JP3486356B2 - 振動抑制用ダンパ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の走行に
おいて発生する車体の横揺れを抑制し、乗り心地を向上
させるためのダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両では、一般に台車と車体の間に
空気バネが設けられ、台車からの振動を緩和して乗り心
地を良くしているが、空気バネは振動を減衰させること
ができないので、振動が持続したり、外乱に対して共振
する問題がある。そこで、この空気ばねの横方向振動を
減衰させるために台車と車体間にダンパが設けられてい
る。

【０００３】このダンパは、種々のものが使用されてい
るが、横方向振動の程度によって、制振度合いを変動可
能にしたいわゆるセミアクティブダンパが知られてお
り、例えば、特開平９−３０１１６４号公報に記載され
ている。このセミアクティブダンパの構成を図５で説明
する。

【０００４】ダンパ１は、シリンダ３と油タンク７およ
びシリンダ３のロッド側室６ａとヘッド側室４ａからそ
れぞれ油タンク７へ連通する油圧回路から構成されてい
る。シリンダ３は、ピストンロッド６の末端が台車に、
シリンダヘッド４は車体に固定されている（もしくは、
その逆向きに取り付けられる場合もある）。そしてシリ
ンダ３のヘッド側室４ａは、ピストン５に設けられたチ
ェック弁５ａを介してロッド側室６ａと連通されてい
る。

【０００５】油圧回路は、ヘッド側室４ａはチェック弁
８を介して油タンク７に接続され、ロッド側室６ａは流
路１９からオリフィス５５または高速電磁弁５１〜５４
を介して、流路２０から油タンク７へ還流するように接
続されている。ピストンロッド６の縮小時は、ヘッド側
室４ａのオイルがチェック弁５ａを通ってロッド側室６
ａに流れ、さらに流路１９へ送られる。また、ピストン
ロッド６の伸長時は、ヘッド側室４ａが負圧になり油タ
ンク７からチェック弁８を介してオイルが吸入されると
ともに、ロッド側室６ａのオイルが流路１９へ排出され
る。

【０００６】ピストンロッド６の伸縮によって流路１９
に送られたオイルは、オリフィス５５または高速電磁弁
５１〜５４を介して流路２０から油タンク７へ還流され
るが、オンロード（ダンパに減衰力を発生させる）の場
合は、高速電磁弁５１〜５３のソレノイドのＯＮ，ＯＦ
Ｆが適宜組み合わせて開閉され、オリフィス５５〜５７
を通過させてオリフィスの絞り効果による減衰力を発生
させる。なお、オリフィス５６、５７の径はオリフィス
５５より大きく設定されている。

【０００７】また、高速電磁弁５４を介して流路２０へ
オイルを還流させるアンロード（ダンパに減衰力を発生
させない）経路や、無通電状態（フェイル時ともいう）
においてオリフィス１６を介して流路２０へオイルを還
流させるフェイル用流路が備えられている。

【０００８】ダンパ定数は、車体に設けた左右方向の加
速度を検知する加速度検出手段から、車体４の左右方向
の速度を算出して制御入力信号とし、一方、ダンパのピ
ストンロッド６の伸縮速度を変位検出手段の微分演算に
て検出し、該制御入力信号とからダンパ定数を設定して
いる。

【０００９】この変位検出手段は、ピストンロッド６の
側面に、軸方向に等間隔にて埋めこまれた磁性体ビット
６０と、磁性体ビット６０に対向して配置された磁気セ
ンサ６１が設けられている。そしてピストンロッド６が
伸縮すると、磁気センサ６１が磁性体ビット６０をカウ
ントし、所定サンプリング時間内の変位値からピストン
速度を出力するようにされている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来のセミアクティブダンパには、車体の多様な振動
状態に対応して制振力をきめ細かく与えるために制振力
を多段にしており、高速電磁弁を多数必要とし、油圧回
路の構成が複雑となっているばかりでなく、変位検出手
段の磁気センサがシリンダ外に設けているためセンサ長
分ピストンロッドを長くしなければならないなどダンパ
の重量が大きくなっている。とくに、車体の振動状態に
即応してリアルタイムに的確な制振力を作動させるため
には、ピストンロッドの伸縮速度を正確に把握して迅速
に処理し対応する高速電磁弁を作動させる必要があり、
高価なものとなっている割りには、制御力が制振対象の
振動に対して不十分である場合に、ＯＮ−ＯＦＦ的に制
御力を変化させた場合と比較して効果に大差なく、また
複雑な制御演算を高速で処理する必要があるため制御装
置の発熱量が大きく、耐久性を低下させる要因となって
いる。さらに、車体の振動状態を検知するセンサが故障
した場合には、最小の制振力が選定されるため、極端に
乗り心地が悪くなってしまうという問題もあった。

【００１１】そこで、本発明は、上記問題点を解消し、
コンパクトで耐久性のある鉄道車両の振動抑制用ダンパ
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の振動抑制用ダンパでは次の手段を採った。
即ち、シリンダのヘッド側室からロッド側室へ連通する
チェック弁をピストンに設け、ピストンロッドの伸長に
ともなって油タンクからヘッド側室へ連通するチェック
弁をヘッド側壁に設け、ロッド側室から油タンクへ複数
の流路を備えた鉄道車両の台車と車体間に連結される振
動抑制用ダンパにおいて、該ロッド側室から油タンクへ
の流路をオンロード時とアンロード時の２経路とし、該
２経路の流路を選定するため、該ヘッド側壁に設けたチ
ェック弁にチェック弁の動作を検知してＯＮ・ＯＦＦ信
号を制御装置へ出力する近接スイッチを付設したことを
特徴としている。

【００１３】この発明のダンパは、能動的に力を発生さ
せて振動を押さえるアクティブダンパではなく、振動状
態に対して適応的にこれを減衰させることにより効率良
くエネルギを散逸させる、いわゆるセミアクティブダン
パである。また、ダンパのヘッド側室の断面積は、ピス
トンロッド径の断面積の２倍とし、ピストンロッドが伸
びた時と縮んだ時でロッド側室から排出されるオイルの
量が同一になるようにして、制御系を簡素にするのが一
般的である。

【００１４】本発明による振動抑制用ダンパは、上記従
来例のようにロッド側室から油タンクへの流路を、オン
ロード時に車体の加速度とダンパのシリンダの伸縮速度
から複数の径の異なるオリフィスの中から最適なものを
選択するものとは異なり、オンロードかアンロードの２
段切換えである。

【００１５】そして、オンロードかアンロードかの判断
は、シリンダのヘッド側壁に設けられている油タンクへ
連通するチェック弁の動作を近接スイッチで検知したＯ
Ｎ・ＯＦＦ信号を使用することを特徴としている。即
ち、ヘッド側壁のチェック弁の動作を近接スイッチで検
知することによって、ヘッド側室が圧力のある状態か負
圧もしくはゼロ近傍の状態であるかを判断してピストン
ロッドが伸びたか縮んだかを間接的に検知しているので
ある。

【００１６】しかし、オンロードかアンロードかの判断
をこのＯＮ・ＯＦＦ信号のみによっている訳ではない。
ピストンロッドの伸縮速度の検知は必要としないが、車
体の加速度の情報は必要である。なお、チェック弁は開
閉の動作が近接スイッチで検知できるものであればよ
く、特に限定しないが、請求項２に記載のように、ヘッ
ド側壁のチェック弁はヘッド側壁に設けた複数の通孔を
開閉する塞板を備えたものとし、通孔の一つに近接スイ
ッチを埋設すれば、さらにダンパをコンパクトにするこ
とができる。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の振動抑制用ダンパの
実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本
発明の実施形態例の一例を示す図で、シリンダ３の構成
は、上記図５で説明した従来例と同じであり、符号は同
一にしてある。

【００１９】即ち、シリンダ３は、ピストンロッド６の
末端が台車に、シリンダヘッド４は車体に固定されてい
る（逆向きにしてもよい）。そしてシリンダ３のヘッド
側室４ａは、ピストン５に設けたチェック弁５ａを介し
てロッド側室６ａと連通されている。なお、ヘッド側室
４ａの断面積はピストンロッド６の断面積の２倍に設定
され、ピストンロッド６の伸長時と圧縮時のストローク
に対してシリンダ３から排出されるオイル量は同一とな
っている。

【００２０】そして、ヘッド側室４ａは流路９によって
油タンク７に接続され、この流路９には油タンク７から
ヘッド側室４ａへ連通するチェック弁８とこのチェック
弁８の動作を検知する近接スイッチ３７が設けられてい
る。一方、ロッド側室６ａは流路１９からフェールセー
フ弁１４を介して流路２１のオリフィス１７を通って流
路２０から油タンク７へ還流するように接続されてい
る。また、流路２１にはオリフィス１７の手前でバイパ
スして流路１８から流路２０に連通する分岐流路１３が
設けられており、この分岐流路１３には、高速電磁弁１
０の切換え操作によって開閉されるシーケンスアンロー
ド弁１５が設けられている。なお、オリフィス１６はオ
リフィス１７に比べて大きな流路となっている。

【００２１】流路９に設けられている近接スイッチ３７
は、高速電磁弁１０の切換制御の判断要素の一つの情報
であるピストンロッド６ａの伸縮を検出するためのもの
で、ヘッド側室４ａが圧力のある状態か負圧の状態であ
るかをチェック弁８の動作を検知することによって判断
している。この具体的な構成を図２および図３で説明す
る。シリンダ３の外周には油タンク７が形成され、ヘッ
ド側室４ａのヘッド側壁３０には、チェック弁８と近接
スイッチ３７が一体に付設されている。

【００２２】ヘッド側壁３０には複数の通孔３０ａが設
けられており、この通孔３０ａは流路９によって油タン
ク７と連通されている。そして、通孔３０ａの一つに近
接スイッチ３７が埋設されている。

【００２３】ヘッド側壁３０には上記通孔３０ａを開閉
する塞板３２とバネ３３とバネ押さえ３４がスナップリ
ング３５によって組み込まれており、チェック弁８を構
成している。なお、塞板３２とバネ押さえ３４にはその
中央部に孔が設けられている。

【００２４】このように構成されているので、ピストン
ロッド６ａが縮み側へ移動したときは、ヘッド側壁３０
の通孔３０ａは塞板３２によって塞がれるので油タンク
７との流路９は遮断され、ヘッド側室４ａは高圧にな
る。そして、ヘッド側室４ａのオイルはピストン５に付
設したチェック弁５ａを通ってロッド側室６ａへ流れ
る。このとき、近接スイッチ３７は塞板３２の変位を検
知するので、ＯＮの信号を制御装置へ出力する。

【００２５】一方、ピストンロッド６ａが伸び側へ移動
したときは、ヘッド側室４ａは負圧になり塞板３２はバ
ネ押さえ３４側へ引き込まれるので、通孔３０ａは開放
され油タンク７から通孔３０ａを通って塞板３２の中央
部の孔およびバネ押さえの孔を通ってオイルが流入す
る。

【００２６】そして、このとき、塞板３２は当たり面３
０ｂから離れるので近接スイッチ３７はＯＦＦとなる。
図１に戻り、この油圧回路において、制御装置からオン
ロードの信号が出された場合は、高速電磁弁１０のソレ
ノイドＳＯＬ１がＯＦＦの状態となり、シーケンスアン
ロード弁１５は遮断されるので、ロッド側室６ａのオイ
ルは流路１９を通ってフェールセーフ弁１４を介して流
路２１からオリフィス１７を通って流路２０へと還流す
る。したがって、流路抵抗が大きく、ダンパの制振力も
大きくなる。そして、ピストンロッド６の速度が速くロ
ッド側室６ａからの吐出流量が大きい場合は高圧リリー
フ弁１１が作動する。

【００２７】一方、制御装置からアンロードの信号が出
された場合は、高速電磁弁１０のソレノイドＳＯＬ１が
ＯＮの状態となり、シーケンスアンロード弁１５が開か
れるので、ロッド側室６ａのオイルは流路１９を通っ
て、流路２１から分岐流路１３を通り、シーケンスアン
ロード弁１５を通って流路１８から流路２０へと還流す
る。このとき、上記の流路２１からオリフィス１７を通
って流路２０へと還流するものもあるが、殆どは流路１
８を通ることになる。

【００２８】また、無通電状態になった場合はフェール
セーフ弁１４のソレノイドＳＯＬ２がＯＦＦになるの
で、ロッド側室６ａのオイルは流路１９から、フェール
セーフ弁１４を通りオリフィス１６を通って流路２０へ
と還流する。ロッド側室６ａからの吐出流量が大きい場
合はリリーフ弁１２が作動する。

【００２９】上記説明したピストンロッド６の伸縮の検
出信号は、別途検出した車体の左右方向の加速度の検出
信号と併せて処理され高速電磁弁１０の切換えを判断し
ＳＯＬ１へＯＮまたはＯＦＦの信号を出力する。これを
図４で説明する。ピストンロッド６の伸縮の検出信号
は、上記したように近接スイッチ３７から送られてきた
信号を伸縮判断部７６で制御信号（正負符号付き）に直
している。そして、車体の加速度の検出信号を処理した
入力速度信号とから、ダンパに減衰力を発生させるか否
かをアンロード・オンロード判定部７７で判定し、ダン
パに設けられた油圧回路の有する高速電磁弁１０のソレ
ノイドＳＯＬ１へ指令するソレノイドドライバ７８へ信
号が出力される。

【００３０】ここで、伸縮判断部７６から出力される信
号は、１か０のビット信号で、例えばピストンロッド６
が伸びた場合は１、縮んだ場合は０として出力される。
一方、車体の左右方向の加速度は、車体に設けられたＧ
センサ７０で検出され、出力された加速度信号をＧアン
プ７１で増幅し、Ａ／Ｄ変換器７２でデジタル信号に変
換してから、補正部７３でこの出力に重力加速度ｇを乗
して実加速度とし、積分部７４でこの実加速度を積分し
て車体の左右方向の速度を算出する。そして、波形フィ
ルタ処理部７５で不要な周波成分をカットされたものが
アンロード・オンロード判定部７７に出力される。

【００３１】アンロード・オンロード判定部７７では、
算出された速度に所定の制御ゲイン＝−Ｋを乗して制御
入力信号としている。なお、制御入力信号は、１か０の
ビット信号に変換され、例えば制御入力信号が負であれ
ば０、正であれば１で速度の絶対値は除かれる。

【００３２】ダンパはその性質上、ピストンロッド６の
移動方向と同じ方向には減衰力を発生できないので、制
御入力速度信号の方向（ビット）とピストンロッド６の
移動の方向（ビット）が等しい場合には、アンロードの
判定がなされ、ビットが異なる場合には、オンロードの
判定がなされる。

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はロッド側
室から油タンクへの流路をオンロード時とアンロード時
の２経路とし、該２経路の流路を選定するため、該ヘッ
ド側壁に設けたチェック弁にチェック弁の動作を検知し
てＯＮ・ＯＦＦ信号を制御装置へ出力する近接スイッチ
を付設したので、簡便かつ小型で耐久性があり、ダンパ
をコンパクトにできるばかりでなく制御系も極めて簡素
化される。したがって制御電力も小さいので、電源部分
を小さくでき制御装置全体を小型化できる。とくに制御
装置の小ボード化によりダンパ本体に制御装置を一体に
設置できるという効果がある。

【００４２】さらに、従来加速度センサまたはピストン
ロッドの速度センサが故障した場合は、最小のオンロー
ド選択による制振が行われるため、乗り心地が極端に悪
くなってしまう可能性があったが、本発明では、オンロ
ードの場合には常に最大値が選択されるため、このよう
な問題が起こらないといった効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態としての振動抑制用ダンパ
の構成を示す回路図である。

【図２】同ダンパのピストンロッドの伸縮を検知する実
施の形態を示す正面図である。

【図３】図２のヘッド側壁３０の詳細を示す正面図であ
る。

【図４】同 ダンパの制振制御の流れを示すブロック図
である。

【図５】従来の振動抑制用ダンパを例示するブロック図
である。

【符号の説明】

１…ダンパ ３…シリンダ ４…シリンダヘッド ４ａ…ヘッド側室 ５…ピストン ５ａ…チェック弁 ６…ピストンロッド ６ａ…ロッド側室 ７…油タンク ８…チェック弁 ９…流路 １０…高速電磁弁 １１…高圧リリーフ弁 １２…リリーフ弁 １３…分岐流路 １４…フェイルセーフ弁 １５…シーケンスアンロード弁 １６、１７…オリフィス １８、１９、２０、２１…流路 ２５、２６…取付金具 ３０…ヘッド側壁 ３０ａ…通孔 ３２…塞板 ３３…バネ ３４…バネ押さえ ３５…スナップリング ３７…近接スイッチ ５１、５２…高速電磁弁 ５３…高速電磁弁（３方弁） ５４…高速電磁弁 ５５、５６、５７…オリフィス ６０…磁性体ビット ６１…磁気センサ ７０…Ｇセンサ ７１…Ｇアンプ ７２…Ａ／Ｄ変換器 ７３…補正部 ７４…積分部 ７５…波形フィルタ処理部 ７６…伸縮判断部 ７７…アンロード・オンロード判定部 ７８…ソレノイドドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61F 5/24 B61F 5/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダのヘッド側室からロッド側室へ連
   通するチェック弁をピストンに設け、ピストンロッドの
   伸長にともなって油タンクからヘッド側室へ連通するチ
   ェック弁をヘッド側壁に設け、ロッド側室から油タンク
   へ複数の流路を備えた鉄道車両の台車と車体間に連結さ
   れる振動抑制用ダンパにおいて、該ロッド側室から油タ
   ンクへの流路をオンロード時とアンロード時の２経路と
   し、該２経路の流路を選定するため、該ヘッド側壁に設
   けたチェック弁にチェック弁の動作を検知してＯＮ・Ｏ
   ＦＦ信号を制御装置へ出力する近接スイッチを付設した
   ことを特徴とする振動抑制用ダンパ。
2. 【請求項２】前記ヘッド側壁のチェック弁はヘッド側壁
   に設けた複数の通孔を開閉する塞板を備えたものとし、
   該通孔の一つに前記近接スイッチを埋設したことを特徴
   とする請求項１記載の振動抑制用ダンパ。