(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体と、該シリンダ本体の一端から突出するロッドとを有し、発生する力が調整可能なシリンダ装置において、
前記シリンダ本体の他端またはロッドの突出端の少なくとも一方に設けられた取付アイと、
該取付アイに貫通する取付ピンと、
該取付ピンに形成され該取付ピンの軸方向に延びる挿入孔と、
該挿入孔に挿入された軸部材と、
該軸部材に取付けられ前記取付ピンの歪を測定する歪センサと、からなり、
該歪センサの出力から被取付側へ伝達する力を求め、前記発生する力を制御することを特徴とするシリンダ装置。
【請求項２】
前記歪センサは、少なくとも前記取付ピンの軸方向に離間して２つ設け、前記２つの歪センサの出力から前記シリンダ本体の軸方向のみの被取付側へ伝達する力を求めることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
【請求項３】
前記軸部材は、該軸部材に軸方向に外力を加えた状態で、前記挿入孔に配置した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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道車両の制振ダンパ等に好適に用いられるシリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両には、車体（ばね上）と台車（ばね下）との間に減衰力調整式緩衝器等のシリンダ装置が設けられ、制御信号（指令電流）に応じて該シリンダ装置による減衰力特性を可変に制御する構成としたサスペンション制御装置（振動制御装置）が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の従来技術によるサスペンション制御装置では、例えば車体の左，右方向の振動をばね上速度、またはばね上加速度として検出し、この検出したばね上速度等に応じ、車体振動を低減させる減衰力を発生させるように、シリンダ装置のアクチュエータに対して制御信号を出力する構成となっている。
【０００４】
ここで、シリンダ装置は、作動流体が封入された筒状のシリンダ本体と、該シリンダ本体の一端から突出するロッドとを有し、発生する力（減衰力）が調整可能な構成となっている。
【０００５】
また、特許文献２には、シリンダ装置とヨークとをゴムブッシュ（弾性装置）を介して連結すると共に、該ゴムブッシュの変形量を圧力センサにより検出することにより、車輪が受ける荷重を測定できるようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４８４４号公報
【特許文献２】特開平３−１５８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示された構成は、荷重の検出精度、信頼性、耐久性、メンテナンス時の交換容易性等を十分に確保することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、車体等の被取付側へ伝達する力を歪センサにより精度よく求めることができるシリンダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明は、シリンダ本体と、該シリンダ本体の一端から突出するロッドとを有し、発生する力が調整可能なシリンダ装置に適用される。
【００１０】
そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記シリンダ本体の他端またはロッドの突出端の少なくとも一方に設けられた取付アイと、該取付アイに貫通する取付ピンと、該取付ピンに形成され該取付ピンの軸方向に延びる挿入孔と、該挿入孔に挿入された軸部材と、該軸部材に取付けられ前記取付ピンの歪を測定する歪センサと、からなり、該歪センサの出力から被取付側へ伝達する力を求め、前記発生する力を制御する構成としたことにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車体等の被取付側へ伝達する力を歪センサにより精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるシリンダ装置が搭載された鉄道車両を模式的に示す断面図である。
【図２】鉄道車両を構成する台車等を模式的に示す図１の上側からみた平面図である。
【図３】図２中の左側のシリンダ装置を示す平面図である。
【図４】シリンダ装置のボトム側を示す図３中の（IV）部の拡大断面図である。
【図５】シリンダ装置のボトム側を示す図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた正面図である。
【図６】軸部材、歪センサ等を示す一部破断の斜視図である。
【図７】取付ピンの歪と車体に加わる力との関係を示す特性線図である。
【図８】図１中のコントローラを示すブロック図である。
【図９】歪センサの出力を用いて減衰力指令値を求めた場合の、該減衰力指令値と車体に作用する実際の減衰力との時間変化の一例を示す特性線図である。
【図１０】歪センサの出力を用いずに減衰力指令値を求めた場合の、該減衰力指令値と車体に作用する実際の減衰力との時間変化の一例を示す特性線図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるシリンダ装置のボトム側を示す図４と同様位置の拡大断面図である。
【図１２】シリンダ装置のボトム側を示す図１１中の矢示XII−XII方向からみた正面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態による軸部材、歪センサ等を示す図４中の（XIII）部に相当する拡大断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態による軸部材、歪センサ等を示す図１３と同様位置の拡大断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態によるシリンダ装置のボトム側を示す図４と同様位置の拡大断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態による軸部材、歪センサ等を示す図１５中の（XVI）部に相当する拡大断面図である。
【図１７】軸部材を単体で示す図１６と同方向から見た図である。
【図１８】本発明の第７の実施の形態によるシリンダ装置のボトム側を示す図４と同様位置の拡大断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施の形態によるシリンダ装置のボトム側を示す図４と同様位置の拡大断面図である。
【図２０】本発明の第９の実施の形態によるシリンダ装置のボトム側を示す図４と同様位置の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態によるシリンダ装置を、例えば鉄道車両に搭載されるサスペンション制御装置（振動制御装置）に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１４】
図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態を示している。図において、鉄道車両１は、例えば乗客、乗員等が乗車する車体２と、該車体２の下側に設けられ車輪３を介して２本のレール４に案内される台車５とにより大略構成されている。なお、図１および図２では、車体２の前，後方向の一側に設けられた１台の台車５のみを示しているが、台車５は、車体２の前，後方向の両側にそれぞれ設けられるものである。
【００１５】
ここで、車体２の下部、より具体的には、車体２の下面側で各台車５と上，下方向に対向する部位には、該車体２の下面から下側に突出するように中心ピン６が固設されている。この中心ピン６の左，右方向両側には、後述する緩衝器１１のボトム側が取付ピン１８を介して取付けられている。
【００１６】
一方、台車５は、左，右方向に離間して設けられた左側梁５Ａ，右側梁５Ｂと、これら左，右の側梁５Ａ，５Ｂを連結する前横梁５Ｃ、中央横梁５Ｄ、後横梁５Ｅとにより大略構成されている。そして、左，右の側梁５Ａ，５Ｂは、車輪３が取付けられた車軸７を、軸受装置８を介して回転自在に支持している。
【００１７】
また、車体２に設けられた中心ピン６と台車５の中央横梁５Ｄとの間には、これら車体２と台車５との間で前，後方向に加わる牽引力や制動力を伝達する牽引装置（図示せず）が設けられている。この牽引装置は、例えば上からみてＩ字状またはＺ字状のリンク機構により構成されている。
【００１８】
そして、牽引装置は、台車５に対して車体２が上，下方向、左，右方向、ヨー（台車旋回）方向、およびピッチング方向に相対変位する（動く）ことを許容しつつ、これら車体２と台車５との間で牽引力や制動力を伝達できるように、車体２の中心ピン６と台車５の中央横梁５Ｄとの間を連結している。
【００１９】
また、台車５の中央横梁５Ｄには、左，右方向に離間して１対の取付ブラケット５Ｆが設けられている。これら各取付ブラケット５Ｆには、後述する緩衝器１１のロッド側が取付ピン１４を介して揺動可能に取付けられている。
【００２０】
ばね上となる車体２とばね下となる台車５との間には、セミアクティブサスペンションと呼ばれるサスペンション装置９が設けられている。このサスペンション装置９は、台車５に対して車体２を上，下方向および水平方向の揺動を可能に支持する空気ばね１０と、車体２に設けられた中心ピン６と台車５の中央横梁５Ｄとの間に横置き状態で配設されたシリンダ装置としての減衰力調整式緩衝器１１（以下、緩衝器１１という）とにより大略構成されている。
【００２１】
本実施の形態の場合は、車体２と台車５との間に一対の空気ばね１０と一対の緩衝器１１とを左，右方向に離間して設ける構成となっている。また、台車５は、車体２の前，後方向の両側にそれぞれ設けられるから、一車両当たり（一車体当たり）、合計４個の空気ばね１０と８個の緩衝器１１を有する構成となっている。
【００２２】
ここで、各緩衝器１１は、発生する力（減衰力）が調整可能なシリンダ装置、例えばセミアクティブダンパと呼ばれる減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成され、台車５に対する車体２の左，右方向の振動に対して振動を低減させるような減衰力を発生することにより、車体２の左，右方向の振動を低減するものである。
【００２３】
これら各緩衝器１１は、図３ないし図５に示すように、作動流体が封入された筒状のシリンダ本体１１Ａと、該シリンダ本体１１Ａ内に変位可能に収納されたピストン（図示せず）と、一端側（図３の左端側）がシリンダ本体１１Ａの一端から突出すると共に他端側（図３の右端側）がピストンに固着されるロッド１１Ｂと、該ロッド１１Ｂの周囲を覆うカバー１１Ｃと、ピストンを含むシリンダ本体１１Ａ内に設けられ作動流体の流れを抑制して減衰力を発生させる減衰力発生機構（図示せず）とにより大略構成されている。
【００２４】
また、緩衝器１１には、発生減衰力の特性（減衰力特性）をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）に連続的に調整するため、減衰力発生機構の調整を外部から行う減衰力調整バルブ、例えば電流制御型の比例ソレノイドバルブ等からなるアクチュエータ１２（図３参照）が付設されている。そして、緩衝器１１は、アクチュエータ１２へのＤＵＴＹ信号（電流指令値）に応じて減衰力特性を調節可能としている。なお、減衰力調整用のアクチュエータ１２は、減衰力特性を連続的でなくとも、２段階又は複数段階に調整可能なものであってもよい。
【００２５】
何れにしても、緩衝器１１のロッド側となるロッド１１Ｂの突出端には、該ロッド１１Ｂの突出端を台車５の取付ブラケット５Ｆに取付けるための取付アイ１３が設けられている。そして、取付アイ１３の内側には、取付ピン１４が貫通して設けられている。即ち、取付アイ１３の内側には、円環状のゴムブッシュ（図示せず）が焼付け等の手段を用いて固着され、該ゴムブッシュの内側には、取付ピン１４が取付けられている。そして、取付ピン１４の長さ方向両端側は、台車５の取付ブラケット５Ｆにそれぞれボルト１５（図３参照）を用いて固定されている。
【００２６】
一方、緩衝器１１のボトム側となるシリンダ本体１１Ａの他端（図３の右端）には、該シリンダ本体１１Ａの他端を車体２の中心ピン６に取付けるための取付アイ１６が設けられている。そして、この取付アイ１６の内側には、取付ピン１８が貫通して設けられている。即ち、取付アイ１６の内側には、円環状のゴムブッシュ１７が焼付け等の手段を用いて固着され、該ゴムブッシュ１７の内側には、取付ピン１８が取付けられている。
【００２７】
ここで、取付ピン１８は、図４および図５に示すように、軸方向中間部に位置して断面円形に形成された円筒部１８Ａと、該円筒部１８Ａの軸方向両側に位置して一対の取付面１８Ｂがそれぞれ設けられた一側取付部１８Ｃ，他側取付部１８Ｄとにより大略構成されている。そして、これら各取付部１８Ｃ，１８Ｄには、取付面１８Ｂに対して直交する方向に延びるボルト挿入孔１８Ｅがそれぞれ設けられ、各取付部１８Ｃ，１８Ｄは、ボルト挿入孔１８Ｅに挿通されるボルト１９を用いて車体２の中心ピン６に対して固定されている。
【００２８】
また、取付ピン１８には、後述する歪センサカセット２０が圧入されている。このために、取付ピン１８の円筒部１８Ａには、取付ピン１８の軸方向に延びる挿入孔１８Ｆが、円筒部１８Ａの両側面同士を貫通するように形成されている。そして、この挿入孔１８Ｆに、カートリッジ式の歪センサカセット２０が取付ピン１８の軸方向に挿入されている。
【００２９】
歪センサカセット２０は、図４および図６に示すように、円管状に形成され挿入孔１８Ｆ内に圧入される軸部材２１と、該軸部材２１の内側で該軸部材２１の軸方向中間部に取付けられた後述の歪センサ２２と、該歪センサ２２と後述のコントローラ２７とを接続するためのセンサ線２３とにより大略構成されている。そして、取付ピン１８の挿入孔１８Ｆに、歪センサ２２が取付けられた軸部材２１を挿入することにより、歪センサカセット２０を取付ピン１８に着脱可能に取付ける構成となっている。
【００３０】
この場合、図４に示すように、歪センサカセット２０を取付ピン１８の挿入孔１８Ｆに挿入した状態で、挿入孔１８Ｆの両端側には、それぞれボルト２４が螺合され、該各ボルト２４により歪センサカセット２０（軸部材２１）の長さ方向両側が拘束されている。これにより、歪センサカセット２０は、取付ピン１８の挿入孔１８Ｆから抜出ることが阻止されると共に、挿入孔１８Ｆ内に軸方向の位置決めがされた状態で固定される構成となっている。また、各ボルト２４のうち一方（図４の下側）のボルト２４には、後述の歪センサ２２に接続されたセンサ線２３を引出すための貫通孔２４Ａが設けられている。
【００３１】
貫通孔２４Ａを通じて引出されたセンサ線２３は、図３に示すように、取付アイ１６とシリンダ本体１１Ａとに沿うように配設され、アクチュエータ１２の内部に引込まれている。そして、センサ線２３は、アクチュエータ１２とコントローラ２７とを接続するケーブル２５（図３参照）と共にコントローラ２７に接続される構成となっている。
【００３２】
次に、取付ピン１８の歪を測定する歪センサ２２について説明する。
【００３３】
歪センサ２２は、取付ピン１８の歪を測定することにより、取付ピン１８が取付けられた被取付側へ伝達する力、即ち、緩衝器１１から車体２（中心ピン６）に作用する力を直接検出（測定）するものである。ここで、図７に示すように、取付ピン１８の軸方向に関する歪量と該取付ピン１８を通じて緩衝器１１から車体４に加わる力とは相関関係を有する。
【００３４】
そこで、歪センサ２２は、取付ピン１８の軸方向に関する歪を測定し、該歪から車体２に加わる力を求めるように構成している。具体的には、歪センサ２２は、該歪センサ２２と共に歪センサカセット２０を構成する軸部材２１の軸方向中間部に取付けられ、取付ピン１８と共に歪む（変形する）該軸部材２１を介して取付ピン１８の歪を測定する構成となっている。
【００３５】
ここで、本実施の形態のよる歪量測定手段としての歪センサ２２について詳述する。本実施の形態に示す歪センサ２２としては、従来から知られている歪ゲージの他、昨今開発された半導体歪ゲージを用いてもよい。
【００３６】
まず、従来から知られている歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを、可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造であり、歪ゲージを被測定物に接着剤で接着して使用するもので、金属薄膜が歪を受けて変形したときの抵抗変化から、歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部にアンプが必要となる。
【００３７】
これに対し、半導体歪ゲージは、検知部を金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは、抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、さらには、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサおよび温度補償回路、オフセット除去回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、非接触でデータを取出すことも可能である。
【００３８】
この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に対し、スポット溶接により固定することも可能である。
【００３９】
本実施の形態では、半導体歪ゲージを用いた方が歪量の測定精度が高く、取付スペースも少なくて済むので好ましいが、測定精度や取付スペースが許されれば、従来から知られている歪ゲージを用いてもよい。
【００４０】
何れにしても、本実施の形態では、上述のような歪センサ２２は、該歪センサ２２と共に歪センサカセット２０を構成する軸部材２１の軸方向中間部に取付けられている。そして、歪センサ２２は、取付ピン１８と共に変形する軸部材２１を介して取付ピン１８の歪を検出（測定）し、その検出信号をセンサ線２３を通じて後述するコントローラ２７に出力する構成となっている。
【００４１】
この場合、歪センサ２２を含む歪センサカセット２０は、取付ピン１８の内部に設置する構成となっているため、水滴、粉塵、飛び石等による歪センサ２２の損傷を防止できる他、点検時等に実施されるハンマ等による打検等に対しても歪センサ２２の損傷を防止することができる。これにより、歪センサ２２の信頼性、耐久性を確保することができる。
【００４２】
また、歪センサ２２を、軸部材２１に取付けることによりカートリッジ式の歪センサカセット２０として取り扱うことができるため、取付ピン１８に対する取付け取外しを容易に行うことができ、メンテナンス時の交換容易性を確保することもできる。
【００４３】
さらに、歪センサ２２は、歪センサカセット２０を取付ピン１８の挿入孔１８Ｆ内に取付けた状態で、取付ピン１８のうちで撓み量が最も大きくなる挿通孔１８Ｆの軸方向中間部に位置する構成となっている。このため、取付ピン１８の歪と相関関係を有する車体２に作用する力、即ち、取付ピン１８を通じて緩衝器１１から車体２に作用する実際の減衰力を精度よく求めることができ、検出精度、制御性能の向上を図ることができる。
【００４４】
次に、２６は車体２に設けられた加速度センサで、該加速度センサ２６は、鉄道車両１のばね上側となる車体２側で該車体２の左，右方向の振動加速度を検出するものである、このために、加速度センサ２６は、例えば車体２の下部、即ち、車体２の下面側で緩衝器１１の近傍となる位置に取付けられている。
【００４５】
そして、加速度センサ２６は、車体２の左，右方向の振動加速度を検出し、その検出信号を後述のコントローラ２７に出力する。なお、加速度センサ２６は、車両の前，後方向両側に設けられた各台車５に対応してそれぞれ設けられているため、一車両当たり（一車体当たり）、合計２個の加速度センサ２６を有する構成となっている。
【００４６】
次に、緩衝器１１の発生減衰力の調整（制御）を行うコントローラ（制御器）２７について説明する。
【００４７】
２７はマイクロコンピュータ等により構成されるコントローラで、該コントローラ２７は、車体２の左，右方向の振動を低減すべく、サンプリング時間ごとに例えばスカイフック理論（スカイフック制御則）に基づいて緩衝器１１を制御するものである。なお、ここでは制御側はＬＱＧ制御則、あるいはＨ∞制御則等によっても構わない。ここで、コントローラ２７は、その入力側が歪センサ２２、加速度センサ２６等に接続され、出力側が緩衝器１１のアクチュエータ１２等に接続されている。
【００４８】
また、コントローラ２７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部２７Ａを有している。そして、この記憶部２７Ａには、図８中に示すスカイフック制御部２８に用いられる制御処理用プログラム、図８中に示す力換算部２９で用いられる取付ピン１８の歪と車体２に作用する力との関係を表すマップ、計算式等が格納されている。
【００４９】
コントローラ２７は、図８に示すように、スカイフック制御部２８、力換算部２９、力制御器３０、電流制御器３３等を備えて構成されている。そして、コントローラ２７は、後述の如く力制御器３０による電流指令値に応じたＤＵＴＹ信号を緩衝器１１のアクチュエータ１２に出力することにより、緩衝器１１は、車体２の左，右方向の振動を低減するものである。
【００５０】
ここで、車体２に設けられた加速度センサ２６からの信号が入力されるスカイフック制御部２８は、加速度センサ２６からの信号に従ってスカイフック理論による目標減衰力（スカイフック制御量）を求めるものである。換言すれば、スカイフック制御部２８は、緩衝器１１が発生すべき目標減衰力である、計算上の必要減衰力を算出し、該計算上の必要減衰力の値に応じた信号を後述の力制御器３０に出力する。
【００５１】
一方、緩衝器１１の取付ピン１８に取付けられた歪センサ２２からの信号が入力される力換算部２９は、歪センサ２２からの信号に従って緩衝器１１から車体２に作用する力を求めるものである。具体的には、力換算部２９は、取付ピン１８の歪と車体２に作用する力との相関関係を表すマップ、計算式等を用いて、歪センサ２２からの信号（歪量）を、車体２に作用する力に換算し、該車体２に作用する力の値に応じた信号を、後述の力制御器３０に出力する。
【００５２】
力制御器３０は、力換算部２９で求められた車体２に作用する力、即ち、緩衝器１１から取付ピン１８を通じて車体２に作用する実際の減衰力を、フィードバックするためのものである。ここで、力制御器３０は、力換算部２９で求められた実際の減衰力とスカイフック制御部２８で求められた計算上の必要減衰力との差を目標値に対する誤差として演算する差演算部３１と、該差演算部３１からの信号（目標値に対する誤差）に従ってＰＩ制御（比例動作と積分動作とを組み合わせたフィードバック制御）による減衰力指令（電流指令値）を求めるＰＩ制御器３２とにより構成されている。そして、力制御器３０は、制御上最適な減衰力指令を生成し、緩衝器１１に設けられたアクチュエータ１２に対する電流指令値を算出する。
【００５３】
力制御器３０のＰＩ制御器３２からの信号（減衰力指令）が入力される電流制御器３３は、電流値取得部３４からアクチュエータ１２に流れる電流値情報によって電流制御系を構成すると共に、該アクチュエータ１２に対して制御信号を出力する。より具体的には、電流制御器３３は、例えばパルス波のＤＵＴＹ比を変化させるＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）を行うべく、力制御器３０から出力される電流指令値に応じたＤＵＴＹ信号をアクチュエータ１２に出力するものである。
【００５４】
そして、緩衝器１１は、電流制御器３３からのＤＵＴＹ信号（制御信号）に応じて、減衰力特性をハードな特性（硬特性）とソフトな特性（軟特性）との間で連続的、または複数段で可変に制御（調整）される。これにより、台車５に対する車体２の左，右方向の振動を低減することができる。
【００５５】
ところで、緩衝器の制御性能を向上させるためには、緩衝器が発生する減衰力を測定し、その測定値をフィードバックできるように構成することが好ましい。この理由は、緩衝器の減衰力を測定可能な場合は、減衰力を直接制御可能な力制御系を構成でき、緩衝器の減衰力を測定せずに減衰力を制御する場合と比較して制御性能を高くできるためである。
【００５６】
ここで、緩衝器の減衰力を測定するには、ロッドあるいはシリンダ本体の軸方向に圧縮状態で圧力センサ等の荷重センサを取付ける構成や、緩衝器の油圧を圧力センサで測定する構成、緩衝器のうち荷重が加わることによって変形する部位に歪センサを貼り付ける構成等が考えられる。
【００５７】
一方、制御性能のさらなる向上を図るためには、緩衝器が発生する減衰力ではなく、緩衝器から車体に加わる力、即ち、緩衝器と車体との間に設けられるゴムブッシュの撓み等の影響も含んだ値となる、実際に緩衝器から車体に伝達される力を測定し、その測定値をフィードバックできるように構成することがより好ましい。この場合は、緩衝器の減衰力を測定する場合と比較して、制御性能をより高くすることができる。
【００５８】
ここで、前述の特許文献２に開示された構成は、ゴムブッシュの変形量を検出し、該検出値から車輪に加わる荷重を求める構成となっている。しかし、荷重の検出精度、信頼性、耐久性、メンテナンス時の交換容易性等を十分に確保することができない虞がある。
【００５９】
また、自動車用のサスペンション装置を構成する緩衝器は、車体側にゴムブッシュが取付けられる構成となっている。即ち、例えば自動車の場合は、緩衝器の取付ピンを、車体に対してゴムブッシュを介して取付ける構成となっている。このため、車体に加わる力を測定するためには、車体側にも手を加える必要がある。
【００６０】
これに対し、鉄道用のサスペンション装置９を構成する緩衝器１１は、車体２側にゴムブッシュが取付けられる構成ではなく、緩衝器１１側の一部として、該緩衝器１１の取付アイ１６にゴムブッシュ１７を設ける構成となっている。即ち、緩衝器１１の取付ピン１８は、車体２（中心ピン６）に対してゴムブッシュ等の弾性部材を介することなく直接取付ける構成となっている。このため、車体２側に手を加えなくても、緩衝器１１側で車体２に加わる力を直接測定することができる。
【００６１】
この場合、緩衝器１１側の部材で、且つ、ゴムブッシュ１７よりも車体２側の部材としては、取付ピン１８が該当する。そこで、本実施の形態の場合は、取付ピン１８の歪を、歪センサ２２により測定することにより、該取付ピン１８を介して緩衝器１１から車体２に加わる力、即ち、ゴムブッシュ１７の撓み等の影響も含まれた実際に緩衝器１１から車体２に作用する減衰力を求める構成としている。
【００６２】
これにより、本実施の形態の場合は、緩衝器１１の被取付側へ伝達する力、即ち、緩衝器１１から取付ピン１８を介して車体２に作用する力（減衰力）を歪センサ２２により精度よく求めることができる。しかも、歪センサ２２により求められた車体２へ伝達する力は、緩衝器１１が発生する減衰力のフィードバック制御に用いる構成としている。このため、緩衝器１１による減衰性能（制振性能）を高めることができる。
【００６３】
図９は、本実施の形態、即ち、歪センサ２２の出力を用いて減衰力指令値を求めた場合の、該減衰力指令値と車体２に作用する実際の減衰力との時間変化の一例を示している。図１０は、比較例として、歪センサ２２の出力を用いずに減衰力指令値を求めた場合の、該減衰力指令値と車体２に作用する実際の減衰力との時間変化の一例を示している。
【００６４】
これら図９および図１０から明らかなように、歪センサ２２の出力を緩衝器１１が発生する減衰力のフィードバック制御に用いることにより、コントローラ２７で算出される減衰力指令値と車体２に作用する実際の減衰力とをほぼ一致させることができる。これにより、緩衝器１１による減衰性能（制振性能）を向上することができる。
【００６５】
また、本実施の形態の場合は、歪センサ２２を軸部材２１の内側に取付けると共に、これら軸部材２１と歪センサ２２とにより構成される歪センサカセット２０を、取付ピン１８の内部に設置する構成となっている。このため、水滴、粉塵、飛び石等による歪センサ２２の損傷を防止できる他、点検時等に実施されるハンマ等による打検等に対しても歪センサ２２の損傷を防止することができる。これにより、歪センサ２２の信頼性、耐久性を確保することができる。
【００６６】
また、歪センサ２２は、軸部材２１に取付けることによりカートリッジ式の歪センサカセット２０として取り扱うことができるため、取付ピン１８に対する取付け取外しを容易に行うことができ、メンテナンス時の交換容易性を確保することもできる。
【００６７】
また、歪センサ２２は、歪センサカセット２０を取付ピン１８の挿入孔１８Ｆ内に取付けた状態で、取付ピン１８のうちで撓み量が最も大きくなる挿通孔１８Ｆの軸方向中間部に位置する構成となっている。このため、取付ピン１８の歪と相関関係を有する車体２に作用する力、即ち、取付ピン１８を通じて緩衝器１１から車体２に作用する実際の減衰力を精度よく求めることができ、検出精度、制御性能の向上を図ることができる。
【００６８】
さらに、取付ピン１８には、挿入孔１８Ｆを形成する加工を施すだけで済むため、緩衝器１１の製造作業が面倒になることも抑制することができ、製作性（製作容易性）を確保することもできる。
【００６９】
また、歪センサカセット２０は、取付ピン１８をゴムブッシュ１７に取り付けた後に該取付ピン１８の挿入孔１８Ｆ内に挿入することにより、該取付ピン１８に容易に取付けることができる。このため、この面からも、製造作業が面倒になることを抑制することができる。
【００７０】
次に、図１１および図１２は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、取付ピンを被取付側に取付けるためのボルトを用いて歪センサカセットを取付ピンの挿入孔に固定する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
緩衝器１１のボトム側の取付アイ１６の内側には、円環状のゴムブッシュ１７を介して取付ピン１８が取付けられている。そして、取付ピン１８には、該取付ピン１８の長さ方向全体にわたる挿入孔４１が形成されている。即ち、上述した第１の実施の形態の場合は、取付ピン１８の円筒部１８Ａの両側面の間を貫通するように挿入孔１８Ｆが形成されていたのに対して、本実施の形態の場合は、取付ピン１８の軸方向一端面と他端面との間を貫通するように挿入孔４１が形成されている。
【００７２】
そして、挿入孔４１の軸方向寸法が第１の実施の形態の挿入孔１８Ｆに比べて長くなったことに伴って、本実施の形態の歪センサカセット４２の軸方向寸法、即ち、歪センサカセット４２を構成する軸部材４３の軸方向寸法も長くなっている。具体的には、軸部材４３の軸方向寸法は、取付ピン１８を車体２に設けられ中心ピン６に固定するためのボルト１９の離間寸法と同じ長さに設定している。これにより、これら両ボルト１９を用いて歪センサカセット４２を、取付ピン１８の挿入孔４１に軸方向の位置決めがされた状態で固定することができる。
【００７３】
かくして、このように構成される第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、取付ピン１８を被取付側となる車体２（中心ピン６）に取付けるためのボルト１９を用いて歪センサカセット４２を取付ピン１８の挿入孔４１に固定する構成としているため、上述した第１の実施の形態で用いていたボルト２４を省略することができ、部品点数の低減を図ることができる。
【００７４】
次に、図１３は本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサカセット５１（を構成する軸部材５２）を３箇所の面で図４に示す挿入孔１８Ｆと接する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１，第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７５】
本実施の形態の歪センサカセット５１は、上述した第１の実施の形態の歪センサカセット２０に比べ、挿入孔１８Ｆと軸部材５２とが３箇所でのみ接触しているため、挿入孔１８Ｆに歪センサカセット５１を挿抜する際の抵抗を小さくすることができ、挿抜に関する作業性が大きく向上する。また，歪センサカセット５１が挿抜時に変形するリスクを小さくできる。
【００７６】
図１４は本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサカセット６１（を構成する軸部材６２）を２箇所の面で図４の挿入孔１８Ｆと接する構成としたことにある。この第４の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例で、得られる効果は第３の実施の形態と同様である。
【００７７】
次に、図１５は本発明の第５の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサカセットを構成する軸部材に軸方向の外力を加えた状態で該歪センサカセットを挿入孔に配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７８】
本実施の形態の歪センサカセット７１は、上述した第１の実施の形態の歪センサカセット２０に比べて軸方向寸法を長くしている。即ち、歪センサカセット７１を構成する軸部材７２の軸方向長さ寸法を、上述した第１の実施の形態の歪センサカセット２０を構成する軸部材２１の軸方向長さ寸法よりも長くしている。
【００７９】
これにより、歪センサカセット７１を取付ピン１８の挿入孔１８Ｆに挿入すると共に、挿入孔１８Ｆの両端側にそれぞれボルト２４を螺合した状態で、歪センサカセット７１の軸部材７２に両ボルト２４から軸方向の外力（圧縮力）が加わる構成となっている。
【００８０】
換言すれば、軸部材７２は、各ボルト２４によって該軸部材７２に軸方向の外力を加えた状態で、取付ピン１８の挿入孔１８Ｆに配置される構成となっている。そして、この状態で、軸部材７２は、各ボルト２４から加わる外力により若干湾曲変形した状態で挿入孔１８Ｆに固定される構成となっている。
【００８１】
かくして、このように構成される第５の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、歪センサカセット７１の軸部材７２は、ボルト２４によって該軸部材７２に軸方向の外力を加えた状態で、取付ピン１８の挿入孔１８Ｆに配置される構成となっている。このため、取付ピン１８の歪をヒステリシス分が少なくなるように歪センサ２２で検出することができる。
【００８２】
換言すれば、本実施の形態の場合は、軸部材７２にボルト２４によって軸方向の初期荷重を付与することができ、歪センサ２２により検出される歪の初期値の設定にばらつきをなくすことができる。即ち、例えばボルト２４の締め付けトルクを規制（管理）する等によって、軸部材７２に所定の初期荷重を常に付与することができ、歪センサ２２により検出される歪の初期値を一定の値に設定することができる。これにより、歪センサカセット７１の取付作業を行う作業者によって、歪センサ２２により検出される歪の初期値がばらつくことを抑制することができ、検出精度の向上や検出値の信頼性を確保することができる。
【００８３】
次に、図１６および図１７は本発明の第６の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサカセット８１を構成する軸部材８２に軸方向の外力を加えた状態で該歪センサカセット８１を挿入孔１８Ｆに配置する構成としたこと、および歪センサカセット８１に軸方向の外力（圧縮力）Ｆが作用すると、歪センサカセット８１が部分的に径方向に寸法が増大するよう変形することにある。なお、本実施の形態では、上述した第１ないし第５の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８４】
本実施の形態の歪センサカセット８１を構成する軸部材８２は、その軸方向の３箇所位置に厚みが他の部分よりも薄くなった薄肉部分を形成している。このため、歪センサカセット８１を挿入孔１８Ｆに挿入し、この挿入孔１８Ｆの両端側にそれぞれボルト２４（図１５参照）を螺合することにより、歪センサカセット８１の軸部材８２に両ボルト２４から軸方向の外力（圧縮力）Ｆが加わると、図１６に矢印Ｋで示すように、歪センサカセット８１（軸部材８２）の薄肉部分が径方向に寸法が増大する。この結果、本実施の形態では、上述した第３の実施の形態のように、３箇所の面で図４の挿入孔１８Ｆと接する構成としたことと同様の効果を得ることができる。
【００８５】
次に、図１８は本発明の第７の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサカセット９１（を構成する軸部材９２）を３箇所の面で止めねじ（セットスクリュー）９３で固定することにより、図４の挿入孔１８Ｆと接する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１，第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。この第７の実施の形態は、第３の実施の形態の変形例で，得られる効果は第３の実施の形態と同様である。
【００８６】
次に、図１９は本発明の第８の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、図４に示す挿入孔１８Ｆを屈曲させて構成し、ひいては歪センサカセット１０１を屈曲させて挿入孔１８Ｆ内に設置することにある。
【００８７】
ここでは、歪センサカセット１０１（を構成する軸部材１０２）には両ボルト２４によって軸方向の外力（圧縮力）は加えない構成となっている。本実施の形態では、上述の第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
次に、図２０は本発明の第９の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、歪センサを取付ピンの軸方向に離間して２つ設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８９】
歪センサカセット１１１は、円管状に形成され挿入孔１８Ｆ内に圧入される軸部材１１２と、該軸部材１１２の内側で該軸部材１１２の軸方向に離間して取付けられた２つ（一対）の歪センサ２２と、該各歪センサ２２とコントローラ２７とを接続するセンサ線２３とにより大略構成されている。そして、取付ピン１８の軸方向に離間して設けられた２つの歪センサ２２の出力から、車体２へ伝達する力、即ち、取付ピン１８を通じて緩衝器１１から車体２に作用する減衰力を求める構成となっている。
【００９０】
かくして、このように構成される第９の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、緩衝器１１から取付ピン１８にこじり力が作用しても、このこじり力をキャンセルしてシリンダ本体１１Ａの軸方向のみの力を求めることができる。即ち、こじり力は、取付ピン１８の軸方向中心を挟んで軸方向一端側と他端側とでその応力の方向が反転する。このため、取付ピン１８の軸方向に離間して設けられた２つの歪センサ２２の出力の平均値を取ることにより、こじり力がキャンセルされたシリンダ本体１１Ａの軸方向のみの力を求めることができる。これにより、検出精度の向上や検出値の信頼性を確保することができる。
【００９１】
なお、上述した第９の実施の形態では、取付ピン１８の軸方向に離間して２つの歪センサ２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、取付ピン１８の軸方向に離間して３つ以上の歪センサ２２を設ける構成としてもよい。
【００９２】
上述した各実施の形態では、緩衝器１１のボトム側を車体２に取付けるための取付ピン１８に歪センサ２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、緩衝器（シリンダ装置）のロッド側を車体や台車に取付けるための取付ピンに歪センサを設ける構成としてもよい。
【００９３】
ただし、緩衝器１１のボトム側の取付ピン１８に歪センサ２２を設ける構成とした場合には、センサ線２３をアクチュエータ１２に向けて配設することにより、該アクチュエー１２とコントローラ２７とを接続するケーブル２５と束ねてコントローラ２７側に引出すことができる。この為、この面からは、緩衝器１１のボトム側の取付ピン１８に歪センサ２２を設けることが好ましい。
【００９４】
一方、緩衝器（シリンダ装置）のロッド側の取付ピンに歪センサを設ける構成とした場合は、ロッド側の歪センサから、無線等により非接触でシリンダ本体側のセンサ線にセンサ信号を伝達する構成とすることができる。そして、シリンダ本体側のセンサ線は、該シリンダ本体側からアクチュエーとコントローラとを接続するケーブルと束ねてコントローラ側に引出すことができる。
【００９５】
上述した各実施の形態では、車体２側に取付けられる取付ピン１８に歪センサ２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、台車側に取付けられる取付ピンに歪センサを設ける構成としてもよい。この場合には、歪センサにより緩衝器（シリンダ装置）から台車に加わる力を求めることができる。
【００９６】
上述した各実施の形態では、緩衝器１１により車体２の左，右方向の振動を低減するように構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、緩衝器により車体の上，下方向の振動を低減するように構成してもよい。
【００９７】
以上の実施の形態によれば、歪センサにより取付ピンの歪を測定することにより、該取付ピンを介してシリンダ装置から被取付側へ伝達する力を求める構成としている。このため、歪センサにより、シリンダ装置から被取付側へ伝達する力を精度よく求めることができる。
【００９８】
しかも、歪センサにより求められた被取付側へ伝達する力は、シリンダ装置が発生する力（減衰力）の制御（フィードバック制御）に用いる構成としている。このため、シリンダ装置が発生する力の制御性能、例えば、減衰性能、制振性能等を高めることもできる。
【００９９】
実施の形態によれば、歪センサを少なくとも取付ピンの軸方向に離間して２つ設ける構成としているので、シリンダ装置と被取付側との間でこじり力が作用しても、このこじり力をキャンセルしてシリンダ本体の軸方向のみの力を求めることができる。これにより、検出精度のさらなる向上や検出値のさらなる信頼性の確保を図ることができる。
【０１００】
実施の形態によれば、取付ピンに軸方向に延びる挿入孔を形成し、該挿入孔に歪センサを取付た軸部材を挿入する構成としているので、歪センサを軸部材と共に一まとめに取扱うことができる。このため、取付ピンに対する歪センサの取付け取外しを容易に行うことができ、メンテナンス時の交換容易性を確保することができる。また、水滴、粉塵、飛び石等による歪センサの損傷を防止できる他、点検時等に実施されるハンマ等による打検等に対しても歪センサの損傷を防止することができる。これにより、歪センサの信頼性、耐久性を確保することができる。
【０１０１】
実施の形態によれば、軸部材を軸方向に外力を加えた状態で挿入孔に配置する構成としているので、軸部材に初期荷重を付与することができ、歪センサにより検出される歪の初期値の設定にばらつきをなくすことができる。即ち、外力の大きさを管理する等によって、軸部材に所定の初期荷重を常に付与することができ、歪センサにより検出される歪の初期値を一定の値に設定することができる。これにより、軸部材の取付作業を行う作業者によって、歪センサにより検出される歪の初期値がばらつくことを抑制することができ、検出精度の向上や検出値の信頼性を確保することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  鉄道車両
２  車体（被取付側）
３  車輪
４  レール
５  台車
９  サスペンション装置
１０  空気ばね
１１  緩衝器（シリンダ装置）
１１Ａ  シリンダ本体
１１Ｂ  ロッド
１２  アクチュエータ
１６  取付アイ
１８  取付ピン
１８Ｆ，４１  挿入孔
２０，４２，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１  歪センサカセット
２１，４３，５２，６２，７２，８２，９２，１０２，１１２  軸部材
２２  歪センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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