JP3394056B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道用車両の台車(各
車両が個別のボギーを有しない場合は鉄道用車両そのも
の)に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在の
鉄道に用いられている車輪には、レールの曲線部分やポ
イント部のスムーズな通過を可能ならしめること、及
び、車輪のフランジとレール間の連続的な擦過音を生じ
させると共にフランジの片減りを惹き起こすフランジの
片当りを防止すること等を目的として、車輪の踏面に内
側に向かって下がる勾配がつけられている。

【０００３】即ち、レールの曲線部分においてレールに
対して車輪が遠心力により外側へ寄り、車輪の勾配によ
って内側の車輪の回転径が外側の車輪の回転径より小さ
くなることによって曲線部分を自然にカーブさせるもの
である。

【０００４】この車輪の踏面の勾配も、曲線部分に於け
るスラックの量やカントの量を曲線部分の曲率に対応し
て調節することによって疑似的に最適化を図る等の対応
策の余地は有るものの、所詮は曲線部分の曲率とその時
の列車速度との組合わせに対する対応の柔軟性が充分で
は無く、多く場合、かなりの曲線抵抗の発生が避けられ
ない。

【０００５】また、夫々の車軸の蛇走のタイミングはも
っぱら自然的な要素に依存している為、時には、各台車
の前後の車軸が位相を揃えて蛇走してしまうことによ
り、踏面に勾配を有した車輪ではレールの直線部分にお
いて車軸が前後方向から見て左右に振動し、左右交互に
傾きながら走行すると言う避けることの出来ない現象と
が相加わって、極めて不快な、且つ場合によっては危険
ですらある、車体の大動揺と言う現象を惹き起こしたり
している。

【０００６】これは、電車や電気機関車に於いては、大
スパークを発生させたりひどい場合は集電困難へと発展
するなどのトラブルの因となり、集電装置のトロリー線
からの大離線の原因ともなるので無視できない問題であ
る。

【０００７】その他希にではあるが、前後の車軸の位相
の問題とは必ずしも関係なく、車軸の蛇走の激化によっ
てフランジへの横圧が限界を越えてしまうことによるフ
ランジのレールへの“のし上がり現象"や、果てにはこ
れを因とする脱線を惹き起したりもしている。

【０００８】確かに、時にはこれ等の“悪さ"をする場
合も有りはするものの、この車輪の踏面に与えられた勾
配そのものは、通常の速度での走行に於いては、一般的
には左程の障害とはならずに所期の機能を果たしている
ものと考えられる。

【０００９】しかしながら高速走行時には前記の現象及
びそれに基づく各種の弊害は、距離スケール的にはとも
かく、少なくとも時間スケール的には、最早“時に"や
“希に"では済まなくなり、“しばしば"発生する恐れが
ある他、車軸の蛇走の激化によって前述のフランジのレ
ールへの“のし上がり現象"に迄至る以前の段階から発
生し、速度の上昇と共に顕著となる車軸の浮上り現象に
よる車輪とレール面との間の実効摩擦係数の低下に基づ
く、力行時に於ける動輪の伝達可能駆動力の低下、及
び、制動時に於ける印加可能制動力の低下に伴う過剰制
動力印加時の制動輪の滑走の容易な出現という、非浮上
式鉄道の高速走行を阻む直接的な要因の一つともなって
いる問題が避けて通れない重大な問題となっている(制
動輪の滑走は車輪踏面の局所摩耗を発生させるので避け
なければならない現象である)。

【００１０】その他、車軸の蛇走によって生ずるフラン
ジによるレールに対する擦過音と打撃音の走行速度の上
昇に伴う高まりも、騒音問題と言う鉄道の高速走行を阻
む間接的な要因の一つともなっていると考えられる。

【００１１】その為、新幹線の車軸に於いては、在来線
用の基本型踏面の車輪に対して1/4、また、ＪＲの貨車
等で採用されているいわゆるＮ型踏面の車輪に対して1/
40と言う緩い傾きの踏面勾配を採用して諸々の不都合の
発生の緩和を図る対策の柱としているが充分とは言い難
いのが現状である。

【００１２】ところで、この踏面の勾配の果たしている
役割を考察して見ると問題を二つに別けて考えることが
出来ることが分かる。即ち、曲線部分のスムーズな通過
の問題と、フランジの片当防止の問題である。従ってこ
の二つの問題が他の手段によって解決されるならば車輪
は踏面勾配が零の平車輪のままでも構わないことにな
る。

【００１３】そこで本発明は、フランジの片当りを防止
する為には車軸のある程度の蛇走は必要かもしれない
が、曲線部分やポイント部のスムーズな通過には問題と
されている車輪踏面の勾配は必ずしも必要ではないと考
えを基にし、これを具体化して平車輪(形状としては平
車輪ではなくとも機能的には平車輪の場合と同様に作用
するもの、及び、製作上の有利性から採用される程度の
極く僅かの勾配しか持っていない踏面勾配付き車輪等を
含む)の採用を可能ならしめた台車を実現し、以て踏面
勾配付き車輪を採用している現行の方式に付随して生じ
ている諸々の不都合な現象を大幅に軽減し、乗り心地の
良い、より一層の高速走行が無理無く出来る鉄道車両用
台車を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。

【００１５】各車輪１に個別の原動機３を設け、この原
動機３にレールの曲線部分を走行するに際しては内側に
車輪１の回転数を外側の車輪１の回転数より小さくし、
レールの直線部分の走行に際しては前記左右の車輪回転
数差が前後の車輪１では左右逆状態にする車輪回転数制
御部を設けたことを特徴とする鉄道車両用台車に係るも
のである。

【００１６】左右の車輪１を異なる回転数で駆動する主
原動機３を各車軸２に設け、この主原動機３にレールの
曲線部分を走行するに際しては内側に車輪１の回転数を
外側の車輪１の回転数より小さくし、レールの直線部分
の走行に際しては前記左右の車輪回転数差が前後の車輪
１では左右逆状態にする車輪回転数制御部を設けたこと
を特徴とする鉄道車両用台車に係るものである。

【００１７】

【作用】台車ａがレールの曲線部分を走行するに際して
は、車輪１と内側の車輪１との回転数(回転速度)に差を
つけて運転することにより、台車ａはスムーズに曲線部
分を通過する。

【００１８】また直線路(レールの直線部分)の走行に際
しては台車ａの左前・右後の車輪１と右前・左後の車輪
１とを、平均速度の周りで、互いに逆位相となるように
強弱を付けて運転することにより、前車軸８及び後車軸
９はレール上をフランジがそう屡々はレールに当らない
様に適当に、かつ逆位相で蛇走しながら走行し、台車ａ
はレール上を現行の方式のものに比してよりスムーズに
走行する。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例として通常の、二軸とも駆動
輪として動作する、二軸四車輪の鉄道車両用台車ａにつ
いて説明する。

【００２０】図１は請求項１記載の発明の実施例(第１
実施例)を図示している。

【００２１】本実施例は、左右の車輪１及びこれ等を結
ぶ車軸２をいわゆるリジッドなものとせず、二重軸受構
造５などを採用して、左右の車輪１に差動的な行動を許
容する構造とし、各々の車輪１を個別の原動機３によっ
て駆動することにより、車軸２の蛇走を人為的なコント
ロールの下に置く様にした鉄道車両用台車ａ(当該車両
が個別のボギーを有しない単台車等の場合には車両その
もの)である。

【００２２】従って、差動的な動作を許容された各々の
車輪１を個別の原動機３によって駆動し、これらを然る
べく車輪回転数制御部により制御せしめ、車軸２の蛇走
を人為的なコントロールの下に置くようにする。

【００２３】このとき、台車ａはその走行速度とレール
の状況に応じてそれぞれの車輪１に差動的な動作が許容
されるので、例えば台車ａがレールの曲線部分を走行す
るときには外側の原動機３の組みと内側の原動機３の組
みの原動機３の回転を曲率半径やカントの量等の曲線部
分のレールの状況と台車ａの走行速度に応じて回転速度
に差をつけて運転することにより、台車ａはスムーズに
曲線部分を通過する。また直線路(レールの直線部分)の
走行に際しては台車ａの左前・右後の車輪１と右前・左
後の車輪１とを、平均速度の周りで、互いに逆位相とな
るように強弱を付けて運転することにより、前車軸８及
び後車軸９はレール上をフランジがそう屡々はレールに
当らない様に適当に、かつ逆位相で蛇走しながら走行
し、台車ａはレール上を現行の方式のものに比してより
スムーズに走行する。

【００２４】車輪１には平車輪１’(本発明を実施した
通常の走行に於いて平車輪を採用した場合と同様な走り
方をする形状の車輪(車輪１"(図３に平車輪１’と共に
その一例をしめす)、及び工作上の有利性から採用され
る程度の、極く僅かの勾配を有する勾配付き車輪１等を
含む)を採用している。

【００２５】前後左右の四車輪１を個別の原動機３によ
って駆動し、これらを然るべく制御可能ならしめること
により、前記作用を直線部分、曲線部分のいづれに対し
ても実現することができる。これは現在のパワーエレク
トロニクス技術で充分可能なことである。

【００２６】図２は請求項２記載の実施例(第２実施例)
を図示している。

【００２７】本実施例は、同じく左右の車輪１及びこれ
等を結ぶ車軸２をいわゆるリジットなものとせず、ディ
ファレンシャルギヤー機構６などを採用して、左右の車
輪１に差動的な動作を許容する構造とし、例えばディフ
ァレンシャルギヤー機構６の入力部分を通じて車軸２に
主要な駆動力を供給する主原動機３(付随車軸について
はこの原動機を有しない場合もある)と二重軸受構造５
及び傘歯小歯車７及び傘歯大歯車７’の２つのギヤーに
よって構成される傘歯車機構を介して左右車輪１間に差
動力を与える動力源４とを組合わせることにより車軸２
の蛇走を人為的なコントロールの下に置く様にしたもの
である。

【００２８】従って、台車ａはその走行速度とレールの
状況に応じてそれぞれの車軸１に差動的な動作が許容さ
れるので、台車ａがレールの曲線部分を走行するときに
は、前記の前車軸８の左右車輪１間に差動力を与える動
力源４と後車軸９の左右車輪１間に差動力を与える動力
源４とを同位相で、かつ、左右車輪１にその時の状況に
応じた回転速度の差をつけて運転することにより、先と
同様に、台車ａはスムーズに曲線部分を通過する。

【００２９】また、直線路走行に際しては前車軸８の左
右車輪１間に差動力を与える動力源４と後車軸９の左右
車輪１間に差動力を与える動力源４とが互いに逆位相関
係の差動力(この場合、平均値は０である)を発生するよ
うに制御しながら運転することにより、やはり先と同様
に、前車軸８及び後車軸９はレール上を適当に蛇走しな
がら走行し、台車ａレール上をスムーズに走行する。

【００３０】ディファレンシャルギヤー機構６を採用し
て左右の車輪１に差動的な動作を許容する構造として車
輪１には、先と同じく、平車輪１’(本発明を実施した
通常の走行に於て平車輪を採用した場合と同様な走り方
をする形状の車輪(車輪１”(図面３に平車輪１’と共に
その一例を示す))、及び、工作上の有利性から採用され
る程度の、極僅かの路面勾配を有する勾配付き車輪１等
を含む)を採用し、デッファレンシャルギヤー機構６の
入力部分を通じて車軸２に主要な駆動力を供給する主原
動機３と左右車輪１間に差動力を与える、内側回転子Ｍ
₁、及び、外側回転子Ｍ₀を備えた電動機Ｍ(原動機４を
電動機Ｍと見なせばよい)とを組合わせ、これらを然る
べく制御可能ならしめることにより、前記した作用を直
線部分、曲線部分のいづれに対しても実現することがで
きる。

【００３１】これも現在のパワーエレクトロニクス技術
で充分可能なことである。

【００３２】これらいづれの実施例においても、前車軸
８及び降車軸９の直線路に於る蛇走は極くゆっくりとし
た調子とできる上に、その蛇走も互いに逆位相となるた
め、車体の動揺の主要な原因となる台車ａの心皿ｂの位
置での蛇行は殆ど起らない様にすることができ、さら
に、車軸２が前後方向から見て左右に振動的に傾きなが
ら走行するという勾配付きの車輪１では避けることの出
来なかった前述の現象が殆ど無くなることと併せて、高
速走行時でも車体がひどくは揺れない様になる。従っ
て、乗り心地が大幅に向上するとともに、車体の大動揺
を原因とする、電車や電気機関車の場合の大スパークや
集電困難その他の、諸々の不都合の発生が大幅に低下す
る。

【００３３】又、高速走行時の実効摩擦係数の低下に基
づく伝達可能駆動力及び印加可能制動力の低下と言う現
象も大巾に緩和され、更に、フランジによるレールに対
する擦過音と打撃音も緩和される。

【００３４】これ等の、多くの項目に亘る問題点の改善
によって、非浮上式鉄道に於ても勾配付き車輪を採用し
ている現行の方式の場合に比してより一層の高速走行が
安全性や乗り心地を犠牲にすること無く可能となる。

【００３５】また、本発明を実施するに当ってはレール
の曲線部分の通過に際しては、例えば当該の曲線部分に
関する情報をデーターとして地上側から発信せしめてこ
れを車上で受信し、そのデーターとの時の台車ａの速度
とを基にして差動力を発生させる為の制御量を決定する
方式の採用等が考えられる。

【００３６】また、本発明ではレールの曲線部分の通過
時にも、在来の方式の様に勾配を有効に働かせる為の強
い遠心力を必要としないから、線路のゲージを広めにと
り、車体の断面積を小さめにとる等の設定をすれば安全
性を損なわない範囲でカントを強目に設定することによ
って曲線抵抗を一層低減させる様にすることも可能とな
る。

【００３７】また、レールのポイント部分の通過時には
上記の様な地上と車上とのデーターの送受信に基づいて
制御量を決める制御方式の採用とは別に、自動車等にお
けるサスペンションジオメトリーの考えを導入する事に
より、ポイント通過時に不可避的に作用する強い遠心力
によって生ずる左右の車輪１に対する偏加重に対しては
前後の車軸２の位置関係が非平行となる(当然、外側が
広くなる)様に変化させて対処するような工夫を採用す
ることも、そのような工夫をしなかった場合のポイント
通過時に必要とされる程の大きな差動力の供給を必要と
しなくなるので効果的であろう。

【００３８】尚、図中符号ｂは台車ａの通常の心皿の位
置、Ｍは原動機３又は差動力を与える動力源４を示すも
ので、Ｍ₁は差動力を与える電動機Ｍの内側回転子(軸１
２に固着されている)、Ｍ₀は差動力を与える電動機Ｍの
外側回転子(傘歯小歯車７に繋がっている)、４は差動力
を与える動力源、10は小歯車(ピニオン)、11は大歯車
(ギヤー)、12はディファレンシャルギヤー機構への入力
軸(＝原動機３の出力軸)である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したから、前
車軸及び後車軸のレールの直線部分に於る蛇走は極くゆ
っくりとした調子とできる上にその蛇走も互いに逆位相
となるため、車体の動揺の主要な原因となる台車の心皿
の位置での蛇走は殆ど起らない様にすることができ、さ
らに平車輪等の採用によって、車軸が前後方向から見て
左右に振動的に傾きながら走行するという従来の踏面勾
配付きの車輪の方式では避けることの出来なかった現象
が殆ど無くなることと併せて、高速走行時にも車体の大
動揺と言う現象は殆ど惹き起こさない様になる。

【００４０】従って、乗り心地が大幅に向上するととも
に、電車や電気機関車に於いては、大スパークを発生さ
せたりひどい場合は集電困難へと発展するなどのトラブ
ルの因となる、集電装置のトロリー線からの大離現象の
発生も大幅に抑制される。

【００４１】さらに、フランジのレールへの“のし上が
り現象"や、果てにはこれを因とする競合脱線が惹き起
こされる危険性の大幅な低下。

【００４２】車軸の浮上り現象による高速走行時の車輪
とレール面との間の実効摩擦係数の低下に基づく伝達可
能駆動力及び印加可能制動力の低下と言う現象の大巾な
緩和やフランジによるレールに対する擦過音と打撃音の
緩和等々の、多くの項目に亘る問題点の改善が達成され
る。

【００４３】その結果、非浮上式鉄道に於ても勾配付き
車輪を採用している現行の方式の場合に比してより一層
の高速走行が安全性や心地を犠牲にすること無く可能と
なる秀れた鉄道用台車を提供出来る。

【００４４】更に言えば、本発明実施に際しては、平車
輪ないしはそれと同等の働きをする踏面形状の車輪が採
用される事になる事から、レールのゲージに関してはか
なりルーズでも車両の走行にはそれ程の差し支えはない
事になる。

【００４５】その結果、レールゲージに関するメンテナ
ンスがかなり楽なものとなると共に長期的な計画を立て
て徐々に実施すればレールゲージ自体の変更すらも可能
となる。この場合例えば、現在計画されている全国新幹
線網計画に於いても、工事費用の問題からフルスケール
の新幹線は敷設せず、とりあえず、レールのゲージは狭
軌のままでかなりの高速走行を目指している、いわゆる
スーパー特急についても、完成後、後々徐々にレールの
ゲージの変更を行って行く事により、フルスケールの新
幹線へと変更していく事も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の第１実施例の構造を説明
する為の概略平面図である。

【図２】請求項２記載の発明の第２実施例の構造を説明
する為の概略平面図である。

【図３】平車輪、及び、平車輪と同様の働きをする踏面
形状を持った“まがいの平車輪"それぞれの例図であ
る。

【符号の説明】 １ 車輪 ２ 車軸 ３ 原動機又は主原動機

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各車輪に個別の原動機を設け、この原動
   機にレールの曲線部分を走行するに際しては内側に車輪
   の回転数を外側の車輪の回転数より小さくし、レールの
   直線部分の走行に際しては前記左右の車輪回転数差が前
   後の車輪では左右逆状態にする車輪回転数制御部を設け
   たことを特徴とする鉄道車両用台車。
2. 【請求項２】 左右の車輪を異なる回転数で駆動する主
   原動機を各車軸に設け、この主原動機にレールの曲線部
   分を走行するに際しては内側に車輪の回転数を外側の車
   輪の回転数より小さくし、レールの直線部分の走行に際
   しては前記左右の車輪回転数差が前後の車輪では左右逆
   状態にする車輪回転数制御部を設けたことを特徴とする
   鉄道車両用台車。