アクチュエータ
【課題】液圧源を備えていても鉄道車両の車体と台車の狭いスペースへの搭載が可能なアクチュエータを提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータＡは、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣとシリンダＣに液圧を供給する液圧源１とを備え、車体Ｂを台車Ｗに対して傾斜させるアクチュエータＡであって、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１,Ｒ２を連通する流路１４と、流路１４の途中に設けた減衰力発生要素１５と、同じく流路１４の途中に設けた開閉弁１６と、開閉弁１６における弁体１６ａの背圧をドレーンするドレーン通路１７と、ドレーン通路１７の途中に設けられてドレーン通路１７を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁１８と、同じくドレーン通路１７の途中に設けられて選択的にドレーン通路１７を開放および遮断する第二切換弁１９とを備えた。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータＡは、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣとシリンダＣに液圧を供給する液圧源１とを備え、車体Ｂを台車Ｗに対して傾斜させるアクチュエータＡであって、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１,Ｒ２を連通する流路１４と、流路１４の途中に設けた減衰力発生要素１５と、同じく流路１４の途中に設けた開閉弁１６と、開閉弁１６における弁体１６ａの背圧をドレーンするドレーン通路１７と、ドレーン通路１７の途中に設けられてドレーン通路１７を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁１８と、同じくドレーン通路１７の途中に設けられて選択的にドレーン通路１７を開放および遮断する第二切換弁１９とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗心地が悪化してしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。
【０００５】
このような車体傾斜装置にあっては、たとえば、車体と台車との間に制御シリンダといわれる空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている。また、車体傾斜装置では、車両速度が車体傾斜させる必要が無い程度に低い場合、カントの影響等によって車体が自然に傾斜してしまうと、乗り心地を悪化させてしまうため、車体傾斜を抑止する空気圧式の抑止シリンダを車体と台車との間に介装し、車体傾斜の必要が無い折には抑止シリンダで車体をロックするようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、この車体傾斜装置にあっては、特に積雪地帯を走行する際に、アクチュエータや抑止シリンダに付着した雪が当該アクチュエータや抑止シリンダの可動部分で圧縮されたり、アクチュエータや抑止シリンダが氷結したりしてアクチュエータや抑止シリンダの伸縮が阻害されるため、アクチュエータや抑止シリンダの全体を中空な振子梁内に収めるようにして、雪のアクチュエータや抑止シリンダへの付着や氷結を防止している。
【特許文献１】特開平８−２６８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ空気圧を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題を持っている。これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。
【０００８】
ところが、アクチュエータおよび抑止シリンダが、鉄道車両が所持しているコンプレッサから供給される空気圧で駆動される形式であれば、アクチュエータおよび抑止シリンダ専用の空気圧源の設置が必要ないので、アクチュエータと抑止シリンダの両方を振子梁内の狭いスペースに収容することも可能であるが、アクチュエータをもともと鉄道車両に搭載されていない液圧源を使用して駆動する形式を採用する場合には、当該液圧源も上記振子梁内の狭いスペースに収容せねばならず装置全体が大型化してしまい、上記スペースへの収容が困難となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧源を備えていても鉄道車両の車体と台車の狭いスペースへの搭載が可能であって、アクチュエータ機能、ダンパ機能および抑止シリンダ機能を併せ持つアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給する液圧源とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータであって、シリンダ内の二つの圧力室を連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素と、同じく流路の途中に設けた開閉弁と、開閉弁における弁体の背圧をドレーンするドレーン通路と、ドレーン通路の途中に設けられてドレーン通路を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁と、同じくドレーン通路の途中に設けられて選択的にドレーン通路を開放および遮断する第二切換弁とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアクチュエータによれば、一つのシリンダをアクチュエータとしてもダンパとしても抑止シリンダとしても機能させるとともに、失陥時の要求にも応えることが可能であるので、液圧源を備えていても、アクチュエータの他に抑止シリンダを設ける必要のあった従来装置と比較して、大型とならず、車体と台車との間の狭いスペースへの搭載が可能となる。
【００１２】
そして、従来装置と同等の鉄道車両への搭載性を確保しつつ、アクチュエータの作動流体を作動油等の液体とすることができるので、従来装置の問題であった、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができ、車両における乗り心地を飛躍的に向上することが可能となる。
【００１３】
また、特に、このアクチュエータでは液圧源を備えていても従来装置と比較して大型とならないので、積雪地帯を走行する鉄道車両のように振子梁内へのアクチュエータの収容が充分に可能となる。
【００１４】
さらに、一つのシリンダで鉄道車両がおかれている状況に適する機能を発揮させることができるので、抑止シリンダを別に備える必要が無く、アクチュエータを含む車体傾斜装置全体のコストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図２は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図３は、一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【００１６】
一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給する液圧源たる油圧ポンプ１と、シリンダＣをダンパおよび抑止シリンダとしても機能させる抑止側回路１３とを備えている。
【００１７】
また、抑止側回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４と、流路１４の途中に設けた減衰力発生要素１５と、同じく流路１４の途中に設けた開閉弁１６と、開閉弁１６における弁体１６ａの背圧をドレーンするドレーン通路１７と、ドレーン通路１７の途中に設けられてドレーン通路１７を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁１８と、同じくドレーン通路１７の途中に設けられて選択的にドレーン通路１７を開放および遮断する第二切換弁１９とを備えている。
【００１８】
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。
【００１９】
そして、油圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。
【００２０】
詳細には、油圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ１で生じる漏れ油圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。
【００２１】
また、ループ通路６の途中であって、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。
【００２２】
ソレノイド切換弁７は、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。
【００２３】
さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と油圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と油圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。
【００２４】
低圧選択弁１２は、分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐流路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐流路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐流路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
【００２５】
したがって、分岐流路９側の圧力が分岐流路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐流路１０側の圧力が分岐流路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する。
【００２６】
すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、開閉弁１６が閉じている場合、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進され、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進され、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
【００２７】
そして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ作動油を吐出する。
【００２８】
したがって、油圧ポンプ１は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から作動油の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
【００２９】
また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐流路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通する。
【００３０】
なお、低圧選択弁１２は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータからの作動油の供給等のために設けられている。
【００３１】
また、この実施の形態の場合、シリンダＣの変位（容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するシリンダ変位に基づいて、図外の制御装置によって、油圧ポンプ１が駆動制御されるようになっており、このアクチュエータＡの場合、車体傾斜角度が狙った角度になるように制御装置によって制御されることになる。
【００３２】
つづいて、抑止側回路１３について説明する。まず、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４は、減衰力発生要素１５と開閉弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。
【００３３】
一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁２０を備え、この逆止弁２０によって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他の他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁２１，２２，２３が設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
【００３４】
本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、作動油は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。
【００３５】
また、メイン流路１４ａの下流は、接続通路２４を介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。
【００３６】
そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５に並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、作動油に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて作動油は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。このように、減衰力発生要素１５は、作動油がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
【００３７】
さらに、開閉弁１６は、具体的には、弁体１６ａを有しており、弁体１６ａは、メイン流路１４ａの途中であって弁体１６ａの正面側に形成される弁座１６ｂに附勢されて着座されている。また、弁体１６ａには、上記弁座１６ｂよりも上流側の油圧を弁体１６ａの背面側に導く通路１６ｃが設けられており、この通路１６ｃの途中には絞り１６ｄが設けられている。そして、この通路１６ｃを介して、弁体１６ａの背面側、図１中では右端面側、に通過する作動油は、途中、第一切換弁１８および第二切換弁１９を介してドレーン通路１７を通過してメイン流路１４ａの下流に排出されるようにしてある。
【００３８】
他方、第一切換弁１８は、スプリングオフセットのノーマルオープンの電磁式２位置切換弁として構成され、ドレーン通路１７を開放する連通ポジションとドレーン通路１７を遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１８ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１８ａを附勢するバネ１８ｂと、通電時にバルブ１８ａをバネ１８ｂに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド１８ｃとを備えて構成される。すなわち、第一切換弁１８は、非通電時には連通ポジションを採って、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを許容し、通電時には遮断ポジションを採って弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることのみを阻止するようになっている。
【００３９】
つづいて、第二切換弁１９は、電磁式２位置切換弁として構成されており、詳しくは、ドレーン通路１７を開放する連通ポジションとドレーン通路１７を遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１９ａと、通電によって連通ポジションと遮断ポジションの切換が可能であって、非通電状態でも切換選択したポジションを維持する自己保持型のソレノイド１９ｂとを備えて構成されている。また、第二切換弁１９は、遮断ポジションにあっては、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることのみを阻止するようになっている。
【００４０】
すなわち、この第二切換弁１９にあっては、ソレノイド１９ｂに通電することによって、連通ポジションと遮断ポジションとの交互に切換可能とされるとともに、図示しない永久磁石の磁力で直前の通電によって選択されたポジションを通電の維持を要せずに維持することが可能とされている。なお、第二切換弁１９は、手動その他によって切換可能であって切換後に非通電であっても操作がなければ切換によって選択されたポジションを維持し続ける切換弁とされてもよい。
【００４１】
そして、第二切換弁１９は、連通ポジションを採る場合には、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを許容し、遮断ポジションを採る場合には、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを阻止するようになっている。
【００４２】
このように、第一切換弁１８あるいは第二切換弁１９のいずれかが遮断ポジションを採る場合、ドレーン通路１７が遮断されるため、開閉弁１６の弁体１６ａの背面側の作動油は、メイン流路１４ａの下流へ移動できず、弁体１６ａの背圧がドレーンされないため、開閉弁１６の弁体１６ａは弁座１６ｂに着座したままロック状態となってメイン流路１４ａを遮断状態に維持することになり、第一切換弁１８および第二切換弁１９がともに連通ポジションをとるときのみドレーン通路１７が開放されて開閉弁１６の弁体１６ａの背面側の作動油がメイン流路１４ａの下流へ移動可能となって、弁体１６ａの背圧がドレーンされ、作動油が通路１６ｃを通過する際の圧力損失によって弁体１６ａの正面側の圧力が背圧を上回って、弁体１６ａを後退させてメイン流路１４ａを開放状態にすることができる。
【００４３】
なお、第一切換弁１８および第二切換弁１９における遮断ポジションにおいて、完全にドレーン通路１７を遮断して双方向の流れを断つようにしてもよい。また、第一切換弁１８および第二切換弁１９の連通ポジションにおいては、図中にあるような固定絞りを設けなくともよいが、固定絞りを設けて作動油の通過に抵抗を与えることにより弁体１６ａが急激に移動しないようにして、開閉弁１６の閉時における打音の発生や弁体１６ａのチャッタリングを防止することができる利点がある。
【００４４】
そして、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、開閉弁１６がロックされてメイン流路１４ａが遮断状態に維持される場合、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされて、シリンダＣを抑止シリンダとして機能させることができるようになる。
【００４５】
さらに、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、開閉弁１６がアンロックされてメイン流路１４ａが開放状態に維持される場合、シリンダＣが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。
【００４６】
なお、開閉弁１６のロックおよびアンロックを問わず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、減衰力発生要素１５および開閉弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流とを連通するリリーフ弁２５が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に作動油が供給されることになる。このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
【００４７】
なお、この実施の形態においては、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２からの作動油の流れに対して、減衰力発生要素１５が設置されるメイン流路１４ａを一方通行に設定するために、上記したように、一方側上流路１４ｂ、他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅを設置しているが、減衰力発生要素１５が双方向流れを許容する場合には、図３に示すように、流路を単に一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ状の流路２６とし、この流路２６の途中に双方向流れを許容する減衰力発生要素２７と上述の開閉弁１６を設け、さらに、開閉弁１６の背圧をドレーンするドレーン通路２８は、分岐させるとともに逆止弁２９ａ，２９ｂを介して、それぞれ一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ接続するようにしてもよい。
【００４８】
さて、つづいて、このように構成されたアクチュエータＡの作動について説明する。まず、鉄道車両が営業を終えて、パンタグラフを下げて車庫や留置線等の車両基地に滞泊、留置する場合、第二切換弁１９のバルブ１９ａを遮断ポジションに切換える。なお、第二切換弁１９へは、その後の通電を要せずに遮断ポジションに維持される。車両基地に滞泊、留置する場合には、上述のようにパンタグラフが下げられて、鉄道車両自体に全く電力供給されない状態とされるが、このような滞泊、留置状態では、アクチュエータＡには、車体が横風などによって傾斜しないように、車体傾斜の阻止が要求される。
【００４９】
これに対して、このアクチュエータＡでは、第一切換弁１８は連通ポジションとなるが、第二切換弁１９のバルブ１９ａが遮断ポジションに切換えられることによって、開閉弁１６はロックされ、また、アクチュエータ回路５におけるソレノイド切換弁７，８は車両に電力供給されないので、バネ７ｂ，８ｂによって遮断ポジションに維持されるので、シリンダＣはロック状態とされて、車体傾斜不能な状態に維持される。
【００５０】
すなわち、鉄道車両が車両基地に滞泊、留置されて鉄道車両自体に全く電力供給されない状態にあっても、シリンダＣはロックされて抑止シリンダとして機能して車体傾斜が阻止され、滞泊、留置時の要求を満足する。
【００５１】
また、鉄道車両が営業を開始するため、車両基地にてパンタグラフを上げる場合、第二切換弁１９のバルブ１９ａをソレノイド１９ｃに一端通電して遮断ポジションから連通ポジションに切換える。なお、第二切換弁１９へは、その後の通電を要せずに連通ポジションに維持される。
【００５２】
営業を開始する場合、その後の車両の走行状態によって、第一切換弁１８、ソレノイド切換弁７，８、油圧ポンプ１がそれぞれ以下のように駆動制御される。
【００５３】
詳しく説明すると、（１）車両の走行速度が、たとえば、５０ｋｍ以下というように、低速度であって車体傾斜の必要が無い場合、車体傾斜を阻止するべく、抑止側回路１３側では、第一切換弁１８は、通電されて遮断ポジションとされて、シリンダＣが抑止側回路１３によって自由伸縮されないように維持しつつ、アクチュエータ回路５側によるシリンダＣの駆動も成されないよう、ソレノイド切換弁７，８もそれぞれ非通電とされて遮断ポジションに維持され、油圧ポンプ１も駆動しない状態とされ、シリンダＣは、車体傾斜を阻止する抑止シリンダとして機能する。
【００５４】
（２）車両の走行速度が、たとえば、５０ｋｍ以上というように、高速度であって車体傾斜が必要とされる場合、抑止側回路１３側では、第一切換弁１８は、通電されて遮断ポジションとされて流路１４を介しての一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が遮断された状態とされ、これに対して、アクチュエータ回路５側では、シリンダＣを伸縮駆動させるべく、ソレノイド切換弁７，８がそれぞれ通電されて連通ポジションに切換えられ、油圧ポンプ１も駆動されて、車体Ｂを狙った角度に傾斜させるように、シリンダＣの一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２に油圧が供給されて伸縮駆動され、シリンダＣは、車体傾斜をさせるアクチュエータとして機能する。このアクチュエータ機能を発揮する場合には、抑止側回路１３のおける流路１４を作動油が通過しないので、抑止側回路１３がアクチュエータ回路５に干渉することが無く、シリンダＣの伸縮の際に、作動油が流路１４側に回りこんでエネルギ損失が生じてしまうことが防止される。
【００５５】
（３）さらに、車両走行中にアクチュエータＡへの電力供給を行えない状態、すなわち、失陥状態となった場合には、アクチュエータＡには、車体Ｂが自然に傾斜することを許容するとともに、傾斜速度が速いと乗り心地を悪化させるので急激な車体傾斜を抑制するダンパ機能の発揮が要求される。
【００５６】
そして、この場合、抑止側回路１３では、第一切換弁１８はバネ１８ｂによって連通ポジションに維持され、第二切換弁１９も上述のように連通ポジションに維持されているので、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とが流路１４を介して連通状態とされる。他方のアクチュエータ回路５側では、ソレノイド切換弁７，８に通電されないので遮断ポジションに維持され、油圧ポンプ１も駆動しない状態となって、アクチュエータ回路５は、上記抑止側回路１３に干渉しない状態となる。
【００５７】
したがって、シリンダＣにおける一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを作動油が行き来する際には、当該作動油の流れに減衰力発生要素１５によって抵抗を与えることになるので、シリンダＣはダンパとして機能することになる。
【００５８】
すると、失陥時において鉄道車両がカント付きの曲線区間を走行する際には、アクチュエータＡは、車体Ｂが曲率中心側へ自然に傾斜することを許容しつつ、車体Ｂの急激な傾斜を抑制するダンパ機能を発揮することになる。
【００５９】
このように、鉄道車両が車両基地に滞泊、留置されて鉄道車両自体に全く電力供給されない状態ではシリンダＣをロックしてアクチュエータＡを抑止シリンダとして機能させる一方、走行中の失陥による電力供給されない状態に対しては、アクチュエータＡを自然な車体傾斜を許容しつつ急激な傾斜を抑制するダンパとして機能させるのである。
【００６０】
つまり、電力供給の無い二つの事象に対して、アクチュエータＡは、その状況に応じて、抑止シリンダとしての機能とダンパとしての機能の異なる機能を発揮することが要求されるが、当該アクチュエータＡは一つのシリンダＣを用いて、これら要求に応えることができるとともに、車体傾斜時にはアクチュエータとしても機能する。
【００６１】
すなわち、このアクチュエータＡによれば、一つのシリンダＣをアクチュエータとしてもダンパとしても抑止シリンダとしても機能させるとともに、失陥時の要求にも応えることが可能であるので、液圧源たる油圧ポンプ１を備えていても、アクチュエータの他に抑止シリンダを設ける必要のあった従来装置と比較して、大型とならないので、車体Ｂと台車Ｗとの間の狭いスペースへの搭載が可能となる。
【００６２】
そして、従来装置と同等の鉄道車両への搭載性を確保しつつ、アクチュエータＡの作動流体を作動油等の液体とすることができるので、従来装置の問題であった、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができ、車両における乗り心地を飛躍的に向上することが可能となる。
【００６３】
また、特に、このアクチュエータＡでは液圧源たる油圧ポンプ１を備えていても従来装置と比較して大型とならないので、積雪地帯を走行する鉄道車両のように振子梁内へのアクチュエータＡの収容が充分に可能となる。
【００６４】
さらに、このアクチュエータＡは、一つのシリンダＣで鉄道車両がおかれている状況に適する機能を発揮することができるので、ダンパや抑止シリンダを別に備える必要が無く、アクチュエータＡを含む車体傾斜装置全体のコストを低減することが可能となる。
【００６５】
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。
【００６６】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【図２】一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。
【図３】一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 液圧源たる油圧ポンプ
２ 容器
３ ピストン
４ ロッド
５ アクチュエータ回路
６ ループ通路
７，８ ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１２ａ，１８ａ，１９ａ バルブ
７ｂ，８ｂ，１８ｂ バネ
７ｃ，８ｃ，１８ｃ ソレノイド
９，１０ 分岐通路
１１ アキュムレータ
１２ 低圧選択弁
１２ｂ，１２ｃ パイロット通路
１３ 抑止側回路
１４，２６ 流路
１４ａ メイン流路
１４ｂ 一方側上流路
１４ｃ 他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ 他方側下流路
１５，２７ 減衰力発生要素
１５ａ 減衰バルブ
１５ｂ 固定絞り
１６ 開閉弁
１６ａ 弁体
１６ｂ 弁座
１６ｃ 通路
１６ｄ 絞り
１７，２８ ドレーン通路
１８ 第一切換弁
１９ 第二切換弁
１９ｂ 自己保持型のソレノイド
２０，２１，２２，２３，２９ａ，２９ｂ 逆止弁
２４ 接続通路
２５ リリーフ弁
３０ ストロークセンサ
Ａ アクチュエータ
Ｂ 車体
Ｃ シリンダ
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室
Ｗ 台車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗心地が悪化してしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。
【０００５】
このような車体傾斜装置にあっては、たとえば、車体と台車との間に制御シリンダといわれる空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている。また、車体傾斜装置では、車両速度が車体傾斜させる必要が無い程度に低い場合、カントの影響等によって車体が自然に傾斜してしまうと、乗り心地を悪化させてしまうため、車体傾斜を抑止する空気圧式の抑止シリンダを車体と台車との間に介装し、車体傾斜の必要が無い折には抑止シリンダで車体をロックするようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、この車体傾斜装置にあっては、特に積雪地帯を走行する際に、アクチュエータや抑止シリンダに付着した雪が当該アクチュエータや抑止シリンダの可動部分で圧縮されたり、アクチュエータや抑止シリンダが氷結したりしてアクチュエータや抑止シリンダの伸縮が阻害されるため、アクチュエータや抑止シリンダの全体を中空な振子梁内に収めるようにして、雪のアクチュエータや抑止シリンダへの付着や氷結を防止している。
【特許文献１】特開平８−２６８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ空気圧を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題を持っている。これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。
【０００８】
ところが、アクチュエータおよび抑止シリンダが、鉄道車両が所持しているコンプレッサから供給される空気圧で駆動される形式であれば、アクチュエータおよび抑止シリンダ専用の空気圧源の設置が必要ないので、アクチュエータと抑止シリンダの両方を振子梁内の狭いスペースに収容することも可能であるが、アクチュエータをもともと鉄道車両に搭載されていない液圧源を使用して駆動する形式を採用する場合には、当該液圧源も上記振子梁内の狭いスペースに収容せねばならず装置全体が大型化してしまい、上記スペースへの収容が困難となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧源を備えていても鉄道車両の車体と台車の狭いスペースへの搭載が可能であって、アクチュエータ機能、ダンパ機能および抑止シリンダ機能を併せ持つアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給する液圧源とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータであって、シリンダ内の二つの圧力室を連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素と、同じく流路の途中に設けた開閉弁と、開閉弁における弁体の背圧をドレーンするドレーン通路と、ドレーン通路の途中に設けられてドレーン通路を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁と、同じくドレーン通路の途中に設けられて選択的にドレーン通路を開放および遮断する第二切換弁とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアクチュエータによれば、一つのシリンダをアクチュエータとしてもダンパとしても抑止シリンダとしても機能させるとともに、失陥時の要求にも応えることが可能であるので、液圧源を備えていても、アクチュエータの他に抑止シリンダを設ける必要のあった従来装置と比較して、大型とならず、車体と台車との間の狭いスペースへの搭載が可能となる。
【００１２】
そして、従来装置と同等の鉄道車両への搭載性を確保しつつ、アクチュエータの作動流体を作動油等の液体とすることができるので、従来装置の問題であった、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができ、車両における乗り心地を飛躍的に向上することが可能となる。
【００１３】
また、特に、このアクチュエータでは液圧源を備えていても従来装置と比較して大型とならないので、積雪地帯を走行する鉄道車両のように振子梁内へのアクチュエータの収容が充分に可能となる。
【００１４】
さらに、一つのシリンダで鉄道車両がおかれている状況に適する機能を発揮させることができるので、抑止シリンダを別に備える必要が無く、アクチュエータを含む車体傾斜装置全体のコストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図２は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図３は、一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【００１６】
一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給する液圧源たる油圧ポンプ１と、シリンダＣをダンパおよび抑止シリンダとしても機能させる抑止側回路１３とを備えている。
【００１７】
また、抑止側回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４と、流路１４の途中に設けた減衰力発生要素１５と、同じく流路１４の途中に設けた開閉弁１６と、開閉弁１６における弁体１６ａの背圧をドレーンするドレーン通路１７と、ドレーン通路１７の途中に設けられてドレーン通路１７を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁１８と、同じくドレーン通路１７の途中に設けられて選択的にドレーン通路１７を開放および遮断する第二切換弁１９とを備えている。
【００１８】
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。
【００１９】
そして、油圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。
【００２０】
詳細には、油圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ１で生じる漏れ油圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。
【００２１】
また、ループ通路６の途中であって、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。
【００２２】
ソレノイド切換弁７は、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。
【００２３】
さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と油圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と油圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。
【００２４】
低圧選択弁１２は、分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐流路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐流路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐流路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
【００２５】
したがって、分岐流路９側の圧力が分岐流路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐流路１０側の圧力が分岐流路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する。
【００２６】
すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、開閉弁１６が閉じている場合、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進され、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進され、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
【００２７】
そして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ作動油を吐出する。
【００２８】
したがって、油圧ポンプ１は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から作動油の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
【００２９】
また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐流路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通する。
【００３０】
なお、低圧選択弁１２は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータからの作動油の供給等のために設けられている。
【００３１】
また、この実施の形態の場合、シリンダＣの変位（容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するシリンダ変位に基づいて、図外の制御装置によって、油圧ポンプ１が駆動制御されるようになっており、このアクチュエータＡの場合、車体傾斜角度が狙った角度になるように制御装置によって制御されることになる。
【００３２】
つづいて、抑止側回路１３について説明する。まず、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４は、減衰力発生要素１５と開閉弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。
【００３３】
一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁２０を備え、この逆止弁２０によって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他の他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁２１，２２，２３が設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
【００３４】
本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、作動油は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。
【００３５】
また、メイン流路１４ａの下流は、接続通路２４を介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。
【００３６】
そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５に並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、作動油に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて作動油は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。このように、減衰力発生要素１５は、作動油がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
【００３７】
さらに、開閉弁１６は、具体的には、弁体１６ａを有しており、弁体１６ａは、メイン流路１４ａの途中であって弁体１６ａの正面側に形成される弁座１６ｂに附勢されて着座されている。また、弁体１６ａには、上記弁座１６ｂよりも上流側の油圧を弁体１６ａの背面側に導く通路１６ｃが設けられており、この通路１６ｃの途中には絞り１６ｄが設けられている。そして、この通路１６ｃを介して、弁体１６ａの背面側、図１中では右端面側、に通過する作動油は、途中、第一切換弁１８および第二切換弁１９を介してドレーン通路１７を通過してメイン流路１４ａの下流に排出されるようにしてある。
【００３８】
他方、第一切換弁１８は、スプリングオフセットのノーマルオープンの電磁式２位置切換弁として構成され、ドレーン通路１７を開放する連通ポジションとドレーン通路１７を遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１８ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１８ａを附勢するバネ１８ｂと、通電時にバルブ１８ａをバネ１８ｂに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド１８ｃとを備えて構成される。すなわち、第一切換弁１８は、非通電時には連通ポジションを採って、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを許容し、通電時には遮断ポジションを採って弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることのみを阻止するようになっている。
【００３９】
つづいて、第二切換弁１９は、電磁式２位置切換弁として構成されており、詳しくは、ドレーン通路１７を開放する連通ポジションとドレーン通路１７を遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１９ａと、通電によって連通ポジションと遮断ポジションの切換が可能であって、非通電状態でも切換選択したポジションを維持する自己保持型のソレノイド１９ｂとを備えて構成されている。また、第二切換弁１９は、遮断ポジションにあっては、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることのみを阻止するようになっている。
【００４０】
すなわち、この第二切換弁１９にあっては、ソレノイド１９ｂに通電することによって、連通ポジションと遮断ポジションとの交互に切換可能とされるとともに、図示しない永久磁石の磁力で直前の通電によって選択されたポジションを通電の維持を要せずに維持することが可能とされている。なお、第二切換弁１９は、手動その他によって切換可能であって切換後に非通電であっても操作がなければ切換によって選択されたポジションを維持し続ける切換弁とされてもよい。
【００４１】
そして、第二切換弁１９は、連通ポジションを採る場合には、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを許容し、遮断ポジションを採る場合には、弁体１６ａの背面側の作動油がドレーン通路１７を介してメイン流路１４ａの下流への流れることを阻止するようになっている。
【００４２】
このように、第一切換弁１８あるいは第二切換弁１９のいずれかが遮断ポジションを採る場合、ドレーン通路１７が遮断されるため、開閉弁１６の弁体１６ａの背面側の作動油は、メイン流路１４ａの下流へ移動できず、弁体１６ａの背圧がドレーンされないため、開閉弁１６の弁体１６ａは弁座１６ｂに着座したままロック状態となってメイン流路１４ａを遮断状態に維持することになり、第一切換弁１８および第二切換弁１９がともに連通ポジションをとるときのみドレーン通路１７が開放されて開閉弁１６の弁体１６ａの背面側の作動油がメイン流路１４ａの下流へ移動可能となって、弁体１６ａの背圧がドレーンされ、作動油が通路１６ｃを通過する際の圧力損失によって弁体１６ａの正面側の圧力が背圧を上回って、弁体１６ａを後退させてメイン流路１４ａを開放状態にすることができる。
【００４３】
なお、第一切換弁１８および第二切換弁１９における遮断ポジションにおいて、完全にドレーン通路１７を遮断して双方向の流れを断つようにしてもよい。また、第一切換弁１８および第二切換弁１９の連通ポジションにおいては、図中にあるような固定絞りを設けなくともよいが、固定絞りを設けて作動油の通過に抵抗を与えることにより弁体１６ａが急激に移動しないようにして、開閉弁１６の閉時における打音の発生や弁体１６ａのチャッタリングを防止することができる利点がある。
【００４４】
そして、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、開閉弁１６がロックされてメイン流路１４ａが遮断状態に維持される場合、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされて、シリンダＣを抑止シリンダとして機能させることができるようになる。
【００４５】
さらに、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、開閉弁１６がアンロックされてメイン流路１４ａが開放状態に維持される場合、シリンダＣが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。
【００４６】
なお、開閉弁１６のロックおよびアンロックを問わず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、減衰力発生要素１５および開閉弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流とを連通するリリーフ弁２５が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に作動油が供給されることになる。このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
【００４７】
なお、この実施の形態においては、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２からの作動油の流れに対して、減衰力発生要素１５が設置されるメイン流路１４ａを一方通行に設定するために、上記したように、一方側上流路１４ｂ、他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅを設置しているが、減衰力発生要素１５が双方向流れを許容する場合には、図３に示すように、流路を単に一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ状の流路２６とし、この流路２６の途中に双方向流れを許容する減衰力発生要素２７と上述の開閉弁１６を設け、さらに、開閉弁１６の背圧をドレーンするドレーン通路２８は、分岐させるとともに逆止弁２９ａ，２９ｂを介して、それぞれ一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ接続するようにしてもよい。
【００４８】
さて、つづいて、このように構成されたアクチュエータＡの作動について説明する。まず、鉄道車両が営業を終えて、パンタグラフを下げて車庫や留置線等の車両基地に滞泊、留置する場合、第二切換弁１９のバルブ１９ａを遮断ポジションに切換える。なお、第二切換弁１９へは、その後の通電を要せずに遮断ポジションに維持される。車両基地に滞泊、留置する場合には、上述のようにパンタグラフが下げられて、鉄道車両自体に全く電力供給されない状態とされるが、このような滞泊、留置状態では、アクチュエータＡには、車体が横風などによって傾斜しないように、車体傾斜の阻止が要求される。
【００４９】
これに対して、このアクチュエータＡでは、第一切換弁１８は連通ポジションとなるが、第二切換弁１９のバルブ１９ａが遮断ポジションに切換えられることによって、開閉弁１６はロックされ、また、アクチュエータ回路５におけるソレノイド切換弁７，８は車両に電力供給されないので、バネ７ｂ，８ｂによって遮断ポジションに維持されるので、シリンダＣはロック状態とされて、車体傾斜不能な状態に維持される。
【００５０】
すなわち、鉄道車両が車両基地に滞泊、留置されて鉄道車両自体に全く電力供給されない状態にあっても、シリンダＣはロックされて抑止シリンダとして機能して車体傾斜が阻止され、滞泊、留置時の要求を満足する。
【００５１】
また、鉄道車両が営業を開始するため、車両基地にてパンタグラフを上げる場合、第二切換弁１９のバルブ１９ａをソレノイド１９ｃに一端通電して遮断ポジションから連通ポジションに切換える。なお、第二切換弁１９へは、その後の通電を要せずに連通ポジションに維持される。
【００５２】
営業を開始する場合、その後の車両の走行状態によって、第一切換弁１８、ソレノイド切換弁７，８、油圧ポンプ１がそれぞれ以下のように駆動制御される。
【００５３】
詳しく説明すると、（１）車両の走行速度が、たとえば、５０ｋｍ以下というように、低速度であって車体傾斜の必要が無い場合、車体傾斜を阻止するべく、抑止側回路１３側では、第一切換弁１８は、通電されて遮断ポジションとされて、シリンダＣが抑止側回路１３によって自由伸縮されないように維持しつつ、アクチュエータ回路５側によるシリンダＣの駆動も成されないよう、ソレノイド切換弁７，８もそれぞれ非通電とされて遮断ポジションに維持され、油圧ポンプ１も駆動しない状態とされ、シリンダＣは、車体傾斜を阻止する抑止シリンダとして機能する。
【００５４】
（２）車両の走行速度が、たとえば、５０ｋｍ以上というように、高速度であって車体傾斜が必要とされる場合、抑止側回路１３側では、第一切換弁１８は、通電されて遮断ポジションとされて流路１４を介しての一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が遮断された状態とされ、これに対して、アクチュエータ回路５側では、シリンダＣを伸縮駆動させるべく、ソレノイド切換弁７，８がそれぞれ通電されて連通ポジションに切換えられ、油圧ポンプ１も駆動されて、車体Ｂを狙った角度に傾斜させるように、シリンダＣの一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２に油圧が供給されて伸縮駆動され、シリンダＣは、車体傾斜をさせるアクチュエータとして機能する。このアクチュエータ機能を発揮する場合には、抑止側回路１３のおける流路１４を作動油が通過しないので、抑止側回路１３がアクチュエータ回路５に干渉することが無く、シリンダＣの伸縮の際に、作動油が流路１４側に回りこんでエネルギ損失が生じてしまうことが防止される。
【００５５】
（３）さらに、車両走行中にアクチュエータＡへの電力供給を行えない状態、すなわち、失陥状態となった場合には、アクチュエータＡには、車体Ｂが自然に傾斜することを許容するとともに、傾斜速度が速いと乗り心地を悪化させるので急激な車体傾斜を抑制するダンパ機能の発揮が要求される。
【００５６】
そして、この場合、抑止側回路１３では、第一切換弁１８はバネ１８ｂによって連通ポジションに維持され、第二切換弁１９も上述のように連通ポジションに維持されているので、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とが流路１４を介して連通状態とされる。他方のアクチュエータ回路５側では、ソレノイド切換弁７，８に通電されないので遮断ポジションに維持され、油圧ポンプ１も駆動しない状態となって、アクチュエータ回路５は、上記抑止側回路１３に干渉しない状態となる。
【００５７】
したがって、シリンダＣにおける一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを作動油が行き来する際には、当該作動油の流れに減衰力発生要素１５によって抵抗を与えることになるので、シリンダＣはダンパとして機能することになる。
【００５８】
すると、失陥時において鉄道車両がカント付きの曲線区間を走行する際には、アクチュエータＡは、車体Ｂが曲率中心側へ自然に傾斜することを許容しつつ、車体Ｂの急激な傾斜を抑制するダンパ機能を発揮することになる。
【００５９】
このように、鉄道車両が車両基地に滞泊、留置されて鉄道車両自体に全く電力供給されない状態ではシリンダＣをロックしてアクチュエータＡを抑止シリンダとして機能させる一方、走行中の失陥による電力供給されない状態に対しては、アクチュエータＡを自然な車体傾斜を許容しつつ急激な傾斜を抑制するダンパとして機能させるのである。
【００６０】
つまり、電力供給の無い二つの事象に対して、アクチュエータＡは、その状況に応じて、抑止シリンダとしての機能とダンパとしての機能の異なる機能を発揮することが要求されるが、当該アクチュエータＡは一つのシリンダＣを用いて、これら要求に応えることができるとともに、車体傾斜時にはアクチュエータとしても機能する。
【００６１】
すなわち、このアクチュエータＡによれば、一つのシリンダＣをアクチュエータとしてもダンパとしても抑止シリンダとしても機能させるとともに、失陥時の要求にも応えることが可能であるので、液圧源たる油圧ポンプ１を備えていても、アクチュエータの他に抑止シリンダを設ける必要のあった従来装置と比較して、大型とならないので、車体Ｂと台車Ｗとの間の狭いスペースへの搭載が可能となる。
【００６２】
そして、従来装置と同等の鉄道車両への搭載性を確保しつつ、アクチュエータＡの作動流体を作動油等の液体とすることができるので、従来装置の問題であった、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができ、車両における乗り心地を飛躍的に向上することが可能となる。
【００６３】
また、特に、このアクチュエータＡでは液圧源たる油圧ポンプ１を備えていても従来装置と比較して大型とならないので、積雪地帯を走行する鉄道車両のように振子梁内へのアクチュエータＡの収容が充分に可能となる。
【００６４】
さらに、このアクチュエータＡは、一つのシリンダＣで鉄道車両がおかれている状況に適する機能を発揮することができるので、ダンパや抑止シリンダを別に備える必要が無く、アクチュエータＡを含む車体傾斜装置全体のコストを低減することが可能となる。
【００６５】
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。
【００６６】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【図２】一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。
【図３】一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 液圧源たる油圧ポンプ
２ 容器
３ ピストン
４ ロッド
５ アクチュエータ回路
６ ループ通路
７，８ ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１２ａ，１８ａ，１９ａ バルブ
７ｂ，８ｂ，１８ｂ バネ
７ｃ，８ｃ，１８ｃ ソレノイド
９，１０ 分岐通路
１１ アキュムレータ
１２ 低圧選択弁
１２ｂ，１２ｃ パイロット通路
１３ 抑止側回路
１４，２６ 流路
１４ａ メイン流路
１４ｂ 一方側上流路
１４ｃ 他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ 他方側下流路
１５，２７ 減衰力発生要素
１５ａ 減衰バルブ
１５ｂ 固定絞り
１６ 開閉弁
１６ａ 弁体
１６ｂ 弁座
１６ｃ 通路
１６ｄ 絞り
１７，２８ ドレーン通路
１８ 第一切換弁
１９ 第二切換弁
１９ｂ 自己保持型のソレノイド
２０，２１，２２，２３，２９ａ，２９ｂ 逆止弁
２４ 接続通路
２５ リリーフ弁
３０ ストロークセンサ
Ａ アクチュエータ
Ｂ 車体
Ｃ シリンダ
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室
Ｗ 台車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給する液圧源とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、シリンダ内の二つの圧力室を連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素と、同じく流路の途中に設けた開閉弁と、開閉弁における弁体の背圧をドレーンするドレーン通路と、ドレーン通路の途中に設けられてドレーン通路を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁と、同じくドレーン通路の途中に設けられて選択的にドレーン通路を開放および遮断する第二切換弁とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
流路は、減衰力発生要素と開閉弁が設けられるメイン流路と、一方の圧力室からメイン流路に向かう流れのみを許容する一方側上流路と、他方の圧力室からメイン流路に向かう流れのみを許容する他方側上流路と、メイン流路から一方の圧力室へ向かう流れのみを許容する一方側下流路と、メイン流路から他方の圧力室へ向かう流れのみを許容する他方側下流路とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
ドレーン通路は、一方側下流路あるいは他方側下流路に接続されることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
第二切換弁は、自己保持型ソレノイドで開放と遮断の切換える電磁式切換弁とされることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項１】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給する液圧源とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、シリンダ内の二つの圧力室を連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素と、同じく流路の途中に設けた開閉弁と、開閉弁における弁体の背圧をドレーンするドレーン通路と、ドレーン通路の途中に設けられてドレーン通路を選択的に開放および遮断するノーマルオープンの第一切換弁と、同じくドレーン通路の途中に設けられて選択的にドレーン通路を開放および遮断する第二切換弁とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
流路は、減衰力発生要素と開閉弁が設けられるメイン流路と、一方の圧力室からメイン流路に向かう流れのみを許容する一方側上流路と、他方の圧力室からメイン流路に向かう流れのみを許容する他方側上流路と、メイン流路から一方の圧力室へ向かう流れのみを許容する一方側下流路と、メイン流路から他方の圧力室へ向かう流れのみを許容する他方側下流路とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
ドレーン通路は、一方側下流路あるいは他方側下流路に接続されることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
第二切換弁は、自己保持型ソレノイドで開放と遮断の切換える電磁式切換弁とされることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１３７４２４（Ｐ２００９−１３７４２４Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１５５６９（Ｐ２００７−３１５５６９）
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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