(57)【要約】【課題】車体に対する台車の回転変位抵抗を変化させることを可能とし、鉄道車両用台車の、高速走行安定性と曲線通過性能との両立を図る。【解決手段】角度変更機構２２によって、上面板１８の前端部及び後端部から前後方向所定幅の各部分１８ａ、１８ｃの、傾斜角度を変更する。そして、枕ばね１６の、車体の前後方向の傾斜角度を変化させることにより、枕ばね１６の前後剛性を調整する。上面板１８の前後端部１８ａ、１８ｃの傾斜角度を増大させると、車体２０に対する台車１０の回転角度の如何にかかわらず、枕ばね１６の前後端部近傍を一定量だけ常時変形させて、当該部分の変形抵抗を増大させることとなる。このため、枕ばね１６の前後剛性が増加し、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を高めることが可能となる。その結果、車体２０に対する台車１０の角度変化を抑制し、鉄道車両の高速走行安定性を高めることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
枕ばねの下方が台車枠に支持され上方が上面板を介して車体に結合される形式の鉄道車両用台車であって、
前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分の傾斜角度を変更する、角度調整機構を備えることを特徴とする鉄道車両用台車。
【請求項２】
前記角度調整機構は、前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分が、前記上面板の中央部に対して分割されると共に、前記中央部に対して軸着され、更に、前記中央部に対する傾斜角度を調整する、駆動手段が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用台車。
【請求項３】
前記角度調整機構は、前記上面板の前後両端部が、前記枕ばねの中心部から前後方向等距離の点を通る平行な分割線で、前記上面板の中央部に対して分割されると共に、前記前後両端部の二片が前記中央部に対して軸着され、
更に、前記中央部に対する前記前後両端部の二片の傾斜角度を調整する、駆動手段が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用台車。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記上面板と前記車体との間に設けられた、前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方の上面に対し下方への押圧力を付与する、アクチュエータを含むことを特徴とする請求項２又は３記載の鉄道車両用台車。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記上面板の中央部に対する、前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を増大させる方向への、一方向の駆動のみ行うように構成されていることを特徴とする請求項４記載の鉄道車両用台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用台車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用台車の構造には様々な形式のものが開発されており、その一形式として、ボルスタレス式の鉄道車両用台車が広く採用されている。ここでは、便宜上、本発明に係る図１を参照しながら、ボルスタレス式の鉄道車両用台車の基本的特徴部分について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）に示されるボルスタレス式の鉄道車両用台車１０（以下、単に「台車」ともいう。）は、台車枠１２に、円柱状のばね座１４を介して枕ばね１６の下方が支持されている。又、枕ばね１６の上方が、上面板１８を介して車体２０に結合されている（例えば、特許文献１参照）。このように、ボルスタレス式の台車１０は、台車枠１２と車体２０とが、枕ばね１６を介して直接的に接続され、台車枠１２と車体２０との間に配置されるボルスタ（枕はり）を、省略した構造を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５３−１３８０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鉄道車両用台車には、鉄道車両の直線区間における走行安定性と、曲線区間における曲線通過性といった、相反する要求に対応することが必要であり、かかる要求に対して、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を調整することが有用である。具体的には、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を高めることで、車体２０に対する台車１０の角度変化が抑制され、直線区間における高速走行安定性が確保される。一方、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を低減することで、車体２０に対する台車１０の角度変化が促され、曲線区間における曲線通過性能が向上するものである。
また、近年では、新幹線区間と在来線区間との相互乗り入れが可能な車両も運行されており、そのような車両用の台車には、新幹線区間における高速走行安定性と、在来線区間における曲線通過性能の両立といった、より高度の要求がなされている。
【０００５】
ボルスタレス式の台車１０は、上述の基本構造を有することにより、台車枠１２と車体２０との間に配置された枕ばね１６が、車体２０に対する台車１０の回転変位を受けて、ねじれるように変形するものである。従って、枕ばね１６の剛性が、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗にも影響を及ぼすこととなる。
この点、特許文献１記載の発明には、枕ばね１６に対する上面板１８の前後方向の傾斜を水平とし、車体２０の左右方向の傾斜角度を下方に傾斜させて、枕ばね１６の横剛性を意図的に高める手法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の手法では、新幹線区間と在来線区間とのいずれかを優先させて、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を設定するものであり、両区間の要請を両立させるように、枕ばね１６の剛性を設定することが困難であった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車体に対する台車の回転変位抵抗を変化させることを可能とし、鉄道車両用台車の、高速走行安定性と曲線通過性能との両立を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）枕ばねの下方が台車枠に支持され上方が上面板を介して車体に結合される形式の鉄道車両用台車であって、前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分の傾斜角度を変更する、角度調整機構を備える鉄道車両用台車（請求項１）。
本項に記載の鉄道車両用台車は、角度変更機構によって、上面板の前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の各部分の、傾斜角度を変更するものである。そして、枕ばねの、前端部及び後端部の少なくとも一方の部分の、車体の前後方向の傾斜角度を変化させることにより、枕ばねの前後剛性を調整するものである。ここで、上面板の前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を増大させると、車体に対する台車の回転角度の如何にかかわらず、枕ばねの前端部及び後端部の少なくとも一方の部分を一定量だけ常時変形させて、当該部分の変形抵抗を増大させることとなる。そして、枕ばねの前後剛性が増加し、車体に対する台車の回転変位抵抗を高めることとなる。その結果、車体に対する台車の角度変化を抑制するものとなる。一方、上面板の前後端部の傾斜角度を減少させると、枕ばねの前後剛性が減少し、車体に対する台車の回転変位抵抗が低下する。そして、車体に対する台車の角度変化が促されることとなる。
【０００９】
（２）上記（１）項において、前記角度調整機構は、前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分が、前記上面板の中央部に対して分割されると共に、前記中央部に対して軸着され、更に、前記中央部に対する傾斜角度を調整する、駆動手段が設けられてなる鉄道車両用台車（請求項２）。
本項に記載の鉄道車両用台車の角度調整機構は、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分が分割された上面板と、駆動手段とで構成されるものである。上面板は、前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分が中央部に対して軸着されることで、傾斜角度の変更が可能となる。更に、駆動手段により、上面板の中央部に対する前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分の傾斜角度を調整することで、上面板の前端部及び後端部の少なくとも一方から前後方向所定幅の部分の傾斜角度を、枕ばねに所望の前後剛性が得られる傾斜角度へと、調整するものである。なお、前端部及び後端部の双方の、前後方向所定幅の部分が、上面板の中央部に対して分割される場合において、前端部及び後端部の幅は、枕ばねの前後剛性を調整するにあたり、適切な位置に設定されるものであれば、必ずしも同一である必要はない。
【００１０】
（３）上記（１）（２）項において、前記角度調整機構は、前記上面板の前後両端部が、前記枕ばねの中心部から前後方向等距離の点を通る平行な分割線で、前記上面板の中央部に対して分割されると共に、前記前後両端部の二片が前記中央部に対して軸着され、更に、前記中央部に対する前記前後両端部の二片の傾斜角度を調整する、駆動手段が設けられてなる鉄道車両用台車（請求項３）。
本項に記載の鉄道車両用台車の角度調整機構は、前後両端部が分割された上面板と、駆動手段とで構成されるものである。上面板は、枕ばねの中心部から前後方向等距離の点を通る平行な分割線で、前後両端部の二片と中央部とに分割されている。そして、前後両端部の二片が中央部に対して軸着されることで、前後両端部の傾斜角度の変更が可能となる。更に、駆動手段により、上面板の中央部に対する前後両端部の二片の傾斜角度を調整することで、上面板の前後両端部の二片の傾斜角度を、枕ばねに所望の前後剛性が得られる傾斜角度へと、調整するものである。本項の構成では、上面板の分割線が、枕ばねの中心部から前後方向等距離の点を通る位置に設定されることで、台車の進行方向の如何にかかわらず、同一の特性が得られる。
【００１１】
（４）上記（２）（３）項において、前記駆動手段は、前記上面板と前記車体との間に設けられた、前記上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方の上面に対し下方への押圧力を付与する、アクチュエータを含む鉄道車両用台車（請求項４）。
本項に記載の鉄道車両用台車は、角度調整機構を構成する駆動手段として、上面板と前記車体との間に設けられた、アクチュエータを用いるものである。このアクチュエータは、上面板の、前端部及び後端部の少なくとも一方の上面に対し、下方への押圧力を付与するものである。そして、アクチュエータを駆動して、上面板の中央部に対する前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を、枕ばねに所望の前後剛性が得られる傾斜角度へと、調整するものである。
【００１２】
（５）上記（４）項において、前記アクチュエータは、前記上面板の中央部に対する、前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を増大させる方向への、一方向の駆動のみ行うように構成されている鉄道車両用台車（請求項５）。
本項に記載の鉄道車両用台車は、アクチュエータが、上面板の中央部に対する前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を増大させる方向への、一方向の駆動のみ行うように構成されていることにより、アクチュエータの単純化を図っている。なお、アクチュエータの駆動方向と反対方向、すなわち、上面板の中央部に対する前端部及び後端部の少なくとも一方の傾斜角度を減少させる方向の動力としては、別個のアクチュエータに依ることなく、枕ばね自体の弾性を利用することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明はこのように構成したので、車体に対する台車の回転変位抵抗を変化させることが可能となり、鉄道車両用台車の、高速走行安定性と曲線通過性能との両立を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る、鉄道車両用台車の模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）の角度変更機構周辺部の拡大断面図である。
【図２】図１（ｄ）の詳細図であり、（ａ）〜（ｃ）は各々異なる駆動手段を例示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る鉄道車両用台車１０は、図１に示されるように、枕ばね１６の下方がばね座１４を介して台車枠１２に支持され、枕ばね１６の上方が上面板１８を介して車体２０に結合される、ボルスタレス形式の鉄道車両用台車である。枕ばね１６は球体が上下方向から圧縮されたような、所定の厚みの円盤状をなしており、平面視では円形をなしている。又、上面板１８は円形の板であり、その直径は、平面視で板ばね１６の直径よりも大径となるように形成されている。又、枕ばね１６及び上面板１８の中心が一致するようにして、両者は加硫接着等適切な手法により固定されている。
そして、上面板１８の前端部及び後端部（図１（ａ）（ｂ）の左右方向両端部）から前後方向所定幅の各部分（前後両端部）１８ａ、１８ｃの、傾斜角度を変更する、角度調整機構２２を備えるものである。
【００１６】
角度調整機構２２は、次のような具体的構成を有している。まず、上面板１８が、枕ばね１６の中心部Ｃから前後方向等距離の点を通る分割線Ｌで、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃとして、中央部１８ｂに対して分割されている。そして、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃが中央部の一片１８ｂに対して軸着されている。枕ばね１６の中心部Ｃから分割線Ｌまでの距離は、後述のごとく、枕ばね１６の前後剛性を調整するにあたり、適切な位置に設定される。又、上面板１８の分割線Ｌが、枕ばね１６の中心部Ｃから前後方向等距離の点を通る位置に設定されることで、台車１０の進行方向の如何にかかわらず、同一の特性が得られるものである。
そして、中央部１８ｂの一片に対する前後両端部の二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を調整する、駆動手段２４が設けられている。駆動手段２４としては、図２（ａ）〜（ｃ）に符号２４Ａ〜２４Ｃで示される様々な形態のものが採用可能であるが、いずれの例も、上面板１８と車体２０との間に設けられた、枕ばね１６に対して下方への押圧力を付与するアクチュエータ（後述する）が用いられている。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、いずれも前後両端部の二片１８ａ、１８ｃのうち、一片１８ｃの周辺部のみ示されているが、もう一片１８ａの周辺部も同一構造となっている。
【００１７】
図２（ａ）に示される例では、前後方向両端部の二片１８ｃ（１８ａ）は、中央部の一片１８ｂに対し、中央部の一片１８ｂと同一面上に配置されたヒンジ２７によって軸着されている。又、駆動手段２４Ａは、上面板１８と車体２０との間に設けられた、下方への押圧力を付与するアクチュエータとして、エアバッグ２６を備えている。エアバッグ２６は、エア配管２８を介して圧縮空気Ａが供給されるものであり、エア配管２８は、車体２０に固定された、固定ブロック３０に保持されている。固定ブロック３０は、前後両端部の二片１８ｃ（１８ａ）の角度変更動作時のガイドとしても機能するものである。そして、エアバッグ２６を膨張させる際には、図示しないエアポンプから、エア配管２８を介して圧縮空気Ａが供給される、一方、エアバック２６を縮小させる場合には、エア配管２８に設けられた、ドレンバルブ（図示省略）を開放し、エアバック２６内の空気を外部へと放出する。
なお、前後両端部の二片１８ｃ（１８ａ）の下面には、楔断面状のスペーサーブロック１８ｄが固定されており、このスペーサーブロック１８ｄが、枕ばね１６に対し直接的に当接している。そして、スペーサーブロック１８ｄの厚みの調整によっても、図示のごとく、前後両端部の二片１８ｃ（１８ａ）を押し下げた状態における、枕ばね１６の変形量が定まるものである。
【００１８】
図２（ｂ）に示される例では、前後方向両端部の二片１８ｃ（１８ａ）は、中央部の一片１８ｂの端部上面に配置された、ヒンジ３１によって軸着されている。又、駆動手段２４Ｂは、上面板１８と車体２０との間に設けられた、下方への押圧力を付与するアクチュエータとして、エアシリンダ３２を備えている。図示のエアシリンダ３２は、伸長動作をすることで前後両端部の一片１８ｃ（１８ａ）を押し下げる、直突式の駆動手段を構成するものである。又、前後両端部の二片１８ｃ（１８ａ）の角度変更動作時のガイドとして機能する、ガイドブロック３４が設けられている。本例においても、図示しないエア配管（図２（ａ）のエア配管２８参照）を介して、圧縮空気がエアシリンダ３２に供給される。一方、エアシリンダ３２を短縮させる場合には、エア配管に設けられたドレンバルブを開放し、エアシリンダ３２内の空気を外部へと放出する。その他の部分については、図２（ａ）と同様であり、詳しい説明を省略する。
【００１９】
更に、図２（ｃ）に示される駆動手段２４Ｃも、上面板１８と車体２０との間に設けられた、下方への押圧力を付与するアクチュエータとして、エアシリンダ３６を備えている。図２（ｃ）エアシリンダ３６は、伸長動作がリンク３８、４０を介して前後両端部の一片１８ｃ（１８ａ）を押し下げる、リンク式の駆動手段を構成するものである。本例においても、図示しないエア配管（図２（ａ）のエア配管２８参照）を介して、圧縮空気がエアシリンダ３６に供給される、一方、エアシリンダ３６を短縮させる場合には、エア配管に設けられたドレンバルブを開放し、エアシリンダ３６内の空気を外部へと放出する。その他の部分については、図２（ａ）と同様であり、詳しい説明を省略する。
【００２０】
以上のごとく、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるいずれのアクチュエータ２６、４２、３６共に、上面板１８の中央部の一片１８ｂに対する前後二片１８ｃ（１８ａ）の傾斜角度を増大させる方向への、一方向の駆動のみ行うように構成され、反対方向の駆動は、枕ばね１６自体の弾性を利用して行われるものである。
又、図２（ａ）に示される、エア配管２８のエア供給及び排出回路については、特殊な構成を有するものではなく、鉄道車両に備え付けのエア配管に当該機能を増設することで、構成することが可能である。又、エア配管２８のエア供給及び排出操作は、例えば、新幹線区間と在来線区間との相互乗り入れが可能な車両への採用に際しては、両区間の切り換え地点で、運転台からの操作により、若しくは、外部からの切り換え信号を受けて、行われるものである。
【００２１】
さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
まず、本発明の実施の形態に係る鉄道車両用台車１０は、角度変更機構２２によって、上面板１８の前端部及び後端部から前後方向所定幅の各部分の、傾斜角度を変更するものである。そして、枕ばね１６の、車体の前後方向の傾斜角度を変化させることにより、枕ばね１６の前後剛性を調整することが可能となる。すなわち、上面板１８の前後端部１８ａ、１８ｃの傾斜角度を増大させると、車体２０に対する台車１０の回転角度の如何にかかわらず、枕ばね１６の前後端部近傍を一定量だけ常時変形させて、当該部分の変形抵抗を増大させることとなる。このため、枕ばね１６の前後剛性が増加し、車体２０に対する台車１０の回転変位抵抗を高めることが可能となる。その結果、車体２０に対する台車１０の角度変化を抑制し、鉄道車両の高速走行安定性を高めることが可能となる。一方、上面板１８の前後端部の傾斜角度を減少させることで、枕ばね１６の前後剛性を減少させ、車体２０に対する台車１０の、回転変位抵抗を低下させることが可能となる。そして、車体２０に対する台車１０の角度変化を促すことで、鉄道車両の曲線通過性能を高めることが可能となる。
【００２２】
又、角度調整機構２２は、前後両端部１８ａ、１８ｃが分割された上面板１８と、駆動手段２４とで構成され、上面板１８は、枕ばね１６の中心部Ｃから前後方向等距離の点を通る平行な分割線Ｌで、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃと中央部１８ｂとに分割されている。そして、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃが中央部１８ｂに対して、ヒンジ２７、３１で軸着されることで、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃの、傾斜角度の変更が可能となる。更に、駆動手段２４により、上面板１８の中央部１８ｂに対する前後両端部の二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を調整することで、上面板１２の前後両端部の二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を、枕ばね１６に所望の前後剛性が得られる傾斜角度へと、調整することが可能となる。
【００２３】
なお、上記の図２（ａ）〜（ｃ）に示されたいずれの例においても、上面板１８の前後両端部の二片１８ａ、１８ｃが、枕ばね１６の中心部Ｃから前後方向等距離の点を通る分割線Ｌで、中央部１８ｂに対して分割されている。そして、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃが中央部の一片１８ｂに対して、ヒンジ２７、３１によって軸着されることで、前後両端部の二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を変更可能としている。しかしながら、必要に応じて、上面板の材質や板厚を適切に選択し、上面板１８の前端部及び後端部から前後方向所定幅の各部分１８ａ、１８ｂを、弾性変形によって、傾斜角度を変更可能に構成することとしても良い。
【００２４】
又、角度調整機構２２を構成する駆動手段２４として、上面板１８と車体２０との間に設けられた、アクチュエータとしてのエアバッグ２６、エアシリンダ３２、３６を用い、これらのアクチュエータが、上面板１８の中央部１８ｂに対する前後二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を増大させる方向への、一方向の駆動のみ行うように構成されていることにより、アクチュエータの単純化を図っている。なお、アクチュエータの駆動方向と反対方向、すなわち、上面板１８の中央部１８ｂに対する前後二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を減少させる方向の動力としては、別個のアクチュエータに依ることなく、枕ばね１６自体の弾性を利用することが可能である。例えば、図２（ａ）に示されるエア配管２８に設けられた、ドレンバルブ（図示省略）を開放し、エアバック２６内の空気を外部へと放出可能な状態とすることで、枕ばね１６の弾性を受けて、前後二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度が減少する方向へと押し上げられ、エアバック２６が縮小することとなる。
【００２５】
又、必要に応じて、アクチュエータとしてのエアバッグ２６、エアシリンダ３２、３６を、適宜、液圧動作式としても良く、エアシリンダ３２、３６に電動式シリンダを用いることとしても良い。なお、いずれの形式のアクチュエータを用いる場合であっても、上面板の中央部１８ｂに対する前後二片１８ａ、１８ｃの傾斜角度を増大させる方向のみならず、減少させる方向の駆動も行うように構成することも可能である。
【００２６】
更に、本発明の実施の形態では、上面板１８の前後両端部の二片１８ａ、１８ｃが、枕ばね１６の中心部Ｃから前後方向等距離の点を通る分割線Ｌで、中央部１８ｂに対して分割されている場合について説明したが、必要に応じ、上面板１８の、前端部及び後端部の一方の部分１８ａ、１８ｃが、上面板の中央部１８ｂに対して分割されると共に、中央部１８ｂに対して軸着されるものであっても良い。
又、前端部及び後端部の双方の、前後方向所定幅の部分１８ａ、１８ｃが、上面板の中央部に対して分割される場合において、前端部及び後端部１８ａ、１８ｃの幅は、枕ばね１６の前後剛性を調整するにあたり、適切な位置に設定されるものであれば、必ずしも同一である必要はない。
【符号の説明】
【００２７】
１０：鉄道車両用台車、  １２：台車枠、  １６：枕ばね、  １８：上面板、  １８ａ、１８ｃ：前後両端部、  １８ｂ：中央部、  ２０：車体、  ２２：角度調整機構、  ２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ：駆動手段、  ２６：エアバッグ、  ２８：エア配管、  ２９、３１：ヒンジ、  ３２、３６：エアシリンダ、  Ｃ：枕ばねの中心部、  Ｌ：上面板の分割線
【図１】
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【図２】
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