JP4118545B2 - 磁気浮上式車両の脚装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式車両における走行用車輪を揺動自在に支持する脚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に磁気浮上式車両１００と、この磁気浮上式車両１００が走行するＵ型走行路１０１とを表した模式図を示す。本図に示すように、磁気浮上式車両１００は、Ｕ型走行路１０１の側壁１０１ａ、１０１ａに設置した地上コイル１０２、１０２と台車１０３の両側面に設けた超電導磁石１０４、１０４との磁気作用により浮上して前進する構造になっており、車輪１０５、１０５による走行時に地上コイル１０２、１０２と超電導磁石１０４、１０４の中心高さは一致するように設計されている。
【０００３】
この車輪１０５、１０５は、磁気浮上式車両１００が浮上して高速走行する際は、台車に対して収納され、停止時または低速走行時に降着して走行を行うものである。この車輪１０５、１０５は、脚装置１０６、１０６によって支持されており、脚装置１０６、１０６の伸縮により車輪１０５、１０５を昇降させるものである。
【０００４】
この脚装置１０６は、車輪１０５の昇降動作を行うとともに、車両降着時の緩衝装置としての機能も備えている。そして、該脚装置１０６の軽量化を図るため、緩衝機構としては、液体と気体が封入されたオレオダンパーがよく用いられる。
【０００５】
しかし、季節による気温の変化によって、封入されている気体の膨張あるいは収縮が生じるため、緩衝機構部分の長さが変化し、結果として台車１０３に設けた超電導磁石１０４と地上コイル１０２との間に偏心を招くことになる。車両１００が浮上するのに十分な電磁力を発生させるためには、車輪１０５、１０５による走行で、ある程度の速度になるまで車両１００を走行させなければならないが、上述した偏心が生じていると、脚装置１０６等の車両支持部材に対して、車両１００の自重以外に、偏心を無くそうとする方向の電磁力も働くことになり、車両支持部材の構造を頑丈にしなければならず、重量増加を招いてしまうことになる。
【０００６】
そこで、季節の変化による脚装置１０６の高さ調整手段として、緩衝機構以外の部分に、ネジやカムといった機械的な高さ調整機構を設けたり、緩衝機構内の気体を直接給排する方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械的な高さ調整機構を設ける場合は、そもそも変化が生じている緩衝機構自体の長さを調整するのではなく、緩衝機構以外の部分、すなわち昇降用シリンダ部分の長さを調整しているにすぎない。そのため、緩衝機構おけるバネ特性が変化してしまうことになる。図５は、ある脚装置１０６における荷重―変位特性の季節による変化を例示したものであるが、例えば、温度の低い冬場においては、緩衝機構中の気体が収縮するため、春季あるいは秋季に比べて小荷重側にシフトしてしまい（図中の破線）、また、夏場においては、反対に大荷重側にシフトしてしまうことになる（図中の二点鎖線）。したがって、脚装置１０６のバネ特性が、季節によって変化し、緩衝能力が変動してしまうことになる。
【０００８】
また、緩衝機構内の気体を直接給排する方法は、直接に緩衝機構の長さを調整する方法であるが、例えば台車１０３の位置を高くしたい場合、緩衝機構の給気口に三方向切換弁を繋ぎ更に配管でガスボンベを連結しなければならず、作業に手間を要するとともに、高圧ガスを取り扱う点でも作業負荷が増すことになる。また、高さを低くしたい場合は、気体だけを抜くのが好ましいが、そのためには、気液分離構造にしなければならず、緩衝機構の構造が複雑化することになる。そして、非分離タイプだと、液体も排出されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、長さ調整の操作が簡単で、且つ長さ調整を行っても緩衝能力に変動を生じない磁気浮上式車両の脚装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、磁気浮上式車両の走行用車輪をリンクと複合シリンダとを介して揺動自在に支持する脚装置であって、前記複合シリンダは、車輪昇降用シリンダ部と、液体及び気体が封入されたダンパー部とを備え、該ダンパー部には、液体を連通させる容量室が接続され、該容量室の容量を可変とし、前記ダンパー部に液体を注出入する調整手段が設けられていることを第１の特徴とする。
【００１１】
この構成によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。
【００１２】
また、本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、前記調整手段が、前記容量室に対して螺設されるネジ駆動式であることを第２の特徴とする。
【００１３】
この構成によると、容量室の容量を可変とする調整手段を確実且つ簡易な構成で実現できる。したがって、脚装置の長さを容易に調整できる。
【００１４】
また、本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、前記容量室は、その長手方向が、前記脚装置のほぼ揺動面内で配向されていることを第３の特徴とする。
【００１５】
この構成によると、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、容量室をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路内での操作をし易い脚装置を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置１（以下、「脚装置１」という）における車輪昇降用シリンダ部と緩衝機構とを備える複合シリンダ１２を示す概略図であり、図２は更にその要部断面図、図３は脚装置１が台車１０３に取り付けられている様子を示す概略図である。なお、脚装置１は、従来の技術において説明したものと同様に、図４に示すような磁気浮上式車両１００の台車１０３に取り付けられ、車輪１０５を揺動自在に支持するものである。
【００１７】
まず、図３において、本実施形態例に係る脚装置１は、一端部１０で車輪１０５を回動自在に支持し、他端部９で台車１０３に回動自在に取り付けられるリンク８と、上端部１３で台車１０３に揺動自在に支持され、下端部１１でリンク８の一端部９と揺動自在に軸着される複合シリンダ１２とを有している。
【００１８】
複合シリンダ１２は、後で詳述するように、車輪昇降用シリンダ部１２ａと、液体（以下「オイル」という）と気体（以下、「ガス」という）が封入されたダンパー部１２ｂ（緩衝機構）とを備えており、図３に示す状態では、昇降シリンダ部１２ａが伸びて、車輪１０５が走行路に着地している状態にある。このとき、車輪１０５に作用する反力により、リンク８が他端部９の支持軸周りに回動するため、ダンパー部１２ｂは縮退して荷重を吸収している状態にあり、台車１０３の地上高さを所定位置に整えている。なお、リンク８の一端部１０からは、補助脚１４が下方に延在している。
【００１９】
次に、複合シリンダ１２の詳細な構造について説明する。図１に、複合シリンダ１２の概略図を示す。図１（ａ）は、複合シリンダ１２の断面図、図１（ｂ）は、複合シリンダ１２の一部断面を含む外観図である。図１において、複合シリンダ１２は、前述したように、脚装置１を揺動させて車輪１０５の昇降を行う油圧式の車輪昇降用シリンダ部１２ａと、車輪降着時の緩衝機構となり、ガス及びオイルを内蔵するオレオダンパーとして形成されるダンパー部１２ｂとを備えている。
【００２０】
昇降用シリンダ部１２ａは、外筒を構成するシリンダ本体２２を有し、その内周には、摺動可能にピストンロッド２４が装着されている。シリンダ本体２２は、その端部１３に、図示しない台車１０３へ軸着するための球面軸受２１を具備している。
【００２１】
ピストンロッド２４の上部側には、車輪１０５で降着するため昇降用シリンダ部１２ａが伸長位置にある際に（図１に示す状態）、シリンダ本体２２に対してピストンロッド２４を位置決めするためのメカニカルロック機構１５が備えられ、そして、ピストンロッド２４の下部側には、ダンパー部１２ｂが設けられている。
【００２２】
メカニカルロック機構１５は、シリンダ本体２２の内部に形成されるロック溝１６と、ピストンロッド２４の上部に径方向に移動可能に設けられるロック部１７とが係止することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に位置決めするものである。このロック溝１６は、後述するように圧油が給排される受圧室１６としても機能するものである。そして、ピストンロッド２４径方向へのロック部１７の移動は、サブピストン１８ａの摺動により規制される。サブピストン１８ａは、テーパ状の段部１８ｂを有しており、サブピストン１８ａがピストンロッド２４内部で摺動することによって、段部１８ｂの前後位置それぞれに形成される径大部１８ｅまたは径小部１８ｆによりロック部１７の径方向の移動が規制され、ロック部１７が、ロック溝１６に対して突出あるいは後退する。サブピストン１８ａは、同じくピストンロッド２４の上部側に、対向して配設されるサブピストン１８ｃとの間で、バネ室１８ｇを形成しており、このバネ室１８ｇ内にバネ１８ｄが介装され、サブピストン１８ａとサブピストン１８ｃとが反発することで、ロック部１７が、径大部１８ｅによりロック溝１６へと突出される。また、ロック部１７とロック溝１６の係止は、シリンダ本体２２に穿設され、ロック溝１６でもある受圧室１６に連通するポート１６ａから、この受圧室１６へと圧油を供給することで解除される。ポート１６ａから供給された圧油は、ピストンロッド２４に穿設される連通路１６ｂを通じて、サブピストン１８ａの段部１８ｂとサブピストン２４の内周側とで区画される隙間１６ｃへと侵入し、バネ１８ｄのバネ力に抗してサブピストン１８ａを押し上げる。これにより、サブピストン１８ａの径大部１８ｅによるロック部１７の規制が解除され、ロック部１７がピストンロッド２４径方向へと後退し、ロック溝１６とロック部１７との係止が解除される。ちなみに、ロック部１７には、シリンダ本体２２側とサブピストン１８ａ側それぞれに面する肩部にテーパ部が形成されている。
【００２３】
なお、昇降用シリンダ部１２ａの伸縮動作は、シリンダ本体２２内の油圧室２２ａへ、シリンダ本体２２上部に設けられるポート２２ｂより圧油を供給することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に対して突出させ、前述のように受圧室１６に圧油を供給することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に対して収納させることで行うものである。
【００２４】
次に、ピストンロッド２４の下部側に形成されるダンパー部１２ｂの構造について説明する。ダンパー部１２ｂは、ピストンロッド２４の内部に摺動可能に装着されるダンパーピストン２８を有し、このダンパーピストン２８の更に内周側に中空円筒状の支柱４１が備えられている。これら、ピストンロッド２４、ダンパーピストン２８、支柱４１などによって区画される領域にガス及びオイルが内蔵される。
【００２５】
以下、ダンパー部１２ｂの拡大断面図である図２を用いて説明する。
支柱４１は、下端が開口した中空円筒状に形成され、支柱４１の上端側は、ピストンロッド２４の内部に設けられるフランジ部３９に対して取り付けられており、開口する下端側には、大径部４３が形成されている。
【００２６】
大径部４３は、ダンパーピストン２８に挿入されており、大径部４３の肩部４３ａとダンパーピストン２８の内周側に形成される段部４２とが係止するようになっている。
【００２７】
また、ダンパーピストン２８は、筒部２８ａと端部２８ｂとを備えており、端部２８ｂの先端が、筒部２８ａの下端側に内挿されて取り付けられている。なお、この端部２８ｂは、前述した複合シリンダ１２の下端部１１でもあり、リンク８に軸着するための球面軸受３３を有している。
【００２８】
筒部２８ａに内挿される側の端部２８ｂの端面４８は、ダンパーピストン２８内部で、段部４２の下側に位置するもう一つの段部４８を形成し、支柱４１における大径部４３の下端側の端面４３ｂと当接するようになっている。したがって、ダンパーピストン２８は、ピストンロッド２４の内周と支柱４１の外周との間において、段部４２、４８が大径部４３と当接することで移動が規制される範囲内で、摺動自在となっている。
【００２９】
また、支柱４１には、その内周側と外周側を連通状態とする複数個の横孔４０が設けられている。これらの横穴４０によって、ピストンロッド２４及びダンパーピストン２８の内周と支柱４１の外周とで区画される領域と、支柱４１の内部領域との間において、ガス及びオイルとも連通可能となる。
【００３０】
そして、支柱４１の下端側の大径部４３には、圧力逃がし弁組立体４４が内挿されている。圧力逃がし弁組立体４４の中心部には、貫通孔４４ａが設けられており、この貫通孔４４ａには、ダンパーピストン２８の端部２８ｂに取り付けられ、筒部２８ａの内部に突出するメータリングピン４７が、内挿される。
【００３１】
メータリングピン４７は、貫通孔４４ａとの間に隙間をもって内挿されるようになっており、この貫通孔４４ａとメータリングピン４７の外周との間に形成される隙間がオリフィス４６を構成している。オリフィス４６を介して、その上側に上油室２５が、下側に下油室２７が区画されることになる。なお、メータリングピン４７は、内部を軸方向に貫通する油路２９を有しており、後述する油圧シリンダ５４に通じている。
【００３２】
ダンパーピストン２８の端部２８ｂに荷重が作用すると、ダンパーピストン２８の移動とともに、メータリングピン４７も貫通孔４４ａ内を移動し、さらに、オリフィス４６を通じて下油室２７から上油室２５へとオイルが移動することになる。そして、上油室２５内のオイル２３ａによりガス２３ｂが圧縮され、バネとして機能する。また、オリフィス４６を通じたオイルの移動により、ダンパーピストン２８へと伝達された衝撃が、オイルの内部エネルギーへと変換されて吸収されることで、最終的に消散されるものである。なお、圧力逃がし弁組立体４４は、上油室２５または下油室２７が高圧となり過ぎた場合に、連通路４４ｂまたは４４ｃを通じて圧力を逃がすリリーフ弁として機能するものである。
【００３３】
また、ダンパーピストン２８の端部２８ｂには、オイルを連通させる容量室となる油圧シリンダ５４が、ダンパーピストン２８の軸方向と略直角方向に接続しており、さらに、油圧シリンダ５４の開口部３１と、メータリングピン４７の油路２９とを連通する油路３０が形成されている。
【００３４】
油圧シリンダ５４は、シリンダ体５７を有し、その内部に摺動可能にガイドされるピストンロッド５６をさらに有している。ダンパー部１２ｂに接続する容量室の容量は、シリンダ体５７の内周と、ピストンロッド５６の端面５８とで区画される開口部３１により決定される。
【００３５】
また、シリンダ体５７の外周には、ネジ５５が形成されており、油圧シリンダ５４は、さらに、このネジ５５と係合してピストンロッド５６をシリンダ体５７に対して駆動する袋ナット５１を備えている。この袋ナット５１とピストンロッド５６との間には、中間体５２と負荷を軽減するためのスラストベアリング５３とが配設されている。また、ピストンロッド５６には、上油室２５に発生する圧力を閉じ込めるシール部材５９が嵌め込まれている。
【００３６】
これらのネジ５５、袋ナット５１、ピストンロッド５６が、容量室である油圧シリンダ５４の容量（開口部３１の体積）を可変とし、ダンパー部１２ｂにオイルを注出入するネジ駆動式の調整手段を構成する。
【００３７】
また、端部２８ｂには、油路３０と略平行で下油室２７に連通する油路３２も設けられている。そして、油路３２は、油路３０にも連通しており、油路３０を介して下油室２７と上油室２５とを連通させている。この油路３２と油路３０との連通部分には、外部から開閉自在とする外部絞り弁４９も設けられている。この外部絞り弁４９を操作することで、上油室２５と下油室２７との連通状態（絞り量）を微調整できる。
【００３８】
なお、端部２８ｂに取り付けられる油圧シリンダ５４は、その長手方向が、脚装置１のほぼ揺動面内に配向するように接続されている。これにより、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、油圧シリンダ５４をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路１０１内での操作をし易い脚装置１を得ることができる。
【００３９】
以上が、本実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置１の構成である。次に、この脚装置１の作動について説明する。なお、車輪１０５の脚装置１による昇降動作及び緩衝機構の一般的な作動形態については、これまでに説明を行ったので割愛し、以下、季節変化に伴う脚装置１の高さ調整（長さ調整）時の作動形態について説明する。
【００４０】
まず、年間平均気温時に走行路１０１上の地上コイル１０２と台車１０３上の超電導磁石１０４の中心高さが一致するように、封入されるガス及びオイルの量を調整し、複合シリンダ１２の全長が設定される（図１、３、４参照）。
【００４１】
ここで、年間平均温度よりかなり気温が低い冬場になった場合などには、ダンパー部１２ｂ内のガスが収縮することにより、ダンパーピストン２８がピストンロッド２４内に押し込まれ、複合シリンダ１２の全長が短くなる（図１参照）。したがって、超電導磁石１０４の中心が地上コイル１０２の中心から下方へと偏心する（図４参照）。
【００４２】
この偏心を無くすための脚装置１の高さ調整（長さ調整）は、ガス収縮量に等しい油量を、油圧シリンダ５４からダンパー部１２ｂの上油室２５および下油室２７に対して送り出すことによりなされる。
【００４３】
すなわち、油圧シリンダ５４の袋ナット５１を例えば時計方向に廻すと、ピストンロッド５６のピストン端面５８に作用している油圧力に抗して、ピストンロッド５６が、ダンパー部１２ｂの軸線方向に向かって進むことになり、シリンダ体５７の開口部３１内のオイルが、油路３０、２９を流動して上油室２５に到達し、ダンパーピストン２８が元の位置（年間平均気温で調整した位置）まで押出される。
【００４４】
また、年間平均気温よりかなり高い夏場になった場合などには、袋ナット５１を先ほどとは逆方向に廻して、ガス膨張量に等しい油量を、ダンパー部１２ｂの上油室２５から油圧シリンダ５４へと移動させることで、ダンパーピストン２８を元の位置に戻すことができる。
【００４５】
以上説明した脚装置１によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。さらに、ダンパー部内の液体や気体が外部へ流出することもなく、環境的にも好ましい脚装置を得られる。
【００４６】
なお、発明の実施の形態は上記に限定されることなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
【００４７】
（１）ネジ駆動式の油圧シリンダ５４は、必ずしも、シリンダ体５７の外周に螺設される袋ナット５１でなくてもよい。例えば、シリンダ体５７の内周側に螺設されるものなど種々のものであってもよい。
【００４８】
（２）車輪昇降用シリンダ部１２ａは、油圧式でなく、空気圧作動式であってもよい。
【００４９】
（３）油圧シリンダ５４の開口部３１は、端部２８ｂの油路３０とメータリングピン４７の油路２９とを介してダンパー部１２ｂと連通されるものでなくてもよい。例えば、上油室２５や下油室２７と直接的に連通するような構造等を有していてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第１の特徴によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。
【００５１】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第２の特徴によると、容量室の容量を可変とする調整手段を確実且つ簡易な構成で実現できる。したがって、脚装置の長さを容易に調整できる。
【００５２】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第３の特徴によると、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、容量室をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路内での操作をし易い脚装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置における複合シリンダを示す概略図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は一部断面を含む外観図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置における複合シリンダの要部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置が台車に取り付けられている様子を示す概略図である。
【図４】磁気浮上式車両とそのＵ型走行路とを表した模式図である。
【図５】ある磁気浮上式車両の脚装置における荷重―変位特性の季節による長さの変化を例示したものである。
【符号の説明】
１ 脚装置
１２ 複合シリンダ
１２ａ 車輪昇降用シリンダ部
１２ｂ ダンパー部
２２ シリンダ本体
２３ａ オイル
２３ｂ ガス
２４ ピストンロッド
２５ 上油室
２７ 下油室
２８ ダンパーピストン
２９、３０ 油路
３１ 開口部
４６オリフィス
５１ 袋ナット
５４ 油圧シリンダ
５６ ピストンロッド
５７ シリンダ体
１００ 磁気浮上式車両
１０１ Ｕ型走行路
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式車両における走行用車輪を揺動自在に支持する脚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に磁気浮上式車両１００と、この磁気浮上式車両１００が走行するＵ型走行路１０１とを表した模式図を示す。本図に示すように、磁気浮上式車両１００は、Ｕ型走行路１０１の側壁１０１ａ、１０１ａに設置した地上コイル１０２、１０２と台車１０３の両側面に設けた超電導磁石１０４、１０４との磁気作用により浮上して前進する構造になっており、車輪１０５、１０５による走行時に地上コイル１０２、１０２と超電導磁石１０４、１０４の中心高さは一致するように設計されている。
【０００３】
この車輪１０５、１０５は、磁気浮上式車両１００が浮上して高速走行する際は、台車に対して収納され、停止時または低速走行時に降着して走行を行うものである。この車輪１０５、１０５は、脚装置１０６、１０６によって支持されており、脚装置１０６、１０６の伸縮により車輪１０５、１０５を昇降させるものである。
【０００４】
この脚装置１０６は、車輪１０５の昇降動作を行うとともに、車両降着時の緩衝装置としての機能も備えている。そして、該脚装置１０６の軽量化を図るため、緩衝機構としては、液体と気体が封入されたオレオダンパーがよく用いられる。
【０００５】
しかし、季節による気温の変化によって、封入されている気体の膨張あるいは収縮が生じるため、緩衝機構部分の長さが変化し、結果として台車１０３に設けた超電導磁石１０４と地上コイル１０２との間に偏心を招くことになる。車両１００が浮上するのに十分な電磁力を発生させるためには、車輪１０５、１０５による走行で、ある程度の速度になるまで車両１００を走行させなければならないが、上述した偏心が生じていると、脚装置１０６等の車両支持部材に対して、車両１００の自重以外に、偏心を無くそうとする方向の電磁力も働くことになり、車両支持部材の構造を頑丈にしなければならず、重量増加を招いてしまうことになる。
【０００６】
そこで、季節の変化による脚装置１０６の高さ調整手段として、緩衝機構以外の部分に、ネジやカムといった機械的な高さ調整機構を設けたり、緩衝機構内の気体を直接給排する方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械的な高さ調整機構を設ける場合は、そもそも変化が生じている緩衝機構自体の長さを調整するのではなく、緩衝機構以外の部分、すなわち昇降用シリンダ部分の長さを調整しているにすぎない。そのため、緩衝機構おけるバネ特性が変化してしまうことになる。図５は、ある脚装置１０６における荷重―変位特性の季節による変化を例示したものであるが、例えば、温度の低い冬場においては、緩衝機構中の気体が収縮するため、春季あるいは秋季に比べて小荷重側にシフトしてしまい（図中の破線）、また、夏場においては、反対に大荷重側にシフトしてしまうことになる（図中の二点鎖線）。したがって、脚装置１０６のバネ特性が、季節によって変化し、緩衝能力が変動してしまうことになる。
【０００８】
また、緩衝機構内の気体を直接給排する方法は、直接に緩衝機構の長さを調整する方法であるが、例えば台車１０３の位置を高くしたい場合、緩衝機構の給気口に三方向切換弁を繋ぎ更に配管でガスボンベを連結しなければならず、作業に手間を要するとともに、高圧ガスを取り扱う点でも作業負荷が増すことになる。また、高さを低くしたい場合は、気体だけを抜くのが好ましいが、そのためには、気液分離構造にしなければならず、緩衝機構の構造が複雑化することになる。そして、非分離タイプだと、液体も排出されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、長さ調整の操作が簡単で、且つ長さ調整を行っても緩衝能力に変動を生じない磁気浮上式車両の脚装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、磁気浮上式車両の走行用車輪をリンクと複合シリンダとを介して揺動自在に支持する脚装置であって、前記複合シリンダは、車輪昇降用シリンダ部と、液体及び気体が封入されたダンパー部とを備え、該ダンパー部には、液体を連通させる容量室が接続され、該容量室の容量を可変とし、前記ダンパー部に液体を注出入する調整手段が設けられていることを第１の特徴とする。
【００１１】
この構成によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。
【００１２】
また、本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、前記調整手段が、前記容量室に対して螺設されるネジ駆動式であることを第２の特徴とする。
【００１３】
この構成によると、容量室の容量を可変とする調整手段を確実且つ簡易な構成で実現できる。したがって、脚装置の長さを容易に調整できる。
【００１４】
また、本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置は、前記容量室は、その長手方向が、前記脚装置のほぼ揺動面内で配向されていることを第３の特徴とする。
【００１５】
この構成によると、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、容量室をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路内での操作をし易い脚装置を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置１（以下、「脚装置１」という）における車輪昇降用シリンダ部と緩衝機構とを備える複合シリンダ１２を示す概略図であり、図２は更にその要部断面図、図３は脚装置１が台車１０３に取り付けられている様子を示す概略図である。なお、脚装置１は、従来の技術において説明したものと同様に、図４に示すような磁気浮上式車両１００の台車１０３に取り付けられ、車輪１０５を揺動自在に支持するものである。
【００１７】
まず、図３において、本実施形態例に係る脚装置１は、一端部１０で車輪１０５を回動自在に支持し、他端部９で台車１０３に回動自在に取り付けられるリンク８と、上端部１３で台車１０３に揺動自在に支持され、下端部１１でリンク８の一端部９と揺動自在に軸着される複合シリンダ１２とを有している。
【００１８】
複合シリンダ１２は、後で詳述するように、車輪昇降用シリンダ部１２ａと、液体（以下「オイル」という）と気体（以下、「ガス」という）が封入されたダンパー部１２ｂ（緩衝機構）とを備えており、図３に示す状態では、昇降シリンダ部１２ａが伸びて、車輪１０５が走行路に着地している状態にある。このとき、車輪１０５に作用する反力により、リンク８が他端部９の支持軸周りに回動するため、ダンパー部１２ｂは縮退して荷重を吸収している状態にあり、台車１０３の地上高さを所定位置に整えている。なお、リンク８の一端部１０からは、補助脚１４が下方に延在している。
【００１９】
次に、複合シリンダ１２の詳細な構造について説明する。図１に、複合シリンダ１２の概略図を示す。図１（ａ）は、複合シリンダ１２の断面図、図１（ｂ）は、複合シリンダ１２の一部断面を含む外観図である。図１において、複合シリンダ１２は、前述したように、脚装置１を揺動させて車輪１０５の昇降を行う油圧式の車輪昇降用シリンダ部１２ａと、車輪降着時の緩衝機構となり、ガス及びオイルを内蔵するオレオダンパーとして形成されるダンパー部１２ｂとを備えている。
【００２０】
昇降用シリンダ部１２ａは、外筒を構成するシリンダ本体２２を有し、その内周には、摺動可能にピストンロッド２４が装着されている。シリンダ本体２２は、その端部１３に、図示しない台車１０３へ軸着するための球面軸受２１を具備している。
【００２１】
ピストンロッド２４の上部側には、車輪１０５で降着するため昇降用シリンダ部１２ａが伸長位置にある際に（図１に示す状態）、シリンダ本体２２に対してピストンロッド２４を位置決めするためのメカニカルロック機構１５が備えられ、そして、ピストンロッド２４の下部側には、ダンパー部１２ｂが設けられている。
【００２２】
メカニカルロック機構１５は、シリンダ本体２２の内部に形成されるロック溝１６と、ピストンロッド２４の上部に径方向に移動可能に設けられるロック部１７とが係止することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に位置決めするものである。このロック溝１６は、後述するように圧油が給排される受圧室１６としても機能するものである。そして、ピストンロッド２４径方向へのロック部１７の移動は、サブピストン１８ａの摺動により規制される。サブピストン１８ａは、テーパ状の段部１８ｂを有しており、サブピストン１８ａがピストンロッド２４内部で摺動することによって、段部１８ｂの前後位置それぞれに形成される径大部１８ｅまたは径小部１８ｆによりロック部１７の径方向の移動が規制され、ロック部１７が、ロック溝１６に対して突出あるいは後退する。サブピストン１８ａは、同じくピストンロッド２４の上部側に、対向して配設されるサブピストン１８ｃとの間で、バネ室１８ｇを形成しており、このバネ室１８ｇ内にバネ１８ｄが介装され、サブピストン１８ａとサブピストン１８ｃとが反発することで、ロック部１７が、径大部１８ｅによりロック溝１６へと突出される。また、ロック部１７とロック溝１６の係止は、シリンダ本体２２に穿設され、ロック溝１６でもある受圧室１６に連通するポート１６ａから、この受圧室１６へと圧油を供給することで解除される。ポート１６ａから供給された圧油は、ピストンロッド２４に穿設される連通路１６ｂを通じて、サブピストン１８ａの段部１８ｂとサブピストン２４の内周側とで区画される隙間１６ｃへと侵入し、バネ１８ｄのバネ力に抗してサブピストン１８ａを押し上げる。これにより、サブピストン１８ａの径大部１８ｅによるロック部１７の規制が解除され、ロック部１７がピストンロッド２４径方向へと後退し、ロック溝１６とロック部１７との係止が解除される。ちなみに、ロック部１７には、シリンダ本体２２側とサブピストン１８ａ側それぞれに面する肩部にテーパ部が形成されている。
【００２３】
なお、昇降用シリンダ部１２ａの伸縮動作は、シリンダ本体２２内の油圧室２２ａへ、シリンダ本体２２上部に設けられるポート２２ｂより圧油を供給することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に対して突出させ、前述のように受圧室１６に圧油を供給することで、ピストンロッド２４をシリンダ本体２２に対して収納させることで行うものである。
【００２４】
次に、ピストンロッド２４の下部側に形成されるダンパー部１２ｂの構造について説明する。ダンパー部１２ｂは、ピストンロッド２４の内部に摺動可能に装着されるダンパーピストン２８を有し、このダンパーピストン２８の更に内周側に中空円筒状の支柱４１が備えられている。これら、ピストンロッド２４、ダンパーピストン２８、支柱４１などによって区画される領域にガス及びオイルが内蔵される。
【００２５】
以下、ダンパー部１２ｂの拡大断面図である図２を用いて説明する。
支柱４１は、下端が開口した中空円筒状に形成され、支柱４１の上端側は、ピストンロッド２４の内部に設けられるフランジ部３９に対して取り付けられており、開口する下端側には、大径部４３が形成されている。
【００２６】
大径部４３は、ダンパーピストン２８に挿入されており、大径部４３の肩部４３ａとダンパーピストン２８の内周側に形成される段部４２とが係止するようになっている。
【００２７】
また、ダンパーピストン２８は、筒部２８ａと端部２８ｂとを備えており、端部２８ｂの先端が、筒部２８ａの下端側に内挿されて取り付けられている。なお、この端部２８ｂは、前述した複合シリンダ１２の下端部１１でもあり、リンク８に軸着するための球面軸受３３を有している。
【００２８】
筒部２８ａに内挿される側の端部２８ｂの端面４８は、ダンパーピストン２８内部で、段部４２の下側に位置するもう一つの段部４８を形成し、支柱４１における大径部４３の下端側の端面４３ｂと当接するようになっている。したがって、ダンパーピストン２８は、ピストンロッド２４の内周と支柱４１の外周との間において、段部４２、４８が大径部４３と当接することで移動が規制される範囲内で、摺動自在となっている。
【００２９】
また、支柱４１には、その内周側と外周側を連通状態とする複数個の横孔４０が設けられている。これらの横穴４０によって、ピストンロッド２４及びダンパーピストン２８の内周と支柱４１の外周とで区画される領域と、支柱４１の内部領域との間において、ガス及びオイルとも連通可能となる。
【００３０】
そして、支柱４１の下端側の大径部４３には、圧力逃がし弁組立体４４が内挿されている。圧力逃がし弁組立体４４の中心部には、貫通孔４４ａが設けられており、この貫通孔４４ａには、ダンパーピストン２８の端部２８ｂに取り付けられ、筒部２８ａの内部に突出するメータリングピン４７が、内挿される。
【００３１】
メータリングピン４７は、貫通孔４４ａとの間に隙間をもって内挿されるようになっており、この貫通孔４４ａとメータリングピン４７の外周との間に形成される隙間がオリフィス４６を構成している。オリフィス４６を介して、その上側に上油室２５が、下側に下油室２７が区画されることになる。なお、メータリングピン４７は、内部を軸方向に貫通する油路２９を有しており、後述する油圧シリンダ５４に通じている。
【００３２】
ダンパーピストン２８の端部２８ｂに荷重が作用すると、ダンパーピストン２８の移動とともに、メータリングピン４７も貫通孔４４ａ内を移動し、さらに、オリフィス４６を通じて下油室２７から上油室２５へとオイルが移動することになる。そして、上油室２５内のオイル２３ａによりガス２３ｂが圧縮され、バネとして機能する。また、オリフィス４６を通じたオイルの移動により、ダンパーピストン２８へと伝達された衝撃が、オイルの内部エネルギーへと変換されて吸収されることで、最終的に消散されるものである。なお、圧力逃がし弁組立体４４は、上油室２５または下油室２７が高圧となり過ぎた場合に、連通路４４ｂまたは４４ｃを通じて圧力を逃がすリリーフ弁として機能するものである。
【００３３】
また、ダンパーピストン２８の端部２８ｂには、オイルを連通させる容量室となる油圧シリンダ５４が、ダンパーピストン２８の軸方向と略直角方向に接続しており、さらに、油圧シリンダ５４の開口部３１と、メータリングピン４７の油路２９とを連通する油路３０が形成されている。
【００３４】
油圧シリンダ５４は、シリンダ体５７を有し、その内部に摺動可能にガイドされるピストンロッド５６をさらに有している。ダンパー部１２ｂに接続する容量室の容量は、シリンダ体５７の内周と、ピストンロッド５６の端面５８とで区画される開口部３１により決定される。
【００３５】
また、シリンダ体５７の外周には、ネジ５５が形成されており、油圧シリンダ５４は、さらに、このネジ５５と係合してピストンロッド５６をシリンダ体５７に対して駆動する袋ナット５１を備えている。この袋ナット５１とピストンロッド５６との間には、中間体５２と負荷を軽減するためのスラストベアリング５３とが配設されている。また、ピストンロッド５６には、上油室２５に発生する圧力を閉じ込めるシール部材５９が嵌め込まれている。
【００３６】
これらのネジ５５、袋ナット５１、ピストンロッド５６が、容量室である油圧シリンダ５４の容量（開口部３１の体積）を可変とし、ダンパー部１２ｂにオイルを注出入するネジ駆動式の調整手段を構成する。
【００３７】
また、端部２８ｂには、油路３０と略平行で下油室２７に連通する油路３２も設けられている。そして、油路３２は、油路３０にも連通しており、油路３０を介して下油室２７と上油室２５とを連通させている。この油路３２と油路３０との連通部分には、外部から開閉自在とする外部絞り弁４９も設けられている。この外部絞り弁４９を操作することで、上油室２５と下油室２７との連通状態（絞り量）を微調整できる。
【００３８】
なお、端部２８ｂに取り付けられる油圧シリンダ５４は、その長手方向が、脚装置１のほぼ揺動面内に配向するように接続されている。これにより、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、油圧シリンダ５４をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路１０１内での操作をし易い脚装置１を得ることができる。
【００３９】
以上が、本実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置１の構成である。次に、この脚装置１の作動について説明する。なお、車輪１０５の脚装置１による昇降動作及び緩衝機構の一般的な作動形態については、これまでに説明を行ったので割愛し、以下、季節変化に伴う脚装置１の高さ調整（長さ調整）時の作動形態について説明する。
【００４０】
まず、年間平均気温時に走行路１０１上の地上コイル１０２と台車１０３上の超電導磁石１０４の中心高さが一致するように、封入されるガス及びオイルの量を調整し、複合シリンダ１２の全長が設定される（図１、３、４参照）。
【００４１】
ここで、年間平均温度よりかなり気温が低い冬場になった場合などには、ダンパー部１２ｂ内のガスが収縮することにより、ダンパーピストン２８がピストンロッド２４内に押し込まれ、複合シリンダ１２の全長が短くなる（図１参照）。したがって、超電導磁石１０４の中心が地上コイル１０２の中心から下方へと偏心する（図４参照）。
【００４２】
この偏心を無くすための脚装置１の高さ調整（長さ調整）は、ガス収縮量に等しい油量を、油圧シリンダ５４からダンパー部１２ｂの上油室２５および下油室２７に対して送り出すことによりなされる。
【００４３】
すなわち、油圧シリンダ５４の袋ナット５１を例えば時計方向に廻すと、ピストンロッド５６のピストン端面５８に作用している油圧力に抗して、ピストンロッド５６が、ダンパー部１２ｂの軸線方向に向かって進むことになり、シリンダ体５７の開口部３１内のオイルが、油路３０、２９を流動して上油室２５に到達し、ダンパーピストン２８が元の位置（年間平均気温で調整した位置）まで押出される。
【００４４】
また、年間平均気温よりかなり高い夏場になった場合などには、袋ナット５１を先ほどとは逆方向に廻して、ガス膨張量に等しい油量を、ダンパー部１２ｂの上油室２５から油圧シリンダ５４へと移動させることで、ダンパーピストン２８を元の位置に戻すことができる。
【００４５】
以上説明した脚装置１によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。さらに、ダンパー部内の液体や気体が外部へ流出することもなく、環境的にも好ましい脚装置を得られる。
【００４６】
なお、発明の実施の形態は上記に限定されることなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
【００４７】
（１）ネジ駆動式の油圧シリンダ５４は、必ずしも、シリンダ体５７の外周に螺設される袋ナット５１でなくてもよい。例えば、シリンダ体５７の内周側に螺設されるものなど種々のものであってもよい。
【００４８】
（２）車輪昇降用シリンダ部１２ａは、油圧式でなく、空気圧作動式であってもよい。
【００４９】
（３）油圧シリンダ５４の開口部３１は、端部２８ｂの油路３０とメータリングピン４７の油路２９とを介してダンパー部１２ｂと連通されるものでなくてもよい。例えば、上油室２５や下油室２７と直接的に連通するような構造等を有していてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第１の特徴によると、ダンパー部の液体蓄積側と連通し、容量を可変とすることができる容量室とその調整手段が設けられているため、季節により変化したダンパー部内の気体の容積に応じて、ダンパー部内と容量室内との間で液体を移動させて、脚装置の長さを容易に調整することができる。したがって、簡単に磁気浮上式車両の高さ調整を行うことができる。また、ダンパー部内の気体容積の変動に応じて、同じくダンパー部内に封入されている液体の量を直接調整するものであるため、緩衝機構のバネ特性の変動を抑制し、緩衝能力に変動をきたさずに調整することも可能になる。
【００５１】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第２の特徴によると、容量室の容量を可変とする調整手段を確実且つ簡易な構成で実現できる。したがって、脚装置の長さを容易に調整できる。
【００５２】
本発明に係る磁気浮上式車両の脚装置における第３の特徴によると、他の装置等との干渉といった問題を招くこともなく、容量室をスペース上効率よく配設することができ、また、磁気浮上式車両の高さ調整を行う場合も、Ｕ型走行路内での操作をし易い脚装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置における複合シリンダを示す概略図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は一部断面を含む外観図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置における複合シリンダの要部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態例に係る磁気浮上式車両の脚装置が台車に取り付けられている様子を示す概略図である。
【図４】磁気浮上式車両とそのＵ型走行路とを表した模式図である。
【図５】ある磁気浮上式車両の脚装置における荷重―変位特性の季節による長さの変化を例示したものである。
【符号の説明】
１ 脚装置
１２ 複合シリンダ
１２ａ 車輪昇降用シリンダ部
１２ｂ ダンパー部
２２ シリンダ本体
２３ａ オイル
２３ｂ ガス
２４ ピストンロッド
２５ 上油室
２７ 下油室
２８ ダンパーピストン
２９、３０ 油路
３１ 開口部
４６オリフィス
５１ 袋ナット
５４ 油圧シリンダ
５６ ピストンロッド
５７ シリンダ体
１００ 磁気浮上式車両
１０１ Ｕ型走行路
Claims (3)
- 磁気浮上式車両の走行用車輪をリンクと複合シリンダとを介して揺動自在に支持する脚装置であって、
前記複合シリンダは、車輪昇降用シリンダ部と、液体及び気体が封入されたダンパー部とを備え、
前記ダンパー部には、液体を連通させる容量室が接続され、該容量室の容量を可変とし、前記ダンパー部に液体を注出入する調整手段が設けられ、
前記ダンパー部は、該ダンパー部内に形成されたオリフィスを介して区画された上油室と下油室とを有するとともに、前記容量室と該上油室とを連通させる油路を備え、
前記油路と前記下油室とが、前記ダンパー部に接続された外部絞り弁を介してさらに連通させられることを特徴とする磁気浮上式車両の脚装置。 - 前記調整手段は、前記容量室に対して螺設されるネジ駆動式であることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上式車両の脚装置。
- 前記容量室は、その長手方向が、前記脚装置のほぼ揺動面内で配向されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気浮上式車両の脚装置。
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