저층식 철도 차량용 대차 및 이를 구비한 저층식 철도 차량

저층식 철도 차량용 대차 및 이를 구비한 저층식 철도 차량 {Bogie for Low Floor Type Railway Vehicle and Low Floor Type Railway Vehicle with The Same}

본 발명은 탑승 공간을 가지는 차체를 지지하는 저층식 철도 차량용 대차 및 이를 구비한 저층식 철도 차량에 관한 것이다.

노면 전차 등의 철도 차량 차체의 바닥 하부에는 차체를 지지하여 레일을 따라 주행하기 위한 대차가 각각 설치되어 있다. 일반적인 대차는, 대차 프레임의 전후에 1대의 차축이 회전이 자유롭게 결합되고, 각 차축에 좌우 1쌍의 차륜이 설치된 구성으로 되어 있으며, 대차 프레임에는 차체의 진동을 흡수하는 공기 스프링이나, 차축을 회전 구동하는 주행 구동용 모터 등의 각종 장치가 탑재되어 있다.

이와 같은 대차를 구비한 차량에는, 승객이 탑승하는 차체는 대차의 상부에 설치되기 때문에, 차체의 바닥면의 지상 높이가 높게 배치되어 차체의 승강구와 지상과의 사이에 고저차가 발생한다. 이에 따라, 최근의 노면 전차에서는 장애물 없는 생활환경(barrier free)의 관점에서 고령자와 장애자 등이 승강하기 용이하도록 승강구가 낮은 위치에 설치된 저층식 철도 차량이 등장하고 있다.

예를 들면, 유럽 특허 제348378호 공보에 개시된 대차에서는, 좌우의 차륜을 연결하는 차축이 제거되고, 차륜이 대차 프레임에 대하여 직접 회전이 자유롭게 결합됨과 동시에, 2쌍인 차륜 중 1쌍의 차륜이 대직경이고, 나머지 1쌍이 소직경으로 된다. 이에 의해, 소직경 차륜의 상부 방향에 위치하는 차체의 바닥면을 낮게 배치할 수 있음과 동시에, 대직경 차륜의 사이에는 부품 등을 배치하는 공간을 형성하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 공보의 대차에는 좌우의 독립 회전하는 차륜이 커브를 통과하기 쉽도록 다수의 링(ring) 기구가 설치되어 있고, 구조가 상당히 복잡하다. 철도 차량에는, 선로의 좌우 레일간 거리가 일정하기 때문에, 좌우의 차륜간 거리에도 정확도가 요구되지만, 좌우의 차륜간에 복잡한 기구가 설치되면, 차축이 없는 독립 차륜의 경우에는 차륜간 거리의 정확도가 저하된다.

따라서, 본 발명은 좌우의 차륜간 거리의 정확도를 향상시키면서 차체의 저층화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명에 따른 저층식 철도 차량용 대차는 철도 차량의 차체를 지지하는 대차 프레임과, 상기 대차 프레임의 진행방향 전후에 있어서 좌우로 연장되도록 배치되는 주 차축 및 부 차축과, 상기 각 차축의 좌우 양측에 설치된 차륜과, 상기 각 차축의 좌우 양측에 설치되어 상기 차축을 각각 지지하는 축 박스와, 상기 각 축 박스와 상기 대차 프레임을 탄성 결합하여 상기 축 박스를 지지하는 축 박스 지지 장치를 구비하고, 상기 주 차축에 설치된 상기 차륜은 대직경 차륜이고, 상기 부 차축에 설치된 상기 차륜은 상기 대직경 차륜보다 외경이 작은 소직경 차륜이다.

상기 구성에 의하면, 진행 방향의 전방측 및 후방측 어느 한쪽에 대직경 차륜을 설치하고, 다른 쪽에 소직경 차륜을 설치함으로써, 대직경 차륜에 의해 주행 안정성을 유지하면서 소직경 차륜의 상부 방향에 위치하는 차체의 바닥면을 저층화하는 것이 가능하게 된다. 또한, 소직경 차륜이 좌우에 연장되는 부 차축에 의해 연결됨으로써, 좌우의 소직경 차륜 사이의 거리가 레일간의 거리에 일치하도록 정확도가 양호하게 유지되어 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 저층식 철도 차량은 차체와, 상기 차체에 접속되는 대차를 구비하고, 상기 대차는 대차 프레임과, 상기 차체의 진행 방향의 단부측에 있어서 좌우에 연장하도록 배치되는 주 차축과, 상기 주 차축에 대하여 상기 차체의 진행 방향의 중앙측에 있어서 좌우에 연장되도록 배치되는 부 차축과, 상기 주 차축의 좌우 양측에 설치된 대직경 차륜과, 상기 부 차축의 좌우 양측에 설치되고 상기 대직경 차륜보다 외경이 작은 소직경 차륜과, 상기 각 차축의 좌우 양측에 설치되어 상기 차축을 각각 지지하는 축 박스와, 상기 각 축 박스와 상기 대차 프레임을 탄성 결합하여 상기 축 박스를 지지하는 축 박스 지지 장치를 구비하며, 상기 차체는, 그 진행 방향의 단부측에 있고 상기 대직경 차륜의 상부 방향에 배치된 운전석과, 상기 운전석보다 상기 차체의 중앙측에 있고 상기 소직경 차륜의 상부 방향에 배치되어 상기 운전석의 바닥면보다 낮은 바닥면을 갖는 객실을 구비한다.

상기 구성에 의하면, 차체의 진행 방향 단부에 배치된 대차에 있어서, 차체의 진행 방향의 단부측에 대직경 차륜이 배치되고, 차체의 진행 방향의 중앙측에 소직경 차륜이 배치되기 때문에, 대직경 차륜에 의해 주행 안정성을 유지하면서 차체의 바닥면을 차체 중앙 위치로부터 소직경 차륜의 상부 방향 위치까지 저층화 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 소직경 차륜이 좌우로 연장되는 부 차축에 의해 연결되기 때문에, 좌우의 소직경 차륜 사이의 거리가 레일간 거리에 일치되도록 정확도가 양호하게 유지되어 주행 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 대차의 측면도이다.
도 3은 좌측 절반이 도 2의 Ⅲa방향에서 본 배면도이고, 우측 절반이 도 2의 Ⅲb 방향에서 본 배면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 대차의 코일 스프링의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 코일 스프링에 사용되는 선재를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 대차의 측면도이다.
도 8은 좌측 절반이 도 7의 Ⅷa방향에서 본 배면도이고, 우측 절반이 도 2의 Ⅷb 방향에서 본 배면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 소직경 차륜의 요동을 설명하는 요부 배면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 대차의 측면도이다.
도 12는 각 실시예에 따른 대차를 적용한 저층식 철도 차량의 일부 투시 측면도이다.
도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선 단면도이다.
도 14는 도 12의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선 단면도이다.
도 15는 각 실시예에 따른 대차를 적용한 다른 저층식 철도 차량의 일부 투시 측면도이다.
도 16은 좌측 절반이 도 16의 ⅩⅥa-ⅩⅥa선 단면도이고, 우측 절반이 도 16의 ⅩⅥb-ⅩⅥb선 단면도이다.
도 17은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ선 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차(1)의 평면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 대차(1)의 측면도이다. 도 3은 좌측 절반이 도 2의 Ⅲa방향에서 본 배면도이고, 우측 절반이 도 2의 Ⅲb 방향에서 본 배면도이다. 또한, 도 1에 있어서 좌측을 진행방향의 전방측, 우측을 후방측, 상측을 우측, 하측을 좌측으로 하여 설명한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 대차(1)는 차체(21)를 지지하는 대차 프레임(3)을 가지며, 이 대차 프레임(3)의 전후에 주 차축(6) 및 부 차축(8)이 회전이 자유롭게 설치되며, 주 차축(6)의 좌우 양측에 1쌍의 대직경 차륜(7)이 설치되고, 부 차축(8)의 좌우 양측에 1쌍의 소직경 차륜(9)이 설치된다.

대차 프레임(3)은 평면에서 볼 때 대략 H형상이고, 진행 방향을 따라 연장되는 좌우 1쌍의 측면 들보부(側梁部)(3a)와, 좌우의 측면 들보부(3a)의 중앙 약간 후방 근처부분에 좌우로 가설된 가로 들보부(3b)를 가진다. 측면 들보부(3a)의 중앙 약간 전방 근처부분에는 좌우로 연장되는 주 차축(6)이 베어링(10)을 가지는 축 박스(23)에 회전이 자유롭게 지지되고, 축 박스(23)가 스프링을 가지는 축 박스 지지 장치(25)에 의해 대차 프레임(3)에 대하여 탄성적으로 접속된다. 주 차축(6)의 좌우 양측에는 각 측면 들보부(3a)의 좌우 방향 내측에 있어서 대직경 차륜(7)이 일체로 고정되어 있다. 주 차축(6)에는 치차 장치 및 가요 이음부를 가지는 구동 장치(11)가 설치되어 있고, 가로 들보부(3b)에는 구동 장치(11)에 동력 전달이 가능하게 접속된 전동기(12)가 결합되어 있다. 즉, 전동기(12)에 의한 회전 동력이 구동 장치(11)를 통해 주 차축(6)에 전달된다. 또한, 측면 들보부(3a)의 전단부에는 좌우로 신장되는 단부 들보부(13)가 설치되어 있다. 또한, 주 차축(6) 또는 대직경 차륜(7)에는 브레이크 장치(미도시)가 설치되어 있다. 더욱이, 소직경 차륜(9)에도 브레이크 장치를 설치할 수도 있다.

측면 들보부(3a)의 후단부에는 평면에서 볼 때 후방 방향으로 2개로 분기된 2단 다리부(3c)가 형성되어 있다. 2단 다리부(3c)에는 축 박스 지지 장치(26)가 접속되고, 이 축 박스 지지 장치(26)에 의해 부 차축(8)을 베어링(15)에 의해 회전이 자유롭게 지지하는 축 박스(24)가 지지된다. 2단 다리부(3c)에는 좌우 방향을 축선으로 하는 축 구멍(3d)이 형성되어 있다. 또한, 2단 다리부(3c)에는 축 구멍(3d)보다 전방에 있어서 좌우 방향 외측을 향하여 돌출한 하측 스프링 수용부(3e)가 설치되어 있다. 2단 다리부(3c) 사이의 공간에는 축 박스 지지 장치(26)를 구성하는 지지 부재(4)의 전단부(4a)가 배치되어 있다. 지지 부재(4)의 전단부(4a) 중 2단 다리부(3c)의 축 구멍(3d)에 대응하는 위치에는 동일 축선을 가지는 축 구멍(4b)이 형성되어 있다. 그리고, 2단 다리부(3c)의 축 구멍(3d)과 지지 부재(4)의 축 구멍(4b)에 연결핀(14)이 회전이 자유롭게 삽입되어 있다. 즉, 좌우 방향에 축선을 가지는 연결핀(14)의 축선을 요동 축선으로 하여 지지 부재(4)가 대차 프레임(3)에 대하여 상하로 요동이 자유롭게 된다.

지지 부재(4)의 후단부(4c)에는 좌우로 연장되는 부 차축(8)을 베어링(15)을 통해 회전이 자유롭게 지지하는 축 박스(24)가 설치되어 있다. 부 차축(8)의 좌우 양측에는 각 지지 부재(4)의 좌우 방향 내측에 있어서 대직경 차륜(7)보다 외경이 작은 소직경 차륜(9)이 일체로 고정되어 있다. 구체적으로는, 소직경 차륜(9)의 외경은 대직경 차륜(7)의 외경의 1/2 미만으로 되고, 예를 들면 대직경 차륜(7)의 외경이 500 ~ 750 mm이고, 소직경 차륜(9)의 외경이 200 ~ 350 mm로 된다, 또한, 소직경 차륜(9)의 정지상태에서의 상단 위치가 대직경 차륜(7)의 회전중심 위치보다 낮게 되어 있다. 또한, 지지 부재(4)의 소직경 차륜(9)에 대응하는 위치에서의 상단부는 소직경 차륜(9)의 정지상태에서의 상단부보다 낮게 배치되어 있다. 따라서, 지지 부재(4)의 소직경 차륜(9)에 대응하는 위치에서의 상단부의 지면으로부터의 높이는, 예를 들면 300 ~ 400 mm이고, 바람직하게는 350mm이하로 된다. 또한, 소직경 차륜(9)의 외경은 대직경 차륜(7)의 외경의 1/2 미만이 아니어도 차체(21)의 바닥면이 충분히 낮게 되는 경우에는 1/2 이상일 수도 있다.

지지 부재(4)의 진행 방향의 중앙 부분에는 좌우 방향 외측을 향하여 돌출하는 평면에서 볼 때 대략 L자 형상의 상측 스프링 수용부(4d)가 설치되어 있다. 상측 스프링 수용부(4d)는 대차 프레임(3)의 하측 스프링 수용부(3e)의 상부 방향 위치쪽으로 전방으로 연장되고, 상측 스프링 수용부(4d)와 하측 스프링 수용부(3e)의 사이에 상하로 신축하는 코일 스프링(16)(탄성체)이 압축 상태로 끼워져 있다. 즉, 요동 축선으로 되는 연결핀(14)보다 전방에서, 코일 스프링(16)에 의해 상측 스프링 수용부(4d)가 하측 스프링 수용부(3e)에 대하여 상향 지지됨으로써, 연결핀(14)보다 후방으로 있는 소직경 차륜(9)이 하향으로 지지되어 있다.

대차 프레임(3)의 상방에는 침상 들보(枕梁)(5)가 좌우 방향으로 연장되어 있고, 침상 들보(5)는 접속 장치(17)(중심부)를 통해 대차 프레임(3)에 접속되는 것으로, 침상 들보(5)가 대차 프레임(3)에 대하여 수평 선회가능하게 된다. 침상 들보(5)의 상면 좌우 양측에는 공기 스프링(18)이 설치되어 있고, 이 공기 스프링(18)의 상단부에 의해 차체(21)가 지지되는 구성으로 되어 있다. 침상 들보(5)에는 후방쪽으로 대차측 브래킷(19)이 돌출되어 있고, 이 대차측 브래킷(19)에 볼스터 앵커(bolster anchor)(20)의 전단부가 연결되어 있다.

접속 장치(17)의 선회 중심(C1)과 대직경 차륜(7)의 회전 중심(C2)과의 사이의 진행 방향의 거리를 L1으로 하고, 접속 장치(17)의 선회 중심(C1)과 소직경 차륜(9)의 회전 중심(C3)과의 사이의 진행 방향의 거리를 L2로 하면, L2는 L1보다 크게 된다. 구체적으로는, L2는 L1의 대략 2배의 길이로 설정되어, 주 차축(6) 및 대직경 차륜(7)으로 차체(21)로부터 대차(1)에 걸린 하중의 약 2/3를 부담하고, 부 차축(8) 및 소직경 차륜(9)으로 상기 하중의 약 1/3을 부담한다.

차체(21)는 주로 대차 프레임(3)의 상방 위치에 있는 고 바닥면(21a)과, 소직경 차륜(9)의 상방 위치에 있는 저 바닥면(21c)과, 고 바닥면(21a)의 후단과 저 바닥면(21c)의 전단을 연결하는 수직면(21b)을 가진다. 고 바닥면(21a)은 공기 스프링(18)에 의해 하방으로부터 지지되어 있다. 저 바닥면(21c)은 소직경 차륜(9)과 약간의 클리어런스(clearance)를 둔 상태로 근접 배치되어 있다. 수직면(21b)에는 전방으로 돌출하는 차체측 브래킷(22)이 설치되어 있고, 볼스터 앵커(20)의 후단부가 차체측 브래킷(22)에 연결되어 대차측 브래킷(19)과 차체측 브래킷(22)이 접속된다.

도 4는 도 1에 도시된 대차(1)의 코일 스프링(16)의 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 코일 스프링(16)에 이용되는 선재(16')를 설명하는 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(16)은 단면적이 일정하지 않은 선재(16')를 나선형으로 구부려 가공하는 것으로 형성되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 선재(16')는 그 길이 방향의 중앙 부분에 있는 단면적이 일정한 대직경 봉부(16a)와, 대직경 봉부(16a)의 양측에 연속하여 선단 방향으로 지름이 감소되는 테이퍼 봉부(16b, 16c)를 가진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 선재(16')에 의해 형성된 코일 스프링(16)은 그 상측 스프링 수용부(4d) 및 하측 스프링 수용부(3e)에 접속되는 상하 양측부분이, 상하 방향의 중앙부분보다 단면적이 작게 된다. 이에 의해 코일 스프링(16)은 신축량에 대하여 비선형으로 되는 스프링 정수를 가지게 된다.

더욱 상세하게는, 상측 스프링 수용부(4d)와 하측 스프링 수용부(3e)를 근접시키는 외력이 작용할 때에는, 코일 스프링(16)은 강성이 높은 대직경 봉부(16a)보다 강성이 낮은 테이퍼 봉부(16b, 16c)가 우선적으로 축소되기 시작한다. 그렇게 되면, 코일 스프링(16)의 수축량이 작을 때는, 코일 스프링(16)의 스프링 정수는 작게 된다. 그리고, 코일 스프링(16)의 수축량이 크게 되면, 테이퍼 봉부(16b, 16c)의 수축 공간이 감소되고, 주로 대직경 봉부(16a)에 의한 수축이 시작된다. 이와 같이 코일 스프링(16)의 수축량이 크게 되면, 코일 스프링(16)의 스프링 정수는 크게 된다. 따라서, 연결핀(14)을 지점으로 한 대차 프레임(3)에 대한 지지 부재(4)의 상하 방향의 요동 변위량이 크게되어 스프링 정수가 크게 된다.

이상 설명한 구성에 의하면, 진행 방향의 전후에 대직경 차륜(7)을 설치하고, 후방측에 소직경 차륜(9)을 설치하여 대직경 차륜(7)에 의해 주행 안정성을 유지하면서도 소직경 차륜(9)의 상부 방향에 위치하는 차체(21)의 바닥면을 저층화할 수 있다. 더욱이, 축 박스 지지 장치(26)의 소직경 차륜(9)에 대응하는 위치에서의 상단부가 소직경 차륜(9)의 상단부 위치보다 낮고, 또한 소직경 차륜(9)의 상단 위치가 대직경 차륜(7)의 회전 중심보다 낮게되어 소직경 차륜(9) 부근의 상부 방향으로 충분한 공간을 확보하는 것이 가능하여 차체(21)의 소직경 차륜(9)의 상부방향에 위치하는 부분을 대폭적으로 저층화할 수 있다. 또한, 소직경 차륜(9)이 좌우로 연장되는 부 차축(8)에 의해 연결됨으로써, 좌우의 소직경 차륜(9) 사이의 거리가 레일간 거리에 일치하도록 정확도가 양호하게 유지되어 주행 안정성을 향상시키는 것도 가능하다.

또한, 차체로부터 하중을 받는 비율이 큰 대직경 차륜(7)을 지지하는 대차 프레임(3)에 대하여 소직경 차륜(9)이 코일 스프링(16)에 의해 지지 부재(4)를 통해 하향 지지되기 때문에, 중량이 작은 소직경 차륜(9)의 레일에 대한 밀착도를 높일 수 있다. 더욱이, 대차 프레임(3)에 대한 지지 부재(4)의 상하 방향의 요동 변위량이 작은 경우에는 코일 스프링(16)의 스프링 정수가 작아지기 때문에, 소직경 차륜(9)이 대직경 차륜(7)에 대하여 유연하게 상하 상대 변위되는 것이 가능하고, 소직경 차륜(9)이 레일을 따라 부드럽게 이동하는 것이 가능하게 된다. 또한, 대차 프레임(3)에 대한 지지 부재(4)의 상하 방향의 요동 변위량이 크게 되면, 코일 스프링(16)의 스프링 정수가 커지기 때문에, 소직경 차륜(9)은 상하 방향으로 변위하는 것이 어렵고, 소직경 차륜(9)이 차체(21)의 저 바닥부(21c)에 접촉하는 것도 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 탄성체로서 코일 스프링(16)을 사용하였지만, 지지력을 발휘하는 것이면 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면, 고무 등으로 된 탄성재나, 판 스프링 등을 사용할 수 있다.

(제2 실시예)

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차(31)의 평면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 대차(31)의 측면도이다. 도 8은 좌측 절반이 도 7의 Ⅷa방향에서 본 배면도이고, 우측 절반이 도 2의 Ⅷb 방향에서 본 배면도이다. 또한, 도 6에 있어서 좌측을 진행 방향의 전방측, 우측을 후방측, 상측을 우측, 하측을 좌측으로 하여 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 제1 실시예와 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 대차(31)는 차체(21)를 지지하는 대차 프레임(32)을 가지고, 이 대차 프레임(32)에 주 차축(6) 및 부 차축(8)이 회전이 자유롭게 설치되며, 주 차축(6)의 좌우 양측에 1쌍의 대직경 차륜(7)이 설치되고, 부 차축(8)의 좌우 양측에 1쌍의 소직경 차륜(9)이 설치된다.

대차 프레임(32)은 진행 방향의 전방측에 배치된 제1 프레임 부재(33)와, 제1 프레임 부재(33)의 후방측에 연결되는 제2 프레임 부재(40)를 구비한다. 제1 프레임 부재(33)는 진행 방향을 따라 연장되는 좌우 1쌍의 측면 들보부(33a)와, 좌우의 측면 들보부(33a)의 후단 부분에 좌우로 가설된 가로 들보부(33b)와, 가로 들보부(33b)의 좌우 방향 중앙부보다 약간 후방으로 돌출된 축 고정부(33c)를 가진다. 측면 들보부(33a)의 중앙 약간 전방 근처 부분에는 좌우로 연장되는 주 차축(6)이 베어링(10)을 가지는 축 박스(23)에 의해 회전이 자유롭게 지지되고, 축 박스(23)가 스프링을 가지는 축 박스 지지장치(25)에 의해 제1 프레임 부재(33)에 대하여 탄성적으로 접속된다. 주 차축(6)의 좌우 양측에는 각 측면 들보부(33a)의 좌우 방향 내측에 있어서 대직경 차륜(7)이 일체로 고정된다. 또한, 축 고정부(33c)에는 후방으로 돌출하는 지축(43)의 전단부분이 압입 고정되고, 그 지축(43)은 후방에서 볼때 좌우 소직경 차륜(9) 사이의 중앙에 위치한다.

제2 프레임 부재(40)는 지축(43)이 회전이 자유롭게 삽입 관통되는 통형부(40a)와, 통형부(40a)로부터 좌우로 연장되는 1쌍의 제1 가로 들보부(40b)와, 제1 가로 들보부(40b)로부터 좌우 경사 전방으로 연장되는 1쌍의 제2 가로 들보부(40c)와, 제2 가로 들보부(40c)로부터 좌우로 연장되는 1쌍의 제3 가로 들보부(40d)와, 제3 가로 들보부(40d)에서 후방쪽으로 평면에서 볼 때 2개로 분기되는 2단 다리부(40e)를 구비한다. 즉, 제2 프레임 부재(40)가 통형부(40a)에서 좌우 외부방향으로 감에 따라 전방으로 만곡진 형상으로 되는 것에 의해, 2단 다리부(40e)가 통형부(40a)의 바로 옆에 위치하여 제1 프레임 부재(33)에 근접배치되어 있다. 또한, 통형부(40a)에서 후방으로 돌출된 지축(43)의 후단 외주면에는 나사부가 형성되고, 그 나사부에 너트(44)가 나사결합되어 고정되어 있다. 즉, 제2 프레임 부재(40)는 제1 프레임 부재(33)에 대하여 지축(43)을 회전 축선으로 한 회전(roll) 방향으로 회전이 자유롭게 연결되어 있다.

2단 다리부(40e)에는 축 박스 지지 장치(35)가 접속되고, 이 축 박스 지지 장치(35)에 의해 부 차축(8)을 베어링(15)에 의해 회전이 자유롭게 지지하는 축 박스(24)가 지지된다. 2단 다리부(40e)에는 좌우 방향을 축선으로 하는 축 구멍(40g)이 형성되어 있다. 또한, 2단 다리부(40e)에는 축 구멍(40g)보다 전방에서 좌우 방향 외부쪽으로 돌출된 하측 스프링 수용부(40f)가 형성되어 있다. 2단 다리부(40e) 사이의 공간에는 축 박스 지지 장치(35)를 구성하는 지지 부재(41)의 전단부(41a)가 배치되어 있다. 2단 다리부(40e)의 축 구멍(40g)에 대응하는 위치에는 동일 축선을 가지는 축 구멍(41b)이 형성되어 있다. 그리고, 2단 다리부(40e)의 축 구멍(40g)과 지지 부재(41)의 축 구멍(41b)에 연결핀(14)이 회전이 자유롭게 삽입되어 있다. 즉, 좌우 방향으로 축선을 가지는 연결핀(14)을 지점으로 하여 지지 부재(41)가 제2 프레임 부재(40)에 대하여 상하로 요동이 자유롭게 된다. 지지 부재(41)의 후단부(41c)에는 좌우로 연장되는 부 차축(8)이 축 베어링(15)을 통해 회전이 자유롭게 지지된다. 부 차축(8)의 좌우 양측에는 각 지지 부재(41)의 좌우 방향 내측에 있어서 소직경 차륜(9)이 일체로 고정되어 있다.

지지 부재(41)의 진행 방향 중앙 부분에는 좌우 방향 외측을 향하여 돌출되는 평면에서 볼 때 대략 L자형의 상측 스프링 수용부(41d)가 형성되어 있다. 상측 스프링 수용부(41d)는 제2 프레임 부재(40)의 하측 스프링 수용부(40f)의 상방 위치를 향하여 전방으로 연장되고, 상측 스프링 수용부(41d)와 하측 스프링 수용부(40f)의 사이에 상하로 신축되는 코일 스프링(16)(탄성체)이 압축상태로 끼워져 설치된다. 다시 말해서, 요동 지점으로 되는 연결핀(14)보다 전방에서, 코일 스프링(16)에 의해 상측 스프링 수용부(41d)가 하측 스프링 수용부(40f)에 대하여 상부 방향으로 지지되어 연결핀(14)보다 후방에 있는 소직경 차륜(9)이 하부 방향으로 지지되어 있다.

제1 프레임 부재(33)의 상부 방향에는 침상 들보(5)가 좌우 방향으로 연장되고, 침상 들보(5)는 접속 장치(17)를 통해 제1 프레임 부재(33)에 접속되어 침상 들보(5)가 제1 프레임 부재(33)에 대하여 수평 선회 가능하게 된다. 또한, 접속 장치(17)의 선회 중심(C1)과 대직경 차륜(7)의 회전 중심(C2)과의 사이의 진행 방향 거리를 L1으로 하고, 접속 장치(17)의 선회 중심(C1)과 소직경 차륜(9)의 회전 중심(C3)과의 사이의 진행 방향 거리를 L2로 하면, L2는 L1보다 크며, 구체적으로는 L2는 L1의 대략 2배의 길이로 설정된다.

도 9는 도 6에 도시된 소직경 차륜(9)의 요동을 설명하는 요부 배면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 소직경 차륜(9)을 좌우 양측에 가지는 부 차축(8)을 지지하기 위한 축 박스(24)를 지지하는 지지 부재(41)는 지축(43)을 지점으로 하여 제1 프레임 부재(33)에 대하여 회전 방향으로 요동이 자유롭게 된다. 따라서, 예를 들면 좌우 한쪽의 소직경 차륜(9)에 상부방향을 향한 외력이 작용한 경우에는, 제2 프레임 부재(40)가 축 박스 지지 장치(35)와 함께 지축(43)을 지점으로 하여 회전 방향으로 요동하기 때문에, 다른 쪽의 소직경 차륜(9)은 하부 방향을 향한 힘이 작용하게 된다.

이상의 구성에 의하면, 좌우 어느 한 쪽의 소직경 차륜(9)의 레일에 대한 중력 방향의 압압력이 크게 되거나 작게 되는 경우에도, 제2 프레임 부재(40)가 회전 방향으로 회전하여 좌우 1쌍의 소직경 차륜(9)의 차체(21)에서의 하중을 부담하는 비율이 균등하게 되도록 작용함으로써, 주행 안정성이 보다 향상된다. 더욱이, 차체로부터 하중을 받는 비율이 큰 대직경 차륜(7)을 지지하는 제1 프레임 부재(33)에 연결되는 제2 프레임 부재(40)에 대하여 소직경 차륜(9)이 코일 스프링(16)에 의해 지지 부재(41)를 통해 하부 방향으로 지지되기 때문에, 중량이 작은 소직경 차륜(9)의 레일에 대한 밀착도를 높일 수 있다. 또한, 다른 구성은 전술한 상기 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

(제3 실시예)

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 저층식 철도 차량용 대차(51)의 평면도이다. 도 11은 도 10에 도시된 대차(51)의 측면도이다. 도 10에서의 좌측을 진행 방향의 전방측, 우측을 후방측, 상측을 우측, 하측을 좌측으로 하여 설명한다. 또한, 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 제1 실시예와 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 대차(51)는 차체(21)를 지지하는 침상 들보(53)와 대차 프레임(52)을 가지며, 이 대차 프레임(52)의 전후로 주 차축(6) 및 부 차축(60)이 설치되어 있고, 주 차축(6)의 좌우 양측에 1쌍의 대직경 차륜(7)이 설치되고, 부 차축(60)의 좌우 양측에 1쌍의 소직경 차륜(61)이 설치된다.

대차 프레임(52)은 진행 방향으로 연장되는 좌우 1쌍의 전방 들보부(52a)와, 좌우의 전방 들보부(52a)의 후단 부분에 좌우로 가설된 가로 들보부(52b)와, 좌우의 전방 들보부(52a)의 전단 부분에 좌우로 가설된 단부 들보부(52c)와, 가로 들보부(52b)의 좌우 단부와 중앙부의 사이에서 후방으로 돌출한 후방 들보부(52e)를 가진다. 단부 들보부(52c)의 전단부에는 가드(guard) 플레이트(57)가 설치되어 있다. 가드 플레이트(57)는 전판부(57a) 및 측판부(57b)를 가지는 평면에서 볼 때, 대략 말굽형으로 형성되고, 대차 프레임(52)의 전단부에서부터 측단부에 걸쳐 커버(cover)하도록 배치된다. 전방 들보부(52a)에는 좌우 외부 방향으로 돌출되는 브래킷(70)이 설치되고, 가드 플레이트(57)의 측판부(57b)는 브래킷(70)에 지지되어 있다.

전방 들보부(52a)의 대략 중앙 부분에는 좌우로 연장되는 주 차축(6)이 베어링(10)을 통해 회전이 자유롭게 지지되어 있고, 이 주 차축(6)의 좌우 양측에는 각 전방 들보부(52a)의 좌우 방향 내측에 있어서 대직경 차륜(7)이 일체로 고정되어 있다. 베어링(10)에는 세브론(chevron) 고무식의 축 스프링 부재(56)가 설치되어 있다. 주 차축(6)에는 구동 장치(54)가 설치되어 있고, 단부 들보부(52c)에는 구동 장치(54)에 동력 전달이 가능하게 접속된 전동기(55)가 결합되어 있다.

가로 들보부(52b)의 상부 방향에는 침상 들보(53)가 좌우 방향으로 연장되어 있고, 침상 들보(53)의 상면 좌우 양측에는 공기 스프링(18)이 설치되어 있으며, 이 공기 스프링(18)의 상단부에 의해 차체(21)가 지지되는 구성으로 된다. 또한, 침상 들보(53)에는 차체(21)와 연결하기 위한 볼스터 앵커(66)의 전단부가 연결되어 있고, 이 볼스터 앵커(66)의 후단부가 차체(21)의 저 바닥부(21c)에 설치된 차체측 브래킷(65)에 연결되어 있다.

후방 들보부(52e)의 후단부(52f)의 하면에는 축 박스 지지 장치(69)를 통해 축 박스(58)가 결합되어 있고, 이 축 박스(58)에는 부 차축(60)이 삽입 관통되어 있다. 축 박스 지지 장치(69)는 축 박스(58)에 고무 블럭(59)(탄성체)을 통해 접속되는 지지 부재(64)와, 축 박스(58)에서 전방으로 돌출되는 축 들보(62)를 구비하며, 이 축 들보(62)의 전단부가 후방 들보부(52e)의 하면에 돌출된 고무 부시(63)에 지지되어 있다. 부 차축(60)의 축 박스(58)보다 좌우 외부 방향으로 돌출된 단부에는 1쌍의 소직경 차륜(61)이 각각 베어링(62)을 통해 회전이 자유롭게 결합되어 있다. 바꾸어 말하면, 후방 들보부(52e)에 설치된 축 박스 지지 장치(69)는 1쌍의 소직경 차륜(61)의 사이에서 축 박스(58)를 통해 부 차축(60)을 지지하고, 부 차축(60)이 그다지 회전되지 않는 상태에서 좌우의 소직경 차륜(61)이 각각 독립하여 회전하는 구성으로 되어 있다.

소직경 차륜(61)의 외경은 대직경 차륜(7) 외경의 1/2 미만으로 되고, 소직경 차륜(61)의 정지 상태에서의 상단 위치가 대직경 차륜(7)의 회전 중심 위치보다 낮게된다. 또한, 차체(21)로부터 침상 들보(53)에 가해지는 하중 중심(C1)과 대직경 차륜(7)의 회전 중심(C2) 사이의 진행 방향 거리를 L1으로 하고, 하중 중심(C1)과 소직경 차륜(61)의 회전 중심(C3)과의 사이의 진행 방향 거리를 L2로 하면, L2는 L1보다 크며, 구체적으로는 L2는 L1의 대략 2배의 길이로 설정된다.

이상의 구성에 의하면, 후방 들보부(52e)는 각 소직경 차륜(61)의 사이에서 부 차축(60)을 지지하고, 각 소직경 차륜(61)의 좌우 방향 내측에 배치되기 때문에, 각 소직경 차륜(61)의 좌우 방향 외측으로 공간을 비우는 것이 가능하며, 타부품의 배치 공간을 확보하는 것이 가능하게 된다. 또한, 좌우 소직경 차륜(61)은 각각 독립하여 자유롭게 회전하기 때문에, 예를 들면, 커브 주행시에 있어서 선로의 곡률 반경이 작은 경우에도, 좌우의 소직경 차륜(61)이 각각 레일상을 부드럽게 움직일 수 있다. 또한, 대차 프레임(52)의 단부 들보부(52c)에서 평면으로 볼 때 말굽 형상으로 되는 가드 플레이트(57)가 설치되어 있기 때문에, 전방 및 후방에서의 장애물 등으로부터 대차(51) 및 전동기와 브레이크 장치 등의 대차(51)를 구성하는 기기를 보호할 수 있다. 또한, 대차(51)가 차량의 최전방부에 배치되는 경우에 있어서, 차체(21)측에 가드를 설치하는 것이 필요하지 않게 된다. 또한, 다른 구성은 상기 제1 실시예와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

이하, 상기한 각 실시예의 대차(1, 31, 51)를 적용한 저층식 철도 차량에 대하여 설명한다. 또한, 적용예는 어느 실시예의 대차(1, 31, 51)이어도 동일하기 때문에, 이하는 대표적으로 제1 실시예의 대차(1)의 적용예에 대하여 설명한다.

도 12는 제1 실시예에 따른 대차(1)를 적용한 저층식 철도 차량(100)의 일부 투시 측면도이다. 도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ선 단면도이다. 도 14는 도 12의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선 단면도이다. 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 예의 철도 차량(100)은 1량 편성의 노면 전차이고, 차체(121)의 전단부 및 후단부가 대차(1)로 각각 지지되어 있다. 전방의 대차(1)는 대직경 차륜(7)이 차체(121)의 전단부측에 위치하고, 소직경 차륜(9)이 차체(121)의 진행방향 중앙측에 위치하도록 배치되어 있다. 후방의 대차(1)는 대직경 차륜(7)이 차체(121)의 후단부측에 위치하고, 소직경 차륜(9)이 차체(121)의 진행방향 중앙측에 위치하도록 배치되어 있다.

차체(121)의 전단부 및 후단부에는 각각 운전석(D)이 설치되어 있고, 전후 운전석(D) 사이의 탑승 공간이 객실(P)로 된다. 운전석(D)은 대직경 차륜(7)의 상부 방향으로 위치하고, 운전석(D)의 바닥은 고 바닥부(121a)로 된다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 고 바닥면(21a)은 공기 스프링(18)에 의해 하방으로부터 지지 되는 것이므로, 공기 스프링(18)은 운전석(D)의 하부 방향에 배치된다. 소직경 차륜(9)의 상부 방향에는 객실(P)의 일부로 되고, 객실(P)의 바닥은 좌석(121d)을 제거하여 전체면이 저 바닥부(121c)로 된다. 객실(P)에는 운전석(D)에 인접한 차체(121)의 측벽에 승강구(121e)가 설치되어 있다. 즉, 소직경 차륜(9)의 상부 방향에 승강구(121e)가 배치되어 있다.

이상의 구성에 의하면, 차체(121)의 진행 방향 단부측에 대차(1)의 대직경 차륜(7)이 배치되고, 차체(121)의 진행방향 중앙측에 대차(1)의 소직경 차륜(9)이 배치되어 대직경 차륜(7)에 의해 주행 안정성을 유지하면서도 차체(121)의 차체 중앙 위치에서 소직경 차륜(9)의 상부 방향 위치까지 저 바닥부(121c)를 설치할 수 있다.

도 15는 제1 실시예에 따른 대차(1)를 적용한 다른 저층식 철도 차량의 일부 투시 측면도이다. 도 16은 좌측 절반이 도 15의 ⅩⅥa-ⅩⅥa선 단면도이고, 우측 절반이 도 15의 ⅩⅥb-ⅩⅥb선 단면도이다. 도 17은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ선 단면도이다. 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 예의 철도 차량(200)은 3량 편성이고, 객실(P) 전용 차체(223)의 전후에 운전석(D)이 부착된 차체(221, 222)가 연결되어 있다. 또한, 차체(221~223)의 연결 부분에는 연결 통로를 덮는 포장부(240, 241)가 설치되어 있다.

선두의 차체(221)의 전단부 및 최후미의 차체(222)의 후단부는 대차(1)로 지지되어 있다. 선두의 대차(1)는 대직경 차륜(7)이 차체(221)의 전단부측에 위치하고, 소직경 차륜(9)이 차체(221)의 진행 방향 중앙측에 위치하도록 배치되어 있다. 최후미의 대차(1)는 대직경 차륜(7)이 차체(222)의 후단부측에 위치하고, 소직경 차륜(9)이 차체(222)의 진행 방향 중앙측에 위치하도록 배치되어 있다.

차체(221)의 전단부 및 차체(222)의 후단부에는 각각 운전석(D)이 설치되고, 전후의 운전석(D) 사이의 탑승 공간이 객실(P)로 연속되어 있다. 운전석(D)은 대직경 차륜(7)의 상부 방향에 위치하고, 운전석(D)의 바닥은 고 바닥부(221a, 222a)로 된다. 소직경 차륜(9)의 상부 방향은 객실(P)의 일부로 되고, 객실(P)의 바닥은 좌석(221d, 222d, 223d)을 제거하여 전면이 저 바닥부(221c, 222c, 223c)로 되어 있다. 객실(P)에는 운전석(D)에 인접한 차체(221, 222)의 측벽에 승강구(221e, 222e)가 설치되어 있다. 즉, 소직경 차륜(9)의 상부 방향에 승강구(221e, 222e)가 배치되어 있다.

중간의 차체(223)는 저 바닥부(223c)인 통로를 사이에 두고 좌우로 좌석(223d)이 설치되어 있다. 좌석(223d)은 진행 방향으로 마주보게 배치되고, 좌석(223d)의 아래에는 고 바닥부(223e)로 되어 있다. 이 고 바닥부(223e)의 아래에는 침상 스프링(252)을 통해 축 박스(251)가 설치되고, 축 박스(251)에 독립 차륜(250)이 회전이 자유롭게 지지되어 있다.

이상의 구성에 의하면, 제1 사용예와 동일하게, 차체(221, 222)의 진행 방향 단부측에 대차(1)의 대직경 차륜(7)이 배치되고, 차체(221, 222)의 진행 방향 중앙측에 대차(1)의 소직경 차륜(9)이 배치되어 대직경 차륜(7)에 의해 주행 안정성을 유지하면서도 운전석(D) 이외의 탑승 공간에 소직경 차륜(9)의 상부 방향 위치까지 저 바닥부(221c, 222c, 223c)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 도로에 설치된 궤도를 주행하는 노면 전차(LRV)에 대하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 다른 철도 차량에도 적용가능하다.