(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体を支持する台車枠と、この台車枠に基端が軸支されて揺動可能とされ、かつその揺動端に軸箱が設けられた軸梁と、前記軸箱によって回動自在に支持された車軸と、この車軸に軸受を介して回転自在に支持された車輪と、前記車軸に固定された電機子および前記車輪と一体に回転する回転子を有する、前記車輪を直接回転駆動する駆動用モータと、前記車軸の軸線に対して半径方向外側に延び、かつ前記車軸と一体に回動するトルクアームと、前記駆動用モータの駆動反力を前記トルクアームから前記軸梁に弾性変形しつつ伝達する、前記トルクアームと前記軸梁との間に介装された駆動反力伝達部材とを備えることを特徴とする鉄道車両用台車の車軸支持構造。
【請求項２】
前記駆動反力伝達部材を、前記軸梁を前記台車枠に軸支する軸支点に接近させて配置したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用台車の車軸支持構造。
【請求項３】
前記駆動反力伝達部材は、互いに積層された複数のゴム部材から形成されるとともに、前記ゴム部材の剪断変形によって駆動反力を伝達する構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用台車の車軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両用台車に関し、より詳しくは、車軸に取り付けた駆動用モータによって車輪を直接回転駆動する、いわゆるＤＤＭ駆動形式を採用する鉄道車両用台車に好適に用いることができる車軸支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示した従来の鉄道車両用台車１においては、車輪２を回転駆動する駆動用モータ３は台車枠４に取り付けられている。そして、駆動用モータ３が出力する駆動力は歯車箱５を介して車軸６に伝達され、車軸６に固着された車輪２を回転駆動する。これにより、駆動用モータ３が車輪６を回転駆動する駆動力の反力は、台車枠４によって直接受け止められる。
【０００３】
一方、車軸に取り付けた駆動用モータによって車輪を直接回転駆動する、いわゆるＤＤＭ駆動形式の鉄道車両用台車の開発が進められている。このＤＤＭ駆動形式の鉄道車両用台車においては、例えば特開平５−１６８００号広報に記載されているように、車軸と車輪との間に軸受が介装され、車輪は車軸に対して回転自在に支持される。また、車輪を回転駆動する駆動用モータの電機子が車軸に固定されるとともに、回転子は車輪に接続されて車輪と一体に回転する。これにより、駆動用モータの回転子の回転によって車輪を直接回転駆動することができるが、駆動用モータが車輪を回転駆動する駆動力の反力を受け止めるために、車軸を回転不能に固定する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、左右一対の軸箱によって単に車軸を回転不能に固定したのでは、種々の問題点が発生する。例えば、図９に示した軸梁式台車１０においては、車体１１のローリングに伴って台車枠１２がローリングすると、左右一対の軸梁１３Ｌ，１３Ｒを台車枠１２にそれぞれ軸支する軸支点１４Ｌ，１４Ｒ間に軌条１５に対する高低差Ｈが生じるため、左右一対の軸箱１６Ｌ，１６Ｒ間に側面視の角度差θが生じてしまう。これにより、左右一対の軸箱１６Ｌ，１６Ｒに車軸１７の両端部を単に固定したのでは、車体がローリングするたびに車軸１７に大きなねじりトルクが負荷され、車軸１７を軸箱１６Ｌ，１６Ｒに固定する部分が破損してしまう。
【０００５】
また、走行時に車輪および車軸に生じる振動や衝撃の台車枠への伝達を最小限に抑えるためには、車軸および軸箱回りのバネ下重量をできるだけ軽量化する必要がある。特に、ＤＤＭ駆動方式においては車軸に取り付けた駆動用モータによってバネ下重量が増加するので、特に軽量な車軸支持構造が求められる。
【０００６】
しかしながら、前述した特開平５−１６８００号広報には、ＤＤＭ駆動方式を採用する鉄道車両用台車に好適に用いることができる車軸支持構造については、記載も示唆もなされていない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、車軸に取り付けた駆動用モータによって車輪を直接回転駆動する方式（ＤＤＭ駆動方式）の鉄道車両用台車に好適に用いることができる車軸支持構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の鉄道車両用台車の車軸支持構造は、鉄道車両の車体を支持する台車枠と、この台車枠に基端が軸支されて揺動可能とされ、かつその揺動端に軸箱が設けられた軸梁と、前記軸箱によって回動自在に支持された車軸と、この車軸に軸受を介して回転自在に支持された車輪と、前記車軸に固定された電機子および前記車輪と一体に回転する回転子を有する、前記車輪を直接回転駆動する駆動用モータと、前記車軸の軸線に対して半径方向外側に延び、かつ前記車軸と一体に回動するトルクアームと、前記駆動用モータの駆動反力を前記トルクアームから前記軸梁に弾性変形しつつ伝達する、前記トルクアームと前記軸梁との間に介装された駆動反力伝達部材とを備える。
【０００９】
すなわち、本発明の鉄道車両用台車の車軸支持構造においては、車軸が軸箱によって回動自在に支持されているので、台車枠がローリングしても車軸にねじりトルクが負荷されることはない。また、駆動用モータが車輪を回転駆動する駆動力の反力は、車軸からトルクアーム、駆動反力伝達部材および軸梁を介して台車枠に伝達される。このとき、駆動反力伝達部材は弾性変形して、トルクアームと軸梁との間の相対変位を吸収する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による鉄道車両用台車の車軸支持構造の一実施形態を、図１乃至図７を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は本発明を適用する鉄道車両用台車の全体平面図、図２は図１に示した鉄道車両用台車の全体側面図、図３は図２に示した鉄道車両用台車の要部拡大側面図、図４は図１中に示したＡ−Ａ矢視線に沿った断面図、図５は図３中に示したＢ−Ｂ矢視線に沿った断面図、図６は図５中に示した駆動反力伝達部材を拡大して示す断面図、図７は図６中に示したＣ−Ｃ矢視線に沿った駆動反力伝達部材の断面図である。
【００１１】
図１に示したように本発明を適用する鉄道車両用台車１００は、鋼材を組み合わせて平面視でＨ字形に形成された台車枠２０を有している。この台車枠２０の左右一対の側梁２１，２２上には車体を支持する左右一対の空気ばね２３，２４が取り付けられている。また、前記側梁２１，２２の下面には、図２に示したように、後述する軸梁３０を軸支するための支持部材２５がそれぞれ突設されている。また前記側梁２１，２２の両端部には、それぞれ軸ばね２６上に被装されるばね帽２７が固着されている。
【００１２】
図２乃至図５に示したように、前記軸梁３０は、後述する車軸４０を支持してその前後方向の位置を定める部材で、前記側梁２１，２２の下面に取り付けられた前記支持部材２５によってその基端３１が揺動自在に軸支されている。また、この軸梁３０の揺動端側には軸箱３２が一体に成形されている。前記軸箱３２の上面には軸ばね防振ゴム３３を介して前記軸ばね２６が載置されている。また軸箱３２内には、前記車軸４０を回動自在に軸支する車軸支持ブッシュ３４が嵌着されている。なお、軸箱３２と前記車軸支持ブッシュ３４との間には厚板円環状のスリ板３５が介装され、車軸支持ブッシュ３４の端面摩耗を防止している。
【００１３】
図４乃至図５に示したように、前記車軸４０は、前記軸箱３２内の車軸支持ブッシュ３４によって軸箱３２に対して回動自在に支持されている。また、車軸４０の段差部４１に嵌着された左右一対の軸受４２によって、左右一対の車輪５０がそれぞれ車軸４０に対して回転自在に支持されている。なお、前記軸受４２と前記車軸支持ブッシュ３４との間にはスペーサ４３が介装され、軸受４２を位置決めしている。
【００１４】
さらに、前記車軸４０には車輪５０を回転駆動する駆動用モータ６０が取り付けられている。前記駆動用モータ６０の鉄心６１およびコイル６２から構成される電機子はキー６３によって車軸４０に固着され、車軸４０と一体に回転するようにされている。これに対して、駆動用モータ６０のハウジング６４および永久磁石６５から構成される回転子は車輪５０と一体に回転するようにされている。すなわち、前記ハウジング６４の一端はモータ軸受６６を介して車軸４０に支持されるとともに、その他端は車輪５０のウェブ５１に螺着されている。
これにより、駆動用モータ６０に通電すると、駆動用モータ６０のハウジング６４が回転して車輪５０が回転駆動されるとともに、その駆動反力が電機子を介して車軸４０に伝達される。
【００１５】
また、前記車軸４０の両端部には、左右一対のトルクアーム７０がそれぞれ嵌着されている。このトルクアーム７０は、車軸４０に嵌合する円筒状部分７１と、この円筒状部分７１の外周面から車軸４０の軸線に対して半径方向外側に延びるアーム部分７２とを有している。そして、前記円筒状部分７１と車軸４０との間にはキー４４が介装され、このトルクアーム７０は車軸４０と一体に回動するようにされている。また、前記アーム部分７２の先端部分には、図５に示したように、前記軸梁３０に貫設されて車軸４０の軸線と平行に延びる挿通孔３６内に挿通されるストッパピン７３が螺着されている。なお、トルクアーム７０は、車軸４０の端部に設けられた雄ねじ部に螺合する締め付けナット４５によって車軸４０に固定されている。そして、前記締め付けナット４５は回り止め４６によって回り止めされている。
【００１６】
図６に拡大して示したように、前記ストッパピン７３のフランジ部７４には、駆動反力伝達部材８０が一体に成形されている。この駆動反力伝達部材８０は、前記フランジ部７４に加硫接着された円環状のゴム部材８１に、同一形状のゴム部材８２をスペーサ８３を介して加硫接着することにより積層したものである。また、図７に示したように、前記ゴム部材８２に加硫接着された基板８４は、ボルト８５により軸梁３０の縦壁面に螺着されるようになっている。
なお、このトルクアーム７０から軸梁３０への駆動反力の伝達は、軸箱の任意の部分に支持部材を固設しても行うことが可能であるが、ばね下荷重を小さくするためには、車軸４と基端３１との間の軸梁の中間部分で、さらには基端３１に近接した部分で行うのがよい。
【００１７】
次に、上述のように構成された本実施形態の鉄道車両用台車１００の作動について説明する。
車輪５０を回転駆動するために駆動用モータ６０に通電すると、駆動用モータ６０のハウジング６４および永久磁石６５から構成される回転子は車輪５０と一体に回転し、車輪５０を回転駆動する。このとき、駆動用モータの鉄心６１およびコイル６２から構成される電機子と一体に回動する車軸４０には、駆動用モータ６０が車輪５０を回転駆動する駆動力の反力が作用する。これにより、車軸４０は、車輪５０の回転方向とは反対方向に回転するように付勢される。
【００１８】
車軸４０は軸箱３２内の車軸支持ブッシュ３４によって軸箱３２に対して回動自在に支持されているので、車軸４０は上述した駆動反力によって軸箱３２、すなわち軸梁３０に対して相対回動させられる。これにより、車軸４０と一体に回動するトルクアーム７０と軸梁３０との間に相対変位が生じるので、駆動反力伝達部材８０を構成する互いに積層された一対の円環状ゴム部材８１，８２は剪断変形させられる。そして、これらのゴム部材８１，８２の剪断変形に対する抵抗力と車軸４０に負荷される駆動反力とが釣り合うことにより、車軸４０の回動が止められる。さらに、車軸４０に負荷された駆動反力は、トルクアーム７０、駆動反力伝達部材８０および軸梁３０を介して台車枠２０に伝達される。
したがって、駆動反力伝達部材８０は、軸梁３０を台車枠２０に軸支する支持部材２５にできるだけ接近させて配置した方が、軸梁３０に負荷される曲げモーメントを低減させることができて好ましい。
なお、軸梁３０とトルクアーム７０とが大きく相対変位した場合には、軸梁３０に貫設された挿通孔３６の内面にストッパピン７３が当接し、それ以上の相対変位を止めるので、駆動反力伝達部材８０が大変形して破損することはない。
【００１９】
一方、鉄道車両の車体のローリングに伴って台車枠２０がローリングした際には、図９を用いて説明したように左右一対の軸梁３０間に側面視で角度差が生じる。しかしながら、本実施形態の鉄道車両用台車１００においては、軸梁３０と車軸４０とが相対回動可能に構成されているので、左右一対の軸梁３０によって車軸４０に大きなねじりトルクが負荷されることはない。そして、軸梁３０とトルクアーム７０との相対変位は、駆動反力伝達手段８０の変形によって吸収されるので、車軸４０とトルクアーム７０とを一体に固定するキー４４等が破損することはない。
【００２０】
すなわち、本実施形態の鉄道車両用台車の車軸支持構造は、軸梁３０に設けた軸箱３２により車軸４０を回動可能に支持するとともに、車軸４０と一体に回動するトルクアーム７０と軸梁３０との間に介装した駆動反力伝達部材８０を用いて、トルクアーム７０と軸梁３０との間の相対変位を吸収しながら、車軸４０に負荷される駆動反力を台車枠２０に伝達するように構成したものである。
これにより、従来用いられている軸梁式台車にＤＤＭ駆動方式を適用した、新規な鉄道車両用台車を構成することができる。
また、車体のローリングに伴って台車枠２０がローリングしても、左右一対の軸梁間の角度差に起因する大きなねじりトルクが車軸に負荷されることがないから、駆動反力によって車軸４０が回転することを止める機構部分が破損するおそれがない。
また、従来用いられている軸梁式台車にトルクアーム７０および駆動反力伝達手段８０のみを追加した構成とされているので、バネ下重量の増加を最小限に抑えることができ、台車から車体に伝達される振動や騒音のレベルを低減させることができる。
また、駆動反力伝達手段８０は、互いに積層した一対のゴム部材８１，８２を剪断変形させる構成とされているので、軸梁３０に対するトルクアーム７０の相対角度の許容値を大きく取ることができる。
【００２１】
以上、本発明に係る鉄道車両用台車の車軸支持構造の一実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、駆動反力伝達手段としてゴム部材を使用するとともに、このゴム部材を剪断変形させる構成ととされているが、弾性変形しつつ駆動反力を伝達できるものであればいずれの形式の物でも良く、例えば金属製コイルばねを圧縮若しくは伸張させることにより駆動反力を伝達することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の鉄道車両用台車の車軸支持構造は、軸梁に設けた軸箱により車軸を回動可能に支持するとともに、車軸と一体に回動するトルクアームと軸梁との間に介装した駆動反力伝達部材を用いて、トルクアームと軸梁との間の相対変位を吸収しながら、車軸に負荷される駆動反力を台車枠に伝達する構成とされている。
これにより、従来用いられている軸梁式台車にＤＤＭ駆動方式を適用した、新規な鉄道車両用台車を構成することができる。
また、車体のローリングに伴って台車枠がローリングしても、左右一対の軸梁間の角度差に起因する大きなねじりトルクが車軸に負荷されることがないから、駆動反力によって車軸が回転することを止める機構部分の破損を確実に防止することができる。
また、従来用いられている軸梁式台車にトルクアームおよび駆動反力伝達手段のみを追加した構成とされているので、バネ下重量の増加を最小限に抑えることができ、台車から車体に伝達される振動や騒音のレベルを低減させることができる。
したがって、本発明によれば、車軸に取り付けた駆動用モータによって車輪を直接回転駆動する方式（ＤＤＭ駆動方式）の鉄道車両用台車に好適に用いることができる車軸支持構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する鉄道車両用台車の全体平面図。
【図２】図１に示した鉄道車両用台車の全体側面図。
【図３】図２に示した鉄道車両用台車の要部拡大側面図。
【図４】図１中に示したＡ−Ａ矢視線に沿った断面図。
【図５】図３中に示したＢ−Ｂ矢視線に沿った断面図。
【図６】図５中に示した駆動反力伝達部材を拡大して示す断面図。
【図７】図６中に示したＣ−Ｃ矢視線に沿った駆動反力伝達部材の断面図。
【図８】従来の鉄道車両用台車の全体平面図。
【図９】軸梁式台車の要部を示した側面図。
【符号の説明】
１  従来の鉄道車両用台車
２  車輪
３  駆動用モータ
４  台車枠
５  歯車箱
６  車軸
１０  軸梁式台車
１１  車体
１２  台車枠
１３Ｌ，１３Ｒ  軸梁
１４Ｌ，１４Ｒ  軸支点
１５  軌条
１６Ｌ，１６Ｒ  軸箱
１７  車軸
２０  台車枠
２１，２２  側梁
２３，２４  空気ばね
２５  支持部材
２６  軸ばね
２７  ばね帽
３０  軸梁
３１  基端
３２  軸箱
３３  軸ばね防振ゴム材
３４  車軸支持ブッシュ
３５  スリ板
３６  挿通孔
４０  車軸
４１  段差部
４２  軸受
４３  スペーサ
４４  キー
４５  締め付けナット
４６  ナット回り止め
５０  車輪
５１  ウェブ
６０  駆動用モータ
６１  鉄心
６２  コイル
６３  キー
６４  ハウジング
６５  永久磁石
６６  モータ軸受
７０  トルクアーム
７１  円筒部分
７２  アーム
７３  ストッパピン
８０  駆動反力伝達部材
８１，８２  ゴム部材
８３  スペーサ
８４  基板
８５  ボルト
１００  本発明による鉄道車両用台車
【図１】
0003746349.tif 000002
【図２】
0003746349.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003746349.tif 000005
【図５】
0003746349.tif 000006
【図６】
0003746349.tif 000007
【図７】
0003746349.tif 000008
【図８】
0003746349.tif 000009
【図９】
0003746349.tif 000010