JP2013220685A - 鉄道車両の車体傾斜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気バネと高圧側タンク及び低圧側タンクとの間で圧縮空気をやり取りすることにより車体の傾きを制御するようにした鉄道車両の車体傾斜装置を提供すること。
【解決手段】空気バネ３Ｌ，３Ｒと高圧側及び低圧側タンク３７，３８とが傾斜用制御弁３３を介して接続され、傾斜用制御弁３３の切り換えにより、両タンク３７，３８に連通する空気バネ３Ｌ，３Ｒの一方を伸長させ、他方を収縮させることにより車体の傾きを制御するものであり、ブースターポンプ３４に接続された入力側配管３６に低圧側タンク３８が設けられ、出力側配管３５には高圧側タンク３７が設けられた傾斜準備回路と、ブースターポンプ３４に対して接続された環状配管４６に切換弁４５が設けられたアイドリング回路とが形成され、傾斜用制御弁３３、ブースターポンプ３４及び切換弁４５が制御装置２０により制御される鉄道車両の車体傾斜装置。
【選択図】 図５

Description

本発明は、予め内圧を調整した高圧側タンクと低圧側タンクとを備え、左右一対の空気バネとの間で圧縮空気をやり取りすることにより車体の傾きを制御するようにした鉄道車両の車体傾斜装置に関する。

鉄道車両には、車体と台車との間に振動を吸収する空気バネが配置され、車体傾斜装置によって行われる給排気により空気バネ内の空気量を調整し、車体の高さや傾きの調節を可能にしたものがある。それによれば、曲線走行時には左右の空気バネの高さを強制的に変化させ、車体を傾斜させてカント不足の回避が行われる。下記特許文献１に記載の車体傾斜装置では、車体に搭載のコンプレッサによってメインタンクに圧縮空気が蓄えられ、そこから供給される圧縮空気により空気バネを膨らませた伸長が行われ、逆に空気バネから圧縮空気を大気に放出することにより当該空気バネの収縮が行われる。

特許第３８１４２３７号公報 実開昭６１−９５６０９号公報 特開２００９−４６０２７号公報

ところで、山間部などのようにカーブが連続する区間では、空気バネに対する給排気の回数が多くなり、圧縮空気の消費量も多くなってしまう。そこで、圧縮空気の圧力が低下しないようにコンプレッサやエアタンクに大容量のものを使用するか、小容量のものでも複数設ける構造が採られてきた。しかし、車体下の艤装スペースが狭いため取り付けが困難であったり、イニシャルコストやメンテナンスコストを上げてしまうという問題があった。

その点に関して前記特許文献２，３には、コンプレッサの消費エネルギを低減させた自動車の車体姿勢制御装置に関する発明が開示されている。空気バネに圧縮空気を供給するための高圧側タンクと、空気バネから排出される圧縮空気を受ける低圧側タンクとを有し、カーブの走行中に車体が傾いた場合、下側の空気バネに高圧側タンクから圧縮空気が供給され、上側の空気バネからは低圧側タンクに圧縮空気が排出されるようにしたものである。しかし、これらは自動車の姿勢制御を対象とし、本願発明のように空気バネ自体を伸長させて積極的に車体を傾斜させるものではない。

そこで、本発明は、左右一対の空気バネと高圧側タンク及び低圧側タンクとの間で圧縮空気をやり取りすることにより車体の傾きを制御するようにした鉄道車両の車体傾斜装置を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、車体と台車との間に配置された左右一対の空気バネと、高圧側タンク及び低圧側タンクとが傾斜用制御弁を介して接続され、前記傾斜用制御弁の切り換えにより、前記高圧側タンク又は低圧側タンクに連通する前記左右一対の空気バネの一方を伸長させ、他方を収縮させることにより前記車体の傾きを制御するものであり、前記高圧側タンクと低圧側タンクの内圧を増減させるブースターポンプを備え、その入力ポートと前記傾斜用制御弁との間に接続された入力側配管に前記低圧側タンクが設けられ、出力ポートと前記傾斜用制御弁との間に接続された出力側配管には前記高圧側タンクが設けられた傾斜準備回路と、前記ブースターポンプに対して、その入力ポートと出力ポートとに接続された環状配管に切換弁が設けられ、前記入力ポートと出力ポートの連通と遮断が切り換えられるアイドリング回路とが形成され、前記傾斜用制御弁、ブースターポンプ及び切換弁が制御装置により制御されるものであることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、前記制御装置が、前記車体の傾きを制御する前に予め前記ブースターポンプを駆動させ、前記低圧側タンク内を低圧にし、前記高圧側タンク内を高圧にした傾斜準備状態を作りだしておき、所定のタイミングで前記傾斜用制御弁を切り換え、前記高圧側タンクから左右一対の空気バネの一方へ圧縮空気を送り込み、他方の空気バネから前記低圧側タンクへ圧縮空気を引き込むようにしたものであり、前記ブースターポンプの駆動開始の際は、所定時間だけ前記切換弁によりアイドリング回路を連通させ、前記環状配管内にて圧縮空気を環流させて前記ブースターポンプをアイドリングさせるものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、前記制御装置が、前記アイドリングを実行する前に、前記傾斜用制御弁を作動させ、前記入力側配管及び出力側配管と前記左右一対の空気バネに連通する各配管との接続を、瞬間的に交互に切り換えるものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、前記高圧側タンクに圧力センサが設けられ、前記制御装置が前記圧力センサの検出値に基づいて前記ブースターポンプを制御するものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、前記左右一対の空気バネに対して各々に設けられた高さ制御弁と、台車側に連結された高さ調節棒の上下方向変位を車体側に固定された前記高さ制御弁の弁棒に回転として伝えるリンク機構と、前記リンク機構内にあって前記弁棒に回転を与えるアクチュエータとを有する高さ調節機構を有し、前記制御装置は、所定のタイミングで前記アクチュエータを駆動させ、前記高さ制御弁を介して前記左右一対の空気バネに対して圧縮空気を給排気させるようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、前記アクチュエータが前記高さ調節棒と高さ調整弁の間の伝達経路上に一体に形成された直動式のアクチュエータであることが好ましい。

本発明によれば、ブースターポンプを駆動させ傾斜準備回路において高圧側タンクと低圧側タンクに圧力差を作ることにより、その高圧側タンクから左右一対の空気バネの一方へ圧縮空気を送り込み、他方の空気バネから排出した圧縮空気を低圧側タンクへ圧縮空気を引き込むようにして車体を傾斜させるため、圧縮空気の消費を大幅に抑えることができる。また、ブースターポンプの駆動開始時には、アイドリング回路において無負荷の状態で圧縮空気を環流させることにより、ブースターポンプの動作不良を回避した安定した運転が可能となる。

車体傾斜装置の一実施形態を示した概略図である。 高さ調整用シリンダから高さ制御弁への連結部分を示した平面図である。 メインタンクと空気バネとの間に設けられた高さ制御弁の配管構造を示した概念図である。 空気バネと高さ調節機構を示した概略図である。 左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第１案について示した回路図である。 左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第２案について示した回路図である。 左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第３案について示した回路図である。 左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第４案について示した回路図である。

次に、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置について、その実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、車体傾斜装置の実施形態を示した概略図である。鉄道車両は、車体１が空気バネ３Ｌ，３Ｒを介して台車２の上に搭載されている。本実施形態の車体傾斜装置は、そうした空気バネ３Ｌ，３Ｒに対して対称的な構造をもって構成されている。そのため、図面及び以下の説明において使用する各構成の符号は、数字の後に「Ｌ」を付けた場合は左側に配置されたものを示し、同じく「Ｒ」を付けた場合には右側に配置されたものを示すこととする。

空気バネ３Ｌ，３Ｒには、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒや高さ制御弁５Ｌ，５Ｒなどによって構成された高さ調節機構が構成されている。これは、カント不足を補うために車体を傾斜させる他、荷重変動に対して車高を一定に保つためのものであり、空気バネ３Ｌ，３Ｒに対して圧縮空気を給排気し、空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さ調節を行うものである。高さ調節棒４Ｌ，４Ｒは、上方同軸上にアクチュエータとして高さ調整用シリンダ６Ｌ，６Ｒが設けられている。高さ調整用シリンダ６Ｌ，６Ｒは、圧縮空気によって伸び、バネ力によって収縮するものであり先端には梃子９Ｌ，９Ｒが連結されている。

次に図２は、高さ調整用シリンダ６Ｒから高さ制御弁５Ｒへの連結部分を示した平面図である。ここでは図１の右側構成についてだけ示しているが、左側も同様に構成されている。高さ制御弁５Ｒは、３ポートの切換弁であり、各ポートの切り換えを操作する弁棒８Ｒが突き出され、その弁棒８Ｒに梃子９Ｒが直交方向に連結されている。梃子９Ｒ、高さ調節棒４Ｒ及び高さ調整用シリンダ６Ｒによって、弁棒８Ｒを回転させるためのリンク機構が構成されている。そのため、高さ調節棒４Ｒの上下方向変位や高さ調整用シリンダ６Ｒの伸縮により、梃子９Ｒが振れ、弁棒８Ｒが回転して高さ制御弁５Ｒのポートが切り換えられる。

高さ制御弁５Ｌ，５Ｒは、車体１側に設けられている。そのため、図１に示す状態で空気バネ３Ｌ，３Ｒが上下に伸縮すれば、車体１と台車２との距離が変化し、それに伴って高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが上下方向に変位する。そして梃子９Ｌ，９Ｒが振れるが、その振れる方向によって弁棒８Ｌ，８Ｒの回転方向、すなわち高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのポートの切り換えが決定される。こうしたポートの切り換えにより、空気元溜であるメインタンク１２からは、空気バネ３Ｌ，３Ｒ側へ圧縮空気の供給が行われ、或いは空気バネ３Ｌ，３Ｒから大気への圧縮空気の放出が行われる。

続いて図３は、メインタンク１２と空気バネ３Ｒとの間に設けられた高さ制御弁５Ｒの配管構造を示した概念図である。ここでも図１の右側構成についてだけ示しているが、左側も同様に構成されている。空気バネ３Ｒは、メインタンク１２との間が配管１３Ｒによって接続されている。その配管１３に高さ制御弁５Ｒが接続され、空気バネ３Ｒとの間に、ノーマルクローズ型の開閉弁１４Ｒが設けられた管路１５Ｒと、絞り１６Ｒが設けられた管路１７Ｒとが並列に接続されている。電源が落ちた場合でも、絞り１６Ｒを介して圧縮空気が流れ、空気バネ３Ｒに対して流量を抑えた圧縮空気の給排気が行われるようにするためである。

図４は、空気バネと高さ調節機構を示した概略図である。ここでも図１の右側構成についてだけ示しているが、左側も同様に構成されている。また、図３に示す開閉弁１４Ｒや絞り１６Ｒなどの構成は省略している。高さ調整用シリンダ６Ｒは、メインタンク１２との間にストローク調整弁１８Ｒが接続されている。その高さ調整用シリンダ６Ｒは、上下一対のエアシリンダ１６１，１６２によって構成され、ストローク調整弁１８Ｒは、それに対応して一組の電磁弁１８１，１８２によって構成されている。そのため、一組の電磁弁１８１，１８２の各開閉によって、高さ調整用シリンダ６Ｒのストローク調整が行われる。

制御装置２０は、車体１の昇降と傾斜を制御するものであり、図１に示すように車高制御部２１、異常診断部２２、軌道データ記憶部２３及び地点情報検知部２４とを有している。車高制御部２１には、車体１に設けたプラットフォーム高さ検知センサ２５が接続され、地点情報検知部２４には、車速の検出及び走行軌道の曲線部の手前に設置されたデータデポなどの地上子からの地点情報信号を受信する車速・デポ信号センサ２６が接続されている。

次に図５は、左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する差圧傾斜機構の第１案について示した回路図である。空気バネ３Ｌ，３Ｒは、それぞれが高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介してメインタンク１２に接続されている。図５では省略しているが、図３に示す開閉弁１４Ｌ，１４Ｒや絞り１６Ｌ，１６Ｒなどと、空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間の配管３１Ｌ，３１Ｒには配管３２Ｌ，３２Ｒが分岐している。

左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒは、傾斜用制御弁３３を介して高圧側タンク３７と低圧側タンク３８との接続がされている。その傾斜用制御弁３３には、空気バネ３Ｌ，３Ｒ側の配管３２Ｌ，３２Ｒの他、ブースターポンプ３４に接続された出力側配管３５と入力側配管３６とが接続され、その出力側配管３５に高圧側タンク３７が接続され、入力側配管３６に低圧側タンク３８が接続されている。

傾斜用制御弁３３は、４ポート電磁弁であり、接続された配管全てを遮断する中央ブロック３３２と、左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒに対して、高圧側タンク３７と低圧側タンク３８とを交互に切り換えて接続可能な左ブロック３３１と右ブロック３３３とによって構成されている。そして、こうした差圧傾斜機構３０は、ブースターポンプ３４の駆動により、高圧側タンク３７内を加圧状態にするのに対して低圧側タンク３８を低圧状態にし、空気バネ３Ｌ，３Ｒの一方に対して圧縮空気を供給し、他方からは圧縮空気を排気させるための傾斜準備状態を作りだすように構成されたものである。

更に、この差圧傾斜機構３０には、高圧側タンク３７を介してブースターポンプ３４の入出力ポートをつなぐ環状管４６が接続され、その環状管４６にはアイドリング用電磁弁４５が設けられている。アイドリング用電磁弁４５の開弁により環状管４６が連通し、ブースターポンプ３４の駆動により圧縮空気が環流することになる。いきなり高圧側タンク３７と低圧側タンク３８との間で圧縮空気の給排気を行うと、ポンプモータ４２にとって負荷が大きく動作不良が起きるおそれがあるためである。そこで、本実施形態では、予め無負荷でブースターポンプ３４を駆動させるアイドリングを行わせる構成となっている。

ところで、高圧側タンク３７には圧力センサ４１が設けられている。車体傾斜制御を行うための制御装置２０は、圧力センサ４１の他、ポンプモータ４２、傾斜用制御弁３３、そしてアイドリング用電磁弁４５に接続されている。また、図示しないが、低圧側タンク３８には低圧リミットスイッチや負圧リリーフが設けられ、圧縮空気を給排気するための傾斜準備状態を作り出すに当たり、動作がより安定するように構成されている。

続いて、車体１の傾斜制御について説明する。
先ず、乗客の乗り降りが行われると、その荷重変動に伴って車体１が浮き沈みし、台車２との距離に変化が生じる。そのため、図１などに示す高さ調節機構では、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが車体１との間で上下方向に相対的に変位し、それに伴って梃子９Ｌ，９Ｒが振れ、弁棒８Ｌ，８Ｒが回転して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられる。開閉弁１４Ｌ，１４Ｒ（図３参照）は閉じているため、絞り１６を介して圧縮空気が流れ、空気バネ３Ｌ，３Ｒの給排気が行われる。そして、梃子９Ｌ，９Ｒが水平状態に戻れば再び高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられ圧縮空気の給排気が止められる。

つまり、乗客が乗って重くなれば、空気バネ３Ｌ，３Ｒが押し潰されて車体１が下がるため、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが相対的に上昇し、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられてメインタンク１２から空気バネ３Ｌ，３Ｒへ圧縮空気が送り込まれる。一方、乗客が降りて軽くなれば、車体１が上がって高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが相対的に下降するため、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられ、空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧縮空気が大気に放出される。そして、いずれの場合も、空気バネ３Ｌ，３Ｒが一定量伸張又は収縮した後は、梃子９Ｌ，９Ｒが水平状態に戻って各ポートが遮断され、圧縮空気の給排気が止められて車体１が所定の高さで安定する。

高さ調節機構では、こうした車体１の高さ調節の他、カント不足を補うため空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮空気の給排気を行い、車体１の傾きを制御した走行を可能とする。走行中の鉄道車両は、車速・デポ信号センサ２６がデータデポなどの地上子からの地点情報信号を受信する。制御装置２０では、車高制御部２１によって検出した車速と軌道データ記憶部２３に記憶された軌道データとが比較される。そして、曲線部の曲率やカント量等の曲線部情報に基づき、車高制御部２１に格納された車体傾斜制御プログラムに従って車体傾斜制御が実行される。

本実施形態では、傾斜用制御弁３３の切り換えにより、高圧側タンク３７から左右一方の空気バネへ圧縮空気が供給され、他方の空気バネからは低圧側タンク３８への引き込みにより圧縮空気が排出することで車体が所定方向に傾斜する。差圧傾斜機構３０では、こうして車体１を傾斜制御するに当たり、予め高圧側タンク３７内を設定値まで加圧し、逆に低圧側タンク３８内は設定値まで減圧させ、圧縮空気を給排気するための傾斜準備状態が作りだされる。

その際、先ず、水平状態の車体が傾斜しないように、瞬間的に、傾斜用制御弁３３に対する配管との接続が左右のブロック３３１，３３３を交互に切り換えて行われる。これは、左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒと両側のタンク３７，３８をそれぞれ連通させ、空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力が低圧側タンク３８よりも高くなるようにし、その後に減圧される低圧側タンク３８内の圧力より空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力の方が高い状態で傾斜制御が行われるようにするためである。

そうした傾斜用制御弁３３の切り換え操作の後、ポンプモータ４２の駆動が開始し、開始３秒間だけアイドリング用電磁弁４５が開けられ、アイドリン状態が作り出される。すなわち、ブースターポンプ３４から送り出された圧縮空気は高圧側タンク３７を通り環状管４６内を無負荷の状態で環流することとなる。そして、３秒後にはアイドリング用電磁弁４５が閉じ、環状管４６内への圧縮空気の流入が止められる。これにより継続したブースターポンプ３４の駆動により、閉じられた流路内では低圧側タンク３８から高圧側タンク３７へ圧縮空気が送られ、両者の間で圧力の高低差がつくられる。

このとき、高圧側タンク３７はメインタンク１２と同じ約０．９ＭＰａ程度にまで加圧され、低圧側タンク３８は大気圧程度にまで減圧される。なお、高圧側タンク３７内の圧力は圧力センサ４１によって検出され、その検出信号に基づいてポンプモータ４２の駆動が制御される。こうして、空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間で圧縮空気を給排気するための傾斜準備状態が作りだされる。

そこでカント不足を補うため、例えば車体１をＬ側へ傾斜させる場合には、所定のタイミングで傾斜用制御弁３３が左ブロック３３１に切り換えられる。配管３２Ｒと出力側配管３５が接続され、配管３２Ｌと入力側配管３６が接続される。空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度であるため、空気バネ３Ｌ内の圧縮空気は、大気圧の低圧側タンク３８へと引き込まれ、逆に空気バネ３Ｒ内へは、内圧が高い高圧側タンク３７から圧縮空気が流れ込む。左側の空気バネ３Ｌは圧縮空気の排気によって低くなり、右側の空気バネ３Ｒは圧縮空気が供給されて高くなることで車体１は左側へ傾く。

車体１が目標角度にまで傾く手前で、傾斜用制御弁３３が中央ブロック３３２の接続に切り換えられる。そして、図１に示す高さ調整用シリンダ６Ｌ，６Ｒの伸縮により、車体１の傾斜制御が続いて行われる。この高さ調節機構による傾斜制御では、左側の空気バネ３Ｌは、ストローク調整弁１８Ｌの制御によって高さ調整用シリンダ６Ｌが収縮する。そのため、高さ制御弁５Ｌが切り換えられ、空気バネ３Ｌ内の圧縮空気が一定量大気に放出される。一方、右側の空気バネ３Ｒは、ストローク調整弁１８Ｒが制御され、メインタンク１２から高さ調整用シリンダ６Ｒに圧縮空気が供給されて伸長する。高さ制御弁５Ｒが切り換えられ、メインタンク１２の圧縮空気が空気バネ３Ｒへ送り込まれる。こうして高さ調整用シリンダ６Ｌ，６Ｒを作動させることにより、車体１について傾斜の微調整が行われる。

その後、走行軌道の曲線部の終了に伴って車体１は水平状態に戻される。その場合には、傾斜用制御弁３３が右ブロック３３３に切り換えられて、空気バネ３Ｌが高圧側タンク３７に接続され、空気バネ３Ｒが低圧側タンク３８へ接続される。空気バネ３Ｒ内の圧縮空気は排出され、反対の空気バネ３Ｌ内へは圧縮空気が送り込まれ、膨らんでいた右側の空気バネ３Ｒは圧縮空気の排気によって低くなり、逆に収縮していた左側の空気バネ３Ｌは圧縮空気が供給されて高くなることで車体１が水平状態にまで戻される。そして、高さ調整用シリンダ６Ｌ，６Ｒの伸縮が制御され、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介した空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮空気の給排気によって微調整が行われる。

以上のような車体の傾斜及び傾斜の戻し制御はＲ側の傾斜の場合も同様にして行われる。そして、走行中の鉄道車両はこうした車体傾斜制御が左右の曲線方向に応じて繰り返されるため、空気バネ３Ｒ，３Ｌに対する圧縮空気の給排気に備え、前述したように傾斜用制御弁３３、アイドリング用電磁弁４５、ブースターポンプ３４が所定のタイミングで駆動し、両タンク３７，３８に対して空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間で圧縮空気を給排気するための傾斜準備状態が作りだされる。

このような本実施形態の車体傾斜装置では、左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒと高圧側タンク３７及び低圧側タンク３８との間で圧縮空気のやり取りが行われ、これまで大気に放出していた分の圧縮空気の消費を減らすことが可能になる。そのため、カーブが連続するような区間で車体１の傾斜制御が繰り返されても圧縮空気の消費を大幅に抑えることができ、コンプレッサやメインタンク１２を大型にしたり、複数設ける必要がなくなる。また、イニシャルコストやメンテナンスコストを抑えることができたり、コンプレッサによる圧縮空気の作製を減らすことができエネルギ効率も良くなる。

本実施形態では、更にこのような効果を、ブースターポンプ３４で高圧側タンク３７と低圧側タンク３８に圧力差を作ることによって達成させるが、そうした差圧傾斜機構３０は簡易な構成であり、安価に提供することが可能である。また、ブースターポンプ３４は、必要に応じて駆動させればよいため、より消費電力を減らすことができる。その際、ブースターポンプ３４にアイドリング用電磁弁４５を備えた環状管４６を接続し、ブースターポンプ３４を無負荷で駆動させるアイドリング状態を作りだすことで、ポンプモータ４２の動作不良を回避した安定した運転が可能である。

続いて、図５に示した差圧傾斜機構の変形例について図６乃至図８を示して以下に説明する。なお、図６乃至図８において図５と同じ構成には同じ符号を付している。先ず、図６は、左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第２案について示した回路図である。第２案では、アイドリング状態を作りだすため、低圧側タンク３８を介してブースターポンプ３４の入出力ポートをつなぐ環状管４７が接続され、その環状管４７にアイドリング用電磁弁４５が設けられている。

そこで、この第２案では、ポンプモータ４２の駆動が開始した３秒間だけアイドリング用電磁弁４５が開けられると、ブースターポンプ３４から送り出された圧縮空気は低圧側タンク３８を通って環状管４７内を無負荷の状態で環流することとなる。そして、３秒後にアイドリング用電磁弁４５が閉じられて環状管４７内の流れが止められる。その後、ブースターポンプ３４の駆動により低圧側タンク３８から高圧側タンク３７へ圧縮空気が送られ、両者の間で圧力の高低差がつくられる。

次に図７は、左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第３案について示した回路図である。第３案では、アイドリング状態を作りだすため、ブースターポンプ３４の入出力ポートを直接つなぐ環状管４８が接続され、その環状管４８にアイドリング用電磁弁４５が設けられている。そして、アイドリング用電磁弁４５を開いた時に高圧側タンク３７から低圧側タンク３８へ圧縮空気が流れないように逆止弁５１，５２が設けられている。

そこで、この第３案では、ポンプモータ４２の駆動が開始した３秒間だけアイドリング用電磁弁４５が開けられると、ブースターポンプ３４から送り出された圧縮空気は環状管４８内を無負荷の状態で環流することとなる。そして、３秒後にアイドリング用電磁弁４５が閉じられて環状管４８内の流れが止められる。その後、ブースターポンプ３４の駆動により逆止弁５１，５２を介して低圧側タンク３８から高圧側タンク３７へ圧縮空気が送られ、両者の間で圧力の高低差がつくられる。

更に図８は、左右の空気バネに対する差圧傾斜機構の第４案について示した回路図である。第４案では、第１案と同じように、ブースターポンプ３４の入出力ポートが高圧側タンク３７を介して環状管４９により接続されている。そして、その環状管４９にアイドリング用電磁弁４５が設けられている。また、アイドリング用電磁弁４５を開いた時に高圧側タンク３７から低圧側タンク３８へ圧縮空気が流れないように、ブースターポンプ３４と低圧側タンク３８との間に開閉電磁弁５３が設けられている。

そこで、この第４案では、ポンプモータ４２の駆動が開始した３秒間だけアイドリング用電磁弁４５が開けられると、ブースターポンプ３４から送り出された圧縮空気は高圧側タンク３７を介して環状管４９内を無負荷の状態で環流することとなる。このとき開閉電磁弁５３は閉じられている。そして、３秒後にアイドリング用電磁弁４５が閉じられて環状管４９内の流れが止められる。一方、開閉電磁弁５３が開けられるため、その後のブースターポンプ３４の駆動により低圧側タンク３８から高圧側タンク３７へ圧縮空気が送られ、両者の間で圧力の高低差がつくられる。

ところで、鉄道車両では、前述したように、車両の走行中の現在位置から曲線区間に到達したか否か判断し、当該曲線区間に応じてカント不足を補うため車体傾斜が行われる。本実施形態では、図４に示す高さ調節機構が設けられ、更に差圧傾斜機構３０を組み合わせることにより、正確な傾斜制御を圧縮空気の消費削減の効果などとともに達成することとした。しかし、差圧傾斜機構３０の効果は、前記実施形態の高さ調節機構だけではなく他の構造によって構成された高さ調節機構との組み合わせであっても同様に達成することができる。

例えば他の高さ調節機構としては、特許第３４４０２８３号に開示されたようなものであってもよい。これは、本実施形態と同様に台車と車体との距離に従って回転するレバーにより空気バネに対して圧縮空気の給排気を行う高さ制御弁を有し、更に高さ制御弁に設けられたエンコーダからの回転角信号に制御装置が受信し、その回転角信号から算出した車体の傾斜角やその他の走行情報に基づいて傾斜制御用回路に設けられた複数の電磁弁の開閉を制御することにより空気バネに対する給排気が行われるものである。

以上、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置について実施形態を説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態は、差圧傾斜機構に高さ調節機構を組み合わせたものを車体傾斜装置として説明したが、高さ調節機構による微調整を必要としない場合には差圧傾斜機構のみによって車体傾斜装置を構成するようにしたものであってもよい。
また、前記実施形態では、高さ調節機構による微調整の制御を差圧傾斜機構３０の制御の後に行う場合を説明したが、両制御を重ねて行うようにしてもよい。

１ 車体
２ 台車
３Ｌ，３Ｒ 空気バネ
４Ｌ，４Ｒ 高さ調節棒
５Ｌ，５Ｒ 高さ制御弁
６Ｌ，６Ｒ 高さ調整用シリンダ
１２ 空気タンク
１８Ｌ，１８Ｒ ストローク調整弁
２０ 制御装置
３０ 差圧傾斜機構
３３ 傾斜用制御弁
３４ ブースターポンプ
３７ 高圧側タンク
３８ 低圧側タンク
４２ ポンプモータ
４５ アイドリング用電磁弁
４６ 環状管

Claims (6)

1. 車体と台車との間に配置された左右一対の空気バネと、高圧側タンク及び低圧側タンクとが傾斜用制御弁を介して接続され、前記傾斜用制御弁の切り換えにより、前記高圧側タンク又は低圧側タンクに連通する前記左右一対の空気バネの一方を伸長させ、他方を収縮させることにより前記車体の傾きを制御する鉄道車両の車体傾斜装置であり、
   前記高圧側タンクと低圧側タンクの内圧を増減させるブースターポンプを備え、その入力ポートと前記傾斜用制御弁との間に接続された入力側配管に前記低圧側タンクが設けられ、出力ポートと前記傾斜用制御弁との間に接続された出力側配管には前記高圧側タンクが設けられた傾斜準備回路と、
   前記ブースターポンプに対して、その入力ポートと出力ポートとに接続された環状配管に切換弁が設けられ、前記入力ポートと出力ポートの連通と遮断が切り換えられるアイドリング回路とが形成され、
   前記傾斜用制御弁、ブースターポンプ及び切換弁が制御装置により制御されるものであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
2. 請求項１に記載する鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記制御装置は、
   前記車体の傾きを制御する前に予め前記ブースターポンプを駆動させ、前記低圧側タンク内を低圧にし、前記高圧側タンク内を高圧にした傾斜準備状態を作りだしておき、所定のタイミングで前記傾斜用制御弁を切り換え、前記高圧側タンクから左右一対の空気バネの一方へ圧縮空気を送り込み、他方の空気バネから前記低圧側タンクへ圧縮空気を引き込むようにしたものであり、
   前記ブースターポンプの駆動開始の際は、所定時間だけ前記切換弁によりアイドリング回路を連通させ、前記環状配管内にて圧縮空気を環流させて前記ブースターポンプをアイドリングさせるものであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
3. 請求項２に記載する鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記制御装置は、
   前記アイドリングを実行する前に、前記傾斜用制御弁を作動させ、前記入力側配管及び出力側配管と前記左右一対の空気バネに連通する各配管との接続を、瞬間的に交互に切り換えるものであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載する鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記高圧側タンクに圧力センサが設けられ、前記制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づいて前記ブースターポンプを制御するものであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記左右一対の空気バネに対して各々に設けられた高さ制御弁と、
   台車側に連結された高さ調節棒の上下方向変位を車体側に固定された前記高さ制御弁の弁棒に回転として伝えるリンク機構と、
   前記リンク機構内にあって前記弁棒に回転を与えるアクチュエータとを有する高さ調節機構を有し、
   前記制御装置は、所定のタイミングで前記アクチュエータを駆動させ、前記高さ制御弁を介して前記左右一対の空気バネに対して圧縮空気を給排気させるようにしたものであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
6. 請求項５に記載する鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記アクチュエータは、前記高さ調節棒と高さ調整弁の間の伝達経路上に一体に形成された直動式のアクチュエータであることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。

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