JP6004996B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用の台車に関し、特に側ばりが横ばりに対して枕木方向に沿った軸回りに回動可能でありかつ側ばりの横ばりに対するヨーイング方向等の挙動を簡単な構成によって抑制したものに関する。

鉄道車両に設けられる走行装置であるボギー台車は、一般に強固な実質剛体として形成された台車枠を備えている。台車枠には、車輪及び車軸を結合した輪軸を保持する軸箱が、軸ばね（１次ばね）を有する軸箱支持装置によって取り付けられる。軸ばねは、振動衝撃吸収のほか、軌道の不整や平面性ねじれに車輪を追従させる役割をもつ。また、台車枠と車体との間には、車体を支持する枕ばね（２次ばね）が設けられている。
従来の鉄道車両用台車の一例を示すものとして、例えば特許文献１には、台車枠１と軸箱２との間に軸ばね５を配設した鉄道車両用台車が記載されている。
また、鉄道車両用台車の他の形態として、台車枠の左右の側ばりと、これらを連結する横ばり状の揺れ枕とを枕ばね等の弾性体を介して連結するとともに、左右の側ばりが捻れる方向に相対変位可能とし、軸箱を側ばりに固定した３ピース台車が貨車等に用いられている。

鉄道の軌道には、列車の繰り返し通過や自然現象に起因して予測不可能な不整が生じる場合がある。また、曲線の出入口には、左右レールの高度差（カント）が連続的に変化するカント逓減区間が設けられている。このような箇所においては、台車内の輪重アンバランスの悪化並びにこれに起因する低速乗り上がり脱線等が懸念される。このような傾向は、特に、軸ばねのばね定数が高い場合、ストロークが短い場合や、乗客等が少なく軸重が軽い場合に顕著となる。これに対して、軸ばねのばね定数を低下させると、特に高速列車の場合にはピッチングが問題となる。

一方、上述した３ピース台車のように左右の側ばりが枕ばねの変形によって捻れるように構成した場合、軌道不整への対応性は良好となるが、軸ばねを持たないため乗り心地や高速走行性能が劣り旅客車両、高速車両への適用は困難である。また、左右側ばりを枕ばねを介して連結しているため、結合部にガタが存在し、例えば左右側ばりが平行四辺形状に変形する場合があり、この点からも高速走行には不適である。
さらに、台車枠中央の横ばりの捻り剛性を低下させて左右の側ばりが相対変位しやすくすることも提案されているが、車体の荷重を支えて車両を走行させるという台車の機能上、十分なねじれを許容させるまで剛性を低下させることは強度確保のため非常に困難である。

このような問題に対して、特許文献２には、台車枠左右に設けられ軸箱支持装置が設けられる側ばりと、左右の側ばりの中央部間を連結する横ばりとを、枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能として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改善することが記載されている。

特開２００７−２０３９５２号公報 特開２０１１−１４８３６７号公報

上述した特許文献２に記載されたように、側ばりと横ばりとを相対回転可能とした場合、横ばりに対して側ばりがヨーイング方向（鉛直軸回り）に揺動することを防止する必要がある。
これに対して、軸受部のサイズを大型化して支持剛性を高くすることも考えられるが、十分なヨーイング抑制効果を得ようとした場合、軸受部のサイズが相当大きくなり、設置スペースの確保が困難となったり、重量の増加等が懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、側ばりが横ばりに対して枕木方向に沿った軸回りに回動可能でありかつ側ばりの横ばりに対するヨーイング方向等の挙動を簡単な構成によって抑制した鉄道車両用台車を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の鉄道車両用台車は、実質的に車両進行方向に沿って伸びるとともに枕木方向に離間して配置された一対の側ばりと、前記側ばりに設けられ輪軸の端部を保持する軸箱を軸ばねを介して支持する軸箱支持装置と、実質的に枕木方向に沿って伸び前記一対の側ばりの中間部間を連結する横ばりと、左右の前記側ばりを前記横ばりに対して実質的に枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部とを備える鉄道車両用台車であって、前記軸受部の外径側に、前記側ばり及び前記横ばりにそれぞれ固定され、前記軸受部の中心軸と直交する平面に沿った摺動面で相互に摺動する一対の摺動部材を有する回動案内手段を設けたことを特徴とする。
これによれば、回動案内手段が、側ばりの横ばりに対する軸受の中心軸回りの回動以外の挙動を抑制するので、側ばりの横ばりに対するヨーイングを防止することができる。

本発明において、前記回動案内手段の前記一対の摺動部材を、前記軸受部の前後にそれぞれ配置した構成とすることができる。
これによれば、台車枠の上下方向の寸法を増加させることなく側ばりのヨーイングを効率よく抑制し、上述した効果を確実に得ることができる。
また、本発明において、前記回動案内手段は、前記横ばりに対する前記側ばりの前記軸受部の中心軸回りにおける回動可能範囲を規制する回動範囲規制手段を有する構成とすることができる。
これによれば、側ばりの回動可能範囲を規制する手段を他に独立して設ける必要がなく、台車の構造を簡素化することができる。

以上のように、本発明によれば、側ばりが横ばりに対して枕木方向に沿った軸回りに回動可能でありかつ側ばりの横ばりに対するヨーイング方向等の挙動を簡単な構成によって抑制した鉄道車両用台車を提供することができる。

本発明を適用した鉄道車両用台車の実施形態の外観斜視図であって、牽引装置を分解した状態を示している。 実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解平面図であって、上方から見た状態を示す図である。 実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解斜視図である。 実施形態の鉄道車両用台車における軸受部及び回動案内装置周辺の拡大分解斜視図である。 実施形態の鉄道車両用台車における牽引装置の分解斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る鉄道車両用台車について説明する。
図１は、本発明を適用した鉄道車両用台車の実施形態の外観斜視図であって、牽引装置を分解した状態を示している。
図２は、実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解平面図であって、上方から見た状態を示す図である。
図３は、実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解斜視図である。
実施形態の鉄道車両用台車（以下単に台車と称する）１は、図１に示すように、１台車あたり２軸のボギー台車である。台車１は、図示しない車体に、１車両あたり例えば２台が鉛直軸回りに回転可能（ボギー角付与可能）に装着されている。

図１等に示すように、台車１は、輪軸１０、軸箱２０、第１側ばり３０、第２側ばり４０、横ばり５０、軸受部６０、枕ばね７０、回動案内装置８０、牽引装置１００のほか、ブレーキ装置、電動機等を備えて構成されている。

輪軸１０は、左右軌道上を走行する車輪１１を車軸１２に圧入して構成され、その他図示しない歯車等が設けられる。
車軸１２の中間部には、ブレーキディスク１３や歯車等が組み込まれている。
軸箱２０は、輪軸１０の両端部に設けられ、車軸１２のジャーナル部を回転可能に支持する軸受及びこれを潤滑する潤滑装置等を備えている。軸箱２０は、１次ばねである軸ばね２１を含む公知の軸箱支持装置２２を介して、第１側ばり３０、第２側ばり４０の下部に取り付けられている。

第１側ばり３０、第２側ばり４０、横ばり５０は、協働して台車１の主要構造部材である台車枠を構成するものである。
第１側ばり３０及び第２側ばり４０は、車両の進行方向にほぼ沿って延びたはり状に形成されるとともに、左右車輪１１を挟んで枕木方向に離間し平行に配置されている。
第１側ばり３０及び第２側ばり４０は、その中間部３１，４１が両端部３２，４２に対して段違い状に低くされており、横ばり５０、軸受部６０はこの中間部３１，４１に設けられる。
また、軸箱２０を支持する軸箱支持装置は、第１側ばり３０及び第２側ばり４０の両端部３２，４２における下部に取り付けられている。

また、第１側ばり３０及び第２側ばり４０の中間部３１，４１の上面部には、枕ばね７０の受け皿となるばね座３３，４３が設けられている。
第１側ばり３０及び第２側ばり４０の中間部３１，４１の車幅方向外側の側面部には、車体に対する台車枠のヨーイング速度に応じた減衰力を発生するヨーダンパ装置３４，４４が設けられている。

横ばり５０は、枕木方向に沿って延び、第１側ばり３０及び第２側ばり４０を連結するはり状の部材である。横ばり５０は、第１はり部５１、第２はり部５２、連結ばり５３、回転軸部５４等を備えて構成されている。
第１はり部５１及び第２はり部５２は、横ばり５０の主要部を構成する部分である。第１はり部５１及び第２はり部５２は、枕木方向に伸びた円柱状の部材であって、車両の進行方向に並べて配置されている。
第１はり部５１及び第２はり部５２には、それぞれブレーキ部品を保持するブラケット５１ａ，５２ａが設けられている。または、電動機や駆動装置部品を保持するブラケットが設けられる場合もある。
連結ばり５３は、第１はり部５１及び第２はり部５２の両端部にそれぞれ設けられ、これらを連結する例えばボックス状の構造体である。
第１はり部５１及び第２はり部５２の両端部は、連結ばり５３の前後方向における両端部に、例えば溶接等によって結合されている。

回転軸部５４は、連結ばり５３の車幅方向外側の面部から枕木方向に沿って突出して形成された円柱状の部材である。
図３等に示すように、回転軸部５４の突端部には、軸受部６０からの抜け止めに用いられる回転軸前ぶた５４ａが回り止め座金５４ｂと共締めされて締結される。
回転軸前ぶた５４ａが回転軸部５４より外径側に張り出した部分における車幅方向内側（各側ばり側）の面部には、リング状のプレートである回転軸スラスト受（すり板）５４ｃが設けられている。
回転軸スラスト受５４ｃは、例えば炭素を含有する焼結材等の固体潤滑性を有する材料によって形成され、回転軸部５４が軸受部６０に対して相対回転した際に、スラスト方向の荷重を受けるとともに、軸受部６０のブッシュ端面と摺動して相対回動を許容するものである。
回転軸スラスト受５４ｃは、回転軸部５４の端面と回転軸前ぶた５４ａとの間に挟み込まれる前ぶた調整板５４ｄ、及び、回転軸スラスト受５４ｃと回転軸前ぶた５４ａとの間に挟み込まれるすり板調整板５４ｅの厚さを選択することによって、軸受部６０の端面との当接状態が調整される。

軸受部６０は、第１側ばり３０、第２側ばり４０の中間部３１，４１に設けられた例えば円筒状のブッシュを有するすべり軸受である。
すべり軸受として、例えば、固体潤滑剤分散型焼結複層軸受を用いることができる。
このブッシュと当接する回転軸部５４には、表面硬度を向上するため、硬質クロメート処理が施されている。
軸受部６０のブッシュは、第１側ばり３０、第２側ばり４０の中間部に形成された開口に圧入され、枕木方向に貫通して設けられている。
軸受部６０は、第１側ばり３０と横ばり５０との間、及び、第２側ばり４０と横ばり５０との間を、枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能に支持するものである。

枕ばね７０は、第１側ばり３０及び第２側ばり４０のばね座３３，４３の上部にそれぞれ設けられている。
枕ばね７０は、車体の重量を支えるとともに、台車枠から車体側への振動伝達を軽減する空気ばねである。

回動案内装置８０は、第１側ばり３０、第２側ばり４０が横ばり５０に対してヨーイング（鉛直軸回りの回動）方向等に動くことを防止しつつ、軸受部６０の中心軸回りに回動することを許容するために設けられている。
図４は、実施形態の鉄道車両用台車における軸受部及び回動案内装置周辺の拡大分解斜視図である。
図４等に示すように、回動案内装置８０は、横ばり側すり板８１、側ばり側すり板８２、すり板受８３、すり板調整板８４，８５、固定ピン８６、固定ピン押え８７等を有して構成されている。

横ばり側すり板８１、側ばり側すり板８２は、それぞれ炭素を含有する焼結材によって円盤状に形成され、固体潤滑性を有する部材である。
横ばり側すり板８１は、横ばり５０の第１はり部５１、第２はり部５２の両端面に取り付けられた円盤状の部材である。
側ばり側すり板８２は、横ばり側すり板８１と実質的に同径の円盤状に形成され、第１側ばり３０、第２側ばり４０の中間部３１，４１の車幅方向内側の面部に取り付けられている。
横ばり側すり板８１及び側ばり側すり板８２は、相互に当接した状態で摺動可能となっている。
この摺動面は、軸受部６０の中心軸と直交する平面に沿って配置されている。
横ばり側すり板８１及び側ばり側すり板８２は、枕木方向から見たときに、軸受部６０の前後にそれぞれ配置されている。

すり板受８３は、第１側ばり３０、第２側ばり４０の中間部３１，４１における車幅方向内側の面部に固定され、側ばり側すり板８２が取り付けられる基部となるプレート状の部材である。
すり板調整板８４，８５は、すり板受８３と側ばり側すり板８２との間、及び、すり板受８３と各側ばり３０，４０との間にそれぞれ挟み込まれた状態で固定される金属製の薄板である。
すり板調整板８４，８５は、横ばり側すり板８１及び側ばり側すり板８２の当接状態を調節するためのシムであって、これらの厚さを変化させることによって、各すり板８１，８２間の接触面圧などを変化させることが可能である。

固定ピン８６は、横ばり側すり板８１を第１はり部５１、第２はり部５２の端面に締結する部材である。
固定ピン８６は、各側ばり３０，４０、側ばり側すり板８２、すり板受８３、すり板調整板８４，８５等に実質的に同心に形成された各開口を介して、各側ばり３０，４０の車幅方向外側から挿入され、先端部に形成されたネジ部が第１はり部５１、第２はり部５２に締結される。
このとき、固定ピン８６のネジ部とは反対側（車幅方向外側）の領域は、各側ばり３０，４０を貫通した状態で、端部のフランジ部は側ばり３０，４０の車幅方向外側に露出している。
固定ピン押え８７は、各側ばり３０，４０の車幅方向外側の側面部に取り付けられ、固定ピンのフランジ部を覆って固定ピン８６の脱落を防止するものである。

固定ピン８６は、横ばり５０に対する各側ばり３０，４０の回動時に、横ばり５０に追従して各側ばり３０，４０に対して相対変位する。
各側ばり３０，４０に形成された開口は、その内径が、固定ピン８６の外径に対して大きく形成され、各側ばり３０，４０は、固定ピン８６の外周面と開口の内周面とが干渉しない範囲で、横ばり５０に対して回動可能となっている。
この回動可能範囲は、例えば、±２°程度に設定される。

牽引装置１００は、車体と横ばり５０との間を連結し、これらの間で前後力を伝達するものである。
図５は、実施形態の鉄道車両用台車における牽引装置の分解斜視図である。
牽引装置１００は、中心ピン１１０、牽引ばり１２０、第１上リンク１３１、第２上リンク１３２、第１下リンク１４１、第２下リンク１４２等を有して構成されている。

中心ピン１１０は、図示しない車体の台枠下部から下方に突き出して形成された円柱状の部材である。
中心ピン１１０は、上端部に設けられたフランジ部１１１を車体に締結され固定される。
中心ピン１１０の下端部には、牽引ばり１２０の抜け止めのため、円盤部材１２２が取り付けられる。

牽引ばり１２０は、中心ピン１１０の下部に、鉛直軸回りに回動可能に取り付けられる部材である。
牽引ばり１２０は、横ばり５０の第１はり部５１、第２はり部５２の間隔に挿入される。
牽引ばり１２０は、円筒部１２１、突出部１２２，１２３等を有して構成されている。
円筒部１２１は、筒軸が鉛直方向にほぼ沿って配置され、中心ピン１１０が挿入されるとともに、中心ピン１１０の中心軸回りに回動可能に支持されている。

突出部１２２，１２３は、円筒部１２１の外周面部から、枕木方向にほぼ沿って突出したボックス状の部分である。
突出部１２２，１２３は、それぞれ第１側ばり３０側、第２側ばり４０側に突出している。

突出部１２２の上部には、第２上リンク１３２が取り付けられるブラケット１２２ａが設けられている。
突出部１２２の下部には、第２下リンク１４２が取り付けられるブラケット１２２ｂが設けられている。

突出部１２３の上部には、第１上リンク１３１が取り付けられるブラケット１２３ａが設けられている。
突出部１２３の下部には、第１下リンク１４１が取り付けられるブラケット１２３ｂが設けられている。

第１上リンク１３１、第２上リンク１３２、第１下リンク１４１、第２下リンク１４２は、牽引ばり１２０と横ばり５０とを連結する部材である。
第１上リンク１３１、第２上リンク１３２、第１下リンク１４１、第２下リンク１４２は、車両前後方向にほぼ沿って配置されるとともに、両端部は、弾性変形可能なゴムブッシュを介して、実質的に枕木方向に沿って配置された回転軸回りに牽引ばり１２０又は横ばり５０に対して揺動可能に連結されている。

第１上リンク１３１は、突出部１２３のブラケット１２３ａから第１はり部５１側へ延びている。
第１上リンク１３１は、第１はり部５１の上部に設けられたブラケット５１ｂに連結されている。

第２上リンク１３２は、突出部１２２のブラケット１２２ａから第２はり部５２側へ延びている。
第２上リンク１３２は、第２はり部５２の上部に設けられたブラケット５２ｂに連結されている。

また、車両の前後方向において、第１上リンク１３１の牽引ばり１２０側の支点は、中心ピン１１０の中心軸に対して第２はり部５２側にオフセットされ、第２上リンク１３２の牽引ばり１２０側の支点は、中心ピン１１０の中心軸に対して第１はり部５１側にオフセットされている。
第１上リンク１３１及び第２上リンク１３２は、牽引ばり１２０と協働して、中心ピン１１０と横ばり５０とを連結するＺリンクを構成する。

第１下リンク１４１は、突出部１２３のブラケット１２３ｂから第１はり部５１側へ延びている。
第１上リンク１４１は、第１はり部５１の下部に設けられたブラケット５１ｃに連結されている。

第２下リンク１４２は、突出部１２２のブラケット１２２ｂから第２はり部５２側へ延びている。
第２下リンク１４２は、第２はり部５２の下部に設けられた図示しないブラケットに連結されている。

また、車両の前後方向において、第１下リンク１４１の牽引ばり１２０側の支点は、中心ピン１１０の中心軸に対して第２はり部５２側にオフセットされ、第２下リンク１４２の牽引ばり１２０側の支点は、中心ピン１１０の中心軸に対して第１はり部５１側にオフセットされている。
第１下リンク１４１及び第２下リンク１４２は、牽引ばり１２０と協働して、中心ピン１１０と横ばり５０とを連結するＺリンクを構成する。
これらの上下一対のＺリンクは、本発明にいうピッチング抑制手段として機能する。
また、図１に示すように、横ばり５０と牽引ばり１２０との間には、車体に対する横ばり５０の左右方向の相対変位速度に応じた減衰力を発生する左右動ダンパ１５０が設けられている。

上述した構成により、牽引装置１００は、車体と横ばり５０との上下方向相対変位を許容しつつ、これらの間で前後力の伝達を可能としている。
また、Ｚリンクを上下一対配置したことによって、横ばり５０の枕木に沿った軸回りの回動を拘束している。

以上説明した実施形態によれば、駆動（力行）、制動時等において車体と台車１との間で前後力が発生しても、上下に離間して配置された一対のＺリンクによって、横ばり５０が枕木方向に沿った軸回りに回動して前傾又は後傾することを防止できる。

以上説明した実施形態によれば、軸受部６０の前後に配置された一対のすり板８１，８２を有する回動案内装置８０を設けたことによって、軸受部６０のサイズを過度に大きくすることなく、横ばり５０に対する第１側ばり３０、第２側ばり４０のヨーイングを防止することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、台車の構成や各部材の形状、構造、材質、製法等は適宜変更することができる。
また、軸箱支持装置、ブレーキ装置、モータ及び駆動装置、牽引装置、枕ばね等の各種装置の形式等も特に限定されない。
また、実施形態の台車は一例として枕はりを持たないボルスタレス台車であったが、本発明の回動案内装置は、枕はりを有するボルスタ台車にも適用することが可能である。

１ 鉄道車両用台車 １０ 輪軸
１１ 車輪 １２ 車軸
１３ ブレーキディスク ２０ 軸箱
２１ 軸ばね ２２ 軸箱支持装置
３０ 第１側ばり ３１ 中間部
３２ 両端部 ３３ ばね座
３４ ヨーダンパ装置 ４０ 第２側ばり
４１ 中間部 ４２ 両端部
４３ ばね座 ４４ ヨーダンパ装置
５０ 横ばり ５１ 第１はり部
５１ａ〜５１ｃ ブラケット ５２ 第２はり部
５２ａ〜５２ｂ ブラケット ５３ 連結ばり
５４ 回転軸部 ５４ａ 回転軸前ぶた
５４ｂ 回り止め座金 ５４ｃ 回転軸スラスト受
５４ｄ 前ぶた調整板 ５４ｅ すり板調整板
６０ 軸受部 ７０ 枕ばね
８０ 回動案内装置 ８１ 横ばり側すり板
８２ 側ばり側すり板 ８３ すり板受
８４ すり板調整板 ８５ すり板調整板
８６ 固定ピン ８７ 固定ピン押え
１００ 牽引装置 １１０ 中心ピン
１１１ フランジ部 １１２ 円盤部材
１２０ 牽引ばり １２１ 円筒部
１２２ 突出部 １２２ａ，１２２ｂ ブラケット
１２３ 突出部 １２３ａ，１２３ｂ ブラケット
１３１ 第１上リンク １３２ 第２上リンク
１４１ 第１下リンク １４２ 第２下リンク
１５０ 左右動ダンパ

Claims (3)

1. 実質的に車両進行方向に沿って伸びるとともに枕木方向に離間して配置された一対の側ばりと、
   前記側ばりに設けられ輪軸の端部を保持する軸箱を軸ばねを介して支持する軸箱支持装置と、
   実質的に枕木方向に沿って伸び前記一対の側ばりの中間部間を連結する横ばりと、
   左右の前記側ばりを前記横ばりに対して実質的に枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部と
   を備える鉄道車両用台車であって、
   前記軸受部の外径側に、前記側ばり及び前記横ばりにそれぞれ固定され、前記軸受部の中心軸と直交する平面に沿った摺動面で相互に摺動する一対の摺動部材を有する回動案内手段を設けたこと
   を特徴とする鉄道車両用台車。
2. 前記回動案内手段の前記一対の摺動部材を、前記軸受部の前後にそれぞれ配置したこと
   を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 前記回動案内手段は、前記横ばりに対する前記側ばりの前記軸受部の中心軸回りにおける回動可能範囲を規制する回動範囲規制手段を有すること
   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台車。

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