(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記弾性体は、実質的に枕木方向にほぼ沿った中心軸を有する円筒状に形成され、
前記回動許容機構は、前記弾性体と実質的に同心に配置された転がり軸受を有すること
を特徴とする軸箱支持装置。
【請求項２】
前記弾性体は、中央部に前記台車枠に固定される軸部が挿入され、
前記回動許容機構は、前記弾性体の外径側に取り付けられる内輪と、前記軸はりに取り付けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に組み込まれた転動体とを有すること
を特徴とする請求項１に記載の軸箱支持装置。
【請求項３】
輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記回動許容機構は、前記軸はりの前記弾性体側の端部に設けられた自在継手を有すること
を特徴とする軸箱支持装置。
【請求項４】
前記回動許容機構は、前記弾性体を実質的に変形させることなく前記軸はりの回動を許容すること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の軸箱支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用の台車に設けられる軸はり式の軸箱支持装置に関し、特には軸はりの基部に設けられる弾性体のねじり剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車体下部に設けられるボギー台車は、輪軸の両端部を回転可能に支持する軸受等を有する軸箱を、軸ばね等を有する軸箱支持装置を介して台車枠に取り付けて構成されている。
軸箱支持装置は、軸箱を所定の上下、左右、前後方向の支持剛性で支持するよう構成されている。
近年、このような軸箱支持装置として、軸はり式のものが普及している。
【０００３】
軸はり式の軸箱支持装置は、軸箱と一体になった軸はりを、軸はりゴムと称されるゴムブッシュ及び軸はりゴムに挿通されたピンを介して台車枠に結合して構成される。
例えば、特許文献１には、このような軸はり式の軸箱支持装置の一例が記載されている。
軸はり式の軸箱支持装置においては、軸箱は軸はりゴムのピンを中心として回動することで上下に動くことができ、また、前後左右方向の支持剛性は主に軸はりゴムの特性に依存する。
軸はり式の軸箱支持装置は、例えばウイングばね式など他の方式の軸箱支持装置に対して、部品点数が少なく軽量であり、かつ組立時の位置決めが容易で摺動箇所もなくメインテナンスが容易であることから、広く使用されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−３２４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような軸はり式の軸箱支持装置において、上下、左右、前後方向の支持剛性は各々独立し、特に上下方向の支持剛性は軸ばねに依存しているように考えられている。
しかし、台車枠と輪軸が上下方向に相対変位することによって、軸はりの支持部に設けられた軸はりゴムがピッチ方向にねじられ、これが上下支持剛性に影響を与えている。
つまり、実際には設計時の想定に対して、これまでの経験からは１．５〜２倍程度に上下支持剛性が大きくなっていたと考えられる。
軸箱の上下支持剛性が設計時の想定に対して過度に大きいと、軌道の平面変化への追従性が低下し、不要な輪重変動を生じる場合がある。
本発明は上述した問題に鑑みなされたものであって、軸はり支持部に設けられた弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減した軸箱支持装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明の軸箱支持装置は、輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、前記弾性体は、実質的に枕木方向にほぼ沿った中心軸を有する円筒状に形成され、前記回動許容機構は、前記弾性体と実質的に同心に配置された転がり軸受を有することを特徴とする。
これによれば、回動許容機構の機能によって、軸箱の上下動に伴う弾性体のねじりが軽減されるため、弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減することができる。
また、軸はりが回動（揺動）する際のフリクションを低減し、軌道への追従性をより向上させることができる。
この場合、前記弾性体は、中央部に前記台車枠に固定される軸部が挿入され、前記回動許容機構は、前記弾性体の外径側に取り付けられる内輪と、前記軸はりに取り付けられる外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に組み込まれた転動体とを有する構成とすることができる。
これによれば、既存の台車枠を実質的に変更することなく本発明を適用することができ、施工が容易となる。
また、本発明の他の軸箱支持装置は、輪軸を支持する軸受を有する軸箱を台車枠に対して相対変位可能に支持する軸箱支持装置であって、
軌道長手方向にほぼ沿って配置され、一方の端部に前記軸箱が設けられ、他方の端部が前記台車枠に対して揺動可能に連結された軸はりと、
前記台車枠と前記軸はりとの連結箇所に設けられた弾性体と、
前記軸はりの前記弾性体側の端部と前記台車枠の前記弾性体との連結部との少なくとも一方に設けられ、前記軸箱が前記台車枠に対して上下動する方向の前記軸はりの回動を許容する回動許容機構とを備え、
前記回動許容機構は、前記軸はりの前記弾性体側の端部に設けられた自在継手を有することを特徴とする。
これによっても、軸はりが回動（揺動）する際のフリクションを低減し、軌道への追従性をより向上させることができる。
【０００７】
本発明において、前記回動許容機構は、前記弾性体を実質的に変形させることなく前記軸はりの回動を許容する構成とすることができる。
これによれば、弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を実質的に排除することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、軸はり支持部に設けられた弾性体の剛性が軸箱の上下支持剛性に与える影響を低減した軸箱支持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の比較例である従来技術に係る軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
【図２】図１の軸箱支持装置をモデル化して図示した模式図である。
【図３】本発明を適用した軸箱支持装置の第１実施形態を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
【図４】本発明を適用した軸箱支持装置の第２実施形態を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
【図５】本発明を適用した軸箱支持装置の第１参考例を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１乃至第２実施形態に係る軸箱支持装置について説明する。
まず、第１乃至第２実施形態に先立ち、本発明の比較例である従来技術に係る軸箱支持装置について説明する。
図１は、比較例の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
比較例の台車１は、鉄道車両の車体下部に設けられる２軸のボギー台車である。
台車１は、台車枠１０、輪軸２０、軸箱３０、軸はり４０、軸ばね５０、軸はりゴム６０等を有して構成されている。
【００１４】
台車枠１０は、台車を構成する主要な構成部材の一つであり、左右に配置され軌道方向に沿って延びた側ばりを、台車中央に設けられた横ばり、前後端に設けられた端ばりなどで枕木方向に連結して構成されている。
また、台車枠１０の前後端部には、軸ばね５０の上端部を保持するとともに、軸ばね５０を実質的に収容する上軸ばね座１１が形成されている。
上軸ばね座１１は、下方が開口し上方が閉塞された筒状に形成され、軸ばね５０の上部はその内側へ挿入して配置されている。
なお、上軸ばね座１１は、理解を容易にするために、図１において断面を示している（図３、４、５において同じ）。
また、台車枠１０の側ばりの下部には、軸はり４０に設けられた軸はりゴム６０を支持する軸はりゴム受１２が、例えば下方等に突き出して形成されている。
【００１５】
輪軸２０は、２枚の車輪と歯車、ブレーキディスク等を、車軸に圧入して組み立てた部品である。
【００１６】
軸箱３０は、輪軸２０の車軸両端部を回転可能に支持するものである。
軸箱３０は、軸受及び潤滑装置等を軸箱体に収容して構成されている。
また、軸箱３０の上部には、軸ばね５０の下部を保持する下軸ばね座３１が形成されている。
【００１７】
軸はり４０は、軸箱３０の軸箱体と一体に形成されかつ軌道の長手方向にほぼ沿って台車中央側へ延びた梁状の部材である。
軸はり４０における軸箱３０側と反対側の端部４１は、軸はりゴム６０を介して台車枠１０の軸はりゴム受１２に支持されている。
この端部４１には、軸はりゴム６０が挿入され固定される開口４２が形成されている。
開口４２は、枕木方向にほぼ沿った中心軸方向を有する円形の貫通穴として形成されている。
【００１８】
軸ばね５０は、軸箱３０の台車枠１０に対する上下方向変位に応じた反力を発生するものであって、軸箱３０の上下支持剛性を主に支配するものである。
軸ばね５０は、例えば、上下方向にほぼ沿った中心軸を有する圧縮コイルばねである。
軸ばね５０の上端部は、台車枠１０の上軸ばね座１１に保持されている。
軸ばね５０の下端部は、軸箱３０の下軸ばね座３１に保持されている。
【００１９】
軸はりゴム６０は、軸はり４０を台車枠１０に対して弾性的に支持する弾性体であって、典型的にはゴム系材料によって円筒ブッシュとして形成されている。
軸はりゴム６０は、実質的に円筒状に形成され、その中心部には金属製のピン６１が中心軸方向に沿って挿入されている。ピン６１の両端部は、軸はりゴム６０の両端面から突出して形成されている。また、ピン６１は、軸はりゴム６０の本体部と加硫接着によって接合されている。
軸はりゴム６０は、その外周面を軸はり４０の端部４１に形成された開口４２に挿入され固定されるとともに、ピン６１が台車枠１０の軸はりゴム受１２に締結されて固定されている。軸はりゴム６０の外周面部には、例えば本体部を構成するゴム部と加硫接着によって接合された金属製の図示しない円筒部が設けられ、軸はりゴム６０は、この円筒部を開口４２に圧入することによって軸はり４０に固定されている。
【００２０】
上述した既存の軸はり式の軸箱支持装置においては、軸箱の上下支持剛性が軸はりゴム６０のねじり剛性の影響を受けることがわかっている。この点、以下詳しく説明する。
図２は、図１の軸箱支持装置をモデル化して図示した模式図である。
図２に示す各記号の意味は、以下の通りである。
Ｋ１：コイルばね（軸ばね５０）上下剛性
ｋφ：軸はりゴム６０ねじり剛性
ｚ：台車枠と軸箱との相対上下変位
θ：台車枠と軸箱との相対ピッチ角
ｌ：軸はり長さ
このとき、軸箱３０の上下動時に蓄積されるポテンシャルエネルギＵは、以下の式１によって表わされる。
Ｕ＝１／２ｋ１ｚ２＋１／２ｋφθ２  ・・・（式１）
【００２１】
ここで、軸はり４０の揺動角が微小な範囲では、θ＝ｚ／ｌとなる。これを式１に代入すると、以下の式２となる。
Ｕ＝１／２ｋ１ｚ２＋１／２ｋφ（ｚ／ｌ）２ 
＝１／２ｚ２（ｋ１＋ｋφ／ｌ２）  ・・・（式２）
すなわち、等価的な上下支持剛性Ｋ１は、式３によって表わされる。
Ｋ１＝ｋ１＋ｋφ／ｌ２  ・・・（式３）
このように、軸はりゴム６０のねじり剛性ｋφが軸箱の上下支持剛性に影響することによって、実際の上下支持剛性は、コイルばねの上下剛性の例えば約１．５倍から２倍程度になることもある。
軸箱支持剛性が設計時の想定に対して過度に大きいと、軌道の平面変化への追従性が低下し、不要な輪重変動を生じることが懸念される。
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した軸箱支持装置の第１実施形態について説明する。
なお、以下説明する各実施形態において、上述した比較例あるいは従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図３は、第１実施形態の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
【００２３】
図３に示すように、第１実施形態の軸箱支持装置においては、軸はりゴム６０の外径側にベアリング７０を設け、このベアリング７０を介して軸はりゴム６０と軸はり４０とを連結している。
ベアリング７０は、例えば深溝玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受等の転がり軸受であって、外輪、内輪、及び、これらの間に組み込まれる鋼球又はころ等の転動体を有して構成されている。
ベアリング７０の外輪は、軸はり４０の端部４１の開口４２に例えば圧入等によって固定されている。
また、軸はりゴム６０は、ベアリング７０の内輪に挿入され固定されている。
【００２４】
以上説明した第１実施形態によれば、軸はり４０と軸はりゴム６０との間に転がり軸受であるベアリング７０を介装したことによって、軸はりゴム６０を実質的にピッチ方向にねじり変形させることなく、軸箱３０が台車枠１０に対して上下する方向に軸はり４０を回動（揺動）させることができる。
このため、軸箱３０の上下支持剛性が軸はりゴム６０のねじり剛性の影響を受けることが実質的になくなり、柔支持化されることによって、軌道の平面変化への追従性が向上し、輪重変動が抑制されて脱線に対する安全性を向上することができる。
また、前後方向及び枕木方向には、比較例に示す従来技術と同様に、軸はりゴム６０の弾性を利用して軸箱３０を弾性的に支持することができる。
また、第１実施形態の軸箱支持装置は、軽微な設計変更によって、例えば比較例の構成を有する既存の台車にも容易に適用することが可能である。
【００２５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
第２実施形態の軸箱支持装置においては、軸はり４０を、台車枠１０側の端部４１の近傍において、軸箱３０側の部分である第1部材４０ａ、端部４１側の部分である第２部材４０ｂの２分割としている。なお、第１部材４０ａは、実質的に軸はり４０の本体部として機能する。
そして、第1部材４０ａと第２部材４０ｂの間を、自在継手であるユニバーサルジョイント８０によって連結している。
このユニバーサルジョイント８０によって、第１部材４０ａは、第２部材４０ｂに対して、軸箱３０が上下する方向に回動可能となっている。
以上説明した第２実施形態においても、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００２６】
＜第１参考例＞
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第１参考例について説明する。
図５は、第１参考例の軸箱支持装置を有する台車の軸箱支持装置周辺の側面視図である。
第１参考例の軸箱支持装置においては、第２実施形態のユニバーサルジョイント８０に代えて、以下説明するガイド機構９０を備えている。
ガイド機構９０は、レール９１及び被ガイド部９２等を有する。
レール９１は、軸はり４０の第２部材４０ｂの第１部材４０ａ側の端部付近の側面に設けられ、被ガイド部９２を案内する。
レール９１は、軸はりゴム６０の中心軸と実質的に同心の円弧状に配置されている。
被ガイド部９２は、レール９１の表面を転動する図示しないローラ等を備え、レール９１に沿って、円弧状に案内される。
被ガイド部９２は、軸はり４０の第１部材４０ａの第２部材４０ｂ側の端部に設けられている。
以上説明した第１参考例においても、上述した第１、第２実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００２７】
＜第２参考例＞
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第２参考例について説明する。
第２参考例の軸箱支持装置においては、比較例の軸ばりゴム６０の外周面に例えばフッ素樹脂等の固形潤滑性を有する物質をコーティングし、軸ばり４０との間にすべり軸受けを構成した。
以上説明した第２参考例においても、上述した第１、第２実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば以下のようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）台車及び軸箱支持装置を構成する各部材の構造、形状、配置等は、上述した各実施形態のものに限らず、適宜変更することができる。
例えば、軸ばねはコイルばねに限らず空気ばね等の他種のばねであってもよく、さらに、軸ダンパ等の他の機械要素を併設する構成としてもよい。
また、台車枠や軸はりの形状等も特に限定されない。
（２）第１実施形態では、軸はりゴムよりも軸箱側にベアリングを設けているが、本発明はこれに限らず、軸はりゴムの台車枠側にベアリングを設けてもよい。
例えば、軸はりゴムの内径側にベアリングを配置したり、軸はりゴムのピンをベアリングによって支持する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１    台車                      １０    台車枠
１１    上軸ばね座                １２    軸はりゴム受
２０    輪軸                      ３０    軸箱
３１    下軸ばね座
４０    軸はり                    ４０ａ  第１部材
４０ｂ  第２部材                  ４１    端部
４２    開口                      ５０    軸ばね
６０    軸はりゴム                ６１    ピン
７０    ベアリング                ８０    ユニバーサルジョイント
９０    ガイド機構                ９１    レール
９２    被ガイド部
【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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