JP4693151B2 - 台車カバーを設けた高速鉄道車両 - Google Patents

Description

この発明は、高速鉄道車両の台車カバーに関するものであり、台車カバーの台車軸箱との対向部分を塞いだとき、急カーブ走行時の台車の旋回によって、台車カバーが台車と干渉しても支障を生じることがないような台車カバーの構造とし、これによって高速走行時の台車カバー開口部に起因する空気抵抗、騒音を低減することができるものである。

高速鉄道車両においては、走行抵抗の低減、騒音低減等のために台車カバーでカバーしているが、レールの曲率半径が小さい場所においては、台車の旋回角度が大きくなり、台車の側への突出部、たとえば軸箱が台車カバーと干渉するために、台車の軸箱に対抗する部分が開口部になっている。
また、上記開口部による空気抵抗、騒音を防止するために台車カバーに開口部を設けないで台車を完全に覆っているものもある（実開平６−５３３５６号マイクロフィルム）が、これは、台車カバーと台車とが干渉する恐れがなく、台車カバーと台車との干渉を全く問題にする必要のない車両を対象にしているものである。
ところで、新幹線から在来線に乗り入れる新在直通の高速鉄道車両においては、車体のサイズは在来線サイズとほぼ同じで、台車部分は新幹線サイズであるために、台車軸箱に対向する部分に開口部を設けないで台車カバーで完全に塞ぐことはできない。しかし通常の新幹線車両と同様に高速走行を行う走行条件は違いがないため、走行抵抗の低減、騒音低減等の台車カバーに対する要求は同一である。
実開平６−５３３５６号マイクロフィルム

従来の新在直通の高速鉄道車両（以下これを、単に「高速鉄道車両」という）では、台車カバーに開口部があって台車が完全には覆われてはいないために、高速走行時の空気抵抗が高いだけでなく、開口部があることにより発生する騒音や台車部分からの騒音の遮蔽性能が下がるなどの不都合もある。このため、台車部分を台車カバーで完全に覆うことが要請されているが、未だ適切な対策は講じられていない。
ところで、高速鉄道車両において、台車カバーで台車を完全に覆うとき、実際に台車カバーが台車の軸箱の突出部分と干渉するのは、高速走行を行う本線の曲率半径は通常２５００ｍ以上であって、車体に対する台車の旋回角度が小さいため、特殊な条件でのことであり、その他の状況において干渉することはない。他方、低速で渡り線を通過するときや、操車場内などを走行する場合は、その線路では、最小曲率半径１００ｍまでのカーブがあるところもあるため、車体に対する台車の旋回角度が大きく、台車カバーと台車の軸箱が干渉することがある。したがって、台車と台車カバー間の衝撃は比較的小さい。このような台車と台車カバーとの干渉の実態を分析することで、台車と干渉しても台車カバーが損傷しないように工夫すれば、台車を台車カバーで完全に覆うことが十分可能であり、特段の支障もないことが判明した。
なお、台車側において最も車体側面へ大きく接近していて、かつ台車に付属している部品の中で、干渉することを避けられる位置へ移動させることが困難な部分は、軸箱の先端部分である。

他方、高速走行時には、列車すれ違い時や、トンネル突入時に発生する微気圧波により、側スカートと同様に台車カバーにも空気圧力がかかる。台車カバーの下端が解放されているから台車カバーにかかる上記圧力は比較的小さいけれども、その部分にかかる力は「圧力×面積」に比例するため変形を可及的に低減するためには、その受圧面積（外側表面積）はできるだけ小さい方が望ましい。
そこで、この発明は、高速鉄道車両の台車カバーについて、台車と干渉する部分を最小限の面積で可撓性を持たせることで、台車の旋回動作によって台車と干渉しても損傷することがないようにし、かつ、列車すれ違い時や、トンネル突入時の微気圧に対しては所要の剛性が確保されるように、台車カバーの機構・構造を工夫することをその課題とするものである。

〔解決手段〕
上記課題を解決するために講じた手段は、台車カバーを設けた高速鉄道車両について、次の（イ）〜（ハ）のとおりである。
（イ）台車の軸箱に対向する部分に設けられた台車カバー開口部に天然ゴムベースまたはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等の合成ゴムなどによる可撓性弾性シート材料による成形品（以下「可撓性弾性材料成型品」という）を嵌め、当該可撓性弾性材料成型品を台車カバーに着脱自在に固定してあり、
（ロ）上記可撓性弾性材料成型品はその前方部分、後方部分および上部に蛇腹部を有し、当該蛇腹部の外側が台車カバー開口部の周縁に固定されており、
（ハ）台車が旋回してその軸箱外端が合成ゴム板に当接してこれを押すとき、上記蛇腹部が弾性変形して合成ゴム板の中央部分が車体外側へ押し出されるようになっていること。

〔作用〕
天然ゴムベースまたはＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等の合成ゴムで必要な硬度や強度のある材料を選択し適宜調整できるので、必要な剛性、耐摩耗性を確保することができる。
台車カバーの台車軸箱に対向する部分に設けられた開口部は、可撓性弾性材料成型品によって塞がれているので、台車が大きく旋回したときに台車軸箱が可撓性弾性材料成型品に当接し、これを外方に押す。可撓性弾性材料成型品は、水平断面方向（前方部、後方部）の蛇腹部および垂直断面方向（上部）の蛇腹部が容易に弾性変形するので、その中央部が無理なく外方に押し出され、これが破損されることはない。
なお、上記水平断面形状の蛇腹部は凹凸の複数の波形である部分を意味するが、この波形の凹凸は、前後方向への伸縮性が高ければ一つでもよい。また上記垂直方向の蛇腹部は、単数の波型を意味しているが、より柔軟性を持たせる必要性があるときは、複数の波型でもよい。

〔実施態様１〕
実施態様１は、台車軸箱の外端面に摺動抵抗の小さい摺動板を固定し、台車軸箱が台車カバーの可撓性弾性材料成型品と干渉するときは、この摺動板が可撓性弾性材料成型品の内側面に摺接するようにしたことである。

〔作用〕
台車軸箱の外端面を摺動抵抗の小さい摺動板でカバーしてあって、台車が旋回して軸箱が可撓性弾性材料成型品と干渉するときは摺動板が可撓性弾性材料成型品内面に圧接するので、軸箱が可撓性弾性材料成型品に対して滑らかに摺動し、可撓性弾性材料成型品内面の摩耗、損傷を防止することができる。

〔実施態様２〕
実施態様２は、上記解決手段における台車カバーを電磁波を通しやすく強度の高いグラスファイバーレインフォースドプラスチック（以下「ＧＦＲＰ」という）製とし、当該台車カバーの内側にＬＣＸ空中線アンテナを付設したことである。
なお同じ強度の高いファイバーレインフォースドプラスチックであっても、カーボンファイバーは導電性があるため、これを使用したカーボンファイバーレインフォースドプラスチック（一般的にはＣＦＲＰと言われる）は、強度が高いが電磁波に対する遮蔽性が高いので、内部にアンテナを配置するのに都合が悪い。他方、グラスファイバーは導電性がないため、これを使用したＧＦＲＰはこのような問題がない。
なお、ＬＣＸ空中線アンテナは、新幹線の列車の側スカートの内側に収納されていて、レールに沿って敷設されたＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル：固定アンテナ）との間で各種情報を確実に通信することができる通信用アンテナであって、従来周知のものである。
これまでの新幹線車両では、ＬＣＸ空中線アンテナ１０は列車の車両の内、必要な箇所に、車両の左右に、連続または一車両の二カ所に分けて配置されており（図６参照：図６は車両の前後二カ所に分けて配置された例）、ＬＣＸ空中線アンテナ素子１３を前後方向に一列に多数並べ、電気的に順次接続して構成される。
ＬＣＸ空中線アンテナ１０を配置する部分の側スカートは、金属製の側スカートに開口を設けて、その部分にカバーとしての電磁波を遮蔽せず、強度の高いＧＦＲＰ製の板状のものを取り付けた構造であり、その内側にＬＣＸ空中線アンテナ素子１３が着脱自在に固着されている。上記ＬＣＸ空中線アンテナ素子１３の構造や、側スカートへの取り付け構造は種々であり、従来周知の事項であるからその詳細な説明は省略するが、その一例の構造の概略は図７に示すようなものである。

〔作用〕
解決手段における台車カバーの材質は適宜選択しうることであり、ＧＦＲＰ製としたことは課題解決と不可分に関連することではないが、電磁波を通しやすく強度の高いＧＦＲＰ製とすることで、台車カバーの内側にＬＣＸ空中線アンテナを収納できるようになる。
従来は、ＬＣＸ空中線アンテナは、金属製の側スカートの内部に設けられたが、金属そのままでは電磁波を通さないため、アンテナの使用目的上問題があるため、金属製の側スカート側の一部に開口をつくり、電磁波を通す目的でＧＦＲＰ製の板状のものを取り付け、その内側にＬＣＸ空中線アンテナを収納していた。このために側スカートの構造が複雑であった。
この実施態様２のように台車カバーの主要部分をＧＦＲＰ製として、その内側にＬＣＸ空中線アンテナを収納することで、一般部の側スカートはすべて同一の構造とすることが可能となる。
また、台車１カ所だけでは１両分のアンテナの長さが不足するため、１車両の前後の台車カバー内に、ＬＣＸ空中線アンテナを設けることによって、従来例にある合成アンテナとすることも可能である。

この発明の効果は、上記解決手段１の作用から明らかであり、上記のとおりの機構、構造の台車カバーを用い、これで台車を完全に覆ったものであるから、台車カバーに設けられた開口部による空気抵抗、騒音が低減され、また、可撓性弾性材料成型品は台車軸箱との干渉で容易に弾性変形するので、上記干渉による衝撃はなく、可撓性弾性材料成型品の耐久性が高く、さらに、高速鉄道車両の高速走行時における台車カバーの振動が効果的に防止される。
また、この台車カバーの可撓性弾性材料成型品部分は台車軸箱に押されて変形するが、この変形は蛇腹部の伸縮によるものであるから、上記変形によって損傷することはなく、したがって、耐久性が高い。

次いで、図面を参照して実施例を説明する。
〔実施例１〕
上半分が垂直で下半分が内側に傾斜した断面形状の側スカート１があり、台車を覆う部分が同形状の台車カバー２になっている。この台車カバー２の台車軸箱に対応した位置に前後の開口部２ａ，２ａが設けられている（図１）。台車カバー２はＧＦＲＰ製（グラスファイバーレインフォースプラスチック）であり、その開口部２ａ，２ａに可撓性弾性材料成型品３，３が装着されている（図２，図３）。この可撓性弾性材料成型品３，３は、周囲が蛇腹状の形状であり、その下辺はフリーである。そして、この下辺以外の辺、すなわち前方、後方、上方の辺は開口部２ａ，２ａの縁に固定螺子Ａで着脱自在に固定されている（図４）。そして、図４に示すように、前方、後方の被固定部３ｘ、及び上方の被固定部３ｙに固定ボルト用の穴３ｃがあり、被固定部３ｘの近傍に２つの波形状凹凸による蛇腹部３ａ、３ａがあり、上方向の被固定部３ｙの近傍に１つの波形状の凹凸による蛇腹部３ｂがある。

上記可撓性弾性材料成型品３は、この実施例では、厚さが１５ｍｍであり、蛇腹部３ａの波の幅は１００ｍｍ、高さは５０ｍｍで、蛇腹部３ｂの波の幅は５０ｍｍ、高さは５０ｍｍである。これらの蛇腹部３ａ，３ｂの各寸法は、固定された状態で合成ゴム板３が所要の剛性を保ちつつ、車輪６の軸を支えている軸箱８に押されたとき、滑らかに伸縮する程度の剛性と柔軟性が具備されるように、材料の硬さ、強さ、合成ゴム板の大きさに応じて、適宜設計される。
そして、この可撓性弾性材料成型品３，３それ自体は、高速走行時の風圧によって振動することなく、かつ容易に破損することのない程度の強度を有することが必要である。

急カーブを走行して台車４が大きく旋回すると、台車軸箱８が可撓性弾性材料成型品３の内側面に当接して、これを外方へ押し出す。この台車軸箱８によって可撓性弾性材料成型品（具体的には合成ゴム板）３が弾性変形して外方に膨らみ、台車軸箱８が内側に戻ると、可撓性弾性材料成型品３は弾性復元する。そして、台車軸箱８の押し力に対する可撓性弾性材料成型品３の弾性変形抵抗は比較的大きい。もし、台車軸箱８と可撓性弾性材料成型品３間の摩擦抵抗が大きいと、可撓性弾性材料成型品３に無理な力がかかり、可撓性弾性材料成型品３の耐久性を著しく害される。この実施例では、台車軸箱８の外端面に滑り板９を被せて止め捩子等の適宜の固着手段で着脱自在に固定している（図５参照）。この滑り板９は、図５（ｂ）に示すような形状の鋼板製で、その摺動面ｓにフッ素樹脂フィルム等の低摩擦性樹脂をコーティングし、これによって上記の摩擦抵抗を低減している。

ところで、図示のように、車輪６の車軸中心は台車カバー２の折り目（垂直な上半分と内側に傾斜した下半分との境目の折り目）Ｌよりも下方にある（図１，図３参照）ので、台車４が大きく旋回すると、台車軸箱８の外端面の下端が台車カバー２の傾斜部に衝突する。以上のことからこの実施例は、台車カバー２の傾斜部を切り欠いて開口部を形成し、この開口部に可撓性弾性材料成型品３を装着している。このようにすることで上記開口部２ａの大きさを可及的に小さくしている。
因みに、上記開口部２ａの前後方向長さは約６００ｍｍ、上下方向高さは約２００ｍｍであってその表面積は小さいから、空気圧力（風圧等）による可撓性弾性材料成型品３に対する負荷は極めて小さい。

〔実施例２〕
次いで、上記実施例の台車カバー２にＬＣＸ空中線アンテナを付設した他の実施例２を説明する。
なお、ＬＣＸ空中線アンテナは、新幹線の列車の側スカートの内側に収納されていて、レールに沿って敷設された固定アンテナとの間で各種情報を確実に通信することができる通信用アンテナであって、従来周知のものである。
また、上記ＬＣＸ空中線アンテナ１０は列車の先頭車両の左右に配置されており（図８参照）、ＬＣＸ空中線アンテナ素子１３を前後方向に一列に多数並べ、電気的に順次接続して構成される。ＬＣＸ空中線アンテナ１０を配置する部分の側スカートカバー１４（図６（ｃ），図７参照）はＧＦＲＰ製であり、その内側にＬＣＸ空中線アンテナ素子１３が着脱自在に固着されている。上記ＬＣＸ空中線アンテナ素子１３の構造（図７参照）や、側スカートカバー１４への取り付け構造は種々であり、従来周知の事項であるからその詳細な説明は省略する。

この実施例２では、台車カバー２がＧＦＲＰ製であり、その垂直部の内側に多数のＬＣＸ空中線アンテナ素子１３は着脱自在に取り付けられている（図９参照）。この例では、台車カバー２の前後方向の長さの関係から、一つの台車カバー２に２セットのＬＣＸ空中線アンテナ素子１３を取り付けているが、ＬＣＸ空中線アンテナ素子１３が不足の場合は、先頭車両の前後の台車カバーにもＬＣＸ空中線アンテナ素子１３を収納して、これらを合成器１１を介して同軸ケーブル１２で繋げばよい。
この実施例２では、側スカート１にはＬＣＸ中線アンテナ素子１３を取り付けないから、先頭車両の側スカートについても、他の車両の側スカートと同じもの（例えばアルミ合金製）を用いることができる。全ての車両について側スカートを例えばアルミ合金製に統一できるので、コスト低減が計られる。

は高速鉄道車両を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は実施例１における台車と台車カバーとの関係を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 （ａ）は図２の実施例１の可撓性弾性材料成型品の取り付け部の正面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は可撓性弾性材料成型品の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は台車カバーと台車軸箱および滑り板との位置関係を概念的に示す断面図、（ｂ）は滑り板の斜視図である。 （ａ）は従来例のＬＣＸ空中線アンテナの配置を概念的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）側面図、（ｃ）は空中線アンテナの取り付け部分の正面図である。 （ａ）は従来のＬＣＸ空中線アンテナ素子の一例の枕木方向（車両横方向）の断面図、（ｂ）は従来のＬＣＸ空中線アンテナ素子の一例の平面方向の断面図である。 （ａ）は台車カバー内にＬＣＸ空中線アンテナの配置した実施例２の概念的な平面図、（ｂ）は側面図である。 は台車カバー内にＬＣＸアンテナを配置した実施例２の側面図である。

符号の説明

１：高速鉄道車両の側スカート
２：台車カバー
２ａ：台車カバーの開口部（“可撓性弾性シート材料による成形品”の取り付け部）
３：可撓性弾性材料成型品
４：台車
５：空気バネ
６：車輪
７：車軸
８：台車軸箱
９：滑り板
１０：ＬＣＸ空中線アンテナ
１１：合成器
１２：同軸ケーブル
１３：ＬＣＸ空中線アンテナ素子
１４：ＧＦＲＰ側スカートカバー（ＬＣＸ空中線アンテナ素子部）
Ａ：固定螺子
Ｌ：側スカートにおける折れ目線

Claims (3)

1. 台車カバーを設けた高速鉄道車両において、
   台車の軸箱の突出部分に対向する部分に設けられた台車カバー開口部に可撓性弾性材料成型品を嵌め、当該可撓性弾性材料成型品を台車カバーに着脱自在に固定してあり、
   上記可撓性弾性材料成型品はその前方部分、後方部分および上方部分に蛇腹部を有し、当該蛇腹部の外側が台車カバー開口部の周縁に固定されており、
   台車が旋回してその軸箱の突出部分が上記可撓性弾性材料成型品に当接してこれを押すとき、上記蛇腹部が弾性変形して可撓性弾性材料成型品の中央部分が車体外側へ押し出されるようになっていることを特徴とする高速鉄道車両。
2. 台車軸箱の突出部分の外端面に摺動抵抗の小さい摺動板を固定してあり、台車軸箱の突出部分が台車カバーの可撓性弾性材料成型品と干渉するときは、この摺動板が可撓性弾性材料成型品の内側面に摺接するようになっている請求項１の高速鉄道車両。
3. 台車カバーが電磁波を通しやすく強度の高いグラスファイバーレインフォースドプラスチック（ＧＦＲＰ）製であり、線路に平行してＬＣＸ（漏洩同軸ケーブル）が設けられた沿線を走行することが計画された車両である場合において、当該台車カバーの内側にＬＣＸ空中線アンテナを付設した請求項１の高速鉄道車両。

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