(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車枠の左右の側梁にそれぞれ懸架された一対の軸箱間に架設された固定車軸と、
この固定車軸にそれぞれ支持され、かつ広い軌間に対応する位置と狭い軌間に対応する位置との間で前記固定車軸の軸線方向に変位可能な左右一対の車軸外筒と、
これらの車軸外筒にそれぞれ車輪軸受を介して回転可能に取り付けられた左右一対の車輪と、
この左右一対の車輪の間で前記一対の車軸外筒にそれぞれ取り付けられ、かつ前記一対の車輪をそれぞれ直接回転駆動する左右一対の駆動用電動機とを備え、
前記車輪軸受の内輪が、前記軸箱側から前記車軸外筒の外周面に摺動自在に嵌装可能とされているとともに、
前記駆動用電動機の固定子が、前記軸箱とは反対側から前記車軸外筒の外周面に摺動自在に嵌装可能とされており、
かつ前記内輪および前記固定子が、固定手段により前記車軸外筒に固定されて前記車軸外筒の軸線方向に変位不能とされ、
さらに、前記駆動用電動機の回転子が電動機フレームを介して前記車輪に螺着されていることを特徴とする鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項２】
前記固定手段が、
前記車軸外筒の外周面に突設された突出部と、
この突出部の左右両側において前記車軸外筒の外周面に螺設された左右一対の雄ねじと、これらの雄ねじに螺合して前記突出部とともに前記内輪および前記固定子をそれぞれ挟持する左右一対のリングナットとを有することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項３】
前記左右一対の駆動用電動機の外周面の外径よりも大きな内径を有する筒状とされ、かつ前記左右一対の駆動用電動機の外周面に沿って伸縮可能とされたカバーと、
前記左右一対の駆動用電動機の間で前記車軸外筒にそれぞれ支持されるとともに、前記左右一対の駆動用電動機の外周面の半径方向外側に位置するように配設された、前記カバーの両端部がそれぞれ全周にわたって固着される外周部分を有し、かつ前記カバーと共に前記左右一対の駆動用電動機の内部に冷却風を供給するエアダクトを形成する、環状に成形された左右一対の隔壁と、
前記エアダクト内に冷却風を供給する送風機とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項４】
前記カバーが、前記左右一対の隔壁にそれぞれ固着された懸架部材により懸架されていることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用軌間可変台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば新幹線と在来線のように軌間寸法が異なるレール上を走行するために、車輪間隔を変化させることができる鉄道車両用軌間可変台車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば新幹線等に使用されている軌間寸法１４３５ｍｍの広軌と、在来線等に使用されている軌間寸法１０６７ｍｍの狭軌とを同一の車両で走行することができる、軌間可変台車が種々提案されているが、このような軌間可変台車のなかには、駆動用電動機で車輪を直接回転駆動する、いわゆるダイレクト・ドライブモータ（以下ＤＤモータと略称する）を用いた駆動台車がある。
【０００３】
この駆動台車のＤＤモータ廻りの構造を、本願の出願人らが先に出願した特開平７−９９９３号公報に記載された駆動台車を例にとって説明すると、図７に示すように、駆動台車の図示されない台車枠の側梁に懸架された軸箱１には、段付円柱状の固定車軸２の小径部２ａが保持されている。また、固定車軸２の大径部２ｂには、円筒状の車軸外筒３が固定車軸２の軸線方向に摺動自在に嵌装されている。一方、車軸外筒３には、車輪４を回転自在に支持する車輪軸受５の内輪５ａと、車輪４を直接回転駆動するＤＤモータ６の固定子７が固着されている。さらにＤＤモータ６の円筒状の電動機フレーム８は、その図示右側の端部が車輪４のウェブ４ａに螺着され、かつ図示左端側の端部が電動機軸受９を介して車軸外筒３に支持されている。そして、ＤＤモータ６の回転子１０は、電動機フレーム８の内周面に、固定子７と対向するように配設されている。
【０００４】
そして、車軸外筒３が軸箱１側に変位し、その端面３ａが軸箱１に当接した状態でロックされると広軌対応状態となり、かつ車軸外筒３が軸箱１とは反対側に変位し、その端面３ｂが固定車軸２の長手方向中央部に突設された突出部２ｃに当接した状態でロックされると狭軌対応状態となる。
【０００５】
一方、車軸外筒３の軸箱１とは反対側の端部に取り付けられた環状のエアダクト１１には、図示されない送風機が接続されている。そして、この送風機から供給される冷却風は、ＤＤモータ６内に流入した後、電動機フレーム８に形成された冷却風排出口８ａから排出され、ＤＤモータ６を冷却するようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、駆動台車をメンテナンスする際には、磨耗部品である車輪や軸受等の交換が容易でなければならない。
しかしながら、上述した駆動台車は、車軸外筒３を固定車軸２から引抜いた後、ＤＤモータ６をすべて分解しないと車輪軸受５を車軸外筒３から分離することができない構造となっている。
【０００７】
また、鉄道車両を高速化するためにはＤＤモータを大型化する必要があるが、直径の増大は車両限界に抵触するので、固定車軸の軸線方向に幅を広げざるを得ない。また、ＤＤモータの大型化に伴って冷却風量を増大させる必要がある。しかしながら、上述した駆動台車においては、狭軌上を走行する際にはＤＤモータ６同士の間隔が狭まるため、エアダクト１１を大型化することができず、冷却風量を確保することが困難である。
【０００８】
さらに、上述した駆動台車においては、固定車軸２上を車軸外筒３が摺動するが、固定車軸２が露出する部分に塵埃が付着すると、車軸外筒３の摺動の妨げとなったり固定車軸２の磨耗が促進したりする。そこで、固定車軸２にカバーを取り付けることが考えられるが、単に固定車軸にカバーを取り付けたのでは、一対のＤＤモータ６の大型化の妨げとなる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、従来の技術が有する問題点を解消し、メンテナンスの際に車輪や軸受を容易に交換することができるとともに、ＤＤモータの大型化を妨げることなく冷却風量を確保することができ、かつ固定車軸が露出しないように保護することができる鉄道車両用軌間可変台車を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の鉄道車両用軌間可変台車においては、車輪軸受の内輪が軸箱側から車軸外筒の外周面に摺動自在に嵌装され、かつ駆動用電動機の固定子が軸箱とは反対側から車軸外筒の外周面に摺動自在に嵌装される。また、車輪軸受の内輪および駆動用電動機の固定子は、固定手段により車軸外筒に固定され、車軸外筒の軸線方向に変位不能とされる。さらに、駆動用電動機の回転子が電動機フレームを介して前記車輪に螺着される。
したがって、車軸外筒を固定車軸から抜き取った後、駆動用電動機の電動機フレームと車輪とを分離し、さらに固定手段による車輪軸受内輪の車軸外筒に対する固定を解除すれば、駆動用電動機を分解することなく車輪を車輪軸受と一体に車軸外筒から取り外すことができる。同様に、固定手段による固定子の車軸外筒に対する固定を解除すれば、容易に固定子を車輪軸受から分離できる。
【００１１】
一方、本発明の請求項３に記載の鉄道車両用軌間可変台車においては、カバーと左右一対の隔壁とがエアダクトを形成する。そして、このエアダクト内に送風機から供給された冷却風は、左右一対の駆動用電動機内に入り込んで駆動用電動機を冷却する。この時、筒状のカバーは駆動用電動機の外周面に沿って伸縮するように配設されているので、左右一対の駆動用電動機の間にカバーを配設する場合のように、駆動用電動機の大型化の妨げになったり冷却風の送風スペースを十分に確保できなくなったりすることがない。さらに、カバーは左右一対の車軸外筒の間で露出する固定車軸を覆って保護する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による鉄道車両用軌間可変台車の一実施形態を、図１乃至図６を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１および図２に示したように、本実施形態の鉄道車両用軌間可変台車１００においては、台車枠２０の左右の側梁２１に、それぞれ軸ばね２２を介して４個の軸箱２３が懸架されている。そして、これらの軸箱２３間に２本の円柱状の固定車軸２４が架設されている。
【００１４】
前記固定車軸２４には、図３に示したように左右対称形状の一対の車軸外筒３０が摺動自在に外嵌されている。この車軸外筒３０の軸箱２３側の端部３１の外周面には、スプライン３１ａが形成されている。そして、このスプライン３１ａが軸箱２３と係合することにより、車軸外筒３０は回転することなく固定車軸２４上を摺動することができる。また、車軸外筒３０の前記端部３１には、一対の貫通孔３１ｂ、３１ｃが軸線方向に間隔をあけて配設されている。そして、軸箱２３に取り付けられたロック手段２５のピン２６が、前記貫通孔３１ｂ、３１ｃのいずれかと係合すると、車軸外筒３０は固定車軸２４の軸線方向に変位しないように固定される。
【００１５】
車軸外筒３０の長手方向中央部には、円周方向の全周にわたって延びる突出部３２が突設されている。そして、この突出部３２と前記スプライン３１ａとの間の部分には、スプライン３１ａの外径よりは大きいが、前記突出部３２の外径よりは小さい外径を有する円柱状の車輪取付面３３が形成されている。また、突出部３２を挟んで前記車輪取付面３３とは反対側の部分には、円柱状の電動機取付面３４が形成されている。
【００１６】
一方、車輪４１の中心部に設けられたボス４１ａには、軸受取付孔４１ｂが凹設されている。そして、この軸受取付孔４１ｂ内に内嵌された車輪軸受４２は、ボス４１ａの側面に螺着された環状のリテーナ４３により抜け止めされている。
また、前記車輪軸受４２の内輪４２ａの内径は、固定車軸２４の前記車輪取付面３３の外径よりもわずかに大きく設定されている。これにより、車輪４１と車輪軸受４２とが一体に組み立てられた車輪組立体４０を、固定車軸２４の車輪取付面３３に摺動自在に嵌装できるようにされている。
【００１７】
車軸外筒３０の車輪取付面３３に嵌装された車輪組立体４０は、車輪取付面３３に嵌装された円筒状のスペーサ４５と、車輪取付面３３の軸箱２３側の端部に形成された雄ねじ３３ａに螺合するリングナット４６とにより、車軸外筒３０の突出部３２に向かって押圧され、軸線方向に変位不能に固定されている。
【００１８】
また、前記リテーナ４３には、前記スペーサ４５の外周面に摺接するオイルシール４３ａが取り付けられている。また、車輪ボス４１ａの反対側の側面には、環状のリテーナ４４が螺着されている。そして、このリテーナ４４には、車軸外筒３０の突出部３２の外周面に摺接するオイルシール４４ａが取り付けられている。これにより、車輪軸受４２は一対のオイルシール４３ａ、４４ａにより保護されて、潤滑が保たれるとともに塵埃の侵入が防止されている。
【００１９】
一方、車軸外筒３０の電動機取付面３４には、駆動用電動機５０の固定子５１が、スペーサ５２および軸受支持部材５３により挟装された状態で摺動自在に嵌装されている。そして、電動機取付面３４の端部に螺設された雄ねじ３４ａに螺合するリングナット５４が、車軸外筒３０の突出部３２と共に、スペーサ５２と軸受支持部材５３、および固定子５１を挟持して固定している。
また、固定子５１は、図示されないキーにより車軸外筒３０に対して係止され、車軸外筒３０の廻りに回転することがないようにされている。
【００２０】
前記軸受支持部材５３の固定子５１とは反対側の端部には、フランジ５３ａが垂設されている。そして、このフランジ５３ａの先端に設けられたハウジング５３ｂ内に収容された軸受５５により、円筒状の電動機フレーム５６の一端が回転自在に支持されている。また、前記電動機フレーム５６の他端は車輪４１のウェブ４１ｃに螺着されて、車輪４１と一体に回転するようになっている。さらに、この電動機フレーム５６の内周面には、回転子５７が固定子５１と対向するように取り付けられている。さらに、電動機フレーム５６の外周面には、ディスクブレーキの円環状ロータ５８が取り付けられている。
【００２１】
次に、上述のように組み付けられた本実施形態の軌間可変台車１００のメンテナンスに際して、車輪組立体４０および駆動用電動機５０を車軸外筒３０から取り外す手順について説明する。
【００２２】
まず、軸箱２３から固定車軸２４を取り外した後、車輪組立体４０および駆動用電動機５０が組み付けられた状態の車軸外筒３０を固定車軸２４から抜き取る。
次いで、車軸外筒３０を固定するとともに、駆動用電動機５０の電動機フレーム５６を支持した状態で電動機フレーム５６と車輪４１との螺着を解除する。さらに、車輪組立体４０を固定しているリングナット４６を緩めると、前述のように車輪軸受４２の内輪４２ａが車輪取付面３３に対して摺動自在に嵌装されているので、車輪組立体４０を車軸外筒３０から容易に取り外すことができる。そして、車輪ボス４１ａの両側面に取り付けられているリテーナ４３、４４を取り外せば、車輪軸受４２を車輪４１から容易に取り外すことができる。
【００２３】
上述のように車輪組立体４０を車軸外筒３０から取り外した後、駆動用電動機５０を車軸外筒３０から取り外すには、まず電動機フレーム５６に軸受５５を係止している図示されないスナップリングを取り外す。ついで、リングナット５４を緩めると、上述のように軸受支持部材５３２と固定子５１およびスペーサ５２は車軸外筒３０の電動機取付面３４に摺動自在に嵌装されているので、これらの部品を容易に車軸外筒３０から取り外すことができる。
【００２４】
すなわち、本実施形態の軌間可変台車１００においては、車輪軸受４２の内輪４２ａが車軸外筒３０の車輪取付面３３に摺動自在に嵌装されているとともに、リングナット４６を締め付けることにより車軸外筒３０に固定され、かつ車輪４１と電動機フレーム５６とが螺着されている。これにより、駆動用電動機５０を分解することなく車輪組立体４０を車軸外筒３０から容易に取り外すことができるので、メンテナンスに際して車輪４１および車輪軸受４２を容易に交換することができる。また、車輪軸受４２をシールするオイルシール４３ａ、４４ａも車輪組立体４０と一体に取り外すことができるから、これらの部品の交換も容易に行うことができる。
【００２５】
次に、本実施形態の軌間可変台車１００における、駆動用電動機５０の冷却構造について説明すると、図３に示したように、駆動用電動機５０内に冷却風を供給するエアダクトＡは、第１および第２の隔壁６０、７０と、蛇腹状のカバー８０とにより形成されている。
【００２６】
前記第１の隔壁６０は、鋼板をプレス加工することにより環状に成形されたもので、その半径方向内側の部分６１は、駆動用電動機５０の軸線に対して垂直に延びる板状とされるとともに、図示右側の軸受ハウジング５３ｂに取り付けられ、かつ電動機フレーム５６の端部に近接して配設されている。また、その外周部分６２は、図示左側の駆動用電動機５０に向かって開口するコ字形断面形状に成形され、かつ図示右側の駆動用電動機５０の外周面５６ａに対して、半径方向外側に位置するように配設されている。
また、前記外周部分６２の先端には、図４に示すように狭軌対応状態となって左右一対の駆動用電動機５０が互いに接近した時に、前記カバー８０を前記第２の隔壁７０の内部に押さえ込む押さえ板６３が取り付けられている。
さらに、図２に示したように、前記外周部分６２に形成された開口６５には、図１に示したように送風機６６がベローズ６７を介して取り付けられている。
【００２７】
同様に、図示左側の軸受ハウジング５２ｂには、鋼板をプレス加工することにより環状に成形された第２の隔壁７０が取り付けられている。この第２の隔壁７０の半径方向内側の部分７１は、駆動用電動機５０の軸線に対して垂直に延びる板状とされ、かつ電動機フレーム５６の端部に近接して配設されている。また、この第２の隔壁７０の半径方向外側の部分７２は、図示右側の駆動用電動機５０に向かって開口するコ字形断面形状に成形され、かつ電動機フレーム５６の外周面５６ａに対して、半径方向外側に位置するように配設されている。
【００２８】
図３に示したように、前記第１および第２の隔壁６０、７０間には、駆動用電動機５０と同軸な筒状のカバー８０が架設されている。このカバー８０の内径は電動機フレーム５６の外径よりも大きくされ、かつ蛇腹状に折り畳まれて駆動用電動機フレーム５６の外周面に沿って伸縮可能とされている。
そして、このカバー８０の両端部は、それぞれ全周にわたって第１および第２の隔壁６０、７０に固着され、第１および第２の隔壁６０、７０と共にエアダクトＡを形成している。
【００２９】
一方、図３に示したように、前記第１および第２の隔壁６０、７０の上端部間にはカバー懸架装置９０が架設されている。このカバー懸架装置９０は、第１の隔壁６０の上端に基端部が固着された円柱状の棒材９１と、第２の隔壁７０の上端に基端部が固着され、かつ前記棒材９１に摺動自在に外嵌する円筒９２と、これらの棒材９１および円筒９２に嵌装された複数の円環９３と、これらの円環９３にそれぞれ取り付けられた複数の連結具９４とを有している。そして、これらの連結具９４がカバー８０の蛇腹の各頂点にそれぞれ取り付けられることにより、カバー８０はカバー懸架装置９０により懸架され、自身の重量により垂れ下がることがないように支持されている。
【００３０】
すなわち、本実施形態の軌間可変台車１００においては、送風機６６から供給される冷却風は、第１および第２の隔壁６０、７０とカバー８０とにより形成されるエアダクトＡと、軸受支持部材５３のフランジ５３ａに形成された貫通孔５３ｃとを介して左右一対の駆動用電動機５０の内部に吹き込まれた後、電動機フレーム５６に形成された開口５６ａから外界に放出されて、駆動用電動機５０を冷却する。
【００３１】
この時、筒状のカバー８０を支持する第１および第２の隔壁６０、７０の半径方向内側部分６１、７１が、駆動用電動機５０の軸線に対して垂直に延びる板状に形成され、かつ電動機フレームの端部に近接して配設されている。これにより、左右一対の駆動用電動機５０の間の隙間のほとんどすべてをエアダクトＡのスペースとして活用することができるから、狭軌対応状態となって左右一対の駆動用電動機５０が互いに接近しても、駆動用電動機５０を冷却する冷却風の風量を十分に確保することができる。また、駆動用電動機５０を大型化するために駆動用電動機５０の軸線方向の幅を広げる場合にも、エアダクトＡが妨げとなることがない。
【００３２】
さらに、第１および第２の隔壁６０、７０とカバー８０とにより形成されるエアダクトＡは、左右一対の車軸外筒３０の間で露出する固定車軸２４を覆って保護するので、固定車軸２４の表面に塵埃が付着したり錆が生じたりして、車軸外筒３０の摺動を妨げることがない。
【００３３】
なお、本発明の鉄道車両用軌間可変台車は、上述した実施形態によって限定されるものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、第１の隔壁６０と第２の隔壁７０との間にカバー８０が架設されている。これに対して、図５および図６に示したように、固定車軸２４の外周面に突設した突出部２４ａに第１の隔壁１１０を取り付けるとともに、左右一対の車軸外筒３０にそれぞれ第２の隔壁１２０および第３の隔壁１３０を取り付け、さらに第１の隔壁１１０と第２および第３の隔壁１２０、１３０との間に、それぞれ左右一対のカバー１４０、１５０を架設することとすれば、カバー１４０、１５０の軸線方向長さを短縮することができ、図３および図４に示したようなカバー懸架装置９０を不要とすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の鉄道車両用軌間可変台車によれば、駆動用電動機を分解することなく車輪組立体を車軸外筒から取り外すことができるから、メンテナンスの際に車輪や車輪軸受、オイルシール等をきわめて容易に交換することができるばかりでなく、組み立ても容易に行うことができる。
また、本発明の鉄道車両用軌間可変台車においては、駆動用電動機に冷却風を供給するエアダクトを、左右一対の車軸外筒にそれぞれ取り付けた第１および第２の隔壁と、駆動用電動機の外径よりも大きな内径を有する筒状のカバーとにより形成した。これにより、左右一対の駆動用電動機の間の隙間のほとんどすべてをエアダクトのスペースとして活用することができ、駆動用電動機を冷却する冷却風の風量を十分に確保することができるばかりでなく、駆動用電動機の大型化により駆動用電動機の軸線方向長さを伸ばす場合にも、その妨げとなることがない。さらに、第１および第２の隔壁とカバーとにより形成されたエアダクトが、左右一対の車軸外筒の間で露出する固定車軸を覆って保護するので、固定車軸の表面に塵埃が付着したり錆が生じたりして、車軸外筒の摺動を妨げることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による第１実施形態の軌間可変台車の全体側面図。
【図２】  図１に示す軌間可変台車の全体平面図。
【図３】  図２中に示すIII−III矢視線に沿った車軸の縦断面図。
【図４】  図２中に示すIV−IV矢視線に沿った車軸の縦断面図。
【図５】  本発明による他の実施形態の軌間可変台車の車軸の縦断面図。
【図６】  本発明による他の実施形態の軌間可変台車の車軸の縦断面図。
【図７】  特開平７−９９９３号公報に記載された駆動台車の車軸の縦断面図。
【符号の説明】
２０  台車枠
２１  側梁
２３  軸箱
２４  固定車軸
３０  車軸外筒
３１  端部
３２  突出部
３３  車輪取付面
３４  電動機取付面
４０  車輪組立体
４１  車輪
４２  車輪軸受
４３、４４  リテーナ
４５  スペーサ
４６  リングナット
５０  駆動用電動機
５１  固定子
５２  スペーサ
５３  軸受支持部材
５４  リングナット
５５  軸受
５６  電動機フレーム
５７  回転子
６０  第１の隔壁
６５  開口
６６  送風機
６７  ベローズ
７０  第２の隔壁
８０  カバー
９０  カバー懸架装置
１００  本発明による一実施形態の軌間可変台車
１１０  第１の隔壁
１２０  第２の隔壁
１３０  第３の隔壁
１４０  カバー
１５０  カバー
２００  他の実施形態の軌間可変台車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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