JP3222884B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、軌道の曲線部において、ボルスタレス型
台車に保持された各輪軸が自動的に軌道の曲率中心に向
くようにした鉄道車両用台車に関する。

〔従来の技術〕

従来の鉄道車両用台車においては、台車わくは前後方
向両端部の下側の軸箱の両側に装着されたコイルばねや
空気ばねなどの弾性伸縮部材によって、上下、左右、お
よび前後方向に若干移動し得るようにかたく弾性支持さ
れている。車輪Ｄを保持する一対の輪軸C,Cは、第11図
に示すように、互に独立でいつも平行をなすように、前
記軸箱内に収納されている軸受により両端部を回転可能
に保持され、それぞれ別個のモータにより回転されてい
た。

しかしながら、この構成の鉄道車両用台車では、鉄道
車両が軌道Ｂの曲線部にさしかかっても、互いに独立な
一対の輪軸C,Cは、第11図に示すように、平行に保たれ
たままで軌道Ｂの曲率中心Ｏを通る方向に回転しないた
め、輪軸Ｃに固定された各車輪Ｄの回転方向は軌道Ｂの
接線方向と一致しないで滑りを起こすから、軌道Ｂと車
輪Ｄとをそれぞれ多く摩耗させ、騒音を発し、車体Ａに
余分な振動を与えて乗り心地を悪くするほか、走行速度
の向上に伴い軌道Ｂに及ぼす力を増大して軌道間距離を
拡大し、鉄道車両に脱線事故を発生させるおそれがあっ
た。

これらの不都合を解消するため、出願人は、軌道の曲
線部において、台車に保持された一対の輪軸がそれぞれ
軌道の曲率中心に向くようにした鉄道車両用台車を、先
に出願した（実開昭64−10458号公報参照）。

この台車は、第12図および第13図に示す如き構成を有
するもので、上端が枕はりａに枢着された縦レバーｂの
下端部に、一端が台車わく側はりｃのリンク受けｄに枢
着された水平方向の基準リンクｅの他端が回転可能に結
合され、この結合中心から縦レバーｂの上下等距離の位
置に、一端がそれぞれ前後方向の軸箱f,fに枢着された
２つの操作リンクg,hがそれぞれ回転可能に結合されて
いる。そして、縦レバーｂに結合される基準リンクｅと
枕はりａとの距離と、基準リンクｅと操作リンクg,hと
の距離の比が、車体前後の台車中心間の距離と、台車の
輪軸間の距離の比に等しくなるように決められている。

この構成の鉄道車両用台車では、一対の輪軸j,jは互
に平行をなすように保持されていないため、車両が軌道
の曲線部にさしかかると、進行側の輪軸ｊに取り付けら
れた車体ｋは、軌道から受ける力により軌道の接線方向
に向き、輪軸ｊを軌道曲線部の曲率中心の方向に回転す
る。このため、曲率中心側の縦レバーｂは、進行側の軸
箱ｆに枢着された操作リンクｇにより、基準リンクｅと
の結合部のまわりに反時計方向に回転され、縦レバーｂ
に取り付けられた他の操作リンクｈを介して後側の輪軸
ｊを、前側の輪軸ｊ側に近寄る方向に回転させる。

これに対し、曲率中心から遠い側の縦レバーｂは、進
行側の操作リンクｇによって基準リンクｅとの結合部の
まわりに時計方向に回転され、後側の輪軸ｊは他の操作
リンクｈにより前側の輪軸ｊから遠ざかる方向に回転さ
れる。

しかそ、後側の輪軸ｊの回転角度は、縦レバーｂと基
準レバーｅとの結合中心から操作リンクg,またはｈまで
の取り付け中心までの距離と、枕はりａへの取り付け中
心までの距離との比が曲率中心の方向に向くように決め
られているため、軌道曲線部における前記従来の不都合
は解消されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

出願人が先に出願した鉄道車両用台車は、ボルスタ付
台車に関するもので、台車に対する鉄道車両の上下方向
と左右幅方向への移動が少ない場合には、リンク機構の
作動は円滑に行なわれるが、普通のボルスタレス型台車
や、振子機構を備えたボルスタレス型台車のように、鉄
道車両の上下方向と左右幅方向とに大きな移動を許容す
る台車には、そのまま適用することはできなかった。

しかしながら、軌道曲線部において輪軸が曲率中心に
向くようにした台車は、ボルスタ付台車についてきわめ
て公表であったため、普通のボルスタレス型台車や振子
機構を備えたボルスタレス型台車についても、臨軸が軌
道の曲線部において曲率中心の方向に向くようにした構
成のものが強く要望されていた。

この発明はこれらの事情に鑑みてなされたもので、軌
道曲線部において、台車の各輪軸が曲率中心の方向に向
くようにしたボルスタレス型の鉄道車両用台車の提供を
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明では、枕はりが
省略されたボルスタレス型の鉄道車両用台車において、
車体下面の幅方向両側の下方に、下端部を台車わく側は
り側の保持アームに枢着された縦レバーは、上端部に車
体の幅方向に配設される水リンクの一端と回転自在に結
合され、水平リンクの他端は車体の下面に枢支される垂
直リンクの下端部と枢着され、縦レバーは台車わく側は
り側の保持アームとの結合中心から上下反対方向に等し
い距離だけ隔てた各位置に、一端がそれぞれ前後方向の
軸箱に枢着された２つの操作リンクの他端がそれぞれ回
転自在に結合され、縦レバーと台車わく側はり側の保持
アームとの結合中心から操作リンク取り付け中心までの
距離と、水平リンク取り付け中心までの距離との比が、
台車の輪軸間の距離と、車体前後方向の台車中心間の距
離との比に等しくなるように決めて、鉄道車両用台車を
構成したものである。

〔作用〕

上記構成の台車を備えた鉄道車両が軌道の曲線部にさ
しかかると、各台車は車体に対して回転し、前後方向に
大きく移動させる他に、遠心力によって曲線外方へ動か
される。また、振子機構を備えた台車の場合は、遠心力
によって車体を曲線内側に傾けられるので、車体は台車
に対し、上下方向と車体幅方向に大きく移動される。

このうち、後者の上下方向と幅方向への大きな移動
は、縦レバーの上端部と車体の下面との間に設けられた
車体幅方向の水平リンクと垂直リンクとの結合体からな
るリンク機構が、それら両端部のまわりに回動すること
により吸収される（第４図参照）。このため、縦レバー
は車体幅方向への力を受けることはなく、車体と台車と
の間の相対的な移動に対して、その他のリンク機構を次
のように円滑に作動する。

即ち、軌道の曲線部において、台車の進行方向側の輪
軸が軌道の接線方向に転動する車輪によって曲率中心の
方向を向くように回転されると、曲率中心側の縦レバー
は、進行方向側の操作リンクにより、台車わくとの結合
部のまわりに反時計方向に回転され、曲率中心から遠い
方の縦レバーは、進行方向側の操作リンクによって曲率
中心に近い方の縦レバーと反対方向に回転される。これ
らの回転のため、後側の輪軸は、台車わくとの結合中心
から反対方向に同じ距離の位置に取り付けられた他の操
作リンクにより、前側の輪軸と同じ角度だけ反対方向に
回転されて軌道の曲率中心を通る。

〔実施例〕

第１図ないし第10図はこの発明の一実施例を示したも
のである。

図において、台車わくＦは、一対の台車わく側はり1,
1とその中央部を直角方向に連結する横はり2,2とにより
横Ｈ形に形成されている。台車わくＦの下側の前後方向
両端部には、一対の輪軸3,3が平行に配設されており、
これらの輪軸3,3は、それぞれ軌道の間隔に合わせて固
定された車輪4,4の外側を、軸箱5,5に収納された図示し
ない軸受によって回転可能に保持されている。台車わく
Ｆは、各軸箱５の両側に装着されたコイルばね、空気ば
ね、ゴムばねなどの弾性伸縮部材6,6により、上下、左
右、および前後方向に移動し得るよう柔らかく弾性支持
されている。

一方の横はり２には受け部材７を介してモータ８が保
持され、他方の横はり２には、台車わくＦの中心に対し
て点対称をなすように別の受け部材７とモータ８とが保
持されている。９は一端が横はり２に若干回動し得るよ
うに取り付けられたギヤケースで、このギヤケース９内
には、可撓継手10を介してモータ８に連結される図示し
ないギヤと、輪軸３に固定されるギヤ（図示せず）とを
連結するギヤ伝動系列が収納されており、各輪軸３は、
同期して駆動されるモータ8,8により同じ方向に回転さ
れる。

台車と車体11の結合は、一対の台車わく側はり1,1の
中央部に装着された空気ばね12,12によって、車体11の
幅方向両端部を弾性支持するとともに、車体11の下面か
ら横はり2,2の間の中心位置（台車の中心位置と一致す
る）に突出させた中心ピン12の下端部を、横はり2,2と
平行に配設したけん引体14と結合し、このけん引体14の
両端部をけん引ゴム15,15によってそれぞれ一対の横は
り2,2の対向する側面に固定して行なわれ、台車に対し
て車体11が前後、左右、および上下方向に大変位し得る
構成となっている。

車体下面の幅方向両側の対応する位置に、垂直方向に
配設される縦レバー16,16が下端部を台車わく側はり1,1
に固定された保持アーム17,17に枢着されている。各縦
レバー16の上端部には、車体11の幅方向外側に配設され
る水平リンク18の一端が回転自在に結合されており、こ
の水平リンク18の他端は、車体11の下面に上端を枢支さ
れた垂直リンク19の下端部と回転可能に結合されている
（第３図参照）。

縦レバー16と保持アーム17とが枢着された結合中心を
Ｎとすると、この結合中心Ｎから縦レバー16の下側と上
側の反対方向にそれぞれ同じ距離ｂだけ離れた位置に、
一端がそれぞれ前後方向の軸箱5,5に弾性部材（図示省
略）を介して回転可能に結合された２つの操作リンク2
0,21の各他端が、回転自在に結合されている。一方の操
作リンク20は、他方の操作リンク21に比べてかなり長く
なっているが、これは空気ばね12が台車わく側はり１の
上面中央部に装着されていて、縦レバー16を空気ばね12
に接触しないように台車わく側はり１の中央部外側に配
設することができないため、縦レバー16の配設位置を台
車わく側はり１の中央部からずらしたことによる。

この場合、縦レバー16と保持アーム17との結合中心Ｎ
から縦レバー16と水平リンク18との結合中心Ｔまでの距
離をａ、縦レバー16と操作リンク20,21の各結合中心Q,S
と前記結合中心Ｎまでの距離をそれぞれｂとしたとき、
ａとｂの比（a/b）は、車体11の前後に設けられる台車
中心間の距離Ｌと、台車の前後の輪軸3,3間の距離ｌと
の比（L/l）に等しくなるように決められる（第５図，
第７図，第８図参照）。

さて、鉄道車両が軌道曲線部にさしかかり台車わくＦ
の各輪軸３が軌道曲線部の曲率中心Ｏの方向に向く場合
には、車体11に対する台車わくＦの回転角度、および台
車わくＦに対する輪軸３の回転角度は、それぞれ次のよ
うになる。

第７図において、軌道中心線上にある前後の各台車の
中心をA,Bとすれば、車両中心線ABが軌道曲線部の曲率
中心Ｏに対してなす1/2中心角αラジアンは、軌道中心
線の曲率半径をＲ、前後２つの台車の中心間距離をＬと
すると、直角三角形OACについて Sinα＝（L/2）/R＝L/2R ＬはＲに比べて十分に小さく、このときSinαはαと
近似できるから α＝L/2R となる。

しかるに、この角度αは、台車の中心Ａにおける軌道
中心線の接線と車両中心線ABとのなす角度とも等しいか
ら、軌道曲線部における車両に対する台車わくＦの回転
角度はαとなる。

次に輪軸３の回転角度について考える。

第８図において、軌道中心線上の各輪軸３の中心をD,
E、前後方向の輪軸3,3の中心間距離をｌ、その中心角を
２βラジアンとすると、軌道中心線の曲率半径はＲであ
るから、直角三角形ODGについて Sinβ＝（l/2）/R＝l/2R ｌはＲに比べて十分に小さいから前記の場合と同様に
して β＝l/2R となる。

この角度βは、輪軸３の中心Ｄにおける軌道中心線の
接線と輪軸3,3の中心D,Eを結ぶ線分DEとのなす角度とも
等しいから、輪軸３の中心Ｄにおける線分DEと直角な二
点鎖線で示す回転前の輪軸３に対し、輪軸３は角度βだ
け回転することになる。

それ故、軌道曲線部における台車わくＦの回転角度α
と、回転した台車わくＦに対する輪軸３の回転角度βの
比は、 α／β＝（L/2R）／（l/2R） ＝L/l となる。

さらに、前記構成の台車わくＦに取り付けられたリン
ク機構の動作について説明すれば、次の如くである。

I.直線軌道上を走行する場合 第９図は、この場合における台車のリンク機構のスケ
ルトン図を示したもので、直線軌道上を走行する台車の
前側輪軸３は軌道に対して直角になっていれ、輪軸３の
両端に取り付けられた第１の操作リンク20,20は各縦レ
バー16の下端に対して力を作用しないから、車両は台車
わくＦによって回転されることなく台車わくＦと平行に
移動される。

II.曲線軌道上を走行する場合 （１） 車両幅方向の移動について 軌道曲線部において、車体11が台車わくＦに対して高
さ方向の変化を伴って幅方向に移動する場合に、その移
動方向が第４図の一点鎖線で示すように台車わくＦに対
し左方向であるときには、この移動は、水平リンク18が
縦レバー16に対して時計方向に回転するとともに、垂直
リンク19が水平リンク18に対して反時計方向に回転する
だけで吸収できるため、車体11の幅方向への一方の移動
は、縦レバー16の回転を伴うことなく行なわれる。

これに対し、車体11の移動方向が第４図の点線で示す
ように台車わくＦに対し右方向であるときには、この移
動は、水平リンク18が縦レバー16に対して反時計方向に
回転するとともに、垂直リンク19が水平リンク18に対し
て時計方向に回転するだけで吸収できるため、車体11の
幅方向の他方への移動は、縦レバー16の回転を伴うこと
なく行なわれる。

車体11についてのこれらの幅方向への移動は、台車わ
くＦに対して高さ方向への変化を伴わない場合にも全く
同じように行なわれる。

（２） 輪軸の回転について 第10図において、二点鎖線は直線軌道上に走行してい
る場合の台車リンク機構のスケルトン図で、実線は曲線
軌道上を走行している場合のリンク機構のスケルトン図
である。矢印Ｐ方向に進行している台車の前側輪軸３が
曲率半径Ｒの軌道曲線部において、二点鎖線で示す位置
から実線で示す位置まで角度βラジアンだけ回転した場
合、輪軸３の中心Ｄから第１の操作リンク20の取り付け
中心までの距離をｒとすると、第１の操作リンク20の取
り付け中心は、 ｒβ だけ回転移動する。しかしながら、一般に軌道の曲率半
径Ｒは、前後輪軸間の距離ｌに比べて十分に大きくβの
値は小さいから、ｒβの値も小さくなる。

前側輪軸３が角度βだけ回転して曲率中心Ｏの方向に
向くと、これに伴って輪軸３との結合中心Ｋのまわりに
回転移動される第１の操作リンク20は、台車のリンク機
構全体を台車わく側はり１と縦レバー16との結合部を回
転中心Ｎとして、第10図の二点鎖線で示す位置から実線
で示す位置まで回転移動する。

この移動においては、第１の操作リンク20と縦レバー
16との結合中心Ｑは若干上方に移動するが、結合中心Ｋ
のまわりの回転角度が小さくその移動量は無視できるか
ら、結合中心Ｑの水平方向の移動量は、輪軸３によって
回転移動される結合中心Ｋの移動量ｒβに等しいと近似
することができる。

このため、縦レバー16と第２の操作リンク21との結合
中心Ｓは、NSとNQの距離が共にｂで等しいから、結合中
心Ｎに対しＱの移動方向と反対側に水平方向にｒβだけ
移動される。この移動により、第２の操作リンク21の他
端と結合される後側輪軸３の結合中心Ｕは、第２の操作
リンク21の回転角度が小さいため、水平方向にｒβだけ
移動される。しかるに、後側輪軸３の中心Ｅと結合中心
Ｕとの距離はｒであるから、輪軸３の輪軸中心Ｅのまわ
りの回転角度は ｒβ×（1/r）＝β となる。それ故、台車の後側輪軸３は、前側の輪軸３と
反対方向に同じ角度βラジアンだけ回転するから、後側
の輪軸３は、軌道曲線部の曲率中心Ｏを通ることになる
（第８図参照）。この場合の軌道曲線部の曲率半径Ｒは Ｒ＝l/2β となる。

また、縦レバー16と水平リンク18との結合中心ＴのＮ
に対する水平方向の移動量は、NTの距離がａであるか
ら、第１の操作リンク20の結合中心Ｑの水平移動量ｒβ
のa/b倍となり、Ｑと反対方向に移動する。前側輪軸３
が角度βだけ回転移動したとき、曲率中心Ｏから遠い方
の各操作リンク20,21および縦レバー16は、それぞれ曲
率中心Ｏに近い方の対応する各操作リンク20,21および
縦レバー16の動きと同じ量だけ逆方向に回転移動され
る。第10図において、台車中心Ａと縦レバー16の上端結
合中心Ｔまでの水平距離は、輪軸３について述べたのと
同じくｒであるため、各縦レバー16の上端と水平リンク
18との結合中心T,Tを結ぶ一点鎖線で示す線分は、台車
中心Ａのまわりに （ｒβa/b）×1/r＝βa/b だけ回転されることになる。この回転角度は、車両と台
車との回転角度を表わす。

しかるに、この実施例の台車では、ａとｂとの比は、
車両の前後に設けられる台車中心間の距離Ｌと、台車の
前後輪軸間の距離ｌとの比に等しくなるように決められ
ていて a/b＝L/l であるから、前記車両と台車の回転角度は βa/b＝βL/l となる。この回転角度は、第８図から明らかなように、
車体前後の台車中心間距離Ｌが軌道の曲率中心Ｏに対し
てなす中心角の1/2に等しいから、車両と台車の回転角
度から決まる軌道の曲率半径は L/（２βL/l）＝l/2β＝Ｒ となって、台車についての前後の輪軸3,3の回転角度か
ら求めた曲率半径と等しくなる。即ち、台車中心Ａを通
って台車の長さ方向に直角な線分は、台車前後の輪軸3,
3の交点を通ることになる。

車体後側の台車についても前側の台車についてと全く
同じことが云えるから、後側の台車前後の輪軸3,3は、
前側の台車についての前後の輪軸3,3の場合と同じく軌
道の曲率中心Ｏを通る。

さて、前後の台車についての各輪軸3,3が軌道の曲率
中心Ｏを通ると、各輪軸3,3に直角に取り付けられたそ
れぞれの車輪4,4は、軌道の接線方向に向いて転動し軌
道との間にほとんど滑りを起こさないから、車輪４と軌
道との間の相互摩耗は著しく少なくなり、車輪４の滑り
に起因する騒音の発生は著しく低くなる。また、車輪４
が軌道との間にほとんど滑りを起こさなくなると、鉄道
車両が受ける余分な振動は少なくなり、車両の乗り心地
が良くなるほか、走行速度が向上した場合にも軌道に及
ぼす力を増大して軌道間距離が拡大される作用を少なく
し、鉄道車両が脱線される懸念を解消することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明は、上述の通り構成されているので、次に記
載する効果を奏する。

（１） 鉄道車両用台車に取り付けられた進行方向側の
輪軸が、軌道曲線部において曲率中心を通る方向に回転
されると、進行方向側の輪軸の両端部に結合された第１
の操作リンクが、台車わく側はりに枢支された縦レバー
をその結合中心のまわりに回転し、この結合中心に対し
て第１の操作リンクと同じ距離だけ反対の位置に取り付
けられた第２の操作リンクを介して、後側の輪軸を前側
の輪軸と同じ角度だけ反対方向に回転する。

このため、鉄道車両が軌道曲線部を通過している間、
後側の輪軸は前側の輪軸と同じように曲線部の曲率中心
を通る方向に回転される。

（２） 軌道曲線部における鉄道車両の幅方向の移動
は、車体下面の幅方向両側の下方に配設される各縦レバ
ーの上端部と、車体下面との間に設けられた水平リンク
と垂直リンクとが、それぞれ枢着部のまわりに回転する
ことにより、縦レバーの作動に少しも影響を与えずに許
容される。

このため、鉄道車両に対し上下、左右、および前後方
向の大きな移動を許容するボルスタレス型の台車につい
ても、軌道曲線部において、台車の輪軸が自動的に曲率
中心を通る方向に回転することができる。

（３） 台車の各輪軸は軌道の曲率中心を通るから、各
輪軸に取り付けられた車輪の転動方向は、軌道曲線部の
接線方向に一致する。それ故、車輪は軌道曲線部を通過
するとき、軌道との間に滑りをほとんど起こさないか
ら、台車による車両の曲線部通過は円滑に行なわれる。

（４） 車輪は軌道に対してほとんど滑りを起こさない
から、車輪と軌道は、滑りによって受ける摩耗が著しく
少なくなり、また、滑りに起因する騒音の発生は、著し
く低くなる。

（５） 軌道曲線部においても、鉄道車両は車輪の滑り
に起因する余分な軌道を受けることが少なくなるから、
車両の乗り心地は良くなる。

（６） 車両の走行速度が向上しても、車輪による軌道
間距離の拡大作用を少なくし、鉄道車両が脱線を起こさ
ないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正面図、第２図は同平面
図、第３図は車体幅方向から見たリンク機構の側面図、
第４図は車体幅方向の移動に伴う水平リンクと垂直リン
クの動作説明図、第５図は直線軌道上を走行する場合の
リンク機構要部の正面図、第６図は曲線軌道を走行する
場合のリンク機構要部の正面図、第７図は軌道曲線部に
おける車両と台車の回転角度の関係を示す線図、第８図
は軌道曲線部において輪軸が曲率中心を通るときの台車
と輪軸との回転角度の関係を示す線図、第９図は直線軌
道上を走行する台車のリンク機構のスケルトン斜視図、
第10図は曲線軌道上を走行する台車のリンク機構のスケ
ルトン斜視図、第11図は軌道曲線部における従来例の動
作説明図、第12図は他の従来例の正面図、第13図は第12
図のリンク機構のスケルトン斜視図である。 １……台車わく側はり、３……輪軸 ５……軸箱、11……車体 16……縦レバー、18……水平リンク 19……垂直リンク、20,21……操作リンク ａ……縦レバーと台車わく側はりとの結合中心から水平
リンク取り付け中心までの距離 ｂ……縦レバーと台車わく側はりとの結合中心から操作
リンク取り付け中心までの距離 Ｌ……車両前後の台車中心間の距離 ｌ……台車の輪軸間の距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 加久見 岐阜県恵那郡坂下町坂下4820番地 (72)発明者 米田 源司朗 大阪府東大阪市稲田新町３丁目９番60号 近畿車輌株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−94079（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61F 5/38 B61F 5/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】枕はりが省略されたボルスタレス型の鉄道
   車両用台車において、 車体下面の幅方向両側の下方に、下端部を台車わく側は
   り側の保持アームに枢着された縦レバーは、上端部に車
   体の幅方向に配設される水平リンクの一端と回転自在に
   結合され、 水平リンクの他端は車体の下面に枢支される垂直リンク
   の下端部と枢着され、 縦レバーは台車わく側はり側の保持アームとの結合中心
   から上下反対方向に等しい距離だけ隔てた各位置に、一
   端がそれぞれ前後方向の軸箱に枢着された２つの操作リ
   ンクの他端がそれぞれ回転自在に結合され、 縦レバーと台車わく側はり側の保持アームとの結合中心
   から操作リンク取り付け中心までの距離と、水平リンク
   取り付け中心までの距離との比が、台車の輪軸間の距離
   と、車体前後方向の台車中心間の距離との比に等しくな
   るように決めたことを特徴とする 鉄道車両用台車。