JPH0356940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 輸送工業で遭遇している諸問題の一つは、在来
の大重量、高速度、動力駆動の都市鉄道台車の曲
線走行性能である。曲線走行性能の中で、問題と
なるのは、鋭いカーブ上で大重量、高速度の鉄道
車輌を運転することに伴なう車輪フランジの損耗
とレール・ゲージの損耗とが大きいことである。
この高度の損耗よりも、場合によつては更に問題
とさえなり得る問題は、鋭いカーブ（通常は8゜の
曲率或るいは約700フイート（約200ｍ）の半径よ
りも大きい）に差しかかる際に関係する高ピツチ
の甲高い金属擦過音（screech or squeal）であ
る、 在来の平行車軸台車で経験する金属擦過音及び
殆んどの車輪フランジの損耗及びレール・ゲージ
の損耗は、鋭いカーブに於ける先行車輌の非放射
走行位置（non−radial running position）に起
因する。この非放射走行位置は、トラツキング・
エラーもしくは車輪とレールとの間の当り角
（angle of attack）をもたらす。騒音、損耗及び
車輪とレールとの間の必要以上に高い横方向の力
を生ぜしめるのは、関連した車輪／レールの当り
角と横方向運動（クリープ）とである。更に、非
放射走行位置では、レールとフランジとの間に相
当な摩擦速度（ruffing velocity）があり、それ
が更なる騒音と損耗の原因となる。

騒音問題は、弾性車輪、他の様々な騒音抑制策
を取ること、及び車輪・レール界面を滑らかにす
ること若しくは潤滑油を与えることによつて緩和
され得る。もとより弾性車輪もしくは遮音壁は損
耗問題を解消せず、界面の平滑化もしくは潤滑剤
の使用は極めて注意深く調整されなければならな
い。さもないと、ブレーキ中の車輪滑走によるフ
ラツト・ホイール（flat wheel）の発生が増大す
る。

しかし乍ら操舵（steering）を付加すれば、問
題は根元から解決し、トラツキング・エラ及び関
連する車輪・レール間の横方向運動が取り除かれ
る。騒音をもたらす振動は発生されない。フラン
ジ力（flange force）は低下し、摩擦作用は排除
される。車輪・レール界面の平滑化もしくは潤滑
油を与えることの必要性が除去されるので、けん
引とブレーキとの性能はより安定する。

都市内輪送車輌に操舵可能な台車を使用するこ
とから得られると予測される利点は、車輪フラン
ジ損耗の減少、レール・ゲージ損耗の減少、車
輪・レール騒音の減少、曲線走行中のエネルギ消
費の減少である。車輌が曲線軌条走行距離の比率
が高い路線を走行する場合には、車輪と軌条の損
耗についての潜在的な出費節減は相当なものとな
る。

所謂ステアリング・アームが台車を操舵するの
に用いられて来た。ステアリング・アームの概念
は、自己操舵と強制（積極）操舵として知られて
いる二つの作動態様がある。自己操舵態様では、
操舵入力はテーパを付されたホイールセツト
（wheelset）のセルフセンタリング作用から専ら
来る。操舵力は、車輪・レール間接触の治まり
（wheel／rail contact patch）で発現したクリー
プ力により発生される。従つて、自己操舵入力は
付着限界（adhesion limit）と接触部の形状寸法
に直接に関係する。強制操舵態様では、操舵入力
は、リンンク機構に由来し、それはカーブ走行中
の車体に対する台車の旋回に応答する。このリン
クの形状寸法は、車輌がカーブにあるとき、車軸
を半径方向に位置づける。自己操舵作用もまた存
在し、事実積極的操舵態様を助ける。本発明は強
制操舵台車に関している。

強制操舵台車は、過去に用いられて来た。例え
ば、鉄道車輌に於ける操舵台車に関して、リスト
（List）に対して米国に於て特許第3789770号及び
特許第4131069号が発行されている。

リストは、ホイールベースと台車間の距離に応
じた予じめ定められたセツト位置に操舵アームを
用いて車輪を軌条に関して半径方向に保持してい
る。しかし、場合によつてオーバステアリングか
アンダステアリングをさせるのが望ましいことが
ある。例えば、車輪のフランジと軌条との間の当
り角を作ることにより、車輪フランジを軌条から
離そうとする力を作り出す。例えばオーバステア
リングは鋭いカーブの場合に望ましく、アンダス
テアリングは高速走行時に望ましい。従つて、所
望の鉄道車輌の路線を視察して、速度及びカーブ
に係わる全ての運行条件を決定し、しかる後、例
えば台車の車輪が軌条に関して半径方向に動く強
制操舵を設けたり、或るいはオーバステアリング
やアンダステアリングを設けるなど、必要となる
条件を受け入れるよう台車を設計できることが望
ましい。

認識されねばならない他の状況は、操舵が僅か
にしか出来なかつたり、或るいは全く出来ず、し
かも未だ多年に亘り使用する見込の多数の鉄道車
輌が現存することである。台車と云うものは、車
輌を推進するのに必要なモータ及びギアボツクス
等の多くの部品を一般に担持し且つ車体の諸構造
を収容するよう固定的な設計となつているので、
一般には既存の台車に強制操舵を後に取り付ける
には完全な再設計が通常は必要になる。

強制操舵台車を後から取り付け、或るいは設計
すると共に、永年に亘つて満足であることが証明
されている車輌の標準設計を受け容れ、車輌駆動
用の諸構成要素をも同時に利用することが出来る
のが望ましい。在来の鉄道車輌の中で見出される
普通のサイドフレーム、ボルスタ及び他の諸要素
を持つた鉄道台車の一型式がデイーンの米国特許
第2908230号に記載されている。

本発明の目的は、異なる条件下で稼働する鉄道
車輌のために、通常の強制操舵、オーバステアリ
ング、或るいはアンダステアリングを与えるべく
簡単に改造し得るような改良された操舵可能な台
車を提供することである。

本発明の更なる目的は、在来の台車ボルスタ、
車輪車軸組立体、推進及びトレツドブレーキユニ
ツトを受け容れ得る改良された操舵可能な台車を
提供することである。

本発明によれば、鉄道車輌用の操舵可能な台車
は、車体の下方に固定されるメインフレームを有
する。メインフレームは一対のサイドフレームを
有し、ボルスタがそれらに結合される。一対のｃ
字状サブフレームは相互結合されて、メインフレ
ーム上のピボツト部材のまわりで回転するよう結
合されている。車輪車軸組立体および推力モー
タ、ギアボツクス等がサブフレームに装着されて
いる。車輪車軸組立体はｃ字状サブフレームのア
ーム部間に結合されている。サブフレームのアー
ム部の端部はメインフレームを構成するサイドフ
レームの端部内に摺動可能に装着されている。操
舵リンク部材が、車体のボルスタとサブフレーム
の一方との間に結合されて、オーバステアリン
グ、アンダステアリング若しくはノーマルステア
リングを与えて、車輪は軌条に対して半径方向に
維持される。

本発明の他の目的並びに利点は、添附図面を参
照して下記の記述及び上記特許請求の範囲を一読
することにより、当該技術の熟達者には明らかと
なり想到されよう。

第１及び２図を参照して、メインフレーム１０
は、基本的には一対のサイドフレーム１２及び１
４とボルスタ１６とを含む。これらは多くの在来
の鉄道台車に見られる部分である。

メインフレーム１０は、第３図に示された如
く、車体１８を支持するのに用いられる。車体１
８は、ボルスタ１６上に一対のスプリングによつ
て支持されており、第３図ではその一方のみが示
されており、これは空気スプリング２０である。

第１図でより明瞭に見られるように、サイドフ
レーム１２，１４は、内側に突出する部分２２及
び２４を有する。この構成は、「スパイダ」構成
と呼ばれることがあり、上述のデイーンに与えら
れた特許に示されている。

ボルスタ１６は、スライドベアリングを介して
サイドフレーム１２及び１４上に支持され、それ
らベアリングの一方のみが第３図に２６で示され
ている。以上に記載した様々な要素は、幾らか慣
用的なものである。従来、基本的な台車のメイン
フレーム１０は、車輪車軸組立体、推力ユニツ
ト、及びトレツドブレーキユニツトを他の様々な
部品と共に収容するよう設計されていた。本発明
では、メインフレームと関連付けられる様々な付
加的部品が、強制操舵機構ならびに従来はメイン
フレームに支持されていた様々な部品を支持する
ための部材を与えるために、メインフレームから
分離されている。

第１，２図に示されるように、ボルスタ１６に
結合された多くの他の要素は、第３レール集電装
置２８及び３０を含み、それらは支持アーム３６
及び３８によつて支持され、それら支持アームは
サイドフレーム１２及び１４に絶縁ブロツク３２
及び３４によつて固定されている。

第２図に示されるように、ボルスタ・センタ・
プレート４０は、ボルスタ１６に固定されてい
る。メインフレーム１０の下方には、一対のサブ
フレーム４２及び４４が、本発明による強制操舵
を与えるのに用いられる後述の手段によつて、メ
インフレームに結合されている。

加えて、サブフレーム４２及び４４は、慣用の
多くの台車に於けるメインフレームによつて従来
は支持されていた多くの要素を支持するのに用い
られている。

サブフレーム４２及び４４は、操舵可能なアー
ム部を含み、ｃ字状構造を持つている。サブフレ
ーム４２及び４４は、一対の車輪車軸組立体４
６，４８を夫々受け入れる。ギアボツクス組立体
５０及び５２は、車輪車軸組立体４６及び４８に
夫々結合されており、慣用手段によつて結合点５
４及び５６でサブフレーム４２及び４４に取付け
られている。モータ５８及び６０もまた、ラグも
しくは支持構造６２及び６４に於て、ｃ字状構造
のサブフレーム４２及び４４に結合されている。
トレツドブレーキ６６及び６８はサブフレーム４
２に、トレツドブレーキ７０及び７２はサブフレ
ーム４４に、図示された装着手段のような慣用手
段によつて固定されている。サブフレーム４２及
び４４は、台車の中央に於て、ピボツト結合手段
７４で互いに結合されている。第２図に於て、サ
ブフレーム４２及び４４はそれらの基部７６及び
７８を貫通するピン８０により結合されており、
これは第７図にも示されている。この相互結合
は、メタラステイツク（Metalastic）ブツシング
によつて行なわれても良い。サブフレーム４２及
び４４の間の結合は、二つのサブフレームの等し
くはあるが、しかし逆の角運動を確実にさせてい
る。この結合は、サブフレーム間の横方向、長手
方向及び垂直方向の負荷を伝達する。サブフレー
ムは、車軸ジヤーナルベアリングのまわりの既存
のシヨツクリングと係合する把持機構によつて、
車輪車軸組立体に取付けられている。これらのア
タツチメントは、慣用的であり、多くの在来の台
車に見られるので、更に詳述し、図示することは
しない。

第７図に示すように、サブフレーム４２は基部
７６の両側から延長する一対のアーム部３９及び
４１を有しており、同様にサブフレーム４４は基
部７８の両側から延長する一対のアーム部４５及
び４７を有している。

以上に、メインフレーム１０とサブフレーム４
２及び４４を別個に記述して来た。本発明の重要
な特徴は、これらサブフレーム４２及び４４が、
どのようにサイドフレーム１２及び１４に結合さ
れているかに関している。サイドフレーム１２及
び１４の四つのコーナー若しくは端部に関する配
列は、それらの端部に挿入されているシアパツド
組立体が付加されていることを外けば、既存の台
車のサイドフレームに幾分似ている。

サイドフレーム１２及び１４のコーナー若しく
は端部は、サブフレーム４４の端部と結合される
突出部８２及び８４と、サブフレーム４２のアー
ムの端部と結合される突出部８６及び８８とを中
に受け入れ若しくは組合わされる開口を有する
（第７図）。突出部８２，８４，８６及び８８は、
サブフレームの端部構造９０，９２，９４及び９
６の一部である。この主要部９０，９２，９４及
び９６の頂部は頂部突起９８，１００，１０２及
び１０４を有する。これらの頂部突起は、サイド
フレーム１２及び１４の端部に含まれているシ
ア・ボツクス組立体内にサブフレーム４２及び４
４を位置づける。第６図に、一つのシア・ボツク
ス組立体が示されている。

一つのシア・パツド組立体が、サイドフレーム
１２及び１４の四つの端部の全てに配置されてい
る。典型的なシア・パツド組立体１０５が、サイ
ドフレーム１２に結合されている。この組立体１
０５は、上方もしくは外側金属外殻１０６及び下
方もしくは内側金属外殻１０７とを含み、後者は
ゴムなどの弾性部材１０８が接着されている。

サブフレーム４４（第７図）の主要部９４は、
水平な一対のスライド要素１０９及び１１０を有
する。頂部突起１０２は、一対の垂直スライド要
素１１１及び１１２を有する。このシア・パツド
組立体は、所望の強制操舵を行なうのに必要な長
手方向の運動を許す。シア・パツド組立体の動作
は、第９及び１０図を参照することにより更に良
く理解されよう。

基本的に、若しもゴム素子１０８が下方の摩擦
スライド素子なしに用いられるならば、力対変形
特性は第１０図に示された如くになる。長手方向
運動に対してゴム素子により一定量の抵抗が示さ
れる。この抵抗は、適当な強制操舵を与えるには
高すぎる。ゴム素子にスライド素子を加えると、
力対変形のカーブは第９図に示すようになる。始
めは、ゴムのずれ作用（shear action）は一定の
力レベルまでは優勢である。力レベルがそれを越
えると、摩擦素子の作用が優勢となり、一定レベ
ルになつて適当な強制操舵を許す。基本的に、ス
ライド機構は長手方向のゴムスプリング素子と組
になつて、操舵に必要な力を制限する。低摩擦素
子なしでは、操舵に要する力は、実際の応用に於
て発生できない。

斯くて、サブフレーム４２及び４４の端部は、
サイドフレーム１２及び１４の端部によつて支持
されている。シア・ベアリング組立体を有する機
構は、サイドフレーム１２及び１４の端部と、サ
ブフレーム４２及び４４の端部との間の相対運動
を与える。これらの相対運動は、強制操舵を与え
るため、及びサブフレーム４２及び４４が強制操
舵動作を行なう際に互いに他に対して半径方向に
運動させられるのを許容するために必要である。

サブフレームの端部をサイドフレームに支持す
るのに加えて、サブフレーム４２及び４４は一対
の垂直ハンガ部材１１４及び１１６によつてメイ
ンフレームにも結合されている。第６図に示され
るように、垂直ハンガ部材１１４は、サブフレー
ム４２とメインフレームの内方突出部２２との間
に結合されている。同様に、垂直ハンガ部材１１
６は、サブフレーム４４とメインフレームの内方
突出部２４との間に結合されている。第１図に示
されるように、内方突出部２２と２４とは、サイ
ドフレーム１２と１４とに夫々結合されている。
内方突出部２２と２４とは、ナツトとねじ１１８
により互いに保持されて、二つのサイドフレーム
を横方向に相互に維持する。第６図はまたボルス
タ１６上の車体停止部材１１９を示している。

操舵リンク部材１２０（第６図）はその一端を
ピン１２２上に枢着されて、そのまわりで回転可
能であり、その他端をブラケツト１２４に固定さ
れている。このブラケツト１２４はサブフレーム
４２に固定されている。ブラケツト１２４への結
合部は可撓性のワツシヤ部材１２６を有し、操舵
動作中に起こり得る操舵リンク部材１２０とブラ
ケツト１２４との僅かな角運動を許容する。弾性
体の可撓性リング１２６は、慣用のナツト及びワ
ツシヤにより操舵リンク部材１２０上に適所に保
持される。

ピン１２２は、ボルスタプレート４０から延長
している。垂直部材１２８内に固定されている。
車体１８が旋回しようとするとき、ボルスタ１６
は、車体と同一の相対位置を維持しようとする。
操舵リンク部材１２０の存在の故に、車体はサイ
ドフレーム１２及び１４に関して一定の角度で運
動しようとする。

鉄道車輌が旋回するとき、操舵リンク部材１２
０は、サブフレーム４２を車輌に関して一定の角
度関係に運動させる。操舵リンク部材１２０はピ
ン１２２に関して回転し、またゴムのパツド１２
６に関しても僅かに回転する。

サブフレーム４２の角位置が変化するとき、第
４図に示すように、サブフレーム４２はサブフレ
ーム４４をも第４図に示した一定の角度で運動さ
せる。サブフレーム４２及び４４の作用は、車輪
車軸組立体４６及び４８の車輪をカーブ軌条に関
して半径方向位置を維持するよう僅かな角度だけ
運動させる。

第４図及び第７図に示すように、サブフレーム
４２又は４４の一方が運動させられると、他方の
サブフレームもまた運動せねばならない。このサ
ブフレーム４２及び４４の連動は、それらの基部
７６及び７８がピン８０によつて一体的に枢支さ
れていることによつて達成される。

操舵リンク部材１２０は、車輪車軸組立体４６
及び４８に対して半径方向操舵を与えるため、ピ
ン１２２上に正常に位置づけられている。若しも
前述の理由でオーバステアリング若しくはアンダ
ステアリングを与えたいならば、ピンと操舵リン
ク部材１２０の端部の位置を第６図に示されてい
るよりも長手方向に於てもつと前方に若しくは後
方に位置づけられ得る。これらの場合には、ピン
１２２は、望まれるならばオーバステアリング或
るいはアンダステアリングを与えるよう異なつた
場所に位置づけられ得る。第５図は、ピン１２２
がピン１２２の中心線１２３上にあるものとして
示している。第８ａ図は、オーバステアリングを
与えるため、中心線１２３の左に位置づけられた
ピン１２２を示している。第８ｂ図は、アンダス
テアリングを与えるため、ピンの中心線１２３の
右に位置づけられたピン１２２を示している。

本発明は、操舵可能な機構を含ましめるよう、
既存の台車機構を変形するのに機械的に適用可能
であることを示す具体例を提供している。ボルス
タ及びサイドフレーム配列をも含めて、車輌に用
いられる多くの慣用部材が用いられている。また
サブフレーム上には、モータ・ギア配列及び台車
の他の様々な部品を保持する収容部が設けられて
いる。

本発明は、場合によつてオーバステアリング或
るいはアンダステアリングが望まれることがあ
り、車輌及び台車の他の部分に何等の影響を与え
ることなしにこれらの特徴を与えるために、位置
を変更し得る比較的単純な機構が提供されている
ことが理解さよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による操舵可能な台車の頂面
図である。第２図は、第１図に示された台車の底
面図である。第３図は、第１，２図に示された台
車と、その上に支持された車体との側面図であ
る。第４図は、第１，２，３図に示された台車の
メインフレームに結合されていないサブフレーム
の頂面図である。第５図は、台車の側方から中央
に向つて見た一部を断面で示した破断図である。
第６図は、台車の正面から中央に向つて見た一部
を断面で示した破断図である。第７図は、本発明
による第１〜６図に示したサブフレームの等角図
である。第８ａ及び第８ｂ図は、車輪車軸組立体
のオーバステアリング若しくはアンダステアリン
グを許容するため、ピンの中心線に関して異なつ
た位置に結合された操舵リンク部材を受けるため
のピンを示している。第９図は、本発明に用いら
れるシアパツドの動作を示す曲線のグラフであ
る。第１０図は、本発明に用いられるシアパツド
と本発明に用いられるシアパッドの諸特徴を用い
ていない異なつた設計のシアパツドとを比較する
目的で示された曲線のグラフである。 符号説明、１０：メインフレーム、１２，１
４：サイドフレーム、１６：ボルスタ、１８：車
体、２０：空気スプリング、２２，２４：内側突
出部、２６：スライドベアリング、２８，３０：
第３レール集電装置、３２：３４：絶縁ブロツ
ク、３６，３８：支持アーム、３９，４１：アー
ム部、４０：ボルスタセンタプレート、４２，４
４：サブフレーム、４５，４７：延長アーム部
分、４６，４８：車輪車軸組立体、４９：結合
部、５０，５２：ギアボツクス組立体、５４，５
６：結合点、５８，６０：モータ、６２，６４：
支持構造、６６，６８，７０，７２：トレツドブ
レーキ、７４：ピボツト結合手段、７６，７８：
基部、８０：ピン、８２，８４，８６，８８：突
出部、９０，９２，９４，９６：主要部、９８，
１００，１０２，１０４：頂部突起、１０５：シ
ア・パツド組立体、１０６：外側金属外殻、１０
７：内側金属外殻、１０８：弾性部材、１０９，
１１０：スライド素子、１１１，１１２：スライ
ド素子、１１４，１１６：垂直ハンガ部材、１１
８：ナツトとねじ、１１９：車体停止部材、１２
０：操舵リンク部材、１２２：ピン、１２３：中
心線、１２４：ブラケツト、１２６：弾性の可撓
性リング、１２８：垂直部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車体に固着され、一対のサイドフレームと該
   サイドフレームに固着されたボルスタとを有して
   成るメインフレームと、 一対の操舵可能なサブフレームであつて各々が
   基部と該基部の両側から延長する一対のアーム部
   とから成つてＣ字状をなすものであるサブフレー
   ムと、 上記一対のサブフレームの上記基部同士を相互
   に連結する第１の連結手段と、 上記一対のサブフレームにおける各々のアーム
   部を上記メインフレームに連結するための垂直ハ
   ンガ部材を介して、該サブフレームを該メインフ
   レームに枢着するための手段と、 各々のサブフレームにおける上記一対のアーム
   部の間に固着された車輪車軸組立体と、 各々のサブフレームにおける上記一対のアーム
   部を上記一対のサイドフレームの端部に夫々連結
   する第２の連結手段と、 上記メインフレームと上記サブフレームの一方
   との間に連結された操舵リンク部材と、を有して
   成り、 上記操舵リンク部材が上記メインフレーム上の
   異なる位置に連結され得るよう構成されることに
   よつてアンダステアリング或はオーバステアリン
   グを与えることが可能とされていることを特徴と
   する、鉄道車両用の強制操舵可能な台車。 ２ 上記第２の連結手段が、上記一対のサブフレ
   ームにおける上記アーム部の端部に設けられた突
   起と、上記一対のサイドフレームの端部に連結さ
   れて該突起を受容可能に構成されたシア・パツド
   組立体とによつて与えられる、特許請求の範囲第
   １項記載の台車。 ３ 上記シア・パツド組立体の各々が、スライ
   ド・パツド素子と組になつた弾性部材を有してい
   る、特許請求の範囲第２項記載の台車。 ４ 上記メインフレームが、上記サイドフレーム
   から内側に延長して上記ボルスタのセンタプレー
   トを支持している内側支持部材を有している、特
   許請求の範囲第３項記載の台車。 ５ 上記操舵リンク部材の一端が上記ボルスタか
   ら延長する垂直部材に枢着されると共に、その他
   端が上記一方のサブフレーム上に固定されたブラ
   ケツトに弾性的に連結されている、特許請求の範
   囲第１項記載の台車。 ６ 上記サブフレームの各々にギアボツクス、モ
   ータ及びブレーキ機構が支承されている、特許請
   求の範囲第１項記載の台車。 ７ 上記ボルスタ上に空気スプリングが配置され
   て上記車体を支持している、特許請求の範囲第１
   項記載の台車。