(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体を支持する台車に設置される車軸；
レールの上面を走行し前記鉄道車両の垂直荷重を支持する車輪踏面と、前記鉄道車両の脱線を防止するために前記車輪踏面から突出し前記鉄道車両が直線走行する際に前記レールの側面に接触して干渉部を形成する車輪フランジとを含み、前記車軸に連結される車輪；
前記鉄道車両が曲線レールに進入した場合、前記車輪の前方または後方で前記レールの上面角部に点接触、または前記レールの側面に線接触で転がり接触し、前記干渉部より高い横荷重を支持するガイドローラー；
前記鉄道車両を正面から見たとき、前記車軸に垂直に、または前記レールの側面に平行に設置される前記ガイドローラーの回転軸が一端部に設置され、他端部は前記台車に連結されるブラケット；及び
いずれか一つのレールと他のレールとが交差する部分を前記車輪フランジが通過するためのレール間隙間が存在するとき、前記ガイドローラーが前記レール間隙間に到逹する前に前記ブラケットを上昇させるアクチュエータ；を含み、
前記鉄道車両の長手方向に沿った前記車軸間隔を車軸間距離ＷＤと定義し、前記鉄道車両の長手方向に沿った前記ガイドローラー間隔をガイドローラー軸間距離ＧＲＤと定義するとき、前記ガイドローラー軸間距離ＧＲＤは前記車軸間距離ＷＤより大きく、
前記ガイドローラーの前記車軸方向の間隔であるガイドローラーゲージは、前記車輪フランジの前記車軸方向の間隔である車輪フランジゲージより小さく、
前記ガイドローラーは、前記鉄道車両が曲線走行する際に、前記レールの曲率半径が閾値Ｒ以下であるときに、前記車輪フランジを前記レールの側面から離れさせ、
前記ガイドローラーゲージ及び前記車輪フランジゲージの差によって、前記鉄道車両が直線走行する際に、前記ガイドローラーが前記レールの側面から離れ、前記車輪フランジが前記レールの側面に接触し、
前記ガイドローラーゲージ及び前記車輪フランジゲージの差によって、前記鉄道車両が曲線走行する際に、前記車輪フランジが前記レールの側面から離れ、前記ガイドローラーが前記レールの側面に接触する、鉄道車両用自己操舵装置。
【請求項２】
前記車軸方向に沿った前記車輪フランジと前記ガイドローラーとの間隔をΔＫと定義し、前記レールの曲率半径が閾値Ｒ以下であるときに、初めて前記車輪フランジが前記レールの側面から離れ始める場合、前記ΔＫの最大値であるΔＫｍａｘは、
【数１】
0005433877.tif 000006
によって求められ、前記ΔＫは前記ΔＫｍａｘ以下の値の中で選択される、請求項１に記載の鉄道車両用自己操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両用自己操向装置に関し、曲線走行の際、車輪の摩耗及び摩擦によるスクイーリングノイズ（ｓｑｕｅａｌｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ）を減らすことができ、曲線走行の際、走行速度及び走行安全性を向上させることができる鉄道車両用自己操向装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の一般的な鉄道車両の側面図である。図示するように、鉄道車両１はレール３上で運行するように作られたもので、その基本構造は、車輪２、台車４、車体５及び付属装置からなっている。
【０００３】
車体５は、乗客が搭乗して車両の形状をなす部分で、用途によって多くの形態があり、機関車、客車、貨車などの多様な種類がある。
【０００４】
車輪２は、特殊鋼でなり、１本の車軸６の左右両端にそれぞれ一つずつ固定される。車輪２が、通常、２対以上結合されて一台の台車４をなし、機関車の場合には、一台の台車４に３対以上の車輪２が取り付けられる場合もある。また、一般的に、鉄道車両１両には２台の台車４が設置される。
【０００５】
それぞれの台車４は、その中央部で車体５にピンで結合されて、車体５に対して一定量だけ回転できるようになっている。これは、曲線走行の際、同一車体５に結合されたそれぞれの台車４がレール３の曲率に対応する回転性を持つようにするためのものである。
【０００６】
車輪２は、安全運行と走行速度に決定的な役割を果たす。車輪２の構造は、レール３の上面に転がり接触する車輪踏面２２（Ｗｈｅｅｌ  ｔｒｅａｄ）と、曲線走行の際、脱線を防止するために車輪踏面２２から突出した部分にあたる車輪フランジ２１（Ｗｈｅｅｌ  Ｆｌａｎｇｅ）とからなる。
【０００７】
台車４は車体５を支え、車軸６及び車輪２が設置される部分であり、高速運転と荷重に耐えることができる支持力を持たなければならず、緩衝装置を含んだサスペンション及び制動装置などが取り付けられたものである。一般的な鉄道車両１の台車設計における難題の一つは、直線レール上での走行時の高速走行安全性、曲線レール走行時の脱線防止など、二つの矛盾する要求条件をいずれも満たさなければならないことである。
【０００８】
図２は、スクイーリングノイズが発生する原因を説明する図である。図３は、従来の車輪フランジ２１及びレール３の接触面を示す側面図である。これを参照すれば、鉄道車両１が曲線部を走行するときに発生する遠心力によって車両の脱線危険性が増加し、車輪２やレール３の摩耗が増加し、これによるレール３の補修費用が増加し、スクイーリングノイズ（Ｓｑｅａｌｉｎｇ  ｎｏｉｓｅ）が発生して、乗客の快適さを大きく劣化させる。
【０００９】
鉄道車両１が曲線部を走行すれば、遠心力によって横荷重が発生する。前記横荷重はレール３の側面３ｄと車輪フランジ２１の接触面との摩擦力（Ｆｘ、Ｆｚ）を大きく増加させ、このような摩擦力によって「キーッ」という高周波騷音が乗客に伝わる。直線走行時に比べ、遠心力によって大きく増加した摩擦力（Ｆｘ、Ｆｚ）は曲線部で車輪２やレール３を摩耗させ、激しいスクイーリングノイズを誘発する。
【００１０】
このような問題点は、結局のところ遠心力に比例して増加し、高速鉄道が曲線レール３に沿って走行する場合、または都市地下鉄などの低速鉄道であっても曲線部の曲率が非常に大きい場合に大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１〜図３に示す従来の車両構造を検討した結果、曲線走行の際、車輪フランジ２１及びレール３の間に作用する横荷重を減らすことができれば、車輪２の摩耗及びスクイーリングノイズを減少させることができることを見つけ、これから本発明の基本アイディアを導出した。
【００１２】
一般に、直線走行の際、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄと干渉しなければ鉄道車両１の脱線が防止できない。しかし、曲線走行の際、車輪フランジ２１及びレール３が接触干渉する部分に遠心力による横荷重（Ｆｃ）が作用するので、摩擦力の増加による車輪２の摩耗及び騷音が増加する問題点が自然に発生する。
【００１３】
直線走行の際には遠心力が作用しないので、車輪フランジ２１及びレール３の接触面で発生する摩耗や騷音があまり問題とならない。しかし、曲線走行の際、遠心力が作用するので、車輪フランジ２１がレール３に接触すれば摩耗や騷音の発生が問題となる。
【００１４】
遠心力による横荷重（Ｆｃ）は根本的に除去できないものであり、曲線走行の際、横荷重（Ｆｃ）が車輪フランジ２１及びレール３の接触部分に作用しないようにする構造を提供することが本発明の中核である。このために、本発明は、車輪フランジ２１とは別個にガイドローラー１２２を設置して、横荷重（Ｆｃ）を支持する構造を提案する。
【００１５】
図４〜図６は本発明と対比される仮想の例であり、ガイドローラー１２２の設置上考慮しなければならない様々な点を説明するための模式図である。
【００１６】
まず、図４は、鉄道車両１の進行方向にあたる台車４の長手方向に沿って台車４の前方及び後方に車輪２が配置され、一対の車輪２の間にガイドローラー１２２を配置する仮想の実施例を示す。しかし、このような構造のガイドローラー１２２によっては、曲線走行の際、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触してスクイーリングノイズ発生部Ｎを形成する問題点を根本的に解決することができない。
【００１７】
つぎに、図５は、台車４の前方にだけガイドローラー１２２が配置される仮想の実施例を示す。しかし、この場合においても、台車４の後方に位置する車輪２の車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触してスクイーリングノイズ発生部Ｎを形成する問題点を解決することができない。
【００１８】
また、図６は、台車４の前方にガイドローラー１２２が配置され、一対の車輪２の間に他のガイドローラー１２２が配置される仮想の実施例を示す。しかし、この場合においても、車輪２の後方に位置する車輪２の車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触する問題点は解決されない。
【００１９】
本発明は前述した問題点を解決するためのもので、鉄道車両用の自己操向性を確保するのはもちろんのこと、曲線部が多い線路を高速で走行することができ、都市の地下鉄のように曲線部の曲率が非常に大きな場合に、車輪やレールの摩耗及びスクイーリングノイズを本質的に防止することができる新構造の鉄道車両用自己操向装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一実施例として、本発明の鉄道車両用自己操向装置は、鉄道車両の車体を支持する台車に設置される車軸；レールの上面を走行し前記鉄道車両の垂直荷重を支持する車輪踏面と、前記鉄道車両の脱線を防止するために前記車輪踏面から突出し前記鉄道車両が直線走行する際に前記レールの側面に接触して干渉部を形成する車輪フランジとを含み、前記車軸に連結される車輪；及び前記鉄道車両が曲線レールに進入した場合、前記鉄道車両の前方または後方で前記レールの上面角部または前記レールの側面に転がり接触し、前記干渉部より高い横荷重を支持するガイドローラー；を含む。
【００２１】
一実施例として、本発明の鉄道車両用自己操向装置は、鉄道車両の車体を支持する台車に設置される車軸；前記車軸を中心に回転し、レールに沿って走行し、前記レールの側面と対面して脱線を防止するための車輪フランジが突出する車輪；及び前記鉄道車両の長手方向に沿って前記車輪を挟んで前記台車の前方及び後方にそれぞれ配置されるガイドローラー；を含む。
【００２２】
ここで、前記レールの曲率半径が減少すれば、前記ガイドローラーが前記鉄道車両の横荷重を支持し、前記車輪フランジが前記レールから離れることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、曲線走行の際、ガイドローラーがレールの上面角部またはレールの側面に接触しながら横荷重を支持するので、従来のように車輪フランジだけで横荷重を支持する場合に比べ、鉄道車両の自己操向性が向上し、脱線の危険が防止される。
【００２４】
また、曲線部の多い鉄道であっても高速で走行することができ、都市地下鉄のように曲線部の曲率が非常に大きな場合に車輪やレールの摩耗及びスクイーリングノイズを本質的に防止することができる。よって、乗客の快適さと安全性を向上させることができる。
【００２５】
また、レール及びガイドローラーの接触点または接触線が遠心力の方向と一致するように形成されるので、ガイドローラーの外径が小さくても十分な横荷重を支持することができ、これによりレールの結線部に形成されたレール間隙間を容易に通過することができる。
【００２６】
また、制御部がガイドローラーを昇降させ、制御部はガイドローラーがレールに接触するか接触しないかを自動的に制御することができる。よって、ガイドローラーのサイズが大きくなっても、レール間隙間の通過が制限されず、曲線部の走行時にだけガイドローラーがレールに接触するので、ガイドローラーの摩耗を防止し、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の一般的な鉄道車両の側面図である。
【図２】スクイーリングノイズが発生する原因を説明する図である。
【図３】従来の車輪フランジ及びレールの接触面を示す側面図である。
【図４】本発明と対比される仮想の例であって、ガイドローラーの設置上考慮事項を説明するための模式図である。
【図５】本発明と対比される仮想の例であって、ガイドローラーの設置上考慮事項を説明するための模式図である。
【図６】本発明と対比される仮想の例であって、ガイドローラーの設置上考慮事項を説明するための模式図である。
【図７】本発明のガイドローラーの設置構造を説明する模式図である。
【図８】本発明の鉄道車両用自己操向装置の一実施例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す実施例の自己操向性を説明する説明図である。
【図１０】図８に示す実施例の自己操向性を説明する説明図である。
【図１１】図８に示す実施例の自己操向性を説明する説明図である。
【図１２】本発明の多様な実施例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の多様な実施例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の一実施例であって、ガイドローラーが車軸と連結された実施例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の一実施例であって、ガイドローラーが鉄道車両に直接取り付けられる実施例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。この過程で、図面に示す構成要素の大きさや形状などは説明の明瞭性及び便宜のために誇張して示すこともある。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義した用語は、使用者、運用者の意図または慣例によって変更することができる。このような用語に対する定義は、この明細書全般にわたる内容に基づいて決められなければならない。
【００２９】
図７は、本発明のガイドローラー１２２の設置構造を説明する模式図である。これを参照すれば、本発明の基本構造は、台車４の長手方向に沿って、すべての車輪２が一対のガイドローラー１２２の間に配置されることにより、曲線走行の際、横荷重が車輪フランジ２１ではなくガイドローラー１２２によって支持されるようにする。
【００３０】
曲線走行の際、一対のガイドローラー１２２がレール３と接触すれば、ガイドローラー１２２の間に配置された車輪２ａ、２ｂは当然レール３から離れ、これによりスクイーリングノイズ防止部（ＮＰＡ）が幾何学的配置構造によって自然に形成される。
【００３１】
図８は、本発明の鉄道車両用自己操向装置の一実施例を具体的に示す斜視図である。図７及び図８を参照すれば、本発明の鉄道車両用自己操向装置は、車軸６、車輪２、及びガイドローラー１２２を含む。
【００３２】
車軸６は、鉄道車両１の車体５を支持する台車４に設置され、車輪２の回転中心となるものである。特殊な場合を除けば、一つの台車４には鉄道車両１の進行方向に沿って二つの車軸６が並んで配置される。機関車の場合には、一つの台車４に三つの車軸６が設置される場合もある。
【００３３】
車輪２は、車輪踏面２２と車輪フランジ２１を含む。車輪踏面２２はレール３の上面に沿って走行し、直線走行及び曲線走行において共に鉄道車両１の垂直荷重を支持する。車輪フランジ２１は鉄道車両１の直線走行時にレール３の側面３ｄに接触して干渉部３０を形成し、鉄道車両１の脱線を防止するように機能する。
【００３４】
ガイドローラー１２２は、鉄道車両１が曲線レール３に進入すれば、車輪フランジ２１の干渉部３０よりも高い横荷重を支持する。特に、ガイドローラー１２２は、鉄道車両１が曲線レール３に進入すれば、車輪２の前方または後方で外側レール３ａの上面角部３ｃまたは外側レール３ａの側面３ｄに転がり接触する。
【００３５】
レール３の曲率半径が減少すれば、ガイドローラー１２２は鉄道車両１の横荷重を支持し、車輪フランジ２１が外側レール３ａから離れる。ガイドローラー１２２は、鉄道車両１の曲線走行の際、車輪フランジ２１をレール３の側面３ｄから離れる。
【００３６】
本発明において、車輪フランジ２１が離れる状態は油圧ジャッキ、電磁気力などの外力によって形成されるものではなく、車輪２とガイドローラー１２２の幾何学的配置構造によるものである。よって、本発明は、簡単な構造で高信頼性を持つ自己操向装置を実現することができる。
【００３７】
このような幾何学的配置構造は、図７に模式的に示すように、台車４の最前方に配置された車輪２の前方及び台車４の最後方に配置された車輪２の後方に、それぞれ、ガイドローラー１２２を配置するものである。
【００３８】
すなわち、図８に示すように、台車４の前方から第１車輪２ａ及び第２車輪２ｂが順次配列されるとき、ガイドローラー１２２は第１車輪２ａの前方及び第２車輪２ｂの後方にそれぞれ配置される。
【００３９】
なお、図示のものに限定されず、一つの台車に三つの車軸が配列され、すなわち、前方から第１車輪、第２車輪及び第３車輪が順次配列される場合、ガイドローラーは第１車輪の前方及び第３車輪の後方にそれぞれ配置される。
【００４０】
また、ガイドローラー１２２は転がり接触をするので、レール３の上面角部３ｃに点接触するか、またはレール３の側面３ｄに線接触する。すなわち、ガイドローラー１２２は、車輪フランジ２１に比べ、レール３の上面角部３ｃやレール３の側面３ｄに面接触もせず、すべり接触もしない。仮に、ガイドローラー１２２及びレール３の間に干渉部（図２及び図３の３０）または摩擦面が実際に存在するといっても、車輪フランジ２１に比べると、摩擦面の面積が極めて小さい。
【００４１】
したがって、従来のように遠心力による横荷重が発生しても、ガイドローラー１２２の摩擦面が極めて小さいので、横荷重による摩擦力が大きく作用する余地がなくなり、摩擦力が抑制されるので、ガイドローラー１２２の摩耗及びガイドローラー１２２によるスクイーリングノイズの発生可能性は従来の車輪フランジ２１に比べて著しく低くなる。
【００４２】
従来には、車輪フランジ２１及びレール３の干渉部（図２及び図３の３０）において横荷重（Ｆｃ）による摩擦力増加によって車輪フランジ２１の摩耗及びスクイーリングノイズが発生した。
【００４３】
しかし、本発明は、第一に、鉄道車両１の長手方向に沿って車輪２の前後方にガイドローラー１２２を設置する幾何学的構成と、第二に、曲線走行の際、ガイドローラー１２２が点接触または線接触状態で転がり接触する構成とによって、従来の問題点を根本的に防止する。最も基本的な実施例として、ガイドローラーの回転軸がレールの側面またはレールの上面角部に垂直に設置される場合（図８、図９、図１０、図１２、図１４及び図１５）には、ガイドローラーがレールの側面または上面角部に点接触または線接触するので、摩擦面が基本的になくなって、スクイーリングノイズ除去の目的を根本的に達成することができる。ところで、ガイドローラー１２２がレールの側面に対して傾いた状態で設置されたら、図１３のようにガイドローラー１２２がレールの上面角部に点接触する状態でだけ摩擦面除去及びスクイーリングノイズ除去のような本来の目的を達成することができる。このような構造によらない場合、ガイドローラーの回転軸がレールに斜めに設置されれば、ガイドローラーがレールの側面、上面角部及び上面のいずれか一方に面接触すれば摩擦面が根本的に除去できないので、本発明の実施例と異なる劣悪な技術となる。すなわち、本発明は、ガイドローラーがレールに点接触または線接触するだけで、面接触する部分が発生しない構造となっているので、ガイドローラー及びレール間の摩擦面が根本的に発生しない。
【００４４】
図８に示す一実施例において、ガイドローラー１２２の回転軸１３０は、鉄道車両１の正面から見たとき、車軸６に垂直であるかまたはレール３の側面３ｄに平行である。いずれか一つのレール３と他のレール３ｆとが交差する部分に車輪フランジ２１が通過することができるようにするレール間隙間（ΔＡ）が存在する場合、ガイドローラー１２２の外径はレール間隙間（ΔＡ）の大きさより小さい。
【００４５】
ガイドローラー１２２及びその回転軸１３０は、台車４に設置されるか、車輪２に設置されるか、または鉄道車両１または車体５に直接設置されることができる。
【００４６】
具体的に、図８を参照すれば、線路が二方向に分かれたり合流する分岐点には分岐器を設置する。このような分岐器は、鉄道車両１を進行させたい方向に転換させるポイント部、二つの線路が同一平面で交差するクロッシング部、及びポイント部とクロッシング部の中間に位置するリード部を含む。
【００４７】
ポイント部において、二つのレール３ａ、３ｆが交差する位置には一定の角が生じる。クロッシング部には車輪フランジ２１が通過するように二つのレール３ａ、３ｆ間の切断部分（これをレール間隙間（ΔＡ）という）が存在する。レール間隙間（ΔＡ）の大きさはおよそ１０ｃｍ未満である。図８を参照すれば、ガイドローラー１２２がレール間隙間（ΔＡ）を通過することができなければならないため、ガイドローラー１２２の外径を１０ｃｍ以上にすることができない制約がある。
【００４８】
一方、曲線走行の際、車輪フランジ２１はガイドローラー１２２によってレール３の側面３ｄから離れるが、車輪２の踏面はレール３の上面から離れない。よって、ガイドローラー１２２は鉄道車両１の横荷重を支持するだけで、鉄道車両１の垂直荷重を支持する必要はない。横荷重に比べて大きな垂直荷重を支持する車輪踏面２２とは異なり、本発明のガイドローラー１２２は横荷重のみを支持するので、その大きさは車輪２に比べて非常に小さくすることができ、材質の選択や熱処理の条件も車輪２に比べて自由になる。
【００４９】
したがって、ガイドローラー１２２の外径をレール間隙間（ΔＡ）より小さく設計する場合（例えばガイドローラー１２２の外径を１０ｃｍ未満に設計する場合）にも、ガイドローラー１２２は十分な横荷重を支持することができる。
【００５０】
このような実施例において、ガイドローラー１２２はニードルベアリング（ｎｅｅｄｌｅ  ｂｅａｒｉｎｇ）となることができる。ニードルベアリングは、回転軸１３０の端部に挿入される内輪及び前記レール３の側面３ｄに転がり接触する外輪を含み、内輪の内径（ｄ）及び外輪の外径（Ｄ１）の差（２Δｄ）が一般ベアリングに比べて非常に小さな利点がある。すなわち、ニードルベアリングは非常に小さい厚さ（Δｄ）を持つにもかかわらず高い荷重に耐えることができ、内径は大きくすることができ、外径（Ｄ１）は小さくすることができる回転支持体である。ガイドローラー１２２の内径（ｄ）を大きくすれば、回転軸１３０の外径（ｄ）を大きくすることができるので、横荷重に対する信頼性が向上する。ガイドローラー１２２の長さ（Ｌ）を長くしても、レール間隙間（ΔＡ）を干渉しないで横荷重に対する信頼性を向上させることができる。
【００５１】
ガイドローラー１２２の形状は、円筒形状、円錐形状、円錐台形状、一部は円錐形状でかつ他の部分は円筒形状のものの中の少なくとも一つでよい。円筒形状のガイドローラー１２２は図８に示されている。
【００５２】
ガイドローラー１２２の回転軸１３０は、鉄道車両１の正面から見たとき、車軸６に垂直であるか、レール３の側面３ｄに平行である。ガイドローラー１２２の最大外径（Ｄ１）はレール間隙間（ΔＡ）の大きさより小さいので、レール間隙間（ΔＡ）に会ったとき、ガイドローラー１２２の回転軸１３０を昇降させなくてもガイドローラー１２２がレール間隙間（ΔＡ）と干渉することなく通過することができる。
【００５３】
一方、本発明は、鉄道車両１の横方向に沿っての車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２の配置関係に原則的に依存しない。すなわち、鉄道車両１の前方または後方から見たとき、ガイドローラー１２２及び車輪フランジ２１が一直線上に配列される場合でも、直線走行の際、車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２のいずれかのレール３の側面３ｄに接触し、曲線走行の際、車輪フランジ２１はレール３の側面３ｄから離れ、ガイドローラー１２２のみレール３の側面３ｄに接触する。
【００５４】
しかし、このように鉄道車両１の前方または後方から見たとき、車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２が一直線上に配列される実施例において、直線走行の際、ガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄに転がり接触すれば、ガイドローラー１２２が不必要に摩耗するので、これに対する追加対策を提供する。
【００５５】
すなわち、本発明の他の一実施例として、直線走行の際、ガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄから離れ、曲線走行の際にだけガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄに接触する実施例をさらに開発した。このような実施例は、図９〜図１１に示されており、図７に示す実施例に比べ、ガイドローラー１２２の外径（Ｄ１）を小さくすることができ、摩耗防止及び寿命の延長に役立つ。
【００５６】
このように、図９〜図１１に示す実施例は、ガイドローラー１２２を車輪フランジ２１より内側に配置するものである。すなわち、ガイドローラー１２２の車軸方向の間隔であるガイドローラーゲージ（ＧＲＧ）は、車輪フランジ２１の車軸方向の間隔である車輪フランジゲージ（ＷＧ）よりも小さい。これは本発明の重要な特徴の一つである。少なくとも本発明は、ガイドローラー輪距が車輪フランジ輪距より小さいかまたは少なくとも同じなので、直線走行の際、ガイドローラーがレールの側面に接触する程度を最大限に抑制することができ、これにより小さい直径を持つガイドローラーの長期寿命の信頼性を向上することができる。
【００５７】
図９は、直線走行時の、車輪フランジ２１、ガイドローラー１２２、及びレール３の位置関係を説明する。これを参照すれば、ガイドローラー輪距（ＧＲＧ）及び車輪フランジ輪距（ＷＧ）の差（２ΔＫ）によって、鉄道車両１の直線走行の際、ガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄから離れ、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触する。よって、直線走行の際、ガイドローラー１２２は、垂直荷重はもちろんのこと、横荷重を全く受けないので、直線レール３を高速走行してもガイドローラー１２２が摩耗したり接触騷音が発生しない。
【００５８】
図１０は、曲線走行時の、車輪フランジ２１、ガイドローラー１２２、及びレール３の位置関係を説明する。図９〜図１１に示す実施例においては、レール３の曲率が一定未満の緩やかな曲線走行の際、または直線レール３上での走行の際、ガイドローラー１２２がレール３に接触しない。レール３の曲率が一定値以上で多く曲がって横荷重が一定値以上の場合に、初めてガイドローラー１２２がレール３に接触して、遠心力による横荷重を支持する。
【００５９】
すなわち、レール３の曲がり程度（曲率）が小さければ、ガイドローラー１２２がレール３に接触しないが、レール３の曲率が大きければ、幾何学的配置構造によって車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄから離れてガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄに接触する。ガイドローラー１２２の接触の際、車輪フランジ２１が離れ、車輪フランジ２１は横荷重を受けなくなり、これにより車輪フランジ２１のスクイーリングノイズが発生せず、ガイドローラー１２２が転がり接触しながら横荷重を支持する。
【００６０】
図１１を参照して、曲率半径によって車輪フランジ輪距（ＷＧ）及びガイドローラー輪距（ＧＲＧ）の差の半分にあたるΔＫをどのように設定すればよいのかを示す。
【００６１】
鉄道車両１の長手方向に沿っての車軸６間の間隔を車軸距離（ＷＤ）と定義し、鉄道車両１の長手方向に沿ったガイドローラー１２２間の間隔をガイドローラー軸間距離（ＧＲＤ）と定義し、車軸６の方向に沿っての車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２間の間隔をΔＫとに定義する。
【００６２】
また、レール３の曲率半径が閾値Ｒ以下のときに、初めて車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄから離れ始めるとする。すなわち、レール３の曲率半径が閾値Ｒ未満であるか、直線レール３である場合は、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触し、ガイドローラー１２２はレール３に接触しない。
【００６３】
この際、次のような数式が成り立つ。
【００６４】
【数１】
0005433877.tif 000002
【００６５】
【数２】
0005433877.tif 000003
【００６６】
【数３】
0005433877.tif 000004
【００６７】
数式１〜数式３を整理すれば次の数式４となる。
【００６８】
【数４】
0005433877.tif 000005
【００６９】
ΔＫは０以上で前記ΔＫｍａｘ以下の値の中から選択される。よって、レール３の曲率半径が閾値Ｒ以下のときに、初めて車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄから離れ始める。レール３の曲率半径が閾値Ｒ未満であるか、直線レール３である場合は、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに接触し、ガイドローラー１２２はレール３に接触しない。
【００７０】
その結果、直線レール３や曲率の小さなレール３を高速走行してもガイドローラー１２２が摩耗せず、接触音が発生することはなく、ガイドローラー１２２の使用寿命と信頼性が向上する。曲率半径の逆数である曲率が一定値以上であるときに、初めてガイドローラー１２２が横荷重を支持し、車輪フランジ２１はレール３の側面３ｄから離れる。
【００７１】
一方、図１２の実施例においては、ブラケット１４０が設置される。ブラケット１４０は、その一端部にはガイドローラー１２２の回転軸１３０が設置され、他端部は台車４に連結される構造物である。図１２において、ガイドローラー１２２の回転軸１３０は、鉄道車両１の正面から見たとき、車軸６に垂直に、またはレール３の側面３ｄに平行に設置される。ブラケット１４０が設置される場合、ガイドローラー１２２及び台車４の結合構造を鉄道車両１の形状や用途に合わせて自由な設計ができる利点を持つ。
【００７２】
ブラケット１４０の大きさ（Ｄ２）が大きい場合、ブラケット１４０がレール間隙間（ΔＡ）に干渉するので、ガイドローラー１２２がレール間隙間（ΔＡ）に到逹する前にブラケット１４０を上昇させるアクチュエータ１５０を備える。アクチュエータ１５０は、制御部２００によって動作が制御される油圧シリンダー、空圧シリンダー、またはソレノイドなどから構成することができる。アクチュエータ１５０によってブラケット１４０が昇降すれば、ブラケット１４０とレール間隙間（ΔＡ）との干渉が防止されるのはもちろんのこと、ガイドローラー１２２と台車４の結合構造をフレキシブルに変形することができる利点がある。
【００７３】
レール間隙間（ΔＡ）の有無に構わず、ガイドローラー１２２の回転軸１３０は、鉄道車両１の正面から見たとき、車軸６に垂直に、またはレール３の側面３ｄに平行に設置される場合、アクチュエータ１５０によってブラケット１４０が昇降しながらガイドローラー１２２及びレール３を接触させたり、離すことができる。
【００７４】
一方、図１３は、ガイドローラー１２２の回転軸１３０が斜めに設置される実施例を示す。すなわち、鉄道車両１の正面から見たとき、ガイドローラー１２２の回転軸１３０は車軸６及びレール３の側面３ｄに斜めに設置される。この際、ガイドローラー１２２はレール３の上面角部３ｃに転がり接触する。このような実施例においても、ガイドローラー１２２はレール３の上面角部３ｃに点接触するか線接触するだけで、ガイドローラー１２２は面接触せず、車輪フランジ２１が形成する干渉部（図２及び図３の３０）または摩擦面を誘発しない。
【００７５】
このような実施例は、レール間隙間（ΔＡ）の大きさに左右されずにガイドローラー１２２の外径を大きくすることができる利点を持つ。ガイドローラー１２２がレール３の上面角部３ｃと接触しながら十分な横荷重を支持して耐磨耗性を向上させるように、ガイドローラー１２２の外周面は、図１３に示すように、レール３の上面角部３ｃに対して平坦な直線の外に、図示されていないが、ふくらんでいる曲線や凹んでいる曲線となることができる。
【００７６】
図１３のように、ガイドローラー１２２の回転軸１３０が斜めに設置され、ガイドローラー１２２の外径が大きな場合には、レール間隙間（ΔＡ）の通過が問題となることがある。それで、これを防止するための実施例として、リンク１６０及びリンク１６０を回動させるアクチュエータ１５０を備える。
【００７７】
リンク１６０は、鉄道車両１の正面から見たとき、車軸６及びレール３の側面３ｄに斜めに設置される。よって、ガイドローラー１２２の外周１２２ｒはレール３の上面角部３ｃに転がり接触する。
【００７８】
リンク１６０の一端部にはガイドローラー１２２の回転軸１３０が設置され、リンク１６０の他端部は台車４に回動可能に固定される。アクチュエータ１５０は台車４に対してリンク１６０を回動させる。リンク１６０及びアクチュエータ１５０は制御部２００によって制御される。
【００７９】
制御部２００は、ガイドローラー１２２がレール間隙間（ΔＡ）に到逹する前にリンク１６０を上側に回動させることにより、ガイドローラー１２２がレール間隙間（ΔＡ）と接触干渉して走行が邪魔とならないようにする。
【００８０】
したがって、鉄道車両１の走行によって台車４が上下に振動しても、ガイドローラー１２２及びレール３の上面角部３ｃの間の一定範囲内で自由に上下移動できるので、走行抵抗を防止することができる。
【００８１】
次に、本発明の鉄道車両用枝操舵装置の動作及び特徴を要約して整理する。
【００８２】
図８に示す実施例においては、ガイドローラー１２２は、曲線走行の際、レール３の側面３ｄに転がり接触し、車輪フランジ２１はレール３の側面３ｄから離れる。直線走行の際、ガイドローラー１２２及びレール３の側面３ｄ間の接触有無に係わらず、車輪フランジ２１がレール３の側面３ｄに対面して脱線を防止する。
【００８３】
このようなすべての動作は別の外力によるものでなく、ひたすら車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２の幾何学的配置構造と、ガイドローラー１２２の転がり接触性質などの二つの特徴によるものである。ガイドローラー１２２は、レール間隙間（ΔＡ）を通過することができながらも十分な横荷重に耐えることができる。ガイドローラー１２２の昇降手段は原則的に備えなくても良い。
【００８４】
このようなガイドローラー１２２の例を挙げれば、ニードルベアリングがあり、ニードルベアリングは内径が充分に大きいので、ガイドローラー１２２の回転軸１３０の直径（ｄ）は充分に大きくなることができ、レール間隙間（ΔＡ）の通過のためにガイドローラー１２２の外径（Ｄ１）は充分に小さくなることができる。
【００８５】
図９及び図１１に示す実施例においては、ガイドローラー１２２が車輪２の内側に設置される。すなわち、ガイドローラー輪距（ＧＲＧ）は車輪フランジ輪距（ＷＧ）より小さい。よって、直線走行の際、または曲率半径が大きい線路においては、ガイドローラー１２２がレール３に接触しなく、曲率半径が閾値Ｒ以下とひどく曲がった線路でだけガイドローラー１２２がレール３の側面３ｄに接触する。
【００８６】
したがって、ガイドローラー１２２の耐磨耗性及び信頼性が大きく向上し、曲線走行の際、車輪フランジ２１及びレール３の干渉部３０が発生しない。車軸方向に沿っての車輪フランジ２１及びガイドローラー１２２間の間隔ΔＫは、車軸距離ＷＤと、ガイドローラー軸間距離ＧＲＤと、レール３の曲率半径の閾値Ｒとの相関関係によって決められる。
【００８７】
図１２に示す実施例は、ガイドローラー１２２の設置構造を変えた変形例として、ガイドローラー１２２をブラケット１４０に設置し、ブラケット１４０をアクチュエータ１５０で昇降させる。よって、レール間隙間（ΔＡ）に会えば、アクチュエータ１５０でブラケット１４０を押し上げることで、ガイドローラー１２２及びブラケット１４０がレール間隙間（ΔＡ）に詰まらないようにする。また、曲線走行の際、ガイドローラー１２２及び台車４の連結構造物であるブラケット１４０を自由に設計できるので、横荷重の支持性能を非常に良好にすることができる。
【００８８】
図１３に示す実施例においては、ガイドローラー１２２の形状を多様にすることができ、その形状によってレール３の側面３ｄ、上面角部３ｃなどの多様な接触部分を選択することができる利点がある。ガイドローラー１２２の外径が大きくなれば、ガイドローラー１２２の回転軸１３０を昇降させることができる油圧シリンダー（図示せず）などを設置して、レール間隙間（ΔＡ）を通過する際にガイドローラー１２２を持ち上げることができる。
【００８９】
さらに、ガイドローラー１２２の回転軸１３０が斜めに設置されても、レール３の上面角部３ｃにガイドローラー１２２が接触し、レール間隙間（ΔＡ）でリンク１６０を回動できるので、ガイドローラー１２２の外径が制限を受けない。ガイドローラー１２２の外径をいくらでも大きくすることができ、これによりガイドローラー１２２の耐磨耗性及び信頼性を向上させることができ、レール間隙間（ΔＡ）の大きさに制限されない利点がある。
【００９０】
油圧シリンダー（図示せず）などを設置してガイドローラー１２２の回転軸１３０を昇降させることができる構造は、ガイドローラー１２２の外径の大きさやレール間隙間（ΔＡ）の大きさに左右されなく、所望形状にガイドローラー１２２を設計し、ガイドローラー１２２及びその回転軸１３０の設置構造を多様に設計変更することができる利点を与える。
【００９１】
図１４は本発明の一実施例であって、ガイドローラー１２２が車軸６に設置される実施例を示す斜視図である。鉄道車両が走行する際、路面からの衝撃や振動を吸収するために、台車４はサスペンション９０で支持される。車輪２はレール３に接触した状態なので、車輪２及び車軸６はレール３に対して一定の高さを維持するが、台車４は、鉄道車両が走行する際、レール３に対して一定の高さに位置せず、高さ方向で常に動いている。
【００９２】
この際、ガイドローラー１２２及びガイドローラー１２２の回転軸１３０が台車４に固定されている場合、ガイドローラー１２２とレール３の接触位置が鉄道車両の走行によって常に変動することがある。これを改善するために、ガイドローラー１２２を車軸６に連結するとよい。すなわち、ガイドローラー１２２の回転軸１３０を車軸６に連結することにより、鉄道車両が走行する際、ガイドローラー１２２及び車軸６がレール３に対して一定の高さを維持することができる。
【００９３】
具体的に、ガイドローラー１２２の回転軸１３０は固定用構造物９５に固定され、前記固定用構造物９５は車軸６にベアリング９３を介して連結される。固定用構造物９５及び前記ベアリング９３の位置を固定するために、ストッパー９１が使用できる。車軸６は車輪２と一緒に回転し、固定用構造物９５は車軸６の回転にもかかわらず、レール３に対して一定の高さを維持する。固定用構造物９５は高さ方向に沿って車軸６に対して一定の位置を維持する。このために、固定用構造物９５と台車４との間には、固定用構造物９５の回転防止及び水平姿勢維持のためのスタビライザー（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ、図示せず）を備えてもよい。
【００９４】
図１５は本発明の一実施例であって、ガイドローラーが鉄道車両または車体に直接取り付けられる実施例を示す側面図である。これを参照すれば、ガイドローラーは、鉄道車両前方及び後方にそれぞれ配置され、鉄道車両１または車体５に直接固定される。この場合に、ガイドローラーの設置個数を最小化することができる。例えば、ガイドローラー１２２は１台の鉄道車両１あたり四つだけ必要となり、ガイドローラー１２２を台車４に取り付ける場合に比べ、台車４の構造を変更することなく鉄道車両１または車体５に直接固定することができる。すなわち、台車４を新たに開発する必要がなく、台車４の構造を変更する必要がなく、現存の鉄道車両１または車体５の構造をそのまま維持した状態で、鉄道車両１または車体５の前方及び後方にガイドローラー１２２を直接取り付ければ良い利点がある。すなわち、ガイドローラーは、前記鉄道車両に直接設置されるか、または車体、台車、車軸の中で少なくとも一つに設置できる。
【００９５】
以上、本発明による実施例を説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該分野で通常の知識を持った者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点を理解することができる。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定められるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005433877.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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