(57)【要約】【課題】  台車と台枠間に適用され且つ連結器を組み込んだサブフレームを用いる鉄道車両において、サブフレーム２と構体１との間の荷重の伝達を分散させて構体の構造を簡素化し、製造コストを抑えることを可能する鉄道車両を提供する。【解決手段】  台車６は支持ゴム５，５を介してサブフレーム２を支持し、支持ゴムの上方の空気ばね３を介して構体１を支持している。連結器１０は、サブフレーム２に組み込まれる。組み込み部の近傍は支持ゴム４を介して構体を支持している。サブフレーム２に掛かるレール方向荷重、及び枕木方向荷重は、空気ばね３、支持ゴム４、及びサブフレームの左右端部と台枠との間に設置したストッパーゴム１２，１３及び緩衝ゴム８ｃ，８ｃが負担する。サブフレーム２と構体１との間の連結には中心ピンを用いていないので、構体１の構造が簡素化され、取付け精度の向上や取付け作業性が改善される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールを走行する台車は弾性体を介して、連結器を設置したサブフレームを載せており、
該サブフレームは前記弾性体を設置した上方に空気ばねを介して車両の構体を載せており、
前記連結器と前記サブフレームとの間及び前記台車と前記サブフレームとの間で伝達されるレール方向荷重を前記サブフレームから前記空気ばねを介して前記車体に伝達させること、
を特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両において、前記構体を構成する台枠の幅方向両側には前後アンカーが設けられており、前記前後アンカーと前記サブフレームの前端との間は前後アームを用いて連結されており、前記前後アームの一端と前記サブフレームとは緩衝ゴムを介して連結されており、前記前後アームの他端と前記前後アンカーとは緩衝ゴムを介して連結されていること、を特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道車両において、前記前後アームは、前記サブフレーム及び前記各前後アンカーに対して、鉛直方向の軸線回りに回動可能に連結されていること、を特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項２に記載の鉄道車両において、前記サブフレームは、そのレール方向端部と前記アンカーとの間に前後ストッパーゴムを介して接触可能であること、を特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項１に記載の鉄道車両において、前記サブフレームは、その幅方向端部と前記構体との間に、左右ストッパーゴムを介して接触可能であること、を特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
請求項５に記載の鉄道車両において、前記サブフレームは、前記台車に取り付けられる第１フレーム部と前記連結器が組み込まれる第２フレーム部とから成り、前記左右ストッパーゴムは、前記第１フレーム部において前記車両の幅方向両側の位置で前記構体との間に配置される第１左右ストッパーゴムと、前記第２フレーム部において前記車両の中心寄りの位置で前記構体との間に配置される第２左右ストッパーゴムとを含むこと、を特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項１に記載の鉄道車両において、前記サブフレームを高耐力のアルミ合金で溶接組立てし、前記車体を延性の高いアルミ合金で構成すること、を特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
レールを走行する台車は弾性体を介して、連結器を設置したサブフレームを載せており、
該サブフレームは前記弾性体を設置した上方に、車両の構体を載せるための空気ばねを備えており、
前記連結器と前記サブフレームとの間及び前記台車と前記サブフレームとの間で伝達されるレール方向荷重を前記サブフレームから前記空気ばねを介して前記車体に伝達可能であること、
を特徴とする台車。
【請求項９】
請求項８に記載の台車において、前記サブフレームの前端には前記構体の前後アンカーとの間を連結可能な前後アームが設けられており、前記前後アームは、一端において前記サブフレームとの間に介在されて前記サブフレームと連結される緩衝ゴムを備え、他端において前記前後アンカーとの間に介在されて前記前後アンカーと連結可能な緩衝ゴムを備えていること、を特徴とする台車。
【請求項１０】
請求項９に記載の台車において、前記前後アームは、前記連結部において前記サブフレーム及び前記各前後アンカーに対して、鉛直方向の軸線回りに回動可能とされていること、を特徴とする台車。
【請求項１１】
請求項８に記載の鉄道車両において、前記サブフレームは、そのレール方向端部に、前記アンカーとの間で接触可能な前後ストッパーゴムを備えていること、を特徴とする台車。
【請求項１２】
請求項８に記載の台車において、前記サブフレームは、その幅方向端部に、前記構体との間で接触可能な左右ストッパーゴムを備えていること、を特徴とする台車。
【請求項１３】
請求項８に記載の台車において、前記サブフレームは、前記台車に取り付けられる第１フレーム部と前記連結器が組み込まれる第２フレーム部とから成り、前記左右ストッパーゴムは、前記第１フレーム部において前記車両の幅方向両側の位置で前記構体との間に配置される第１左右ストッパーゴムと、前記第２フレーム部において前記車両の中心寄りの位置で前記構体との間に配置される第２左右ストッパーゴムとからこと、を特徴とする台車。
【請求項１４】
請求項７に記載の台車において、前記サブフレームは、前記車体を構成する延性の高いアルミ合金とは異なる高耐力のアルミ合金で溶接組立されていること、を特徴とする台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台車、並びに台車に加えて車両と車両とを連結する連結器及び構体を備えた鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両は、台枠、その両側の側構体、その上部の屋根構体、及び前後の妻部から成る車体と、そうした車体を載せて軌道上を走行可能な台車とから成っており、車体と台車とはいわゆる中心ピンや連結リンクを介して連結されているとともに、車体側の荷重は空気ばね等の緩衝装置を介して台車に支持されている。また、列車を編成するために車両を連結する場合には、隣り合う車両の車体の端部に設けられている連結器と連結棒とから成る連結装置を介して連結されている。連結器は、車体の床構体に連結部材を介して取り付けられる。
【０００３】
図６〜図８は、従来のボルスタレス台車の構体支持部構造を示す図である。構体１に働く左右方向（枕木方向，幅方向）荷重及び前後方向（レール方向）荷重は、台車心皿上に配置された中心ピンにて伝達される。左右方向荷重は左右ストッパーゴム３５，３５、及び一部を空気ばね３６，３６で伝達され、前後（車両の走行方向）荷重は中心ピン３３の先端の牽引リンク取付け部３４に負荷される。
【０００４】
構体１の中心ピン３３の取付け部には、荷重作用点と中心ピン３３の取付け面との間の距離をモーメントアームとする集中モーメント荷重、並びに前後方向及び左右方向の車体動揺による荷重が発生する。また、連結器１０から中梁３８を通り伝達される車端圧縮荷重を、構体１の側構体の床部及び構体１の台枠へ伝達させるため、強固な枕梁３７を構体１の台枠に構成する必要がある。また、中心ピン３３は構体１に設置した枕梁３７に設置されているので，枕梁３７と構体１への荷重伝達の円滑化のため、枕梁３７の幅方向端部に補強３９が必要である。軽量化要求の厳しい構体１に強度部材として枕梁３７、中梁３８及び補強３９を組み合わせた構成とするため、薄肉部材と大型部材との溶接組立てとなり、歪管理、位置決めが煩雑になり、作業性が低い点が問題であった。また、大型部材の溶接組立て作業を行う故、連結器１０を支持する伴板部４０の精度確保ができず、連結器を取り付けるときに生じる隙間が、運転時のきしり音等、騒音発生の要因となっている。
【０００５】
連結器を台枠に取り付けるための構造の一例として、衝撃緩和機構を持つ鉄道車両が、特許文献１に開示されている。この構造は、車体の幅方向に向けた枕梁３７（符号は、図６〜図８の従来図に用いられているものを援用する）と、枕梁３７から車体の端部に設置した二つの中梁３８，３８と、中梁３８の端部に設置した端梁とから構成し、二つの中梁３８，３８同士を構体１の台枠の幅方向中央付近で互いに結合して構成されており、この結合位置よりも車体端部よりの位置において連結器１０が取り付けられている。具体的には、連結器１０は、台枠下に溶接付けした中梁３８，３８にリベット打ち等で取り付けた伴板守部等の受金を介して固定されており、連結器１０からの荷重は、受金を介して中梁３８，３８から、枕梁３７、側梁へと伝達される。また、構体１と台車とを空気ばね３６を介して連結するボルスタレス台車から受ける前後牽引力、制動力、及び枕木方向の左右荷重を構体１に伝達するために、中心ピン３３を構体１に取り付けていた。
【０００６】
連結器１０を含む連結装置から発生する騒音、振動の低減には、緩衝器を取り付ける伴板守部の加工精度の向上が必要であるが、大型の構体に溶接付けされる構造であるため、機械加工による加工精度の向上は期待できず、連結器の老朽化に伴って車体側に振動、騒音が侵入し車内の環境を害している。
【０００７】
また、連結器１０から入力される車端圧縮荷重を支持するため、構体１には強固な中梁３８，枕梁３７を溶接によって台枠に取り付けし、荷重を枕梁３７へ伝達する構成が採用されている。軽量・高剛性を志向する構体部材と小断面で高剛性を求められる中梁３８とを溶接するには、部材形状の差に起因する溶接歪管理作業の増加をもたらし、車両製作のコストアップに繋がっている。また、連結器１０から入力される振動や騒音は、直接車内に伝播せざるを得ず、車内騒音を悪化させている。
【０００８】
枕構造の面からは、ボルスタレス台車に特有な構成要素である中心ピン部からの前後力、左右力の入力に対し、取付け面と着力点間をモーメントアームとする曲げモーメントを支持するため、強固な取付け部の強度を持つ部材を台車心皿上部の構体に配置する必要があり、車両構体の製作のコストアップに繋がっている。
【０００９】
本出願人は、台車と車両構体との間にサブフレームを介在させ、サブフレームに連結器を組み込んだ鉄道車両を提案している（特願２００３−９２１２３、特願２００３−９８０３４）。
【特許文献１】特許公開２００２−３１６６４０号公報（段落［００１５］〜［００１７］、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、従来の鉄道車両においては、連結器を車両の構体に直接に溶接で取り付けていると共に台車と構体とを中心ピンとリンクとから成る連結構造で連結しているが、軽量に構成すべき構体の要求と連結器を介しての荷重の伝達及び台車側との間での荷重の伝達を確実にするための強度上の要求とは相反するものであるために、台車や連結器と連結する構体の連結部分に特別の構造上の処置を施す必要があり、特に構体製作上のコスト上昇要因となっている。また、強度を要求される連結器支持部、台車車体連結器部で使われる高耐力アルミ合金と車体で使われる高延性アルミ合金とを溶接組み立てしているため、構体のリサイクルに際して合金混入が生じ、リサイクル素材の価値を下げる要因となっている。
【００１１】
そこで、台車と構体間にサブフレームを配置し、サブフレームと構体との間の荷重の伝達を分散させて構体の構造の簡素化を図り、製造コストの上昇を抑制することができ、リサイクルを含めた再利用容易化ができる台車及びそれを用いた鉄道車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、レールを走行する台車は支持ゴムを介して、連結器を設置したサブフレームを載せており、該サブフレームは前記支持ゴムを設置した上方に空気ばねを介して車両の構体を載せており、前記連結器と前記サブフレームとの間及び前記台車と前記サブフレームとの間で伝達されるレール方向荷重を前記気ばねを介して前記車体に伝達させること、を特徴とする。
【００１３】
この発明による鉄道車両によれば、台車と構体間に適用され且つ連結器を組み込んだサブフレームを用いており、サブフレームに伝達されたレール方向荷重は空気ばねを介して構体に伝達されるので、従来のような連結器を床構体に直接取り付ける構造や中心ピンを用いた台車と構体との連結構造では必要となる構体への集中荷重対策が不要となり、構体の構造が簡素化され、その結果、構体の製造コスト、従って車両の製造コストの上昇を抑制することができる。即ち、連結器はサブフレームに組み込まれるので、連結器用の取り付け部を別部品で製缶・機械加工すればよく、構体に直接取り付けるための強固な溶接を得る作業や加工精度や取付け作業の必要がないので、部品製造コストが低減され、取付け作業性が向上する。連結器からのレール方向荷重はもとより、台車からのレール方向荷重についても、サブフレームから構体へと空気ばねを介して側構体へ分散して伝達されるので、台車心皿上部の中心ピン取付け部の特殊な強化構造は不要とすることができ、構体の製缶作業性や取付け作業性を向上させることができる。また、構体とサブフレームとを空気ばね，支持ゴムを介して締結することにより、振動騒音発生源と構体の間を遮断することができ、車内の振動、騒音の軽減に効果がある。
【００１４】
また、サブフレームと構体とは、空気ばねで連結しているので、空気ばねの水平方向剛性を小さくすれば、乗り心地を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図５面に基づいて、本発明による鉄道車両の実施例を説明する。図１及び図２に示す鉄道車両においては、構体１は、台枠、その両側の側構体、上部の屋根構体及び前後の妻部から成る６面体であり、側構体は車両の長手方向に長いアルミニウム合金押し出し成形によって製造された中空形材をその幅方向に並べて溶接や摩擦攪拌接合によって接合して構成されており、従来のものと特に変わるところはない。
【００１６】
構体１は、車輪によってレール走行可能な台車の台車枠６に支持したサブフレーム２に空気ばね３を介して支持されている。サブフレーム２は、内部は中空であるが厚いアルミニウム合金製の板で強固に構成されている。サブフレーム２は、図２に示すように、構体１と台車枠６との間において、台車枠６に対応して配置され且つ構体１の横幅よりも僅かに幅狭に広がる第１フレーム部２１と、第１フレーム部２１の中央よりの位置から車体１の端部方向に一体的に延びて隣接する車両に連結する連結器１０を支持する第２フレーム部２２とから成っている。このため、サブフレーム２を上方から見ると、概略Ｔ字状の形状である。
【００１７】
図２及び図３に示すように、サブフレーム２の下面と台車枠６の上面との間には、車体の幅方向（枕木方向）の両側にそれぞれ一つずつ車体長手方向（レール方向））に並べて、合計４個の支持ゴム５，５，５，５が配置されている。したがって、サブフレーム２は、台車枠６に対して、第１フレーム部２１において支持ゴム５，５，５，５を介して支持されている。構体１の重量（各種搭載設備の重量を含む。また、乗客や荷物を乗せる場合にはそれらの重量も含む。）は後述するようにサブフレーム２に受け止められるので、構体１の重量は、サブフレーム２から支持ゴム５，５，５，５を介して最終的には台車枠６に支持される。支持ゴム５，５の上方に空気ばね３が設置されている。支持ゴム５は化学合成ゴムでも良い。支持ゴム５は、従前の空気ばねに相当する水平方向、及び垂直方向剛性があれば良い。
【００１８】
空気ばね３は、水平方向の剛性が非常に小さい。従来の台車枠と構体１の間に設置していた空気ばねの水平方向剛性の１／１０程度である。これによって、空気ばね３から構体に伝達される振動を低減できる。空気ばねの水平方向剛性が小さいと、定常的な水平方向力によって、水平方向へ変位が過大となるが、これはサブフレーム２と側構体との間に設置したサスペンションゴムで抑制する。
【００１９】
サスペンションゴムは、３つのゴムからなる。サスペンションゴムの１つは、サブフレーム２の枕木方向の両端と構体の下部の台枠の両側の側梁１Ｃに触可能な左右用の第１ストッパーゴム１３である（図１、図３、図５参照）。第１左右ストッパーゴム１３は、サブフレーム２に設置されている。第１左右ストッパーゴム１３と側梁１Ｃとの間には２０ｍｍの隙間がある。
【００２０】
また、サスペンションゴムの２つ目は、サブフレーム２の第１フレーム部２１の両端の前部とアンカー９，９とを連結する前後リンク８，８の連結部に設置した緩衝ゴム８ｃ，８ｃである（図１、図５参照）。アンカー９は、構体１の台枠において両側の側梁１Ｃの近傍に設置されている。リンク８のピン８ａ，８ａはアンカー９、第１フレーム部２１に対して垂直にあり、ピン８ａ，８ａは水平方向に回転自在である。緩衝ゴム８ｃ，８ｃはピン８ａ，８ａとリンク８のホルダー８ｂ，８ｂとの間にある。
【００２１】
また、サスペンションゴムの３つ目は、アンカー９と第１フレーム部２１との間で，アンカー９に設置した前後用のストッパーゴム１２である（図１、図５参照）。前後ストッパーゴム１２はレール方向荷重を支える。前後ストッパーゴム１２，１３と第１フレーム部との間には約５ｍｍの隙間がある。前後ストッパーゴム１２は、図示の例ではアンカー９に設けられているが、第１左右ストッパーゴム１３と同様にサブフレーム２側に設けてもよい。
【００２２】
これらのサスペンションゴムによって、空気ばね３が枕木方向に移動しても規制される。これによって、構体１の振動や騒音は抑制される。空気ばねは、水平方向剛性を小さくして構成することができる。
【００２３】
サブフレーム２の第２フレーム部２２の連結器１４の両側には、第２フレーム部２２に設置した支持ゴム４，４があり、構体１とサブフレーム２の第２フレーム部２２との間に生じる相対変位を吸収する。支持ゴム４の上面は構体１の台枠の下面に接触する。支持ゴム４の下方の第２フレーム部２２の下方にも、支持ゴム４があり、台枠１Ａからサブフレーム２を吊り下げている。台枠１Ａから吊り下げ用のボルト５ｂが貫通している。また、連結器１４の下面は第２連結部の先端を連結する板で支えている。
【００２４】
車両と車両の連結時において過大な車端圧縮力が作用するときには、その車端圧縮力は、第２フレーム部２２から第１フレーム部２１を経た後、構体１の台枠において側梁１Ｃの近傍に設置したアンカー９，１１を介して構体の側梁１Ｃに伝達される。アンカー９，１１の当接部に設けられている前後ストッパーゴム１２は、車端圧縮力の作用の衝撃を緩和する。この際の車端圧縮力のうち、各前後リンク８を介して構体１に伝達される割合は、少なく設定されている。また、第１フレーム部２１の車幅方向端部のそれぞれには、一組の第１左右ストッパーゴム１３，１３が設けられている。第１左右ストッパーゴム１３，１３は、構体１とサブフレーム２（第１フレーム２１）との間に生じる横方向の相対変位が過大になったときに、衝撃を緩和すると共にその過大な変位を規制する。
【００２５】
また、図２に示すように、前後方向の過大な車端圧縮力は、大部分が前後ストッパーゴム１２，１２を介してアンカー９，９，１１，１１から台枠に伝達される。前記したように空気ばね３の水平方向剛性が小さいためである。前後ストッパーゴム１２は、アンカー１１に設置されている。
【００２６】
サブフレーム２の第２フレーム部２２には、連結器１０が組み込まれる。連結器１０は、連結器取付け部１４やピン結合部１５を備えており、第２フレーム部２２には連結器取付け部１４が設けられる。構体１には第２フレーム部２２の枕木方向の端部において第２左右ストッパーゴム１６，１６が設けられており、構体１とサブフレーム２（第２フレーム部２２）との横方向（枕木方向）の相対変位が過大になったときに、衝撃を緩和すると共にその過大な変位を規制する。
【００２７】
以上のように構成された鉄道車両によれば、隣の車両から連結器１０を介して伝達されるレール方向荷重、及び台車からの推進力やブレーキ力のようなレール方向荷重は、サブフレーム２に伝達された後、前後アーム８，８を介してアンカー９，９から車体の構体１の台枠に伝達される。構体１の重量は、空気ばね３、３や支持ゴム４，４を介してサブフレーム２に伝達された後、支持ゴム５，５を介して台車枠６に伝達される。
【００２８】
サブフレーム２に入った前後方向の過大な車端圧縮力は、大部分が前後ストッパーゴム１２，１２を介してアンカー９，９，１１，１１、そして台枠に伝達される。更にカーブやポイント通過に伴う横荷重等の左右方向の荷重も、僅かな場合には空気ばね３，３を介して伝達されるが、横方向の相対変位が過大になるときには、サブフレーム２から第１左右ストッパーゴム１３，１３或いは第２左右ストッパーゴム１６，１６を介して台枠に伝達される。
【００２９】
連結器１０から構体１へ入力される荷重や、車体と台車間の左右荷重及び前後荷重のような水平方向に作用する荷重については、アンカー９，９やアンカー１１，１１のような構体１の台枠を利用することができる。また、サブフレーム２は構体１と比較して小型であるので、連結器１０をサブフレーム２に搭載することにより、連結器取付け部１４の加工を汎用機による機械加工にて行うことができると共に、高精度の取付けが可能になることから連結器取付け部１４のガタによる低級な騒音の排除が可能となる。
【００３０】
更に、強度部材として肉厚の大きい高耐力アルミ合金の部材の溶接で製造されるサブフレーム２と、概して薄肉の延性に優れるアルミ合金の部材で構成される構体１とを別個に製作し、部品完成後に両者を空気ばね３やボルト類で締結組み立てすることにより、それぞれの加工精度の向上と製造作業性の向上とが可能となる。また、構体側に連結器と台車との間で溶接箇所が存在しないので、支持ゴム４，５や空気ばね３、及び前後リンク８の分解によって、構体１、サブフレーム２及び台車の分離が簡単に行うことができ、これらのメンテナンスや合金種別の分離が可能であることにより、再利用が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による鉄道車両の一実施例で、台枠とサブフレームとの間から下方を見た図。
【図２】図１の鉄道車両の縦断面図。
【図３】図１及び図２において線III−IIIで切断した断面図。
【図４】図１及び図２において線IV−IVで切断した断面図。
【図５】図１においてサブフレームと構体との連結部の拡大図。
【図６】従来のボルスタレス台車の構体支持部構造の平面図。
【図７】図６に示す体支持部構造の線VII−VIIで切断した断面図。
【図８】図６に示す体支持部構造の線VIII−VIIIで切断した断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１…構体
２…サブフレーム
３…空気ばね
４…支持ゴム
５…支持ゴム
６…台車枠
８…前後リンク
８ｃ…緩衝ゴム
９…アンカー
１０…連結器
１１…アンカー
１２…前後ストッパーゴム
１３…第１左右ストッパーゴム
１４…連結器取付け部
１５…ピン結合部
１６…第２左右ストッパーゴム
２１…第１フレーム部
２２…第２フレーム部
２３…中心ピン
２４…リンク
１Ｃ…側梁
【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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【図８】
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