JP7094626B2

JP7094626B2 - ボルスタレス台車

Info

Publication number: JP7094626B2
Application number: JP2018138499A
Authority: JP
Inventors: 史一鴻池; 陽亮松下; 佳広田村
Original assignee: Kawasaki Railcar Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Railcar Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: JP2020015377A

Description

本発明は、ボルスタレス台車に関する。

鉄道車両の台車として、ボルスタ付き台車とボルスタレス台車とが知られている。ボルスタ付き台車では、台車枠に搭載された空気バネの上にボルスタが搭載され、ボルスタは車体に対して回動可能であり、ボルスタと車体との間に擦り板及び側受が介設されており、これにより蛇行動防止の効果がある。他方、ボルスタレス台車では、台車枠に搭載された空気バネの上に車体が搭載され、空気バネと車体との間にボルスタが存在せず、台車枠の側方に配置された蛇行動防止用のヨーダンパーが台車枠と車体との間に設けられる。

特開平１１－３４８６９号公報特開２００１－１６３２１９号公報

ボルスタ付き台車の曲線通過時には、ボルスタが車体に対して台車中心を軸に水平面内で回動し、ボルスタに固定された側受が車体に固定された擦り板に対して車両長手方向に摺動する。そのため、ボルスタ付き台車では、曲線通過時においてボルスタと台車枠との間の位置関係は維持されて空気バネに車両長手方向の歪が発生しないので、曲率半径の小さい急曲線を走行できるという利点がある。しかし、ボルスタが存在する分、台車が大重量かつ高背になると共に製作コストも高くなるという問題がある。

他方、ボルスタレス台車の曲線通過時には、台車枠が車体に対して回動して台車枠の車幅方向端部と車体の間に車両長手方向の相対変位が生じるため、空気バネの上面板及び下面板が互いに車両長手方向に相対変位するように空気バネが変形する。ボルスタレス台車では、ボルスタや擦り板及び側受が存在しない分、台車を軽量かつ低背にできると共に製作コストも低減できる利点がある。しかし、空気バネの車両長手方向の変形にも許容限度があるために曲率半径の小さい急曲線を走行するには適さず、また、高速走行用には蛇行動防止のためのヨーダンパーを追加する必要があるという問題がある。

特許文献１には、ボルスタレス台車において、空気バネの上面板を車体下部に固定すると共に空気バネの下面板と台車枠との間に摩擦板及び回転腕を介在させ、リンクを介して回転腕を車体に連結した構成が開示されている。この構成によれば、曲線通過時において回転腕が摩擦板に対して回転（自転）することで、空気バネの中心回りの捩れ（回転）が抑制される。特許文献２には、ボルスタレス台車において、空気バネの下面板を台車枠に固定すると共に空気バネの上面板と車体との間に回転機構を介在させ、平行リンク機構を介して空気バネの上面板を車体及び台車枠に連結した構成が開示されている。この構成によれば、曲線通過時において回転機構により空気バネの上面板が車体に対して回転（自転）することで、空気バネの中心回りの捩れ（回転）が抑制される。

しかし、特許文献１及び２の何れの構成においても、空気バネの中心回りの捩れが抑制されたとしても、空気バネの上面板及び下面板が互いに車両長手方向に相対変位し、空気バネが車両長手方向に変形する。よって、依然として、曲率半径の小さい急曲線を走行するには適さないと共に、高速走行用には蛇行動防止のためのヨーダンパーを追加する必要があるという問題が残っている。

そこで本発明は、台車を軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車において、曲率半径の小さい急曲線を走行することができる構成を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るボルスタレス台車は、台車枠と、前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記台車枠に取り付けられると共に前記車体に対して車両長手方向に相対変位自在に設けられる一対の空気バネと、前記上面板に取り付けられ、前記車体の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、前記下面板に対する前記上面板及び前記側受の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、を備える。

前記構成によれば、空気バネが車体に対して車両長手方向に相対変位自在に配置され、かつ、アンカー部材により空気バネの上面板と下面板との間の車両長手方向の相対変位が拘束されるので、曲線通過時には、擦り板に対して側受が車両長手方向に摺動し、空気バネの上面板と下面板との間の車両長手方向の相対変位が防止される。よって、台車を軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車において、曲線通過時の空気バネの車両長手方向の変形が防止され、曲率半径の小さい急曲線を走行することが可能となる。また、擦り板と側受との間に摺動抵抗が生じるため、ボルスタレス台車の蛇行動が防止され、高速走行用の車両においてヨーダンパーを廃止することも可能となる。

本発明の他態様に係るボルスタレス台車は、台車枠と、前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記車体に取り付けられると共に前記台車枠に対して車両長手方向に相対変位自在に配置される一対の空気バネと、前記台車枠に取り付けられ、前記下面板の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、前記上面板に対する前記下面板及び前記擦り板の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、を備える。

前記構成によれば、空気バネが台車枠に対して車両長手方向に相対変位自在に配置され、かつ、アンカー部材により空気バネの下面板と上面板との間の車両長手方向の相対変位が拘束されるので、曲線通過時には、擦り板に対して側受が車両長手方向に摺動し、空気バネの上面板と下面板との間の車両長手方向の相対変位が防止される。よって、台車を軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車において、曲線通過時の空気バネの車両長手方向の変形が防止され、曲率半径の小さい急曲線を走行することが可能となる。また、擦り板と側受との間に摺動抵抗が生じるため、台車の蛇行動が防止され、高速走行用の車両においてヨーダンパーを廃止することも可能となる。

本発明によれば、台車を軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車において、曲率半径の小さい急曲線を走行することが可能となる。

第１実施形態に係るボルスタレス台車のレール方向から見た正面断面図である。図１に示すボルスタレス台車の上方から見た平面図である。第１変形例の空気バネ及びアンカー部材を車幅方向から見た断面図である。第２変形例の空気バネ及びアンカー部材を車幅方向から見た断面図である。第３変形例の空気バネ及び規制機構を車両長手方向から見た断面図である。第２実施形態に係るボルスタレス台車のレール方向から見た正面断面図である。

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、車両が走行する方向を車両長手方向（前後方向）とし、それに直交する横方向を車幅方向（左右方向）として定義する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るボルスタレス台車１のレール方向から見た正面断面図である。図２は、図１に示すボルスタレス台車１の上方から見た平面図である。図１及び２に示すように、鉄道車両のボルスタレス台車１は、台車枠３と、輪軸４と、軸箱５と、軸バネ６と、牽引装置７と、空気バネ８とを備え、いわゆるボルスタを備えていない。台車枠３は、車幅方向に延びる横梁３ａと、横梁３ａの両端部から車両長手方向両側に延びる側梁３ｂとを有し、平面視でＨ形状を呈する。なお、台車枠３は、側梁３ｂを省いたものとして、側梁３ｂ及び軸バネ６の代わりに板バネを用いた構成としてもよい。

軸箱５は、輪軸４の端部を回転自在に支持する軸受（図示せず）を収容する。軸バネ６は、台車枠３と軸箱５との間に介設された一次サスペンションである。牽引装置７は、台車枠３と車体２とを結合して車両長手方向の荷重を伝達するもので、本実施形態では、牽引装置７は、車体２から下方に突出した中心ピン９と台車枠３とを連結する１本リンクであるが、他の形態のもの（例えば、Ｚリンクや心皿方式）でもよい。

一対の空気バネ８は、互いに左右に離間した状態で台車枠３と車体２との間に配置されている。空気バネ８は、上面板１１と、下面板１２と、上面板１１と下面板１２とを連結するダイヤフラム１３とを有する。下面板１２は、台車枠３に固定されている。上面板１１は、ダイヤフラム１３の変形により下面板１２に対して鉛直方向に変位可能である。ダイヤフラム１３は、可撓性材料（例えば、ゴム）からなり、上面板１１と下面板１２とを気密的に繋いで内部に圧縮空気空間を形成する。

空気バネ８は、車体２に対して車両長手方向に相対変位自在なように台車枠３に取り付けられている。空気バネ８の上面板１１は、車体２に対して車両長手方向に非拘束である。空気バネ８（及びそれと一体な部材）の全体が、車体２から下方に離間している。空気バネ８には、車体２に対して空気バネ８を回動（自転）させる回転軸体は設けられていない。

上面板１１の上面には、側受１４が固定されている。車体２の下部には、側受１４に上方から対向する擦り板１５が固定されている。擦り板１５は、側受１４よりも大面積であり、車両長手方向に長い形状を有する。側受１４の上面は、擦り板１５の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する。

空気バネ８の上面板１１は、車両長手方向に延びたアンカー部材１６により台車枠３に連結されている。アンカー部材１６は、空気バネ８の外部において台車枠３に対して上面板１１を接続している。アンカー部材１６は、一例としてバー状である。アンカー部材１６が上面板１１と台車枠３との間の車両長手方向の相対変位を拘束することで、下面板１２に対する上面板１１及び側受１４の車両長手方向の相対変位が拘束されている。なお、アンカー部材１６の両端部には、ゴムブッシュ等が設けられてもよい。即ち、アンカー部材１６は、上面板１１及び台車枠３に対して弾性結合されていてもよい。

車体２又は牽引装置７に対する上面板１１の車幅方向の相対変位は、規制機構１７により規制されている。具体的には、規制機構１７は、車幅方向に延びた結合部材１８を有し、結合部材１８が車体２に固定された中心ピン９を上面板１１に結合している。結合部材１８は、中心ピン９に対して回動可能に接続されている。なお、結合部材１８の両端部には、ゴムブッシュ等が設けられてもよい。即ち、結合部材１８は、上面板１１及び中心ピン９に対して弾性結合されていてもよい。また、結合部材１８は、車体２と一体化されたものに上面板１１が牽引装置７との車幅方向の距離を維持しながら車両長手方向中心に変位可能なように結合すればよい。例えば一端が上面板１１に結合された結合部材１８の他端を直接、車体２に結合する構成としてもよい。また、上面板１１と結合部材１８とは剛に結合されていてもよいし、一体構造であってもよい。

以上に説明した構成によれば、空気バネ８が車体２に対して車両長手方向に相対変位自在に配置され、かつ、アンカー部材１６により空気バネ８の上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位が拘束されるので、曲線通過時には、擦り板１５に対して側受１４が車両長手方向に摺動し、空気バネの上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位が防止される。よって、軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車１において、曲線通過時の空気バネ８の車両長手方向の変形が防止され、曲率半径の小さい急曲線を走行することが可能となる。また、上記構成により、曲線通過時のダイヤフラム１３の車両長手方向の変形が抑制されることから、空気バネ８の近傍で台車枠３に取り付けられる、例えばブレーキ装置や配管等やその受け座との間に十分な間隙を設けることができる。

また、擦り板１５と側受１４との間に摺動抵抗が生じるため、ボルスタレス台車１の蛇行動が防止され、高速走行用の車両においてヨーダンパーを廃止することも可能となる。

図３は、第１変形例の空気バネ１０８及びアンカー部材１１６を車幅方向から見た断面図である。図３に示すように、第１変形例の空気バネ１０８の上面板１１は、空気バネ１０８の内部において車両長手方向に延びたバー状のアンカー部材１１６により下面板１２に連結されている。具体的には、アンカー部材１１６は、上面板１１から下方に突出したブラケットと、下面板１２から上方に突出したブラケットとを互いに連結する。

アンカー部材１１６が上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位を拘束することで、下面板１２に対する上面板１１及び側受１４の車両長手方向の相対変位が拘束されている。この構成によれば、アンカー部材１１６が空気バネ１０８の内部に配置されるため、省スペース化を図ることができる。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。

図４は、第２変形例の空気バネ２０８及びアンカー部材２１６を車幅方向から見た断面図である。図４に示すように、第２変形例の空気バネ２０８の上面板１１は、空気バネ２０８の内部においてシェブロンゴム式のアンカー部材２１６により下面板１２に連結されている。具体的には、アンカー部材２１６は、山形断面の鉄板とゴム板を鉛直方向に少しずらしながら交互に重ねてなり、上面板１１と下面板１２とを車両長手方向及び鉛直方向において弾性的に結合する。

アンカー部材２１６が上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位を拘束することで、下面板１２に対する上面板１１及び側受１４の車両長手方向の相対変位が拘束されている。この構成によれば、アンカー部材２１６が空気バネ２０８の内部に配置されるため、省スペース化を図ることができる。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。

図５は、第３変形例の空気バネ３０８及び規制機構３１７を車両長手方向から見た断面図である。図５に示すように、第３変形例では、車体２に対する空気バネ３０８の上面板１１の車幅方向の相対変位を規制する規制機構３１７として、擦り板３１５の下面に溝３１５ａが形成されている。溝３１５ａには、側受１４が下方から嵌合されている。溝３１５ａは、擦り板３１５に対する側受１４の摺動方向に延びるように形成されている。

この構成によれば、擦り板３１５の溝３１５ａに側受１４が嵌合していることにより、擦り板３１５に対する側受１４の車幅方向の相対変位が規制される。よって、省スペースでありながら、側受１４が取り付けられた上面板１１と擦り板３１５が取り付けられた車体２との間の車幅方向の相対変位を規制することができる。

また、空気バネ３０８の内部には、上面板１１に対して下面板１２が車幅方向に許容限度を超えて相対変位するのを規制する左右動ストッパ３２０が設けられている。具体的には、左右動ストッパ３２０は、上面板１１から下方に突出した外壁３２１と、外壁３２１から車幅方向内側に離間するように下面板１２から上方に突出する内壁３２２と、内壁３２２の外側面に固定されて外壁３２１から車幅方向に離間した弾性体３２３（例えば、ゴム体）とを有する。

この構成によれば、左右動ストッパ３２０が空気バネ３０８の内部に配置されるため、省スペース化を図ることができる。なお、左右動ストッパ３２０の弾性体３２３は、内壁３２２側ではなく外壁３２１側に固定されてもよいし、内壁３２２を上面板１１に設けて外壁３２１を下面板１２に設けた構成としてもよい。なお、１つの変形例の一部の構成を他の例に適用してもよい。例えば、第３変形例の左右動ストッパの機構を第２変形例における空気バネに組み込む等してもよい。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るボルスタレス台車４０１のレール方向から見た正面断面図である。図６に示すように、第２実施形態のボルスタレス台車４０１では、第１実施形態と比べ、空気バネ８の位置と、側受１４、擦り板１５及びアンカー部材４１６の位置とが上下逆転している。即ち、空気バネ８の上面板１１は車体２の下部に固定され、空気バネ８の下面板１２と台車枠３との間に側受１４及び擦り板１５が介設されている。擦り板１５は、下面板１２の下部に固定されている。側受１４は、擦り板１５の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触するように台車枠３に固定されている。

空気バネ８の下面板１２は、車両長手方向に延びたアンカー部材４１６により車体２に連結されている。アンカー部材４１６が下面板１２と車体２との間の車両長手方向の相対変位を拘束することで、上面板１１に対する下面板１２及び擦り板１５の車両長手方向の相対変位が拘束されている。

この構成によれば、空気バネ８が台車枠３に対して車両長手方向に相対変位自在に配置され、かつ、アンカー部材４１６により空気バネ８の上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位が拘束されるので、曲線通過時には、擦り板１５に対して側受１４が車両長手方向に摺動し、空気バネ８の上面板１１と下面板１２との間の車両長手方向の相対変位が防止される。よって、軽量かつ低背にでき且つ製作コストも低減できるボルスタレス台車４０１において、曲線通過時の空気バネ８の車両長手方向の変形が防止され、曲率半径の小さい急曲線を走行することが可能となる。また、擦り板１５と側受１４との間に摺動抵抗が生じるため、台車４０１の蛇行動が防止され、高速走行用の車両においてヨーダンパーを廃止することも可能となる。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。また、前述した第１～第３変形例は、第２実施形態にも適用可能である。

１，４０１ボルスタレス台車
２車体
３台車枠
７牽引装置
８，１０８，２０８，３０８空気バネ
１１上面板
１２下面板
１４側受
１５，３１５擦り板
３１５ａ溝
１６，１１６，２１６，４１６アンカー部材
１７，３１７規制機構
１８結合部材
３２０左右動ストッパ

Claims

台車枠と、
前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、
下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記台車枠に取り付けられると共に前記車体に対して車両長手方向に相対変位自在に設けられる一対の空気バネと、
前記上面板に取り付けられ、前記車体の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、
前記下面板に対する前記上面板及び前記側受の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、
前記車体に固定された中心ピンを前記上面板に結合する結合部材と、を備える、ボルスタレス台車。
前記アンカー部材は、前記空気バネの外部において前記台車枠に対して前記上面板を接続する、請求項１に記載のボルスタレス台車。
前記アンカー部材は、前記空気バネの内部において前記下面板に対して前記上面板を接続する、請求項１に記載のボルスタレス台車。
前記空気バネの内部に配置され、前記上面板に対して前記下面板が車幅方向に許容限度を超えて相対変位するのを規制する左右動ストッパを更に備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボルスタレス台車。
台車枠と、
前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、
下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記車体に取り付けられると共に前記台車枠に対して車両長手方向に相対変位自在に配置される一対の空気バネと、
前記台車枠に取り付けられ、前記下面板の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、
前記上面板に対する前記下面板及び前記擦り板の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、
前記車体に固定された中心ピンを前記下面板に結合する結合部材と、を備える、ボルスタレス台車。
台車枠と、
前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、
下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記台車枠に取り付けられると共に前記車体に対して車両長手方向に相対変位自在に設けられる一対の空気バネと、
前記上面板に取り付けられ、前記車体の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、
前記下面板に対する前記上面板及び前記側受の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、
前記車体又は前記牽引装置に対する前記上面板の車幅方向の相対変位を規制する規制機構と、を備え、
前記規制機構は、前記擦り板に対する前記側受の摺動方向に延びるように前記擦り板の前記下面に形成された溝を有し、前記側受が前記溝に嵌合されてなる、ボルスタレス台車。
台車枠と、
前記台車枠と車体とを結合し、車両長手方向の荷重を伝達する牽引装置と、
下面板及び上面板を有し、前記台車枠と車体との間に配置され、前記車体に取り付けられると共に前記台車枠に対して車両長手方向に相対変位自在に配置される一対の空気バネと、
前記台車枠に取り付けられ、前記下面板の下部に設けられた擦り板の下面に対して車両長手方向に摺動可能に接触する側受と、
前記上面板に対する前記下面板及び前記擦り板の車両長手方向の相対変位を拘束するアンカー部材と、
前記車体又は前記牽引装置に対する前記下面板の車幅方向の相対変位を規制する規制機構と、を備え、
前記規制機構は、前記擦り板に対する前記側受の摺動方向に延びるように前記擦り板の前記下面に形成された溝を有し、前記側受が前記溝に嵌合されてなる、ボルスタレス台車。