JP5918681B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用台車に関し、特に、操舵機構を備えた鉄道車両用の操舵台車に関する。

一般的に鉄道車両用台車では、輪軸を回転自由に保持した軸箱体と台車枠の間を、軸箱支持装置によって前後・左右方向に弾性支持され、軸バネによって上下方向に弾性支持されている。また、台車装置と車体の間は、空気バネにより前後・左右・上下方向に弾性支持されている。

軸箱支持装置による前後方向の支持剛性は比較的大きいため、曲線通過時に輪軸が十分に曲線に追従せず過大な横圧が発生し、車輪およびレールの摩耗の促進や、車輪とレール間のきしみによる騒音の原因となるため、横圧の低減が必要であった。

そこで曲線通過時の横圧低減を図るため、特開平１０−２０３３６４号公報（特許文献１）には、台車枠に対して鉛直軸回りに回動可能に設けられた前後２組の輪軸組立体と、前後２本の車輪軸を台車の前後方向中心線に対して対称に回動させる操舵機構とを備えた鉄道車両用の操舵装置であって、操舵機構は車体に対する台車の相対回動角度をとらえ、この角度に対応する、台車枠に対する車輪軸の相対回動角度をもたらすべく車輪軸に回動を与えるよう構成されている、と記載されている。

特開平１０−２０３３６４号公報

特許文献１に示される鉄道車両用台車は、台車枠の回転中心と同心の回転軸を有し、曲線軌道では車体と同様の回転運動をする操舵梁と、台車枠の左右の側梁前後方向中央付近に各々回転中心を持つ台車枠左右の一対の水平テコと、操舵梁と水平テコを連結するリンクと、水平テコの回転中心から左右に等距離の点と台車装置の左右同じ側の前後の軸箱体とを連結する連結棒から構成されている。

上記の操舵台車では、水平テコと連結棒が、台車枠を構成する側梁（以下、台車枠側梁）の枕木方向の外側にて配置されているため、台車の枕木方向の寸法が、操舵機構の分だけ拡大している。そのため、車両限界が狭小な路線に対して該構成の操舵台車を適用する場合、操舵機構が車両限界を侵すことが懸念される。さらに、操舵機構によって輪軸を回動させる際に、車体と台車との摩擦等によって輪軸の回動が不足し、横圧を十分低減できないことが懸念される。

上記の操舵台車の操舵機構が車両限界を侵さないために、水平テコと連結棒を台車枠側梁の枕木方向の軌道中心側に配置すると、台車枠側梁の外側（軌道中心側の反対側）に備えられる軸箱体を連結棒によって押すためには、連結棒を側梁と軌道面と輪軸の間を通すように配置する必要があり、操舵機構の構成が複雑になる。

本発明の目的は、鉄道車両用台車において、車両限界が狭小な路線に対しても適用可能な操舵機構を有した台車を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の鉄道車両用台車では、車輪と車軸とからなる輪軸を回動可能に支持する軸箱が前記車輪の前記車軸の長手方向中心側に配置されるインナーフレーム台車であって、前記車輪の前記車軸の長手方向中心側に前記輪軸を操舵する操舵機構を配置し、前記操舵機構は、前記車体と等しくヨー運動するボルスタと、前記ボルスタの長手方向の両端部から下方に延伸する伝達腕と、前記伝達腕の下端部に一方の端部を回動可能に接続された操舵レバーと、前記操舵レバーに一方の端部を回動可能に接続されるとともに他方の端部が前記台車をなす台車枠に固定される案内リンクと、前記操舵レバーと前記軸箱とを接続する２本の操舵リンクと、から構成されており、前記各操舵リンクは、前記案内リンクの一方の端部に回動可能に接続される前記操舵レバーとの接続部から上下方向に同寸法離れた位置において、前記操舵レバーに回動可能に接続され、前記操舵機構により前記車体に対する前記台車の相対ヨー角をとらえ、ヨー角に対応した操舵量を前記輪軸に与えることを特徴とする。

上記の構成により、操舵機構が車両限界を侵すことなく、操舵機構を配置した鉄道車両用台車を提供できる。

第１の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図である。 図１に示した台車の平面図である。 図１に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 図１に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 第２の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図である。 図５に示した台車の平面図である。 図５に示した台車の平面図であって、操舵機構の説明図である。 図５に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 図５に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 第３の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図である。 図１０に示した台車の平面図である。 図１０に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 図１０に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。 本発明の第１、第２、第３の実施例とは別形態の軸箱支持装置を第１の実施例に用いた場合の、軌道中心側から見た断面図である。

本発明を実施するための形態を説明する。

以下に第１の実施例を、図１〜図４を用いて説明する。

図１は、第１の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図であり、図２は、図１に示した台車の平面図であり、図３は、図１に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図であり、図４は、図１に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。

本実施例の鉄道車両用台車は、レール方向に沿って離置される一対の側梁１７と側梁１７同士を接続する横梁１５とから構成される台車枠１０と、一対の車輪１４ａをその両端部に備える車軸１４ｂからなる輪軸１４と、台車枠１０に備えられるととともに輪軸１４を回転可能に保持する軸箱１１と、曲線通過時に輪軸１４を回動する操舵装置と、から構成される。

操舵装置は、ボルスタ１６の長手方向の両端部に備えられるとともに上述した回転運動を操舵レバー２０に伝達する伝達腕２３と、一端を台車枠１０に回転可能に固定されるとともに他端に操舵レバー２２を回転可能に備える案内リンク２２と、一端を操舵レバー２２に接続するとともに他端を軸箱１１に接続する操舵リンク２１と、から主に構成されている。

なお、本発明による台車は、輪軸１４をなす車輪１４ａの車軸１４ｂの長手方向中心側（軌道中心側）に軸箱１１（側梁１７）を備えるインナーフレーム式台車である。

軸箱１１は、車輪１４ａ近傍で車輪１４ａより内側(軌道中心側)の車軸１４ｂにそれぞれ計４つ設けられている。軸箱１１は側梁１７直下に配置された軸箱支持装置１３によって、車輪１４ａに対して枕木方向中心側で弾性支持される。

ボルスタ１６は、前後方向（レール方向）に配置される２つの輪軸１４の間で台車枠１０の上部に横方向（枕木方向）にわたって設けられており、車体とボルスタ１６の間には空気バネ１２を介しており、ボルスタ１６は車体１と等しくヨー運動をする。ボルスタ１６は台車枠１０と同一の回転中心を持ち、曲線通過時には車体１と同様の水平面内での回転運動を行う。さらに回転運動を操舵レバー２０に伝達するために両側に２つの伝達腕２３が、側梁１７の内側(軌道中心側)の位置でそれぞれ鉛直方向下方に伸びている。

操舵レバー２０の上端部が伝達腕２３の下端部に、横方向(枕木方向)を回転軸として回転自在にピン結合され、また、同様に、案内リンク２２とも横方向（枕木方向）を回転軸として回転自在に結合され、さらに案内リンク２２との結合点から上下方向にそれぞれ等距離離れた２点に操舵リンク２１がそれぞれ取り付けられている。

案内リンク２２は一端を操舵レバー２０と回転自在に結合され、他端を台車枠１０に剛に結合された案内腕２６と回転自在に結合されている。

操舵リンク２１は一端を軸箱１１に、他端を操舵レバー２０に回転自在に支持されている。操舵リンク２１は車輪１４ａより内側(軌道中心側)に位置しており、軸箱１１とは枕木方向の中心側でそれぞれ支持されている。

以下に本実施例の操舵機構の動作を、図２から図４を用いて説明する。

車両が曲線に進入した際、車体に対する台車の相対ヨー角が発生し、台車枠１０に対してボルスタ１６が回転する。すると曲線の外軌側の操舵レバー２０は伝達腕２３を介してボルスタ１６の矢印Ｃ(図４参照)方向への変位を受け、案内リンク２２との回転中心を回転軸として矢印Ｄ(図４参照)方向へ傾く。このときの傾きの方向は、上側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と下側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後方向の距離を離す傾きとなる。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、曲線の外軌側は矢印Ａ方向（図２参照、軸距を拡大する方向）へ軸箱１１を押す。一方、曲線の内軌側の操舵レバー２０は、外軌側の操舵レバー２０とは逆に、上側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と下側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後方向の距離を近づける方向に傾くように構成されている。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、曲線の内軌側は矢印Ｂ方向（図２参照、軸距を縮小する方向）へ軸箱１１を引く。これらの結果、曲線通過に合わせて、曲線の外軌側では、前後の輪軸１４の距離が離れ、曲線の内軌側では前後の輪軸１４の距離が近づくように操舵されるため、曲線走行時の横圧が低減される。

操舵機構が車輪１４ａの軌道中心側に備えられるため、小さい車両限界にも対応できる。
操舵機構によって輪軸１４を回動させる場合、車体と台車との間の回動に対する摩擦等によって、輪軸１４を理想的な角度に回動できず回動角度が不足する場合がある（特許文献１参照）。本発明による台車は、インナーフレーム式台車に操舵機構を備えたものであり、輪軸１４を構成する車輪１４ａに対して枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されている。このため、通常の台車（台車枠の軌道中心の反対側に車輪と軸箱が配置される台車）に比較して、輪軸１４を弾性支持する軸箱１１の枕木方向の間隔が小さくなり輪軸１４の鉛直軸回りの回転剛性が小さくなるとともに、輪軸１４の自己操舵性が期待できる。したがって、上述した操舵機構の回動角度の不足分を輪軸１４の自己操舵性による輪軸１４の回動で補うことができるので横圧を更に低減できる。

また車輪１４ａに対して枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されているため車軸が短くなり輪軸１４の質量が低減されるため、軌道に与える影響を小さく出来る。
さらに軸箱支持装置１３に対して並列に設けられる操舵リンク２１によって軸箱１１が支持され、走行安定性が向上する。そのため輪軸１４を弾性支持する剛性を低下させられるため、より横圧を低減可能になる。

以下に第２の実施例を図５〜９を用いて説明する。

図５は、第２の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図であり、図６は、図５に示した台車の平面図であり、図７は、図５に示した台車の平面図であって、操舵機構の説明図であり、図８は、図５に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図であり、図９は、図５に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。

本実施例の鉄道車両用台車は実施例１で記した構成とほぼ同様であり、台車枠１０、軸箱支持装置１３、軸箱１１、輪軸１４、ボルスタ１６、操舵レバー２０、操舵レバー取付ブラケット２５、案内リンク２２、操舵リンク２１により主に構成されている。

台車枠１０は、レール方向に沿って枕木方向の両側に配置される２つの側梁１７と、２つの側梁１７の間を接続して固定する横梁１５とを有している。

輪軸１４は、両側の車輪１４ａとそれらを接続する車軸１４ｂによって構成され、２つの輪軸１４が台車枠１０のレール方向の前方と後方にそれぞれ備えられている。なお、台車枠１０の側梁１７は、車輪１４ａより内側（軌道中心側）に位置している。

軸箱１１は、車輪１４ａ近傍で車輪１４ａより内側の車軸１４ｂにそれぞれ計４つ設けられている。軸箱１１は側梁１７直下に配置された軸箱支持装置１３によって、車輪１４ａに対して枕木方向の中心側で弾性支持される。

ボルスタ１６は、レール方向の前後に配置される２つの輪軸１４の間で台車枠１０の上部に横方向（枕木方向）にわたって設けられており、車体１とボルスタ１６の間には空気バネ１２を介しており、ボルスタ１６は車体１と等しくヨー運動をする。ボルスタ１６は台車枠１０と同一の回転中心を持ち、曲線通過時には車体１と同様の水平面内での回転運動を行う。ボルスタ１６の長手方向（枕木方向）両側の側梁１７の直上部には、それぞれ鉛直方向下方にピンが取り付けられ、案内リンク２２と水平方向に回転自在に結合される。

案内リンク２２は一端をボルスタ１６と回転自在に結合され、他端を操舵レバー２０と回転自在に結合される。

操舵レバー２０は、一端を案内リンク２２と鉛直方向を回転軸として水平方向に回転自在に結合され、また台車枠１０の側梁１７の前後方向中央付近に側梁１７よりも枕木方向中心側に配置された操舵レバー取付ブラケット２５上の回転支点を中心に鉛直方向を回転軸として水平方向に回転自在に支持されている。さらに操舵レバー取付ブラケット２５から枕木方向中心側と外側、それぞれ等距離離れた２点に操舵リンク２１がそれぞれ取り付けられている。

操舵リンク２１は一端を軸箱１１に、他端を操舵レバー２０に回転自在に支持されている。

以下に本実施例の操舵機構の動作を図７から図９を用いて説明する。

車両が曲線に進入した際、車体１に対する台車の相対ヨー角が発生し、台車枠１０に対してボルスタ１６が回転する。すると曲線の外軌側の操舵レバー２０は案内リンク２２を介してボルスタ１６の矢印Ｇ（図９参照）方向への変位を受け、操舵レバー取付ブラケット２５上の回転支点を中心として矢印Ｈ（図９参照）方向に回転して傾く。このときの傾きの方向は、外側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と内側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後方向の距離を離す傾きの方向となる。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、外軌側は矢印Ｅ（図７参照）方向（軸距を拡大する方向）へ軸箱１１を押す。一方、曲線の内軌側の操舵レバー２０は、外軌側の操舵レバー２０とは逆に、外側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と内側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後（レール）方向の距離を近づける方向矢印Ｆ（図７参照）に傾くように構成されている。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、内軌側は矢印Ｆ方向（図７参照、軸距を縮小する方向）へ軸箱１１を引く。これらの結果、曲線通過に合わせて、曲線の外軌側では、前後の輪軸１４の距離が離れ、曲線の内軌側では前後の輪軸１４の距離が近づくように操舵されるため、曲線走行時の横圧が低減される。

操舵機構が車輪１４ａの軌道中心側に備えられるため、小さい車両限界にも対応できる。
操舵機構によって輪軸１４を回動させる場合、車体と台車との間の回動に対する摩擦等によって、輪軸１４を理想的な角度に回動できず回動角度が不足する場合がある（特許文献１参照）。本発明による台車は、インナーフレーム式台車に操舵機構を備えたものであり、輪軸１４を構成する車輪１４ａに対して枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されている。インナーフレーム式台車は、通常の台車（台車枠の軌道中心の反対側に車輪と軸箱が配置される台車）に対して輪軸１４を弾性支持する軸箱１１の枕木方向の間隔が小さくできるので、輪軸１４の鉛直軸回りの回転剛性が小さくなるとともに、輪軸１４の自己操舵性が期待できる。したがって、上述した操舵機構の回動角度の不足分を輪軸１４の自己操舵性による輪軸１４の回動で補うことができるので、横圧を更に低減できる。

また車輪１４ａに対して枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されているため車軸が短くなり輪軸１４の質量が低減されるため、軌道に与える影響を小さく出来る。
さらに軸箱支持装置１３に対して並列に設けられる操舵リンク２１によって軸箱１１が支持され、走行安定性が向上する。そのため輪軸１４を弾性支持する剛性を低下させられるため、より横圧を低減可能になる。

以下に第３の実施例を、図１０〜１３を用いて説明する。

図１０は、第３の実施例の鉄道車両用台車を、軌道中心側から見た断面図であり、図１１は、図１０に示した台車の側面図であり、図１２は、図１０に示した台車が直線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図であり、図１３は、図１０に示した台車が曲線軌道上を走行する場合の操舵機構主要部の拡大図である。

実施例３の鉄道車両用台車は、台車枠１０、軸箱支持装置１３、軸箱１１、輪軸１４、伝達リンク２４、案内リンク２２、操舵レバー２０、操舵リンク２１によって主に構成されている。なお、実施例３の鉄道車両用台車は、実施例１および実施例２で備えられていたボルスタ１６（図２参照）を備えていない。

台車枠１０は、レール方向に沿うとともに枕木方向の両側に配置される２つの側梁１７と、２つの側梁１７の間を接続して固定される横梁１５とを有している。

輪軸１４は、両側の車輪１４ａとそれらを接続する車軸１４ｂによって構成され、台車枠１０に対して前方と後方にそれぞれ備えられている。なお、台車枠１０の側梁１７は、車輪１４ａより内側に位置している。

軸箱１１は、車輪１４ａ近傍で車輪１４ａより内側の車軸１４ｂにそれぞれ計４つ設けられている。軸箱１１は側梁１７直下に配置された軸箱支持装置１３によって、車輪１４ａに対して枕木方向中心側で弾性支持される。

車体１の下面に両側の側梁１７近傍で側梁１７より内側に、伝達リンク２４の上端がそれぞれ結合されている（図１１では一方の図示を省略）。伝達リンク２４は（横梁１５を避けた位置で）鉛直方向下方に伸び、下端は案内リンク２２と回転自在に結合される。

操舵レバー２０は上端が案内リンク２２と横方向を回転軸として回転自在に結合され、また台車枠側梁１７とも横方向を回転軸として回転自在に結合され、さらに台車枠側梁１７との結合点から上下方向にそれぞれ等距離離れた２点に操舵リンク２１が取り付けられている。

操舵リンク２１は一端を軸箱１１に、他端を操舵レバー２０に回転自在に結合されている。

以下に本実施例の操舵機構の動作を、図１１から図１３を用いて説明する。

車両が曲線に進入した際、車体１に対する台車の相対ヨー角が発生し、台車枠１０に対して車体１は回転する。すると曲線の外軌側の操舵レバー２０は伝達リンク２４と案内リンク２２とを介して車体１の矢印Ｋ方向（図１３参照）への変位を受け、台車枠側梁１７との結合点を回転軸として矢印Ｌ（図１３参照）方向へ傾く。このときの傾きの方向は、上側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と下側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後方向の距離を離れる傾きとなる。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、外軌側は図１１の矢印Ｉ方向（軸距を拡大する方向）へ軸箱１１を押す。一方、曲線の内軌側の操舵レバー２０は、外軌側の操舵レバー２０とは逆に、上側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１と下側の操舵リンク２１に接続された軸箱１１の前後方向の距離を近づける方向に傾くように構成されている。このため、操舵リンク２１が操舵レバー２０の動きに合わせて、内軌側は矢印Ｊ方向（図１１参照、軸距を縮小する方向）へ軸箱１１を引く。これらの結果、曲線通過に合わせて、曲線の外軌側では、前後の輪軸１４の距離が離れ、曲線の内軌側では前後の輪軸１４の距離が近づくように輪軸１４が操舵されるため、横圧が低減される。

本構成は実施例１および実施例２で説明した台車に備えられるボルスタ１６を有しないボルスタレス台車となっているため、ボルスタ付きの台車に対して軽量化できる。また、側梁１７が車輪に対して枕木方向中心側に配置されているため、通常の台車（台車枠をなす側梁の軌道中心の反対側に車輪と軸箱が配置される台車）に対して、空気バネ１２用のブラケットを設けることなく空気バネ１２の枕木方向の間隔が小さくなる。そのため、曲線通過時に発生する空気バネ１２の前後方向の反力（旋回に抗する力）による旋回抵抗モーメントが低減されるので、車体に対する台車の旋回抵抗が小さく、結果的に操舵装置による回動の不足分が小さくなるため曲線通過時の横圧が低減される。

また、輪軸１４を構成する車輪１４ａに対して枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されており、通常の台車（台車枠をなす側梁の軌道中心の反対側に車輪と軸箱が配置される台車）に対して輪軸１４を弾性支持する間隔が狭くなり輪軸１４の鉛直軸回りの回転剛性が小さくなるため、輪軸１４の自己操舵性によって輪軸１４の回動不足を補うので、横圧を更に低減できる。
また車輪１４ａの枕木方向中心側に軸箱支持装置１３が配置されているため車軸が短くなり輪軸１４の質量が低減されるため、軌道に与える影響を小さく出来る。

さらに軸箱支持装置１３に対して並列に設けられる操舵リンク２１によって軸箱１１が支持され、走行安定性が向上する。そのため輪軸１４を弾性支持する剛性を低下させられるため、より横圧を低減可能になる。

図１４は、本発明の第１、第２、第３の実施例とは別形態の軸箱支持装置を第１の実施例に用いた場合の、軌道中心側から見た断面図である。第１、第２、第３の実施例においては、軸箱支持方式は１本のリンク（たとえば、図１の軸箱支持装置１３）により弾性支持する１本リンク式を用いているが、本発明は他の形態の軸箱支持装置を用いている台車にも適用できる。例えば軸箱の前後に２組の軸バネを対象に配置した構造である、ウイング式の軸箱支持装置に適用した例を図１４に示す。

１ 車体
１０ 台車枠
１１ 軸箱
１２ 空気バネ
１３ 軸箱支持装置
１４ 輪軸
１４ａ 車輪
１４ｂ 車軸
１５ 横梁
１６ ボルスタ
１７ 側梁
２０ 操舵レバー
２１ 操舵リンク
２２ 案内リンク
２３ 伝達腕
２４ 伝達リンク
２５ 操舵レバー取付ブラケット
２６ 案内腕

Claims (1)

1. 車輪と車軸とからなる輪軸を回動可能に支持する軸箱が前記車輪の前記車軸の長手方向中心側に配置されるインナーフレーム台車であって、
   前記車輪の前記車軸の長手方向中心側に前記輪軸を操舵する操舵機構を配置し、
   前記操舵機構は、
   前記車体と等しくヨー運動するボルスタと、
   前記ボルスタの長手方向の両端部から下方に延伸する伝達腕と、
   前記伝達腕の下端部に一方の端部を回動可能に接続された操舵レバーと、
   前記操舵レバーに一方の端部を回動可能に接続されるとともに他方の端部が前記台車をなす台車枠に固定される案内リンクと、
   前記操舵レバーと前記軸箱とを接続する２本の操舵リンクと、から構成されており、
   前記各操舵リンクは、前記案内リンクの一方の端部に回動可能に接続される前記操舵レバーとの接続部から上下方向に同寸法離れた位置において、前記操舵レバーに回動可能に接続され、
   前記操舵機構により前記車体に対する前記台車の相対ヨー角をとらえ、ヨー角に対応した操舵量を前記輪軸に与えること
   を特徴とする鉄道車両用台車。

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