(57)【要約】【課題】鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、気体圧供給源からの気体供給に支障が生じても、自己起動的にレールブレーキを動作させることである。【解決手段】鉄道車両のレールブレーキシステムは、車輪に支持された台車枠から昇降装置を介してレール側に昇降可能なフレームを備える。昇降装置２０は、気体圧供給源７０と、気体圧シリンダ２２と、気体圧供給源７０から逆止弁７２を介して気体圧シリンダ２２の第１気体室３０に延びる気体圧供給路８０と、気体圧供給路８０に接続される第１ポート１０６、大気圧開放口に接続される第２ポート１０８、及び気体圧シリンダ２２の第２気体室に接続される第３ポート１１０を有する三方弁１００とを含む。三方弁１００の第３ポートは、ブレーキ制御が休止状態のとき第２ポート１０８に連通され、ブレーキ制御が操作状態のとき第１ポート１０６に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に支持された台車枠から昇降装置を介して昇降可能なフレームと、
フレームに取り付けられた磁極、及び磁極に巻回される励磁コイルを含む磁束発生部と、
レールに対向して磁極に取り付けられたブレーキシューと、
昇降装置の昇降、及び励磁コイルの励磁の制御によってブレーキシューとレールとの間のブレーキ制御を行う制御装置と、
を備え、
昇降装置は、
気体圧供給源と、
フレームと台車枠との間に設けられる気体圧シリンダであって、ピストンロッド側の第１気体室、及びピストンロッドと反対側の第２気体室にピストンによって仕切られる気体圧シリンダと、
気体圧供給源から逆止弁を介して気体圧シリンダの第１気体室に延びる気体圧供給路と、
気体圧供給路に接続される第１ポート、大気に開放される第２ポート、及び気体圧シリンダの第２気体室に接続される第３ポートを有し、ブレーキ制御が休止状態のときは第３ポートを第２ポートに連通させ、ブレーキ制御が操作状態のときは第３ポートを第１ポートに接続させる三方弁と、
を含むことを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、
昇降装置は、三方弁の第１ポートと気体圧供給路との接続点に設けられるバッファタンクを含むことを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、
ピストンは、
第１気体室側の受圧面積が第２気体室側の受圧面積の８０％以下１０％以上であることを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、
気体圧シリンダの軸方向は、フレームの昇降方向と平行であることを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、
気体圧シリンダは、
気体圧供給路と第１気体室の端部との間に所定のオリフィスを介して接続する端部流路と、
第１気体室において端部流路よりも第２気体室側で気体圧供給路に接続されるバイパス流路と、
を有することを特徴とする鉄道車両のレールブレーキシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールと鉄道車両との間でブレーキを掛けることができる鉄道車両のレールブレーキシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両を減速し停止させるためのブレーキ装置としては、車輪に摩擦力等の制動力を掛ける車輪ブレーキ方式が取られる。緊急時等において鉄道車両の減速と停止をさらに短時間で行うために、車輪ブレーキ方式に加えて、車体に掛かる風圧の受圧面積を増大させる方式や、鉄道車両とレールとの間の摩擦ブレーキあるいは渦電流ブレーキを利用するレールブレーキ方式が提案されている。
【０００３】
例えば、引用文献１には、レールブレーキ装置として、車輪に支持された台車枠から油圧シリンダまたは空気圧シリンダによって構成された昇降装置を介して昇降可能なフレームに、磁極と、磁極に巻回された励磁コイルとが取り付けられた構成が述べられている。磁極には、レールに対向するブレーキシューが取り付けられ、レールブレーキ動作時には、フレームを昇降装置によって下降させ、励磁コイルに通電して磁束を発生させることができる。この磁束はブレーキシューを介してレールに入り、鉄道車両とレールとの間の相対速度と磁束との積の関数として、レールに渦電流によるブレーキ力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０３４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レールブレーキ方式における昇降装置を降下させるために用いられる気体圧シリンダには、気体圧供給源から所定の圧力の気体が供給される。例えば、何らかの理由で気体圧供給源からの気体供給に支障が生じると、レールブレーキの動作に支障が生じ得る。そこで、気体圧供給源からの気体供給に支障が生じても、自己起動的にレールブレーキが動作することが可能な鉄道車両のレールブレーキシステムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムは、車輪に支持された台車枠から昇降装置を介して昇降可能なフレームと、フレームに取り付けられた磁極、及び磁極に巻回される励磁コイルを含む磁束発生部と、レールに対向して磁極に取り付けられたブレーキシューと、昇降装置の昇降、及び励磁コイルの励磁の制御によってブレーキシューとレールとの間のブレーキ制御を行う制御装置と、を備え、昇降装置は、気体圧供給源と、フレームと台車枠との間に設けられる気体圧シリンダであって、ピストンロッド側の第１気体室、及びピストンロッドと反対側の第２気体室にピストンによって仕切られる気体圧シリンダと、気体圧供給源から逆止弁を介して気体圧シリンダの第１気体室に延びる気体圧供給路と、気体圧供給路に接続される第１ポート、大気に開放される第２ポート、及び気体圧シリンダの第２気体室に接続される第３ポートを有し、ブレーキ制御が休止状態のときは第３ポートを第２ポートに連通させ、ブレーキ制御が操作状態のときは第３ポートを第１ポートに接続させる三方弁と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、ブレーキ制御が操作状態のときには、気体圧シリンダの第１気体室と第２気体室が三方弁を介して連通する。ピストンの第１気体室側の受圧面積は、ピストンロッドの断面積の分だけ第２気体室側の受圧面積より少ない。第１気体室と第２気体室とが同じ圧力であっても、この受圧面積の差によって、ピストンは第２気体室側から第１気体室側に向かう方向に移動する。
【０００８】
ここで、仮に気体供給願からの気体供給がなくなっても、逆止弁によって気体圧シリンダの第１気体室と第２気体室の間の三方弁を介した連通状態における気体圧の状態は維持される。この維持される気体圧によって、上記の面積差による移動は自己起動的に生じるので、台車枠に対しフレームをレール側に移動させることができ、レールブレーキが動作する。
【０００９】
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、昇降装置は、三方弁の第１ポートと気体圧供給路との接続点に設けられるバッファタンクを含むことが好ましい。
【００１０】
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側の受圧面積の差によって、ピストンは第１気体室側であるフレーム側に自己起動的に移動する。第１気体室の体積と第２気体室の体積の間に体積差があるので、ピストンの自己起動的な移動によって、第１気体室と第２気体室の間の三方弁を介した連通状態における気体圧が僅かに変動する。バッファタンクを備えることで、この気体圧の僅かな変動を補償することができ、レールブレーキの動作が安定する。
【００１１】
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、ピストンは、第１気体室側の受圧面積が第２気体室側の受圧面積の８０％以下１０％以上であることが好ましい。
【００１２】
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側における受圧面積の差によって、ピストンは第２気体室側から第１気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動は、受圧面積の差が大きいほど迅速になるが、利用者等への衝撃を考慮すると、急激すぎるブレーキ動作を避けることが望ましい。上記構成では、ピストンの第２気体室側の受圧面積を基準の１００％として、第１気体室の受圧面積が８０％から１０％の範囲であるので、受圧面積の差は、第２気体室の受圧面積の２０％から９０％の範囲で、レールブレーキの仕様に応じて設定できる。
【００１３】
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、気体圧シリンダの軸方向は、フレームの昇降方向と平行であることが好ましい。
【００１４】
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側の受圧面積の差によって、ピストンは第２気体室側から第１気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。気体圧シリンダの軸方向をフレームの昇降方向と平行とすることで、ピストンの自重による自己起動的な移動が加算され、レールブレーキの動作がより確実になる。
【００１５】
また、本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムにおいて、気体圧シリンダは、気体圧供給路と第１気体室の端部との間に所定のオリフィスを介して接続する端部流路と、第１気体室において端部流路よりも第２気体室側で気体圧供給路に接続されるバイパス流路と、を有することが好ましい。
【００１６】
上記構成の鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなったときでも、ピストンの両側における受圧面積の差によって、ピストンは第２気体室側から第１気体室側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動速度は、第１気体室からの気体の抜ける速度に依存する。上記構成によれば、ピストンの位置がバイパス流路を塞がないときは、第１気体室の気体はバイパス流路と端部流路の双方を経由して第２気体室側に抜ける。ピストンの位置が第１気体室側の方向に移動してバイパス流路を塞ぐと、第１気体室の気体は端部流路のオリフィスを経由してのみ第２気体室側に抜ける。したがって、ピストンが第１気体室側の方向に移動するに従って、第１気体室の気体の第２気体室側に抜ける量を少なくできるので、これによってピストンの移動速度を緩やかにでき、レールブレーキの動作による衝撃を緩和できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る鉄道車両のレールブレーキシステムによれば、気体圧供給源からの気体供給に支障が生じても、自己起動的にレールブレーキが動作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施の形態における鉄道車両のレールブレーキシステムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における鉄道車両のレールブレーキシステムの昇降装置の構成図である。ここでは、ブレーキ制御が休止状態のときを示す。
【図３】図２に対応して、ブレーキ制御が操作状態のときの昇降装置を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態における鉄道車両のレールブレーキシステムについて、ブレーキ制御が休止状態と操作状態との間で移るときの昇降装置の状態変化を示す図である。図４（ａ）は休止状態のときを示し、（ｂ）は休止状態から操作状態に切り替わったときの過渡状態を示し、（ｃ）は操作状態のときを示し、（ｄ）は操作状態から休止状態に切り替わったときの過渡状態を示す図である。
【図５】図４において、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなった場合について、昇降装置の状態変化を示す図である。図５の（ａ）から（ｄ）は、それぞれ図４の（ａ）から（ｄ）に対応する。
【図６】従来技術における鉄道車両のレールブレーキシステムについて、ブレーキ制御が休止状態と操作状態との間で移るときの昇降装置の状態変化を示す図である。図６の（ａ）から（ｄ）は、それぞれ図４の（ａ）から（ｄ）に対応する。
【図７】図６において、仮に気体圧供給源からの気体供給がなくなった場合について、昇降装置の状態変化を示す図である。図７の（ａ）から（ｄ）は、それぞれ図６の（ａ）から（ｄ）に対応する。
【図８】本発明に係る実施の形態における鉄道車両のレールブレーキシステムの昇降装置について、気体圧シリンダの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、鉄道車両に昇降装置が搭載される場合に、昇降装置の気体圧シリンダの第１気体室側がレールブレーキ用のフレーム側に配置され、第２気体室側が台車枠側に配置されるものとするが、これは説明のための例示である。これとは逆に、気体圧シリンダの第１気体室側が台車枠側に配置され、第２気体室側がフレーム側に配置されてもよい。
【００２０】
以下では、気体圧シリンダのピストンの移動方向がフレームの昇降方向と平行とするが、これは説明のための例示であって、適当な昇降方向の変換装置を用いることで、気体圧シリンダのピストンの移動方向をフレームの昇降方向に対して傾斜させることができる。例えば、フレームの自重を利用し、ピストンロッドの先端部とフレームとを適当なロープで接続するときは、滑車を介して昇降方向を変換することができる。
【００２１】
以下では、気体圧供給源に適用される気体として大気である空気を説明するが、ここでいう空気は広義のものであって、大気である空気以外にも、それに準じる成分構成を有する気体、例えば乾燥空気、窒素ガス等を用いるものとしてもよい。
【００２２】
以下で述べる寸法、数値等は説明のための例示であって、鉄道車両のレールブレーキシステムの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、鉄道車両のレールブレーキシステム１０の構成図である。鉄道車両のレールブレーキシステム１０は、図示を省略した鉄道車両において、車輪ブレーキとは別に、渦電流を用いて、レール４と鉄道車両との間に制動を掛けるレールブレーキに関するシステムである。以下では、特に断らない限り、鉄道車両のレールブレーキシステム１０を、単に、レールブレーキシステム１０と呼ぶ。レールブレーキシステム１０は、フレーム１２と、昇降装置２０と、制御装置１２０とを含む。図１では、レールブレーキシステム１０を構成しない要素であるが、レール４と、レール上を走行する車輪６と、車輪６に支持された台車枠８とを図示した。
【００２４】
フレーム１２は、昇降装置２０を介して台車枠８に対して昇降可能な部材である。フレーム１２には、レール４に渦電流を発生させるための磁束発生部１４として、磁極１５と、磁極１５に巻回される励磁コイル１６とが取り付けられる。ブレーキシュー１８は、磁極に取り付けられてレール４に向かい合う鉄片である。レールブレーキは、磁束がブレーキシュー１８を通ってレール４に入り、鉄道車両とレール４との間の相対速度と磁束の積の関数として、レール４に発生する渦電流制動力である。
【００２５】
また、磁束によってレール４と磁極１５との間に電磁吸引力が発生するので、この電磁吸引力によりレール４とブレーキシュー１８が接触するときは、電磁吸引力とブレーキシュー１８の摩擦係数によって発生する摩擦制動力利用できる。摩擦制動力を利用する場合は、摩擦による発熱を抑制するために適当な冷媒供給機構を設けることが好ましい。したがって、広義におけるレールブレーキは、レール４についての渦電流制動力と摩擦制動力とを合わせた制動力を意味するが、以下では、狭義の渦電流制動力をレールブレーキとする。
【００２６】
昇降装置２０は、気体圧シリンダ２２と、昇降気体圧回路２４とを含む。気体圧シリンダ２２は、台車枠８とフレーム１２との間に設けられ、昇降気体圧回路２４に含まれる気体圧供給源７０から供給される所定の圧力ＰS（図２参照）を有する気体を用いて動作する推力発生機構である。昇降装置２０の詳細とその動作については、図２以下で述べる。
【００２７】
制御装置１２０は、鉄道車両に搭載され、鉄道車両の走行全体を制御する装置であるが、ここでは、特に、レールブレーキに関する制御を行う機能について述べる。制御装置１２０は、励磁コイル１６に所定の励磁電流を供給する励磁回路１２２と、昇降装置２０の一部を構成する昇降気体圧回路２４と、ブレーキ制御部１２４とを含む。ブレーキ制御部１２４は、緊急時等において、鉄道車両の減速と停止を短時間で行うために、ブレーキ制御を行う。ブレーキ制御は、昇降気体圧回路２４を介した気体圧シリンダ２２の動作制御と、励磁回路１２２を介した励磁コイル１６の励磁制御とを含む。ブレーキ制御が休止状態のときは、励磁回路１２２は励磁電流を出力せず、気体圧シリンダ２２は縮小状態にあり昇降装置２０はフレーム１２を台車枠８側に引き寄せる。ブレーキ制御が操作状態のときは、励磁回路１２２は励磁電流を出力し、気体圧シリンダ２２は伸長状態となり昇降装置２０はフレーム１２をレール４側に移動させる。
【００２８】
図１に、鉄道車両に関して直交する３方向を示す。前後方向は鉄道車両の走行方向で、レール４が延伸する方向である。幅方向は鉄道車両の車幅方向である。上下方向は鉄道車両の上下方向で、フレーム１２については、台車枠８側が上方側の方向、レール４側が下方側の方向となる。
【００２９】
図２と図３は、昇降装置２０の構成図である。図２は、ブレーキ制御が休止状態のときの昇降装置２０の状態を示し、図３は、ブレーキ制御が操作状態のときの昇降装置２０の状態を示す。昇降装置２０を構成する気体圧シリンダ２２は、シリンダ部２６とピストン部２８とを含む。昇降装置２０を構成する昇降気体圧回路２４は、気体圧供給源７０と、逆止弁７２と、気体圧供給路８０と、三方弁１００とを含む。図２と図３は、ブレーキ制御の状態が異なることに対応して、三方弁１００の動作状態と、シリンダ部２６に対するピストン部２８の位置とが相違する。シリンダ部２６とピストン部２８とは、共に複数の構成要素を含むが、図２では比較的にシリンダ部２６の各構成要素が分かり易く示され、図３では比較的にピストン部２８の各構成要素が分かり易く示される。そこで、図２と図３を使い分けながら、昇降装置２０の各構成要素を述べる。
【００３０】
気体圧シリンダ２２は、気体圧によってシリンダ部２６の軸方向に沿ってピストン部２８が摺動する直進移動機構である。気体圧シリンダ２２の軸方向は、図１で述べたフレーム１２の昇降方向と平行である。気体圧シリンダ２２のシリンダ部２６の内部空間は、ピストン部２８を構成するピストン５０によって第１気体室３０と第２気体室３２に仕切られる。気体圧シリンダ２２の軸方向であるフレーム１２の昇降方向に沿って、レール４側の空間が第１気体室３０で、台車枠８側の空間が第２気体室３２である。気体圧シリンダ２２には、第１気体室３０に連通するロッド側ポート３４と、第２気体室３２に連通するヘッド側ポート３６とが設けられる。以下では、昇降装置２０の上下方向について、台車枠側の方向を第２気体室３２側の方向と呼び、レール側の方向を第１気体室３０側の方向と呼ぶ。
【００３１】
気体圧シリンダ２２のシリンダ部２６は、図２に示すように、シリンダチューブ３８、ヘッドカバー４０、第１ロッドカバー４２、第２ロッドカバー４４を含む。
【００３２】
シリンダチューブ３８は、ピストン部２８のピストン５０の外周壁が摺動する内周壁を有する円筒状の部材である。シリンダチューブ３８の内周壁は滑らかに高精度に加工され、内径寸法は所定の精度で管理される。
【００３３】
ヘッドカバー４０は、シリンダチューブ３８の第２気体室３２側の開口を塞ぐカバー部材である。ヘッドカバー４０は、台車枠８に取付けられ、これによってシリンダ部２６は台車枠８と一体化され、固定される。第１ロッドカバー４２と第２ロッドカバー４４は、シリンダチューブ３８の第１気体室３０側の開口を塞ぐカバー部材である。
【００３４】
第１ロッドカバー４２の内径側には、摺動シールリング４６が配置される。摺動シールリング４６は、ピストン部２８のピストンロッド５２の外周壁が摺動する内周壁を有する円筒状の部材である。摺動シールリング４６の内周壁は滑らかに高精度に加工され、内径寸法は所定の精度で管理される。摺動シールリング４６は、ピストンロッド５２を軸方向に沿って傾かないように案内するために、適当な軸方向長さを有する。摺動シールリング４６には、軸方向の長さに応じて、適当な数のロッド支持リング４８が配置される。図２、図３の例では２つのロッド支持リング４８が配置される。ロッド支持リング４８は、摺動シールリング４６とピストンロッド５２との間から気体が漏れることを防止する環状のシール部材である。第２ロッドカバー４４は、第１ロッドカバー４２に接続されて摺動シールリング４６の端部を保持し、ピストンロッド５２が摺動できる貫通穴を有するカバー部材である。
【００３５】
気体圧シリンダ２２のピストン部２８は、図３に示すように、ピストン５０、ピストンロッド５２、コンロッドスリーブ５４、コンロッド５６、ピストン押えリング５８、ストッパ６０を含む。
【００３６】
ピストン５０は、シリンダ部２６のシリンダチューブ３８の内周壁に案内されて軸方向に移動する円板状の部材である。ピストン５０の外周壁には、摺動リング６２が配置される。摺動リング６２は、シリンダチューブ３８の内周壁を摺動するリング状の部材である。摺動リング６２の外周壁は滑らかに高精度に加工され、外径寸法は所定の精度で管理される。摺動リング６２の軸方向に沿ったほぼ中央部に設けられるピストンリング６４は、シリンダチューブ３８と摺動リング６２との間から気体が漏れることを防止する環状のシール部材である。ピストン５０によって、シリンダチューブ３８の内部空間は、第１気体室３０と第２気体室３２とに仕切られる。
【００３７】
ピストンロッド５２は、一方端がピストン５０の第１気体室３０側に取付けられ、他方端がシリンダ部２６の第１気体室３０側に突出す円柱状の部材である。ピストン部２８として組立された状態では、ピストン５０はピストンロッド５２に対して鍔状に径方向に張り出す円板状であるが、ピストン部２８として組立される前の状態のピストン５０は円環状の部材である。この円環状の内径穴にピストンロッド５２の一方端が挿入され、ピストン押えリング５８によってピストン５０とピストンロッド５２とが一体化されて固定される。
【００３８】
ピストンロッド５２はその内径側にコンロッドスリーブ５４が嵌め込まれ、コンロッドスリーブ５４の内径側にコンロッド５６が嵌め込まれる。コンロッドスリーブ５４とコンロッド５６とはストッパ６０によって一体化され、固定される。コンロッド５６の先端部は、レールブレーキ用のフレーム１２に取付けられ、これによってピストンロッド５２とフレーム１２が一体化され、固定される。
【００３９】
上記のように、シリンダ部２６のヘッドカバー４０が台車枠８に一体化されて取付けられ、ピストン部２８のコンロッド５６がフレーム１２に一体化されて取付けられる。気体圧シリンダ２２においてシリンダ部２６に対しピストン部２８が第１気体室３０側に移動すると、車軸に固定された台車枠８に対し、フレーム１２が下方側に移動する。フレーム１２が下方に移動するとともに、フレーム１２に設けられた励磁コイル１６が励磁され、磁極１５を介してブレーキシュー１８がレール４と相互作用してレールブレーキが働く。
【００４０】
ピストン５０の外径をＤとし、ピストンロッド５２の外径をｄとすると、第２気体室３２の受圧面積Ａ2は、Ａ2＝（πＤ2／４）で示され、第１気体室３０の受圧面積Ａ1は、Ａ1＝｛（πＤ2／４）−（πｄ2／４）｝で示される。受圧面積の差ΔＡは（Ａ2−Ａ1）で、ピストンロッド５２の断面積（πｄ2／４）である。第２気体室３２の受圧面積Ａ2＝（πＤ2／４）を基準の１００％とすると、受圧面積の差は、ΔＡ＝（ｄ／Ｄ）2×１００％で与えられる。
【００４１】
ここで、第１気体室３０の圧力が第２気体室３２の圧力と同じのときは、その圧力をＰAとして、｛ＰA×（受圧面積の差）｝＝｛ＰA×（ｄ／Ｄ）2×１００％｝の大きさの推力が生じる。推力は、ＰAが大気圧よりも大きい正圧のとき、第２気体室３２側から第１気体室３０側の方向に生じる。これについては、図４以下で昇降装置２０の作用効果として後述する。
【００４２】
昇降気体圧回路２４は、気体圧供給源７０、逆止弁７２、フィルタ７４、絞り部７６、気体圧供給路８０、三方弁１００を含んで構成される。
【００４３】
気体圧供給源７０は、所定の圧力ＰSを有する気体を、気体圧シリンダ２２に対して供給する高圧気体源である。気体圧供給源７０としては、鉄道車両に搭載可能なコンプレッサが用いられる。場合によっては、高圧タンクを用いてもよい。
【００４４】
気体圧供給路８０は、気体圧供給源７０と気体圧シリンダ２２のロッド側ポート３４とを結ぶ高圧流路である。気体圧供給路８０には、気体圧供給源７０側からロッド側ポート３４に向かって、高圧気体の逆流を防止する逆止弁７２、供給される気体に含まれる塵埃等を除去するフィルタ７４、流速を適度に抑制する絞り部７６、バッファタンク７８が順次配置される。
【００４５】
三方弁１００は、制御装置１２０のブレーキ制御部１２４の制御の下で動作し、第１ポート１０６、第２ポート１０８、第３ポート１１０の３つの気体入出力ポートを有する電磁弁である。第１ポート１０６は、第１ポート側流路８２に接続される。第１ポート側流路８２は、接続点８４において気体圧供給路８０と接続する。第２ポート１０８は、第２ポート側流路８６に接続され、第２ポート側流路８６は、絞り部９０と消音器９２を経て大気に開放される。第３ポート１１０は、第３ポート側流路８８を介して気体圧シリンダ２２のヘッド側ポート３６に接続される。
【００４６】
三方弁１００は、第１ポート１０６、第２ポート１０８、第３ポート１１０の３つのポートを周壁部に有するスリーブの中に、大径のランドと小径の軸部とを有するスリーブが配置された構造を有する。三方弁１００は、アクチュエータ１０２によってスリーブを軸方向に移動させて、第１ポート１０６、第２ポート１０８、第３ポート１１０の３つのポートの間の連通関係を切り替える。復帰手段１０４は、アクチュエータ１０２が駆動されないときにスリーブを初期状態に復帰させる付勢手段である。ここでは、復帰手段１０４として、気体圧を利用する。
【００４７】
三方弁１００は、ブレーキ制御部１２４のブレーキ制御が「休止状態」の指令のときは、アクチュエータ１０２が駆動されず、復帰手段１０４によってスプールの位置が初期状態にある。三方弁１００のこの状態をブレーキ制御の指令と同じとして、三方弁１００の「休止状態」と呼ぶ。ブレーキ制御が「操作状態」の指令のときは、アクチュエータ１０２が駆動状態となり、復帰手段１０４の付勢力に抗してスプールの位置が初期状態から移動して移動状態となる。三方弁１００のこの状態をブレーキ制御の指令と同じとして、三方弁１００の「操作状態」と呼ぶ。
【００４８】
図２、図３において、三方弁１００の休止状態と操作状態の２つの状態における各ポート間の連通状態を２つの枠で示す。２つの枠の内、復帰手段１０４側の枠１００Ａは、三方弁１００が休止状態のときの各ポートの連通状態を示す。２つの枠の内、アクチュエータ１０２側の枠１００Ｂは、三方弁１００が操作状態のときの各ポートの連通状態を示す。
【００４９】
図２は、ブレーキ制御及び三方弁１００が休止状態のときを示す図である。以下では休止状態における第１ポート１０６、第２ポート１０８、第３ポート１１０をそれぞれ第１ポート１０６Ａ、第２ポート１０８Ａ、第３ポート１１０Ａと呼ぶ。三方弁１００の休止状態では、第１ポート１０６Ａは、他のどのポートにも連通せず閉鎖状態であり、第２ポート１０８Ａは、第３ポート１１０Ａと連通する。この連通状態によって、気体圧シリンダ２２の第２気体室３２は、ヘッド側ポート３６と第３ポート側流路８８と第３ポート１１０Ａと第２ポート１０８Ａと第２ポート側流路８６とを経て大気に開放される。第２気体室３２の圧力Ｐ0は大気圧である。気体圧シリンダ２２の第１気体室３０は、三方弁１００を介さずに気体圧供給路８０を経て気体圧供給源７０に接続される。第１気体室３０の圧力は、気体圧供給源７０の圧力ＰSである。したがって、ピストン５０は、この圧力差によって第２気体室３２側に移動する。なお、図２ではピストン５０がストローク限度まで移動した状態を示し、第２気体室３２は表示されていない。これによってフレーム１２は、台車枠８側に引き上げられた状態となる。
【００５０】
図３は、ブレーキ制御及び三方弁１００が操作状態のときを示す図である。以下では操作状態における第１ポート１０６、第２ポート１０８、第３ポート１１０をそれぞれ第１ポート１０６Ｂ、第２ポート１０８Ｂ、第３ポート１１０Ｂと呼ぶ。三方弁１００の操作状態では、第２ポート１０８Ｂは、他のどのポートにも連通せず閉鎖状態であり、第１ポート１０６Ｂは、第３ポート１１０Ｂと連通する。この連通状態によって、気体圧シリンダ２２の第２気体室３２は、ヘッド側ポート３６と第３ポート側流路８８と第３ポート１１０Ｂと第１ポート１０６Ｂと第２ポート側流路８６と接続点８４と気体圧供給路８０とを経て気体圧供給源７０に接続される。第２気体室３２の圧力は、気体圧供給源７０の圧力ＰSである。気体圧シリンダ２２の第１気体室３０は、三方弁１００を介さずに気体圧供給路８０を経て気体圧供給源７０に接続される。第１気体室３０の圧力は、気体圧供給源７０の圧力ＰSである。
【００５１】
ブレーキ制御及び三方弁１００が操作状態のときは、第１気体室３０の圧力も第２気体室３２の圧力も共にＰSである。このときは、ピストン５０の第２気体室３２側の受圧面積と第１気体室３０側の受圧面積の差によって、｛ＰS×（受圧面積の差）｝＝｛ＰS×（ｄ／Ｄ）2×１００％｝の大きさの推力が生じる。Ｄはピストン５０の外径、ｄはピストンロッド５２の外径である。ＰSは大気圧であるＰ0よりも大きな高圧であるので、推力は、第２気体室３２側から第１気体室３０側の方向に生じる。したがって、ピストン５０は、この受圧面積の差による推力によって第１気体室３０側に移動する。なお、図３ではピストン５０がストローク限度まで移動した状態を示し、第１気体室３０は表示されていない。これによってフレーム１２は、レール４側に下降する。
【００５２】
図３におけるピストン５０の下降は、第１気体室３０の圧力と第２気体室３２の圧力との差に基づかず、第１気体室３０の受圧面積と第２気体室３２の受圧面積との差に基づくので、気体圧供給源７０の圧力ＰSの制御によらず、機構に基づいて自己起動的に生じる。受圧面積の差は、昇降装置２０の自己起動的な下降動作について重要な働きをする。昇降装置２０の下降速度は、受圧面積の差が大きいほど迅速になるが、鉄道車両の利用者等への衝撃を考慮すると、急激すぎるレールブレーキ動作を避けることが望ましい。例えば、ピストン５０の第２気体室３２側の受圧面積を基準の１００％として、第１気体室３０側の受圧面積が８０％から１０％の範囲とする。換言すれば、受圧面積の差は、第２気体室３２の受圧面積の２０％から９０％の範囲で、レールブレーキの仕様に応じて設定できる。
【００５３】
上記構成の昇降装置２０の作用効果について、図４、図５を用いてさらに詳細に説明する。図４は、気体圧供給源７０から気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が正常に供給されるときの気体圧シリンダ２２の状態を示す。図５は、何かの理由で気体圧供給源７０から気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ２２の状態を示す。三方弁１００は、制御装置１２０のブレーキ制御部１２４の制御の下で正常に動作する。これらの図において、（ａ）は、ブレーキ制御及び三方弁１００が休止状態のときの気体圧シリンダ２２の状態を示し、（ｂ）は、三方弁１００が（ａ）の休止状態から操作状態に切り替わった後の気体圧シリンダ２２についての過渡状態を示す。（ｃ）は、（ｂ）の後に、気体圧シリンダ２２が安定したときの状態を示し、（ｄ）は、三方弁１００が（ｃ）の操作状態から休止状態に切り替わった後の気体圧シリンダ２２についての過渡状態を示す。
【００５４】
図４において、（ａ）は、三方弁１００が休止状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にあるときで、図２と同じ状態の図となる。この状態は、気体圧シリンダ２２において、第１気体室３０の圧力が気体圧供給源７０の圧力ＰSで、第２気体室３２の圧力Ｐ0が大気圧である。ピストン５０は第２気体室３２側にあり、フレーム１２は台車枠８側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
【００５５】
（ｂ）においては、三方弁１００が操作状態に切り替わるので、第２気体室３２側の圧力がＰ0からＰSに上昇する。第１気体室３０の圧力はＰSのままであるので、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面積と第２気体室３２側の受圧面積との差によって、ピストン５０は、第１気体室３０側に自己起動的に移動を始める。
【００５６】
（ｃ）は（ｂ）からある程度の時間が経過し、三方弁１００が操作状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にあるときで、図３と同じ状態である。ここでは、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面積と第２気体室３２側の受圧面積との差によって、ピストン５０の位置は、第１気体室３０側に安定して落ち着く。これによりフレーム１２はレール４側に下降し、励磁コイル１６の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
【００５７】
（ｄ）においては、三方弁１００が休止状態に切り替わるので、第２気体室３２側の圧力がＰSからＰ0に低下する。第１気体室３０の圧力はＰSのままであるので、この圧力差によって、ピストン５０は、第２気体室３２側に移動を始める。図４の例では、（ｄ）の後、（ａ）の状態に移り、以後上記の状態の変化を繰り返す。
【００５８】
図５は、何かの理由で気体圧供給源７０から気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ２２の状態を示す図である。ここでは、気体圧供給源７０と逆止弁７２との間の気体圧供給路８０をＸ印で破断して、気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が供給されないことを示す。
【００５９】
図５（ａ）は、三方弁１００が休止状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にあるときを示す図である。ここでは、気体圧供給路８０に気体圧供給源７０からの気体供給がされないが、それ以前の動作状態の過程において逆止弁７２よりも下流側の気体圧供給路８０には圧力ＰSまたはそれに近い圧力の気体が残っている。また、バッファタンク７８にも圧力ＰSまたはそれに近い圧力の気体が蓄積されている。これらの高圧気体によって、第１気体室３０の圧力は圧力ＰSまたはそれに近い高圧に維持される。第２気体室３２の圧力Ｐ0は大気圧である。したがって、ピストン５０は第２気体室３２側にあり、フレーム１２は台車枠８側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
【００６０】
（ｂ）においては、三方弁１００が操作状態に切り替わるので、第２気体室３２には、気体圧供給路８０とバッファタンク７８の圧力ＰSまたはそれに近い圧力の気体が供給され、第２気体室３２側の圧力がＰ0からＰSまたはそれに近い圧力に上昇する。第１気体室３０の圧力はＰSまたはそれに近い圧力のままであるので、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面積と第２気体室３２側の受圧面積との差によって、ピストン５０は、第１気体室３０側に自己起動的に移動を始める。
【００６１】
（ｂ）の過程において、第１気体室３０の体積と第２気体室３２の体積の間に体積差があるので、ピストン５０の自己起動的な移動によって、第１気体室３０と第２気体室３２の間の三方弁１００を介した連通状態における気体圧が僅かに変動する。バッファタンク７８は、この気体圧の僅かな変動を補償するので、次の（ｃ）のレールブレーキの動作状態へ安定して移動できる。
【００６２】
（ｃ）は（ｂ）からある程度の時間が経過し、三方弁１００が操作状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にあるときである。ここでは、（ｂ）と同様に、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面積と第２気体室３２側の受圧面積との差によって、ピストン５０の位置は、第１気体室３０側に安定して落ち着く。これによりフレーム１２はレール４側に下降して、励磁コイル１６の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
【００６３】
次の（ｄ）においては、三方弁１００が休止状態に切り替わるので、第２気体室３２側の圧力がＰSからＰ0に低下する。バッファタンク７８にまだ十分な気体が残っているときは、バッファタンク７８からＰSまたはそれに近い圧力の気体が第１気体室３０に供給される。第１気体室３０の圧力と第２気体室３２の圧力Ｐ0との間の圧力差によって、ピストン５０は、第２気体室３２側に移動を始める。バッファタンク７８に十分な気体が残っていないときは（ｄ）の動作は行うことができず、（ｃ）の状態のままとなり、復旧作業等を待つことになる。
【００６４】
図４と図５の比較によって次のことが分かる。図２、図３の構成の昇降装置２０においては、仮に気体圧供給源７０からの気体供給がなくなる等の支障が生じても、ピストン５０の両側における受圧面積の差によって、ピストン５０は第２気体室３２側から第１気体室３０側に向かう方向に自己起動的に移動する。これによって、鉄道車両は、緊急時等でレールブレーキを動作させたいときに、確実にレールブレーキを働かせることができる。
【００６５】
また、気体圧シリンダ２２の軸方向は、フレーム１２の昇降方向と平行とされる。これにより、受圧面積の差に基づく自己起動的な移動に加え、ピストン５０の自重による自己起動的な移動が加算されるので、レールブレーキの動作がより確実になる。
【００６６】
図６と図７は、比較のために、従来技術の昇降装置１３０の構成とその作用効果を示す図である。従来技術の昇降装置１３０は、図２、図３の昇降装置２０と４つの点で相違する。従来技術の気体圧シリンダ１３２は、ピストンロッド１３４の外径が細い。また、ブレーキ制御によって連通状態を変更するのに四方弁１４０を用いる。また、バッファタンク７８を有しない。さらに気体圧供給路１３６は四方弁１４０に接続されるのみで、気体圧シリンダ１３２のロッド側ポート３４には接続されない。
【００６７】
図６は図４に対応する図で、気体圧供給源７０から気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が正常に供給されるときの気体圧シリンダ１３２の状態を示す。図７は図５に対応する図で、何かの理由で気体圧供給源７０から気体圧供給路８０に圧力ＰSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ１３２の状態を示す。四方弁１４０は、制御装置１２０のブレーキ制御部１２４の制御の下で正常に動作する。図６（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４（ａ）〜（ｄ）に対応し、図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図５（ａ）〜（ｄ）に対応する。
【００６８】
最初に、図６（ａ）を用いて、気体圧シリンダ１３２と四方弁１４０の内容を述べる。気体圧シリンダ１３２のシリンダ部２６は、気体圧シリンダ２２のシリンダ部２６と同じである。ピストン５０も気体圧シリンダ２２のピストン５０と同じである。ピストンロッド１３４は、外径が気体圧シリンダ２２のピストンロッド５２よりも細い。気体圧シリンダ２２のピストン５０における第１気体室３０側の受圧面積が第２気体室３２側の受圧面積の８０％以下１０％以上の範囲とすると、気体圧シリンダ１３２においては第１気体室３０側の受圧面積は第２気体室３２側の受圧面積の１０％未満である。例えば、ピストン５０の外径に対し２０％の太さのピストンロッド１３４とするときは、第１気体室３０側の受圧面積は第２気体室３２側の受圧面積の４％となる。従来技術では、この程度の太さのピストンロッド１３４が用いられる。
【００６９】
四方弁１４０においてアクチュエータ１０２と復帰手段１０４は、三方弁１００におけるアクチュエータ１０２と復帰手段１０４と同じである。四方弁１４０は、第１ポート１４２、第２ポート１４４、第３ポート１４６、第４ポート１４８の４つのポートを有する。第１ポート１４２は、気体圧供給路１３６に接続される。第２ポート１４４は、三方弁１００の第２ポート１０８と同様に、絞り部９０と消音器９２を経て大気に開放される。第３ポート１４６は気体圧シリンダ１３２のヘッド側ポート３６に接続される。第４ポート１４８は気体圧シリンダ１３２のロッド側ポート３４に接続される。
【００７０】
四方弁１４０の休止状態と操作状態の２つの状態における各ポート間の連通状態を２つの枠で示す。２つの枠の内、復帰手段１０４側に示す枠１４０Ｃは、四方弁１４０が休止状態のときの各ポートの連通状態を示す。２つの枠の内、アクチュエータ１０２側に示す枠１４０Ｄは、四方弁１４０が操作状態のときの各ポートの連通状態を示す。
【００７１】
ここで、第１ポート１４２、第２ポート１４４、第３ポート１４６、第４ポート１４８について、休止状態のときは、それぞれ第１ポート１４２Ｃ、第２ポート１４４Ｃ、第３ポート１４６Ｃ、第４ポート１４８Ｃとする。同様に、操作状態のときは、それぞれ第１ポート１４２Ｄ、第２ポート１４４Ｄ、第３ポート１４６Ｄ、第４ポート１４８Ｄとする。図６（ａ）に示すように、四方弁１４０が休止状態のときは、第１ポート１４２Ｃと第４ポート１４８Ｃとが連通し、第２ポート１４４Ｃと第３ポート１４６Ｃとが連通する。図６（ｂ）に示すように、四方弁１４０が操作状態のときは、第１ポート１４２Ｄと第３ポート１４６Ｄとが連通し、第２ポート１４４Ｄと第４ポート１４８Ｄとが連通する。
【００７２】
図６（ａ）は、四方弁１４０が休止状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にある。休止状態の四方弁１４０においては、気体圧供給源７０からの圧力ＰSの気体は、気体圧供給路１３６を経て第１ポート１４２Ｃから第４ポート１４８Ｃに連通し、気体圧シリンダ１３２のロッド側ポート３４から第１気体室３０に供給される。一方、第２気体室３２は、ヘッド側ポート３６より第３ポート１４６Ｃから第２ポート１４４Ｃに連通し、大気に開放される。したがって、第１気体室３０の圧力ＰSと第２気体室３２の圧力Ｐ0との間の圧力差で、ピストン５０は第２気体室３２側の安定位置を維持する。
【００７３】
（ｂ）においては、三方弁１００が操作状態に切り替わる。操作状態の四方弁１４０においては、気体圧供給源７０からの圧力ＰSの気体は、気体圧供給路１３６を経て第１ポート１４２Ｄから第３ポート１４６Ｄに連通し、気体圧シリンダ１３２のヘッド側ポート３６から第２気体室３２に供給される。一方、第１気体室３０は、ロッド側ポート３４より第４ポート１４８Ｄから第２ポート１４４Ｄに連通し、大気に開放される。したがって、第２気体室３２の圧力ＰSと第１気体室３０の圧力Ｐ0との間の圧力差でピストン５０は、第１気体室３０側に移動を始める。第２気体室３２と第１気体室３０との間に圧力差があるので、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面積と第２気体室３２側の受圧面積の差による推力は考慮しなくてよい。
【００７４】
（ｃ）は（ｂ）からある程度の時間が経過したときで、三方弁１００が操作状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にある。ここでは、第２気体室３２の圧力ＰSと第１気体室３０の圧力Ｐ0との間の圧力差で、ピストン５０の位置は、第１気体室３０側に安定して落ち着き、これによりフレーム１２はレール４側に下降して、励磁コイル１６の励磁が行われて、レールブレーキが働く。
【００７５】
（ｄ）においては、三方弁１００が休止状態に切り替わる。ここでは、気体圧供給源７０からの圧力ＰSの気体は、気体圧供給路１３６を経て第１ポート１４２Ｃから第４ポート１４８Ｃに連通し、気体圧シリンダ１３２のロッド側ポート３４から第１気体室３０に供給される。これにより、第１気体室３０の圧力はＰ0からＰSに上昇する。一方、第２気体室３２は、ヘッド側ポート３６より第３ポート１４６Ｃから第２ポート１４４Ｃに連通し、大気に開放されるので、第２気体室３２の圧力はＰSからＰ0に低下する。したがって、第１気体室３０の圧力ＰSと第２気体室３２の圧力Ｐ0との間の圧力差で、ピストン５０は、第２気体室３２側に移動を始める。図６の例では、（ｄ）の後、（ａ）の状態に移り、以後上記の状態の変化を繰り返す。
【００７６】
図７は、何かの理由で気体圧供給源７０から気体圧供給路１３６に圧力ＰSの気体が供給されないときの気体圧シリンダ１３２の状態を示す図である。ここでは、気体圧供給源７０と逆止弁７２との間の気体圧供給路１３６をＸ印で破断して、気体圧供給路１３６に圧力ＰSの気体が供給されないことを示す。
【００７７】
図７（ａ）は、三方弁１００が休止状態で、気体圧シリンダ１３２が安定した状態にあるときに、気体圧供給路１３６に気体圧供給源７０からの気体供給がされなくなった場合を示す。このときでも、逆止弁７２の作用によって、第１気体室３０の気体は実質的に外部に漏れることがなく、第１気体室３０の圧力は図６（ａ）と同様に、ＰSを維持する。第２気体室３２は大気に開放された状態であるので、その圧力はＰ0である。したがって、ピストン５０は第２気体室３２側にあり、フレーム１２は台車枠８側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかかっていない。
【００７８】
（ｂ）は、気体圧供給路１３６に気体圧供給源７０からの気体供給がされなくなった後で、制御装置１２０のブレーキ制御部１２４の指令によって四方弁１４０が操作状態に切り替わった場合を示す。このとき、第２気体室３２には気体圧供給路１３６からの気体供給がないので、それ以前の圧力のＰ0の状態を維持する。第１気体室３０は、大気開放されるので、ＰSからＰ0に上昇した状態を維持する。第１気体室３０は大気開放されるので、Ｐ0の圧力である。
【００７９】
このように、第１気体室３０の圧力と第２気体室３２の圧力は、共にＰ0の同じ圧力であるが、シリンダ部２６から突き出すピストンロッド５２が気体圧シリンダ１３２の外部の気圧である大気圧を受けている。したがって、ピストン５０において第１気体室３０側の受圧面積は、第２気体室３２側の受圧面積と実質的に同じとなる。このため、図４、図５で説明したような受圧面積の差による推力が発生しない。すなわち、ピストン５０は、（ａ）の状態を維持し、移動しない。したがって、ブレーキ制御部１２４が操作状態の指令を出し四方弁１４０が操作状態に切り替わったにも関わらず、ピストン５０は第２気体室３２側にあり、フレーム１２は台車枠８側に引き上げられた状態で、レールブレーキはかからない。
【００８０】
（ｃ）は（ｂ）からある程度の時間が経過し、三方弁１００が操作状態で、気体圧シリンダ２２が安定した状態にあるときである。ここでは、（ａ），（ｂ）から変化がなく、第２気体室３２は圧力Ｐ0の状態を維持し、第１気体室３０は、圧力Ｐ0上昇した状態を維持する。第１気体室３０は大気に開放されるので、Ｐ0の圧力である。したがって、ピストン５０は、（ａ），（ｂ）の状態を維持し、移動せず、レールブレーキはかからない状態のままである。
【００８１】
次の（ｄ）において、三方弁１００が休止状態に切り替わる。これにより、第２気体室３２は改めて大気に開放されるが、（ａ）ですでに大気に開放されているので、状態の変化は生じず、圧力はＰ0のままである。したがって、ピストン５０は（ｃ）の状態のままである。
【００８２】
図６と図７によって次のことが分かる。すなわち、従来技術の昇降装置１３０において、気体圧供給源７０から気体圧供給路１３６に圧力ＰSの気体が供給されるときは、図３と同様に、鉄道車両の緊急時等においてブレーキ制御部１２４が操作状態の指令を出すとレールブレーキがかかる。一方、気体圧供給源７０から気体圧供給路１３６に気体が供給されないときは、鉄道車両の緊急時等においてブレーキ制御部１２４が操作状態の指令を出しても、レールブレーキがかからない。
【００８３】
これに対し、図２、図３の構成の昇降装置２０では、気体圧供給源７０から気体圧供給路１３６に気体が供給されなくても、ブレーキ制御部１２４が操作状態の指令を出すと、自己起動的にピストン５０が第１気体室３０側に移動し、レールブレーキがかかる。この作用の違いは、気体圧供給路８０，１３６の接続関係の差と、三方弁１００と四方弁１４０の構成の差と、バッファタンク７８の有無の差等に基づく。なお、図２、図３の構成では四方弁でなく三方弁１００を用いるので、切替弁における漏れ等を四方弁に比較してより少ないことも相違する。
【００８４】
図２、図３の昇降装置２０の構成によれば、仮に気体圧供給源７０からの気体供給がなくなったときでも、ピストン５０の両側における受圧面積の差によって、ピストン５０は第２気体室３２側から第１気体室３０側に向かう方向に自己起動的に移動する。自己起動的な移動速度は、第１気体室３０からの気体の抜ける速度に依存する。図８は、図２、図３における気体圧シリンダ２２の変形例として、第１気体室３０側からの気体の抜ける速度を、ピストン５０の下降位置に応じて変化できる気体圧シリンダ１５０を示す図である。
【００８５】
図８は、図４の（ｂ）の状態に対応する気体圧シリンダ１５０の断面図である。図４（ｂ）の状態は、ピストン５０が第２気体室３２側から第１気体室３０側に移動する途中である。気体圧シリンダ１５０において、第１ロッドカバー４２の第１気体室３０からロッド側ポート３４の間の流路に、端部流路１５４と、バイパス流路１５６とが設けられる。
【００８６】
端部流路１５４は、気体圧供給路８０に接続されるロッド側ポート３４と、第１気体室３０の端部の開口部１５８との間を、所定のオリフィス１６０を介して接続する流路である。端部流路１５４の第１気体室３０側の端部の開口部１５８は、第１気体室３０の底面に設けられる。気体圧シリンダ１５０における上下方向に沿った端部流路１５４の開口部１５８の位置は、気体圧シリンダ１５０の第１気体室３０の底面の位置である。この位置をＨ28と示す。オリフィス１６０は、第１気体室３０からロッド側ポート３４に抜ける気体の流れを絞る絞り部で、絞り径等を所定の値に設定することで、端部流路１５４を流れる流量を、オリフィス１６０を設けないときの気体の流量に比較して少ない流量とする。
【００８７】
バイパス流路１５６は、気体圧供給路８０に接続されるロッド側ポート３４と、端部流路１５４の開口部１５８よりも第２気体室３２側のシリンダチューブ３８の内周壁に開口する開口部１６２との間を接続する流路である。バイパス流路１５６にはオリフィス等の流量制限手段は設けられない。端部流路１５４の開口部１５８の位置Ｈ28を基準位置として、基準位置から測った開口部１６２の第１気体室３０側の下端の位置をＨ156と示す。
【００８８】
図８において、端部流路１５４の開口部１５８の位置Ｈ28を基準位置として、ピストン５０の第１気体室３０側の受圧面の位置をＨ55とする。図８の状態はＨ55＞Ｈ156であり、ピストン５０はバイパス流路１５６の開口部１６２を塞がない。したがって、第１気体室３０からロッド側ポート３４側に流れる気体の流量は、端部流路１５４を流れる流量Ｑ154と、バイパス流路１５６を流れる流量Ｑ156との和となる。端部流路１５４にはオリフィス１６０が設けられるので、Ｑ154＜Ｑ156である。第１気体室３０からロッド側ポート３４側に流れる気体の流量をＱ28とすると、ピストン５０がバイパス流路１５６の開口部１６２を完全に塞がないＨ55＞Ｈ156の範囲では、Ｑ28＝（Ｑ154＋Ｑ156）＞Ｑ154である。
【００８９】
ピストン５０が第１気体室３０側に更に下降して、バイパス流路１５６の開口部１６２を完全に塞ぐと、第１気体室３０からロッド側ポート３４側に流れる気体の流量は、端部流路１５４を流れる流量Ｑ154のみとなる。すなわち、ピストン５０がバイパス流路１５６の開口部１６２を完全に塞いだ後の（０≦Ｈ55≦Ｈ156）の範囲では、Ｑ28＝Ｑ154＜（Ｑ154＋Ｑ156）となる。これにより、ピストン５０が第１気体室３０側の方向に移動するに従って、第１気体室３０の気体の第２気体室側に抜ける量が少なくなるので、ピストン５０の移動速度を緩やかにでき、レールブレーキの動作による衝撃を緩和できる。
【００９０】
上記では、第１ロッドカバー４２の第１気体室３０からロッド側ポート３４の間の流路を、流せる流量の異なる端部流路１５４とバイパス流路１５６の２つの流路を並列接続して構成した。さらにきめ細かくピストン５０の移動速度を多段に緩やかにするために、流せる流量の異なる複数の流路を並列に接続して構成し、各流路の開口部の位置を、シリンダチューブ３８の内周壁に沿って上下方向に順次配置してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
４  レール、６  車輪、８  台車枠、１０  （鉄道車両の）レールブレーキシステム、１２  フレーム、１４  磁束発生部、１５  磁極、１６  励磁コイル、１８  ブレーキシュー、２０，１３０  昇降装置、２２，１３２，１５０  気体圧シリンダ、２４  昇降気体圧回路、２６  シリンダ部、２８  ピストン部、３０  第１気体室、３２  第２気体室、３４  ロッド側ポート、３６  ヘッド側ポート、３８  シリンダチューブ、４０  ヘッドカバー、４２  第１ロッドカバー、４４  第２ロッドカバー、４６  摺動シールリング、４８  ロッド支持リング、５０  ピストン、５２，１３４  ピストンロッド、５４  コンロッドスリーブ、５６  コンロッド、５８  ピストン押えリング、６０  ストッパ、６２  摺動リング、６４  ピストンリング、７０  気体圧供給源、７２  逆止弁、７４  フィルタ、７６，９０  絞り部、７８  バッファタンク、８０，１３６  気体圧供給路、８２  第１ポート側流路、８４  接続点、８６  第２ポート側流路、８８  第３ポート側流路、９２  消音器、１００  三方弁、１００Ａ，１４０Ｃ  （休止状態の連通状態を示す）枠、１００Ｂ，１４０Ｄ  （操作状態の連通状態を示す）枠、１０２  アクチュエータ、１０４  復帰手段、１０６，１０６Ａ，１０６Ｂ，１４２，１４２Ｃ，１４２Ｄ  第１ポート、１０８，１０８Ａ，１０８Ｂ，１４４，１４４Ｃ，１４４Ｄ  第２ポート、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１４６，１４６Ｃ，１４６Ｄ  第３ポート、１２０  制御装置、１２２  励磁回路、１２４  ブレーキ制御部、１４０  四方弁、１４８，１４８Ｃ，１４８Ｄ  第４ポート、１５４  端部流路、１５６  バイパス流路、１５８，１６２  開口部、１６０  オリフィス。
【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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