JP6732519B2 - 車体姿勢制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる空気ばねに給排気して車体姿勢を制御する車体姿勢制御装置に関し、特に簡単な構成によって自動車高調整機能と車体姿勢制御機能とを両立させたものに関する。

旅客用電車等の鉄道車両は、車体下部と台車枠上部との間に、２次ばね系として空気ばね（まくらばね）が設けられる。
通常このような鉄道車両には、乗客の乗降などによる車体重量の変化に応じて、空気ばねの給排気を自動的に行い、車体の高さ（車高）を所定の範囲内に維持する自動高さ調整弁（レベリングバルブ（ＬＶ））が設けられている。
自動高さ調整弁は、車体高さの変化に応じて回動するてこ棒に対し、時間遅れをもって追従する軸の回動に応じて給気弁、排気弁を開閉し、空気ばねへの給排気を行うものである。
非特許文献１には、このような自動高さ調整弁について記載されている。
自動高さ調整弁は、所定の不感帯幅（給排気がともに行われない範囲）を超えて車体高さが変化した場合、所定の時間遅れ後に、自動的に給排気を行い、車体高さが不感帯幅内に回復されると給排気が終了するようになっている。

また、近年、空気ばねの伸縮を利用し、台車に対する車体高さを積極的に変化させる車体姿勢制御が提案されている。
例えば、曲線通過時に車体を内傾させて乗客が感じる遠心力を軽減する車体傾斜制御を、曲線外側の空気ばねの伸縮を用いて行うことが知られている。
例えば、特許文献１には、自動高さ調整弁の他に車体傾斜制御用の給排気機構を設けた車体姿勢制御システムが記載されている。
また、特許文献２には、鉄道車両の車体傾斜制御に用いられる気体圧（パイロット圧）を発生させる装置として、揺動可能に下垂して設けられる振り子の加速度に応じた角度変化を利用した制御弁（振り子弁）が記載されている。

特開２０１４− ８０１３０号公報 特開２０１４− １６０１１号公報

「ＪＲＩＳ鉄道車両−自動高さ調整弁−第１部：不感帯・時間遅れを持つもの ＪＲＩＳ Ｅ４１１７−１」社団法人日本鉄道車輛工業会発行 平成１７年６月

空気ばねへの給排気によって、例えば車体傾斜制御等の車体姿勢制御を行う場合、自動高さ調整弁が通常走行時（車体姿勢制御の非介入時）と同様に機能していると、例えば空気ばねへの給気を行って車体高さを上昇させようとする場合に、自動高さ調整弁によって排気が行われてしまう。
このような各給排気機構の相互干渉を防止するため、特許文献１に記載された技術においては、自動高さ調整弁の給排気弁を、本体部に対して相対変位可能なスライド支持部に保持される構成とし、車体高さの上昇のためのトリガーとなるパイロット圧の導入に応じて、スライド支持部を不感帯幅がオフセットされるように変位させる構造となっている。

しかし、特許文献１に記載されたように、自動高さ調整弁の給排気弁をスライド支持部によって保持する構成とした場合、各部品の構造や形状が複雑となって製造や組立が煩雑となる。
また、自動高さ調整弁内部の摺動箇所やシーリングを要する箇所が増加し、部品の摩耗やシール性の確保、メインテナンス性の悪化が問題となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によって自動車高調整機能と車体姿勢制御機能とを両立させた車体姿勢制御装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の車体姿勢制御装置は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる空気ばねに給排気を行ない台車に対する相対的な車体高さを制御する車体姿勢制御装置であって、前記車体高さが所定の下限以下である場合に前記空気ばねに給気するとともに前記車体高さが所定の上限以上である場合に前記空気ばねから排気する高さ調整弁部と、前記車体高さを上昇させる所定の条件が充足された場合にパイロット圧を発生するパイロット圧発生手段と、前記パイロット圧の導入に応じて前記空気ばねに給気して前記車体高さを上昇させるバイパス空気回路部とを備え、前記高さ調整弁部は、前記パイロット圧の導入に応じて前記高さ調整弁部が前記空気ばねから排気する排気流路を閉塞する排気流路閉塞手段を有することを特徴とする。
これによれば、簡単な構成によって、バイパス空気回路部の作動時に高さ調整弁部による自動的な排気動作をキャンセルすることができ、自動車高調整機能と車体姿勢制御機能とを両立させることができる。
これによって、例えばスライド弁構造を持たない既存の一般的な車体高さ調整手段の構造に大きな変更を加えることなく、車体傾斜制御等の車体姿勢制御を実現することができる。

本発明において、前記空気ばね、前記高さ調整弁部、前記バイパス空気回路部は、前記台車の左右にそれぞれ独立して設けられ、前記パイロット圧発生手段は、曲線走行時に曲線外側の前記高さ調整弁部及び前記バイパス空気回路部に対して前記パイロット圧を発生させる構成とする。
これによれば、高さ調整弁部の構造を複雑化することなく、空気ばねを用いた車体傾斜制御を実現することができる。

本発明において、前記パイロット圧発生手段は、曲線走行時に作用する遠心力による錘の変位に応じて前記パイロット圧を発生させる振子弁である構成とすることができる。
これによれば、各種センサや電子的な制御手段を設けることなく機械的なデバイスのみによって車体傾斜制御システムを構成することができる。

本発明の他の態様において、前記高さ調整弁部は、前記空気ばねに給気する給気流路を開閉する給気弁と、前記排気流路を開閉する排気弁と、少なくとも一部が前記給気弁及び前記排気弁の間に設けられ前記給気弁及び前記排気弁を開閉させる弁体駆動部材と、前記車体高さの変動に応じた変位を前記弁体駆動部材に与える伝達部材とを有し、前記排気流路閉塞手段は、前記排気弁の入口側又は出口側に設けられる構成とする。
これによれば、一般的な構成の既存の高さ調整弁を、排気流路閉塞手段を設けるのみの小変更によって車体姿勢制御システムに組み込むことができる。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成によって自動車高調整機能と車体姿勢制御機能とを両立させた車体姿勢制御装置を提供することができる。

本発明を適用した車体姿勢制御装置の実施形態を有する鉄道車両の構成を示す模式図である。 実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の構成を示す図である。 実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、通常状態を示す図である。 実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、給気状態を示す図である。 本発明を適用した車体姿勢制御装置の実施形態を有する鉄道車両の車体傾斜時の状態を示す図である。 実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、排気状態を示す図である。 本発明の比較例である車体姿勢制御装置における車体高車調整弁部及びバイパス空気回路部の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る車体姿勢制御装置について説明する。
実施形態の車体姿勢制御装置は、例えば、旅客用の電車等の鉄道車両に設けられるものである。
図１は、実施形態の車体姿勢制御装置を有する鉄道車両の構成を示す模式図である。
図１は、車両の進行方向前方側から見た状態を示している。
鉄道車両１は、車体１０、台車２０、まくらばね３０、元空気溜め４０、車体高さ調整装置５０、リンク機構６０、振子弁７０等を有して構成されている。

車体１０は、下部に設けられた台枠の側端部、前後端部から立設された側構、妻構の上部に屋根構を設け、実質的に六面体状に形成された構体に、各種機器類や内装部材等を艤装して構成されている。
車体１０の内部には、乗客等が収容される車室が設けられている。
車体１０の下部には、前後一対の台車２０が取り付けられている。

台車２０は、車体１０の下部に設けられる例えば２軸のボギー台車である。
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２、軸箱２３等を有する。

台車枠２１は、平面視において実質的に矩形の枠状に構成された構造部材である。
台車枠２１は、２次ばね系を構成するまくらばね３０や、車体１０との間で前後力を伝達する図示しない牽引装置等を介して、車体１０の下部にボギー角付与可能（鉛直軸回りに旋回可能）に取り付けられている。
台車枠２１には、図示しない主電動機や、ブレーキ装置等の各種機器が取り付けられる。
台車枠２１のまくらぎ方向（車幅方向）における両端部には、リンク機構６０の高さ調整棒６２の下端部が取り付けられるブラケットが設けられている。

輪軸２２は、車軸２２ａの両端部に、レールＲ上で転動する左右一対の車輪２２ｂを固定したものである。
軸箱２３は、輪軸２２の車軸２２ａの両端部に設けられたジャーナル部を回転可能に支持するものである。
軸箱２３は、輪軸２２を支持する軸受と、その潤滑装置や、速度発電機等を有する。
軸箱２３は、図示しない軸箱支持装置を介して、台車枠２１に取り付けられている。
軸箱支持装置は、輪軸２２を台車枠２１に対して上下方向及びヨー方向（ステア方向）に相対変位可能に支持する。
軸箱支持装置には、１次ばね系である軸ばねや軸ダンパ等が設けられる。

まくらばね３０は、車体１０の下面と台車枠２１の上面との間に設けられる２次ばねである。
まくらばね３０は、可撓性を有するゴム等の弾性材料によって形成されたベローズを有する空気ばねであり、例えば積層ゴム等の弾性体を介して、台車枠２１の側梁上部に取り付けられている。
まくらばね３０は、給排気用の空気配管３１を介して、車体高さ調整装置５０に接続されている。
まくらばね３０は、まくらぎ方向に離間して、台車２０一台あたり、左右一対が設けられている。

元空気溜め４０は、図示しない空気圧縮機が吐出する圧縮空気が充填される圧力容器である。
元空気溜め４０は、まくらばね３０や図示しない空気ブレーキへの圧縮空気の供給源となる。
元空気溜め４０は、空気配管４１，４２を介して、左右の車体高さ調整装置５０及び振子弁７０に圧縮空気を供給する。

車体高さ調整装置５０は、まくらばね３０の給気及び排気を行ない、台車枠２１に対する車体１０の高さ（以下、車体高さと称する）を調整するものである。
車体高さ調整装置５０は、車体高さを所定の不感帯（車高調整を行わない車体高さの範囲）内に維持する車体高さの自動調整機能、及び、振子弁７０から導入されるパイロット圧に応じて車体高さを上昇させる車体高さ変更機能を有する。
車体高さ調整装置５０は、左右のまくらばね３０に対してそれぞれ独立して設けられ、車体１０の下部に取り付けられている。
車体高さ調整装置５０の構成や機能については、後により詳しく説明する。

リンク機構６０は、車体高さの変化に応じて車体高さ調整装置５０に設けられた入力軸を回動させる連動機構である。
リンク機構６０は、てこ棒６１、高さ調整棒６２を有する。
てこ棒６１は、車体高さ調整装置５０の入力軸から径方向に突出したレバー状の部材である。
てこ棒６１は、車体高さが車体傾斜制御等が介入しない通常時の高さであるときに、実質的に水平方向に沿って配置されている。
高さ調整棒６２は、てこ棒６１の先端部と台車枠２１のブラケットとの間にわたして設けられた部材である。
高さ調整棒６２は長手方向を上下方向にほぼ沿わせて配置されている。
高さ調整棒６２の上端部、下端部は、てこ棒６１の先端部、台車枠２１のブラケットに対して、それぞれ回動（揺動）可能に連結されている。

振子弁７０は、車両前後方向にほぼ沿った軸回りに揺動可能に吊下げられた錘７１を利用して曲線走行を検出し、パイロット圧を発生するものである。
振子弁７０は、車体１０の下部に取り付けられている。
車両１が曲線区間を走行し、車体１０に遠心力が作用し、錘７１が曲線外径側に揺動すると、振子弁７０は、曲線外側の車体高さ調整装置５０に対して、パイロット圧配管７２を介し、元空気溜め４０（例えば８００〜９００ｋＰａ程度）から導入される圧縮空気を、予め設定された所定の圧力（例えば４００ｋＰａ程度）まで減圧したパイロット圧を供給するようになっている。
パイロット圧は、車体高さ調整装置５０に対して、車体高さを上昇させる指令（トリガー）として機能する。

次に、車体高さ調整装置５０の構成について、より詳細に説明する。
図２は、実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の構成を示す図である。
車体高さ調整装置５０は、高さ調整弁部１００、バイパス空気回路部２００を有して構成されている。
なお、実際には高さ調整弁部１００とバイパス空気回路部２００とは、各アームの回転中心軸が同心となるように、軸方向に重ね合わせてユニット化されているが、図２においては、図示と理解を容易化するために高さ調整弁部１００とバイパス空気回路部２００とをオフセットして図示している。

高さ調整弁部（ＬＶ）１００は、車体傾斜制御の不介入時（パイロット圧が導入されていない時）に、車体高さを所定の不感帯幅内に維持するよう、まくらばね３０の給排気を自動的に行うものである。
高さ調整弁部１００は、本体部１１０、アーム１２０、ダンパ１３０、給気弁１４０、排気弁１５０、逆止弁１６０、排気切替弁１７０等を有する。

本体部１１０は、他の各部材を収容する部分であって、例えば金属系材料によってブロック状に形成されている。
本体部１１０には、元空気溜めポート１１１、まくらばねポート１１２、排気ポート１１３、パイロット圧ポート１１４が設けられている。

元空気溜めポート１１１は、空気配管４１を介して、元空気溜め４０に接続され、元空気溜め４０から圧縮空気が導入される。
元空気溜めポート１１１は、給気弁１４０の第１室１４１と連通可能に接続されている。

まくらばねポート１１２は、空気配管３１を介して、まくらばね３０に接続されている。
まくらばねポート１１２は、まくらばね３０に空気を導入し、または、まくらばね３０から空気を排出することによって、給排気を行うものである。
まくらばねポート１１２は、給気弁１４０の第２室１４２、及び、排気弁１５０の第１室１５１と連通可能に接続されている。

排気ポート１１３は、まくらばね３０からの排気を行う際に、排気（圧縮空気）を大気開放するものである。
排気ポート１１３は、排気弁１５０の第２室１５２と連通可能に接続されている。

パイロット圧ポート１１４は、パイロット圧配管７２を介して、振子弁７０に接続され、パイロット圧の発生時にはパイロット圧が導入される。
パイロット圧ポート１１４は、排気切替弁１７０に接続されている。

アーム１２０は、リンク機構６０のてこ棒６１の回転中心軸と同心な軸回りに回動可能に支持された部材である。
アーム１２０は、てこ棒６１に対して回動可能とされ、ねじりばね１２１を介して、てこ棒６１に連結されている。
ねじりばね１２１は、アーム１２０のてこ棒６１に対する相対回動に応じたばね反力を発生する。
アーム１２０は、回動中心から上方に突出した弁駆動部１２２、及び、下方に突出したダンパ連結部１２３を有する。
弁駆動部１２２は、アーム１２０の回動時に、給気弁１４０、排気弁１５０のロッド１４４，１５４を押圧して、弁体１４３，１５３を開弁させるものである。
ダンパ連結部１２３は、アーム１２０の回動時に、ダンパ１３０のピストン１３２を動作させるものである。

ダンパ１３０は、本体部１１０の下部に設けられ、例えばジメチルシリコン油等のオイルが貯留されるシリンダ１３１内に挿入されたピストン１３２を有するオイルダンパである。
シリンダ１３１及びピストン１３２は、アーム１２０のダンパ連結部１２３を挟んで両側に設けられている。
ピストン１３２は、アーム１２０の回動に応じてダンパ連結部１２３によってシリンダ１３１に対して相対変位する。
ピストン１３２には、小径のオイル流路１３２ａが設けられている。
ダンパ１３０は、ピストン１３２がシリンダ１３１に対して相対変位する際に、オイル流路１３２ａをオイルが通過する抵抗によって減衰力を発生する。
アーム１２０は、上述したねじりばね１２１及びダンパ１３０の作用によって、てこ棒６１に対して、時間遅れをもって揺動するようになっている。

給気弁１４０は、開弁時に元空気溜めポート１１１とまくらばねポート１１２とを連通させ、元空気溜め４０から導入される圧縮空気をまくらばね３０に導入し、給気を行うものである。
給気弁１４０及び排気弁１５０は、アーム１２０の弁駆動部１２２を水平方向に挟んで、対向して配置されている。
給気弁１４０は、車体高さが低下し、てこ棒６１が図２における時計回り方向に、中立位置から所定角度以上揺動した際に開弁する。
給気弁１４０は、第１室１４１、第２室１４２、弁体１４３、ロッド１４４等を有して構成されている。

第１室１４１は、元空気溜めポート１１１と連通した空間部である。
第２室１４２は、逆止弁１６０を介して、まくらばねポート１１２と連通した空間部である。
第２室１４２は、第１室１４１に対して、アーム１２０の弁駆動部１２２側に隣接して配置されている。
第２室１４２の第１室１４１側の端部は、第１室１４１側に開口し、連通している。

弁体１４３は、第２室１４２の第１室１４１側の開口を開閉する部材である。
弁体１４３は、第１室１４１の内部に収容されたばねによって、閉弁側に付勢されている。
ロッド１４４は、弁体１４３から第２室１４２の内部を介して、弁駆動部１２２側へ突出した軸状の部分である。
ロッド１４４の突端部は、アーム１２０が中立位置にあるときには、図２に示すように、弁駆動部１２２と間隔を隔てて対向して配置され、車体高さの低下により、アーム１２０が図２における時計回りに回動したときには、弁駆動部１２２によって押され、弁体１４３を開弁させるようになっている。

排気弁１５０は、開弁時にまくらばねポート１１２と排気ポート１１３とを連通させ、まくらばね３０から排出される圧縮空気を大気開放し、排気を行うものである。
排気弁１５０は、車体高さが上昇し、てこ棒６１が図２における反時計回り方向に、中立位置から所定角度以上揺動した際に開弁する。
排気弁１５０は、第１室１５１、第２室１５２、弁体１５３、ロッド１５４等を有して構成されている。

第１室１５１は、まくらばねポート１１２と連通した空間部である。
第２室１５２は、排気切替弁１７０を介して、排気ポート１１３と連通した空間部である。
第２室１５２は、第１室１５１に対してアーム１２０の弁駆動部１２２側に隣接して配置されている。
第２室１５２の第１室１５１側の端部は、第１室１５１側に開口し、連通している。

弁体１５３は、第２室１５２の第１室１５１側の開口を開閉する部材である。
弁体１５３は、第１室１５１の内部に収容されたばねによって、閉弁側に付勢されている。
ロッド１５４は、弁体１５３から第２室１５２の内部を介して、弁駆動部１２２側へ突出した軸状の部分である。
ロッド１５４の突端部は、アーム１２０が中立位置にあるときには、図２に示すように弁駆動部１２２と間隔を隔てて対向して配置され、車体高さの上昇により、アーム１２０が図２における反時計回りに回動したときには、弁駆動部１２２によって押され、弁体１５３を開弁させるようになっている。

逆止弁１６０は、給気弁１４０の第２室１４２とまくらばねポート１１２とを連通させる空気流路の途中に設けられ、まくらばねポート１１２側から給気弁１４０側への空気の逆流を防止するものである。

排気切替弁１７０は、排気弁１５０の第２室１５２と排気ポート１１３とを連通させる空気流路（排気流路）の途中に設けられている。
排気切替弁１７０は、パイロット圧ポート１１４からパイロット圧（例えば４００ｋＰａ）が導入された際に、パイロット圧によって弁体を駆動し、空気流路を閉塞するものである。
パイロット圧が導入されていない場合は、排気切替弁１７０は、排気圧によって弁体が開弁するようになっている。

バイパス空気回路部２００は、車体傾斜制御の介入時（パイロット圧が導入された時）に、車体高さを上昇させ、車体傾斜制御の不介入時（パイロット圧が導入されていない時）に、車体高さを低下させるよう、まくらばね３０の給排気を行うものである。
バイパス空気回路部２００は、本体部２１０、アーム２２０、弁体ケース２３０、給気弁２４０、排気弁２５０、逆止弁２６０等を有する。

本体部２１０は、他の各部材を収容する部分であって、例えば金属系材料によってブロック状に形成されている。
本体部２１０は、高さ調整弁部１００の本体部１１０と締結される。
本体部２１０には、元空気溜めポート２１１、まくらばねポート２１２、排気ポート２１３、パイロット圧ポート２１４、シリンダ部２１５、空気室２１６等が設けられている。
元空気溜めポート２１１、まくらばねポート２１２、排気ポート２１３、パイロット圧ポート２１４は、高さ調整弁部１００の対応する各ポートと連通可能に接続されている。

元空気溜めポート２１１は、空気配管４１を介して元空気溜め４０に接続され、元空気溜め４０から圧縮空気が導入される。
元空気溜めポート２１１は、給気弁２４０の第１室２４１と連通可能に接続されている。

まくらばねポート２１２は、空気配管３１を介してまくらばね３０に接続されている。
まくらばねポート２１２は、まくらばね３０に空気を導入し、または、まくらばね３０から空気を排出することによって、給排気を行うものである。
まくらばねポート２１２は、給気弁２４０の第２室２４２、及び、排気弁２５０の第１室２５１と連通可能に接続されている。

排気ポート２１３は、まくらばね３０からの排気を行う際に、排気（圧縮空気）を大気開放するものである。
排気ポート２１３は、排気弁２５０の第２室２５２と連通可能に接続されている。

パイロット圧ポート２１４は、パイロット圧配管７２を介して振子弁７０に接続され、パイロット圧の発生時にはパイロット圧が導入される。
パイロット圧ポート２１４は、空気室２１６に連通している。

シリンダ２１５は、弁体ケース２３０がスライド可能に収容される収容部である。
シリンダ２１５の内面は、円筒内面状に形成されている。

空気室２１６は、シリンダ２１５の給気弁２４０側の端部に隣接し、かつシリンダ２１５内と連通した空間部である。
空気室２１６は、パイロット圧ポート２１４と接続され、パイロット圧が導入される。

アーム２２０は、リンク機構６０のてこ棒６１の回転中心軸と同心な軸回りに揺動可能に支持された部材である。
アーム２２０は、てこ棒６１と実質的に剛体的に結合され、てこ棒６１に対して実質的に遅延なく回動するようになっている。
アーム２２０は、てこ棒６１と同心の回転中心軸付近から上方へ突出している。
アーム２２０の突端部は、車体高さの変化時に、給気弁２４０、排気弁２５０のロッド２４４，２５４の突端部を押圧し、弁体２４３，２５３を開弁駆動する機能を有する。

弁体ケース２３０は、給気弁２４０及び排気弁２５０が収容される円筒状の部材である。
弁体ケース２３０は、シリンダ２１５の内部に、軸方向にスライド可能に挿入されている。
弁体ケース２３０の外周面とシリンダ２１５の内周面との間は、複数のＯリングによってシールされている。
弁体ケース２３０の中央部には、アーム２２０の先端部（上端部）が挿入される空間部が設けられ、その軸方向における両側には、給気弁２４０及び排気弁２５０がそれぞれ収容されている。

弁体ケース２３０は、排気弁２５０側の端部に設けられたばね２３１によって、空気室２１６側（給気弁２４０側）に押圧されている。
パイロット圧が空気室２１６に導入されると、弁体ケース２３０は、本体部２１０に対して、給気弁２４０及び排気弁２５０とともに、ばね２３１を圧縮しつつ排気弁２５０側（図２における左側）へ変位する。

給気弁２４０は、開弁時に元空気溜めポート２１１とまくらばねポート２１２とを連通させ、元空気溜め４０から導入される圧縮空気をまくらばね３０に導入し、給気を行うものである。
給気弁２４０及び排気弁２５０は、アーム２２０の上端部を水平方向に挟んで、対向して配置されている。
給気弁２４０は、車体高さが低下し、てこ棒６１が図２における時計回り方向に、中立位置から所定角度以上揺動した際に開弁する。
給気弁２４０は、第１室２４１、第２室２４２、弁体２４３、ロッド２４４等を有して構成されている。

第１室２４１は、元空気溜めポート２１１と連通した空間部である。
第２室２４２は、逆止弁２６０を介してまくらばねポート２１２と連通した空間部である。
第２室２４２は、第１室２４１に対してアーム２２０側に隣接して配置されている。
第２室２４２の第１室２４１側の端部は、第１室２４１側に開口し、連通している。

弁体２４３は、第２室２４２の第１室２４１側の開口を開閉する部材である。
弁体２４３は、第１室２４１の内部に収容されたばねによって、閉弁側に付勢されている。
ロッド２４４は、弁体２４３から第２室２４２の内部を介して、アーム１２０側へ突出した軸状の部分である。
ロッド２４４の突端部は、アーム２２０が中立位置にあるときには、図２に示すようにアーム２２０の上端部と間隔を隔てて対向して配置され、車体高さの低下によりアーム２２０が図２における時計回りに回動したときには、アーム１２０によって押され、弁体２４３を開弁させるようになっている。

排気弁２５０は、開弁時にまくらばねポート２１２と排気ポート２１３とを連通させ、まくらばね３０から排出される圧縮空気を大気開放し、排気を行うものである。
排気弁２５０は、車体高さが上昇し、てこ棒６１が図２における反時計回り方向に、中立位置から所定角度以上揺動した際に開弁する。
排気弁２５０は、第１室２５１、第２室２５２、弁体２５３、ロッド２５４等を有して構成されている。

第１室２５１は、まくらばねポート２１２と連通した空間部である。
第２室２５２は、排気ポート２１３と連通した空間部である。
第２室２５２は、第１室２５１に対してアーム２２０の先端部側に隣接して配置されている。
第２室２５２の第１室２５１側の端部は、第１室２５１側に開口し、連通している。

弁体２５３は、第２室２５２の第１室２５１側の開口を開閉する部材である。
弁体２５３は、第１室２５１の内部に収容されたばねによって、閉弁側に付勢されている。
ロッド２５４は、弁体２５３から第２室２５２の内部を介して、アーム２２０側へ突出した軸状の部分である。
ロッド２５４の突端部は、アーム２２０が中立位置にあるときには、図２に示すようにアーム２２０の先端部と間隔を隔てて対向して配置され、車体高さの上昇によりアーム２２０が図２における反時計回りに回動したときには、先端部によって押され、弁体２５３を開弁させるようになっている。
なお、ロッド２４４の突端部とロッド２５４の突端部との間隔（不感帯幅）は、高さ調整弁部１００のロッド１４４の突端部とロッド１５４の突端部との間隔（不感帯幅）よりも大きく設定され、通常時（車体傾斜制御の不介入時）には、アーム２２０はロッド２４４，２５４と実質的に当接しないようになっている。

逆止弁２６０は、給気弁２４０の第２室２４２とまくらばねポート２１２とを連通させる空気流路の途中に設けられ、まくらばねポート２１２側から給気弁２４０側への空気の逆流を防止するものである。

給気弁２４０及び排気弁２５０は、弁体ケース２３０が本体部２１０に対して相対変位することによって、まくらばね３０への給排気が行われない不感帯幅に相当する車体高さが変化するようになっている。
具体的には、弁体ケース２３０が中立位置から排気弁２５０側（図２における左側）へ変位することによって、不感帯幅が車体高さを上昇させる方向にシフトする。
車体高さ調整装置５０の機能について、以下より詳細に説明する。

図３は、実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、通常状態（車体傾斜を行なわない状態）を示す図である。
図３において、高圧空気が導入されている管路は実線太線によって示し、パイロット圧が導入されている管路は破線太線によって示している。（図４、６において同じ）
通常状態においては、振子弁７０の錘７１は中立位置にあり、パイロット圧は発生しておらず、実質的に大気圧となっている。また、排気切替弁１７０は開弁状態にあり、弁体ケース２３０は、中立位置（初期位置）となっている。

この状態においては、バイパス空気回路部２００は実質的に機能せず、主に高さ調整弁部１００の機能によって、車体高さは所定の不感帯幅内となるように自動調整される。
具体的には、車体高さが不感帯幅の下限以下となった場合には、アーム１２０の弁駆動部１２２がロッド１４４と当接して給気弁１４０を開弁させ、まくらばね３０に給気を行ない、車体高さを上昇させる。
一方、車体高さが不感帯幅の上限以上となった場合には、アーム１２０の弁駆動部１２２がロッド１５４と当接して排気弁１５０を開弁させ、まくらばね３０から排気を行ない、車体高さを低下させる。
なお、高さ調整弁部１００においては、上述したばね１２１及びダンパ１３０による時間遅れを与えているため、例えば軌道不整などの外乱等に起因する短時間の車体高さ変化に対しては、給排気は行われないようになっている。

図４は、実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、給気状態を示す図である。
給気状態においては、曲線走行時の遠心力によって振子弁７０の錘７１が揺動し、旋回外輪（曲線外径）側の車体高さ調整装置５０に対して、例えば４００ｋＰａ程度のパイロット圧が導入されている。
これによって、排気切替弁１７０は閉弁されるとともに、弁体ケース２３０は本体部２１０に対して排気弁２５０側にスライドする。

この状態においては、バイパス空気回路部２００のアーム２２０の先端部はロッド２４４と当接して給気弁２４０を開弁させ、まくらばね３０への給気が行われる。
このとき、高さ調整弁部１００では、てこ棒６１の回動に応じ、アーム１２０の弁駆動部１２２がロッド１５４と当接して排気弁１５０を開弁させるが、排気切替弁１７０が閉弁されているため排気弁１５０と排気ポート１１３との間が遮断されており、まくらばね３０からの排気が行われることはない。

図５は、本発明を適用した車体姿勢制御装置の実施形態を有する鉄道車両の車体傾斜時の状態を示す図である。
曲線内側の車体高さ調整装置５０にはパイロット圧が導入されず、図３に示す通常状態となっている。
曲線外側の車体高さ調整装置５０にのみパイロット圧が導入され、まくらばね３０への給気が行われることによって、車体１０は、台車枠２１に対して、上部が曲線内側へ変位するよう相対傾斜（内傾）する。
これによって、車室内の乗客等が感じる遠心力が軽減され、曲線通過時の快適性が向上する。

図６は、実施形態の車体姿勢制御装置における高さ調整弁部及びバイパス空気回路部の機能を示す図であって、排気状態を示す図である。
この排気状態は、曲線走行がほぼ終了して曲率が減少する緩和曲線に差し掛かり、図５に示す車体傾斜状態から図１に示す状態へ復帰する際の状態に相当する。
排気状態においては、振子弁７０の錘７１は中立位置にあり、パイロット圧は発生しておらず、実質的に大気圧となっている。
これによって、排気切替弁１７０は開弁状態、弁体ケース２３０は中立位置にそれぞれ復帰する。

この状態においては、高さ調整弁部１００の排気弁１５０、バイパス空気回路部２００の排気弁２５０はともに開弁し、高さ調整弁部１００、バイパス空気回路部２００の両方からそれぞれ排気が行われ、給気状態時に上昇していた車体高さは通常時の不感帯幅上限以下まで低下する。
その後、図３に示す通常状態に復帰する。

本実施形態の効果を、以下説明する本発明の比較例の車体姿勢制御装置と対比して説明する。
比較例の説明において、上述した実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図７は、比較例の車体傾斜装置における車体高車調整弁部及びバイパス空気回路部の構成を示す図である。
比較例の車体傾斜装置は、実施例１の車体高さ調整装置５０の高さ調整弁部１００に代えて、以下説明する高さ調整弁部１００Ａを設けたものである。

高さ調整弁部１００Ａは、実施形態の高さ調整弁部１００の排気切替弁１７０を省略するとともに、給気弁１４０、排気弁１５０を、本体部１１０に対してスライド可能な弁体ケース１８０によって保持している。
弁体ケース１８０は、本体部１１０に対し、給気弁１４０、排気弁１５０の中心軸方向に沿ってスライド可能とされ、パイロット圧の非導入時においては、排気弁１５０側の端面を押圧するばね１８１の付勢力によって、車体高さを所定の中立位置範囲に維持する通常位置に保持されている。
高さ調整弁部１００Ａにおいては、パイロット圧ポート１１４は、弁体ケース１８０の給気弁１４０側の端部近傍に設けられた空気室１８２内に導入される。
空気室１８２内に圧縮空気が導入されると、弁体ケース１８０は、本体部１１０に対して、ばね１８１を圧縮しつつ排気弁１５０側（図７における左側）に変位する。
その結果、給気弁１４０、排気弁１５０がともに閉塞され、給排気が行われない不感帯幅の位置が、車体高さが高くなる方向にシフトする。

比較例においては、給気弁１４０、排気弁１５０を、スライド式の弁体ケース１８０に保持されたスライド弁とすることによって、車体高さ上昇時（パイロット圧導入時）に高さ調整弁部１００Ａが排気してしまうことを防止している。
しかし、高さ調整弁部１００Ａがスライド弁を有する構造であることから、本体部１１０や弁体ケース１８０等の製作、加工が煩雑となる。
また、摺動箇所やシーリングを必要とする箇所が増加することから、部材の摩耗やメインテナンス性も問題となる。
特に、車体姿勢制御のみを行うバイパス空気回路部２００に対して、作動頻度が高い高さ調整弁部１００Ａにこのような摺動箇所が存在すると、信頼性の確保の面でも問題となる。

これに対し、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）高さ調整弁部１００に、パイロット圧によって閉塞される排気切替弁１７０を設けることにより、スライド弁などを用いない簡単な構成によって、バイパス空気回路部２００からの給気時に、高さ調整弁部１００による自動的な排気動作をキャンセルすることができ、自動車高調整機能と車体姿勢制御機能とを両立させることができる。
これによって、例えばスライド弁構造を持たない既存の一般的な高さ調整弁部（ＬＶ）の構造に大きな変更を加えることなく、車体傾斜制御等の車体姿勢制御を実現することができる。
（２）曲線走行時に、外側のまくらばね３０に接続された車体高さ調整装置５０にパイロット圧を導入することによって、高さ調整弁部１００の構造を複雑化することなく、空気ばねを用いた車体傾斜制御を実現することができる。
（３）パイロット圧を、振子弁７０の錘７１の揺動に応じて発生させることによって、各種センサや電子的な制御手段を設けることなく機械的なデバイスのみによって車体傾斜制御システムを構成することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば以下のようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）鉄道車両及び車体姿勢制御装置の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、実施形態において鉄道車両は旅客用の電車であったが、本発明はこれに限らず、客車、気動車、貨車、機関車、事業用車両などの空気ばねを有するあらゆる鉄道車両に適用することができる。
（２）実施形態において、車体姿勢制御装置は、曲線通過時の車体傾斜制御を行うものであったが、本発明は、他の車体姿勢制御にも適用することができる。
例えば、本発明は、左右の空気ばねに同時に給気、排気を行うことによって、ホーム高さ等に応じて車体高さを変化させる制御にも適用することができる。

１ 鉄道車両 １０ 車体
２０ 台車 ２１ 台車枠
２２ 輪軸 ２２ａ 車軸
２２ｂ 車輪 ２３ 軸箱
３０ まくらばね ３１ 空気配管
４０ 元空気溜め ４１ 空気配管
４２ 空気配管 ５０ 車体高さ調整装置
６０ リンク機構 ６１ てこ棒
６２ 高さ調整棒 ７０ 振子弁
７１ 錘
１００ 高さ調整弁部（実施形態） １００Ａ 高さ調整弁部（比較例）
１１０ 本体部 １１１ 元空気溜めポート
１１２ まくらばねポート １１３ 排気ポート
１１４ パイロット圧ポート １２０ アーム
１２１ ねじりばね １２２ 弁駆動部
１２３ ダンパ連結部 １３０ ダンパ
１３１ シリンダ １３２ ピストン
１３２ａ オイル流路 １４０ 給気弁
１４１ 第１室 １４２ 第２室
１４３ 弁体 １４４ ロッド
１５０ 排気弁 １５１ 第１室
１５２ 第２室 １５３ 弁体
１５４ ロッド １６０ 逆止弁
１７０ 排気切替弁 １８０ 弁体ケース
１８１ ばね １８２ 空気室
２００ バイパス空気回路部 ２１０ 本体部
２１１ 元空気溜めポート ２１２ まくらばねポート
２１３ 排気ポート ２１４ パイロット圧ポート
２１５ シリンダ ２１６ 空気室
２２０ アーム ２３０ 弁体ケース
２４０ 給気弁 ２４１ 第１室
２４２ 第２室 ２４３ 弁体
２４４ ロッド ２５０ 排気弁
２５１ 第１室 ２５２ 第２室
２５３ 弁体 ２５４ ロッド
２６０ 逆止弁

Claims (3)

1. 鉄道車両の車体と台車との間に設けられる空気ばねに給排気を行ない台車に対する相対的な車体高さを制御する車体姿勢制御装置であって、
   前記車体高さが所定の下限以下である場合に前記空気ばねに給気するとともに前記車体高さが所定の上限以上である場合に前記空気ばねから排気する高さ調整弁部と、
   前記車体高さを上昇させる所定の条件が充足された場合にパイロット圧を発生するパイロット圧発生手段と、
   前記パイロット圧の導入に応じて前記空気ばねに給気して前記車体高さを上昇させるバイパス空気回路部とを備え、
   前記高さ調整弁部は、前記パイロット圧の導入に応じて前記高さ調整弁部が前記空気ばねから排気する排気流路を閉塞する排気流路閉塞手段を有し、
   前記空気ばね、前記高さ調整弁部、前記バイパス空気回路部は、前記台車の左右にそれぞれ独立して設けられ、
   前記パイロット圧発生手段は、曲線走行時に曲線外側の前記高さ調整弁部及び前記バイパス空気回路部に対して前記パイロット圧を発生させること
   を特徴とする車体姿勢制御装置。
2. 前記パイロット圧発生手段は、曲線走行時に作用する遠心力による錘の変位に応じて前記パイロット圧を発生させる振子弁であること
   を特徴とする請求項１に記載の車体姿勢制御装置。
3. 鉄道車両の車体と台車との間に設けられる空気ばねに給排気を行ない台車に対する相対的な車体高さを制御する車体姿勢制御装置であって、
   前記車体高さが所定の下限以下である場合に前記空気ばねに給気するとともに前記車体高さが所定の上限以上である場合に前記空気ばねから排気する高さ調整弁部と、
   前記車体高さを上昇させる所定の条件が充足された場合にパイロット圧を発生するパイロット圧発生手段と、
   前記パイロット圧の導入に応じて前記空気ばねに給気して前記車体高さを上昇させるバイパス空気回路部とを備え、
   前記高さ調整弁部は、前記パイロット圧の導入に応じて前記高さ調整弁部が前記空気ばねから排気する排気流路を閉塞する排気流路閉塞手段を有し、
   前記高さ調整弁部は、
   前記空気ばねに給気する給気流路を開閉する給気弁と、
   前記排気流路を開閉する排気弁と、
   少なくとも一部が前記給気弁及び前記排気弁の間に設けられ前記給気弁及び前記排気弁を開閉させる弁体駆動部材と、
   前記車体高さの変動に応じた変位を前記弁体駆動部材に与える伝達部材と
   を有し、
   前記排気流路閉塞手段は、前記排気弁の入口側又は出口側に設けられること
   を特徴とする車体姿勢制御装置。
   

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