(57)【要約】【課題】直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置を提供する。【解決手段】鉄道車両用台車１の輪軸３０両端部に設けられる軸箱４０を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段５３によって台車枠に対して支持する軸箱支持装置５０を、連結手段５３は、軸箱側接続部４１に接続された軸箱側部材１１０と、台車枠側接続部１１に接続され、軸箱側部材に対して、軸箱側接続部と台車枠側接続部との距離を変化させる方向に相対変位可能に接続された台車枠側部材１２０と、軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を短縮する方向の付勢力を発生する第１のバネ要素１４０と、軸箱側接続部と台車枠側接続部との距離を伸張する方向の付勢力を発生する第２のバネ要素１５０と、車両の曲線走行時に第１のバネ要素、第２のバネ要素の少なくとも一方のバネ定数を変化させて、第２のバネ要素のバネ定数を第１のバネ要素のバネ定数に対して相対的に大きくするバネ定数制御手段と、を備える構成とする。【選択図】図２
2008247173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用台車の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対して支持する軸箱支持装置であって、
前記連結手段は、
前記軸箱に設けられた軸箱側接続部に接続された軸箱側部材と、
前記台車枠に設けられた台車枠側接続部に接続され、前記軸箱側部材に対して、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を変化させる方向に相対変位可能に接続された台車枠側部材と、
前記軸箱側部材と前記台車枠側部材との間に設けられ、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を短縮する方向の付勢力を発生する第１のバネ要素と、
前記軸箱側部材と前記台車枠側部材との間に設けられ、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を伸張する方向の付勢力を発生する第２のバネ要素と、
車両の曲線走行時に前記第１のバネ要素、前記第２のバネ要素の少なくとも一方のバネ定数を変化させて、前記第２のバネ要素のバネ定数を前記第１のバネ要素のバネ定数に対して相対的に大きくするバネ定数制御手段と、を備えることを特徴とする軸箱支持装置。
【請求項２】
前記第２のバネ要素として空気バネを備え、
前記バネ定数制御手段は、車両の曲線走行時に前記空気バネの内圧を増大させること、を特徴とする請求項１に記載の軸箱支持装置。
【請求項３】
前記バネ定数制御手段は、車両の曲線走行時に、前記第２のバネ要素のバネ定数の前記第１のバネ要素のバネ定数に対する相対的な増加率を、内軌側よりも外軌側において大きくすること、を特徴とする請求項１又は２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、鉄道の車体を支持してレール上を走行する鉄道車両用台車（以下、単に「台車」と称する）の軸箱支持装置に関する。特には、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
台車は、輪軸に設けられる軸箱を、軸バネの伸縮等に応じて台車枠に対して変位可能に装着して構成されている（例えば、特許文献１参照）。このような鉄道車両用台車において、軸箱を台車枠に対して支持する機構は軸箱支持装置と称されている。
軸箱支持装置は、直線走行時における輪軸の蛇行等を防止しつつ、曲線走行時の転向性を確保するため、輪軸を台車枠に対して所定の剛性において弾性支持する。
【特許文献１】特開２００２−２９３２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
鉄道車両の高速化に伴い、直線走行時の走行安定性を確保するためには、軸箱支持装置による輪軸の支持剛性を向上することが好ましい。しかし、軸箱支持装置の支持剛性を向上すると、曲線走行時における輪軸の鉛直軸回りの回転が困難となって操舵性能が低下し、曲線通過性能が低下してしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上した軸箱支持装置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】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明の軸箱支持装置は、鉄道車両用台車の輪軸両端部に設けられる軸箱を、車両の進行方向にほぼ沿って延在する連結手段によって該台車の台車枠に対して支持する軸箱支持装置であって、前記連結手段は、前記軸箱に設けられた軸箱側接続部に接続された軸箱側部材と、前記台車枠に設けられた台車枠側接続部に接続され、前記軸箱側部材に対して、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を変化させる方向に相対変位可能に接続された台車枠側部材と、前記軸箱側部材と前記台車枠側部材との間に設けられ、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を短縮する方向の付勢力を発生する第１のバネ要素と、前記軸箱側部材と前記台車枠側部材との間に設けられ、前記軸箱側接続部と前記台車枠側接続部との距離を伸張する方向の付勢力を発生する第２のバネ要素と、車両の曲線走行時に前記第１のバネ要素、前記第２のバネ要素の少なくとも一方のバネ定数を変化させて、前記第２のバネ要素のバネ定数を前記第１のバネ要素のバネ定数に対して相対的に大きくするバネ定数制御手段と、を備えることを特徴とする。
これによれば、連結手段の引張荷重に対する剛性を、直線走行時には大きくして走行安定性を確保するとともに、曲線走行時には小さくして連結手段の伸びを許容し、輪軸の操舵性能を改善して曲線通過性能を向上することができる。
【０００５】
本発明の軸箱支持装置は、前記第２のバネ要素として空気バネを備え、前記バネ定数制御手段は、車両の曲線走行時に前記空気バネの内圧を増大させる構成とすることができる。
これによれば、第２のバネ要素のバネ定数を無段階に変更することができる。また、空気バネの作動流体として、鉄道車両に一般的に装備される空気溜めに貯留される圧縮空気を用いることができることから、既存の鉄道車両に対して小規模な改修で適用することができる。
【０００６】
本発明の軸箱支持装置は、前記バネ定数制御手段は、車両の曲線走行時に、前記第２のバネ要素のバネ定数の前記第１のバネ要素のバネ定数に対する相対的な増加率を、内軌側よりも外軌側において大きくする構成とすることができる。
この場合、第１のバネ要素のバネ定数に対する第２のバネ要素のバネ定数を、内軌側も増大させるが外軌側においてさらに増大させるようにしてもよい。また、内軌側は変化させずに外軌側のみ増大させるようにしてもよい。
これによれば、外軌側の連結部の引張荷重に対する剛性を内軌側よりも相対的に低下させることによって、曲線走行時における輪軸の操舵を促進し、曲線通過性能をより向上することができる。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明によれば、軸箱と台車枠とを連結する連結手段を縮める方向に付勢する第１のバネ要素、伸ばす方向に付勢する第２のバネ要素を設けて、曲線走行時に第１のバネ要素のバネ定数に対して第２のバネ要素のバネ定数を大きくすることによって、直線走行時の走行安定性を確保しつつ曲線走行時の操舵性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明を適用した軸箱支持装置の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角をなす方向を左右方向（車幅方向）、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
【０００９】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の軸箱支持装置を有する２軸式台車の側面視図である。
台車１は、台車枠１０、空気バネ２０、輪軸３０、軸箱４０、軸箱支持装置５０等を備えている。
【００１０】
台車枠１０は、台車１を構成する構造部材であって、左右の側ばり、側ばりを中央でつなぐ横ばり等で構成されている。台車枠１０は空気バネ２０、牽引装置等の車体支持装置を介して車体に装着されている。
【００１１】
空気バネ２０は、台車枠１０と車体との間に設けられている。空気バネ２０は、台車１の左右に例えば１対が設けられ、台車枠１０の左右の側ばりの上部にそれぞれ固定されている。
【００１２】
輪軸３０は、２枚の車輪３１を車軸３２に圧入して組み立てたものである。
軸箱４０は、輪軸３０の車軸３２の両端部に設けられ、車軸を回転可能に支持する軸受、軸受を収容する軸箱体、潤滑装置等を備えて構成されている。
【００１３】
軸箱支持装置５０は、軸箱４０を台車枠１０に対して位置決めし、弾性支持する装置である。本実施形態において、軸箱支持装置５０は、モノリンク式のものであって、軸バネ５１、ダンパ５２、モノリンク５３等を備えている。
【００１４】
軸バネ５１は、軸箱４０の上部と台車枠１０の下部とにわたして設けられ、垂直方向の荷重を支持する。
ダンパ５２は、軸箱４０の側部と台車枠１０との間に設けられ、軸箱４０が台車枠に対して垂直方向に変位した際に、減衰力を発生する。
【００１５】
モノリンク５３は、台車枠１０と軸箱４０との間に設けられ、これらに対してピン継手により揺動可能に接続された連結部材である。台車枠１０のモノリンク５３との接続部１１は、軸箱４０に対して台車枠１０の前後方向における中央部側に配置されている。モノリンク５３は、一方の端部がこの接続部１１に連結されるとともに、他方の端部が軸箱４０の接続部４１に連結されている。
【００１６】
図２は、モノリンク５３の拡大断面図である。
モノリンク５３は、軸箱４０側に接続される軸箱側部材１１０、台車枠１０側に接続され、軸箱側部材１１０に対してモノリンク５３を伸縮させる方向に相対移動する台車枠側部材１２０、円筒ゴムブッシュ１３０、戻しバネ１４０、空気バネ１５０等を備えている。
【００１７】
軸箱側部材１１０は、軸部１１１、フランジ１１２、ブッシュ保持部１１３、軸箱側ブッシュ１１４、ストッパ１１５、ナット部１１６等を備えている。
軸部１１１は、モノリンク５３の長手方向に沿って配置された円柱状の部材である。
フランジ１１２は、軸部１１１の軸箱４０側の端部から、外径側へつば状へ張り出して形成された円盤状の部材である。
【００１８】
ブッシュ保持部１１３は、フランジ１１２の軸箱４０側の面部から突き出して形成されており、軸箱側ブッシュ１１４が圧入される貫通穴が形成されている。
軸箱側ブッシュ１１４は、ブッシュ保持部１１３に対して軸箱４０を弾性支持するものであって、車軸方向と平行に配置されブッシュ保持部１１３の貫通穴に圧入される外筒、及び、この外筒の内径側に配置された円環状の弾性体（ゴム等）を備えている。軸箱側ブッシュ１１４は、この弾性体の内径側に、軸箱４０の接続部４１に支持されるピンを挿入することによって、軸箱４０に対してピン回りに回転可能に連結される。
【００１９】
ストッパ１１５は、軸部１１１の台車枠１０側の端部に固定され、軸部１１１の外周面よりも外径側につば状に張り出した円盤状の部材であって、軸部１１１が後述する台車枠側部材１２０の外筒１２１に対して相対移動するストロークを規制するものである。このストロークは、車両が走行する路線の曲線における曲率や、モノリンク５３の幾何学的配置に応じて適宜設定されるが、例えば３ｍｍ程度である。
ナット部１１６は、フランジ１１２の台車枠１０側の面部に固定され、後述する戻しバネ１４０の保持ボルト１４１の先端部が挿入されネジ結合される部分である。
【００２０】
台車枠側部材１２０は、外筒１２１、フランジ１２２、ブッシュ保持部１２３、台車枠側ブッシュ１２４、戻しバネ座１２５、空気供給孔１２６等を備えている。
外筒１２１は、上述した軸部１１１とほぼ同心の円筒状に形成され、その内径側に軸部１１１が挿入される部分である。外筒１２１は、軸部１１１に対して、中心軸方向に沿って相対移動可能となっている。
フランジ１２２は、外筒１２１の台車枠１０側の端部の外周面から外径側につば状に張り出して形成された円盤状の部分である。
【００２１】
ブッシュ保持部１２３は、フランジ１２２の台車枠１０側の面部から突き出して形成されており、台車枠側ブッシュ１２４が圧入される貫通穴が形成されている。
台車枠側ブッシュ１２４は、ブッシュ保持部１２３に対して台車枠１０を弾性支持するものであって、車軸方向と平行に配置されブッシュ保持部１２３の貫通穴に圧入される外筒、及び、この外筒の内径側に配置された円環状の弾性体（ゴム等）を備えている。台車枠側ブッシュ１２４は、この弾性体の内径側に、台車枠１０の接続部１１に支持されるピンを挿入することによって、台車枠１０に対してピン回りに回転可能に連結される。
なお、本明細書等において、モノリンク５３の長さ方向とは、軸箱側ブッシュ１１４と台車枠側ブッシュ１２４の中心間を結んだ直線の方向を指すものとする。
【００２２】
戻しバネ座１２５は、戻しバネ１４０の軸箱４０に近い側の端部と当接し、戻しバネ１４０を保持する面部であって、外筒１２１の軸箱４０側の端部における外周面から外径側へ突き出して形成されている。戻しバネ座１２５には、戻しバネ１４０の保持ボルト１４１が挿入される開口が形成されている。
空気供給孔１２６は、ブッシュ保持部１２３の外周面からフランジ１２２内を経由して空気バネ１５０の気室内まで連通して形成されており、空気バネ１５０に圧縮空気を供給する図示しない管路が接続される。
【００２３】
円筒ゴムブッシュ１３０は、軸箱側部材１１０の軸部１１１の外周面と、台車枠側部材１２０の外筒１２１の内周面との間に配置され、外筒１２１に対して軸部１１１を弾性支持する。円筒ゴムブッシュ１３０は、円筒状に形成された外筒及び内筒を備え、内筒は外筒の内径側に挿入されている。そして、外筒の内周面と内筒の外周面との間隔には、例えばゴム系の弾性材料が充填され、外筒及び内筒とそれぞれ加硫接着によって接合されている。円筒ゴムブッシュ１３０の外筒は、台車枠側部材１２０の外筒１２１の内径側に圧入されている。また、円筒ゴムブッシュ１３０の内筒には、軸箱側部材１１０の軸部１１１が挿入される。
【００２４】
円筒ゴムブッシュ１３０は、本実施形態の場合には、例えば２つが軸方向に直列に並べて設けられている。
また、円筒ゴムブッシュ１３０は、主にゴム部が弾性変形することによって、軸箱側部材１１０の軸部１１１が台車枠側部材１２０の外筒１２１に対してその軸方向に移動することを許容する。
【００２５】
戻しバネ１４０は、軸箱側部材１１０に対して台車枠側部材１２０をモノリンク５３の長さが短縮される方向に付勢する金属製コイルスプリングである。戻しバネ１４０は、モノリンク５３に対して縮み勝手となる予圧縮を与えており、その結果、モノリンク５３は、引張方向の外力が一定値に達するまでは基本の長さを保つようになっている。この点については後に詳しく説明する。
戻しバネ１４０は、その軸方向をモノリンク５３の伸縮方向とほぼ沿わせて配置された圧縮バネであって、外筒１２１の外周面と隣接して配置されている。戻しバネ１４０は、保持ボルト１４１を備えている。
【００２６】
保持ボルト１４１は、軸箱側部材１１０のナット部１１６に対して、台車枠１０側から挿入され、ネジ結合される。このとき、保持ボルト１４１の中間部は、台車枠側部材１２０の戻しバネ座１２５に挿入され、この戻しバネ座１２５に対して軸方向に沿って移動可能となっている。
戻しバネ１４０は、その内径側に保持ボルト１４１が挿入され、一方の端部は戻しバネ座１２５と当接し、他方の端部は保持ボルト１４１の頭部に係止され、これらの間で圧縮された状態で保持されている。
なお、戻しバネ１４０は、外筒１２０の周方向に分散して複数が設けられる。
【００２７】
空気バネ１５０は、軸箱側部材１１０に対して台車枠側部材１２０をモノリンク５３の長さが延長される方向に付勢する。
空気バネ１５０は、ベローズ１５１、ベローズ保持部材１５２，１５３を備えている。
ベローズ１５１は、ゴム等の弾性を有する材料によって形成された円筒状の幕体であって、その内部に空気バネ１５０の気室を形成する。上述した筒部１１１、外筒１２１、戻しバネ１４０等はこのベローズ１５１の内径側に配置される。
ベローズ保持部材１５２，１５３は、ベローズ１５１の軸箱４０側、台車枠１０側の端部を、フランジ１１２，１２２に対してそれぞれ固定するものである。ベローズ保持部材１５２，１５３は、円環状のプレートの内縁部にベローズ１５１の端部に形成されたビード部と係合する凹凸部を形成したものであり、フランジ１１２，１２２に対してボルトによって締結される。
【００２８】
また、本実施形態において、軸箱支持装置の空気バネ１５０には、以下説明する図示しない空気バネ制御装置が設けられる。
空気バネ制御装置は、車両の走行状態に応じて空気バネ１５０の内圧を調整することによって空気バネ１５０のバネ定数を制御する。
先ず、車両の直線走行時においては、空気バネ制御装置は、空気バネ１５０のバネ定数を、戻しバネ１４０のバネ定数に対して低く設定する。これによって、モノリンク５３に引張方向の外力が実質的に作用しないか、又は、直線走行時の輪軸蛇行動等によって入力される程度の比較的小さな引張荷重が作用した場合には、外筒１２２の軸箱４０側の端部がフランジ１１２と当接し、モノリンク５３は最も縮んだ状態に維持される。すなわち、戻しバネ１４０の付勢力から空気バネ１５０の付勢力を減じた値は、直線走行時に作用する最大引張力よりも大きくなるように設定される。
【００２９】
これに対し、車両の曲線走行時においては、空気バネ制御装置は、空気バネ１５０の内圧を大きくする制御を行う。
このような空気圧の制御は、例えば、車両の空気溜めから空気バネ１５０に圧縮空気を供給する管路の途中に、比例制御弁を設けることによって実行することができる。
ここで、車両の曲線走行の検出は、例えば、車体にヨーレートセンサや横Ｇセンサを設けて、その出力に基づいて行うことができる。このとき、これらの出力と車両の走行速度とに基づいて曲線の曲率を求め、曲率が小さくなるのに応じて空気バネ１５０の内圧の増加量を大きくしてもよい。
また、車両が走行する路線の曲線データを予め保持し、自車の走行位置と曲線データを対比して曲線走行を検出するようにしてもよい。
【００３０】
図３は、モノリンク５３に作用する外力と、台車枠１０の接続部１１に対する軸箱４０の接続部４１の変位との相関を示すグラフである。図３において、横軸はモノリンク５３に作用する外力を示し、右側が引張力、左側が圧縮力を示している。また、縦軸は、台車枠１０の接続部１１に対する軸箱４０の接続部４１のモノリンク５３の長さ方向に沿った変位を示しており、上側が離間する方向、下側が近接する方向を示している。
図３に示すように、モノリンク５３が圧縮される領域においては、外力と軸箱の変位とはほぼ線形の相関を示す。この領域においては、モノリンク５３の軸箱側部材１１０と台車枠側部材１２０との相対移動（モノリンク５３の縮み）はなく、軸箱の変位は専ら軸箱側ブッシュ１１４及び台車枠側ブッシュ１２４のゴム部のたわみによるものである。
【００３１】
これに対し、モノリンク５３が引張られる領域においては、外力が小さい領域では圧縮される領域と同様に、各ブッシュのたわみに起因する線形の相関を示す。その後、引張力が大きくなって、引張力と空気バネ１５０の付勢力との和が戻しバネ１４０の付勢力を上回ると、軸箱側部材１１０と台車枠側部材１２０とがモノリンク５３を伸張する方向に相対移動を開始する。これによって、単位荷重あたりの台車枠１０に対する軸箱４０の変位量（グラフにおける傾き）は大きくなる。すなわち、モノリンク５３の引張荷重に対する剛性が低くなる。そして、軸箱側部材１１０と台車枠側部材１２０とがストッパ１１５によって規制される最大ストロークまで変位すると、モノリンク５３自体はそれ以上伸びなくなり、再び各ブッシュの弾性変形による変位のみが許容されるようになり、モノリンク５３の引張荷重に対する剛性は再び高くなる。
【００３２】
そして、本実施形態のモノリンク５３においては、空気バネ１５０の内圧を変更することによって、上述したモノリンク５３の引張荷重に対する剛性が低下する外力の範囲を調節することができる。具体的には、空気バネ１５０の内圧を大きくし、空気バネ１５０のバネ定数及び付勢力を増大すると、モノリンク５３の剛性が低下する範囲を、外力が小さい側へシフトさせることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、モノリンク５３の引張荷重に対する剛性（輪軸３０の前後方向支持剛性）を直線走行時には大きくして輪軸３０の蛇行等を防止し、走行安定性を確保するとともに、曲線走行時にはこの剛性を小さくしてモノリンク５３を伸びやすくし、輪軸３０の操舵性能を改善して曲線通過性能を向上することができる。
また、モノリンク５３の上述した剛性調整を、空気バネ１５０の内圧を調整して行うことによって、無段階に調整を行うことができる。また、空気バネ１５０の作動流体として、鉄道車両に一般的に装備される空気溜めに貯留される圧縮空気を用いることができることから、既存の鉄道車両に対して小規模な改修で適用することができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した軸箱支持装置の第２の実施形態について説明する。なお、上述した第１の実施形態と実質的に同様の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。
第２の実施形態においては、空気バネ制御装置は、曲線走行時に、内軌側の空気バネ１５０の内圧は変化させず、外軌側の空気バネ１５０の内圧を大きくする。
以上説明した第２の実施形態においては、車両の曲線走行時に外軌側のモノリンク５３を伸張することによって、輪軸３０を操舵することができ、曲線通過性能をより向上することができる。
【００３５】
（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した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、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
（１）上述した実施形態は、モノリンク式の軸箱支持装置であるが、本発明はこれに限らず、例えば、平行リンク式や軸ばり式等の他の形式の軸箱支持装置にも適用することができる。
（２）上述した実施形態は、第１のバネ要素として金属コイルバネを備え、第２のバネ要素として空気バネを備えているが、本発明はこれらに限定されず、各バネ要素の種類、組み合わせは適宜変更することができる。例えば、第１のバネ要素に空気バネ、第２のバネ要素に金属バネをそれぞれ適用し、曲線走行時には空気バネの内圧を直線走行時よりも低くしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態である軸箱支持装置を有する台車の側面視図である。
【図２】図１の軸箱支持装置におけるモノリンクの拡大断面図である。
【図３】図２のモノリンクに作用する外力と伸縮量との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１    台車
１０    台車枠
２０    空気バネ
３０    輪軸
３１    車輪
３２    車軸
４０    軸箱
５０    軸箱支持装置
５１    軸バネ
５２    ダンパ
５３    モノリンク
１１０    軸箱側部材
１１１    軸部
１１２    フランジ
１１３    ブッシュ保持部
１１４    軸箱側ブッシュ
１１５    ストッパ
１１６    ナット部
１２０    台車枠側部材
１２１    外筒
１２２    フランジ
１２３    ブッシュ保持部
１２４    台車枠側ブッシュ
１２５    戻しバネ座
１２６    空気供給孔
１３０    円筒ゴムブッシュ
１４０    戻しバネ
１４１    保持ボルト
１５０    空気バネ
１５１    ベローズ
１５２，１５３    ベローズ保持部材
【図１】
2008247173.tif 000003
【図２】
2008247173.tif 000004
【図３】
2008247173.tif 000005