JP6435169B2

JP6435169B2 - 鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受

Info

Publication number: JP6435169B2
Application number: JP2014230606A
Authority: JP
Inventors: 與志佐藤; 紘一村田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: JP2016094069A

Description

本発明は、鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受に関する。

鉄道車両の台車として、ボルスタを車体と台車枠との間に設けたボルスタ付き台車が知られている。ボルスタ付き台車には、ダイレクトマウント方式又はインダイレクトマウント方式と呼ばれる種類がある。ダイレクトマウント方式の台車では、空気バネで接続された車体とボルスタに対して、台車の台車枠が旋回する。他方、インダイレクトマウント方式の台車では、空気バネで接続されたボルスタと台車枠とが一体となって、車体に対して旋回する。

このようなダイレクトマウント方式及びインダイレクトマウント方式の台車では、旋回抵抗を付与する側受が設けられる。ダイレクトマウント方式の台車では、台車枠の上面に設けられた側受が、車体と接続されたボルスタの下面に設けられた摺動部材と接触することによる摩擦力で旋回抵抗を付与する（例えば、特許文献１参照）。他方、インダイレクトマウント方式の台車では、台車枠と接続されたボルスタの上面に設けられた側受が、車体の下面に設けられる摺動部材と接触することにより旋回抵抗を付与している。

なお、旋回抵抗が大きくなると、車輪とレールとの横圧が増大するため、車輪のフランジの摩耗及び車輪フランジとレールとの擦れ合いによるきしり音の増大等が発生するおそれがある。そのため、側受と摺動部材との接触位置と、台車の旋回中心とを結ぶ旋回半径が短くなるように、側受及び摺動部材は、台車の旋回中心付近に設けられることが一般的である。また、レール幅に対して車体幅が大きいため、一般的に側受に対して空気バネが車幅方向外側に位置している。

特開２０１０−７００００号公報

ここで、ボルスタ付き台車においては、車体荷重を受けたボルスタが撓む場合がある。特許文献１に示されるダイレクトマウント方式の台車では、車体と接続されたボルスタは、側受と接触する摺動部において下方から台車枠により支持される一方で、空気バネを介してボルスタの車幅方向両端部に車体荷重が上方から負荷される。これにより、支点となる摺動部に対して、空気バネを介してボルスタの車幅方向両端部に車体荷重が負荷されるため、ボルスタの車幅方向両端部が下向きに撓む。その結果、摺動部の下面は車幅方向外側よりも車幅方向内側の方が高くなるように傾斜する。

また、インダイレクトマウント方式の台車では、台車枠と接続されたボルスタの車幅方向両端部が空気バネにより下方から支持される一方で、ボルスタの上面に設けられた側受に車体荷重が上方から負荷される。これにより、支点となるボルスタの車幅方向両端部に対して、車幅方向内側に位置する側受に荷重が負荷されるため、ボルスタの車幅方向両端部が上向きに撓む。その結果、側受の上面は車幅方向内側よりも車幅方向外側の方が高くなるように傾斜する。

このように、ダイレクトマウント方式及びインダイレクトマウント方式の台車において、ボルスタが撓むと摺動部又は側受が傾斜し、側受と摺動部とが車幅方向外側で接触するため、旋回半径が大きくなり、旋回抵抗も増大する。

そこで本発明は、ボルスタ付きの鉄道車両用台車において、旋回抵抗の増大を抑制する好適な鉄道車両用台車の側受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ボルスタ付き台車の側受は、車体に対してヨーイング方向に旋回する鉄道車両用台車において、ボルスタと台車枠との間又は前記車体と前記ボルスタとの間に配置されて旋回抵抗を付与する一対の側受であって、前記側受の摺動面は、水平面に対して傾斜した傾斜面部を有し、前記摺動面の頂点が車幅方向内側に位置する。

前記構成によれば、側受の摺動面は、上下方向に最も高い頂点が車幅方向内側に位置するように水平面に対して傾斜した傾斜面部を有しているため、ボルスタが撓んでも、側受が車幅方向外側の端部でのみボルスタ又は車体に設けた接触部材と接触することが回避され、側受の摺動面とボルスタ又は車体に設けた接触部材との接触位置が台車の旋回中心から大きく離れることが防止される。よって、台車の旋回中心と接触位置とを結ぶ旋回半径が増大することが防がれ、旋回抵抗の増大を抑制することができる。

本発明によれば、旋回抵抗の増大を抑制する好適な鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受を提供することができる。

第１実施形態に係る側受を備える鉄道車両用ボルスタ付き台車を正面から見た模式図である。図１に示す台車のボルスタを外した状態における平面図である。（ａ）は、図１に示す側受及び接触部材の拡大図である。（ｂ）は、図１に示すボルスタ及び台車枠が撓んだ状態における側受及び接触部材の拡大図である。第２実施形態に係る側受を備える鉄道車両用ボルスタ付き台車の図１相当の図である。第３実施形態に係る鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受の正面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付して重複する詳細説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る側受６，７を備えた鉄道車両用ボルスタ付き台車１を正面から見た模式図である。図２は、図１に示す台車１のボルスタ４を外した状態における平面図である。図１に示すように、第１実施形態のボルスタ付き台車１は、車体２を支持し、空気バネ３を介して車体２に接続されるボルスタ４と、ボルスタ４の下方に設けられた台車枠５と、ボルスタ４と台車枠５との間に配置された一対の側受６，７と、車軸２３と車輪２４とを有する輪軸２０と、軸受を介して輪軸２０を回転自在に支持する軸箱２２とを備えている。即ち、本実施の形態のボルスタ付き台車１は、いわゆるダイレクトマウント方式の台車である。

ボルスタ４は、車幅方向に延び、その車幅方向両端部における上面４ａには、一対の空気バネ３が設けられている。これにより、ボルスタ４の車幅方向両端部には、空気バネ３を介して車体荷重が上方から伝達される。

また、ボルスタ４の下面４ｂには、その車幅方向中心部から下方に突出した中心ピン８と、中心ピン８の車幅方向両側に配置され、台車枠５上面の側受６，７に接触する一対の接触部材９とが設けられている。中心ピン８の下部は、台車枠５の車幅方向中央部に鉛直軸線周りに回動自在に嵌合している。一対の接触部材９は、ボルスタ４の上面４ａに設けられた空気バネ３に対して、上下方向反対側の下面４ｂに設けられている。接触部材９は、空気バネ３よりも車幅方向内側に設けられている。接触部材９には、例えば、ステンレス等の金属製の板材が用いられる。側受６，７は、ボルスタ４の接触部材９と摺動することによる摩擦力で台車１に旋回抵抗を付与しており、台車１の蛇行動を抑制している。側受６，７は、軸バネ２１よりも車幅方向内側に配置されている。側受６，７の詳細な形状については、後述する。

図２に示すように、台車枠５は、車幅方向に延びる横ばり５１と、車両長手方向に延びる一対の側ばり５２とを有している。側ばり５２は、横ばり５１に溶接等で固定されている。横ばり５１の上面５１ａには、中心ピン８の下部が回動自在に嵌合される嵌合部５１ｂが設けられている。本実施の形態では、嵌合部５１ｂは、横ばり５１に形成された上下方向に延びる円筒状の空間であり、その嵌合部５１ｂに中心ピン８が上方から挿入されている。これにより、台車枠５は、ボルスタ４に対して、旋回可能となる。ここでは、横ばり５１の嵌合部５１ｂの中心を、台車１の旋回中心Ｏとする。一対の側受６，７はそれぞれ、旋回中心Ｏに対して車幅方向に離間して配置されている。

上記構成では、車体荷重の増大により、ボルスタ又は横ばりに撓みが生じる場合がある。かかる撓みにより、接触部材又は側受が傾斜するため、従来の構造では、側受の表面に偏摩耗が発生してしまう。そこで、以下に説明するとおり、本実施の形態の側受６，７は、偏摩耗を抑制した構成としている。

図３（ａ）は、図１に示す側受６及び接触部材９の拡大図である。図３（ｂ）は、図１に示すボルスタ４及び台車枠５が撓んだ状態における側受６及び接触部材９の拡大図である。なお、本実施の形態では、一対の側受６，７は、台車１の旋回中心を基準にして対称な形状であるので、以下では、主に側受６の形状について説明する。

図３（ａ）に示すように、ボルスタ４側の接触部材９の接触面９ａと、台車枠５側の側受６の摺動面６０とは、互いに接触、摺動し、車体荷重を受けて台車１に旋回抵抗を付与する。本実施の形態において、接触部材９の接触面９ａは、ボルスタ４の下面４ｂと平行な平面であるが、台車枠５側の側受６の摺動面６０は、傾斜面部６１を有する構成とし、上下方向に最も高い位置にある頂点６０ａが車幅方向内側に位置するように、水平面Ｈに対して所定角度θ_１だけ傾斜している。即ち、摺動面６０は、車幅方向外側の端部６０ｂから頂点６０ａに向けて上方に傾斜する平面状の傾斜面部６１と、傾斜面部６１の車幅方向内側に連続し且つ上方に向けて凸形状の曲面部６２と、曲面部６２の車幅方向内側に連続し且つ車幅方向内側に向けて下方に傾斜する曲面状の傾斜面部６３とを有している。なお、傾斜面部６１は、摺動面６０の車幅方向外側の端部６０ｂから摺動面６０の車幅方向中心を超えて車幅方向内側まで形成されている。また、曲面部６２には、その曲面部６２の車幅方向中間部分に頂点６０ａが設けられている。側受６は、例えば、側受擦り板として一般的に用いられている摩擦部材を予め加工することにより形成される。

このような構成により、側受６の摺動面６０と、接触部材９の接触面９ａとの接触面積を増大させて、側受６の偏摩耗を抑制することができる。即ち、図３（ｂ）に示すように、車体荷重が増大し、ボルスタ４の車幅方向両端部が下向きに撓むと、ボルスタ４の下面４ｂが、車幅方向外側よりも車幅方向内側の方が高くなるように角度θ₂だけ傾斜する。それにより、接触部材９の接触面９ａも、角度θ_２だけ傾斜する。また、台車枠５においても、負荷される車体荷重が増大し、横ばり５１の車幅方向両端部が上向きに撓むと、横ばり５１の上面５１ａが、車幅方向内側よりも車幅方向外側の方が高くなるように角度θ₃だけ傾斜する。それにより、側受６，７の摺動面６０も、角度θ₃だけ傾斜する。そこで、側受６の摺動面６０は、傾斜面部６１を有しているため、側受６は摺動面６０において接触部材９と面接触しやすくなる。

また、従来の構成では、車体荷重が増大し、ボルスタ４及び台車枠５が撓むと、側受６と接触部材９との接触点と、側受７と接触部材９との接触点との距離が増大し、旋回抵抗が増大するという問題がある。これに対して、本実施の形態では、上記構成により、側受６、７と接触部材９との接触点は、側受６、７の車幅方向中央部となり、接触点の距離が増大することなく、旋回抵抗の増大を抑制することができる。即ち、図３（ａ）に示すように、車体荷重が小さい場合においては、側受６の摺動面６０に対して接触部材９から負荷される荷重の中心位置（即ち、側受６の摺動面６０における接触部材９との接触領域の車幅方向の中心）が、摺動面６０の車幅方向中心よりも車幅方向内側となる。つまり、車体荷重が小さい場合において、側受６と接触部材９との摺動領域の車幅方向中心の位置（図３（ａ）では頂点６０ａの位置）が、従来よりも車幅方向内側に位置することになる。

更に、図３（ｂ）に示すように、車体荷重が大きい場合においては、側受６の摺動面６０に対して接触部材９から負荷される荷重の中心位置（即ち、側受６の摺動面６０における接触部材９との接触領域の車幅方向の中心）が、摺動面６０の車幅方向外側の端部６０ｂよりも車幅方向内側となる。つまり、車体荷重が大きい場合において、側受６と接触部材９との摺動領域の車幅方向中心の位置（図３（ｂ）では傾斜面部６１の車幅方向中心の位置）が、従来よりも車幅方向内側に位置することになる。

側受６の傾斜面部６１が水平面Ｈに対して傾斜する角度θ₁は、ボルスタ４の下面４ｂが傾斜する角度θ₂や横ばり５１の上面５１ａが傾斜する角度θ₃の値を基準に設定されている。ボルスタ４の下面４ｂが傾斜する角度θ₂及び横ばり５１の上面５１ａが傾斜する角度θ₃は、設計時に決定される想定乗車率（例えば、乗車率１００％）のときに生じる車体荷重から算出される。即ち、側受６の傾斜面部６１が水平面Ｈに対して傾斜する角度θ₁は、前記想定乗車率のときに側受６と接触部材９との摺動面積が最大となるように、ボルスタ４の下面４ｂが傾斜する角度θ₂及び横ばり５１の上面５１ａが傾斜する角度θ₃から設定される。

なお、本実施の形態では、台車枠５において、車体荷重を受ける側受６，７と台車枠５を支持する軸バネ２１との間の車幅方向における距離が、ボルスタ４において、車体荷重を受ける空気バネ３とボルスタ４を支持する接触部材９との間の車幅方向における距離よりも小さいので、台車枠５の撓み量はボルスタ４の撓み量に比べて小さく、横ばり５１の上面５１ａが傾斜する角度θ₃もボルスタ４の下面４ｂが傾斜する角度θ₂よりも小さい。

このような構成により、側受６の摺動面６０では、頂点６０ａが車幅方向内側に位置しているため、ボルスタ４及び台車枠５が撓んでも、側受６が車幅方向外側の端部６０ｂでのみボルスタ４と接触することが回避され、側受６とボルスタ４との接触位置が台車１の旋回中心Ｏから大きく離れることが防止される。よって、台車１の旋回中心Ｏと接触位置とを結ぶ旋回半径が増大することを防ぎ、旋回抵抗の増大を抑制することができる。これにより、車輪２４とレールとの横圧の増大も抑制されるため、車輪２４のフランジの摩耗及び車輪２４との擦れ合いによるきしり音の増大といった不具合が発生することを防止できる。

また、ボルスタ４及び台車枠５が撓んだ場合に側受６が接触部材９と面接触し、摺動面積が増大するので、側受６の偏摩耗を抑制することができる。

また、側受６は、上下方向に最も高い頂点６０ａを含む曲面部６２を有していることから、図３（ａ）に示すように車体荷重が大きくない場合において、車体荷重の変動に応じて、接触部材９との接触位置を曲面部６２により分散させやすくなり、側受６の偏摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る鉄道車両用台車１１（以下、台車１１と呼ぶ。）の図１相当の図である。第１実施形態に係る台車１はダイレクトマウント方式であったのに対して、第２実施形態に係る台車１１は、インダイレクトマウント方式である点で異なる。以下では、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、台車１１では、空気バネ１３は、ボルスタ１４と台車枠１５とを接続している。また、車体１２は、その下面において、中心ピン１８と、中心ピン１８の車幅方向両側に配置された一対の接触部材１９とを有している。車体１２は、中心ピン１８を介してボルスタ１４に結合されている。車体１２と結合したボルスタ１４は、中心ピン１８を中心として旋回可能となる。このように、台車１１では、空気バネ１３を介して互いに接続されたボルスタ１４及び台車枠１５が、車体１２に対してヨーイング方向に旋回する。

一対の側受６，７は、車体１２とボルスタ１４との間に設けられている。側受６，７は、車体１２の接触部材１９に対向して、摺動可能に接触している。

次に、台車１１においてボルスタ１４が撓む現象について説明する。ボルスタ１４には、側受６，７を介して車体荷重が伝達される。また、ボルスタ１４の車幅方向両端部は、空気バネ１３で下方から支持されている。ここで、ボルスタ１４において、空気バネ１３が支持する領域の中心位置に対して、車体荷重が負荷される側受６，７が車幅方向内側に設けられている。これにより、ボルスタ１４の支点よりも車幅方向内側に位置する側受６，７に車体荷重が負荷されるため、ボルスタ１４の車幅方向両端部が上向きに撓む。

なお、側受６，７の形状は、第１実施形態と同様であり、側受６，７の上面（接触部材１９との摺動面）は、予め水平面に対して傾斜した傾斜面部を有しており、その頂点は車幅方向内側に位置している。即ち、側受６，７の傾斜面は、ボルスタ１４が撓んだ場合に傾斜する向きとは逆方向に予め傾斜している。

以上に説明した構成によれば、インダイレクトマウント方式の台車１１においても、第１実施形態と同様に、旋回抵抗の増大を抑制することができるとともに、側受６，７の偏摩耗を抑制することができる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る鉄道車両用台車の側受１０６の正面図である。第３実施形態に係る鉄道車両用台車の側受１０６は、第１実施形態に係る鉄道車両用台車の側受６の形状の一部を変形したものである。

図５に示すように、本実施の形態の側受１０６では、接触部材との摺動面１６０は、平面状の傾斜面部１６１とし、車幅方向外側の端部１６０ｂから車幅方向内側の端部１６０ａに向けて上方に傾斜している。即ち、側受１０６の摺動面１６０の頂点１６０ａは、摺動面１６０の車幅方向内側の端部に設けられている。

以上に説明した構成によれば、側受１０６の摺動面１６０は、平面状の傾斜面部１６１のみを有しているので、側受１０６を製造する際に、摺動面１６０の加工作業が容易となり、生産性に優れている。なお、側受１０６は、ダイレクトマウント方式の台車の場合には、横ばりの上面に設けられるが、インダイレクトマウント方式の台車の場合には、ボルスタの上面に設けられる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前述した各実施形態では、側受６，１０６の傾斜面部６１，１６１は、平面状としたが、上方に凸な曲面状としてもよい。側受６，１０６の摺動面の全体が、上方に向けて凸形状の曲面であってもよい。前述の実施形態では、側受６，７が、軸バネ２１よりも車幅方向内側に設けられていたが、車幅方向において、軸バネ２１と同じ位置に設けられてもよい。即ち、側受６，７は、車幅方向位置において側ばり５２と同じ位置に設けられてもよい。この構成では、台車枠５の横ばり５１において、軸バネ２１に下方から支持され支点となる車幅方向両端部に対して、車体荷重が伝達される側受６，７が、車幅方向において同じ位置に設けられるので、横ばり５１は撓みにくく、ボルスタ４の撓みのみを考慮して傾斜面部６１の角度θ₁を設定してもよい。

また、前述の実施形態では、横ばり５１は、側ばり５２及び軸バネ２１を介して軸箱２２により下方から支持されていたが、軸バネ２１に限らず他のバネによって下方から支持されてもよい。例えば、台車枠から側ばりを無くし、横ばりが板バネを介して軸箱により下方から支持される構成としてもよい。また、側受６，７は、台車枠５の横ばり５１又はボルスタ１４に直接取り付けられていたが、他の部材を介して間接的に取り付けられてもよい。

１，１１鉄道車両用ボルスタ付き台車
２，１２車体
４，１４ボルスタ
５，１５台車枠
６，７，１０６側受
６０ａ，１６０ａ頂点
６０，１６０摺動面
６１，１６１傾斜面部
６２曲面部
６０ｂ，１６０ｂ端部
Ｈ水平面

Claims

車体に対してヨーイング方向に旋回する鉄道車両用ボルスタ付き台車において、ボルスタと台車枠との間又は前記車体と前記ボルスタとの間に配置されて旋回抵抗を付与する鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受であって、
前記側受の摺動面は、水平面に対して傾斜した傾斜面部を有し、前記摺動面の頂点が前記摺動面の車幅方向中心よりも車幅方向内側に位置する、鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受。
前記摺動面は、上方に向けて凸形状の曲面部を有し、
前記曲面部は、前記頂点を含む、請求項１に記載の鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受。
前記傾斜面部は、車幅方向外側の端部から前記頂点に向けて傾斜する平面を含む、請求項１又は２に記載の鉄道車両用ボルスタ付き台車の側受。