JPWO2013008468A1 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Abstract

鉄道車両用台車（１）は、車体（１１）を支持するための横ばり（４）と、横ばり（４）を挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸（５）と、車軸（５）の車幅方向両側に設けられて車軸（５）を回転自在に支持する軸受（７）と、軸受（７）を収容する軸箱（８）と、横ばり（４）の車幅方向両端部（４ａ）を支持した状態で車両長手方向に延びて車両長手方向両端部（３０ｃ）が軸箱（８）に支持された側部材（３０）と、横ばり（４）の車幅方向両端部（４ａ）に設けられて、側部材（３０）に対して上下方向に固定されない状態で側部材（３０）の車両長手方向中央部（３０ａ）に上方から載せられている当接部材（３３）と、軸箱（８）に設けられて、側部材（３０）の車両長手方向両端部（３０ｃ）を支持する支持部材（３１）と、を備える。

Description

本発明は、鉄道車両用の台車に関する。

鉄道車両の車体の床下には、車体を支持してレール上を走行するための台車が設けられており、この台車では、輪軸を支持する軸受が収容された軸箱が台車枠に対して上下方向に変位可能となるように軸箱支持装置により支持されている。例えば、特許文献１には、軸箱支持装置が提案されており、台車枠が、横方向に延びる横ばりと、その横ばりの両端部から前後方向に延びた左右一対の側ばりとを備え、軸箱支持装置が、軸箱とその上方にある側ばりとの間に介装されたコイルバネからなる軸バネを備えている。

また、特許文献２には、台車枠のうち側ばりの部分を省いた台車が提案されている。

特許第２７９９０７８号公報 特開昭５５−４７９５０号公報

しかし、特許文献１のような台車では、横ばり及び側ばりからなる台車枠が大重量の鋼材を互いに溶接して製作されているため、台車枠の重量が大きくなると共に、鋼材コストや組立コストが高くなるという問題がある。

これに対して、特許文献２の台車では、台車枠の横ばりと軸箱とが互いに一定距離を保つように支持機構部材により接続されると共に、横ばりの横方向両端部に板バネの前後方向中央部が保持固定され、その板バネの前後方向両端部が軸箱の下部に設けたバネ受け内に挿入されている。

しかしながら、特許文献２の台車の場合、横ばりの横方向両端部に四角筒状の取付部を設け、その取付部の空洞部に板バネの前後方向中央部を挿通し、取付部と板バネとの隙間にスペーサを配置して板バネを位置決め固定しているので、構造が複雑となり、組立作業性が良くない。また、その板バネの前後方向中央部は、横ばりの取付部により全周が保持固定されており、横ばりと板バネとの間で捩り力が伝達されるが、その捩り対策として各部材を高強度にしたり台車を補強したりすると、その分だけ重量も増加する。

そこで本発明は、台車を簡素かつ軽量にしながら組立作業性を向上することを目的としている。

本発明に係る鉄道車両用台車は、鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱と、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持された側部材と、前記横ばりの車幅方向両端部に設けられて、前記側部材に対して上下方向に固定されない状態で前記側部材の車両長手方向中央部に上方から載せられている当接部材と、前記軸箱に設けられて、前記側部材の車両長手方向両端部を支持する支持部材と、を備える。

前記構成によれば、横ばりの車幅方向両端部に設けた当接部材は、側部材に対して上下方向に固定されない状態で側部材の車両長手方向中央部に上方から載せられた構成であるので、側部材と横ばりとの間の支持構造が簡素になるとともに、台車の組立作業性も大幅に向上する。さらに、横ばりの当接部材は側部材に対して上下方向に固定されていないので、横ばりと側部材との間で捩り力が伝達されにくくなり、捩り対策として各部材を高強度にしたり台車を補強したりする必要もなく、台車の軽量化を促進することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、台車を簡素かつ軽量にしながら、組立作業性を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用台車を表した斜視図である。 図１に示す台車の平面図である。 図１に示す台車の側面図である。 図２のIV−IV線断面における横ばりの当接部材と板バネとを表した要部断面図である。 図２のV−V線断面図である。 図３に示す台車における板バネと軸箱の支持部材とを表した要部側面図である。 本発明の第２実施形態に係る台車の図４相当の図面である。 本発明の第３実施形態に係る台車の図４相当の図面である。 本発明の第４実施形態に係る台車の図６相当の図面である。 本発明の第５実施形態に係る台車の図６相当の図面である。 本発明の第６実施形態に係る台車の図３相当の図面である。 本発明の第７実施形態に係る台車の横ばりの側方から見た断面図である。 本発明の第８実施形態に係る台車の側面図である。 図１３に示す台車における板バネの側面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用台車１を表した斜視図である。図２は、図１に示す板バネ台車１の平面図である。図３は、図１に示す板バネ台車１の側面図である。図１乃至３に示すように、鉄道車両用台車１は、二次サスペンションとなる空気バネ２を介して車体１１を支持するための台車枠３として車幅方向（以下、横方向ともいう）に延びる横ばり４を備えているが、横ばり４の横方向両端部から車両長手方向（以下、前後方向ともいう）に延びる側ばりを備えていない。横ばり４の前方及び後方には、横方向に沿って前後一対の車軸５が配置されており、車軸５の横方向両側には車輪６が固定されている。車軸５の横方向両端部には、車輪６よりも横方向外側にて車軸５を回転自在に支持する軸受７が設けられ、その軸受７は軸箱８に収容されている。横ばり４には、電動機９が取り付けられており、その電動機９の出力軸には、車軸５に動力を伝達する減速ギヤが収容されたギヤボックス１０が接続されている。なお、横ばり４には、車輪６の回転を制動するためのブレーキ装置（図示せず）も設けられている。

横ばり４は、横方向に延びる金属からなる一対の角パイプ１２と、それら角パイプ１２を接続する金属からなる接続板１３，１４とを有し、接続板１３，１４は、角パイプ１２に対して溶接やボルト結合等により固定されている。横ばり４の横方向両端部４ａには、筒状の接続板１４が間隔をあけて一対設けられており、それらの上面に空気バネ台座１５が設置されている。なお、横ばり４の横方向長さは、左側の軸箱８と右側の軸箱８との間の距離よりも長い（すなわち、横ばり４は軸箱８よりも車幅方向外方に突出している）。

横ばり４の横方向両端部４ａは、連結機構１６によって軸箱８に連結されている。連結機構１６は、軸箱８から一体的に前後方向に沿って延びた軸ばり１７を備えている。軸ばり１７の端部には、内周面が円筒形状で横方向両側が開口する筒状部１８が設けられている。筒状部１８の内部空間には、ゴムブッシュ（図示せず）を介して心棒２０が挿通されている。横ばり４の横方向両端部４ａには、連結機構１６を構成する一対の受け座２１，２２が前後方向に突出して設けられている。一対の受け座２１，２２は、その上端部が連結板２３によって連結されており、その連結板２３がボルト２４によって角パイプ１２に固定されている。受け座２１，２２には、下方に向けて開口する嵌入溝２５が形成されている。嵌入溝２５には、心棒２０の横方向両端部が下方から嵌入されている。その状態で、嵌入溝２５の下側開口を閉鎖するように蓋部材２６がボルト（図示せず）により下方から受け座２１，２２に固定され、心棒２０が蓋部材２６によって下方から支持されている。

横ばり４と軸箱８との間には、前後方向に延びた板バネ３０（側部材）が架け渡されており、板バネ３０の前後方向中央部３０ａが横ばり４の横方向両端部４ａを支持し、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃが軸箱８に支持されている。即ち、板バネ３０が、一次サスペンションの機能と従来の側ばりの機能とを兼ねている。軸箱８の上端部には支持部材３１が取り付けられており、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃは支持部材３１によって下方から支持されている。板バネ３０の前後方向中央部３０ａは、横ばり４の下方に潜り込むように配置されており、横ばり４の横方向両端部４ａに設けた当接部材３３（図４参照）が上方から載せられている。

板バネ３０のうち前後方向中央部３０ａと前後方向両端部３０ｃとの間の延在部３０ｂは、側面視で前後方向中央部３０ａに向けて下方に傾斜しており、板バネ３０の前後方向中央部３０ａは、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃよりも下方に位置している。即ち、板バネ３０は、側面視で全体として下方に凸となる弓形状に形成されている。板バネ３０の延在部３０ｂの一部は、側面視で連結機構１６と重なる位置に配置されている。但し、板バネ３０は、連結機構１６と隙間をあけて配置されている。具体的には、板バネ３０の延在部３０ｂの一部は、一対の受け座２１，２２で挟まれた空間２７を通過し、連結板２３の下方を通過して横ばり４の下方位置に至っている。

図４は、図２のIV−IV線断面における横ばり４の当接部材３３と板バネ３０とを表した要部断面図である。図５は、図２のV−V線断面図である。図４に示すように、横ばり４の横方向両端部４ａには、一対の角パイプ１２の下面に固定された金属（例えば、一般鋼材）からなる固定板３２と、その固定板３２の下面に固定された剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなる当接部材３３とが設けられており、その当接部材３３が板バネ３０の下面を支持せずに開放した状態で板バネ３０の前後方向中央部３０ａに上方から載せられて自由接触している。換言すれば、当接部材３３は、板バネ３０に対して上下方向に固定されない状態で板バネ３０の上面に離隔可能に接触している。即ち、当接部材３３は、固定具により板バネ３０に固定されることなく、横ばり４からの重力による下方荷重とそれに対する板バネ３０の反力との接触圧によって板バネ３０の上面との接触が保たれた状態となっている。また、図５に示すように、横ばり４には、当接部材３３の横方向両側にて下方に突出する一対のガイド側壁３９が互いに距離をあけて設けられており、それらガイド側壁３９の間に板バネ３０が隙間をあけて配置されている。

図４に示すように、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃは、横ばり４の当接部材３３の下面である接触面３３ａよりも高い位置にある。当接部材３３の板バネ３０との接触面３３ａは、側面視で下方に向けて凸となる略円弧形状を呈している。側面視において、当接部材３３の接触面３３ａの曲率は、台車１が車体１１を支持していない状態で、板バネ３０の当接部材３３と接触する部分の曲率よりも大きくなるよう設定されている。また、台車１が車体１１を支持した状態では、車体１１からの下方荷重によって横ばり４が下方に沈むように板バネ３０が弾性変形し、板バネ３０の当接部材３３と接触する部分の曲率は増加するが、空車時には、当接部材３３の接触面３３ａの曲率が板バネ３０の当接部材３３と接触する部分の曲率よりも大きい状態が保たれる（図４の実線）。

そして、車体１１に乗車する人数が増えて横ばり４に対する下方荷重が増加していくと、板バネ３０の当接部材３３と接触する部分の曲率が増加していく。即ち、横ばり４に対する下方荷重が増加していくと、板バネ３０が弾性変形して当接部材３３との接触面積が増加していき、板バネ３０の当接部材３３との接触箇所から板バネ３０の支持部材３１との接触箇所までの最短距離はＬ１からＬ２へと短くなる（図４の破線）。そうすると、車体１１への乗車率が増加して横ばり４に掛かる下方荷重が増加するにつれて、板バネ３０のバネ定数が増加することとなる。よって、乗車率の変化に応じてバネ定数が変化して、乗車率が低いときも高いときも乗り心地の良い車両が実現される。

板バネ３０は、繊維強化樹脂（例えば、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ）からなる下層部３５と、下層部３５よりも薄い金属（例えば、一般鋼材）からなる上層部３６とを備えた二層構造である。言い換えると、板バネ３０は、繊維強化樹脂からなる板バネ本体部分（下層部３５）の上面側を金属（上層部３６）で一体的に被覆してなるものである。板バネ３０の延在部３０ｂは、前後方向における端部側から中央部側に向けて徐々に肉厚Ｔが大きくなるよう形成されている。具体的には、板バネ３０の延在部３０ｂにおいて、下層部３５の肉厚が前後方向における端部側から中央部側に向けて徐々に大きくなり、上層部３６の肉厚は一定である。例えば、下層部３５の最も薄い部分の厚みが、上層部３６の最も薄い部分の厚みの３〜１０倍であり、下層部３５の最も厚い部分の厚みが、上層部３６の最も厚い部分の厚みの５〜１５倍である。当接部材３３の接触面３３ａと板バネ３０の上面との接触箇所には、遊びをもって上下方向に嵌合する嵌合部である凹凸嵌合構造が設けられている。具体的には、当接部材３３の接触面３３ａの中央部分に上方に窪んだ凹部３３ｂが形成され、板バネ３０の上層部３６の上面に凹部３３ｂと遊びをもって嵌合する凸部３６ａが形成されている。

図６は、図３に示す板バネ台車１における板バネ３０と軸箱８の支持部材３１とを表した要部側面図である。図６に示すように、軸箱８の上端部には支持部材３１が載せられている。支持部材３１には、その中央に穴部３１ａが形成されており、その穴部３１ａに軸箱８の上に設けた凸部８ａが嵌合されている。支持部材３１は、下から順に、ゴム板４１、金属板４２及びゴム板４３が互いに接着された状態で積層されてなる。即ち、板バネ３０の繊維強化樹脂からなる下層部３５に対する支持部材３１の接触面３３ａは、ゴムから形成されている。

板バネ３０の前後方向両端部３０ｃは、支持部材３１に上方から載せられて自由接触している。換言すれば、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃは、支持部材３１に対して上下方向に固定されない状態で支持部材３１の上面に接触している。即ち、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃは、固定具により支持部材３１に固定されることなく、板バネ３０からの下方荷重とそれに対する支持部材３１の反力との接触圧のみによってにより支持部材３１の上面との接触が保たれた状態となっている。支持部材３１の接触面４３ａ（上面）と板バネ３０の下面との接触箇所には、遊びをもって上下方向に嵌合する嵌合部である凹凸嵌合構造が設けられている。具体的には、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃに下層部３５から下方に一体的に突出する凸部３５ａが形成され、その凸部３５ａが支持部材３１の穴部３１ａに遊びをもって嵌合されている。

以上に説明した構成によれば、横ばり４の当接部材３３は、板バネ３０の前後方向中央部３０ａに上方から載せられて板バネ３０に対して上下方向に固定されない状態で、板バネ３０の上面に自由接触している。さらに、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃも、軸箱８の支持部材３１に上方から載せられて支持部材３１に対して上下方向に固定されない状態で、支持部材３１の上面に自由接触している。よって、板バネ３０と横ばり４との間の支持構造及び板バネ３０と軸箱８との間の支持構造が簡素になるとともに、台車１の組立作業性も大幅に向上する。

さらに、横ばり４の当接部材３３が板バネ３０に対して上下方向に固定されずに接触しており、かつ、軸箱８の支持部材３１も板バネ３０に対して上下方向に固定されずに接触しているので、横ばり４と板バネ３０との間及び板バネ３０と軸箱８との間に捩り力が伝達されにくくなる。よって、捩り対策として各部材を高強度にしたり台車１を補強したりする必要もなく、台車の軽量化を促進することができる。また、横ばり４と板バネ３０と軸箱８との間に捩り力が伝達されにくいので、複数の車輪６のうち一部の車輪６に輪重抜けが発生することも抑止することができる。

さらに、繊維強化樹脂は金属と違ってリサイクルが難しいが、他部品と簡単に分離できる板バネ３０に繊維強化樹脂を用いているので、他部位の金属からなる部材のリサイクル性を良好に保つことができる。また、板バネ３０は、金属からなる被覆材である上層部３６を介して当接部材３３と接触しており、かつ、板バネ３０の繊維強化樹脂からなる下層部３５は支持部材３１のゴム板４３と接触しているため、板バネ３０の繊維強化樹脂を保護することができる。

また、横ばり４への下方荷重が増加して板バネ３０が弾性変形する際には板バネ３０の上面側に圧縮応力が生じるが、一般に繊維強化樹脂の圧縮強度はその引張強度に比べて低い。本実施形態では、上層部３６は、その圧縮強度が下層部３５の繊維強化樹脂の圧縮強度よりも高い金属で形成されている。よって、下層部３５に固着された上層部３６が、板バネ３０の弾性変形時に繊維強化樹脂からなる下層部３５を補強する役目を果たすことができる。さらに、板バネ３０は、その一部が側面視で連結機構１６の受け座２１，２２と重なるように配置されているので、板バネ３０及び連結機構１６の上下の占有スペースを抑制することができる。そして、板バネ３０の前後方向中央部３０ａは、板バネ３０の前後方向両端部３０ｃよりも下方に位置しているので、横ばり４を低く配置することができ、車両の低床化に寄与することができる。

また、当接部材３３と板バネ３０との接触箇所及び板バネ３０と支持部材３１との接触箇所に遊びをもって上下方向に嵌合する凹凸嵌合構造が設けられているので、組み付け時の作業性が良好になるとともに、水平方向への位置ズレを防止することができる。なお、当接部材３３と板バネ３０との間の凹凸嵌合構造を設けずに、板バネ３０に対して水平方向にも固定されない状態で当接部材３３を板バネ３０の上に載せた構成としてもよい。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る板バネ台車の図４相当の図面である。図７に示すように、第２実施形態の板バネ台車は、横ばり１０４の当接部材１３３の前後方向両端部分に弾性部材５２（例えば、ゴム）を設けている。具体的には、当接部材１３３は、角パイプ１２に固定された固定板３２の下面に固定された剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなる本体部５１と、その本体部５１の前後方向両側に隣接して配置された弾性部材５２とを備えている。本体部５１及び弾性部材５２の下面は、側面視で滑らかに連続して下方に向けて凸となる略円弧形状の接触面１３３ａを形成している。これにより、横ばり１０４に対する下方荷重の増加によって板バネ３０が弾性変形して当接部材１３３の前後方向両端部分に接触しても、当該部分が弾性部材５２からなるので、板バネ３０への局所的な負荷を良好に緩和することができる。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。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る板バネ台車の図４相当の図面である。図８に示すように、第３実施形態の板バネ台車は、横ばり２０４の当接部材２３３の下面に板バネ３０の上面と面接触する弾性部材１５２（例えば、ゴム）を設けている。具体的には、当接部材２３３は、角パイプ１２に固定された固定板３２の下面に固定された剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなる本体部５１と、その本体部５１の下面及び前後方向両端を覆う弾性部材１５２とを備えている。本体部５１の下面は、側面視で下方に向けて凸となる略円弧形状を呈し、弾性部材１５２の下面は、側面視で下方に向けて凸となる略円弧形状の接触面２３３ａを形成している。

台車が車体を支持していない状態において、弾性部材１５２の接触面２３３ａ（下面）は、その全体が板バネ３０の上面に接触している。そして、台車が車体を支持した状態において、車体に乗車する人数が増えて横ばり２０４に対する下方荷重が増加すると、板バネ３０の前後方向中央部３０ａの曲率が増加（撓み量が増加）し、弾性部材１５２の接触面２３３ａが板バネ３０の上面に押されて弾性部材１５２の主に前後方向両側部分が収縮する。逆に、横ばり２０４に対する下方荷重が減少して板バネ３０の前後方向中央部３０ａの曲率が減少（撓み量が減少）すると、弾性部材１５２の主に前後方向両側部分が圧縮力の減少により膨張することで、当接部材２３３の接触面２３３ａ全体が板バネ３０の上面に面接触した状態が保たれる。よって、当接部材２３３の接触面２３３ａと板バネ３０との間に隙間が生じず、当該隙間にゴミ等が侵入することが防止される。

また、横ばり２０４に対する下方荷重が増加して板バネ３０の曲率が増加していくと、弾性部材１５２の前後方向両側部分と板バネ３０との間の接触圧が増加するため、板バネ３０の延在部３０ｂの非拘束部分の前後方向長さが実質的に短くなるのと同等の作用が得られ、板バネ３０のバネ定数が増加することとなる。よって、乗車率の変化に応じてバネ定数が変化し、乗車率が低いときも高いときも乗り心地の良い車両が実現される。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。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る板バネ台車の図６相当の図面である。図９に示すように、第３実施形態の板バネ台車は、板バネ１３０（側部材）の前後方向両端部１３０ｃにおいて繊維強化樹脂からなる下層部３５の下面にゴム板６１が固着されている。軸箱８の上端部に設けた支持部材１３１は、下から順に、ゴム板４１及び金属板４２が積層されてなる。即ち、支持部材１３１の上面が金属で形成されているが、板バネ１３０の前後方向両端部１３０ｃの下面がゴムで形成されているので、板バネ１３０の繊維強化樹脂からなる下層部３５を良好に保護することができる。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。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係る板バネ台車の図６相当の図面である。図１０に示すように、第５実施形態の板バネ台車は、軸箱８の上端部に設けた支持部材２３１の上面が側面視で上方に向けて凸である略円弧状に形成されている。具体的には、支持部材２３１は、下から順に、ゴム板４１、金属板４２及びゴム板１４３が積層されてなり、その最上層のゴム板１４３の上面１４３ａが側面視で略円弧形状に形成されている。即ち、側面視において、支持部材２３１の上面１４３ａの曲率は、板バネ３０の支持部材２３１と接触する部分（前後方向両端部３０ｃ）の下面の曲率よりも大きい。これにより、板バネ３０の当接部材３３（図４）との接触箇所から板バネ３０の支持部材２３１との接触箇所までの最短距離は、横ばり４（図４）に対する下方荷重が増加して板バネ３０が弾性変形するにつれて短くなる。そうすると、車体１１への乗車率が増加するにつれて板バネ３０のバネ定数が増加することとなる。よって、乗車率の変化に応じてバネ定数が変化して、乗車率が低いときも高いときも乗り心地の良い車両を実現することができる。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。

（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態に係る台車３０１の図３相当の図面である。図１１に示すように、第６実施形態の板バネ台車３０１は、板バネ３０の代わりに、剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなり前後方向に延びる長尺部材３３０（側部材）を用いている。長尺部材３３０は、例えば、筒形状を有している。長尺部材３３０は、横ばり３０４の横方向両端部３０４ａを支持する前後方向中央部３３０ａと、軸箱８に支持されて中央部３３０ａよりも高い位置にある前後方向両端部３３０ｃと、中央部３３０ａと両端部３３０ｃとを接続する傾斜部３３０ｂとを有している。即ち、長尺部材３３０は、中央部３３０ａとその前後にある一対の傾斜部３３０ｂとで凹部を構成している。長尺部材３３０の両端部３３０ｃと軸箱８との間には、一次サスペンションとしてコイルバネ３３１が介装されている。長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、側面視で連結機構１６と重なる位置に配置されている。具体的には、長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、一対の受け座２１，２２で挟まれた空間２７（図１参照）を挿通している。

横ばり３０４の横方向両端部３０４ａには、底壁として当接部材３３３が設けられている。横ばり３０４の横方向両端部３０４ａの当接部材３３３は、長尺部材３３０の下面を支持せずに開放した状態で長尺部材３３０の中央部３３０ａの上にゴム板３５０を介して上方から載せられている。即ち、当接部材３３３は、固定具により長尺部材３３０に固定されることなく離隔可能に長尺部材３３０に載せられており、横ばり４からの重力による下方荷重とそれに対する長尺部材３３０の反力との接触圧によって長尺部材３３０と一体な状態が維持されている。

このように、横ばり３０４の当接部材３３３は、長尺部材３３０に上方から載せられて長尺部材３３０に対して上下方向に固定されていないので、長尺部材３３０と横ばり３０４との間の支持構造が簡素になり、台車の組立作業性が大幅に向上する。さらに、横ばり３０４の当接部材３３３が長尺部材３３０に対して上下方向に固定されていないので、横ばり３０４と長尺部材３３０との間で捩り力が伝達されにくくなる。よって、捩り対策として各部材を高強度にしたり台車を補強したりする必要がなく、台車の軽量化を促進することができる。また、横ばり３０４と長尺部材３３０との間で捩り力が伝達されにくいので、複数の車輪６のうち一部の車輪６に輪重抜けが発生することも抑止することができる。

なお、当接部材３３３と長尺部材３３０とは、互いに上下方向に嵌合する嵌合部を有してもよく、当接部材３３３と長尺部材３３０とを上下方向に固定しない状態で互いの水平方向の相対移動を規制するようにしてもよい。

（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態に係る台車の横ばり４０４の側方（左右方向）から見た断面図である。図１２に示すように、第７実施形態の横ばり４０４は、金属を切削加工してなる横ばり本体４６０と、その横ばり本体４６０の加工面に形成された開口部４６０ｇを塞ぐ板状の蓋４６１とを備えている。横ばり本体４６０は、金属からなる横方向に長尺の六面体を一面側（本例では下面側）から切削加工して凹空間Ｓが形成されたものである。これにより、横ばり本体４６０は、上壁部４６０ａ、前壁部４６０ｂ、後壁部４６０ｃ、右壁部４６０ｄおよび左壁部４６０ｅの５面の外壁部を備えるとともに、凹空間Ｓを区切る内壁部４６０ｆを備える。そして、横ばり本体４６０の下面には、凹空間Ｓの開口部４６０ｇを塞ぐように蓋４６１が取り付けられている。この蓋４６１は、横ばり本体４６０よりも薄肉なプレートであり、固定具（例えば、ボルトやネジ等）により横ばり本体４６０に固定されている。つまり、横ばり４０４は、溶接を用いずに製作が可能である。なお、横ばり本体４６０の外面及び内面の角部は、面取り加工が施されて丸められている。

このような構成にすれば、横ばり４０４を切削加工機により自動的に製造することができて溶接のような熟練作業が不要となるため、製造効率及び製作精度が向上する。そして、この構成は、横ばり４０４を側部材（板バネ３０や長尺部材３３０）に溶接しない構成と併せることで、溶接による累積歪みを除去する作業が大幅に削減され、製造効率を飛躍的に改善することができる。

（第８実施形態）
図１３は、本発明の第８実施形態に係る台車５０１の側面図である。図１４は、図１３に示す台車５０１における板バネ５３０の側面図である。図１３及び１４に示すように、第８実施形態の台車５０１では、側面視において全体として下方に凸となる弓形状に形成された板バネ５３０が用いられている。板バネ５３０は、側面視において、その長手方向中央部５３０ａが下方に向けて突出する円弧形状であり、その長手方向両端部５３０ｃが上方に向けて反っている。よって、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃの下面は、平坦面ではあるが、水平面に対して傾斜している。即ち、長手方向両端部５３０ｃの下面は、車両長手方向の外側に向かうにつれて高くなるように傾斜している。

軸箱８の上端部には支持部材５３１が取り付けられており、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃが支持部材５３１の上面に上方から載せられている。そして、その支持部材５３０の上面は、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃに沿うように水平面に対して傾斜している。また、横ばり４の車幅方向両端部４ａの下部には、円弧状の下面５３３ａを有する当接部材５３３が設けられ、その当接部材５３３が板バネ５３０の長手方向中央部５３０ａに上方から載せられて自由接触している。但し、当接部材５３３及び板バネ５３０には互いに上下方向に嵌合する嵌合部は設けられていない。なお、板バネ５３０の長手方向中央部５３０ａの上面には、当接部材５３３に接触する介装シート５７０（例えば、ゴムシート等）が設けられている。

図１４に示すように、板バネ５３０は、上層５６１、中間層５６２及び下層５６３を有し、中間層５６２の体積は、上層５６１及び下層５６３の全体の体積よりも大きい。上層５６１及び下層５６３はＣＦＲＰによって形成され、中間層５６２はＧＦＲＰによって形成されている。ＣＦＲＰは、ＧＦＲＰよりも引張又は圧縮に対する強度が高い。板バネ５３０の肉厚は、その長手方向中央部５３０ａから長手方向両端部５３０ｃに向けて徐々に薄くなるよう形成されている。中間層５６２の肉厚は、その長手方向中央部５３０ａから長手方向両端部５３０ｃに向けて徐々に薄くなるよう形成されており、上層５６１及び下層５６３の肉厚は一定であり、上層５６１の肉厚は下層５６３の肉厚よりも薄い。

台車１が支持する車体１１が空車状態であるとき、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃの水平面に対する傾斜角θは、１０°以上２５°以下の値（例えば、１５°）に設定されている。車両走行時は、上下、前後及び左右の振動が車輪６から台車枠に伝達され、振動成分のうち支配的な加速度となる上下振動成分が板バネ５３０により伝達及び吸収されている。このとき、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃの下面は傾斜しているため、振動により支持部材５３１から板バネ５３０に伝達される上向きの力Ｆは、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃに対して垂直な分力Ｆａと水平な分力Ｆｂとに分けられる。よって、支持部材５３１から板バネ５３０に伝達される荷重は、力Ｆから分力Ｆａに低減される（Ｆａ＝Ｆ・ｃｏｓθ）。また、板バネ５３０は、当接部材５３３に対して固定されておらず、当接部材５３３の円弧状の下面５３３ａに沿ってシーソーのように回動し得る。そのため、板バネ５３０の長手方向片側の端部５３０ｃに上下振動が伝わったとき、板バネ５３０の長手方向中央部５３０ａを支点とした回動によっても上下振動の加速度を吸収できる。 また、振動により、板バネ５３０の長手方向片側の端部５３０ｃの傾斜角θが、長手方向他側の端部５３０ｃの傾斜角θよりも大きくなったときには、傾斜角θの大きい側の端部５３０ｃの分力Ｆａが、傾斜角θの小さい側の端部５３０ｃの分力Ｆａよりも小さくなる。そのため、板バネ５３０の長手方向両側の傾斜角θが同じになるように（即ち、元の姿勢に戻るように）力が作用し、板バネ５３０は平衡を保つ自己修正機能を持つことになる。

さらに、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃの各々に対して支持部材５３１から上向きの荷重が掛って板バネ５３０が撓んだときには、板バネ５３０の曲率が大きくなるので、板バネ５３０の長手方向中央部５３０ａは相対的に下方に落ち込むことになる。そのことは、板バネ５３０の長手方向中央部５３０ａの支持する当接部材５３３が下方に落ち込む方向に作用するので、支持部材５３１から板バネ５３０を介して当接部材５３３に伝わる上向きの加速度成分を打ち消す働きもある。勿論、板バネ５３０自身にバネ効果があるので、その長手方向両端部５３０ｃの辺りが撓んで、支持部材５３１から伝わる上向きの加速度を吸収し、当接部材５３３への振動伝達を減らす役割もある。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前述した各実施形態では、支持部材３１，１３１，２３１は、軸箱８の上に載せた別体物としたが軸箱８の一部であってもよい。また、当接部材３３，１３３の板バネ３０，１３０との接触面をゴムで形成し、そのゴムとの接触する板バネ３０，１３０の表面は繊維強化樹脂から形成されてもよい。また、板バネ全体を繊維強化樹脂にしてもよいし、また、板バネ以外を繊維強化樹脂としてもよい。また、横ばりと軸箱との間の水平方向の相対変位が所定以上にならないように横ばり及び軸箱が側部材を介して規制されていれば、連結機構１６を無くしてもよい。前述した各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。

以上のように、本発明に係る鉄道車両用台車は、台車を簡素かつ軽量にしながら組立作業性を向上することができる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる鉄道車両に広く適用すると有益である。

１，３０１，５０１ 鉄道車両用台車
４，１０４，２０４，３０４，４０４ 横ばり
５ 車軸
７ 軸受
８ 軸箱
１１ 車体
１６ 連結機構
３０，５３０ 板バネ（側部材）
３０ａ，５３０ａ 前後方向中央部
３０ｃ，５３０ｃ 前後方向両端部
３１，１３１，２３１，５３１ 支持部材
３３，１３３，２３３，３３３，５３３ 当接部材
３３ａ 接触面
３３ｂ 凹部
３５ 下層部
３５ａ 凸部
３６ 上層部
３６ａ 凸部
３３０ 長尺部材（側部材）

本発明に係る鉄道車両用台車は、鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を収容する軸箱と、前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持された板バネと、前記横ばりの車幅方向両端部に設けられて、前記板バネに対して上下方向に固定されない状態で前記板バネの車両長手方向中央部に上方から載せられて前記板バネの前記車両長手方向中央部に離隔可能に接触している当接部材と、前記軸箱に設けられて、前記板バネの車両長手方向両端部を支持する支持部材と、を備え、前記当接部材の前記板バネとの接触面は、側面視で下方に向けて凸である略円弧形状を有する。

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用台車を表した斜視図である。 図１に示す台車の平面図である。 図１に示す台車の側面図である。 図２のIV−IV線断面における横ばりの当接部材と板バネとを表した要部断面図である。 図２のV−V線断面図である。 図３に示す台車における板バネと軸箱の支持部材とを表した要部側面図である。 本発明の第２実施形態に係る台車の図４相当の図面である。 本発明の第３実施形態に係る台車の図４相当の図面である。 本発明の第４実施形態に係る台車の図６相当の図面である。 本発明の第５実施形態に係る台車の図６相当の図面である。 参考形態に係る台車の図３相当の図面である。 本発明の第６実施形態に係る台車の横ばりの側方から見た断面図である。 本発明の第７実施形態に係る台車の側面図である。 図１３に示す台車における板バネの側面図である。

（参考形態）
図１１は、参考形態に係る台車３０１の図３相当の図面である。図１１に示すように、参考形態の板バネ台車３０１は、板バネ３０の代わりに、剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなり前後方向に延びる長尺部材３３０（側部材）を用いている。長尺部材３３０は、例えば、筒形状を有している。長尺部材３３０は、横ばり３０４の横方向両端部３０４ａを支持する前後方向中央部３３０ａと、軸箱８に支持されて中央部３３０ａよりも高い位置にある前後方向両端部３３０ｃと、中央部３３０ａと両端部３３０ｃとを接続する傾斜部３３０ｂとを有している。即ち、長尺部材３３０は、中央部３３０ａとその前後にある一対の傾斜部３３０ｂとで凹部を構成している。長尺部材３３０の両端部３３０ｃと軸箱８との間には、一次サスペンションとしてコイルバネ３３１が介装されている。長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、側面視で連結機構１６と重なる位置に配置されている。具体的には、長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、一対の受け座２１，２２で挟まれた空間２７（図１参照）を挿通している。

（第６実施形態）
図１２は、本発明の第６実施形態に係る台車の横ばり４０４の側方（左右方向）から見た断面図である。図１２に示すように、第６実施形態の横ばり４０４は、金属を切削加工してなる横ばり本体４６０と、その横ばり本体４６０の加工面に形成された開口部４６０ｇを塞ぐ板状の蓋４６１とを備えている。横ばり本体４６０は、金属からなる横方向に長尺の六面体を一面側（本例では下面側）から切削加工して凹空間Ｓが形成されたものである。これにより、横ばり本体４６０は、上壁部４６０ａ、前壁部４６０ｂ、後壁部４６０ｃ、右壁部４６０ｄおよび左壁部４６０ｅの５面の外壁部を備えるとともに、凹空間Ｓを区切る内壁部４６０ｆを備える。そして、横ばり本体４６０の下面には、凹空間Ｓの開口部４６０ｇを塞ぐように蓋４６１が取り付けられている。この蓋４６１は、横ばり本体４６０よりも薄肉なプレートであり、固定具（例えば、ボルトやネジ等）により横ばり本体４６０に固定されている。つまり、横ばり４０４は、溶接を用いずに製作が可能である。なお、横ばり本体４６０の外面及び内面の角部は、面取り加工が施されて丸められている。

（第７実施形態）
図１３は、本発明の第７実施形態に係る台車５０１の側面図である。図１４は、図１３に示す台車５０１における板バネ５３０の側面図である。図１３及び１４に示すように、第７実施形態の台車５０１では、側面視において全体として下方に凸となる弓形状に形成された板バネ５３０が用いられている。板バネ５３０は、側面視において、その長手方向中央部５３０ａが下方に向けて突出する円弧形状であり、その長手方向両端部５３０ｃが上方に向けて反っている。よって、板バネ５３０の長手方向両端部５３０ｃの下面は、平坦面ではあるが、水平面に対して傾斜している。即ち、長手方向両端部５３０ｃの下面は、車両長手方向の外側に向かうにつれて高くなるように傾斜している。

図６は、図３に示す板バネ台車１における板バネ３０と軸箱８の支持部材３１とを表した要部側面図である。図６に示すように、軸箱８の上端部には支持部材３１が載せられている。支持部材３１には、その中央に穴部３１ａが形成されており、その穴部３１ａに軸箱８の上に設けた凸部８ａが嵌合されている。支持部材３１は、下から順に、ゴム板４１、金属板４２及びゴム板４３が互いに接着された状態で積層されてなる。即ち、板バネ３０の繊維強化樹脂からなる下層部３５に対する支持部材３１の接触面４３ａは、ゴムから形成されている。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る板バネ台車の図６相当の図面である。図９に示すように、第４実施形態の板バネ台車は、板バネ１３０（側部材）の前後方向両端部１３０ｃにおいて繊維強化樹脂からなる下層部３５の下面にゴム板６１が固着されている。軸箱８の上端部に設けた支持部材１３１は、下から順に、ゴム板４１及び金属板４２が積層されてなる。即ち、支持部材１３１の上面が金属で形成されているが、板バネ１３０の前後方向両端部１３０ｃの下面がゴムで形成されているので、板バネ１３０の繊維強化樹脂からなる下層部３５を良好に保護することができる。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。

（参考形態）
図１１は、参考形態に係る台車３０１の図３相当の図面である。図１１に示すように、参考形態の台車３０１は、板バネ３０の代わりに、剛性部材（例えば、金属や繊維強化樹脂等で構成された非弾性部材）からなり前後方向に延びる長尺部材３３０（側部材）を用いている。長尺部材３３０は、例えば、筒形状を有している。長尺部材３３０は、横ばり３０４の横方向両端部３０４ａを支持する前後方向中央部３３０ａと、軸箱８に支持されて中央部３３０ａよりも高い位置にある前後方向両端部３３０ｃと、中央部３３０ａと両端部３３０ｃとを接続する傾斜部３３０ｂとを有している。即ち、長尺部材３３０は、中央部３３０ａとその前後にある一対の傾斜部３３０ｂとで凹部を構成している。長尺部材３３０の両端部３３０ｃと軸箱８との間には、一次サスペンションとしてコイルバネ３３１が介装されている。長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、側面視で連結機構１６と重なる位置に配置されている。具体的には、長尺部材３３０の傾斜部３３０ｂの一部は、一対の受け座２１，２２で挟まれた空間２７（図１参照）を挿通している。

図１４に示すように、板バネ５３０は、上層５６１、中間層５６２及び下層５６３を有し、中間層５６２の体積は、上層５６１及び下層５６３の全体の体積よりも大きい。上層５６１及び下層５６３はＣＦＲＰによって形成され、中間層５６２はＧＦＲＰによって形成されている。ＣＦＲＰは、ＧＦＲＰよりも引張又は圧縮に対する強度が高い。板バネ５３０の肉厚は、その長手方向中央部５３０ａから長手方向両端部５３０ｃに向けて徐々に薄くなるよう形成されている。中間層５６２の肉厚は、その長手方向中央部５３０ａから長手方向両端部５３０ｃに向けて徐々に薄くなるよう形成されており、上層５６１及び下層５６３の肉厚は一定であり、上層５６１の肉厚は下層５６３の肉厚よりも厚い。

Claims (18)

1. 鉄道車両の車体を支持するための横ばりと、
   前記横ばりを挟んで車両長手方向の前方及び後方において車幅方向に沿って配置された前後一対の車軸と、
   前記車軸の車幅方向両側に設けられて、前記車軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記軸受を収容する軸箱と、
   前記横ばりの車幅方向両端部を支持した状態で車両長手方向に延びて、その車両長手方向両端部が前記軸箱に支持された側部材と、
   前記横ばりの車幅方向両端部に設けられて、前記側部材に対して上下方向に固定されない状態で前記側部材の車両長手方向中央部に上方から載せられている当接部材と、
   前記軸箱に設けられて、前記側部材の車両長手方向両端部を支持する支持部材と、を備える、鉄道車両用台車。
2. 前記側部材は、板バネである、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 前記支持部材は、前記軸箱の上端部に設けられ、
   前記板バネの車両長手方向両端部は、前記支持部材に対して上下方向に固定されない状態で前記支持部材に上方から載せられている、請求項２に記載の鉄道車両用台車。
4. 前記板バネは、前記横ばりに対する下方荷重が増加すると、弾性変形して前記当接部材との接触面積が増加する、請求項２又は３のいずれか記載の鉄道車両用台車。
5. 前記板バネは、繊維強化樹脂を有している、請求項２乃至４のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
6. 前記板バネの前記当接部材との接触面、及び、前記板バネの前記支持部材との接触面のうち少なくとも一方は、前記繊維強化樹脂を被覆した被覆材から形成されている、請求項５に記載の鉄道車両用台車。
7. 前記当接部材の前記板バネとの接触面、及び、前記支持部材の前記板バネとの接触面のうち少なくとも一方は、ゴムから形成され、
   前記板バネの前記ゴムとの接触面は、前記繊維強化樹脂から形成されている、請求項５に記載の鉄道車両用台車。
8. 前記板バネは、複数の層を有し、その上層部の圧縮強度がその下層部の圧縮強度よりも高く構成されている、請求項２乃至７のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
9. 前記下層部は、前記上層部よりも厚く且つ繊維強化樹脂からなる、請求項８に記載の鉄道車両用台車。
10. 前記板バネの前後方向中央部は、前記板バネの車両長手方向両端部よりも下方に位置している、請求項２乃至９のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
11. 前記板バネの前記当接部材との接触箇所から前記板バネの前記支持部材との箇所までの最短距離は、前記横ばりに対する下方荷重が増加して前記板バネが弾性変形するにつれて短くなるように構成されている、請求項２乃至１０のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
12. 前記当接部材の前記板バネとの接触面は、側面視で下方に向けて凸である略円弧形状を有し、
    側面視において、前記当接部材の前記接触面の曲率は、前記板バネの前記当接部材と接触する部分の曲率よりも大きい、請求項２乃至１１のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
13. 前記当接部材は、側面視で下方に向けて凸となる略円弧形状の下面が形成された剛性部材からなる本体部と、前記本体部の下面を覆い前記板バネに下面で接触する弾性部材とを有し、
    前記弾性部材の下面は、前記板バネが弾性変形したときに前記板バネの上面に追従して、前記板バネの上面と面接触した状態が保たれる、請求項２乃至１２のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
14. 前記横ばりと前記軸箱とを連結する連結機構をさらに備え、
    前記側部材は、その一部が側面視で前記連結機構と重なるように配置されている、請求項１乃至１３のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
15. 前記当接部材と前記側部材とは、互いに上下方向に嵌合する嵌合部を有している、請求項１乃至１４のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
16. 前記横ばりは、金属を切削加工することで形成されてなる、請求項１乃至１５のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
17. 前記側部材の車両長手方向両端部の下面は、水平面に対して傾斜している、請求項１乃至１６のいずれかに記載の鉄道車両用台車。
18. 前記側部材は、側面視において全体として下方に凸となる弓形状に形成されている、請求項１乃至１７のいずれかに記載の鉄道車両用台車。

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