(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
鉄道車両に設けられる走行装置であるボギー台車は、一般に強固な実質剛体として形成された台車枠を備えている。台車枠には、車輪及び車軸を結合した輪軸を保持する軸箱が、軸ばね(1次ばね)を有する軸箱支持装置によって取り付けられる。軸ばねは、振動衝撃吸収のほか、軌道の不整や平面性ねじれに車輪を追従させる役割をもつ。また、台車枠と車体との間には、車体を支持する枕ばね(2次ばね)が設けられている。
従来の鉄道車両用台車の一例を示すものとして、例えば特許文献1には、台車枠1と軸箱2との間に軸ばね5を配設した鉄道車両用台車が記載されている。
また、鉄道車両用台車の他の形態として、台車枠の左右の側ばりと、これらを連結する横ばり状の揺れ枕とを枕ばね等の弾性体を介して連結するとともに、左右の側ばりが捻れる方向に相対変位可能とし、軸箱を側ばりに固定した3ピース台車が貨車等に用いられている。
【0003】
鉄道の軌道には、列車の繰り返し通過や自然現象に起因して予測不可能な不整が生じる場合がある。また、曲線の出入口には、左右レールの高度差(カント)が連続的に変化するカント逓減区間が設けられている。このような箇所においては、台車内の輪重アンバランスの悪化並びにこれに起因する低速乗り上がり脱線等が懸念される。このような傾向は、特に、軸ばねのばね定数が高い場合、ストロークが短い場合や、乗客等が少なく軸重が軽い場合に顕著となる。これに対して、軸ばねのばね定数を低下させると、特に高速列車の場合にはピッチングが問題となる。
【0004】
一方、上述した3ピース台車のように左右の側ばりが枕ばねの変形によって捻れるように構成した場合、軌道不整への対応性は良好となるが、軸ばねを持たないため乗り心地や高速走行性能が劣り旅客車両、高速車両への適用は困難である。また、左右側ばりを枕ばねを介して連結しているため、結合部にガタが存在し、例えば左右側ばりが平行四辺形状に変形する場合があり、この点からも高速走行には不適である。
さらに、台車枠中央の横ばりの捻り剛性を低下させて左右の側ばりが相対変位しやすくすることも提案されているが、車体の荷重を支えて車両を走行させるという台車の機能上、十分なねじれを許容させるまで剛性を低下させることは強度確保のため非常に困難である。
【0005】
このような問題に対して、特許文献2には、台車枠左右に設けられ軸箱支持装置が設けられる側ばりと、左右の側ばりの中央部間を連結する横ばりとを、枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能として乗り心地及び高速走行性能を確保しつつ軌道に対する車輪の追従性を改善することが記載されている。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る鉄道車両用台車について説明する。
図1は、本発明を適用した鉄道車両用台車の実施形態の外観斜視図であって、牽引装置を分解した状態を示している。
図2は、実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解平面図であって、上方から見た状態を示す図である。
図3は、実施形態の鉄道車両用台車の台車枠の分解斜視図である。
実施形態の鉄道車両用台車(以下単に台車と称する)1は、
図1に示すように、1台車あたり2軸のボギー台車である。台車1は、図示しない車体に、1車両あたり例えば2台が鉛直軸回りに回転可能(ボギー角付与可能)に装着されている。
【0013】
図1等に示すように、台車1は、輪軸10、軸箱20、第1側ばり30、第2側ばり40、横ばり50、軸受部60、枕ばね70、回動案内装置80、牽引装置100のほか、ブレーキ装置、電動機等を備えて構成されている。
【0014】
輪軸10は、左右軌道上を走行する車輪11を車軸12に圧入して構成され、その他図示しない歯車等が設けられる。
車軸12の中間部には、ブレーキディスク13や歯車等が組み込まれている。
軸箱20は、輪軸10の両端部に設けられ、車軸12のジャーナル部を回転可能に支持する軸受及びこれを潤滑する潤滑装置等を備えている。軸箱20は、1次ばねである軸ばね21を含む公知の軸箱支持装置22を介して、第1側ばり30、第2側ばり40の下部に取り付けられている。
【0015】
第1側ばり30、第2側ばり40、横ばり50は、協働して台車1の主要構造部材である台車枠を構成するものである。
第1側ばり30及び第2側ばり40は、車両の進行方向にほぼ沿って延びたはり状に形成されるとともに、左右車輪11を挟んで枕木方向に離間し平行に配置されている。
第1側ばり30及び第2側ばり40は、その中間部31,41が両端部32,42に対して段違い状に低くされており、横ばり50、軸受部60はこの中間部31,41に設けられる。
また、軸箱20を支持する軸箱支持装置は、第1側ばり30及び第2側ばり40の両端部32,42における下部に取り付けられている。
【0016】
また、第1側ばり30及び第2側ばり40の中間部31,41の上面部には、枕ばね70の受け皿となるばね座33,43が設けられている。
第1側ばり30及び第2側ばり40の中間部31,41の車幅方向外側の側面部には、車体に対する台車枠のヨーイング速度に応じた減衰力を発生するヨーダンパ装置34,44が設けられている。
【0017】
横ばり50は、枕木方向に沿って延び、第1側ばり30及び第2側ばり40を連結するはり状の部材である。横ばり50は、第1はり部51、第2はり部52、連結ばり53、回転軸部54等を備えて構成されている。
第1はり部51及び第2はり部52は、横ばり50の主要部を構成する部分である。第1はり部51及び第2はり部52は、枕木方向に伸びた円柱状の部材であって、車両の進行方向に並べて配置されている。
第1はり部51及び第2はり部52には、それぞれブレーキ部品を保持するブラケット51a,52aが設けられている。または、電動機や駆動装置部品を保持するブラケットが設けられる場合もある。
連結ばり53は、第1はり部51及び第2はり部52の両端部にそれぞれ設けられ、これらを連結する例えばボックス状の構造体である。
第1はり部51及び第2はり部52の両端部は、連結ばり53の前後方向における両端部に、例えば溶接等によって結合されている。
【0018】
回転軸部54は、連結ばり53の車幅方向外側の面部から枕木方向に沿って突出して形成された円柱状の部材である。
図3等に示すように、回転軸部54の突端部には、軸受部60からの抜け止めに用いられる回転軸前ぶた54aが回り止め座金54bと共締めされて締結される。
回転軸前ぶた54aが回転軸部54より外径側に張り出した部分における車幅方向内側(各側ばり側)の面部には、リング状のプレートである回転軸スラスト受(すり板)54cが設けられている。
回転軸スラスト受54cは、例えば炭素を含有する焼結材等の固体潤滑性を有する材料によって形成され、回転軸部54が軸受部60に対して相対回転した際に、スラスト方向の荷重を受けるとともに、軸受部60のブッシュ端面と摺動して相対回動を許容するものである。
回転軸スラスト受54cは、回転軸部54の端面と回転軸前ぶた54aとの間に挟み込まれる前ぶた調整板54d、及び、回転軸スラスト受54cと回転軸前ぶた54aとの間に挟み込まれるすり板調整板54eの厚さを選択することによって、軸受部60の端面との当接状態が調整される。
【0019】
軸受部60は、第1側ばり30、第2側ばり40の中間部31,41に設けられた例えば円筒状のブッシュを有するすべり軸受である。
すべり軸受として、例えば、固体潤滑剤分散型焼結複層軸受を用いることができる。
このブッシュと当接する回転軸部54には、表面硬度を向上するため、硬質クロメート処理が施されている。
軸受部60のブッシュは、第1側ばり30、第2側ばり40の中間部に形成された開口に圧入され、枕木方向に貫通して設けられている。
軸受部60は、第1側ばり30と横ばり50との間、及び、第2側ばり40と横ばり50との間を、枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能に支持するものである。
【0020】
枕ばね70は、第1側ばり30及び第2側ばり40のばね座33,43の上部にそれぞれ設けられている。
枕ばね70は、車体の重量を支えるとともに、台車枠から車体側への振動伝達を軽減する空気ばねである。
【0021】
回動案内装置80は、第1側ばり30、第2側ばり40が横ばり50に対してヨーイング(鉛直軸回りの回動)方向等に動くことを防止しつつ、軸受部60の中心軸回りに回動することを許容するために設けられている。
図4は、実施形態の鉄道車両用台車における軸受部及び回動案内装置周辺の拡大分解斜視図である。
図4等に示すように、回動案内装置80は、横ばり側すり板81、側ばり側すり板82、すり板受83、すり板調整板84,85、固定ピン86、固定ピン押え87等を有して構成されている。
【0022】
横ばり側すり板81、側ばり側すり板82は、それぞれ炭素を含有する焼結材によって円盤状に形成され、固体潤滑性を有する部材である。
横ばり側すり板81は、横ばり50の第1はり部51、第2はり部52の両端面に取り付けられた円盤状の部材である。
側ばり側すり板82は、横ばり側すり板81と実質的に同径の円盤状に形成され、第1側ばり30、第2側ばり40の中間部31,41の車幅方向内側の面部に取り付けられている。
横ばり側すり板81及び側ばり側すり板82は、相互に当接した状態で摺動可能となっている。
この摺動面は、軸受部60の中心軸と直交する平面に沿って配置されている。
横ばり側すり板81及び側ばり側すり板82は、枕木方向から見たときに、軸受部60の前後にそれぞれ配置されている。
【0023】
すり板受83は、第1側ばり30、第2側ばり40の中間部31,41における車幅方向内側の面部に固定され、側ばり側すり板82が取り付けられる基部となるプレート状の部材である。
すり板調整板84,85は、すり板受83と側ばり側すり板82との間、及び、すり板受83と各側ばり30,40との間にそれぞれ挟み込まれた状態で固定される金属製の薄板である。
すり板調整板84,85は、横ばり側すり板81及び側ばり側すり板82の当接状態を調節するためのシムであって、これらの厚さを変化させることによって、各すり板81,82間の接触面圧などを変化させることが可能である。
【0024】
固定ピン86は、横ばり側すり板81を第1はり部51、第2はり部52の端面に締結する部材である。
固定ピン86は、各側ばり30,40、側ばり側すり板82、すり板受83、すり板調整板84,85等に実質的に同心に形成された各開口を介して、各側ばり30,40の車幅方向外側から挿入され、先端部に形成されたネジ部が第1はり部51、第2はり部52に締結される。
このとき、固定ピン86のネジ部とは反対側(車幅方向外側)の領域は、各側ばり30,40を貫通した状態で、端部のフランジ部は側ばり30,40の車幅方向外側に露出している。
固定ピン押え87は、各側ばり30,40の車幅方向外側の側面部に取り付けられ、固定ピンのフランジ部を覆って固定ピン86の脱落を防止するものである。
【0025】
固定ピン86は、横ばり50に対する各側ばり30,40の回動時に、横ばり50に追従して各側ばり30,40に対して相対変位する。
各側ばり30,40に形成された開口は、その内径が、固定ピン86の外径に対して大きく形成され、各側ばり30,40は、固定ピン86の外周面と開口の内周面とが干渉しない範囲で、横ばり50に対して回動可能となっている。
この回動可能範囲は、例えば、±2°程度に設定される。
【0026】
牽引装置100は、車体と横ばり50との間を連結し、これらの間で前後力を伝達するものである。
図5は、実施形態の鉄道車両用台車における牽引装置の分解斜視図である。
牽引装置100は、中心ピン110、牽引ばり120、第1上リンク131、第2上リンク132、第1下リンク141、第2下リンク142等を有して構成されている。
【0027】
中心ピン110は、図示しない車体の台枠下部から下方に突き出して形成された円柱状の部材である。
中心ピン110は、上端部に設けられたフランジ部111を車体に締結され固定される。
中心ピン110の下端部には、牽引ばり120の抜け止めのため、円盤部材122が取り付けられる。
【0028】
牽引ばり120は、中心ピン110の下部に、鉛直軸回りに回動可能に取り付けられる部材である。
牽引ばり120は、横ばり50の第1はり部51、第2はり部52の間隔に挿入される。
牽引ばり120は、円筒部121、突出部122,123等を有して構成されている。
円筒部121は、筒軸が鉛直方向にほぼ沿って配置され、中心ピン110が挿入されるとともに、中心ピン110の中心軸回りに回動可能に支持されている。
【0029】
突出部122,123は、円筒部121の外周面部から、枕木方向にほぼ沿って突出したボックス状の部分である。
突出部122,123は、それぞれ第1側ばり30側、第2側ばり40側に突出している。
【0030】
突出部122の上部には、第2上リンク132が取り付けられるブラケット122aが設けられている。
突出部122の下部には、第2下リンク142が取り付けられるブラケット122bが設けられている。
【0031】
突出部123の上部には、第1上リンク131が取り付けられるブラケット123aが設けられている。
突出部123の下部には、第1下リンク141が取り付けられるブラケット123bが設けられている。
【0032】
第1上リンク131、第2上リンク132、第1下リンク141、第2下リンク142は、牽引ばり120と横ばり50とを連結する部材である。
第1上リンク131、第2上リンク132、第1下リンク141、第2下リンク142は、車両前後方向にほぼ沿って配置されるとともに、両端部は、弾性変形可能なゴムブッシュを介して、実質的に枕木方向に沿って配置された回転軸回りに牽引ばり120又は横ばり50に対して揺動可能に連結されている。
【0033】
第1上リンク131は、突出部123のブラケット123aから第1はり部51側へ延びている。
第1上リンク131は、第1はり部51の上部に設けられたブラケット51bに連結されている。
【0034】
第2上リンク132は、突出部122のブラケット122aから第2はり部52側へ延びている。
第2上リンク132は、第2はり部52の上部に設けられたブラケット52bに連結されている。
【0035】
また、車両の前後方向において、第1上リンク131の牽引ばり120側の支点は、中心ピン110の中心軸に対して第2はり部52側にオフセットされ、第2上リンク132の牽引ばり120側の支点は、中心ピン110の中心軸に対して第1はり部51側にオフセットされている。
第1上リンク131及び第2上リンク132は、牽引ばり120と協働して、中心ピン110と横ばり50とを連結するZリンクを構成する。
【0036】
第1下リンク141は、突出部123のブラケット123bから第1はり部51側へ延びている。
第1上リンク141は、第1はり部51の下部に設けられたブラケット51cに連結されている。
【0037】
第2下リンク142は、突出部122のブラケット122bから第2はり部52側へ延びている。
第2下リンク142は、第2はり部52の下部に設けられた図示しないブラケットに連結されている。
【0038】
また、車両の前後方向において、第1下リンク141の牽引ばり120側の支点は、中心ピン110の中心軸に対して第2はり部52側にオフセットされ、第2下リンク142の牽引ばり120側の支点は、中心ピン110の中心軸に対して第1はり部51側にオフセットされている。
第1下リンク141及び第2下リンク142は、牽引ばり120と協働して、中心ピン110と横ばり50とを連結するZリンクを構成する。
これらの上下一対のZリンクは、本発明にいうピッチング抑制手段として機能する。
また、
図1に示すように、横ばり50と牽引ばり120との間には、車体に対する横ばり50の左右方向の相対変位速度に応じた減衰力を発生する左右動ダンパ150が設けられている。
【0039】
上述した構成により、牽引装置100は、車体と横ばり50との上下方向相対変位を許容しつつ、これらの間で前後力の伝達を可能としている。
また、Zリンクを上下一対配置したことによって、横ばり50の枕木に沿った軸回りの回動を拘束している。
【0040】
以上説明した実施形態によれば、駆動(力行)、制動時等において車体と台車1との間で前後力が発生しても、上下に離間して配置された一対のZリンクによって、横ばり50が枕木方向に沿った軸回りに回動して前傾又は後傾することを防止できる。
以上説明した実施形態によれば、軸受部60の前後に配置された一対のすり板81,82を有する回動案内装置80を設けたことによって、軸受部60のサイズを過度に大きくすることなく、横ばり50に対する第1側ばり30、第2側ばり40のヨーイングを防止することができる。
【0041】
(他の実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、台車の構成や各部材の形状、構造、材質、製法等は適宜変更することができる。
また、軸箱支持装置、ブレーキ装置、モータ及び駆動装置、牽引装置、枕ばね等の各種装置の形式等も特に限定されない。
また、実施形態の台車は一例として枕はりを持たないボルスタレス台車であったが、本発明の回動案内装置は、枕はりを有するボルスタ台車にも適用することが可能である。