JPWO2009038068A1 - 鉄道車両用操舵台車、鉄道車両および連接車両 - Google Patents

Abstract

簡便かつ低コストで実施できることから真に実現可能な、優れた曲線通過性能を有する鉄道車両用操舵台車を提供する。曲線軌道の走行時に、水平面内で台車枠の中心と曲線軌道の中心とを結ぶ仮想の直線に対して後輪軸の中心線がなす角度である操舵角を、この仮想の直線に対して前輪軸の中心線がなす角度である操舵角より大きくなるように、後輪軸の操舵角だけを制御することによって、台車枠を曲線軌道の接線方向に沿う方向へ操舵する。これにより、簡便かつ低コストで実施できることから真に実現可能な、優れた曲線通過性能を有する鉄道車両用操舵台車を提供する。

Description

本発明は、鉄道車両用操舵台車、この操舵台車を備えた鉄道車両および連接車両に関する。

鉄道車両が曲線軌道を円滑に走行する性能を高めることは、これまでも重要な技術課題である。特に、地下鉄等の都市鉄道における急な曲線軌道を通過する鉄道車両に対しては、曲線通過性能を高めることが強く求められている。

図１４は、台車枠２に対して車輪を操舵しない通常台車３が曲線軌道４を走行中の挙動を模式的に示す説明図である。曲線軌道４を走行中の台車枠２と、進行方向の前側に位置する輪軸（本明細書では「前輪軸」という）１ｆ、進行方向の後側に位置する輪軸（本明細書では「後輪軸」という）１ｒとは、図１４に示す姿勢をとる。なお、図１４における符号Ｏは曲線軌道４の円弧の中心を示す。

非特許文献１には、（ａ）前輪軸１ｆでは外側の車輪５のフランジが外側のレール４ａに接触してアタック角θが発生すること、（ｂ）このアタック角θが内軌横圧Ｑｓｉの発生原因となること、および（ｃ）後輪軸１ｒは左右のレール４ａ、４ｂの間の中央付近に存在するため、後輪軸１ｒではアタック角θは前輪軸１ｆほど発生しないものの、左右の車輪５の転がり半径差を得られないために径差が不足し、縦クリープ力Ｆｖｃが発生し、この内軌横圧Ｑｓｉと縦クリープ力Ｆｖｃが、台車枠２の重心に反時計周りのヨーイングモーメントＭｙとして作用することが、いずれも記載されている。なお、図１４におけるＱｓｏは前輪軸１ｆに発生する外軌横圧を示す。

一方、非特許文献２には、台車枠２も、水平面内において曲線軌道の半径方向に対して台車枠の左右方向がなす角度として規定されるヨーイング角φを有することが記載されている。台車枠２のヨーイング角φは、前輪軸１ｆのアタック角θと同じ回転方向の角度を有する。台車枠２がヨーイング角φを有することにより、この台車枠２に支持される前輪軸１ｆのアタック角θはさらに大きくなる。

特許文献１には、鉄道車両の曲線通過性能を向上するために、進行方向の前側および後側に配置される台車枠が同調して車体に対して自己操舵方向へ旋回するように、アクチュエータを用いて補助する発明が開示されている。この発明によれば、曲線軌道の走行時に台車枠のヨーイング角を減少させることができる。

しかし、特許文献１により開示された発明を実施するには、アクチュエータのみならずアクチュエータの制御機器をも設ける必要がある。また、アクチュエータの制御を正常に行えなくなった場合のための安全対策も設ける必要がある。このため、装置が複雑化するとともにコストが嵩む。

アクチュエータを用いずにリンクを用いるリンク式操舵台車も開発されている。図１５は、一般的なリンク式操舵台車１１の構成の概略を示す説明図であり、図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は側面図である。

操舵台車１１は、前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒともに、図示しない車体に装着されるボルスタ１２と台車枠１３とを、２本で一対をなす第１のリンク１４ａ、１４ｂを介して接続する。第１のリンク１４ａ、１４ｂのうち台車枠１３と接続する第１のリンク１４ｂ（以下「操舵テコ１４ｂ」という）と、前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒを回転自在に支持する軸箱１９を第２のリンク１５で接続する。

この操舵台車１１では、車体側のボルスタ１２と、台車１１とのボギー角による変位は、第１のリンク１４ａから操舵テコ１４ｂに伝えられる。図１５に示す例では、第１のリンク１４ａと操舵テコ１４ｂとの接続点が車体側の接続点１６である。

伝えられた変位は、操舵テコ１４ｂと台車枠１３との接続点、すなわち台車枠側の接続点１７を中心（支点）とするテコ比によって操舵量を調整し、操舵テコ１４ｂと第２のリンク１５との接続点、すなわち輪軸側の接続点１８を通じて前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒを操舵する。

図１６は、この操舵台車１１が曲線軌道を通過する際の挙動を示す説明図である。
図１６に示すように、この操舵台車１１は、前輪軸１ｆの中心線ＣＬ１と水平面内で台車枠１３の中心と曲線軌道の円弧の中心とを結ぶ仮想の直線ＣＬ３とがなす角である操舵角α１と、後輪軸１ｒの中心線ＣＬ２と直線ＣＬ３とがなす角である操舵角α２とは、同じ角度となる。
Ｊ−Ｒａｉｌ’ ９５「急曲線通過時における台車・軌道の特性と波状摩耗発生への影響」 日本機械学会第７３期通常総会講演会講演論文集「地上側測定による車輪アタック角及び車輪／レール相対変位の測定方法」 特開２００２−８７２６２号公報

しかし、図１５および図１６により示す操舵台車１１では、曲線通過性能を向上させるため前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒのいずれもが所定の操舵角α１、α２を有することができるように、台車枠１３が前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒそれぞれの軸箱１９を変位自在に支持する必要がある。

このため、この操舵台車１１は、台車枠１３による前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒの支持の剛性を高めることには自ずから限界があり、安定した直線通過性能や所定の振動特性といった、鉄道車両用の台車に求められる諸特性を全て兼ね備えることは容易ではない。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、簡便かつ低コストで実施でき、直線通過性能や振動特性といった諸特性を低下させることなく、優れた曲線通過性能を有する鉄道車両用操舵台車、この操舵台車を備えた鉄道車両および連接車両を提供することである。

特許文献１等により開示された操舵台車や、図１５および図１６を参照しながら説明した操舵台車における後輪軸の操舵角と前輪軸の操舵角とは、進行方向が逆転する鉄道車両では前後対称であることが前提であるため、同じ値に設定されていた。

本発明は、このような技術常識に反し、「曲線軌道の走行時に、水平面内で台車枠の中心と曲線軌道の円弧の中心とを結ぶ仮想の直線（以下「基準線」と称す。）と前後それぞれの輪軸の中心線とのなす角度として定義されるそれぞれの輪軸の操舵角に関し、基準線と後輪軸の中心線がなす角度である操舵角を、基準線に対して前輪軸の中心線がなす角度である操舵角より大きくなるように、後輪軸の操舵角を制御すること、好ましくは後輪軸のみの操舵角を制御することによって、台車枠を曲線軌道の接線方向に沿うように操舵すること、すなわち、水平面内において曲線軌道の半径方向に対して台車枠の前後方向の中心線がなす角度である台車枠のヨーイング角を低減することができ、これにより、簡便かつ低コストで実施でき直線通過性能や振動特性といった諸特性を低下させることなく、優れた曲線通過性能を有する鉄道車両用操舵台車を提供できる」という、独創的な技術思想に基づくものである。

本発明は、進行方向の前側に位置する前輪軸、および進行方向の後側に位置する後輪軸をいずれも軸箱を介して回転自在に支持する台車枠と、曲線軌道の走行時に、少なくとも前記後輪軸の操舵角を制御するための台車枠操舵装置とを備え、該台車枠操舵装置により曲線軌道の走行時に、前記後輪軸の操舵角が前記前輪軸の操舵角よりも大きくなるように前記後輪軸の操舵角を制御することによって、前記台車枠を、該曲線軌道の接線方向に沿うように操舵することを特徴とする鉄道車両用操舵台車である。

また、本発明は、進行方向の前側に位置する前輪軸、および進行方向の後側に位置する後輪軸をいずれも軸箱を介して回転自在に支持する台車枠と、曲線軌道の走行時に、少なくとも後輪軸の操舵角を制御するための台車枠操舵装置とを備え、この台車枠操舵装置により、曲線軌道の走行時に、後輪軸の操舵角が前輪軸の操舵角よりも大きくなるように後輪軸の操舵角を制御することによって、水平面内において曲線軌道の半径方向に対して台車枠の前後方向の中心線がなす角度である台車枠のヨーイング角を低減することを特徴とする鉄道車両用操舵台車である。

これらの本発明では、台車枠操舵装置は、曲線軌道の走行時に前記後輪軸の操舵角だけを制御することが好ましい。
これらの本発明では、台車枠操舵装置による前記後輪軸の操舵角の制御は、台車枠に装着されるリンク機構によって行われることが好ましい。さらに、このリンク機構は、曲線軌道走行時の車体に対する台車枠の相対変位であるボギー角に応じて操舵角を制御することが好ましい。

これらの本発明では、リンク機構は、車体と台車枠とを接続する第１のリンクと、第１のリンクと少なくとも後輪軸を回転自在に支持する軸箱とを接続する第２のリンクとを有することが好ましい。

これらの本発明では、後輪軸に接続されるリンクの剛性と、前輪軸に接続されるリンクの剛性とが異なることが好ましい。
別の観点からは、本発明は、進行方向の前側および後側に台車を備え、進行方向の前側および後側の少なくとも一方の台車は、上述した本発明に係る鉄道車両用操舵台車であることを特徴とする鉄道車両である。

また、本発明は、進行方向の前側および後側に上述した本発明に係る鉄道車両用操舵台車を備え、この鉄道車両用操舵台車は、後輪軸が進行方向の内部側に位置するように、設けられることを特徴とする鉄道車両である。

さらに、本発明は、少なくとも２車体の連接部分に、上述した本発明に係る鉄道車両用操舵台車を備えることを特徴とする連接車両である。

本発明によれば、簡便かつ低コストで実施できることから真に実現可能な、優れた曲線通過性能を有する鉄道車両用操舵台車、この操舵台車を備えた鉄道車両および連接車両を提供することができるようになる。

本発明に係る操舵台車の第１の例（後輪軸のみを制御する例）の構成の概略を示す説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。 図１に示す本発明に係る操舵台車が曲線軌道を通過する際の挙動を示す説明図である。 本発明に係る操舵台車の第２の例（操舵テコによる比率を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）〜図３（ｄ）は側面図であって図３（ｂ）は操舵テコによる比率が同じ場合を示し、図３（ｃ）は操舵テコによる比率が後輪軸側を大きくした場合を示し、図３（ｄ）は後輪軸のみを操舵させた場合を示す。 本発明に係る操舵台車の第３の例（操舵リンクの剛性を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。 本発明に係る操舵台車の第４の例（操舵リンク作用点位置を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明に係る操舵台車を２軸ボギー車両に適用した例を示す説明図である。 本発明の操舵台車を２軸連接車両に適用した例を示す説明図であって、図７（ａ）は全体の概略を示す説明図、図７（ｂ）は連接部の平面図、図７（ｃ）は連接部の側面図である。 車両が曲線路を走行した時に、前輪軸に発生する外軌横圧を調査した結果を示すグラフであり、図８（ａ）は本発明に係る操舵台車を用いた場合を示し、図８（ｂ）は通常台車を用いた場合を示す。 車両が曲線路を走行した時に、後輪軸に発生する縦クリープ力を調査した結果を示すグラフであり、図９（ａ）は本発明に係る操舵台車を用いた場合を示し、図９（ｂ）は通常台車を用いた場合を示す。 本発明に係る操舵台車をボルスタレス台車に適用した例を示す説明図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。 本発明に係る操舵台車を３軸ボギー台車に適用した例を示す説明図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は側面図である。 本発明に係る操舵台車に用いることができる各種の軸箱支持装置を示す説明図であり、図１２（ａ）は軸はり式軸箱支持装置を示し、図１２（ｂ）はウィングばね式軸箱支持装置を示し、図１２（ｃ）は緩衝ゴム式軸箱支持装置を示す。 本発明に係る操舵台車に用いることができる各種の軸箱支持装置を示す説明図であり、図１３（ａ）は支持板式軸箱支持装置を示し、図１３（ｂ）はアルストム式軸箱支持装置を示し、図１３（ｃ）は円錐積層ゴム式軸箱支持装置を示す。 通常台車が曲線路を通過中の挙動を示した図である。 一般的なリンク式操舵台車の構成の概略を示す説明図であり、図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は側面図である。 図１５に示す操舵台車が曲線軌道を通過する際の挙動を示す説明図である。

符号の説明

１ｆ 前輪軸
１ｒ 後輪軸
１２ ボルスタ
１３ 台車枠
１４ａ 第１のリンク
１４ｂ 第１のリンク（操舵テコ）
１５ 第２のリンク
１６ 車体側の接続点
１７ 台車枠側の接続点
１８ 輪軸側の接続点
２１ 操舵台車
３１ 鉄道車両

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
以降の説明では、本発明における台車枠操舵装置による後輪軸の操舵角の制御が、台車枠に装着されるリンク機構によって行われる場合を例にとる。また、以降の説明では、上述した図１４〜図１６における構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付することにより、重複する説明を適宜省略する。

図１は、本発明に係る操舵台車２１の第１の例の構成の概略を示す説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。
この操舵台車２１は、後輪軸１ｒのみに台車枠操舵装置２０を取り付けたものである。

この操舵台車２１における後輪軸１ｒは、図示しない車体に装着されるボルスタ１２と台車枠１３とを、２本で一対をなす第１のリンク１４ａ、１４ｂを介して接続する。第１のリンク１４ａ、１４ｂのうち台車枠１３と接続する第１のリンク１４ｂ（以下「操舵テコ１４ｂ」という）と、後輪軸１ｒを回転自在に支持する軸箱１９を第２のリンク１５で接続する。

この操舵台車２１では、車体側のボルスタ１２と、台車２１とのボギー角による変位は、第１のリンク１４ａから操舵テコ１４ｂに伝えられる。図１に示す例では、第１のリンク１４ａと操舵テコ１４ｂとの接続点が車体側の接続点１６である。

伝えられた変位は、操舵テコ１４ｂと台車枠１３との接続点、すなわち台車枠側の接続点１７を中心（支点）とするテコ比によって操舵量を調整し、操舵テコ１４ｂと第２のリンク１５との接続点、すなわち輪軸側の接続点１８を通じて後輪軸１ｒを操舵する。

図２は、この操舵台車２１が曲線軌道を通過する際の挙動を示す説明図である。
この操舵台車２１では、台車枠操舵装置２０により後輪軸１ｒのみが操舵されるため、前輪軸１ｆの操舵角α１と、後輪軸１ｒの操舵角α２との関係は、α２＞α１となる。

また、台車枠操舵装置２０により操舵される後輪軸１ｒは、自己操舵機能（適正な転がり半径差を得られるように輪軸がその軸方向へシフトする機能）によって図２中に矢印で示すように外側のレールの側に移動する。この移動によって、後輪軸１ｒの両車輪間には転がり半径差が得られるようになる。転がり半径差が大きくなれば縦クリープ力Ｆｖｃは図２に示す方向となり、図１４に示す通常台車３の力の方向と逆向きとなる。

操舵テコ１４ｂによって、車体側のボルスタ１２、台車枠１３および後輪軸１ｒが、ピン等により結合された操舵台車２１では、後輪軸１ｒに作用する縦クリープＦｖｃは、車体側の接続点１６を支点として、後輪軸１ｒから軸箱１９を伝って、輪軸側の接続点１８を力点とし、台車枠側の接続点１７を介して台車枠１３に作用力Ｆとして伝えられる。

このため、操舵台車２１では、前記のように縦クリープ力Ｆｖｃが通常台車３の方向とは逆方向に、作用力Ｆとして台車枠１３に作用する。
図１４に示した通常台車３では、縦クリープ力Ｆｖｃは台車枠１３にヨーイング角φを与えるヨーイングモーメント（以下、Ａｎｔｉ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｍｏｍｅｎｔ：ＡＳＭと略す。）Ｍｙとして働く。これに対し、この操舵台車２１では、前記作用力Ｆによりヨーイング角を減少させるモーメント（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｍｏｍｅｎｔ：ＳＭと略す）Ｍとして作用する。

この操舵台車２１では、前輪軸１ｆは台車枠１３が図２の時計周りの方向に回転することによって、外軌横圧Ｑｓｏ、内軌横圧Ｑｓｉ及びアタック角θがいずれも小さくなる。
次に、一般的なリンク式操舵台車と本発明の台車との差異を説明する。図１５に示す一般的なリンク式操舵台車１１では、前輪軸１ｆの操舵角と後輪軸１ｒの操舵角とは同じであるのに対し、図１に示す本発明に係る操舵台車２１では、後輪軸１ｒの操舵角は前輪軸１ｆの操舵角よりも大きい。一般的な操舵台車１１と本発明の操舵台車２１との差異は、操舵テコ１４ｂの役割の違いである。この関係を表１にまとめて示す。表１において、パターン１は図１５に示す一般的なリンク式操舵台車１１の場合を示し、パターン２は図１に示す本発明に係る操舵台車２１の場合を示す。図１５に示す一般的な操舵台車１１は、ボルスタとの接続点１６を力点とし、台車枠との接続点１７を支点とするとともに軸箱との接続点１８を作用点として、前後の両輪軸を操舵する。一方、図１に示す本発明の操舵台車２１は、軸箱との接続点１８を力点とし、ボルスタとの接続点１６を支点とするとともに台車枠との接続点１７を作用点として、台車枠を操舵する。

特に図１６および図２を比較することにより、後輪軸１ｒの操舵角を前輪軸１ｆの操舵角よりも大きくすることによって台車枠１３を曲線軌道４の接線方向に沿うように操舵することができ、これにより、前輪軸１ｆに作用する外軌横圧Ｑｓｏやアタック角θを減少させることができることがわかる。

本発明は、以上説明した新規な知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明に係る鉄道車両用操舵台車２１は、図１および図２に示すように、曲線軌道の走行時に、水平面内で台車枠１３の中心と曲線軌道の円弧の中心とを結ぶ仮想の直線である基準線ＣＬ３に対して後輪軸１ｒの中心線ＣＬ２がなす角度である操舵角α２を、この基準線ＣＬ３に対して前輪軸１ｆの中心線ＣＬ１がなす角度である操舵角α１より大きくなるように、後輪軸１ｒの操舵角を制御すること、好ましくは後輪軸１ｒのみの操舵角を制御することによって、台車枠１３を曲線軌道の接線方向に沿うように操舵すること、すなわち、水平面内において曲線軌道の半径方向に対して台車枠の前後方向の中心線がなす角度である台車枠のヨーイング角φを低減することができる。

台車枠１３を操舵可能にする台車枠操舵装置２０の構成としては、例えば図１に示すように、車体側のボルスタ１２と台車枠１３を第１のリンク１４ａ，１４ｂで接続するとともに、この第１のリンク１４ｂと後輪軸１ｒを第２のリンク１５で接続する構成を例示することができる。

このリンク式の台車枠操舵装置２０を用いることにより、特許文献１のようにアクチュエータを必要としないので、アクチュエータの制御機器ばかりでなくで、アクチュエータの制御を正常に行えなくなった場合のための安全対策も不要となる。

本発明の鉄道車両用操舵台車２１において、後輪軸１ｒの操舵角α２を、前輪軸１ｆの操舵角α１よりも大きくする台車枠操舵装置２０としては、図１に示す、後輪軸１ｒのみを操舵するものには限定されない。

図３〜５に示すように、前輪軸１ｆおよび後輪軸１ｒをともに操舵する台車２１であっても、前輪軸１ｆの操舵角α１より後輪軸１ｒの操舵角α２が大きくなるものであれば、同様に適用できる。

図３は、本発明に係る操舵台車２１の第２の例（操舵テコによる比率を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）〜図３（ｄ）は側面図であって図３（ｂ）は操舵テコによる比率が同じ場合を示し、図３（ｃ）は操舵テコによる比率が後輪軸側を大きくした場合を示し、図３（ｄ）は後輪軸のみを操舵させた場合を示す。

図３に示す台車枠操舵装置２０−１は、図１に示すリンク式の台車枠操舵装置２０の第１の水平リンク１４ａ，１４ｂを、鉛直方向に配置した操舵テコ１４ｂのみとしたものである。この操舵テコ１４ｂによる比率を、前輪軸１ｆと後輪軸１ｒで変化させることによって、前輪軸１ｆの操舵角α１より後輪軸１ｒの操舵角α２を大きくしている。

この場合、図３（ｂ）に示すように、前輪軸１ｆと後輪軸１ｒの操舵テコ１４ｂによる比率をＬｒ＝Ｌｆとせず、図３（ｃ）に示すように、前輪軸１ｆと後輪軸１ｒの操舵テコ１４ｂによる比率をＬｒ＞Ｌｆとして、後輪軸１ｒの操舵角α２を大きくすればよい。なお、この台車枠操舵装置２０−１の場合も、図３（ｄ）に示すように後輪軸１ｒのみ（Ｌｆ＝０）を操舵させるようにしてもよい。

このように、前輪軸１ｆの操舵角α１よりも後輪軸１ｒの操舵角α２を大きくすることによって、後輪軸１ｒへの作用力と前輪軸１ｆへの作用力とが異なるので、台車枠側の接続点１７に力を作用させることができるようになる。よって、この図３（ｃ）および図３（ｄ）の構成によっても本発明は成立する。

図４は、本発明に係る操舵台車の第３の例（操舵リンクの剛性を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。
図４に示す台車枠操舵装置２０−２は、前輪軸１ｆの操舵角α１，後輪軸１ｒの操舵角α２を変化させるために、図３に示すように操舵テコ１４ｂによる比率を、前輪軸１ｆと後輪軸１ｒとで変化させることに替えて、前輪軸１ｆと後輪軸１ｒとで第２のリンク１５の剛性を変化させたものである。

このように、後輪軸１ｒの剛性を前輪軸１ｆの剛性よりも高くすることにより、台車枠側の接続点１７に作用する力のバランスが崩れるので、この接続点１７に発生する力が生まれ、この接続点１７に作用する力により台車枠１３が操舵される。

図５は、本発明に係る操舵台車の第４の例（操舵リンク作用点位置を変化させた例）の構成の概略を示す説明図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。
図５に示す台車枠操舵装置２０−３は、前輪軸１ｆの操舵角α１，後輪軸１ｒの操舵角α２を変化させるために、図３に示すように操舵テコ１４ｂによる比率を変えることや、図４に示すように第２のリンク１５の剛性を変えることの替わりに、後輪軸１ｒと前輪軸１ｆの操舵の作用点を変化させたものである。

後輪軸１ｒの操舵リンク１４ｂの位置より前輪軸１ｆの操舵リンク１４ｂの位置が、車幅方向の内側であれば、同じテコ比であっても、それぞれの前輪軸１ｆ，後輪軸１ｒに作用する位置の距離ｂｆ，ｂｒがｂｒ＞ｂｆの条件であれば、台車枠側の接続点１７に作用する力のバランスが崩れ、結果として台車枠１３を操舵することができる。

次に、本発明に係る操舵台車２１を鉄道車両３１に搭載する場合を説明する。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明に係る操舵台車を２軸ボギー車両に適用した例を示す説明図である。

基本的な配置は、図６（ａ）に示す進行方向の前後に搭載する操舵台車２１ともに、各操舵台車２１の後輪軸１ｒの操舵角が大きい方がよい。
しかし、鉄道車両３１は進行方向が反転するので、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示す場合の進行方向の後側に位置する操舵台車２１の配置が、進行方向の前側に位置する操舵台車２１と逆になってもよい。これは、鉄道車両３１内で横圧が最も大きくなる輪軸は進行方向の前側の操舵台車２１の前輪軸１ｆであり、進行方向の後側の操舵台車２１の前輪軸の横圧は小さいからである。同様の理由により、進行方向の前側の台車のみを本発明の操舵台車２１としてもよい。

図７は、本発明の操舵台車を２軸連接車両に適用した例を示す説明図であって、図７（ａ）は全体の概略を示す説明図、図７（ｂ）は連接部の平面図、図７（ｃ）は連接部の側面図である。

図７（ａ）に示すように車両Ａが車両Ｂに載った連接車両の場合には、車両Ｂの台車として本発明の操舵台車２１を用いればよい。この場合、進行方向に依存せず、図６（ｂ）に示す場合と同様の効果が得られる。図７に示す連接車両の場合には、２車体が連接する箇所以外に配置される台車についても本発明の操舵台車２１を用いているが、連接部以外は通常台車を用いるようにしてもよい。

一般的な通勤電車に、図１に示す本発明に係る操舵台車２１を、図６（ａ）に示すように搭載して、曲率半径Ｒが１２０ｍの曲線区間（カント６０ｍｍ）で、速度１５ｋｍ／ｈでの走行試験を行い、前輪軸１ｆに発生する外軌横圧と、後輪軸１ｒに発生する縦クリープ力とを測定した。測定結果を、下記表２と、図８、９のグラフに示す。

図８および表２に示す結果より、本発明に係る操舵台車２１の前輪軸１ｆに発生する外軌横圧が、通常台車の前輪軸に発生する外軌横圧よりも小さいことが分かる。また、本発明に係る操舵台車２１では、図９（ａ）に示すように、後輪軸１ｒに発生する縦クリープ力がＡＳＭ側からＳＭ側へ作用し、目的とする操舵がなされていることがわかる。

本発明に係る操舵台車は、曲線軌道を走行中は図２に示す挙動を示しており、後輪軸が外軌側に移動することによって転がり半径差がとれ、縦クリープ力が通常台車のそれと反対向きの力となって働く。この時計周りのヨーイングモーメントは、「操舵テコ」により台車枠へ時計周りのヨーイングモーメントとして作用する。

この際、表１に示すように、「操舵テコ」の支点は車体側、力点は輪軸側、作用点は台車枠側となるので、台車枠に作用するヨーイングモーメントによって台車枠のヨーイング角が減少する。台車枠のヨーイング角が減少することによって、前輪軸のアタック角も減少し、内軌横圧及び外軌横圧も低減される。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲に示された技術的思想の範疇であれば、適宜変更可能なことは言うまでもない。

図１０は、本発明に係る操舵台車をボルスタレス台車に適用した例を示す説明図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。
例えば図１〜図５はボルスタ付き台車に本発明を適用した例について説明したが、入力によるボギー角は車体と台車間の相対変位を得られればよいので、図１０に示すようなボルスタレス台車に適用してもよい。なお、図１０における符号２０は車体を示す。

図１１は、本発明に係る操舵台車を３軸ボギー台車に適用した例を示す説明図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は側面図である。
図１〜図１０は、２軸台車に本発明の操舵台車２１を適用した例であるが、図１１のような３軸ボギー台車に本発明の操舵台車２１を適用する場合も、２軸台車の場合と同様に、後輪軸１ｒの操舵角を大きくすればよい。図１１における符号１ｍは中間輪軸を示す。

図１２、１３は、本発明に係る操舵台車に用いることができる各種の軸箱支持装置を示す説明図であり、図１２（ａ）は軸はり式軸箱支持装置を示し、図１２（ｂ）はウィングばね式軸箱支持装置を示し、図１２（ｃ）は緩衝ゴム式軸箱支持装置を示し、図１３（ａ）は支持板式軸箱支持装置を示し、図１３（ｂ）はアルストム式軸箱支持装置を示し、図１３（ｃ）は円錐積層ゴム式軸箱支持装置を示す。

本発明の操舵台車に採用する軸箱支持装置は、図１、２、７、１０の例のようにモノリンク式に限らず、図１２及び図１３に示すような様々な軸箱支持装置を用いることが可能である。

Claims (10)

1. 進行方向の前側に位置する前輪軸、および該進行方向の後側に位置する後輪軸をいずれも軸箱を介して回転自在に支持する台車枠と、曲線軌道の走行時に、少なくとも前記後輪軸の操舵角を制御するための台車枠操舵装置とを備え、
   該台車枠操舵装置により、曲線軌道の走行時に、前記後輪軸の操舵角が前記前輪軸の操舵角よりも大きくなるように前記後輪軸の操舵角を制御することによって、前記台車枠を、該曲線軌道の接線方向に沿うように操舵すること
   を特徴とする鉄道車両用操舵台車。
2. 進行方向の前側に位置する前輪軸、および該進行方向の後側に位置する後輪軸をいずれも軸箱を介して回転自在に支持する台車枠と、曲線軌道の走行時に、少なくとも前記後輪軸の操舵角を制御するための台車枠操舵装置とを備え、
   該台車枠操舵装置により、曲線軌道の走行時に、前記後輪軸の操舵角が前記前輪軸の操舵角よりも大きくなるように前記後輪軸の操舵角を制御することによって、水平面内において該曲線軌道の半径方向に対して前記台車枠の前後方向の中心線がなす角度である台車枠のヨーイング角を低減すること
   を特徴とする鉄道車両用操舵台車。
3. 前記台車枠操舵装置により、曲線軌道の走行時に前記後輪軸の前記操舵角だけを制御する請求項１または請求項２に記載された鉄道車両用操舵台車。
4. 前記台車枠操舵装置による前記後輪軸の前記操舵角の制御は、前記台車枠に装着されるリンク機構によって行われる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された鉄道車両用操舵台車。
5. 前記リンク機構は、前記曲線軌道の走行時の車体に対する台車枠の相対変位であるボギー角に応じて前記操舵角を制御する請求項４に記載された鉄道車両用操舵台車。
6. 前記リンク機構は、車体と前記台車枠とを接続する第１のリンクと、該第１のリンクと少なくとも前記後輪軸を回転自在に支持する軸箱とを接続する第２のリンクとを有する請求項３または請求項４に記載された鉄道車両用操舵台車。
7. 前記後輪軸に接続されるリンクの剛性と、前記前輪軸に接続されるリンクの剛性とが異なる請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載された鉄道車両用操舵台車。
8. 進行方向の前側および後側に台車を備え、前記進行方向の前側および後側の少なくとも一方の台車は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された鉄道車両用操舵台車であることを特徴とする鉄道車両。
9. 進行方向の前側および後側に請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された鉄道車両用操舵台車を備え、該鉄道車両用操舵台車は、前記後輪軸が前記進行方向の内部側に位置するように、設けられることを特徴とする鉄道車両。
10. 少なくとも２車体の連接部分に、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された鉄道車両用操舵台車を備えることを特徴とする連接車両。

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