JP6564322B2 - 鉄道車両用台車 - Google Patents

Description

本発明は、第三軌条方式の集電装置を備えた鉄道車両用台車に関する。

鉄道車両が地上設備から集電する手段には複数の方式がある。第三軌条方式では、一対の走行レールに並行して第三軌条（給電レール）を敷設し、台車の車両長手方向に離れた一対の軸箱に接続される支持装置に集電装置が取り付けられる。そして、台車に設けられた集電装置の集電靴が第三軌条に接触摺動することで集電が行われる（特許文献１参照）。

米国公開第２０１５／００９０５５３号

第三軌条方式の集電装置は、集電靴が車幅方向外方に向けて片持ち状に突出するように支持装置に取り付けられる。そのため、支持装置の剛性が高くない場合には、車両走行時の振動等によって、集電靴が上下に揺動するように集電装置が動的に回動変位しえる。特に、車両が走行レールの分岐ポイントを通過するなどして台車に大きな振動が発生した場合には、集電装置が大きく変位して車両限界を超える可能性がある。他方、大きな振動が発生したときにも集電装置が車両限界を超えないためには、支持装置の剛性を上げることが考えられる。しかし、支持装置の剛性を上げ過ぎると、支持装置が接続される一対の軸箱の相対変位を阻害するため、支持装置の高剛性化にも限界がある。

そこで本発明は、第三軌条方式の集電装置が取り付けられる支持装置の剛性を上げ過ぎることなく、台車振動時に集電装置が車両限界を超えないようにすることを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両用台車は、台車枠と、一対の車軸を支持する軸受をそれぞれ収容する車両長手方向に離れた一対の軸箱と、前記一対の軸箱に接続された支持装置と、前記支持装置に取り付けられた第三軌条方式の集電装置と、前記台車枠に接続され、前記支持装置が車両長手方向回りに所定角度まで回動変位したときに前記支持装置に接触して回動変位を規制する少なくとも１つのストッパと、を備える。

前記構成によれば、台車振動時に第三軌条方式の集電装置が車両長手方向回りに変位しようとして、集電装置が取り付けられる支持装置が車両長手方向回りに所定角度まで回動変位したときに、ストッパが支持装置に接触して回動変位を規制する。よって、支持機構の剛性を上げ過ぎることなく、台車振動時に第三軌条方式の集電装置が車両限界を超えることを防止できる。

本発明によれば、第三軌条方式の集電装置が取り付けられる支持装置の剛性を上げ過ぎることなく、台車振動時に集電装置が車両限界を超えることを防止できる。

実施形態に係る鉄道車両用台車の側面図である。 図１に示す台車の支持装置及びその近傍を車両長手方向から見て一部断面化した正面図である。 図１に示す台車の支持装置及びその近傍を上方から見た平面図である。 図１に示す台車のストッパ及びその近傍を車両長手方向から見た断面図である。 図２に示す主弾性ブッシュの断面図である。 図５に示す主弾性ブッシュの作用を説明する図面である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、鉄道車両が走行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向とし、それに直交する横方向を車幅方向として定義する。車両長手方向は前後方向とも称し、車幅方向は左右方向とも称しえる。

図１に示すように、本実施形態の鉄道車両１の台車２は、操舵台車である。台車２は、車体３を下方から支持する。台車２は、空気バネ４を介して車体３を支持するための車幅方向に延びるボルスタ５を備える。ボルスタ５は、車体３のブラケット３ａにボルスタアンカ６により接続される。ボルスタ５は、台車中心に配置された旋回案内機構（例えば、中心ピン及び心皿）を介して台車枠７に接続される。即ち、台車枠７は、ボルスタ５に対してヨーイング方向に回動可能なようにボルスタ５を下方から支持する。

台車枠７は、ボルスタ５の下方において車幅方向に延びる横梁７ａを有する。横梁７ａの車両長手方向両側には、それぞれ車幅方向に沿って延びる一対の車軸８（図２参照）が配置される。車軸８の車幅方向両側の部分には車輪９が設けられる。車軸８の車幅方向両側の端部には、車輪９よりも車幅方向外側にて車軸８を回転自在に支持する軸受１０（図２参照）が設けられる。車両長手方向一方側の軸受１０は軸箱１１に収容され、車両長手方向他方側の軸受１０は軸箱１２に収容される。

横梁７ａの車幅方向の端部は、連結機構１３，１４によって軸箱１１，１２にそれぞれ連結される。連結機構１３，１４は、軸箱１１，１２から車両長手方向に横梁７ａ側に向けて延びた軸梁１５，１６を備える。即ち、台車２は、いわゆる軸梁式の台車である。台車枠７は、横梁７ａから軸梁１５，１６に向けて突出して且つ車幅方向に互いに間隔をあけた一対の受け座１７，１８（図４参照）を更に有し、軸梁１５，１６の先端部は、受け座１７，１８にゴムブッシュ（図示せず）を介して弾性結合される。

車両長手方向に離れた一対の軸箱１１，１２の間には、車両長手方向に延びた板バネ２０が架け渡される。板バネ２０の長手方向の中央部２０ａは、横梁７ａの車幅方向の端部を下方から支持し、板バネ２０の長手方向の一端部２０ｂが軸箱１１に支持され、板バネ２０の長手方向の他端部２０ｃが軸箱１２に支持される。即ち、板バネ２０が、一次サスペンションの機能と従来の側ばりの機能とを兼ねる。

横梁７ａの車幅方向端部の下部には、下方に凸な円弧状の下面を有する押圧部材２１が設けられ、押圧部材２１が板バネ２０の中央部２０ａに上方から載せられて離間可能に接触する。即ち、押圧部材２１は、板バネ２０を押圧部材２１に対して上下方向に固定しない状態で、横梁７ａからの重力による下方荷重によって板バネ２０の上面に自由接触して上方から押圧する。また、軸箱１１，１２の上端部には支持部材２２，２３が取り付けられ、板バネ２０の各端部２０ｂ，２０ｃは支持部材２２，２３を介して軸箱１１，１２に下方から支持される。支持部材２２，２３の上面は、車両長手方向の中央側に向けて傾斜している。板バネ２０の各端部２０ｂ，２０ｃも、支持部材２２，２３に対して上下方向に固定しない状態で支持部材２２，２３に上方から載せられる。

支持部材２２，２３は、軸箱１１，１２の上に設置されたベース部材２４，２５（例えば、防振ゴム）と、ベース部材２４，２５の上に設置されたスペーサ２６，２７と、スペーサ２６，２７の上に設置された受部材２８，２９とを有する。スペーサ２６，２７は、側面視で楔形状を呈し、台車中央に向けて下方に傾斜した上面を有する。そのため、受部材２８，２９の上面と当該上面の上に載置された板バネ２０の端部２０ｂ，２０ｃとが、台車中央に向けて下方に傾斜する。板バネ２０は、中央部２０ａと端部２０ｂ，２０ｃとの間の部分において、一対の受け座１７，１８の空間を通過する。板バネ２０の中央部２０ａは端部２０ｂ，２０ｃよりも低く配置され、板バネ２０は、側面視で下方に凸な弓形状を有する。

台車２は、台車枠７に対して一対の車軸８をヨーイング方向に傾動させて操舵させる操舵リンク機構３０を有する。操舵リンク機構３０は、台車枠７の車幅方向外側に配置された操舵テコ３１を備える。操舵テコ３１は、支点３２、力点３３、第１作用点３４及び第２作用点３５を有する。第１作用点３４は支点３２の一方側に配置され、第２作用点３５は支点３２の他方側に配置される。操舵テコ３１は、支点３２において車幅方向に延びる軸線周りに回動自在に台車枠７に支持される。操舵テコ３１は、力点３３において連結リンク３６を介してボルスタ５に連結される。操舵テコ３１は、第１作用点３４において第１操舵リンク３７及び軸梁１５を介して車両長手方向一方側の軸箱１１に連結される。操舵テコ３１は、第２作用点３５において第２操舵リンク３８及び軸梁１６を介して車両長手方向他方側の軸箱１２に連結される。

台車２が曲線を通過する際には、ボルスタ５に対する台車枠７の鉛直軸回りの相対回動に連動して操舵リンク機構３０が動作する。即ち、操舵テコ３１が支点３２を中心として鉛直平面内で回動することで、第１操舵リンク３７及び第２操舵リンク３８が軸箱１１と軸箱１２とを互いに近接又は離反するように車両長手方向に相対変位させ、それにより一対の車軸８が操舵される。

軸箱１１，１２には、第三軌条方式の集電装置３９を支持する支持装置４０が接続される。支持装置４０は、軸箱１１に取り付けられた第１ブラケット機構４１と、軸箱１２に取り付けられた第２ブラケット機構４２と、第１ブラケット機構４１及び第２ブラケット機構４２に接続され且つ車両長手方向に延びた集電梁４３とを有する。集電装置３９は、集電梁４３の長手方向の中央部に取り付けられる。集電梁４３は、非導電性繊維（例えば、ガラス繊維）を含有する絶縁性の繊維強化樹脂（例えば、ＧＦＲＰ）からなる。そのため、集電梁４３を軽量かつ高強度にでき、集電梁４３に電気絶縁性を付与できるとともに、火災時などに集電梁４３の燃焼を防止できる。なお、後述するように、台車枠７の受け座１７，１８には、集電梁４３の変位規制用のストッパ７０，７１が接続される。

図２及び３に示すように、第１ブラケット機構４１は、箱側ブラケット４５と、中間ブラケット４６と、梁側ブラケット４７と、主弾性ブッシュ４８と、副弾性ブッシュ４９とを有する。箱側ブラケット４５は、軸箱１１に固定される。梁側ブラケット４７は、集電梁４３に固定される。主弾性ブッシュ４８は、箱側ブラケット４５と中間ブラケット４６との間に介設される。副弾性ブッシュ４９は、中間ブラケット４６と梁側ブラケット４７との間に介設される。

第２ブラケット機構４２は、箱側ブラケット５１と、梁側ブラケット５２と、主弾性ブッシュ５３とを有する。箱側ブラケット５１は、軸箱１２に固定される。梁側ブラケット５２は、集電梁４３に固定される。主弾性ブッシュ５３は、箱側ブラケット５１と梁側ブラケット５２との間に介設される。操舵リンク機構３０により一対の軸箱１１，１２が車両長手方向に大きく相対変位しても、主弾性ブッシュ４８，５３及び副弾性ブッシュ４９が一対の軸箱１１，１２の相対変位に追従するので、集電梁４３に過負荷を掛けることなく円滑な操舵が実現される。

主弾性ブッシュ４８及び副弾性ブッシュ４９の各々は、内筒６１，６４と、外筒６２，６５と、内筒６１，６４と外筒６２，６５との間に介設された弾性体６３，６６（例えば、ゴム）とを備える。主弾性ブッシュ４８及び副弾性ブッシュ４９の各々は、その軸線を車幅方向に向けた状態で配置される。箱側ブラケット４５は、主弾性ブッシュ４８の内筒６１に固定される。中間ブラケット４６の上部は、主弾性ブッシュ４８の外筒６２に固定される。中間ブラケット４６の下部は、副弾性ブッシュ４９の内筒６４に固定される。梁側ブラケット４７は、副弾性ブッシュ４９の外筒６５に固定される。

主弾性ブッシュ４８は、車幅方向から見て軸箱１１と重なる状態で軸箱１１の車幅方向外側に配置される。副弾性ブッシュ４９及び集電梁４３は、軸箱１１よりも下方で且つ主弾性ブッシュ４８よりも車幅方向内側に配置される。中間ブラケット４６は、下方かつ車幅方向内側に向けて傾斜した形状を有する。具体的には、副弾性ブッシュ４９は、軸箱１１の真下に配置され、集電梁４３の車幅方向位置は、軸箱１１，１２の車幅方向位置と重なる。このように、副弾性ブッシュ４９が主弾性ブッシュ４８に対して車幅方向にオフセット配置されることで、車両限界Ｘを超えないように支持装置４０を配置し易くなる。但し、支持装置４０及び集電装置３９の全体の重心Ｇは、集電梁４３の中心よりも車幅方向外側に位置することになる。また、副弾性ブッシュ４９の鉛直方向寸法は、主弾性ブッシュ４８の鉛直方向寸法よりも小さい。副弾性ブッシュ４９の車幅方向寸法は、副弾性ブッシュ４９の車幅方向寸法よりも小さい。なお、主弾性ブッシュ５３の構成は、主弾性ブッシュ４８の構成と同じであるので詳細な説明を省略する。

集電装置３９は、集電梁４３の車幅方向外方の側面に固定される取付ベース３９ｂと、取付部ベース３９ｂから車幅方向外方に片持ち状に突出した集電靴３９ａとを有する。集電靴３９ａには、車体３に搭載された車載部品（例えば、開閉器）に接続された電気ケーブル（図示せず）が電気的に接続される。集電靴３９ａは、主弾性ブッシュ４８よりも車幅方向外側まで延出し、第三軌条８０の上面に摺動可能に接触している。

図１、３及び４に示すように、台車枠７の受け座１７，１８には、一対のストッパ７０，７１がボルトＢで固定される。ストッパ７０，７１は、集電梁４３に対して隙間をあけて車幅方向両側から対向する。当該隙間の車幅方向寸法は、集電梁４３の車幅方向寸法よりも小さい。ストッパ７０，７１は、受け座１７に固定された金属からなるストッパ板７２，７３と、ストッパ板７２，７３の集電梁４３に対向する側面に接着等により固定された板状の弾性部材７４，７５（例えば、ゴム板）とを有する。

台車２の振動時に、集電装置３９が取り付けられる集電梁４３が車両長手方向回りに所定角度まで回動変位したとき又は集電梁４３が車幅方向に変位したときには、集電梁４３は弾性部材７４，７５に接触することでストッパ７０，７１に干渉する。このように、ストッパ７０，７１が集電梁４３の回動変位を規制するので、支持装置４０の剛性を上げ過ぎることなく、台車２の振動時に集電装置３９が車両限界Ｘを超えることを防止できる。また、ストッパ７０，７１は、第１ブラケット機構４１よりも集電装置３９に近い集電梁４３に対向して配置されるので、支持装置４０の変位を許容しながらも集電装置３９の過剰な回動変位を確実に規制できる。また、ストッパ７０，７１には弾性部材７４，７５が設けられるので、ストッパ７０，７１が集電梁４３に接触したときの衝撃が緩和され、集電装置３９のバタツキを抑制できる。

ストッパ７０，７１は、集電装置３９よりも第２ブラケット機構４２側には配置されず、第１ブラケット機構４１側に配置される。即ち、第１ブラケット機構４１が２つの弾性ブッシュ４８，４９を有し、第２ブラケット機構４２が１つの弾性ブッシュ５３を有する構成において、ストッパ７０，７１は、２つの弾性ブッシュ４８，４９を有する第１ブラケット機構４１側に配置される。よって、ストッパ７０，７１が、集電梁４３のうち変位が大きくなり易い部位に対応して配置されることになり、コンパクトなストッパ７０，７１で集電梁４３の回動変位を効果的に規制できる。

主弾性ブッシュ４８と主弾性ブッシュ５３とは、互いに同じ構造及び同じサイズであり、主弾性ブッシュ４８，５３と副弾性ブッシュ４９とは、互いに相似でサイズが異なるものの同じ構造である。よって、以下では代表して主弾性ブッシュ４８の構造を説明する。

図５に示すように、主弾性ブッシュ４８は、内筒６１と、外筒６２と、内筒６１と外筒６２との間に介設された弾性体６３とを備える。内筒６１には、箱側ブラケット４５の車幅方向に延びる軸部が圧入される（図２参照）。内筒６１の外周面には、軸線ＡＬ回りに環状で且つ径方向内方に窪んだ凹部６１ａが形成される。外筒６２の軸線ＡＬ方向の寸法Ｌ２は、内筒６１の軸線ＡＬ方向の寸法Ｌ１よりも小さい。外筒６２の内周面には、軸線ＡＬ回りに環状で且つ径方向内方に突出した凸部６２ａが形成される。本実施形態では、外筒６２の外周面の全体が、凸部６２ａである。凸部６２ａは、弾性体６３を介して凹部６１ａに嵌まり、且つ、凹部６１ａ及び凸部６２ａは、軸線ＡＬに直交する方向から見て円弧状に形成される。本実施形態では、凹部６１ａ及び凸部６２ａの円弧形状は、真円の一部からなる形状であるが、楕円の一部からなる形状等でもよい。

弾性体６３は、筒状であり、内筒６１の凹部６１ａを包含するように内筒６１の外周面を被覆している。弾性体６３は、自己潤滑ゴムからなる。具体的には、弾性体６３は、内筒６１の凹部６１ａに密着する凹部６３ａと、凹部６３ａの軸線ＡＬ方向の両端から軸線ＡＬ方向外方に突出して内筒６１の外周面の軸線ＡＬ方向の端部に密着する鍔部６３ｂとを有する。弾性体６３の凹部６３ａの肉厚Ｔは薄く、主弾性ブッシュ４８の剛性が比較的高い。本実施形態では、弾性体６３のうち内筒６１と外筒６２とに挟まれる部分、すなわち凹部６３ａの肉厚Ｔは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、弾性体６３の凹部６３ａの肉厚Ｔは、内筒６１の凹部６１ａの深さＤの１５％以上３５％以下である。鍔部６３ｂの肉厚は、凹部６３ａの肉厚Ｔよりも更に薄い。

図６に示すように、主弾性ブッシュ４８の軸線ＡＬを車幅方向に一致させた構成では、台車２の振動時に、車両長手方向から見て外筒６２が内筒６１に対して傾斜する方向や車幅方向に変位する場合がある。主弾性ブッシュ４８では、内筒６１の外周面に凹部６１ａが形成され且つ外筒６２の内周面に凸部６２ａが形成されるとともに、凹部６１ａ及び凸部６２ａが軸線ＡＬに直交する方向から見て円弧状に形成されるので、上記変位時には、凸部６２ａからの荷重が凹部６１ａの多くの領域により受け止められる。よって、当該変位時における主弾性ブッシュ４８の剛性が向上し、台車２の振動時に第三軌条方式の集電装置３９が車両限界Ｘを超えることを防止できる。また、凹部６１ａ及び凸部６２ａが軸線ＡＬに直交する方向から見て円弧状に形成されるので、上記変位時には、凹部６１ａが凸部６２ａからの荷重を受け止める面積を多くしながらも、凹部６１ａ及び凸部６２ａを軸線ＡＬ方向に短くして主弾性ブッシュ４８を車幅方向にコンパクトにできる。よって、車両限界が厳しい場合にも集電装置３９が車両限界Ｘを超えることを防止できる。

また、弾性体６３の肉厚Ｔが薄く凹部６１ａが凸部６２ａからの荷重を受け止め易いので、上記変位時における主弾性ブッシュ４８の剛性が向上し、台車２の振動時に集電装置３９が車両限界Ｘを超えることを好適に防止できる。また、主弾性ブッシュ４８の弾性体６３が自己潤滑ゴムからなるので、通常のゴムを用いた場合に比べ、操舵時における主弾性ブッシュ４８の変位許容度が増すとともに、主弾性ブッシュ４８の寿命を長くできる。

上記説明した主弾性ブッシュ４８の効果は、主弾性ブッシュ５３及び副弾性ブッシュ４９についても同様である。また、主弾性ブッシュ４８，５３及び副弾性ブッシュ４９は、その軸線ＡＬを車幅方向に向けているので、操舵により一対の軸箱１１，１２が車両長手方向に互いに近接又は離反したときには、内筒６１と外筒６２とが軸線ＡＬ回りに相対回転し得る。よって、弾性体６３の肉厚が薄くても、当該相対回転により円滑に操舵させることができる。

１ 鉄道車両
２ 台車
３ 車体
５ ボルスタ
７ 台車枠
８ 車軸
１０ 軸受
１１，１２ 軸箱
３０ 操舵リンク機構
３９ 集電装置
４０ 支持装置
４１ 第１ブラケット機構
４２ 第２ブラケット機構
４３ 集電梁
４５，５１ 箱側ブラケット
４６ 中間ブラケット
４７，５２ 梁側ブラケット
４８，５３ 主弾性ブッシュ
４９ 副弾性ブッシュ
６１ 内筒
６１ａ 凹部
６２ 外筒
６２ａ 凸部
６３ 弾性体
７０，７１ ストッパ
７２，７３ ストッパ板
７４，７５ 弾性部材
８０ 第三軌条
Ｘ 車両限界

Claims (8)

1. 台車枠と、
   一対の車軸を支持する軸受をそれぞれ収容する車両長手方向に離れた一対の軸箱と、
   前記一対の軸箱に接続された支持装置と、
   前記支持装置に取り付けられた第三軌条方式の集電装置と、
   前記台車枠に接続され、前記支持装置が車両長手方向回りに所定角度まで回動変位したときに前記支持装置に接触して回動変位を規制する少なくとも１つのストッパと、を備える、鉄道車両用台車。
2. 前記支持装置は、前記一対の軸箱のうち一方に取り付けられた第１ブラケット機構と、前記一対の軸箱のうち他方に取り付けられた第２ブラケット機構と、前記第１ブラケット機構及び前記第２ブラケット機構に接続され且つ車両長手方向に延びた集電梁とを有し、
   前記集電装置は、前記集電梁に取り付けられ、
   前記ストッパは、前記集電梁に対して車幅方向に隙間をあけて対向する、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 車体又はボルスタに対する前記台車枠の鉛直軸回りの相対回動に連動して前記車軸を操舵させる操舵リンク機構を更に備え、
   前記第１ブラケット機構は、前記軸箱に取り付けられた箱側ブラケットと、中間ブラケットと、前記集電梁に取り付けられた梁側ブラケットと、前記箱側ブラケットと前記中間ブラケットとの間に介設された主弾性ブッシュと、前記中間ブラケットと前記梁側ブラケットとの間に介設された副弾性ブッシュとを有する、請求項２に記載の鉄道車両用台車。
4. 前記副弾性ブッシュは、前記軸箱の下方で且つ前記主弾性ブッシュよりも車幅方向内側に配置される、請求項３に記載の鉄道車両用台車。
5. 前記第２ブラケット機構は、前記軸箱に取り付けられた箱側ブラケットと、前記集電梁に取り付けられた梁側ブラケットと、前記箱側ブラケットと前記梁側ブラケットとの間に介設された主弾性ブッシュとを有し、
   前記ストッパは、前記集電装置よりも前記第１ブラケット機構側に配置される、請求項３又は４に記載の鉄道車両用台車。
6. 前記主弾性ブッシュ及び前記副弾性ブッシュは、内筒と、外筒と、前記内筒と前記外筒との間に介設された弾性体とを有し、
   前記主弾性ブッシュ及び前記副弾性ブッシュの少なくとも一方において、前記弾性体が自己潤滑ゴムからなる、請求項３乃至５のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。
7. 前記集電梁は、非導電性繊維を含有する絶縁性の繊維強化樹脂からなる、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。
8. 前記ストッパは、前記台車枠に接続されたストッパ板と、前記ストッパ板に取り付けられ、前記支持装置が車両長手方向回りに所定角度変位したときに前記支持装置に接触する弾性部材とを有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。

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