鉄道車両の制振用ダンパ
【課題】フルアクティブとの機能を備えたコンパクトな鉄道車両の制振用ダンパを提供すること。
【解決手段】シリンダ１０とオイルタンク１８との間に、シリンダ１０の伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および、作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、油圧回路は、シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁２１および、シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁２３とを備えたセミアクティブ回路部と、セミアクティブ回路部へオイルタンク１８からの作動油を供給するポンプ３１および、ポンプ３１からの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油をオイルタンクへ１８と戻すための戻り流路４６とを有するフルアクティブ回路部とを備えた鉄道車両の制振用ダンパ５。
【解決手段】シリンダ１０とオイルタンク１８との間に、シリンダ１０の伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および、作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、油圧回路は、シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁２１および、シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁２３とを備えたセミアクティブ回路部と、セミアクティブ回路部へオイルタンク１８からの作動油を供給するポンプ３１および、ポンプ３１からの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油をオイルタンクへ１８と戻すための戻り流路４６とを有するフルアクティブ回路部とを備えた鉄道車両の制振用ダンパ５。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の走行中に発生する車体の揺れを抑えて乗り心地を向上させるための制振用ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
下許文献１には、セミアクティブの機能に加えフルアクティブの機能をも備えた制振用ダンパが開示されている。この制振用ダンパは、アキュムレータがオンロード制御時に蓄圧し、その圧力を利用してアクティブダンパとして機能させることができるようにしたものである。更に別の制振用ダンパとして、油圧回路にポンプを設け、常時アキュムレータを蓄圧可能にした完全なフルアクティブダンパも開示されいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した完全なフルアクティブの制振用ダンパは、アキュムレータとポンプを併用することにより構成が複雑になる他、装置として大きくなってしまうため、よりコンパクトなものが望まれている。そこで、ポンプによって作動油を送り込んで直接フルアクティブ機能を発揮させることも考えられる。しかし、制振用ダンパを構成するシリンダの伸長を適切に制御するには、シリンダの荷重方向の検出やモータの回転数制御などが必要になり、構成が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべく、フルアクティブとの機能を備えたコンパクトな鉄道車両の制振用ダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、シリンダとオイルタンクとの間に、前記シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および該作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、前記油圧回路は、前記シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁および、前記シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁とを備えたセミアクティブ回路部と、前記セミアクティブ回路部へオイルタンクからの作動油を供給するポンプおよび、前記ポンプからの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油を前記オイルタンクへと戻すための戻り流路とを有するフルアクティブ回路部とを備えたものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、前記フルアクティブ回路部が、前記戻り流路にフルアクティブ作動時の制振荷重を調整するための比例リリーフ弁が設けられたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、前記フルアクティブ回路部が、前記戻り流路に設定圧が一定のリリーフ弁が設けられたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、オンロード制御からアンロード制御へのスムーズな切り替えを、第１及び第２比例リリーフ弁などによるセミアクティブ回路部の簡易な構成によって可能とすることができ、フルアクティブ回路部では、比例リリーフ弁などを設けた戻り流路を有することで、ポンプやモータに小型のものを使用することができ、そのため制振用ダンパ全体として部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによってコンパクトにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】鉄道車両に設けられた制振装置を概念的に示した図であり、車体長手方向に見た図である。
【図２】第１実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【図３】第１実施形態の制振用ダンパについて伸びオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図４】第１実施形態の制振用ダンパについて縮みオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図５】ダンパの伸縮方向と伸縮速度を一定にした場合の荷重指令と制振用ダンパによる制振荷重を示したグラフである。
【図６】第２実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【図７】第２実施形態の制振用ダンパについて伸びオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図８】第２実施形態の制振用ダンパについて縮みオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図９】第３実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、鉄道車両に設けられた制振装置を概念的に示した図であり、車体長手方向に見た図である。鉄道車両１は、前後２台の台車３に空気バネ４を介して車体２が載せられ、車体２の横揺れを防止するための制振装置８が設けられている。制振装置８には、車体２と台車３との間に制振用ダンパ５が連結され、車体２の横揺れに応じて制振用ダンパ５の制振荷重を変化させ、制振度合いの調節を可能にしている。
【００１１】
制振用ダンパ５は、シリンダ１０の作動油を制御する比例リリーフ弁等を備えた油圧回路によって構成され、制振装置８には、その比例リリーフ弁等の作動を制御する制振コントローラ６が設けられている。また、鉄道車両１には、車体２の左右方向の振動を検出する加速度センサ７が設けられ、それに制振コントローラ６が接続されている。
【００１２】
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の制振用ダンパ５を示した回路図である。シリンダ１０は、ピストン１５がヘッド側室１３とロッド側室１４とにシリンダチューブ１１内を仕切り、そのピストン１５には、ヘッド側室１３からロッド側室１４の方向にのみ作動油が流れるようにチェック弁１６を備えた連通路が形成されている。ヘッド側室１３の断面積はピストンロッド１２の断面積の２倍に設定され、伸縮のいずれの場合にでも、シリンダチューブ１１から吐出される作動油の量が同じになるように構成されている。
【００１３】
シリンダ１０には、ヘッド側室１３にチェック弁２５を介してオイルタンク１８が接続されている。一方、ロッド側室１４には流路４１が接続され、その流路４１から流路４２が分岐し、そこに第１比例リリーフ弁２１が設けられている。第１比例リリーフ弁２１の二次側には、流路４２から分岐した流路４３がオイルタンク１８へ接続されている。流路４３には、パッシブ用の低圧リリーフ弁２２と第２比例リリーフ弁２３が直列に設けられている。
【００１４】
第１比例リリーフ弁２１及び第２比例リリーフ弁２３は、ノーマルオープンタイプの電磁比例リリーフ弁であり、図１に示すコントローラ６からの荷重制御信号に従い、リリーフ圧を調整したオンロード制御が行われ、通常の全開状態でアンロード制御を可能にしたものである。制振用ダンパ５には更に、各弁による作動油の流れが遮断したフェイル時にでもオイルを還流させることができるようにするため、ロッド側室１４とオイルタンク１８との間に、オリフィス２６とリリーフ弁２７とが設けられている。
【００１５】
シリンダ１０のヘッド側室１３に接続された流路４４は、低圧リリーフ弁２２と第２比例リリーフ弁２３との間で流路４３に接続され、その流路４４には第１比例リリーフ弁２１を設けた流路４２が接続され、ロッド側室１４側に連通している。流路４２，４４には、それぞれ開閉弁２８，２９が設けられている。開閉弁２８，２９は、両方向への作動油の流れを可能とする開弁状態と、一方向の流れのみを遮断する閉弁状態とが切り替えられるものである。ただし、閉弁状態での作動油の遮断方向は、ヘッド側室１３に対して逆向きになるように構成されている。
【００１６】
制振用ダンパ５は、このように第１比例リリーフ弁２１や第２比例リリーフ弁２３などを備えた流路４１，４２，４３，４４によってセミアクティブ回路部が構成されている。そして、更に制振用ダンパ５には、モータ３２によって駆動するポンプ３１が接続され、シリンダ１０へ積極的に作動油を供給するフルアクティブ回路部が構成されている。フルアクティブ回路部は、ポンプ３１が接続された流路４５と、第３比例リリーフ弁３３が接続された戻り流路４６によって構成されている。
【００１７】
ポンプ３１は、流路４５によってオイルタンク１８に接続され、そのオイルタンク１８の作動油をシリンダ１０側へ供給するようにしたものであり、チェック弁３４を介して流路４１，４２に接続されている。ポンプ３１の二次側では戻り流路４６が分岐し、オイルタンク１８に接続されている。第３比例リリーフ弁３３は、ノーマルオープンタイプの電磁比例リリーフ弁であり、フルアクティブ作動時の制振荷重を調整するためのものである。コントローラ６からの荷重制御信号に従いリリーフ圧が調整される。
【００１８】
次に、図３及び図４は、制振用ダンパ５の制振時における作動油の流れを示した回路図である。図面上、セミアクティブ作動における作動油の流れを太線で示し、ポンプ３１から送られるフルアクティブ作動における作動油の流れを破線で示している。また、セミアクティブ作動の制振用ダンパ５は、シリンダ１０が伸び又は縮みの際に制振荷重を発生させるオンロード（以下、それぞれを「伸びオンロード」又は「縮みオンロード」とする）と、逆の縮み方向や伸び方向に抵抗を与えないようにするアンロード（以下、それぞれを「縮みアンロード」又は「伸びアンロード」とする）とが切り替えられる。例えば、伸びオンロードは、図１に示す車体２が左側に揺れるのを抑えるため、シリンダ１０が伸びに対して制振荷重を発生させる。
【００１９】
制振用ダンパ５は、図１に示す加速度センサ７からの検出信号に基づき、制御コントローラ６が車体横方向の揺れを判断し、第１比例リリーフ弁２１及び第２比例リリーフ弁２３の制御が行われる。また、制振時には両方向に作動油が流れるように開閉弁２８，２９が切り替えられる。そこで、図３の伸びオンロードの場合には、コントローラ６により第１比例リリーフ弁２１及び第３比例リリーフ弁３３のリリーフ圧が設定され、第２比例リリーフ弁２３が全開状態に切り替えられる。
【００２０】
図３（ａ）に示す伸びオンロード時には、シリンダ１０の伸長によりロッド側室１４内の作動油が流路４１へ押し出され、流路４２の第１比例リリーフ弁２１及び開閉弁２８を通り、流路４４を流れてヘッド側室１３へと戻る。このときは、第１比例リリーフ弁２１のリリーフ圧によって制振荷重が発生する。
【００２１】
一方、この伸びオンロード時に、軌道狂いなどにより台車３が車体２と同方向に振れる場合がある。このとき、台車３の振れが速いと、シリンダ１０が収縮してヘッド側室１３内の圧力が高くなる。ヘッド側室１３内の作動油は、図３（ｂ）に示すように流路４４に押し出され、開閉弁２９を通って流路４３へと流れ、更に全開状態の第２比例リリーフ弁２３を通ってオイルタンク１８へと流れる。こうして制振用ダンパ５は縮みアンロードに切り替わり、台車３の振れによって車体２の揺れが大きくなることを防止している。
【００２２】
次に、図４の縮みオンロードの場合、制振用ダンパ５は、図１に示す車体２が右側に揺れてシリンダ１０が収縮し、その収縮作動に対して制振荷重を発生させる。このとき、第２比例リリーフ弁２３のリリーフ圧が設定され、第１比例リリーフ弁２１は全開状態に切り替えられる。制振用ダンパ５は、シリンダ１０が収縮することにより、図４（ａ）に示すように、ヘッド側室１３内の作動油が流路４４へ押し出され、負圧になったロッド側室１４へチェック弁１６を介して一部が流れる。
【００２３】
このとき第１比例リリーフ弁２１が全開状態であるため、流路４１，４２，４４が等圧になっている。流路４４へ押し出された作動油は開閉弁２９を通り、第２比例リリーフ弁２３を介してオイルタンク１８へと流れる。従って、第２比例リリーフ弁２３のリリーフ圧によって制振荷重が発生する。
【００２４】
一方、こうした縮みオンロード時に、軌道狂いなどにより台車３が車体２と同方向に振れた場合、台車３の方が速いと、シリンダ１０が伸びてロッド側室１４内の圧力が高くなる。ロッド側室１４内の作動油は、図４（ｂ）に示すように流路４１に押し出され、全開状態の第１比例リリーフ弁２１を通り、開閉弁２８を通ってヘッド側室１３へ流れる。また、容積の大きいヘッド側室１３には、負圧によってオイルタンク１８からの作動油も流れ込む。従って、この時には制振用ダンパ５が伸びアンロードに切り替わり、台車３の振れによって車体２の揺れが大きくなることを防止している。
【００２５】
ところで、制振用ダンパ５は、こうしたセミアクティブ作動によって制振を実行している場合に、ポンプ３１から作動油がシリンダ１０側へ送り出されている。従って、制振用ダンパ５では、前述したようにセミアクティブダンパとして機能するが、更にポンプ３１から送り出される作動油によって能動的な制振が行われる。特に、本実施形態ではポンプ３１を常時駆動し、作動油が油圧回路を流れるようになっている。これは、制振に対する応答性を良くし、それによってポンプ３１やモータ３２の小型化を図るためである。そして、ポンプ３１の常時駆動を可能にするため、本実施形態では、第３比例リリーフ弁３３を有する戻り流路４６を設けた構成となっている。
【００２６】
仮に、この戻り流路４６が存在しないとすると、ポンプ３１から供給され続ける作動油によってヘッド側室１３やロッド側室１４内の圧力が過剰に高くなり、却って制振機能を損なうことになる。例えば、図３（ａ）に示す伸びオンロードの場合、ヘッド側室１３側に過剰な圧力が作用することになり車体２の揺れを大きくしてしまうからである。こうした課題を解消するには、セミアクティブダンパとしてシリンダ１０が受ける荷重方向を検出し、ポンプ３１の回転数をその都度制御することが考えられる。しかし、それにはシリンダ１０の伸縮速度を測定する必要が生じ、そのための構成が複雑になって制振用ダンパのコストを上げてしまうことになる。
【００２７】
また、モータ３２をその都度制御する構成では、ポンプ３１やモータ３２の応答性が良くない点にも問題がある。すなわち、制振応答が高ければ、車体２の揺れを初期段階で防止するため、制振荷重も小さくすることができ、それに応じてポンプ３１やモータ３２を小型化することができる。しかし、シリンダ１０の伸縮状態を検出しながら作動油の供給を制御したのでは、制振応答が遅れる分だけ必要な制振荷重が大きくなり、それに比例してポンプ３１やモータ３２を大型にしなければならない。それでも小型のものを使用すれば、ポンプ３１やモータ３２が最大トルクで使用される頻度が高くなり、次に制振用ダンパ５について耐久性が問題になる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、こうした様々な問題を考慮し、ポンプ３１の二次側に第３比例リリーフ弁３３を設けた戻り流路４６をオイルタンク１８に接続し、常にポンプ３１からシリンダ１０側へ作動油を供給できるようにした。そのため、制振用ダンパ５では、必要に応じて作動油がシリンダ１０へ送り込まれ、シリンダ１０に対し車体２の揺れに対応した応答性の良い制振が行われる。その一方で過剰な圧力を与えないように圧力調整が行われる。そして、応答性が良いことから、制振荷重が大きくなる前に車体２の揺れを抑えるため、ポンプ３１及びモータ３２を小型のもので構成することが可能となる。
【００２９】
続いて、フルアクティブ回路部を含めた制振用ダンパ５の制振について、図３及び図４を参照して説明する。先ず、前述した図３（ａ）に示す伸びオンロードの場合、制振開始後の初期段階でシリンダ１０の伸縮速度が遅ければ、第１比例リリーフ弁２１の設定圧に達するのに時間を要する。そうした場合でも、ポンプ３１からの作動油が流路４１側へ送り出され、流路４１及びロッド側室１４内の圧力が設定圧に高められることにより、短時間で第１比例リリーフ弁２１による制振荷重を発生させ、車体２に対する制振状態とすることができる。なお、ポンプ３１から第１比例リリーフ弁２１を通った作動油は、流路４２の開閉弁２８を通り、流路４４からヘッド側室１３へ送られる。
【００３０】
第３比例リリーフ弁３３は、フルアクティブ作動時の制振荷重に設定されており、流路４１の流体圧がその設定圧に達すると、ポンプ３１からの作動油は第３比例リリーフ弁３３側へ流れが切り替わり、戻り流路４６を流れてオイルタンク１８へ送り込まれる。その間、ロッド側室１４から送り出された作動油は、前述したように流路４１，４２，４４を通ってヘッド側室１３へ流れ、第１比例リリーフ弁２１によって制振荷重を発生させた伸びオンロードが実行される。
【００３１】
図３（ａ）の伸びオンロード時に、図３（ｂ）の縮みアンロードに切り替わった場合には、ポンプ３１からの作動油は負圧になったシリンダ１０のロッド側室１４へ流れ込む。これにより、縮みアンロード時にでもロッド側室１４側の圧力を高め、シリンダ１０の伸び方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させて車体２の制振が可能になる。そして、ロッド側室１４内の圧力が高くなれば、ポンプ３１からの作動油は流路４２から流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へと送られる。更に圧力が高まった場合には、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１による作動油の流れは戻り流路４６に切り替わる。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示す縮みオンロードの場合、ポンプ３１からの作動油は負圧になったロッド側室１４へ流れる。その後、第１比例リリーフ弁２１の設定圧が低いため、作動油の流れが流路４２へ切り替わり、流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へ流れる。更に太線で示す流れの圧力が高くなることで第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６に流れ、オイルタンク１８へと送られる。その間、ヘッド側室１３から送り出された作動油は、前述したように流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へ流れ、第２比例リリーフ弁２３によって制振荷重を発生させた縮みオンロードが実行される。
【００３３】
縮みオンロードに切り替わった際、制振開始後の初期段階でシリンダ１０の伸縮速度が遅ければ、流路４１，４２側の圧力が低くヘッド側室１３からの作動油が第２比例リリーフ弁２３の設定圧に達しないため、制振荷重を発生させるのに時間を要する。この点、ポンプ３１から作動油が供給され、流路４１，４２及び流路４４を第２比例リリーフ弁２３の設定圧にすることにより、短時間で制振荷重を発生させて車体２に対する制振が可能となる。
【００３４】
図４（ａ）の縮みオンロード時に、図４（ｂ）の伸びアンロードに切り替わった場合には、ポンプ３１からの作動油は負圧になったヘッド側室１３へ流れ込む。これにより、伸びアンロード時にでもヘッド側室１３側の圧力を高め、シリンダ１０の縮み方向（図面右側）に対する制振荷重を発生させ、車体２の制振が可能になる。そして、ヘッド側室１３内の圧力が高くなれば、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６からオイルタンク１８へ流れ、また、流路４４へ流れた作動油は、ヘッド側室１３の流れが制限された後は、流路４３の第２比例リリーフ弁２３を通ってオイルタンク１８へ流れる。
【００３５】
このような制振用ダンパ５によれば、伸び又は縮みオンロードの際に生じるアンロードへの切り替えを、第１及び第２比例リリーフ弁２１，２３などによるセミアクティブ回路部の簡易な構成によって可能とすることができた。更に、フルアクティブ回路部では、第３比例リリーフ弁３３を設けることで、ポンプ３１やモータ３２に小型のものを使用することを可能にした。そのため、部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによって制振用ダンパ５をコンパクトにして設置スペースを小さくすることを可能にし、また、コストの低下やメンテナンス作業の軽減も可能になった。
【００３６】
ここで、図５は、ダンパの伸縮方向と伸縮速度を一定にした場合の荷重指令（ａ）と、従来の制振用ダンパによる制振荷重（ｂ）と、制振用ダンパ５による制振荷重（ｃ）を示したグラフである。各制振用ダンパは、図５（ａ）の荷重指令に従ったオンロード制御が行われ、指令値が負となるＴ１〜Ｔ２の間でアンロード制御が行われる。従来の制振用ダンパでは、図５（ｂ）に示すようにアンロードとオンロードとの切り換え時に大きな荷重変化（衝撃加速度）が生じてしまい、乗心地を悪くするという問題があった。しかし、本実施形態の制振用ダンパ５では、第１及び第２比例リリーフ弁２１，２３のそれぞれ一によってオンロードとアンロードとが切り替えられるため、Ｔ１，Ｔ２の切り換え時に荷重変化がなくなり、乗心地を向上させることが可能になった。
【００３７】
また、制振用ダンパ５は、Ｔ１，Ｔ２時の前後で制振荷重が最小値Ｐ３となっている。これは、前述したように第１、第２比例リリーフ弁２１，２３が全開状態になっているからである。この点、制振用ダンパ５によれば、第１、第２比例リリーフ弁２１，２３によりアンロード時の制振荷重が調整可能なので、横揺れが大きくストッパ当りが懸念されるような場合には、敢えてアンロード時の制振荷重を高くし、ストッパに勢いよく当たらないようにして衝撃による乗心地悪化を防止することができる。また、制振用ダンパ５では、第１、第２比例リリーフ弁２１，２３の切替音による騒音を発生させないものとすることができた。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、制振用ダンパの第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。この制振用ダンパ５０は、第１実施形態の制振用ダンパ５においてセミアクティブ回路部の構成を変更したものであり、シリンダ１０やフルアクティブ回路部の構成は共通である。そうした共通する構成に関しては同じ符号を付して説明する。また、制振用ダンパ５０は、図１において制振用ダンパ５と置き替えられるものである。
【００３９】
制振用ダンパ５０は、ロッド側室１４とポンプ３１を結ぶ流路５１から分岐した流路５２に第１比例リリーフ弁５５と第２比例リリーフ弁５６とが直列に設けられ、オイルタンク１８に接続されている。流路５２は、第１比例リリーフ弁５５と第２比例リリーフ弁５６との間で流路５３が分岐し、その流路５３がヘッド側室１３に接続されている。第１比例リリーフ弁５５及び第２比例リリーフ弁５６は、ノーマルクローズタイプの電磁比例リリーフ弁であり、コントローラ６からの荷重制御信号に従いリリーフ圧を開度調整によって変化させたオンロード制御が行われ、全開状態にすることでアンロード状態にするようにしている。
【００４０】
制振用ダンパ５０には、無通電状態などのフェイル時にでも作動油をロッド側室１４からオイルタンク１８へ流せるようにパッシブ回路が構成されている。流路５２から流路５４が分岐してオイルタンク１８へ接続され、そこにフェイルセーフ弁５７とオリフィス５８が設けられ、更にオリフィス５８と並列にリリーフ弁５９が接続されている。フェイルセーフ弁５７は、ノーマルオープンの電磁開閉弁であって、フェイル時にはオリフィス５８を介してシリンダ１０のロッド室１４とオイルタンク１８とが連通するようになっている。ロッド側室１４からの吐出流量が大きい場合には、リリーフ弁５９が作動することとなる。
【００４１】
こうした制振用ダンパ５０は、鉄道車両の走行時にフェイルセーフ弁５７が閉じられ、加速度センサ７からの検出信号に基づいて制御コントローラ６が左右方向の振動を判断し、第１比例リリーフ弁５５、第２比例リリーフ弁５６及び第３比例リリーフ弁３３の制御が行われる。ここで、図７及び図８は、制振用ダンパ５０における制振時の作動油の流れを示した回路図であり、図面上、セミアクティブ作動における作動油の流れを太線で示し、ポンプ３１から送られるフルアクティブ作動における作動油の流れを破線で示している。
【００４２】
図７（ａ）に示す伸びオンロードの場合、ロッド側室１４内の作動油が流路５１へ押し出され、第１比例リリーフ弁５５を通り、更に流路５３からヘッド側室１３へと戻る。従って、第１比例リリーフ弁５５のリリーフ圧によってシリンダ１０に制振荷重が発生する。一方で、ポンプ３１からの作動油は、チェック弁３４を通って流路５２へ流れ、更に流路５３からヘッド側室１３へと流れる。これにより、シリンダ１０の伸縮速度が遅くても、ポンプ３１からの作動油によって第１比例リリーフ弁５５の設定圧に達し、短時間で制振荷重を発生させることができる。その後、第３比例リリーフ弁３３の設定圧に達すると、ポンプ３１からの作動油は流れが切り替わり、戻り流路４６を流れてオイルタンク１８へ送り込まれる。
【００４３】
そして、伸びオンロード時に図７（ｂ）に示す縮みアンロードに切り替わると、ヘッド側室１３内の作動油が流路５３に押し出され、また負圧になったロッド側室１４へと一部が流れる。流路５３に押し出された作動油は、全開の第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へと流れる。このとき、ポンプ３１からの作動油は負圧になったロッド側室１４へ流れ込み、縮みアンロード時にでもロッド側室１４側の圧力を高め、シリンダ１０の伸び方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させることにより、車体２の制振が可能になる。そして、ロッド側室１４内の圧力が高くなれば、ポンプ３１からの作動油は流路５２を通ってオイルタンク１８へと送られる。更に圧力が高まった場合には、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１による作動油の流れは戻り流路４６に切り替わる。
【００４４】
次に、図８（ａ）に示す縮みオンロードの場合には、ヘッド側室１３内の作動油が流路５３へ押し出され、第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へ流れる。従って、第２比例リリーフ弁５６のリリーフ圧によってシリンダ１０に制振荷重が発生する。一方、ポンプ３１からの作動油は、先ず負圧になったロッド側室１４へ流れ、その後は第１比例リリーフ弁５５の設定圧が低いため、作動油の流れが流路５２へ切り替わりオイルタンク１８へ流れる。更に太線で示す流れの圧力が高くなることで第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６に流れ、オイルタンク１８へと送られる。
【００４５】
そして、縮みオンロード時に図８（ｂ）に示す伸びアンロードに切り替わると、ロッド側室１４内の作動油が流路５１へ押し出され、流路５２の第１比例リリーフ弁５５を通り、流路５３からヘッド側室１３へと流れる。また、ヘッド側室１３には、負圧によってオイルタンク１８からの作動油も流れ込む。このとき、ポンプ３１からの作動油は、第１比例リリーフ弁５５を介して流路５３を流れ、負圧になったヘッド側室１３へ送られる。これにより、伸びアンロード時にでもヘッド側室１３側の圧力を高め、シリンダ１０の縮み方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させることにより、車体２の制振が可能になる。そして、ヘッド側室１３内の圧力が高くなれば、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６からオイルタンク１８へ流れ、また、流路５２へ流れた作動油はヘッド側室１３の流れが制限された後は、第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へ流れる。
【００４６】
このような制振用ダンパ５０によれば、第１実施形態の制振用ダンパ５と同様に、部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによりコンパクトにし、よって設置スペースを小さくすることを可能にし、また、コストの低下やメンテナンス作業の軽減も可能になった。また、第１及び第２比例リリーフ弁５５，５６のそれぞれ一によってオンロードとアンロードとを切り替えるため、その切り換え時における荷重変化がなくなり、乗心地を向上させることが可能になった。また、第１、第２比例リリーフ弁５５，５６によりアンロード荷重も制御可能であるので、横揺れが大きくストッパ当りが懸念される場合には敢えてアンロード荷重を高くし、ストッパに勢いよく当たらないようにして衝撃による乗心地悪化を防止することができる。更に、制振用ダンパ５０では、第１、第２比例リリーフ弁５５，５６の切替音による騒音を発生させないものとすることができた。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、制振用ダンパの第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。この制振用ダンパ６０は、第１実施形態の制振用ダンパ５についてフルアクティブ回路部の構成を変更したものである。その他の共通する構成に関しては同じ符号を付して説明する。また、制振用ダンパ６０は、図１において制振用ダンパ５と置き替えられるものである。
【００４８】
制振用ダンパ６０の戻り流路４６には、第３比例リリーフ弁３３の代わりにリリーフ圧の設定値が小さいリリーフ弁６５を設け、それに応じてトルクを小さくしたポンプ６６及びモータ６７によって構成したものである。従って、本実施形態の制振用ダンパ６０によれば、ポンプ６６のトルクは小さいが、それでも図３（ｂ）の縮みアンロードや図４（ｂ）の伸びアンロードのような場合に、負圧になったシリンダ１０のロッド側室１４やヘッド側室１３へ作動油を充填することができる。これにより、第１及び第２実施形態のように、シリンダ１０に対して積極的に制振荷重を発生させることはできないが、図３に示す場合には伸びに対して、図４に示す場合には縮みに対してそれぞれ制振荷重を作用させることができる。
【００４９】
以上、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパについて実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、セミアクティブ回路部については、図２及び図６の例を挙げて説明したが、その他の回路構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 鉄道車両
２ 車体
３ 台車
５ 制振用ダンパ
１０ シリンダ
１１ シリンダチューブ
１３ ヘッド側室
１４ ロッド側室
１８ オイルタンク
２１ 第１比例リリーフ弁
２３ 第２比例リリーフ弁
３１ ポンプ
３２ モータ
３３ 第３比例リリーフ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の走行中に発生する車体の揺れを抑えて乗り心地を向上させるための制振用ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
下許文献１には、セミアクティブの機能に加えフルアクティブの機能をも備えた制振用ダンパが開示されている。この制振用ダンパは、アキュムレータがオンロード制御時に蓄圧し、その圧力を利用してアクティブダンパとして機能させることができるようにしたものである。更に別の制振用ダンパとして、油圧回路にポンプを設け、常時アキュムレータを蓄圧可能にした完全なフルアクティブダンパも開示されいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した完全なフルアクティブの制振用ダンパは、アキュムレータとポンプを併用することにより構成が複雑になる他、装置として大きくなってしまうため、よりコンパクトなものが望まれている。そこで、ポンプによって作動油を送り込んで直接フルアクティブ機能を発揮させることも考えられる。しかし、制振用ダンパを構成するシリンダの伸長を適切に制御するには、シリンダの荷重方向の検出やモータの回転数制御などが必要になり、構成が複雑になるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべく、フルアクティブとの機能を備えたコンパクトな鉄道車両の制振用ダンパを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、シリンダとオイルタンクとの間に、前記シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および該作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、前記油圧回路は、前記シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁および、前記シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁とを備えたセミアクティブ回路部と、前記セミアクティブ回路部へオイルタンクからの作動油を供給するポンプおよび、前記ポンプからの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油を前記オイルタンクへと戻すための戻り流路とを有するフルアクティブ回路部とを備えたものであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、前記フルアクティブ回路部が、前記戻り流路にフルアクティブ作動時の制振荷重を調整するための比例リリーフ弁が設けられたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパは、前記フルアクティブ回路部が、前記戻り流路に設定圧が一定のリリーフ弁が設けられたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、オンロード制御からアンロード制御へのスムーズな切り替えを、第１及び第２比例リリーフ弁などによるセミアクティブ回路部の簡易な構成によって可能とすることができ、フルアクティブ回路部では、比例リリーフ弁などを設けた戻り流路を有することで、ポンプやモータに小型のものを使用することができ、そのため制振用ダンパ全体として部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによってコンパクトにすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】鉄道車両に設けられた制振装置を概念的に示した図であり、車体長手方向に見た図である。
【図２】第１実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【図３】第１実施形態の制振用ダンパについて伸びオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図４】第１実施形態の制振用ダンパについて縮みオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図５】ダンパの伸縮方向と伸縮速度を一定にした場合の荷重指令と制振用ダンパによる制振荷重を示したグラフである。
【図６】第２実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【図７】第２実施形態の制振用ダンパについて伸びオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図８】第２実施形態の制振用ダンパについて縮みオンロードの場合の作動油の流れを示した回路図である。
【図９】第３実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、鉄道車両に設けられた制振装置を概念的に示した図であり、車体長手方向に見た図である。鉄道車両１は、前後２台の台車３に空気バネ４を介して車体２が載せられ、車体２の横揺れを防止するための制振装置８が設けられている。制振装置８には、車体２と台車３との間に制振用ダンパ５が連結され、車体２の横揺れに応じて制振用ダンパ５の制振荷重を変化させ、制振度合いの調節を可能にしている。
【００１１】
制振用ダンパ５は、シリンダ１０の作動油を制御する比例リリーフ弁等を備えた油圧回路によって構成され、制振装置８には、その比例リリーフ弁等の作動を制御する制振コントローラ６が設けられている。また、鉄道車両１には、車体２の左右方向の振動を検出する加速度センサ７が設けられ、それに制振コントローラ６が接続されている。
【００１２】
（第１実施形態）
図２は、第１実施形態の制振用ダンパ５を示した回路図である。シリンダ１０は、ピストン１５がヘッド側室１３とロッド側室１４とにシリンダチューブ１１内を仕切り、そのピストン１５には、ヘッド側室１３からロッド側室１４の方向にのみ作動油が流れるようにチェック弁１６を備えた連通路が形成されている。ヘッド側室１３の断面積はピストンロッド１２の断面積の２倍に設定され、伸縮のいずれの場合にでも、シリンダチューブ１１から吐出される作動油の量が同じになるように構成されている。
【００１３】
シリンダ１０には、ヘッド側室１３にチェック弁２５を介してオイルタンク１８が接続されている。一方、ロッド側室１４には流路４１が接続され、その流路４１から流路４２が分岐し、そこに第１比例リリーフ弁２１が設けられている。第１比例リリーフ弁２１の二次側には、流路４２から分岐した流路４３がオイルタンク１８へ接続されている。流路４３には、パッシブ用の低圧リリーフ弁２２と第２比例リリーフ弁２３が直列に設けられている。
【００１４】
第１比例リリーフ弁２１及び第２比例リリーフ弁２３は、ノーマルオープンタイプの電磁比例リリーフ弁であり、図１に示すコントローラ６からの荷重制御信号に従い、リリーフ圧を調整したオンロード制御が行われ、通常の全開状態でアンロード制御を可能にしたものである。制振用ダンパ５には更に、各弁による作動油の流れが遮断したフェイル時にでもオイルを還流させることができるようにするため、ロッド側室１４とオイルタンク１８との間に、オリフィス２６とリリーフ弁２７とが設けられている。
【００１５】
シリンダ１０のヘッド側室１３に接続された流路４４は、低圧リリーフ弁２２と第２比例リリーフ弁２３との間で流路４３に接続され、その流路４４には第１比例リリーフ弁２１を設けた流路４２が接続され、ロッド側室１４側に連通している。流路４２，４４には、それぞれ開閉弁２８，２９が設けられている。開閉弁２８，２９は、両方向への作動油の流れを可能とする開弁状態と、一方向の流れのみを遮断する閉弁状態とが切り替えられるものである。ただし、閉弁状態での作動油の遮断方向は、ヘッド側室１３に対して逆向きになるように構成されている。
【００１６】
制振用ダンパ５は、このように第１比例リリーフ弁２１や第２比例リリーフ弁２３などを備えた流路４１，４２，４３，４４によってセミアクティブ回路部が構成されている。そして、更に制振用ダンパ５には、モータ３２によって駆動するポンプ３１が接続され、シリンダ１０へ積極的に作動油を供給するフルアクティブ回路部が構成されている。フルアクティブ回路部は、ポンプ３１が接続された流路４５と、第３比例リリーフ弁３３が接続された戻り流路４６によって構成されている。
【００１７】
ポンプ３１は、流路４５によってオイルタンク１８に接続され、そのオイルタンク１８の作動油をシリンダ１０側へ供給するようにしたものであり、チェック弁３４を介して流路４１，４２に接続されている。ポンプ３１の二次側では戻り流路４６が分岐し、オイルタンク１８に接続されている。第３比例リリーフ弁３３は、ノーマルオープンタイプの電磁比例リリーフ弁であり、フルアクティブ作動時の制振荷重を調整するためのものである。コントローラ６からの荷重制御信号に従いリリーフ圧が調整される。
【００１８】
次に、図３及び図４は、制振用ダンパ５の制振時における作動油の流れを示した回路図である。図面上、セミアクティブ作動における作動油の流れを太線で示し、ポンプ３１から送られるフルアクティブ作動における作動油の流れを破線で示している。また、セミアクティブ作動の制振用ダンパ５は、シリンダ１０が伸び又は縮みの際に制振荷重を発生させるオンロード（以下、それぞれを「伸びオンロード」又は「縮みオンロード」とする）と、逆の縮み方向や伸び方向に抵抗を与えないようにするアンロード（以下、それぞれを「縮みアンロード」又は「伸びアンロード」とする）とが切り替えられる。例えば、伸びオンロードは、図１に示す車体２が左側に揺れるのを抑えるため、シリンダ１０が伸びに対して制振荷重を発生させる。
【００１９】
制振用ダンパ５は、図１に示す加速度センサ７からの検出信号に基づき、制御コントローラ６が車体横方向の揺れを判断し、第１比例リリーフ弁２１及び第２比例リリーフ弁２３の制御が行われる。また、制振時には両方向に作動油が流れるように開閉弁２８，２９が切り替えられる。そこで、図３の伸びオンロードの場合には、コントローラ６により第１比例リリーフ弁２１及び第３比例リリーフ弁３３のリリーフ圧が設定され、第２比例リリーフ弁２３が全開状態に切り替えられる。
【００２０】
図３（ａ）に示す伸びオンロード時には、シリンダ１０の伸長によりロッド側室１４内の作動油が流路４１へ押し出され、流路４２の第１比例リリーフ弁２１及び開閉弁２８を通り、流路４４を流れてヘッド側室１３へと戻る。このときは、第１比例リリーフ弁２１のリリーフ圧によって制振荷重が発生する。
【００２１】
一方、この伸びオンロード時に、軌道狂いなどにより台車３が車体２と同方向に振れる場合がある。このとき、台車３の振れが速いと、シリンダ１０が収縮してヘッド側室１３内の圧力が高くなる。ヘッド側室１３内の作動油は、図３（ｂ）に示すように流路４４に押し出され、開閉弁２９を通って流路４３へと流れ、更に全開状態の第２比例リリーフ弁２３を通ってオイルタンク１８へと流れる。こうして制振用ダンパ５は縮みアンロードに切り替わり、台車３の振れによって車体２の揺れが大きくなることを防止している。
【００２２】
次に、図４の縮みオンロードの場合、制振用ダンパ５は、図１に示す車体２が右側に揺れてシリンダ１０が収縮し、その収縮作動に対して制振荷重を発生させる。このとき、第２比例リリーフ弁２３のリリーフ圧が設定され、第１比例リリーフ弁２１は全開状態に切り替えられる。制振用ダンパ５は、シリンダ１０が収縮することにより、図４（ａ）に示すように、ヘッド側室１３内の作動油が流路４４へ押し出され、負圧になったロッド側室１４へチェック弁１６を介して一部が流れる。
【００２３】
このとき第１比例リリーフ弁２１が全開状態であるため、流路４１，４２，４４が等圧になっている。流路４４へ押し出された作動油は開閉弁２９を通り、第２比例リリーフ弁２３を介してオイルタンク１８へと流れる。従って、第２比例リリーフ弁２３のリリーフ圧によって制振荷重が発生する。
【００２４】
一方、こうした縮みオンロード時に、軌道狂いなどにより台車３が車体２と同方向に振れた場合、台車３の方が速いと、シリンダ１０が伸びてロッド側室１４内の圧力が高くなる。ロッド側室１４内の作動油は、図４（ｂ）に示すように流路４１に押し出され、全開状態の第１比例リリーフ弁２１を通り、開閉弁２８を通ってヘッド側室１３へ流れる。また、容積の大きいヘッド側室１３には、負圧によってオイルタンク１８からの作動油も流れ込む。従って、この時には制振用ダンパ５が伸びアンロードに切り替わり、台車３の振れによって車体２の揺れが大きくなることを防止している。
【００２５】
ところで、制振用ダンパ５は、こうしたセミアクティブ作動によって制振を実行している場合に、ポンプ３１から作動油がシリンダ１０側へ送り出されている。従って、制振用ダンパ５では、前述したようにセミアクティブダンパとして機能するが、更にポンプ３１から送り出される作動油によって能動的な制振が行われる。特に、本実施形態ではポンプ３１を常時駆動し、作動油が油圧回路を流れるようになっている。これは、制振に対する応答性を良くし、それによってポンプ３１やモータ３２の小型化を図るためである。そして、ポンプ３１の常時駆動を可能にするため、本実施形態では、第３比例リリーフ弁３３を有する戻り流路４６を設けた構成となっている。
【００２６】
仮に、この戻り流路４６が存在しないとすると、ポンプ３１から供給され続ける作動油によってヘッド側室１３やロッド側室１４内の圧力が過剰に高くなり、却って制振機能を損なうことになる。例えば、図３（ａ）に示す伸びオンロードの場合、ヘッド側室１３側に過剰な圧力が作用することになり車体２の揺れを大きくしてしまうからである。こうした課題を解消するには、セミアクティブダンパとしてシリンダ１０が受ける荷重方向を検出し、ポンプ３１の回転数をその都度制御することが考えられる。しかし、それにはシリンダ１０の伸縮速度を測定する必要が生じ、そのための構成が複雑になって制振用ダンパのコストを上げてしまうことになる。
【００２７】
また、モータ３２をその都度制御する構成では、ポンプ３１やモータ３２の応答性が良くない点にも問題がある。すなわち、制振応答が高ければ、車体２の揺れを初期段階で防止するため、制振荷重も小さくすることができ、それに応じてポンプ３１やモータ３２を小型化することができる。しかし、シリンダ１０の伸縮状態を検出しながら作動油の供給を制御したのでは、制振応答が遅れる分だけ必要な制振荷重が大きくなり、それに比例してポンプ３１やモータ３２を大型にしなければならない。それでも小型のものを使用すれば、ポンプ３１やモータ３２が最大トルクで使用される頻度が高くなり、次に制振用ダンパ５について耐久性が問題になる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、こうした様々な問題を考慮し、ポンプ３１の二次側に第３比例リリーフ弁３３を設けた戻り流路４６をオイルタンク１８に接続し、常にポンプ３１からシリンダ１０側へ作動油を供給できるようにした。そのため、制振用ダンパ５では、必要に応じて作動油がシリンダ１０へ送り込まれ、シリンダ１０に対し車体２の揺れに対応した応答性の良い制振が行われる。その一方で過剰な圧力を与えないように圧力調整が行われる。そして、応答性が良いことから、制振荷重が大きくなる前に車体２の揺れを抑えるため、ポンプ３１及びモータ３２を小型のもので構成することが可能となる。
【００２９】
続いて、フルアクティブ回路部を含めた制振用ダンパ５の制振について、図３及び図４を参照して説明する。先ず、前述した図３（ａ）に示す伸びオンロードの場合、制振開始後の初期段階でシリンダ１０の伸縮速度が遅ければ、第１比例リリーフ弁２１の設定圧に達するのに時間を要する。そうした場合でも、ポンプ３１からの作動油が流路４１側へ送り出され、流路４１及びロッド側室１４内の圧力が設定圧に高められることにより、短時間で第１比例リリーフ弁２１による制振荷重を発生させ、車体２に対する制振状態とすることができる。なお、ポンプ３１から第１比例リリーフ弁２１を通った作動油は、流路４２の開閉弁２８を通り、流路４４からヘッド側室１３へ送られる。
【００３０】
第３比例リリーフ弁３３は、フルアクティブ作動時の制振荷重に設定されており、流路４１の流体圧がその設定圧に達すると、ポンプ３１からの作動油は第３比例リリーフ弁３３側へ流れが切り替わり、戻り流路４６を流れてオイルタンク１８へ送り込まれる。その間、ロッド側室１４から送り出された作動油は、前述したように流路４１，４２，４４を通ってヘッド側室１３へ流れ、第１比例リリーフ弁２１によって制振荷重を発生させた伸びオンロードが実行される。
【００３１】
図３（ａ）の伸びオンロード時に、図３（ｂ）の縮みアンロードに切り替わった場合には、ポンプ３１からの作動油は負圧になったシリンダ１０のロッド側室１４へ流れ込む。これにより、縮みアンロード時にでもロッド側室１４側の圧力を高め、シリンダ１０の伸び方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させて車体２の制振が可能になる。そして、ロッド側室１４内の圧力が高くなれば、ポンプ３１からの作動油は流路４２から流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へと送られる。更に圧力が高まった場合には、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１による作動油の流れは戻り流路４６に切り替わる。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示す縮みオンロードの場合、ポンプ３１からの作動油は負圧になったロッド側室１４へ流れる。その後、第１比例リリーフ弁２１の設定圧が低いため、作動油の流れが流路４２へ切り替わり、流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へ流れる。更に太線で示す流れの圧力が高くなることで第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６に流れ、オイルタンク１８へと送られる。その間、ヘッド側室１３から送り出された作動油は、前述したように流路４４，４３を通ってオイルタンク１８へ流れ、第２比例リリーフ弁２３によって制振荷重を発生させた縮みオンロードが実行される。
【００３３】
縮みオンロードに切り替わった際、制振開始後の初期段階でシリンダ１０の伸縮速度が遅ければ、流路４１，４２側の圧力が低くヘッド側室１３からの作動油が第２比例リリーフ弁２３の設定圧に達しないため、制振荷重を発生させるのに時間を要する。この点、ポンプ３１から作動油が供給され、流路４１，４２及び流路４４を第２比例リリーフ弁２３の設定圧にすることにより、短時間で制振荷重を発生させて車体２に対する制振が可能となる。
【００３４】
図４（ａ）の縮みオンロード時に、図４（ｂ）の伸びアンロードに切り替わった場合には、ポンプ３１からの作動油は負圧になったヘッド側室１３へ流れ込む。これにより、伸びアンロード時にでもヘッド側室１３側の圧力を高め、シリンダ１０の縮み方向（図面右側）に対する制振荷重を発生させ、車体２の制振が可能になる。そして、ヘッド側室１３内の圧力が高くなれば、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６からオイルタンク１８へ流れ、また、流路４４へ流れた作動油は、ヘッド側室１３の流れが制限された後は、流路４３の第２比例リリーフ弁２３を通ってオイルタンク１８へ流れる。
【００３５】
このような制振用ダンパ５によれば、伸び又は縮みオンロードの際に生じるアンロードへの切り替えを、第１及び第２比例リリーフ弁２１，２３などによるセミアクティブ回路部の簡易な構成によって可能とすることができた。更に、フルアクティブ回路部では、第３比例リリーフ弁３３を設けることで、ポンプ３１やモータ３２に小型のものを使用することを可能にした。そのため、部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによって制振用ダンパ５をコンパクトにして設置スペースを小さくすることを可能にし、また、コストの低下やメンテナンス作業の軽減も可能になった。
【００３６】
ここで、図５は、ダンパの伸縮方向と伸縮速度を一定にした場合の荷重指令（ａ）と、従来の制振用ダンパによる制振荷重（ｂ）と、制振用ダンパ５による制振荷重（ｃ）を示したグラフである。各制振用ダンパは、図５（ａ）の荷重指令に従ったオンロード制御が行われ、指令値が負となるＴ１〜Ｔ２の間でアンロード制御が行われる。従来の制振用ダンパでは、図５（ｂ）に示すようにアンロードとオンロードとの切り換え時に大きな荷重変化（衝撃加速度）が生じてしまい、乗心地を悪くするという問題があった。しかし、本実施形態の制振用ダンパ５では、第１及び第２比例リリーフ弁２１，２３のそれぞれ一によってオンロードとアンロードとが切り替えられるため、Ｔ１，Ｔ２の切り換え時に荷重変化がなくなり、乗心地を向上させることが可能になった。
【００３７】
また、制振用ダンパ５は、Ｔ１，Ｔ２時の前後で制振荷重が最小値Ｐ３となっている。これは、前述したように第１、第２比例リリーフ弁２１，２３が全開状態になっているからである。この点、制振用ダンパ５によれば、第１、第２比例リリーフ弁２１，２３によりアンロード時の制振荷重が調整可能なので、横揺れが大きくストッパ当りが懸念されるような場合には、敢えてアンロード時の制振荷重を高くし、ストッパに勢いよく当たらないようにして衝撃による乗心地悪化を防止することができる。また、制振用ダンパ５では、第１、第２比例リリーフ弁２１，２３の切替音による騒音を発生させないものとすることができた。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、制振用ダンパの第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。この制振用ダンパ５０は、第１実施形態の制振用ダンパ５においてセミアクティブ回路部の構成を変更したものであり、シリンダ１０やフルアクティブ回路部の構成は共通である。そうした共通する構成に関しては同じ符号を付して説明する。また、制振用ダンパ５０は、図１において制振用ダンパ５と置き替えられるものである。
【００３９】
制振用ダンパ５０は、ロッド側室１４とポンプ３１を結ぶ流路５１から分岐した流路５２に第１比例リリーフ弁５５と第２比例リリーフ弁５６とが直列に設けられ、オイルタンク１８に接続されている。流路５２は、第１比例リリーフ弁５５と第２比例リリーフ弁５６との間で流路５３が分岐し、その流路５３がヘッド側室１３に接続されている。第１比例リリーフ弁５５及び第２比例リリーフ弁５６は、ノーマルクローズタイプの電磁比例リリーフ弁であり、コントローラ６からの荷重制御信号に従いリリーフ圧を開度調整によって変化させたオンロード制御が行われ、全開状態にすることでアンロード状態にするようにしている。
【００４０】
制振用ダンパ５０には、無通電状態などのフェイル時にでも作動油をロッド側室１４からオイルタンク１８へ流せるようにパッシブ回路が構成されている。流路５２から流路５４が分岐してオイルタンク１８へ接続され、そこにフェイルセーフ弁５７とオリフィス５８が設けられ、更にオリフィス５８と並列にリリーフ弁５９が接続されている。フェイルセーフ弁５７は、ノーマルオープンの電磁開閉弁であって、フェイル時にはオリフィス５８を介してシリンダ１０のロッド室１４とオイルタンク１８とが連通するようになっている。ロッド側室１４からの吐出流量が大きい場合には、リリーフ弁５９が作動することとなる。
【００４１】
こうした制振用ダンパ５０は、鉄道車両の走行時にフェイルセーフ弁５７が閉じられ、加速度センサ７からの検出信号に基づいて制御コントローラ６が左右方向の振動を判断し、第１比例リリーフ弁５５、第２比例リリーフ弁５６及び第３比例リリーフ弁３３の制御が行われる。ここで、図７及び図８は、制振用ダンパ５０における制振時の作動油の流れを示した回路図であり、図面上、セミアクティブ作動における作動油の流れを太線で示し、ポンプ３１から送られるフルアクティブ作動における作動油の流れを破線で示している。
【００４２】
図７（ａ）に示す伸びオンロードの場合、ロッド側室１４内の作動油が流路５１へ押し出され、第１比例リリーフ弁５５を通り、更に流路５３からヘッド側室１３へと戻る。従って、第１比例リリーフ弁５５のリリーフ圧によってシリンダ１０に制振荷重が発生する。一方で、ポンプ３１からの作動油は、チェック弁３４を通って流路５２へ流れ、更に流路５３からヘッド側室１３へと流れる。これにより、シリンダ１０の伸縮速度が遅くても、ポンプ３１からの作動油によって第１比例リリーフ弁５５の設定圧に達し、短時間で制振荷重を発生させることができる。その後、第３比例リリーフ弁３３の設定圧に達すると、ポンプ３１からの作動油は流れが切り替わり、戻り流路４６を流れてオイルタンク１８へ送り込まれる。
【００４３】
そして、伸びオンロード時に図７（ｂ）に示す縮みアンロードに切り替わると、ヘッド側室１３内の作動油が流路５３に押し出され、また負圧になったロッド側室１４へと一部が流れる。流路５３に押し出された作動油は、全開の第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へと流れる。このとき、ポンプ３１からの作動油は負圧になったロッド側室１４へ流れ込み、縮みアンロード時にでもロッド側室１４側の圧力を高め、シリンダ１０の伸び方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させることにより、車体２の制振が可能になる。そして、ロッド側室１４内の圧力が高くなれば、ポンプ３１からの作動油は流路５２を通ってオイルタンク１８へと送られる。更に圧力が高まった場合には、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１による作動油の流れは戻り流路４６に切り替わる。
【００４４】
次に、図８（ａ）に示す縮みオンロードの場合には、ヘッド側室１３内の作動油が流路５３へ押し出され、第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へ流れる。従って、第２比例リリーフ弁５６のリリーフ圧によってシリンダ１０に制振荷重が発生する。一方、ポンプ３１からの作動油は、先ず負圧になったロッド側室１４へ流れ、その後は第１比例リリーフ弁５５の設定圧が低いため、作動油の流れが流路５２へ切り替わりオイルタンク１８へ流れる。更に太線で示す流れの圧力が高くなることで第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６に流れ、オイルタンク１８へと送られる。
【００４５】
そして、縮みオンロード時に図８（ｂ）に示す伸びアンロードに切り替わると、ロッド側室１４内の作動油が流路５１へ押し出され、流路５２の第１比例リリーフ弁５５を通り、流路５３からヘッド側室１３へと流れる。また、ヘッド側室１３には、負圧によってオイルタンク１８からの作動油も流れ込む。このとき、ポンプ３１からの作動油は、第１比例リリーフ弁５５を介して流路５３を流れ、負圧になったヘッド側室１３へ送られる。これにより、伸びアンロード時にでもヘッド側室１３側の圧力を高め、シリンダ１０の縮み方向（図面左側）に対する制振荷重を発生させることにより、車体２の制振が可能になる。そして、ヘッド側室１３内の圧力が高くなれば、第３比例リリーフ弁３３が開き、ポンプ３１からの作動油は戻り流路４６からオイルタンク１８へ流れ、また、流路５２へ流れた作動油はヘッド側室１３の流れが制限された後は、第２比例リリーフ弁５６を通ってオイルタンク１８へ流れる。
【００４６】
このような制振用ダンパ５０によれば、第１実施形態の制振用ダンパ５と同様に、部品点数を少なくしたり構成部品を小型化することによりコンパクトにし、よって設置スペースを小さくすることを可能にし、また、コストの低下やメンテナンス作業の軽減も可能になった。また、第１及び第２比例リリーフ弁５５，５６のそれぞれ一によってオンロードとアンロードとを切り替えるため、その切り換え時における荷重変化がなくなり、乗心地を向上させることが可能になった。また、第１、第２比例リリーフ弁５５，５６によりアンロード荷重も制御可能であるので、横揺れが大きくストッパ当りが懸念される場合には敢えてアンロード荷重を高くし、ストッパに勢いよく当たらないようにして衝撃による乗心地悪化を防止することができる。更に、制振用ダンパ５０では、第１、第２比例リリーフ弁５５，５６の切替音による騒音を発生させないものとすることができた。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、制振用ダンパの第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態の制振用ダンパを示した回路図である。この制振用ダンパ６０は、第１実施形態の制振用ダンパ５についてフルアクティブ回路部の構成を変更したものである。その他の共通する構成に関しては同じ符号を付して説明する。また、制振用ダンパ６０は、図１において制振用ダンパ５と置き替えられるものである。
【００４８】
制振用ダンパ６０の戻り流路４６には、第３比例リリーフ弁３３の代わりにリリーフ圧の設定値が小さいリリーフ弁６５を設け、それに応じてトルクを小さくしたポンプ６６及びモータ６７によって構成したものである。従って、本実施形態の制振用ダンパ６０によれば、ポンプ６６のトルクは小さいが、それでも図３（ｂ）の縮みアンロードや図４（ｂ）の伸びアンロードのような場合に、負圧になったシリンダ１０のロッド側室１４やヘッド側室１３へ作動油を充填することができる。これにより、第１及び第２実施形態のように、シリンダ１０に対して積極的に制振荷重を発生させることはできないが、図３に示す場合には伸びに対して、図４に示す場合には縮みに対してそれぞれ制振荷重を作用させることができる。
【００４９】
以上、本発明に係る鉄道車両の制振用ダンパについて実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、セミアクティブ回路部については、図２及び図６の例を挙げて説明したが、その他の回路構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 鉄道車両
２ 車体
３ 台車
５ 制振用ダンパ
１０ シリンダ
１１ シリンダチューブ
１３ ヘッド側室
１４ ロッド側室
１８ オイルタンク
２１ 第１比例リリーフ弁
２３ 第２比例リリーフ弁
３１ ポンプ
３２ モータ
３３ 第３比例リリーフ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとオイルタンクとの間に、前記シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および該作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、
前記油圧回路は、
前記シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁および、前記シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁とを備えたセミアクティブ回路部と、
前記セミアクティブ回路部へオイルタンクからの作動油を供給するポンプおよび、前記ポンプからの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油を前記オイルタンクへと戻すための戻り流路とを有するフルアクティブ回路部と
を備えたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【請求項２】
請求項１に記載する鉄道車両の制振用ダンパにおいて、
前記フルアクティブ回路部は、前記戻り流路にフルアクティブ作動時の制振荷重を調整するための比例リリーフ弁が設けられたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【請求項３】
請求項１に記載する鉄道車両の制振用ダンパにおいて、
前記フルアクティブ回路部は、前記戻り流路に設定圧が一定のリリーフ弁が設けられたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【請求項１】
シリンダとオイルタンクとの間に、前記シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御および該作動油の抵抗を小さくするアンロード制御の切り替えが可能な油圧回路とを有し、
前記油圧回路は、
前記シリンダの伸長作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第１比例リリーフ弁および、前記シリンダの収縮作動に対し弁の開度調整によりオンロード制御を行う第２比例リリーフ弁とを備えたセミアクティブ回路部と、
前記セミアクティブ回路部へオイルタンクからの作動油を供給するポンプおよび、前記ポンプからの供給側圧力が所定値を超えた場合に作動油を前記オイルタンクへと戻すための戻り流路とを有するフルアクティブ回路部と
を備えたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【請求項２】
請求項１に記載する鉄道車両の制振用ダンパにおいて、
前記フルアクティブ回路部は、前記戻り流路にフルアクティブ作動時の制振荷重を調整するための比例リリーフ弁が設けられたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【請求項３】
請求項１に記載する鉄道車両の制振用ダンパにおいて、
前記フルアクティブ回路部は、前記戻り流路に設定圧が一定のリリーフ弁が設けられたものであることを特徴とする鉄道車両の制振用ダンパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−７６６６８（Ｐ２０１２−７６６６８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５５４３（Ｐ２０１０−２２５５４３）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【Ｆターム（参考）】
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