JPH08104233A - 鉄道車両用台車の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】台車わく２に支持された二対の車輪軸３ａ，３
ｂをリンク機構で連結し、曲線軌道に自動整合させるか
じ取り装置６を車体１と台車わく２の間に生じる相対変
位に連動して駆動させるため、曲線軌道を検出する手段
を有するかじ取り制御装置１２と直線軌道ではかじ取り
駆動力を伝達せず、曲線軌道でかじ取り駆動力を設定値
以下に保ち、かつ設定値以上では伸縮可能に形成される
かじ取り駆動装置１０とにより操舵装置を構成する。 【効果】小半径の曲線路通過時にかじ取り装置に加わる
過大な荷重を防止することができ、小型軽量化されるの
でばね下重量が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両用台車に係
り、特に、台車が曲線半径の小さい軌道上を走行する際
に車輪軸と台車わくとの間に相対的なヨーイング運動を
生じさせ車輪軸が常に曲線軌道に整合して進行するよう
自動かじ取りを行わせるようにした鉄道車両用台車の操
舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、実用化されている大部分の鉄道車
両用台車は、台車わくに対して前後に配置された車輪軸
がそれぞれ単独に前後方向（車両の進行方向）及び左右
方向に比較的強固に弾性結合されており、非かじ取り台
車と呼ばれている。この種の台車では、車輪軸の前後方
向支持剛性が大きいため、曲線通過時に過大な横圧が車
輪フランジ及びレールに作用し、両者の摩耗を促進させ
たり、横圧増加によるきしみ音の発生、さらには乗上げ
脱線の恐れがあり、曲線路における走行安全性及び速度
向上を阻害する欠点があった。そこで曲線通過性能の改
善を図るため、例えば、特開平3−19729号公報等に車輪
軸の前後方向支持剛性を低減し、かつ、二対の車輪軸の
ヨーイング（Yawing）運動が逆位相となるように、リン
ク機構により二対の車輪軸を連結したかじ取り装置を有
する鉄道車両用台車が開示されている。また、さらにか
じ取り効果を増大させるため、例えば、特開平4−19264
号公報等に車体とかじ取り装置とをリンクで連結し、車
体と台車わくの相対ヨーイング運動をリンクを介してか
じ取り装置に伝達し、がじ取り装置を駆動することによ
って車輪軸を操舵させる強制操舵方式の鉄道車両用台車
が開示されている。しかし、リンク等によりかじ取り装
置を駆動する強制操舵方式の従来の鉄道車両用台車で
は、曲線路で強制操舵するためにリンク及びかじ取り装
置に加わる荷重、すなわち、駆動力が、操舵による車輪
軸支持前後方向ばね力（車輪軸の前後方向支持ばねのば
ね定数×たわみ量）に比例して増大する。したがって、
操舵量、すなわち、車輪軸支持ばねの前後方向たわみ量
が大きいほど、また前後方向ばね定数が大きいほど駆動
力が大きくなる。操舵量は曲線半径に反比例するため、
十分大きい曲線半径であり、かつ車輪軸の前後方向支持
剛性を小さくすれば、小さな駆動力で、ほぼ完全な操舵
が可能となる。しかし、車輪軸の前後方向支持剛性を小
さくすると高速走行時の蛇行動に対する走行安定性が低
下するため、支持剛性の低減には限界がある。また、曲
線半径は本線上では通常約３００ｍ以上であるが、駅の
構内等では１００ｍ程度の小半径もある。したがって、
走行安定上許容し得る車輪軸の支持剛性によって１００
ｍの曲線半径まで強制操舵させるためには、大きな駆動
力に耐えられるようにリンクやかじ取り装置を設計する
必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の操舵台車にあっ
ては、小半径の曲線路で強制操舵させるときの大きな駆
動力に耐えられるように、リンク及びかじ取り装置を設
計する必要があり、装置が大型化するとともにばね下重
量が増大し、高速走行時の軌道に加わる荷重が増大して
しまう等の問題があった。

【０００４】また、直線走行時にも車体・台車間がリン
ク等によって連結されているので微少な駆動力も伝達す
ることになり、相互のヨーイング振動に対して車体・台
車が連成して乗心地の悪化を招くという問題点もあっ
た。

【０００５】本発明の目的は、本線上の曲線路でのほぼ
完全な強制操舵を可能とし、かつ小半径の曲線路通過時
の駆動力にも耐えることができ、小型軽量で、高速走行
性能や乗心地を阻害しない鉄道車両用台車の操舵装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の鉄道車両用台車の操舵装置は、台車わくの
前後方向に軸受を介して前後方向に移動可能に支持され
た二対の車輪軸と、曲線軌道に自動整合して前記二対の
車輪軸をかじ取りするかじ取り装置と、前記かじ取り装
置と車体との間に連結され、前記台車わくとこれに支持
された車体との間の相対変位量によって得られる駆動力
により前記かじ取り装置を駆動する手段とを備えた鉄道
車両用台車の操舵装置において、前記かじ取り装置と車
体との間を回動可能に連結する複数の部材で構成し、二
つの部材間で駆動力の伝達ないし遮断を行うとともに、
駆動力を所定の値に設定し、設定値以下で剛体をなし、
設定値以上では伸縮可能に形成されるかじ取り駆動装置
を設ける。

【０００７】そしてかじ取り駆動装置は、曲線軌道を検
出する手段を含み曲線軌道通過時に制御信号を出力する
かじ取り制御装置によって駆動力の伝達ないし遮断が行
われる構成とする。

【０００８】また、かじ取り駆動装置は、シリンダと、
シャフトに挿通され、シャフトにより移動可能に設けら
れた二つのピストンとによって構成し、それぞれが車体
ないしかじ取り装置に回動可能に連結されるとともに、
二つのピストン間に所定圧力の流体を供給することによ
り駆動力の伝達を行う構成としてもよい。

【０００９】

【作用】本発明によれば、車両が曲線路を走行する際に
は、かじ取り制御装置によってこれを検出し、制御信号
を出力してかじ取り駆動装置を作動（駆動力が伝達され
る状態）させ、車体と台車わくとの相対変位量によって
得られる駆動力がかじ取り装置に伝達され、台車わくの
前後方向に軸受を介して前後方向に移動可能に支持され
た二対の車輪軸を、曲線軌道に自動整合させるため、車
両は円滑に曲線路を走行することが可能となる。

【００１０】そして、かじ取り駆動装置は、駆動力を所
定の値に設定し、設定値以下で剛体をなし、設定値以上
では駆動力を所定の値に保って伸縮可能に形成されてい
るので、例えば、駆動力の設定値を本線における最小曲
線半径（約３００ｍ程度）を走行する際の車体と台車わ
くとの相対変位量に見合った値に設定すれば、本線上の
曲線路では駆動力が所定の値以下でほぼ完全な強制操舵
が可能となり、小半径の曲線路通過時には駆動力を設定
値に一定に保って伸縮するので、台車わくが車体に対し
てヨーイング運動可能となり、操舵装置に過大な駆動力
を発生することなく曲線通過が可能となる。

【００１１】また、直線路の走行時には、かじ取り制御
装置によりかじ取り駆動装置を非作動状態に構成するこ
とにより、車体と台車わくとが駆動力を発生せずに伸縮
可能に形成されるので相互のヨーイング振動が連成する
ことなく可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明をＺリンクを有する鉄道車両
用台車に適用した場合の側面図であり、図２はリンク機
構の状態をスケルトンで示す斜視図である。図におい
て、１は車体、２は台車わく、３ａ，３ｂは車輪軸、４
ａ，４ｂは軸箱体、５は枕ばねであり、車輪軸３ａ，３
ｂは、軸箱体４ａ，４ｂの内部に配置された図示しない
弾性部材により、台車わく２に対して上下，前後，左右
方向に適当な剛性をもって弾性支持されている。また、
車体１は枕ばね５を介して台車わく２に弾性支持されて
いる。かじ取り装置６は、水平リンク７ａ及び７ｂと、
垂直リンク８とよりなるＺリンクで構成され、図２に示
すように配置されている。水平リンク７ａの一端は図示
しないゴムブッシュを介して軸箱体４ａに取付けられ、
他端は垂直リンク８の回転中心Ｏから距離Ｘの位置に図
示しない球面軸受を介してピンにより取付けられる。水
平リンク７ｂは軸箱体６ｂと垂直リンク８とに前記と同
様に取付けられる。垂直リンク８への水平リンク７ｂの
取付け位置は、垂直リンク８の回転中心Ｏに対して水平
リンク７ａとは反対方向で回転中心Ｏから距離Ｘの位置
に取付けられる。また、台車わく２の車両進行方向左右
に設置される平行リンク７ａ，７ｂと垂直リンク８との
取付位置は垂直リンク８の回転中心Ｏから距離Ｘの位置
で左右通称に取付けられ、左右の垂直リンク８の回転中
心Ｏは捩り軸９によって結合され、左右のＺリンクの回
転角を相互に伝達できるよう構成されており、捩り軸９
は回転可能となるように軸受を介して台車わく２に取付
けられる。

【００１３】かじ取り駆動装置１０の一端は、垂直リン
ク８の上部Ｐ点に回動可能に取付けられ、他端は車体１
に固着した取付脚１１に回動可能に取付けられ、台車わ
く２と車体１との間に発生する相対変位量によって得ら
れる駆動力がかじ取り装置６に伝達され強制操舵が行わ
れる。

【００１４】かじ取り駆動装置１０は、駆動力を所定の
値に設定し、設定値以下では剛体をなし、設定値以上で
は伸縮可能に形成されるとともに駆動力の伝達ないし遮
断が行える構成とし、かじ取り制御装置１２により、駆
動力の伝達ないし遮断を制御する。かじ取り制御装置１
２は、少なくとも曲線軌道を検出する手段を有し、曲線
軌道通過時に制御信号を出力して、かじ取り駆動装置１
０を駆動力が伝達される状態に作動させる構成とする。

【００１５】次に本発明の動作について述べる。

【００１６】図３は本発明の一実施例である操舵台車の
曲線路における操舵状態を示した図である。図３に、車
箱体４ａ，４ｂに組込まれた前後方向の車輪軸支持ばね
１３，左右方向の車輪軸支持ばね１４が図示されてお
り、図のように車両が曲線軌道Ｒを通過すると、車体１
と台車わく２との間には台車回転中心Ｑまわりに相対ヨ
ーイング運動が発生し、相対変位量ａが発生する。相対
変位量ａがかじ取り駆動装置１０を介してかじ取り装置
６の垂直リンク８に伝達され、垂直リンク８を回転中心
Ｏを中心に回転させる。この回転量は捩り軸９によって
かじ取り装置６′にも伝達される。また、垂直リンク８
が回転すると垂直リンク８に回動可能に取付けられた水
平リンク７ａ，７ｂが回動し、車輪軸３ａ，３ｂを曲線
のラジアル方向に変位量ｂだけ回動させ、車輪軸３ａ，
３ｂは曲線軌道に自動整合される。この時、かじ取り駆
動装置１０とかじ取り装置６，６′には車輪軸支持ばね
１３のばね力（ばね１３のたわみ量とばね定数の積）に
比例したかじ取り駆動力（操舵力）が作用する。したが
って、かじ取り駆動力は車輪軸支持ばね１３のたわみ量
が大きいほど、また、ばね定数（剛性）が大きいほど大
きくなる。さらにかじ取り駆動力は曲線半径に反比例す
るため、曲線半径が大きいほどかじ取り駆動力は小さ
い。一方、かじ取り駆動装置１０は、かじ取り駆動力が
設定値以下では剛体として作用し、かじ取り駆動力が設
定値を越すと、駆動力を所定の値に保ったまま伸縮す
る。したがって、かじ取り駆動装置１０の設定値を、例
えば、本線走行時の最大かじ取り駆動力とすることによ
り、本線における曲線走行時にはかじ取り駆動装置１０
は剛体として作用し、台車２の車体１に対する相対ヨー
イング運動に連動してかじ取り装置６，６′を駆動し、
図３に示すように車輪軸３ａ，３ｂが曲線のラジアル方
向を向くように操舵され、曲線路を円滑に走行する。

【００１７】一方、構内等の小半径の曲線走行時におい
て、かじ取り駆動力がかじ取り駆動装置１０の設定値を
越すと、それ以上の駆動力をかじ取り装置６，６′に伝
達することなく伸縮するので、操舵機構に過大な駆動力
が加わることを防止でき、加えてかじ取り駆動力を所定
の値に保っているので、曲線操舵性能は若干低下する
が、小半径の曲線通過もほぼ円滑に行われる。

【００１８】さらに直線走行時には、かじ取り制御装置
１２によって、かじ取り駆動装置１０がかじ取り駆動力
を伝達しない状態に形成されているので、車体１ないし
台車わく２の相互のヨーイング振動が、連成することな
く行われ、直線路での高速走行性能や乗心地を阻害する
ことがない。

【００１９】図４は図１ないし図３に示したかじ取り駆
動装置１０の一実施例で、シャフト１５に挿通され、か
つシャフト１５に対して移動可能に設けられた二つのピ
ストン１６ａ，１６ｂと、二つのピストン１６ａ，１６
ｂの間に所定圧力の流入を封入させるシリンダ１７とを
具備した構成とする。シリンダ１７の一端には、底板１
９が固定されており、他端は、車体１ないしかじ取り装
置６とを連結する取付ピン孔２０ａが形成されている。
さらにシャフト１５の一端は、車体１ないしかじ取り装
置６とを連結する取付ピン孔２０ｂが形成されており、
他端にはピントン１６ａの移動を制限するためのブッシ
ュ１８が固定されており、シリンダ１７とシリンダ底板
１９の挿通孔内を滑らかに移動できる構成としている。
またかじ取り制御装置１２とシリンダ１７との間はパイ
プ２１で連結され、シリンダ１７内のピストン１６ａ，
１６ｂ間に所定圧力の流体を供力する構成としている。
なお、所定圧力の流体は、通常の鉄道車両に設備されて
いる圧縮空気が使用されるが、油圧ポンプ等が設置され
た鉄道車両にあっては所定圧力の圧縮油を供給してもよ
い。

【００２０】次に、このかじ取り駆動装置１０の動作を
説明する。今、かじ取り制御装置１２によって曲線路を
検出し、かじ取り駆動装置１０に所定圧力の流体が供給
されるとともに、車体１と台車わく２との間に相対変位
が生じ、かじ取り駆動装置１０の取付ピン孔２０ａ，２
０ｂ間に圧縮力が作用したとすると、シャフト１５がピ
ストン１６ｂに実線矢印方向の圧縮力Ｆを及ぼす。この
ピストン１６ｂに作用する圧縮力Ｆが供給流体による膨
張力（流体圧力とシリンダ内断面積の積）よりも小さけ
れば、両ピン孔間距離Ｌは変わらず圧縮力の作用方向に
対して剛体として作用する。一方、ピストン１６ｂに作
用する圧縮力Ｆが供給流体による膨張力より大きくなる
と、シリンダ内圧力が一定値に保たれているので、ピス
トン１６ｂがシャフト１５とともにシリンダ１７内を移
動し、両ピン孔間距離Ｌが短くなる。反対に、取付ピン
孔２０ａ，２０ｂ間に引張力が作用するとシャフト１５
に固定されたブッシュ１８がピストン１６ａに破線矢印
方向の圧縮力Ｆ′を及ぼす。この圧縮力Ｆ′が供給流体
による膨張力より小さい時作用方向に対して剛体として
作用し、圧縮力Ｆ′が供給流体による膨張力より大きく
なると、ピストン１６ａがシャフト１５とともにシリン
ダ１７内を移動し、両ピン孔間距離Ｌは長くなる。従っ
て、供給流体による膨張力が許容最大操舵力と等しくな
るように圧力設定することにより、かじ取り装置６，
６′やかじ取り駆動装置１０に加わる駆動力が過大にな
ることが防止でき、操舵装置を小型軽量化できる。

【００２１】また、直線軌道走行時には、かじ取り制御
装置１２によって圧力流体の供給を遮断することによ
り、かじ取り駆動装置１０に駆動力が作用しないため、
車体１及び台車わく２の相互のヨーイング振動が連成す
ることなく行われる。

【００２２】以上の説明ではシャフト１５に対して移動
可能に設けた二つのピストン１６ａ，１６ｂとこれらに
係合するシリンダ１７との間に所定圧力の流体を供給し
て構成したかじ取り駆動装置１０の実施例を示したが、
かじ取り駆動装置１０は、かじ取り装置６と車体１との
間を回動可能に連結する複数の部材を有し、二つの部材
間で駆動力の伝達ないし遮断を行うと共に、駆動力を所
定の値に設定し、設定値以下で剛体をなしかつ設定値以
上では伸縮可能に形成されるものであればよく、例え
ば、二つの部材間に磁路を形成し、電磁吸着力によって
駆動力を伝達せしめるものであってもよい。

【００２３】図５はかじ取り制御装置１２の一実施例を
示すブロックで、曲線軌道検出部２２とかじ取り制御部
２３で構成される。曲線軌道検出部２２は、受信器２４
によって線路に設置してある周知のＡＴＳ（自動列車停
止装置）の図示しない地上子の上を車両が通過したこと
を検知し、この設置地点を車両の走行距離の起算点と
し、車両側に設置された周知の速度センサ２５から得ら
れた車両速度信号に基づいて走行距離を算出する距離演
算装置２６と、予め曲線地点までの距離を表わす曲線位
置データを記憶させた記憶装置２８と、記憶装置２８の
出力と距離演算装置２６の出力とを比較し、曲線軌道検
出信号を出力する比較回路２７により構成している。ま
たかじ取り制御部２３は、曲線軌道検出部２２の出力信
号に基づいて、かじ取り駆動装置１０を動作させる制御
信号を発生する働きをし、本実施例では増幅器２９及び
サーボ弁３０で構成されている。

【００２４】なお、曲線軌道検出部２２は一車両ない
し、一編成の列車において、１ないし２台設置すればよ
く、通常両端部の運転台に設置し、各台車毎に設置した
かじ取り制御部２３に曲線軌道検出信号を伝送するよう
構成される。

【００２５】本発明によれば、小半径の曲線路を走行す
る際にかじ取り装置に加わる駆動力が過大になることを
防止できるため、かじ取り装置を小型軽量化することが
できる。また、直線軌道を走行する際には、車体・台車
間の駆動力の伝達を解除するようにしたため、車体・台
車相互のヨーイング振動の連成を防止することができ、
直線高速走行時の乗心地を阻害することがない。

【００２６】以上の説明では、Ｚリンク式かじ取り装置
を車輪軸の左右両側に設け、かつ左右のＺリンクを捩り
軸で連結した実施例について示したが、捩り軸は不可欠
のものではなく、またＺリンクが片側のみでも若干の性
能低下はあっても、かなりの操舵性能を有し、そのよう
な方式でも本発明を適用できる。

【００２７】さらに本発明は、リンク機構等により台車
わく前後の二対の車輪軸を連結して、該車輪軸を曲線軌
道に自動整合させるように構成した他のかじ取り装置に
も拡大適用が可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、二対の車輪軸を曲線軌
道に自動整合させるかじ取り装置を車体・台車間に生じ
る相対変位に連動して駆動させる手段として、曲線軌道
を検出する手段を設けて直線軌道では前記駆動手段を非
連動とし、曲線軌道で車体・台車間の相対変位に連動し
て強制操舵を行うとともに、強制操舵による駆動力を設
定値以下に保つように構成したので、小半径の曲線路を
走行する際にかじ取り装置及び駆動手段に加わる過大な
駆動力が防止されるとともに、操舵装置を小型軽量化で
きるのでばね下重量が小さくなり、曲線走行性能及び高
速走行性能が向上する。

【００２９】さらに直線軌道を高速走行する際の車体・
台車相互のヨーイング振動の連成を防止することができ
るので、乗心地を阻害しない鉄道車両用台車の操舵装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側面図。

【図２】図１のリンク機構の説明図。

【図３】図１の曲線路における操舵状態を示す説明図。

【図４】本発明に係わるかじ取り駆動装置の一実施例を
示す説明図。

【図５】本発明に係わるかじ取り制御装置の一実施例を
示すブロック図。

【符号の説明】

１…車体、２…台車わく、３ａ，３ｂ…車輪軸、６，
６′…かじ取り装置、１０…かじ取り駆動装置、１２…
かじ取り制御装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台車わくの前後方向に軸受を介して前後方
   向に移動可能に支持された二対の車輪軸と、曲線軌道に
   自動整合して前記二対の車輪軸をかじ取りするかじ取り
   装置と、前記かじ取り装置と車体との間に連結され、前
   記台車わくとこれに支持された車体との間の相対変位量
   によって得られる駆動力により前記かじ取り装置を駆動
   する手段とを備えた鉄道車両用台車の操舵装置におい
   て、前記駆動手段は、前記駆動力を設定値以下に保ち、
   前記かじ取り装置への駆動力の伝達，遮断が可能なかじ
   取り駆動装置を具備し、前記かじ取り装置への駆動力の
   伝達，遮断を制御するかじ取り制御装置とを備えたこと
   を特徴とする鉄道車両用台車の操舵装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記かじ取り制御装置
   は、曲線軌道を検出する手段を含み曲線軌道通過時に制
   御信号を出力して、前記かじ取り駆動装置を動作し、前
   記かじ取り装置へ駆動力を伝達させるように構成した鉄
   道車両用台車の操舵装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記かじ取り
   駆動装置は、前記かじ取り装置と車体との間を回動可能
   に連結する複数の部材を有し、前記部材間で駆動力の伝
   達ないし遮断を行うと共に前記駆動力を所定の値に設定
   し、前記設定値以下で剛体をなしかつ設定値以上では伸
   縮可能に形成されている鉄道車両用台車の操舵装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記かじ
   取り駆動装置は、シリンダと、シャフトに挿通され前記
   シャフトにより移動可能に設けられた二つのピストンと
   によって構成し、それぞれが車体ないし前記かじ取り装
   置に回動可能に連結されるともに、前記二つのピストン
   間に所定圧力の流体を供給することにより駆動力の伝達
   を行うように構成した鉄道車両用台車の操舵装置。
5. 【請求項５】請求項４において、前記所定圧力の流体
   は、圧縮空気である鉄道車両用台車の操舵装置。