JP6195410B2 - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、新幹線、在来線などの鉄道車両に適用されて、地震発生等の非常時に速やかに車両を停止させることができる車両用ブレーキ装置に関する。

新幹線、在来線などの鉄道車両として、特許文献１に示されるような、ブレーキシリンダであるアクチュエータに圧力流体を供給する非常用ブレーキ制御装置を備えたブレーキシステムが知られている。
このブレーキシステムは、非常ブレーキ指令を受信して、該非常ブレーキ指令に応じた大きさのブレーキ空気圧を発生させるブレーキ制御装置と、該ブレーキ空気圧とは別の空気源から供給された非常用空気圧を予め定められた既定の大きさに調整する圧力調整弁、及び該非常ブレーキ指令のみに応じて非常用空気圧を出力するか否かを選択する電磁弁（開閉弁）を有する非常用の圧力発生部と、を有する。

そして、このブレーキシステムでは、前記ブレーキ空気圧と前記非常用空気圧の双方が入力される複式逆止弁（切替弁）を経由して、これら空気圧のいずれか一方の高い方の圧力を選択的に流通させて増圧シリンダに導き、該増圧シリンダにて空気圧を油圧に変換することで、車輪にブレーキ力を作用させるようにしている。

特開２０１２−１１９８４号公報

ところで、上記特許文献１に示される技術は、ブレーキ作動系内に、空気源から供給される空気圧を所定の非常用空気圧となるように減圧調整する圧力調整弁を有する非常用の圧力発生部が付加的に設けられる構成であるので、ブレーキ作動系全体の構成が複雑化するという問題がある。
また、非常用の圧力発生部から複式逆止弁（切替弁）に至る管路が短く設定される構成であるとは言え、該圧力発生部は車体上のブレーキ作動系内に付加的に設けられる構成であるので、依然として長い経路を有しており、このため、該圧力発生部からの非常用空気圧が、複式逆止弁を経由して増圧シリンダに作用するまでに時間がかかり、非常時のブレーキ動作が遅くなるという問題が未だ解決されていない。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でかつ短い管路を通じて非常用空気圧を増圧シリンダ（ブレーキシリンダ）に至らせることができ、これによって、非常時のブレーキ空気圧を既定の圧力に速やかに上昇させることができる車両用ブレーキ装置を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、台車に設けられた車輪へ制動力を作用させるブレーキシリンダを操作するブレーキ作動系に、前記台車上の車体に設けられた第１タンクから空気圧を供給することにより制動力を作用させるブレーキ装置であって、前記台車に前記第１タンクから独立した第２タンクを設け、非常ブレーキの操作に際して、前記第１タンクからの空気圧の供給に先だって前記第２タンクから前記ブレーキ作動系に非常用ブレーキ空気圧を供給する機構を具備することを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、車両の台車上に、非常ブレーキの操作時に通常の第１タンクからの空気圧供給に先だって非常用ブレーキ空気圧を供給する第２タンクを設けるようにしたので、該第２タンクとブレーキ作動系内のブレーキシリンダとの管路を短くすることができる。その結果、第２タンク内の非常用ブレーキ空気圧を、短い管路を通じてブレーキ作動系内のブレーキシリンダに直ぐに至らせることができ、これによって非常時のブレーキ空気圧を既定の圧力に速やかに上昇させることができる。
また、ブレーキ作動系内ではない車両の台車上に設けた第２タンク内の非常用ブレーキ空気圧を、ブレーキシリンダに直接供給することで、従来のブレーキシステムに付加的に具備されている空気源と圧力調整弁及びその制御装置の設置を省略することができ、これによって車両用ブレーキ装置の全体構成を簡素化することができる。

また、本発明では、前記機構は、前記第１タンク、第２タンクのいずれか高い方の圧力を前記ブレーキ作動系に供給する切替弁と、非常ブレーキの操作を条件として、前記切替弁に対して前記第２タンクの非常用ブレーキ空気圧を供給する流路を開放する開閉弁と、を有することを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、ブレーキ作動系に非常用ブレーキ空気圧を供給する機構は、第１タンク、第２タンクのいずれか高い方の圧力を前記ブレーキ作動系に供給する切替弁と、非常ブレーキ操作時に該切替弁に対して第２タンクの非常用ブレーキ空気圧を供給する流路を開放する開閉弁と、を具備するようにしたので、地震が発生した際の非常ブレーキ操作時に開閉弁を開放して、該第２タンクの非常用ブレーキ空気圧を切替弁に至らせることができる。
そして、この切替弁にて、第１タンク、第２タンクのいずれか高い方の圧力を前記ブレーキ作動系に供給することにより、第１タンクから供給される空気圧が未だ低い場合に、第２タンクからの非常用ブレーキ空気圧を優先してブレーキ作動系のブレーキシリンダに至らせることができる。これにより該ブレーキシリンダに供給する空気圧を速やかに上昇させることができ、車輪に緊急停止のためのブレーキ力を有効に作用させることが可能となる。

また、本発明では、前記第２タンクからの空気圧は、前記第１タンクからの空気圧と同等又は低圧に貯気されていることを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、非常用ブレーキ空気圧が供給される第２タンクからの空気圧は、ブレーキ作動系のメインタンクとなる第１タンクからの空気圧と同等又は低圧に貯気されているので、非常ブレーキ操作時に、ブレーキ作動系のブレーキシリンダに第２タンク内の非常用ブレーキ空気圧が優先的に供給されたとしても、異常な高圧とならず、これによって車輪がロックしてスリップするというトラブルも未然に防止することができる。

また、本発明では、前記第２タンクは、前記台車と車体との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンクであることを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、第２タンクとして、台車と車体との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンクを利用することにより、従来のブレーキシステムに付加的に具備されている空気源と圧力調整弁及びその制御装置等の余計な設備を設ける必要がなく、該補助空気タンクからの非常用ブレーキ空気圧により、非常時のブレーキ圧を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。

また、本発明では、前記第２タンクは台車の両側左右にそれぞれ設けられた補助空気タンクからなり、これら補助空気タンクは差圧弁を介して連結されるとともに、該補助空気タンク内の圧力が接続管路を通じて、前記ブレーキ作動系に非常用ブレーキ空気圧を供給する機構の切替弁に供給されることを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、第２タンクは台車の両側左右にそれぞれ設けられた一対の補助空気タンクからなり、これら補助空気タンクは差圧弁を介して連結されるとともに、該補助空気タンク内の圧力が接続管路を通じて切替弁に供給される構成とすることで、台車上に一定容量の補助空気タンクを確保することができ、これにより非常時のブレーキ空気圧を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。

また、本発明では、研摩子を動作させる踏面清掃用シリンダに、踏面清掃エアーを供給することにより該研摩子を動作させる踏面清掃装置を具備し、該踏面清掃装置は、非常ブレーキの操作に際して、前記踏面清掃エアーの供給に先だって、該踏面清掃エアーと同等又は低圧の非常用清掃空気圧を前記踏面清掃用シリンダに供給することを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、車両の台車上に、非常ブレーキの操作時に通常の踏面清掃エアーの供給に先だって非常用清掃空気圧を供給するようにしたので、非常ブレーキの操作から極めて短時間で、踏面清掃用シリンダを動作させて研摩子による車輪踏面の清掃を行うことができ、これによりその後の非常ブレーキ動作を効果的に行うことができる。

また、本発明では、踏面清掃のための前記非常用清掃空気圧は、前記第２タンクから供給されることを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、非常用清掃空気圧の供給源として、台車と車体との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンク（第２タンク）を利用することにより、従来の踏面清掃システムに特別な設備を設ける必要がなく、該補助空気タンクからの非常用清掃空気圧により、踏面清掃エアーの圧力を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。
また、非常用清掃空気圧の供給源として、台車と車体との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンク（第２タンク）を利用することにより、該第２タンクと踏面清掃システム系内の踏面清掃用シリンダとの管路を短くすることができる。その結果、第２タンク内の非常用清掃空気圧を、短い管路を通じて踏面清掃システム系内の踏面清掃用シリンダに直ぐに至らせることができ、これによって踏面清掃エアーの圧力を既定の圧力に速やかに上昇させることができる。

また、本発明では、前記第２タンクは台車の両側左右にそれぞれ設けられた第１及び第２補助空気タンクからなり、これら補助空気タンクは差圧弁を介して連結され、前記第１補助空気タンクは、前記ブレーキシリンダに前記非常用ブレーキ空気圧を供給し、前記第２補助空気タンクは、前記踏面清掃用シリンダに前記非常用清掃空気圧を供給し、前記第１及び第２補助空気タンクは、それぞれに設置された第１及び第２開閉弁により前記非常用ブレーキ空気圧、前記非常用清掃空気圧を供給することを特徴とする。

上記のように構成された本発明では、台車の両側左右に差圧弁を介して接続された第１及び第２補助空気タンクから第２タンクを構成し、前記第１補助空気タンクから、前記ブレーキシリンダに前記非常用ブレーキ空気圧を供給し、また、前記第２補助空気タンクから、前記踏面清掃用シリンダに前記非常用清掃空気圧を供給するようにした。すなわち、第２タンクを構成している第１及び第２補助空気タンクのそれぞれを空気源として、非常時の空気圧（非常用ブレーキ空気圧、非常用清掃空気圧）を供給することにより、各空気圧を設定圧力で速やかに供給することができる。

本発明によれば、車両の台車上に、非常ブレーキの操作時に通常の第１タンクからの空気圧供給に先だって非常用ブレーキ空気圧を供給する第２タンクを設けるようにしたので、該第２タンクとブレーキ作動系内のブレーキシリンダとの管路を短くすることができる。その結果、第２タンク内の非常用ブレーキ空気圧を、短い管路を通じてブレーキ作動系内のブレーキシリンダに直ぐに至らせることができ、これによって非常時のブレーキ空気圧を既定の圧力に速やかに上昇させることができる。
また、ブレーキ作動系内ではない車両の台車上に設けた第２タンク内の非常用ブレーキ空気圧を、ブレーキシリンダに直接供給することで、従来のブレーキシステムに付加的に具備されている空気源と圧力調整弁及びその制御装置の設置を省略することができ、これによって車両用ブレーキ装置の全体構成を簡素化することができる。

（Ａ）は本発明に係る車両用ブレーキ装置が適用された新幹線用の車両、（Ｂ）は本発明の第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置を具体的に示す図である。 図１（Ａ）の車両用ブレーキ装置の具体的配管図を示す平面図である。 図２と比較するための既存の台車の配管図を示す平面図である。 車両の速度に応じた設定ＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）を示す表である。 既存の台車に係るブレーキ指令後のブレーキシリンダ圧を示すグラフである。 初速度と空走距離との関係を示す表である。 本発明の台車に係るブレーキ指令後のブレーキシリンダ圧を示すグラフである。 図７に示すブレーキシリンダ圧を合成したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置を具体的に示す図である。 図９の車両用ブレーキ装置の具体的配管図を示す平面図である。 図１０と比較するための既存の台車の配管図を示す平面図である。 第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置のブレーキシリンダ圧を示すタイムチャートである。 補助空気タンクからのＡＳ圧（エアースプリング圧）を利用した踏面清掃用シリンダの空走時間（＝むだ時間）の測定結果を示すグラフである。 補助空気タンクからのＡＳ圧を利用した増圧シリンダの空走時間（＝むだ時間）の測定結果を示すグラフである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る車両用ブレーキ装置１００が適用された新幹線用の車両Ｂ、図１（Ｂ）は車両用ブレーキ装置１００を具体的に示す配管図であって、該車両用ブレーキ装置１００が搭載される車両Ｂには、車輪Ｗへ制動力を作用させるブレーキシリンダＡを操作するブレーキ作動系１が設けられている。

このブレーキ作動系１は、車両Ｂの運転台（図示略）にあるブレーキ設定器２から常用ブレーキとして出力される８段階のノッチ、及び非常ブレーキとして出力される非常ブレーキ指令ＮＡに基づき動作されるものであって、ブレーキシリンダＡ及びブレーキ制御装置１０、電空変換弁１１、中継弁１３を主な構成要素とする。

ブレーキ制御装置１０は、ブレーキ設定器２から出力されたノッチ及び非常ブレーキ指令ＮＡに基づき、ブレーキ動作を行うコントローラとなるものである。
そして、このブレーキ制御装置１０は、ノッチに基づき回生ブレーキ１３を動作させる通常ブレーキ制御信号Ｓ１及び電空変換弁１１を動作させるブレーキ制御信号Ｓ２を出力し、また、非常ブレーキ指令ＮＡに基づき非常時圧力制御装置３０（後述する）の非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開弁させる非常ブレーキ制御信号Ｓ３を出力する。

電空変換弁１１は、コンプレッサ２０で加圧された元空気タンク２１（第１タンク）及び元空気タンク２１に接続される供給空気タンク２２（第１タンク）からのブレーキ制御エアー（その圧力をＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）とする）が供給されるものであって、ノッチの大きさに基づき設定されるブレーキ制御信号Ｓ２に応じて、その開度が調整される。
非常用ブレーキ追加電磁弁３１は、車両Ｂが運用されている通電時に閉状態を維持する常閉弁であって、ブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３が出力される以外に、非常時において車両Ｂへの通電が断たれた場合（例えば、地震により停電が発生した場合、脱線した場合、架線からパンタグラフがずれた場合）にも、開弁される。

また、このブレーキ制御装置１０は、非常ブレーキ指令ＮＡに基づき非常ブレーキ制御信号Ｓ３を出力するが、この非常ブレーキ制御信号Ｓ３は、同時に非常時圧力制御装置３０（後述する）の非常用ブレーキ追加電磁弁３１にも送信され、該非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開弁させる動作を行わせる。
また、中継弁１３は、電空変換弁１１を経由した空気タンク２１・２２からのブレーキ制御エアーを、管路１３Ａを経由して非常時圧力制御装置３０（後述する）の複式逆止弁３２に供給するものである。

次に、図１（Ｂ）及び図２、図３を参照して、車両用ブレーキ装置１００の非常時圧力制御装置３０について説明する。
この非常時圧力制御装置３０は、非常用ブレーキ追加電磁弁３１と複式逆止弁３２とから構成され、かつブレーキ作動系１の系外の台車Ｂ２上に設けられるものであって、車両Ｂを早急に停止させる必要がある非常時に、ブレーキ圧を即座に高める非常用ブレーキ空気圧を供給する。

非常用ブレーキ追加電磁弁３１は、車両Ｂの車体Ｂ１と台車Ｂ２との間の空気ばね（図示略）に空気を供給する各７０リットルほどの補助空気タンク３３・３３´（第２タンク）（その圧力をＡＳ圧（エアースプリング圧）とする）の１つに、管路３３Ａ・３３Ｂ、５０を介して接続されているものであって、ブレーキ制御装置１０からの非常ブレーキ制御信号Ｓ３に基づき開弁される開閉弁である。なお、これら補助空気タンク３３・３３´は、台車Ｂ２の両側左右に設けられている。

なお、補助空気タンク３３・３３´のエアースプリング圧（ＡＳ）は、元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からのブレーキ制御エアーのブレーキシリンダ圧（ＢＣ圧）と同等又は低く貯気されているが、これについては図４を参照して後述する。

複式逆止弁３２は、非常用ブレーキ追加電磁弁３１を経由した管路５０と、前述したブレーキ制御装置１０内の中継弁１３を経由した管路１３Ａとが入力ポートに接続されるものであって、これら管路１３Ａ、５０を経由した高い方の圧力を、台車Ｂ２下部の車輪Ｗへ制動力を作用させる増圧シリンダ４０（ブレーキシリンダＡ）に供給する切替弁である。この増圧シリンダ４０は、複式逆止弁３２により選択された空気圧を油圧に変換するためのものであって、該増圧シリンダ４０で発生した油圧により図２に示されるディスクブレーキＤを動作して車輪Ｗを制動する。
なお、補助空気タンク３３・３３´である空気ばねへは、コンプレッサ２０で加圧された圧縮空気の一部が供給される。

ここで、補助空気タンク３３・３３´がある台車Ｂ２について、図２及び図３を参照して説明する。図２は本実施形態に係る台車Ｂ２の平面図、図３は比較のために掲載した既存の台車に係る平面図である。

図２に示すように、本実施形態に係る補助空気タンク３３・３３´は、車両Ｂの車体Ｂ１と台車Ｂ２との間に設置されている空気ばねを利用しており、該補助空気タンク３３・３３´は、管路３３Ａ・３３Ｂ、５０を通じて非常用ブレーキ追加電磁弁３１及び複式逆止弁３２に接続されることが示されている。
また、これら補助空気タンク３３・３３´間の管路３３Ａの途中には差圧弁３４が設置されており、該差圧弁３４によって２つの補助空気タンク３３・３３´内の圧力は均等に保たれている。
そして、補助空気タンク３３・３３´内の空気は、非常時に非常用ブレーキ追加電磁弁３１が開状態となった場合に、複式逆止弁３２を経由して台車Ｂ２の左右両側に設けられた増圧シリンダ４０に供給され、該増圧シリンダ４０からの油圧配管４１を通じて車輪ＷのディスクブレーキＤを動作させる。
なお、補助空気タンク３３は供給空気タンク２１とほぼ同じ容量を有しており、一方の補助空気タンク３３から増圧シリンダ４０に空気を供給したとしても、差圧弁３４が動作するほど他方の補助空気タンク２２との圧力差が生じず、空気ばねの特性に影響が及ぼさないように設定されている。

また、図２を参照して分かるように、本実施形態に係る補助空気タンク３３・３３´、複式逆止弁３２、増圧シリンダ４０は、同じ台車Ｂ２上に管路３３Ａ・３３Ｂ、５０・５１を介して連結されていることから、それぞれが至近距離にあり、これによって非常用ブレーキ追加電磁弁３１の開弁時に、補助空気タンク３３・３３´内の空気圧が、複式逆止弁３２及び増圧シリンダ４０に速やかに供給される。
なお、ブレーキ制御装置１からの制御信号Ｓ３による非常用ブレーキ追加電磁弁３１の開弁は、図２に符号Ｃで示すカプラを通じて行うようにする。

以上説明したような第１実施形態に係る台車Ｂ２に対して、図３に比較例として示される既存台車では、非常用ブレーキ追加電磁弁３１と複式逆止弁３２とから構成される非常時圧力制御装置３０が設けられていないことから、台車Ｂ２から離れた位置にある車体Ｂ１上の元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からブレーキ制御エアーが供給されることになり、増圧シリンダ４０による車輪Ｗの制動に時間を要する。

一方、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００では、図４に示されるように、車両Ｂの速度に応じた非常ブレーキ時の設定ＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）が定められている。
この設定ＢＣ圧は、ブレーキ制御装置１０の制御信号（図示略）にて定められるものであって、速度及び乗客数に応じて台車に加わる荷重（空車時〜満車時の範囲で示される）をＡＳ圧から計算している。このとき、ＡＳ圧は、設定ＢＣ圧に対して常に同等又は低圧に貯気されている。

次に、第１実施形態に係る非常時圧力制御装置３０が設けられていない既存の車両用ブレーキ装置（図４に示す既存台車に対応）と、第１実施形態に係る非常時圧力制御装置３０が設けられた車両用ブレーキ装置１００（図３に示す本実施形態に係る台車に対応）とそれぞれ用いた場合の増圧シリンダ４０（ブレーキシリンダ）の圧力変化について、図５〜図８を参照して説明する。

まず、図５を参照して、非常時圧力制御装置３０が設けられていない既存の車両用ブレーキ装置を用いた場合の増圧シリンダの圧力変化について説明する。
この車両用ブレーキ装置では、台車Ｂ２から離れた位置にある元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からＢＣ圧のブレーキ制御エアーが供給されることから、増圧シリンダ４０に作用するブレーキシリンダ圧力（符号Ｐで示す）が有効に作用する設定圧力（整定圧Ｐ´の６３．２％）になるまでに一定の時間を要する。
すなわち、ブレーキ指令が出力された後、増圧シリンダ４０のブレーキシリンダ圧力Ｐが上昇を始めるまでにｔ０の「むだ時間」が発生し、ｔ０の後に整定圧Ｐ´の６３．２％になるまでｔ１の時間（ブレーキ時定数）を要し、ブレーキが有効に作用するまでに合計で『ｔ０＋ｔ１』の時間が必要となる。
このときの空走距離を図６に示す。空走距離とはブレーキの初速度に空走時間を掛けたものであり、図６にはそれぞれの初速度における空走距離が示されている。

次に、図７及び図８を参照して、非常時圧力制御装置３０が設けられた第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００を用いた場合の増圧シリンダ４０の圧力変化について説明する。
上述した既存の車両用ブレーキ装置に対して、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００では、非常ブレーキ指令ＮＡに基づきブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３が出力されると、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１が開弁される。
これにより、元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からはＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）のブレーキ制御エアーが供給され、かつ補助空気タンク３３・３３´からはＡＳ圧（エアースプリング圧）が複式逆止弁３２にそれぞれ供給されることになる。

ここで、複式逆止弁３２はいずれか高い圧力のエアーを増圧シリンダ４０に供給することになるが、補助空気タンク３３・３３´及び複式逆止弁３２は、同じ台車Ｂ２上に管路３３Ａ・３３Ｂ、５０を介して連結されており、それぞれが至近距離にあることから、ＢＣ圧のブレーキ制御エアーが到達する前に、至近距離にあるＡＳ圧が、複式逆止弁３２を通じて増圧シリンダ４０に速やかに供給されることになる。
すなわち、図７に示されるように、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００では、既存の車両用ブレーキ装置のように、ｔ０の「むだ時間」を発生させることなく、補助空気タンク３３・３３´からのＡＳ圧が先行して増圧シリンダ４０に供給される。

そして、このＡＳ圧により、増圧シリンダ４０が有効に作用する設定圧力（整定圧Ｐ´の６３．２％）になるまでの時間がｔ２（ブレーキ時定数）で済み、その結果、既存の車両用ブレーキ装置のｔ１よりも大幅にｔ２を短縮することができる（このときのＡＳ圧を図７中に符号ＰＡで示す）。
その後、元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からのブレーキ制御エアーのＢＣ圧が徐々に上昇し（符号Ｐで示す）、元々の設定圧はＢＣ圧の方がＡＳ圧と同等又はＡＳ圧より高いことから、複式逆止弁３２がＢＣ圧側の管路１３Ａに切り替わり、その結果、ＢＣ圧のブレーキ制御エアーが増圧シリンダ４０に供給されることになる。

従って、第１実施形態に係る非常時圧力制御装置３０を搭載した車両用ブレーキ装置１００では、ＡＳ圧と、ブレーキシリンダ圧を合成した図８を参照して分かるように、時定数をｔ１からｔ２に短縮することができ、これにより図６に示される空走距離も短縮することができ、地震が発生した際の非常時の緊急停車を速やかに行うことができる。
なお、このような動作は、ブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３が出力されることに代えて、架線からの電力供給が断たれることにより、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１が開弁された場合も全く同じである。

以上詳細に説明したように第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００によれば、ブレーキ作動系１内ではない車両Ｂの台車Ｂ２上に、非常ブレーキの操作時に通常の空気タンク２１・２２からのＢＣ圧の空気圧供給に先だって、ＡＳ圧の非常用ブレーキ空気圧を供給する補助空気タンク３３・３３´を設けるようにしたので、該補助空気タンク３３・３３´とブレーキシリンダＡである増圧シリンダ４０との間の管路３３Ａ、３３Ｂ、５０、５１の長さを短くすることができる。
その結果、補助空気タンク３３・３３´内の非常用ブレーキ空気圧を、短い管路を通じて増圧シリンダ４０に直ぐに至らせることができ、これによって非常時のブレーキシリンダ圧を既定の圧力に速やかに上昇させることができる。
また、車両Ｂの台車Ｂ２上に設けた補助空気タンク３３・３３´内の非常用ブレーキ空気圧（ＡＳ圧）を、非常時のブレーキ操作を条件として開放する非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１に直接供給することで、従来のブレーキシステムに付加的に具備されている空気源と圧力調整弁及びその制御装置の設置を省略することができ、これによって車両用ブレーキ装置１００の全体構成を簡素化することができる。

また、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００によれば、非常時圧力制御装置３０は、空気タンク２１・２２のＢＣ圧、補助空気タンク３３・３３´のＡＳ圧いずれか高い方の圧力を前記ブレーキ作動系１に供給する複式逆止弁３２と、非常ブレーキ操作時に該複式逆止弁３２に対して補助空気タンク３３・３３´の空気圧を供給する管路を開放する非常用ブレーキ追加電磁弁３１と、を具備するようにしたので、地震が発生した際の非常ブレーキ操作時に非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開放して、至近距離に位置する補助空気タンク３３・３３´の空気圧を複式逆止弁３２に至らせることができる。
そして、この複式逆止弁３２にて、空気タンク２１・２２、補助空気タンク３３・３３´のいずれか高い方の圧力をブレーキ作動系１の増圧シリンダ４０に供給するようにしたので、空気タンク２１・２２から供給される空気圧が未だ低い場合に、補助空気タンク３３・３３´からの非常用ブレーキ空気圧を優先して該増圧シリンダ４０に至らせるようにした。これにより該増圧シリンダ４０に供給する圧力を速やかに上昇させることができ、車輪Ｗにブレーキ力を有効に作用させることが可能となる。

また、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００によれば、非常用ブレーキ空気圧が供給される補助空気タンク３３・３３´からのＡＳ圧が、ブレーキ作動系１のメインタンクとなる空気タンク２１・２２からのＢＣ圧と同等又は低圧に貯気されているので、非常ブレーキ操作時に、ブレーキ作動系１に補助空気タンク３３・３３´内の非常用ブレーキ空気圧が優先的に供給されたとしても、異常な高圧とならず、これによって車輪Ｗがロックしてスリップするというトラブルも未然に防止することができる。

また、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００によれば、補助空気タンク３３・３３´として、台車Ｂ２と車体Ｂ１との間の空気ばねを利用することにより、従来のブレーキシステムに付加的に具備されている空気源と圧力調整弁及びその制御装置等の余計な設備を設ける必要がなく、該補助空気タンク３３・３３´からの非常用ブレーキ空気圧により、非常時のブレーキシリンダ圧を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。

また、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００によれば、補助空気タンク３３・３３´として台車Ｂ２枠の両側左右にそれぞれ設けられた空気ばねを利用し、これら補助空気タンク３３・３３´が差圧弁３４を介して連結されるとともに、該補助空気タンク３３・３３´内のＡＳ圧が接続管路３３Ａ・３３Ｂ及び５０を通じて複式逆止弁３２に供給される構成とすることで、台車Ｂ２枠上に一定容量の補助空気タンクを確保することができ、これにより非常時のブレーキ空気圧を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。

また、第１実施形態では、「異常発生時」において、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開弁する条件を、運転士の操作により非常ブレーキ指令ＮＡに基づきブレーキ制御装置１０から制御信号Ｓ３が出力された場合、又は車両Ｂへの電力供給が断たれた場合としている。しかし、これらに加えて、元空気だめの圧力低下等、車両に何らかの異常が発生した場合、地震によるＰ波を検出した場合も、「異常発生時」として、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開弁しても良い。

また、第１実施形態では、「異常発生時」において、非常ブレーキ指令ＮＡに基づき、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１を開弁したが、非常用ブレーキ追加電磁弁３１は、非常ブレーキ指令ＮＡの出力から１〜２秒後に閉じるものとする。これにより、ＢＣ圧の滑走制御を阻害しない。

また、第１実施形態では、新幹線車両を想定しているが、空気ばねを搭載したボルスタレス台車であれば、在来線車両にも適用可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置１０１について、図９〜図１５を参照して説明する。第２実施形態号に係る車両用ブレーキ装置１０１は、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００と構成を共通とする部分について、同一符号を付して重複した説明を省略する。

図９及び図１０は第２実施形態に係る配管図であって、これらの図に符号６０で示すものは踏面清掃装置であり、図１１は比較のために掲載した既存の車両の配管図である。
図９及び図１０に示される踏面清掃装置６０は、レール（図示略）に対する車輪Ｗの踏面に接触又は離間自在に設けられて接触時に該車輪Ｗの踏面を掃除する樹脂製の研摩子６１と、該研摩子６１を動作させる踏面清掃用シリンダ６２と、踏面清掃用シリンダ６２を作動させる踏面清掃エアーを供給するための清掃エアー制御装置６３と、を具備する。

清掃エアー制御装置６３は、踏面清掃電磁弁６４、清掃用追加電磁弁６５、複式逆止弁６６とから構成されるものであって、車両Ｂを早急に停止させる必要がある非常時において、踏面清掃装置シリンダ圧力（ＴＣ圧）の供給に先だって、該踏面清掃装置６２に補助圧力となる非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）を速やかに供給する。
具体的には、踏面清掃電磁弁６４は、ブレーキ制御エアー（ＢＣ）にも一部利用される車両間の共通配管９０からのエアーを、踏面清掃装置シリンダ圧力（ＴＣ圧）として取り込むためのものである。

清掃用追加電磁弁６５は、車両Ｂの車体Ｂ１と台車Ｂ２との間の空気ばね（図示略）に空気を供給する補助空気タンク３３・３３´（第２タンク）の中で、非常用ブレーキ追加電磁弁３１が接続されていない側（本例では補助空気タンク３３´）に接続されているものであって、ブレーキ制御装置１０からの非常ブレーキ制御信号Ｓ３に基づき開弁される開閉弁である。
また、この清掃用追加電磁弁６５は、車両Ｂが運用されている通電時に閉状態を維持する常閉弁であって、ブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３が出力される以外に、非常用ブレーキ追加電磁弁３１と同様、非常時において車両Ｂへの通電が断たれた場合（例えば、地震により停電が発生した場合、脱線した場合、架線からパンタグラフがずれた場合）にも開弁される。
なお、補助空気タンク３３・３３´のエアースプリング圧（ＡＳ）は、踏面清掃装置６０シリンダ圧力（ＴＣ圧）と同等又は低く設定されている。

複式逆止弁６６は、清掃用追加電磁弁６５を経由した管路７０と、前述した踏面清掃電磁弁６４を経由した管路７１とが入力ポートに接続されるものであって、これら管路７０、７１を経由した高い方の圧力を、管路７２を通じて研摩子６１を動作させる踏面清掃用シリンダ６２に供給する切替弁である。
そして、管路７２を通じて、この踏面清掃用シリンダ６２に供給した圧力により研摩子６１を動作させ、これにより車輪Ｗの踏面を清掃する。

なお、第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置１０１では、補助空気タンク３３・３３´に接続されている非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１、踏面清掃装置６０の清掃用追加電磁弁６５が、非常ブレーキ指令ＮＡに基づき出力される非常ブレーキ制御信号Ｓ３（Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ）により開弁されるようになっている。

上記車両用ブレーキ装置１０１の動作について、図１２を参照して詳細に説明する。第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置１０１では、運転士の操作等により非常ブレーキ指令ＮＡが出力された場合、ブレーキ制御装置１０からは制御信号Ｓ３（Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ）が出力される。
そして、非常ブレーキ指令ＮＡに基づきブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３Ａが出力されると、踏面清掃装置６０の清掃用追加電磁弁６５、及び踏面清掃電磁弁６４が同時に開弁される。

このときの実際の動作のタイミングを、図１２に矢印Ｅ１で示す。車両Ｂ間の共通配管９０からは、踏面清掃装置シリンダ圧力（ＴＣ圧）の踏面清掃エアーが供給され（「ＴＣｉｎ」〜「ＴＣｏｕｔ」で示す間に供給される）、かつ補助空気タンク３３・３３´からはＡＳ圧（エアースプリング圧）が複式逆止弁６６にそれぞれ供給されることになる（「ＡＳ２ｉｎ」で示す以降に供給される）。
ここで、複式逆止弁６６はいずれか高い圧力のエアーを踏面清掃用シリンダ６２に供給することになるが、補助空気タンク３３・３３´及び複式逆止弁６６は、同じ台車Ｂ２上に管路７０を介して連結されており、それぞれが至近距離にあることから、踏面清掃装置シリンダ圧力（ＴＣ圧）の踏面清掃エアーが到達する前に、至近距離にあるＡＳ圧が、管路７０及び複式逆止弁６６を通じて踏面清掃用シリンダ６２に速やかに供給されることになる。
すなわち、第２実施形態に係る車両用ブレーキ装置１０１では、既存の車両用ブレーキ装置のように、「むだ時間」を発生させることなく、補助空気タンク３３・３３´からのＡＳ圧が先行して踏面清掃用シリンダ６２に供給され、速やかに踏面清掃用シリンダ６２を作動させて車輪Ｗの踏面の清掃を行うことができる。

また、本実施形態２では、車輪Ｗの踏面の清掃と同時に、緊急停止のための車輪Ｗのブレーキが動作する。このときの実際の動作のタイミングを、図１２に矢印Ｅ２で示す。非常ブレーキ指令ＮＡに基づき、ブレーキ制御装置１０から非常ブレーキ制御信号Ｓ３Ａとともに、非常ブレーキ制御信号Ｓ３Ｂが出力されると、非常時圧力制御装置３０の非常用ブレーキ追加電磁弁３１が開弁される。
これにより、元空気タンク２１及び供給空気タンク２２からはＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）のブレーキ制御エアーが供給され（「ＢＣｉｎ」〜「ＢＣｏｕｔ」で示す間に供給される）、かつ補助空気タンク３３・３３´からはＡＳ圧（エアースプリング圧）が複式逆止弁３２にそれぞれ供給されることになる（「ＡＳ１ｉｎ」で示す以降に供給される）。

ここで、複式逆止弁３２はいずれか高い圧力のエアー（ＢＣ圧又はＡＳ圧のいずれか）を増圧シリンダ４０に供給することになるが、補助空気タンク３３・３３´及び複式逆止弁３２は、同じ台車Ｂ２上に管路３３Ａ・３３Ｂ、５０を介して連結されており、それぞれが至近距離にあることから、ＢＣ圧のブレーキ制御エアーが到達する前に、至近距離にあるＡＳ圧が、複式逆止弁３２を通じて増圧シリンダ４０に速やかに供給されることになる。
すなわち、図７に示されるように、第１実施形態に係る車両用ブレーキ装置１００では、既存の車両用ブレーキ装置のように、ｔ０の「むだ時間」を発生させることなく、補助空気タンク３３・３３´からのＡＳ圧が先行して増圧シリンダ４０に供給され、速やかに車両Ｂの緊急停止を行うことができる。

これら補助空気タンク３３・３３´からのＡＳ圧（エアースプリング圧）を利用した踏面清掃用シリンダ６２の空走時間（＝むだ時間）、増圧シリンダ４０の空走時間（＝むだ時間）の測定結果について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は『供給ＡＳ圧／設定ＴＣ』（設定ＴＣは一定値）との関係を示すグラフであり、図１４は『供給ＡＳ圧／設定ＢＣ』（設定ＢＣは一定値）との関係を示すグラフである。
そして、これら図１３及び図１４では、空気補助タンク３３、３３´からＡＳ圧を先行して供給した「空車（四角プロットで示す）」、「積車（菱形プロットで示す）」、「満車（着色丸プロットで示す）」の場合の範囲Ｅ３、Ｅ５が示されるとともに、ＡＳ圧の供給がない『白丸プロット：○』場合及び現車相当『黒丸プロット：●』の範囲Ｅ４、Ｅ６が示されている。
なお、図１３及び図１４において、（１）は補助空気タンク３３と補助空気タンク３３’のＡＳ圧がともに設定値で等しい場合、（２）は補助空気タンク３３のＡＳ圧が設定値よりも６０ｋＰａ低く、なおかつ補助空気タンク３３’のＡＳ圧が設定値よりも６０ｋＰａ高い場合、（３）は補助空気タンク３３のＡＳ圧が設定値よりも６０ｋＰａ高く、なおかつ補助空気タンク３３’のＡＳ圧が設定値よりも６０ｋＰａ低い場合、をそれぞれ示している。

これら図１３及び図１４の測定結果を参照して分かるように、圧力比がいずれの値であっても、空気補助タンク３３、３３´からＡＳ圧を、ＴＣ圧又はＢＣ圧に先行して供給した場合（範囲Ｅ３、Ｅ５）の方が、ＡＳ圧の供給がない場合（範囲Ｅ４、Ｅ６）と比較して、踏面清掃用シリンダ６２の空走時間（＝むだ時間）、増圧シリンダ４０の空走時間（＝むだ時間）が共に減少することが確認されている。
具体的には、図１３の場合では圧力比（供給ＡＳ圧／設定ＴＣ圧）が０．６６以上で空走時間は０．８秒から０．３秒まで減少すること、図１４の場合では圧力比（供給ＡＳ圧／設定ＢＣ圧）が０．６６以上で空走時間は０．９５秒から０．２秒まで減少することが確認されている。また、図１３及び図１４の圧力比が０．６６未満の場合においても、少なくとも設定ＴＣ圧の５０％、設定ＢＣ圧の４０％の圧力が先行して供給されており、一定の効果を発揮している。

以上詳細に説明したように本実施形態２に示される車両用ブレーキ装置１０１では、研摩子６１を動作させる踏面清掃用シリンダ６２に、踏面清掃エアー（ＴＣ圧）を供給することにより該研摩子６１を動作させる踏面清掃装置６０を具備し、該踏面清掃装置６０は、非常ブレーキの操作に際して、踏面清掃エアー（ＴＣ圧）の供給に先だって、該踏面清掃エアー（ＴＣ圧）より同等又は低圧の非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）を踏面清掃用シリンダ６２に供給するようにした。
すなわち、車両Ｂの台車Ｂ２上に、非常ブレーキの操作時に通常の踏面清掃エアー（ＴＣ圧）の供給に先だって非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）を供給するようにしたので、非常ブレーキの操作から極めて短時間で、踏面清掃用シリンダ６２を動作させて研摩子６１による車輪踏面の清掃を行うことができ、これによりその後の非常ブレーキ動作を効果的に行うことができる。

また、本実施形態２に示される車両用ブレーキ装置１０１では、非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）の供給源として、台車Ｂ２と車体Ｂ１との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンク３３、３３´（第２タンク）を利用することにより、従来の踏面清掃システムに特別な設備を設ける必要がなく、該補助空気タンク３３、３３´からの非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）により、踏面清掃エアー（ＴＣ圧）の圧力を既定の圧力に速やかに上昇させることが可能となる。
また、非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）の供給源として、車体Ｂ１と台車Ｂ２との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンク３３、３３´（第２タンク）を利用することにより、該第２タンクと踏面清掃装置６０内の踏面清掃用シリンダ６２との管路を短くすることができる。その結果、第２タンク内の非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）を、短い管路を通じて踏面清掃用シリンダ６２に直ぐに至らせることができ、これによって踏面清掃エアー（ＴＣ圧）の圧力を既定の圧力に速やかに上昇させることができる。

また、本実施形態２に示される車両用ブレーキ装置１０１では、車両用ブレーキ装置では、台車Ｂ２の両側左右に差圧弁を介して接続された第１及び第２補助空気タンク３３、３３´から第２タンクを構成し、第１補助空気タンク３３から、ブレーキシリンダ６２に非常用ブレーキ空気圧（ＡＳ圧）を供給し、また、第２補助空気タンク３３´から、踏面清掃用シリンダ６２に非常用清掃空気圧（ＡＳ圧）を供給するようにした。すなわち、第２タンクを構成している第１及び第２補助空気タンク３３、３３´のそれぞれを空気源として、非常時の空気圧（非常用ブレーキ空気圧、非常用清掃空気圧（ＡＳ圧））を供給することにより、各空気圧を設定圧力で速やかに供給することができる。

なお、第２実施形態では、「異常発生時」において、非常用ブレーキ追加電磁弁３１及び清掃用追加電磁弁６５の開弁条件を、運転士の操作等により非常ブレーキ指令ＮＡに基づきブレーキ制御装置１０から制御信号Ｓ３（Ｓ３Ａ、Ｓ３Ｂ）が出力された場合、又は車両Ｂへの電力供給が断たれた場合としている。しかし、これらに加えて、元空気だめの圧力低下等、車両に何らかの異常が発生した場合、地震によるＰ波を検出した場合も、「異常発生時」として、非常用ブレーキ追加電磁弁３１及び清掃用追加電磁弁６５を開弁しても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、新幹線、在来線などの鉄道車両に適用されて、地震発生等の非常時に速やかに車両を停止させることができる車両用ブレーキ装置に関する。

１ ブレーキ作動系
１０ ブレーキ制御装置
２０ 元空気タンク（第１タンク）
２１ 供給空気タンク（第１タンク）
３０ 非常時圧力制御装置
３１ 非常用ブレーキ追加電磁弁（第１開閉弁）
３２ 複式逆止弁（切替弁）
３３ 補助空気タンク（第２タンク）
３３´ 補助空気タンク（第２タンク）
４０ 増圧シリンダ（ブレーキシリンダ）
６０ 踏面清掃装置
６１ 研摩子
６２ 踏面清掃用シリンダ
６３ 清掃エアー制御装置
６４ 踏面清掃電磁弁
６５ 清掃用追加電磁弁（第２開閉弁）
６６ 複式逆止弁
１００ 車両用ブレーキ装置
１０１ 車両用ブレーキ装置
Ｂ 車両
Ｂ１ 車体
Ｂ２ 台車
Ｗ 車輪

Claims (7)

1. 台車に設けられた車輪へ制動力を作用させるブレーキシリンダを操作するブレーキ作動系に、前記台車上の車体に設けられた第１タンクから空気圧を供給することにより制動力を作用させるブレーキ装置であって、
   前記台車に前記第１タンクから独立した第２タンクを設け、
   非常ブレーキの操作に際して、前記第１タンクからの空気圧の供給に先だって前記第２タンクから前記ブレーキ作動系に非常用ブレーキ空気圧を供給する圧力制御装置を具備し、
   前記第２タンクは、前記台車と車体との間の空気ばねに空気を供給する補助空気タンクであることを特徴とする車両用ブレーキ装置。
2. 前記圧力制御装置は、前記第１タンク、第２タンクのいずれか高い方の圧力を前記ブレーキ作動系に供給する切替弁と、
   非常ブレーキの操作を条件として、前記切替弁に対して前記第２タンクの非常用ブレーキ空気圧を供給する流路を開放する開閉弁と、を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。
3. 前記第２タンクからの非常用ブレーキ空気圧は、前記第１タンクからの空気圧と同等又は低圧に貯気されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか1項に記載の車両用ブレーキ装置。
4. 前記第２タンクは台車の両側左右にそれぞれ設けられた補助空気タンクからなり、これら補助空気タンクは差圧弁を介して連結されるとともに、該補助空気タンク内の圧力が接続管路を通じて前記圧力制御装置の切替弁に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ装置。
5. 研摩子を動作させる踏面清掃用シリンダに、踏面清掃エアーを供給することにより該研摩子を動作させる踏面清掃装置を具備し、
   該踏面清掃装置は、非常ブレーキの操作に際して、前記踏面清掃エアーの供給に先だって、該踏面清掃エアーと同等又は低圧の非常用清掃空気圧を前記踏面清掃用シリンダに供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用ブレーキ装置。
6. 踏面清掃のための前記非常用清掃空気圧は、前記第２タンクから供給されることを特徴とする請求項５に記載の車両用ブレーキ装置。
7. 前記第２タンクは台車の両側左右にそれぞれ設けられた第１及び第２補助空気タンクからなり、これら補助空気タンクは差圧弁を介して連結され、
   前記第１補助空気タンクは、前記ブレーキシリンダに前記非常用ブレーキ空気圧を供給し、前記第２補助空気タンクは、前記踏面清掃用シリンダに前記非常用清掃空気圧を供給し、
   前記第１及び第２補助空気タンクは、それぞれに設置された第１及び第２開閉弁により前記非常用ブレーキ空気圧、前記非常用清掃空気圧を供給することを特徴とする請求項６に記載の車両用ブレーキ装置。

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