JP7227820B2

JP7227820B2 - 鉄道車両用台車

Info

Publication number: JP7227820B2
Application number: JP2019063539A
Authority: JP
Inventors: 明正平井; 雅昭立石
Original assignee: Japan Transport Engineering Co
Current assignee: Japan Transport Engineering Co
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-02-22
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP2020163883A

Description

本発明は、車体の傾斜を抑制するアンチローリング装置を備えた鉄道車両用台車に関する。

特許文献１には、トーションバー式のアンチローリング装置を備えた鉄道車両用台車が開示されている。このアンチローリング装置は、遠心力により車体が旋回外側へ傾斜（以下「外傾」という。）したり、軌道の不整により車体が左右方向へ振られて、車体の左右方向（枕木方向）両側に設けられた一対の車体側支持部材が上下方向へ相対変位すると、台車の左右両側に設けられたヨーダンパ（梃子部材）がトーションバーの軸線を中心に相互に逆方向へ回動する。その結果、トーションバーに捩れが発生し、捩れの反力が左右方向両側のヨーダンパに復元モーメントとして作用することにより、車体の外傾が抑制される。

前述した鉄道車両用台車（以下「従来の鉄道車両用台車」という。）では、ヨーダンパの端部と連結部材とがピンを介して連結され、トーションバーと連結部材とがセレーション嵌合により結合されている。よって、従来の鉄道車両用台車では、トーションバーと連結部材とを分離させるには、トーションバーと連結部材とのセレーション嵌合による結合を解除する必要がある。

しかし、従来の鉄道車両用台車では、トーションバーと連結部材とがセレーション嵌合（圧入）により強固に結合されているため、トーションバーと連結部材とを分離させるのは困難であり、メンテナンス性に問題がある。そこで、当該セレーション嵌合部のはめあいを緩く設定することで、トーションバーと連結部材との分離を容易にすることが可能である。しかし、セレーション嵌合部の歯面間の隙間を大きくすると、セレーション嵌合部の摩耗を引き起こし、アンチローリング装置の耐久性が低下する。

一方、従来の鉄道車両用台車では、台車側にばね支持部が設けられており、トーションバーを、ばね支持部に設けられたトーションバー支持部の円筒案内面で支持するように構成されている。ここで、トーションバー支持部を、弾性部材（防振ゴム）を介してトーションバーを受けるように構成した場合、トーションバーが台車枠に対して横方向へ変位（軸線方向へ移動）すると、弾性部材にせん断応力のみが作用する。すなわち、車体が台車に対して横方向方向へ振動すると、弾性部材にはせん断応力が繰り返し作用するため、弾性部材の寿命が短くなり、アンチローリング装置の耐久性が低下する。

特開２００２－４６６０３号公報

本発明の課題は、アンチローリング装置の耐久性を向上させた鉄道車両を提供することにある。

本発明の鉄道車両用台車は、台車枠に対する車体の傾きを抑制するアンチローリング装置を備える鉄道車両用台車であって、前記アンチローリング装置は、前記台車枠の枕木方向に延在するトーションバーと、前記トーションバーの端部に結合される梃子部材とを有し、前記トーションバーの端部には、楔形をなす一対のテーパ面が形成され、前記梃子部材には、前記トーションバーの端部が嵌合される嵌合穴が設けられ、前記嵌合穴には、前記トーションバーの端部に形成された前記一対のテーパ面に対応する楔形をなす一対のテーパ面が形成され、前記トーションバーの端部に形成された前記一対のテーパ面を、前記嵌合穴に形成された前記一対のテーパ面に面接触させることにより、前記トーションバーと前記梃子部材とを結合させることを特徴とする。

本発明によれば、アンチローリング装置の耐久性を向上させた鉄道車両用台車を提供することができる。

本実施形態に係る鉄道車両用台車の側面図である。図１における要部拡大図である。本実施形態に係る鉄道車両用台車の説明図であって、図２に対応する平面図である。本実施形態に係る鉄道車両用台車に用いられるトーションバーの平面図である。図２におけるＡ－Ａ断面の拡大図である。本実施形態に係る鉄道車両用台車の説明図であって、トーションバーの端部の斜視図である。本実施形態に係る鉄道車両用台車の説明図であって、トーションバーとアームとの結合部を示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る鉄道車両用台車１１（以下「台車１１」という。）の側面図である。便宜上、図１における左右方向を「台車前後方向」と称し、図１における視線方向を「台車左右方向」、「横方向」、或いは「枕木方向」と称する。なお、図１は、台車１１の左側面図である。

図１を参照すると、台車１１は、ボルスタレス台車である。車体１は、まくらばね１２、牽引装置（図示省略）等からなる車体支持装置を介して、台車枠１３によって支持される。車体支持装置は、台車左右方向に間隔をあけて配置された一対のまくらばね１２（図１に台車左側の「まくらばね１２」のみを表示）により、車体１の荷重を受ける。台車枠１３には、台車前後方向へ間隔をあけて配置された一対の輪軸１４，１４が設けられる。台車枠１３と各輪軸１４，１４の車軸との間には、軸ばね（図示省略）が設けられる。台車１１には、台車左右方向両側に配置されて当該台車１１のヨーイング（旋回挙動）を抑制する一対のヨーダンパ１５，１５（図１に台車左側の「ヨーダンパ１５」のみを表示）が設けられる。

台車枠１３は、台車前後方向へ延びて台車左右方向へ間隔をあけて配置される一対の側梁１７，１７（図１に台車左側の「側梁１７」のみを表示）と、台車左右方向へ延びて台車前後方向へ間隔をあけて配置される一対の横梁１８，１８と、を有する。台車枠１３は、側梁１７，１７を横梁１８，１８により連結することで構成される。なお、台車後側の横梁１８を図１に表示し、台車前側の横梁１８を図３に表示する。横梁１８，１８は、円筒形の鋼管からなり、台車左右方向両端が側梁１７，１７の外側面に開口する。換言すると、横梁１８，１８は、側梁１７，１７を台車左右方向へ貫通する。

台車１１は、曲線軌道走行時の車体１の外傾を抑制するアンチローリング装置２１を備える。アンチローリング装置２１は、台車枠１３の枕木方向に延在するトーションバー２２を有する。トーションバー２２は、台車枠１３の幅を超えて横方向へ延びる。トーションバー２２は、台車前側の横梁１８の中空部（図３参照）に挿通される。なお、トーションバー２２を横梁１８の中空部に挿通させる構成、換言すると、トーションバー２２が側梁１７を貫通する構成は必須ではない。

図４に示されるように、トーションバー２２は、左右対称（図４における「上下対称」。）に形成される。そこで、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、トーションバー２２の台車左側の端部２３と該端部２３に関連する周辺部分のみを説明し、トーションバー２２の台車右側の端部２３と該端部２３に関連する周辺部分の説明を省略する。なお、図４における「上下方向」及び図５における「左右方向」を、適宜、「バー軸線方向」という。また、図５における「右側」を、適宜、「バー重心側」という。

図３、図５を参照すると、トーションバー２２の端部２３は、支持機構３（支持手段）を介して側梁１７によって支持される。支持機構３は、トーションバー２２の端部２３の円柱形の基部２４を支持する。基部２４は、トーションバー２２の端部２３のバー重心側、換言すると、側梁１７に近い側に形成される。基部２４のバー重心側の端部には、フランジ２５が形成される。

図５に示されるように、支持機構３は、トーションバー２２の端部２３の基部２４に嵌合（圧入）されるスリーブ４を有する。スリーブ４のバー重心側には、フランジ５が形成される。フランジ５は、トーションバー２２の端部２３に形成されたフランジ２５に当接される。これにより、スリーブ４は、トーションバー２２の端部２３に対して、バー重心側（図５における「右方向」。）に位置決めされる。

支持機構３は、トーションバー２２の端部２３と側梁１７との間に設けられる継手３５を有する。継手３５は、側梁１７に取り付けられる結合部材としての外筒３６と、スリーブ４を介してトーションバー２２の端部２３に取り付けられる内筒３７と、を有する。外筒３６には、複数本（本実施形態では「６本」。）のボルト３９によって側梁１７に固定されるフランジ３８が設けられる。外筒３６の内側（内周面）には、トーションバー２２の側端側（図５における「左方向」であってバー重心側に対して反対側、以下「バー側端側」という。）へ向かって先細りとなる内円錐面をなす内テーパ面４０が形成される。換言すると、外筒３６は、バー側端側へ向かって先細りとなるテーパ穴（４０）を有する。

内筒３７の内側（内周面）には、スリーブ４の外周面に嵌合（圧入）される内円筒面４１が形成される。内筒３７の内円筒面４１のバー側端側の端部には、スリーブ４の端面（フランジ５側とは反対側の端面）を当接させる段部４２が形成される。内筒３７の外側（外周面）には、バー側端側へ向かって先細りとなる外円錐面をなす外テーパ面４３が形成される。外筒３６の内テーパ面４０と内筒３７の外テーパ面４３とは、径方向へ一定間隔をあけて対向する。外筒３６と内筒３７とは、内テーパ面４０と外テーパ面４３とを弾性ゴム４４（弾性部材）により加硫接着させることで一体化される。

図２、図３、図５に示されるように、トーションバー２２の端部２３には、結合部材としてのアーム４７（梃子部材）に接続される嵌合部２６が形成される。図４乃至図６を参照すると、嵌合部２６は、基部２４のバー側端側の端に連続し、外円柱面（外周面の二面幅）に楔形をなす一対のテーパ面２７，２７を設けることで形成される。テーパ面２７，２７は、トーションバー２２の軸線を含む水平面を対称面として上下対称に形成される。嵌合部２６は、テーパ面２７，２７間の間隔が、バー側端側（図５における「左方向」。）へ向かって狭まるように形成される。

アーム４７は、車体１とトーションバー２２の端部２３との間に設けられて台車前後方向へ延びる。図７に示されるように、アーム４７には、トーションバー２２の端部２３の嵌合部２６を嵌合させるための、二面幅を有する穴４８（以下「四角穴４８」という。）が設けられる。四角穴４８は、矩形（長方形）の断面を有し、アーム４７の台車後側端部を台車左右方向（図５における「左右方向」。）へ貫通する。四角穴４８には、楔形をなす一対のテーパ面４９，４９が形成される。テーパ面４９，４９は、四角穴４８の軸線を含む水平面を対称面として上下対称に形成される。四角穴４８は、テーパ面４９，４９間の間隔が、トーションバー２２の端部２３を挿入させる方向（図５における「左方向」、以下「バー挿入方向」という。）へ向かって狭まるように形成される。

四角穴４８の一対のテーパ面４９，４９がなす楔形は、トーションバー２２の嵌合部２６の一対のテーパ面２７，２７がなす楔形に対応（整合）させている。すなわち、四角穴４８の軸線とトーションバー２２の軸線とを一致させた状態で、トーションバー２２をアーム４７に対してバー挿入方向へ移動させ、アーム４７の四角穴４８の挿入口５０にトーションバー２２の端部２３を挿入させると、四角穴４８のテーパ面４９，４９と嵌合部２６のテーパ面２７，２７とが面接触する。換言すると、トーションバー２２側のテーパ面２７，２７をアーム４７側のテーパ面４９，４９で受ける。図７に示されるように、四角穴４８の四隅には、加工時に工具が通過することで形成された逃げ部５４が形成される。

なお、図５に示されるように、トーションバー２２の端部２３の先端部に形成されたねじ軸３０に螺合したナット５１を締め付けて、座板５２を介して嵌合部２６に軸力を作用させることにより、トーションバー２２の嵌合部２６のテーパ面２７，２７とアーム４７の四角穴４８のテーパ面４９，４９との間に予圧が付与される。また、図７に示されるように、トーションバー２２のアーム４７に対する台車前後方向（図７における「左右方向」。）への変位（移動）は、トーションバー２２の嵌合部２６をアーム４７の四角穴４８の側面５３，５３に当接させることで阻止される。

図２、図３を参照すると、アーム４７の台車前側端部は、ジョイント（図示省略）を介してリンク７の下端部に接続される。リンク７の上端部は、球面軸受８を介して車体１に接続される。なお、車体１とトーションバー２２の台車右側の端部２３との接続構造は、前述した車体１とトーションバー２２の台車左側の端部２３との接続構造と同一である。そして、本実施形態におけるアンチローリング装置２１は、遠心力により車体１が外傾したり、軌道の不整により車体１が左右方向へ振られて左右のリンク７，７が上下方向へ相対変位すると、左右のアーム４７，４７がトーションバー２２の軸線を中心に相互に逆方向へ回動する。その結果、トーションバー２２に捩れが発生し、捩れの反力が左右のアーム４７，４７に復元モーメントとして作用することにより、車体１の外傾や左右の振れが抑制される。

本実施形態では以下の作用効果を奏する。
従来の鉄道車両用台車では、トーションバーとヨーダンパ（梃子部材）とをセレーション嵌合により結合させていたので、メンテナンス時のトーションバーとヨーダンパとの分離を容易にするため、セレーション嵌合部の歯面間の間隔が広く設定されていた。その結果、セレーション嵌合部に摩耗が発生し、アンチローリング装置の耐久性を低下させていた。

これに対し、本実施形態では、トーションバー２２の端部２３の楔形をなす一対のテーパ面２７，２７を、アーム４７（梃子部材）の四角穴４８（嵌合穴）の、対応する楔形をなす一対のテーパ面４９，４９で受ける（面接触させる）ことにより、トーションバー２２とアーム４７とを結合させた。
これにより、トーションバー２２の嵌合部２６とアーム４７の四角穴４８との相対変位が抑止され、トーションバー２２とアーム４７との結合部の摩耗を防ぐことができる。その結果、アンチローリング装置２１の耐久性を向上させることができる。
さらに、トーションバー２２の端部２３とアーム４７との分離が容易であるため、アンチローリング装置２１のメンテナンス性を向上させることができる。
また、本実施形態では、トーションバー２２の嵌合部２６に軸力を作用させ、トーションバー２２側のテーパ面２７，２７とアーム４７側のテーパ面４９，４９とに予圧（面圧）を付与したので、トーションバー２２の捩れの反力による、トーションバー２２の嵌合部２６とアーム４７の四角穴４８との相対変位（移動）を防ぐことができる。
また、本実施形態では、アーム４７の四角穴４８の四隅に逃げ部５４を形成したので、四角穴４８の四隅（エッジ）にトーションバー２２の嵌合部２６が接触することがなく、トーションバー２２の挙動による四角穴４８への応力集中を防止することができる。

また、本実施形態では、トーションバー２２の端部２３は継手３５（支持手段）を介して台車枠１３の側梁１７で支持され、継手３５の外筒３６は側梁１７（台車枠１３）に取り付けられ、継手３５の内筒３７はトーションバー２２の端部２３に取り付けられ、外筒３６の内周面には内テーパ面４０が形成され、内筒３７の外周面には内テーパ面４０に対向する外テーパ面４３が形成させ、外筒３６の内テーパ面４０と内筒３７の外テーパ面４３とを加硫接着させることにより、外筒３６の内テーパ面４０と内筒３７の外テーパ面４３とを加硫接着させた。
これにより、トーションバー２２と台車枠１３とが横方向へ相対変位したとき、トーションバー２２側の内筒３７の外テーパ面４３を、側梁１７側の外筒３６の内テーパ面４０で受けることができる。換言すると、トーションバー２２と台車枠１３との横方向への相対移動（運動）を、トーションバー２２の端部２３に取り付けられた内筒３７の外テーパ面４３と、台車枠１３の側梁１７に取り付けられた外筒３６の内テーパ面４０との間の、弾性ゴム４４（弾性部材）を圧縮させることで緩衝させることができる。よって、テーパを設けずに弾性部材にせん断力のみが繰り返し作用する場合と比較して、弾性ゴム４４を延命させることが可能であり、延いてはアンチローリング装置２１の耐久性を向上させることができる。

１車体、１１鉄道車両用台車、１３台車枠、２１アンチローリング装置、２２トーションバー、２３（トーションバーの）端部、４０内テーパ面（テーパ面）、４９テーパ面

Claims

台車枠に対する車体の傾きを抑制するアンチローリング装置を備える鉄道車両用台車であって、
前記アンチローリング装置は、前記台車枠の枕木方向に延在するトーションバーと、前記トーションバーの端部に結合される梃子部材とを有し、
前記トーションバーの端部には、楔形をなす一対のテーパ面が形成され、
前記梃子部材には、前記トーションバーの端部が嵌合される嵌合穴が設けられ、
前記嵌合穴には、前記トーションバーの端部に形成された前記一対のテーパ面に対応する楔形をなす一対のテーパ面が形成され、
前記トーションバーの端部に形成された前記一対のテーパ面を、前記嵌合穴に形成された前記一対のテーパ面に面接触させることにより、前記トーションバーと前記梃子部材とを結合させることを特徴とする鉄道車両用台車。
前記トーションバーの端部は、支持手段を介して前記台車枠により支持され、
前記支持手段は、前記トーションバーの端部に取り付けられる内筒と、前記台車枠に取り付けられる外筒と、を有し、
前記内筒の外周面には、円錐面をなす外テーパ面が形成され、
前記外筒の内周面には、前記外テーパ面に対向する内テーパ面が形成され、
前記外テーパ面と前記内テーパ面との間に弾性部材が設けられることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。