JP7277748B2 - 鉄道車両用台車および鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用台車および鉄道車両に関する。

鉄道車両においては、車体の振動を抑制して、乗り心地を良くすることが要求される。そこで、従来、鉄道車両の乗り心地を改善するために、鉄道車両用台車に空気ばねが設けられている。

例えば、特許文献１に開示された台車枠は、一対の側梁部材および一対の横梁部材を備えている。一対の横梁部材は、一対の側梁部材を貫通するように設けられている。一対の側梁部材よりも車幅方向外側において一対の横梁部材の両端部を接続するように、一対のまくらばね受けが設けられ、その一対のまくらばね受け上にそれぞれ、車体の底部を支持する空気ばねが設けられている。

特開２０１１－２５５７５４号公報

上記のような台車枠において、車体の振動を抑制するためには、空気ばねの剛性を低くすることが考えられる。これにより、台車枠から車体に振動が伝達されることを抑制でき、車体の振動を抑制することができる。

しかしながら、空気ばねの剛性を低くすると、鉄道車両が曲線区間を通過する際に、遠心力で車体が外側に大きく傾斜してしまい、車体を適切な角度で傾斜させることが難しくなる。この問題は、乗客が増えることによってより顕著になる。

そこで、本発明は、鉄道車両の乗り心地を良くするとともに、鉄道車両が曲線区間を通過する際に車体を適切な角度に維持することができる鉄道車両用台車および鉄道車両を提供することを目的としている。

本発明は、下記の鉄道車両用台車および鉄道車両を要旨とする。

（１）前後方向に延びる一対の側梁および一対の側梁を連結するように車幅方向に延びる横梁を備えた台車枠と、
前記車幅方向において前記台車枠の中心よりも一方側および他方側にそれぞれ設けられかつ車体を支持する一対の空気ばねと、を備えた鉄道車両用台車であって、
前記一対の空気ばねにそれぞれ対応して設けられる一対の補助空気室と、
前記一対の補助空気室にそれぞれ対応して設けられる一対の弁装置と、を有し、
前記一対の補助空気室はそれぞれ、
前記空気ばねに連通する第１空気室と、
第２空気室と、
前記第１空気室と前記第２空気室とを接続する接続部と、を備え、
前記一対の弁装置はそれぞれ、前記接続部を開閉可能に設けられ、前記空気ばねおよび前記第１空気室内の空気圧が所定の値以下の場合に前記接続部を開状態にし、前記空気ばねおよび前記第１空気室内の空気圧が前記所定の値を超えることにより前記接続部を閉状態にし、
前記接続部が開状態のときに前記接続部を介して前記第１空気室と前記第２空気室とが連通し、前記接続部が閉状態のときに前記第１空気室と前記第２空気室との連通が遮断される、鉄道車両用台車。

（２）前記第１空気室の少なくとも一部は、前記側梁および前記横梁のうちの一方に設けられ、前記第２空気室の少なくとも一部は、前記側梁および前記横梁のうちの他方に設けられる、上記（１）に記載の鉄道車両用台車。

（３）前記台車枠と前記車体との間に設けられるボルスタをさらに備え、
前記第１空気室は、前記ボルスタおよび前記台車枠のうちの一方に設けられ、前記第２空気室は、前記ボルスタおよび前記台車枠のうちの他方に設けられる、上記（１）に記載の鉄道車両用台車。

（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の鉄道車両用台車を備えた鉄道車両。

本発明によれば、鉄道車両の乗り心地が向上するとともに、鉄道車両が曲線区間を通過する際に車体の過度な傾斜を防止することが可能になる。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用台車を模式的に示す平面図である。 図２は、鉄道車両を模式的に示した正面図である。 図３は、通路形成部材の内部構造を説明するための図である。 図４は、鉄道車両を模式的に示した正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用台車および鉄道車両について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用台車１０（以下、台車１０と略記する。）を模式的に示す平面図（上方から見た図）である。また、図２は、台車１０および台車１０に支持された車体３６を備えた鉄道車両１００を模式的に示した正面図である。なお、図２は、後述する補助空気室２４の構成を説明するための図であり、図２においては、補助空気室２４およびその周辺の構造を断面図で模式的に示している。

図１および図２を参照して、台車１０は、台車枠１２、複数の車輪１４、複数の車軸１６、および一対の空気ばね１８を備えている。台車枠１２は、台車１０の前後方向（鉄道車両の進行方向）に延びる一対の側梁２０と、一対の側梁２０を連結するように台車１０の車幅方向に延びる横梁２２と、一対の空気ばね１８にそれぞれ対応して設けられる一対の補助空気室２４（図２参照）と、一対の補助空気室２４にそれぞれ対応して設けられる一対の通路形成部材４４（図２参照）と、一対の補助空気室２４にそれぞれ対応して設けられる一対の弁装置４６（図２参照）とを備えている。なお、図１においては、図面が煩雑になることを避けるために、通路形成部材４４および弁装置４６の図示を省略している。

図１を参照して、一対の側梁２０の前端部には、一対の車輪１４の回転軸となる車軸１６が回転可能に支持される。同様に、一対の側梁２０の後端部には、一対の車輪１４の回転軸となる車軸１６が回転可能に支持される。

横梁２２は、一対の側梁２０に接合される。本実施形態では、横梁２２は、一対のパイプ部材２６と、一対の外側連結部材２８と、一対の内側連結部材３０とを含む。一対のパイプ部材２６はそれぞれ、一対の側梁２０を貫通するように車幅方向に延びている。一対の外側連結部材２８は、一対の側梁２０よりも車幅方向外側において一対のパイプ部材２６を連結している。一対の内側連結部材３０はそれぞれ、一対の側梁２０よりも車幅方向内側において一対のパイプ部材２６を連結している。

図２を参照して、台車枠１２は、複数の弾性部材３２を介して車軸１６に支持されている。図１および図２を参照して、一対の空気ばね１８は、台車枠１２において車幅方向の両端部に設けられている。具体的には、一方の空気ばね１８は、車幅方向において台車枠１２の中心よりも一方側に設けられ、他方の空気ばね１８は、車幅方向において台車枠１２の中心よりも他方側に設けられている。図２を参照して、本実施形態では、各空気ばね１８は、受け座３４を介して側梁２０および外側連結部材２８に支持されている。本実施形態では、一対の空気ばね１８によって、車体３６が支持される。すなわち、車体３６は、一対の空気ばね１８を介して台車枠１２に支持される。なお、図２に示した例では、一対の空気ばね１８が車体３６の底部を支持しているが、後述するように、一対の空気ばね１８がボルスタを介して車体３６を支持してもよい。

図２を参照して、各補助空気室２４は、第１空気室４０と、第２空気室４２と、接続部４５とを含む。本実施形態では、一対の側梁２０、横梁２２、一対の外側連結部材２８および一対の内側連結部材３０はそれぞれ、内部に空洞部を有している。本実施形態では、台車枠１２の上記空洞部内を区画することによって、第１空気室４０および第２空気室４２が形成されている。本実施形態では、第１空気室４０の少なくとも一部は、側梁２０および横梁２２のうちの一方に設けられ、第２空気室４２の少なくとも一部は、側梁２０および横梁２２のうちの他方に設けられる。より具体的には、本実施形態では、第１空気室４０は、側梁２０および横梁２２の内部に設けられ、第２空気室４２は、横梁２２の内部に設けられている。第１空気室４０は、空気ばね１８の内部空間に連通している。

図３は、通路形成部材４４の内部構造を説明するための図である。なお、図３において、（ａ）は、接続部４５が開状態となっている場合の通路形成部材４４を示す概略断面図であり、（ｂ）は、接続部４５が閉状態となっている場合の通路形成部材４４を示す概略断面図である。

図２を参照して、一対の通路形成部材４４はそれぞれ、一方のパイプ部材２６に設けられている。図２および図３を参照して、通路形成部材４４内には、第１通路４４ａ、第２通路４４ｂ、開口部４４ｃ、調整室４４ｄおよび開放室４４ｅが形成されている。

第１通路４４ａは第１空気室４０に連通し、第２通路４４ｂは、第２空気室４２に連通している。開口部４４ｃは、第１通路４４ａと第２通路４４ｂとを接続する部分である。調整室４４ｄは、第１通路４４ａの上方に設けられ、開放室４４ｅは、第１通路４４ａと調整室４４ｄとの間に設けられている。本実施形態では、第１通路４４ａ、第２通路４４ｂおよび開口部４４ｃは、第１空気室４０と第２空気室４２とを連通させる接続部４５として機能する。

本実施形態では、弁装置４６は、締め切り弁として構成され、通路形成部材４４内に設けられている。図３を参照して、弁装置４６は、本体部５０と、可撓部５２と、可撓部５４と、付勢部材５６とを有している。

本体部５０は、軸部５０ａと、軸部５０ａの上端部に設けられたフランジ部５０ｂと、軸部５０ａの下端部に設けられたフランジ部５０ｃと、軸部５０ａの上下方向における略中央部に設けられたフランジ部５０ｄとを有している。また、本体部５０内には、第１通路４４ａと調整室４４ｄとを連通させるように、内部通路５０ｅが形成されている。本実施形態では、本体部５０は、可撓部５２，５４を介して通路形成部材４４の内壁に取り付けられている。

可撓部５２は、弾性変形可能な材料（例えば、ゴム）からなる。可撓部５２は、環形状を有し、フランジ部５０ｂの外周部と通路形成部材４４の内壁とを接続するように設けられている。フランジ部５０ｂおよび可撓部５２は、第１ダイアフラム５８として機能する。本実施形態では、第１ダイアフラム５８は、調整室４４ｄと開放室４４ｅとの隔壁としても機能する。

可撓部５４は、弾性変形可能な材料（例えば、ゴム）からなる。可撓部５４は、環形状を有し、フランジ部５０ｄの外周部と通路形成部材４４の内壁とを接続するように設けられている。フランジ部５０ｄおよび可撓部５４は、第２ダイアフラム６０として機能する。本実施形態では、第２ダイアフラム６０は、第１通路４４ａと開放室４４ｅとの隔壁としても機能する。図３（ａ）に一点鎖線の矢印で示すように、本実施形態では、本体部５０の内部通路５０ｅを介して、第１通路４４ａと調整室４４ｄとの間を空気が流通することができる。なお、開放室４４ｅは、通路形成部材４４の外部に連通している。

フランジ部５０ｃは、第１通路４４ａ内に設けられている。後述するように、フランジ部５０ｃは、開口部４４ｃを開閉する弁体として機能する。付勢部材５６は、開口部４４ｃを通りかつフランジ部５０ｃを下方から支持するように設けられている。付勢部材５６は、例えばコイルばねであり、フランジ部５０ｃを上方に向かって付勢している。

本実施形態では、上述したように、軸部５０ａの内部通路５０ｅを介して、第１通路４４ａと調整室４４ｄとの間を空気が流通できる。このため、第１通路４４ａ内の空気圧と調整室４４ｄ内の空気圧とは等しい。また、本実施形態では、上方から見た場合に、第１ダイアフラム５８の面積は、第２ダイアフラム６０の面積よりも大きい。このため、調整室４４ｄ内の空気が第１ダイアフラム５８を下方へ押す力は、第１通路４４ａ内の空気が第２ダイアフラム６０を上方へ押す力よりも大きい。

上記の点に関して、本実施形態では、付勢部材５６がフランジ部５０ｃを上方に付勢している。このため、調整室４４ｄ内の空気が第１ダイアフラム５８を下方へ押す力と第１通路４４ａ内の空気が第２ダイアフラム６０を上方へ押す力との差が小さい場合（第１通路４４ａ内および調整室４４ｄ内の空気圧が小さい場合）には、フランジ部５０ｃ（本体部５０）は、開口部４４ｃよりも上方に離れた位置で付勢部材５６に支持される。この場合、接続部４５を介して、第１空気室４０と第２空気室４２との間を空気が流通することができる。すなわち、接続部４５は開状態となる。

一方、調整室４４ｄ内の空気が第１ダイアフラム５８を下方へ押す力と第１通路４４ａ内の空気が第２ダイアフラム６０を上方へ押す力との差が大きくなると（第１通路４４ａ内および調整室４４ｄ内の空気圧が大きくなると）、フランジ部５０ｃは付勢部材５６を圧縮しつつ下方に移動する。そして、第１通路４４ａ内および調整室４４ｄ内の空気圧（すなわち、第１空気室４０内の空気圧）が所定の値を超えることによって、図３（ｂ）に示すように、フランジ部５０ｃによって開口部４４ｃが塞がれる。これにより、第１空気室４０と第２空気室４２との間の空気の流通が遮断される。すなわち、接続部４５は閉状態となる。

上記のように、本実施形態では、弁装置４６のフランジ部５０ｃ（本体部５０）は、空気圧に応じて上下方向に移動する。これにより、フランジ部５０ｃが、接続部４５（開口部４４ｃ）を開閉する。具体的には、図２を参照して、車体３６から空気ばね１８に付与される荷重が小さく、空気ばね１８、第１空気室４０、第１通路４４ａおよび調整室４４ｄ内の空気圧が所定の値以下の場合には、フランジ部５０ｃは開口部４４ｃから上方に離れており、接続部４５は開状態になる。一方、図４を参照して、車体３６から空気ばね１８に付与される荷重が大きくなり、空気ばね１８、第１空気室４０、第１通路４４ａおよび調整室４４ｄ内の空気圧が所定の値を超えると、フランジ部５０ｃは、開口部４４ｃを塞ぎ、接続部４５は閉状態になる。

図２および図３（ａ）を参照して、接続部４５が開状態の場合には、接続部４５を介して第１空気室４０と第２空気室４２とが連通する。したがって、第１空気室４０および第２空気室４２が空気ばね１８に連通する。一方、接続部４５が閉状態の場合には、第１空気室４０と第２空気室４２との連通が遮断される。すなわち、第２空気室４２と空気ばね１８との連通が遮断される。この場合、第１空気室４０および第２空気室４２が連通している場合に比べて、実質的に補助空気室の容量が小さくなる。これにより、接続部４５が閉状態の場合には、接続部４５が開状態の場合に比べて空気ばね１８の剛性が高くなる。

以上のように、本実施形態では、各空気ばね１８が車体３６から受ける荷重に応じて、各空気ばね１８の剛性を調整することができる。例えば、鉄道車両１００が曲線区間を通過する際に、車体３６が車幅方向において一方側に傾いたとする。このとき、車体３６から車幅方向において一方側の空気ばね１８に与えられる荷重が大きくなることによって、空気ばね１８および第１空気室４０内の空気圧が所定の値を超えると、フランジ部５０ｃが開口部４４ｃを塞ぎ、接続部４５が閉状態になる。これにより、車幅方向において一方側の空気ばね１８の剛性が高くなり、車体３６が傾き過ぎることを抑制できる。なお、上記所定の値は、鉄道車両１００の構造等に応じて、弁装置４６の構成を調整することによって予め設定することができる。

このように、本実施形態においては、通常時の空気ばね１８の剛性を低く設定した場合でも、空気ばね１８に大きな荷重が与えられた場合には、空気ばね１８の剛性を高くすることができる。これにより、通常時の鉄道車両１００の乗り心地を向上させつつ、鉄道車両１００が曲線区間を通過する際に車体３６を適切な角度で維持することが可能になる。

なお、本実施形態では、鉄道車両１００の乗客が多くなった場合、鉄道車両１００が直線区間を走行している状態においても接続部４５が閉状態となり、空気ばね１８の剛性が高くなることが考えられる。しかし、乗客が多い場合には、車体３６の重量（乗客を含む重量）が大きくなるので、空気ばね１８の剛性が高くなったとしても、車体３６に大きな振動が発生することを抑制できる。したがって、空気ばね１８の剛性が高くなったとしても、乗り心地が悪化することを抑制できる。

なお、上述の実施形態では、一方のパイプ部材２６に一対の通路形成部材４４および一対の弁装置４６を設ける場合について説明したが、各空気ばね１８に対応するように弁装置４６が設けられていればよい。したがって、一方のパイプ部材２６に一方の通路形成部材４４および一方の弁装置４６が設けられ、他方のパイプ部材２６に他方の通路形成部材４４および他方の弁装置４６が設けられていてもよい。また、通路形成部材４４および弁装置４６の数は上述の例に限定されず、一方の空気ばね１８に対応するように複数の通路形成部材４４および複数の弁装置４６が設けられ、他方の空気ばね１８に対応するように複数の通路形成部材４４および複数の弁装置４６が設けられてもよい。

なお、弁装置の構成は上述の例に限定されず、空気ばねおよび第１空気室内の空気圧に応じて接続部を開閉することができる構成であればよい。したがって、例えば、弁装置として電磁弁を用いてもよい。この場合、例えば、空気ばね内または第１空気室内の空気圧を検出する検出器を設け、検出器によって検出された空気圧に基づいて、接続部を開状態および閉状態にするプランジャ（弁体）を移動させてもよい。また、詳細な説明は省略するが、弁装置として、モータを利用した電動弁を用いてもよい。また、弁装置の位置も、上述の例に限定されず、弁装置は、第１空気室と第２空気室との接続部を開閉できる位置に設けられていればよい。

また、上述の実施形態では、補助空気室２４が第１空気室４０および第２空気室４２を有する場合について説明したが、補助空気室２４が３つ以上の空気室を有していてもよい。この場合、各空気室を接続する接続部にそれぞれ弁装置を設けてもよい。

また、補助空気室（上述の実施形態では第１空気室４０、第２空気室４２および接続部４５）が形成される位置は上述の例に限定されない。したがって、第１空気室および第２空気室が、側梁２０および横梁２２の内部において、図２に示した第１空気室４０および第２空気室４２とは異なる位置に形成されてもよい。例えば、第１空気室が横梁２２の内部に形成されてもよく、第２空気室が側梁２０の内部に形成されてもよい。また、側梁２０および横梁２２の外部に、第１空気室および第２空気室の一方または両方が形成されてもよい。したがって、例えば、台車枠１２の外部に第１空気室および第２空気室の一方または両方が形成されてもよい。また、接続部の位置も上述の例に限定されず、例えば、接続部が、側梁２０および横梁２２の外部に形成されてもよい。

また、図２および図４に示した例では、外側連結部材２８において空気ばね１８と第１空気室４０とが連通しているが、空気ばね１８が設けられる位置は上述の例に限定されない。例えば、側梁２０において空気ばね１８と第１空気室４０とが連通するように空気ばね１８が設けられてもよく、パイプ部材２６において空気ばね１８と第１空気室４０とが連通するように空気ばね１８が設けられてもよい。

上述の実施形態では、ボルスタレス台車に本発明を適用する場合について説明したが、ボルスタを備えた台車に本発明を適用してもよい。この場合、ボルスタに補助空気室の一部または全部を設けてもよい。具体的には、例えば、ボルスタおよび台車枠のうちの一方に第１空気室を設け、ボルスタおよび台車枠のうちの他方に第２空気室を設けてもよい。なお、ボルスタと車体との間に一対の空気ばねが設けられるダイレクトマウント方式の台車に本発明を適用する場合には、ボルスタに第１空気室、通路形成部材、弁装置および第２空気室を設けてもよく、ボルスタに第１空気室を設け、台車枠に第２空気室を設け、ボルスタと台車枠との間に通路形成部材および弁装置を設けてもよい。また、例えば、ボルスタと台車枠との間に一対の空気ばねが設けられるインダイレクトマウント方式の台車に本発明を適用する場合には、ボルスタおよび台車枠のうちのいずれか一方に第１空気室、通路形成部材、弁装置および第２空気室を設けてもよく、ボルスタに第１空気室を設け、台車枠に第２空気室を設け、ボルスタと台車枠との間に通路形成部材および弁装置を設けてもよく、台車枠に第１空気室を設け、ボルスタに第２空気室を設け、ボルスタと台車枠との間に通路形成部材および弁装置を設けてもよい。

本発明によれば、鉄道車両の乗り心地が向上するとともに、鉄道車両が曲線区間を通過する際に車体を適切な角度で維持することが可能になる。したがって、本発明は、種々の鉄道車両において好適に利用できる。

１０ 鉄道車両用台車
１２ 台車枠
１４ 車輪
１６ 車軸
１８ 空気ばね
２０ 側梁
２２ 横梁
２４ 補助空気室
２６ パイプ部材
２８ 外側連結部材
３０ 内側連結部材
３２ 弾性部材
３４ 受け座
３６ 車体
４０ 第１空気室
４２ 第２空気室
４５ 接続部
４６ 弁装置
５０ 本体部
５２，５４ 可撓部
５６ 付勢部材

Claims (4)

1. 前後方向に延びる一対の側梁および一対の側梁を連結するように車幅方向に延びる横梁を備えた台車枠と、
   前記車幅方向において前記台車枠の中心よりも一方側および他方側にそれぞれ設けられかつ車体を支持する一対の空気ばねと、を備えた鉄道車両用台車であって、
   前記一対の空気ばねにそれぞれ対応して設けられる一対の補助空気室と、
   前記一対の補助空気室にそれぞれ対応して設けられる一対の弁装置と、を有し、
   前記一対の補助空気室はそれぞれ、
   前記空気ばねに連通する第１空気室と、
   第２空気室と、
   前記第１空気室と前記第２空気室とを接続する接続部と、を備え、
   前記一対の弁装置はそれぞれ、前記接続部を開閉可能に設けられ、前記空気ばねおよび第１空気室内の空気圧が所定の値以下の場合に前記接続部を開状態にし、前記空気ばねおよび第１空気室内の空気圧が前記所定の値を超えることにより前記接続部を閉状態にし、
   前記接続部が開状態のときに前記接続部を介して前記第１空気室と前記第２空気室とが連通し、前記接続部が閉状態のときに前記第１空気室と前記第２空気室との連通が遮断される、鉄道車両用台車。
2. 前記第１空気室の少なくとも一部は、前記側梁および前記横梁のうちの一方に設けられ、前記第２空気室の少なくとも一部は、前記側梁および前記横梁のうちの他方に設けられる、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 前記台車枠と前記車体との間に設けられるボルスタをさらに備え、
   前記第１空気室は、前記ボルスタおよび前記台車枠のうちの一方に設けられ、前記第２空気室は、前記ボルスタおよび前記台車枠のうちの他方に設けられる、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の鉄道車両用台車を備えた鉄道車両。

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