JP4995217B2 - 軌道系車両用台車及び軌道系車両 - Google Patents

Description

本発明は、軌道上を走行する軌道系車両用台車に関する。また、本発明は、当該軌道系車両用台車を備える軌道系車両に関する。

一般的に、地下鉄や新交通システムなどの軌道系車両（以下、「車両」という）は、軌道に沿って設けられたガイドレールに案内されながら軌道上を走行する構成となっている。従来の車両の台車では、ゴムタイヤなどから構成される走行輪が、ガイドレールによって案内される案内輪に対して常に一定の方向を向いて配置されていたため、走行輪の向きは、ガイドレールに倣って変化するだけであった。しかしながら、車両が曲線のガイドレールに進入する際、走行輪の直進しようとする力や車両に作用する遠心力によって、案内輪にはガイドレールへと向かう案内輪作用力が大きく作用し、案内輪とガイドレールとが大きな圧力で接触することとなる。その結果、案内輪およびガイドレールが、摩耗や劣化などし易くなり問題となっていた。

そこで、案内輪作用力に対向する走行輪のコーナリングフォースを増加させて、案内輪とガイドレールとの接触圧力を低減する対策が取られている。コーナリングフォースを増加する手法としては、車両の台車に走行輪を操舵するためのステアリング機構を設け、曲線のガイドレールに進入する際に、このステアリング機構によってスリップアングル（操舵角）を増加させるように走行輪を操舵することが行われている。

このようなステアリング機構を備える台車は、特許文献１に開示されている。特許文献１では、キングピンにより回動可能に構成された一対の走行輪が、車軸によって連結され、さらに車幅方向に沿って配置されるタイロッドによって互いに連動可能に構成されている。一方で、ガイドレールに案内される案内輪が案内フレームに取付けられており、この案内フレームは車軸に対して一対の走行輪間中央を中心として旋回可能となっている。また、一対の走行輪の一方と案内フレームとを操舵可能に連結する操舵ロッドが、車幅方向に沿って配設されており、操舵ロッドの一方の端部が、一対の走行輪の一方を操舵するためのステアリングアームに取付けられ、操舵ロッドの他方の端部が、車両前後方向に移動可能に案内フレームに取付けられている。加えて、案内フレームには車両前後方向に伸縮可能なアクチュエータが設けられており、操舵ロッドの案内フレーム側の端部はアクチュエータに取付けられている。このようなアクチュエータの動作によって、操舵ロッドの案内フレーム側の端部が移動すると、この端部と案内フレームの旋回中心（または車軸）との距離が、操舵ロッドの走行輪側の端部と車軸との距離に対して変更されて、操舵ロッドが車軸に対して傾いた姿勢となる。その結果、操舵ロッドの移動に対するステアリングアームの移動量が変化し、このステアリングアームによって操舵される走行輪のスリップアングルが変化することとなる。

米国特許第６４７７９６３号明細書

しかしながら、特許文献１の台車では、アクチュエータの車両前後方向の動作によって、車幅方向に配置された操舵ロッドの姿勢を変化させて、案内フレームの旋回に伴って操舵される走行輪の操舵角を調整する構成となっている。そのため、アクチュエータの動作と操舵ロッドの姿勢変化と走行輪の操舵角の変化との関係が複雑になっており、その構造および制御が複雑になっている。そのため、走行輪の操舵角を微妙に変化させるように、アクチュエータの動作を制御することが難しくなっており、例えば、直線走行中の車両を安定走行させるために、横風などの外乱に対応して走行輪の操舵角を微調整することが難しくなっている。

また、特許文献１の台車では、アクチュエータの故障を想定したフェイルセーフ機能が設けられていない。そのため、走行輪が案内フレームに対して傾いた状態でアクチュエータが故障すると、直線走行状態における走行輪のアライメントがずれることとなる。この場合、走行輪がサイドスリップした状態で走行することとなり問題となる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、構造をシンプルにしながら、案内輪およびガイドレール間の摩耗や劣化を防止して、アクチュエータを用いた場合には、その制御をシンプルにしながら、走行輪のスリップアングルの微調整を可能とし、かつアクチュエータの故障に伴う不具合の発生を防止可能とし、かつ走行安定性を確保した軌道系車両用台車を提供することにある。

課題を解決するために本発明の軌道系車両用台車は、ステアリング車軸の両端にそれぞれキングピンによって連結された一対の走行輪と、走行軌道上に設けられるガイドに沿って案内される案内輪と、前記案内輪を取付けた案内フレームとを備え、前記案内フレームが前記ステアリング車軸に対して旋回可能に構成されている、軌道系車両用台車において、前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の中央側で車幅方向に沿って配置され、かつ前記一対の走行輪を連動可能に構成したタイロッドと、前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の車端側に配置され、かつ前記一対の走行輪の一方を操舵可能に構成した連結ロッドと、車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の一方のキングピンに取付けられる第１ステアリングアームと、車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の他方のキングピンに取付けられる第２ステアリングアームと、前記ステアリング車軸の車幅方向中央で前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に沿って設けられる車軸ブラケットと、前記車軸ブラケットに設けられ、かつ前記車軸ブラケットに対して前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に位置調整可能に構成される支持軸と、車両前後方向に沿って配置されるリンクレバーとを備え、前記タイロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームおよび前記第２ステアリングアームの中央側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、前記連結ロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームの車端側端部および前記リンクレバーの車端側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、前記リンクレバーの中間部が、前記案内フレームに回動可能に取付けられ、前記リンクレバーの中央側端部に車両前後方向に延びる長孔が設けられ、前記長孔と前記支持軸とが一定の位置で回動可能に係合している。

本発明の軌道系車両用台車では、前記支持軸の移動後に、前記支持軸を元の位置に復帰可能とするための復元機構が前記案内フレームに設けられ、前記ステアリング車軸に設けられたアクチュエータによって、前記支持軸が車両前後方向に移動可能に構成されている。
本発明の軌道系車両用台車では、前記案内フレームに設けられた板バネによって前記案内輪が支持され、前記板バネの変位量を検出するための検出手段が設けられ、前記検出手段により検出される板バネの変位量に対応して前記アクチュエータを制御するための制御手段が設けられている。

本発明の軌道系車両は、上述の軌道系車両用台車を備えている。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。本発明の軌道系車両用台車は、ステアリング車軸の両端にそれぞれキングピンによって連結された一対の走行輪と、走行軌道上に設けられるガイドに沿って案内される案内輪と、前記案内輪を取付けた案内フレームとを備え、前記案内フレームが前記ステアリング車軸に対して旋回可能に構成されている、軌道系車両用台車において、前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の中央側で車幅方向に沿って配置され、かつ前記一対の走行輪を連動可能に構成したタイロッドと、前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の車端側に配置され、かつ前記一対の走行輪の一方を操舵可能に構成した連結ロッドと、車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の一方のキングピンに取付けられる第１ステアリングアームと、車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の他方のキングピンに取付けられる第２ステアリングアームと、前記ステアリング車軸の車幅方向中央で前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に沿って設けられる車軸ブラケットと、前記車軸ブラケットに設けられ、かつ前記車軸ブラケットに対して前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に位置調整可能に構成される支持軸と、車両前後方向に沿って配置されるリンクレバーとを備え、前記タイロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームおよび前記第２ステアリングアームの中央側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、前記連結ロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームの車端側端部および前記リンクレバーの車端側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、前記リンクレバーの中間部が、前記案内フレームに回動可能に取付けられ、前記リンクレバーの中央側端部に車両前後方向に延びる長孔が設けられ、前記長孔と前記支持軸とが一定の位置で回動可能に係合している。
そのため、前記リンクレバーの回動中心として構成される前記支持軸が、前記ステアリング車軸を跨いで車両前後方向に移動可能となっている。

ここで、前記リンクレバーの回動中心が前記ステアリング車軸の車端側に位置する場合、曲線のガイドレールに沿って前記案内輪および前記案内フレームが旋回すると、前記リンクレバーの中間部が前記案内フレームに回動可能に取付けられていることによって、前記リンクレバーは、その中央側端部の前記支持軸を中心に回動する。前記リンクレバーの車端側端部から中央側端部の前記支持軸までの距離と前記リンクレバーの中間部から中央側端部の前記支持軸までの距離との比率に対応して、前記リンクレバーの車端側端部は、前記リンクレバーの中間部よりも大きく回動する。このとき、案内フレームの旋回と同方向に大きく振られることとなる。そのため、前記連結ロッドが移動し、第１ステアリングアームが移動し、その結果、前記一対の走行輪の一方が、前記案内フレームの旋回角よりも大きくきられて、オーバーステア状態のスリップアングルとなるように、操舵されることとなる。さらに、前記一対の走行輪の一方が操舵されることに伴って、前記タイロッドが移動し、前記第２ステアリングアームが移動し、その結果、前記一対の走行輪の他方が、オーバーステア状態のスリップアングルとなるように、操舵されることとなる。

一方で、前記リンクレバーの回動中心が前記ステアリング車軸の中央側に位置する場合、前記案内輪および前記案内フレームが旋回すると、前記リンクレバーの車端側端部から中央側端部の前記支持軸までの距離と前記リンクレバーの中間部から中央側端部の前記支持軸までの距離との比率に対応して、前記リンクレバーの車端側端部は、前記リンクレバーの中間部よりも大きく回動する。このとき、前記リンクレバーの車端側端部は、前記案内フレームの旋回と反対方向に振られることとなる。そのため、前記連結ロッドが移動し、前記第１ステアリングアームが移動し、その結果、前記一対の走行輪の一方が、前記案内フレームの旋回角よりも小さくきられて、アンダーステア状態のスリップアングルとなるように、操舵されることとなる。さらに、前記一対の走行輪の一方が操舵されることに伴って、前記タイロッドが移動し、前記第２ステアリングアームが移動し、その結果、前記一対の走行輪の他方が、アンダーステア状態のスリップアングルとなるように、操舵されることとなる。

前記支持軸の移動によって、前記リンクレバーの車端側端部から中央側端部の前記支持軸までの距離と前記リンクレバーの中間部から中央側端部の前記支持軸までの距離との比率が変更可能となるため、前記走行輪のスリップアングルがオーバーステア状態とアンダーステア状態との間で変更可能となっている。そのため、前記一対の走行輪のスリップアングルを、曲線のガイドレールの曲率半径および車両の走行速度などに対応して、オーバーステア状態およびアンダーステア状態のいずれかに適宜調整することによって、前記一対の走行輪のコーナリングフォースを調整することができる。その結果、前記案内輪の前記ガイドレールに向かう案内輪作用力を低減し、前記案内輪と前記ガイドレールとの接触圧力を低減させることができる。さらに、例えば、前記走行輪がゴムタイヤの場合には、ゴムタイヤの摩耗により変化するコーナリングフォースの減少に対応して、オーバーステア状態で前記リンクレバーの車端側端部から中央側端部の前記支持軸までの距離を前記リンクレバーの中間部から中央側端部の前記支持軸までの距離に対して増加させることによって、前記一対の走行輪のスリップアングルを増加させ、前記案内輪と前記ガイドレールとの接触圧力を効率的に低減するように調整することができる。よって、このように前記軌道系車両用台車の構造をシンプルにしながら、前記案内輪およびガイドレール間の摩耗や劣化を効率的に防止でき、かつ車両の走行安定性を確保できる。

本発明の軌道系車両用台車では、前記支持軸の移動後に、前記支持軸を元の位置に復帰可能とするための復元機構が前記案内フレームに設けられ、前記ステアリング車軸に設けられたアクチュエータによって、前記支持軸が車両前後方向に移動可能に構成されており、前記リンクレバーの車端側端部から中央側端部の前記支持軸までの距離と前記リンクレバーの中間部から中央側端部の前記支持軸までの距離との比率を前記アクチュエータによって制御することと、前記一対の走行輪のスリップアングルを調整することとの関係がシンプルになっている。従って、前記軌道系車両用台車の制御をシンプルにできる。また、前記アクチュエータが故障した場合にも、前記復元機構によって、前記支持軸が前記アクチュエータによって移動する前の元の中立位置に復帰可能となっている。また、前記アクチュエータの動作が、前記案内フレームの旋回と前記走行輪の操舵と切り離されているため、前記アクチュエータが故障した場合でも、前記一対の走行輪が直線走行および曲線走行に対応して通常通り操舵されて、車両が通常走行可能となっている。よって、アクチュエータの故障に伴う不具合の発生を防止でき、かつ車両の走行安定性を確保できる。
本発明の軌道系車両用台車では、前記案内フレームに設けられた板バネによって前記案内輪が支持され、前記板バネの変位量を検出するための検出手段が設けられ、前記検出手段により検出される板バネの変位量に対応して前記アクチュエータを制御するための制御手段が設けられており、前記案内輪がガイドレールから衝撃などの外乱を受けた場合でも、前記板バネによって前記案内フレームに伝わる外乱が緩和されて、車両の走行安定性が確保されることとなる。また、車両の搭乗者の乗り心地も改善される。さらに、前記検出手段によって検出される前記案内フレームに対する前記案内輪の変位量に対応して、迅速に前記一対の走行輪の操舵量が前記アクチュエータによって制御されることとなる。そのため、車両が曲線のガイドレールを走行する場合などにも、迅速かつ適切に前記一対の走行輪のスリップアングルが調整されることとなる。よって、車両の走行安定性が確保されることとなる。

本発明の軌道系車両は、上述の軌道系車両用台車を備えているので、上述の軌道系車両用台車と同様の効果が得られる。

本発明の第１実施形態において直線走行時の軌道系車両の概略を示す説明図である。 本発明の第１実施形態における軌道系車両用台車の概略を示す平面図である。 本発明の第１実施形態における軌道系車両用台車の概略を示す正面図である。 本発明の第１実施形態において曲線走行時の軌道系車両の概略を示す説明図である。 （ａ）オーバーステアの状態にある車両前方側の軌道系車両用台車の概略を示す説明図である。（ｂ）オーバーステアの状態にある車両前方側の軌道系車両用台車を拡大した図である。 （ａ）アンダーステアの状態にある車両前方側の軌道系車両用台車の概略を示す説明図である。（ｂ）アンダーステアの状態にある車両前方側の軌道系車両用台車を拡大した図である。 本発明の第２実施形態において直線走行時の軌道系車両の概略を示す説明図である。 本発明の第３実施形態において直線走行時の軌道系車両の概略を示す説明図である。

本発明の第１実施形態〜第３実施形態の軌道系車両（以下、「車両」という）に用いられる台車について以下に説明する。本発明の第１実施形態〜第３実施形態では、車両の一例として、車両前方側および後方側に台車を設けた車両を用いて説明するものとし、車両の進行方向を車両前方として説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の車両用台車について以下に説明する。図１を参照すると、矢印Ａの方向に進行する車両において、車幅方向に左右一対のセンターガイド１が、車両の車幅方向中間で車両の軌道経路に沿って配置されており、車両は、このセンターガイド１に沿って案内されながら走行する構成となっている。このような車両において、車体２の下部には、車両の前方側の前側台車３および後方側の後側台車４がそれぞれ配置されている。

ここで、前方側の前側台車３および後方側の後側台車４（以下、「台車３，４」と呼ぶ）の構造について、図１〜図３を参照しながら説明する。台車３，４には、一対の走行輪５が設けられている。この走行輪５の一例として、主に地下鉄および新交通システムなどの車両では、ゴムタイヤが用いられている。なお、走行輪５の他の例として、鉄製の車輪などの他の素材から作製される車輪が用いられてもよい。このような一対の走行輪５は、同一軸線５ａを中心として回動可能に構成されるとともに、互いに車幅方向に間隔を空けて配置されている。また、台車３，４には、走行輪５の軸線５ａに沿ってステアリング車軸６が配設されている。一対の走行輪５は、ステアリング車軸６の両端部にそれぞれキングピン７によって取付けられており、互いに連結されている。一方で、ステアリング車軸６の下方には、ステアリング車軸６に対して車両前後方向に延びるように案内フレーム８が配設されている。

ここで、図２および図３を参照すると、案内フレーム８には、車両前後方向に延びる一対の縦梁８ａが車幅方向に間隔を空けて配設されており、さらに、一対の縦梁８ａの車両前後方向の両端部間でそれぞれ延在する横梁８ｂが配設されている。この縦梁８ａの両端部には、それぞれ案内輪９が回動軸９ａを中心に回動可能に取付けられている。そのため、ステアリング車軸６に対して車両前後方向の車端側および中央側に、それぞれ一対の案内輪９が位置することとなる。一対の案内輪９の間をセンターガイド１が通過しており、案内輪９は、このセンターガイド１の車幅方向の外側面を転動して、センターガイド１によって案内されることとなる。

案内フレーム８には、一対の縦梁８ａ間で延在する支持梁８ｃが、ステアリング車軸６と車端側の横梁８ｂとの間の位置に配設されている。この支持梁８ｃには、上方に向かって突出する取付軸１０が設けられている。取付軸１０は、一対の走行輪５間の中央で車両前後方向に延びる中央軸線５ｂ上に配置されている。

案内フレーム８には、一対の縦梁８ａから車幅方向外側にそれぞれ延びる第１旋回部材１１が、ステアリング車軸６に沿って配設されている。第１旋回部材１１の下方には、車幅方向に延びる第２旋回部材１２が配設されている。第１旋回部材１１と第２旋回部材１２との間には、リニアガイド１３が設けられている。リニアガイド１３は、一対の走行輪５間中央で上下方向に延びる旋回中心軸８ｄを中心として一定の半径を有する仮想円８ｅ上に配置されている。旋回中心軸８ｄは、走行輪５の軸線５ａと一対の走行輪５間の中央で車両前後方向に延びる中央軸線５ｂとの交点に対応している。このリニアガイド１３によって、第１旋回部材１１は、第２旋回部材１２に対して、旋回中心軸８ｄを中心に旋回可能となっている。また、第２旋回部材１２は、ステアリング車軸６に取付けられており、そのため、案内フレーム８が、ステアリング車軸６に対して旋回中心軸８ｄを中心に旋回可能となっている。

図２に示すように、台車３，４には、復元ロッド１４および水平ダンパ１５が設けられている。なお、図３では、復元ロッド１４および水平ダンパ１５を省略している。復元ロッド１４は、ステアリング車軸６の車端側で、かつ中央軸線５ｂに対して一対の走行輪５の一方側に配置されている。復元ロッド１４の一端部は、案内フレーム８の縦梁８ａに回動可能に取付けられ、復元ロッド１４の他端部は、第２旋回部材１２に回動可能に取付けられている。一方で、水平ダンパ１５は、ステアリング車軸６に対して車端側で、かつ中央軸線５ｂに対して一対の走行輪５の他方側に配置されている。水平ダンパ１５の一端部は、案内フレーム８の縦梁８ａに回動可能に取付けられ、水平ダンパ１５の他端部は、第２旋回部材１２に回動可能に取付けられている。そのため、このような復元ロッド１４および水平ダンパ１５によって、案内フレーム８が、旋回後においても元の中立位置に復帰可能となり、さらには案内フレーム８の旋回が緩衝されることとなる。

ここで再び図１および図２を参照すると、一対の走行輪５の一方を操舵可能にする第１ステアリングアーム１６が、車両前後方向に沿って配設され、かつ一対の走行輪５の一方のキングピン７に取付けられている。一対の走行輪５の他方を操舵可能にする第２ステアリングアーム１７が、車両前後方向に沿って配設され、かつ一対の走行輪５の他方のキングピン７に取付けられている。一対の走行輪５を互いに連動させるためのタイロッド１８が、ステアリング車軸６の中央側で車幅方向に沿って配設されている。タイロッド１８の両端部は、それぞれ第１ステアリングアーム１６および第２ステアリングアーム１７の中央側端部に回動可能に取付けられている。また、一対の走行輪５の一方を操舵するための連結ロッド１９が、ステアリング車軸６の車端側で車幅方向に沿って配設されている。

ステアリング車軸６の車幅方向中央部には、ステアリング車軸６を跨ぐように車両前後方向に沿って配設される車軸ブラケット２０が取付けられている。車軸ブラケット２０には、車両上方に突出する支持軸２１が設けられている。支持軸２１は、ステアリング車軸６を跨ぐように車両前後方向に位置調整可能に構成されている。台車３，４には、リンクレバー２２がステアリング車軸６を跨ぐように中央軸線５ｂに沿って配設されている。

連結ロッド１９の一端部には、第１ステアリングアーム１６の車端側端部が回動可能に取付けられ、連結ロッド１９の他端部には、リンクレバー２２の車端側端部が回動可能に取付けられている。リンクレバー２２の中間部は、案内フレーム８に設けられた取付軸１０に回動可能に取付けられている。リンクレバー２２の中央側端部には、ステアリング車軸６を跨ぐように車両前後方向に延びる長孔２２ａが設けられている。この長孔２２ａと車軸ブラケット２０に設けられた支持軸２１とが一定の位置で回動可能に係合している。そのため、支持軸２１と長孔２２ａとの係合位置は、ステアリング車軸６を跨ぐように車両前後方向に変更可能となっている。

ここで、支持軸２１と長孔２２ａとの係合位置の変更に伴う走行輪５のスリップアングルの変化について、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照しながら説明する。

支持軸２１と長孔２２ａとの係合位置がステアリング車軸６に対して車端側である場合について、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）を参照しながら説明する。リンクレバー２２の回動中心として構成される支持軸２１が、ステアリング車軸６に対して距離ｄ１（図５（ａ）に示す）車端側に位置する場合、曲線のセンターガイド１に沿って案内輪９および案内フレーム８が旋回すると、リンクレバー２２の中間部が案内フレーム８に回動可能に取付けられていることによって、リンクレバー２２は、その中央側端部の支持軸２１を中心に回動する。リンクレバー２２の車端側端部から中央側端部の支持軸２１までの距離ｄ２（図５（ａ）に示す）とリンクレバー２２の中間部から中央側端部の支持軸２１までの距離ｄ３（図５（ａ）に示す）との比率に対応して、リンクレバー２２の車端側端部は、リンクレバー２２の中間部よりも大きく回動する。このとき、リンクレバー２２の車端側端部は、案内フレーム８の車幅方向左右中間を通る軸線８ｆに対して、案内フレーム８の旋回と同方向側に大きく振られることとなる。そのため、連結ロッド１９が移動し、第１ステアリングアーム１６が移動する。その結果、前側台車３においては、一対の走行輪５の一方で、曲線の接線方向に対して内軌側に傾くスリップアングルα１が生じて、後側台車４においては、一対の走行輪５の一方で、曲線の接線方向に対して外軌側に傾くスリップアングルα２が生じることとなる。さらに、一対の走行輪５の一方が操舵されることに伴って、タイロッド１８が移動し、第２ステアリングアーム１７が移動する。その結果、前側台車３においては、一対の走行輪５の他方で、曲線の接線方向に対して内軌側に傾くスリップアングルα１が生じて、後側台車４においては、一対の走行輪５の他方で、曲線の接線方向に対して外軌側に傾くスリップアングルα２が生じることとなる。よって、台車３，４はオーバーステアの状態になる。以上のようなモードは、車両がカント付きの曲線を平衡速度よりも少し高いスピードで走行し、かつカントの不足した状態で走行する状況で、使用されるものである。

このとき、前側台車３においては、一対の走行輪５には曲線の内側に向かうコーナリングフォース（矢印ＣＦ１で示す）が生じて、内軌側において、車端側の案内輪９における曲線に対して外側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ１で示す）が低減され、中央側の案内輪９における曲線に対して外側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ２で示す）が低減され、センターガイド１と内軌側の案内輪９との接触圧力が低減されることとなる。一方で、後側台車４においては、一対の走行輪５には曲線の外側に向かうコーナリングフォース（矢印ＣＦ２で示す）が生じて、外軌側において、車端側の案内輪９における曲線に対して内側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ３で示す）が低減され、中央側の案内輪９における曲線に対して内側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ４で示す）が低減され、センターガイド１と外軌側の案内輪９との接触圧力が低減されることとなる。

一方で、支持軸２１と長孔２２ａとの係合位置がステアリング車軸６に対して車両中央側である場合について、図６（ａ）および図６（ｂ）参照しながら説明する。リンクレバー２２の回動中心として構成される支持軸２１が、ステアリング車軸６に対して距離ｄ４（図６（ａ）に示す）中央側に位置する場合、曲線のセンターガイド１に沿って案内輪９および案内フレーム８が旋回すると、リンクレバー２２の中間部が案内フレーム８に回動可能に取付けられていることによって、リンクレバー２２は、その中央側端部の支持軸２１を中心に回動する。このとき、リンクレバー２２の車端側端部から中央側端部の支持軸２１までの距離ｄ５（図６（ａ）に示す）とリンクレバー２２の中間部から中央側端部の支持軸２１までの距離ｄ６（図６（ａ）に示す）との比率に対応して、リンクレバー２２の車端側端部は、リンクレバー２２の中間部よりも大きく回動する。このとき、リンクレバー２２の車端側端部は、案内フレーム８の車幅方向左右中間を通る軸線８ｆに対して、案内フレーム８の旋回と反対方向側に振られることとなる。そのため、連結ロッド１９が移動し、第１ステアリングアーム１６が移動する。その結果、前側台車３においては、一対の走行輪５の一方で、曲線の接線方向に対して外軌側に傾くスリップアングルα３が生じて、後側台車４においては、一対の走行輪５の一方で、曲線の接線方向に対して内軌側に傾くスリップアングルα４（図示せず）が生じることとなる。さらに、一対の走行輪５の一方が操舵されることに伴って、タイロッド１８が移動し、第２ステアリングアーム１７が移動する。その結果、前側台車３においては、一対の走行輪５の他方で、曲線の接線方向に対して外軌側に傾くスリップアングルα３が生じて、後側台車４においては、一対の走行輪５の他方で、曲線の接線方向に対して内軌側に傾くスリップアングルα４（図示せず）が生じることとなる。よって、台車３，４はアンダーステアの状態になる。以上のようなモードは、車両がカント付きの曲線を平衡速度よりも少し低いスピードで走行し、かつカント過多の状態で走行する状況で、使用されるものである。

このとき、前側台車３においては、一対の走行輪５には曲線の外側に向かうコーナリングフォース（矢印ＣＦ３で示す）が生じて、外軌側において、車端側の案内輪９における曲線に対して内側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ５で示す）が低減され、中央側の案内輪９における曲線に対して内側に向かう案内輪作用力（矢印Ｆ６で示す）が低減され、センターガイド１と外軌側の案内輪９との接触圧力が低減されることとなる。一方で、図示はしないが、後側台車４においては、一対の走行輪５には曲線の内側に向かうコーナリングフォースが生じて、内軌側において、車端側の案内輪９における曲線に対して外側に向かう案内輪作用力が低減され、中央側の案内輪９における曲線に対して外側に向かう案内輪作用力が低減され、センターガイド１と外軌側の案内輪９との接触圧力が低減されることとなる。

以上のように、本発明の第１実施形態によれば、一対の走行輪５のスリップアングルを、曲線のセンターガイド１の曲率半径および車両の走行速度などに対応して、オーバーステア状態およびアンダーステア状態のいずれかに適宜調整することによって、一対の走行輪５のコーナリングフォースを調整することができる。その結果、案内輪９のセンターガイド１に向かう案内輪作用力を低減し、センターガイド１と案内輪９との接触圧力を低減させることができる。例えば、走行輪５がゴムタイヤの場合には、ゴムタイヤの摩耗により変化するコーナリングフォースの減少に対応して、オーバーステア状態でリンクレバー２２の車端側端部から中央側端部の支持軸２１までの距離をリンクレバー２２の中間部から中央側端部の支持軸２１までの距離に対して増加させることによって、一対の走行輪５のスリップアングルを増加させ、センターガイド１と案内輪９との接触圧力を効率的に低減するように調整することができる。

よって、このように台車３，４の構造をシンプルにしながら、前記案内輪およびセンターガイド間の摩耗や劣化を効率的に防止でき、かつ車両の走行安定性を確保できる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の車両用台車について以下に説明する。第２実施形態の車両の基本的な構成は、第１実施形態の車両の構成と同様になっている。第１実施形態と同様な要素は、第１実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第１実施形態と異なる構成について説明する。

図７に示すように、案内フレーム８には、復元機構３１が車両前後方向に沿って配設されている。復元機構３１は、曲線走行時などに移動した支持軸２１を、直線走行状態の元の中立位置に復帰可能とするように構成されている。なお、復元機構３１の一例としては、コイルバネが用いられるとよいが、コイルバネ以外の他の付勢手段が用いられてもよい。また、案内フレーム８には、車両前後方向に伸縮動作可能なアクチュエータ３２が、車両前後方向に沿って配置されている。このアクチュエータ３２は、支持軸２１を車両前後方向に移動可能とするように構成されている。そのため、支持軸２１の車両前後方向の位置は、アクチュエータ３２の動作によって調整可能となっている。

以上のように、本発明の第２実施形態によれば、リンクレバー２２の車端側端部から中央側端部の支持軸２１までの距離とリンクレバー２２の中間部から中央側端部の支持軸２１までの距離との比率をアクチュエータ３２によって制御することと、一対の走行輪５のスリップアングルを調整することとの関係がシンプルになっている。従って、台車３，４の制御をシンプルにできる。また、アクチュエータ３２が故障した場合にも、復元機構３１によって支持軸２１がアクチュエータ３２による移動前の元の中立位置に復帰可能となっている。また、アクチュエータ３２の動作が、案内フレーム８の旋回と走行輪５の操舵と切り離されているため、アクチュエータ３２が故障した場合でも、一対の走行輪５が直線走行および曲線走行に対応して通常通り操舵されて、車両が通常走行可能となっている。よって、アクチュエータ３２の故障に伴う不具合の発生を防止でき、ひいては車両の走行安定性を確保できる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態の車両用台車について以下に説明する。第３実施形態の車両の基本的な構成は、第２実施形態の車両の構成と同様になっている。第２実施形態と同様な要素は、第２実施形態と同様の符号および名称を用いて説明する。ここでは、第２実施形態と異なる構成について説明する。

図８に示すように、案内フレーム８には、車両前後方向に延びる一対の縦梁８ｇが車幅方向に間隔を空けて配設されている。さらに、案内フレーム８の車両前後方向の両端部には、それぞれ車幅方向に延在する横梁８ｈが配設されている。横梁８ｈの両端部には、それぞれ案内輪９が回動軸９ａを中心に回動可能に取付けられている。縦梁８ｇの車両前後方向の両端部と横梁８ｈとの間には、板バネ４１が配設されている。そのため、ステアリング車軸６に対して車両前後方向の車端側および中央側に、それぞれ一対の案内輪９および板バネ４１が位置することとなる。一対の案内輪９の間をセンターガイド１が通過しており、案内輪９は、このセンターガイド１の車幅方向の外側面を転動して、センターガイド１によって案内されることとなる。

板バネ４１の変位量を検出可能な検出手段４２が、板バネ４１に対応して案内フレーム８に設けられている。検出手段４２の一例として、リミットスイッチが用いられるとよいが、板バネ４１の変位量を検出可能であれば他の検出手段が用いられてもよい。また、検出手段４２により検出される板バネ４１の変位量に対応して、アクチュエータ３２を制御するための制御手段４３が設けられている。

以上のように、本発明の第３実施形態によれば、案内輪９がセンターガイド１から衝撃などの外乱を受けた場合でも、板バネ４１によって案内フレーム８に伝わる外乱が緩和されて、車両の走行安定性が確保されることとなる。また、車両の搭乗者の乗り心地も改善される。さらに、検出手段４２によって検出される案内フレーム８に対する案内輪９の変位量に対応して、一対の走行輪５の操舵量がアクチュエータ３２によって迅速に制御されることとなる。そのため、車両が曲線のセンターガイド１を走行する場合などにも、迅速かつ適切に一対の走行輪５のスリップアングルが調整されることとなる。よって、車両の走行安定性が確保されることとなる。

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

例えば、実施形態の第１変形例として、第１実施形態〜第３実施形態において、案内輪９が、センターガイド方式のガイドレールにおいて、車幅方向に左右一対設けられるガイドレールの車幅方向内側の面を転動して、案内される構成であってもよい。第１実施形態〜第３実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の実施形態の第２変形例として、第１実施形態〜第３実施形態において、案内輪９が、車両の車幅方向外側に配置される左右一対のサイドガイドに案内される構成であってもよい。第１実施形態〜第３実施形態と同様の効果が得られる。

１ センターガイド
２ 車体
３ 前側台車
４ 後側台車
５ 走行輪
５ａ 軸線
５ｂ 中央軸線
６ ステアリング車軸
７ キングピン
８ 案内フレーム
８ａ，８ｇ 縦梁
８ｂ，８ｈ 横梁
８ｃ 支持梁
８ｄ 旋回中心軸
８ｅ 仮想円
８ｆ 軸線
９ 案内輪
１０ 取付軸
１１ 第１旋回部材
１２ 第２旋回部材
１３ リニアガイド
１４ 復元ロッド
１５ 水平ダンパ
１６ 第１ステアリングアーム
１７ 第２ステアリングアーム
１８ タイロッド
１９ 連結ロッド
２０ 車軸ブラケット
２１ 支持軸
２２ リンクレバー
２２ａ 長孔
３１ 復元機構
３２ アクチュエータ
４１ 板バネ
４２ 検出手段
４３ 制御手段

Ａ，Ｆ１〜Ｆ６，ＣＦ１〜ＣＦ３，Ｓ 矢印
α１〜α３ スリップアングル
ｄ１〜ｄ６ 距離

Claims (4)

1. ステアリング車軸の両端にそれぞれキングピンによって連結された一対の走行輪と、
   走行軌道上に設けられるガイドに沿って案内される案内輪と、
   前記案内輪を取付けた案内フレームと
   を備え、
   前記案内フレームが前記ステアリング車軸に対して旋回可能に構成されている、軌道系車両用台車において、
   前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の中央側で車幅方向に沿って配置され、かつ前記一対の走行輪を連動可能に構成したタイロッドと、
   前記ステアリング車軸に対して車両前後方向の車端側に配置され、かつ前記一対の走行輪の一方を操舵可能に構成した連結ロッドと、
   車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の一方のキングピンに取付けられる第１ステアリングアームと、
   車両前後方向に沿って配設され、かつ前記一対の走行輪の他方のキングピンに取付けられる第２ステアリングアームと、
   前記ステアリング車軸の車幅方向中央で前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に沿って設けられる車軸ブラケットと、
   前記車軸ブラケットに設けられ、かつ前記車軸ブラケットに対して前記ステアリング車軸を跨ぐように車両前後方向に位置調整可能に構成される支持軸と、
   車両前後方向に沿って配置されるリンクレバーとを備え、
   前記タイロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームおよび前記第２ステアリングアームの中央側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、
   前記連結ロッドの両端部が、前記第１ステアリングアームの車端側端部および前記リンクレバーの車端側端部にそれぞれ回動可能に取付けられ、
   前記リンクレバーの中間部が、前記案内フレームに回動可能に取付けられ、
   前記リンクレバーの中央側端部に車両前後方向に延びる長孔が設けられ、
   前記長孔と前記支持軸とが一定の位置で回動可能に係合している、軌道系車両用台車。
2. 前記支持軸の移動後に、前記支持軸を元の位置に復帰可能とするための復元機構が前記案内フレームに設けられ、前記ステアリング車軸に設けられたアクチュエータによって、前記支持軸が車両前後方向に移動可能に構成されている、請求項１に記載の軌道系車両用台車。
3. 前記案内フレームに設けられた板バネによって前記案内輪が支持され、前記板バネの変位量を検出するための検出手段が設けられ、前記検出手段により検出される板バネの変位量に対応して前記アクチュエータを制御するための制御手段が設けられている、請求項２に記載の軌道系車両用台車。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の軌道系車両用台車を備えている軌道系車両。
   

Images