JPH1134868A - 車体傾斜装置及び車体傾斜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置構成を簡略化させ低コストで乗り心地の
向上に効果のある車体傾斜を実現できる車体傾斜装置及
び車体傾斜方法を提供する。 【解決手段】 本装置は、台車２上に左右一対の空気バ
ネ３を介して車体１を支持した鉄道車両用の車体傾斜装
置である。左右の空気バネ３、３′間で一定容積のエア
を移動させる容積移動シリンダー２１（図２）を有し、
該容積移動シリンダーを作動させて左右の空気バネ３、
３′の高さを変えることにより車体を傾斜させる。具体
的には、一定以上の車速で車両が曲線区間に入る際に左
右の空気バネ間で一定容積のエア移動させて車体を曲線
内側に傾斜させ、次に曲線区間から出る際に該一定容積
のエアを元に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道軌道の曲線区
間において車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜装置
及び車体傾斜方法に関する。特には、装置構成を簡略化
させ低コストで乗り心地の向上に効果のある車体傾斜を
実現できる車体傾斜装置及び車体傾斜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道の軌道のカーブを車両が走行する際
に、車体（中の旅客含む）にかかる遠心力と重力の合力
が車体床面に垂直に働くようにして乗客が遠心力を感じ
ない方向に車体を傾斜させる振子台車が、ＪＲなどの高
速鉄道車両用として多用されるようになっている。この
ような振子台車では、急カーブの軌道を高速走行する際
の旅客の乗り心地を改善でき、かつ車両のスピードアッ
プができる。

【０００３】上述の振子台車では、台車枠と車体の間
に、振子はりと、この振子はりを左右（軌道幅方向）に
揺動する機構（例えば、コロ装置やベアリングガイド、
リンク装置）を設け、この振子はりをサーボシリンダー
で、軌道の傾斜や車両の速度に応じた任意の角だけ傾け
る。しかし、この振子台車は、車体傾斜機構が複雑にな
り、最適の車体傾斜角に制御するためのサーボアクチュ
エータや制御システムも必要である。そのため、車両製
作コストが大幅に高くなる。

【０００４】一方、特開昭６４−４７６７２号には、台
車と車体間に介在する左右一対の空気バネ（マクラバ
ネ）内のエア量を左右で移動させて空気バネの高さを変
えることにより、車体を意図的に曲線内側に傾斜させる
車体傾斜装置が開示されている。なお、同号の発明の名
称は「高速車両用空気ばね台車の車体傾斜防止装置」と
なっているが、車体を意図的に曲線内側に傾斜させるも
のであることに変りはない。

【０００５】同号の車体傾斜装置は、エア移動の手段と
してルーツ型の空気ポンプを用い、曲線の位置情報と曲
率半径及び車両の速度に応じてポンプの回転方向と回転
数を制御して車体の傾斜角を制御している。同号の車体
傾斜装置は、上述の振子台車の振子はりのような大型の
機械構造物はないが、依然としてエアサーボポンプとそ
の制御系が高価なものとなる。

【０００６】特開平７−８１５５８号には、左右の空気
バネのいずれか一方に給気していずれかの空気バネの高
さを高くすることにより車体を傾斜させる車体傾斜装置
が開示されている。同号の車体傾斜装置は複雑な機械的
機構は有してはいないが、曲線の位置情報と車両速度か
ら超過遠心加速度を算出して、それを打ち消すための給
気量を算出する高度な空圧制御系を有している。また、
給気したエア（空圧）は、車体の傾斜を戻す時に排気せ
ざるを得ないので、曲線ごとに相当量のエアを消費する
こととなりエネルギーロスが生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みてなされたもので、装置構成を簡略化させ
低コストで乗り心地の向上に効果のある車体傾斜を実現
できる車体傾斜装置及び車体傾斜方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の車体傾斜装置は、 台車上に左右一対の空
気バネを介して車体を支持した鉄道車両用の車体傾斜装
置であって； 左右の空気バネ間で一定容積のエアを移
動させる容積移動シリンダーを有し、該容積移動シリン
ダーを作動させて左右の空気バネの高さを変えることに
より車体を傾斜させることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の車体傾斜方法は、 台車上
に左右一対の空気バネを介して車体を支持した鉄道車両
の車体傾斜方法であって； 一定以上の車速で車両が曲
線区間に入る際に左右の空気バネ間で一定容積のエア移
動させて車体を曲線内側に傾斜させ、 次に曲線区間か
ら出る際に該一定容積のエアを元に戻すことを特徴とす
る。

【００１０】すなわち、曲線の曲率半径や車両速度に応
じて空気の移動量を調整するようなことをせず、移動さ
せる空気の容積は常に一定とした。この一定の容積は、
その車両が走行する区間の代表的な車両速度と軌道曲率
半径に応じて、車両設計時あるいは調整時に決定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係る車体傾斜装置の全
体構成を示す模式的正面断面図である。軌道床１２上に
は左右のレール１１及び１１′が置かれており、その上
に車両の車輪９、９′が載っている。左右の車輪９、
９′は、車軸１０で連結されている。車軸１０の両側端
には軸受を内蔵した軸箱７、７′が組み込まれている。
軸箱７、７′上には、軸バネ６、６′を介して台車枠５
が載せられている。台車枠５の上の左右には、一対の空
気バネ３、３′が配置されている。これらの空気バネ
３、３′の上には車体１が載せられている。空気バネ
３、３′は、元々は、台車枠５の振動が車体に１に伝わ
らないように振動を緩衝するためのものである。

【００１２】左右の空気バネ３、３′の間には、エア配
管８、８′を介して傾斜制御装置４が設けられている。
傾斜制御装置４は、一定容積のエアを左右の空気バネ
３、３′の間で移動させるためのものである。図２は、
図１の車体傾斜装置における傾斜制御装置の構成を示す
配管系統図である。この傾斜制御装置４は、左右の空気
バネ３、３′にエアを出し入れする空圧系統、容積移動
シリンダー２１、同シリンダー駆動用の油圧ユニット１
４０等から構成されている。

【００１３】容積移動シリンダー２１は、中央部の油圧
シリンダーと両端部の空圧シリンダーの計３つの部分か
ら構成されている。これら３つのシリンダーは同軸で直
列に配置されており、そのピストンの軸２１ｃは一本で
ある。容積移動シリンダー２１内は、両端部の空圧室２
１ａ及び２１ｆと、中央部の油圧室２１ｄに区分けされ
ている。ピストン軸２１ｃには、両端部の空圧ピストン
２１ｂ及び２１ｇ、並びに中央部の油圧ピストン２１ｅ
が連結されている。空圧ピストン２１ｂは空圧室２１ａ
内で、油圧ピストン２１ｅは油圧室２１ｄ内で、空圧ピ
ストン２１ｇは空圧室２１ｆ内で、それぞれ軸２１ｃと
一体となって移動する。なお、図の状態は、直線走行中
で左右の空気バネ３、３′間のエア移動を行っていない
状態である。

【００１４】容積移動シリンダー２１の油圧室２１ｄに
は、その両端部に２本の油圧管路１６７、１７１が接続
されており、油圧ピストン２１ｅのいずれか片方の面に
油圧ユニット１４０からの油圧供給を受けて、油圧ピス
トン２１ｅ及び軸２１ｃが駆動される。一方、空圧室２
１ａ及び２１ｆの各々の両端部には、エア管路３９、２
５及びエア管路２２、３７が接続されており、空圧ピス
トン２１ｂ及び２１ｇの各面とこれらの管路とが連通し
ている。エア管路２２には、容積２０リットルのエアタ
ンク２３が接続されている。このタンク２３の容積は、
空圧室２１ａと空圧室２１ｆの容積を合計した容積と等
しく、エア管路３５側のエア容積とエア管路２７側のエ
ア容積を等しくして、左右の空気バネ３、３′の特性を
等しくしている。

【００１５】空圧室２１ｆの下端部（図における）のエ
ア管路２２と空圧室２１ａの下端部のエア管路２５とは
合流してエア管路２７に接続している。空圧室２１ａの
上端部（図における）のエア管路３９と空圧室２１ｆの
上端部のエア管路３７とは合流してエア管路３５に接続
している。エア管路３５及び２７はダブルパイロットバ
ルブ２９のポートに接続されている。ダブルパイロット
バルブ２９は、４ウェイの方向切替弁であり、残りのポ
ートには、空気バネ３及び３′に連通するエア管路３１
及び３３が各々接続されている。バルブ２９がＡ位置に
あるときは管路３５と３１、管路２７と３３とが連通す
る。バルブ２９がＢ位置にあるときは管路３５と３３、
管路２７と３１とが連通する。このダブルパイロットバ
ルブ２９は、詳しくは後述するように、両空気バネ３、
３′間のエア移動の方向を切替える。

【００１６】ダブルパイロットバルブ２９は２カ所のパ
イロットポートを有し、それぞれにパイロットエア管路
７３及び７７が接続されている。これらの管路に接続さ
れているパイロットエア管路７１及び７９には、２つの
パイロット３ウェイバルブ４１及び４７が接続されてい
る。パイロット３ウェイバルブ４１、４７には、エア管
路４３、４９も接続されている。パイロット３ウェイバ
ルブ４１、４７の残りのポートは排気ポートである。両
バルブ４１、４７は切換レバー４５によって駆動され
る。切換レバー４５は、台車と車体間の回動に連動して
回動する。すなわち、切換レバー４５が図の上に回動す
ると、バルブ４１がＢ位置に切り替わり管路４３と７１
とが連通し、管路７１に空圧が立つ。一方、切換レバー
４５が図の下に回動すると、バルブ４７がＢ位置に切り
替わり管路４９と７９とが連通し、管路７９に空圧が立
つ。パイロットエア管路７１に空圧が立つと、ダブルパ
イロットバルブ２９はＡ位置を取り、管路３５と３１、
管路３３と２７とを連通し、パイロットエア管路７９に
空圧が立つとダブルパイロットバルブ２９はＢ位置を取
り、管路３５と３３、管路２７と３１とを連通する。

【００１７】さらに、パイロットエア管路７１及び７９
には、シャトルバルブ８３と接続されているパイロット
エア管路８５、８１もそれぞれ接続されている。シャト
ルバルブ８３は、パイロットエア管路８５と８１の内の
いずれか空圧の立った方とパイロットエア管路８７とを
連通し、他方とパイロットエア管路８７とを遮断する。
パイロットエア管路８７には、パイロットエア管路８
９、９３及び９７が接続されている。パイロットエア管
路８９及び９３は、それぞれパイロット２ウェイバルブ
９１、９５のパイロットポートに接続されている。パイ
ロットエア管路８９、９３に圧力が立つと、各バルブ９
１、９５はＢ位置に切り替わり、エア管路１０１と１０
３との間及び１２３と１２５との間を遮断する。これに
より、レベリングバルブ１０５、１２７と空気バネ３、
３′とが無関係となる。パイロットエア管路９７は、油
圧ユニット１４０内の油圧４ウェイバルブ１６１のパイ
ロットポートに接続されており、パイロットエア管路９
７に圧力が立つと、バルブ１６１がＢポートに切り替わ
って油圧が油圧管路１６７に供給されシリンダー２１が
作動する。油圧系統については後述する。

【００１８】空気バネ３、３′にエア管路１０３、１２
５を介して接続されているオーバフローバルブ１１５
は、左右の空気バネ３、３′の内圧の間に一定以上の
（例えば、１．５kg/cm²以上の）圧力差が生じた場合
に、両バネ３、３′の間のエアを連通させて両バネ内の
圧力差を均一化するものである。管路１０３、１２５に
接続されているバルブ１０５、１２７は、車体重量の変
化に合わせて空気バネ高さが変わった場合に空気バネ
３、３′内の空圧を調整する（給排する）ものである。

【００１９】エア管路４３、４９、１３１には、空圧源
６３から空圧が供給される。空圧源６３から各エア管路
４３、４９、１３１に至る間には、フィルター６１、ス
トップバルブ５７、１３５、圧力計５５、減圧弁１３
３、電磁弁５３等が配置されている。車速が一定以下
（例えば、５０km/h以下）の時は、電磁弁５３は、Ｂ位
置に切り替わって、管路４３、４９に空圧が供給され
ず、車体傾斜動作は行われない。

【００２０】油圧ユニット１４０内には、モータ１４１
によって回転駆動される油圧ポンプ１４３を備える。油
圧ポンプ１４３は油圧管路１４５に油圧を供給する。油
圧管路１４５には、リリーフバルブ１４７やアキュムレ
ータ１５９が接続されている。なお、アキュムレータ１
５９の管路１４９には圧力計１５１、圧力スイッチ１５
３、チェックバルブ１５５、絞り１５７等が設けられて
いる。

【００２１】油圧管路１４５は油圧４ウェイバルブ１６
１に接続されている。同バルブ１６１は、パイロットエ
ア管路９７の空圧によって制御される。パイロットエア
管路９７の空圧が立っているときはＢ位置を取り、管路
１４５と管路１６７を連通させ、管路１７１をリリーフ
ポートに連通させる。この場合は油圧が管路１６７から
油圧ピストン２１ｅの下側（図における）にかかり、油
圧ピストン２１ｅ、軸２１ｃ、空圧ピストン２１ｂ、２
１ｇが図の上方に移動する。これにより、いずれかの空
気バネ３、３′からエアを抜き、他方の空気バネ３′、
３にエアを入れる。このような操作を本明細書ではエア
を移動させるという。パイロット空圧が落ちてバルブ１
６１がＡ位置を取ると油圧は油圧管路１７１に供給さ
れ、油圧管路１６７はリリーフポートと連通する。この
ときは容積移動シリンダー２１の軸、ピストンは図の下
方に押される。なお、油圧管路１６７、１７１のパイロ
ットチェックバルブ１６５、１７３は、それらのパイロ
ット油圧管路１７７、１７９に圧力が立ったときは、チ
ェックバルブの役割を果さなくなるものである。なお、
パイロット油圧管路１７７は油圧管路１７５に、パイロ
ット油圧管路１７９は油圧管路１６３に、それぞれ接続
されている。

【００２２】図２の傾斜制御装置の総合的な作用を説明
する。図２の状態では車両が直線区間を例えば、時速５
０km以上で走行している。ここで、車体に対する台車の
回動度合を示す切換レバー４５は真直ぐ横を向いており
（図において）、いずれのパイロット３ウェイバルブ４
１、４７をも作動させていない。パイロット２ウェイバ
ルブ９１、９５は連通位置にあり、レベリングバルブ１
０５、１２７が各空気バネ３、３′につながっている。
電磁弁５３は連通位置にある。油圧４ウェイバルブ１６
１は、Ａ位置にあり、容積移動シリンダー２１の油圧ピ
ストン２１ｅには図の上側に圧力がかかっており、シリ
ンダー軸２１ｃ及び各ピストンは図の下側のストローク
エンドにある。

【００２３】ここで車両がある程度以上の曲率半径の曲
線区間に入ると、レバー４５が回っていずれかのバルブ
４１、４７をＢポート（連通）に切り替えると、パイロ
ットエア管路７１又は７９に空圧が立ち、それに応じて
ダブルパイロットバルブ２９がＡ位置又はＢ位置を取
る。さらにパイロットエア管路８５又は８１、バルブ８
３を介してパイロットエア管路８７に空圧が立ち、パイ
ロット２ウェイバルブ９１及び９５を遮断位置に入れ空
気バネ３、３′とレベリングバルブ１０５、１２７との
間を遮断する。さらにパイロット空圧がパイロットエア
管路９７にも立ち、油圧４ウェイバルブ１６１をＢ位置
に切り替える。これにて、油圧管路１６７から容積移動
シリンダー２１の油圧ピストン２１ｅの図の下側の面に
油圧がかかり各ピストンが図の上方に移動する。

【００２４】すると空圧室２１ａ及び２１ｆ内のエア
は、エア管路３９、３７からエア管路３５を通って押し
出され、ダブルパイロットバルブ２９が図のＢ位置にあ
るときは空気バネ３に送り込まれる。一方、空気バネ
３′の中のエアは、エア管路３１、バルブ２９、エア管
路２７からエア管路２４及び２５を通って空圧ピストン
２１ｂ及び２１ｇの下側に引き込まれる。すなわち一方
の空気バネ３′のエアが容積移動シリンダー２１の両空
圧室２１ａ、２１ｆの容積の分だけ抜かれ、同量のエア
が空気バネ３に送り込まれる。つまり、容積移動シリン
ダー２１の空圧室の容積分のエアが空気バネ３′から空
気バネ３に移動したこととなる。これにより、空気バネ
３′が下がり空気バネ３が上がり、その分車体が傾斜す
ることとなる。なお、上記と逆の場合は、空気バネ３が
下がり空気バネ３′が上がる。車両が曲線から出てレバ
ー４５が真中に戻ったときは図２の状態に戻り、容積移
動シリンダー２１のピストンは下に移動して、エアを元
に戻す。

【００２５】この実施例では、曲率半径３００ｍの曲線
を時速８０km前後で通過するという標準条件でエアの移
動量２０リットル、空気バネのストローク５０mm、車体
傾斜角度３°としている。このように空気バネのエア移
動容積が一定量であり調整の自由度に欠けるようにも感
じられるが、車速が安定しており曲線の曲率半径が比較
的そろっている区間ではこれでも十分な効果を得ること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、装置構成を簡略化させ低コストで乗り心地の
向上に効果のある車体傾斜を実現できる車体傾斜装置及
び車体傾斜方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る車体傾斜装置を有する
車両の全体構成を示す模式的正面断面図である。

【図２】図１の車体傾斜装置における傾斜制御装置の構
成を示す配管系統図である。

【符号の説明】

１ 車体 ２ 台車 ３ 空気バネ ４ 傾斜制御装置 ５ 台車枠 ６ 軸バネ ７ 軸箱 ８ 配管 ９ 車輪 １０ 車軸 １１ レール １２ 軌道床 ２１ 容積移動シリンダー ２２、２４、２５、２７、３１、３３、３５、３７、３
９ エア管路 ２３ エアタンク ２９ ダブルパイロ
ットバルブ ４１、４７ パイロット３ウェイバルブ ４３、４９、５１、５９ エア管路 ４５ 切換レバー ５３ 電磁弁 ５５ 圧力計 ５７ ストップバル
ブ ６１ フィルター ６３ エア源 ７１、７３、７７、７９、８１、８７、８９、９３、９
７ パイロットエア管路
８３ シャトルバルブ ９１、９５ パイロット２ウェイバルブ １０１、１０３、１０７、１０９、１２１、１２３、１
２５、１２９、１３１、１３７ エア管路 １０５、１２７ レベリングバルブ １１５ オーバーフローバルブ １３３ 減圧弁 １３５ ストップバ
ルブ １４０ 油圧ユニット １４１ モータ １４３ 油圧ポンプ １４５、１４９、１６３、１６７、１７１、１７５ 油
圧管路 １４７ リリーフバルブ １５１ 圧力計 １５３ 圧力スイッ
チ １５５ チェックバルブ １５７ 絞り １５９ アキュムレータ １６１ 油圧４ウェ
イバルブ １６５、１７３ パイロットチェックバルブ １７７、１７９ パイロット油圧管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 泰衛 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (72)発明者 加藤 明俊 埼玉県狭山市新狭山１丁目１番12号 株式 会社工進精工所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台車上に左右一対の空気バネを介して車
   体を支持した鉄道車両用の車体傾斜装置であって；左右
   の空気バネ間で一定容積のエアを移動させる容積移動シ
   リンダーを有し、該容積移動シリンダーを作動させて左
   右の空気バネの高さを変えることにより車体を傾斜させ
   ることを特徴とする車体傾斜装置。
2. 【請求項２】 車速が所定値を越えており、かつ台車の
   車体に対する回動角が所定値以上となった場合に上記容
   積移動シリンダーを作動させる請求項１記載の車体傾斜
   装置。
3. 【請求項３】 台車上に左右一対の空気バネを介して車
   体を支持した鉄道車両の車体傾斜方法であって；一定以
   上の車速で車両が曲線区間に入る際に、左右の空気バネ
   間で一定容積のエアを移動させて車体を曲線内側に傾斜
   させ、 次に曲線区間から出る際に、該一定容積のエアを元に戻
   すことを特徴とする車体傾斜方法。