の軸ばね５０の作用について説明したが、先頭軸１１
および後尾軸１３は、車両走行時に発生する遠心力を受
けるとともに、軌条の通り狂いに沿って車体を誘導する
ために、前記軸ばね５０の軌条の幅方向のばね定数が充
分に大きい必要がある。したがって、前記軸ばね５０
の、軌条の長手方向のばね定数と軌条の幅方向のばね定
数との比を充分に大きくとることができれば良いが、若
干不足した場合には先頭軸１１および後尾軸１３の、軌
条の幅方向の過度の変位を拘束する機構が必要となる。

【００２８】このような機構の一例を図３を参照して説
明すると、軸箱１４の軌条の幅方向内側の部分には、台
車枠１の側面に対向する位置まで上方に延びるストッパ
１４ａが突設されている。そして、このストッパ１４ａ
の台車枠１側の側面には、クッションラバー１４ｂが取
り付けられている。これにより、軸ばね５０が軌条の幅
方向に大きく撓んで軸箱１４が台車枠１に対して過度に
接近すると、前記クッションラバー１４ｂが台車枠１に
当接し、台車枠１に対する軸箱１４のそれ以上の変位を
阻止できる構成となっている。

【００２９】ところで、前述したように中間軸１２は、
前記首振り操舵機構２０とは独立して設けられた、中間
軸連結機構４０の中間軸操舵レバー４３、４４と操舵リ
ンク４５、４６、および左右連結リンク４７の作用によ
り、首振り動作を可能としながら、牽引力およびブレー
キ力を受けることができるように台車枠１に連結されて
いる。これにより、図２に示したような軸ばねによって
軌条の長手方向の変位がある程度拘束されると、中間軸
１２は、わずかな首振りにより単独で蛇行動を発生し、
軌条の幅方向に最も安定した位置を自ら見出す。

【００３０】しかしながら、中間軸１２の蛇行動によっ
て、中間軸１２が軌条の幅方向の理想位置に移動するの
を待つだけでは、高速走行の際に自励振動に入る危険が
あり、ダンパなどの自励振動防止対策が必要となる。そ
こで、図４に示したような、中間軸１２を積極的に横動
させるとともに、その横動を拘束する中間軸横動機構６
０が、前述した先願（特願平７−１６２４７９号）に記
載されている。前記中間軸横動機構６０は、台車枠１に
軸支されて軸支点６１の廻りに揺動可能とされたＬ字形
の中間軸横動レバー６２と、この中間軸横動レバー６２
の軌条の幅方向に最も外側の端部６３と車体側座３とを
連結する連結リンク６４と、前記中間軸横動レバー６２
の軌条の長手方向に最も前側の端部６５と、中間軸１３
に装架されたサスコロ付き原動機６６の後端部６７とを
連結する中間軸横動リンク６８とを備えている。

【００３１】このとき、前記中間軸横動レバー６２の、
軸支点６１と前記連結リンク６４の取り付け点６３との
間の寸法をｅ、前記軸支点６１と前記中間軸横動リンク
６８の取り付け点６５との間の寸法をｇとすると、ｇ＝δ²・ｅ／（２・ｄ・Ｌ）なる関係を満たすように前記ｅ寸法およびｇ寸法を定め
れば、本第１実施形態の３軸操舵台車１００が軌条のカ
ーブ部分を走行する際に、中間軸１２が前記中間軸横動
機構６０によって横動させられ、その軸線方向の中心Ｂ
と軌条２の幅方向の中心とが一致することは、前述した
先願に記載したとおりである。

【００３２】本第１実施形態の３軸操舵台車１００は上
述のように構成したものであるから、軌条の直線部分を
走行する際には、３本の車軸が完全に平行な状態とな
り、安定した直線走行を行うことができる。また、軌条
のカーブ部分を走行する際には、３本の車軸の軸線がそ
れぞれ前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びるの
で、前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。
しかしながら、軌条の直線部分からカーブ部分に進入す
る段階、若しくは軌条のカーブ部分から直線部分に進入
する段階では、車体に対する台車枠の首振り角と先頭軸
および後尾軸の首振り角とが若干ずれる可能性がある。
また、各リンクの長さの調節が狂っていると、各車軸が
常時首を振って走行する可能性がある。

【００３３】このような不都合を解消するには、操舵連
結リンク３４や横動拘束リンク６８の途中に、図５に示
すような、リンク接続用バネ機構７０を操舵連結リンク
３９または中間軸横動リンク６８の途中に介装すれば良
い。

【００３４】前記リンク接続用バネ機構７０の構造の概
略を図５を用いて説明すると、図示左側のシャフト７１
の先端には、大径円筒部７２ａと、この大径円筒部７２
ａを挟み込むように配設された一対の小径円筒部７２
ｂ、７２ｃとを有するハウジング７２が、シャフト７１
と同軸に取り付けられている。一方、図示右側のシャフ
ト７３の先端には、前記小径円筒部７２ｂ、７２ｃ内に
摺動可能に嵌入されるピストン７４、７５が設けられて
いる。また、これらのピストン７４・７５間に互いに対
向するように、かつ前記シャフト７３に対して軸線方向
に摺動自在に嵌着された一対の円環状のワッシャ７７・
７８の間には、コイルばね７９が初圧をかけられた状態
で介装されている。

【００３５】上述のように構成されたリンク接続用バネ
機構７０のシャフト７１・７３に、前記バネ７９の初圧
よりも小さい軸力が作用した時には、バネ７９は撓むこ
とがないから、シャフト７１・７３は互いに軸線方向に
相対変位することなく、あたかも一本の剛体ロッドのよ
うに軸力を伝達する。これに対して、シャフト７１・７
３にバネ７９の初圧よりも大きい軸力が作用した時には
バネ７９が圧縮変形するので、シャフト７１・７３が軸
線方向に相対変位して伸縮可能なロッドとして作用す
る。したがって、このようなリンク接続用バネ機構７０
を操舵連結リンク３９または中間軸横動リンク６８に取
り付けることにより、各々のリンク間に生じる無理を吸
収することができる。また、ワッシャ７７・７８の間隔
をハウジング７２の前記大径円筒部７２ａの軸線方向の
長さよりも小さく設定することにより、シャフト７１・
７３間に遊びを持たせることができる。これにより、シ
ャフト７１・７３は、前記遊びの寸法だけは自由に相対
変位することができるが、相対変位が大きくなると剛な
ロッドとして作用することとなる。

【００３６】すなわち、以上説明したように、本第１実
施形態の３軸操舵台車１００においては、先頭軸および
後尾軸の軸箱に求められる変位方向と、中間軸の軸箱に
求められる変位方向とが互いに９０度異なっており、か
つ両者の変位量がほとんど同じであることを利用し、先
頭軸および後尾軸を台車枠に弾性支持する軸ばねと、中
間軸を台車枠に弾性支持する軸ばねとを、台車枠に対す
る取り付け方向を９０度ずらすことによって共用する構
造とされている。これにより、本第１実施形態の３軸操
舵台車１００が軌条の直線部分を走行する際には、３本
の車軸が完全に平行な状態となり、安定した直線走行を
行うことができる。また、軌条のカーブ部分を走行する
際には、首振り操舵機構２０と中間軸連結機構４０、お
よび軸ばね５０の作用により、３本の車軸の軸線がそれ
ぞれ前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びるので、
前記カーブ部分を滑らかに走行することができる。

【００３７】また、本第１実施形態の３軸操舵台車１０
０においては、中間軸連結機構４０を用い、中間軸１２
に牽引力およびブレーキ力が作用しても、中間軸１２の
軸箱の、軌条の長手方向の変位の和がゼロとなるように
中間軸１２を台車枠に連結するとともに、軌条の長手方
向のばね定数は大きいが軌条の幅方向のばね定数の小さ
い軸ばね５０によって、中間軸１２を台車枠１に弾性支
持する構造とした。これにより、中間軸１２は、わずか
な首振りにより単独で蛇行動を発生して、軌条の幅方向
に最も安定した位置を自ら見出し、かつその位置に向か
って横動し易くなるので、３軸操舵台車１００が軌条の
カーブ部分を走行する際に、早期に安定状態に入ること
ができる。

【００３８】第２実施形態次に、軌条の長手方向と幅方向でそのばね定数を変える
ことができる、他の実施形態の軸ばねについて説明す
る。図６に示したように、本第２実施形態の軸ばね８０
は、コイルばね８１と、このコイルばね８０を上下に挟
持するゴム製のばね座８２，８３とを備えている。そし
て前記ばね座８２，８３は、円筒状に湾曲したゴム板８
４を前記コイルばね８１の軸線方向に挟持した構造とさ
れている。これにより、ばね座８２，８３を前記円筒の
軸線に対して平行な方向に切断した断面においては、図
６（ａ）に示したように前記ゴム板８４は平坦に延びる
が、前記円筒の軸線に対して垂直な方向に切断した断面
においては、図６（ｂ）に示したように前記ゴム板８４
は湾曲して延びる。

【００３９】すなわち、前記ばね座８２，８３は、前記
円筒の軸線に対して平行な方向には、前記ゴム板８４の
剪断変形によって大きく変形できるが、前記円筒の軸線
に対して垂直な方向は、前記ゴム板８４を圧縮する方向
となるため、大きく変形することができない。したがっ
て、上述した３軸操舵台車１００の先頭軸１１および後
尾軸１３の軸箱には、図６（ａ）の図示左右方向が軌条
の長手方向となるように、かつ中間軸１２の軸箱には図
６（ｂ）の図示左右方向が軌条の長手方向となるよう
に、それぞれ本第２実施形態の軸ばね８０を取り付けれ
ば良い。

【００４０】第３実施形態次に、図７を参照して、第３実施形態の軸ばね９０につ
いて説明する。この軸ばね９０は、コイルばね９１と、
このコイルばね９１を上下に挟持する上下一対の金属製
ばね座９２，９３とを備えている。一方、台車枠１の下
面には上側ブラケット９４が、軸箱１４の上面には下側
ブラケット９５がそれぞれ突設されている。そして、前
記上側ばね座９２は、ピン９６によって前記上側ブラケ
ット９４に対して相対揺動自在に軸支されている。さら
に、前記下側ばね座９３は、前記ピン９６と平行に延び
るピン９７によって前記下側ブラケット９５に対して相
対揺動自在に軸支されている。

【００４１】これにより、本第３実施形態の軸ばね９０
は、上下のばね座９２，９３が上下のブラケット９４，
９５に対して揺動できる方向とできない方向とでばね定
数が異なり、図７（ａ）の図示左右方向のばね定数が、
図７（ｂ）の図示左右方向のばね定数よりも小さくな
る。したがって、上述した３軸操舵台車１００の先頭軸
１１および後尾軸１３の軸箱には、図７（ａ）の図示左
右方向が軌条の長手方向となるように、かつ中間軸１２
の軸箱には図７（ｂ）の図示左右方向が軌条の長手方向
となるように、それぞれ本第３実施形態の軸ばね９０を
取り付ければ良い。

【００４２】第４実施形態次に、図８を参照して、第４実施形態の軸ばね１１０に
ついて説明する。この軸ばね１１０は、コイルばね１１
１と、このコイルばね１１１を上下に挟持する上下一対
の金属製ばね座１１２，１１３とを備えている。そし
て、これらのばね座１１２，１１３の、台車枠１の下面
および軸箱１４の上面に対向する側の表面１１４，１１
５は、それぞれ互いに同軸な円筒面の一部とされてい
る。さらに、これらの円筒面１１４，１５には位置決め
用突起１１６，１１７がそれぞれ突設され、台車枠１の
下面および軸箱１４の上面に凹設された位置決め用凹部
と係合するようにされている。

【００４３】これにより、本第４実施形態の軸ばね１１
０は、そのばね座１１２，１１３の円筒面１１４，１１
５が台車枠１の下面および軸箱１４の上面に接しながら
揺動できる方向のばね定数が、そうでない方向のばね定
数よりも小さくなる。したがって、上述した３軸操舵台
車１００の先頭軸１１および後尾軸１３の軸箱には、図
９（ａ）の図示左右方向が軌条の長手方向となるよう
に、かつ中間軸１２の軸箱には図９（ｂ）の図示左右方
向が軌条の長手方向となるように、それぞれ本第４実施
形態の軸ばね１１０を取り付ければ良い。

【００４４】なお、本発明の鉄道車両用３軸操舵台車
は、上述した実施例によって限定されるものではなく、
本発明の主旨に基づいて種々の変更が可能であることは
言うまでもない。例えば、上述した実施例においては主
電動機が輪軸に装架されているが、主電動機を台車枠に
装架することとしても良く、この場合には、主電動機と
駆動装置との間に、車軸の首振りと横動とを許容する継
手を介装すれば良い。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の鉄道車両用３軸操舵台車においては、先頭軸および後
尾軸の軸箱を台車枠に弾性支持する第１の軸ばねを、そ
の軌条の長手方向のばね定数を軌条の幅方向のばね定数
よりも小さくするとともに、中間軸を台車枠に弾性支持
する第２の軸ばねを、その軌条の幅方向のばね定数を軌
条の長手方向のばね定数よりも小さくしたものである。
そして、先頭軸および後尾軸の軸箱に求められる変位方
向と、中間軸の軸箱に求められる変位方向とが互いに９
０度異なっており、かつ両者の変位量がほとんど同じで
あることを利用し、先頭軸および後尾軸を台車枠に弾性
支持する軸ばねと、中間軸を台車枠に弾性支持する軸ば
ねとを、台車枠に対する取り付け方向を９０度ずらすこ
とによって共用する構造とされている。これにより、３
軸操舵台車が軌条のカーブ部分を走行する際には、先頭
軸および後尾軸が首振り操舵機構によって操舵され、そ
の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びると
ともに、中間軸は軌条の幅方向に変位し、その軸線方向
の中心が軌条の幅方向の中心線に一致するから、３軸操
舵台車は前記カーブ部分を滑らかに走行することができ
る。また、３軸操舵台車を構成する部品の種類を低減し
て、製造コストを低減させることができる。

【００４６】また、本発明の３軸操舵台車においては、
中間軸連結機構を用いて、中間軸に牽引力およびブレー
キ力が作用しても、中間軸の軸箱の、軌条の長手方向の
変位の和がゼロとなるように中間軸を台車枠に連結する
とともに、軌条の長手方向のばね定数は大きいが軌条の
幅方向のばね定数の小さい軸ばねを用いて中間軸を台車
枠に弾性支持する構造とした。これにより、中間軸はわ
ずかな首振りにより単独で蛇行動を発生して、軌条の幅
方向に最も安定した位置を自ら見出し、かつその位置に
向かって横動し易くなるので、３軸操舵台車が軌条のカ
ーブ部分を走行する際には、早期に安定状態に入ること
ができる。

【００４７】すなわち、本発明の車軸支持構造を備えた
３軸操舵台車が軌条のカーブ部分を走行する際には、先
頭軸、中間軸、後尾軸の軌条に対するアタックアングル
をゼロとすることができるから、各輪軸の車輪の踏面勾
配が適切に設定されていれば、遠心力等の影響を受ける
以外は、各輪軸は軌条のカーブ部分を滑らかに走行する
ことができる。また、軌条に対する各車輪の横圧を最小
とすることができ、車輪のフランジ磨耗を防止すること
ができる。したがって、従来は、車輪のフランジ磨耗に
伴う保守整備の困難さを嫌って３軸台車を敬遠し２軸台
車を用いてきたが、本発明の３軸操舵台車によれば従来
の問題点を解消することができ、３軸台車を敬遠する必
要が無い。これにより、例えば６本の駆動輪軸を有する
機関車を構成する際には、従来であれば２軸台車を３つ
組み合わせたＢ−Ｂ−Ｂ配置の台車構成とせざるを得な
かったが、本発明によれば、３軸操舵台車を２つ組み合
わせたＣ−Ｃ配置の台車構成とすることができ、機関車
の機器配置の設計自由度が大きく高まるばかりでなく、
機関車の重量を低減し、かつ低重心なものとすることが
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施形態の鉄道車両用３軸操舵
台車を示した平面図。

【図２】第１実施形態の軸ばねを軸箱に取り付けた状態
を示した斜視図。

【図３】ストッパを備えた軸箱の正面図。

【図４】中間軸横動機構を示した平面図。

【図５】リンク接続用バネ機構を示した縦断面図。

【図６】第２実施形態の軸ばねの縦断面図。

【図７】第３実施形態の軸ばねの縦断面図。

【図８】第４実施形態の軸ばねの縦断面図。

【符号の説明】

１台車枠２軌条３車体側座１１先頭軸１２中間軸１３後尾軸１４、１５、１６、１７、１８、１９軸箱２０操舵機構４０中間軸連結機構５０，８０，９０，１１０軸ばね６０中間軸横動機構７０リンク接続用バネ機構１００鉄道車両用３軸操舵台車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山城義治東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (56)参考文献特開昭59−134056（ＪＰ，Ａ) 特開平９−11899（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−13710（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−13214（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−186767（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−153667（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61F 5/30 B61F 3/10 B61F 5/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の台車枠に対して、首振り可能に
取り付けられた先頭軸および後尾軸と、軌条の幅方向に
横動可能に取り付けられた中間軸とを備え、前記鉄道車
両が軌条のカーブ部分を走行する際には、前記３本の車
軸の軸線が前記カーブ部分の曲率中心に向かって延びる
ように前記先頭軸および前記後尾軸が首振り操舵される
鉄道車両用３軸操舵台車であって、前記先頭軸および前記後尾軸の軸箱を前記台車枠に弾性
支持する、軌条の長手方向のばね定数が軌条の幅方向の
ばね定数よりも小さい第１の軸ばねと、前記中間軸を前記台車枠に弾性支持する、軌条の幅方向
のばね定数が軌条の長手方向のばね定数よりも小さい第
２の軸ばねと、をさらに備え、前記第２の軸ばねは、前記第１の軸ばねと同一の軸ばね
であり、かつ前記台車枠に対するその取り付け方向が、
前記第１の軸ばねとして前記台車枠に取り付けられる方
向に対して軌条の長手方向と軌条の幅方向との間で９０
度回転させた方向であることを特徴とする鉄道車両用３
軸操舵台車。
【請求項２】前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね
は、前記台車枠若しくは前記車軸の軸箱にその取り付け
方向を誤った状態で取り付けられることを防止する、誤
取り付け防止手段を有することを特徴とする請求項１に
記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項３】前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね
は、山形に折り曲げたゴム板を互いに密着させた状態で
複数枚積層した柱状のゴムばね部分を備えることによ
り、前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね全体とし
て、前記山形を正面から見る方向のばね定数が、前記山
形を側方から見る方向のばね定数よりも小さくされてい
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道
車両用３軸操舵台車。
【請求項４】前記第１の軸ばね又は第２の軸ばねは、金
属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する一対の
ばね座とを備え、前記ばね座が湾曲したゴム板を前記コ
イルばねの軸線方向に挟持した構造とされることによ
り、前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね全体とし
て、前記ゴム板の断面形状が平板状に見える方向のばね
定数が、前記ゴム板の断面形状が湾曲して見える方向の
ばね定数よりも小さくされていることを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項５】前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね
は、金属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する
一対のばね座とを備え、これらのばね座が、前記台車枠
および前記軸箱にそれぞれ設けられたブラケットに対し
て、互いに平行に延びる一対のピンのそれぞれによって
揺動自在に軸支されることにより、前記第１の軸ばね又
は前記第２の軸ばね全体として、前記ピンの軸線に対し
て垂直な方向のばね定数が、前記ピンの軸線方向のばね
定数よりも小さくされていることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項６】前記第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね
は、金属製のコイルばねと、前記コイルばねを挟持する
一対のばね座とを備え、前記ばね座の前記台車枠および
前記軸箱への取付面が円筒状とされることにより、前記
第１の軸ばね又は前記第２の軸ばね全体として、前記ば
ね座が前記台車枠および前記軸箱の取付面上を転動可能
な方向のばね定数が、前記ばね座が前記台車枠および前
記軸箱側の取付面上を転動不能な方向のばね定数よりも
小さくされていることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項７】前記軸箱の前記台車枠に対する所定の大き
さ以上の相対変位を阻止するストッパをさらに備えるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項８】前記先頭軸および前記後尾軸の軌条の幅方
向の相対変位許容量に対して、前記中間軸の軌条の幅方
向の相対変位許容量を大きくしたことを特徴とする請求
項７に記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項９】前記中間軸の両端部をそれぞれ支持する軸
箱の、軌条の長手方向へのそれぞれの変位の合計が常に
ゼロとなるように前記中間軸を前記台車枠に連結する、
リンクおよびレバーを有した中間軸連結機構をさらに備
えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか
に記載の鉄道車両用３軸操舵台車。
【請求項１０】鉄道車両の車体に対する前記台車枠の首
振り角度に比例した横動量で前記中間軸を軌条の幅方向
に横動させる中間軸横動機構をさらに備えることを特徴
とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の鉄道車
両用３軸操舵台車。