JP6898754B2 - 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が取り付けられる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）が敷設され、台車の軸箱に連結された集電梁に集電装置が取り付けられ、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。例えば、特許文献１及び２の台車では、集電梁が軸箱の台車中央側の部分に対してゴム板又はゴムブッシュを介して接続されている。また、特許文献３乃至５の台車では、集電梁がリンク構造を介して軸箱に接続されている。

実開昭５０−１３３６０７号公報 実開昭５３−２２４０６号公報 特表２０１６−５３４９４０号公報 米国特許第６０７９３３５号 米国公開第２０１５／００９０５５３号

しかし、特許文献１及び２の構成の場合、軸箱が軸梁により台車枠に連結された状態では、台車枠と軸箱との間に介設されたバネの撓みによって台車枠が鉛直方向に相対変位したとき、台車枠が軸梁を介して軸箱を車軸の軸線周りに回転させることになる。そうすると、集電梁の高さが変動し、集電装置の集電靴の第三軌条への接触状態が不安定になり、集電性能が低下することになる。また、特許文献３乃至５の構成の場合、リンク構造が必要なため、構造が複雑になるとともに高コスト且つ重量増になる。

そこで本発明は、バネの撓みにかかわらず第三軌条に対する集電装置の接触状態を安定させる簡素な構造を提供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、車両長手方向に離れて配置され、バネを介して前記台車枠を支持する一対のバネ下部材と、車両長手方向に延びた状態で前記一対のバネ下部材に接続され、第三軌条方式の集電装置が取り付けられる集電梁と、を備え、前記一対のバネ下部材の各々は、車軸を支持する軸受を収容する軸箱と、前記軸箱の台車中央側の部分を前記台車枠に連結する連結機構と、前記軸箱の車幅方向外側に配置され、前記軸箱に対して前記車軸の軸線周りに相対回動可能に前記軸箱に接続され、前記集電梁が接続されたカバー部材と、前記カバー部材と前記軸箱との間に介在し、前記車軸と同心状に配置された弾性ブッシュと、を有する。

前記構成によれば、バネが撓むことで鉛直方向に変位する台車枠が連結機構を介して軸箱を回動させても、軸箱に対してカバー部材が弾性ブッシュを介して車軸の軸線周りに相対回動できる。そのため、バネの撓みにより台車枠が鉛直方向変位する際に、カバー部材が軸箱に連れられて回動することが抑制され、カバー部材に接続された集電梁の鉛直方向変位を抑制できる。よって、簡素な構成でありながらも、バネの撓みにかかわらず第三軌条に対する集電装置の接触状態を安定させることができる。

本発明によれば、バネの撓みにかかわらず第三軌条に対する集電装置の接触状態を安定させる簡素な構造を提供できる。

実施形態に係る鉄道車両の台車の側面図である。 図１に示す台車の弾性ブッシュ、カバー部材及び集電梁を取り外した状態の側面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１のIV−IV線断面図である。 図４に示す弾性座及びその近傍の拡大図である。 変形例の弾性座及びその近傍の拡大図である。

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は、実施形態に係る鉄道車両１の台車２の側面図である。図２は、図１に示す台車２のカバー部材１７、弾性ブッシュ１８及び集電梁１９を取り外した状態の側面図である。図１に示すように、台車２は、鉄道車両１の車体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を支持する台車枠５を備える。台車枠５は、車幅方向に延びる横梁（図示せず）と、当該横梁の車幅方向の両端部に接続されて車両長手方向に延びる一対の側梁５ａとを有する。台車枠５の車両長手方向両側には、一対のバネ下部材６が互いに車両長手方向に離れて配置されている。一対のバネ下部材６の各々は、一次サスペンションとなるバネ７（例えば、コイルバネ）を介して台車枠５を下方から支持している。

バネ下部材６は、車両長手方向に延びる台車中心線を基準として対称であるので、バネ下部材６については主に車幅方向一方側の構造を代表して説明する。バネ下部材６は、輪軸８と、軸受９と、軸箱１０と、連結機構１１とを備える。輪軸８は、車幅方向に沿って延びる車軸８ａと、車軸８ａに設けられた一対の車輪８ｂとを有する。軸受９は、車軸８ａの端部を回転自在に支持する。軸箱１０は、軸受９を収容する。

図２に示すように、連結機構１１は、いわゆる軸梁方式の軸箱支持装置を構成する。連結機構１１は、軸箱１０の台車中央側の部分を台車枠５に弾性的に連結する。連結機構１１は、軸梁１２と、受け座１３と、弾性筒１４と、心棒１５と、蓋１６とを有する。軸梁１２は、軸箱１０に一体に形成され、軸箱１０から台車中央側に向けて車両長手方向に突出している。受け座１３は、軸梁１２に向けて突出するように台車枠５に設けられている。

弾性筒１４は、軸梁１２の先端部である車幅方向両側に開放された筒部１２ａに収容されている（図４参照）。弾性筒１４は、円筒状であり、その軸線が車幅方向に向くように配置されている。弾性筒１４の径方向内側には、心棒１５が収容されている。心棒１５は、弾性筒１４よりも車幅方向両側に突出している。心棒１５の両端部は、受け座１３の溝部１３ａに嵌合し、蓋１６で固定されている。即ち、軸梁１２は、弾性筒１４を介して受け座１３に弾性結合されている。

図１に示すように、バネ下部材６は、カバー部材１７と、弾性ブッシュ１８とを更に備える。カバー部材１７は、軸箱１０の車幅方向外側に配置され、車幅方向から見て軸箱１０と重なっている。カバー部材１７は、軸箱１０に対して車軸８ａの軸線Ｘ周りに相対回動可能に軸箱１０に接続されている。弾性ブッシュ１８は、カバー部材１７と軸箱１０との間に介在し、カバー部材１７を軸箱１０に弾性結合している。即ち、カバー部材１７は、弾性ブッシュ１８が弾性変形できる範囲で軸箱１０に対して回動可能である。

カバー部材１７は、弾性ブッシュ１８に接続されるカバー部１７ａと、カバー部１７ａから台車中央側に突出した梁支持部１７ｂとを有する。カバー部１７ａは、車幅方向外側から見て軸箱１０と重なっている。梁支持部１７ｂは、車幅方向外側から見て軸梁１２と重なっている。梁支持部１７ｂには、台車中央側に向けて開放された収容凹部１７ｃが形成されている。収容凹部１７ｃには、車両長手方向に延びる集電梁１９の端部１９ａが弾性座２０を介して挿入されている。

即ち、集電梁１９の長手方向両側の各端部１９ａは、車両長手方向両側に配置された一対のバネ下部材６のカバー部材１７に夫々接続されている。集電梁１９は、例えば、角柱状である。集電梁１９は、車幅方向外側から見て心棒１５及びその近傍と重なっている。集電梁１９には、第三軌条方式の集電装置２１が取り付けられている。集電装置２１は、車幅方向外方に突出して第三軌条（図示せず）に上方から接触する集電靴２１ａを有する。

図３は、図１のIII−III線断面図である。図４は、図１のIV−IV線断面図である。図５は、図４に示す弾性座２０及びその近傍の拡大図である。図３及び４に示すように、軸箱１０は、軸受９を収容する軸箱本体部１０ａと、軸箱本体部１０ａから車幅方向外方に突出する円筒状のカバー支持部１０ｂとを有する。軸箱１０には、円筒状のカバー支持部１０ｂの内部空間を介して車幅方向外方に開放された側開口１０ｃが形成されている。カバー支持部１０ｂは、軸箱本体１０ａと一体に成形されてもよいし、別体物を軸箱本体１０ａに固定したものでもよい。カバー支持部１０ｂには、弾性ブッシュ１８が外嵌している。弾性ブッシュ１８は、円筒状であり、その軸線が車軸８ａの軸線Ｘと一致するように車軸８ａと同心状に配置されている。

カバー部材１７のカバー部１７ａの車幅方向内側の面には、弾性ブッシュ１８を収容する凹部１７ｄが形成されている。カバー部材１７は、凹部１７ｄにおいてカバー部材１７が弾性ブッシュ１８に外嵌している。軸箱１０の側開口１０ｃは、カバー部材１７及び弾性ブッシュ１８により車幅方向外側から閉鎖されている。カバー部材１７は、弾性ブッシュ１８の弾性材の剪断変形により、軸箱１０に対して車軸８ａの軸線Ｘ周りに相対回動する。弾性ブッシュ１８の弾性材は、カバー部材１７の収容凹部１７ｃに収容された弾性座２０のうち最も硬度が高い部分よりも柔らかい。弾性ブッシュ１８の弾性材は、連結機構１１の弾性筒１４の弾性材よりも柔らかい。

図５に示すように、弾性座２０は、カバー部材１７の収容凹部１７ｃの凹状の内面に接触するように収容されている。弾性座２０は、集電梁１９の端部１９ａの端面１９ｂと、集電梁１９の端面１９ｂに隣接する四面である側面１９ｃ（上面、下面、左面及び右面）とに接触する。弾性座２０のうち集電梁１９の端面１９ｂに接触する部分は、弾性座２０のうち集電梁１９の側面１９ｃに接触する部分より変形抵抗が小さい。

具体的には、弾性座２０と集電梁１９の端面１９ｂとの接触密度は、弾性座２０と集電梁１９の側面１９ｃとの接触密度よりも疎である。例えば、弾性座２０は、集電梁１９の側面１９ｃのうち弾性座２０と対向する面に対して全面的に接触するが、集電梁１９の端面１９ｂには部分的に接触する。本実施形態では、弾性座２０のうち集電梁１９の端面１９ｂと対向する領域部分に空隙２０ａが形成されている。

ここで、図５において集電梁１９の端面１９ｂと弾性座２０とは部分接触としているが、全面非接触としてもよい。例えば、図６に示すように、集電梁１９の端面１９ｂが、弾性座１２０に隙間をあけて対向する構成としてもよい。その際、弾性座１２０のうち集電梁１９の端面１９ｂに隙間をあけて対向する部分１２０ａの剛性が集電梁１９の側面１９ｃに接触する部分１２０ｂの剛性よりも低くなるようにすればよい。また、全面非接触の場合、弾性座１２０のうち集電梁１９の端面１９ｂに対向する部分１２０ａを無くして、集電梁１９の端面１９ｂが、収容凹部１７ｃの凹状の内面に空気などを介在させるように隙間をあけて対向する構成としてもよい。なお、弾性筒１４の弾性材、弾性ブッシュ１８の弾性材及び弾性座２０の材料には、例えば、ゴム等が用いられる。

以上に説明した構成によれば、バネ７が撓むことで鉛直方向に変位する台車枠５が連結機構１１を介して軸箱１０を回動させても、軸箱１０に対してカバー部材１７が弾性ブッシュ１８を介して車軸８ａの軸線Ｘ周りに相対回動できる。そのため、バネ７の撓みにより台車枠５が鉛直方向変位する際に、カバー部材１７が軸箱１０に連れられて回動することが抑制され、カバー部材１７に接続された集電梁１９の鉛直方向変位を抑制できる。よって、簡素な構成でありながらも、バネ７の撓みにかかわらず第三軌条に対する集電装置２１の接触状態を安定させることができる。

また、軸箱１０の側開口１０ｃを覆うカバー部材１７に集電梁１９の支持機能をもたせるため、構成を簡素にすることができる。また、集電梁１９の端部１９ａは、カバー部材１７の収容凹部１７ｃに弾性座２０を介して挿入されているので、集電梁１９の支持構造を簡素化できる。また、弾性ブッシュ１８の弾性材は、弾性座２０の最も硬度が高い部分よりも柔らかいので、軸箱１０に対してカバー部材１７が回動し易くなり、集電梁１９とカバー部材１７との間の弾性座２０に過大な力が作用することを防止できる。

また、弾性座２０のうち集電梁１９の端面１９ｂに接触する部分は、弾性座２０のうち集電梁１９の側面１９ｃに接触する部分より変形抵抗が小さいので、軸箱１０が回転して一対の軸箱１０間の距離が縮まることに伴って一対のカバー部材１７間の距離が縮まっても、集電梁１９に接触する弾性座２０が容易に変形する。よって、台車枠５の鉛直方向変位に伴って一対の軸箱１０間の距離が縮まっても、集電梁１９に過大な力が作用することを防止できる。これは、弾性座２０と集電梁１９の端部１９ａの端面１９ｂとの接触密度を、弾性座２０と集電梁１９の端部１９ａの側面１９ｃとの接触密度よりも疎にすることで、簡易に実現することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、連結機構１１は、軸梁方式に限られず、台車枠５の鉛直方向変位に連動して軸箱１０を回動させてしまう機構であれば他の方式でもよい。カバー部材１７の梁支持部１７ｂや集電梁１９の高さ位置は、本実施形態のものに限られず、仕様に応じて変更してもよい。弾性座２０では、弾性座２０のうち集電梁１９の端面１９ｂに接触する部分を、弾性座２０のうち集電梁１９の側面１９ｃに接触する部分よりも柔らかい材料としてもよい。台車２は、ボルスタレス台車でなくボルスタ付き台車でもよい。台車２は、側梁５ａ及びバネ７（コイルバネ）の代わりに、板バネを用いた構成としてもよい。即ち、前後一対の軸箱が板バネの長手方向両側の端部を下方から夫々支持し、その板バネの長手方向の中央部が横梁を下方から支持する構成としてもよい。

２ 台車
５ 台車枠
６ バネ下部材
７ バネ
８ａ 車軸
９ 軸受
１０ 軸箱
１０ｃ 側開口
１１ 連結機構
１７ カバー部材
１７ｃ 収容凹部
１８ 弾性ブッシュ
１９ 集電梁
１９ａ 端部
１９ｂ 端面
１９ｃ 側面
２０，１２０ 弾性座
２１ 集電装置

Claims (6)

1. 台車枠と、
   車両長手方向に離れて配置され、バネを介して前記台車枠を支持する一対のバネ下部材と、
   車両長手方向に延びた状態で前記一対のバネ下部材に接続され、第三軌条方式の集電装置が取り付けられる集電梁と、を備え、
   前記一対のバネ下部材の各々は、
   車軸を支持する軸受を収容する軸箱と、
   前記軸箱の台車中央側の部分を前記台車枠に連結する連結機構と、
   前記軸箱の車幅方向外側に配置され、前記軸箱に対して前記車軸の軸線周りに相対回動可能に前記軸箱に接続され、前記集電梁が接続されたカバー部材と、
   前記カバー部材と前記軸箱との間に介在し、前記車軸と同心状に配置された弾性ブッシュと、を有し、
   前記カバー部材は、台車中央側に向けて開放された収容凹部を有し、
   前記収容凹部には、弾性座が収容され、
   前記集電梁の端部は、前記収容凹部に前記弾性座を介して挿入されている、鉄道車両用台車。
2. 前記軸箱は、車幅方向外方に開放された側開口を有し、
   前記カバー部材は、前記側開口を車幅方向外側から覆う、請求項１に記載の鉄道車両用台車。
3. 前記弾性ブッシュの弾性材は、前記弾性座のうち最も硬度が高い部分よりも柔らかい、請求項１又は２に記載の鉄道車両用台車。
4. 前記弾性座は、前記集電梁の前記端部の端面と、前記集電梁の前記端面に隣接する側面とに接触し、
   前記弾性座のうち前記集電梁の前記端面に接触する部分は、前記弾性座のうち前記集電梁の前記側面に接触する部分より変形抵抗が小さい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。
5. 前記弾性座と前記端面との接触密度は、前記弾性座と前記側面との接触密度よりも疎である、請求項４に記載の鉄道車両用台車。
6. 前記弾性座と前記集電梁の前記端部の端面とは、非接触である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄道車両用台車。

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