JP6635433B2

JP6635433B2 - 案内装置を有する軌条式車両

Info

Publication number: JP6635433B2
Application number: JP2016038051A
Authority: JP
Inventors: 敏史貫野; 江崎　浩司; 浩司江崎; 谷本　光史; 光史谷本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: WO2017150462A1; US20190047596A1; JP2017154559A; US10994753B2

Description

本発明は案内装置を有する軌条式車両に関し、案内輪を走行軌道の案内レールに当接させることにより、車両を走行軌道に沿って案内しながら走行させる場合に適用して有用なものである。

近年、走行軌道に沿って車体を案内しながら、ゴムタイヤの走行輪で走行する軌条式車両が提案されている。この種の軌条式車両を開示する公知文献として特許文献１が存在する。特許文献１に開示する従来技術に係る軌条式車両を図５に示す。同図に示すように、従来技術に係る軌条式車両は、その走行方向Ｙに関し前方（図５の上方）と後方（図５の下方）とでそれぞれ車体を支持（後部分は図示せず）する台車１を備えており、予め定められた走行軌道２上を案内レール３に沿って走行する。すなわち、当該軌条式車両は、走行軌道２に沿って走行方向Ｙに直交する車幅方向Ｘの左右両側にそれぞれ設置される案内レール３と、台車１の案内枠４に取付けられる案内輪５とを備えている。当該軌条式車両は、案内輪５が案内レール３に接して転動することにより、走行軌道２に沿って案内されながら走行する。

走行軌道２を走行する台車１は、車幅方向Ｘに延びる車軸６を有しており、この車軸６の両端部に走行輪７が回転可能に取り付けられている。車軸６には中心Ｏを旋回中心として鉛直軸回りに旋回する旋回軸受１２を介して案内枠４が旋回可能に固定されている。車軸６は旋回軸受１２に固定されている。かくして車軸６は旋回軸受１２を介して旋回可能に案内枠４を支持している。また、案内枠４は、走行方向Ｙにのびる２本の縦梁８と、車幅方向Ｘに延びる２本の横梁９とを有している。さらに詳言すると、縦梁８は車幅方向Ｘに関し中心Ｏの左右両側において走行方向に延び、横梁９は走行方向Ｙに関し中心Ｏの前後において車幅方向Ｘに延びるように構成されている。

各横梁９の車幅方向Ｘの両端部には、車幅方向Ｘに延びる２本の案内アーム１０が設けられており、走行時に案内レール３に接して転動する各案内輪５は、回転軸１１を介して揺動可能に案内アーム１０に取付けられている。かくして当該軌条式車両の走行に伴い台車１が車幅方向Ｘに移動して案内輪５が案内レール３に当接した際には回転軸１１を揺動中心として案内輪５の回転中心が時計方向または反時計方向に揺動する。かかる案内輪５の揺動は、揺動方向と反対側への弾性部材（図示せず）等による付勢力に抗して行うようになっている。すなわち、案内輪５は緩衝装置（図示せず）を介して案内アーム１０に取付けられている。緩衝装置により案内輪５が案内レール３に当接した際の衝撃を吸収するためである。

特開２０１１−８８５１２号公報

特許文献１で開示する軌条式車両における案内装置は、縦梁８、横梁９、案内アーム１０、回転軸１１および案内輪５等で構成されている。そして、上記軌条式車両では、案内輪５と案内レール３との接触時の過大な衝撃荷重の低減と、衝撃荷重に起因する乗心地悪化の低減を目的として、パイプや溶接組みされた箱型断面の鋼材を井桁形状に組んだ縦梁８および横梁９で案内枠４を強固な構造体として形成している。また、案内輪５は横梁９の両端に案内アーム１０および緩衝装置を介して装着している。すなわち、各案内輪５および緩衝装置は横梁９による片持梁構造となっている。この結果、横梁９の先端には案内輪５および緩衝装置の重量に起因する大きな荷重が作用し、走行軌道２の路面の凹凸等に起因する振動荷重により横梁９に作用する鉛直方向の振動荷重と相俟って横梁９の中央部に作用する応力が大きくなる。したがって、かかる大きな応力に対抗するためにも案内枠４の強度を充分高くする必要があり、いきおい案内枠４の体格が大きくなる。この結果、案内枠４の重量増大を招来する。

また、軌条式車両の乗心地においては走行軌道２の路面の凹凸に起因する車両振動が重要な要因となる。特に走行輪７がゴムタイヤの場合は、車体（図示せず）の重量と台車１の重量、車体−台車１間のばね（空気ばね、コイルばね等）とゴムタイヤで構成される２自由度系の振動問題と考えられ、乗心地向上には車体部の振動を低減する必要がある。このためには、ばね下荷重の軽減、すなわち案内装置を含む台車重量の軽量化が肝要である。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、案内装置の軽量化を図り、乗心地の改善に資することができる案内装置を有する軌条式車両を提供することを目的とする。

１）上記目的を達成する第一の本発明は、走行方向に直交する車幅方向において走行軌道の両側に設置される案内レールに案内輪が当接して転動することにより前記走行軌道上での台車の走行を案内する案内装置を有する軌条式車両において、前記案内装置は、中央部を固定部材に固定されて前記車幅方向の両側に延び、弾性変形可能に形成されているアームと、該アームの前記車幅方向の両端部で前記アームに取付けた前記案内輪とを有し、前記案内輪は、その中心が前記アームの前記車幅方向に延びる中心線から変位しており、前記アームは、その横断面形状が長方形であり、前記長方形の短辺が前記走行方向に沿うとともに、前記長方形の長辺が鉛直方向に沿うように配設されていることを特徴とする案内装置を有する軌条式車両にある。
２）また、上記目的を達成する第二の本発明は、走行方向に直交する車幅方向において走行軌道の両側に設置される案内レールに案内輪が当接して転動することにより前記走行軌道上での台車の走行を案内する案内装置を有する軌条式車両において、前記案内装置は、中央部を固定部材に固定されて前記車幅方向の両側に延び、弾性変形可能に形成されているアームと、該アームの前記車幅方向の両端部で前記アームに取付けた前記案内輪とを有し、前記案内輪は、その中心が前記アームの前記車幅方向に延びる中心線から変位しており、前記アームは、その横断面形状がI型であり、さらにI型の水平な上端および下端のフランジ部の幅が両フランジ部間で鉛直方向に延びる中央部の寸法よりも小さくなる形状であることを特徴とする案内装置を有する軌条式車両にある。

かかる第一及び第二の本発明によれば、案内輪が案内レールに当接した際には、案内輪を介して車幅方向に沿う前記当接時の反力がアームに作用する。ここで、アームの中心がアームの車幅方向の中心線に対して変位しているので、前記反力は固定部材におけるアームの固定点に対して曲げモーメントとして作用する。また、アームは弾性変形可能に形成してあるので、前記反力の作用により支持点に対してアームが撓む。この結果、前記反力はアームが弾性変形して撓むことにより吸収される。すなわち、本発明によれば特許文献１のような緩衝装置を設けることなく案内輪と案内レールとの接触による衝突荷重をアームの弾性変形により吸収することができる。これにより、アーム部分の軽量化を図ることができる。また、第一の本発明によれば、アームの横断面形状において走行方向に沿うアームの寸法が短いので、走行方向に関してはアームが撓み易い。この結果、案内輪と案内レールの当接による衝撃荷重をアームの弾性変形で良好に吸収し得る。一方、鉛直方向に沿う寸法は長いので走行輪を介して台車に伝達され、鉛直方向に変位する走行時の振動に対しては大きな剛性を有するものとなる。さらに、第二の本発明によれば、上記の作用効果とともにアームの軽量化も実現し得る。

３）本発明において、前記アームは、前記両端部から前記中央部に向け折曲部を介して連続する形状とすることで前記変位による前記案内輪の中心の、前記中央部の中心線に対する変位量が前記両端部の中心線に対する変位量よりも小さくなるようにすることができる。

この場合には、変位量が小さくなるようにアームの形状を、その両端部と中央部とが折曲部を介して連続するものとしたので、アーム中央部の支持点に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。

４）本発明では、前記アームは、その２本を前記固定部材の前記走行方向に関する前後の２箇所に固定することもできる。

この場合には、固定部材の走行方向に沿う寸法を短縮することができ、固定部材の小型化、軽量化も実現し得る。

５）本発明において、前記アームは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成するのが望ましい。この場合には、所定のアーム強度とともにアームの軽量化による当該案内装置の軽量化を実現し得る。

本発明の軌条式車両によれば、案内輪の中心がアームの車幅方向の中心軸から変位してアームの両端部に取付けられているので、案内輪が案内レールに当接した際の衝撃はアームが撓むことにより吸収することができる。この結果、アームの両端部に緩衝装置を設ける必要がなくアーム部分の軽量化により案内装置の軽量化に資することができる。これにより、台車重量の軽量化も図り得るので、車体部の振動も良好に低減でき、乗心地の改善も図り得る。

本発明の第１の実施形態に係る軌条式車両の台車を示す平面図である。上記実施形態の作用を説明するための案内装置のアーム部分を示す模式図である。上記実施形態のアームの横断面形状を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る軌条式車両の台車を示す平面図である。従来技術に係る軌条式車両の台車を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る軌条式車両の台車を示す平面図である。同図に示すように本実施形態に係る軌条式車両は、その走行方向に沿った車両の前後方向Ｙに関し、車体（図示せず）の前部と後部とに、それぞればね（図示せず）を介して車体を支持（後部は図示せず）する台車２１を備えており、予め定められた走行軌道２上を案内レール３に沿って走行する。

台車２１は、固定部材２８、および案内輪２５、固定部材２８に固定されたアーム２９からなる案内装置２４を備えている。ここで、固定部材２８には中心Ｏを旋回中心として鉛直軸回りに旋回可能に旋回軸受３１が取付けられている。かくして案内装置２４は旋回軸受３１を介して固定部材２８に鉛直軸回りに旋回可能に取り付けられている。車幅方向Ｘに伸びる車軸６は旋回軸受３１に固定されている。この結果、案内装置２４は旋回軸受３１を介して車軸６に取付けられている。車軸６の車幅方向Ｘにおける両端部には、中心Ｏに対して対称に一対の走行輪７が操舵可能に取付けられている。ここで、図示はしないが、タイヤ７と固定部材２８とはステアリングロッドを介して連結されている。この結果、タイヤ７を介しての操舵が可能となる。

アーム２９は、中央部を固定部材２８に固定されて車幅方向Ｘの両側に延び、走行方向Ｙの前後方向に弾性変形可能に形成されている。案内輪２５は案内アーム３０を介してアーム２９の両端部に取付けられており、アーム２９の走行方向Ｙに関する弾性変形に伴い同方向に揺回動可能となっている。ここで、案内輪２５は、その中心Ｏ１がアーム２９の車幅方向Ｘに延びる中心線ＣＬから変位している。また、本実施形態においては２本のアーム２９が、走行方向Yに関して中心Ｏよりも先方（図中、上方）と、後方（図中、下方）の２箇所で固定部材２８に中央部をそれぞれ固定されている。

なお、本実施形態ではアーム２９の両端部に案内アーム３０を介して案内輪２５を取付けたが、アーム２９の両端部であれば案内アーム３０を介することなく直接案内輪２５をアーム２９に取りつけてもよい。直接案内輪２５をアーム２９に取りつけた場合にはアーム２９の重量を低減し得るという利点はある。一方、本実施形態では案内輪２５の中心がアーム２９の中心線ＣＬから変位しているので、案内輪２５をアーム２９に直接取り付けるにはアーム２９の先端が走行方向Ｙの前後何れかに曲がっている必要があるという課題がある。案内アーム３０を介してアーム２９に案内輪２５を取り付けることにより前記課題を良好に解決し得る。

かかる本実施形態によれば、案内輪２５が案内レール３に当接した際には、案内輪２５を介して車幅方向Ｘに沿う前記当接時の衝突荷重に起因する反力がアーム２９に作用する。ここで、本実施形態では、アーム２９の中心がアーム２９の車幅方向Ｘの中心線ＣＬに対して変位している。そこで、案内輪２５に対する反力は固定部材２８に固定されたアーム２９に曲げモーメントとして作用する。ここで、アーム２９は弾性変形可能に形成してあるので、前記反力の作用により固定部材２８の固定点を支点としてアーム２９が撓む。かくして、前記反力はアーム２９が弾性変形して撓むことにより吸収される。すなわち、図２に示すように、アーム２９の図心（中心）に対する案内輪２５の中心Ｏ１の変位量をＬ、アーム２９の先端の撓み角をθ、案内輪２５の荷重方向の変位量をδとすると、δ＝Ｌ×ｓｉｎθと表すことができる。したがって、案内輪２５が案内レール３に当接して案内輪２５に反力が作用すると、アーム２９が走行方向に撓むことで案内輪２５の２５の中心が車幅方向Ｘ、つまり荷重方向にδだけ変位する。この結果、案内輪２５が案内レール３に当接した際に発生する衝突荷重に基づく車幅方向Ｘの反力Ｆはアーム２９の弾性変形により吸収される。すなわち、アーム２９が衝突荷重に起因する反力Ｆの緩衝装置として機能する。

本実施形態において、アーム２９の緩衝機能を向上させるために曲げ剛性ＥＩを低下させるとともに衝突荷重に対する強度を確保するためには断面係数Ｚを増加させるのが望ましい。つまり、アーム２９は、（断面係数Ｚ／曲げ剛性ＥＩ）を最大化する部材特性を有するのが望ましい。ここで、図３に示すように、走行方向Ｙに関するアーム２９の寸法をＢとすると、Ｍａｘ（Ｚ／ＥＩ）＝Ｍａｘ（２／ＥＢ）となる。つまり、曲げ剛性ＥＩの低下および強度の確保という観点では、断面の寸法Ｂは小さい方が望ましく、要求される緩衝機能を勘案して決定されるＩを固定値と考えた場合、Ｉ形断面に較べて矩形断面は寸法Ｂが小さくなる。

そこで、本実施形態におけるアーム２９は、図３（ａ）に示すように、横断面形状が長方形であり、寸法Ｂの短辺が走行方向Ｙに沿うとともに、寸法Ｈの長辺が鉛直方向に沿う形状となるように形成してある。このように、本実施形態では、アーム２９の横断面形状において走行方向Ｙに沿うアーム２９の寸法Ｂを短くしたので、走行方向Ｙに関してはアーム２９が撓み易い。この結果、案内輪２５と案内レール３の当接による衝撃荷重をアーム２９の弾性変形で良好に吸収し得る。一方、鉛直方向に沿う寸法Ｈは長くしたので、走行輪７を介して台車２１に伝達され、鉛直方向Ｚに変位する走行時の台車２１に作用する振動に対しては大きな剛性を有するものとなる。

アーム２９の軽量化を図る場合には、図３（ｂ）に示すように、その横断面形状をI型に形成するのが有効である。すなわち、I型の水平な上端および下端のフランジ部の幅が両フランジ部間で鉛直方向に延びる中央部の寸法よりも小さくなる形状とする。この結果、図３（ａ）に横断面形状を示すアーム２９と同様の作用・効果を得ると同時に、アーム２９の軽量化も達成し得る。

なお、アーム２９の材料としては所定の弾性変形が発揮される弾性材料、例えば鋼等の金属であれば、基本的には使用し得るが、必要な弾性および強度を備え、かつ軽量な材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が最適である。ここで、強化繊維カーボンファイバ等で弾性、強度要求に応じたものを適宜使用できる。また、これらの組み合わせも可能である。この場合には、所定の強度および弾性とともにアーム２９の軽量化による案内装置２４の軽量化も実現し得、当該軌条式車両の乗心地の改善に資することもできる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る軌条式車両の台車を示す平面図である。なお、同図中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態における台車３２のアーム３９は、両端部３９ａから中央部３９ｂに向け折曲部３９ｃを介して連続する形状としてある。このことで変位による案内輪２５の中心Ｏ１は、中央部３９ｂの中心線ＣＬ２に対する変位量が両端部３９ａの中心線ＣＬ１に対する変位量よりも小さくなるようにしてある。

本実施形態によれば、アーム３９の中央部３９ｂの中心線ＣＬ２に対する案内輪２５の中心Ｏ１の変位量が、両端部３９ａの中心線ＣＬ１に対する案内輪２５の中心Ｏ１の変位量よりも小さくなることでアーム３９の中央部の支持点に作用する曲げモーメントを小さくすることができる。

また、本実施形態によれば、走行方向Ｙに関する２箇所に配設して固定部材２８に固定した二本のアーム３９の中央部３９ｂ間の走行方向Ｙに沿う間隔を短縮することができる。これにより固定部材２８の小型化、軽量化も実現し得る。

＜その他＞
上記の実施形態では固定部材２８の前後にそれぞれアーム２９，３９および案内輪２５からなる案内装置２４を設けており、案内装置２４の軽量化を大きく促進できるが、前後の一方のみに本案内装置２４を適用しても軽量化は可能である。

Ｘ走行方向
Ｙ車幅方向
Ｏ１中心
ＣＬ、ＣＬ１、ＣＬ２中心線
２走行軌道
３案内レール
４案内枠
６車軸
７走行輪
２１、３２台車
２４案内装置
２５案内輪
２８固定部材
２９、３９アーム
３９ａ両端部
３９ｂ中央部
３９ｃ折曲部

Claims

走行方向に直交する車幅方向において走行軌道の両側に設置される案内レールに案内輪が当接して転動することにより前記走行軌道上での台車の走行を案内する案内装置を有する軌条式車両において、
前記案内装置は、中央部を固定部材に固定されて前記車幅方向の両側に延び、両端部が前記案内レールが延びる前後方向に弾性変形可能に構成されているアームと、該アームの前記両端部に前記アームに取付けられた前記案内輪とを有し、
前記案内輪は、その回転中心の前記前後方向位置が前記アームの前記車幅方向に延びる中心線から変位しており、
前記アームは、その横断面形状が長方形であり、前記長方形の短辺が前記走行方向に沿うとともに、前記長方形の長辺が鉛直方向に沿うように配設されている
ことを特徴とする案内装置を有する軌条式車両。
走行方向に直交する車幅方向において走行軌道の両側に設置される案内レールに案内輪が当接して転動することにより前記走行軌道上での台車の走行を案内する案内装置を有する軌条式車両において、
前記案内装置は、中央部を固定部材に固定されて前記車幅方向の両側に延び、両端部が前記案内レールが延びる前後方向に弾性変形可能に構成されているアームと、該アームの前記両端部に前記アームに取付けられた前記案内輪とを有し、
前記案内輪は、その回転中心の前記前後方向位置が前記アームの前記車幅方向に延びる中心線から変位しており、
前記アームは、その横断面形状がI型であり、さらにI型の水平な上端および下端のフランジ部の幅が両フランジ部間で鉛直方向に延びる中央部の寸法よりも小さくなる形状である
ことを特徴とする案内装置を有する軌条式車両。
前記アームは、前記両端部から前記中央部に向け折曲部を介して連続する形状とすることで前記変位による前記案内輪の回転中心の、前記中央部の中心線に対する変位量が前記両端部の中心線に対する変位量よりも小さくなるようにした
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載する案内装置を有する軌条式車両。
前記アームは、その２本を前記固定部材の前記走行方向に関する前後の２箇所に固定した
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載する案内装置を有する軌条式車両。
前記アームは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成した
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載する案内装置を有する軌条式車両。