JP6283969B2 - シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ装置に関する。

従来、この種のシリンダ装置にあっては、たとえば、鉄道車両に車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されて使用されるものが知られている。

そして、このようなシリンダ装置は、たとえば、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、ロッド側室とタンクとを連通する減衰通路の途中に設けた電磁リリーフ弁とで構成される（たとえば、特許文献１参照）。

そして、シリンダ装置は、電磁リリーフ弁でシリンダ内の圧力を制御して、発生する力を高低調節でき、鉄道車両の車体の振動を抑制するのに最適な制御力を発揮して車体振動を効果的に抑制できる。

ところで、鉄道車両が走行中に強い地震が発生する場合、車体が大きく揺れて脱線する恐れがあるので、このような場合には、シリンダ装置に高い減衰力を発揮させて脱線を未然に防ぎたい。また、地震発生時には、電力供給を受けられなくなる場合があるので、制御失陥時に相当する状況下で高い減衰力の発揮が緩衝器に要望される。

そこで、従来のシリンダ装置にあっては、平常時通路と平常時通路に並列される非常時通路とで減衰通路を構成し、平常時通路に可変リリーフ弁と可変リリーフ弁に直列配置されて非通電時に閉弁するノーマルクローズ型開閉弁を設けるとともに、非常時通路の途中にパッシブ弁と当該パッシブ弁に直列配置されて非通電時に開弁するノーマルオープン型の開閉弁を設けている。

このようにすると、制御失陥時において非常時通路を有効としてパッシブ弁にて確実に高い減衰力を発揮させて、車体の振動を抑制できるので、鉄道車両が走行中に地震が発生しても車体振動が速やかに低減されて脱線を効果的に抑制できる。

特開２０１４−１８９２１６号公報

このように従来のシリンダ装置では、地震発生時に電力供給を受けられなくても、高い減衰力を発揮して車体の振動を抑制できるが、そのために、非常時通路を設けるほか、ノーマルクローズ型とノーマルオープン型の二つの開閉弁とパッシブ弁を設ける必要がある。

よって、シリンダ装置の部品点数が増加するとともに、電磁式の開閉弁が二つも必要となって、コストが嵩んでシリンダ装置が高価となるだけでなく、装置全体も大型となってしまう。

そこで、本発明は前記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的は、地震時の脱線を効果的に防止でき、安価且つ小型のシリンダ装置の提供である。

前記した目的を達成するため、本発明のシリンダ装置は、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室をタンクに連通する減衰通路に、リリーフ弁と、流量が増加すると流路面積を小さくするノーマルオープン型の減衰弁とを備えて構成される。このようにシリンダ装置は、流量の増加によって流路面積を減少させる減衰弁を備えているため、リリーフ弁のみで減衰力を発揮するのに比較してピストン速度が高速域において高い減衰力を発揮でき、鉄道車両が走行中に地震が発生しても車体振動を速やかに低減して脱線を効果的に抑制できる。また、本発明のシリンダ装置では、従来のシリンダ装置のように非常時通路、ノーマルクローズ型とノーマルオープン型の二つの開閉弁、およびパッシブ弁を設ける必要もない。

請求項２に記載のシリンダ装置では、減衰弁がロッド側室とタンクの双方に通じる弁孔を有するハウジングと、弁孔内に軸方向移動可能に収容される弁体と、弁体を附勢するばねと、弁体に設けた第一減衰弁通路と第二減衰弁通路とを有し、
弁体がばねの附勢力に抗してハウジングに対して後退すると第一減衰弁通路の流路面積を減少させるようになっている。このようにシリンダ装置を構成すれば、第二減衰弁通路が弁体の移動によっては閉塞されないので、シリンダ装置の減衰力特性のチューニングが容易となり、ばねの圧縮長を変更しても最小流路面積に影響を与えない利点を享受できる。

さらに、請求項３のシリンダ装置では、減衰弁がばねを最圧縮する以前に弁体の後退を規制するストッパを有して構成されている。このように構成されたシリンダ装置では、弁体が最大限に後退してもばねの線材同士が密着しないので、ばねに軸方向の過大な荷重が作用せず、ばねを保護できる。

そして、請求項４のシリンダ装置では、減衰弁がハウジングに設けた弁座に離着座するとともに反弁座側端にばねが当接するフランジ部と、フランジ部の側部から開口して径方向へ延び、前記第一減衰弁通路と前記第二減衰弁通路に連通される径方向孔とを備えている。このように構成されたシリンダ装置では、径方向孔がばねと干渉しない位置に設けられるため、径方向孔を通過した液体がばねの線材間を通過せずに済む。よって、このシリンダ装置では、弁体の後退によってばねの線材間隔が狭まっても、弁体の作動にダンピングが効いてしまって動きが緩慢となったり、減衰力特性が狙い通りにチューニングし難くなったりといった不利益が生じない。

また、請求項５のシリンダ装置では、さらに、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ピストン側室からロッド側室へ向かう流れのみを許容する整流通路と、タンクからピストン側室へ向かう流れのみを許容する吸込通路とを備えて構成される。このように構成されたシリンダ装置では、カルノップのスカイフック理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現でき、シリンダ装置をスカイフックセミアクティブダンパとして機能させ得る。

そして、請求項６のシリンダ装置では、請求項５の構成に加えて、ロッド側室へ液体を供給するポンプを備え、リリーフ弁が可変リリーフ弁とされて構成される。このように構成されシリンダ装置は、アクチュエータとして機能するのみならず、スカイフックセミアクティブダンパとしても機能できる。また、請求項６のシリンダ装置では、アクチュエータとスカイフックセミアクティブダンパの状態の切換えをポンプの停止と駆動の切換えや、面倒かつ急峻な第一開閉弁と第二開閉弁の切換動作を伴わずに行える。よって、請求項６のシリンダ装置は、応答性および信頼性が高いシステムとなる。

以上より、本発明のシリンダ装置によれば、地震時の脱線を効果的に防止でき、安価で、且つ、小型化できる。

第一の実施の形態における緩衝器の回路図である。 減衰弁の断面図である。 第一の実施の形態における緩衝器の減衰特性を示す図である。 減衰弁の一変形例の断面図である。 減衰弁の他の変形例の断面図である。 第二の実施の形態における緩衝器の回路図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。第一の実施の形態のシリンダ装置Ｃ１および第二の実施の形態のシリンダ装置Ｃ２において、共通の符号が付された部材、部品は、同一の構成を備えている。よって、説明の重複を避けるため、第一の実施の形態のシリンダ装置Ｃ１の説明中で詳細に説明し、第二の実施の形態のシリンダ装置Ｃ２の説明では詳しい説明を省略する。

＜第一の実施の形態＞
第一の実施の形態におけるシリンダ装置Ｃ１は、基本的には、図１に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５とタンク７とを連通する減衰通路８と、減衰通路８の途中に設けたリリーフ弁ＲＶと減衰弁Ｖとを備えて構成されており、所謂片ロッド型のシリンダ装置として構成されている。

また、前記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほかに気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填して加圧状態とする必要は無い。

以下、シリンダ装置Ｃ１の各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図１中右端は蓋１３によって閉塞され、図１中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、前記ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

シリンダ装置Ｃ１は、図示はしないが、ロッド４が鉄道車両の台車と車体の一方に、シリンダ２が台車と車体の他方に連結されて、台車と車体との間に介装される。シリンダ装置Ｃ１は、片ロッド型に設定されているので、両ロッド型のシリンダ装置に比較してストローク長を確保しやすく、シリンダ装置Ｃ１の全長が短くなって、鉄道車両への搭載性が向上する。

なお、ロッドガイド１４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、前述のように液体として作動油が充填されている。

また、このシリンダ装置Ｃ１の場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっている。よって、シリンダ装置Ｃ１の伸長時と収縮時とでシリンダ２内から減衰通路８を通じてタンク７へ排出される流量が等しくなる。

戻って、ロッド４の図１中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３とには、図示しない取付部を備えており、このシリンダ装置Ｃ１を鉄道車両における車体と台車との間に介装できる。

そして、本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、ロッド側室５とピストン側室６とが第一通路９によって連通されており、この第一通路９の途中には、第一開閉弁１０が設けられている。この第一通路９は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

第一開閉弁１０は、電磁開閉弁とされており、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジションとロッド側室５とピストン側室６との連通を絶つ遮断ポジションとを備えており、通電時には第一通路９を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する。

また、本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、ピストン側室６とタンク７とが第二通路１１によって連通されており、この第二通路１１の途中には、第二開閉弁１２が設けられている。第二開閉弁１２は、電磁開閉弁とされており、ピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジションと、ピストン側室６とタンク７との連通を絶つ遮断ポジションとを備えており、通電時には第二通路１１を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する。

また、図１に示すように、本例のシリンダ装置Ｃ１は、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう流れのみを許容する整流通路３０を備えている。なお、整流通路３０は、ピストン３以外に設けてもよい。さらに、本例のシリンダ装置Ｃ１は、タンク７からピストン側室６へ向かう流れのみを許容する吸込通路３１を備えている。

したがって、この本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、第一開閉弁１０および第二開閉弁１２が遮断ポジションを採る場合にあって、外力を受けて伸長すると、圧縮されるロッド側室５から作動油が減衰通路８を通じてタンク７へ押し出される。そして、拡大するピストン側室６には吸込通路３１を通じてタンク７から作動油が供給される。したがって、この伸長作動時には、シリンダ装置Ｃ１は、リリーフ弁ＲＶおよび減衰弁Ｖで減衰通路８を通過する作動油の流れに抵抗を与えて、ロッド側室５内の圧力を上昇させて伸長に対抗する減衰力を発揮する。なお、この場合、減衰通路８を通過する作動油の流量は、ピストン３の断面積からロッド４の断面積を引いた値にピストン３の移動量を乗じた量になる。

反対に、第一開閉弁１０および第二開閉弁１２が遮断ポジションを採る場合にあって、外力を受けてシリンダ装置Ｃ１が収縮すると、整流通路３０を介して圧縮されるピストン側室６からロッド側室５へ作動油が移動する。また、シリンダ装置Ｃ１の収縮時には、ロッド４がシリンダ２内に侵入するため、ロッド４がシリンダ２内に侵入する体積分の作動油がシリンダ２内で過剰となって減衰通路８を通じてタンク７へ排出される。この収縮作動時には、シリンダ装置Ｃ１は、リリーフ弁ＲＶおよび減衰弁Ｖで減衰通路８を通過する作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ２内の圧力を上昇させて収縮に対抗する減衰力を発揮する。なお、この場合、減衰通路８を通過する作動油の流量は、ロッド４の断面積にピストン３の移動量を乗じた量になる。ここで、ロッド４の断面積は、ピストン３の断面積の二分の一に設定されているので、シリンダ装置Ｃ１が伸長しても収縮してもピストン３の移動量が同じであれば、減衰通路８を通過する作動油の流量は等しくなる。よって、シリンダ装置Ｃ１は、伸縮両側でピストン３の移動速度が同じであれば、等しい減衰力を発揮できる。

なお、第一開閉弁１０も第二開閉弁１２も非通電時に遮断ポジションを採るので、電力供給不能な失陥時には、本例のシリンダ装置Ｃ１は、前述のように伸縮に対して必ず減衰力を発揮するので、パッシブなダンパとして機能する。

また、本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、第一開閉弁１０を連通ポジションとして第二開閉弁１２を遮断ポジションとする場合、ロッド側室５とピストン側室６が第一通路９を介して連通されるがピストン側室６とタンク７との連通が絶たれる。この状態でシリンダ装置Ｃ１が外力を受けて収縮すると、ロッド４がシリンダ２内に侵入する体積分の作動油がシリンダ２から減衰通路８へ排出され、前記同様に収縮に対抗する減衰力を発揮する。他方、この状態で、シリンダ装置Ｃ１が伸長すると、縮小するロッド側室５から拡大するピストン側室６へ第一通路９を介して作動油が移動し、ロッド４がシリンダ２から退出する体積分の作動油が吸込通路３１を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。よって、この場合、作動油が減衰通路８へ流れないので、シリンダ装置Ｃ１は減衰力を発揮しない。

さらに、本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、第一開閉弁１０を遮断ポジションとして第二開閉弁１２を連通ポジションとする場合、ロッド側室５とピストン側室６の連通が絶たれるが、ピストン側室６とタンク７とが第二通路１１を介して連通される。この状態でシリンダ装置Ｃ１が外力を受けて伸長すると、ロッド側室５の縮小に伴ってロッド側室５から作動油が減衰通路８へ排出され、前記同様に伸長に対抗する減衰力を発揮する。他方、この状態で、シリンダ装置Ｃ１が収縮すると、縮小するピストン側室６から拡大するピストン側室６へ整流通路３０を介して作動油が移動し、ロッド４がシリンダ２内へ侵入する体積分の作動油が第二通路１１を介してピストン側室６からタンク７内へ排出される。よって、この場合、作動油が減衰通路８へ流れないので、シリンダ装置Ｃ１は減衰力を発揮しない。

このように、このシリンダ装置Ｃ１では、伸長と収縮のいずれか一方を選択して減衰力を発揮する片利きのダンパとして機能できるようになっている。

なお、このシリンダ装置Ｃ１の場合、シリンダ２内に混入したエアをロッド側室５からタンク７へ排出できるようにエア抜き用のオリフィス２６が設けられている。

つづいて、減衰通路８は、ロッド側室５とタンク７とを連通している。減衰通路８には、開弁圧を調節可能な可変リリーフ弁であるリリーフ弁ＲＶが設けられており、このリリーフ弁ＲＶの下流、つまり、減衰通路８のリリーフ弁ＲＶよりタンク７側に減衰弁Ｖが設けられている。

リリーフ弁ＲＶは、前述のように可変リリーフ弁とされており、具体的には、ソレノイドへの通電量によって開弁圧を調節できる可変電磁リリーフ弁とされている。本例では、リリーフ弁ＲＶは、ソレノイドへの通電量を大きくすると開弁圧が小さくなり、通電量を小さくすると開弁圧が大きくなるようになっており、非通電時に開弁圧を最大とする。

減衰弁Ｖは、通過する作動油の流量が増加すると流路面積を小さくするノーマルオープン型の減衰弁とされている。減衰弁Ｖは、具体的には、図２に示すように、減衰通路８の途中に設けられてロッド側室５とタンク７の双方に通じる弁孔２０ａを有するハウジング２０と、弁孔２０ａ内に軸方向移動可能に収容される弁体２１と、弁孔２０ａ内に収容されて固定されるばね受２２と、弁体２１とばね受２２との間に介装されて弁体２１を附勢するばね２３とを備えて構成されている。

ハウジング２０は、弁孔２０ａを形成する中空部を有し、内周に図２中右方から中径部２０ｂと、中径部２０ｂより小径な小径部２０ｃと、小径部２０ｃと中径部２０ｂより大径な大径部２０ｄとを備えている。また、ハウジング２０は、小径部２０ｃと大径部２０ｄとの間の段部で形成された環状の弁座２０ｅと、外方から開口して中径部２０ｂに通じる通路２０ｆと、大径部２０ｄから外方に開口する通路２０ｇとを備えている。また、弁孔２０ａの中径部２０ｂ側が通路２０ｆおよび減衰通路８を通じてロッド側室５へ連通され、弁孔２０ａの大径部２０ｄ側が通路２０ｇおよび減衰通路８を通じてタンク７へ連通されている。

弁体２１は、小径部２０ｃ内に摺動自在に挿入される摺動軸部２１ａと、摺動軸部２１ａに連なり弁座２０ｅに離着座する摺動軸部２１ａの外径より大径で大径部２０ｄの内径より小径のフランジ部２１ｂと、フランジ部２１ｂの後端に連なる後方軸部２１ｃとを備えている。

また、弁体２１は、後方軸部２１ｃの後端である図２中左方から開口して軸方向へ延びる軸方向孔２１ｄと、フランジ部２１ｂの側部から開口して径方向へ延び、軸方向孔２１ｄに通じてフランジ部２１ｂの反対側の側部に開口する径方向孔２１ｅと、摺動軸部２１ａの先端から軸方向へ沿って開口して軸方向孔２１ｄに通じる第二減衰弁通路としての軸方向オリフィスＯ１と、摺動軸部２１ａの側部から開口して径方向へ延び、軸方向孔２１ｄに通じる複数の第一減衰弁通路としての径方向オリフィスＯ２とを備えている。

そして、弁体２１は、摺動軸部２１ａの外周を小径部２０ｃの内周に摺動自在に挿入した状態でハウジング２０の弁孔２０ａ内に収容されており、弁孔２０ａ内で軸方向への移動が許容されている。

ばね受２２は、弁孔２０ａ内であって弁体２１よりも図２中左方となる後方から螺着されて弁孔２０ａの図２中左端を閉塞しており、ばね受２２と弁体２１との間にはばね２３が圧縮状態で介装されている。ばね受２２は、ハウジング２０に設けた弁孔２０ａの大径部２０ｄに螺合される円柱状のばね受本体２２ａと、ばね受本体２２ａから弁体２１側へ伸びて弁体２１の後退量を規制するストッパとしてのストッパ部２２ｂとを備えている。ばね２３は、コイルばねとされていて、ストッパ部２２ｂおよび後方軸部２１ｃの外周に配置されるとともに、ばね受２２のばね受本体２２ａと弁体２１のフランジ部２１ｂとの間に介装されており、ストッパ部２２ｂと後方軸部２１ｃとによって径方向の移動が規制される。これにより、ばね２３が圧縮される際にばね２３の胴曲りが規制される。また、弁体２１のフランジ部２１ｂの反弁座側端にばね２３の一端が当接しており、弁体２１のフランジ部２１ｂは、ばね受として機能している。

弁体２１は、ばね２３によって附勢され、中径部２０ｂに流れる流量が少ない状態では、フランジ部２１ｂが弁座２０ｅに着座するようになっている。この状態では、摺動軸部２１ａの先端側が小径部２０ｃよりも図２中右方へ突出して中径部２０ｂに径方向で対向し、径方向オリフィスＯ２が中径部２０ｂに面して小径部２０ｃにて閉塞されないように、摺動軸部２１ａと小径部２０ｃの軸方向長さがそれぞれ設定される。つまり、フランジ部２１ｂが弁座２０ｅに着座する状態では、軸方向オリフィスＯ１と径方向オリフィスＯ２は、閉塞されないので、これらオリフィスＯ１，Ｏ２は有効とされて両者でロッド側室５とタンク７との連通が許容される。

他方、弁体２１がハウジング２０に対して図２中左方へ後退し、つまり、弁座２０ｅからフランジ部２１ｂが離間する方向へ弁体２１が移動し、径方向オリフィスＯ２が小径部２０ｃの内周に対向するようになると径方向オリフィスＯ２が閉塞され始める。そして、弁体２１の後退量が増えると、径方向オリフィスＯ２が小径部２０ｃの内周によって閉塞される面積が増加して、径方向オリフィスＯ２の有効流路面積が減少し、径方向オリフィスＯ２の開口全体が小径部２０ｃの内周に完全に対向すると径方向オリフィスＯ２が閉塞される。径方向オリフィスＯ２が閉塞されると軸方向オリフィスＯ１のみが有効となり、減衰弁Ｖの流路面積は軸方向オリフィスＯ１の面積に制限される。

弁孔２０ａは、中径部２０ｂが通路２０ｆを通じてロッド側室５に通じており、大径部２０ｄに開口する通路２０ｇを介してタンク７に通じており、弁体２１には、摺動軸部２１ａの断面積を受圧面積としてリリーフ弁ＲＶの下流の圧力が作用する。よって、弁体２１は、通過する流量が増加して圧力損失が高くなるとばね２３の附勢力に打ち勝ってハウジング２０内を図２中左方へ後退するようになる。弁体２１の後退量は、摺動軸部２１ａに作用する圧力の大きさに比例するので、圧力が大きくなると後退量が大きくなって径方向オリフィスＯ２が徐々に閉塞される。弁体２１は、ある程度後退すると、ばね受２２のストッパ部２２ｂに当接してそれ以上の後退が規制されるので、摺動軸部２１ａが小径部２０ｃから抜け出ない。このように、減衰弁Ｖは、ノーマルオープン型に設定されていて、通過する作動油の流量が増し圧力損失が高くなると流路面積を小さくするようになっている。そして、本例では、径方向オリフィスＯ２は流路面積を減少させる第一減衰弁通路を構成し、弁体２１の後退状況に関わらず中径部２０ｂに常に開口して有効に機能する軸方向オリフィスＯ１は第二減衰弁通路を構成している。

このように構成されたシリンダ装置Ｃ１の減衰力特性は、ピストン速度が低速域にある場合には、図３中線ａで示すように、オリフィス２６の二乗特性が表れ、ピストン速度が上昇してリリーフ弁ＲＶが開弁するようになると図３中線ｂで示すように、リリーフ弁ＲＶの開弁圧に流量増加に伴うオーバーライドが重畳されるリリーフ弁ＲＶの特性が表れる。さらに、ピストン速度が上昇して高速域に達すると、流量増加に伴って減衰弁Ｖの径方向オリフィスＯ２の流路面積が減少するので、シリンダ装置Ｃ１の減衰力特性は、図３中線ｃで示すように、減衰係数が徐々に大きくなっていく特性となる。さらに、ピストン速度が上昇して減衰弁Ｖの流路面積が最小流路面積である軸方向オリフィスＯ１の流路面積となると、シリンダ装置Ｃ１の減衰力特性は、その後のピストン速度の上昇に対して、図３中線ｄで示すように、減衰力が大きくなっていく特性となる。なお、リリーフ弁ＲＶの開弁圧を調節すると、減衰弁Ｖが流路面積を減少しない範囲において、シリンダ装置Ｃ１の減衰力を高低調節できる。

なお、本例の減衰弁Ｖでは、弁体２１がストッパ部２２ｂに当接すると弁体２１のハウジング２０に対する後退が規制されるようになっており、ストッパ部２２ｂはばね２３が最圧縮される以前に弁体２１を停止させる。よって、弁体２１が最大限に後退してもばね２３の線材同士が密着しないので、ばね２３に軸方向の過大な荷重が作用せず、ばね２３を保護できる。

このように構成されたシリンダ装置Ｃ１は、第一開閉弁１０および第二開閉弁１２を遮断ポジションとする場合、外力によって伸縮するとリリーフ弁ＲＶおよび減衰弁Ｖを介して作動油がシリンダ２内からタンク７へ排出される。そして、リリーフ弁ＲＶへ供給する通電量を調節して開弁圧を調節すると、シリンダ装置Ｃ１が発生する減衰力を調節できる。

また、第一開閉弁１０を連通ポジションとして第二開閉弁１２を遮断ポジションとする場合および第一開閉弁１０を遮断ポジションとして第二開閉弁１２を連通ポジションとする場合には、前述したように、伸長或いは収縮のいずれか一方に対してのみシリンダ装置Ｃ１が減衰力を発揮するモードとなる。よって、たとえば、このモードを選択すれば、減衰力を発揮する方向が鉄道車両の台車の振動により車体を加振してしまう方向である場合、そのような方向には減衰力を出さないようにシリンダ装置Ｃ１を片効きのダンパとできる。よって、このシリンダ装置Ｃ１では、カルノップのスカイフック理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現できるため、シリンダ装置Ｃ１をスカイフックセミアクティブダンパとして機能させ得る。

つづいて、鉄道車両の走行中に大きな地震が発生するなどして、電力供給が途絶えた制御失陥時には、第一開閉弁１０および第二開閉弁１２が遮断ポジションを採り、前述のようにシリンダ装置Ｃ１はパッシブダンパとして機能する。この状態では、シリンダ装置Ｃ１が伸縮すると必ずシリンダ２内から作動油が排出され、排出された作動油は、リリーフ弁ＲＶと減衰弁Ｖを通過してタンク７へ流入する。したがって、この制御失陥時にあっても、リリーフ弁ＲＶと減衰弁Ｖが作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ装置Ｃ１は減衰力を発揮するが、大地震によって台車が激しく振動して車体との相対速度が速くなると、シリンダ装置Ｃ１の伸縮速度であるピストン速度も高速となる。シリンダ装置Ｃ１が高速で伸縮する場合、減衰弁Ｖと通過する作動油の流量が多くなり、これにより減衰弁Ｖは流路面積を減少させるため、シリンダ装置Ｃ１が発揮する減衰力は平常時に比較して大きくなる。

つまり、減衰弁Ｖは流路面積を減少させるため、リリーフ弁ＲＶのみで減衰力を発揮するのに比較してシリンダ装置Ｃ１は、図３中の線ｃ，ｄで示すように高い減衰力を発揮する。以上より、本発明のシリンダ装置Ｃ１にあっては、車体が著大な振動を呈しても高減衰力を発揮して車体振動を低減でき、鉄道車両が走行中に地震が発生しても車体振動が速やかに低減されて脱線を効果的に抑制できる。

そして、本発明のシリンダ装置Ｃ１では、従来のシリンダ装置のように非常時通路、ノーマルクローズ型とノーマルオープン型の二つの開閉弁、およびパッシブ弁を設けずに減衰通路８に減衰弁Ｖを設けるのみで地震時の脱線を防止できる。よって、本発明のシリンダ装置Ｃ１によれば、地震時の脱線を効果的に防止でき、シリンダ装置Ｃ１が安価で済み、且つ、シリンダ装置Ｃ１が従来のシリンダ装置と比較して小型化できる。

なお、減衰弁Ｖが流路面積を減少し始めるピストン速度としては、たとえば、２０ｃｍ／ｓに設定しており、平常時では減衰弁Ｖが流路を減少しないように配慮している。このようにすると、通常使用域に減衰弁Ｖが流路を減少させてシリンダ装置Ｃ１が高減衰力を発揮して、平常時における鉄道車両の乗心地の悪化を防止できる。減衰弁Ｖが流路面積を減少し始めるピストン速度は、前記した数値以外に設定してもよい。

また、本例のシリンダ装置Ｃ１にあっては、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路９の途中に設けた第一開閉弁１０と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１１の途中に設けた第二開閉弁１２と、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう流れのみを許容する整流通路３０と、タンク７からピストン側室６へ向かう流れのみを許容する吸込通路３１とを備えている。よって、本例のシリンダ装置Ｃ１では、カルノップのスカイフック理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現でき、シリンダ装置Ｃ１をスカイフックセミアクティブダンパとして機能させ得る。なお、整流通路３０を第一開閉弁１０の遮断ポジションに統合し、吸込通路３１を第二開閉弁１２の遮断ポジションに統合してもよい。また、シリンダ装置Ｃ１の構成から第一通路９、第一開閉弁１０、第二通路１１および第二開閉弁１２を廃止する場合には、シリンダ装置Ｃ１はパッシブダンパとして機能する。よって、シリンダ装置Ｃ１をスカイフックセミアクティブダンパとして機能させる必要がなく、パッシブダンパとしてのみ機能させる場合には、第一通路９、第一開閉弁１０、第二通路１１および第二開閉弁１２を廃止してもよい。

なお、本例のシリンダ装置Ｃ１では、リリーフ弁ＲＶを可変リリーフ弁としているが、減衰力を可変にしない場合には、リリーフ弁ＲＶを開弁圧が一定のリリーフ弁としてもよい。このようにシリンダ装置Ｃ１を構成しても、地震時には減衰弁Ｖが流路面積を減少させて減衰力を高くでき、脱線を防止できる。

また、本例の減衰弁Ｖでは、弁体２１がフランジ部２１ｂの側部に開口して径方向オリフィスＯ２（第一減衰弁通路）と軸方向オリフィスＯ１（第二減衰弁通路）に通じる軸方向孔２１ｄに連通する径方向孔２１ｅを備えている。このように減衰弁Ｖが構成されると、径方向孔２１ｅは、ばね２３と干渉しない位置に設けられているため、径方向孔２１ｅを通過した作動油は、ばね２３の線材間を通過せずに済む。径方向孔２１ｅを廃止して軸方向孔２１ｄのみとすると、ロッド側室５からタンク７へ向かう作動油は、軸方向孔２１ｄの後方軸部２１ｃの後端側の開口からばね２３内に流出し、ばね２３の線材間を抜けて通路２０ｇへ向かうようになる。このようにすると、弁体２１の後退によって、ばね２３が圧縮されてばね２３の線材間隔が狭まると、作動油が線材間を抜ける際にばね２３が抵抗となるので、減衰弁Ｖの弁体２１の作動にダンピングが効いてしまって動きが緩慢となったり、減衰力特性を狙い通りにチューニングし難くなったりする場合がある。よって、ばね２３の内周側以外に出口を持つ通路にて径方向オリフィスＯ２（第一減衰弁通路）と軸方向オリフィスＯ１（第二減衰弁通路）を通路２０ｇへ連通させるようにするとこのような問題も解決できる。

また、本例では、径方向オリフィスＯ２を同一円周上に複数設けているが、図４に示すように、径方向オリフィスＯ２を軸方向にずらして複数設けておいて、弁体２１の後退に応じて径方向オリフィスＯ２が順次閉塞されていくようにし、弁体２１の後退に応じて流路面積が段階的に減少するようにしてもよい。

さらには、図５に示すように、弁体２１がストッパ部２２ｂに当接して弁体２１の後退が規制されても、径方向オリフィスＯ２が完全に閉塞されないようにしてもよい。このように、弁体２１の後退が規制された状態で、減衰弁Ｖの最小の流路面積を決するようにすれば、軸方向オリフィスＯ１を廃止してもよい。つまり、ストッパを設ける場合、軸方向オリフィスＯ１を廃止できるようになるので、弁体２１の加工がその分容易となる。この場合、径方向オリフィスＯ２が第一減衰弁通路および第二減衰弁通路として機能し、本例では、弁体２１がストッパ部２２ｂに当接して弁体２１の後退が規制された状態で径方向オリフィスＯ２の閉塞されない部分が第二減衰弁通路となる。つまり、ストッパ部２２ｂにより弁体２１の後退が規制されても、常に弁孔２０ａへの開口を維持する径方向オリフィスＯ２の部分が第二減衰弁通路となる。また、ストッパを設ける場合であっても、図２に示すように、軸方向オリフィスＯ１を設けて径方向オリフィスＯ２が弁体２１の後退に伴って完全に閉塞されるようにすれば、減衰弁Ｖの最小の流路面積を必ず軸方向オリフィスＯ１の流路面積に設定できる利点がある。つまり、径方向オリフィスＯ２のみを設ける場合、弁体２１の最大後退位置の設定で径方向オリフィスＯ２の最大閉塞度合が決まるので、ばね受２２の設置位置のチューニングによって減衰弁Ｖの最小の流路面積を決める必要があるため、製品ごとにチューニングが必要となる。また、ばね受２２の設置位置を変更するとばね２３の圧縮長さが変化するので減衰弁Ｖの特性が変化し、チューニングが難しくなる。よって、径方向オリフィスＯ２（第一減衰弁通路）と弁体２１のハウジング２０に対する移動によっては閉塞されない軸方向オリフィスＯ１（第二減衰弁通路）とを設けた減衰弁Ｖでは、シリンダ装置Ｃ１の減衰力特性のチューニングが容易となり、ばね２３の圧縮長を変更しても最小流路面積に影響を与えない利点がある。

なお、ストッパ部２２ｂは、ばね受２２に設けているが、ハウジング２０にばね受２２とは別個に取付けてもよく、たとえば、ハウジング２０の内周にＣリングや弁孔２０ａ内に突出するピン等をストッパとして設けておき、弁体２１の後退時にストッパをフランジ部２１ｂに当接させて弁体２１の後退を規制してもよい。

また、弁体２１を附勢するばね２３のばね定数を小さくすると、リリーフ弁ＲＶの下流の圧力によって弁体２１を後退させる力がばね２３に与えている初期荷重を超えると、弁体２１が素早く移動して径方向オリフィスＯ２（第一減衰弁通路）を閉塞できるので、速やかに地震時に対応した高減衰力を出力できる減衰力特性へ移行できる。反対にばね定数を大きくすると、弁体２１の移動が緩やかとなるので、減衰力特性の急変を緩和でき鉄道車両における乗心地の悪化を防止できる。

＜第二の実施の形態＞
第二の実施の形態におけるシリンダ装置Ｃ２は、図６に示すように、第一の実施の形態のシリンダ装置Ｃ１の構成に、ロッド側室５へ作動油を供給するポンプＰを設けたものである。具体的には、タンク７とロッド側室５とを連通する供給通路１６を設け、この供給通路１６に作動油をタンク７から吸い上げてロッド側室５へ吐出するポンプＰと、ポンプＰの吐出側にロッド側室５からタンク７へ向かう作動油の流れを阻止する逆止弁１７を設けている。

ポンプＰは、モータ１５によって駆動されるようになっていて、一方向のみに液体を吐出するポンプとされており、その吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に通じている。よって、ポンプＰは、モータ１５によって駆動されると、タンク７から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

前述のようにポンプＰは、一方向のみに作動油を吐出するのみで回転方向の切換動作がないので、回転切換時に吐出量が変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用できる。さらに、ポンプＰの回転方向が常に同一方向であるので、ポンプＰを駆動する駆動源であるモータ１５にあっても回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用できる。なお、逆止弁１７は、シリンダ装置Ｃ２が外力によって強制的に伸縮させられる際に、ポンプＰ側への作動油の逆流を阻止するために設けてある。

つづいて、前記のように構成されたシリンダ装置Ｃ２に所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、モータ１５を回転させポンプＰからシリンダ２内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁１０を連通ポジションとし第二開閉弁１２を遮断ポジションとする。すると、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプＰから作動油が供給され、ピストン３が図６中左方へ押されシリンダ装置Ｃ２は伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力がリリーフ弁ＲＶの開弁圧を上回ると、リリーフ弁ＲＶが開弁して作動油が減衰通路８を介してタンク７へ逃げる。よって、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、リリーフ弁ＲＶに与える電流量で決まるリリーフ弁ＲＶの開弁圧にコントロールされる。そして、シリンダ装置Ｃ２は、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差にリリーフ弁ＲＶによってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。

これに対して、シリンダ装置Ｃ２に所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、モータ１５を回転させてポンプＰからロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁１０を遮断ポジションとし第二開閉弁１２を連通ポジションとする。すると、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれるとともにロッド側室５にポンプＰから作動油が供給されるので、ピストン３が図６中右方へ押されシリンダ装置Ｃ２は収縮の推力を発揮する。そして、前述と同様に、リリーフ弁ＲＶへ与える電流量の調節により、シリンダ装置Ｃ２は、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積とリリーフ弁ＲＶによってコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

このように第二の実施の形態におけるシリンダ装置Ｃ２は、アクチュエータとして機能できるのである。また、このシリンダ装置Ｃ２にあっては、第一の実施の形態のシリンダ装置Ｃ１の説明で理解できるように、第一開閉弁１０と第二開閉弁１２の開閉のみでダンパとして機能もできる。つまり、モータ１５でポンプＰを駆動している状況にあっても、シリンダ装置Ｃ２が外力で強制的に伸縮させられる際には、スカイフックセミアクティブダンパとしてもパッシブダンパとして機能でき、リリーフ弁ＲＶの開弁圧の調節で減衰力も調節できる。このように、シリンダ装置Ｃ２は、アクチュエータとして機能するのみならず、モータ１５の駆動状況に関わらず、第一開閉弁１０と第二開閉弁１２の開閉のみでダンパとしても機能できる。そして、シリンダ装置Ｃ２が推力或いは減衰力を発揮すべき方向は、第一開閉弁１０と第二開閉弁１２の開閉のみで制御され、推力と減衰力を発揮すべき方向が同じである場合には第一開閉弁１０と第二開閉弁１２の開閉状態は一致する。よって、シリンダ装置Ｃ２では、アクチュエータとスカイフックセミアクティブダンパの状態の切換えを、ポンプＰの停止と駆動の切換えや、面倒かつ急峻な第一開閉弁１０と第二開閉弁１２の切換動作を伴わずに行える。したがってシリンダ装置Ｃ２は、応答性および信頼性が高いシステムとなる。

また、シリンダ装置Ｃ２におけるポンプＰからの作動油供給および伸縮作動による作動油の流れは、ロッド側室５、ピストン側室６を順に通過して最終的にタンク７へ還流するようになっている。よって、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、シリンダ装置Ｃ２の伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、推力発生の応答性の悪化を阻止できる。

したがって、シリンダ装置Ｃ２の製造にあたって、面倒な油中での組立や真空環境下での組立を強いられず、作動油の高度な脱気も不要となるので、生産性が向上するとともに製造コストをさらに低減できる。さらに、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、気体は、シリンダ装置Ｃ２の伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、性能回復のためのメンテナンスを頻繁に行う必要もなくなり、保守面における労力とコスト負担を軽減できる。

このように構成されたシリンダ装置Ｃ２にあっても、流量の増加によって流路面積を減少させる減衰弁Ｖを備えているため、リリーフ弁ＲＶのみで減衰力を発揮するのに比較してピストン速度が高速域において高い減衰力を発揮する。よって、本発明のシリンダ装置Ｃ２にあっても、車体が著大な振動を呈しても高減衰力を発揮して車体振動を低減でき、鉄道車両が走行中に地震が発生しても車体振動が速やかに低減されて脱線を効果的に抑制できる。

そして、本発明のシリンダ装置Ｃ２でにあっても、従来のシリンダ装置のように非常時通路、ノーマルクローズ型とノーマルオープン型の二つの開閉弁、およびパッシブ弁を設けずに減衰通路８に減衰弁Ｖを設けるのみで地震時の脱線を防止できる。よって、本発明のシリンダ装置Ｃ２によれば、地震時の脱線を効果的に防止でき、シリンダ装置Ｃ２が安価で済み、且つ、シリンダ装置Ｃ２が従来のシリンダ装置に比較して小型化できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形および変更が可能である。

２・・・シリンダ、３・・・ピストン、４・・・ロッド、５・・・ロッド側室、６・・・ピストン側室、７・・・タンク、８・・・減衰通路、９・・・第一通路、１０・・・第一開閉弁、１１・・・第二通路、１２・・・第二開閉弁、２０・・・ハウジング、２０ａ・・・弁孔、２１・・・弁体、２２ｂ・・・ストッパ部（ストッパ）、２３・・・ばね、３０・・・整流通路、３１・・・吸込通路、Ｃ１，Ｃ２・・・シリンダ装置、Ｏ１・・・軸方向オリフィス（第二減衰弁通路）、Ｏ２・・・径方向オリフィス（第一減衰弁通路、第二減衰弁通路）、Ｐ・・・ポンプ、ＲＶ・・・リリーフ弁、Ｖ・・・減衰弁

Claims (6)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、
   前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドと、
   前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、
   タンクと、
   前記ロッド側室と前記タンクとを連通する減衰通路と、
   前記減衰通路に設けられるリリーフ弁と、
   前記減衰通路の前記リリーフ弁の下流に設けられて流量が増加すると流路面積を小さくするノーマルオープン型の減衰弁とを備えた
   ことを特徴とするシリンダ装置。
2. 前記減衰弁は、
   前記ロッド側室と前記タンクの双方に通じる弁孔を有するハウジングと、
   前記弁孔内に軸方向移動可能に収容される弁体と、
   前記弁体を附勢するばねと、
   前記弁体に設けた第一減衰弁通路と、
   前記弁体に設けられて常に前記弁孔に開口する第二減衰弁通路とを有し、
   前記弁体が前記ばねの附勢力に抗して前記ハウジングに対して後退すると前記第一減衰弁通路の流路面積を減少させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
3. 前記減衰弁は、
   弁体と、
   前記弁体を附勢するばねと、
   前記弁体が前記ばねを最圧縮する以前に前記弁体の後退を規制するストッパを有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ装置。
4. 前記減衰弁は、
   前記ハウジングに設けた弁座に離着座するとともに反弁座側端に前記ばねが当接するフランジ部と、
   前記フランジ部の側部から開口して径方向へ延び、前記第一減衰弁通路と前記第二減衰弁通路に連通される径方向孔とを備えた
   ことを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置。
5. 前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、
   前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、
   前記ピストン側室から前記ロッド側室へ向かう流れのみを許容する整流通路と、
   前記タンクから前記ピストン側室へ向かう流れのみを許容する吸込通路とを備えた
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシリンダ装置。
6. 前記ロッド側室へ液体を供給するポンプを備え、
   前記リリーフ弁は、可変リリーフ弁である
   ことを特徴とする請求項５に記載のシリンダ装置。