JPH10129478A - 振り子車両用空気圧サーボシリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で信頼性の高い振り子車両用空気圧サー
ボシリンダを提供する。 【解決手段】 振り子車両用空気圧サーボシリンダ２２
は、空気圧の導入によって伸縮し、その伸縮を検知する
変位センサ４０が組み込まれた変位センサ付空気圧シリ
ンダ２３と、変位センサ４０からの出力を利用しつつ変
位センサ付空気圧シリンダ２３に対する空気圧の導入を
制御する空気圧サーボ弁２４とを備える。この空気圧サ
ーボ弁２４は、変位センサ付空気圧シリンダ２３に一体
に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車体を支持する振
り子はりと、傾斜手段を通じて振り子はりを傾斜可能に
レール上で支持する台車枠とを備える振り子車両に用い
られ、振り子はりおよび台車枠間に配設されて振り子は
りを強制的に傾斜させる振り子車両用空気圧サーボシリ
ンダに関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる振り子車両では、乗客を収容す
る車体を支持する傾斜はりの底面が、車体の幅方向に沿
って円弧状に形成される。この円弧底面は、台車枠に取
り付けられた傾斜手段すなわちローラや円弧状のベアリ
ングガイドに支持される。その結果、車体は、レールに
対して車体幅方向に傾斜することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】車体の傾斜は、車体お
よび台車枠間に配設される空気圧シリンダの伸縮によっ
て強制的に実行される。空気圧シリンダの伸縮は空気圧
サーボ弁によって制御される。

【０００４】従来の空気圧サーボ弁は振動に弱いことか
ら、車両の中でも、空気ばねによって振動が緩和されて
伝達される車体に配設される。その結果、空気圧シリン
ダと空気圧サーボ弁とを配管で接続する必要が生じ、空
気圧の伝達効率が低下したり、装置が大型化するといっ
た欠点があった。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、小型化された信頼性の高い空気圧サーボ弁を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、車体を支持する振り子はりと、傾
斜手段を通じて振り子はりを傾斜可能にレール上で支持
する台車枠とを備える振り子車両に用いられ、振り子は
りおよび台車枠間に配設されて振り子はりを強制的に傾
斜させる振り子車両用空気圧サーボシリンダにおいて、
空気圧の導入によって伸縮し、その伸縮を検知する変位
センサが組み込まれた変位センサ付シリンダと、変位セ
ンサからの出力を利用しつつ変位センサ付シリンダに対
する空気圧の導入を制御する空気圧サーボ弁とが一体に
形成されることを特徴とする振り子車両用空気圧サーボ
シリンダが提供される。

【０００７】このように変位センサ付シリンダと空気圧
サーボ弁とを一体に構成したことから、両者を接続する
配管等が不要となり、空気圧の伝達効率が向上した小型
で信頼性の高い振り子車両用空気圧サーボシリンダが提
供される。

【０００８】空気圧サーボ弁は、軸方向に並んだ複数の
気圧室を形成する本体と、この本体にはめ込まれて、軸
方向移動によって前記気圧室の連通を切り換えるスプー
ルと、このスプールを軸方向に駆動する直動型のスプー
ル駆動機構とを備え、このスプール駆動機構は、スプー
ルに結合される可動鉄片と、スプールの軸方向２カ所で
可動鉄片を囲み、同磁極を対向させた１対の磁石と、こ
れらの磁石を囲んで、供給される電流によって可動鉄片
をスプールの軸方向に前進／後退させるコイルとを有し
てもよい。

【０００９】このように直動型のスプール駆動機構を採
用したことによって、構造が簡素化され、位置保持力に
優れることから、空気圧サーボ弁の耐振性が向上する。
その結果、振動が伝わりやすい位置に配置される空気圧
シリンダに空気圧サーボ弁を一体化することが可能とな
る。

【００１０】変位センサは、変位センサ付シリンダ内の
空気室に配置されてもよい。変位センサをシリンダに内
蔵することによって、防塵性および防水性に優れた変位
センサを提供することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の好適な実施形態を説明する。

【００１２】図１は振り子車両１０の概略正面図を示
す。この振り子車両１０は、乗客を収容する車体１１を
支持する前後１対の台車１２を備える。各台車１２は、
車体１１を支持する振り子はり１３と、傾斜手段１４
（例えば左右１対のローラや円弧状ベアリングガイド）
を通じて振り子はり１３を傾斜可能にレール１５上で支
持する台車枠１６とを備える。台車枠１６には、レール
１５および車輪１８間で生じた振動が軸ばね（弦巻ば
ね）１９を通じて緩和されて伝達される。車体１１に
は、台車枠１６に伝達された振動が空気ばね２０を通じ
て一層緩和されて車体１１に伝達される。その結果、乗
客の乗り心地が向上する。

【００１３】振り子はり１３の底面が振子中心を曲率中
心とする円弧状になっているため、振り子車両１０がカ
ーブにさしかかると、車体１１に作用する遠心力に基づ
いて車体１１が振子中心を中心として台車枠上の左右１
対の傾斜手段１４上を傾斜することができる。

【００１４】この振り子車両１０には、車体１１を強制
的に傾斜させる振り子車両用空気圧サーボシリンダ２２
が取り付けられる。この空気圧サーボシリンダ２２は、
空気圧の導入によって伸縮し、その伸縮を検知する変位
センサ（後述）が組み込まれた変位センサ付空気圧シリ
ンダ２３を備える。変位センサ付空気圧シリンダ２３の
基端は振り子はり１３に連結され、空気圧シリンダ２３
の先端は台車枠１６に連結される。空気圧シリンダ２３
に一体に取り付けられた空気圧サーボ弁２４が空気圧シ
リンダ２３に対する空気圧の導入を制御することによっ
て空気圧シリンダ２３の伸縮が制御される。

【００１５】いま、振り子車両１０がカーブにさしかか
った場面を想定する。レール１５の軌道には、各カーブ
の手前に信号用地上子（図示せず）が設置されている。
この信号用地上子を用いて振り子車両１０の走行位置が
算出される。振り子車両１０に搭載されているコンピュ
ータは、算出した走行位置に基づいて、次のカーブの始
点や曲率半径、カント（左右レールの高低差）といった
カーブ情報を記憶データの中から選択する。

【００１６】図２を参照し、カーブ情報を受け取った各
車のＴＣ装置２６は、サーボ弁用ケーブル２７から制御
信号を出力し空気圧サーボ弁２４を制御する。かかる制
御によって、空気圧シリンダ２３は所望の伸縮状態に至
る。車体１１は、車両幅方向のレール１５のカントによ
る傾斜に加えて、空気圧サーボシリンダ２２の強制的な
傾斜動作によりレール１５に対して傾斜角α傾斜させら
れる。このカントと空気圧サーボシリンダによる傾斜に
より、振り子車両１０のカーブ通行時に、遠心力に起因
して車両幅方向から乗客に加わる横加速度の影響を小さ
くし、乗り心地を向上させる。空気圧シリンダ２３の伸
縮は変位センサによって監視され、空気圧シリンダ２３
の伸縮はフィードバック制御される。

【００１７】次に図３を参照しつつ空気圧サーボ弁が適
用された空気圧サーボシリンダ２２を詳細に説明する。
空気圧シリンダ２３は、内部空間を画成する筒形シリン
ダ本体３０と、このシリンダ本体３０に収容されて、第
１端板３１側の縮小用気圧室３２および第２端板３３側
の伸張用気圧室３４をシリンダ本体３０の内部空間に画
成するピストン３５とを備える。このピストン３５は、
縮小用気圧室３２に気圧が導入されると同時に伸張用気
圧室３４から気圧が解放されると、図示右方向に移動し
てピストンロッド３６の突出部分を縮小させる。その結
果、空気圧シリンダ２３全体が縮小し、ピストンロッド
３６の先端に結合された台車枠１６と、第２端板３３に
結合された振り子はり１３とが相対移動する。反対に、
伸張用気圧室３４に気圧が導入されると同時に縮小用気
圧室３２から気圧が解放されると、ピストン３５が図示
左方向に移動し、空気圧シリンダ２３全体が伸張する。
台車１２と車体１１とが相対移動する。なお、ピストン
ロッド３６の露出部分は伸縮自在な防塵ブーツ３７によ
って保護されている。

【００１８】空気圧シリンダ２３の伸縮を監視する変位
センサ４０は、第２端板３３の内面から延びるセンサロ
ッド４１を備える。このセンサロッド４１には、その全
長にわたって磁歪線（図示せず）が内蔵されている。第
２端板３３側からその磁歪線に信号を伝達させると、そ
の信号がセンサロッド４１内を進んでいき、ピストン３
５に固定された永久磁石４２に達した時点でその信号は
第２端板３３に向けて跳ね返される。この信号の発信か
ら受信までの時間を測定することによってピストン３５
の位置が特定されることとなる。このように変位センサ
４０を空気圧シリンダ２３に内蔵したことによって、シ
リンダ本体３０の捩れなどの影響を受けずに常に正確な
ピストン３５の位置を検出することができる。しかも、
気密化されたシリンダ本体３０内に変位センサ４０が内
蔵されるので、防水性や防塵性に優れた変位センサ４０
を提供することができる。

【００１９】空気圧サーボ弁２４は、第２端板３３に結
合された接続部材４４を介して空気圧シリンダ２３に一
体化される。接続部材４４には、空気圧圧縮機（図示せ
ず）から空気圧Ｐｓを空気圧サーボ弁２４の導入ポート
に案内する導入用通路４５と、空気圧サーボ弁２４の２
つの排気ポートを開放する排気用通路４６とを備える。
縮小用気圧室３２は、図４に示すように、第１端板３１
に形成された通路４７と、第１および第２端板３１、３
３間を橋渡しするパイプ４８とから構成される第１制御
用通路を通じて接続部材４４から空気圧サーボ弁２４に
連通される。伸張用気圧室３４は、図３に示すように、
第２端板３３に形成された第２制御用通路４９を通じて
接続部材４４から空気圧サーボ弁２４に連通される。

【００２０】空気圧サーボ弁２４は、図５に示すよう
に、互いに結合される第１および第２本体５０、５１を
備える。第１本体５０には、スプール５２の軸方向移動
によって空気圧の流通経路を切り換える切り換え弁機構
５３が収容される。第２本体５１には、スプール５２の
軸方向移動を制御するスプール駆動機構５４が収容され
る。

【００２１】切り換え弁機構５３は、第１本体５０には
め込まれて、第１および第２端板５５、５６によって固
定されたスリーブ５７を備える。このスリーブ５７にス
プール５２が軸方向移動自在にはめ込まれる。

【００２２】第１本体５０には、導入用通路４５（図３
参照）から空気圧Ｐｓを導入する導入ポート５８が形成
される。この導入ポート５８は、スプール５２回りでス
リーブ５７に形成された環状の気圧導入室５９に連通す
る。スプール５２の軸方向に沿って、この気圧導入室５
９には環状の第１および第２気圧調整室６０、６１が隣
接する。第１気圧調整室６０は、連通ポート６２を通じ
て空気圧シリンダ２３の伸張用気圧室３４に連通する。
第２気圧調整室６１は、連通ポート６３を通じて空気圧
シリンダ２３の縮小用気圧室３２に連通する。さらに、
第１および第２気圧調整室６０、６１に隣接して、スリ
ーブ５７には環状の第１および第２排気室６５、６６が
形成される。

【００２３】スプール５２には、スプール５２の移動に
も拘わらず常時気圧導入室５９に連通する気圧導入用環
状凹部６７が形成される。この気圧導入用環状凹部６７
は、スプール５２が前進方向に移動すると、気圧導入室
５９を第１気圧調整室６０に連通させる。反対に、スプ
ール５２が後退方向に移動すると、気圧導入用環状凹部
６７は気圧導入室５９を第２気圧調整室６１に連通させ
る。スプール５２には、さらに、スプール５２の移動に
も拘わらず常時第１排気室６５や第２排気室６６に連通
する第１および第２排気用環状凹部６８、６９が形成さ
れる。図示したスプール５２の中立位置では、スプール
５２の周囲面７０によって、第１および第２気圧調整室
６０、６１の内部気圧は保持される。

【００２４】空気圧シリンダ２３の伸張用気圧室３４お
よび縮小用気圧室３２の気圧は、連通路７１、７２を通
じて、スプール５２に形成された第１および第２小気圧
室７３、７４に導入される。第１および第２小気圧室７
３、７４では、カラー７５の存在によって、受圧面積の
異なる大受圧面７６と小受圧面７７とが形成されてい
る。第１小気圧室７３に導入された気圧によって、受圧
面積の差から、スプール５２には後退方向の推進力が加
えられる。反対に、第２小気圧室７４に導入された気圧
によれば、スプール５２には前進方向の推進力が加えら
れる。

【００２５】スプール駆動機構５４は、スプール５２に
連結されるセンタロッド８０を備える。このセンタロッ
ド８０とスプール５２とは、両者を貫通するコンロッド
８１によって互いに結合されている。コンロッド８１の
一端はセンタロッド８０の基端８０ａに接着接合され、
コンロッド８１の他端はスプール５２の先端５２ａに接
着接合されている。センタロッド８０は、軸受け８２を
介して第２本体５１に軸方向移動自在に支持される。

【００２６】センタロッド８０の周囲には、磁性体材料
からなる可動鉄片としてのプランジャ８３が固定され
る。このプランジャ８３にはヨーク８４が対向する。ヨ
ーク８４は、プランジャ８３の軸方向２カ所で各々プラ
ンジャ８３に対向する１対の環状永久磁石８５と、これ
らの磁石８５の外側に配置された環状のコイル８６とを
支持している。１対の環状磁石８５は、図５に示すよう
に、同磁極Ｓを互いに対向させて配置される。その結
果、コイル８６に流通する電流を調整することによっ
て、プランジャ８３とは非接触でプランジャ８３を前進
させたり後退させたりすることができる。しかも、プラ
ンジャ８３の前進量や後退量は、コイル８６に流れる電
流量に比例する。

【００２７】センタロッド８０には、平板から打ち抜か
れて形成された雲形ばね８７が結合される。この雲形ば
ね８７は、第２本体５１の端面に固定される。この雲形
ばね８７の働きによってセンタロッド８０すなわちスプ
ール５２は定位置に保持される。

【００２８】ここで、空気圧サーボ弁２４の組立方法を
説明する。まず、第１本体５０に、スリーブ５７および
スプール５２を挿入する。スプール５２の両端では、カ
ラー７５をスリーブ５７に固定させる。続いて、第１お
よび第２端板５５、５６を固定して第１本体５０を完成
させる。コンロッド８１の一端はすでにスプール５２の
先端５２ａに接着接合されている。

【００２９】次に、第２本体５１にヨーク８４を組み込
んだ後、プランジャ８３が固定されたセンタロッド８０
を第２本体５１に組み込む。センタロッド８０の一端に
は、第２本体５１に固定された雲形ばね８７が係合す
る。続いて、第２本体５１を第１本体５０に結合させ
る。このとき、コンロッド８１はセンタロッド８０を貫
通する。その後、スプール５２の原点合わせと、スプー
ル駆動機構５４の原点合わせとを行い、最終的に、コン
ロッド８１の一端をセンタロッド８０の基端８０ａに接
着接合させる。このように、貫通させたコンロッド８０
の両端を各々スプール５２およびセンタロッド８０に結
合させることによってスプール５２およびセンタロッド
８０間を連結することから、スプール５２の位置決め精
度を向上させることができる。

【００３０】完成された空気圧サーボ弁２４は、接続部
材４４を通じて空気圧シリンダ２３に一体化される。導
入用通路４５からは、空気圧サーボ弁２４や第１および
第２制御用通路４７、４８、４９を経て伸張用気圧室３
４や縮小用気圧室３２に至る気密な流通経路が形成され
る。空気圧サーボ弁２４の第１および第２排気室６５、
６６からは、排気用通路４６に至る気密な流通経路が形
成される。振り子車両１０への搭載時には、図２に示す
ように、コイル８６に流れる電流や、変位センサ４０か
らの変位信号は、コネクタを介してＴＣ装置２６とやり
とりされる。

【００３１】続いて、空気圧シリンダ２３の伸縮制御を
説明する。図１に示すように車体１１を傾斜させるにあ
たって空気圧シリンダ２３を伸張させる場合を想定す
る。図２に示すＴＣ装置２６からサーボ弁用ケーブルを
通じて空気圧サーボ弁２４に指令が送信される。図５を
参照し、指令はコイル８６に電流を導通させる。この電
流によって、一方の環状磁石８５の磁力が高められ、他
方の環状磁石８５の磁力が弱められる。その結果、プラ
ンジャ８３に前進方向の推進力が加わる。

【００３２】磁力による推進力は、雲形ばね８７の反発
力に抗しながら前進し、スプール５２を通じて空気圧Ｐ
ｓを連通ポート６２から伸張用気圧室３４に導入する。
同時に、縮小用気圧室３２の気圧は、スプール５２の第
２排気用環状凹部６９を通じて第２排気室６６から逃さ
れる。

【００３３】このとき、伸張用気圧室３４の気圧の上昇
は第１小気圧室７３に導入される。この気圧の上昇は大
受圧面７６に大きな圧力を作用させ、スプール５２には
後退方向の推進力が加わる。このような後退方向への推
進力によって、伸張用気圧室３４では、コイル８６の電
流量に比例して直線的に気圧が上昇することとなる。そ
の結果、ピストン３５の移動に伴い空気圧シリンダ２３
は伸張する。

【００３４】反対に、図１に示すカーブとは反対向きの
カーブに対しては空気圧シリンダ２３が縮小され、車体
１１が前述とは反対側に強制的に傾斜させられる。前述
と同様の動作を通じて空気圧シリンダ２３は縮小する。

【００３５】この実施形態では、磁石８５の保持力を利
用した可動鉄片型スプール駆動機構５４を採用したこと
から、ストロークが小さい分スプール５２の位置保持力
に優れ、したがって、優れた耐振性を備えることができ
る。この耐振性の向上によって、車体１１と台車枠１６
間に配置される空気圧シリンダ２３と空気圧サーボ弁２
４とを一体に構成することが可能となる。この一体化に
よれば、車体１１と空気圧サーボシリンダ２２との間に
空気圧用配管を設ける必要がなくなる。したがって、配
管による圧力降下及び容量効果が回避され、空気圧シリ
ンダ２３の応答性が向上する。

【００３６】いま、空気圧源としての空気圧圧縮機が故
障した場合を想定する。この場合、スプール５２の切り
換え作用によって気圧源からの空気圧がいずれの気圧室
３２、３４にも導入されない。ただし、中立位置からの
スプール５２の移動に応じて気圧室３２、３４から排気
を行うことができることから、車体１１に加わる遠心力
によって自然に車体１１を傾斜させることができる。車
体１１の自然傾斜に伴ってピストン３５が移動しようと
すると、その移動方向の気圧室３２、３４は空気を吐き
出して容積の縮小を許容し、反対側の気圧室３２、３４
はピストン３５の吸引作用によって空気を導入し容積の
拡大を許容することとなる。

【００３７】その上、ＴＣ装置２６が故障し、スプール
駆動機構５４が作動しない場合を想定する。車体１１の
傾斜に伴ってピストン３５が移動すると、縮小する気圧
室３２、３４では気圧が上昇する。この気圧上昇は、第
１小気圧室７３または第２小気圧室７４に導入される。
この導入された気圧がスプール５２に対する推進力を生
む。その結果、気圧が上昇した気圧室３２、３４は排気
室６５、６６に連通されることとなり、ピストン３５の
移動に応じて容積が縮小する気圧室３２、３４からは気
圧が逃される。こうしてピストン３５の移動が許容され
る。

【００３８】以上、本発明を振り子車両の強制傾斜手段
に適用した実施形態を説明してきたが、本発明は前述し
た実施形態に限定されるものではなく、空気圧や液圧を
制御するにあたって様々な分野で適用されることができ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小型で信
頼性の高い空気圧サーボシリンダを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 振り子車両の概略正面図である。

【図２】 空気圧サーボシリンダの制御系を示す概略図
である。

【図３】 空気圧サーボシリンダの全体構成を示す断面
図である。

【図４】 一部が断面化された空気圧サーボシリンダの
全体構成を外観図である。

【図５】 空気圧サーボ弁の構成図である。

【符号の説明】

１０ 振り子車両、１１ 車体、１２ 台車、２２ 空
気圧サーボシリンダ、２３ 変位センサ付空気圧シリン
ダ、２４ 空気圧サーボ弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 克也 愛知県西加茂郡三好町大字三好字油田24番 地 東京精密測器株式会社内 (72)発明者 岡本 勲 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 小林 秀之 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 秋山 良男 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体を支持する振り子はりと、傾斜手段
   を通じて振り子はりを傾斜可能にレール上で支持する台
   車枠とを備える振り子車両に用いられ、振り子はりおよ
   び台車枠間に配設されて振り子はりを強制的に傾斜させ
   る振り子車両用空気圧サーボシリンダにおいて、 空気圧の導入によって伸縮し、その伸縮を検知する変位
   センサが組み込まれた変位センサ付シリンダと、変位セ
   ンサからの出力を利用しつつ変位センサ付シリンダに対
   する空気圧の導入を制御する空気圧サーボ弁とが一体に
   形成されることを特徴とする振り子車両用空気圧サーボ
   シリンダ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振り子車両用空気圧サ
   ーボシリンダにおいて、前記空気圧サーボ弁は、軸方向
   に並んだ複数の気圧室を形成する本体と、この本体には
   め込まれて、軸方向移動によって前記気圧室の連通を切
   り換えるスプールと、このスプールを軸方向に駆動する
   直動型のスプール駆動機構とを備え、このスプール駆動
   機構は、スプールに結合される可動鉄片と、スプールの
   軸方向２カ所で可動鉄片を囲み、同磁極を対向させた１
   対の磁石と、これらの磁石を囲んで、供給される電流に
   よって可動鉄片をスプールの軸方向に前進／後退させる
   コイルとを有することを特徴とする振り子車両用空気圧
   サーボシリンダ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の振り子車両用
   空気圧サーボシリンダにおいて、前記変位センサは、変
   位センサ付シリンダ内の空気室に配置されることを特徴
   とする振り子車両用空気圧サーボシリンダ。