鉄道車両用遠隔操作型ボールコックの開発と省配管化の検討
The Remote-Operated Ball Valve, Detail of Developmentand Feasibility Study of Simplification for Air Pipe
今岡憲彦
長本昌樹
半田直一
川上清温
松岡茂樹

Norihiko IMAOKA
Masaki NAGAMOTO
Naoichi HANDA
Kiyoharu KAWAKAMI
Shigeki MATSUOKA

鉄道車両の床下空気配管に設置したボールコックの使い勝手を向上させるため，遠隔操作可能なボールコック「Air･Lead™」を開発した．遠隔操作方式を 3 種類設定することで，ボールコックと操作ハンドルの距離，位置関係に合わせた使い分けが可能である．これらを組み合わせることで，ボールコックの使い勝手を良くする
他に，空気配管をシンプルにする（省配管化）ことができ，管摩擦抵抗減少によるエネルギロス低下，機器ぎ装自由度の向上などの二次効果を得られる．さらに，踏切事故時の配管ダメージ回避，複数位置からの遠隔操作も可能となる．モデル配管に対して省配管化効果の確認を行ったところ，配管長は最大 53％減，管摩擦抵抗は最大 63％減となった．
To･improve･ball･valve･operation･on･railcar,･we･developed･three･types･of･remote-operated･ball･valves.･These･ball･valves･are･variety･of･Air･Lead™.･These･ball･valves,･different･in･transmission･of･operate･power,･exist･for･assigning･to･
several･situation;･relative･position･between･air･pipe･and･operate･handle.･Air･Lead™･provide･good･benefit,･improving･
usability･of･ball･valve,･simplifying･air･pipe,･reducing･energy･loss･on･air･supply,･and･improving･space･utilization.･Air･
Lead™･can･supply･multiple･operation･handles.･Furthermore,･Air･Lead™･can･keep･air･pipe･away･from･collision･area･on･level･crossing･accident.･By･feasibility･study･of･simplification･for･air･pipe,･Air･Lead™･can･reduce･53%･pipe･length,･and･63%･friction･resistance･in･pipe.という名称の鉄道車両用遠隔操作型ボールコックを開発

１ はじめにした．Air･Lead™は，ボールコック本体と操作ハンドル

鉄道車両用空気配管には，切り替えおよび締め切りのを分離することで，ボールコック前後の配管の取り回しために多くのボールコックを使っている．床下に設置しを考慮しなくても，取扱者が操作しやすい位置に操作ハているボールコックの大半は，取り扱いのしやすさを考ンドルを設置することができる．

慮して，車体側面近くや車端部近くに設置されているが，また，Air･Lead™を使うことで，操作ハンドルの位置配管の端部ではなく配管途中に設ける必要がある（図1をずらさずに，空気配管を最短距離で設置することも可参照）．それら配管の取り回しの関係から，ボールコッ能となる．そこで，既存の鉄道車両の空気配管に対するク取り付け可能位置に制約が生じ，使い勝手向上の余地削減効果の検討も行った．併せて以下に記す．

が残っている．

２ Air Lead™開発の背景
鉄道車両における空気装置は，鉄道車両に真空ブレーキが搭載されたころから100年以上にわたる非常に長い歴史がある．鉄道車両の主要な空気装置はブレーキであり，安全な運行に密接に関係する装置であることから，非常に保守的な考えに基づいて設計されている．これまでも大小さまざまな改善・改良案が各方面から提案され，ブレーキ制御装置内などの限られた場所では改良が進んでいる(1)が，車両全体で見ると改善・改良が進んでいる

ボールコックにつながる配管の取り回しを考慮する必要がある

図1とは言い難い．安全性を非常に重視する装置であるので，車体側面近くの空気配管とボールコック実績の無いものは受け入れられにくい状況にあることが理由である．そのため，戦前に制定された基準がそのま当社では，現状よりも空気配管用ボールコックの使い勝手を向上させるため，
Air･Lead™（読み方：エアリード）

総合車両製作所技報第５号

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ま使われているケースもある．

鉄道車両用遠隔操作型ボールコックの開発と省配管化の検討

そこで，開発に際しては関連する技術の特許を出願した．

近年では，空気ばね車両が一般的となり，また，高度なブレーキ制御や，車体の振り子制御を空気圧で行う車

３．２ Air Lead™名称の由来

両も登場している．複雑な配管を持つ車両が出てきており，またそのような車両では床下機器も多いため，配管

Air･Lead™の名称は，空気配管の装置であることを示取り回しが一層難しくなる．このような状況において，すAirと，「引く」，「導く」などの意味を持つLeadを組み

当社では，次世代ステンレス車両sustinaの量産車開発に合わせたものである．Leadには「先導する」，「先進の」

向けて，鉄道車両用空気配管の改善・改良に取り組んだ．という意味もあり，新しい考えに基づいて開発したAir･

現状よりもボールコック操作ハンドルの使い勝手を良くLead™の持つイメージも表現している．図2にAir･Lead™

することを第一に考え，さらに，現状よりも自由に敷設のロゴを示す．

できてシンプルな経路にすることができる空気配管を目指した．空気配管はシンプルな経路にすることにより，エネルギロスを少なくすることが可能である．
ボールコックは，ドレン抜き用などの一部を除き，配管途中に設ける必要がある．そのため，ボールコックの前

図2

後に最低2本の配管がつながっている．ボールコックの設ロゴ

３．３ Air Lead™使用による効果

置可能範囲は比較的限られており，操作ハンドルの使い勝

Air･Lead™を使用することにより，現時点では以下の手を良くするためには，ボールコック本体と操作ハンドルを分離させることが必要となる．そこで，ボールコック本ような効果が得られることがわかっている．

体を遠隔操作できる操作ハンドルの開発を行った．

①配管のシンプル化による配管長の縮減と車両軽量化･配管取り回しが減ることで配管が短くなり，車両軽量改善・改良にあたっては，実績を非常に重視する状況を化を図れる．

踏まえ，高圧空気の接する部分は実績豊富な従来部材のみ②配管長縮減による管摩擦抵抗減少とエネルギロス低下を使用することとした．そのようにして改善・改良した成果の一つが，今回紹介する新開発品のAir･Lead™である．

･配管長が短くなることで管摩擦抵抗が減少する．特に，取り回しの際に用いる多くの継手が減ることで管摩擦抵

３ Air Lead™の概要

抗が大きく減少する．管摩擦抵抗の減少はエネルギロス

本章では，Air･Lead™のコンセプト，使用の効果を記す．

低下を意味し，空気圧縮機の容量低減や運転効率化による負荷低減，応答性向上を見込める．また，配管径をサ３．１ Air Lead™の基本コンセプトイズダウンすることによる車両軽量化も可能となる．

前述の通り，Air･Lead™は鉄道車両の床下空気配管に③配管のシンプル化による機器類ぎ装位置自由度向上

あるボールコックの使い勝手を向上させるため，ボール･配管取り回しが減ることで，従来まで取り回しのためコックを遠隔操作可能にする装置として開発した．に確保していたスペースが不要となり，他の機器類の床下空気配管には，元空気ダメ管（MR管），ブレーキためのぎ装スペースが増える．これにより，空気配管管（BP管），空気ばね用の圧縮空気供給管などがある．

以外の機器類のメンテナンス性向上や，重量バランスいずれの配管に設けられたボールコックも，営業運転中の最適化を図れる．に車上から操作する必要がないものである．また，異常④事故発生時の配管ダメージ回避発生時にのみ使うボールコックも多いので，操作の際に･鉄道車両の空気配管は，平常時の取り扱いのしやすさをは外部からエネルギの供給を受けられない可能性が高考慮して車端部近くにボールコックを配置している．そい．それらの状況を踏まえ，のため，踏切事故のような列車前頭部を破壊するアクシ①過酷な環境下でも破壊・故障しにくい簡便な構造．

デントが発生した場合，壊れる可能性が非常に高くなる．

②エネルギ供給が無い状態でも手動で操作可能．

仮に空気配管がダメージを受けると，ブレーキ装置が動③空気管路部分は従来の部品で構成可能．

作しなくなることで自走できなくなり，復旧に長い時間④既存の空気配管部品に後付け可能な装置構成．

を要することになる．Air･Lead™を使い，操作ハンドルとなるコンセプトの製品とすべく，開発を進めた．

だけを車端部に設け，空気配管自体を車端部から離れたところに通せば，従来と同様の使いやすさのままで，事Air･Lead™は，これまであまり考えられてこなかった形で鉄道車両用空気配管を改善・改良するアイテムである．

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故の際のダメージを回避できる可能性が高まる．

2016年12月

⑤ボールコック操作ハンドルの集約が可能･特定の場所に操作ハンドルを集約することで，車両全体のボールコック開閉状態を確認できる．これにより，ボールコック切り替え時の操作ミスの発生を減らせる可能性がある．
⑥複数位置からの遠隔操作・状態確認が可能･1つのボールコックに対して複数の操作ハンドルを設置することで，複数位置から遠隔操作が可能となる．
その際，全ての操作ハンドルはつながっているので，ある操作ハンドルを動かせば，他の操作ハンドルも同期して動き，開閉状態の確認も行えるようになる（図3（b）参照）．従来の空気配管では，ボールコックを配管に直列ないしは並列に設置することで，複数個所
図4で操作できるようにしていたが，各ボールコックの開Air Lead™ Type S

閉状態は，それぞれの操作ハンドルを直接的に確認す本体と剛結合している．そのため，通常のボールコックるしかなかった（図3（a）参照）．

操作ハンドルとの操作感の違いはほとんど無い．また，部品点数が格段に少ないのが特徴である．
４．２ Air Lead™ Type F
Type･Sでボールコックのステムを延長しているシャ
フト部分を，剛体のロッドからフレキシブルシャフトに変更したものである．フレキシブルシャフトを介してトルクを伝達する．Type･Sではボールコックの回転軸と操作ハンドルの回転軸が同一線上に並んでいる必要があるが，Type･Fでは操作ハンドルの設置位置に若干の自由度を持たせることができる．Type･Fでは500mm程度の，比較的短い距離を延長する場合に用いる．なお，Type･Fと(a)図3(b) Air Lead

いう名称は，主要構成要素であるフレキシブルシャフト複数位置からの操作方法の違い（Flexible･Shaft）の頭文字から取っている．
フレキシブルシャフトは，フレキシブルグラインダ，

４ Air Lead™の種類

フレキシブルドライバ，チューブクリーナなどに使われAir･Lead™は，遠隔操作距離，およびボールコックとている．比較的一般的な部材である．

操作ハンドルの位置関係に合わせて3種類設定した．いType･Fでは，ねじり剛性の高いものを使用する．そずれのAir･Lead™においても，鉄道車両で通常使っていのため，通常のボールコック操作ハンドルとの操作感のる10G（3/8”）から25G（1”）のボールコックに対応し違いはあまり無い．ている．以下，それぞれの概要を記す．
４．３ Air Lead™ Type R
４．１ Air Lead™ Type S

他の2種類のAir･Lead™とは異なり，長距離遠隔操作ボールコックのステムを延長する形でシャフトを設を目的として開発したものである．ボールコックのステけ，空気配管から離れたところに操作ハンドルを設けらムにワイヤロープを掛け，ステムの回転をワイヤロープれるようにしたものである（図4参照）．シャフトを介しの引張力に変換して遠隔操作する（図5参照）．Type･Rでてトルクを伝達する．300mm程度の比較的短い距離を遠は標準的な遠隔操作距離を3mとしているが，15m程度ま隔操作する場合に用いる．なお，Type･Sという名称は，で伸ばしても問題はない．なお，Type･Rという名称は，ステム（Stem）の頭文字から取ったものである．

ロープ（Rope）の頭文字から取っている．

後述する2種類のAir･Lead™と異なり，ボールコック

総合車両製作所技報第５号

ワイヤロープは，自転車のブレーキに使われているも

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鉄道車両用遠隔操作型ボールコックの開発と省配管化の検討のが最も一般的であるが，パワーウィンドウの駆動部分，内視鏡などにも使われている．鉄道車両でも，電気式ドアエンジンにおける本体と解錠ハンドルとの間の荷重伝達に使われており，ドアエンジンから離れた位置でのドアロック解除を可能にしている．なお，今回使用したワ
イヤロープは，過去に鉄道車両での使用例の無い樹脂皮膜付きのものなので，鉄道車両用材料の燃焼性試験（一般に，車材燃試と呼ばれる試験）を実施した．難燃性評価を得ている．
Type･Rのワイヤロープは比較的伸びにくいタイプのものを選定している．また，ボールコックの開閉動作それぞれのために引張用のワイヤロープを設けている（つ図6

まり，ワイヤロープを使って圧縮力を伝えない）ので，車端部ボールコック

５．１ 省配管化検討対象

通常のボールコック操作ハンドルとの操作感の違いはあ

車端部のボールコックは，車両の連結・解放の際に操まり無い．

作するため，車体隅柱の直下付近にある．ピット線でも操作しやすくするため，設置位置は比較的低い（図6参照）．
台車近傍の空気配管は，台車の運動を支障しないように車体中心寄りの台枠内を通している．そのため，車端部の空気配管は，水平方向にも垂直方向にも大きな取り回しが必要になっている（図7参照）．
そこで，車端部の空気配管を模擬した一般的な配管モデルを基準にして，Air･Lead™の省配管化効果を検討する．
５．２ 省配管化検討
基準となる車端部空気配管図を図8に示す．これは，通勤車両車端部の空気配管を一般的なモデルに変換した
図5ものである．

Air Lead™ Type R

図中の配管は全て25G（1”）としている．継手類は基５ Air Lead™を使っての省配管化検討

準どおりのものを使用．ただし，通常では多用するユニ

本章では，Air･Lead™を使っての省配管化効果の検討

オンは，検討を簡便にするため取り付けていない状態とをおこなう．

ボールコック設置位置

する．

大きな配管取り回しのある 所

空気配管経路

台車

図7

台車近傍

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2016年12月

果とみなす．

ボールコックは枕木方向の配管の途中に取り付けてい

Air･Lead™･Type･Sを使った場合の配管図を図9に示す．

る．車体床上面から500mm下方にある．
台車直上の配管は，車体床上面から59mm下方にある.

車体上面視での配管位置は図8の基準とあまり変わら

一方，端バリ下の配管は，端バリをよけるために車体床ないが,車体下方への配管取り回しが不要となり,車体断上面から246mm下方にある.

面視での配管配置は図8の基準と相違がある．

配管延長（ここでは，継手部分を直角と見なした上で配管延長は1476mm．基準に対して－510mm（基準比の配管中心線の総延長と定義）は1986mm．継手個数は626％減）となる．継手個数は5個．基準に対して1個減と個となった．これ以降，配管延長の低減量を省配管化効なった．

4 4 13 0 0
3 0 02 5 51 2 53 0 01 2 51 4 01 9 8 6 m m
6

図8

車端部空気配管図 － 基準：従来技術のみ使用の場合

1 8 6

3 0 0
3 0 0
1 2 5

3 0 0

1 2 51 4 0

1 4 7 6 m m
5

図9

車端部空気配管図 － Air Lead™ Type S 使用の場合

3 0 0

1 2 5

1 9 3
3 1 5

9 3 3 m m2

図 10

総合車両製作所技報第５号

車端部空気配管図 － Air Lead™ Type R 使用の場合

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鉄道車両用遠隔操作型ボールコックの開発と省配管化の検討

著者紹介

Air･Lead™･Type･Rを使った場合の配管図を図10に示
す．配管配置は大きく変わり，配管取り回しがほとんど無い状態になっている．

今岡憲彦
生産本部
技術部（商品開発） 主査

配管延長は933mm．基準に対して－1053mm（基準比53％減）となり，ほぼ半減となる．継手個数は2個．基準に対して4個減となった．
次に，管摩擦抵抗の減少量について検討する．ここで長本昌樹

は，25G（1”）90度エルボの相当管長（継手の管摩擦抵

生産本部技術部（商品開発） 課長

抗を，直管で同じ管摩擦抵抗になる時の長さで表したもの）を900mmと仮定する．
基準の配管図の管摩擦抵抗を直管の配管長さで表すと1986＋900×6＝7386mmとなる．同様の計算法によれば，Air･Lead™･Type･Sを使った場合は5976mm（基準比19％減），Air･Lead™･Type･Rを使った場合は2733mm（基準比半田直一
生産本部技術部（ぎ装設計） 主任技師63％減）となる．省配管化検討範囲の狭い範囲に限った話ではあるが，Air･Lead™使用により管摩擦抵抗が大幅川上清温に減少することがわかる．

生産本部
技術部（ぎ装設計）

６ Air Lead™使用例
現時点で，南海電気鉄道の2000系一部編成に試験搭載

松岡茂樹
技術士（機械部門），日本機械学会フェロー
生産本部
技術部 部長（商品開発）している．車外の側引戸一斉開放コックにAir･Lead™･Type･Rを取り付け，一斉開放コックの操作性向上を図っている．
７ まとめ
Air･Lead™を開発し，省配管化効果を確認した．
一般的な通勤車両の車端部を模擬したモデル配管に対する省配管化効果は，Air･Lead™･Type･Sで26％減，Air･Lead™･Type･Rで53％減となる．継手個数の減少も伴っているので，管摩擦抵抗はAir･Lead™･Type･Sで19％減，Air･Lead™･Type･Rで63％減となった．
今後，ユーザの意見を聞きながら，Air･Lead™の完成度を高めていきたいと考えている．
参考文献（1）･三 菱 重 工 業：
「新接合技術の２次元集積配管「M-iPIS（ミピス）」を開発」，三菱重工ニュース･3926号，（2001）･

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