(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車枠と、前記台車枠に取り付けられた１本の車軸と、前記車軸に支持された２つの車輪と、前記車軸の中心に対して非対称に取り付けられた機器を備えた鉄道車両用１軸台車の車体支持機構において、
前記機器の質量による前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、前記台車枠を静的に水平に保つように、前記車軸中心との距離が選択された複数の車体支持ばねを配置したことを特徴とする１軸台車の車体支持機構。
【請求項２】
前記車体支持ばねは３個であり、各々のばねに等荷重が作用するような位置に、当該ばねを配置したことを特徴とする請求項１に記載の車体支持機構。
【請求項３】
台車枠と、前記台車枠に取り付けられた１本の車軸と、前記車軸に支持された２つの車輪と、前記車軸の中心に対して非対称に取り付けられた機器を備えた鉄道車両用１軸台車の車体支持機構において、
前記機器の質量による前記車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、前記台車枠を静的に水平に保つように、各々のばね剛性が設定された複数の車体支持ばねを備えたことを特徴とする１軸台車の車体支持機構。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の車体支持機構を採用した鉄道車両用台車。
【請求項５】
請求項４に記載の台車を備えた鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の車体を１軸台車により支持する機構、これを用いた１軸台車及び、当該台車を利用した鉄道車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の走り装置としては、現在では２軸台車が主流である。２軸台車においては、前後２本の輪軸を組込んだ台車枠の中央付近で1台車当り２個または４個のばねで車体を支持する方法が一般的である。近年、車体の軽量化が進み、輪軸の負担荷重に余裕が生じるケースが発生し、荷重の面からは台車に２軸を要しない場合もでてきた。１車両に２台の２軸台車を使用した場合に比べ、１車両に２台の１軸台車を用いれば、輪軸の本数は半分になり、関連する軸受、駆動装置等の部品も半分になる。その結果、重量、コストの低減はもとより、保守の手間も半減することは言うまでもない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一軸台車は台車自体でレール上に安定して立つことができない。すなわち、車軸中心の位置において車体をばねで支持した場合にも、ブレーキやモーター等、非対称に台車枠に取付いた機器の質量によるアンバランスから、台車枠が車軸中心回りに傾くという問題がある。台車枠の一端には、台車から車体へ牽引力や制動力を伝えるための牽引装置があり、台車枠の傾きによって、牽引リンクの支点のゴム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。
【０００４】
また、軸箱は台車枠から軸箱守によって前後にガイドされ、走行中の振動により軸ばねのたわみ分上下に摺動が生じる。このため、台車枠が傾いていると、案内部分のすり板に偏磨耗が生じる等の不具合が生じる。
【０００５】
図１（Ａ）及び図２（Ａ）は、従来の１軸台車支持機構の原理（力学的作用図）を示す。図１（Ａ）は１つの台車につき車体支持ばねを２個使用した例を示し、図２（Ａ）は１つの台車につき車体支持ばねを４個使用した例を示す。また、図３は、図１（Ａ）に対応する従来の台車支持機構の実際の構造（側面図）を示す。図１（Ａ）及び図２（Ａ）の何れの台車枠上においても、重量ｍｇの機器が偏って取り付けられているものとする。
【０００６】
図１（Ａ）及び図２（Ａ）において、符号１は車体、２は台車枠、３は輪軸、４は軸受、５０及び５５は車体支持ばね、７は牽引リンク、８は台車枠２に取り付けられたブレーキやモーター等の機器、０は車軸（軸受）中心を示す。また、ａは車軸中心０から車体支持ばね５５の中心までの距離、Ｌは車軸中心０から機器８の質量中心までの距離を示すものとする。牽引リンク７は、台車枠２の一端において、台車から車体１へ牽引力や制動力を伝えるように構成されている。
【０００７】
図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示す従来の車体支持機構においては、非対称に台車枠２に取付けられた機器８の質量ｍｇによるアンバランスから、各々図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示すように、台車枠２が車軸中心０まわりに傾いてしまう。その結果、牽引リンク７の支点のゴム等に無理な力が加わり、強度上不利となる。また、台車枠２の傾きにより、案内部分のすり板に偏磨耗が生じる等不具合が起こる。
【０００８】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、台車枠が車軸中心まわりに傾いてけん引装置や軸箱守やすり板等に悪影響を与えることのないように台車枠を静的に水平に保つための手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る車体支持機構においては、機器の質量による車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、台車枠を静的に水平に保つように、当該車軸中心との距離が選択された複数の車体支持ばねを配している。例えば、各々の支点（ばね）に等荷重が作用するような位置に、少なくとも３つの車体支持ばねを車軸中心から離して配置する。また、本発明の第２の態様に係る車体支持機構においては、機器の質量による車軸中心まわりの偏心モーメントと釣合い、台車枠を静的に水平に保つように、車体支持ばねの各々のばね剛性を設定する。このように、本発明によれば、１軸台車の台車枠に、車軸中心に対し非対称に偏心して取付けた機器の質量による偏心モーメントが吸収（相殺）可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明に係る鉄道車両を示す。図４に示す鉄道車両には、以下に示す本発明に係る各台車１００が使用される。図５及び図６は、本発明の第１の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示し、図５が側面図、図６が車体側（上）から見た平面図である。図５及び図６に示すように、台車枠（２）上において、重量ｍｇの機器８が偏って取り付けられているものとする。
【００１１】
図５及び図６において、符号１は車体、２は台車枠、３は輪軸、４は軸受、５は車体支持ばね、７は牽引リンク、８は台車枠２に取り付けられたブレーキやモーター等の機器、０は車軸（軸受）中心を示す。また、ａは車軸中心０から車体支持ばね５の中心までの距離、Ｌは車軸中心０から機器８の質量中心までの距離を示すものとする。牽引リンク７は、台車枠２の一端において、台車から車体１へ牽引力や制動力を伝えるように構成されている。
【００１２】
４つの車体支持ばね５は、各々同一のばね剛性を有するものとする。これら４つの車体支持ばね５は、車軸（軸受）中心０からａ，ｂの距離に配置して、台車枠２に非対称に取付けた機器８等による偏心モーメントを相殺（吸収）し、台車枠２が水平を保つようになっている。
【００１３】
図７は、図６に対応する第１の実施例の原理（力学的作用図）を示す。図７において、以下の式（１）の関係が成立つ。ここで、各記号の内容は以下の通りである。
Ｗ：１台車上に加わる荷重
ｍｇ：台車枠２に取り付けられた機器８の重量
ａ，ｂ：台車枠２上に配置された車体支持ばね５の中心の、車軸（軸受）中心０からの距離
Ｌ：台車枠２に取り付けられた機器８の重心と車軸（軸受）中心０との距離
Ｗａ／２＋ｍｇＬ＝Ｗｂ／２    ・・・（１）
【００１４】
従って、以下に示す式（２）すなわち（３）を満足する「ａ」、「ｂ」を選択することにより、台車枠に作用する車軸（軸受）中心０まわりのモーメーントが釣合い、台車枠を静的に水平に保つことができる。
ｂ＝ａ＋２ｍｇＬ／Ｗ          ・・・（２）
ｂ／ａ＝１＋２ｍｇＬ／ａＷ    ・・・（３）
【００１５】
図８及び図９は、本発明の第２の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示し、図８が側面図、図９が車体側（上）から見た平面図である。図８及び図９に示すように、台車枠（２）上において、重量ｍｇの機器８が偏って取り付けられているものとする。なお、上述した第１の実施例と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。本実施例においては、ばね剛性の異なる車体支持ばね１５，１６を各々２個づつ使用する。
【００１６】
図１０は、図８及び図９に示す本発明の第２実施例の動作原理（作用）を示す。車体支持ばね１５，１６は車軸（軸受）中心０から等距離ａに配置されるが、そのばね剛性ｋ１５，ｋ１６  は、以下の式（４）、（５）を満足するように設定されている。ここで、各記号の内容は以下の通りである。
ｋ１５，ｋ１６：車体支持ばね１５，１６の上下剛性（ばね剛性）
δ：車体支持ばねのたわみ（台車枠２が水平を保つときの車体支持ばねのたわみは等しくなる条件から）
【００１７】
Ｗ／２ｋ１６＋ｍｇＬ／２ａｋ１６
＝Ｗ／２ｋ１５−ｍｇＬ／２ａｋ１５・・・（４）
ｋ１６／ｋ１５＝（１＋ｍｇＬ／ａＷ）／（１−ｍｇＬ／ａＷ）・・・（５）
【００１８】
図１１及び図１２は、本発明の第３の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示し、図１１が側面図、図１２が車体側（上）から見た平面図である。図１１及び図１２に示すように、台車枠（２）上において、重量ｍｇの機器８が偏って取り付けられているものとする。なお、上述した第１及び第２の実施例と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付し、重複した説明は省略する。本実施例においては、上記実施例に使用されているようなコイルばねに換えて、空気ばね２５を３個使用している。
【００１９】
本実施例においては、３個の車体支持ばね２５について、以下の式（６）となるように、式（７）すなわち（８）を満足する「ａ」、「ｂ」を選択することにより、台車枠２を水平に保つことが可能となる。
Ｗｂ／３＝２Ｗａ／３＋ｍｇＬ    ・・・（６）
ｂ＝２ａ＋３ｍｇＬ／Ｗ          ・・・（７）
ｂ／ａ＝２＋３ｍｇＬ／ａＷ      ・・・（８）
【００２０】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。例えば、ばねの種類、機器８の位置等に関しては、上記実施例に限定されない。また、台車枠２に取り付けられる機器８の種類に関しても、モータあるいはブレーキなどに限定されるものではない。すなわち、本発明は、車軸周りに偏心モーメントが生じる状況であれば、いずれのケースにも適用できるものである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、台車枠（２）に重量のある機器（８）を非対称に取り付けても、台車を水平に保つことができる。このため、けん引リンク支点の負荷が軽減され、軽量小形化によるコスト低減、メンテコストの低減、長寿命化が得られる。更にその結果、軸箱守りすり板の偏磨耗が減少し、メンテコストの低減、長寿命化が得られる。
【００２２】
また、第３の実施例のように、車体支持ばねを３つとした場合には、４点支持の場合に比べ、支持ばねが1個少なくて済み、構造簡素化、メンテを含めたコスト低減、軽量化が可能となる。更に、車体支持ばねの配置にスペース的な制約がある場合も、偏心質量による台車枠の傾きを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の１軸台車の構造を示す概略側面図であり、２つの車体支持ばねを使用したケースを示す。
【図２】図２は、従来の１軸台車の構造を示す概略側面図であり、４つの車体支持ばねを使用したケースを示す。
【図３】図３は、図１に示す従来の１軸台車の詳細な構成を示す側面図である。
【図４】図４は、本発明に係る１軸台車１００を採用した鉄道車両の概略構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す側面図である。
【図６】図６は、第１の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す平面図である。
【図７】図７は、第１の実施例の作用を説明するための概略側面図及び力学的作用図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す側面図である。
【図９】図９は、第２の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す平面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施例の作用を説明するための概略側面図及び力学的作用図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す側面図及び、当該実施例の作用を説明するための力学的作用図であるである。
【図１２】図１２は、第３の実施例に係る鉄道車両用１軸台車の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１      車体
２      台車枠
３      輪軸
４      軸受
５，６，１５，１６，２５，５０，５５      車体支持ばね
７      牽引リンク
８      ブレーキやモーター等の機器
０      車軸（軸受）中心
【図１】
0003919434.tif 000002
【図２】
0003919434.tif 000003
【図３】
0003919434.tif 000004
【図４】
0003919434.tif 000005
【図５】
0003919434.tif 000006
【図６】
0003919434.tif 000007
【図７】
0003919434.tif 000008
【図８】
0003919434.tif 000009
【図９】
0003919434.tif 000010
【図１０】
0003919434.tif 000011
【図１１】
0003919434.tif 000012
【図１２】
0003919434.tif 000013