JP5267857B2 - 鉄道車両用３軸操舵台車及び鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、主電動機によって駆動される２つの駆動軸と、主電動機によって駆動されない１つの付随軸を、同一の台車内に有する３軸操舵台車、及びこの３軸操舵台車を有する鉄道車両に関するものである。

曲線路を通過する際、車輪に作用する旋回抵抗力（横圧）を低減するために、車軸を曲線路に沿って移動させる操舵台車がある。

この操舵台車では、車体と台車間の相対変位（ボギー変位）を利用して車軸を曲線路の中心に向け、車輪が曲線路に対して持つ角度（アタック角）を低下させ、曲線路を通過する時の旋回抵抗力（横圧）を低減させるようにしている。

ところで、機関車等では、通常、台車に取り付けられた全ての車軸が駆動軸となっている。従って、前記横圧を低減するために、台車の固定軸距を短くする場合が多い。しかしながら、主に機関車等で用いられている３軸台車の場合、進行方向に向かって前方の車軸（以下、先頭軸という。）と後方の車軸（以下、後尾軸という。）の軸間距離が長くなるので、前記横圧が増加する傾向がある。

このため、例えば特許文献１では、先頭軸及び後尾軸を操舵させる機構を有した操舵台車が提案されている。
特開平９−１１８９９号公報

ところで、３軸台車では、例えば図３のように、台車１に設けられた３本の車軸２ｆ、２ｍ、２ｒの内、後尾軸２ｒのみに操舵装置３を取り付けた場合も、台車枠１ａ及び後尾軸２ｒを効率的に操舵させることができる。

この構成では、後尾軸２ｒに取り付けた操舵装置３により、先頭軸２ｆ及び進行方向の真中の車軸（以下、中間軸２ｍという。）を支持する台車枠１ａが、リンク支持点３ａを介して操舵方向に荷重を受ける（図４）。この荷重により先頭軸２ｆに取り付けた車輪のアタック角及び横圧を低減することが可能になる。このときに、操舵装置３を取り付けた後尾軸２ｒは、台車枠１ａに対してヨーイング方向に大きく移動することになる。

なお、図４中の白抜き矢印イは先頭軸２ｆに作用する内軌側横圧、白抜き矢印ロは先頭軸２ｆに作用する外軌側横圧、白抜き矢印ハは後尾軸２ｒに作用する縦クリープ力、白抜き矢印ニは台車枠１ａに作用する作用力、矢印ホは台車枠１ａに作用するステアリングモーメントを示す。

操舵装置３を取り付ける後尾軸２ｒが、台車枠１ａに主電動機及び歯車装置を取り付ける必要のない付随軸の場合、台車枠１ａには、後尾軸２ｒに装着したブレーキディスク４に作用させるディスクブレーキ装置５を取り付けるだけである。従って、図５に示したように、図４に示した操舵台車を構成することは比較的容易である。

しかしながら、操舵装置３を取り付ける後尾軸２ｒが、台車枠１ａに主電動機６及び歯車装置７を取り付ける必要がある駆動軸の場合、歯車装置７及び可撓継ぎ手８の許容変位を大きくする必要がある。また、後尾軸２ｒと主電動機６の隙間を大きくするために、小型の主電動機６ａを採用する必要がある。さらに、ディスクブレーキ装置の取り付けができないので、車輪９の踏面に押し付ける踏面ブレーキ装置１０を取り付けることになるが、この踏面ブレーキ装置１０の動き量（ストローク）を大きくする必要がある（図６参照）。

このように、駆動軸を操舵する操舵台車の場合、操舵する側の車軸を駆動する主電動機、可撓継ぎ手、踏面ブレーキ装置等の駆動・制動装置は、台車枠と車軸の前後方向及びヨーイング方向の相対移動量を大きくとれるような装置構成にすることが必要になる。

そこで、２軸台車ではあるが、特許文献２で、車軸の前後方向の変位を大きくとれる軸箱支持装置を有する操舵台車が提案されている。
特許第３３９４１５１号公報

また、輪重を低減するために、３軸台車に換えて、図７に示すように、２つの２軸駆動台車Ａの間に２軸付随台車Ｂを取り付けた例もある。

本発明が解決しようとする問題点は、駆動軸を操舵する３軸操舵台車の場合、台車に搭載する駆動・制動装置に台車枠と車軸の前後方向及びヨーイング方向の相対移動量を大きくとれるようにする必要があり、台車の構成が複雑になるという点である。

本発明の鉄道車両用３軸操舵台車は、
操舵装置を設ける場合であっても、台車の構成が複雑になることを回避するために、
台車に設けられる車軸が、主電動機によって駆動される２つの駆動軸と、主電動機によって駆動されない１つの付随軸とで対をなし、
進行方向後側の後尾軸を前記付随軸となすと共に、
車軸を操舵する操舵装置がリンクを用いた操舵機構によるものであって、この操舵装置を前記付随軸である後尾軸のみに取り付けることで、操舵時、前記リンクを介して受ける操舵方向の荷重により進行方向前側の先頭軸に取り付けた車輪のアタック角及び横圧をも低減するようにしたことを最も主要な特徴としている。

本発明の３軸操舵台車では、操舵装置を台車内の１つの車軸のみに取り付けて横圧を低減させる際、操舵装置を付随軸のみに取付けることで、通常の３軸台車と同様の駆動・制動装置の装着が可能となる。

本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両に少なくとも１台備える場合には、前記３軸操舵台車が、鉄道車両の進行方向における最も後ろ側になるように備えさせる。これが本発明の鉄道車両である。このようにすることで、脱線に対する安全性を高めることができる。

また、本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両の進行方向の前後両側に備える場合には、前記両操舵台車の付随軸を、車両の最も内側になるように備えさせる。これが本発明の鉄道車両である。このようにすることで、鉄道車両のどちらを進行方向の前側としても良くなる。

本発明によれば、操舵装置を付随軸のみに取り付けるので、３軸操舵台車に搭載する駆動・制動装置として、従来の駆動・制動装置を流用することができる。

そして、本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両に少なくとも１台備える場合には、３軸操舵台車が鉄道車両の進行方向における最も後ろ側になるように備えさせれば、脱線に対する安全性を高めることができる。

また、本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両の両側に備える場合には、両操舵台車の付随軸を車両の最も内側になるように備えさせれば、鉄道車両のどちらを進行方向の前側としても良くなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
先に説明したように、後尾軸のみに操舵装置を取り付けた３軸操舵台車を考えると、付随軸を操舵する図５の場合、台車に車軸のヨーイング方向移動に対応可能なディスクブレーキ装置を装着することで、３軸操舵台車を構成することが可能である。

一方、駆動軸を操舵する図６の場合、操舵装置を取り付けない先頭軸及び中間軸については、台車に通常の駆動装置及び踏面ブレーキ装置を取り付けることが可能である。しかしながら、操舵装置を取り付ける後尾軸の場合は、車軸のヨーイング方向変位に対応できる特殊な踏面ブレーキ装置及び駆動装置を台車に取り付ける必要がある。

そこで、本発明では、図１のように、操舵装置３を取り付ける後尾軸２ｒを付随軸として、この付随軸と対をなす先頭軸２ｆ及び中間軸２ｍは、主電動機６、歯車装置７等からなる駆動装置を取り付ける駆動軸とする。このような構成とすれば、特殊構造の駆動・制動装置を必要とせずに３軸操舵台車を構成することができる。

本発明の３軸操舵台車に採用する操舵装置３は、後尾軸２ｒを操舵できるものであれば、特に構成は問わない。例えば図１では、車体１１側と台車枠１ａ側を第１のリンク３ｂでそれぞれ回動が自在なように連結し、この第１のリンク３ｂの中間部と後尾軸２ｒの軸箱１２を、第２のリンク３ｃでそれぞれ回動が自在なように連結した構成のものを示している。このリンク機構を用いた操舵装置３の場合、曲線路では台車１が車体１１に対して旋回すると、その旋回角に応じて後尾軸２ｒが曲線方向に向くので、駆動源を必要としない。

本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両に少なくとも１台備える本発明の鉄道車両では、前記３軸操舵台車を、車両の進行方向における最も後ろ側になるように備えさせる。すなわち、本発明の鉄道車両では、３軸操舵台車の操舵装置３は進行方向の最も後位に取り付けられるので、付随軸が後尾軸２ｒ、操舵装置３を取付けない駆動軸が前軸２ｆ及び中間軸２ｍの構成になる。

このような構成の本発明の鉄道車両では、駆動軸を軸重の大きい進行方向の前側に、付随軸を進行方向の後側に各々配置することで、進行方向前位の輪重抜けを防止しながら、脱線に対する安全性を高めることができる。また、従来の駆動・制動装置を流用することができる。

また、３軸全てに操舵装置を取り付ける操舵台車と比較して、操舵装置の構造が簡単になる分重量が軽くなる。

従って、車体１１及び台車枠１ａを負担する輪軸１本当たりの負担荷重（軸重、輪重）を２軸台車並に低減させながら、操舵機構により車輪に作用する横圧を低減することが可能になって、横圧対輪重比（Ｑ／Ｐ）を低減できる。

また、車軸１本当たりの負担荷重を最大化すれば、機関車等を大型化することが可能になる。さらに、図７のように２軸台車を３台使用する場合に比べて、床下のスペースを確保でき、搭載性が向上する。またさらに、輪重の低下により車両から発生する騒音が低減する。

本発明の３軸操舵台車を、鉄道車両の進行方向の前後両側に備えた本発明の鉄道車両では、図２のように、前記両操舵台車の付随軸Ｔｓを、車両の最も内側になるように備えさせる。このような構成とすれば、鉄道車両のどちらを進行方向の前側としても良くなる。なお、図２中のＭｐは駆動軸を示す。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明の３軸操舵台車の要部の一例を示した図で、（ａ）は底面から見た図、（ｂ）は側面から見た図である。 本発明の３軸操舵台車を進行方向の前後両側に備えた本発明の鉄道車両を示した図である。 直線路走行時の３軸操舵台車の一例を示した図１と同様の図である。 曲線路走行時の３軸操舵台車の後尾軸を操舵する際のメカニズムを示した図１と同様の図である。 付随軸のみに操舵装置を装着した３軸操舵台車を示した図１と同様の図である。 駆動軸のみに操舵装置を装着した３軸操舵台車を示した図１と同様の図である。 ２軸操舵台車を３台備えた鉄道車両を示した図である。

符号の説明

１ 台車
２ｆ 先頭軸
２ｍ 中間軸
２ｒ 後尾軸
３ 操舵装置
６ 主電動機
７ 歯車装置
Ｔｓ 付随軸
Ｍｐ 駆動軸

Claims (3)

1. 台車に設けられる車軸が、主電動機によって駆動される２つの駆動軸と、主電動機によって駆動されない１つの付随軸とで対をなし、
   進行方向後側の後尾軸を前記付随軸となすと共に、
   車軸を操舵する操舵装置がリンクを用いた操舵機構によるものであって、この操舵装置を前記付随軸である後尾軸のみに取り付けることで、操舵時、前記リンクを介して受ける操舵方向の荷重により進行方向前側の先頭軸に取り付けた車輪のアタック角及び横圧をも低減するようにしたことを特徴とする鉄道車両用３軸操舵台車。
2. 請求項１に記載の３軸操舵台車を、鉄道車両に少なくとも１台備えた鉄道車両であって、
   前記３軸操舵台車が、車両の進行方向における最も後ろ側になるように備えさせたことを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１に記載の３軸操舵台車を、鉄道車両の進行方向の前後両側に備えた鉄道車両であって、
   前記両３軸操舵台車の付随軸を、車両の最も内側になるように備えさせたことを特徴とする鉄道車両。

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