JP4478529B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、車体と台車との間に配置された空気バネの給排気量を制御して、空気バネの高さを変更する空気バネ高さ制御装置を有する鉄道車両に関し、特に空気バネ高さ制御装置の応答性を良くした鉄道車両に関する。

鉄道車両は、車体が台車に支えられて走行するように構成され、車体と台車との間には振動を吸収する空気バネが配置されている。そして、車体と台車との間には下記特許文献１に記載されるような高さ調節装置や車体傾斜装置が設けられている。
高さ調節装置は、その高さ調節棒が車体の上下変位を制御弁に伝達し、その切り換えによって空気バネ内の圧縮エアが給排気され、空気バネ高さが調節されるようになっている。これは、乗客の乗り降りによる荷重の変動や、走行中の傾きによる荷重の変動が生じた場合に、その変動に伴って車体と台車との距離が変化するため、高さ制御弁を動作させて空気バネの高さ、すなわち車体の高さを調節するようにしたものである。

また、鉄道車両には、高速走行での曲線走行時の乗り心地を向上させるため、左右の空気バネの高さを強制的に変化させて車体を傾斜させる車体傾斜装置が設けられている。車体傾斜装置は、高さ調節棒の長さで開閉タイミングが決定される高さ制御弁により空気バネの高さを調節する高さ調節機構と、車体左右方向に設けられたトーションバーの両端にリンクを介して連設されたロッドを車体に取り付けて構成されたアンチローリング機構とが設けられている。このトーションバーとロッドとの間の油圧アクチュエータを駆動させて車体を傾斜させるとともに、左右の高さ調節棒を連結するプッシュプルケーブルをリニアモータで長手方向に移動させる。そして、調節棒の設定長さを左右で逆方向に増減させ、高さ制御弁の弁棒を回動することにより、外軌側の空気バネに圧縮エアを供給して、外軌側の空気バネを高くして車体を傾斜させる。

ところで、こうした従来の鉄道車両では、荷重の変動に対して空気バネ高さを一定にすることはできても、例えば、最近注目されているバリアフリー対策として、プラットフォームと車両の床面高さを一致させることはできなかった。そこで、本出願人は、下記特許文献２の出願によって、鉄道車両の前述した既存システムを利用して、車体の昇降及び傾斜が可能な鉄道車両用空気バネ高さ制御装置を提供している。
すなわち、高さ調節棒にアクチュエータとしてシリンダを設けることにより、シリンダの伸縮作動により見かけ上、高さ調節棒を変位させて制御弁を動作させ、空気バネに対する圧縮エアの給排気を行い車体の高さ調節や傾きを調節する。
特許第３１９３４６９号公報（第３−４頁、第１図、第３図、第４図） 特開２００３−２３１４６５号公報（第３−４頁、図１ー図６）

しかしながら、従来の鉄道車両では、前記特許文献２に記載された空気バネ高さ制御装置を備えるようなものでは乗り心地が損なわれるなどの問題があった。
例えば、車両が空車状態の空気バネの下降側動作において遅れが目立つが、これは圧縮エアを貯めておく空気タンク内の圧力が０．９ＭＰａであるのに対し、空気バネ内の圧力が０．４ＭＰａ程度であって、空気タンクから空気バネへの給気の場合には０．５ＭＰａの圧力差があるが、空気バネから大気（０．１ＭＰａ）へ圧縮エアが放出される場合には０．３ＭＰａと、圧力差が小さいため、同じ開口面積では空気バネからの排気が遅くなってしまい、応答性が良くないからである。
一方、傾斜の最大速度は高さ制御弁の最大流量による空気バネの動作速度に支配されるため、大流量の高さ制御弁を選定すると、傾斜動作以外のレベリング作用時の給排気が激しく、圧縮エアの無駄や、車体ローリング挙動の不安定化を招き、傾斜応答性との両立が難しかった。

そこで、本発明は、従来の問題を解決すべく、空気バネに対して行われる圧縮エアの給排気について、傾斜動作時の応答性を良くした空気バネ高さ制御装置を有する鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両は、車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有するものであって、前記高さ制御弁の排気ポートの下流側に負圧に保たれた負圧タンクが設けられ、その負圧タンクの下流にはコンプレッサが接続され、更に前記高さ制御弁と負圧タンクとの間には、その負圧タンクと大気との連通を切り換える切換弁が接続されたことを特徴とする。

鉄道車両は、車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有するものであって、前記空気バネと高さ制御弁との間に前記高さ制御弁側の圧力をオペレートとして開閉する急速排気弁が設けられたものであるのが好ましい。
また、鉄道車両は、前記急速排気弁の排気ポートに大きな圧力損失を伴わないサイレンサ、フィルタ又は逆止弁が接続されたものであるのが好ましい。

本発明の鉄道車両は、車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有するものであって、前記高さ制御弁は、不感帯幅が狭く流量の小さい第１高さ制御弁と、不感帯幅が広く流量が大きい第２高さ制御弁とが設けられ、その第１及び第２高さ制御弁がともに前記一の高さ調節棒に連結されたことを特徴とする。

本発明の鉄道車両は、車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有するものであって、前記高さ制御弁と空気バネとの間に流量比例制御弁が接続されたことを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両は、１個の流量比例制御弁であって、前記高さ制御弁と空気バネとの間を双方向に圧縮エアを流せるものであることを特徴とする。

更に、本発明の鉄道車両は、前記車高制御器が、前記高さ調節棒と同軸上に一体的に設けられた復帰バネを備える空気シリンダであって、そのピストンロッドが、前記高さ制御弁の切り換えを操作する弁棒と梃子を介して連結されたことを特徴とする。

本発明の鉄道車両によれば、車体の上下動により高さ調節棒が上下方向に変位すると、それに連動して高さ制御弁のポートが切り換えられて、空気バネに対して空気タンクから圧縮エアが供給され、或いは空気バネの圧縮エアが大気に放出されて、空気バネの高さ制御が行われることで車体の高さが調節される。一方、高さ調節棒が上下方向に変位しなくても、空気シリンダなどからなる車高制御器によって見かけ上の変位が高さ制御弁に与えられる。すると、高さ調節棒が上下方向に変位したのと同じように高さ制御弁のポートが切り換えられ、空気バネに対して空気タンクから圧縮エアが供給され、或いは空気バネの圧縮エアが大気に放出されて、空気バネの高さ制御が行われることで車体の高さが調節されたり、走行軌道の曲線部で車体傾斜が施される。
そして、本発明では特に、負圧タンクや大流量の高さ制御弁を設けることにより、空気バネに対する圧縮エアの給排気の効率を良くして、傾斜動作時における高さ調節の応答性を良くすることができた。

次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、空気バネ高さ制御装置の一実施形態を示した概略図であり、図２は、空気バネと高さ調節機構を示した概略図である。
鉄道車両は、図示するように、車体１が台車２の上に左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒを挟んで載せられている。このように、車体をレール方向に見た場合、空気バネによる高さ制御部分は左右対称に構成されているため、以下、左右対称の構成については数字の後に「Ｌ」を付けた場合は左側に配置されたものを、同じく「Ｒ」を付けた場合は右側に配置されたものを示すこととする。

車体１は、空気バネ３Ｌ，３Ｒを介して台車２の上に設置され、台車側からの振動が空気バネによって吸収されるようになっている。その空気バネ３Ｌ，３Ｒには、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒと高さ制御弁５Ｌ，５Ｒなどによる高さ調節機構が設けられている。これは、乗客の乗り降りや、走行中の車体の傾きによる荷重の変動によって空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さが変化するため、車高を一定にするように空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧縮エアを給排気するものである。

高さ調節機構を構成する高さ調節棒４Ｌ，４Ｒは、その上部同軸上に空気シリンダ６Ｌ，６Ｒが設けられている。この空気シリンダ６Ｌ，６Ｒは、バネ力にて初期状態に復帰可能なアクチュエータであり、そのピストンロッド７Ｌ，７Ｒが梃子９Ｌ，９Ｒに連結されている。ここで、図３は、高さ調節機構のピストンロッド７Ｌ，７Ｒから高さ制御弁５Ｌ，５Ｒへの連結部分を示した平面図である。高さ制御弁５Ｌ，５Ｒは、３ポート切換弁であり、各ポートの切り換えを操作する弁棒８Ｌ，８Ｒが突設されている。そして、弁棒８Ｌ，８Ｒには梃子９Ｌ，９Ｒが直交して連結され、その梃子９Ｌ，９Ｒの振れによって高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのポート切り換えが行われるようになっている。

高さ調節棒４Ｌ，４Ｒは、図１及び図２に示すように、台車２と車体１側に設けられた高さ制御弁５Ｌ，５Ｒとの間に連結されているが、荷重の変動に伴って空気バネ３Ｌ，３Ｒが変形して車体１の位置が上下することにより、梃子９Ｌ，９Ｒが振れて高さ調節棒４Ｌ，４Ｒの先端位置、すなわち空気シリンダ６Ｌ，６Ｒのピストンロッド７Ｌ，７Ｒの先端位置が相対的に変位するようになっている。こうしたピストンロッド７Ｌ，７Ｒ先端の変位は、逆に梃子９Ｌ，９Ｒを介して弁棒８Ｌ，８Ｒの回転として伝達される。そして、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒは、ポートが切り換えられ、空気タンク１２から空気バネ３Ｌ，３Ｒ側への圧縮エアの供給と、空気バネ３Ｌ，３Ｒから大気への圧縮エアの放出とが行われるようになっている。

次に、図４は、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンク１２と空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間の配管構成を示した概念図である。空気タンク１２には空気配管路１３が接続され、そこには高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが設けられている。そして、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒと空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間には、開閉弁１４が設けられた管路１５と、絞り１６が設けられた管路１７とが並列に接続されている。この開閉弁１４はノーマルクローズ型であり、電源が落ちて開閉弁１４が全閉状態になる。一方、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒはその場合でも高さ調節棒４Ｌ，４Ｒの変位に伴って動作するため、その際、絞り１６によって流量を抑えて空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気が流路１７を介して行えるようにしている。

図２に示すように、バネ復帰単動シリンダである空気シリンダ６Ｌ，６Ｒは、そのシリンダ室に電磁切換弁１８Ｌ，１８Ｒを介して空気タンク１２が接続されている。従って、空気シリンダ６Ｌ，６Ｒは、電磁切換弁１８Ｌ，１８Ｒの切り換えによってシリンダ室へ供給される圧縮エアでピストンロッド７Ｌ，７Ｒを伸張させ、一方でシリンダ室の圧縮エアを大気解放させることで戻しバネ６ａの付勢力によって縮小して初期状態に復帰させるように構成されている。そして、空気シリンダ６Ｌ，６Ｒの伸縮を制御する電磁切換弁１８Ｌ，１８Ｒは、車体１に搭載された制御装置２０からの指令によって切り換え制御が行われるようになっている。

制御装置２０は、車体１の昇降と車体１の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および地点情報検知部２４とを有している。更に、その車高制御部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。

こうした構成からなる鉄道車両の空気バネ高さ制御装置では、次のように作用して空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さ制御が行われる。
先ず、乗客の乗り降りが行われた場合には、その荷重変動に伴って車体１が浮き沈みして台車２との距離に変化が生じる。すると、車体１と台車２とに連結された高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが車体１に対して相対的に軸方向に変位し、その高さ調節棒４Ｌ，４Ｒと一体の空気シリンダ６Ｌ，６Ｒの先端位置が変動する。

このとき、ピストンロッド７Ｌ，７Ｒに連結された梃子９Ｌ，９Ｒが振れて、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒８Ｌ，８Ｒを回転させる。すなわち、車体１の浮き沈みによって梃子９Ｌ，９Ｒが振れ、弁棒８Ｌ，８Ｒが所定方向に回転して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのポートが切り換えられる。なお、このとき図４に示すように開閉弁１４は閉じており、空気バネ３Ｌ，３Ｒと高さ制御弁５Ｌ，５Ｒは絞り１６が設けられた流路１７によって連通している。よって、空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気は少量であり、ゆっくりと空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さが調節される。そして、梃子９Ｌ，９Ｒが水平状態に戻ると、各ポート間が遮断されて圧縮エアの給排気が止められる。

そこで、乗客が乗って重くなると、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が切り換えられて空気タンク１２から空気バネ３Ｌ，３Ｒへ圧縮エアが送り込まれる。そして、梃子９Ｌ，９Ｒが水平状態に戻ると、各ポートが遮断されて圧縮エアの給排気が止められ、車体１の高さが一定に保たれる。
一方、乗客が降りて軽くなると、空気バネ３Ｌ，３Ｒにかかる荷重が軽減されて車体１が上がるため、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが相対的に下降する。そして、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられ、空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧縮エアが高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの排気ポートから放出される。そして、梃子９Ｌ，９Ｒが水平状態に戻ると、各ポートが遮断されて圧縮エアの給排気が止められ、車体１の高さが一定に保たれる。

次に、走行中には揺れなどによって車体１に左右の浮き沈みが生じる。そうした場合、左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒが相対的に上下すると、梃子９Ｌ，９Ｒが振れて弁棒８Ｌ，８Ｒが回転し、それぞれの高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのポート間の連通が切り換えられる。従って、例えば車体の傾きによって左側が低くなった場合には、空気タンク１２からの圧縮エアが空気バネ３Ｌへ送り込まれて上下方向に膨らみ、空気バネ３Ｒからは圧縮エアが大気に放出されて横に広がるように変形して車体の高さが一定になるように制御される。こうして空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを一定に保つ。

ところで、前述したように高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが車体１の上下動に伴って相対的に上下に変位した場合には、前述したように空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気によって車体１の高さ調節が行われる。しかし、本実施形態では、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒにアクチュエータとして空気シリンダ６Ｌ，６Ｒを設け、その伸縮作動によって車体１が変動しない場合でも見かけ上、前述したように空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気を行い車体の高さや傾きを調節することができる。

また、鉄道車両の曲線部走行時には、高速走行での曲線走行時の乗り心地を向上させるために、空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを積極的に変えて車体を傾斜させるようにしている。それには、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し、車高制御部２１において、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、曲線走行部の曲率やカント量等の曲線形状情報に基づいて車体１の傾きが制御される。例えば、左にカーブする際に図５に示すように車体を傾ける場合について説明する。

先ず、各種情報に基づいて車高制御部２１から制御信号が送られ、電磁切換弁１８Ｒが切り換えられて空気タンク１２から空気シリンダ６Ｒに圧縮エアが供給される。これにより、図６（ａ）に示すようにピストンロッド７Ｒのストロークが伸張する。そして、ピストンロッド７Ｒの伸張作動に伴い梃子９Ｒが振れて弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられる。そのため、空気タンク１２から圧縮エアが空気バネ３Ｒに供給され、図６（ｂ）に示すように空気バネ３Ｒが上方へ膨らみ、図５に示すように車体１がカーブの内側に向けて傾けられる。なお、この場合、開閉弁１４が開くことで、空気タンク１２から管路１５を介して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒに給排される空気流量を増大させ、高さ調節の応答性を向上させている。

そして、走行軌道の曲線部の終了に伴って車体１は水平に戻される。それには、データデポなどの地上子からの地点情報信号及び台車２に設けた車速・デポ信号センサ２６により検出される車速と、軌道データ記憶部２１に記憶された軌道データとが比較される。そして、同じように車高制御部２１から制御信号が送られ、電磁切換弁１８が切り換えられ、空気シリンダ６Ｒから圧縮エアが大気に放出され、ピストンロッド７Ｒのストロークが収縮する。そのため、梃子９Ｒを介して弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられて排気ポートに連通し、空気バネ３Ｒ中の圧縮エアが大気に放出され、車体１が水平に戻る。

このように、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒ自身が上下に変動する場合の他、各空気シリンダ６Ｌ，６Ｒのピストンロッド７Ｌ，７Ｒの伸縮することにより、見かけ上、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが上下に変動して梃子９Ｌ，９Ｒが振れる。そのため、空気シリンダ６Ｌ，６Ｒの伸縮作動により高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが切り換えられ、圧縮エアの給排気による空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さ調節ができる。
よって、こうした鉄道車両の空気バネ高さ制御装置では、信頼性の高い既存のシステムを利用した部品点数の少ない簡単な構造で、バネ下重量に影響を及ぼさず、低コスト化が図れる。

ところで、以上のような構成からなる鉄道車両の空気バネ高さ制御装置では、管路１５に設けた開閉弁１４を開けることにより、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒに対して給排気される圧縮エアの流量を増大させて応答性の向上を図っている。しかし、それでも空気バネ４Ｌ，４Ｒと大気との圧力差が小さいため、応答が十分ではない。つまり、空気バネ４Ｌ，４Ｒからの排気による車体１の高さ調節に動作遅れが目立ち、曲線通過速度を向上させる目的の車体傾斜であってもタイミング遅れによって乗り心地が悪くなってしまう問題があった。そこで、次に前述した制御装置をベースに種々改良を加えて応答性を向上させた鉄道車両の空気バネ高さ制御装置を提案する。

先ず、図７は、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第１実施形態の概念図である。
ここでは、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの排気ポートは大気に直接開放せず、空気バネ３Ｌ，３Ｒとの圧力差を大きくすることを目的とした負圧タンク３１が接続されている。そして、その負圧タンク３１には、その内部圧力を大気よりも常に低く保つためのコンプレッサ３２が接続されている。

また、電源が落ちるような故障時にはコンプレッサ３２が駆動せず、空気バネ４Ｌ，４Ｒ内の圧縮エアが密閉状態になって排気できなくなる。そこで、故障の際には制御弁５Ｌ，５Ｒの排気ポートが大気につながるように、大気と負圧タンク３１との切り換えを行う切換弁３３が制御弁５Ｌ，５Ｒと負圧タンク３１との間に接続されている。その切換弁３３は、電源が落ちた場合には大気ポートに連通するようになっており、その大気ポートにはサイレンサ３４が取り付けられている。なお、コンプレッサ３２を密閉型ではなく大気に連通するものであれば切換弁３３を設ける必要はない。

そこで、例えば前述したように軌道の曲線部分にて車体傾斜を施す場合、同じように車速・デポ信号センサ２６がデポ地上子からの地点情報信号を受信し、車高制御部２１において、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、曲線走行部の曲率やカント量等の曲線形状情報に基づいて車体１の傾きが制御される。すなわち、カーブの突入時には、例えば空気シリンダ６Ｒのストロークが伸びるよう制御され、ピストンロッド７Ｒの伸張作動に伴い梃子９Ｒが振れて弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられる。そのため、空気タンク１２から圧縮エアが管路１５を介して空気バネ３Ｒに供給され、図５に示すように車体１がカーブの内側に向けて傾けられる。

一方、カーブを通り抜ける時には、電磁切換弁１８が切り換えられて空気シリンダ６Ｒ内の圧縮エアが大気に放出され、ピストンロッド７Ｒのストロークが収縮する。すると、梃子９Ｒを介して弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられて排気ポートに連通し、管路１５を介して空気バネ３Ｒ中の圧縮エアが放出される。特に、本実施形態では、負圧タンク３１がコンプレッサ３２によって真空引きされ、空気バネ３Ｒとの圧力差が大きくなっている。従って、空気バネ３Ｒ内の圧縮エアは、高さ制御弁５Ｒの切り換えによって勢い良く排出され、車体１が水平に戻る。そして、負圧タンク３１に引かれた空気バネ３Ｒ内の圧縮エアは、コンプレッサ３２から大気に放出される。

また、電源が落ちてしまったような場合には、図示するように切換弁３３が大気ポートに切り換わり、ここからサイレンサ３４を介して大気に開放されて空気バネ３Ｒ内の圧縮エアが排出される。従って、車体が傾いたままの危険な状態を回避できる。
よって、本実施形態では、コンプレッサ３２によって負圧状態にした負圧タンク３１を有するので、空気バネ３Ｌ，３Ｒから圧縮エアを急速に排出させることができようになったため、車体１の高さ調節に対する応答性が良くなった。

次に、図８は、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第２実施形態の概念図である。
空気タンク１２から空気バネ３Ｌ，３Ｒには、空気配管路１３に高さ制御弁５Ｌ，５Ｒが配管され、更に管路１５が接続されている。そして、本実施形態では、この管路１５に急速排気弁３５が設けられている。急速排気弁３５は、例えばダイアフラム方式であり、高さ制御弁側５Ｌ，５Ｒと空気バネ３Ｌ，３Ｒとの差圧によってポートが切り換わるよう構成されている。

すなわち、急速排気弁３５は、空気タンク１２の圧縮エアが高さ制御弁側５Ｌ，５Ｒから供給される場合、ダイアフラムを押し付けて排気口を閉じ、管路１５を通って空気バネ３Ｌ，３Ｒ側に流れるようになっている。一方、空気バネ３Ｌ，３Ｒから圧縮エアが排出される場合には、ダイアフラムが高さ制御弁５Ｌ，５Ｒ側に移動し（図示する状態）て急速排気弁３５の排気口が開くようになっている。

なお、急速排気弁３５の排気ポートにはサイレンサやフィルタ、或いは逆止弁を接続するようにしたものであることが望ましい。フィルタや逆止弁を設けることによってゴミなどの進入を防止して急速排気弁３５の動作不良を防止することができるからである。また、冬季にはダイアフラムの凍結によって動作不良が起こることも考えられるため、急速排気弁３５には電熱ヒータを装着して加熱できるようにすることが望ましい。

そこで、前述したように軌道の曲線部分にて車体傾斜を施す場合、同じように車速・デポ信号センサ２６がデポ地上子からの地点情報信号を受信し、車高制御部２１において、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、曲線走行部の曲率やカント量等の曲線形状情報に基づいて車体１の傾きが制御される。
すなわち、カーブの突入時には、例えば空気シリンダ６Ｒのストロークが伸びるよう制御され、ピストンロッド７Ｒの伸張作動に伴い梃子９Ｒが振れて弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられる。

このとき、空気タンク１２の圧縮エアが高さ制御弁５Ｒを通って管路１５側に流れ込む。そして、急速排気弁３５では、その流れ込んだ圧縮エアの圧力によって排気口が閉じられるため、圧縮エアは管路１５を流れて空気バネ３Ｒへ供給される。よって、図５に示すように車体１がカーブの内側に向けて傾けられる。
一方、カーブを通り抜ける時には、電磁切換弁１８が切り換えられて空気シリンダ６Ｒ内の圧縮エアが大気に放出され、ピストンロッド７Ｒのストロークが収縮する。すると、梃子９Ｒを介して弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５Ｒが切り換えられて排気ポートに連通する。これにより、急速排気弁３５では、高さ制御弁５Ｒ側の圧力が低下して管路１５内の圧力によってダイアフラムが変動し、図示するように排気口が開いた状態になる。

従って、開口断面積の大きな急速排気弁３５の排気口から空気バネ３Ｒ中の圧縮エアが勢い良く排出され、車体１が水平に戻る。
よって、本実施形態では、急速排気弁３５によって空気バネ３Ｌ，３Ｒから圧縮エアを急速に排出させることができようになったため、車体１の高さ調節に対する応答性が良くなった。

次に、図９は、高さ制御弁を介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第３実施形態の概念図である。
ところで、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒには不感帯が設けられている。図１１は、梃子が振れるテコ角に対する高さ制御弁の流量をグラフで示した図である。不感帯とは、出力変量に感知できる変化を全く生じることのない、若しくは極めて微少流量（例えば、１０ｍｍ上昇するのに２０秒要する）の入力変化の有限範囲であり、テコ角が変化しても弁体がそれに伴って動かない範囲をいう。

例えば、本実施形態で使用される高さ制御弁５Ｌ，５Ｒは、図２に示すように梃子９Ｌ，９Ｒが水平な状態をテコ角ゼロとし、テコ角の変化に伴って流量が大きくなり、ゼロになると流れが止まるように構成されている。そして、不感帯も変位不感帯と速度不感帯とを有している。その変位不感帯では、図示するようにテコ角ゼロを含む所定領域内においては、梃子９Ｌ，９Ｒが振れても流体が全く流れずに流量がゼロである。一方、速度不感帯では、変位不感帯を外れて所定流量の流体が流れた後、テコ角の変化に対して流量変化が僅かしか生じない。

こうして高さ制御弁５Ｌ，５Ｒに不感帯を設けることで、微妙な揺れによって梃子９Ｌ，９Ｒが振れてもそれに反応して圧縮エアの給排気が行われないようにしている。すなわち、鉄道車両は常に多少の揺れを生じているため、微妙な揺れに対して常に反応していたのではハンチングを起こし、また無駄に圧縮エアを垂れ流すことになるからである。

そこで、本実施形態では、不感帯の異なる高さ制御弁５L1，５R1と高さ制御弁５L2，５R2を備えている。一方の高さ制御弁５L1，５R1は、前記実施形態で使われているものと同様のものであり、例えば不感帯幅が高さ調節棒４Ｌ，４Ｒの変位５ｍｍ幅程度のものであり、高さ制御弁５L2，５R2は、不感帯幅がより大きく、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒの変位８〜１２ｍｍ幅程度のものである。そして、高さ制御弁５L1，５R1よりも高さ制御弁５L2，５R2の最大流量が大きく設計されている。なお、詳しく図示していないが、左右それぞれの組みの高さ制御弁５L1，５L2又は高さ制御弁５R1，５R2は、同じピストンロッド７Ｌ，７Ｒに梃子９L1，９L2、梃子９R1，９R2が連結されている。

本実施形態では、こうして一つの空気バネに対して流量と不感帯の異なる２個の高さ制御弁を用いることにより、次のようにして高さ調節が行われる。
先ず、乗客の乗り降りにより車体１が浮き沈みし、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが軸方向に少しの距離だけ変位した場合、梃子９L1，９L2／９R1，９R2が振れても不感帯の大きな高さ制御弁５L2，５R2はポート間が閉じたまま、不感帯の小さい高さ制御弁５L1，５R1のポートが連通する。従って、高さ制御弁５L1，５R1だけを介して空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気が行われる。

一方、軌道の曲線部分にて車体傾斜を施す場合などでは、曲線走行部の曲率やカント量等の曲線形状情報に基づき、カーブの突入時に、例えば空気シリンダ６Ｒのストロークが伸びるよう制御され、ピストンロッド７Ｒの伸張作動に伴い梃子９R1，９R2が大きく振れて弁棒８R1，８R2が回転し、高さ制御弁５R2における大きな不感帯幅を超えて両方の高さ制御弁５R1，５R2のポートが切り換えられる。このとき、空気タンク１２の圧縮エアが高さ制御弁５R1，５R2を通って管路１５側に流れ込む。従って、圧力差の大きい空気タンク１２から空気バネ３Ｒへは圧縮エアが急速に供給される、図５に示すように車体１がカーブの内側に向けて傾けられる。

そして、カーブを通り抜ける時には、電磁切換弁１８が切り換えられて空気シリンダ６Ｒ内の圧縮エアが大気に放出され、ピストンロッド７Ｒのストロークが収縮する。すると、梃子９R1，９R2を介して弁棒８R1，８R2が回転し、高さ制御弁５R1，５R2が切り換えられて共に排気ポートに連通する。従って、高さ制御弁５R1，５R2から空気バネ３Ｒ中の圧縮エアが勢い良く大気に排出され、車体１が水平に戻る。
よって、本実施形態では、大流量の高さ制御弁５R2を設けたことで空気バネ３Ｌ，３Ｒから圧縮エアを急速に排出させることができようになったため、車体１の高さ調節に対する応答性が良くなった。

次に、図１０は、高さ制御弁を介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第４実施形態の概念図である。
空気タンク１２には空気配管路１３が接続され、本実施形態ではそこに大流量の高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒが接続されている。そして、高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒと空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間には、管路１５にノーマルオープン型の開閉弁３６と絞り３７が接続され、並列に接続された管路１７に流量比例制御弁３８が接続されている。本実施形態では、電源が落ちた場合には開閉弁３６が全開状態になり、高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒが動作しても、絞り３７によって流量を抑えて空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気が流路１５を介して行えるようになっている。

本実施形態では、こうして空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する給排気に大流量の高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒを使用し、流量比例制御弁３８によって流量調節する回路を構成することにより、次のようにして高さ調節が行われる。
先ず、乗客の乗り降りにより車体１が浮き沈みし、高さ調節棒４Ｌ，４Ｒが軸方向に少しの距離だけ変位した場合、梃子９Ｌ，９Ｒが振れて弁棒８Ｌ，８Ｒの回転により高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒが切り換えられる。従って、高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒを介して空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する圧縮エアの給排気が行われる。このとき、大流量の高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒを流れて圧縮エアが激しく給排気されると、車体ロールのハンチングが起き易く乗り心地が悪くなるため、絞り３７によって流量調節が行われる。

一方、軌道の曲線部分にて車体傾斜を施す場合などでは、曲線走行部の曲率やカント量等の曲線形状情報に基づき、カーブの突入時には、例えば空気シリンダ６Ｒのストロークが伸びるよう制御され、ピストンロッド７Ｒの伸張作動に伴い梃子９Ｒが大きく振れて弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５０Ｒが切り換えられる。このとき流量比例制御弁３８の弁開度が大きくなっている。従って、圧力差の大きい空気タンク１２から空気バネ３Ｒへは圧縮エアが急速に供給され、図５に示すように車体１がカーブの内側に向けて傾けられる。

そして、カーブを通り抜ける時には、電磁切換弁１８が切り換えられて空気シリンダ６Ｒ内の圧縮エアが大気に放出され、ピストンロッド７Ｒのストロークが収縮する。すると、梃子９Ｒを介して弁棒８Ｒが回転し、高さ制御弁５０Ｒが切り換えられてその排気ポートが連通する。従って、このときも流量比例制御弁３８の弁開度が大きくなっているため、大流量の高さ制御弁５０Ｒから空気バネ３Ｒ中の圧縮エアが勢い良く大気に排出され、車体１が水平に戻る。ただし、このように水平に戻す場合や前述したように車体１を傾ける場合でも、圧縮エアの給排気が激しく行われるため、傾き動作の終了直前には流量比例制御弁３８の弁開度を絞って急激に停止しないようにしている。

また、本実施形態では、傾き動作を途中で止めて車体１を任意の角度で傾けることができる。図１２は、傾斜角速度を流量比例制御弁３８によって調整する場合の傾斜指令算出フローを示した図である。
先ず、車両１が曲線を通過中か否かが確認される（Ｓ１０１）。直線を走行中（Ｓ１０１：ＮＯ）においては車体を傾ける必要がないため、傾斜ON-OFF指令はOFF が出力され（Ｓ１４１）流量比例制御弁３８は全閉状態に制御される（Ｓ１４２）。そして、開閉弁３６が開弁状態に制御される（Ｓ１４３）。なお、傾斜ON-OFF指令とは、電磁切換弁１８の切り換え指令であり、高さ制御弁５０Ｌ．５０Ｒの給排気を選択する。

一方、車両１が曲線を通過中であることが確認されると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、その通過中の曲線の最大均衡傾斜角θ1maxが算出され（Ｓ１０２）、車両１が走行する現在位置の均衡傾斜角θ１が算出される（Ｓ１０３）。そして、こうして算出した値から傾斜指令値θ２が求められる（Ｓ１０４）。すなわち、傾斜指令値θ２は、均衡傾斜角θ１に最大傾斜角θmax を乗し、更に最大均衡傾斜角θ1maxで除した値である。更に、車体の実際の傾斜角θ３を測定し（Ｓ１０５）、傾斜指令値θ２と実際の車体傾斜角θ３との差をとって、設定されたしきい値との比較が行われる（Ｓ１０６）。

そこで、θ２−θ３の値がしきい値より大きい場合には（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、傾斜ON-OFF指令をONにして（Ｓ１１１）、空気バネへ圧縮エアを供給するため流量比例制御弁３８の開度を(θ2−θ3)・ゲインで制御し（Ｓ１１２）、開閉弁３６を閉弁させる（Ｓ１１３）。
一方、θ２−θ３の値がしきい値より小さい場合には（Ｓ１０６：ＮＯ）、逆に車体傾斜角θ３から傾斜指令値θ２を引いた値としきい値との比較が行われる（Ｓ１０７）。そしてθ３−θ２の値がしきい値より大きい場合には（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、傾斜ON-OFF指令をONにして（Ｓ１２１）、空気バネから圧縮エアを排気するため流量比例制御弁３８の開度を(θ3−θ2)・ゲインで制御し（Ｓ１２２）、開閉弁３６を閉弁させる（Ｓ１２３）。
そして、更にθ３−θ２の値がしきい値より小さい場合には（Ｓ１０７：ＮＯ）、傾斜ON-OFF指令をONにして（Ｓ１３１）、空気バネに対する圧縮エアの給排気を一時停止させるため流量比例制御弁３８を全閉し（Ｓ１３２）、開閉弁３６を開弁させる（Ｓ１３３）。

よって、本実施形態では、大流量の高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒを設けたことで空気バネ３Ｌ，３Ｒから圧縮エアを急速に給排気できるようになったため、車体１の高さ調節に対する応答性が良くなった。そして、流量比例制御弁３８によって流量調節することにより、圧縮エアを激しく給排気することによる乗り心地の悪化を防止している。
そして、この鉄道車両では、緩和曲線長、曲率値、カント値、走行速度などの情報を有し、カーブに突入する際に、どのような速度で車体を傾斜させればよいかが演算処理され、スムーズにカーブを走行することができる。なお、本実施形態では、流量比例制御弁３８によって流量を調節するため、大流量の高さ制御弁５０Ｌ，５０Ｒには不感帯がないものであってもよい。

以上、空気バネ高さ制御装置を備えた本発明の鉄道車両について複数の実施形態について説明したが、本発明はこれ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、前記第４実施形態では流量比例制御弁３８を高さ制御弁５０Ｌ．５０Ｒと空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間に設けたが、空気バネ３Ｌ，３Ｒに対する給気用と排気用とに分けて、空気タンク１２と高さ制御弁５０Ｌ．５０Ｒとの間と、高さ制御弁５０Ｌ．５０Ｒの排気ポートとにそれぞれ設けるようにしてもよい。
また、前記第４実施形態では双方向に流体を流せる１個の流量比例制御弁３８としたが、例えば、単方向のみに流体を流せる２個の流量比例弁をそれぞれチェック弁を逆方向にして接続するようにしてもよい。

空気バネ高さ制御装置の一実施形態を示した概略図である。 空気バネと高さ調節機構を示した概略図である。 高さ調節機構のピストンロッド７Ｌ，７Ｒから高さ制御弁５Ｌ，５Ｒへの連結部分を示した平面図である。 高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンク１２と空気バネ３Ｌ，３Ｒとの間の配管構成を示した概念図である。 空気バネ高さ制御装置の一実施形態を示した概略図であり、車体を傾けた状態を示した図である。 空気バネ高さ制御装置の一実施形態について通常時から空気シリンダを伸張させた状態の概略図である。 高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第１実施形態の概念図である。 高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第２実施形態の概念図である。 高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第３実施形態の概念図である。 高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを介して圧縮エアが流れる空気タンクと空気バネとの間の配管構成を示した第４実施形態の概念図である。 梃子が振れるテコ角に対する高さ制御弁の流量をグラフで示した図である。 第４実施形態において、傾斜角速度を流量比例制御弁によって調整する場合の傾斜指令算出フローを示した図である。

符号の説明

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 空気シリンダ
７Ｌ，７Ｒ 空気シリンダのピストンロッド
８Ｌ．８Ｒ 弁棒
９Ｌ，９Ｒ 梃子
１２ 空気タンク
２０ 制御装置
３１ 負圧タンク
３２ コンプレッサ
３５ 急速排気弁
３８ 流量比例制御弁

Claims (5)

1. 車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有する鉄道車両において、
   前記高さ制御弁の排気ポートの下流側に負圧に保たれた負圧タンクが設けられ、その負圧タンクの下流にはコンプレッサが接続され、更に前記高さ制御弁と負圧タンクとの間には、その負圧タンクと大気との連通を切り換える切換弁が接続されたことを特徴とする鉄道車両。
2. 車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有する鉄道車両において、
   前記高さ制御弁は、不感帯幅が狭く流量の小さい第１高さ制御弁と、不感帯幅が広く流量が大きい第２高さ制御弁とが設けられ、その第１及び第２高さ制御弁がともに前記一の高さ調節棒に連結されたことを特徴とする鉄道車両。
3. 車体と台車との間に配置された空気バネ、車体側に設けられた空気タンクおよび空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御する高さ制御弁を備え、その高さ制御弁は、台車との間に連結された高さ調節棒の上下方向変位によって切り換えられ、前記空気バネに対する圧縮エアの給排気を制御するものであり、その高さ調節棒と高さ制御弁との間には、高さ調節棒の変位をそのまま高さ制御弁に伝達するとともに、高さ調節棒の見かけ上の変位を高さ制御弁に与える車高制御器が設けられた空気バネ高さ制御装置を有する鉄道車両において、
   前記高さ制御弁と空気バネとの間に流量比例制御弁が接続されたことを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載する鉄道車両において、
   １個の流量比例制御弁であって、前記高さ制御弁と空気バネとの間を双方向に圧縮エアを流せるものであることを特徴とする鉄道車両。
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において、
   前記車高制御器は、前記高さ調節棒と同軸上に一体的に設けられた復帰バネを備える空気シリンダであって、そのピストンロッドが、前記高さ制御弁の切り換えを操作する弁棒と梃子を介して連結されたことを特徴とする鉄道車両。

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