JP6088366B2 - 板バネカバー及びそれを備えた鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は鉄道車両用台車において、繊維強化樹脂製の板バネの一部を覆う板バネカバー及びそれを備えた鉄道車両用台車に関する。

鋼材によって製造されていた従来の側ばりに代えて、繊維強化樹脂製の板バネで車体を支持する鉄道車両の台車が開発されている（特許文献１参照）。この台車は、簡素かつ軽量であり、組立の作業性も良好である。

ＷＯ ２０１３／００８４６８ Ａ１

ところで、鉄道車両に搭載された電気機器を駆動する電力が架線から供給される場合、電流は電気機器内を通ってレールへと流れる。このような鉄道車両において、何らかの原因により車体と台車に大きな電位差が生じると、車体から空気中を伝って台車へと電流が流れる「車体サージ」と呼ばれる現象が発生する。車体サージが発生した場合、板バネが導電性を有していたり、表面に鉄粉などの異物が付着していたりすると、板バネに電流が流れやすくなる。車体サージによって板バネに電流が繰り返し流れると、熱応力によって板バネの樹脂（マトリックス）に亀裂が発生し、また、微小放電によってマトリックスが熱分解を起こして炭化路（トラック）が発生するおそれがある。

また、繊維強化樹脂は、成型時の温度近傍において熱による変形を受けやすいところ、ブレーキの作動時には、車輪・制輪子の温度は約１００℃〜３００℃になる。そのため、車輪・制輪子の近傍にある板バネは熱によって、強度や剛性が低下する可能性がある。さらに、板バネは地面に近い位置に配置されるため、飛石などで破損するおそれもある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂製の板バネの破損を防止する板バネカバー及びそれを備えた鉄道車両用台車を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る鉄道車両用の台車は、鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、車幅方向両側において車両長手方向に並んで配置された車輪と、車幅方向左右の車輪をつなぎ、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱と、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持され、繊維強化樹脂で形成された板バネと、前記板バネと前記軸箱の間に介在する非導電性の緩衝部材と、前記板バネと前記横ばりの間に介在する非導電性の当接部材と、前記板バネの少なくとも一部を覆い、前記車輪と電気的に接続される導電性の板バネカバーと、を備える。

かかる構成によれば、板バネカバーが板バネを覆うため、板バネの表面に鉄粉などの異物が付着しにくく、車体サージによる電流が板バネに流れるのを抑制することができる。また、ブレーキの作動時に発生する熱によって板バネが受ける熱応力を低減することができる。さらに、石などが板バネに衝突するのを防ぐことができる。

以上のとおり、本発明によれば、繊維強化樹脂製の板バネが破損するのを防ぐことができる。

図１は、実施形態に係る台車の側面図である。 図２は、図１に示す台車の平面図である。 図３は、図１に示す板バネカバー付近の拡大図である。 図４は、図１に示す台車の電気系統の概略図である。

以下、鉄道車両用の台車について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は台車１００の側面図であり、図２は台車１００の平面図である。図１における紙面左右方向が車両長手方向であり、紙面に垂直な方向が車幅方向である。図１及び図２に示すように、台車１００は、横ばり１０と、車輪２０と、車軸３０と、軸受４０と、軸箱５０と、板バネ６０と、板バネ受７０と、板バネカバー８０と、を備えている。

横ばり１０は、鉄道車両の車体１０１を支持する部材である。図２に示すように、横ばり１０は車幅方向に延びており、その上面には二次サスペンションとなる空気バネ１１が取り付けられている。横ばり１０はこの空気バネ１１を介して車体１０１を支持している。横ばり１０の車幅方向両端部分には、それぞれ板状の受け座１２が向かい合うようにして設けられている。後述する板バネ６０は、向かい合う受け座１２の間を通るようにして配置されている。

車輪２０は、台車１００の車幅方向両側において車両長手方向に並んで配置されている。本実施形態の車輪２０は鉄製であり、車輪２０へと流れた電流（帰線電流）はさらにレール１０２へと流れる。

車軸３０は、車幅方向に延びて、車幅方向左右の車輪２０をつないでいる。車軸３０は、横ばり１０を挟んで車両長手方向の前方及び後方に配置されている。また、車軸３０にはギヤボックス３１を介してモータ３２が接続されており、モータ３２が駆動すると車軸３０が回転し、台車１００は走行する。なお、台車１００がいわゆる電動台車ではなく付随台車であれば、モータ３２及びギヤボックス３１は設けられていない。

軸受４０は、車軸３０を回転自在に支持する部材である。軸受４０は、車軸３０の車幅方向両側に設けられており、軸箱５０に収容されている。

軸箱５０は、軸受４０を収容する部材である。軸箱５０は、台車１００の車両長手方向中央に向かって延びる軸ばり５１を有している。軸ばり５１の先端は、向かい合う受け座１２の間に位置しており、車幅方向に延びる心棒５２を介して受け座１２に取り付けられている。また、軸箱５０の上面には、板バネ座５３が設けられている。ここで、図３は、板バネカバー８０付近の拡大図である。図３に示すように、板バネ座５３は板バネ６０を支持する支持面５４を有しており、この支持面５４は板バネ６０の形状にあわせて台車１００の車両長手方向中央に近い部分が低くなるよう傾斜している。

板バネ６０は、横ばり１０を介して車体１０１を支持する部材であり、従来のコイルバネ（一次サスペンション）と側ばりの機能を兼ね備えている。板バネ６０は車両長手方向に延びており、下面が円弧状に形成された当接部材６１を介して横ばり１０の車幅方向両端部を支持している。当接部材６１は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）と天然ゴムを積層して形成したものであり、非導電性を有している。また、板バネ６０の車両長手方向両端部は板バネ受７０及び緩衝部材７１を介して軸箱５０に支持されている。

また、板バネ６０は、側面視で下方に凸となる弓状であって、車両長手方向中央部分が車両長手方向両端部分よりも厚くなるように形成されている。板バネ６０は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）のみで形成してもよく、ＦＲＰと金属によって形成してもよい。本実施形態の板バネ６０は、ＣＦＲＰからなる上層及び下層と、ＣＦＲＰ及びＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）からなるコア層とからなる三層構造を有している。本実施形態では、板バネ６０に炭素繊維が含まれるため、板バネ６０は導電性を有している。

板バネ受７０は、板バネ６０の車両長手方向両端部分において、板バネ６０を受ける部材である。板バネ受７０は、平面視で略矩形の形状を有しており、車幅方向内側、車幅方向外側、及び車両長手方向外側の辺の三辺に保護壁７２が形成されている。また、板バネ受７０は金属で形成されているが、その表面にはゴムシート（不図示）が敷かれている。さらに、板バネ受７０と板バネ座５３の間には緩衝部材７１が設けられている。緩衝部材７１は、金属板からなる層と天然ゴムからなる層を積層して形成されており、非導電性を有している。板バネ６０は弾性変形しながら車体１０１を支持するが、その弾性変形による板バネ６０の変位はこの緩衝部材７１で吸収される。

板バネカバー８０は、板バネ６０を覆って板バネ６０を保護する部材である。板バネカバー８０は、各板バネ６０の車両長手方向両端をそれぞれ覆うよう台車１００の４か所に配置されている。いずれの板バネカバー８０も車両長手方向に延びている。また、板バネカバー８０の基端部分（板バネカバー８０のうち台車１００の車両長手方向中央に近い部分）は、横ばり１０の近傍に位置している。そのため、横ばり１０と板バネカバー８０との間には実質的に隙間は無い。さらに、板バネカバー８０の先端部分（板バネカバー８０の車両長手方向端部）は板バネ６０の車両長手方向端部の近傍に位置している。以上のように板バネカバー８０を配置することにより、板バネ６０のうち車両長手方向中央部分は横ばり１０によって覆われ、それ以外の部分は板バネカバー８０によって覆われることになる。

また、板バネカバー８０の基端部分は、受け座１２に設けられた回転軸部材８１に取り付けられている。回転軸部材８１は横ばり１０の近傍に位置しており、車幅方向に延びる円柱状の部材である。板バネカバー８０は、この回転軸部材８１の中心軸を回動軸として回動することができる。この構成によれば、板バネ６０が変形すると、板バネ６０の変形に追随して板バネカバー８０も回動することになる。そのため、板バネカバー８０は板バネ６０を常に覆うことができる。なお、回転軸部材８１は受け座１２ではなく、横ばり１０に直接設けられていてもよい。また、本実施の形態では回動軸部材８１を備えているが、板バネカバー８０は回動しない構成としてもよい。かかる場合、板バネカバー８０は、板バネ６０の変形量を考慮して、板バネ６０に対して所定のクリアランスを確保して取り付けられてもよい。

また、板バネカバー８０は、金属製であって導電性を有している。ただし、板バネカバー８０の表面にアルミ箔等の導電性を有する物質を付着させれば、板バネカバー８０は樹脂製であってもよい。すなわち、板バネカバー８０は全体として導電性を有していれば、その材料は特に限定されない。

また、板バネカバー８０は、板バネ６０の上面を覆う上面部８２と、板バネ６０の車幅方向内側面を覆う内側面部８３と、板バネ６０の車幅方向外側面を覆う外側面部８４と、板バネ６０の車両長手方向端面を覆う端面部８５と、を有している。このうち内側面部８３と外側面部８４は面対照の関係にある。内側面部８３と外側面部８４は、板バネ受７０や緩衝部材７１と干渉しないように、板バネカバー８０の先端付近では基端付近に比べて上下方向の寸法が小さくなるように形成されている。また、端面部８５は、上面部８２の先端から、台車１００の車両長手方向中央へ戻るようにして、斜め下方に延びている。つまり、端面部８５は、上面部８２に対して垂直な方向に延びているのではなく、それよりも板バネカバー８０の基端側へ傾斜するようにして延びている。図示はしていないが、端面部８５が板バネ６０、板バネ受７０、又は緩衝部材７１に係止するように構成すれば、板バネカバー８０の回動が制限され、板バネカバー８０が板バネ６０から離れて過度に回動するのを防ぐことができる。

次に、図４を参照して台車１００の電気系統について説明する。図４は、本実施形態に係る台車１００及び車体１０１の電気系統の概略図である。図４に示すように、台車１００は車軸３０付近に接地装置９０を備えている。接地装置９０は、車体１０１から流れてきた電流を車軸３０及び車輪２０を介してレール１０２へ流す装置である。接地装置９０の構成は特に限定されず、車軸３０の表面に接地ブラシを接触させる方式のものであってもよく、車軸３０の端面に接地ブラシを接触させる方式のものであってもよい。パンタグラフ１０３から流れた電流はインバータ１０４及び接地端子台１０５を介して接地装置９０に流れる。また、台車１００に搭載されたモータ３２にはインバータ１０４から電流が流れ、その電流は接地装置９０へと流れる。

本実施形態では、接地装置９０と板バネカバー８０が電線９１を介して電気的に接続されている。つまり、板バネカバー８０は電気的に車軸３０及び車輪２０と接続されている。かかる構成によれば、車体サージによって車体１０１から板バネ６０に向かって電流が流れようとしても、電流は板バネ６０には達せず、板バネカバー８０へと流れることになる。そして、板バネカバー８０に流れた電流は接地装置９０を介して車輪２０へと向かう。なお、板バネ６０は、非導電性の当接部材６１を介して横ばり１０に接するとともに、非導電性の緩衝部材７１を介して軸箱５０と接しているため、板バネ６０は台車１００内において他の部材と電気的に絶縁された状態にある。そのため、台車１００の他の部分に電流が流れたとしても板バネ６０に流れることはない。また、板バネカバー８０は、板バネ６０を覆っているため、板バネ６０の表面に鉄粉などの異物が付着しにくく、板バネ６０に電流が流れるのをより一層防ぐことができる。このように、本実施形態によれば、車体サージによって台車１００に流れた電流は板バネ６０を迂回して車軸３０、車輪２０、及びレール１０２へと順に流れることになる。よって、板バネ６０が車体サージによって破損するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、板バネカバー８０が板バネ６０を覆っているため、ブレーキ時に車輪や制輪子に生じる熱による影響を防ぐことができ、さらには石が衝突するなど物理的な衝撃からも板バネ６０を守ることができる。

以上のとおり、本実施形態に係る台車１００は、鉄道車両の車体１０１を支持するための横ばり１０と、車幅方向両側において車両長手方向に並んで配置された車輪２０と、車幅方向左右の車輪２０をつなぎ、横ばり１０を挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸３０と、車軸３０の車幅方向両側に設けられて、車軸３０を回転自在に支持する軸受４０と、軸受４０を収容する軸箱５０と、横ばり１０の車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が軸箱５０に支持され、繊維強化樹脂で形成された板バネ６０と、板バネ６０と軸箱５０の間に介在する非導電性の緩衝部材７１と、板バネ６０と横ばり１０の間に介在する非導電性の当接部材６１と、板バネ６０の少なくとも一部を覆い、車輪２０と電気的に接続される板バネカバー８０と、を備えている。

このように、本実施形態に係る台車１００は、板バネ６０を覆う板バネカバー８０を備えているため、板バネ６０の表面に異物が付着しにくく、車体サージによる電流が板バネ６０に流れるのを抑制することができる。さらに、板バネ６０は台車１００の他の部材と電気的に絶縁されることになるため電流が流れにくい。その上、板バネ６０に電流が流れようとしても板バネ６０を覆う板バネカバー８０から車輪２０へと電流が流れるため、板バネ６０に電流が流れるのを防ぐことができる。また、ブレーキの作動時に発生する熱によって板バネ６０が受ける影響を低減することができる。さらに、石などが板バネ６０に衝突するのを防ぐことができる。よって、本実施形態によれば、板バネ６０が破損するのを防ぐことができる。

また、本実施形態の板バネカバー８０は、横ばり１０又は横ばり１０の近傍に位置する部材（受け座１２）に取り付けられており、横ばり１０から板バネ６０の車両長手方向端部まで延びている。そのため、板バネ６０の車両長手方向中央は横ばり１０で覆うことができ、それ以外の部分は板バネカバー８０で覆うことができる。つまり、板バネ６０の全体を横ばり１０及び板バネカバー８０で覆うことができる。

また、本実施形態の板バネカバー８０は、車幅方向に延びる回転軸部材８１を介して横ばり１０又は横ばり１０の近傍に位置する部材（受け座１２）に回動可能に取り付けられている。そのため、板バネ６０が変形しても、板バネカバー８０はその変形に追従して回動することができ、常に板バネ６０を覆うことができる。

また、本実施形態の板バネカバー８０は、板バネ６０の車両長手方向端面を覆う端面部８５を少なくとも有し、端面部８５は板バネ６０又は板バネ６０を支持する部材（板バネ受７０及び緩衝部材７１）に係止するように構成されていてもよい。かかる構成によれば、板バネカバー８０の過度な回動を防止することができる。

以上、本発明に係る実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明に係る台車は、繊維強化樹脂製の板バネが破損するのを防ぐことができるため、鉄道車両の技術分野において有益である。

１０ 横ばり
２０ 車輪
３０ 車軸
４０ 軸受
５０ 軸箱
６０ 板バネ
６１ 当接部材
７０ 板バネ受
７１ 緩衝部材
８０ 板バネカバー
８１ 回転軸部材
８５ 端面部
１００ 台車
１０１ 車体

Claims (5)

1. 鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、
   車幅方向両側において車両長手方向に並んで配置された車輪と、
   車幅方向左右の車輪をつなぎ、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、
   前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容する軸箱と、
   前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持され、繊維強化樹脂で形成された板バネと、
   前記板バネと前記軸箱の間に介在する非導電性の緩衝部材と、
   前記板バネと前記横ばりの間に介在する非導電性の当接部材と、
   前記板バネの少なくとも一部を覆い、前記車輪と電気的に接続される導電性の板バネカバーと、を備える、鉄道車両用台車。
2. 前記板バネカバーは、前記横ばり又は前記横ばりの近傍に位置する部材に取り付けられており、前記横ばりから前記板バネの車両長手方向端部まで延びている、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 前記板バネカバーは、車幅方向に延びる回転軸部材を介して前記横ばり又は前記横ばりの近傍に位置する部材に回動可能に取り付けられている、請求項２に記載の鉄道車両用台車。
4. 前記板バネカバーは前記板バネの車両長手方向端面を覆う端面部を少なくとも有し、前記端面部は前記板バネ又は前記板バネを支持する部材に係止するように構成されている、請求項３に記載の鉄道車両用台車。
5. 鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、車幅方向両側において車両長手方向に並んで配置された車輪と、車幅方向左右の車輪をつなぎ、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱と、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持され、繊維強化樹脂で形成された板バネと、前記板バネと前記軸箱の間に介在する非導電性の緩衝部材と、前記板バネと前記横ばりの間に介在する非導電性の当接部材とを備えた鉄道車両用台車に適用可能な導電性の板バネカバーであって、
   一端が前記横ばり又は受け座を介して前記横ばりに取り付けられ、他端が前記板バネ又は前記板バネを支持する部材に係止され、前記車輪と電気的に接続される、板バネカバー。
   

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