(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後の車軸の両端部にある各軸箱と側梁とを連結する各一次ばねの直上部近傍に、台車枠と車体とを連結する空気ばねを有し、
側梁の中央部どうしを連結した１つの横梁の中央部に一端を連結し他端を車体の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンクを設け、
台車枠の左右に設けた空気バネの高さ調節機構における左側の高さ調節機構が、互いに連通し合う左側の前後の空気バネの高さ調節を行い、右側の高さ調節機構が互いに連通し合う右側の前後の空気バネの高さ調節を行い、左右の空気バネどうしは連通させていない
ことを特徴とする車両用ボルスタレス台車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ボルスタレス台車に関し、詳しくは、台車と車体とを空気ばねによって直接結合する簡単な構造の鉄道車両用ボルスタレス台車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られる鉄道車両用のボルスタレス台車で現用のものとしては、例えば図１０〜図１２に示すようなものがある。
【０００３】
このものは前後２組の輪軸ａ、ｂと、台車枠ｃとがそれぞれ軸箱ｄ、軸バネｅを介して連結され、台車枠ｃの側梁ｆの中央部付近に置かれた空気バネｇを介して台車枠ｃと車体ｈとが直接結合されている。
【０００４】
前後方向には、車体ｈの下部から台車中心部へ下向きに延びる中心ピンｉと台車枠ｃを連結する牽引リンクｊにより支持されている。また、ボルスタレス台車はひとたび図９の（ｂ）に実線と仮想線とで示すような台車ピッチング振動が起こると、これを減衰させる機構を持たないために、台車ピッチングが収まり難い傾向がある。これを解消するため従来は、牽引リンクｊの前記中心ピンｉを利用した連結にて、牽引リンクｊの設置高さを図１１、図１２に示すように輪軸ａ、ｂの中心高さに近づけることにより、台車ピッチングを励起させにくくしたり、図示しないが、軸バネに平行な軸ダンパを設けて、発生した台車ピッチングを減衰させるようにしたりしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の中心ピンを持ったボルスタレス台車では、かさ張りの大きな中心ピンが台車の中に占める空間を確保するために、台車の軸距ｌが図６の（ｂ）に示すように長くなり、この長くなる分だけ、図７の仮想線で示すようにアタック角θが増大し、前後輪ｍ、ｎが軌条の曲線に沿い難くなるので、曲線通過時の横圧が高くなり勝ちである。この横圧を低減するためには前後の輪軸ａ、ｂが軌条の曲線のラジアル方向に向くように支持するアンカーフレームを設けたり、実開平５−５６７２１号公報で知られるような輪軸ａ、ｂが前記ラジアル方向に向くように操舵する台車操舵機構と云った特殊な構造を設ければよいが、台車の構造が複雑になりコストが上昇するなど他の問題が生じる。
【０００６】
また、側梁ｆは両端部を軸バネｅによって下方から支持され、中央部には空気バネｇを介して車体の荷重が上方から働くので、側梁ｆには図８の（ｂ）に示すように、中央部を境にした曲げモーメントＭが常時発生している上、前後の軸バネｅの支持点間の距離も上記した長い軸距ｌに比例して大きなものとなること、および上記の中心ピンｉが重量物であって、その分だけバネ上質量、つまり車体ｈ側の質量が増大することとによって、側梁ｆの必要強度が高くなり、側梁ｆは断面係数が大きく強固なものに設計せざるを得ず、台車の軽量化の妨げになっている。
【０００７】
このため、近時の車両の高速化、消費電力の低減、ランニングコストの低減などに伴う、台車の軽量化の要求に応えられないものとなっている。
【０００８】
一方、特開昭６１−２１８６１号公報は、軸箱真上の台車枠と車体間に設けられ車体荷重を台車枠に伝達する空気バネを設け、車体の荷重がこれら空気バネおよび一次ばねを通して車輪に伝達されるようにしたことにより、台車枠の側梁の断面係数を下げることができ軽量化が図れる技術を開示している。
【０００９】
しかし、このものは、一端を車体下部に取付け他端を台車枠に掛合して、台車枠と車体間の前後、左右力のみを伝達する中央ピンを依然として採用している。
【００１０】
このため、中心ピンが重量物であること、および軸距が長いことによる上記各種の弊害は、発生しなくなっているバネ上質量による側梁の曲げモーメントへの影響を除いて、なお残っている。
【００１１】
本発明の目的は、台車の質量および専有面積をともに小さくして台車ピッチングを抑制しながら、曲線通過時の横圧を特別な操舵機構なしに低減でき、かつ構造が簡単でより軽量な車両用ボルスタレス台車を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明の車両用ボルスタレス台車は、前後の車軸の両端部にある各軸箱と側梁とを連結する各一次ばねの直上部近傍に、台車枠と車体とを連結する空気ばねを有し、側梁の中央部どうしを連結した１つの横梁の中央部に一端を連結し他端を車体の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンクを設け、台車枠の左右に設けた空気バネの高さ調節機構における左側の高さ調節機構が、互いに連通し合う左側の前後の空気バネの高さ調節を行い、右側の高さ調節機構が互いに連通し合う右側の前後の空気バネの高さ調節を行い、左右の空気バネどうしは連通させていないことを特徴とするものである。
【００１３】
このような構成では、一次バネの直上近傍に位置して台車枠の前後左右部を車体と結合する空気バネが、内部の上下減衰機能も手伝って、台車のピッチング変位、ピッチング速度に対しても復元反力、減衰力を発揮して、台車のピッチング剛性およびピッチング減衰性を向上させるので、台車ピッチング振動を抑えながら、従来ピッチング励振を避けるために中心ピンを利用した連結にて車軸中心高さ程度まで下げていた牽引リングを、中心ピンなしに台車枠の上部位置にて台車枠と車体下部とを連結して車体の前後力を台車枠に伝達することができ、これによって、車体を主体とするバネ上質量が、重量物である中心ピンをなくした分だけ小さくなることと、バネ上質量による荷重は車両用ボルスタレス台車において空気バネおよび一次バネにて車軸に伝達されて、台車枠の側梁に空気バネを介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁の必要強度を２重に低減することができるし、中心ピンがないことによりこれを台車枠の中に設ける空間が不要になって、艤装スペースが増大し、かつ、台車枠自体が軸距を必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。しかも、軸距が短いことにより軌条の曲線部を走行するときのアタック角が減少して横圧が小さくなるので、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。そして、台車枠の側梁および横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
特に、前後の空気バネどうしを連通させることで、従来と同じ左右各１個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネどうしは連通していないことと、空気バネの１個当たりの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
また、台車枠の２つの側梁および１つの横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなり、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の幾つかの実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態１は図１〜図３に示すように、１つの軸箱１を１か所の軸バネ２によって支持する軸箱支持方式の車両用ボルスタレス台車の場合で、これの台車枠５は図２、図３に示すように左右の側梁６の中央部どうしを横梁９によって連結して構成されている。軸箱１は車輪３と一体形成された車軸である前後２本の輪軸４ａ、４ｂの両端に設けられ、前後の輪軸４ａ、４ｂの左にある軸箱１は台車枠５の左側の枠材である側梁６の前後各部と対向し、前後の輪軸４ａ、４ｂの右にある軸箱１は台車枠５の右側の枠材である側梁６の前後各部に対向している。軸バネ２は一次バネであり前記各軸箱１とこれが対向する台車枠５の側梁６の各部との間を連結している。
【００１６】
車両用ボルスタレス台車において台車枠５と車体８を連結する二次バネである空気バネ７は、前記一次バネである軸バネ２の直上部にて、台車枠５と車体８とを連結している。具体的には側梁６にある軸バネ２を受けるバネ帽１１上に空気バネ７を設けてある。これにより、車体８の荷重は台車枠５を通らずに直接空気バネ７から軸バネ２に働き、台車枠５にバネ上荷重を支持するための強度が要らなくなる。このような強度上の面からは、空気バネ７は軸バネ２の真上にあるのが最適であるが、他のものとの配置の関係によっては、軸バネ２の真上の位置から前後左右に若干オフセットした位置に設けられてもほぼ同様な特徴を発揮する。
【００１７】
また、本実施の形態１では車体８の前後力を台車枠５に伝達するため、横梁９の中央部に一端を連結し他端を車体８の下部に中心ピンなしに連結する牽引リンク１２を設けてある。ところで、上記のように設けられた空気バネ７は、軸バネ２の直上近傍に位置して台車枠５の前後左右部分を車体８と結合し、内部に有する図９の（ａ）に模式的に示した上下減衰機能１３と相まって、台車のピッチング変位、ピッチング速度に対しても復元反力、減衰力を発揮して、台車のピッチング剛性およびピッチング減衰性を向上することによって、台車ピッチング振動を抑えながら、従来ピッチング励振を避けるために中心ピンを利用した連結によって輪軸４の中心高さ程度まで下げていた牽引リンク１２を、中心ピンを用いない連結によって本実施の形態１のように台車枠５上部位置に設けて台車枠５と車体８下部とをそれぞれに設けた金具１６、１８を介しただけで連結し、車体８の前後力を台車枠５に伝達することがきるようになる。
【００１８】
これによって、車体８を主体とするバネ上質量が、重量物である中央ピンをなくした分だけ小さくなることと、バネ上質量による荷重は図８の（ａ）に示すように車両用ボルスタレス台車において空気バネ７および軸バネ２にて輪軸４ａ、４ｂに伝達されて、台車枠５の側梁６に空気バネ７を介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁６の必要強度を２重に低減することができるし、中央ピンがないことによりこれを台車枠５の中に設ける空間が不要になって、各種機器を付帯するための艤装スペースが増大し、かつ、台車枠５自体が図６の（ａ）、図７の実線で示すように軸距Ｌを必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠５を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。なお、図２に示す金具１７は車体８側の左右動ストッパ受であり、過剰の左右力を伝達する。
【００１９】
しかも、軸距Ｌが短いことにより軌条の曲線部を走行するときの、車輪３と軌条の方向のずれであるアタック角Θが図７の実線で示すように従来のθに比し減少して横圧が小さくなるので、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。
【００２０】
さらに、本実施の形態１では、台車枠５の左右に空気バネ７の高さ調節機構１４、１５が設けられている。各高さ調節機構１４、１５は台車枠５の左右における前後方向の中央位置にあり、左側の高さ調節機構１４は互いに連通し合う左側の前後の空気バネ７、７の高さ調節を行い、右側の高さ調節機構１５は互いに連通し合う右側の前後の空気バネ７、７の高さ調節を行う。このように前後の空気バネ７どうしを連通させることで、従来と同じ左右各１個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車５のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネ７どうしは連通していない。このことと、空気バネ７の１個当たりのの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体８のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
【００２１】
また、本実施の形態１では、台車枠５の側梁６および横梁９が細くてよく、側梁６は曲がりやすく横梁９はねじれやすくなることから、台車枠５はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態２は、１つの軸箱１を２つの軸ばね２によって支持するタイプの車両用ボルスタレス台車を示し、本実施の形態２でも空気バネ７の位置は軸箱１の真上に位置しているが、空気バネ７の位置を軸箱１の真上の位置から前後左右に少しオフセットした位置に設けられてもよいことは実施の形態１の場合と同様である。
【００２３】
他の構成および奏する作用効果は実施の形態１と変わらないので、説明は省略する。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、台車ピッチング振動を抑えながら、牽引リンクを台車枠上部位置に設けて中心ピンなしに台車枠と車体下部とを連結して車体の前後力を台車枠に伝達でき、車体を主体とするバネ上質量が、重量物である中央ピンをなくした分だけ小さくなることと、台車枠の側梁に空気バネを介したバネ上質量による曲げモーメントが生じなくなることとが相乗して、側梁の必要強度を２重に低減することができるし、中央ピンがないことにより艤装スペースが増大し、かつ、台車枠自体が軸距を必要最小限に短くした専有面積の小さいコンパクトなものとなるので、台車枠を大幅に軽量化することができ、近時の車両の高速化に伴う軽量化の要求に十分に応えられるものとなる。しかも、軸距が短いことにより軌条の曲線部を走行するときの横圧が小さくなり、特別な台車操舵機構を省略することができ、台車のさらなる簡略化と軽量化を達成することができ、コストも低減することができる。そして、台車枠の側梁および横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなる。このため、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
特に、前後の空気バネどうしを連通させることで、従来と同じ左右各１個づつの高さ調節装置が使用でき、これらは前後方向の中央位置にあるため、高さ検知に対する台車のピッチングの影響を排除することができる。一方、左右の空気バネどうしは連通していないことと、空気バネの１個当たりの上下剛性を従来の空気バネの半分よりも大きくすることとにより、従来ロール剛性を補う目的で使用されたアンチローリング装置を用いることなく車体のロール剛性を増大させることができると言う長所もある。
また、台車枠の２つの側梁および１つの横梁が細くてよく、側梁は曲がりやすく横梁はねじれやすくなることから、台車枠はねじれに対してはしなやかとなり、軌道の水準狂いによる輪重変動は、軸バネ上下剛性を必要以上に下げなくても、低減でき、脱線に対する安全性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１としての車両用ボルスタレス台車の全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の台車の平面図である。
【図３】図１の台車の背面図である。
【図４】本発明の実施の形態２としての車両用ボルスタレス台車の全体構成を示す側面図である。
【図５】図４の台車の平面図である。
【図６】実施の形態１と従来の台車との構造および大きさの違い等を比較した模式図である。
【図７】実施の形態１と従来の台車との軸距の違いによるアタック角の違いを示す模式図である。
【図８】実施の形態１と従来の台車との側梁に対するバネ上質量の影響の違いを示す模式図である。
【図９】実施の形態１と従来の台車との台車ピッチング剛性、減衰性を比較した模式図である。
【図１０】従来の車両用ボルスタレス台車の側面図である。
【図１１】図１０の台車の平面図である。
【図１２】図１０の台車の背面図である。
【符号の説明】
１  軸箱
２  軸バネ
３  車輪
４ａ、４ｂ  輪軸
５  台車枠
６  側梁
７  空気バネ
８  車体
９  横梁
１２  牽引リンク
１６、１８  金具
【図１】
0003845144.tif 000002
【図２】
0003845144.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003845144.tif 000009
【図９】
0003845144.tif 000010
【図１０】
0003845144.tif 000011
【図１１】
0003845144.tif 000012
【図１２】
0003845144.tif 000013