JPH10119775A - ボギー台車用軸箱支持装置 - Google Patents

ボギー台車用軸箱支持装置

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JPH10119775A
JPH10119775A JP8282434A JP28243496A JPH10119775A JP H10119775 A JPH10119775 A JP H10119775A JP 8282434 A JP8282434 A JP 8282434A JP 28243496 A JP28243496 A JP 28243496A JP H10119775 A JPH10119775 A JP H10119775A
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axle
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道車両用ボギー台車において曲線通過時に
各輪軸が曲線中心方向に向けて回転変位可能な軸箱支持
装置を提供する。 【解決手段】 台車枠(1) と軸箱(5) との間に、輪軸
(4) の重心を中心(O) とした垂直円筒(A) の一部の曲面
をガイド面として保有する積層ゴムばね体(10)を接続材
として取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用ボギー
台車の軸箱支持装置に関するものであり、特に操舵機能
を必要とする台車に用いるのに適した軸箱支持装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鉄道車両は左右の車輪が車軸に固
定され、等しい回転速度で走行するとともに、車輪とレ
ールの接触部にはいわゆる踏面形状と称される勾配がつ
けてあり、曲線部においては遠心力等の作用により輪軸
が曲線の外側へ変位することにより内外輪の回転半径差
を生じさせて、レールとの間のすべりを微小範囲に留め
る仕組みとなっている。また、急曲線の場合、軌道側で
スラックと称する軌間拡大を行い、内外輪の回転半径差
をさらに大きくとれるようにしている。しかしながら、
単体の車輪としてはこのような自己操舵性を保有するも
のの、従来のボギー台車では直線部を高速走行する際発
生の恐れのある蛇行動防止のため台車枠と軸箱との間に
前後方向に剛性をもたせた軸箱支持装置を設けるという
特徴を有している。また、その機構上車軸の両端を台車
枠と弾性締結する結果となり、曲線経過時に各車軸を曲
線中心に振り向けようとすると、支持弾性力を越える力
を伝達する必要から、例えば特開平05-77730号公報に記
載の発明のように各車軸および台車枠間をリンクで結ぶ
機構が用いられていた。
【０００３】しかしながら、これらの方式は一般の台車
と比較して構造が複雑となり、重量、制作費、保守費の
増加を招くことから、例えばＪＲ北海道283 系気動車の
ように高速運転を必要とする特急列車用等、採用される
のは限られた用途のみである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、各
車軸が曲線中心に向かう場合、台車枠に対して車軸の中
心間距離を保ちながら、その重心を中心として水平回転
変位を起こす特性に着目し、その動きを可能とする軸箱
支持装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、各車軸を台車枠に対して輪軸
の重心を中心とする垂直円筒面内に閉じ込めることによ
り、軸全体の前後動を防止しつつ、車軸を水平面内回転
方向の変位を可能する軸箱支持装置としたものである。
【０００６】請求項２の発明は、台車枠と軸箱との間に
輪軸の重心を中心とする垂直円筒の一部をガイドとする
積層ゴムばねを設置するとともに、牽引力の伝達を合わ
せ行なうことが可能である。なお、この場合、軸ばね部
にねじれ応力が働くことになるが、輪軸の水平回転方向
に波形断面に形成された別の積層ゴムばね体を軸ばねと
直列に挿入することにより軸ばねの過大なねじれ変形を
防止する構成としてある。
【０００７】請求項３の発明では、車軸を水平面内回転
運動可能としたことによる共振を防止するためにオイル
ダンパ等の減衰力作用要素を付加することによって安全
な走行性能を得る効果がある。請求項４の発明では、直
線部高速走行時や急激な踏面ブレーキ等必要な場合、車
軸の水平面内回転をロックする機構を備えることにより
蛇行動等を防止する効果がある。
【０００８】請求項５の発明は、強制操舵台車に適用す
る場合、本発明による軸箱支持装置は、輪軸が台車枠に
対して水平回転変位する特性を有するため、減速装置を
備えた回転モータを各軸ごとに必要な回転変位量だけ演
算装置からの出力によって駆動することにより当該車軸
を曲線中心に向けることが可能になる。以上のように、
本発明によれば、従来のボギー台車の問題であった輪軸
と台車枠間のヨーイング拘束を開放して、輪軸がその重
心を中心として台車枠に対して水平回転により輪軸を曲
線の中心方向に振り向けることが可能となり、しかもそ
の機構は従来の台車と比較して特別な機構を付加するこ
となしに実現できるものである。これにより、曲線通過
時の横圧の低減と車輪フランジおよびレールの磨耗と車
輪のきしり騒音の防止に対して飛躍的な改善効果が達成
できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面により詳細に説明する。図１の(a) は、請求項１
の発明による軸箱支持装置を取り付けた台車の曲線経過
時の理想状態を示したものであり、図１(b) は従来台車
が曲線を超低速で通過する際の状態を模式的に表してい
る。ちなみに、高速で曲線部に進入すると、フランジが
外側レールとの接触による反力により車輪が曲線内側方
向に振り向けられるが、軸箱支持装置により軸端部に働
く拘束力が、図１の(b) のように両軸が平行を保とうと
する力として作用することを表している。
【００１０】両者を比較すると、従来の台車では、図１
の(b) に示すように、車軸２の両端部が台車枠１と弾性
結合しているために、曲線経過時において両軸２が平行
を保とうとする力が働くのに対して、請求項１の本発明
の台車では、輪軸の重心を中心とする水平方向回転を許
容する機能を具備した軸箱支持装置によりしかも従来の
方式に特別な機構を付加することもなく図１の(a) のよ
うに車輪が曲線のレールに沿った理想的な状態を実現で
きる。
【００１１】本発明による輪軸４の水平回転を許容する
機構を図２により説明する。軸箱５側と台車枠１側に
は、輪軸４の重心Ｏを中心とする、図面の平面に対して
垂直な円筒面Ａの一部をなす曲面をガイドとして形成す
るものである。これにより、一定の範囲内において、輪
軸４はその重心Ｏを中心として水平回転運動が保証され
る。
【００１２】原理的には、軸箱５側と台車枠１側の双方
に上記垂直円筒面Ａの一部を形成した上でその二曲面を
接触摺動により構成する方法もあるが、請求項２の発明
においては、図２の軸箱５側と台車枠１側の二曲面の間
の空間（輪軸の両側に一つずつ）にそれぞれ図３に示す
ように同様の曲面加工された金属板１１とゴム層１２を
交互にはさんで積層した積層ゴムばね体１０を取り付
け、したがってこの積層ゴムばね体１０を介して軸箱体
５′と台車枠１が結合される。図３に示す本発明による
積層ゴムばね体１０は、前述した垂直円筒面Ａの一部を
形成する軸箱体５′の曲面５ａに設けた四つの孔に、積
層ゴムばね体１０を貫通する例えば４本のねじ付きスタ
ッド７の、凹型曲面から突出するねじ部分を差し込んで
ナット９により締め付け固定される。軸箱体５′の平ら
な面５ｂは図２から明らかなように軸箱５の側面に固定
される。軸箱体５′と反対側に突出するスタッド７の先
端ねじ部は後述するように台車側にナット１４により固
定される。
【００１３】積層ゴムばね体そのものは種々の形状で台
車に伝わる振動を緩衝するために用いられていて周知で
ある。しかしながら、本発明による積層ゴムばね体１０
は従来技術のものと使用目的、形状および配置において
全く異なるものである。一般に、積層ゴムばね体はゴム
の圧縮方向には変形が少なく、せん断方向に大きな変形
を許容する特性をもつ。このため、本発明による積層ゴ
ムばね体１０はレールの継手やポイント等の上下の動き
を吸収し、曲線通過の際台車枠１に対して輪軸４の水平
回転変位を許容するとともに、一定の復原力特性をも
つ。また、円筒面Ａの一部を形成しているために、車両
の加減速に対しては積層ゴムばね体１０に働く応力のう
ち、進行方向圧縮成分により牽引力の伝達機能を果た
す。
【００１４】次に、本発明の軸箱支持装置を有する台車
の作用を説明する。従来の技術の項で述べたように一対
の車輪３をもつ輪軸４は曲線部に差しかかると、遠心力
により曲線外側に移動し、踏面形状にしたがって内外輪
の半径差を生じ、相対的に外側輪は前方へ進むことによ
りレールとの間の大きなすべりを発生させることなく曲
線部を円滑に走行できる。本発明による軸箱支持装置は
このような変位を容易にするように働くのである。図１
の(a) はその状態を表したものである。この図によれ
ば、輪軸４は台車枠１に対して水平回転しなければなら
ないことが明らかであり、従来の台車においての車軸２
の両端部において、車軸２の水平回転方向への拘束力が
軸箱支持装置によって発生していることが分かる。この
ように、本発明の軸箱支持装置によれば、輪軸４の水平
回転方向への変位の容易性が、曲線通過の際に必要な台
車枠１に対しての回転を保証し、自己操舵性能を付与す
る効果をもつ。
【００１５】請求項２の本発明による軸箱支持装置を、
いわゆる軸ばね型台車に適用した場合を図２〜６に示
す。図２および４において、軸箱５をはさむ台車枠１の
両側に輪軸４の重心Ｏを通る方向に沿って斜めに延びる
（図２参照）リブ板１ａを有し、このリブ板１ａは台車
枠１の上板１ｂ、裏板１ｃ、下板１ｄに溶接されてい
る。このリブ板１ａの突出側下端部に横長孔１ｅが所定
の位置に設けられている。一方、軸箱体５′に取り付け
た積層ゴムばね体１０（図３参照）と台車枠１の間は種
々の仕方で結合することができるが、図の例では両者の
間に別ブロックとして設けられる台車側積層ゴムばね体
取付け部材３０を用いており、この部材３０は、軸箱体
５′に固定された積層ゴムばね体１０の側と反対側の垂
直円筒面の一部を形成する曲面１３（図２参照）に合わ
せた垂直曲面板３１と、この垂直曲面板３１から水平方
向に延びていてかつ台車枠１の下板１ｄに取り付けられ
る水平板３２と、垂直曲面板３１と水平板３２との間に
固定されかつ前記台車枠１のリブ板１ａに隣接して、輪
軸の重心に向かう方向に斜めに延びるステー３３とから
なり、ステー３３の上端外縁からさらに水平板３２の切
欠きおよび台車枠の下板１ｄの切欠きを通って上方へ吊
り耳３４が延びている。この吊り耳３４には、前記台車
枠１のリブ板１ａの横長孔１６に対応する位置にねじ孔
またはバカ孔が開けられていて、ボルト３５によりこの
別ブロックとしての台車側積層ゴムばね体取付け部材３
０を吊り下げることができるようになっている。なお、
垂直曲面板３１には、積層ゴムばね体１０から突出する
スタッド７の先端ねじ部を通すための四つの貫通孔３６
が設けられている。 このようにして、台車枠１に吊り
下げられた台車側積層ゴムばね体取付け部材３０を介し
て、台車枠１を、軸箱体５′にすでに固定されている積
層ゴムばね体１０に連結固定するためには、台車側積層
ゴムばね体取付け部材３０をボルト３５を中心として積
層ゴムばね体１０に向かって回動させ、その際積層ゴム
ばね体１０の突出するスタッド７のねじ端部が台車側積
層ゴムばね体取付け部材３０の垂直曲面板３１の貫通孔
３６を通るようにするには、吊り耳３４のボルト３５を
台車枠１のリブ板１ａの横長孔１ｅに沿って手前に引っ
張った後に再び前記垂直曲面板３１をスタッド７側に押
しつければよい。その後、積層ゴムばね体１０の曲面１
３に当接した垂直曲面板３１から突出するスタッド７の
ねじ端部にナット１４をねじこんで締め付けるととも
に、台車枠１の下板１ｄと、これに当接している台車側
積層ゴムばね体取付け部材３０の水平板３２とをボルト
ナット３７により締め付け固定する。このようにして、
台車の組立解体作業が安全で容易となる効果が達成でき
る。
【００１６】また、本発明の軸箱支持装置を軸ばね形台
車に適用した場合には、輪軸４の水平方向回転変位に、
車軸上の軸ばね８がねじれ変形により追随することを容
易にするために、さらに図４から明らかなように、輪軸
４の水平回転方向に対してのみ変形容易な特性をもつ別
個の積層ゴムばね体２０を軸ばね８と直列に配置するこ
とにより、輪軸４の水平変位を円滑にする効果が達成で
きる。図６に、別個の積層ゴムばね体２０を斜視図で示
す。この積層ゴムばね体２０は、輪軸の重心０を中心と
する水平回転方向に平行な波形を有する金属の波形板２
１と、この波形板を介して上下に重ねられた二枚の積層
ゴム波形体２２と、これらの積層ゴム波形体２２に適合
した波形を内面に有する上下の金属板２３、２４とから
なる。なお、最も上の金属板２３には、軸ばね８の下端
が入るリング溝またはリング状突起２５が設けられてい
る。このように、輪軸の重心を中心とする水平回転方向
に平行な波形ガイドにより水平回転方向に変形容易とな
る。
【００１７】図７は請求項３の発明に関し、本発明の軸
箱支持装置は輪軸４の水平回転運動を許容する構成とな
っていることから、共振現象の発生を防止する必要があ
るが、輪軸の先端が円弧上で往復運動の形態をとるた
め、直線近似による減衰力作用要素４０としてオイルダ
ンパを台車枠１と軸ばね５との間に取り付けてある。オ
イルダンパ４０のシリンダ４１が台車枠１にピン４２で
枢着され、かつロッド側がピン４３で軸箱５の突出部４
４に枢着されている。なお、８は軸ばね、２０は前記の
別個の波形積層ゴムばね体を示す。
【００１８】図８は請求項４の発明に関するものであ
り、直線区間高速走行時や急激な踏面ブレーキ作用時
等、必要な場合に、輪軸４の水平回転自由度をキャンセ
ルするためのロック機構５０の一例を示したもので、戻
しばね付きエアシリンダ５１に圧縮空気を送りこむこと
によってロックする方式を示している。しかしながら、
戻しばね５２を逆方向に使用してエアの圧力を解錠側に
用いる場合も考えられる。なお、ロックの噛み合わせ部
を図９の(a) の平面図に示すようにはす歯形状とするこ
とにより円滑な鎖錠が可能となる。図の例では、実施の
形態として軸箱５に取り付けた内側円筒案内５３および
この円筒案内５３の外周に上下動可能に嵌まっている外
側円筒案内５４の上部にはす歯形ストッパ５５を取付
け、その直上の台車枠１に固定された戻しばね付きエア
シリンダ５１によって下降する、同様なはす歯形凹部を
有するロック部５６に噛み合わせる方式を示している。
さらに、この円筒案内は、図９の(b) に示すような円筒
ゴムによる方式や軸ばね用オイルダンパとすることも可
能である。
【００１９】なお、図９の(b) に示す円筒ゴム方式のも
のを説明すると、円筒ゴム５７と金属円筒５８を半径方
向に交互に積層したもので、上方の円筒ゴム積層体５９
は外側から中心に向かうにつれて軸方向長さが下方に長
くなっており、下方の円筒ゴム積層体５９′はその逆に
なっている。最も外側の円筒ゴムが外側円筒案内５４に
固定されているとともに、最も内側の円筒ゴムが内側円
筒案内５３に固定されており、円筒ゴムの弾性により内
側円筒案内５３が外側円筒案内５４に対し相対的に軸方
向に上下動可能である。
【００２０】図１０は請求項５の発明を説明するもので
あり、強制操舵台車に本発明による軸箱支持装置を適用
した場合の一例を示したものである。軸箱５の先端は輪
軸の重心を中心とした円運動をする特性があるため、減
速歯車機構を内蔵する回転モータ６１を台車枠１に固定
して軸箱５の回転を直接駆動制御することが可能であ
る。
【００２１】詳述すれば、図１１および１２に示すよう
に、台車枠１に固定したモータ６１の出力軸６２にピニ
オン６３を取り付け、一方輪軸の重心を中心とする水平
回転運動をする、円弧状曲線Ｐをピッチ円として有する
円弧状内歯歯車６４を前記ピニオン６３に噛み合わせ、
前記円弧状内歯歯車６４を円運動可能にガイドするため
に、台車枠１に固定されたケーシング６５の上下の内壁
にそれぞれ相対する円弧状溝６６、６６′を設けるとと
もに、円弧状内歯歯車６４には、前記ピッチ円と同心の
前記円弧状溝６６、６６′に摺動可能に嵌合する円弧状
の突条６７、６７′を設けてある。そして円弧状内歯歯
車６４の歯と反対側中央には、Ｌ形の突起部６８を形成
し、その下方に延びる部分を外側円筒案内部材６９に固
定し、この外側円筒案内部材６９を内側円筒案内部材７
０に上下に摺動可能に嵌合し、その下端を軸箱５から外
側へ突出する突起部７１に固定する。なお、この円筒案
内も図９の(b) に示すような円筒ゴムによる方式や軸ば
ね用オイルダンパとすることができる。
【００２２】このような構成により、通過曲線に合わせ
た各軸の変位量を計算し、オンラインで輪軸の回転変位
を制御するこが可能となり、高速での曲線走行性能が飛
躍的に向上するという効果を達成できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の軸箱支持装置は以上説明したよ
うに構成されているので、次に挙げたような顕著な効果
を奏する。 イ．請求項１および２による軸箱支持装置によれば、曲
線において台車枠に対して輪軸の水平回転変位が円滑に
できるように構成されているので、曲線通過時の横圧の
低減と車輪フランジおよびレールの磨耗と車輪のきしり
騒音の防止について著しく改善され、自己操舵性が飛躍
的に向上する。
【００２４】ロ．また、複雑な機構や多数の部品を必要
とせずに、曲線通過性能の向上が実現できる。これによ
り、車両、軌道の両面で保守費の低減が可能となる。 ハ．請求項３および４による軸箱支持装置によれば、本
発明の輪軸の水平回転運動を許容する構成から生じる共
振の発生に対してもその減衰力作用要素やロック機構に
より安定した走行が実現できる。
【００２５】ニ、強制操舵台車に本発明の軸箱支持装置
を適用した場合に、請求項５により軸箱の回転を直接駆
動制御できるようにすることにより、通過曲線の曲率に
合わせた各軸の変位量を計算し、オンラインで輪軸の回
転変位を制御することができ、従来のリンク方式と比較
して制御の合理性、迅速性において大幅な改善が実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による軸箱支持装置を取り付け
た台車の曲線通過時の理想状態を示したものであり、
（ｂ）は従来の台車が曲線を超低速で通過する際の状態
を模式的に表したものである。
【図２】本発明による輪軸の重心を中心とする垂直円筒
面Ａの一部の曲面をガイドとする軸箱支持装置を軸箱の
両側に取り付けた構造を示し、左側半分は台車枠の断面
を示し、右側半分は積層ゴムばね体の取付け部のみを断
面して示してある。
【図３】円筒の一部をガイドとする積層ゴムばね体を軸
箱体に取り付けた構造を示す。
【図４】図２の矢印IVの方向から見た正面図である。
【図５】図４の矢印V の方向から見た側面図である。
【図６】軸ばねに直列に配置される別個の積層ゴムばね
体の形状を示す斜視図である。
【図７】輪軸の水平回転運動から来る共振現象の発生を
防止するための減衰力作用要素を台車枠と軸箱の間に取
り付けた構造を示す。
【図８】直線区間高速走行時や急激な踏面ブレーキ作用
時等に輪軸の水平回転自由度をキャンセルするロック機
構を一部断面して示す部分正面図である。
【図９】（ａ）は図８のロック部のはす歯形を噛み合わ
せオス型の平面図で示したものであり、（ｂ）は円筒案
内部を円筒ゴムとした場合の断面（右側半分）を含む正
面（左側半分）図である。
【図１０】本発明の軸箱支持装置を強制操舵台車に適用
した場合を示し、台車枠に固定した減速機構付きの回転
モータにより輪軸重心を中心とする軸箱の回転を直接駆
動制御する操舵機構の斜視図である。
【図１１】図１０に示した軸箱の回転を駆動制御する機
構のうちのケーシング内にある軸箱先端を回転させる構
造を示す平面図である。
【図１２】図１１の線XII-XII に沿って切断した部分断
面図である。
【符号の説明】
１ 台車枠 ４ 輪軸 ５ 軸箱 ５′ 軸箱体 ７，１４，３７ 連結部材 ８ 軸ばね １０ 積層ゴムばね体 ２０ 別の積層ゴムばね体 ３０ 台車側積層ゴムばね体取
付け部材 ４０ 減衰力作用要素 ５０ ロック機構 ６０ 操舵機構 Ａ 垂直円筒面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボギー台車で上下方向と共に操舵角度の
    範囲内において、輪軸の重心を中心とした水平回転方向
    のみに自由振動を許容する手段を備えたことを特徴とす
    る軸箱支持装置。
  2. 【請求項２】 前記輪軸の重心を中心とした水平回転方
    向のみに自由振動を許容する手段として、台車枠と軸箱
    との間に、輪軸の重心を中心とする垂直円筒の一部をガ
    イドとする積層ゴムばね体を取り付けて操舵機能を付与
    するとともに、軸ばねと直列に、輪軸の水平回転方向に
    変形可能に形成された別の積層ゴムばね体を配置して軸
    ばねの回転変位追随性を高めることを特徴とする請求項
    １の軸箱支持装置。
  3. 【請求項３】 輪軸の重心を中心とする水平回転方向に
    自由振動を許容する前記手段を備えるとともに、その減
    衰力作用要素を備えることを特徴とする請求項１または
    ２の軸箱支持装置。
  4. 【請求項４】 輪軸の重心を中心とする水平回転方向に
    自由振動を許容する前記手段を備えるとともに、その機
    能をロックする機構を備えたことを特徴とする請求の範
    囲１から３までのうちのいずれか一つによる軸箱支持装
    置。
  5. 【請求項５】 輪軸の重心を中心とする水平回転方向に
    自由振動を許容する手段を備えるとともに、各軸ごとに
    その回転角を設定する機能をもつ操舵機構を備えたこと
    を特徴とする、請求の範囲１から４までのうちのいずれ
    か一つによる軸箱支持装置。
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