(57)【要約】【課題】小型で保守や取り付けが容易であり信頼性を向上させることができるピストン変位検出装置及びダンパ装置を提供する。【解決手段】ピストン変位検出装置１０は、ピストン８ｂの変位量を検出する装置である。圧力温度検出部１０ａは、シリンダ８ａ内の作動油がタンク室８ｆ内に出入するときに、このタンク室８ｆ内に密閉された空気の圧力変化及び温度変化を検出する圧力センサや温度センサである。ピストン変位演算部１０ｂは、圧力温度検出部１０ａが出力する圧力温度検出信号Ｓ２  に基づいてピストン８ｂの変位量を演算する。ピストン変位検出装置１０をタンク室８ｆに接するように容易に取り付けることができる。また、圧力温度検出部１０ａ自体を外部から容易に交換可能であるため、メンテナンスが容易になり、機械的な可動部分が不要になり装置の信頼性を向上させることができる。【選択図】      図２
2004257819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を進退するピストンの変位量を検出するピストン変位検出装置であって、
前記シリンダ内を進退するピストンロッドの体積分に相当する液体が出入するタンク室内の気体の圧力を検出する検出手段と、
前記気体の圧力に基づいて前記ピストンの変位量を演算する変位量演算手段と
を備えるピストン変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン変位検出装置において、
前記検出手段は、前記タンク室内の気体の圧力及び温度を検出し、
前記変位量演算手段は、前記気体の圧力及び温度に基づいて前記ピストンの変位量を演算すること、
を特徴とするピストン変位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のピストン変位検出装置において、
前記変位量演算手段は、前記気体の圧力の移動平均に基づいて前記ピストンの変位量を演算すること、
を特徴とするピストン変位検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のピストン変位検出装置において、
前記ピストンの変位量に基づいて前記ピストンの速度を演算する速度演算手段を備えること、
を特徴とするピストン変位検出装置。
【請求項５】
振動を減衰させるダンパ装置であって、
進退可能なピストンを内部に有するシリンダと、
前記シリンダのヘッド側室とロッド側室とを接続する流路と、
前記シリンダ内を前記ピストンが進退してこのシリンダ内の液体が前記流路内を通過するときに、このピストンに減衰力を発生させる減衰力発生部と、
前記減衰力発生部をバイパスするバイパス流路と、
前記バイパス流路内を流れる前記液体の流量又は差圧を制御する制御弁と、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のピストン変位検出装置と、前記ピストン変位検出装置の検出結果に基づいて前記制御弁を制御する制御手段と、
を備えるダンパ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のダンパ装置において、
前記速度演算手段が演算した前記ピストンの速度と前記減衰力発生部が発生する前記減衰力との関係を表す減衰力特性を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記ピストンの速度と前記減衰力特性とに基づいて前記制御弁を開閉する電流値を制御すること、
を特徴とするダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダ内を進退するピストンの変位量を検出するピストン変位検出装置及び振動を減衰させるダンパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダンパ装置は、車体と台車との間に装着されるシリンダと、このシリンダのヘッド側室とロッド側室との間で作動油が流れる流路と、この流路内に直列に配置された３つの絞りと、これらの絞りをそれぞれバイパスする３つのバイパス流路と、これらのバイパス流路をそれぞれ開閉する３つの開閉弁と、車両の振動を検出する振動検出装置と、ピストンロッドの変位量（ストローク）を検出するピストン変位検出装置と、振動検出装置の検出結果とピストン変位検出装置の検出結果とに基づいて３つの開閉弁をそれぞれ開閉制御する制御装置などを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−９９６３４号公報（段落番号００２７〜００６１、図１及び図２）
【０００４】
従来のダンパ装置では、車体の揺れに応じて３つの開閉弁を制御装置が開閉制御して３つの絞りを通過する作動油の流量を調整し、この車体の揺れを抑える減衰力を発生させている。例えば、従来のダンパ装置では、最大の減衰力を発生させるときには全ての開閉弁を閉鎖して全ての絞りに作動油を通過させ、最小の減衰力を発生させるときには全ての開閉弁を開放して全ての絞りに作動油が通過しないように制御している。
【０００５】
このような従来のダンパ装置のピストン変位検出装置には、ピストンロッドをガイドするロッドガイド付近に設置された磁気検出用ヘッドによって、ピストンロッドに一定間隔で形成された磁気マーク（磁気目盛り）を読み取りこのピストンロッドの移動量を測定する方法（従来技術１）や、ピストンロッドの内部を刳り抜き作動トランスや磁歪センサなどの変位センサを設置する方法（従来技術２）や、ピストンロッドと平行に作動トランスやレーザ変位計などを外付けする方法（従来技術３）などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１は、磁気検出用ヘッドを設置する分だけダンパ装置の基本長が長くなるため、ダンパ装置の小型化が難しく通常のダンパ装置との置き換えが困難であり、磁気検出用ヘッドの取り付けが困難であるという問題があった。従来技術２は、従来技術１のようにダンパ装置の基本長が長くなることはないが、ピストンロッドを刳り抜く加工が難しく、変位センサが作動油に浸漬されるため信頼性に問題があり、ダンパ装置を完全に解体しないと保守ができずメンテナンス性に問題があった。従来技術３は、ダンパ装置を試験するときの計測の用途として一時的には使用できるが、長時間の使用では信頼性に問題があり実車では実用的ではなく使用が困難であるという問題があった。
【０００７】
図６は、従来のダンパ装置の減衰力特性を示す図である。
従来のダンパ装置では、振動検出装置の検出結果とピストン変位検出装置の検出結果とに基づいて車体の揺れを抑えるのに最適な減衰力ＦＣ  を演算する。従来のダンパ装置では、基準ピストン速度Ｖｒｅｆ  のときにどの開閉弁を組み合わせればどのくらいの大きさの減衰力Ｆが発生するかを予め記憶している。このため、従来のダンパ装置では、予め設定された基準ピストン速度Ｖｒｅｆ  と減衰力ＦＣ  とに基づいて減衰係数Ｃ１  ，Ｃ２  ，…となる開閉弁の組み合わせを選択し、この開閉弁を開閉させて減衰力ＦＣ  を発生させている。従来のダンパ装置では、図６に示すように、ピストン速度Ｖ＝Ｖｒｅｆ  のときに減衰力ＦＣ  を発生する点ＰＣ  に対応する減衰係数Ｃ１  ，Ｃ２  ，…の開閉弁の組み合わせが存在しないため、この点ＰＣ  の近傍の点ＰＣ’に対応する減衰係数Ｃ２  の開閉弁の組み合わせを選択していた。その結果、従来のダンパ装置では、減衰力Ｆに誤差が生じており実際のピストン速度を考慮して減衰力Ｆを高精度に制御できないという問題があった。また、従来のダンパ装置では、ピストン速度Ｖが変化しても減衰力Ｆが大きく変化しないように、減衰係数Ｃ１  ，Ｃ２  ，…の傾きが小さくなるような特性を有する開閉弁を特別に設置しており装置が高価になるという問題があった。
【０００８】
この発明の課題は、小型で保守や取り付けが容易であり信頼性を向上させることができるピストン変位検出装置及びダンパ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、シリンダ（８ａ）内を進退するピストン（８ｂ）の変位量を検出するピストン変位検出装置であって、前記シリンダ内を進退するピストンロッド（８ｃ）の体積分に相当する液体が出入するタンク室（８ｆ）内の気体の圧力を検出する検出手段（１０ａ；１０ｅ）と、前記気体の圧力に基づいて前記ピストンの変位量を演算する変位量演算手段（１０ｂ；１０ｆ）とを備えるピストン変位検出装置（１０）である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のピストン変位検出装置において、前記検出手段（１０ａ）は、前記タンク室内の気体の圧力及び温度を検出し、前記変位量演算手段（１０ｂ）は、前記気体の圧力及び温度に基づいて前記ピストンの変位量を演算することを特徴とするピストン変位検出装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載のピストン変位検出装置において、前記変位量演算手段（１０ｆ）は、前記気体の圧力の移動平均に基づいて前記ピストンの変位量を演算することを特徴とするピストン変位検出装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のピストン変位検出装置において、前記ピストンの変位量に基づいて前記ピストンの速度を演算する速度演算手段（１０ｄ）を備えることを特徴とするピストン変位検出装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、振動を減衰させるダンパ装置であって、進退可能なピストン（８ｂ）を内部に有するシリンダ（８ａ）と、前記シリンダのヘッド側室（８ｑ）とロッド側室（８ｒ）とを接続する流路（８ｄ）と、前記シリンダ内を前記ピストンが進退してこのシリンダ内の液体が前記流路内を通過するときに、このピストンに減衰力を発生させる減衰力発生部（８ｅ）と、前記減衰力発生部をバイパスするバイパス流路（８ｉ）と、前記バイパス流路内を流れる前記液体の流量又は差圧を制御する制御弁（８ｊ）と、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のピストン変位検出装置（１０）と、前記ピストン変位検出装置の検出結果に基づいて前記制御弁を制御する制御手段（１３）とを備えるダンパ装置（８）である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のダンパ装置において、前記速度演算手段が演算した前記ピストンの速度（Ｖ）と前記減衰力発生部が発生する前記減衰力（Ｆ）との関係を表す減衰力特性を記憶する記憶手段（１２）を備え、前記制御手段は、前記ピストンの速度と前記減衰力特性とに基づいて前記制御弁を開閉する電流値（Ｉ）を制御することを特徴とするダンパ装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るダンパ装置を備える制振システムの構成図である。
軌道１は、車両２が走行する通路（線路）である。軌道１は、車両２を支持し案内する一対のレール１ａ，１ｂと、この一対のレール１ａ，１ｂを固定するまくらぎ１ｃなどから構成されている。車両２は、電車や気動車などの鉄道車両である。車両２は、図１に示すように、車体３と、台車４と、制振システム５などを備えている。車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物であり、台車４は車体３を支持して走行する装置である。台車４は、一対のレール１ａ，１ｂと転がり接触する車輪４ａ，４ｂと、この車輪４ａ，４ｂを支持する台車枠４ｃなどから構成されている。
【００１６】
制振システム５は、車体３に発生する振動を抑えるシステムである。制振システム５は、図１に示すように、振動検出部６と、信号処理回路７と、ダンパ装置８，９と、ピストン変位検出装置１０，１１と、記憶部１２と、制御部１３と、駆動回路１４，１５などを備えている。制振システム５は、ダンパ装置８，９が発生する減衰力を可変制御して車両２に発生する横揺れを抑える。
【００１７】
振動検出部６は、車体３に発生する振動を検出する部分である。振動検出部６は、車体３の横揺れを検出してこの横揺れに応じた振動検出信号Ｓ１  を出力する速度センサや加速度センサである。信号処理回路７は、振動検出部６が出力する振動検出信号Ｓ１  を処理する回路であり、正方向の車体速度信号Ｕ１  と負方向の車体速度信号Ｕ２  とを制御部１３に出力する。
【００１８】
図２は、この発明の第１実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
ダンパ装置８，９は、振動を減衰させる装置である。ダンパ装置８，９は、図１に示すように、車体３と台車枠４ｃとの間に互いに対向して装着されており、ダンパ装置８が伸びたときにはダンパ装置９側が縮み、ダンパ装置８側が縮んだときにはダンパ装置９側が伸びる。ダンパ装置８，９は、いずれも同一構造であり、以下ではダンパ装置８について説明し、ダンパ装置９側の部材についてはダンパ装置８側の部材と対応する符号を図２に示すようにかっこで付して詳細な説明を省略する。ダンパ装置８は、図２に示すように、シリンダ８ａと、ピストン８ｂと、ピストンロッド８ｃと、流路８ｄ，８ｇと、減衰力発生部８ｅと、タンク室８ｆと、逆止弁８ｈと、バイパス流路８ｉと、制御弁８ｊと、流路８ｋ，８ｎと、縮みアンロード弁８ｍと、伸びアンロード弁８ｐなどを備えている。
【００１９】
シリンダ８ａは、作動油を収容する容器である。シリンダ８ａは、進退可能なピストン８ｂを内部に有し、このピストン８ｂによってヘッド側室８ｑとロッド側室８ｒとに区画されている。ピストン８ｂは、シリンダ８ａ内で往復移動が可能なように収容された栓状の部材である。ピストン８ｂは、ヘッド側室８ｑとロッド側室８ｒとを接続する流路８ｓと、ヘッド側室８ｑからロッド側室８ｒへの作動油の流れを許容し、ロッド側室８ｒからヘッド側室８ｑへの作動油の流れを規制する逆止弁８ｔとを備えている。ピストンロッド８ｃは、ピストン８ｂの進退動作をシリンダ８ａ外に伝達する軸部材であり、ピストン８ｂと一体となって進退可能なようにピストン８ｂに固定されている。
【００２０】
流路８ｄは、ヘッド側室８ｑとロッド側室８ｒとを接続する通路である。減衰力発生部８ｅは、シリンダ８ａ内をピストン８ｂが進退してこのシリンダ８ａ内の作動油が流路８ｄ内を通過するときに、このピストン８ｂに減衰力を発生させる絞り（絞りノズル）である。タンク室８ｆは、シリンダ８ａ内を進退するピストンロッド８ｃの体積分に相当する作動油が出入する容器（油圧タンク）である。タンク室８ｆには、作動油とともに空気が密閉され収容されている。流路８ｇは、流路８ｄとタンク室８ｆとを接続する通路である。逆止弁８ｈは、ロッド側室８ｒからヘッド側室８ｑへの作動油の流れを許容し、ヘッド側室８ｑからロッド側室８ｒへの作動油の流れを規制する弁である。
【００２１】
バイパス流路８ｉは、減衰力発生部８ｅをバイパスする通路であり、ロッド側室８ｒからヘッド側室８ｑに流れる作動油のうち減衰力発生部８ｅを通過する作動油の一部をバイパスさせる。制御弁８ｊは、バイパス流路８ｉ内を流れる作動油の流量を制御する流量制御弁や差圧を制御する圧力制御弁であり、例えば電流値に応じて開度を連続的に無段階に可変する電磁比例リリーフ弁などである。バイパス流路８ｉ及び制御弁８ｊは、ダンパ装置８が発生する減衰力を可変する減衰力可変部（油圧回路）を構成する。
【００２２】
流路８ｋは、ヘッド側室８ｑとタンク室８ｆとを接続する通路である。縮みアンロード弁８ｍは、ピストンロッド８ｃが縮んだ状態からさらに縮む方向に減衰力が発生しないように、ダンパ装置８を無負荷状態に切り替える弁である。縮みアンロード弁８ｍは、車体３が図１に示すＡ方向に揺れてピストンロッド８ｃが伸びた状態で、台車４がＡ方向に急速に揺れてシリンダ８ａがＡ方向に移動したときに、流路８ｋを開放してヘッド側室８ｑ内の高圧の作動油をヘッド側室８ｑからタンク室８ｆに逃がす。流路８ｎは、ロッド側室８ｒとヘッド側室８ｑとを接続する通路である。伸びアンロード弁８ｐは、ピストンロッド８ｃが伸びた状態からさらに伸びる方向に減衰力が発生しないように、ダンパ装置８を無負荷状態に切り替える弁である。伸びアンロード弁８ｐは、車体３が図１に示すＢ方向に揺れてピストンロッド８ｃが縮んだ状態で、台車４がＢ方向に急速に揺れてシリンダ８ａがＢ方向に移動したときに、流路８ｎを開放してロッド側室８ｒ内の高圧の作動油をロッド側室８ｒからヘッド側室８ｑに逃がす。流路８ｋ，８ｎ、縮みアンロード弁８ｍ及び伸びアンロード弁８ｐは、ダンパ装置８を無負荷状態に切り替える無負荷状態切替部（油圧回路）を構成する。
【００２３】
ピストン変位検出装置１０は、ピストン８ｂの変位量（ストローク）を検出する装置である。ピストン変位検出装置１０は、図２に示すように、圧力温度検出部１０ａと、ピストン変位演算部１０ｂと、記憶部１０ｃと、ピストン速度演算部１０ｄとを備えている。なお、図１に示すピストン変位検出装置１１は、ピストン変位検出装置１０と同一構造であり、以下ではピストン変位検出装置１０について説明し、ピストン変位検出装置１１側の部分についてはピストン変位検出装置１０側の部分と対応する符号を図２に示すようにかっこで付して詳細な説明を省略する。
【００２４】
圧力温度検出部１０ａは、タンク室８ｆ内の空気の圧力及び空気の温度を検出する装置である。圧力温度検出部１０ａは、シリンダ８ａ内の作動油がタンク室８ｆ内に出入するときに、このタンク室８ｆ内に密閉された空気の圧力変化及び温度変化を検出する圧力センサや温度センサなどである。圧力温度検出部１０ａは、検出した空気の圧力及び空気の温度に応じた圧力温度検出信号Ｓ２  をピストン変位演算部１０ｂに出力する。
【００２５】
ピストン変位演算部１０ｂは、空気の圧力及び空気の温度に基づいてピストン８ｂの変位量を演算する演算部である。ピストン変位演算部１０ｂは、圧力温度検出部１０ａが出力する圧力温度検出信号Ｓ２  に基づいてピストン８ｂの変位量を演算する。ダンパ装置８では、ロッド側室８ｒ内を進退するピストンロッド８ｃの容積分に相当する作動油がタンク室８ｆ内に出入する。ここで、タンク室８ｆの容積は一定であるため、作動油の出入による空気圧及び空気温度を測定することによってピストン８ｂの変位量（ダンパストローク）を演算することができる。ピストン変位演算部１０ｂは、以下の数１によってピストン８ｂの変位を演算する。
【００２６】
【数１】
2004257819.tif 000003
【００２７】
数１に示すＰはタンク室８ｆ内の空気圧力であり、Ｖ０  はピストンロッド８ｃが最も縮んだ時のタンク室８ｆ内の空気容積であり、ｓはピストンロッド８ｃの断面積であり、ｘはピストンの変位量（ピストンロッド８ｃが最も縮んだ時の寸法からの伸び）であり、ｎはタンク室８ｆ内に封入された空気量（ｍｏｌ）であり、Ｒはガス定数であり、Ｔはタンク室８ｆ内の空気温度である。数１に示すように、タンク室８ｆ内の空気圧と容積との間にはダンパ装置８の減衰力に関わらず気体の状態方程式が成立する。ここで、Ｃ＝ｎ＊Ｒとして数１を変形すると、以下の数２によってピストン８ｂの変位量を演算することができる。
【００２８】
【数２】
2004257819.tif 000004
【００２９】
数２に示すＶ０  及びＣは、ダンパ装置８を組み立てた後に、ピストンロッド８ｃが最も縮んだ時（圧縮端に達した時）のタンク室８ｆ内の空気圧力Ｐ０  及び空気温度Ｔ０  と、ピストンロッド８ｃが最も伸びた時（伸長端に達した時）のタンク室８ｆ内の空気圧力Ｐ１  及び空気温度Ｔ１  とを測定して演算することができる。ピストン変位演算部１０ｂは、以下の数３及び数４によって数２に示すＶ０  及びＣを演算する。
【００３０】
【数３】
2004257819.tif 000005
【００３１】
【数４】
2004257819.tif 000006
【００３２】
このようにピストン変位演算部１０ｂは、圧力温度検出部１０ａを構成する圧力センサと温度センサとを一体化させて線形化することによってピストン８ｂの変位量を演算する。ピストン変位演算部１０ｂは、プラス（伸長側）のピストン変位信号Ｗ１  及びマイナス（圧縮側）のピストン変位信号Ｗ２  をピストン速度演算部１０ｄ及び制御部１３に出力する。記憶部１０ｃは、ピストン変位演算部１０ｂの演算結果を記憶する部分である。記憶部１０ｃは、例えば、ピストン変位演算部１０ｂが演算したＶ０  及びＣなどの情報を記憶するＥＥＰＲＯＭなどのメモリであり、ピストン変位演算部１０ｂによってこれらの情報が読み出される。
【００３３】
ピストン速度演算部１０ｄは、ピストン８ｂの変位量に基づいてこのピストン８ｂの速度を演算する演算部である。ピストン速度演算部１０ｄは、ピストン変位演算部１０ｂが出力するピストン変位信号Ｗ１  ，Ｗ２  に基づいてピストン８ｂの速度を演算する。ピストン速度演算部１０ｄは、例えば、ピストン変位演算部１０ｂが演算したピストン５ｂの変位量の所定時間内における変化率に基づいてピストン速度を演算する。ピストン速度演算部１０ｄは、プラス（伸長側）のピストン速度信号Ｖ１  及びマイナス（圧縮側）のピストン速度信号Ｖ２  を制御部１３に出力する。
【００３４】
図３は、この発明の第１実施形態に係るダンパ装置の減衰力特性を示す図である。
記憶部１２は、振動を減衰させる減衰力Ｆとピストン速度Ｖとの関係を示す減衰力特性を記憶する部分である。図３に示す縦軸は、車体３の振動を抑えるためにダンパ装置８，９が発生する減衰力Ｆであり、横軸はピストン速度Ｖである。記憶部１２は、図３に示すように、制御弁８ｊ，９ｊを開閉する電流値Ｉ１  ，Ｉ２  ，Ｉ３  ，…，Ｉｎ  毎に対応する減衰係数（ダンパ定数）Ｃ１  ，Ｃ２  ，Ｃ３  ，…，Ｃｎ  を記憶する。
【００３５】
制御部１３は、制振システム５の種々の動作を制御する中央処理部である。制御部１３は、信号処理回路７が出力する車体速度信号Ｕ１  ，Ｕ２  に基づいて車体３の揺れ方向を判別して駆動回路１４，１５に制御信号を出力する。また、制御部１３は、ピストン変位演算部１０ｂ，１１ｂが出力するピストン変位信号Ｗ１  ，Ｗ２  に基づいてピストンロッド８ｃ，９ｃが伸長端及び圧縮端（ストロークエンド）に達する直前であるか否かを判断する。さらに、制御部１３は、ピストン変位検出装置１０の検出結果に基づいて制御弁８ｊ，９ｊを制御する。制御部１３は、ピストン速度演算部１０ｄ，１１ｄが出力するピストン速度信号Ｖ１  ，Ｖ２  と信号処理回路７が出力する車体速度信号Ｕ１  ，Ｕ２  とに基づいて、図３に示すピストン速度ＶＣ  と減衰力ＦＣ  とを演算するとともに、このピストン速度Ｖと減衰力特性とに基づいて制御弁８ｊ，９ｊを開閉する電流値Ｉを制御する。制御部１３は、図３に示す減衰力特性を記憶部１２から読み出して、ピストン速度ＶＣ  のときに減衰力ＦＣ  を発生する点ＰＣ  に対応する減衰係数Ｃ０  を演算し、ピストン速度ＶＣ  であるときに減衰力ＦＣ  を発生する電流値Ｉ０  を演算する。制御部１３は、この電流値Ｉ０  に基づいて制御弁８ｊ，９ｊを制御するための制御信号を駆動回路１４，１５に出力させる。
【００３６】
駆動回路１４，１５は、ダンパ装置８，９を駆動制御するための回路である。駆動回路１４，１５は、制御部１３が出力する制御信号に基づいて、図２に示すダンパ装置８，９の縮みアンロード弁８ｍ，９ｍ及び伸びアンロード弁８ｐ，９ｐを開閉するための切替信号（駆動電流）Ｑ１  ，Ｑ２  を出力する。また、駆動回路１４，１５は、制御部１３が出力する制御信号に基づいて、制御弁８ｊ，９ｊの開度を調整するための開度調整信号（駆動電流）Ｘを出力する。
【００３７】
次に、この発明の第１実施形態に係るダンパ装置を備える制振システムの動作を説明する。
なお、ダンパ装置８，９は、それぞれ逆の動作をするため、以下ではダンパ装置８側の動作を中心に説明しダンパ装置９側の動作については説明を省略する。
（車体３がＡ方向に揺れた場合）
図１に示すＡ方向に車体３が揺れて振動検出部６が振動検出信号Ｓ１  を出力すると、信号処理回路７が正方向の車体速度信号Ｕ１  を制御部１３に出力する。このときに、車体３よりも遅い速度で台車４がＡ方向に揺れていたり、車体３とは逆に台車４がＢ方向に揺れていたりすると、図２に示すピストンロッド８ｃがＡ方向に伸長する。その結果、ピストン変位検出装置１０がピストン８ｂの位置及び速度を検出して、プラス（伸長側）のピストン変位信号Ｗ１  及びプラス（伸長側）のピストン速度信号Ｖ１  を制御部１３に出力する。制御部１３は、車体速度信号Ｕ１  とピストン速度信号Ｖ１  とに基づいてピストン速度Ｖを演算するととともに、車両２の揺れを抑えるのに最適な減衰力Ｆを演算する。制御部１３は、図３に示す減衰力特性を記憶部１２から読み出して制御弁８ｊを開閉するための電流値Ｉを演算し、この電流値Ｉに応じた開度調整信号Ｘを駆動回路１４，１５に出力させる。
【００３８】
図２に示すピストンロッド８ｃがＡ方向に伸長すると、伸びアンロード弁８ｐが流路８ｎを遮断しているためロッド側室８ｒ内の作動油が流路８ｄに流入して減衰力発生部８ｅを通過するとともに、作動油の一部がバイパス流路８ｉに流入して制御弁８ｊを通過する。その結果、減衰力発生部８ｅを通過する作動油の流量と圧力が制御されてダンパ装置８が減衰力Ｆを発生し、車両２の揺れが抑えられる。減衰力発生部８ｅ及び制御弁８ｊを作動油が通過すると、縮みアンロード弁８ｍが流路８ｋを遮断しているため、この作動油が流路８ｄから逆止弁８ｈを通過してヘッド側室８ｑ内に流入する。このとき、ロッド側室８ｒ内から進出したピストンロッド８ｃの体積分に相当する作動油が、タンク室８ｆ内から吸引されて流路８ｄ，８ｇを通過しヘッド側室８ｑ内に流入する。
【００３９】
（ピストンロッド８ｃが伸長端に接近した場合）
例えば、車両２が曲線区間を通過すると遠心力によって車体３が外側に移動する。このとき、車体３がＡ方向に揺れて台車４もＡ方向に揺れていると、ピストンロッド８ｃの変位量が大きくなるため、ピストンロッド８ｃの変位量を図示しないストッパが所定範囲内に規制する。このとき、ピストンロッド８ｃが伸長端に達してストッパに衝突すると、車体３に衝撃力が発生するおそれがある。このため、ピストンロッド８ｃが伸長端に達する直前であるとピストン変位信号Ｗ１  に基づいて制御部１３が判断したときには、ダンパ装置８が最大減衰力を発生して衝撃力を緩和するように、制御弁８ｊ，９ｊを制御するための開度調整信号Ｘを駆動回路１４に出力させる。
【００４０】
（車体３よりも速い速度で台車４がＡ方向に揺れた場合）
図１に示すＡ方向に車体３が揺れているときに、台車４が軌道狂いなどによってこの車体３よりも速い速度でＡ方向に揺れると、図２に示すピストンロッド８ｃがＢ方向に圧縮する。その結果、減衰力発生部８ｅが発生する減衰力に応じた流体圧がヘッド側室８ｑに発生して、ヘッド側室８ｑとロッド側室８ｒとの受圧面積の差により、ピストンロッド８ｃをＡ方向に伸長させる押圧力としてこの流体圧が作用する。この押圧力は、車体３をＡ方向に大きく揺らすように作用するため、ダンパ装置８が減衰力を発生しないほうが車体３の揺れが小さくなる。車体速度信号Ｕ１  とピストン速度信号Ｖ２  とに基づいて車体３よりも速い速度で台車４が揺れていると制御部１３が判断したときには、縮みアンロード弁８ｍを開閉するための切替信号Ｑ１  を駆動回路１４に出力させる。縮みアンロード弁８ｍが流路８ｋを開放すると伸びアンロード弁８ｐが流路８ｎを閉鎖しているため、ヘッド側室８ｑ内の作動油が流路８ｋ，８ｇを通過してタンク室８ｆ内に流入する。その結果、車体３の揺れを増大する方向にダンパ装置８が減衰力を発生しない。
【００４１】
（車体３がＢ方向に揺れた場合）
図１に示すＢ方向に車体３が揺れて振動検出部６が振動検出信号Ｓ１  を出力すると、信号処理回路７が負方向の車体速度信号Ｕ２  を制御部１３に出力する。このときに、車体３よりも遅い速度で台車４がＢ方向に揺れていたり、車体３とは逆に台車４がＡ方向に揺れていたりすると、図２に示すピストンロッド８ｃがＢ方向に圧縮する。その結果、マイナス（圧縮側）のピストン変位信号Ｗ２  及びマイナス（圧縮側）のピストン速度信号Ｖ２  をピストン変位検出装置１０が制御部１３に出力する。制御部１３は、車体速度信号Ｕ２  とピストン速度信号Ｖ２  とに基づいてピストン速度Ｖと減衰力Ｆとを演算するとともに、図３に示す減衰力特性から電流値Ｉを演算し、この電流値Ｉに応じた開度調整信号Ｘを駆動回路１４，１５に出力させる。
【００４２】
図２に示すピストンロッド８ｃがＢ方向に圧縮すると、逆止弁８ｈが流路８ｄを遮断するとともに、縮みアンロード弁８ｍ及び伸びアンロード弁８ｐが流路８ｄ，８ｋ，８ｎを遮断しているため、ヘッド側室８ｑ内の作動油が流路８ｓに流入し逆止弁８ｔを通過してロッド側室８ｒ内に流入する。このとき、ロッド側室８ｒ内から進入したピストンロッド８ｃの体積分に相当する作動油が、ロッド側室８ｒから流路８ｄに流入して減衰力発生部８ｅを通過するとともに、作動油の一部がバイパス流路８ｉに流入して制御弁８ｊを通過する。その結果、ダンパ装置８が減衰力Ｆを発生して、車両２の揺れが抑えられる。減衰力発生部８ｅ及び制御弁８ｊを通過した作動油は、流路８ｄ，８ｇを通過してタンク室８ｆ内に流入する。
【００４３】
（ピストンロッド８ｃが圧縮端に接近した場合）
ピストンロッド８ｃが圧縮端に達する直前であるとピストン変位信号Ｗ１  ，Ｗ２  に基づいて制御部１３が判断したときには、ダンパ装置８が最大減衰力を発生して衝撃力を緩和するように、制御弁８ｊ，９ｊを制御するための開度調整信号Ｘを駆動回路１４に出力させる。
【００４４】
（車体３よりも速い速度で台車４がＢ方向に揺れた場合）
図１に示すＢ方向に車体３が揺れているときに、この車体３よりも速い速度でＢ方向に揺れると、図２に示すピストンロッド８ｃがＡ方向に伸長する。その結果、減衰力発生部８ｅが発生する減衰力に応じた流体圧がロッド側室８ｒに発生して、ピストンロッド８ｃをＢ方向に伸長させる押圧力としてこの流体圧が作用する。この押圧力は、車体３をＢ方向に大きく揺らすように作用するため、伸びアンロード弁８ｐを開閉するための切替信号Ｑ２  を駆動回路１４に制御部１３が出力させる。伸びアンロード弁８ｐが流路８ｎを開放すると、縮みアンロード弁８ｍが流路８ｋを閉鎖しているため、ロッド側室８ｒ内の作動油が流路８ｎを通過してヘッド側室８ｑ内に流入する。その結果、車体３の揺れを増大する方向にダンパ装置８が減衰力を発生しない。
【００４５】
この発明の第１実施形態に係るピストン変位検出装置及びダンパ装置には、以下に記載するような効果がある。
（１）  この第１実施形態では、シリンダ８ａ内を進退するピストンロッド８ｃの体積分に相当する作動油が出入するタンク室８ｆ内の空気の圧力及び温度を圧力温度検出部１０ａが検出し、この空気の圧力及び温度に基づいてピストン８ｂの変位量をピストン変位演算部１０ｂが演算する。その結果、小型の圧力センサや温度センサをタンク室８ｆに接するように取り付けることができるため、ダンパ装置８，９の基本長が長くならず通常のダンパ装置と容易に置き換えることができる。また、ピストン変位検出装置１０が小型になるとともに、ピストン変位検出装置１０をピストンロッド８ｃと平行に設置する必要がなくなるため、設置場所の制約を受けず容易に取り付けることができる。さらに、圧力温度検出部１０ａ自体を外部から容易に交換可能であるためメンテナンスが容易になるとともに、機械的な可動部分が不要になり装置の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（２）  この第１実施形態では、ピストン８ｂの変位量に基づいてピストン８ｂの速度をピストン速度演算部１０ｄが演算する。このため、実際に測定したピストン速度Ｖを考慮してダンパ装置８，９に減衰力Ｆを発生させることができる。
【００４７】
（３）  この第１実施形態では、減衰力を発生させる減衰力発生部８ｅをバイパスするバイパス流路８ｉ内を流れる作動油の流量又は差圧を制御弁８ｊが調整し、ピストン変位検出装置１０の検出結果に基づいてこの制御弁８ｊを制御部１３が制御する。その結果、簡単な構造のピストン変位検出装置１０によって制御弁８ｊを制御することができる。
【００４８】
（４）  この第１実施形態では、ピストン速度Ｖと減衰力Ｆとの関係を示す減衰力特性を記憶部１２が記憶し、ピストン速度Ｖと減衰力特性とに基づいて制御弁８ｊを開閉する電流値Ｉを制御部１３が制御する。このため、図３に示すように、実際のピストン速度ＶＣ  に応じて減衰力特性の高さ（減衰力Ｆの大きさ）を補正することができるとともに、最適な減衰力ＦＣ  を発生させるために必要な電流値Ｉ０  によって制御弁８ｊを高精度に制御することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
以下では、図２に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
この第２実施形態では、第１実施形態と異なり、タンク室８ｆ内の気体の圧力のみを検出しこの圧力の移動平均に基づいてピストン８ｂの変位量を演算する。圧力検出部１０ｅは、タンク室８ｆ内の空気の圧力を検出する装置であり、シリンダ８ａ内の作動油がタンク室８ｆ内に出入するときに、このタンク室８ｆ内に密閉された空気の圧力変化を検出する圧力センサである。ピストン変位演算部１０ｆは、空気の圧力の移動平均値に基づいてピストン８ｂの変位量を演算する演算部である。
【００５０】
通常、ダンパ装置８，９はばねと並列に設置されているため、摩擦がなければ変位はばねと荷重の釣り合い位置（中立位置）に収束するはずであるが、実際には摩擦があるため中立位置からずれた位置で停止していることが多い。しかし、車両２が走行しているときには軌道狂いによる振動などによってダンパ装置８，９とばねとが動作し、ばねによる釣り合い位置を中心としてこの振動が発生する。このため、ダンパ装置８，９とばねとの相対変位の期待値（平均値）が中立位置における変位となる。したがって、タンク室８ｆ内の圧力を測定してその移動平均Ｐｎ  を演算すれば、中立位置ｘｎ  におけるタンク室８ｆの内圧の推定値を演算することができる。移動平均Ｐｎ  と中立位置ｘｎ  との関係を数１に代入すると、以下に示す数５が成立する。
【００５１】
【数５】
2004257819.tif 000007
【００５２】
ここで、空気の出入がないときには数５に示す右辺は変わらないため、数１及び数５から以下に示す数６が成立する。ピストン変位演算部１０ｆは、以下に示す数６によってピストン８ｂの変位を演算する。
【００５３】
【数６】
2004257819.tif 000008
【００５４】
この第２実施形態では、タンク室８ｆ内の空気圧の移動平均に基づいてピストン８ｂの変位量をピストン変位演算部１０ｆが演算する。その結果、温度検出機能を有する温度センサ部分を省略することができるため、ピストン変位検出装置１０の構成を簡単にすることができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
この第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、ロッド側室８ｒとタンク室８ｆとが流路８ｕによって直接接続された油空ばねである。この第３実施形態では、ロッド側室８ｒ内を進退するピストンロッド８ｃの体積分に相当する作動油がタンク室８ｆ内に出入し、ピストンロッド８ｃの伸縮動作に応じて変化するタンク室８ｆ内の空気の圧力又は温度を圧力温度検出部１０ａが検出する。この第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。
【００５６】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
（１）  この実施形態では、タンク室８ｆ内に出入する作動流体として油を例に挙げて説明したが、水などの他の非圧縮性流体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、タンク室８ｆ内の気体として空気を例に挙げて説明したが、窒素などの他の圧縮性流体についてもこの発明を適用することができる。さらに、この第１実施形態及び第２実施形態では、減衰定数Ｃ１  ，…，Ｃｎ  を制御して振動を抑制するセミアクティブサスペンションなどのユニフロー型ダンパを例に挙げて説明したが、他の形式のダンパ装置や油圧アクチュエータなどについてもこの発明を適用することができる。
【００５７】
（２）  この実施形態では、いずれか一方が故障したときのフェイルセーフ効果などを考慮して２つのダンパ装置８，９を設置しているがいずれか一方を省略してもよい。また、この実施形態では、シリンダ８ａとタンク室８ｆとが分離したダンパ装置８，９を例に挙げて説明したが、内筒にシリンダ室を形成し内筒と外筒との間にタンク室を形成した二重筒構造のダンパ装置についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、車体３の揺れを抑える制振システム５にピストン変位検出装置１０，１１を適用した場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、台車４と車体３との間の相対変位を測定する装置や、この相対変位に基づいて曲線位置を演算する装置や、減衰力を制御してピストンロッド８ｃとストッパとの衝突を防止する装置や、車体間に設置されて車体のヨーイング振動を抑える車体間ダンパ装置や、この車体間ダンパ装置の変位量を測定する装置などについてもこの発明を適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によると、小型で保守や取り付けが容易であり信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係るダンパ装置を備える制振システムの構成図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係るダンパ装置の減衰力特性を示す図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係るダンパ装置の構成図である。
【図６】従来のダンパ装置の減衰力特性を示す図である。
【符号の説明】
５  制振システム
８，９  ダンパ装置
８ａ  シリンダ
８ｂ  ピストン
８ｃ  ピストンロッド
８ｄ  流路
８ｅ  減衰力発生部
８ｆ  タンク室
８ｉ  バイパス流路
８ｊ  制御弁
８ｍ  縮みアンロード弁
８ｐ  伸びアンロード弁
８ｑ  ヘッド側室
８ｒ  ロッド側室
１０  ピストン変位検出装置
１０ａ  圧力温度検出部（検出手段）
１０ｂ，１０ｆ  ピストン変位演算部（変位量演算手段）
１０ｄ  ピストン速度演算部（速度演算手段）
１０ｅ  圧力検出部（検出手段）
１２  記憶部（記憶手段）
１３  制御部（制御手段）
Ｖ，ＶＣ    ピストン速度
Ｆ，ＦＣ    減衰力
Ｉ  電流値
【図１】
2004257819.tif 000009
【図２】
2004257819.tif 000010
【図３】
2004257819.tif 000011
【図４】
2004257819.tif 000012
【図５】
2004257819.tif 000013
【図６】
2004257819.tif 000014