鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具

【課題】牽引枠と台車枠とが左右動しての横揺れ規制具の衝突による弾性、即ちバネ定数が、衝撃が強い程高くなる非線形特性を出せるようにすることにより、横揺れ規制機構の作動中における乗車感を改善させることが可能となる鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具を開発して提供する。
【解決手段】所定量以上圧縮される場合のバネ定数が、所定量未満で圧縮される場合のバネ定数よりも高くなるように、互いに形態の異なる複数の構成要素であるゴム部２１と金具２１Ｂとから構成されるとともに、鉄道車両に支持される牽引枠と台車枠との何れか一方に取付けられる受止め部材１９との当接によって牽引枠と台車枠との左右の動きを規制可能となるように、牽引枠と前記台車枠との何れか他方に取付けられる横揺れ規制具１８を鉄道車両用牽引装置に設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車とを車両進行方向で連動させるための牽引装置、即ち、鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばボルスタレス台車等のように、鉄道車両と台車との連結構造部に、鉄道車両の車体と台車、詳しくは鉄道車両に支持される牽引枠と台車枠とを進行方向において連動連結させる牽引装置を装備することがある。その場合、牽引枠と台車枠との左右方向の相対的な動きを規制する横揺れ規制機構も必要になる。
【０００３】
横揺れ規制機構は、特許文献１や特許文献２において開示されたものが知られている。特許文献１のものは、その図３等から、牽引枠（８）から垂下された左右一対の金具（１７）と、台車枠（９）から立設された左右一対の金具（１６）とを、若干の左右間隙を隔てて対向配置して成る構造のものである。また、特許文献２において開示される横揺れ規制機構は、その図３等から、台車枠（１６）に支持されるストッパゴム（４６），（４８）と、牽引枠（３６）の左右側壁部分（符記なし）とを、若干の左右間隙を隔てて対向配置して成る構造のものである。
【０００４】
前者の従来技術（特許文献１）による横揺れ規制機構では、金属部品どうしの当接構造のように見受けられるが、その構造では左右の動き規制が唐突にメタルタッチで行われるため、乗車感が芳しくなく当接ショックもあるため、最低限度の機能しか備えていないものと思われる。後者の従来技術（特許文献２）による横揺れ規制機構では、緩衝ゴム等によるストッパを介して台車枠と牽引枠とが当接するので、左右動による衝撃が緩和される利点を有している。
【０００５】
しかしながら、従来のゴムストッパ、即ち横揺れ規制具はブロック状のものであるため、衝撃に対する減衰性能はゴム故に一定のものであってそれ以上の減衰性能の向上は望めない。そのため、ストッパゴムが牽引枠に衝突した際の衝撃を十分に緩和できるまでには至らず、乗心地も芳しいものではなかった。また、ストッパゴムのへたり（疲労性）も大きいものでもあり、鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具（ストッパゴム）としては改善の余地が残されているものであった。
【特許文献１】特開平９−３０１１６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２５０５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、牽引枠と台車枠とが左右動しての横揺れ規制具の衝突による弾性、即ちバネ定数が、衝撃が強い程高くなる非線形特性を出せるようにすることにより、横揺れ規制機構の作動中における乗車感を改善させることが可能となる鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具を開発して提供する点にある。また、へたりが少なく耐久性に優れる横揺れ規制具を実現させることも目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具において、所定量以上圧縮される場合のバネ定数Ｋ２が、前記所定量未満で圧縮される場合のバネ定数Ｋ１よりも高くなるように、互いに形態の異なる複数の構成要素２１Ａ，２１Ｂから構成されるとともに、鉄道車両に支持される牽引枠９と台車枠６との何れか一方に取付けられる受止め部材１９との当接によって前記牽引枠９と前記台車枠６との左右の動きを規制可能となるように、前記牽引枠９と前記台車枠６との何れか他方に取付けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具において、前記複数の構成要素２１Ａ，２１Ｂが、前記他方に取付けられるゴム製の第１構成要素２１Ａと、前記他方から所定間隔離された状態で前記第１構成要素２１Ａに一体化される硬質材製の第２構成要素２１Ｂとから構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具において、前記第２構成要素２１Ｂが金属材によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具において、前記第２構成要素２１Ｂと前記他方との間に介装されるクッション材２５が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、弾性を有する横揺れ規制具の採用によって、横移動時における牽引枠と台車枠との当接ショックが緩和される。そして、互いに形態の異なる複数の構成要素から横揺れ規制具を構成してあるので、横揺れ規制具が受止め部材との当接によって所定量以上圧縮される場合のバネ定数が、所定量未満で圧縮される場合のバネ定数よりも高くなるように、即ち、圧縮量が増すほどバネ定数が大きくなる非線形特性を得ている。これにより、牽引枠と台車枠とが軽く当接する程度の軽微な横揺れにはソフトなバネ定数での弾性当接状態となり、強く当接する大なる横揺れにはハードなバネ定数で踏ん張ることができるので、横揺れ時の乗車感を大きく向上させることが可能になる。
【００１２】
その結果、牽引枠と台車枠とが左右動しての横揺れ規制具の衝突による弾性、即ちバネ定数が、衝撃が強い程高くなる非線形特性を出せるようにすることにより、横揺れ規制機構の作動中における乗車感を改善させることが可能となる鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具を提供することができる。この場合、請求項２のように、ゴム製の第１構成要素と硬質材製の第２構成要素とで横揺れ規制具を構成すれば、廉価で作り易い合理的なものとしながら、しかも従来に比べてへたりも少ない状態で請求項１の発明による効果を奏することができる利点がある。
【００１３】
請求項３の発明によれば、第２構成要素を金属材で形成してあることによって、非線形特性を極端なもの（急激に立ち上がる特性）とすることができるから、第１バネ定数に比べて相当に大なる第２バネ定数が要求される場合に好適な横揺れ規制具を提供することができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、横揺れ規制具による非線形特性を三段階以上、即ち、バネ定数の変局箇所を２箇所以上有するものとすることができる。これにより、多種多用な横揺れ規制要望に答えることが可能となる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明による鉄道車両用牽引装置及び横揺れ規制具の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は台車の平面図、図２〜図４は牽引装置部分の平面図、側面図、正面図、図５は牽引リンクの平面図、図６，７は緩衝ゴムの側面図と斜視図、図８，９は横揺れ規制具の平面図と側面図、図１０は横揺れ規制具の弾性変形状況を示す作用図、図１１は横揺れ規制具の荷重とたわみの関係グラフを示す図、図１２は比較例の横揺れ規制具を示す平面図である。
【００１６】
〔実施例１〕
図１に鉄道車両用台車の一例を示す概略の平面図が示されている。この台車Ｄは、左右一対の車輪１，１を有する車軸２の一対と、各車軸２，２を駆動回転させる電動機３，３と、歯車装置４，４と、左右一対の空気ばね５，５と、牽引装置Ａ、ブレーキ装置７等を台車枠６に装備してなるボルスタレス台車に構成されている。台車枠６は、左右の支持枠部６Ｂ，６Ｂと、これら支持枠部６Ｂ，６Ｂを連結する前後一対の主支持枠６Ａ，６Ａと、主支持枠６Ａ，６Ａに跨って架設される左右一対の連結枠部６Ｃ，６Ｃ等を有して構成されている。なお、図１はＺリンク式の牽引装置Ａを示している。
【００１７】
次に牽引装置Ａについて、上述のＺリンク式とは別の１本リンク式のもの（基本構成は同じ）として説明する。１本リンク型の牽引装置Ａは、図２〜図４に示すように、鉄道車両Ｂである車体フレーム８に支持される牽引枠９と台車枠６の連結枠部６Ｃとに亘って架設される単一の牽引リンク１０を設けて構成されている。牽引枠９は、車体フレーム８にボルト止めされるフランジ９Ａと、牽引リンク１０を跨ぐ二股下端部９ａ，９ａとを有しており、車体フレーム８に垂設される状態の金属製部材に形成されている。
【００１８】
牽引リンク１０は、図３，図５に示すように、鋼管材で形成される牽引部材１０Ａと、牽引部材１０Ａの両端それぞれに溶着一体化される金属製の筒ボス１０Ｂ，１０Ｂとから構成されており、各筒ボス１０Ｂ，１０Ｂのそれぞれには緩衝ゴムＧが内嵌装着されている。緩衝ゴムＧは、筒ボス１０Ｂに内嵌装着されるボス部１１と、筒状ゴム部１２と、支軸部１３とを有して構成されている（図２〜図４参照）。支軸部１３の両端部１３ａ，１３ａは、牽引枠９に対しては二股下端部９ａ，９ａにボルト止めされるとともに、台車枠６に対しては、一方の主支持枠６Ａのみから突設されるステー６ａ，６ａにボルト止めされる構成となっている。
【００１９】
緩衝ゴムＧについて詳述する。緩衝ゴムＧは、図３及び図５〜図７に示すように、鉄道車両Ｂに支持される牽引枠９と台車枠６とに亘って架設連結される牽引リンク１０の両端部に内嵌装備されるボス部１１と、ボス部１１に内嵌支持される筒状ゴム部１２と、筒状ゴム部１２の中心孔１２ａに貫通支承されるとともにその両端部１３ａ，１３ａが牽引枠９及び台車枠６に取付けられる支軸部１３と、を有して構成されている。支軸部１３の各端部１３ａは、ボルト止め用の挿通孔１３ｂが形成された断面形状が二面幅形（小判形）に形成されており、それらの間の部分は中心孔１２ａに嵌合される中央円柱部１３ｃに形成されている。各端部１３ａの径寸法は、中央円柱部１３ｃの径寸法よりも若干小さい値に設定されている。
【００２０】
そして、筒状ゴム部１２における車体進行方向（矢印イ方向）に対して直交（又はほぼ直交でも良い）する方向（矢印ホ方向）の引張り荷重及び圧縮荷重の作用する箇所のそれぞれ、即ち筒状ゴム部１２の上端部及び下端部のそれぞれには、筒状ゴム部１２の径方向に貫かれ、かつ、車体左右方向（矢印ロ方向）にも貫かれる状態の肉ぬすみ部１４が設けられている。各肉ぬすみ部１４の幅寸法（前後方向であって車体進行方向である矢印イ方向の平均幅）ｄは、例として、中央円柱部１３ｃの径Ｒの約３０％程度、又は、端部１３ａの二面幅寸法Ｄの約５０％程度に設定されているが、当然ながらそれ以外の値であっても良い。
【００２１】
また、筒状ゴム部１２は、互いにゴム硬度（バネ定数）の異なる内ゴム層１２Ａと外ゴム層１２Ｂとの二層から成っている。この場合、図示は省略するが、内外ゴム層１２Ａ，１２Ｂの間に鋼板等の硬質板製の円筒仕切り部材を設けても良い。なお、この実施例１における緩衝ゴムＧにおいては、車体進行方向（矢印イ方向）と、支軸部１３におけるボルト挿通方向とは一致しており、各ボルト１５にはせん断力は作用せず、軸力（引張り又は圧縮荷重）が作用するように設定される。
【００２２】
車両Ｂが矢印ハ方向に進行する場合は、電動機３を駆動させて台車Ｄが車体を引張ることとなるので、牽引リンク１０には文字通り牽引力（引張力）が作用し、車両Ｂが矢印ニ方向に進行する場合は、牽引リンク１０に圧縮力（押圧力）が作用する。従って、いずれの進行方向でも、緩衝ゴムＧは筒状ゴム部１２における肉ぬすみ部１４の存在しない部分でそれらの牽引荷重や圧縮荷重を受けるので、十分なゴム強度を持たせることが可能である。そして、走行振動や牽引ショック、減速ショック等の台車と車両とが相対的に上下移動して牽引リンク１０がいずれかの端部を支点とした揺動移動するような場合には、緩衝ゴムＧに捩り力（トーション）が作用する。この場合には、二箇所の肉ぬすみ部１４，１４の影響が出て筒状ゴム部１２のバネ定数が柔らかい目となって、振動や各ショックが効果的に減衰されて車体に伝わるようになり、乗員に対してはソフトな乗り心地を提供できる利点がある。
【００２３】
牽引枠９と台車枠６とは、車体左右方向に関しては、図４に示すように、振動等を減衰するためのダンパ１６が牽引枠９の付け根部分と連結枠部６Ｃとに亘って架設されるとともに、連結枠６Ｃから突設されたアーム部材１７の頂部に係止される横揺れ規制具１８と、牽引枠９に形成された板金製の受け台１９とが車体左右方向に近接配備されることにより、横揺れ規制機構Ｙが構成されている。この横揺れ規制機構Ｙにより、横揺れは左右のダンパ１６，１６によって減衰されるとともに、大きな横揺れ（横移動）に対しては、横揺れ規制具１８と受け台１９との当接によって対処される。
【００２４】
さて、牽引枠９と台車枠６との左右の動きを規制する横揺れ規制機構Ｙは、図２，図４に示すように、台車枠６（牽引枠９と台車枠６との何れか一方）に取付けられる弾性を有する横揺れ規制具１８と、横揺れ規制具１８と当接可能な状態で牽引枠９（牽引枠９と台車枠６との何れか他方）に取付けられる受け台（受止め部材）１９とを有して構成されており、横揺れ規制具１８が、これが受け台１９の側壁部１９Ａとの当接によって所定量以上圧縮される場合のバネ定数Ｋ２が、所定量未満で圧縮される場合のバネ定数Ｋ１よりも高くなるように、互いに形態の異なる複数の構成要素２１Ａ，２１Ｂから構成されている。
【００２５】
横揺れ規制具１８は、図８，図９に示すように、金属板から成るベースプレート２０と、ベースプレート２０の表面に加硫接着等によって一体化されるストッパゴム２１とから構成されている。ベースプレート２０には、その頭部２２ａがストッパゴム２１で隠される状態の取付けボルト２２，２２が一体装備されており、それら取付けボルト２２，２２が前後に並ぶ状態でアーム部材１７の表面板１７Ａに螺着されている。
【００２６】
ストッパゴム２１は、その大部分を為すゴム部（第１構成要素の一例）２１Ａと、ゴム部２１Ａの前後上下の中心位置に一体的に配置される金具（第２構成要素の一例）２１Ｂとで構成されている。ベースプレート２０に一体化されるゴム部２１Ａの前後中央位置には、平面視でベースプレート側が長い台形を為して上下に貫通されて、ベースプレート２０の内側面２０ａとで囲まれる状態の抜き孔２３が形成されている。そして、その抜き孔２３に短径側となる外側面２４がほぼ臨む状態で、裁頭円錐台形状の金具２１Ｂがゴム部２１Ａに埋設装備されている。これにより、金具２１Ｂはベースプレート２０から左右方向に距離Ｈ離れる状態に配置されている。
【００２７】
取付けボルト２２，２２で螺着されているベースプレート２０は、機能的には台車枠６と同等の固定部材であることから、横揺れ規制具１８は、台車枠６に取付けられるゴム部２１Ａ（ゴム製の第１構成要素）と、台車枠６から所定間隔Ｈ離された状態でゴム部２１Ａに一体化される金具２１Ｂ（硬質材製の第２構成要素）とから構成されている、と言うことができる。
【００２８】
つまり、鉄道車両に支持される牽引枠９と台車枠６とに亘って架設される牽引リンク１０と、前記牽引枠９と前記台車枠６との左右の動きを規制する横揺れ規制機構Ｙとを有して成る鉄道車両用牽引装置であって、前記横揺れ規制機構Ｙが、前記牽引枠９と前記台車枠６との何れか一方に取付けられる弾性を有する横揺れ規制具１８と、前記横揺れ規制具１８と当接可能な状態で前記牽引枠９と前記台車枠６との何れか他方に取付けられる受止め部材１９とを有して構成されており、前記横揺れ規制具１８が、これが前記受止め部材１９との当接によって所定量以上圧縮される場合のバネ定数Ｋ２が、前記所定量未満で圧縮される場合のバネ定数Ｋ１よりも高くなるように、互いに形態の異なる複数の構成要素２１Ａ，２１Ｂを有して構成されている。
【００２９】
次に、横揺れ規制機構Ｙの、特に横揺れ規制具１８の作用を説明する。曲線通過等によって車体フレーム８と台車Ｄとが横移動し、牽引枠９と台車枠６とが図４に示す状態から横移動して行き、図１０（ａ）に示すように、受け台１９の側壁部１９Ａとストッパゴム２１とが当接する状態になる。図１０（ａ）の状態から尚も牽引枠９と台車枠６とが相対横移動すると、主に抜き孔２３周囲のゴム部２１Ａが圧縮されての弾性力が生じるようになる。これは、図１１に示すストッパゴム２１のたわみ（撓み）と荷重との関係グラフのように、ほぼ比較的値の小さい第１バネ定数Ｋ１でもって凡そ線形な特性を示す。尚、図１１のグラフの線形部分が正確な線形でない（僅かに非線形になっている）のは、ゴム部２１の形状から来る非線形特性が出ていると考えられる。
【００３０】
さらに牽引枠９と台車枠６とが相対横移動して、図１０（ｂ）のように、ベースプレート２０の内側面２０ａに金具２１Ｂが当接するような状況になると、金具２１Ｂのリジッドな特性により、もはやそれ以上の相対横移動が生じないように牽制阻止される。即ち、牽引枠９と台車枠６とが抜き孔２３の左右幅に相当する距離Ｈで相対横移動するまでは、横揺れ規制具１８が弾性的に抗するが、距離Ｈ以上になると無限に大きい第２バネ定数Ｋ２でもって抗する状態がもたらされる（図１１参照）。但し、金具２１Ｂと抜き孔２３との間にゴム薄膜部３０が存在していると、図１１に示すように、距離Ｈ離れたバネ定数の変化点の前後においてはなだらかに（穏やかに）変化する状態になる。これは、横揺れ規制具１８を納入する相手先が、極端なバネ定数の増加を好む場合に有効な手段である。
【００３１】
横揺れ規制具１８の比較例として、図１２に示すように、実施例１による横揺れ規制具１８から金具２１Ｂを省いて全ゴム構造のストッパゴム２１を有するものを考える。この場合でも、牽引枠９と台車枠６との相対横移動によって抜き孔２３が潰れるまでは、図１１に示すように、第１バネ定数Ｋ１でもって弾性変形する。そして、距離Ｈ以上に弾性変形する場合には、抜き孔２３の崩壊に伴う圧縮面積の増大により、第１バネ定数Ｋ１よりも大きい第３バネ定数Ｋ３でもって弾性変形する状態になる（図１１の一点破線の部分を参照）。従って、弱い非線形特性を発揮する横揺れ規制具１８には構成されているが、バネ定数の増大程度が足りない場合には、本発明品を採用することとなる。つまり、距離Ｈが、請求項で言う「所定量」、「所定間隔」に相当している。尚、第３バネ定数Ｋ３よりも第２バネ定数Ｋ２の方が大（Ｋ２＞Ｋ３）である。
【００３２】
〔別実施例〕
図８に仮想線で示すように、金具２１Ｂの内側（牽引枠側）にもゴム薄膜部３１を形成すれば、横移動時における側壁部１９Ａと金具２１Ｂとの直接の当接、所謂メタルタッチが抑制又は防止できる利点が得られる。尚、内外のゴム薄膜部３０，３１は無くても良いし、何れか一方だけあっても良い。そして、金具２１Ｂの形状は裁頭円錐台以外の形状でも良く、またその厚みをゴム部２１Ａの抜き孔２３を除く部分の厚みよりも薄くして、三段階の非線形特性が出せる構成としても良い。さらに、ゴム部２１の抜き孔２３を省略した横揺れ規制具１８でも良い。
【００３３】
第１構成要素２１Ａを、ゴム部２１Ａに代えてエラストマーや繊維強化ゴム等の弾性を有するその他の材料で形成可能である。また、第２構成要素２１Ｂを、金具２１Ｂに代えて、合成樹脂材（プラスチック）や、ゴム部２１Ａより硬度の高い（硬い）ゴム、或いは、セラミック等の第１構成要素２１Ｂよりも高い（大きい）バネ定数を有する材料から構成しても良い。構成要素は３つ以上あっても良い。請求項に言う「互いに形態の異なる」とは、互いにゴム硬度が違うこと、互いに材質がことなること、互いに形状や大きさが異なること等を総称した定義である。尚、金属材は無限大又はそれに近いバネ定数を持つ弾性材である、と言うことができる。
【００３４】
図８に仮想線で示すように、第２構成要素である金具２１Ｂとベースプレート２０（台車枠６と同義であって「前記他方」に相当）との間に介装されるゴム等の弾性材か成るクッション材２５を設ける構成でも良い。この構成とすれば、ゴム部２１のみが弾性変形する最も小さいバネ定数の状態と、ゴム部２１とクッション材２５とが共に弾性変形する中間のバネ定数の状態と、クッション材２５が圧壊する等によって第２構成要素（金具等）２１Ｂが実質的にベースプレート２０に当接しての最も大きいバネ定数の状態と、の三段階の非線形特性の横揺れ規制具１８（即ち、横揺れ規制機構Ｙ）が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】鉄道車両の台車の一例を示す平面図
【図２】図１の牽引装置部分の平面図
【図３】図２の牽引装置の側面図
【図４】図３の牽引装置の正面図
【図５】牽引リンクの構造を示す一部切欠きの平面図
【図６】牽引リンク用緩衝ゴムの側面図
【図７】図６の緩衝ゴムの斜視図
【図８】実施例１による横揺れ規制具の一部切欠きの平面図
【図９】図８の横揺れ規制具の側面図
【図１０】横揺れ規制具の変形状態を示し、（ａ）は受け台との当接開始時の作用図、（ｂ）は金具がベースプレートに当接した状態の作用図
【図１１】実施例１及び比較例の横揺れ規制具夫々の荷重と撓みとの関係グラフ
【図１２】比較例による横揺れ規制具の平面図
【符号の説明】
【００３６】
６台車枠
９牽引枠
１０牽引リンク
１８横揺れ規制具
１９受止め部材
２１Ａ第１構成要素
２１Ｂ第２構成要素
２５クッション材
Ｋ１所定量未満で圧縮される場合のバネ定数
Ｋ２所定量以上圧縮される場合のバネ定数
Ｙ横揺れ規制機構

【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量以上圧縮される場合のバネ定数が、前記所定量未満で圧縮される場合のバネ定数よりも高くなるように、互いに形態の異なる複数の構成要素から構成されるとともに、鉄道車両に支持される牽引枠と台車枠との何れか一方に取付けられる受止め部材との当接によって前記牽引枠と前記台車枠との左右の動きを規制可能となるように、前記牽引枠と前記台車枠との何れか他方に取付けられている鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具。
【請求項２】
前記複数の構成要素が、前記他方に取付けられるゴム製の第１構成要素と、前記他方から所定間隔離された状態で前記第１構成要素に一体化される硬質材製の第２構成要素とから構成されている請求項１に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具。
【請求項３】
前記第２構成要素が金属材によって形成されている請求項２に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具。
【請求項４】
前記第２構成要素と前記他方との間に介装されるクッション材が設けられている請求項２又は３に記載の鉄道車両用牽引装置の横揺れ規制具。

【図１】