JPH0811533B2

JPH0811533B2 - ２軸台車のかじとり装置

Info

Publication number: JPH0811533B2
Application number: JP61219819A
Authority: JP
Inventors: 幸雄魚住
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPS6374766A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は鉄道車両の２軸台車のかじとり装置に関す
る。

（従来技術と問題点）従来、一般的な２軸台車は、第11図（Ａ）に示すよう
に、車軸30の両端に軸箱31を有し、該軸箱31の上に設け
た軸ばね32（１次懸架ばね）に台車枠33が支持される。

また、上記台車枠33の上に２次懸架装置34が設けられ
ると共に、上記軸箱31は台車枠33に対し軸箱守35等の軸
箱支持装置により前後左右方向の移動を拘束するように
支持される。さらに電動台車では、台車枠33上に取付け
た駆動用電動機36と車軸30に設けた駆動歯車装置37とを
駆動用の可撓軸継手38により結合した駆動構造としてい
る。

以上のように、台車は多くの部品から構成されている
ので、製作及び保守の面から構成部品を減じて台車体全
体を簡素化することが望まれる。

また、上記のように台車枠33により車軸30が平行に保
持されている一般的な２軸台車では、第11図（Ｂ）に示
すように、車軸間の距離（軸距離）Ｌを有し、半径Ｒの
曲線路を走行するとき車輪は曲線路の方向と一致せず、
少くともL/2Rの角度をもつことになる。

よって、特に小さい半径の曲線路を走行するときには
車輪とレールの間に滑りを生じ、大きい横圧とはげしい
きしり音を発生する。

その結果、車輪及びレールがともに摩耗し寿命が短か
く、さらに大き横圧のため脱線の危険をはらむことにな
る。

これらの問題点を解消するために多くの提案がなされ
ており、その一例に実開昭59−196370号公報、特開昭59
−209958号公報があり、それらの平面図を第12図，第13
図に示す。

これらは何れも枢着点P_a,P_bを中心として車軸が水平
回転可能、即ち車軸がかじとり可能の構造となっている
が、車輪の両端に軸箱40a,40bと台車枠41とを有し、そ
の間にばね（図示せず）を介在するもので、その構成部
品は前記第11図（Ａ）に示す一般的な２軸台車と何んら
変るところがない。

また、第13図には、アーム42,ロッド43によりかじと
り量を等しくし、減衰器44によってかじとり運動の動的
安定を速めるようにしている。

さらに、かじとり量を等しくする例として実開昭55−
66859号公報があり、その平面図を第14図に示す。

即ち、ばね，台車枠等を省略した図で、左右の軸箱40
a,40bを結合する連結ばり45を備え、該連結ばり45をＸ
状に配置されたリンク46により連結したもので、前記第
13図のものと同様に２本の車軸は等量で逆方向に水平回
転してかじをとるものである。

以上の各例は懸架構造も含めて台車全体の構成部品が
多く、簡単な構成とは云い難い。

（目的）本発明は、台車にかじとり機能をもたせるために一般
的な台車に何んらかの装置が付加され、一般台車より複
雑化する従来の問題点を解決するもので、１次懸架装置
がかじとり機能をも併せもつものとし、台車全体の構成
を簡素なものとしうる２軸台車のかじとり装置を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明の２軸のかじとり
装置は、左右に車輪を有する２本の車軸をそれぞれ１次懸架部
材に内装した主軸受に支持し、２本の車軸間に配設され
車体を支持する中間部材の下部側に対し１次懸架部材を
上下方向に変位可能にして、かつ各車軸のかじとりのた
めの左右方向の変位をも可能な継手により枢着し、１次
懸架部材と中間部材の上部側の間にばねを設け、上記１
次懸架部材と中間部材の枢着点の少なくとも１箇所を車
軸のローリング変位を許容する構造とし、中間部材の一側にレバーの中央部を枢着し、該中央部
から等距離にある両端部にそれぞれロッドの一端を枢着
し、該両ロッドの他端をそれぞれ上記両１次懸架部材に
枢着して２本の車軸のかじとり量を等しくする１組のリ
ンク装置と、油圧シリンダの端部及び油圧シリンダのピ
ストン棒の端部を両１次懸架部材に連結し、油圧シリン
ダーの２つのポートを弁を介して油圧管路及び戻り管路
に連通して２本の車軸のかじとりに加圧力を加える１組
の装置とを設ける。

（作用）１次懸架部材が中間部材とのローリング変位可能な枢
着点を支点として変位すると、１次懸架部材と中間部材
との間に設けたばねは圧縮されるが、その圧縮状態は、
ばねの両端面が不平行となっていることに対応して一つ
の円弧半径で弯曲し、ばねの両端面のなす角度をとる弯
曲として曲率半径が大きく、最も無理のない自然な弯曲
状態となる。

また、上記枢着点は上下方向及び左右方向にも変位可
能な構成としているので、軌道の平面不整に対応し、且
つ、かじとりを行うことができる。

また、１組のリンク装置及びかじとりに加圧力を与え
る１組の装置により、２つの車軸のかじとり量が等しく
なって良好なかじとり機能が付与されると共に、かじと
りに強制力又は抑制力を与えることができる。

（実施例）本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の基本的な実施例を示し、図におい
て、左右に車輪１を有する車軸２は、該車軸２にかかる
荷重を支持する主軸受３を備えた１次懸架部材４に内装
されている。

５は上記２本の車軸２の間に配設された駆動用電動機
12を主体とし、上部に車体支持ばね８を介して車体を支
持する２次懸架部材である中間部材であり、中間部材５
の前後の下部側には、１次懸架部材４に設けられたアー
ム10の先端を枢着する枢着点6a,6bを設け、１次懸架部
材４を中間部材に対して上下動可能にする。

枢着点6a,6bのうち少なくとも一方は、第３図
（Ａ），（Ｂ）に示すように、車軸２のローリング方向
の変位及びかじとりのための左右方向の変位を許容する
構造とする。

又、中間部材５の前後の上部側と１次懸架部材４に設
けられたアーム９との間に緩衝材としてのばね７を挿入
する。

また、中間部材５には２次懸架である車体支持ばね８
が設けられている。

さらに、１次懸架部材４には駆動歯車装置13を備え、
該駆動歯車装置13と駆動用電動機12は第４図に示す可撓
軸継手14により連結されている。

而して、現実の軌道には平面不整があり、その上を走
行する台車はその不整にも拘らず各車輪１がレールから
離れないよう対応する構造とすることが必要となる。

第２図はその模式図で、実線は軌道平面不整のない状
態を示し、車輪１を両端に有する車軸２は水平であり、
２本の車軸２の間でローリング方向の相対変位はなく、
車軸２を支持する各１次懸架部材４も水平である。

点線は軌道の平面不整がある場合にも各車輪１がレー
ルに接している状態を示し、相対的に手前の１次懸架部
材４が矢印Ａ方向に回転し、左方の車輪１は矢印Ｂの上
向きに、右方の車輪１は矢印Ｃの下向きに夫々変位して
いる。

よって、前記のように、少なくとも一方の１次懸架部
材４が枢着点6a,6bで上下方向に変位可能のほかローリ
ング方向の変位をも許容する構造が必要であることが明
らかである。

第３図（Ａ）はその一実施例の分解斜視図にして、１
次懸架部材４のアーム10の先端に形成した棒体60を十字
体61の丸穴に挿入してローリング方向の変位を許容し、
軸方向の脱出を止めるナット62を螺合する。

十字体61の両側に突設した円筒ピン部61aを２個のブ
ラケット63の丸穴に嵌合し、１次懸架部材４の上下方向
の変位を可能としている。

このような構造を採ることにより、１次懸架部材４の
上下方向の変位とローリング方向の変位を可能とする継
手が得られる。

また、第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）の代る一般的な球
継手の実施例にして、球面90を有する軸の両端をブラケ
ット63の丸穴に嵌合固着し、１次懸架部材４のアーム10
に上記球面90の軸受91を設け、１次懸架部材４の上下方
向の変位とローリング方向の変位及び車軸のかじとりの
ための左右方向の変位を球面90と軸受91の協動作用で行
うものである。

次に、１次懸架の作用とともに動力伝達の可撓軸継手
の実施例を第４図を参照して説明する。

第４図（Ａ）は内歯歯車と外歯歯車の噛合を利用した
歯車形軸継手と称される可撓軸継手53（第１図の符号14
に相当）を示し、該軸継手53は中間部材５の構成物であ
る駆動用電動機12と１次懸架部材４に備えた駆動歯車装
置13を結合し動力伝達を行うもので、軸継手の入出力軸
が一致し一直線となっている状態を示している。

軸継手53の屈折点53a,53bは枢着点6aからの垂線Ｚ−
Ｚからl/2の等距離の位置にあるように配置されてい
る。

而して、53cは内歯歯車で１次懸架部材４と中間部材
５の関係位置の変化に応じ駆動歯車装置13の入力軸に嵌
合した外歯歯車54及び駆動用電動機12の出力軸に嵌合し
た外歯歯車55の噛合い位置が変化する構造になってい
る。

第４図（Ｂ）は同図（Ａ）の状態から１次懸架部材４
に撓みδ_１を生じたときの状態を示す一部断面側面図
で、破線は軸継手53の入出力軸が一直線になった第４図
（Ａ）と同じ状態を示し、実線は１次懸架部材４が破線
状態から中間部材５との枢着点6aを中心に半径ｒの円弧
を画き撓みδ_１だけ上昇した状態を示している。

ばね７は長さh₁からh₂に撓みδ_２だけ圧縮されてお
り、撓みδ_１とδ_２の大きさは図では1:1に近く、ばね
７としては第11図（Ａ）に示す通常台車の軸箱31上に配
置されるコイルばねやゴムばねの軸ばね32とほぼ同等の
荷重とばね常数をもつものを配置することによって、通
常台車同様の１次懸架として十分な緩衝能力をもったも
のとなし得ると共に、台車の構成上そのようなばね７を
配置するのに十分なスペースを設けることができる。

なお、以上は１次懸架部材４が中間部材５に対して上
昇した状態として説明したが、これは相対的なことで、
１次懸架部材４はレールに車軸２を介して支持されてい
るので、実際は中間部材５が撓みδ_１だけレールに対し
て下降することを意味している。

第４図（Ａ）の実線状態で軸継手53は屈折点53a,53b
の２個所で屈折し、屈折点53a,53bは夫々の外歯歯車54,
55の存在する個所で各外歯歯車の歯先が丸めてあること
で、この位置で屈折が可能なわけである。

第４図（Ａ）の状態で軸継手53の位置は屈折点53a,53
bが夫々l/2の等距離においているので、第４図（Ｂ）の
実線状態になったとき軸継手53は内歯歯車53cでスライ
ドして屈折点53a,53bの間隔が短くなる。

このとき、軸継手53の中心線に対する枢着点6aから垂
線に引くと、軸継手53の屈折点53a,53bは夫々ｌ′/2に
等しい位置にあり、夫々の屈折も対称形で屈折角α_a,α
_ｂは等しい値となる。

而して、屈折角が等しいことは、中間部材５と１次懸
架部材４のなす角αを、α_ａ＝α_ｂ＝α/2の姿で２個所
で分担しており、１個所の屈折角を最小に、すなわち、
内歯歯車53cと外歯歯車54,55の歯面の滑動量を最小に止
めたことになる。

歯車形軸継手は日本機械学会発行「機械実用便覧」第
359頁〜360頁等で公知であり、単体で用いても数の多い
歯車の噛合いのため、基本的に等速性を有する特長があ
る。

この実施例でばね７は実線状態で水平であり、枢着点
6aからの垂線Ｚ−Ｚ上にばね長さh₁の中心があるように
配置されている。

すなわち、ばね７の両端面がh₁/2で等しくなってい
る。

このような配置において、ばね７が長さh₁よりh₂に撓
みδ_２だけ圧縮されると、枢着点6aからばね７の軸心Ｘ
−Ｘに対する垂線Ｚ′−Ｚ′とばね７の両端はh₂/2で示
されるようにばね長さh₂の中心と一致している。

このことは、ばね７が圧縮されて両端面が水平行とな
っていることに対応し一つの円弧半径Ｒで湾曲している
ことを意味し、ばね７の両端面のなす角度βをとる湾曲
としては如何なる曲線よりも最も曲率半径が大きく、最
も無理の少ない自然な湾曲状況であるといった長所をも
っている。

次に、曲線路における車軸のかじとり作用について、
第５図（Ａ）（Ｂ）を参照して説明する。

一般に鉄道用の車輪は、その踏面は勾配をもってお
り、このような車輪２個と車軸よりなる車軸が軌道中心
に対し、横方向に変位した場合、変位した側の車輪の踏
面は直径の大きい所でレールに接し、他の車輪の踏面は
直径の小さい所でレールに接し、両車輪のころがり作用
をする有効な直径に比をもつことになる。車軸は、直線
路から曲線路に入る際、直線路のときの走行姿勢から曲
線路の外側レールの方向に進み、軌道中心から外れ曲線
路外方の車輪の直径が大きく内方の車輪の直径が小さく
作用する。その様子を第５図（Ａ）に示し、D₂＞D₁であ
る。同一車軸に取付けられた車輪は同じ回転をするた
め、曲線路外方の車輪の方が曲線路内方の車輪より前方
へ進み、この車軸はかじをとり車輪の方向が曲線路の接
線方向と一致するようになる。

上記車軸自体のかじとり作用に対し、本発明では車軸
２の平面的な位置を規則するのは１次懸架部材４であ
り、これを中間部材５と枢着点6a,6bで左右方向に回動
可能に枢着しているので、車軸２のかじとりを阻害する
ことなく、曲線路上における台車の状態を示した第５図
（Ｂ）の平面図のように各車軸２が曲線路中心の方向に
一致するかじとりを完成する。

また、第６図はかじとり時の１次懸架部材の水平回転
と、動力伝達の可撓軸継手の作用を説明するもので、同
図は前記第５図（Ｂ）に示したかじとり状態における前
記第４図（Ｂ）に対する一部断面平面図であり、１車軸
分のみについて示している。

第６図に示すように、中間部材５と１次懸架部材４と
は枢着点6aで１次懸架部材４が水平回転し角度ψだけ屈
折する。

可撓軸継手53は上下方向の回動と同様に屈折点53a,53
bの２個所で回動する。

これらの屈折点53aと53bは枢着点6aからｌ″/2の等距
離にあるので、各々の屈折角はψ/2あての等しい値とな
る。

このように、かじとり動作においても、内歯歯車53c
と外歯歯車54,55の歯面の滑動量が最小になるようにな
っている。

第７図は台車構造についての他の実施例を示し、同図
（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図を示す。

即ち、１次懸架部材４には駆動歯車装置13及び主軸受
３を内蔵し、車軸２は車輪１の間で１次懸架部材４の内
部にあり、図示されていない。

駆動用電動機12を主体として構成した中間部材５に対
し、１次懸架部材４を枢着点6a,6bの球継手70a,70bで結
合し車軸２が上下方向及び左右方向の各回動と、さらに
は相対的にローリング可能にされている。

ばね７は湾曲し易い構造のもので、湾曲した状態の断
面図を示す第７図（Ｃ）のように、ゴムばね92の外側に
ばね受93と94があり、ばね受93の内側にゴムブッシュ95
を備え、該ゴムブッシュ95の内径にばね受94が嵌合して
いる。

ゴムブッシュ95は弾性を有し、ばね92の湾曲には抵抗
しないようになっている。

また、ゴムブッシュ95を介したばね受93と94の係合に
より、ばね92が横方向に大きく剪断変形することを阻止
し、１次懸架部材４、即ち車軸２が中間部材５に対し左
右方向の屈折に抵抗をもたず、車軸２のかじとりを可能
とする効果をもたせている。

駆動用電動機12と駆動歯車装置13とは前記第４図に示
す歯車形軸継手に代表される可撓軸継手53で結合し動力
伝達を行っている。

本実施例では、可撓軸継手53の中心は車軸２の中心に
対し間隔Ｆだけ低い位置にある（第７図（Ｂ）参照）。
これは駆動歯車機構13にハイポイドギヤを用いた場合
で、ピニオンのオフセットが上記間隔Ｆの偏心として現
われている。

駆動用電動機12を高い位置に設ける場合にはピニオン
のオフセットを車軸線より上側にとればよい。

駆動用電動機12を主体として構成した中間部材５には
一対のアーム11が設けられ、該アーム11上に２次懸架の
車体支持ばね８が取付けられている。

車輪１にはともに回転するブレーキディスク72があ
り、該ブレーキディスク72を挟むように作用してブレー
キをかけるブレーキキャリパ73が１次懸架部材４に取付
けられている。

第８図は第７図の台車が曲線路上にあるときの様子を
示した平面図で、車軸２は前記第５図で説明したように
各々かじをとり曲線に沿うようになっている。

したがって、二つの車軸２は角度Φをもち、第５図
（Ｂ）における角度２ψに相当する。

この角度は各車軸２が中間部材５に対しψ_ａ及びψ_ｂ
の角度をとり、ψ_ａ＋ψ_ｂ＝Φの関係となっている。

ここで各部の寸法に誤差がなく、台車が一つの円曲線
路上にあるときはψ_ａ＝ψ_ｂとなる。

また、車体支持ばね８は上面が車体に直結した構造で
あり、台車の回転によってこのばね８が大きく剪断され
ることがないように、ばね８の下面を支えるアーム11は
中間部材５に対し枢着点11aで水平回転するように枢着
している。

なお、この水平回転量が左右のアーム11の間で差を生
じないように、リンク85により左右のアーム11の間を枢
着点11bで枢着し連結している。

次に、２本の車軸のかじとり量を等しくする１組のリ
ンク装置とかじとりに加圧力を与える１組の装置を第９
図に示す。

第９図（Ａ）は直線路上の台車の平面図で、中間部材
５に対し１次懸架部材４は屈折していない状態である。

２本の車軸のかじとり量を等しくする１組のリンク装
置がレバー16,ロッド17,18で構成されており、図示のも
のはレバー16は1:1の比をもち、かじとり時に両車軸が
逆方向回転で、その量が1:1となる。

なお、19は中間部材５から突出し、レバー16の中間を
支持するブラケットであり、ロッド17,18はレバー16と
各１次懸架部材４との間を連結している。

かじとりに加圧力を与える装置は、油圧シリンダー21
の端部及び油圧シリンダー21のピストン21aにつながる
ピストン棒の端部を両１次懸架部材4,4に連結し、油圧
シリンダー21の２つのポート21b,21cを弁を介して油圧
管路及び戻り管路に連通し、ポート21bに油圧を入れ、
ポート21cから油圧を逃がすことによりピストン21aは右
方へ移行し、逆の油圧の出し入れによりピストン21aは
左方へ移行する。

このように、油圧の出入を制御することによってかじ
とりを強制することができる。

第９図（Ｂ）は曲線路上の台車の平面図で、中間部材
５に対し各１次懸架部材４は夫々角度ψ_a,ψ_ｂ屈折して
いる。

前記レバー16,ロッド17,18よりなる各車軸のかじとり
量に関連をもたせる装置によって角度ψ_ａ＝ψ_ｂにな
る。

また、かじとりに強制力を与える装置の油圧シリンダ
ー21のポート21cに油圧を入れ、ポート21bから油圧を逃
がして直線路上の状態から曲線路上への移行状態を得て
いる。

強制力を発生する油圧シリンダー21に代り、外形的に
ほぼ同構造のかじとりに抑制力を発生する流体圧装置と
することも可能である。

これらの装置は一台車にすべて設けることもできる
が、車両の使用される条件である速度や曲線等に合わせ
て選択して設けるようにすることができる。

前記第１図は上記のすべての装置を装着した本発明の
基本的実施例である。

第10図は台車構造についての別の実施例を示すもの
で、曲線路上で二つの車軸が不平行で角度Φをとったと
きを図示している。

２次懸架である車体支持ばね８は上面が車体に直結さ
れ、下面がボルスター81上に載せられる構造で、中間部
材５の主体構成物である駆動用電動機12の直上に設けら
れた心皿80によってボルスター81に対し、中間部材５よ
り車輪１に至る部分が水平回転できるようになってい
る。

（効果）本発明は、中間部材に対する１次懸架部材の上下方向
回動可能な枢着点を左右方向にも回動可能な構成（例え
ば球継手等）としたことで、路面不整の対応と共にかじ
とりの機能をも得ることができ、台車全体の構成を極め
て簡単になしうる。

この構造が簡単な台車には、２本の車軸のかじとり量
を等しくする１組のリンク装置と、かじとりに加圧力を
与える１組の装置が設けられているので、かじとり機能
を向上させると共にかじとりを制御するすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な実施例の斜視図、第２図は１
次懸架部材のローリング模式図、第３図（Ａ）はローリ
ング継手の一実施例の分解斜視図、第３図（Ｂ）はロー
リング継手の他の実施例の斜視図、第４図（Ａ）（Ｂ）
は動力伝達の可撓軸継手の実施例の一部断面側面図、第
５図（Ａ）（Ｂ）は曲線路におけるかじとり作用の説明
図、第６図はかじとり時の１次懸架部材の水平回動と可
撓軸継手の作用説明図、第７図は本発明の他の実施例を
示し、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図、同図
（Ｃ）は１次懸架ばねの断面図、第８図は台車が曲線路
上にあるときの平面図、第９図は車輪のかじとり量に関
連をもたせる装置及びかじとりに強制的を与える装置の
実施例を示し、同図（Ａ）は直線路上の台車の平面図、
同図（Ｂ）は曲線路上の台車の平面図、第10図は他の実
施例の斜視図、第11図〜第14図は従来例を示すものであ
る。１……車輪、２……車軸、３……主軸受、４……１次懸
架部材、５……中間部材、6a,6b……枢着点、７……１
次懸架のばね、８……車体支持ばね。14……可撓軸継
手、16……レバー、17,18……ロッド、19……ブラケッ
ト、21……油圧シリンダー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】左右に車輪を有する２本の車軸をそれぞれ
１次懸架部材に内装した主軸受に支持し、２本の車軸間
に配設され車体を支持する中間部材の下部側に対し１次
懸架部材を上下方向に変位可能にして、かつ各車軸のか
じとりのための左右方向の変位をも可能な継手により枢
着し、１次懸架部材と中間部材の上部側の間にばねを設
け、上記１次懸架部材と中間部材の枢着点の少なくとも
１箇所を車軸のローリング変位を許容する構造とし、中間部材の一側にレバーの中央部を枢着し、該中央部か
ら等距離にある両端部にそれぞれロッドの一端を枢着
し、該両ロッドの他端をそれぞれ上記両１次懸架部材に
枢着して２本の車軸のかじとり量を等しくする１組のリ
ンク装置を構成し、油圧シリンダの端部及び油圧シリンダのピストン棒の端
部を両１次懸架部材に連結し、油圧シリンダの２つのポ
ートを弁を介して油圧管路及び戻り管路に連通して２本
の車軸のかじとりに加圧力を加える１組の装置を構成し
たことを特徴とする２軸台車のかじとり装置。