JP3181896B2 - 案内軌道式車両用台車及びそれに用いる案内車輪の配置設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、案内軌道式車両
用台車、特に新交通用車両に用いられるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、新交通用車両として、一車両当た
り４個の案内輪及び案内装置を配置し、主に前位の２つ
の案内輪は前軸の走行輪（前台車）を操向し、後位の２
つの案内輪は後軸の走行輪（後台車）を操向するように
したものが知られている（例えば特公平５−２２６２６
号公報参照）。このような新交通用車両は、シャトル線
区を走行することが多く、走行方向が変わるため、走行
方向が変化するごとにその走行方向に対応するステアリ
ングの向きを逆にすることが必要となる。そのため、前
進・後進を切り換える前後進切換装置が設けられ、終端
駅でそれを切り換えてステアリングの向きを逆にするこ
とが一般に行われている。また、この形式の車両では、
案内輪が走行車輪を操向するための力を主に負担し、車
両に作用する横方向の力（例えば、遠心力）を、走行車
輪の踏面が負担していた。

【０００３】ところで、近年、前後進切換装置のメンテ
ナンスをなくすために、前後進切換装置そのものをなく
すことが提案されている（「鉄道車両と技術」1999.Ma
r.Vol.5-3 No.44）。この種の車両は、４案内輪式ボギ
ー方式であり、図３に示すように、ほぼ同様の構成の前
位の台車１００Ａ及び後位の台車１００Ｂを有し、案内
フレーム１０１Ａ，１０１Ｂに４個の案内輪１０２Ａ，
１０２Ｂ（１台車当たり）が支持されてなる案内装置１
０３Ａ，１０３Ｂと、走行車輪１０５Ａ，１０５Ｂを両
端部に有する車軸１０４Ａ，１０４Ｂとが一体に形成さ
れている。台車１００Ａ，１００Ｂと車体２０１との間
には旋回軸受１０６Ａ，１０６Ｂが設けられ、自由に相
対回転できるようになっている。４個の案内輪１０２
Ａ，１０２Ｂが案内軌条１０７にガイドされることで、
案内装置１０３Ａ，１０３Ｂが台車１００Ａ，１００Ｂ
全体を直接回転させ、台車１００Ａ，１００Ｂの向きは
常に案内軌条１０７に沿った形となるように構成されて
いる。また、各台車１００Ａ，１００Ｂにおいて、案内
輪１０２Ａ，１０２Ｂは、車軸１０４Ａ，１０４Ｂの中
心線に対し前後対称なる位置関係でもって配置されてい
る。なお、１０８は駆動モータであり、台車１００Ａ，
１００Ｂの回転を抑制し走行安定性を確保するために回
転ダンパー１０９Ａ，１０９Ｂ及び回転抑制ばね１１０
Ａ，１１０Ｂが設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな車両では、案内輪１０２Ａ，１０２Ｂが、走行車輪
１０５Ａ，１０５Ｂを操向するための力だけでなく、走
行車輪１０５Ａ，１０５Ｂの踏面が負担していた横方向
の力をも負担する必要が生じ、案内輪１０２Ａ，１０２
Ｂの負担負荷が増加するという課題がある。この傾向
は、遠心力などの横方向の力が大きくなる曲線軌道の通
過時に特に顕著となる。

【０００５】この発明は、走行軌道の側部における案内
軌条に沿って前記案内輪を転動させて操向する案内軌道
式車両用台車において、前後案内輪の負担を軽減するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る案内軌道式
車両用台車は、走行軌道上を転動する左右の走行車輪を
有する車軸に、案内輪を端部に支承する案内輪フレーム
が一体に設けられてなり、走行軌道の側部における案内
軌条に沿って前記案内輪を転動させて操向する案内軌道
式車両であって、前記車両の車端側に位置する第１の案
内輪と、前記車両の長手方向中央寄りに位置する第２の
案内輪とが、前記車軸の中心線に関して、前記案内輪の
負担負荷に応じて非対称に配置されているものである。
ここで、「負担負荷に応じて非対称に配置されている」
とは、第１の案内輪と第２の案内輪とに作用する負荷が
異なるにもかかわらず、対称に配置した場合には、いず
れか一方の案内輪の負担が大きくなるので、その負担が
第１及び第２の案内輪においてほぼ均等になるように配
置されている、という意味である。

【０００７】このようにすれば、前後進切換装置を有し
ない案内軌道式車両用台車において、車両の車端側に位
置する第１の案内輪と、車両の長手方向中央寄りに位置
する第２の案内輪とが、前記車軸の中心線に関して、前
記案内輪の負担負荷に応じて非対称に配置されること
で、案内輪の負担負荷が第１及び第２の案内輪のいずれ
か一方に集中するという事態が回避され、台車全体とし
て案内輪の有する能力が有効に使用される。

【０００８】案内輪の負担負荷としては、車両の曲線軌
道の通過時における、台車を回転させる力や、遠心力な
どの横荷重が考えられ、それを考慮して、前記第１及び
第２の案内輪の位置関係を決定することで、案内輪の荷
重負荷が大きくなる曲線軌道の通過時において、第１及
び第２の案内輪に作用する荷重（負担負荷）がほぼ等し
くなるように設定することが可能とされる。

【０００９】このような車両の曲線軌道の通過時には、
後に詳述するように、車端側の曲線軌道外径側の第１の
案内輪には、曲線軌道の外径側の第２の案内輪によりも
大きな荷重が作用すると考えられるので、車端側の第１
の案内輪の位置を車両の長手中央寄りの第２の案内輪の
位置より、車軸の中心線に対して離れた位置に配置させ
る（すなわち、車軸の中心線に関して非対称に配置させ
る）ことによって、両案内輪に作用する負担負荷の差を
少なくすることが可能とされる。

【００１０】さらに、直線軌道の通過時には、曲線軌道
の通過時とは異なり、前述した荷重による負荷の影響よ
りも、むしろ案内輪の内部発熱による影響の方が大きく
なるので、この内部発熱による負荷に応じて、前記第１
及び第２の案内輪の位置関係を決定するようにしてもよ
い。

【００１１】したがって、前述したような案内軌道式車
両に用いる案内車輪の配置は、前記車両の車端側に位置
する第１の案内輪と、前記車両の長手方向中央寄りに位
置する第２の案内輪とを、前記車軸の中心線に関して、
前記案内輪の負担負荷に応じて非対称なるように配置す
ることで、案内輪の負担負荷が第１及び第２の案内輪の
いずれか一方に集中するという事態を回避して、案内輪
の配置を設定することが可能となる。

【００１２】このような案内軌道式車両用台車に用いる
案内車輪の配置設定方法において、考慮される負担負荷
は、前述したように、曲線軌道の通過時に案内輪に作用
する荷重や、案内輪の内部発熱による負荷である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に沿って説明する。

【００１４】図１は本発明に係る案内軌道式車両用台車
の概略構成を示す平面図、図２は台車のみを示す平面図
である。

【００１５】図１において、１は案内軌道式車両用台車
であって、前位の台車１Ａと後位の台車１Ｂとを有し、
４案内輪式ボギー方式とされている。この台車１Ａ，１
Ｂは、それぞれ、４個の案内輪、台車１Ａ，１Ｂの車端
側に位置する第１の案内輪２ａ，２ｂ及び台車１Ａ，１
Ｂの長手方向中央寄りに位置する第２の案内輪２ｃ，２
ｄが支持されている案内輪フレーム３Ａ，３Ｂを持つ案
内装置４Ａ，４Ｂと、両端に走行車輪５Ａ，５Ｂ（空気
入りゴムタイヤなど）を有する車軸６Ａ，６Ｂとを備
え、それらが一体に形成されている。よって、４個の案
内輪２ａ〜２ｄが案内軌条Ｓによってガイドされること
で、案内装置４Ａ，４Ｂが台車１Ａ，１Ｂ全体を直接に
回転させ、台車１Ａ，１Ｂの向きは常に案内軌条Ｓに沿
った形となるようにされる。前記案内装置４Ａ，４Ｂ
は、互いに対称な位置関係となるように、台車１Ａ，１
Ｂに設けられており、前記案内輪２ａ〜２ｄは、ウレタ
ンゴムのソリッドタイヤなどである。

【００１６】前記車軸６Ａ，６Ｂは、左右のボルスタレ
ス台車用の空気ばね７Ａ，７Ｂを介して車体２０１を支
持するようになっている。走行車輪５Ａ，５Ｂは、減速
機１１Ａ，１１Ｂを介して駆動モータ１２Ａ，１２Ｂに
て回転駆動されるようになっている。減速機１１Ａ，１
１Ｂは、デファレンシャル機能を有し、曲線走行中にお
いても走行車輪５Ａ，５Ｂに駆動力を伝達することがで
きる。

【００１７】前記減速機１１Ａ，１１Ｂの前部は、ラジ
アスロッド１３Ａ，１３Ｂ（上下に配置された平行リン
ク）を介して、車体２０１に連結されている。なお、１
４Ａ，１４Ｂは左右動ストップゴムである。

【００１８】また、前記第１の案内輪２ａ，２ｂと、第
２の案内輪２ｃ，２ｄとは、前記車軸６Ａ，６Ｂの中心
線に関して、前記案内輪２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄが受
ける負担負荷に応じて、非対称に配置されている。すな
わち、前記第１の案内輪２ａ，２ｂと車軸６Ａの中心線
との間隔Ｌ₁が前記第２の案内輪２ｃ，２ｄと車軸６Ａ
の中心線との間隔Ｌ₂よりも長くされている。よって、
第１の案内輪２ａ，２ｂは第２の案内輪２ｃ，２ｄより
も車軸６Ａの中心線に対して大きく離れている非対称な
配置とされている。

【００１９】ここで、第１の案内輪２ａ，２ｂと第２の
案内輪２ｃ，２ｄとの前後方向の間隔は、本来、Ｌ１＋
Ｌ２であって一定であるので、これを、負担負荷に応じ
て、前記第１の案内輪２ａ，２ｂと車軸６Ａの中心線と
の間隔Ｌ₁と前記第２の案内輪２ｃ，２ｄと車軸６Ａの
中心線との間隔Ｌ₂とに分割されることになる。従っ
て、曲線軌道の通過時において、案内輪２ａ〜２ｄによ
る回転中心と、車軸６Ａ，６Ｂの回転中心とは一致せ
ず、ずれることになるが、そのずれ量は小さいので、ず
れによる影響はほとんどない。

【００２０】この第１及び第２の案内輪２ａ〜２ｄの位
置関係は、大きな半径の曲線軌道の通過時において、案
内輪２ａ〜２ｄに作用する荷重を考慮して決定されたも
のである。

【００２１】すなわち、車両の曲線軌道の通過時に、台
車１Ａの案内輪２ａ〜２ｄに作用する力を考えると、対
角位置の案内輪２ａ，２ｄに対し台車１Ａを回転するた
めの力Ｐ（荷重）が作用すると同時に、曲線軌道の通過
のための横方向の荷重２Ｑ（例えば、遠心力）が、曲線
軌道外側の２つの案内輪２ａ，２ｃ（１台車当たり）に
荷重Ｑ₁，Ｑ₂と分散して作用する。その結果、車端側で
あって曲線軌道外側の第１の案内輪２ａには台車１Ａを
回転するために必要な力Ｐと曲線軌道の通過のための横
方向の荷重Ｑ₁との和である荷重Ｐ＋Ｑ₁が作用する。一
方、車両の長手中央寄りであって曲線軌道外側の第２の
案内輪２ｄには、台車１Ａを回転するために必要な力Ｐ
と曲線軌道の通過のための横方向の荷重Ｑ₂との差に相
当する荷重Ｑ₂−Ｐが作用する。よって、これらの荷重
Ｐ＋Ｑ₁，Ｑ₂−Ｐによって生ずるトルクが、台車１Ａの
回転抵抗Ｔに打ち勝って台車１Ａを回転させることにな
る。ここで、台車１Ａの回転抵抗Ｔとしては、摩擦抵
抗、ヨー方向の回転抵抗（ヨー方向の回転剛性×回転角
度）、回転ダンパー力、回転抑制ばね力などが考えられ
る。

【００２２】この場合、第１の案内輪２ａ，２ｂと車軸
６Ａの中心線との間隔Ｌ₁と、第２の案内輪２ｃ，２ｄ
と車軸６Ａの中心線との間隔Ｌ₂とが等しいと、前述し
たところの作用する荷重の相違から、第１の案内輪２ａ
の方が第２の案内輪２ｄよりも負荷負担が大きくなると
考えられるので、案内輪２ａの負担負荷を小さくして、
案内輪２ｄの負荷負担に近づくようにするために、間隔
Ｌ₁を間隔Ｌ₂よりも短くしている。

【００２３】ところで、前記台車１Ａを回転させる力
Ｐ、横方向の荷重Ｑ₁，Ｑ₂は、次の式によって求められ
る（数１，数２参照）。

【数１】

【数２】 よって、車端側の第１の案内輪２ａの荷重Ｐ₁、中央寄
りの第２の案内輪２ｃの荷重Ｐ₂は、次の式によって計
算される（数３，数４参照）。この案内輪２ａ，２ｄに
よる回転トルクが、台車１Ａの回転抵抗Ｔに打ち勝って
操舵され、台車１Ａが回転することになる。なお、台車
１Ｂも、同様の力関係で回転することになる。

【数３】

【数４】 前述した実施の形態では、曲線軌道の通過時における負
担負荷を考慮して、案内輪２ａ〜２ｄの位置関係を決定
しているので、曲線走行の影響が大きくなる線形（案内
輪が受ける横方向の荷重Ｑ₁，Ｑ₂が衝撃荷重を含めて高
いことが想定される）を有する交通システムに、特に有
効である。

【００２４】ところで、そのような曲線走行の影響が少
ない場合、すなわち直線軌道が多い場合には、横方向の
荷重（例えば遠心力）による案内輪の負荷は小さなる
が、車速が速くなるので、案内輪の内部発熱による負荷
の問題が生ずる。

【００２５】そこで、このような場合には、後述する式
によって（数５参照）、各案内輪２ａ〜２ｄの内部温度
を、時間ｔの関数として、実験的に求め、それを全軌道
について積分して、案内輪についての内部発熱量（熱負
荷）を計算し、第１及び第２の案内輪２ａ〜２ｄの内部
発熱量がほぼ均等化される位置に、第１及び第２の案内
輪２ａ〜２ｄを非対称に配置するように選択することも
できる。

【数５】 ここで、前記式における車速Ｖ、案内輪荷重Ｆ、荷重の
作用時間Ｔは、線形（直線軌道か曲線軌道か）、乗車
率、ランカーブ等に応じて変化するので、それらを考慮
して案内輪の内部温度が計算される。なお、前記数５に
おいて、第２項は放熱を考慮したものである。

【００２６】さらに、曲線軌道と直線軌道とが適当に混
在している場合には、前述した横方向の荷重による案内
輪の負荷と、内部発熱による案内輪の負荷とを共に考慮
して、第１及び第２の案内輪２ａ〜２ｄを非対称に配置
するように選択することもできるのはもちろんである。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上に説明したように実施
され、以下に述べるような効果を奏する。

【００２８】本発明に係る案内軌道式車両用台車は、前
後進切換装置を有しない案内軌道式車両用台車におい
て、車両の車端側に位置する第１の案内輪と、車両の長
手方向中央寄りに位置する第２の案内輪とを、車軸の中
心線に関して、前記案内輪の負担負荷に応じて非対称に
配置するようにしているので、第１及び第２の案内輪の
負担負荷がいずれか一方に集中するという事態を回避し
て、台車全体として案内輪の有する能力を有効に使用す
ることができる。

【００２９】前記負担負荷として、曲線軌道の通過時に
案内輪に作用する荷重を採用することで、第１及び第２
の案内輪において、負担負荷がほぼ等しくなるように設
定することが可能となり、曲線軌道の多い新交通システ
ムにおいて特に有効となる。

【００３０】この場合には、前記第１の案内輪を、前記
第２の案内輪よりも、車軸の中心線に対して離れるよう
に非対称に配置することで、いずれかの案内輪に負担負
荷が集中するという事態を簡単に回避することができ
る。

【００３１】さらに、前記負担負荷として、案内輪の内
部発熱による負荷を採用することで、曲線軌道の通過時
だけでなく、直線軌道の通過時も含めて、第１及び第２
の案内輪の負担負荷がいずれか一方に集中するという事
態を簡単に回避することができる。

【００３２】さらに、前述したような案内軌道式車両用
台車においては、車両の車端側に位置する第１の案内輪
と、前記車両の長手方向中央寄りに位置する第２の案内
輪とを、前記車軸の中心線に関して、前記案内輪の負担
負荷（例えば曲線軌道の通過時に案内輪に作用する荷重
や、案内輪の内部発熱による負荷）に応じて非対称なる
ように配置することで、案内輪の負担負荷が第１及び第
２の案内輪のいずれか一方に集中するという事態を回避
して、案内輪の配置を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る案内軌道式車両用台車の概略構成
を示す平面図である。

【図２】本発明に係る案内軌道式車両用台車の台車のみ
を示す平面図である。

【図３】従来例についての図１と同様の図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 案内軌道式車両用台車 ２ａ，２ｂ 第１の案内輪 ２ｃ，２ｄ 第２の案内輪 ３Ａ，３Ｂ 案内輪フレーム ４Ａ，４Ｂ 案内装置 ５Ａ，５Ｂ 走行車輪 ６Ａ，６Ｂ 車軸 １２ 駆動モータ ２０１ 車体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松木 信哉 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (72)発明者 小林 昇 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目12番 14号 川重車両エンジニアリング株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭50−102008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−81857（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−8083（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭57−24600（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61B 13/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行軌道上を転動する左右の走行車輪を
   有する車軸に、案内輪を端部に支承する案内輪フレーム
   が一体に設けられてなり、走行軌道の側部における案内
   軌条に沿って前記案内輪を転動させて操向する案内軌道
   式車両であって、 前記車両の車端側に位置する第１の案内輪と、前記車両
   の長手方向中央寄りに位置する第２の案内輪とが、前記
   車軸の中心線に関して、前記案内輪の負担負荷に応じて
   非対称に配置されていることを特徴とする案内軌道式車
   両用台車。
2. 【請求項２】 前記負担負荷は、曲線軌道の通過時に案
   内輪に作用する荷重である請求項１記載の案内軌道式車
   両用台車。
3. 【請求項３】 前記第１の案内輪は、前記第２の案内輪
   よりも、車軸の中心線に対して離れている請求項２記載
   の案内軌道式車両用台車。
4. 【請求項４】 前記負担負荷は、案内輪の内部発熱によ
   る負荷である請求項１記載の案内軌道式車両用台車。
5. 【請求項５】 走行軌道上を転動する左右の走行車輪を
   有する車軸に、案内輪を端部に支承する案内輪フレーム
   が一体に設けられてなり、走行軌道の側部における案内
   軌条に沿って前記案内輪を転動させて操向する案内軌道
   式車両に用いる案内車輪の配置設定方法であって、 前記車両の車端側に位置する第１の案内輪と、前記車両
   の長手方向中央寄りに位置する第２の案内輪とを、前記
   車軸の中心線に関して、前記案内輪の負担負荷に応じて
   非対称なるように配置することを特徴とする案内軌道式
   車両用台車に用いる案内車輪の配置設定方法。
6. 【請求項６】 前記負担負荷は、曲線軌道の通過時に案
   内輪に作用する荷重である請求項５記載の案内軌道式車
   両用台車に用いる案内車輪の配置設定方法。
7. 【請求項７】 前記負担負荷は、案内輪の内部発熱によ
   る負荷である請求項５記載の案内軌道式車両用台車に用
   いる案内車輪の配置設定方法。