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明細書 :鉄道車両用軌間可変台車

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第3893187号 (P3893187)
公開番号 特開平10-297487 (P1998-297487A)
登録日 平成18年12月15日(2006.12.15)
発行日 平成19年3月14日(2007.3.14)
公開日 平成10年11月10日(1998.11.10)
発明の名称または考案の名称 鉄道車両用軌間可変台車
国際特許分類 B61F   7/00        (2006.01)
B61C   9/38        (2006.01)
FI B61F 7/00
B61C 9/38 A
請求項の数または発明の数 4
全頁数 9
出願番号 特願平09-117453 (P1997-117453)
出願日 平成9年4月22日(1997.4.22)
審査請求日 平成16年4月1日(2004.4.1)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】000173784
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
発明者または考案者 【氏名】岡本 勲
個別代理人の代理人 【識別番号】100100413、【弁理士】、【氏名又は名称】渡部 温
審査官 【審査官】落合 弘之
参考文献・文献 特開平08-253147(JP,A)
特開平08-169338(JP,A)
特開平06-298090(JP,A)
特開昭58-036757(JP,A)
調査した分野 B61F 7/00
B61C 9/38-9/52
B61F 3/16
特許請求の範囲 【請求項1】
車両の左右方向に延びる回転する車軸と、
この車軸の左右外周に装着された、車軸と同期回転するとともに左右方向に摺動可能な一対の外筒と、
一対の外筒の各々の外周の左右方向中央寄りに固定された左右一対の車輪と、
一対の外筒の各々の外周の左右方向外側寄りに固定された、ラジアル・スラスト両荷重を受ける左右一対の外筒軸受と、
車軸のスラストを受ける車軸軸受と、
それらの軸受を収める左右一対の軸箱であって、外筒軸受を、軸箱内で左右方向に2カ所で固定する固定部、及び、外筒軸受が該軸箱内の複数の固定部を移動可能な構造を有し、かつ、車軸軸受を上下方向に案内する車軸軸受溝を有する軸箱と、
を具備することを特徴とする鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項2】
さらに、上記車軸を回転駆動する駆動装置と、
該車軸と上記外筒との間に設けられた、左右方向摺動及びトルク伝達可能なスライド式トルク伝達機構と、
を具備する請求項1記載の鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項3】
上記駆動装置が、台車枠に操架されたモーター又は原動機(以下モーター等という)と、このモーター等の回転を減速して車軸に伝える減速機であって、台車枠に対して弾性的に保持されている減速機と、からなる、いわゆるカルダン方式である請求項2記載の鉄道車両用軌間可変台車。
【請求項4】
上記軸箱が、下方から、車体全重量に相当する保持力によって保持され、
上記外筒軸受が、車体重量の負担を解除され、上記車軸軸受が上記軸箱の車軸軸受溝に案内されながら軸箱内を下降可能であり、
この下降によって、外筒軸受の軸箱に対する固定が解除され、
その後外筒軸受が軸箱内を左右に移動し、もって軌間を変更する請求項1、2又は3記載の鉄道車両用軌間可変台車。
発明の詳細な説明 【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右のレールの間隔(軌間)の異なる複数種の軌道を走行可能な鉄道車両用軌間可変台車に関する。特には、駆動台車にも適用可能で、軸バネの下の装置重量(バネ下重量)を軽減した軌間可変台車に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道の軌道巾、いわゆる軌間(左右のレールの頭頂部内側の間隔)には、いくつかの規格がある。日本の新幹線の軌道は標準軌(軌間1,435mm)と呼ばれるものである。日本のJR在来線の軌道は狭軌(軌間1,067mm)と呼ばれるものである。この他に、広軌(軌間1,524mm、1,668mm)や狭軌(軌間1,000mm)もある。
ヨーロッパにおいては、国際列車等では、軌間の異なる複数種の軌道の線区に渡って運行する列車もあるので、軌間可変台車へのニーズが生じた。
【0003】
現時点で、軌間可変台車としてただ一つ実用化されているものは、タルゴ車と呼ばれる軽量、連接車両用台車である。なお、このタルゴ車用台車は、電気機関車等に牽引され自身では駆動力を有しない車両用の、いわゆる付随台車である。
【0004】
軌間可変の駆動台車としてもいくつかの方式が提案されている。
図5は、車輪直接駆動・独立車輪方式(DDM方式)の軌間可変台車の車軸周りの構造を示す正面断面図である。なお、同図において地上側設備は二点鎖線で示されている(以下同じ)。
図中には、左右のレール143の上にのった左右の車輪141が示されている。車輪141は軸受140を介して外筒135に対して回転自在に取り付けられている。外筒135は非回転で、同じく非回転の車軸131の外側に、左右摺動可能に嵌挿されている。なお、外筒135は、左右の車輪に対応して、左右一対設けられており、左右の外筒135は相互に独立に摺動する。
【0005】
左右各々の車輪141の内側には、それぞれ別個のモーター162が取り付けられている。モーター162は、そのケ-シング162a及びローター162bが、車輪141に対して固定されており、ステーター162cが外筒135に対して固定されている。なお、ケ-シング162aの内側端は、軸受162dで外筒135に対して回転自在に保持されている。このモーター162は、通常のモーターとは逆に、ローター162bが周辺部にあり、ステーター162cが中心部にある。そして、ローター162b及びケ-シング162aを回転駆動することにより、車輪141を回転駆動する。
【0006】
図5のDDM方式の台車では、車軸131上を、外筒135を車輪141及びモーター162ごと左右に摺動させることにより軌間変更を行う。すなわち、軌間変更時には、軸箱119及びその上の台車枠111並びに車体(図示されず)を、その下のサポートローラー151、サポート台153で支えておいて、車軸131や車輪141、モーター162一式を下に下げる(レール143が下がる、あるいはサポート台153が上がる)。このとき外筒135の端部に固定されているロッキングブロック128も一緒に下がり、ロッキングブロック128の上側の突起128bが軸箱本体121の穴121fから抜ける。この状態で外筒135は左右に摺動可能となる。
【0007】
そこで、台車101(車両ごと)を進行方向(図5の紙面垂直方向)に進め、その際レール143及びガイドレール145が徐々に外側に開くようにしておけば、外筒135及び車輪・モーター一式は、車軸131上を左右に開くように移動する。そして、開き終ったところで、車輪141を上げ(レール143を上げ)ればロッキングブロック128の内側突起128aがロック穴121fに入り込んで外筒135が左右に位置決めされる。これで、軌間可変完了である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の独立車輪でDDM方式の軌間可変台車は、直線軌道での高速安定性は良いのであるが、曲線軌道での操舵性が乏しいという課題がある。というのは、通常の左右一体車輪駆動では、曲線区間においては、遠心力と車輪踏面の勾配の影響によって、曲線外側と内側の車輪の直径差によって車輪の走行距離に差が出るため、輪軸が自然と曲線にならうという特性が期待できるのであるが、独立車輪・DDM方式では左右の車輪が独立に駆動されるため、そのような操舵特性を期待することができない。
また、軸箱119と台車枠111の側はり115との間に装備されている軸バネ117より下側の重量(バネ下重量)がモーター162の分だけ重くなる。そのため、軌道(レールや枕木、道床)に与える負担が大きくなるという課題がある。
【0009】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、操舵性を確保しつつバネ下重量増を抑制することのできる鉄道車両用軌間可変台車を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の鉄道車両用軌間可変台車は、 車両の左右方向に延びる回転する車軸と、 この車軸の左右外周に装着された、車軸と同期回転するとともに左右方向に摺動可能な一対の外筒と、 一対の外筒の各々の外周の左右方向中央寄りに固定された左右一対の車輪と、 一対の外筒の各々の外周の左右方向外側寄りに固定された、ラジアル・スラスト両荷重を受ける左右一対の外筒軸受と、 車軸のスラストを受ける車軸軸受と、 それらの軸受を収める左右一対の軸箱であって、外筒軸受を、軸箱内で左右方向に2カ所で固定する固定部、及び、外筒軸受が該軸箱内の複数の固定部を移動可能な構造を有し、かつ、車軸軸受を上下方向に案内する車軸軸受溝を有する軸箱と、 を具備することを特徴とする。
【0011】
すなわち、車軸は通常の駆動台車同様に、いわゆるカルダン方式等の駆動方式によって回転駆動できるよう、回転式とする。この回転する車軸上で、車輪と外筒及び外筒軸受が左右に摺動して軌間変更を行う。車両の荷重や車輪にかかるスラスト荷重は、外筒軸受が受け持って外筒と軸箱の間を伝える。車軸は、回転方向には、外筒及び外筒軸受を介して軸箱に支持される。スラスト方向には、車軸軸受によって支持される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の1実施例に係る軌間可変台車の車軸周りの構成を示す正面断面図である。
図2は、図1の実施例の台車の軸箱周辺部の詳細を示す正面断面図である。
図3は、図1の実施例の台車における軌間可変時の動作を説明するための一連の正面断面図である。
この実施例の台車1は、台車枠11、軸バネ17、軸箱19、車軸31、車輪41、モーター61及び減速機67等を備える。
【0013】
台車枠11は、台車の主たる構造体であって、左右の側はり15と、側はり15を連結する横はり13からなり、左右前後の4個の軸箱19によって支持される。なお、本明細書では、通常の鉄道車両の技術におけると同様に、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の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。台車枠11の上には、回転支点を介して車体(いずれも図示されず)が乗る。また、台車と車体間には、台車の推進力及びブレーキ力を車体に伝える牽引装置や、車体と台車間の相対的ヨーイング運動を抑制するヨーダンパー等(いずれも公知、図示されず)も、必要により装備される。
【0014】
側はり15の下には、軸バネ17を介して軸箱19が配置されている。軸バネ17は、車輪41や車軸31の振動を吸収するためのものである。側はり15と軸箱間には、図示省略してあるが、公知の軸箱支持装置やダンパー等も配置される。
【0015】
軸箱19(組立体)は、車軸31を支える外筒軸受25及び車軸軸受23を収納する箱である。ここで、外筒軸受25は、この車輪41、車軸31にかかる主たる荷重及びスラスト力を、外筒35を介して受ける。車軸軸受23は、車軸31の両軸端に装着されており、車軸31にかかるスラスト力を受ける。
【0016】
車軸軸受23の外輪は、図2に詳細に示されているように、軸箱本体21の外側部21aの溝21bに、その両端面を保持されている。軸箱本体外側部21aには、図2(B)の矢視B-Bに示すように、倒立U字形の窓21hが開いており、溝21bは、この窓21hの側縁に沿って掘り込まれている。この溝21bには、車軸軸受23の外輪が上下摺動可能にはまり込んでいる。なお、溝21bの上面は、車軸軸受23の上部外周面から逃げた深い位置まで掘り込まれており、ラジアル荷重が車軸軸受23にかからないようになっている。なお、窓21hは、内側の対応部も含めて、図示せぬフタあるいは蛇腹によってフタをされる。
【0017】
外筒軸受25の外輪は、リテーナー27内に固定されている。なお、リテーナー27は一部が組み立て式となっている。リテーナー27はおおむねリング状であるが、図2(C)にも示すように、上部外周面に円周方向に帯状に延びる断面台形のロック突部27aが突設されている。このロック突部は、軸箱本体21の内面の天井21cに掘り込まれている外筒軸受溝21f又は21dの中に入り込んで、リテーナー27及び外筒軸受25さらには外筒35、車輪41を左右方向に固定する働きをする。なお、リテーナーロック突部27aが内側の溝21fにあるときは、車輪41が内側に寄って狭軌の状態であり、ロック突部27aが外側の溝21dにあるときは、車輪41が外側に寄って標準軌の状態である。したがって、溝21fと21dとの中心間隔は、軌間可変間隔の半分(一例184mm)である。
【0018】
軸箱本体21の底部21gは、平板の閉構造となっている。この底部21gの下面を、図1に示すように、軌道側設備であるサポート台53上のサポートローラー51で受けて、軌間可変動作中における台車及び車体の重量を支える。なお、軌道側設備(レール43、ガイドレール45等も含む)については、別途図4を参照しつつ説明する。
【0019】
外筒35は、車軸31に対して相対回転不能かつ左右方向摺動可能に嵌装されている。車輪41は、この外筒35の外周に、ラジアル方向にもスラスト方向にも固定されている。外筒35と車軸31との間には、ボールスプライン又はスプライン37からなるスライド式トルク伝達機構が設けられている。このボールスプライン又はスプライン37は、回転方向のトルクを車軸31から外筒35に伝達する。外筒35の端部外面には、前述の外筒軸受25の内輪が固定されている。外筒35は、軌間可変時には、車軸31や車輪41と共に下がった後に、車軸31上を左右にスライドする(図3参照)。なお、外筒35が側方に移動したときに、ボールスプライン37が外部環境に露出しないよう、外筒35の端部に蛇腹40が取り付けられている。
【0020】
次に、車輪の駆動機構について図1を参照しつつ説明する。
モーター61は、横はり13の中央部にしっかりと固定されている。モーター61の回転を減速して車軸31に伝える減速機67は、公知のカルダン方式と呼ばれる方式で、横はり13に対して弾性的に保持されている。より具体的には、減速機67のケ-シング68は、ピニオン軸69を有するが、このピニオン軸69の近辺においてゴムを介して横はり13に保持されており、ケ-シング68はその保持点を中心にして、車軸31の動きに合わせてスイングする。
【0021】
モーター61の出力軸と減速機67のピニオン軸69とをつなぐ継手63は、軸芯のズレに対する許容度のあるユニバーサルジョイントである。減速機67は、この例では、ピニオン71とギア73を備えた一段減速機である。ギア73は、車軸31にしっかりと固定されており、トルクを車軸31に伝達する。
【0022】
次に、図4を参照しつつ軌道側の設備について説明する。
図4は、本実施例の軌間可変台車を軌間変更させるための軌道側の設備を示す図である。(A)は平面図であり、(B)はB-B矢視の側面図である。
図4(A)に示されているように、軌道の左右両側に、2本のサポート台53が前後方向に延びている。なお、サポート台53上には、多数のサポートローラー51が並べられているが図示は省略してある。
【0023】
サポート台53の内側には、両側をガイドレール45′にはさまれたレール43、43′、43″が敷設されている。このガイドレール45′は、軌間可変中に車輪41を左右に押し拡げる(あるいは狭める)役割をする。
【0024】
レール43は、図4の下部が、狭軌(間隔1,067mm)であり、中段部のレール43′が軌間変更部で徐々に幅が変わるテーパー状をしており、上部が標準軌43″(間隔1,435mm)である。車両がこの軌道区間を通過する際に、軌間可変が行われる。
【0025】
図4(B)のように軌道を側面から見ると、サポート台53は、軌道のどこでも同じ高さであるのに対して、レール43は高さが変化している。すなわち、両側部の狭軌レール43、標準軌レール43″に対して、中央部の軌間可変部レール43′は図のHだけ下に下がっている。そして、両者の間に、長さLの傾斜区間が設けられている。これは、軌間可変区間を車両が通る際に、車輪41及び車軸31を下げて、車輪41の左右方向ロックを外すためである。そして、車輪41等が下がっている間に、ガイドレール45′で車輪41の左右幅を変える。
【0026】
次に、図3を参照しつつ本実施例の軌間可変台車の動作を総合的に説明する。
図3(A)は既に説明した狭軌の状態である。外筒35、車輪41、外筒軸受27は内側に寄っており、外筒軸受のロック突部27aは、内側の溝21fに入っている。軸箱19の下にはサポートローラー51が来ており、軸箱19から上の重量をサポートローラー51で受けつつ、台車1は図4の軌間可変区間を進行する。
【0027】
次に、図3(B)に進んで、軸箱19は、サポートローラー51に支えられているが、レール43′が図4の軌間可変区間の中央部に入って下がって、車輪41や車軸31が下がっている。そのため、外筒軸受25やリテーナー27も下がり、ロック突部27aが狭軌用溝21fから下に抜けている。この状態では、外筒35や車輪41は、車軸31上を左右に摺動可能である。この時に、ガイドレール45や車輪のフランジによって車輪41が左右に押されると、車輪41等は車軸31上を左右に移動する。ここで、レール43やガイドレール45′は図4のように配置されているので、軌間可変区間を通過する際に、狭軌から標準軌へ、標準軌から狭軌へと軌間可変される。
【0028】
図3(C)は、車輪41、車軸31、外筒35、外筒軸受25等が外側に寄って、さらに、車輪41、車軸31や外筒35、外筒軸受25、リテーナー27等が上に上がった状態(標準軌状態)を示す。このとき、リテーナー27のロック突部27aは、外側の標準軌用溝21dに入り込んで、外筒35や車輪41をスラスト方向に固定している。これで狭軌から標準軌への軌間可変完了である。標準軌から狭軌への軌間可変は、上述の逆の動作である。
【0029】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、操舵性を確保しつつバネ下重量増を抑制することのできる鉄道車両用軌間可変台車を提供することができる。また、本発明の台車は、駆動装置として、従来より実績のあるカルダン方式を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る軌間可変台車の車軸周りの構成を示す正面断面図である。
【図2】図1の実施例の台車の軸箱周辺部の詳細を示す正面断面図である。
【図3】図1の実施例の台車における軌間可変時の動作を説明するための一連の正面断面図である。
【図4】本実施例の軌間可変台車を軌間可変させるための軌道側の設備を示す図である。(A)は平面図であり、(B)はB-B矢視の側面図である。
【図5】車輪直接駆動・独立車輪方式(DDM方式)の軌間可変台車の車軸周りの構造を示す正面断面図である。
【符号の説明】
1 軌間可変台車 11 台車枠
13 横はり 15 側はり
17 軸バネ 19 軸箱
21 軸箱本体 21a 軸箱の外側部
21b 軸箱の車軸軸受溝 21c 軸箱の天井
21d 軸箱の標準軌用外筒軸受溝 21f 軸箱の狭軌用外筒軸受溝
21g 軸箱の底部 21h 軸箱の窓
23 車軸軸受 25 外筒軸受
27 リテーナー 27a ロック突部
31 車軸 33 エンドプレート
35 外筒 37 ボールスプライン又はスプライン
40 ジャバラ 41 車輪
43 レール 45 ガイドレール
51 サポートローラー 53 サポート台
61 モーター 63 継手
65 減速機保持部材 67 減速機
68 ケ-シング 69 ピニオン軸
71 ピニオン 73 ギア
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4