JP5296142B2

JP5296142B2 - 車両用自動高さ調整弁

Info

Publication number: JP5296142B2
Application number: JP2011104411A
Authority: JP
Inventors: 勝美佐々木; 浩新村; 林　　哲也; 丈和三原; 直英神川
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd; Pneumatic Servo Controls Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd; Pneumatic Servo Controls Ltd
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: JP2012232716A; TW201307124A; WO2012153757A1; TWI452220B

Description

本発明は、車両用自動高さ調整弁に係り、特に、車両の台車に対する車体の高さを車高値として車高値が変化したときに、空気バネを伸長・縮小させて自動的に予め定めた車高値に調整する車両用自動高さ調整弁に関する。

鉄道を用いた交通機関では、乗客の乗り心地改善等のために、台車と車体との間に空気バネが設けられる。空気バネは、１両の車両の前後および左右にそれぞれ設けられ、これらの空気バネに加圧空気源からの加圧空気を供給しあるいは空気バネ中の空気を大気中に排出することで、車体は台車に対し上下方向に移動でき、前後・左右の空気バネを全て給気あるいは排気とすると、車体を上下並進移動させることができ、左右の空気バネの一方のみを給気、あるいはさらに他方も排気とすると、車体を左右方向（車幅方向）に傾斜させることができる。

例えば、台車に対し車体の高さが予め定めた高さより全体的に高くなったり低くなったりするのを調整するレベル調整制御を行うことができる。また、車両の曲線部走行の際にレールのカント不足のために発生する超過遠心力を緩和するために車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御を行うことができる。

特許文献１には、車体傾斜制御の際に、精度の高い車高計測を行うことができる車体傾斜制御用車高計測装置が述べられている。ここでは、レベル調整制御のために、自動高さ調整弁の開閉操作部と一体回転するシャフトの先端部に開閉操作レバーの一端が一体回転可能に連結され、この開閉操作レバーの先端に調整棒の一端が接続され、調整棒の他端が台車にブラケットを介して接続され、このシャフトに車高計測用エンコーダが設けられている。台車に対する車体の上下方向を車高として、車高が変化して、例えば車高が下がったときは、調整棒を介して開閉操作レバーの先端側が突き上げられて自動高さ調整弁が切り換わり、加圧空気が空気バネに供給され、車体が上昇する。空気バネが伸長すると開閉操作レバーの先端側が調整棒を介して下向きに引っ張られ、空気バネへの加圧空気の供給が停止する。このようにして、台車に対し車体の床面は一定の高さに制御される。

車体傾斜制御を行うときは、車高計測エンコーダを用いながら、レベル調整用の空気連通系を遮断し、車体傾斜制御用空気圧回路系を起動させ、小口径給気弁を開いて空気バネに給気を開始し、その後大口径給気弁を開き、これによって車高を高くする。所定の高さになれば、大口径給気弁を閉じ、ついで小口径給気弁を閉じる。車高を低くするときには、排気弁を開いて空気バネからの排気が行われる。

また、特許文献２には、鉄道車両の車体傾斜制御システムにおいて、台車上に左右一対の空気バネを介して車体を支持するとともに、空気バネ高さ検出手段により左右の空気バネの高さを検出して車体を一定高さに調整する自動高さ調整弁を備え、空気バネ高さ検出手段として、ステータに内蔵されるロータを有する２以上のレゾルバから構成し、各レゾルバのロータを自動高さ調整弁の共通の弁軸上に並べた構成が開示されている。この各レゾルバから検出された空気バネ高さ信号は相互に比較され、一致しないときは一方が故障と判定され、このように２重化によって信頼性を向上させることができると述べられている。

特許第３１５３１６０号公報特開２００６−３２７３９１号公報

車両用自動高さ調整弁は、車高値の変化の方向に応じて、空気バネに給気し、あるいは空気バネから排気する三方弁の一種である。車両用自動高さ調整弁の動作は、車両の乗り心地に影響を与える。現在用いられている車両用自動高さ調整弁は、給気と排気とを切り替えることができるが、車高値に応じて、給気量の変化あるいは排気量の変化をきめ細かく設定することができれば、乗り心地の改善に寄与できる。

本発明の目的は、新しい概念の車両用自動高さ調整弁を提供することである。他の目的は、車高値に応じて、給気量の変化あるいは排気量の変化をきめ細かく設定することを可能とする車両用自動高さ調整弁を提供することである。

本発明に係る車両用自動高さ調整弁は、軸方向の一方端側を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部を有し軸方向に延びて他方端が排気ポートに連通する中心穴が設けられるステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部とを有するスプールと、軸方向の一方端側を開閉弁端側として、スプールの開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプールを軸方向に摺動自在に支持し、スプールとの間の相対位置が中立状態のときにスプールの中央ランド部によって塞がれる位置に配置される負荷ポートと、軸方向に沿って負荷ポートの前後に配置され負荷ポートを越えて相互に連通する前ポートと後ポートとを有するスリーブと、前記スリーブを固定して支持する外側ケースであって前記負荷ポートを越えて前記前ポートと前記後ポートとを連通する連通路が形成された外側ケースと、一方端側が給気ポートに接続され他方端側がスリーブの開閉弁端に接続される筒状の開閉弁本体と、開閉弁本体の内部に収納されスリーブの開閉弁側開口部を塞ぐ大きさの開閉弁弁体と、開閉弁弁体をスリーブの開閉弁端側に付勢する付勢手段とを含む給気開閉弁と、車両の台車に対する車体の高さである車高値の変化に応じてスリーブに対しスプールを軸方向に移動させる移動機構と、を備え、移動機構によってスリーブに対しスプールが開閉弁端側に移動するとき、開閉弁弁体が付勢手段の付勢力に抗しながら給気ポート側に移動して給気ポートとスリーブの開閉弁側開口部が連通し、開閉弁側開口部から前ポートと前記連通路と後ポートを経て中央ランド部と負荷ポートとの間の隙間を介して、給気ポートと空気バネとが連通し、移動機構によってスリーブに対しスプールが開閉弁端側とは逆側に移動するとき、給気開閉弁の付勢手段の付勢力によって開閉弁弁体がスリーブの開閉弁側開口部を遮蔽すると共に、スプールの開閉弁端側と開閉弁弁体との間に隙間を生じてスプールの排気用開口部とスリーブの内部空間との間が連通し、中央ランド部と負荷ポートとの間の隙間を介して、排気ポートと空気バネとが連通することを特徴とする。

また、本発明に係る車両用自動高さ調整弁において、移動機構は、車高値の変化をスリーブに対する傾斜角度の変化で出力するレバーと、レバーの傾斜角度の変化をスリーブに対するスプールの軸方向の直進運動に変換する操作部と、を含み、スリーブに対するスプールの軸方向の直進運動の変化を車高値対応値として検出する軸方向変位センサと、操作部に設けられ、操作部の回転角度の変化を車高値対応値として検出する第２車高値検出手段とを備えることが好ましい。

また、本発明に係る車両用自動高さ調整弁において、車高値検出手段のレバーの傾斜角度を検出する回転中心位置と、第２車高値検出手段の回転角度を検出する回転中心位置とが同軸に配置されることが好ましい。

また、本発明に係る車両用自動高さ調整弁において、第２車高値検出手段はエンコーダまたはレゾルバであることが好ましい。

上記構成により、車両用自動高さ調整弁は、中央ランド部に対応して空気バネに連通する負荷ポートと、負荷ポートの前後に相互に連通する前ポートと後ポートを配置したスプール・スリーブ機構を基本とする。スプールは、軸方向に沿って排気用の穴が設けられている。そして、スプール・スリーブ機構の軸方向の一方端側を開閉弁端側として、その開閉弁端側に、付勢手段によってスリーブの開閉弁端側に付勢される開閉弁弁体を含む給気開閉弁が配置される。また、移動機構によって、車高値の変化に応じてスプールはスリーブに対し相対的に移動する。

このような構成とすることで、移動機構によってスリーブに対しスプールが開閉弁端側に移動するときは、開閉弁弁体が付勢手段の付勢力に抗しながら給気ポート側に移動して給気ポートとスリーブの開閉弁側開口部が連通するので、給気ポートと空気バネとが連通する。スリーブに対しスプールが逆側に移動するときは、給気開閉弁の付勢手段の付勢力によって開閉弁弁体がスリーブの開閉弁側開口部を遮蔽すると共に、スプールの開閉弁端側と開閉弁弁体との間に隙間を生じてスプールの排気用開口部とスリーブの内部空間との間が連通するので、排気ポートと空気バネとが連通する。このように、スプール・スリーブ機構を基本とする新しい概念の車両用自動高さ調整弁である。また、中央ランド部と負荷ポートとの間に形成される開口隙間の形状を自由に設計できるので、これにより、スリーブに対するスプールの移動に応じて、つまり車高値に応じて、給気量の変化あるいは排気量の変化をきめ細かく設定することが可能となる。

また、車両用自動高さ調整弁において、スリーブに対するスプールの軸方向の直進運動の変化を車高値対応値として検出する軸方向変位センサを備えるので、この出力を用いて、例えば、車体の傾斜制御等を行うことが可能になる。

また、車両用自動高さ調整弁において、さらに、レバーの傾斜角度の変化をスプールの軸方向の直進運動に変換する操作部に設けられ、操作部の回転角度の変化を車高値対応値として検出する第２車高値検出手段を備えるので、車高値検出が二重系となり、信頼性が向上する。

また、車両用自動高さ調整弁において、車高値検出手段のレバーの傾斜角度を検出する回転中心位置と、第２車高値検出手段の回転角度を検出する回転中心位置とが同軸に配置されるので、二重系とされる車高値検出の対応関係が良好になる。

また、車両用自動高さ調整弁において、第２車高値検出手段はエンコーダまたはレゾルバであるので、軸方向の変位検出と回転角度検出と異なる検出方法で車高値検出の二重系を構成できる。これにより、二重系のそれぞれが同時に故障する可能性を少なくすることができる。

本発明に係る実施の形態の車両用自動高さ調整弁が用いられる車両の様子を説明する図である。本発明に係る実施の形態の車両用自動高さ調整弁の断面図である。図２に対し直交する方向の断面図である。本発明に係る実施の形態の車両用自動高さ調整弁の要部の断面図である。図４を用いて、空気バネに給気される場合を説明する図である。図４を用いて、空気バネから排気される場合を説明する図である。本発明に係る実施の形態の車両用自動高さ調整弁の作用を説明する図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、車両用自動高さ調整弁として、路面が平坦なときに台車に対する車体の高さを自動的に調整する作用としてのレベル調整制御作用を説明するが、例えば車両が左右方向に傾斜している場合であっても同様にレベル調整制御作用が働くことは言うまでもない。また、このように、車両用自動高さ調整弁をレベル調整制御に用いられるものとして説明するが、車両用自動高さ調整弁に設けられる変位センサ等は、車体傾斜システムに利用することができ、その意味では、広義の車体傾斜制御用の調整弁に相当するものである。

なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。

また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両用自動高さ調整弁４０，４１が用いられる車両１０の構成を説明する図である。なお、図１には、直交するＸＹＺ方向が示されている。Ｘ方向が車両１０の幅方向である左右方向、Ｙ方向が車体の長手方向であり、Ｚ方向が車両１０の高さ方向である。

車両１０は、路面１２の上に敷設されるレール１４，１５の上を回転する車輪１６，１７を備える台車１８と、乗客等が利用する車体２０と、台車１８と車体２０の間に設けられる空気バネ２２，２３と、台車１８と車体２０との間に設けられるリンク機構２４，２５と、車両用自動高さ調整弁４０，４１を含んで構成される。１両の車両について、その前後左右に空気バネとそれに対応するリンク機構と車両用自動高さ調整弁がそれぞれ設けられるが、図１では、そのうちの左右の２つの空気バネ２２，２３とリンク機構２４，２５と車両用自動高さ調整弁４０，４１についてのみ図示されている。

図１では、３つの図が並べられている。真ん中の図が、台車１８に対し車体２０の高さである車高値ｈが予め定めた一定値ｈ₀となっている状態を示し、左の図は、車高値ｈ₁が一定値ｈ₀よりも低い状態、右の図は、車高値ｈ₂が一定値ｈ₀よりも高い状態を示す。このように、台車１８に対し車体２０の高さがあらかじめ定めた高さより全体的に高くなったり低くなったりする場合に、予め定めた高さに戻すようにする調整がレベル調整制御である。図１の例では、低い車高値ｈ₁に対応して空気バネ２２，２３が伸長され、高い車高値ｈ₂に対応して空気バネ２２，２３が縮小され、いずれもが車高値ｈ₀となるように、レベル調整制御が行なわれる。レベル調整制御は、リンク機構２４，２５と、自動高さ調整弁４０，４１の機能によって行なわれる。

なお、図１に示されるように、空気バネ２２，２３とリンク機構２４，２５と車両用自動高さ調整弁４０，４１は、車両１０の幅方向である左右方向に対称に設けられるので、以下では、空気バネ２２、リンク機構２４、車両用自動高さ調整弁４０に代表させて説明を続けるものとする。

リンク機構２４は、台車１８に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体２０に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームであるレバーと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構で、台車１８に対する車体２０の高さ位置が変わると、リンク機構２４のリンク形状が変化し、その形状変化は、台車１８に対する車体２０の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められた車体２０の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。その意味から、リンク機構２４は、高さ対応値を車高値として提供することができる車高検出器である。

車両用自動高さ調整弁４０は、リンク機構２４の傾斜角度に基いて機械的に駆動され、空気バネ２２に接続される負荷ポートと、気体供給源３２に接続される給気ポートと、大気に開放される排気ポートを有する一種の三方弁で、後述するように、スプール・スリーブ型弁と給気開閉弁とを一体化した構造を有する。気体供給源３２は加圧気体供給装置で、例えばコンプレッサで構成できる。操作部４４は、リンク機構２４の傾斜角度の変化をスプールの直進運動に変換して、スプールを機械的に駆動する機構である。給排気路４２は、車両用自動高さ調整弁４０の負荷ポートと空気バネ２２とを接続する流路部材である。

図２と図３は、車両用自動高さ調整弁４０の構成を示す断面図である。図２は、ＸＺ面に平行な面で切った断面図、図３はＸＹ面に平行な面で切った断面図である。

車両用自動高さ調整弁４０は、Ｘ方向に沿って、＋Ｘ方向から−Ｘ方向に向かって、給気開閉弁６０、スプール・スリーブ機構７８、変位センサ１２０が配置され、また、スプール・スリーブ機構７８とリンク機構２４との間に操作部４４が設けられ、操作部４４に同軸にレゾルバ１４０が備えられ、これらが外側ケース９１に納められる複合弁である。

給気開閉弁６０は、気体供給源３２に接続される給気接続口５３とスプール・スリーブ機構７８との間に配置され、給気接続口５３とスプール・スリーブ機構７８との間の連通を開閉する機能を有する弁で、筒状部材である開閉弁本体６１と、開閉弁本体６１の内部に収納される形で配置される弁体機構６４を含んで構成される。給気開閉弁６０の詳細な構成は図４を用いて後述する。

スプール・スリーブ機構は、軸方向であるＸ方向に沿って移動可能なスプール８０と、スプール８０を摺動可能に支持するスリーブ９０とを含んで構成される。スリーブ９０は外側ケース９１に固定して支持される。スプール・スリーブ機構７８の詳細な構成は図４を用いて後述する。ここでは、大気に開放される排気口５５に連通する中心穴８４がスプール８０に設けられ、空気バネ２２に接続される負荷接続口５１に連通する負荷ポート５０がスリーブ９０に設けられる様子が示されている。

操作部４４を説明する前に、操作部４４に接続されるリンク機構２４を説明する。リンク機構２４は、台車１８に回転自在に他方端が保持される台車側アーム２６と、車体２０に回転自在に一方端が保持される車体側アームであるレバー２８とで構成され、台車側アーム２６の一方端とレバー２８の他方端は回転部２７によって相互に回転自在に接続される構成を有する。この構成によって、台車１８に対する車体２０の高さである車高値ｈが変化すると、レバー２８は、車体２０に回転自在に取り付けられる車体側取付部に対し、その傾斜角度を変化させる。図２では、この傾斜角度がθとして示されている。

操作部４４は、車両用自動高さ調整弁４０の筐体部に回転可能に取り付けられた円筒状の部材で、その回転中心４５の位置にレバー２８の一方端が固定して取り付けられる。つまり、この操作部４４の回転中心４５の位置がレバー２８の車体側取付部である。したがって、車高値ｈが変化して、レバー２８の傾斜角度θが変化すると、操作部４４は、その回転中心４５の周りに傾斜角度θの変化分だけ回転することになる。

操作部４４は、レバー２８の車体側取付部としての機能と共に、レバー２８の傾斜角度θの変化に対応する回転角度の変化を、スプール・スリーブ機構７８のスプール８０の軸方向であるＸ方向に沿った直進運動に変換する回転・直進変換機能を有する。

回転・直進変換機能は、操作部４４のスプール・スリーブ機構７８の側に設けられた偏心ピン１１２と、スプール８０の移動板部１１０に設けられた案内溝１１４とによって行なわれる。移動板部１１０と外側ケース９１との間には付勢バネ１１１が設けられることが好ましい。場合によっては付勢バネ１１１を省略してもよい。ここで、操作部４４の回転中心４５の軸方向は、Ｙ方向に平行で、スプール・スリーブ機構７８の軸方向と垂直である。そして、回転中心４５は、スプール・スリーブ機構７８と予め定められた距離だけ−Ｚ方向に離されている。偏心ピン１１２は、回転中心４５からスプール・スリーブ機構７８に向かって予め定められた距離だけ−Ｚ方向に偏心して配置される。つまり、偏心ピン１１２は、Ｚ方向の高さ位置として、スプール・スリーブ機構７８の軸方向のＺ方向高さと同じ位置に配置されていることになる。

このように偏心ピン１１２が配置されることで、操作部４４が回転中心４５の周りに回転すると、偏心ピン１１２がスプール・スリーブ機構７８の軸方向にほぼ沿って円弧状に移動することになる。スプール８０の移動板部１１０に設けられる案内溝１１４は偏心ピン１１２を案内する機能を有するので、偏心ピン１１２の移動に対応して、移動板部１１０が移動し、これによって、スプール８０は、その軸方向であるＸ方向に沿って移動することになる。以上が、偏心ピン１１２と案内溝１１４を有した移動板部１１０による回転・直進変換機能の内容である。

変位センサ１２０は、スプール・スリーブ機構７８におけるスプール８０のＸ方向に沿った直進運動の位置の変化である変位を検出する差動トランス型の変位センサである。変位センサ１２０は、スプール８０の−Ｘ方向の端部に接続され、−Ｘ方向に延びる磁性体軸１２２と、磁性体軸１２２の外周の周りに沿って配置される３つのコイル１２４を含んで構成される。コネクタ１２６は、３つのコイル１２４からの信号線を外部に取り出す信号端子コネクタである。

ここで、磁性体軸１２２がＸ方向に移動すると、３つのコイル１２４に誘起信号が発生し、これらの信号を差動処理することで、磁性体軸１２２のＸ方向の位置の変化、すなわちスプール８０の軸方向の位置の変化を検出できる。

このように、変位センサ１２０は、リンク機構２４と、操作部４４の回転・直進運動変換機能によって、車高値ｈの変化を電気信号で取り出すことができる。このようにしなくても、直接電気的センサを用いて車高値ｈを検出することは可能であるが、電気信号系は、断線、誤動作等が生じることがある。変位センサ１２０は、車高値ｈを機械的検出手段であるリンク機構２４を用いて、その形状変化を操作部４４の機械的機能である回転・直進運動変換機能を用いて、最後に電気信号に変換しているので、直接的な電気的センサによる車高値ｈの検出に比較して、電気的信号による脆弱性を大幅に抑制することができる。

スプール・スリーブ機構７８に対し操作部４４の側に、操作部４４と同軸に設けられるレゾルバ１４０は、変位センサ１２０による車高値ｈの検出を二重系で補強するためのセンサである。レゾルバ１４０は、操作部４４の中心軸に取り付けられる極付きロータと、その外周の周りに沿って配置される検出コイルを含んで構成される。ここで、操作部４４が回転すると、極付きロータの極の回転位置が変化するので、その変化を検出コイルで検出する。

このように、リンク機構２４のレバー２８の傾斜角度θの変化は、操作部４４の回転・直進変換機能によってスプール・スリーブ機構７８のスプール８０の直進運動に変換され、また、操作部４４の回転運動は、レゾルバ１４０によって角度位置として検出される。

このように、変位センサ１２０は、直進運動の変化であるＸ方向に沿った変位を検出し、レゾルバ１４０は、回転位置を検出する。検出値はいずれも車高値ｈに対応する値であるが、検出方法が異なるので、車高値ｈを電気信号で得るシステムの二重系としては、堅牢なものとなる。なお、レゾルバ１４０に代えて、他の回転検出センサを用いるものとしてもよい。例えば、エンコーダを用いるものとしてもよい。

次に、給気開閉弁６０とスプール・スリーブ機構７８について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、車両用自動高さ調整弁４０の一部を拡大した断面図である。

給気開閉弁６０は、車両用自動高さ調整弁４０の筐体部の一部を構成する開閉弁本体６１と、その内部空間６２に収納されるようにして配置される弁体機構６４を含んで構成される。

開閉弁本体６１は、一方端側が給気ポート５２に接続され、他方端側がスプール・スリーブ機構７８のスリーブ９０の開閉弁端に接続される筒状部材である。開閉弁本体６１の一方端側には、円環状の突出部６３が設けられる。

弁体機構６４は、両側に円板を有し、その円板の間に弱いバネ定数のコイルバネ７０が取り付けられるバネ付双方向弁体である。具体的には、弁体機構６４は、給気ポート５２側の円板である給気側弁体６６と、スプール・スリーブ機構７８側の円板である開閉弁弁体６８と、給気側弁体６６と開閉弁弁体６８とを接続する付勢手段であるコイルバネ７０を含んで構成される。コイルバネ７０は、給気側弁体６６と開閉弁弁体６８に対し、互いに引き離す方向に付勢力を与える。

給気側弁体６６は、開閉弁本体６１の内部の圧力が供給圧力よりも高くなった場合に、逆流を防止する逆止弁の機能を有し、開閉弁本体６１の一方端側に設けられる円環状の突出部６３に囲まれる開口部を塞げる大きさの外形を有する円板である。

開閉弁弁体６８は、中立状態では、後述するスリーブ９０の開閉弁端側に設けられる円環状の突出部９８によって囲まれる開口部である開閉弁側開口部を塞げる大きさの外形を有する円板である。開閉弁弁体６８は、コイルバネ７０によって開閉弁本体６１の他方端側に向かうように付勢されるので、中立状態では、開閉弁弁体６８は、スリーブ９０の開閉弁端側の突出部９８に押し付けられる。なお、図４では、開閉弁端側の近傍部６５が破線で囲んで示されている。

また、スプール８０とスリーブ９０が中立状態のときは、スプール８０の開閉弁端側に設けられる円環状の突出部８８もちょうどスリーブ９０の円環状の突出部９８とＸ方向の位置が同じとなるように設定されるので、中立状態では、開閉弁弁体６８は、スプール８０の開閉弁端側の突出部８８にも同時に押し付けられる。これによって、中立状態では、スリーブ９０の開閉弁端側の突出部９８で囲まれる開口部と、スプール８０の開閉弁端側の突出部９８で囲まれる開口部は、共にその開口部が塞がれる。開閉弁弁体６８のスプール・スリーブ機構７８側の表面６９と、スリーブ９０の突出部９８の先端部と、スプール８０の突出部８８の先端部とは、相互に気密に密着できるようにされる。

スプール・スリーブ機構７８のスプール８０は、軸方向の一方端側である＋Ｘ方向端を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部８２を有し、軸方向に沿って延びて他方端が排気ポート５４に連通する中心穴８４が設けられる細軸のステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部８６とを有する軸部材である。排気用開口部８２は、円環状の突出部８８に囲まれる開口部である。排気ポート５４は、大気に開放される排気口５５に連通する。

スリーブ９０は、軸方向の一方端側である＋Ｘ方向端を開閉弁端側として、スプール８０の開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプール８０を軸方向に摺動自在に支持する内部に案内穴を有する部材である。開閉弁側開口部は、開閉弁端側の円環状の突出部９８によって囲まれた開口部である。図４には、スプール８０の開閉弁端側の外径とスリーブ９０の開閉弁側開口部の内径との隙間空間１００が示されている。

スリーブ９０は、スプール８０を摺動自在に支持する精密加工部品であるので、比較的小型に作られる。精密加工部品であるスリーブ９０の外側に配置され、スリーブ９０を保持する外側ケース９１は、車両用自動高さ調整弁４０の筐体部を構成する部品で、開閉弁本体６１と一体的に組み合わされる。

スリーブ９０は、スプール８０との間の相対位置が中立状態のときにスプール８０の中央ランド部８６によって塞がれる位置に配置される負荷ポート５０と、軸方向に沿って負荷ポート５０の前後に配置され負荷ポート５０を越えて連通路９６によって相互に連通する前ポート９２と後ポート９４とを有する。負荷ポート５０は、図１で説明した給排気路４２を介して空気バネ２２に接続される。

このように、負荷ポート５０の前後に相互に連通する前ポート９２と後ポート９４を設けたので、スリーブ９０に対し、スプール８０が相対的に移動するとき、その移動方向が＋Ｘ方向であっても、−方向であっても、負荷ポート５０と前ポート９２と後ポート９４は連通状態とすることができる。

上記構成の作用を図５と図６を用いて説明する。図５は、実際の車高値ｈが、平坦高さｈ₀よりも低いｈ₁となっているときで、空気バネ２２に加圧空気を供給する場合、図６は、実際の車高値ｈが、平坦高さｈ₀よりも高いｈ₂となっているときで、空気バネ２２から排気を行う場合に対応する。

図５は、実際の車高値ｈが、平坦高さｈ₀よりも低いｈ₁となっているときである。これは、スリーブ９０に対しスプール８０が＋Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、開閉弁弁体６８が付勢手段であるコイルバネ７０の付勢力に抗しながら給気ポート５２側に移動するので、これにより、開閉弁端側の近傍部６５において、スリーブ９０の突出部９８と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じ、その隙間を通って、給気ポート５２からの加圧気体が、スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００に流れ込む。そして、流れ込んだ加圧気体は、前ポート９２、連通路９６、後ポート９４を経て、スプール８０の中央ランド部８６と負荷ポート５０との間の位置関係のずれによって生じた−Ｘ方向側の開口から負荷ポート５０に流れ込み、給排気路４２から空気バネ２２に供給される。

このようにして、給気ポート５２と空気バネ２２とが連通することで、空気バネ２２に加圧空気が供給され、空気バネ２２が伸長する。空気バネ２２が伸長すると、車高値ｈがｈ₁よりも高くなる。車高値ｈが高くなると、スリーブ９０に対しスプール８０は−Ｘ方向に戻される。車高値ｈが平坦高さｈ₀に達すると、スプール８０の中央ランド部８６が負荷ポート５０をちょうど塞ぐ位置に戻り、これにより、図４の初期状態に戻って、給気ポート５２からの加圧気体の供給が止まる。このようにして、車高値がｈ₁から平坦高さｈ₀に戻すレベル調整制御が自動的に行なわれる。

図６は、実際の車高値ｈが、平坦高さｈ₀よりも高いｈ₂となっているときである。これは、スリーブ９０に対しスプール８０が−Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、給気開閉弁６０の付勢手段であるコイルバネ７０の付勢力によって開閉弁弁体６８がスリーブ９０の開閉弁側開口部を遮蔽する。具体的には、開閉弁端側の近傍部６５においてスリーブ９０の円環状の突出部９８に開閉弁弁体６８が押し付けられる。これによって、給気ポート５２からの加圧気体の供給が遮断される。そして、このとき、スプール８０の開閉弁端側と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じるので、スプール８０の排気用開口部８２と、スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の内部空間との間が連通する。具体的には、スプール８０の開閉弁端側の円環状の突出部８８と、開閉弁弁体６８との間に隙間が生じる。これによって、スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００と、スプール８０の排気用開口部８２が連通する。

そして、スプール８０の中央ランド部８６と負荷ポート５０との間の位置関係のずれによって生じた＋Ｘ方向側の開口から負荷ポート５０に連通し、給排気路４２から空気バネ２２に連通する。したがって、空気バネ２２からの気体は、給排気路４２、負荷ポート５０、隙間空間１００、排気用開口部８２を通って、排気ポート５４を介して、排気口５５から大気に放出される。

このようにして、空気バネ２２と排気口５５が連通することで、空気バネ２２から大気に気体が解放され、空気バネ２２が縮小する。空気バネ２２が縮小すると、車高値ｈがｈ₂よりも低くなる。車高値ｈが低くなると、スリーブ９０に対しスプール８０は＋Ｘ方向に戻される。車高値ｈが平坦高さｈ₀に達すると、スプール８０の中央ランド部８６が負荷ポート５０をちょうど塞ぐ位置に戻り、これにより、図４の初期状態に戻って、空気バネ２２からの気体の放出が止まる。このようにして、車高値がｈ₂から平坦高さｈ₀に戻すレベル調整制御が自動的に行なわれる。

次に、車両用自動高さ調整弁４０において、中央ランド部８６と負荷ポート５０を有することの効果について図７を用いて説明する。図７は、横軸に車高値の変化Δｈをとり、縦軸に負荷ポート５０に流れる流量Ｑがとられている。横軸のΔｈは、スプール・スリーブ機構７８のＸ方向の移動量に相当し、中央ランド部８６と負荷ポート５０との間の相対的な位置関係を示している。

ここで、流量Ｑは、負荷ポート５０と中央ランド部８６の重なりで定まる気体連通面積に比例する。したがって、負荷ポート５０の開口部の形状と、中央ランド部８６の負荷ポート５０に向かい合う遮蔽部の形状とを工夫することで、Ｑ／Δｈを任意に設計することができる。例えば、中央ランド部８６と負荷ポート５０との間の相対的な位置関係に対し、気体連通面積が線形的に変化するように設計することもでき、気体連通面積が非線形的に変化するように設計することもできる。このように、図７の実線、破線、一点鎖線のように様々なＱ／Δｈ特性を選択することができる。これにより、Ｑ／Δｈ特性の設計自由度が高まるので、例えば、レベル調整制御を車両の仕様に合わせきめ細かく設定することが可能となる。

本発明に係る車両用自動高さ調整弁は、鉄道車両等に利用できる。

１０車両、１２路面、１４，１５レール、１６，１７車輪、１８台車、２０車体、２２，２３空気バネ、２４，２５リンク機構、２６台車側アーム、２７回転部、２８レバー、３２気体供給源、４０，４１車両用自動高さ調整弁、４２給排気路、４４操作部、４５回転中心、５０負荷ポート、５１負荷接続口、５２給気ポート、５３給気接続口、５４排気ポート、５５排気口、６０給気開閉弁、６１開閉弁本体、６２内部空間、６３，８８，９８突出部、６４弁体機構、６５開閉弁端側の近傍部、６６給気側弁体、６７、６９表面、６８開閉弁弁体、７０コイルバネ、７８スプール・スリーブ機構、８０スプール、８２排気用開口部、８４中心穴、８６中央ランド部、９０スリーブ、９１外側ケース、９２前ポート、９４後ポート、９６連通路、１００隙間空間、１１０移動板部、１１１付勢バネ、１１２，１３２偏心ピン、１１４，１３４案内溝、１２０変位センサ、１２２磁性体軸、１２４（変位センサの）コイル、１２６コネクタ、１４０レゾルバ、１４２ロータ軸、１４４（レゾルバの）コイル。

Claims

軸方向の一方端側を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部を有し軸方向に延びて他方端が排気ポートに連通する中心穴が設けられるステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部とを有するスプールと、
軸方向の一方端側を開閉弁端側として、スプールの開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプールを軸方向に摺動自在に支持し、スプールとの間の相対位置が中立状態のときにスプールの中央ランド部によって塞がれる位置に配置される負荷ポートと、軸方向に沿って負荷ポートの前後に配置され負荷ポートを越えて相互に連通する前ポートと後ポートとを有するスリーブと、
前記スリーブを固定して支持する外側ケースであって前記負荷ポートを越えて前記前ポートと前記後ポートとを連通する連通路が形成された外側ケースと、
一方端側が給気ポートに接続され他方端側がスリーブの開閉弁端に接続される筒状の開閉弁本体と、開閉弁本体の内部に収納されスリーブの開閉弁側開口部を塞ぐ大きさの開閉弁弁体と、開閉弁弁体をスリーブの開閉弁端側に付勢する付勢手段とを含む給気開閉弁と、
車両の台車に対する車体の高さである車高値の変化に応じてスリーブに対しスプールを軸方向に移動させる移動機構と、
を備え、
移動機構によってスリーブに対しスプールが開閉弁端側に移動するとき、開閉弁弁体が付勢手段の付勢力に抗しながら給気ポート側に移動して給気ポートとスリーブの開閉弁側開口部が連通し、開閉弁側開口部から前ポートと前記連通路と後ポートを経て中央ランド部と負荷ポートとの間の隙間を介して、給気ポートと空気バネとが連通し、
移動機構によってスリーブに対しスプールが開閉弁端側とは逆側に移動するとき、給気開閉弁の付勢手段の付勢力によって開閉弁弁体がスリーブの開閉弁側開口部を遮蔽すると共に、スプールの開閉弁端側と開閉弁弁体との間に隙間を生じてスプールの排気用開口部とスリーブの内部空間との間が連通し、中央ランド部と負荷ポートとの間の隙間を介して、排気ポートと空気バネとが連通することを特徴とする車両用自動高さ調整弁。
請求項１に記載の車両用自動高さ調整弁において、
移動機構は、
車高値の変化をスリーブに対する傾斜角度の変化で出力するレバーと、
レバーの傾斜角度の変化をスリーブに対するスプールの軸方向の直進運動に変換する操作部と、
を含み、
スリーブに対するスプールの軸方向の直進運動の変化を車高値対応値として検出する軸方向変位センサと、操作部に設けられ、操作部の回転角度の変化を車高値対応値として検出する第２車高値検出手段とを備えることを特徴とする車両用自動高さ調整弁。
請求項２に記載の車両用自動高さ調整弁において、
車高値検出手段のレバーの傾斜角度を検出する回転中心位置と、第２車高値検出手段の回転角度を検出する回転中心位置とが同軸に配置されることを特徴とする車両用高さ調整弁。
請求項３に記載の車両用自動高さ調整弁において、
第２車高値検出手段はエンコーダまたはレゾルバであることを特徴とする車両用自動高さ調整弁。