JP6017296B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、推進軸が地面に接地することを防止する落下防止装置を備えた鉄道車両に関し、万一推進軸が落下して落下防止装置に衝突しても落下防止装置の破損を防止できる鉄道車両に関する。

鉄道車両においては、例えば、下記特許文献１に記載されているように、車体の床台に駆動源としてのエンジンが吊り下げられていて、エンジンの駆動力が推進軸を介して台車の車輪に伝達されるものがある。この鉄道車両の推進軸では、図５に示すように、一端部１４０ａがエンジン側の部材（変速機１１１）に自在継手１４１を介して連結されていて、他端部１４０ｂが台車側の部材（減速機１３３）に自在継手１４２を介して連結されている。

ここで、推進軸１４０の両端部１４０ａ，１４０ｂの連結では、ボルト締結や溶接が用いられている。このため、仮に推進軸１４０の一端部１４０ａでボルト締結が緩み脱落したり、溶接部分が切れた場合には、図５の仮想線で示したように、推進軸１４０の他端部１４０ｂ側の自在継手１４２を基点として、推進軸１４０の一端部１４０ａが落下することになる。この場合、もし落下した推進軸１４０の一端部１４０ａが地面に接地すると、推進軸１４０の他端部１４０ｂは連結されたままであるため、推進軸１４０が棒高跳びのように跳ね上がる。この結果、推進軸１４０が車体１２０の床台１２２を突き上げて、非常に危険な状態になるおそれがあった。

従って、従来から、図５に示すように、推進軸１４０の一方の端部１４０ａ，１４０ｂが落下した場合に備え、推進軸１４０が地面に接地することを防止する落下防止枠１５０（落下防止装置）が設けられていた。この落下防止枠１５０は、図６に示すように、推進軸１４０が延びる方向（レール方向）から見て、コ字状に形成された枠体である。

そして、落下防止枠１５０は、上端が車体１２０の床台１２２に取付けられていて、推進軸１４０の中間部１４０ｃに対して下辺部１５０Ａと左辺部１５０Ｂと右辺部１５０Ｃとで囲むようになっている。これにより、万一推進軸１４０の一方の端部１４０ａ，１４０ｂが落下しても、推進軸１４０の中間部１４０ｃが落下防止枠１５０の下辺部１５０Ａに当接して受け止められ、推進軸１４０が地面に接地することを防止できるようになっていた。

特開２００６−３４７３４９号公報

しかしながら、従来の鉄道車両においては、以下の問題点があった。即ち、鉄道車両が高速走行しているときに、推進軸１４０の一方の端部が落下すると、連結されたままの推進軸１４０の他方の端部は、慣性又は駆動力の伝達によって、しばらくの間回転し続ける。このため、落下した推進軸１４０は、落下防止枠１５０の下辺部１５０Ａに衝突した後に、落下防止枠１５０の左辺部１５０Ｂ又は右辺部１５０Ｃにも衝突して、跳ね回る。跳ね回る推進軸１４０が落下防止枠１５０に衝突する際の衝撃力は非常に大きい。

こうして、推進軸１４０が落下した後に、落下防止枠１５０が跳ね回る推進軸１４０によって変形又は破損する可能性を完全には否定できるものではなかった。また、推進軸１４０より上方には、落下防止枠１５０が配置されていないため、跳ね回る推進軸１４０が車体１２０の床台１２２に衝突して、推進軸１４０が車体１２０の床台１２２を突き破る可能性も完全には否定できるものではなかった。こうして、従来では、落下防止枠１５０が推進軸１４０の地面に対する接地を防止することを主目的として構成されていたため、推進軸１４０の一方の端部が落下した後の状況においても十分対応できる落下防止装置が望まれていた。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、万一推進軸の一方の端部が落下しても、推進軸が落下防止装置を破損すること及び車体の床台に衝突することを防止できる鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両は、車体を支持していて走行可能な台車と、前記台車を走行させるための駆動力を発生する駆動源と、前記台車側の部材と前記駆動源側の部材とに両端部が連結されて駆動力を伝達する推進軸と、車体の下側に取付けられていて前記推進軸が地面に接地することを防止する落下防止装置とを備えたものであって、前記落下防止装置は、前記推進軸が延びる方向から見たとき、前記推進軸に対して上下左右に隙間を形成して前記推進軸を囲む環状部を有すること、前記環状部は、環状の環状枠と、この環状枠の内側に取付けられていて変形により衝撃力を吸収可能な緩衝材とを有すること、前記緩衝材の内側には、前記緩衝材より摩擦係数が低い摺動材が取付けられていること、を特徴とする。

この場合には、落下防止装置の環状部と推進軸との間の隙間は、鉄道車両の走行時に環状部と推進軸が当接しない範囲で、できるだけ小さくなるように設定される。このため、鉄道車両の高速走行中に、万一推進軸の一方の端部が落下して、推進軸が環状部の中で衝突しながら跳ね回っても、衝突から次の衝突までの間の推進軸の移動距離が小さくなる。即ち、衝突から次の衝突までの間に推進軸が溜め込む運動エネルギーが小さくなる。

この結果、跳ね回る推進軸と環状部との衝撃力を小さくすることができ、落下防止装置の破損を防止できる。また、環状部は推進軸に対して上方も含めた四方で囲っているため、跳ね回る推進軸が車体の床台に衝突することを防止できる。

この場合には、推進軸が環状部に衝突する際に、緩衝材が変形することによって衝撃力を吸収する。このため、環状部をより破損し難くすることができる。

この場合には、回転し続ける推進軸が摺動材に対して滑りながら衝突する。このため、推進軸が緩衝材に直接衝突する場合に比べて、推進軸に作用する摩擦力を低減できて、推進軸の跳ね回りを抑制することができる。

また、本発明に係る鉄道車両において、前記推進軸は、レール方向に延びていて、前記環状部は、前記推進軸が延びる方向から見たとき、左右方向の長さが上下方向の長さより長いものであることが好ましい。
この場合には、仮に環状部の左右方向の長さと環状部の上下方向の長さとを同じに設定すると、鉄道車両の走行時に推進軸は環状部に対して左右方向に大きく移動するため、推進軸と環状部とが当接しないという条件の下では、環状部の上下方向の長さが不必要に長くなる。従って、環状部の左右方向の長さを環状部の上下方向の長さより長くすることで、推進軸と環状部との当接を防止しつつ、環状部自体の大きさを小さくすることができて、環状部を軽量に構成することができる。

また、本発明に係る鉄道車両において、前記環状部は、長方形に形成されていて、四隅の内側に湾曲した曲面部分を有することが好ましい。
この場合には、環状部を板曲げ加工によって製造し易い。また、推進軸と環状部の四隅の内側とが衝突した際に、曲面部分によって衝撃力を緩和できる。

本発明の鉄道車両によれば、万一推進軸の一方の端部が落下しても、推進軸が落下防止装置を破損すること及び車体の床台に衝突することを防止できる。

本実施形態の鉄道車両を模式的に示した図である。 図１に示したＡ部分を拡大した図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （Ａ）環状部の第１変形例を示した断面図である。（Ｂ）環状部の第２変形例を示した断面図である。 従来の落下防止枠と推進軸と変速機と減速機との関係を示した図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

本発明に係る鉄道車両の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の鉄道車両１を模式的に示した図である。また、図２は、図１に示したＡ部分を拡大した図である。

鉄道車両１は、ディーゼルエンジン１０の回転出力を駆動力として走行する動車である。この鉄道車両１は、図１に示すように、主に、ディーゼルエンジン１０と、車体２０と、２台の台車３０，３０と、推進軸４０とを備えている。

ディーゼルエンジン１０は、台車３０を走行させるための駆動力を発生するものである。このディーゼルエンジン１０は、図１及び図２に示すように、車体２０に吊り下げられていて、回転出力を液体変速機１１で変速できるようになっている。このディーゼルエンジン１０が本発明の「駆動源」に相当する。なお、「駆動源」は、ディーゼルエンジン１０に限定されるものではなく、適宜変更可能であり、例えば電動モータであっても良い。

液体変速機１１には、図２に示すように、自在継手４１を介して推進軸４０の一端部４０ａが連結されている。この液体変速機１１が、本発明の「駆動源側の部材」に相当する。なお、「駆動源側の部材」は、駆動源と推進軸４０の一端部４０ａとの間の部材であれば良く、液体変速機１１に限定されるものではない。

車体２０は、図１に示すように、レール方向に長く延びていて、２台の台車３０によって空気バネ２１を介して支持されている。このため、車体２０と台車３０とは、空気バネ２１の伸縮によって上下方向に変位する。また、車体２０と台車３０とは、鉄道車両１がカーブするときに、枕木方向に大きく変位する。

台車３０は、鉄道車両１を走行させるためのものであり、図１に示すように、前後左右に合計４つの車輪３１と、各車輪３１を組付けている台車枠３２とを有している。そして、一方側（図１の左側）の台車３０には、減速した出力を各車輪３１に伝達する減速機３３（図２参照）が設けられている。

減速機３３には、図２に示すように、自在継手４２を介して推進軸４０の他端部４０ｂが連結されている。この減速機３３が、本発明の「台車側の部材」に相当する。なお、「台車側の部材」は、台車３０と推進軸４０の他端部４０ｂとの間の部材であれば良く、減速機３３に限定されるものではない。

推進軸４０は、回転することでディーゼルエンジン１０が発生した駆動力を伝達するものである。この推進軸４０は、図２に示すように、レール方向に延びていて、車体２０の床台２２より下側に配置されている。また、推進軸４０は、軽量化を図るために、中空状の鋼管である（図３参照）。

推進軸４０の一端部４０ａ及び他端部４０ｂは、ボルト締結や溶接によって自在継手４１，４２に連結されていて、揺動可能になっている。こうして、ディーゼルエンジン１０が発生した駆動力は、液体変速機１１と推進軸と４０と減速機３３を介して、台車３０の各車輪３１に伝達されて、鉄道車両１が走行する。

この鉄道車両１には、推進軸４０が地面に接地することを防止する落下防止装置５０が設けられていて、本実施形態では、落下防止装置５０の構成に特徴がある。以下、落下防止装置５０の構成について、詳細に説明する。図３は、図２に示したＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

落下防止装置５０は、図２及び図３に示すように、車体２０の床台２２より下側に設けられていて、推進軸４０の中間部４０ｃに対応して配置されている。本実施形態では、落下防止装置５０が１つ設けられているが、落下防止装置の５０の個数は適宜変更可能であり、２つ又は３つであっても良い。この落下防止装置５０は、図３に示すように、取付部６０と環状部７０とを有している。

取付部６０は、鉛直方向に延びている鋼製の枠であり、上端が車体２０の床台２２に取付けられている。環状部７０は、推進軸４０が延びる方向から見たとき（図３に示すように）、推進軸４０の中間部４０ｃに対して上下左右に隙間Ｘ１，Ｙ１を形成して推進軸４０の中間部４０ｃを囲んでいる。そして、環状部７０は、鉄道車両１の走行時に、推進軸４０の中間部４０ｃに当接しないようになっている。この環状部７０は、環状枠７１と、緩衝ゴム７２と、ステンレス板７３とを有している。

環状枠７１は、図３に示すように、長方形で環状に形成されている。また、環状枠７１は、取付部６０の下端に支持されるように取付けられている。この環状枠７１は、万一推進軸４０が落下したときに推進軸４０の中間部４０ｃを受け止める際の自重に耐えることができるように、鋼で構成されている。

なお、本実施形態では、環状枠７１は、１部材で構成されているが、例えば、上方が空いているコ字状の枠体（従来の落下防止枠１５０（図６参照）に対して、左辺部１５０Ｂと右辺部１５０Ｃとの間で水平方向に延びる不図示の棒体（ストッパ）を取付けることによって環状枠を構成しても良い。

緩衝ゴム７２は、弾性変形によって衝撃力を吸収可能なものである。この緩衝ゴム７２は、図３に示すように、長方形で環状に形成されていて、環状枠７１の内側に取付けられている。この緩衝ゴム７２が、本発明の「緩衝材」に相当する。なお、本実施形態では、緩衝ゴム７２が環状であるが、形状は適宜変更可能であり、環状枠７１の内側に部分的に取付けられていても良い。

ステンレス板７３は、推進軸４０と接触したときに、推進軸４０を滑らせるものである。このため、ステンレス板７３の摩擦係数は、環状枠７１の摩擦係数及び緩衝ゴム７２の摩擦係数より低くなっている。このステンレス板７３は、環状枠７１及び緩衝ゴム７２より薄いシート状のものである。また、ステンレス板７３は、図３に示すように、長方形で環状に形成されていて、緩衝ゴム７２の内側、即ち環状部７０の最も内側に取付けられている。このステンレス板７３が、本発明の「摺動材」に相当する。なお、本実施形態では、ステンレス板７３が環状であるが、形状は適宜変更可能であり、緩衝ゴム７２の内側に部分的に取付けられていても良い。

ところで、上述したように、推進軸４０の両端部４０ａ，４０ｂの連結では、ボルト締結や溶接が用いられている。このため、仮に推進軸４０の一端部４０ａでボルト締結が緩み脱落したり、溶接部分が切れた場合には、推進軸４０の他端部４０ｂ側の自在継手４２を基点として、推進軸４０の一端部４０ａが落下することになる（図５参照）。このとき、落下防止装置５０の環状部７０が、落下する推進軸４０の中間部４０ｃを受け止めて、推進軸４０が地面に接地することを防止できる。

ここで、鉄道車両１が高速走行しているときに、推進軸４０の一端部４０ａが落下する場合について説明する。この場合には、台車３０の各車輪３１は緊急停止まで少なくとも６００ｍ進むため、推進軸４０は慣性によってしばらくの間回転し続ける。このため、落下した推進軸４０は、環状部７０の下辺部７０Ａに衝突した後に、環状部７０の左辺部７０Ｂ、右辺部７０Ｃ、上辺部７０Ｄにも衝突して跳ね回る。

この結果、跳ね回る推進軸４０によって、落下防止装置５０が破損するのではないかという問題がある。なお、推進軸４０の他端部４０ｂが落下した場合であっても、推進軸４０は慣性及びディーゼルエンジン１０からの駆動力の伝達によってしばらくの間回転し続けるため、同様の問題がある。

この問題に対して、本実施形態の落下防止装置５０は、以下のように対処している。即ち、環状部７０と推進軸４０との間の左右方向の隙間Ｘ１、及び上下方向の隙間Ｙ１は、鉄道車両１の走行時に環状部７０と推進軸４０とが当接しない範囲で、できるだけ小さくなるように設定されている。言い換えると、上述した隙間Ｘ１，Ｙ１は、従来の落下防止枠１５０と推進軸１４０との間の左右方向の隙間ｘ１、上下方向の隙間ｙ１、及び落下防止枠１５０と車体１２０の床台１２２との間の隙間ｙ２より、小さくなるように設定されている（図６参照）。

具体的には、車体２０と台車３０の左右方向（旋回方向）の相対変位をＸａとし、落下防止装置５０及び推進軸４０を取付ける際の左右方向の取付公差をＸｂとすると、上述した隙間Ｘ１は相対変位Ｘａと取付公差Ｘｂとの和（Ｘ１＝Ｘａ＋Ｘｂ）で設定される。ここで、取付公差Ｘｂは、仮に落下防止装置５０の各部材の左右方向の製作公差、及び推進軸４０の左右方向の製作公差を積み上げると、その製作公差の合計値が大きくなるため、落下防止装置５０の各部材及び推進軸４０を取付けるときに調整して、左右方向の製作公差の影響を排除するために考慮される値である。

同様に、車体２０と台車３０の上下方向の相対変位をＹａとし、落下防止装置５０及び推進軸４０を取付ける際の上下方向の取付公差をＹｂとすると、上述した隙間Ｙ１は相対変位Ｙａと取付公差Ｙｂとの和（Ｙ１＝Ｙａ＋Ｙｂ）で設定される。そして、取付公差Ｙｂは、仮に落下防止装置５０の各部材の上下方向の製作公差、及び推進軸４０の上下方向の製作公差を積み上げると、その製作公差の合計値が大きくなるため、落下防止装置５０の各部材及び推進軸４０を取付けるときに調整して、上下方向の製作公差の影響を排除するために考慮される値である。

こうして、本実施形態では、上述した隙間Ｘ１，Ｙができるだけ小さく設定されているため、万一推進軸４０の一端部４０ａが落下して、推進軸４０が環状部７０の中で衝突しながら跳ね回っても、衝突から次の衝突までの間の推進軸４０の移動距離が小さくなる。即ち、衝突から次の衝突までの間に推進軸４０が溜め込む運動エネルギーが小さくなる。この結果、跳ね回る推進軸４０と環状部７０との衝撃力を小さくすることができ、落下防止装置５０の破損を防止できる。

上述したことから明らかなように、本実施形態の落下防止装置５０では、推進軸４０が地面に接地することを防止するという技術的思想だけでなく、環状部７０の中で跳ね回る推進軸４０の衝突から衝突までの移動距離を小さくして、衝撃力を小さくするという技術的思想がある。一方、従来の落下防止枠１５０は、推進軸１４０の地面に対する接地を防止することを主目的として構成されていて、推進軸１４０が跳ね回る際に自由に動く範囲を最小に限定するように構成されたものではない。

また、仮に、従来の落下防止枠１５０自体の強度を大きくすることで、落下防止枠１５０の破損を防止することが考えられる。しかし、この場合には、落下防止枠１５０が、大きく且つ非常に重いものになる。更に、推進軸１４０が落下防止枠１５０に衝突した際に、衝撃力が大きくなって、推進軸１４０の方が破損するおそれがある。これに対して、本実施形態の落下防止装置５０（環状部７０）では、推進軸４０の通常の可動範囲に対して、できるだけ隙間Ｘ１，Ｙ１を小さくすることで、落下防止装置５０自体のコンパクト化及び軽量化を図りつつ、跳ね回る推進軸４０の衝撃力を小さくするという考えに基づいている。

次に、環状部７０の形状について説明する。先ず、鉄道車両１は、走行中にカーブで枕木方向に大きく移動するため、推進軸４０は、環状部７０に対して上下方向に比べて左右方向（枕木方向）に大きく移動する。そこで、本実施形態では、鉄道車両１の走行時に環状部７０と推進軸４０とが当接しない範囲で、環状部７０をできるだけ小さく構成するために、環状部７０の左右方向の長さが環状部７０の上下方向の長さより長くなっている。

即ち、仮に環状部の左右方向の長さと環状部の上下方向の長さとが同じである場合（例えば環状部が円形である場合）、推進軸と環状部とが当接しないという条件の下では、環状部の上下方向の長さが不必要に長くなる。従って、本実施形態のように、環状部７０の左右方向の長さを環状部７０の上下方向の長さより長くすることで、推進軸４０と環状部７０との当接を防止しつつ、環状部７０自体の大きさを小さくすることができ、環状部７０を軽量に構成することができる。

また、環状部７０は、長方形に形成されているため、環状部７０を板曲げ加工によって製造し易い。更に、環状部７０は、四隅の内側に湾曲した曲面部分７０Ｒを有しているため、推進軸４０と環状部７０の四隅の内側とが衝突した際に、衝撃力を緩和できる。

本実施形態の鉄道車両１の作用効果について説明する。
本実施形態によれば、図３に示すように、環状部７０が推進軸４０の四方を囲んでいて、環状部７０と推進軸４０との間の隙間Ｘ１，Ｙ１は、鉄道車両１の走行時に環状部７０と推進軸４０とが当接しない範囲で、できるだけ小さくなるように設定されている。このため、鉄道車両１の高速走行中に、万一推進軸４０の一方の端部４０ａ，４０ｂが落下して、推進軸４０が環状部７０の中で衝突しながら跳ね回っても、衝突から次の衝突までの間の推進軸４０の移動距離が小さくなる。この結果、跳ね回る推進軸４０と環状部７０との衝撃力を小さくすることができ、落下防止装置５０の破損を防止できる。また、環状部７０は推進軸４０に対して上方も含めた四方で囲っているため、跳ね回る推進軸４０が車体２０の床台２２に衝突することを防止できる。

また、本実施形態によれば、図３に示すように、環状枠７１の内側に緩衝ゴム７２が取付けられている。このため、推進軸４０が環状部７０に衝突する際に、緩衝ゴム７２が弾性変形する。これにより、推進軸４０の力積（Ｆ×Δｔ）のうち、変形時間（Δｔ）が大きくなるため、衝撃力（Ｆ）が小さくなる。従って、環状部７０をより破損し難くすることができる。

また、本実施形態によれば、図３に示すように、緩衝ゴム７２の内側にステンレス板７３が取付けられている。これにより、回転し続ける推進軸４０がステンレス板７３に対して滑りながら衝突する。このため、推進軸４０が緩衝ゴム７２に直接衝突する場合に比べて、推進軸４０に作用する摩擦力を低減できて、推進軸４０の跳ね回りを抑制することができる。即ち、推進軸４０に作用する摩擦力が大きいと推進軸４０の跳ね回りを助長するおそれがあるが、本実施形態では、その摩擦力を低減することで、推進軸４０の跳ね回りを抑制できる。

以上、本発明に係る鉄道車両の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
本実施形態では、図３に示すように、環状部７０が長方形に形成されているが、環状部の形状は長方形に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、図４（Ａ）に示すように、左右方向の寸法が上下方向の寸法より長い長円形の環状部１７０であっても良く、図４（Ｂ）に示すように、左右方向の寸法が上下方向の寸法より長い楕円形の環状部２７０であっても良い。なお、図４（Ａ）（Ｂ）の環状部１７０，２７０のその他の構成は、本実施形態の環状部７０の構成と同様であるため、同一符号を付してその説明を省略する。

また、本実施形態において、摺動材としてステンレス板７３を用いたが、摺動材の構成は適宜変更可能である。例えば、摺動材としてテフロン（登録商標）、ナイロン、ニトリルゴム、シリコーンゴム等で構成された摩擦係数が低いシートを用いても良い。

また、本実施形態において、緩衝材として弾性変形により衝撃を吸収可能な緩衝ゴム７２を用いたが、緩衝材の構成は適宜変更可能である。例えば、緩衝材として塑性変形により衝撃を吸収可能なアルミニウムハニカム材、又は衝撃吸収ゲル等を用いても良い。

１ 鉄道車両
１０ ディーゼルエンジン
１１ 液体変速機
２０ 車体
２２ 床台
３０ 台車
３３ 減速機
４０ 推進軸
４０ａ，４０ｂ 一端部，他端部
４１，４２ 自在継手
５０ 落下防止装置
６０ 取付部
７０，１７０，２７０ 環状部
７０Ｒ 曲面部分
７１ 環状枠
７２ 緩衝ゴム
７３ ステンレス板

Claims (3)

1. 車体を支持していて走行可能な台車と、
   前記台車を走行させるための駆動力を発生する駆動源と、
   前記台車側の部材と前記駆動源側の部材とに両端部が連結されて駆動力を伝達する推進軸と、
   前記車体の下側に取付けられていて前記推進軸が地面に接地することを防止する落下防止装置とを備えた鉄道車両において、
   前記落下防止装置は、前記推進軸が延びる方向から見たとき、前記推進軸に対して上下左右に隙間を形成して前記推進軸を囲む環状部を有すること、
   前記環状部は、環状の環状枠と、この環状枠の内側に取付けられていて変形により衝撃力を吸収可能な緩衝材とを有すること、
   前記緩衝材の内側には、前記緩衝材より摩擦係数が低い摺動材が取付けられていること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載された鉄道車両において、
   前記推進軸は、レール方向に延びていて、
   前記環状部は、前記推進軸が延びる方向から見たとき、左右方向の長さが上下方向の長さより長いものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載された鉄道車両において、
   前記環状部は、長方形に形成されていて、四隅の内側に湾曲した曲面部分を有することを特徴とする鉄道車両。

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