JP2000280900A - 車両用空気ばねの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道車両の車体と台車の間に配設されて、車
体を支える空気ばねの制御装置において、緩和曲線部通
過時であっても、軌道ねじれに対し輪重が抜けることを
防止することで脱線の危険を回避するとともに、無駄に
空気を消費することが少ない車両用空気ばねの制御装置
を提供することを課題とする。 【解決手段】 各空気ばねに対応して設けた各高さ調整
弁に、作動を制止するロック機構、及び車両高さの一定
の変化を検知して検知指令を出す検知装置を組み入れ、
検知指令の組み合わせで決まる複数のモードに応じて制
御装置により各ロック機構を選択的に作動させ、対応す
る高さ調整弁の作動を制止することにより、不要不急の
高さ調整弁の作動がなくなり、空気を無駄に消費するこ
と、そして圧縮空気を供給するコンプレッサの負荷を増
大することもなく、更に脱線の危険もない好ましい装置
を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両の車体と台
車の間に配設されて、車体を支える車両用空気ばねの制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の高速車両は、台車と車体の間に空
気ばねを介在させて車体を支持する構造を採用してお
り、しかも車体側の重量が増減しても車高を一定に保つ
ように高さ調整弁が使われている。

【０００３】このような従来の車両用空気ばねの制御装
置について、主要構造となる高さ調整弁に重点をおい
て、その概要を図６及び図７に基づいて説明する。

【０００４】図６において、車体１は車輪の配列と関連
付け、車体１の前後左右少なくとも４ヵ所において、台
車２との間に介装した空気ばね３で支持され、かつ、車
体１にはそれぞれの空気ばね３に対応して高さ調整弁４
が取付けられている。

【０００５】調整弁４には後に詳述する作動軸５があ
り、作動軸５にはこれを回転するレバ−６の一端が取付
けられている。そしてレバ−６の他端と台車１とが連結
棒７により結ばれている。

【０００６】従って、荷重変動等により空気ばね３が変
化して車体１と台車２の間の間隔が変わる（車高が変わ
る）と、レバ−６及び連結棒７を介して同レバ−６の先
端側に連結された作動軸５が回転することになる。

【０００７】この作動軸５の動きを受けて作動する高さ
調整弁４の構造および作用を図７により説明する。高さ
調整弁４は弁本体１０を基部としてその内部に以下の構
成、機構を含めている。

【０００８】すなわち弁本体１０の内部は、中央に広い
空間の大室１１と狭い空間の２個の小室１２ａ，１２ｂ
を有しており、大室１１と小室１２ａ及び１２ｂは、そ
の間にまたがって摺動可能に設けられたピストン１３に
より区画されている。

【０００９】大室１１と小室１２ａ及び１２ｂには、油
が充填されており、ピストン１３には各小室１２ａ、１
２ｂに対応してリターンバルブ２０ａ、２０ｂが組み込
まれ、各小室１２ａ、１２ｂ内にばね２１ａ、２１ｂで
押圧されている。なお、各リターンバルブ２１ａ、２１
ｂには、それぞれオリフィス１４ａ、１４ｂが設けら
れ、充填された油を絞るように構成されている。

【００１０】前記大室１１内には、これを横切って前記
作動軸５が回転可能に支持されており、作動軸５には一
端を同作動軸５に固定し、他端を前記ピストン１３に係
合して緩衝ばね１５が取り付けられている。

【００１１】また、作動軸５には一端をピストン１３に
係合した作動ア−ム１６が回転自在に取付けられてお
り、同作動アーム１６の他端は回動することによりエア
バルブ１７、１８を押すようになっている。

【００１２】エアバルブ１７が押されて弁開状態になる
と、図示省略の空気溜めから空気ばね３に空気を供給す
る経路が完成し、他方、エアバルブ１８が押されて弁開
状態になると、空気ばね３が排気経路に連通して同空気
ばね３中の空気が外部に放出される。なお、１９は逆止
弁で、前記エアバルブ１８が弁開状態のときに、空気ば
ね３から空気溜めに逆流するのを防止している。

【００１３】前記のように構成された従来のものにおい
て、負荷が増えて車体１と台車２の間が縮まると、レバ
−６が鎖線で示すレバ−６ａのように傾き、作動軸５が
反時計方向に回転し、緩衝ばね１５を介してピストン１
３に力を及ぼす。

【００１４】ピストン１３は図で実線矢印２５の方向に
動こうとするが、小室１２ｂの油がオリフィス１４ｂを
通って流出するので、その抵抗のため徐々に動くように
なっている。即ち、作動軸５の回転は緩衝ばね１５の弾
性変形として一時的に吸収される。このように、緩衝ば
ね１５やオリフィス１４を設けているのは、高さ調整弁
４が周波数の高い変動に不感とするためである。また、
油が押出される小室１２ｂの反対側、即ち、油の流入す
る小室１２ａ側では、リターンバルブ２０ａが開き、油
の流入を妨げないようにしている。

【００１５】前記の様にピストン１３が実線矢印２５の
方向に動くと、作動軸５の上方の作動アーム１６が実線
矢印２６の方向に回転し、エアバルブ１７を押す。する
と、空気ばね３に空気を供給する通路が開かれ、空気ば
ね３に空気が供給され、車体１が持ち上げられ車体１と
台車２の間隔は元に復する。

【００１６】車体１が持ち上げられると、レバ−６は水
平位置に戻り、作動軸５も、従ってピストン１３も中立
位置に戻るから、エアバルブ１７は閉じ、空気ばね３へ
の空気の供給が停止する。このようにして、負荷が増え
ても車体１と台車２との間隔が一定に保たれることにな
る。

【００１７】なお、前記とは逆に、負荷が減った場合
は、レバ−６は鎖線で示すレバ−６ｂのようになり、作
動軸５は時計方向に回転し、ピストン１３は破線矢印２
７の方向に動こうとする。また、作動アーム１６は破線
矢印２８の方に回転しエアバルブ１８を押して弁開状態
とし、空気ばね３から空気を抜く回路を形成する。

【００１８】このように従来のものでは、高さ調節弁４
の機能により、負荷の変動に応じて空気溜めから空気ば
ね３に空気を送り、または空気ばね３内の空気を外部に
排気して、車高を自動的に調節している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら鉄道車両
は、曲線部を通過するとき遠心力の作用を受けるから、
軌道の曲線部では脱線防止のために外側のレールを内側
のレールより高く敷設して、内外レール間に高低差をつ
けた、いわゆるカントがつけられている。また、直線部
と曲線部のつなぎ部分は緩和曲線が使われており、この
ような位置では、前記カントが徐々に変化している。

【００２０】従ってこのような軌道の形状により、ここ
を通過する車両は前後の台車で車体に対しねじれを生じ
ることとなり、車体の左右で比べて同車体と台車の隙間
が異なってくる。

【００２１】そこで、前述の高さ調整弁が作動し、浮き
上がった方の空気ばねからは空気が抜け、従って、軌道
に及ぼす各車輪ごとの垂直方向の分担荷重であるいわゆ
る輪重が抜けて脱線の恐れが生ずるばかりでなく、空気
を無駄に消費するという不具合が発生することになる。

【００２２】他方、縮んだ方の空気ばねには前記高さ調
整弁の作動により空気溜めから空気が供給され、余分な
空気が消費されることになるので、この消費分を補うべ
く空気溜めに圧縮空気を供給するコンプレッサの負荷を
増大することになる。

【００２３】本発明は、このような従来の高さ調整弁に
よる不具合を解消し、緩和曲線部通過時であっても、軌
道ねじれに対し輪重が抜けることを防止することで脱線
の危険を回避するとともに、無駄に空気を消費すること
が少ない車両用空気ばねの制御装置を提供することを課
題とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、車両の前後左右に分かれて
車両と台車の間にそれぞれ空気ばねを配置し、各空気ば
ねに対応して車両側に設けた高さ調整弁でそれぞれの空
気ばねに供給される空気圧を調整して車両高さを制御す
る車両用空気ばねの制御装置において、前記各高さ調整
弁にはその作動を制止するロック機構と車両高さの一定
の変化を検知して検知指令を出す検知装置を組み入れ、
車両の走行状況で変化する各調整弁に対応する検知指令
の組み合わせで決まる複数のモードに応じて、前記各ロ
ック機構を選択的に作動させる制御装置を設けた車両用
空気ばねの制御装置を提供するものである。

【００２５】すなわち本発明によれば、各空気ばねに対
応して設けた各高さ調整弁には、その作動を制止するロ
ック機構、及び車両高さの一定の変化を検知して検知指
令を出す検知装置を組み入れ、同検知装置による検知指
令の組み合わせで決まる複数のモードに応じ、制御装置
により前記各ロック機構を選択的に作動させ、対応する
高さ調整弁のうち作動不要のものを制止することによ
り、高さ調整弁の不要なものの作動がなくなり、空気を
無駄に消費すること、そして圧縮空気を供給するコンプ
レッサの負荷を増大することもなく、更に脱線の危険も
ない好ましい装置を得るようにしたものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１乃至図５に基づいて説明する。なお、説明が冗長とな
るのを避けるべく、前記した従来のものと同一の部位に
ついては、図中同一の符号を付して示し、重複する説明
は極力省略する。

【００２７】車体１と台車２の間に空気ばね３があり、
台車１と車体２の隙間の変化が連結棒７、レバー６を介
して高さ調整弁４に伝えられ、作動軸５を作動する基本
的な構造は従来のものと同じであるが、本実施の形態で
は、高さ調整弁４の外側に、リミットスイッチＡ３１と
リミットスイッチＢ３２（以下ＬＳ−Ａ３１、ＬＳ−Ｂ
３２と略記する）が取付けられており、レバ−６の先端
に取り付けた作動片３３により作動されて前記台車１と
車体２の隙間の変化に応じた信号を出すようになってい
る。

【００２８】すなわち、これら連結棒７、これと連絡た
レバ−６、その先端の作動片３３、同作動片３３でＯＮ
−ＯＦＦされて所定の信号を発生するＬＳ−Ａ３１、Ｌ
Ｓ−Ｂ３２等により、車両高をの一定の変化を検知して
検知指令を発生する検知装置を構成している。

【００２９】次に、高さ調整弁４は、その内部構造とし
て作動軸５の上に緩衝ばね１５と作動アーム１６が設け
られ、レバ−６の傾きをピストン１３に伝える構造、ま
た、ピストン１３にリターンバルブ２０ａ、２０ｂが設
けられ、ばね２１ａ、２１ｂで押圧されており、オリフ
ィス１４ａ、１４ｂを経て油が流出する構造、更に、作
動アーム１６が回動してエアバルブ１７，１８を押し、
空気ばね３へ空気を供給したり、空気ばね３から空気を
抜いたりする構造は前記した従来のものと同じである。

【００３０】しかし本実施の形態では、小室１２ａ、１
２ｂにはエアピストン３４ａ、３４ｂが摺動可能に嵌ま
っており、戻しばね３５ａ、３５ｂにより壁面に押し付
けられている。

【００３１】また、弁本体１０には、空気通路３６が設
けられており、その上流は電磁弁３７に連通し、同電磁
弁３７が開のときに同電磁弁３７を経て図示省略の空気
溜めから供給される圧縮空気によりによりエアピストン
３４ａ、３４ｂの背面を押すようになっている。

【００３２】そしてエアピストン３４ａ、３４ｂには塞
ぎロッド部３８ａ、３８ｂが設けられており、エアピス
トン３４ａ、３４ｂが押されるて移動すると塞ぎロッド
部３８ａ、３８ｂがオリフィス１４ａ、１４ｂを塞ぐよ
うになっている。

【００３３】すなわち、これら空気通路３６、エアピス
トン３４ａ、３４ｂ、塞ぎロッド部３８ａ、３８ｂ等に
よりオリフィス１４ａ、１４ｂを塞いで高さ調整弁４の
作動を制止するロック機構を構成している。

【００３４】前記のように構成された本実施の形態にお
いては、空気通路３６で供給される空気により、エアピ
ストン３４ａ、３４ｂに背圧がかかっていない状態では
高さ調整弁４は従来と全く同じ動作をする。

【００３５】しかし、ここに背圧がかかってエアピスト
ン３４ａ、３４ｂが内側に移動し、塞ぎロッド部３８
ａ、３８ｂでオリフィス１４ａ、１４ｂを塞ぐと、小室
１２ａ、１２ｂは油の出口が塞がれるので、最早、ピス
トン１３は移動できなくなり、レバ−６は傾くことは出
来ないようになる。

【００３６】これはすなわちエアバルブ１７，１８も作
動出来なくなるということであり、要するに高さ調整弁
４のロック機構が機能して、同高さ調整弁４の作動が制
止された状態を意味するものである。

【００３７】このようにロック機構が作動するに至る経
緯について図３乃至図５を用いて説明する。図３では車
両の車輪位置に対応させて車体１の前後左右に、No.1〜
No.4の４つの空気ばね３を設置している。

【００３８】この空気ばね３にはそれぞれ高さ調整弁４
が設けられており、車両の走行中に種々の荷重がかかる
と、それにより各高さ調整弁４に設けたＬＳ−Ａ３１、
ＬＳ−Ｂ３２が作動したりしなかったりする。

【００３９】この状況をＣＡＳＥＩ〜ＣＡＳＥＶの５通
りのモードに整理し、制御装置５０により各モードを区
分、判断させ、各高さ調整弁４に対応する電磁弁３７を
選択して作動指令を発生させるようにした。

【００４０】図４はリミットスイッチの作動状態と制御
装置の電磁弁指示として前記各高さ調整弁４の作動状態
を整理し、また図５はリミットスイッチの作動状態説明
図として、図４の内容を車両の前後左右４ヵ所の状態を
示すイメージで整理して表示したものである。

【００４１】各高さ調整弁４に対応するリミットスイッ
チの作動状態から車体１と台車２の間のねじれを判断
し、以下のようにＣＡＳＥＩ〜ＣＡＳＥＶとして設定し
たモードに当てはめ、対応する電磁弁３７を作動させた
りさせなかったり（以下にＯＮ／ＯＦＦと略記する）し
て、高さ調整弁４の作動を制御する例を示している。

【００４２】ＣＡＳＥＩ：車体１がねじれではなく横方
向に全体的に傾いた場合である。この場合は、電磁弁３
７は全てＯＦＦにすることにより、各高さ調整弁４を通
常通り作動させ、車体の姿勢を回復させる。

【００４３】ＣＡＳＥII：車体１がねじれではなく前後
に全体に傾いた場合（例えば、乗客が一方に片寄って乗
った）である。この場合も電磁弁３７はすべてＯＦＦに
することにより、各高さ調整弁４は通常通り作動させ、
車体の姿勢を回復させる。

【００４４】ＣＡＳＥ III：４ヵ所のうち３ヵ所のＬＳ
−Ａ３１が働いているが１ヵ所だけ作動していない場合
である。この場合には、平行に浮き上がっている台車側
（No.1、No.2）に対応する電磁弁３７をＯＦＦとして高
さ調整弁４を作動させて車高の回復をさせるが、傾いて
いる側（No.3、No.4）に対応する電磁弁３７はＯＮにし
て、高さ調整弁４を作動させないようにする。

【００４５】ＣＡＳＥIV：ＣＡＳＥ IIIと似ているが車
体１の左右の傾きが大きく、且つ、少しねじれが検出さ
れた場合である。この時は図で左側（No.1、No.3）に対
応する電磁弁３７はＯＦＦとし高さ調整弁４で姿勢の回
復させる。一方傾きを検出した右側（No.2、No.4）に対
応する電磁弁３７はＯＮにして、高さ調整弁４を作動さ
せないようにする。

【００４６】ＣＡＳＥＶ：前後の台車２が逆方向に傾い
ており（緩和曲線上を通過する場合）、ねじれを検出し
ている。この場合は、全部の電磁弁３７をＯＮとし、高
さ調整弁４の作動を止める。このことにより、緩和曲線
通過時、空気の放出を止めることができる。

【００４７】このように本実施の形態によれば、高さ調
整弁４に付加した検知装置としてのリミットスイッチの
動作状態から、台車２のねじれ状態を検知し、ねじれを
検知したときには電磁弁３７、空気通路３６、エアピス
トン３４ａ、３４ｂ等のロック機構を選択的に作動さ
せ、対応する高さ調整弁４の作動を制止するようにした
から、緩和曲線通過時でも、従来のように空気を無駄に
消費することを無くし、圧縮空気を供給するコンプレッ
サの負荷を増大することもなく、脱線の危険もない好ま
しい装置を得ることができたものである。

【００４８】なお、類似技術として、例えば特開平３−
１３５８７１に示されるようなものもあるが、これは各
空気ばねに高さ検知装置を設けているとはいうものの、
空気ばねの空気の給排は高さ調整弁を用いず、制御器の
司令により直接行われるものであり、このような場合、
制御器はすべての運転状況に対し制御を行わねばならな
いので非常に複雑な制御系となる。

【００４９】それに対し、本実施の形態では、従来の制
御で問題のないモードのところは機械的な従来の高さ調
整弁にまかせ、緩和曲線通過時のように問題のあるとき
にはそれに対応した一定のモードを設定し、これらを選
択的に制御しているので、制御系が非常に簡単なもので
よい。

【００５０】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、車両の前後左右
に分かれて車両と台車の間にそれぞれ空気ばねを配置
し、各空気ばねに対応して車両側に設けた高さ調整弁で
それぞれの空気ばねに供給される空気圧を調整して車両
高さを制御する車両用空気ばねの制御装置において、前
記各高さ調整弁にはその作動を制止するロック機構と車
両高さの一定の変化を検知して検知指令を出す検知装置
を組み入れ、車両の走行状況で変化する各調整弁に対応
する検知指令の組み合わせで決まる複数のモードに応じ
て、前記各ロック機構を選択的に作動させる制御装置を
設けて構成したので、その作動を制止するロック機構、
及び車両高さの一定の変化を検知して検知指令を出す検
知装置を組み入れた各高さ調整弁において、同ロック機
構を、前記検知指令の組み合わせで決まる複数のモード
に応じて選択的に作動させ、対応する高さ調整弁のうち
作動不要のものを制止することにより、高さ調整弁の不
要なものの作動がなくなり、空気を無駄に消費するこ
と、そして圧縮空気を供給するコンプレッサの負荷を増
大することもなく、更に脱線の危険もない好適な車両用
空気ばねの制御装置を得ることが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る車両用空気ばねの
制御装置の全体的な構成を示す説明図である。

【図２】図１のものにおける高さ調整弁の内部構成を示
す説明図である。

【図３】本実施の形態における制御形態を概念的に示
し、（ａ）は車両の概略形態を、（ｂ）は車体に対する
空気ばね等の配列を示す説明図である。

【図４】図３の制御形態に従って作動するリミットスイ
ッチの作動状態と電磁弁の指示状態の関係を整理した説
明図である。

【図５】図４のリミットスイッチの作動状態を説明する
説明図である。

【図６】従来の車両用空気ばねの制御装置の全体的な構
成を示す説明図である。

【図７】図６のものにおける高さ調整弁の内部構成を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 台車 ３ 空気ばね ４ 高さ調整弁 ５ 軸・・作動軸 ６ レバ− ６ａ、６ｂ レバ− ７ 連結棒 １０ 弁本体 １１ 大室 １２ａ １２ｂ 小室 １３ａ １３ｂ ピストン １４ａ １４ｂ オリフィス １５ 緩衝ばね １６ 作動アーム １７ エアバルブ １８ エアバルブ １９ 逆止弁 ２０ａ ２０ｂ リターンバルブ ２１ａ ２１ｂ ばね ３１ リミットスイッチＡ ３２ リミットスイッチＢ ３３ 作動片 ３４ａ ３４ｂ エアピストン ３５ａ ３５ｂ 戻しばね ３６ 空気通路 ３７ 電磁弁 ３８ａ ３８ｂ 塞ぎロッド部 ５０ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の前後左右に分かれて車両と台車の
   間にそれぞれ空気ばねを配置し、各空気ばねに対応して
   車両側に設けた高さ調整弁でそれぞれの空気ばねに供給
   される空気圧を調整して車両高さを制御する車両用空気
   ばねの制御装置において、前記各高さ調整弁にはその作
   動を制止するロック機構と車両高さの一定の変化を検知
   して検知指令を出す検知装置を組み入れ、車両の走行状
   況で変化する各調整弁に対応する検知指令の組み合わせ
   で決まる複数のモードに応じて、前記各ロック機構を選
   択的に作動させる制御装置を設けたことを特徴とする車
   両用空気ばねの制御装置。