JP2000272513A - 鉄道車両用差圧弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積載荷重に最適な差圧を空気ばねに作用させ
得るように設定すること。 【解決手段】 弁箱１２の内部に、弁体１３ａ，１３ｂ
を軸方向に摺動が可能なように内装する。各弁体１３
ａ，１３ｂを、ばね１４によって一方に付勢する。各弁
体１３ａ，１３ｂのばね１４と反対側を、空気ばね１又
は２と、対をなす弁体１３ｂ，１３ａの大径側１３ｂ
ｂ，１３ａｂ及び空気ばね１４の他方にそれぞれ連通さ
せる。弁体１３ａ，１３ｂは、軸方向中央部に空間１３
ａａ，１３ｂａを有する、ばね側が大径で、ばねと反対
側が小径の二段に形成して、この空間１３ａａ，１３ｂ
ａを空気抜き孔１２ｆに連通させる。空間１３ａａ，１
３ｂａを気密状に保持する。常時は、夫々の弁体１３
ａ，１３ｂにおける小径側１３ａｃ，１３ｂｃと、空気
ばね１４との連通部を気密に保つ。 【効果】 急曲線や急カントといった、厳しい軌道条件
の線路であっても、走行安全性が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気ばね付き鉄道
車両用の差圧弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種差圧弁は、図６に示したよ
うな構造で、荷重（空気ばねの内圧）の大きさに拘ら
ず、左右の空気ばねを連通させる作用圧力値が一定であ
った。すなわち、左側の空気ばね（以下、「左空気ば
ね」と言う）１に対して右側の空気ばね（以下、「右空
気ばね」と言う）２の圧力が大きく、その差が一定値以
上になると、右空気ばね２の弁４を、左空気ばね１の圧
力とばね５の付勢力によって紙面左側から押す力に対し
て、弁４を右空気ばね２の圧力により紙面右側から押す
力が大きくなって、弁４が紙面左側に向かって移動し、
右空気ばね２と左空気ばね１を連通させる。これによ
り、左右の空気ばねの内圧差が緩和される。

【０００３】反対に、右空気ばね２側に対して左空気ば
ね１側の圧力が大きく、その差が一定値以上になると、
上記したのと反対に左空気ばね１の弁３が紙面右側に向
かって移動して、左右の空気ばねの内圧差が緩和され
る。

【０００４】このような従来の差圧弁にあっては、弁
３，４を挟む左右の内圧Ｐ1 ，Ｐ2 はほぼ等しくなる。
従って、弁３，４に作用する差圧は，図７に示すよう
に、内圧Ｐ1 ，Ｐ2 に関係なく、弁３，４を押えている
ばね５，６の付勢力に釣り合う一定の差圧値となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成の従来の
差圧弁にあっては、弁に作用する差圧の設定値が小さい
と、積載荷重が大きい時には、曲線カント部でカント負
け現象を起こして車体に過大な傾きが発生する。反対
に、弁に作用する差圧の設定値が大きいと、カント低減
部などの軌道の捩れ部分で、過大な輪重変動が発生し、
脱線する可能性がある。

【０００６】なお、カント負け現象とは、次のような現
象を言う。カント部などで車体が大きく傾いた時には、
この傾きによって下がる側（図８における紙面左側）の
例えば左空気ばね１は縮むので、この左空気ばね１は自
動高さ調整弁により給気されて復元しようとする。しか
し、差圧弁７が作用するために、給気した空気は、差圧
弁７を通り前記した傾きによって上がる側（図８におけ
る紙面右側）の右空気ばね２に流れる。この時、傾きに
よって上がる側の右空気弁２は、高さが伸びており、自
動高さ調整弁によって排気されているので、結果的に、
傾いて縮んだ左空気ばね１にいくら給気しても、差圧弁
７を通って伸びた側の右空気ばね２から排気されてしま
って、傾きは復元しなくなる。これをカント負け現象と
言う。

【０００７】本発明は上記した問題点に鑑みてなされた
ものであり、積載荷重に最適な差圧を空気ばねに作用さ
せ得るように設定でき、積載荷重が小さい時の過大な輪
重変動の発生や、積載荷重が大きい時のカント部でのカ
ント負け現象の発生を防止することができる鉄道車両用
差圧弁を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の鉄道車両用差圧弁は、軸方向に摺動が
可能な２個で対をなす弁体を、軸方向中央部に空間を有
する二段に形成して、この空間を空気抜き孔に連通させ
ることとしている。そして、このようにすることで、空
気ばねの内圧の大きさによって差圧弁の弁体が開く圧力
値が変化する。

【０００９】

【発明の実施の形態】従来の差圧弁は、弁体の表裏面側
が同径で、表面側と裏面側に、夫々、各空気ばねの内圧
が作用する構成であったので、空気ばねの内圧の大きさ
の影響が、差圧弁に作用する圧力に反映されないもので
あった。

【００１０】これに対して、ばね側の弁体径（受圧面
積）と、ばねと反対側の弁体径（受圧面積）を異なら
せ、しかも、ばね側の弁体の受圧面積を、ばねと反対側
の受圧面積よりも大きくした場合、弁体がばねの付勢力
に抗して作動する差圧値は、ばね側の弁体に作用する内
圧の大きさに比例して大きくなる。

【００１１】つまり、図４に示すように、ばねと反対側
の弁体の受圧面積をＡ2 、ばねと反対側の弁体に作用す
る内圧をＰ2 、ばね側の弁体の受圧面積をＡ1 、ばね側
の弁体に作用する内圧をＰ1 、ばね側の弁体に作用する
ばねの付勢力をｆk とした場合、ばねと反対側の弁体に
作用する力はＰ2 ・Ａ2 、ばね側の弁体に作用する力は
Ｐ1 ・Ａ1 ＋ｆk で表される。

【００１２】従って、弁体がばね側に移動して空気が空
気ばねに抜けるための条件は、Ｐ2・Ａ2 ＞Ｐ1 ・Ａ1
＋ｆk となる。これより、弁体がばね側に移動して空気
が空気ばねに抜けるか否かの臨界条件は、Ｐ2 ・Ａ2 ＝
Ｐ1 ・Ａ1 ＋ｆk となる。そして、この臨界条件式を変
形すると、Ｐ2 −Ｐ1 ＝｛（Ａ1 ／Ａ2 ）−１｝Ｐ1＋
ｆk −Ａ2 となる。

【００１３】これから、弁体に作用する差圧Ｐ2 −Ｐ1
は、図５に示すように、ばね側の弁体に作用する内圧Ｐ
1 の値によって変化する特性が得られることが判る。従
って、このような弁体を備えた機構を、左右の空気ばね
について、右用と左用とに１組ずつ、合計で２組を例え
ば逆向きに接続することによって、内圧の大きさにより
弁体に作用する圧力が変化する差圧弁が実現できる。

【００１４】本発明の鉄道車両用差圧弁は、上記した考
え方により成されたもので、弁箱の内部に、２個で対を
なす弁体を軸方向に摺動が可能なように内装すると共
に、これら弁体を、ばねによって一方に付勢し、かつ、
各弁体の前記ばねと反対側を、空気ばねの一方と、対を
なす弁体のばね配置側及び空気ばねの他方にそれぞれ連
通させてなり、前記弁体は、軸方向中央部に空間を有す
る、ばね側が大径で、ばねと反対側が小径の二段に形成
して、この空間を空気抜き孔に連通させると共に、前記
中央部に形成した空間を気密状に保持し、かつ、常時
は、夫々の弁体におけるばねと反対側と、空気ばねとの
連通部を気密に保ったものであり、必要に応じて、ばね
の付勢力を調整可能に構成する。

【００１５】本発明の鉄道車両用差圧弁は、弁体を、軸
方向中央部に空間を有する大径側と小径側の二段に形成
し、中央部の空間は大気圧となすと共に、空気ばねに連
通する側をばね及び他方の空気ばねの内圧で押すように
構成したので、空気ばねの内圧の大きさによって差圧弁
の弁体が開く圧力値が変化することになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の鉄道車両用差圧弁を図１〜図
３に示す実施例に基づいて説明する。図１は本発明の鉄
道車両用差圧弁の構造を説明する図、図２は本発明の鉄
道車両用差圧弁の特性と優位性を示す図、図３は本発明
の鉄道車両用差圧弁の他の構造を説明する図である。

【００１７】図１において、１１は本発明の鉄道車両用
差圧弁であり以下のような構成である。１２は弁箱であ
り、２個で対をなす弁体１３ａ，１３ｂを軸方向に摺動
が可能なように内装している。このうち、紙面左側の弁
体１３ａは、ばね１４によって紙面下向きに付勢され、
また、紙面右側の弁体１３ｂは、ばね１４によって紙面
上向きに付勢されている。そして、これらの弁体１３
ａ，１３ｂは、軸方向中央部に空間１３ａａ，１３ｂａ
を有する二段に形成されており、それぞれ、ばね１４側
が大径（以下、「大径側１３ａｂ又は１３ｂｂ」とい
う）で、ばね１４と反対側が小径（以下、「小径側１３
ａｃ又は１３ｂｃ」という）となされている。

【００１８】１２ａは弁体１３ａの小径側１３ａｃと例
えば左空気ばね１を連通すべく弁箱１２に設けられた通
路、１２ｂは弁体１３ｂの小径側１３ｂｃと例えば右空
気ばね２を連通すべく弁箱１２に設けられた通路であ
る。

【００１９】１２ｃは、弁体１３ａの小径側１３ａｃ
と、対をなす弁体１３ｂの大径側１３ｂｂを通って右空
気ばね２と連通すべく弁箱１２に設けられた通路、１２
ｄは、弁体１３ｂの小径側１３ｂｃと、対をなす弁体１
３ａの大径側１３ａｂを通って左空気ばね１と連通すべ
く弁箱１２に設けられた通路である。

【００２０】１２ｅは前記した空間１３ａａ，１３ｂａ
に連通する通路であり、この通路１２ｅは弁箱１２に設
けられた空気抜き孔１２ｆにつながっている。１５はそ
れぞれの弁体１３ａ，１３ｂの大径側１３ａｂ，１３ｂ
ｂの外周面に取り付けられたシール、１６はそれぞれの
弁体１３ａ，１３ｂの小径側１３ａｃ，１３ｂｃの外周
面に取り付けられたシールであり、これらのシール１
５，１６によって、空間１３ａａ，１３ｂａは、弁体１
３ａ，１３ｂの大径側１３ａｂ，１３ｂｂ及び小径側１
３ａｃ，１３ｂｃと気密状態を保っている。

【００２１】１７はそれぞれの弁体１３ａ，１３ｂの小
径側１３ａｃ，１３ｂｃの端面に設けられたシールであ
り、このシール１７によって、常時は、ばね１４の付勢
力によって、対をなす弁体１３ｂ又は１３ａの大径側１
３ｂｂ又は１３ａｂを通って右空気ばね２又は左空気ば
ね１と連通する通路１２ｃ，１２ｄを気密に保ってい
る。

【００２２】なお、図１中の１８は弁箱１２内に弁体１
３ａ，１３ｂを内装した後、弁体１３ａ，１３ｂの摺動
空間を気密状に密閉するための蓋である。

【００２３】本発明の鉄道車両用差圧弁１１は、弁体１
３ａ，１３ｂを、軸方向中央部に空間１３ａａ，１３ｂ
ａを有する大径側１３ａｂ，１３ｂｂと小径側１３ａ
ｃ，１３ｂｃの二段に形成し、中央部の空間１３ａａ，
１３ｂａは通路１２ｅを介して空気抜き孔１２ｆと連通
させて大気圧となすと共に、大径側１３ａｂ，１３ｂｂ
をばね１４及び右空気ばね２又は左空気ばね１内圧Ｐ2
又はＰ1 で押すように構成したので、図２に実線で示し
たように、左空気ばね１や右空気ばね２の内圧Ｐ1 ，Ｐ
2 の大きさによって弁体１３ａ，１３ｂが開く圧力値
（差圧）が変化することになる。

【００２４】一方、図６に示したような構成の従来の鉄
道車両用差圧弁では、図２に破線で示すように、左空気
ばね１や右空気ばね２の内圧Ｐ1 ，Ｐ2 の大きさが変化
しても、弁体１３ａ，１３ｂが開く圧力値（差圧）は一
定である。従って、図２にＡで示す領域では、過大輪重
変動が発生するという問題があり、また、Ｂで示す領域
では、カント負け現象が発生するという欠点があった。
これに対して、上記した本発明の鉄道車両用差圧弁１１
では、左空気ばね１や右空気ばね２の内圧Ｐ1，Ｐ2 の
大きさによって弁体１３ａ，１３ｂが開く圧力値（差
圧）が変化するので、このような問題は発生しない。

【００２５】本発明の鉄道車両用差圧弁は上記したよう
な実施例に限るものではなく、同様の技術思想に基づく
ものであれば、適宜設計変更は自由である。例えば、図
３は弁体１３ａ，１３ｂのばね１４による付勢方向を、
両者共に紙面上向きとなすと共に、図１のシール１５，
１６に代えてダイヤフラム１９，２０となし、また、ば
ね１４の付勢力を調整ねじ２１によって変更できるよう
にしたものである。このような、構成にあっては、差圧
の変化をより大きくすることができる。なお、図３中の
２２は、ばね１４の付勢力を調整ねじ２１によって変更
できるようにしたことに伴って、この調整部分から気密
状態が漏れないようにするためのシールである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鉄道車両
用差圧弁によれば、積載荷重に最適な差圧を空気ばねに
作用させ得るように設定できるので、積載荷重が小さい
時の過大な輪重変動の発生や、積載荷重が大きい時のカ
ント部でのカント負け現象の発生を防止することができ
る。従って、急曲線や急カントといった、厳しい軌道条
件の線路であっても、走行安全性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄道車両用差圧弁の構造を説明する図
である。

【図２】本発明の鉄道車両用差圧弁の特性と優位性を示
す図である。

【図３】本発明の鉄道車両用差圧弁の他の構造を説明す
る図である。

【図４】本発明の鉄道車両用差圧弁の作用を説明する図
である。

【図５】本発明の鉄道車両用差圧弁の特性を説明する図
である。

【図６】従来の鉄道車両用差圧弁の構造を説明する図で
ある。

【図７】従来の鉄道車両用差圧弁の特性を説明する図で
ある。

【図８】カント負け現象を説明するための図である。

【符号の説明】

１１ 鉄道車両用差圧弁 １２ 弁箱 １２ａ 通路 １２ｂ 通路 １２ｃ 通路 １２ｄ 通路 １２ｅ 通路 １２ｆ 空気抜き孔 １３ａ 弁体 １３ａａ 空間 １３ａｂ 大径部 １３ａｃ 小径部 １３ｂ 弁体 １３ｂａ 空間 １３ｂｂ 大径部 １３ｂｃ 小径部 １４ ばね １５ シール １６ シール １９ 調整ねじ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁箱の内部に、２個で対をなす弁体を軸
   方向に摺動が可能なように内装すると共に、これら弁体
   を、ばねによって一方に付勢し、かつ、各弁体の前記ば
   ねと反対側を、空気ばねの一方と、対をなす弁体のばね
   配置側及び空気ばねの他方にそれぞれ連通させてなり、
   前記弁体は、軸方向中央部に空間を有する、ばね側が大
   径で、ばねと反対側が小径の二段に形成して、この空間
   を空気抜き孔に連通させると共に、前記中央部に形成し
   た空間を気密状に保持し、かつ、常時は、夫々の弁体に
   おけるばねと反対側と、空気ばねとの連通部を気密に保
   っていることを特徴とする鉄道車両用差圧弁。
2. 【請求項２】 ばねの付勢力を調整可能に構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の鉄道車両用差圧弁。