(57)【要約】【課題】耐久性及び走行安定性を向上させる。【解決手段】台車１に備えられる輪軸２は、車軸２０と、車輪９と、車軸２０の中央部よりも両端の側にそれぞれ設けられたコロスプライン３とを備える。コロスプライン３は、周方向に配列された複数の溝部を内周面に有するとともに、車軸２０に外嵌された大径スリーブ４と、周方向に配列された複数の溝部を外周面に有するとともに、車軸２０に外嵌されて車軸２０及び大径スリーブ４の間に介在した小径スリーブ５と、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部の間に介在した紡錘形のコロ６と、大径スリーブ４または小径スリーブ５を中途部で軸方向Ｙに継手した撓み板継手部７とを有する。大径スリーブ４及び小径スリーブ５のうち、車軸２０の中央側に位置する中央側スリーブは車軸２０と、端側に位置する端側スリーブは車輪９と連結される。【選択図】図１
2007314133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール上を走行する台車に備えられる輪軸において、
車軸と、
２つの車輪と、
前記車軸の中央部よりも両端の側にそれぞれ設けられたコロスプラインとを備え、
前記コロスプラインは、
軸方向に延在した溝部を内周面に有するとともに、前記車軸に外嵌された大径スリーブと、
軸方向に延在した溝部を外周面に有するとともに、前記車軸に外嵌されて当該車軸及び前記大径スリーブの間に介在した、前記大径スリーブよりも内径の小さい小径スリーブと、
前記大径スリーブ及び前記小径スリーブの前記溝部の間に介在してこれら大径スリーブ及び小径スリーブの間で回転トルクを伝達する紡錘形のコロと、
前記大径スリーブまたは前記小径スリーブを中途部で軸方向に継手した撓み板継手部とを有し、
前記大径スリーブ及び前記小径スリーブのうち、
前記車軸の中央側に位置する中央側スリーブは、前記車軸と一体化され、
端側に位置する端側スリーブは、前記車軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で、前記車輪に連結されていることを特徴とする輪軸。
【請求項２】
請求項１記載の輪軸において、
前記中央側スリーブは、前記大径スリーブであり、
前記端側スリーブは、前記小径スリーブであることを特徴とする輪軸。
【請求項３】
請求項１または２記載の輪軸を備え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、車輪間隔を変更可能な輪軸と、この輪軸を備える台車とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軌間寸法の異なるレール上を連続走行可能な鉄道車両の台車として、図５に示すように、車輪１０３の間隔を変更可能な、いわゆる軌間可変台車１００が開発されている。なお、図５では、軸線Ｌ３の上下で車輪１０３などの位置が異なっているが、軸線Ｌ３の上側では車輪１０３の間隔が狭い状態を、下側では広い状態を示している。
【０００３】
このような軌間可変台車１００の輪軸１０１の車軸１０２には、当該車軸１０２から車輪１０３に対して回転トルクを伝達するとともに軸方向Ｙに伸縮可能なコロスプライン１０４が設けられている。
【０００４】
このコロスプライン１０４は、略円筒状の大径スリーブ１０５及び小径スリーブ１０６を備えている。大径スリーブ１０５は、車軸１０２に外嵌されるとともに輪軸１０１の中央側において車軸１０２と一体化されている。小径スリーブ１０６は、車軸１０２に外嵌されており、中央側において車軸１０２及び大径スリーブ１０５の間に介在するとともに、端側において車輪１０３及び軸箱１０７に固定されている。小径スリーブ１０６の内周には滑り軸受（図示せず）が設けられており、小径スリーブ１０６や車輪１０３等を、車軸１０２に対して軸方向Ｙに相対移動させることができるようになっている。
【０００５】
これら大径スリーブ１０５及び小径スリーブ１０６には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、軸方向Ｙに延在する断面視半円状の溝部１０５ａ，１０６ａが、互いに対向した状態で車軸１０２の周方向に複数設けられている。そして、溝部１０５ａ，１０６ａの間には、小径スリーブ１０６から大径スリーブ１０５への回転トルク伝達部材として、コロ１０９，…が介在している。
【０００６】
このような軌間可変台車１００においては、車軸１０２に伝えられた回転トルクが大径スリーブ１０５、コロ１０９及び小径スリーブ１０６を介して車輪１０３に伝達可能となっている。また、前記滑り軸受を介して小径スリーブ１０６が軸方向Ｙに移動することによって、軸方向Ｙにおける車輪１０３の間隔が変更されるようになっている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
ところで、上記のようなコロスプライン１０４においては、コロ１０９が円柱状に形成されているため、図７に示すように、軌間可変台車１００の重量などによって輪軸１０１が撓んで大径スリーブ１０５や小径スリーブ１０６の回転軸が偏角すると、回転トルク伝達部材としてのコロ１０９の端部が小径スリーブ１０６の溝部１０６ａと大径スリーブ１０５の溝部１０５ａとによって挟まれて過剰なラジアル荷重、特に上下方向の荷重を受ける結果、コロ１０９が破損してしまう場合がある。そのため、コロスプライン１０４の耐久性を向上させる観点から、溝部１０５ａ，１０６ａとコロ１０９との間には隙間が設けられている。
【特許文献１】特開２００３−３２７１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２７１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、溝部１０５ａ，１０６ａとコロ１０９との間に隙間を設けると、小径スリーブ１０６から大径スリーブ１０５への回転トルクの伝達がスムーズに行われずに振動が生じ、走行安定性が悪くなってしまう。
【０００９】
本発明の課題は、耐久性及び走行安定性を向上させることができる輪軸及び台車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、レール上を走行する台車に備えられる輪軸において、
車軸と、
２つの車輪と、
前記車軸の中央部よりも両端の側にそれぞれ設けられたコロスプラインとを備え、
前記コロスプラインは、
軸方向に延在した溝部を内周面に有するとともに、前記車軸に外嵌された大径スリーブと、
軸方向に延在した溝部を外周面に有するとともに、前記車軸に外嵌されて当該車軸及び前記大径スリーブの間に介在した、前記大径スリーブよりも内径の小さい小径スリーブと、
前記大径スリーブ及び前記小径スリーブの前記溝部の間に介在してこれら大径スリーブ及び小径スリーブの間で回転トルクを伝達する紡錘形のコロと、
前記大径スリーブまたは前記小径スリーブを中途部で軸方向に継手した撓み板継手部とを有し、
前記大径スリーブ及び前記小径スリーブのうち、
前記車軸の中央側に位置する中央側スリーブは、前記車軸と一体化され、
端側に位置する端側スリーブは、前記車軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で、前記車輪に連結されていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、紡錘形とは、中央から両端に向かって次第に細くなる略円柱状の形状をいい、軸方向に垂直な断面が略円形である限りにおいて、軸方向と平行な断面において側周面が曲線で構成されていても良いし、直線で構成されていても良いし、曲線及び直線で構成されていても良い。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、小径スリーブ及び大径スリーブの溝部の間には、これら小径スリーブ及び大径スリーブの間における回転トルク伝達部材として紡錘形のコロが介在するので、円柱状のコロが介在する従来の場合と比較して、輪軸の軸方向におけるコロの端部が溝部から離れて位置する。従って、小径スリーブ及び大径スリーブの溝部とコロとの間に隙間を設けない場合であっても、輪軸が撓んで大径スリーブや小径スリーブの回転軸が偏角したときに、小径スリーブの溝部と大径スリーブの溝部とによってコロの端部が挟まれて過剰なラジアル荷重を受けるのを防止することができる。よって、回転トルク伝達部材の破損を防止することができるため、輪軸の耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、上記のように小径スリーブ及び大径スリーブの溝部とコロとの間に隙間を設けることなく輪軸の耐久性を向上させることができるので、溝部とコロとを常に接触させておくことができる。従って、小径スリーブから大径スリーブへの回転トルクの伝達をスムーズに行わせて振動の発生を防止することができるため、走行安定性や台車の乗り心地を向上させることができる。
【００１４】
また、コロスプラインは撓み板継手部を有しているので、輪軸の各端部は当該撓み板継手部の位置において屈折可能となる。また、上述のように、コロスプラインは回転トルク伝達部材としてのコロを破損させることなく大径スリーブや小径スリーブを偏角させることができるので、輪軸の各端部は小径スリーブ及び大径スリーブの溝部の位置においても屈折可能となる。従って、輪軸の各端部が２点で屈折可能となるため、車軸と車輪との間で回転軸がずれても、これらの回転軸を平行に保つことができる。よって、コロスプラインが撓み板継手部を有しない場合と異なり、輪軸が撓んだ場合であっても、車輪をレールに対して一定の角度で当接させることができるため、走行安定性や台車の乗り心地をいっそう向上させることができる。
【００１５】
なお、上記のようにコロスプラインの中央側スリーブが車軸と一体化され、端側スリーブが車軸に対して軸方向に相対移動可能な状態で車輪に連結されている場合には、この端側スリーブが中央側スリーブに対して輪軸の軸方向に相対移動することによって、端側スリーブとともに車輪が軸方向に移動し、軸方向における車輪間隔が変更されることとなる。
【００１６】
また、端側スリーブと車輪とは、ラジアル方向に連結されていても良いし、軸方向に連結されていても良い。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の輪軸において、
前記中央側スリーブは、前記大径スリーブであり、
前記端側スリーブは、前記小径スリーブであることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、台車において、
請求項１または２記載の輪軸を備えることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜３の何れか一項に記載の発明によれば、耐久性及び走行安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る台車１の概略構成を示す断面図である。なお、この図では、台車１の進行方向に垂直な断面において、台車１の左側部分の図示を一部省略しているが、台車１の各部は中心線Ｌ１に対して左右対称となっている。
【００２１】
この図に示すように、台車１は、レール（図示せず）上を走行する軌間可変台車であり、歯車装置１０と、本発明に係る輪軸２とを備えている。
【００２２】
歯車装置１０は、図示しない動力源で発生した動力を伝達して輪軸２を回転方向Ｗに回転させるものである。なお、本実施の形態においては、歯車装置１０は輪軸２の中央部と当接しており、いわゆる中央歯車装置となっている。
【００２３】
輪軸２は、軸方向Ｙに延在する円柱状の車軸２０を備えている。車軸２０の中央部よりも端側の部分には、車軸２０の中央側から端側に向かってコロスプライン３、車輪９及びスラスト軸受構造体１５がこの順に設けられている。なお、図１では、輪軸２の軸線Ｌ２の上下でコロスプライン３や、車輪９などの位置が異なっているが、軸線Ｌ２の上側では車輪９の間隔が狭い状態を、下側では広い状態を示している。
【００２４】
コロスプライン３は、車軸２０に外嵌された略円筒状の大径スリーブ４及び小径スリーブ５を備えている。
【００２５】
大径スリーブ４は、本発明における中央側スリーブであり、中央側の端部（以下、基端部とする）４０において車軸２０と一体化されている。この大径スリーブ４は、本実施の形態においては、基端部４０と反対側の端部（以下、先端部とする）４１の側が折返し部４２において内側に折り返されているため、全体として輪軸２の軸方向Ｙの長さが短くなっている。
【００２６】
これら大径スリーブ４の基端部４０と先端部４１とは、撓み板継手部７によって継手されている。
撓み板継手部７は、図２に示すように、互いに対向するリング状部材７０，７１を備えている。
【００２７】
リング状部材７０は、円形状の輪郭を有する板状部材であり、リング状部材７１よりも輪軸２の中央側（図２中左側）に位置している。このリング状部材７０は、複数の孔部７０ａ，…、孔部７０ｂ，…及び孔部７０ｃ，…を備えている。なお、本実施の形態においては、孔部７０ａの個数は２４個、孔部７０ｂ，７０ｃの個数は４個となっている。
【００２８】
孔部７０ａ，…は、リング状部材７０の内周縁に沿って配設されている。これら孔部７０ａ，…には、リング状部材７０を前記基端部４０に固定するための固定ピン（図示せず）が挿通されている。
【００２９】
孔部７０ｂ，…は、リング状部材７０の外周縁に沿って９０°毎に配設されている。この孔部７０ｂには、輪軸２の中央側からボルト７２の先端部が挿通されている。なお、図２では、図示の便宜上、一部のボルト７２や、後述の孔部７１ｃ、板ばね７６等について、図示を省略している。
【００３０】
孔部７０ｃ，…は、リング状部材７０の外周縁に沿って９０°毎に配設されており、当該リング状部材７０の周方向において前記孔部７０ｂと交互に位置している。この孔部７０ｃの内部には、ナット７３が収容されている。
【００３１】
リング状部材７１は、略矩形状の輪郭を有する板状部材であり、複数の切欠部７１ｂ，…及び孔部７１ｃ，…を備えている。なお、図２では図示していないが、リング状部材７１は、輪軸２の中央側から端側に向かってリング状部材７０に挿通された前記先端部４１と、内周縁に沿って一体化されている。また、本実施の形態においては、切欠部７１ｂ及び孔部７１ｃの個数は４個となっている。
【００３２】
切欠部７１ｂ，…は、リング状部材７１の外周縁に沿って９０°毎に配設されており、リング状部材７０の孔部７０ｂとほぼ対向している。この切欠部７１ｂによってリング状部材７１から切欠かれた部分には、ナット７４が配設されている。ナット７４は、孔部７０ｂに挿通されたボルト７２の先端部と螺合している。
【００３３】
孔部７１ｃ，…は、リング状部材７１の外周縁に沿って９０°毎に配設されており、当該リング状部材７１の周方向において前記切欠部７１ｂと交互に位置するとともに、リング状部材７０の孔部７０ｃと対向している。この孔部７１ｃには、輪軸２の端側からボルト７５の先端部が挿通されており、このボルト７５の先端部は、孔部７０ｃの内部のナット７３と螺合している。
【００３４】
これらリング状部材７０，７１の間には、可撓性の板ばね７６が複数配設されている。
これら板ばね７６，…は、両端部に孔部７６ａを有しており、この孔部７６ａを互いに重ね合せた状態で略円形に並べられている。各孔部７６ａにはボルト７２，７５の先端部が挿通されており、板ばね７６とリング状部材７０，７１との間には、ボルト７２，７５の先端部に外挿されたワッシャー７７が介在している。これにより、板ばね７６，…は、ボルト７２，７５及びナット７３，７４によってリング状部材７０，７１の間で係止されるとともに、軸方向Ｙに可撓な状態となっている。
【００３５】
なお、以上のような撓み板継手部７としては、例えば東洋電機製造（株）社製の「ＴＤ継手」（Twin Disc継手）を用いることができる。
【００３６】
また、大径スリーブ４の先端部４１の内周面には、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、軸方向Ｙに延在する複数の溝部４ａ，…が設けられており、これら溝部４ａは内周面の周方向に配列されている。なお、溝部４ａの個数は、後述の溝部５ａ及びコロ６と同数となっている。
【００３７】
小径スリーブ５は、図１に示すように、大径スリーブ４よりも小さい内径、より詳細には、大径スリーブ４の先端部４１よりも小さい内径を有しており、中央側（図１中左側）の部分において大径スリーブ４の先端部４１及び車軸２０の間に介在している。この中央側の端部の外周面には、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、軸方向Ｙに延在する複数の溝部５ａ，…が設けられており、これら溝部５ａ，…は前記溝部４ａと対向するように、外周面の周方向に配列されている。
【００３８】
また、この小径スリーブ５は本発明における端側スリーブであり、小径スリーブ５の端側（図１中右側）の端部の外周面には、図１に示すように、車輪９及びスラスト軸受構造体１５が固定されている。なお、スラスト軸受構造体１５は、車軸２０及び車輪９の一体的な回転を許容するとともに車軸２０に対する車輪９の位置を固定するものであり、図示しない台車枠に連結されている。
また、小径スリーブ５の内周には、滑り軸受５０，５０が設けられており、小径スリーブ５を車軸２０に対して軸方向Ｙに相対移動させることができるようになっている。
【００３９】
以上の大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａの間には、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、小径スリーブ５と大径スリーブ４との間の回転トルク伝達部材として、複数のコロ６，…が介在している。
【００４０】
これらコロ６，…は、図４（ａ）に示すように、軸方向Ｙに延在する紡錘形に形成されており、中央部から両端部に向かって次第に細くなっている。なお、本実施の形態においては、コロ６と溝部４ａ，５ａとは、輪軸２のラジアル方向において常に接触した状態となっている。
【００４１】
なお、小径スリーブ５よりも車軸２０の端側には、軸方向Ｙにおいて車輪９の位置を固定する位置固定装置（図示せず）が配設されている。この位置固定装置は、軸方向Ｙにおいてスラスト軸受構造体１５の位置を固定することにより、車輪９及び小径スリーブ５の位置を固定するようになっている。このような位置固定装置としては、従来より公知のものを用いることができる。
【００４２】
続いて、走行中の台車１の動作について説明する。なお、台車１が走行するときには、車輪９は前記位置固定装置によって軸方向Ｙに固定された状態となっている。
【００４３】
まず、前記動力源が駆動すると、歯車装置１０を介して車軸２０に動力が伝達され、当該車軸２０が回転する。これにより、コロスプライン３の大径スリーブ４が車軸２０と一体的に回転する。
【００４４】
大径スリーブ４が回転すると、この大径スリーブ４の溝部４ａの内面に押されてコロ６が回転し、このコロ６に溝部５ａの内面が押されて小径スリーブ５が回転する。これにより、小径スリーブ５が大径スリーブ４と一体的に回転する。
【００４５】
このように、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａの間には、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の間における回転トルク伝達部材として紡錘形のコロ６が介在するので、円柱状のコロが介在する従来の場合と比較して、輪軸２の軸方向Ｙにおけるコロ６の端部が溝部４ａ，５ａから離れて位置する（図３（ｂ），（ｃ）参照）。そのため、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａと、コロ６との間に隙間を設けない場合であっても、輪軸２が撓んで大径スリーブ４や小径スリーブ５の回転軸が偏角したときに、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａによってコロ６の端部が挟まれて過剰なラジアル荷重を受けるのが防止される。
【００４６】
また、上記のように回転トルクが伝達されるときに、大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａと、コロ６との間にはラジアル方向の隙間がないため、溝部４ａ，５ａとコロ６とは常に接触した状態となる。そのため、大径スリーブ４から小径スリーブ５への回転トルクの伝達がスムーズに行われる結果、振動の発生が防止される。
【００４７】
また、コロスプライン３は撓み板継手部７を有しているので、輪軸２の各端部は当該撓み板継手部７の位置において屈折可能となる。また、上述のように、コロスプライン３は回転トルク伝達部材としてのコロを破損させることなく大径スリーブ４や小径スリーブ５を偏角させることができるので、輪軸２の各端部は大径スリーブ４及び小径スリーブ５の溝部４ａ，５ａの位置においても屈折可能となる。そのため、輪軸２の各端部が２点で屈折可能となるため、車軸２０と車輪９との間で回転軸がずれても、これらの回転軸は平行に保たれる。
【００４８】
そして、コロスプライン３の小径スリーブ５が回転すると、この小径スリーブ５と一体的に車輪９が回転し、これにより台車１が走行する。
【００４９】
続いて、車輪９の間隔を変更するときの台車１の動作について説明する。
まず、前記位置固定装置による車輪９の固定状態が解除されると、軌間の変動に伴ってコロスプライン３の小径スリーブ５が滑り軸受５０，５０を介し、車軸２０に対して軸方向Ｙに相対移動する。このとき、各コロ６は、大径スリーブ４の溝部４ａ，小径スリーブ５の溝部５ａに対して少なくとも一端部，他端部で当接する。これにより、大径スリーブ４から小径スリーブ５に対して回転トルクを伝達可能な状態に維持しつつ、コロスプライン３が軸方向Ｙに伸張または収縮する。
【００５０】
そして、このコロスプライン３の伸張または収縮により、小径スリーブ５に固定された車輪９の間隔が変更されることとなる。
【００５１】
以上の台車１によれば、小径スリーブ５の溝部５ａと大径スリーブ４の溝部４ａとによって回転トルク伝達部材としてのコロ６の端部が挟まれて過剰なラジアル荷重を受けるのを防止することができるため、コロ６の破損を防止し、輪軸２の耐久性を向上させることができる。
【００５２】
また、大径スリーブ４から小径スリーブ５への回転トルクの伝達をスムーズに行わせて振動の発生を防止することができるため、走行安定性や台車１の乗り心地を向上させることができる。
【００５３】
更に、車軸２０と車輪９との間で回転軸を平行に保つことができるため、輪軸２が撓んだ場合であっても、車輪９をレールに対して一定の角度で当接させることができる。従って、走行安定性や台車１の乗り心地をいっそう向上させることができる。
【００５４】
なお、上記の実施の形態においては、本発明における中央側スリーブを大径スリーブ、端側スリーブを小径スリーブとして説明したが、中央側スリーブを小径スリーブ、端側スリーブを大径スリーブとしても良い。
【００５５】
また、本発明における中央側スリーブに撓み板継手部７が設けられていることとして説明したが、端側スリーブに設けられることとしても良い。
また、コロ６を、図４（ａ）に示す形状のものとして説明したが、紡錘形である限りにおいて、例えば図４（ｂ）に示すような形状のものとしても良い。
【００５６】
また、歯車装置１０を中央歯車装置として説明したが、輪軸２の中央部からオフセットされた位置で当該輪軸２と当接する、いわゆるオフセット歯車装置としても良い。
また、撓み継手部７の各部材の個数については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る台車の概略構成を示す断面図である。
【図２】撓み板継手部の分解図である。
【図３】コロスプラインの溝部とコロとの関係を示す図であり、（ａ）は輪軸の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の切断線IIIに沿ってコロスプラインを切断した場合の断面図、（ｃ）は（ａ）の切断線IVに沿ってコロスプラインを切断した場合の断面図である。
【図４】コロの側面図である。
【図５】従来の台車の概略構成を示す断面図である。
【図６】コロスプラインの溝部とコロとの関係を示す図であり、（ａ）は輪軸の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）の切断線Iに沿ってコロスプラインを切断した場合の断面図、（ｃ）は（ａ）の切断線IIに沿ってコロスプラインを切断した場合の断面図である。
【図７】輪軸が撓んだ際に図６（ａ）の切断線IIに沿ってコロスプラインを切断した場合の断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１          台車
２          輪軸
３          コロスプライン
４          大径スリーブ，中央側スリーブ
５          小径スリーブ，端側スリーブ
４ａ，５ａ  溝部
６          コロ
７          撓み板継手部
９          車輪
２０        車軸
Ｙ          軸方向
【図１】
2007314133.tif 000003
【図２】
2007314133.tif 000004
【図３】
2007314133.tif 000005
【図４】
2007314133.tif 000006
【図５】
2007314133.tif 000007
【図６】
2007314133.tif 000008
【図７】
2007314133.tif 000009