JP4490890B2

JP4490890B2 - 車両用軌道

Info

Publication number: JP4490890B2
Application number: JP2005263279A
Authority: JP
Inventors: 栄一前橋
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-09-12
Also published as: JP2007077584A

Description

本発明は、ＬＲＴ（ＬｉｇｈｔＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ）など、特に路面電車などの車両用軌道に関するものである。

一般的に、路面電車などの車両用軌道として、一対の軌道レールが使用されている（例えば、特許文献１参照）。そして、図４に示すように、それら一対の軌道レール１０２の中には、円錐台状の車輪１０１のフランジ１０３が配される案内溝１０６が両レールに設けられているものがある。この案内溝１０６によって、車輪１０１が案内されて、車両が安定的に走行するようになっている。しかし、両軌道レール１０２に案内溝１０６が設けられていると、カーブなどの曲進走行のための曲線状の軌道レール１０２上を車輪１０１が走行するときに、以下のような問題が生じる。すなわち、例えば左折時において、軌道レール１０２は左向きに曲線を描くことになるが、外軌側に配された外軌側レール１０２ａ及び内軌側に配された内軌側レール１０２ｂの曲線の半径寸法がそれぞれ異なることから、それぞれの周方向の長さ寸法が異なることになる。つまり、内軌側レール１０２ｂの長さ寸法が、外軌側レール１０２ａの長さ寸法よりも短くなる。

その一方で、同一径を有する外輪１０１ａ及び内輪１０１ｂの回転速度は同一であることから、車輪１０１の回転による進行距離は、外輪１０１ａと内輪１０１ｂとでそれぞれ同一となる。そのため、軌道レール１０２の長さ寸法は内軌と外軌とでそれぞれ異なるのに対して、車輪１０１の進行距離は内輪と外輪とでそれぞれ同一となってしまい、長さ寸法と進行距離との間で差異が生じてしまう。その結果、車輪１０１が軌道レール１０２上をすべってしまい、騒音や振動が発生したり、軌道レール１０２や車輪１０１が摩耗したりしてしまう。また、内軌側レール１０２ｂの摩擦力が大きくなると、外輪１０１ａを外軌側レール１０２ａに押し付ける力が働き、騒音が発生したり、摩耗したり、乗り上がり脱線を発生させたりする場合がある。

そこで、一般鉄道用のレールなどのように、両レールに案内溝１０６を設けずに、図５に示すように、通常の溝なしレール１０２´を用いて、内軌側レール１０２ｂ´に、スラックＳを設けるようにしたものが知られている。「スラック」とは、外軌側レール１０２ａ´と内軌側レール１０２ｂ´との間、すなわち軌間を、直進走行のための直線状の溝なしレール１０２´よりも、その溝なしレール１０２´の延在する平面において車輪１０１の進行方向と直交する方向に拡大した（広げた）部分をいう。つまり、スラックＳを設けることにより、一対の車輪１０１が、全体として、溝なしレール１０２´の曲線の外側（外輪１０１ａ及び内輪１０１ｂのうちの外輪１０１ａ側）に配され、そのため、内軌側レール１０２ｂ´と内輪１０１ｂとの曲進走行時における曲進時接線Ｒが、直進走行時における直進時接線Ｌよりも、溝なしレール１０２´の曲線の内側に現れる。

曲進時接線Ｒの半径寸法は、直進時接線Ｌよりも短くなるため、曲進時接線Ｒ上における内輪１０１ｂの進行距離は、直進時接線Ｌ上における進行距離よりも短くなる。そのため、内輪１０１ｂの進行距離は、外輪１０１ａの進行距離よりも短くなり、それぞれの長さ寸法と進行距離とがバランスされて、すべりなどが生じないようになる。
特開２００３−２７６６０４号公報

しかしながら、上記のような案内溝を設けない構成では、前輪と後輪とで車輪が二対設けられている場合に、前輪については、上記のように外側に配されてバランスされるものの、前輪と後輪との距離上の差異により前後の両輪が同一軌跡上を走行しないことから、後輪については、上記と反対に内側に配されてしまう場合がある。これは、半径１００ｍ以下の急曲線軌道を、時速４０ｋｍ以下の低速で進行する場合に特に顕著となる。なぜなら、大曲線高速通過時においては、車両遠心力により、車輪を外軌側に寄らせようとする力が働くが、急曲線低速通過時においては、車両遠心力が弱く、車輪を外軌側に寄らせようとする力も小さくなるからである。後輪が内側に配されてしまうと、上記のように長さ寸法と進行距離との間で差異が生じてしまい、例えばボギー台車を使用した場合には、ボギー台車の前方側が外側に向かう逆転向力が発生し、ボギー台車のボギー角を減少させ、前輪のアタック角を増加させてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低速急曲進走行時においても、車輪のすべりを抑制し、それら車輪を安定的に走行させることができる車両用軌道を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る車両用軌道は、前輪と後輪の少なくとも二対の円錐台状の車輪を備える車両を、前記前輪と前記後輪との間の距離を略等間隔に保持した状態で、低速急曲進走行させるための車両用軌道であって、曲線状に形成された一対の曲線軌道レールを備え、前記一対の曲線軌道レールのうち、外軌側に配された外軌側レールに、前記車輪のフランジ部を案内するための案内溝が設けられ、内軌側に配された内軌側レールは、案内溝がなく、前記円錐台状の車輪を下方から支持するレールであって、前記車輪の軌間の拡大したスラックが設けられていることを特徴とする。

この発明に係る車両用軌道においては、案内溝によって、前輪と後輪の外輪が外軌側に案内されるとともに、スラックによって、前輪と後輪の内輪の進行距離が調整される。
そのため、前後の外輪の進行距離と、外軌側レールの長さ寸法とが合致するとともに、前後の内輪の進行距離と、内軌側レールの長さ寸法とが合致する。
これにより、曲線軌道レールの長さ寸法と前後及び内外の車輪の進行距離との間で、容易にバランスを取ることができる。
なお、「前記前輪と前記後輪との間の距離を略等間隔に保持した状態で」とは、操舵輪軸機構を有しない非操舵輪軸車輪を想定したものである。ただし、非操舵輪軸車輪には、アクチュエータなどを利用して外力により操舵がなされるものは含まれないが、ゴムなどによってリンクされて、そのゴムの伸縮などにより自由操舵がなされるものは含まれるものとする。

本発明によれば、曲線軌道レールの長さ寸法と前後及び内外の車輪の進行距離との間で、容易にバランスを取ることができることから、低速急曲進走行時において、車輪のすべりを抑制し、それら車輪を安定的に走行させることができる。また、後輪が外軌側に案内されることにより、ボギー角が増大し、前輪の外軌側レールに対するアタック角が減少するため、騒音や摩耗、乗り上がり脱線を防止することができる。

（実施形態１）
以下、本発明の第１実施形態における車両用軌道について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態における車両用軌道１は、路面電車（車両）２を低速急曲進走行（カーブ）させるためのものである。なお、「低速」とは、時速４０ｋｍ以下をいい、「急曲進」とは、半径１００ｍ以下の曲線上を進行することをいう。

まず、路面電車２について説明する。
路面電車２は、箱状に形成された車体３と、この車体３の底面部に設けられた台車６とを備えており、これら車体３と台車６とが空気バネ７を介して接続されている。また、車体３と台車６とは、互いに回転可能に接続されている。
台車６は、車体３の先端部と後端部とにそれぞれ接続されており、それぞれの台車６は、前輪８と後輪９の二対の車輪１０を備えている。それぞれの車輪１０は、図２に示すように、側面視して円錐台状に形成されている。また、車輪１０の底面（両端面のうち面積の大きいほうの端面）１１の縁部には、フランジ１６が設けられている。これら車輪１０のうち、低速急曲進走行時において外側に配された方が前外輪８ａ及び後外輪９ａとなり、内側に配された方が前内輪８ｂ及び後外輪９ｂとなる。

さらに、前輪８は、底面１１を互いに対向させて、一本の前軸１９によって連結されている。同様にして、後輪９は、底面１１を互いに対向させて、一本の後軸２０によって連結されている。これにより、低速急曲進走行時に、曲線の内側に向けて、前内輪８ｂ及び後外輪９ｂのそれぞれの周面が漸次細径となるようになっている。
前軸１９及び後軸２０は、台車６の底面に支持されており、その長さ方向に延びる軸線周りの回転は可能であるが、鉛直方向に延びる軸線を中心としての回転は規制されるようになっている。すなわち、前軸１９と後軸２０とは、低速急曲進走行時においても、互いに平行に保持されて、前輪８と後輪９との間の距離は、等間隔に保持されるようになっている。つまり、台車６は、非操舵台車として構成されるものである。

次に、本発明に係る車両用軌道１について説明する。
車両用軌道１は、半径１００ｍ以下の急曲線状に形成され、かつ互いに平行に並べて配された一対の曲線軌道レール１３を備えている。これら一対の曲線軌道レール１３のうち、曲線の外側に配された方が、外軌側レール１３ａとなり、内側に配された方が、内軌側レール１３ｂとなる。
外軌側レール１３ａの頭部には、内部にフランジ１６が配される案内溝１７が形成されており、この案内溝１７にフランジ１６が配されることにより、外軌側レール１３ａの急曲線にならって前外輪８ａ及び後外輪９ａを案内するようになっている。

また、内軌側レール１３ｂは、案内溝１７が設けられていない通常の溝なしレールとされている。内軌側レール１３ｂには、軌間拡大部であるスラックＳが設けられている。これにより、内軌側レール１３ｂと前内輪８ｂ及び後内輪９ｂとの低速急曲進走行時における曲進時接線Ｒが、直進走行時における直進時接線Ｌよりも、曲線軌道レール１３の曲線の内側に現れるようになっている。

次に、このように構成された本実施形態における車両用軌道１の作用について説明する。
路面電車２が、直進走行から低速急曲進走行、例えば左折に入ると、台車６の前外輪８ａ及び後外輪９ａともに案内溝１７によって外軌側に案内される。そのため、車体３の進行方向と直交する方向の各車輪１０の移動が規制されて、前外輪８ａ及び後外輪９ａは外軌側レール１３ａにならって進行していく。さらに、内軌側レール１３ｂには、スラックＳが設けられていることから、曲進時接線Ｒが、直進時接線Ｌよりも、曲線軌道レール１３の曲線の内側に現れる。曲進時接線Ｒの半径寸法は、外軌側レール１３ａと前外輪８ａ及び後外輪９ａとの案内時接線Ｍの半径寸法よりも短くなるため、前内輪８ｂ及び後外輪９ｂの回転による進行距離は、案内時接線Ｍ上における前外輪８ａ及び後外輪９ａの進行距離よりも短くなる。そのため、車輪１０の進行距離と、曲線軌道レール１３の周方向の長さ寸法とが調整される。

このとき、従来は、図３において二点鎖線で示す台車６´のように、後輪９が内側に配されてしまうため、逆転向力により、台車６´の前方側が外側に向けられて、車体３に対する台車ボギー角θ_１´が小さくなってしまう。そのため、レールに対する前輪８のアタック角θ_２´が大きくなってしまい、騒音や摩耗などの問題が生じていた。
なお、通常、前輪８のアタック角θ_２´は、レールの曲線曲率や、前軸１９と後軸２０との距離（ホイールベース）などによって決定される。曲線曲率がホイールベースに対して小さいと、アタック角θ_２´も大きくなる。また、台車ボギー角θ_１´とアタック角θ_２´とは反比例の関係にあり、台車ボギー角θ_１´を大きくすると、アタック角θ_２´が小さくなる。

本実施形態においては、案内溝１７によって後輪９が外側に案内されるため、図３において実線で示す台車６のように、台車６の後方側が外側に送られて、台車ボギー角θ_１´がΔθ_１分だけ増加して、台車ボギー角θ_１となる。そして、台車ボギー角θ_１´が増加した分、アタック角θ_２´がΔθ_２分だけ減少して、アタック角θ_２となる。このとき、Δθ_１とΔθ_２とはほぼ等しくなる。
このようにして、路面電車２が低速急曲進走行し、目的地へと走行していく。
なお、図３においては、簡略化のために車輪１０を矩形状に記載しているが、実際の車輪１０は円錐台状となっているのは上述した通りである。

以上より、本実施形態における車両用軌道１によれば、車輪１０の進行距離と、曲線軌道レール１３の長さ寸法とが調整されることから、車輪１０の進行距離と曲線軌道レール１３の長さ寸法との間で、容易にバランスを取ることができる。そのため、曲進走行時において、車輪１０のすべりを抑制し、それら車輪１０を安定的に走行させることができる。また、すべりによる振動や摩耗を軽減させることができるため、車輪１０及び曲線軌道レール１３の寿命や取り替え周期を延ばすことができる。

また、曲進走行時において、前輪８のアタック角θ_２を小さくすることができることから、車輪１０の外軌側レール１３ａとフランジ接触力（横圧）を減少させ、脱線係数（横圧輪重比）を小さくすることができる。
また、案内溝１７を設けたレールは一般的に高価であるが、案内溝１７を外軌側レール１３ａのみに設けるだけでよいので、建設費などのコストを抑えることができる。
さらに、独立回転車輪や操舵輪軸車輪などに比べて、簡易に車輪１０を安定させることができ、台車６側を非操舵輪軸車輪としながらも、台車操舵効果を得ることができる。
また、曲線軌道レール１３や車輪１０に、摩耗や騒音防止用の油などを塗る必要もない。

なお、本実施形態においては、台車６が、車体３の先端部と後端部とにそれぞれ接続されるとしたが、これに限ることはなく、その設置位置や設置数は適宜変更可能である。
また、台車６は車輪１０を二対備えるとしたが、その設置数は適宜変更可能である。例えば、二対以上であってもよい。また、一対であってもよい。一対の場合、台車６を少なくとも二つ設けるようにする。すなわち、車体３全体として、前輪８と後輪９の少なくとも２対の車輪１０が設けられていればよい。
また、台車６を設けることなく、車体３に直接車輪１０を設けるようにしてもよい。この場合も、車体３全体として、前輪８と後輪９の少なくとも二対の車輪１０が設けられていればよい。

また、本実施形態においては、左折の場合について説明したが、これに限ることはなく、右折やＵターンなどであってもよい。右折の場合、外輪と内輪、外軌側レールと内軌側レールとがそれぞれ逆になるのは言うまでもない。
また、案内溝１７を設けるとしたが、外軌側レール１３ａに一体的に案内溝１７を設けてもよいし、ステップ付きレールなどのように、別部材によって案内溝１７を設けるようにしてもよい。
また、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る車両用軌道の実施形態を示す図であって、軌道上を路面電車が曲進走行している様子を示す説明図である。図１の曲線軌道レール及び車輪を、進行方向から見たときの様子を拡大して示す説明図である。図１の曲線軌道レール及び車輪を、上から見たときの様子を拡大して示す説明図である。従来の路面電車用の軌道及び車輪の様子を示す説明図である。従来の一般鉄道用の軌道及び車輪の様子を示す説明図である。

符号の説明

１車両用軌道
２路面電車（車両）
８前輪
９後輪
１０車輪
１２輪軸
１３曲線軌道レール
１３ａ外軌側レール
１３ｂ内軌側レール
１７案内溝
Ｓスラック

Claims

前輪と後輪の少なくとも二対の円錐台状の車輪を備える車両を、前記前輪と前記後輪との間の距離を略等間隔に保持した状態で、低速急曲進走行させるための車両用軌道であって、
曲線状に形成された一対の曲線軌道レールを備え、
前記一対の曲線軌道レールのうち、外軌側に配された外軌側レールに、前記車輪のフランジ部を案内するための案内溝が設けられ、
内軌側に配された内軌側レールは、案内溝がなく、前記円錐台状の車輪を下方から支持するレールであって、前記車輪の軌間の拡大したスラックが設けられていることを特徴とする車両用軌道。