JP6556487B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の台車に関し、詳しくは側梁と横梁とからなる台車の横梁の構造を工夫することで、軌道平面性変位の大きな箇所で輪重減少を抑制して脱線を防ぐ技術に関する。

鉄道車両用台車枠は、レール方向（台車枠の前後方向）に沿って配置された左右２本の側梁と、枕木方向（台車枠の左右方向）に沿って配置された横梁とが連結されて構成されている。こうした形状の鉄道車両用台車枠には、従来から様々な構造のものが提案されている。

特許文献１には、鉄道車両用台車枠に関する技術が開示されている。左右の側梁に横梁が接合され、横梁は前後方向に幅広の扁平形状に形成され、側梁を貫通して接合される左右の接合部と、その左右の接合部の間にあって中央に長円形状の貫通孔が形成された中間部とを有している。この中間部にモータが取付けられる場合には、ブラケットによる前後方向の位置調整が必要ないように前後方向の幅寸法が接合部よりも大きく形成されている。また、左右の側梁の内側にブレーキをそれぞれ取付ける左右方向の寸法を有する。この為、機器取付け性に優れた鉄道車両用台車枠を提供可能となっている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いた台車枠を鉄道台車に用い、軌道変位が生じた場所を通過する際は、台車に平面性捻れが生じるものの捻れに追従できずに車輪の輪重抜けなどが発生するおそれがある。例えば、列車の繰り返し通過や自然現象に起因して、レールに予測不可能な不整が生じる場合がある。また、曲線の出入り口には左右レールの高度差が連続的に変化するカント遁減区間が設けられている。この様な箇所では、レールの高さが左右で不均衡となり、台車に捻れが生じる。特に台車の重量が軽い場合は、その影響を強く受けると考えられる。そこで、特許文献２のような技術を用いることが考えられる。

特許文献２には、鉄道車両用台車に関する技術が開示されている。車両進行方向にほぼ沿って伸びると共に枕木方向に離間して配置された一対の側梁と、側梁に設けられた輪軸の端部を保持する軸箱と、軸バネを介して軸箱を支持する軸箱支持装置と、枕木方向に沿って伸び、一対の側梁の中間部間を連結する横梁とを備える鉄道車両用台車を、左右の側梁を枕木方向にほぼ沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部が設けられる。こうすることで、車両の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増している。

特許第４８８９８３１号公報 特開２０１１―１４８３６７号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術は、この平面性捻れに対応するために側梁に軸受けを設ける構造である。軸受けと軸とは、回転摺動部となるため、定期的なメンテナンスが必要である。このメンテナンスは、車両構体を台車から降ろした上で、台車を分解したうえで行う必要があると考えられる。しかし、台車に回転摺動部を備えることで側梁の構造が複雑化し、メンテナンスの頻度が高くする必要があると考えられる他、台車の組み付け精度を高める必要があるなど、メンテナンス作業の困難化が予想される。この為、メンテナンスコストが高くなるなどの問題がある。

そこで本発明は、簡素な構成で車輪の輪重抜け防止が可能な鉄道車両用台車を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両用台車を、以下のような特徴を有する。

（１）レールに沿って前後方向に配置された左側梁及び右側梁と、枕木に沿って左右方向に配置された横梁を有し、前記側梁に前記横梁が保持された鉄道車両用の台車枠と、前記台車枠に備えられて車体を支持する車体支持装置と、前記台車枠に取付けられ車軸を受ける軸受けを備えた軸箱支持装置と、車輪及び車軸を備える鉄道車両用台車において、前記横梁は上下２分割の構造で、上側に配置される第１横梁と下側に配置される第２横梁とが全ての当接面において結合されずに別れた状態であり、それぞれ前記左側梁と前記右側梁に固定されていること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によれば、鉄道車両用台車枠は、横梁と側梁とから構成されており、横梁は上下二つに分かれている。ここで横梁に生じるねじれ剛性とは、側梁に連結される横梁にねじれ方向に力が加わった際に、これに抗する力のことを言う。例えば左側梁の先端部がＺ軸方向上側に傾いた際に、右側梁の先端部がＺ軸方向下側に傾くことで、左側梁と右側梁が異なる挙動を示し、これに伴って側梁に連結される横梁にはねじれ方向に力が加わる。このように、ねじれ剛性低減部が横梁に設けられることで、台車に対して平面性捻れが発生した際に台車枠が追従し易くなる。日本国内においては、レールの継ぎ目等の位置を左右で合わせるよう敷設したり、レールの点検を頻繁に行って整備したりと、平面性捻れの発生は生じにくい。しかし、海外ではこうした配慮が為されていない国もあり、車両からの重量を受け止めるべく設計された台車の剛性が仇となるケースも想定される。

また、課題で示したように、列車の繰り返し通過や自然現象に起因、或いはカント遁減区間など、平面性捻れの発生し易い箇所もある。特に、台車の自重が軽い場合には、この影響が強くなる。このため、左右の側梁を繋ぐ横梁を上下で第１横梁と第２横梁に分けることでねじれ剛性を低減させている。この結果、右側のレールと左側のレールの高さが部分的に異なるような、レール側の問題を台車で吸収することが可能となり、列車の乗り心地の改善や安全性の向上に寄与することができる。

（２）（１）に記載の鉄道車両用台車において、前記側梁と前記横梁とを固定する保持ブラケットを有し、前記保持ブラケットは、前記側梁及び前記横梁に固定されることで、前記側梁に対して前記横梁を保持すること、が好ましい。

上記（２）に記載に態様により、横梁と側梁とは保持ブラケットによって結合される。この結果、横梁と側梁とを溶接する必要が無くなるため、鉄道車両用台車の部品構造の単純化を図ることができる。

（３）（２）に記載の鉄道車両用台車において、前記保持ブラケットに、空気バネ受け台、左右動ダンパ受け部、ユニットブレーキ受け部、左右動ストッパ受け部、及びＺリンク受け部が備えられていること、が好ましい。

上記（３）に記載の態様により、横梁に空気バネ受け台、左右動ダンパ受け部、ユニットブレーキ受け部、左右動ストッパ受け部、及びＺリンク受け部を溶接する必要が無くなる為、メンテナンス性を向上させることができる。

第１実施形態の、鉄道車両用台車枠の全体斜視図である。 第１実施形態の、鉄道車両用の台車枠の正面断面図である。 第１実施形態の、鉄道車両用台車枠の部分側面図である。 第１実施形態の、横梁の分解斜視図である。 第１実施形態の、鉄道車両用の台車の平面図である。 第１実施形態の、鉄道車両用の台車の側面図である。 第２実施形態の、鉄道車両用台車枠の全体斜視図である。 第２実施形態の、空気バネを外した鉄道車両用台車枠の全体斜視図である。 第２実施形態の、鉄道車両用台車枠の分解斜視図である。 第２実施形態の、保持ブラケットを外した鉄道車両台車枠の斜視図である。 第２実施形態の、横梁の分解斜視図である。 第２実施形態の、鉄道車両用台車枠の部分断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００の全体斜視図を示す。図２に、鉄道車両用台車枠１００の正面断面図を示す。図３に、鉄道車両用台車枠１００の部分側面図を示す。鉄道車両用台車枠１００は、横梁１１０と側梁１２０とが組み合わされてなる。横梁１１０は、上側に配置される第１横梁１１０ａと下側に配置される第２横梁１１０ｂよりなる。横梁１１０は、図１に示すように側梁１２０と接合される横梁端部１１１と、左側側梁１２０ａと右側側梁１２０ｂの間に設けられる横梁中央部１１２とを有する。

第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂは、それぞれ左側側梁１２０ａと右側側梁１２０ｂとを貫通して配置される。横梁端部１１１は幅広の長円形状に形成されており、側梁１２０と接合された場合に、側梁１２０の前後方向（即ちレール５０に沿った方向）に幅広となるように配置される。横梁中央部１１２は、横梁端部１１１よりも前後方向に曲線的に拡幅されて幅広に形成され、その横梁中央部１１２に軌道面に対して直交する方向に貫通する貫通孔１１３が設けられている。

そして、左側側梁１２０ａと右側側梁１２０ｂには、支持金具１２１が設けられている。支持金具１２１は複数のリブ１２１ａを有する構造で、リブ１２１ａを介して側梁１２０に溶接されて固定されている。この支持金具１２１にはリーマ孔１２１ｂが複数設けられている。図４に、横梁１１０の分解斜視図を示す。第１横梁１１０ａ及び第２横梁１１０ｂは、図４に示すように、１枚の鉄板をプレス成型して凹状になっている。よって、鉄道車両用台車枠１００の材料を組立てると、第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂとが向き合って、中空状の横梁１１０が出来上がる。第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂは、それぞれ左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂに結合される。

そして、第１横梁１１０ａの両端に配置される横梁端部１１１にも上側リーマ孔１１１ｃが６カ所ずつ設けられている。同様に、第２横梁１１０ｂの両端に配置される横梁端部１１１にも下側リーマ孔１１１ｄが６カ所ずつ設けられている。この上側リーマ孔１１１ｃ及び下側リーマ孔１１１ｄと、支持金具１２１に設けられるリーマ孔１２１ｂに、リーマボルト１２２を貫通させて、第１横梁１１０ａ及び第２横梁１１０ｂを固定する。

なお、図３に示すように、中央に設けられた上側リーマ孔１１１ｃ及び下側リーマ孔１１１ｄ、リーマ孔１２１ｂには、貫通リーマボルト１２３が用いられる。貫通リーマボルト１２３によって、第１横梁１１０ａ及び第２横梁１１０ｂがスペーサ１２４を挟んで保持される。この結果、第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂとの相対位置が適切な距離に保たれる。図示されないが、第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂとの間には隙間が形成され、この隙間は横梁１１０に図１に示すような力がかかった場合に、互いに干渉しない程度に設けられる事が望ましい。

図５に、鉄道車両用の台車１５０の平面図を示す。図６に、鉄道車両用の台車１５０の側面図を示す。鉄道車両に用いる台車１５０は、レール５０側から、レール５０の上を走る車輪２０とそれを支える車軸２１、車軸２１を受ける軸受２２、そして軸受２２が支持される軸箱支持装置２３に、台車１５０の重量を受ける鉄道車両用台車枠１００、そして鉄道車両用台車枠１００と車体との間で荷重を伝達する車体支持装置４０が備えられる。側梁１２０には、軸箱支持装置２３が取付けられる。これは、台車１５０がレール５０上に配置された場合に、ちょうどレール５０と並行に位置する配置である。車体支持装置４０の上には図示しない車体が配置される。

本実施形態の鉄道車両用台車枠１００を備えた台車１５０は上記構成であるので、以下に示すような作用及び効果を奏する。

第１実施形態の台車１５０は、平面性捻れが発生した際にも鉄道車両用台車枠１００が追従することで変位を吸収するので、列車の乗り心地の改善や安全性の向上に寄与することができる。これは第１実施形態の鉄道車両用台車枠１００が、レール５０に沿って前後方向に配置された左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂと、枕木に沿って左右方向に配置された横梁１１０を有し、側梁１２０に横梁１１０が接合された鉄道車両用台車枠１００と、鉄道車両用台車枠１００に備えられて車体を支持する車体支持装置４０と、鉄道車両用台車枠１００に取付けられ車軸２１を受ける軸受２２を備えた軸箱支持装置２３と、車輪２０及び車軸２１を備える鉄道車両用台車において、横梁１１０は上下２分割の構造で、上側に配置される第１横梁１１０ａと下側に配置される第２横梁１１０ｂとがそれぞれ左側側梁１２０ａと右側側梁１２０ｂに固定されている。

この様な構成である為、横梁１１０が一体で作られる場合に比べて、横梁１１０の捻れ剛性を低くすることが可能となる。これは、第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂの２つの部品に別れた状態で、それぞれ左側側梁１２０ａ及び右側側梁１２０ｂにリーマボルト１２２で固定されているためである。よって、このような横梁１１０を用いた鉄道車両用台車枠１００も、平面性捻れが発生した際にレール５０に追従し易くなる。特に、鉄道車両用台車枠１００の荷重が軽い場合には輪重抜けが起き易くなるが、本実施形態の鉄道車両用台車枠１００は、捻り剛性が低下していることで、平面性捻れに対応して鉄道車両用台車枠１００がレール５０に追従して変形することができる為、輪重抜けを防ぐことができる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の構成と似ているが、横梁と側梁との結合方法が異なる。以下に異なる点について説明する。

図７に、第２実施形態の、鉄道車両用台車枠２００の全体斜視図を示す。第２実施形態の鉄道車両用台車枠２００は、横梁２１０と側梁２２０とを備える点で第１実施形態とは同じである。ただし、第２実施形態では側梁２２０に横梁２１０を保持ブラケット２２５及びスペーサ２２６を用いて保持している。図８に、空気バネ１３０を外した状態の鉄道車両用台車枠２００の全体斜視図を示す。図９に、鉄道車両用台車枠２００の分解斜視図を示す。図９は図８に示される鉄道車両用台車枠２００を分解した様子を示している。

図１０に、保持ブラケット２２５を外した鉄道車両用台車枠２００の斜視図を示す。図１１に、横梁２１０の分解斜視図を示す。横梁２１０は、図１１に示される様に第１横梁２１０ａと第２横梁２１０ｂがスペーサ２２６を挟んで扁平に形成されている。スペーサ２２６に設けられる６つの貫通孔２２６ｃは、後述のボルト２３０を貫通させるための孔であり、第１横梁２１０ａ及び第２横梁２１０ｂの横梁端部２１１にそれぞれ２列ずつ設けられたリーマ孔２１１ｃに対応して形成されている。

横梁２１０は、図１０に示される様に左側側梁２２０ａと右側側梁２２０ｂに貫通する様な形で保持される。保持ブラケット２２５は、図９に示される様に第１上部保持ブラケット２２５ａ１と第１下部保持ブラケット２２５ａ２、または第２上部保持ブラケット２２５ｂ１と第２下部保持ブラケット２２５ｂ２よりなる。この保持ブラケット２２５を用いて横梁２１０と側梁２２０とが固定される。保持ブラケット２２５には挿通孔２２５ｃがリーマ孔２１１ｃに対応するように備えられる。そして、ボルト２３０が挿通孔２２５ｃ、リーマ孔２１１ｃ、貫通孔２２６ｃに挿通される。ボルト２３０の先端にはナット２３１が締め込まれる。その結果、横梁２１０と側梁２２０とが保持ブラケット２２５によって保持される。

保持ブラケット２２５には、空気バネ受台２４０が設けられており、その上に空気バネ１３０を固定する事が可能である。図１２に、鉄道車両用台車枠２００の部分断面図を示す。なお、本来は中空である空気バネ１３０等の構成は、説明の都合上簡略化して示している。図７に示す鉄道車両用台車枠２００のＡＡ断面を示している。第２上部保持ブラケット２２５ｂ１には、右動ダンパ受部２２７にダンパ２６０が取付けられている。また、保持ブラケット２２５の端部は左右動ストッパ受けとなっており、左右動ストッパ２７０が取付けられている。なお、図示していないが、Ｚリンクを取り付ける為のＺリンク受けやユニットブレーキ受けなどを保持ブラケット２２５に設けても良い。

第２実施形態の鉄道車両用台車枠１００はこの様な構成であるので、横梁２１０と側梁２２０とを溶接することなく保持ブラケット２２５によって保持する事が可能になる。このため、メンテナンス面で有利に働く。また、横梁２１０及び側梁２２０に対して右動ダンパ受部２２７が設けられ、空気バネ受台２４０が取付けられており、これらを横梁２１０や側梁２２０に直接溶接して取付ける必要が無くなる。つまり、保持ブラケット２２５に右動ダンパ受部２２７や空気バネ受台２４０を設けてユニット化し、鉄道車両用台車枠２００に取り付け可能となる。この結果、鉄道車両用台車枠２００のメンテナンス性を向上させることが可能となる。

以上、本発明に係る鉄道車両用台車の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第１実施形態で説明する横梁１１０の構成であるが、第１横梁１１０ａと第２横梁１１０ｂとの間に隙間を設けることを妨げない。また、台車１５０の形状や構成についても、適宜変更することを妨げない。また、第２実施形態の保持ブラケット２２５には、右動ダンパ受部２２７や空気バネ受台２４０が設けられてユニット化されているが、この他、Ｚリンク受けやユニットブレーキ受けなどを保持ブラケット２２５に設けることを妨げない。また、この組み合わせは適宜選択可能である。

２０ 車輪
２１ 車軸
２２ 軸受
２３ 軸箱支持装置
４０ 車体支持装置
５０ レール
１００ 鉄道車両用台車枠
１１０ 横梁
１１０ａ、１１０ｂ 第１横梁、第２横梁
１１１ 横梁端部
１１２ 横梁中央部
１１３ 貫通孔
１２０ 側梁
１２０ａ、１２０ｂ 左側側梁、右側側梁
１２１ 支持金具
１２２ リーマボルト
１５０ 台車

Claims (4)

1. レールに沿って前後方向に配置された左側梁及び右側梁と、枕木に沿って左右方向に配置された横梁を有し、前記側梁に前記横梁が保持された鉄道車両用の台車枠と、前記台車枠に備えられて車体を支持する車体支持装置と、前記台車枠に取付けられ車軸を受ける軸受けを備えた軸箱支持装置と、車輪及び車軸を備える鉄道車両用台車において、
   前記横梁は上下２分割の構造で、上側に配置される第１横梁と下側に配置される第２横梁とが全ての当接面において結合されずに別れた状態であり、それぞれ前記左側梁と前記右側梁に固定されていること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
   前記第１横梁と前記第２横梁とが貫通リーマボルトにより、当接して、保持されていること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。
3. 請求項１に記載の鉄道車両用台車において、
   前記第１横梁と前記第２横梁とは、一対の保持ブラケットにより挟持されていること、
   を特徴とする鉄道車両用台車。
4. 請求項３に記載の鉄道車両台車において、
   前記保持ブラケットに、
   空気バネ受け台、左右動ダンパ受け部、ユニットブレーキ受け部、左右動ストップ受け部、及びＺリンク受け部が備えられていること、
   を特徴とする鉄道車両台車。

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