(57)【要約】【課題】車軸と車輪の相対的な位置関係を変更することなく、軌間の異なる軌道間における直通運行を可能にするための技術を提供する。【解決手段】相対的に軌間の広い第１の軌道１０と、相対的に軌間の狭い第２の軌道１２と、第１の軌道１２に対応する第１の車輪１４および第２の軌道１２に対応する第２の車輪１６を備える鉄道車両を含み、第１の軌道１０と第２の軌道１２とが連繋する箇所において、第１の軌道の軌条間に第２の軌道の軌条が位置し、第１の軌道の軌条と第２の軌道の軌条とが略同一の高さとなる部分と、第１の軌道の軌条が第２の軌道の軌条に対して傾斜している部分と、第２の軌道の軌条が前記第１の軌道の軌条に対して傾斜している部分とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌間の異なる軌道間に鉄道車両を直通させるための異軌間直通システムにおいて、
相対的に軌間の広い第１の軌道と、
相対的に軌間の狭い第２の軌道と、
前記第１の軌道に対応する第１の車輪および前記第２の軌道に対応する第２の車輪を備える鉄道車両を含み、
前記第１の軌道と前記第２の軌道とが連繋する箇所において、前記第１の軌道の軌条間に前記第２の軌道の軌条が位置し、前記第１の軌道の軌条と前記第２の軌道の軌条とが略同一の高さとなる部分と、前記第１の軌道の軌条が前記第２の軌道の軌条に対して傾斜している部分と、前記第２の軌道の軌条が前記第１の軌道の軌条に対して傾斜している部分とを有することを特徴とする、
異軌間直通システム。
【請求項２】
前記第１の車輪と第２の車輪が、車軸を共用していることを特徴とする、
請求項１に記載の異軌間直通システム。
【請求項３】
前記第１の車輪と第２の車輪が、互いに独立した車軸を備えていることを特徴とする、
請求項１に記載の異軌間直通システム。
【請求項４】
前記第１の車輪と第２の車輪が、板部とボス部を共用するとともに互いに独立したリム部を備えていることを特徴とする、  
請求項２に記載の異軌間直通システム。
【請求項５】
前記第１の車輪と第２の車輪が、左右一対の車輪のうち何れか一方の車輪を共用していることを特徴とする、
請求項２に記載の異軌間直通システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌間の異なる軌道間における直通運行を実現する異軌間直通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、左右一対の車輪を車軸に固定した輪軸によって軌道上を走行する。日本国内では主として標準軌（軌間が１４３５ｍｍ）と狭軌（同１０６７ｍｍ）が用いられており、ほとんどの鉄道車両は何れか一方の軌間に適合する輪軸を備えている。従って、標準軌用の車両（例えば新幹線用車両）は狭軌区間を走行することができないし、狭軌用の車両（例えば在来線用車両）は標準軌区間を走行することができない。
【０００３】
近年、標準軌と狭軌との間における相互乗り入れを可能にするための取り組みが行われている。そのなかで最も注目されている新技術がフリーゲージトレイン（Ｆｒｅｅ  Ｇａｕｇｅ  Ｔｒａｉｎ，ＦＧＴ）である。フリーゲージトレインは、同一車両が標準軌および狭軌の両方の区間を走行できるようにするために、左右の車輪の間隔を軌間に合わせて調節する技術を採用している。しかし、車軸と軸受けとが相対的に移動する機構であるため、金属疲労や磨耗の問題が指摘されており、我が国における実用化に向けては依然として多くの課題がある。
【０００４】
フリーゲージトレインのように車軸に対して車輪をスライドさせる機構を採用した場合、構造上の問題として接点における磨耗は不可避の問題である。そこで、このようなスライド機構を用いることなく軌間の変更に対応しようとする技術が提案されている（特許文献１乃至３参照）。このうち特許文献１には、左右一対の車輪のそれぞれに平行リンク機構を備え、標準軌用位置と狭軌用位置との間で車輪を移動させる技術が開示されている。また特許文献２および３には、標準軌用の車輪と狭軌用の車輪の計４個の車輪を共通の車軸に装着する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４６３２９号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５６５１号公報
【特許文献３】特開２０１７−１０５４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、車輪の移動にリンク機構を採用することでスライド機構に付随する磨耗の問題を解決している。しかしながら従来方式とは異なる新たな機構を導入することにより、設計や製作、保守点検時において新たに検討したり対策したりしなければならない事項が増えるだけでなく、想定しない課題に直面することも十分に考えられる。また左右の車輪のそれぞれにリンク機構を備えるため、位置精度を確保するために過大な負担を要することになる。
【０００７】
一方で、特許文献２および３に開示された技術では、スライド機構やリンク機構などの新たな機構を導入することなく、左右一対の車輪を新たに追加するだけという極めて簡単な構造を採用している。この技術を採用するにあたっては、当然のことながら従来の車両（台車）の改造や軌道の整備等は必要ではあるが、基本的な構造は従来のものと大きな違いはないため、検討すべき事項や対策すべき事項は顕在化しており、想定し得る範囲内での対応が可能である。ただし、特許文献２および３では、軌道側において対応すべき技術的事項が十分に検討されてはいない。特に重要と思われる軌間変更時の車輪と軌道との位置関係がほとんど考慮されていない。
【０００８】
本発明は、フリーゲージトレインとは異なる技術的観点から創作されたものであり、車軸と車輪の相対的な位置関係を変更することなく、軌間の異なる軌道間における直通運行を可能にするための技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述した課題を解決することを目的として、軌間の異なる軌道間に鉄道車両を直通させるための異軌間直通システムを提供する。
【００１０】
異軌間直通システムは、相対的に軌間の広い第１の軌道と、相対的に軌間の狭い第２の軌道と、前記第１の軌道に対応する第１の車輪および前記第２の軌道に対応する第２の車輪を備える鉄道車両を含み、前記第１の軌道と前記第２の軌道とが連繋する箇所において、前記第１の軌道の軌条間に前記第２の軌道の軌条が位置し、前記第１の軌道の軌条と前記第２の軌道の軌条とが略同一の高さとなる部分と、前記第１の軌道の軌条が前記第２の軌道の軌条に対して漸次下降する部分と、前記第２の軌道の軌条が前記第１の軌道の軌条に対して漸次下降する部分を有することを特徴とする。
【００１１】
鉄道車両は、第１の軌道および第２の軌道に対応する２種類の車輪を備えているため、車輪の間隔を変更することなく両方の軌道を走行することができる。鉄道車両が第１の軌道から第２の軌道に乗り入れる場合、始めは第１の軌道のみが敷設された区間を走行し、その後、第１の軌道および第２の軌道が併設された区間を走行し、最終的には第２の軌道のみが敷設された区間を走行する。鉄道車両が第１の軌道を走行しているときには、第１の車輪のみが軌条に接触し、第２の車輪は宙に浮いた状態である。鉄道車両が第２の軌道に近づくと、第１の軌道の軌条の間から第２の軌道の軌条が現れ、現れた軌条は徐々に上昇し、最終的に第１の軌道の軌条と略同一の高さに到達する。その過程でそれまで宙に浮いていた第２の車輪が第２の軌道の軌条と接触する。鉄道車両はしばらくの間、第１の車輪および第２の車輪が共に軌条と接触した状態で第１の軌道および第２の軌道が併設された区間を走行する。この併設区間の終わりが近づくと、今度は第１の軌道の軌条が徐々に下降し、第１の車輪から離れていく。鉄道車両が併設区間を通過し、第２の軌道を走行しているときには、第２の車輪のみが軌条に接触し、第１の車輪は宙に浮いた状態である。
【００１２】
なお、鉄道車両のリム部は軌条に比べて柔らかい金属で構成されており、走行距離の伸びに伴って磨耗が進行するため、車輪の径が徐々に小さくなっていく。従って、当初は軌条と車輪の高さが適合するように調整していたとしても、時間が経つにつれて不適合な箇所が生じることがある。第１の軌道の行程距離と第２の軌道の行程距離が異なる場合、第１の車輪と第２の車輪の磨耗の進行には差が生じ、その結果として第１の車輪と第２の車輪の外径に差が生じることも考えられる。外径に比較的大きな差が生じた場合、第１の軌道および第２の軌道の併設区間において第１の車輪および第２の車輪の両方が常に軌道と接触して走行するとは限らないが、第１の車輪および第２の車輪のうち何れか一方の車輪が軌道と接触している限りは鉄道車両の走行安全性に問題はない。むしろ第１の車輪と第２の車輪の外径に差が生じた場合であっても、併走区間の前後に第１の軌道の軌条と第２の軌道の軌条とがある角度を持って連繋する部分を設けることによって、車輪の外径の差の影響を最小限に抑えた円滑な乗り入れを実現することができる。もし連繋部分において第１の軌道の軌条と第２の軌道の軌条が平行に敷設されていたとすれば、一方の軌道から他の軌道への乗り入れ時に車輪と軌条との高低差による段差を越えることになるため、大きな振動や衝撃が発生し、快適性が損なわれるだけではなく脱線事故の原因にもなりかねない。
【００１３】
異軌間直通システムは、第１の車輪と第２の車輪が車軸を共用していてもよく、もしくは互いに独立した車軸を備えていてもよい。さらには、第１の車輪と第２の車輪が板部とボス部を共用するとともに互いに独立したリム部を備えていてもよい。
【００１４】
第１の車輪および第２の車輪は、それぞれ左右一対の２個一組の車輪で構成されているのが原則ではあるが、左右一対の車輪のうち何れか一方の車輪を共用していてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の異軌間直通システムによると、鉄道車両が一方の軌道から他の軌道に乗り入れする際に車輪と軌条との間に段差を生じさせないような工夫が軌道側においてなされているため、安全性や快適性を損なわない直通運行を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】輪軸の構造を示す図
【図２】軌道の構造を示す図
【図３】車輪と軌条との位置関係を示す図
【図４】車輪と軌条との位置関係を示す図
【図５】輪軸の他の構造を示す図
【図６】輪軸の他の構造を示す図
【図７】輪軸の他の構造を示す図
【図８】軌条の他の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の異軌間直通システムについて、添付した図面を参照しながら説明する。相対的に軌間の広い第１の軌道として標準軌を例示し、相対的に軌間の狭い第２の軌道として狭軌を例示する。異軌間直通システムは、軌間の異なる標準軌１０と狭軌１２との間において鉄道車両を直通させることを目的とする。鉄道車両には、標準軌１０を走行する際に使用する標準軌用車輪１４と、狭軌１２を走行する際に使用する狭軌用車輪１６を備える。
【００１８】
標準軌１０および狭軌１２は一部の区間、すなわち鉄道車両が異軌間乗り入れを行う区間（以下、乗入区間という。）において、標準軌１０の軌条の間に狭軌１２が位置し、標準軌１０および狭軌１２が並走するように敷設される。乗入区間では、標準軌１０および狭軌１２は、水平方向において中心線が一致するように直線状に敷設される。鉛直方向においては、標準軌１０の軌条と狭軌１２の軌条とが略同一の高さとなる部分と、標準軌１０の軌条が狭軌１２の軌条に対して傾斜している部分と、狭軌１２の軌条が標準軌１０の軌条に対して傾斜している部分とを有するように敷設される。
【００１９】
標準軌用車輪１４と狭軌用車輪１６は、左右一対の標準軌用車輪１４の間に狭軌用車輪１６が位置するように車軸１８に固定される。ここでは標準軌用車輪１４と狭軌用車輪１６は同一のものを使用しているが、走行性に問題がない限りにおいて径や幅等が多少異なっていてもよい。
【００２０】
図２に示す側線Ｎｏ．１から側線Ｎｏ．５までの５つの側線に車輪が位置しているときの車輪と軌道との関係について、図３および図４を参照しながら説明する。側線Ｎｏ．１は鉄道車両が標準軌区間を走行しているときの位置を示す。側線Ｎｏ．１には標準軌１０のみが敷設されている。鉄道車両は、標準軌用車輪１４が標準軌１０と接触し、狭軌用車輪１６が車軸１８に支えられて宙に浮いた状態で走行する。
【００２１】
側線Ｎｏ．２は、鉄道車両が乗入区間に進入した直後の位置を示す。側線Ｎｏ．２には標準軌１０と狭軌１２が敷設されている。狭軌１２は標準軌１０の間から徐々に上昇し、最終的には標準軌１０と略同じ高さとなるが、ここでは上昇の途中であり、標準軌１０の高さまでには至っていない。そのため、鉄道車両は、標準軌用車輪１４が標準軌１０と接触し、狭軌用車輪１６が車軸１８に支えられて宙に浮いた状態で走行する。
【００２２】
側線Ｎｏ．３は、鉄道車両が乗入区間に進入してしばらく走行したときの位置を示す。側線Ｎｏ．２において上昇の途中であった狭軌１２は、この段階では標準軌１０の高さまで到達し、同じ高さを維持しながら並走している状態である。鉄道車両は、標準軌用車輪１４と狭軌用車輪１６の両方がそれぞれ標準軌１０と狭軌１２に接触した状態で走行する。
【００２３】
側線Ｎｏ．４は、鉄道車両が乗入区間から退出する直前の位置を示す。側線Ｎｏ．４には標準軌１０と狭軌１２が敷設されている。標準軌１０は乗入区間の終端が近づくと徐々に下降し始め、狭軌１２との高さの差が広がっていく。そのため、鉄道車両は、標準軌用車輪１４が車軸１８に支えられて宙に浮いた状態となり、狭軌用車輪１４のみが狭軌１２と接触した状態で走行する。
【００２４】
側線Ｎｏ．５は、鉄道車両が狭軌区間を走行しているときの位置を示す。側線Ｎｏ．５には狭軌１２のみが敷設されている。鉄道車両は、狭軌用車輪１６が狭軌１２と接触し、標準軌用車輪１４が車軸１８に支えられて宙に浮いた状態で走行する。
【００２５】
標準軌用車輪１４と狭軌用車輪１６は、これまで説明したように車軸１８を共用する形態が標準的な形態であるが、例えば図５に示すように、それぞれ独立した車軸１８ａ、１８ｂを用いることもできる。また、図６に示すように、車輪の板部とボス部を共用し、独立した２つのリム部１４ａ、１６ａを標準軌用車輪１４と狭軌用車輪１６の代用とすることもできる。さらに図７に示すように片側の一輪を標準軌と狭軌の両方に対応する車輪として共用し、３つの車輪で両方の軌道を走行させることもできる。
【００２６】
なお、標準軌用と狭軌用の輪軸にそれぞれ独立した車軸１８ａ、１８ｂを用いる場合、走行に使用しない車輪については分岐器等との接触を避けるために、車軸を移動させることによって鉄道車両側に退避させておくことも可能である。
【００２７】
標準規１０と狭軌１２の軌条について、これまで説明したように一方の軌条を他方の軌条に対して上昇させたり下降させたりしながら傾斜を形成する手法のほかに、例えば図８の側面図に示すように軌条２０の前端部分において上面に傾斜角を形成することもできる。さらには、平面図に示すように軌条２０の前端部分を先窄みの形状にすることで、軌条自体が車輪のガイドの役割を担い、鉄道車両の円滑な乗り入れを実現することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  標準軌
１２  狭軌
１４  標準軌用車輪
１６  狭軌用車輪
１８  車軸
【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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