(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車上に空気バネをそれぞれ左右離間して配置して車体を傾斜可能に支持するとともに、各空気バネ内の圧力空気を吸排する高さ調整機構を車体と台車との間にそれぞれ備え、該高さ調整機構の作動により左右の空気バネの圧力空気を吸排させて前記車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法において、前記高さ調整機構として、高さ調整棒と高さ制御弁とを設け、前記高さ調整棒の上部にバネ復帰単動空気シリンダを設け、該空気シリンダを、空気シリンダと空気源との間の回路に設けられた電磁弁の作動により、シリンダ室へ供給される圧力空気でピストンロッドを伸張し、シリンダ室の圧力空気を排気されると戻しバネの付勢力でピストンロッドを縮小して初期状態に復帰させ、前記電磁弁を車高制御部からの指令により作動させ、前記ピストンロッドの先端を、前記高さ制御弁を開閉操作する弁棒を回動する梃子に連結し、前記弁棒に該弁棒と一体回転する回転部材を設け、前記弁棒に固設された円盤とケースとの間に、前記円盤に形成された円弧状の長孔に係合するボールを配置して前記回転部材を前記長孔の長さ分回転可能とし、車体傾斜時に、外軌側の空気シリンダのピストンロッドを常に最大限伸張させ、該ピストンロッドの伸張に伴い前記梃子を介して前記弁棒を回動して高さ制御弁を開いて外軌側の空気バネに前記空気源から空気を供給し、外軌側の空気バネを膨らませて車体を最大角度に傾斜させ、前記回転部材に前記弁棒の回転位置を検出するリミットスイッチを設け、該リミットスイッチにより、前記空気シリンダの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜方法。
【請求項２】
台車上に空気バネをそれぞれ左右離間して配置して車体を傾斜可能に支持するとともに、各空気バネ内の圧力空気を吸排する高さ調整機構を車体と台車との間にそれぞれ備え、該高さ調整機構の作動により左右の空気バネの圧力空気を吸排させて前記車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法において、前記高さ調整機構として、高さ調整棒と高さ制御弁とを設け、前記高さ調整棒の先端に連結された梃子をロータリーソレノイドに接続し、該ロータリーソレノイドを、防水ケースに複列円筒コロ軸受を介して回動可能に支持されたベースと、該ベースに固設されたコイルと、該コイルの励磁によって回転するアーマチュアと、該アーマチュアと一体回転するシャフトと、アーマチュアの回転範囲を規制するボールと、回転したアーマチュアを初期状態に復帰させる戻しバネとで構成し、前記シャフトを高さ制御弁の弁棒にリンク梃子を介して連結し、車高制御部からの電気信号により作動して、前記弁棒を回動することにより高さ制御弁を操作して、空気バネの高さを変更して車体を昇降又は傾斜させ、車体傾斜時に、外軌側のロータリーソレノイドのアーマチュアを常に最大変位量回転駆動させて前記弁棒を回動して高さ制御弁を開いて外軌側の空気バネに空気源から空気を供給し、外軌側の空気バネを膨らませて車体を最大角度に傾斜させ、前記シャフトに固設した回転部材に、前記弁棒の回転位置を検出するリミットスイッチを設け、該リミットスイッチにより、前記ロータリーソレノイドの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動により車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両が走行する曲線軌道には、曲線の内側と外側の軌道に高低差、いわゆるカントが設けられ、曲線通過時に発生する車体床面での左右方向の加速度を低減している。しかし、鉄道車両の高速化に伴い、カントのみでは車体床面左右定常加速度の低減が充分ではなく、いわゆるカント不足が生じる。このため、車体を曲線内側に傾斜させて超過遠心力と重力の合力が車体床面に垂直に働くようにした車体傾斜装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、振り子式車両の車体傾斜装置は、台車上にコロ装置を設けるとともに車体にバネ装置を介して曲面形状の振り子梁をコロ装置に結合させて設け、振り子梁と台車の間に設けたシリンダを作動制御器からの信号で作動させて強制的に車体を傾斜させるようにしている。車体傾斜方法は、速度検出器で検知した速度と、予め収集して記憶されている走行路線の曲線半径やカント量等の曲線形状情報とから演算器が、車体床面左右定常加速度を０とするために最適な傾斜角度を演算し、センサ等で車体傾斜角度を検出して、必要な車体傾斜角度に実際の車体傾斜角度が追随するよう作動制御器がシリンダのストローク量を連続的に制御する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、車体と台車との間に左右離間して配置された各空気バネに、各空気バネに対応して設けられた高さ調整棒を介して車体と台車間の上下変位量を高さ制御弁に伝達して空気バネ高さを調整可能な高さ調整機構を備えた鉄道車両でも、各空気バネの高さを強制的に変更して車体を傾斜させることが可能である。この種の車体傾斜装置は、左右の空気バネそれぞれに対応して設けられた高さ調整棒の設定長さに基づいて開閉タイミングが決定される高さ制御弁により、上記空気バネの高さを調整可能な高さ調整機構と、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上記車体に取り付けて構成されたアンチローリング機構とを備え、アンチローリング機構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して車体を傾斜させるとともに、左右の高さ調整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して、調整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力空気を供給して、外軌側の空気バネを高くして車体を傾斜させる。この場合も、速度計が検出した走行速度、横加速度計が検出した走行方向と垂直に作用する横加速度、地点検知手段が検知した地点情報等を入力されたコントローラが、変位計が検出した油圧アクチュエータのピストンロッドの移動量をフィードバックしながら、最適な傾斜角度になるよう油圧アクチュエータを連続的に制御する（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−６７９４４号公報（第２頁、第９図）
【０００６】
【特許文献２】
特許第３１９３４６９号公報（第３〜４頁、第１図、第３図、第４図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のいずれの構成では、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に対して最適な傾斜角度になるように各種の機器を搭載しなければならないので、構成が複雑でコストやメンテナンス上の問題がある。しかも、実際の運用では、多くの曲線においては、機構上の最大傾斜を行っても、車体床面左右定常加速度がある程度発生するような走行速度で走行している場合が多く、曲線軌道走行中の車体傾斜角度を曲線半径やカント量等の曲線形状に合わせて連続的に制御する必要性は少ない。
【０００８】
そこで本発明は、曲線半径やカント量等の曲線形状に拘わらず車体傾斜角度を固定とすることにより、構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる車体傾斜方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明は、台車上に空気バネをそれぞれ左右離間して配置して車体を傾斜可能に支持するとともに、各空気バネ内の圧力空気を吸排する高さ調整機構を車体と台車との間にそれぞれ備え、該高さ調整機構の作動により左右の空気バネの圧力空気を吸排させて前記車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜方法において、その第１は、前記高さ調整機構として、高さ調整棒と高さ制御弁とを設け、前記高さ調整棒の上部にバネ復帰単動空気シリンダを設け、該空気シリンダを、空気シリンダと空気源との間の回路に設けられた電磁弁の作動により、シリンダ室へ供給される圧力空気でピストンロッドを伸張し、シリンダ室の圧力空気を排気されると戻しバネの付勢力でピストンロッドを縮小して初期状態に復帰させ、前記電磁弁を車高制御部からの指令により作動させ、前記ピストンロッドの先端を、前記高さ制御弁を開閉操作する弁棒を回動する梃子に連結し、前記弁棒に該弁棒と一体回転する回転部材を設け、前記弁棒に固設された円盤とケースとの間に、前記円盤に形成された円弧状の長孔に係合するボールを配置して前記回転部材を前記長孔の長さ分回転可能とし、車体傾斜時に、外軌側の空気シリンダのピストンロッドを常に最大限伸張させ、該ピストンロッドの伸張に伴い前記梃子を介して前記弁棒を回動して高さ制御弁を開いて外軌側の空気バネに前記空気源から空気を供給し、外軌側の空気バネを膨らませて車体を最大角度に傾斜させ、前記回転部材に前記弁棒の回転位置を検出するリミットスイッチを設け、該リミットスイッチにより、前記空気シリンダの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することを特徴とし、その第２は、前記高さ調整機構として、高さ調整棒と高さ制御弁とを設け、前記高さ調整棒の先端に連結された梃子をロータリーソレノイドに接続し、該ロータリーソレノイドを、防水ケースに複列円筒コロ軸受を介して回動可能に支持されたベースと、該ベースに固設されたコイルと、該コイルの励磁によって回転するアーマチュアと、該アーマチュアと一体回転するシャフトと、アーマチュアの回転範囲を規制するボールと、回転したアーマチュアを初期状態に復帰させる戻しバネとで構成し、前記シャフトを高さ制御弁の弁棒にリンク梃子を介して連結し、車高制御部からの電気信号により作動して、前記弁棒を回動することにより高さ制御弁を操作して、空気バネの高さを変更して車体を昇降又は傾斜させ、車体傾斜時に、外軌側のロータリーソレノイドのアーマチュアを常に最大変位量回転駆動させて前記弁棒を回動して高さ制御弁を開いて外軌側の空気バネに空気源から空気を供給し、外軌側の空気バネを膨らませて車体を最大角度に傾斜させ、前記シャフトに固設した回転部材に、前記弁棒の回転位置を検出するリミットスイッチを設け、該リミットスイッチにより、前記ロータリーソレノイドの作動状態及び前記空気バネの伸縮状態を監視することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される各実施形態例に基づいて説明する。図１乃至図９は本発明の第１実施形態例を示すもので、車体１と台車２との間には、空気バネ３Ｌ，３Ｒが左右に離間して配置されている。以下、数字の後の「Ｌ」は左側に、「Ｒ」は右側に配置されたものを示す。各空気バネ３Ｌ，３Ｒには、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒと高さ制御弁５Ｌ，５Ｒとが設けられている。
【００１１】
前記高さ調整棒４Ｌ，４Ｒには、その上部にバネ力にて初期状態に復帰可能なアクチュエータとして空気シリンダ６Ｌ，６Ｒがそれぞれ設けられており、各空気シリンダ６Ｌ，６Ｒのピストンロッド７Ｌ，７Ｒの先端は、前記高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの開閉操作部である弁棒８を回動する梃子９Ｌ，９Ｒに連結されている。弁棒８には、弁棒８と一体回転する回転部材１０に、弁棒８の回転位置を検出するリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が設けられている。弁棒８には円盤１１が固設され、該円盤１１とケース１２との間には、円盤１１に形成された円弧状の長孔１１ａ，１１ａに係合するボール１３が配置され、回転部材１０は、長孔１１ａ，１１ａの長さ分回転する。
【００１２】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒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の先端位置が変動することにより梃子９Ｌ，９Ｒを介して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒８を回動し、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを操作して空気源１４から空気バネ３Ｌ，３Ｒへの空気の給排を制御する。
【００１３】
前記各空気シリンダ６Ｌ，６Ｒは、バネ復帰単動シリンダで、空気源１４との間の回路に設けられた電磁弁１５の作動により、シリンダ室へ供給される圧力空気でピストンロッド７Ｌ，７Ｒを伸張し、シリンダ室の圧力空気が排気されると戻しバネの付勢力でピストンロッド７Ｌ，７Ｒを縮小して初期状態に復帰する。電磁弁１５は、車体１に搭載された制御装置１７からの指令により作動する。
【００１４】
制御装置１７は、車体１の昇降と車体１の傾斜を制御するもので、車高制御部１８と、異常診断部１９と、線路データ記憶部２０と、地点情報検知部２１とを有している。地点情報検知部２１には、車速の検出及び走行路線の曲線部の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号を受信する車速・Ｐ点信号センサ２２が接続されている。
【００１５】
走行路線の曲線部走行時における車体１の傾斜は、車速・Ｐ点信号センサ２２が受信したＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び検出した車速と、線路データ記憶部２０に記憶された線路データとから車高制御部１８が車体傾斜を行うか否かを判断し、車体傾斜を行うのであれば、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、前後の台車２の傾斜させる側の空気シリンダ、例えば、本実施形態例では空気シリンダ６Ｒのピストンロッド７Ｒを常に最大限に伸張する。
【００１６】
ピストンロッド７Ｒの伸張に伴い梃子９Ｒを介して高さ制御弁５Ｒの弁棒８が回動し、高さ制御弁５Ｒが開いて空気バネ３Ｒに空気源１４から空気が供給され、空気バネ３Ｒが上方へ膨らんで車体１が設定された最大角度に傾斜する。
【００１７】
走行路線の曲線部の終了に伴って車体１を水平に戻すには、曲線部終了位置の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び台車２に設けた車速・Ｐ点信号センサ２２により検出される車速と、線路データ記憶部２０に記憶された線路データとを比較して、空気シリンダ６Ｒのピストンロッド７Ｒを縮小し、空気バネ３Ｒ中の空気を排気して車体１を水平にする。
【００１８】
この一連の車体傾斜過程において、弁棒８の回転位置を検出するリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は次のように作動する。先ず、図５（ａ）に示されるように、車体１の水平状態では、空気シリンダ６Ｒのピストンロッド７Ｒが縮小し、空気バネ３Ｒも縮んでいるので、回転部材１０のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は接点２４ａ，２４ｂにそれぞれ近接してＯＮしている。次に、車体１を傾斜させるために、図５（ｂ）に示されるように、ピストンロッド７Ｒが伸張すると梃子９Ｒが上昇して高さ制御弁５Ｒの弁棒８と回転部材１０とが時計方向に回動し、リミットスイッチＳＷ１は接点２４ａから離れてＯＦＦに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２は接点２４ｂから離れて接点２５ｂに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒはまだ縮んでいるが、弁棒８が給気方向に回動しているので、空気バネ３Ｒが膨らむ。空気バネ３Ｒが膨らむことにより、車体１が台車２から上昇するので、図５（ｃ）に示されるように、梃子９Ｒが水平状態に戻るから、回転部材１０は、反時計方向に回動してリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点２４ａ，２４ｂにそれぞれ近接する。したがって、リミットスイッチＳＷ１はＯＦＦからＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。車体１を水平状態に戻すために、図５（ｄ）に示されるように、ピストンロッド７Ｒが縮小すると梃子９Ｒが下降して高さ制御弁５Ｒの弁棒８と回転部材１０とが反時計方向に回動し、リミットスイッチＳＷ１は接点２４ａから離れて接点２５ａに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮからＯＦＦに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒはまだ膨らんでいるが弁棒８が排気方向に回動しているので、空気バネ３Ｒが縮み、車体１が下がって梃子９Ｒが水平状態になる図５（ａ）の状態に戻る。
【００１９】
このように、車体１の傾斜及び水平戻しにおける空気シリンダ６Ｒのピストンロッド７Ｒの作動状態は、初期位置での停止状態と最大限に伸張した固定変位での停止状態及び伸縮速度のみで、ピストンロッド７Ｒの動作状態量をフィードバックしないオープンルーフ制御である。また、空気シリンダ６Ｒに対する傾斜指令は、固定変位への伸び指令と初期状態への縮み指令の２通りであり、それぞれの指令タイミングは、図６及び図７に示されるように、固定変位への伸び指令は、曲線軌道入口から（ピストンロッド７Ｒの伸び時間＋ピストンロッド７Ｒの動作遅れ時間）ｔ１×走行速度分手前の位置で行われ、初期状態への縮み指令は、曲線軌道出口からピストンロッド７Ｒの動作遅れ時間ｔ２×走行速度分手前の位置で行われる。
【００２０】
この空気シリンダ６Ｒのピストンロッド７Ｒを常に最大限に伸張する傾斜方法では、従来のアクチュエータを連続的に制御した場合と比べて、車体床面左右定常加速度に差が生じるのは、図８及び図９に示されるように、カント不足量が小さい領域、図８及び図９において０〜３０ｍｍの領域のみであるから、曲線軌道走行中の車体傾斜角度を曲線半径やカント量等の曲線形状に合わせて連続的に制御しなくても、乗客に与える影響は少ない。
【００２１】
この結果、従来のアクチュエータを連続的に制御するために必要な部品や機構を削減して、車体傾斜装置の構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる。また、リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦ切り替えを監視することによって、空気シリンダ６Ｌ，６Ｒのピストンロッド７Ｌ，７Ｒの作動状態及び空気３Ｌ，バネ３Ｒの伸縮状態を確認できるから、少ない部品点数で信頼性の向上とコスト低減が図れる。
【００２２】
図１０は本発明の第２実施形態例を示すもので、以降の実施形態例では、前記第１実施形態例と同一要素には同一の符号を付して説明する。本実施形態例は、高さ調整棒４Ｌと梃子９Ｌ、高さ調整棒４Ｒと梃子９Ｒとを直接連結し、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒８にそれぞれアクチュエータとして電動回転駆動機構の１つであるロータリーソレノイド３０を設け、該ロータリーソレノイド３０を車高制御部１８からの電気信号により作動して、制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒８を回動することにより、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒをそれぞれ操作して、各空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを変更して車体１を昇降又は傾斜させるものである。
【００２３】
ロータリーソレノイド３０は、防水ケース３１に複列円筒コロ軸受３２を介して回動可能に支持されたベース３３と、該ベース３３に固設されたコイル３４と、該コイル３４の励磁によって回転するアーマチュア３５と、該アーマチュア３５と一体回転するシャフト３６と、アーマチュア３５の回転範囲を規制するボール３７と、回転したアーマチュア３５を初期状態に復帰させる戻しバネ３８とを有している。
【００２４】
このロータリーソレノイド３０には、梃子９Ｌ又は梃子９Ｒのシャフト３９が接続され、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの先端位置が変動し、梃子９Ｌ，９Ｒが回動した場合には、梃子９Ｌ又は梃子９Ｒの回動力がロータリーソレノイド３０の戻しバネ３８の付勢力より弱いので、ロータリーソレノイド３０が一体に回動する。
【００２５】
前記シャフト３６は、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒８にリンク梃子４０を介して連結され、コイル３４の励磁によって弁棒８を回動する。また、シャフト３６には、弁棒８の回転位置を検出する前記リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けた回転部材１０が固設されている。さらに、該リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２及び前記コイル３４には防水コネクタ４１からの配線４２，４３がそれぞれ接続されている。
【００２６】
この構成では、車体傾斜を行うのであれば、曲線半径やカント量等の曲線形状情報に拘わらず、車高制御部１８からの電気信号によるコイル３４の励磁でアーマチュア３５を常に最大変位量回転駆動することにより、前記第１実施形態例と同様に、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを操作して、各空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを変更して車体１を設定された最大角度に傾斜させる。また、ロータリーソレノイド３０の作動状態及び空気３Ｌ，バネ３Ｒの伸縮状態の確認は、前記第１実施形態例と同様に、リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ・ＯＦＦ切り替えを監視することによって行える。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体傾斜方法は、車体を傾斜させるアクチュエータを常に最大変位量作動するから、アクチュエータの動作状態量をフィードバックする必要がないため、従来のアクチュエータを連続的に制御するために必要な部品を削減して、車体傾斜機構の構成を簡略化して信頼性向上とコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態例の車体傾斜状態を示す概略図
【図２】  リミットスイッチの配置を示す概略図
【図３】  リミットスイッチの正面図
【図４】  車体傾斜装置の概略図
【図５】  車体傾斜時におけるリミットスイッチの作動を示す概略図
【図６】  車体傾斜指令のタイミングを示すチャート図
【図７】  車体傾斜タイミングを示すチャート図
【図８】  本発明の車体傾斜方法と従来の車体傾斜方法とにおけるカント不足量と床面左右定常加速度の比較を示すグラフ図
【図９】  本発明の車体傾斜方法と従来の車体傾斜方法とにおけるカント不足量と車体傾斜角度の比較を示すグラフ図
【図１０】  第２実施形態例の高さ制御弁に設けたロータリーソレノイドの断面図
【符号の説明】
１…車体、２…台車、３Ｌ，３Ｒ…空気バネ、４Ｌ，４Ｒ…高さ調整棒、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、８…高さ制御弁の弁棒、９Ｌ，９Ｒ…梃子、１２…空気源、１５…電磁弁、１７…制御装置、１８…車高制御部、３０…ロータリーソレノイド、ＳＷ１，ＳＷ２…リミットスイッチ
【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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