JP2011148367A

JP2011148367A - 鉄道車両用台車

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Publication number: JP2011148367A
Application number: JP2010010195A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyamoto; 岳史宮本; Eiichi Maehashi; 栄一前橋
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP5524634B2

Abstract

【課題】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が良好な鉄道車両用台車を提供する。
【解決手段】車両進行方向にほぼ沿って伸びるとともに枕木方向に離間して配置された一対の側枠３０，４０と、側枠に設けられ輪軸１０の端部を保持する軸箱２０を軸バネＳを介して支持する軸箱支持装置と、枕木方向に沿って伸び一対の側枠の中間部間を連結する横梁５０とを備える鉄道車両用台車１を、左右の側枠を枕木方向にほぼ沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部６０が設けられる構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両用の台車に関し、特に乗り心地及び高速走行性能を確保しつつ軌道の不整に対する追従性が良好なものに関する。

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、軸バネ（１次バネ）を有する軸箱支持装置によって取り付けられる。軸バネは、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、車体を支持する枕バネ（２次バネ）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、台車枠の左右の側枠と、これらを連結する横梁状の揺れ枕とを枕バネ等の弾性体を介して連結するとともに、左右の側枠が捻れる方向に相対変位可能とし、軸箱を側枠に固定した３ピース台車が貨車等に用いられている。

特開２００７−２０３９５２号公報

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、軸バネのバネ定数が高い場合、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、軸バネのバネ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。

一方、上述した３ピース台車のように左右の側枠が枕バネ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、軸バネ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、左右側枠を枕バネを介して連結しているため、結合部にガタが存在し、例えば左右側枠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、台車枠中央の横梁の捻り剛性を低下させて左右の側枠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。

上述した問題に鑑み、本発明の課題は、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が良好な鉄道車両用台車を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の鉄道車両用台車は、実質的に車両進行方向に沿って伸びるとともに枕木方向に離間して配置された一対の側枠と、前記側枠に設けられ輪軸の端部を保持する軸箱を軸バネを介して支持する軸箱支持装置と、実質的に枕木方向に沿って伸び前記一対の側枠の中間部間を連結する横梁とを備える鉄道車両用台車であって、左右の前記側枠を実質的に枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、軌道高さの不整やカント逓減区間のような軌道のねじれが存在する場合であっても、左右の側枠が軸受部の回転軸回りに相対回転することによって、車輪の軌道に対する追従性を高め、輪重抜けを防止して低速乗り上がり脱線を防止することができる。
また、既存の貨車用３ピース台車と異なり、側枠と軸箱との間に軸バネを有する軸箱支持装置が設けられることから、軌道から車体への振動伝播を低減して乗り心地を確保でき、旅客用車両にも適用することができる。
さらに、軸バネのバネ定数を過度に低下させたりストロークを過度に長くしなくても軌道への追従性を確保できることから、軸バネのバネ定数が低い場合に発生しやすいピッチングを抑制することができ、高速で走行する車両にも適用することができる。
また、旅客や積載物が少ないことによって車両の重量が軽く、軸バネが延びきった状態であっても車輪の軌道に対する追従性を確保することができる。

本発明において、前記横梁は前記一対の側枠のうち一方の側枠に結合され、前記軸受部は、前記一対の側枠のうち他方の側枠に設けられ、前記横梁の突端部が支持される構成とすることができる。
これによれば、軸受が１つでよいことから構造の簡素化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
また、本発明において、前記軸受部は前記一対の側枠にそれぞれ設けられ、前記横梁の両端部がそれぞれ支持される構成とすることができる。
これらの場合において、前記横梁の中間部分は、実質的に枕木方向に沿って伸びるとともに車両進行方向に配列された複数の梁状部材によって構成される構成とすることができる。
これによれば、複数の梁状部材の間隔に例えばＺリンク式等の既存の牽引装置を配置することができ、既存の鉄道車両に対して容易に適用することができる。

また、本発明において、前記横梁は、前記一対の側枠にそれぞれ固定され実質的に枕木方向に沿って軌道中心線側に延びた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材の連結部に設けられた中間部材とを有し、前記軸受部は前記中間部材に設けられ前記第１部材及び前記第２部材をそれぞれ支持する第１軸受及び第２軸受を有する構成とすることができる。

以上のように、本発明によれば、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が良好な鉄道車両用台車を提供することができる。

本発明を適用した鉄道車両用台車の第１実施形態の模式的三面図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のｂ−ｂ部、ｃ−ｃ部矢視図である。（図３，５，７において同じ）図１の鉄道車両用台車の模式的分解斜視図である。本発明を適用した鉄道車両用台車の第２実施形態の模式的三面図である。図３の鉄道車両用台車の模式的分解斜視図である。本発明を適用した鉄道車両用台車の第３実施形態の模式的三面図である。図５の鉄道車両用台車の模式的分解斜視図である。本発明を適用した鉄道車両用台車の第４実施形態の模式的三面図である。図７の鉄道車両用台車の模式的分解斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の第１乃至第４実施形態に係る鉄道車両用台車について説明する。
＜第１実施形態＞
第１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、図２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。

台車１は、輪軸１０（図２では図示しない）、軸箱２０、第１側枠３０、第２側枠４０、横梁５０、軸受部６０、枕バネ７０のほか、図示しない牽引装置、ブレーキ装置、電動機等を備えて構成されている。

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、ブレーキディスク等が設けられる。
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次バネである軸バネＳを含む公知の軸箱支持装置を介して、第１側枠３０、第２側枠４０の下部に取り付けられている。

第１側枠３０、第２側枠４０、横梁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側枠３０及び第２側枠４０は、車両の進行方向にほぼ沿って延びた梁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側枠３０及び第２側枠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、横梁５０、軸受部６０はこの中間部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側枠３０及び第２側枠４０の両端部３２，４２における下部に取り付けられている。
また、第１側枠３０及び第２側枠４０の中間部３１，４１の上面部には、枕バネ７０の受け皿となるバネ座３３，４３が設けられている。

横梁（中梁）５０は、枕木方向に沿って延び、第１側枠３０及び第２側枠４０を連結する梁状の部材である。横梁５０は、第１梁状部５１、第２梁状部５２、連結部５３、回転軸部５４等を備えて構成されている。
第１梁状部５１及び第２梁状部５２は、横梁５０の主要部を構成する部分である。第１梁状部５１及び第２梁状部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梁状部５１及び第２梁状部５２の第１側枠３０側の端部は、第１側枠３０の中間部３１に、例えば溶接等によって結合されている。
連結部５３は、第１梁状部５１及び第２梁状部５２の第２側枠４０側の端部に設けられた例えばボックス状の構造体である。第１梁状部５１及び第２梁状部５２の第２側枠４０側の端部は、連結部５３の側面部（第１側枠３０と対向する面部）に、例えば溶接等によって結合されている。
回転軸部５４は、連結部５３の第２側枠４０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。

軸受部６０は、第２側枠４０の中央部４１に設けられた例えば円筒ころ軸受、円錐ころ軸受等のラジアル転がり軸受である。軸受部６０は、第１側枠３０と第２側枠４０とを、枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
軸受部６０は、第２側枠に固定された外輪、及び、外輪に対して枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持されるとともに、横梁５０の回転軸部５４が挿入される内輪を備えている。
また、横梁５０の回転軸部５４と軸受部６０との間には、公知の抜け止め手段が設けられている。

枕バネ７０は、第１側枠３０及び第２側枠４０のバネ座３３，４３の上部にそれぞれ設けられている。
枕バネ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バネである。

以上説明した第１実施形態によれば、軌道高さの不整やカント逓減区間のような軌道のねじれが存在する場合であっても、第１側枠３０と第２側枠４０とが軸受部６０の回転軸回りに相対回転することによって、車輪１１の軌道に対する追従性を高め、輪重抜けを防止して低速乗り上がり脱線を防止することができる。
また、既存の貨車用３ピース台車と異なり、第１側枠３０、第２側枠４０と軸箱２０との間に軸バネＳを有する軸箱支持装置が設けられることから、軌道から車体への振動伝播を低減して乗り心地を確保でき、旅客用車両にも適用することができる。
さらに、軸バネＳのバネ定数を過度に低下させなくても軌道への追従性を確保できることから、軸バネのバネ定数が低い場合に発生しやすいピッチングを抑制することができ、高速で走行する車両にも適用することができる。
また、旅客や積載物が少ないことによって車両の重量が軽く、軸バネＳが延びきった状態であっても車輪１１の軌道に対する追従性を確保することができる。
また、軸受部６０が一箇所でよいことから、構造の簡素化、軽量化、低コスト化を図ることができる。さらに、軸受部６０には従来の貨車用３ピース台車の結合部のようにガタが発生しにくいことから、メインテナンスの省力化も図ることができる。
また、横梁５０等の台車枠を構成する各部材にかかる台車枠のねじれによる応力を軽減することができるため、例えば繊維強化樹脂（ＦＲＰ）やアルミニウム等の軽量な材料を適用することができ、台車の軽量化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両用台車の第２実施形態について説明する。なお、以下説明する各実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

第２実施形態の台車２は、第１実施形態の台車１における横梁５０及び軸受部６０に代えて、以下説明する横梁２５０及び軸受部２６１，２６２を備えている。
横梁２５０は、例えば、枕木方向に沿って伸びた円柱状の部材である。横梁２５０の両端には、回転軸部２５１，２５２がそれぞれ形成されている。

軸受部２６１，２６２は、第１実施形態の軸受部６０と実質的に同様の構成を備え、第１側枠３０及び第２側枠４０の中間部３１，４１にそれぞれ設けられている。
軸受部２６１は、横梁２５０の回転軸部２５１を、第１側枠３０に対して枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
軸受部２６２は、横梁２５０の回転軸部２５２を、第２側枠４０に対して枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加え、軌道の不整等によって第１側枠３０、第２側枠４０が回転した場合であっても、横梁２５０は回転しないので牽引装置やその他の装置類に影響を及ぼすことがない。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両用台車の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の台車３は、第１実施形態の台車１における横梁５０及び軸受部６０に代えて、以下説明する横梁３５０及び連結部３６０を備えている。

横梁３５０は、軌道中心線を挟んで第１横梁３５1、第２横梁３５２（本発明にいう第１部材及び第２部材）に二分割して構成されている。
第１横梁３５１は、第１側梁３０の中央部３１から、枕木方向に沿って軌道中心線側へ伸びた円柱状の部材である。第１横梁３５１は、例えば溶接等によって第１側梁３０に固定されている。第１横梁３５１の突端部には、回転軸部３５３が形成されている。
第２横梁３５２は、第２側梁４０の中央部４１から、枕木方向に沿って軌道中心線側へ伸びた円柱状の部材である。第２側梁３５２は、例えば溶接等によって第２側梁４０に固定されている。第２横梁３５２の突端部には、回転軸部３５４が形成されている。
第１横梁３５１と第２横梁３５２とは、同心に配置されている。

連結部３６０は、第１横梁３５１と第２横梁３５２を連結するもの（本発明にいう中間部材）である。連結部３６０は、例えばほぼ直方体状のボックスとして形成され、第１軸受部３６１、第２軸受部３６２を備えている。
第１軸受部３６１は、第１横梁３５１の回転軸部３５３を枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
第２軸受部３６２は、第２横梁３５２の回転軸部３５４を枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
回転軸部３５３の突端部端面と回転軸部３５４の突端部端面とは、連結部３６０の内部において、間隔を隔てて対向して配置されている。
連結部３６０には、図示しない牽引装置等が設けられる。
以上説明した第３実施形態においても、上述した第２実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両用台車の第４実施形態について説明する。
第４実施形態の台車４は、第１実施形態の台車１における横梁５０及び軸受部６０に代えて、以下説明する横梁４５０及び軸受部４６０を備えている。
横梁４５０は、第1梁状部４５１、第２梁状部４５２、連結部４５３、回転軸部４５４等を備えて構成されている。

第１梁状部４５１及び第２梁状部４５２は、横梁４５０の主要部を構成する部分である。第１梁状部４５１及び第２梁状部４５２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。
連結部４５３は、第１梁状部４５１及び第２梁状部４５２の両端部に設けられた例えばボックス状の構造体である。第１梁状部４５１及び第２梁状部４５２の両端部は、連結部４５３の側面部に、例えば溶接等によって結合されている。
回転軸部４５４は、連結部４５３の各側枠３０，４０と隣接する側の面部から枕木方向に沿って車幅方向外側へ突出して形成された円柱状の部材である。

軸受部４６０は、第1側枠３０及び第２側枠４０の中央部３１，４１にそれぞれ設けられたラジアル転がり軸受である。軸受部４６０は、横梁４５０の両端部における回転軸部４５４を、枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持するものである。
軸受部４６０は、各側枠に固定された外輪、及び、外輪に対して枕木方向に沿った回転軸回りに回転可能に支持されるとともに、横梁４５０の回転軸部４５４が挿入される内輪を備えている。
また、横梁４５０の回転軸部４５４と軸受部４６０との間には、公知の抜け止め手段が設けられている。
以上説明した第４実施形態においても、上述した各実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

（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、枕バネ等の各種装置の形式等も特に限定されない。
さらに、軸受部の回転速度に応じて減衰力を発生するダンパや、ヨーダンパ等の各種ダンパ類を追加してもよい。

１，２，３，４鉄道車両用台車
１０輪軸１１車輪
１２車軸２０軸箱
Ｓ軸バネ３０第１側枠
３１中央部３２両端部
３３バネ座４０第２側枠
４１中央部４２両端部
４３バネ座５０横梁
５１第１梁状部５２第２梁状部
５３連結部５４回転軸部
６０軸受部７０枕バネ
２５０横梁２５１，２５２回転軸部
２６１，２６２軸受部
３５０横梁３５１第１横梁
３５２第２横梁３５３，３５４回転軸部
３６０連結部
３６１第１軸受部３６２第２軸受部
４５０横梁
４５１第１梁状部４５２第２梁状部
４５３連結部４５４回転軸部
４６０軸受部

Claims

実質的に車両進行方向に沿って伸びるとともに枕木方向に離間して配置された一対の側枠と、
前記側枠に設けられ輪軸の端部を保持する軸箱を軸バネを介して支持する軸箱支持装置と、
実質的に枕木方向に沿って伸び前記一対の側枠の中間部間を連結する横梁と
を備える鉄道車両用台車であって、
左右の前記側枠を実質的に枕木方向に沿った回転軸回りに相対回転可能とする軸受部が設けられること
を特徴とする鉄道車両用台車。
前記横梁は前記一対の側枠のうち一方の側枠に結合され、
前記軸受部は、前記一対の側枠のうち他方の側枠に設けられ、前記横梁の突端部が支持されること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。
前記軸受部は前記一対の側枠にそれぞれ設けられ、前記横梁の両端部がそれぞれ支持されること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。
前記横梁の中間部分は、実質的に枕木方向に沿って伸びるとともに車両進行方向に配列された複数の梁状部材によって構成されること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両用台車。
前記横梁は、前記一対の側枠にそれぞれ固定され実質的に枕木方向に沿って軌道中心線側に延びた第１部材及び第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材の連結部に設けられた中間部材とを有し、
前記軸受部は前記中間部材に設けられ前記第１部材及び前記第２部材をそれぞれ支持する第１軸受及び第２軸受を有すること
を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車。