JP6842320B2 - 鉄道車両用台車枠及びそれを備えた台車 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用台車枠及びそれを備えた台車に関する。

鉄道車両の台車では、二次サスペンションとして一対の空気バネを車幅方向に間隔をあけて台車枠に搭載することが多い。

特開２０１６−８８４０３号公報

ところで、一対の空気バネの間隔は車種毎の仕様により異なるため、台車枠における空気バネの支持構造部を車種毎に変更する必要がある。しかし、台車枠は、空気バネを介して車体荷重を受ける重要な強度部材であるため、台車枠における空気バネの支持構造部には補強によるレイアウト上の制約が生じる場合がある。そのため、車種が変わる度に台車枠全体を強度やレイアウト等の観点から設計し直したり、組立手順の見直しが必要となる。

そこで本発明は、空気バネ位置の異なる車種間で台車枠の大部分を共通化することを可能とし、台車の設計効率や組立作業の効率を向上させることを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両用台車枠は、車幅方向に延びる一対の横梁本体と、前記一対の横梁本体の車幅方向両側部にて前記横梁本体に直交し、前記一対の横梁本体の間で車幅方向に延びる挿通空間が形成された縦部材と、前記一対の横梁本体の車幅方向両側部にて前記一対の横梁本体に架け渡された下板と、前記挿通空間を挿通して車幅方向に延び、前記下板の上面に接合されて且つ前記縦部材のうち前記挿通空間を形成する縁部に接合された横部材と、を備え、前記横部材は、空気バネの底壁部から下方に突出する筒部が挿入される挿入空間が形成された柱材と、前記柱材の車幅方向両側に隣接した一対の補強材と、を有する。

前記構成によれば、空気バネの筒部が挿入される柱材を含む横部材が縦部材に形成された挿通空間を挿通するので、横部材における柱材の車幅方向位置が変わるように横部材の長さを変更するだけで、空気バネの車幅方向位置を容易に変更できる。よって、空気バネ位置の異なる車種間で台車枠の大部分を共通化することが可能になるため、台車枠の強度設計が容易になり、設計効率が向上する。

本発明によれば、空気バネ位置の異なる車種間で台車枠の大部分を共通化することを可能とし、台車の設計効率や組立作業の効率を向上させることができる。

第１実施形態に係る鉄道車両用台車の側面図である。 図１に示す台車の横梁の平面図である。 図２に示す横梁の上方から見た斜視図である。 図２に示す横梁の要部の車幅方向外側から見た斜視図である。 図２に示す横梁の要部の車幅方向内側から見た斜視図である。 図２に示す横梁、押圧部材及び板バネの車幅方向から見た断面図である。 図２に示す横梁、押圧部材及び板バネの車両長手方向から見た断面図である。 第２実施形態に係る鉄道車両用台車の側面図である。 図８に示す台車の台車枠の要部平面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両用台車１の側面図である。図１に示すように、台車１は、二次サスペンションとなる空気バネ２を介して車体３を下方から支持する。台車１は、空気バネ２が搭載される台車枠４を備える。台車枠４は、車幅方向に延びる横梁５を備えるが、横梁５の車幅方向両端部から車両長手方向に延びる側梁を備えていない。横梁５の車両長手方向両側には、それぞれ車幅方向に沿って延びる一対の車軸６が配置される。車軸６の車幅方向両側の部分には車輪７が設けられる。車軸６の車幅方向両側の端部には、車輪７よりも車幅方向外側にて車軸６を回転自在に支持する軸受８が設けられ、軸受８は軸箱９に収容される。

横梁５の車幅方向の端部は、例えば、軸梁式の軸箱支持装置１０によって軸箱９に連結される。軸箱支持装置１０は、軸箱９から車両長手方向に横梁５側に向けて延びた軸梁１１を備える。台車枠４は、横梁５から軸梁１１に向けて突出した受け座１２を有し、軸梁１１の先端部は、受け座１２にゴムブッシュ（図示せず）を介して弾性結合される。車両長手方向に離間した一対の軸箱９は、車両長手方向に延びた板バネ１３の長手方向両側の端部１３ｂを夫々支持する。板バネ１３の長手方向の中央部１３ａは、横梁５の車幅方向の端部を下方から支持する。これにより、横梁５は、板バネ１３を介して軸箱９に支持される。即ち、板バネ１３は、一次サスペンションの機能と従来の側梁の機能とを兼ねる。

板バネ１３の中央部１３ａは端部１３ｂよりも低く配置され、板バネ１３は、側面視で下方に凸な弓形状を有する。板バネ１３は、繊維強化樹脂により形成される。横梁５の車幅方向端部の下部には、下方に凸な円弧状の下面を有する押圧部材１４が設けられ、押圧部材１４が板バネ１３の中央部１３ａに上方から載せられて離間可能に接触する。即ち、板バネ１３を押圧部材１４に対して上下方向に固定しない状態で、横梁５からの重力による下方荷重によって押圧部材１４が板バネ１３の上面に接触する。即ち、押圧部材１４は、固定具により板バネ１３に固定されることなく、横梁５からの重力による下方荷重とそれに対する板バネ１３の反力との接触圧によって板バネ１３の上面との接触が保たれた状態となる。これにより、板バネ１３は、押圧部材１４の下面に対して押圧領域を変化させながら揺動することを可能にする。なお、押圧部材１４は、板バネ１３の中央部１３ａの上面に直接的に載せられてもよいし、介在物（例えば、緩衝シート）を介して間接的に載せられてもよい。

軸箱９の上端部には支持部材１５が取り付けられ、板バネ１３の端部１３ｂは支持部材１５を介して軸箱９に下方から支持される。支持部材１５の上面は、側面視で台車中央側に向けて傾斜している。板バネ１３の端部１３ｂも、支持部材１５に対して上下方向に固定しない状態で支持部材１５に上方から載せられる。支持部材１５は、軸箱９の上に設置されたベース部材１６（例えば、防振ゴム）と、ベース部材１６の上に設置されてベース部材１６に位置決めされた受部材１７とを有する。受部材１７は、板バネ１３の端部１３ｂが収容される凹部を有し、当該凹部は、上方及び台車中央側に向けて開放されている。受部材１７の凹部の底面と板バネ１３の端部１３ｂとの間には、板バネ１３及び受部材１７よりも硬度が低い図示しないシート（例えば、ゴムシート）が挟まれている。

図２は、図１に示す台車１の横梁５の平面図である。図３は、図２に示す横梁５の上方から見た斜視図である。図４は、図２に示す横梁５の要部の車幅方向外側から見た斜視図である。図５は、図２に示す横梁５の要部の車幅方向内側から見た斜視図である。図２乃至５に示すように、横梁５は、横梁本体２１と、連結部材２２と、縦部材２３と、下板２４と、横部材２５と、上板２６とを備え、それらが互いに溶接等により接合されてなる。

横梁本体２１は、互いに車両長手方向に間隔をあけて配置された一対の管状部材（例えば、角パイプ）である。横梁本体２１の長手方向の両端は、横梁本体２１の内部に空気バネ２用の補助空気室を形成するように閉鎖されている。連結部材２２は、一対の横梁本体２１の間に配置された状態で、横梁本体２１に直交し、一対の横梁本体２１に接合されている。

縦部材２３は、横梁本体２１の車幅方向両側部にて一対の横梁本体２１の間に配置され、横梁本体２１に直交している。縦部材２３には、車幅方向に延びる挿通空間Ｓ１が形成されている。本実施形態では、縦部材２３は、一対の横梁本体２１の一方に接合された第１縦部材３１と、一対の横梁本体２１の他方に接合された第２縦部材３２とで構成されており、第１縦部材３１と第２縦部材３２との間に隙間が形成され、当該隙間を挿通空間Ｓ１としている。縦部材２３は、例えば、車両長手方向から見た断面が逆Ｕ形状を呈する。

下板２４は、一対の横梁本体２１の車幅方向両側部の下側において一対の横梁本体２１に架け渡されるように一対の横梁本体２１の下面に接合されている。下板２４の下面には、押圧部材１４が嵌合するように車両長手方向に延びた溝部２４ａが形成されている。第１縦部材３１及び第２縦部材３２の下端は、下板２４の上面に接合されている。

横部材２５は、挿通空間Ｓ１に挿通された状態で車幅方向に延びている。横部材２５の下端は、下板２４の上面に接合されている。逆に言うと、挿通空間Ｓ１に横部材２５が挿通されていない状態では、挿通空間Ｓ１は、下板２４により下方から閉鎖されているが上方及び車幅方向に開放されている。第１縦部材３１及び第２縦部材３２のうち挿通空間Ｓ１を形成する縁部は、横部材２５に接合されている。

横部材２５は、柱材３３と、第１補強材３４と、第２補強材３５とで構成されている。柱材３３は、鉛直方向に延びた角柱体である。柱材３３は、空気バネ２の底壁部から下方に突出する筒部２ａが挿入される鉛直方向に延びた挿入空間Ｓ２を有する。挿入空間Ｓ２は、横梁本体２１の内部空間（補助空気室）に図示しない流路形成体（例えば、パイプ）を介して連通している。柱材３３は、縦部材２３、第１補強材３４、第２補強材３５及び横梁本体２１よりも上方に突出している。柱材３３は、縦部材２３よりも車幅方向外側に位置している。なお、柱材３３は角柱体に限られず円柱体であってもよく、形状はこれらに限定されない。

第１補強材３４は、柱材３３の車幅方向内側に隣接して柱材３３に接合され、車幅方向に延びている。第１補強材３４は、挿通空間Ｓ１に挿通され、第１縦部材３１及び第２縦部材３２のうち挿通空間Ｓ１を形成する縁部に接合されている。第２補強材３５は、柱材３３の車幅方向外側に隣接して柱材３３に接合されている。第１補強材３４と第２補強材３５とは、互いに車幅方向の長さが異なる。第１補強材３４及び第２補強材３５の上面は、縦部材２３の上面と同じ高さである。なお、第１補強材３４は挿通空間Ｓ１に収まっていれば縦部材２３の上面と同じ高さでなくてもよい。

第１補強材３４及び第２補強材３５の車両長手方向一方側の側面と柱材３３の車両長手方向一方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されている。第１補強材３４及び第２補強材３５の車両長手方向他方側の側面と柱材３３の車両長手方向他方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されている。第１補強材３４及び第２補強材３５は、車幅方向から見た断面が逆Ｕ形状を呈する。

上板２６は、縦部材２３及び横部材２５の上方に配置され、一対の横梁本体２１に架け渡されるように一対の横梁本体２１の上面に接合されている。上板２６は、柱材３３が上方に向けて貫通する貫通孔２６ａを有している。上板２６には、空気バネ２が載置される。上板２６は、連結部材２２の上側まで車幅方向内側に延びている。上板２６は、連結部材２２の上端に接合されている。平面視における上板２６のうち連結部材２２と横部材２５との間の領域には、肉抜き穴２６ｂが形成されている。

図６は、図２に示す横梁５、押圧部材１４及び板バネ１３の車幅方向から見た断面図である。図７は、図２に示す横梁５、押圧部材１４及び板バネ１３の車両長手方向から見た断面図である。なお、図７では簡略化のため説明に関係しない部材を省略して図示している。図６及び７に示すように、横梁５の下板２４の下面には、押圧部材１４が取り付けられている。押圧部材１４の上部は、下板２４の溝部２４ａに嵌合することで、車幅方向に位置決めされている。下板２４の下面と押圧部材１４の上面とは、凹凸嵌合構造２７により水平方向（特に車両長手方向）に位置決めされている。凹凸嵌合構造２７は、下板２４の下面に設けられた凸部（又は凹部）と、押圧部材１４の上面に設けられた凹部（又は凸部）からなる。

押圧部材１４は、台車の側面視において下方に凸な円弧形状の下面１４ａを有する。即ち、押圧部材１４は、台車１の側面視においてその中央部から車両長手方向両端部に向けて徐々に薄肉となる形状を有する。押圧部材１４の下面１４ａは、板バネ１３の中央部１３ａを下方に押圧する。押圧部材１４の中心の車両長手方向位置は、板バネ１３の中心の車両長手方向位置と一致する。

上板２６は、車幅方向に延びる平板であり、その上部に空気バネ２（図１参照）が載置される。上板２６は、一対の横梁本体２１との間で溶接用の開先Ｇを形成するように車幅方向から見て台形断面を有する。なお、上板２６は車幅方向から見て下方に窪んだ凹部を有する構造であってもよい。上板２６は、第１縦部材３１、第２縦部材３２、第１補強材３４及び第２補強材３５に上方から当接し、上板２６の上面は、横梁本体２１の上面に対して略面一となるように開先Ｇにおいて溶接接合されている。上板２６のうち第１縦部材３１、第２縦部材３２、第１補強材３４及び第２補強材３５と重なる部分には、スリット２６ｄが形成されている。例えば、第１縦部材３１及び第２縦部材３２の真上のスリット２６ｄは、車両長手方向に延び、かつ、第１補強材３４及び第２補強材３５の真上のスリット２６ｄは、車幅方向に延びる。上板２６は、スリット２６ｄを介して、第１縦部材３１、第２縦部材３２、第１補強材３４及び第２補強材３５に溶接されている。第１縦部材３１及び第２縦部材３２は、上方から見て押圧部材１４に重なる位置に配置された状態で下板２４に接合されている。第１縦部材３１及び第２縦部材３２は、上方から見て押圧部材１４に包含されるように配置されている。第１縦部材３１及び第２縦部材３２の中心の車幅方向位置は、押圧部材１４の中心の車幅方向位置と一致する。

以上に説明した構成によれば、空気バネ２の筒部２ａが挿入される柱材３３を含む横部材２５が縦部材２３に形成された挿通空間Ｓ１を挿通するので、横部材２５における柱材３３の車幅方向位置が変わるように横部材２５の長さを変更するだけで、空気バネ２の車幅方向位置を変更できる。よって、空気バネ位置の異なる車種間で台車枠４の大部分を共通化することが可能になるため、台車枠４の強度設計が容易になり、設計効率や組立作業の効率が向上する。

また、第１補強材３４及び第２補強材３５の車両長手方向一方側の側面と柱材３３の車両長手方向一方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されており、第１補強材３４及び第２補強材３５の車両長手方向他方側の側面と柱材の車両長手方向他方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されているので、横部材２５における柱材３３の車幅方向位置が変わるように横部材２５を変更しても、横部材２５と下板２４との接合位置が略同じになり、空気バネ位置の異なる車種間での台車枠４の強度の相違を更に良く防止できる。

また、一対の横梁本体２１に架け渡された上板２６に柱材３３が貫通し、上板２６が第１補強材３４及び第２補強材３５等に上方から当接しているので、上板２６及びそれを下方から支持する第１補強材３４及び第２補強材３５等により空気バネ２を安定して支持できる。また、縦部材２３は、上方から見て押圧部材１４に重なる位置に配置されて下板２４に接合されているので、空気バネ２からの荷重が、縦部材２３、下板２４及び押圧部材１４を介して板バネ１３に鉛直方向に伝達されるので、押圧部材１４から板バネ１３に偏った荷重が伝達されることも防止できる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る鉄道車両用台車１０１の側面図である。図９は、図８に示す台車１０１の台車枠１０４の要部平面図である。図８に示すように、本実施形態の台車１０１は、平面視でＨ形状の台車枠１０４を備える。具体的には、台車枠１０４は、車幅方向両側において車両長手方向に延びた一対の側梁１２８と、一対の側梁１２８を互いに連結して車幅方向に延びた横梁本体１２１とを有する。側梁１２８の車両長手方向の端部と軸箱９との間には、一次サスペンションしてのコイルバネ１１３が介設されている。一対の横梁本体１２１に架け渡されるように一対の横梁本体１２１の下面に下板１２４が接合されている。一対の横梁本体１２１に架け渡されるように一対の横梁本体１２１の上面に上板１２６が接合されている。

図９に示すように、一対の横梁本体１２１の車幅方向両側に向けて延びる側梁１２８が、一対の横梁本体１２１の車幅方向両側部にて横梁本体１２１に直交する縦部材である。側梁１２８には、一対の横梁本体１２１の間において車幅方向に延びる挿通空間Ｓ３が形成されている。具体的には、挿通空間Ｓ３は、側梁１２８に形成されて車幅方向に開放された切欠である。この挿通空間Ｓ３に、前述した横部材２５が挿通されている。なお、側梁１２８に切欠を形成せずに側梁内部に車幅方向に延びる補強材を設けてもよい。横部材２５の下端は、下板１２４の上面に接合されている。側梁１２８のうち挿通空間Ｓ３を形成する縁部は、横部材２５に接合されている。以上の構成によれば、側梁１２８を有する一般的な形態の台車枠１０４であっても、空気バネ位置の異なる車種間で台車枠１０４の大部分を共通化することができる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。１つの実施形態中の一部の構成を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。例えば、第１実施形態の挿通空間Ｓ１は、一対の横梁本体２１を連結する１つの縦部材に形成した切欠としてもよい。第１縦部材３１及び第２縦部材３２の断面形状は、逆Ｕ形状に限られず、他の形態でもよい。第１補強材３４及び第２補強材３５の断面形状も、逆Ｕ形状に限られず、他の形態でもよい。上板２６は、少なくとも空気バネ２の下側に配置されていればよく、連結部材２２の上側まで延在していなくてもよい。空気バネ２の設置高さは、車種に応じて筒部２ａの長さを変更することにより調整可能であるが、上板２６を空気バネ２を下方から支持し且つ車幅方向から見て下方に窪んだ凹部を有するものとすれば、設計時において上板２６の凹部の深さを変更することで、空気バネの設置高さを車種に応じて変更し得る。

１，１０１ 台車
２ 空気バネ
２ａ 筒部
３ 車体
４，１０４ 台車枠
５ 横梁
６ 車軸
８ 軸受
９ 軸箱
１３ 板バネ
１３ａ 中央部
１３ｂ 端部
１４ 押圧部材
１４ａ 下面
２１，１２１ 横梁本体
２３ 縦部材
２４ 下板
２５ 横部材
２６ 上板
２６ａ 貫通孔
２６ｃ 凹部
３１ 第１縦部材
３２ 第２縦部材
３３ 柱材
３４ 第１補強材
３５ 第２補強材
Ｓ１，Ｓ３ 挿通空間
Ｓ２ 挿入空間

Claims (5)

1. 車幅方向に延びる一対の横梁本体と、
   前記一対の横梁本体の車幅方向両側部にて前記横梁本体に直交し、前記一対の横梁本体の間で車幅方向に延びる挿通空間が形成された縦部材と、
   前記一対の横梁本体の車幅方向両側部にて前記一対の横梁本体に架け渡された下板と、
   前記挿通空間を挿通して車幅方向に延び、前記下板の上面に接合されて且つ前記縦部材のうち前記挿通空間を形成する縁部に接合された横部材と、を備え、
   前記横部材は、空気バネの底壁部から下方に突出する筒部が挿入される挿入空間が形成された柱材と、前記柱材の車幅方向両側に隣接した一対の補強材と、を有する、鉄道車両用台車枠。
2. 前記一対の補強材の車両長手方向一方側の側面と前記柱材の車両長手方向一方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されており、
   前記一対の補強材の車両長手方向他方側の側面と前記柱材の車両長手方向他方側の側面とは、車幅方向に平行で且つ同一平面上に形成されている、請求項１に記載の鉄道車両用台車枠。
3. 前記縦部材及び前記横部材の上方に配置され、前記一対の横梁本体に架け渡された上板を更に備え、
   前記上板は、前記柱材が上方に向けて貫通する貫通孔を有し、前記一対の補強材の上面に当接している、請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車枠。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の台車枠と、
   複数の車軸を夫々支持する複数の軸受を夫々収容する複数の軸箱と、
   車両長手方向に延び、前記複数の軸箱のうち車両長手方向に離間して配置された一対の軸箱に支持されて且つ前記台車枠を支持する板バネと、を備え、
   前記台車枠は、前記下板の下面に取り付けられて、前記板バネの長手方向中央部を上方から押圧する押圧部材を有し、
   前記縦部材は、上方から見て前記押圧部材に重なる位置に配置され、前記下板に接合されている、鉄道車両用台車。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の台車枠と、
   一対の車軸を夫々支持する複数の軸受を夫々収容する複数の軸箱と、
   前記複数の軸箱を前記台車枠に連結する複数の軸箱支持装置と、を備え、
   前記縦部材は、前記一対の横梁本体の車幅方向両側に向けて延びる側梁である、鉄道車両用台車。
   

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