JP3827187B2 - レベリングバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両および自動車の懸架装置として車体と台車枠との間に装着した空気ばねが車体荷重の増減によってその高さが変わると、車体と台車枠との間隔の増減を自動的に調節して、車体を常に一定の高さに維持する空気ばねの高さ制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の空気ばねの高さを制御する懸架装置Ｄは、図６に示すように、車体１１と台車枠１２との間に装着され、車体１１の荷重の増減による車体１１の高さの変化を連結棒１３、レバー１４を介して高さ制御弁Ｖに伝えて、高さ制御弁Ｖよりの圧縮空気を空気ばね１５に供給して、車体１１と台車枠１２との間に生じた高さの変化を自動的に調節し、常に車体１１を一定の高さに維持させるようにしている。
【０００３】
高さ制御弁Ｖは、主に中央部の緩衝ばね部ａ、上部のエアバルブ部ｂ、下部のオイルダンパ部ｃとからなり、その詳細は、図７に示すように、緩衝ばね部ａは、軸１６に図示しないスイングアームが固定され、作動アーム１８は、軸１６に対して自由に回転し得るようになっており、軸１６と同心に緩衝ばね１９に初期荷重が与えられた状態で組み込まれ、スイングアームと作動アーム１８に同時に接触している。
【０００４】
エアバルブ部ｂは、バルブケース２０内に納められたエアバルブｖ１，ｖ２（給気弁、排気弁）が作動アーム１８に対して設けられ、給気弁ｖ１の低圧側と排気弁の高圧側（空気ばね側）とはバルブケース２０内を貫通する図示しない通路により連絡され、その通路の中間に不還弁ｃｈが設けられている。
【０００５】
オイルダンパ部ｃは、片利きダンパ形式を採用しているため、ピストン２１内部にノンリタンバルブｎｖが設けてあり、車体１１の変位は、作動アーム１８の図示しないローラを介して伝えられ、ノンリタンバルブｎｖに設けられるオリフィスｆの減衰抵抗により時間遅れを与えるようになっている。
【０００６】
そして、車両が走行中に発生する上下動や振動により車体１１と台車枠１２に装着された空気ばね１５が伸縮し、連結棒１３、レバー１４を介して自動高さ制御弁Ｖに変位が伝えられると、ノンリタンバルブｎｖに設けられたオリフィスｆにより発生する油圧抵抗による時間遅れのため、車体１１の上下動、振動変位を直接給排弁ｖ１，ｖ２に伝えられることなく緩衝ばね１９のみが圧縮され、給排弁ｖ１，ｖ２は作動することなく、圧縮空気の出入りは行なわれない。
【０００７】
そして、車体１１の荷重が静的に増加した場合、空気ばね１５が撓み、荷重と釣り合うまで車体１１が沈下するため、レバー１４が上方に押し上げられ、スイングアームが回転し、このため緩衝ばね１９が捩れ、ばね１９の復元力によりオイダンパ部ｃに発生する油圧抵抗と釣り合いながら、作動アーム１８が回転し、一定時間後に給気弁ｖ１が開き、図示しない空気溜めからの圧縮空気が不還弁ｃｈを開いて、バルブケース２０に貫通している図示しない通路を通り、空気ばね１５に供給され、空気ばね１５が一定の高さに復元すると、レバー１４がバルブケース２０に対して中立位置に戻り、給気弁ｖ１が閉じられ、圧縮空気の供給は停止するようになっている。
【０００８】
さらに、車体１の荷重が静的に減少した場合、空気ばね１５が伸び、車体１１が上昇し、このため、レバー１４が引き下げられ、荷重が増加した場合とは逆に一定時間後に排気弁ｖ２が開かれ、空気ばね１５内の圧縮空気が排気されて、空気ばね１５が一定の高さに復元すると、レバー１４がバルブケース２０に対して中立位置に戻り、空気ばね１５内からの圧縮空気の排気は停止するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の高さ制御弁にあっては、部品点数が多く、機構が複雑で、加工、組み立て工数が嵩み、コスト高となり、また、回路が複雑となっているために鋳物を使用しているが、鋳物による不良が多く、しかも、重量が重いと言う問題があり、さらに、弁の作動を安定化させるために不感帯、時間遅れ防止機構等を有しており、不感帯はシムで調整し、時間遅れは、シリコンオイルでダンピングさせるように調整するために、調整が大変面倒であり、また、連結棒からの入力をエアバルブの往復運動に変換しているため、機構が複雑になり、性能調整も難しいと言う問題があった。
【００１０】
そこで、この発明は、上記した事情を鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、機構を簡素化し、部品点数、加工、組み立て工数を低減して低コストが図れ、しかも、調整を必要とせずに高性能を維持できる空気ばねの高さを調節するレベンリングバルブを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為、第１の発明では、車両の車体と台車枠との間に空気ばねと並列に装着し、車体の荷重の増減時に上記空気ばね内に圧縮空気を供給させ又は排出させて車体の高さを常に一定の高さに維持させるレベリングバルブにおいて、筒体と、筒体の前後を密封するよう締結される前後蓋と、前蓋に設けたシール部材及びベアリングと後蓋に設けたベアリングとに支承されて筒体の第１，２の小径部と大径部内を移動可能に嵌挿されて前蓋より突出するロッドと、ロッドの端に伸縮可能に取付けられる取付具と、ロッドに設けられる第１，２の拡径部と、第１の拡径部と第２の拡径部間にシール部材でシールされて摺動可能に嵌挿される第１，２の弁体と、第１の弁体と第２の弁体間に逆方向に付勢するように装着するばねと、第１の弁体と第２の弁体を着座させる筒体の第１，２の段部に装着するシート部材と、筒体の第１の小径部を外部の圧縮空気源に連通させる給気ポートと、第２の小径部を大気中に開放させる排気ポートと、大径部を上記空気ばね内に連通させる供給ポートとを備え、車体の重量の増加時におけるロッドの圧縮方向の移動にあっては第１の拡径部と第１の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第１の弁体とに開口を生じて給気ポートと供給ポートとを連通し、車体の重量の減少時におけるロッドの伸び方向の移動にあっては第２の拡径部と第２の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第２の弁体とに開口を生じて排気ポートと供給ポートとを連通するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明では、前記弁体をロッドの中立状態にあってロッドの拡径部に対して一定のオフセット量を設ける。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明するに、前記従来例と同一の構成要素に対しては同一の名称、符号を付して説明する。
【００１４】
この実施の形態に関わる高さ制御弁であるレベリングバルブＶを装着した空気ばね懸架装置Ｄは、図１に示すように、車体１１と台車枠１２との間に装着され、車体１１の荷重の増減による車体１１の高さの変化を直接レベリングバルブＶに伝えて、レベリングバルブＶにより空気ばね１５内に圧縮空気を給排して、車体１１と台車枠１２との間に生じた高さの変化を自動的に調節し、車体を常に一定の高さに維持させるようにしてある。
【００１５】
レベリングバルブＶは、図２に示すように、１は、筒体で、２は、前蓋、３は後蓋で、筒体１の前後を前蓋２、後蓋３とで図示しないボルト等で締結、密閉されている。
【００１６】
筒体１には、第１，２の小径部１ａ，１ｂ、大径部１ｃ及び第１，２の段部１ｄ，１ｅ等が成形されており、第１の小径部１ａには給気ポートｐ１が、第２の小径部１ｂには排気ポートｐ２が、大径部１ｃには供給ポートｐ３とがそれぞれ通路１ｆ，１ｇ，１ｈを介して連通するように設けられ、また、第１，２の段部１ｄ，１ｅには環状の凹溝１ｉ，１ｋが設けられ、この環状の凹溝１ｉ，１ｋに合成ゴム部材等からなる環状のシート部材４が嵌着されている。
【００１７】
前蓋２に設けた貫通穴２ａにはベアリング５ａ，シール部材６が、また、後蓋３の穴３ａにはベアリング５ｂが設けられており、これ等のベアリング５ａ，５ｂ、シール部材６に支承され、前記小径部１ａ，１ｂ、大径部１ｃ内を摺動自在にロッド７が嵌挿されて、前蓋２より突き出るようになっている。
【００１８】
ロッド７には、第１、２の拡径部７ａ，７ｂとが設けられ、また、前蓋２より突出する一端側には伸縮自在なターンバックル構造を有する取付具７Ａが装着してある。
【００１９】
更に、ロッド７にはシール部材８でシールされ摺動可能な第１，２の弁体９ａ，９ｂが嵌挿されるとともに、第１の弁体９ａと第２の弁体９ｂとを互いに逆方向に付勢するばね１０が装着されており、ロッド７の圧縮方向の移動に伴い第１の拡径部７ａと第１の弁体９ａとが、また、ロッド７の伸び方向の移動に伴い第２の拡径部７ｂと第２の弁体９ｂとがばね１０に抗してそれぞれが互いに係合するようになっている。
【００２０】
第１の弁体９ａは、筒体１の第１の段部１ｄに設けた環状の溝１ｉに装着したシート部材４にばね１０で付勢され、面接触し、第１の拡径部７ａに対して一定のオフセット量ｅ（不感帯域）を保つように着座して、第１の小径部１ａと大径部１ｃとの連通を遮断している。
【００２１】
さらに、第２の弁体９ｂは、筒体１の第２の段部１ｅに設けた環状の溝１ｋに装着したシート部材４にばね１０で付勢され、面接触し、第２の拡径部７ｂに対して一定のオフセット量ｅ（不感帯域）を保つように着座して、第２の小径部１ｂと大径部１ｃとの連通を遮断している。
【００２２】
筒体１に設ける給気ポートｐ１には、図示しないコンプレッサ等の圧縮空気源とが接続され、第１の小径部１ａ内に通路１ｆを介して圧縮空気が供給されるようになっており、また、供給ポートｐ３には、図示しない管等を介して空気ばね１５に接続され、空気ばね１５と大径部１ｃとを連通しており、さらに、排気ポートｐ２には、通路１ｇを介して第２の小径部１ｂと連通し、第２の小径部１ｂを常に大気中に開放するようにしてある。
【００２３】
レベリングバルブＶは、ロッド７の一端に設けたターンバックル構造を有する取付具７ Aを図示しないピン等で車体１１側に、一方後蓋３にも設けた穴３ｂに図示しないピン等を嵌挿して台車枠１２側に取り付け、中立位置になるように取付具７Ａで調節できるようにしてある。
【００２４】
次に、その作用について説明するが、今、仮に、車体重量が一定していて変化しない場合は、レベリングバルブＶのロッド７は、図３に示すように、中立位置にあって、ロッド７に設けた第１の拡径部７ａは第１の弁体９ａと係わりなく、一定のオフセット量ｅを保った位置にあり、このため、第１の弁体９ａは、ばね１０に付勢されてシート部材４と接触し、着座しており、給気ポートｐ１に連通する第１の小径部１ａと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとの連通を遮断している。
【００２５】
一方、ロッド７に設けた第２の拡径部７ｂは、第２の弁体９ｂと係わりなく一定のオフセット量ｅを保った位置にあり、このため、第２の弁体９ｂは、ばね１０に付勢されてシート部材４と接触して着座しており、排気ポートｐ２に連通する第２の小径部１ｂと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとの連通を遮断し
、ロッド７の微少な変位（オフセット量ｅ）内にあっては、空気ばね１５内の圧力は一定に保たれ、車体の高さを一定に維持している。
【００２６】
そして、車体１１の重量が増加した場合は、空気ばね１５が撓み、荷重と釣り合うまで車体１１が沈下して、ロッド７が図中右方向にオフセット量ｅを超えて移動すると、図４に示すように、ロッド７に設けた第２の拡径部７ｂは第２の弁体９ｂから離れ、第２の弁体９ｂは、ばね１０に付勢されてシート部材４に密着したまま排気ポートｐ２に連通する第２の小径部１ｂと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとの連通を遮断し続ける一方、ロッド７に設けた第１の拡径部７ａは第１の弁体９ａと係合し、ばね１０に対抗して第１の弁体９ａをシート部材４から離間させ、シート部４と第１の弁体９ａとの間に開口を生じて、給気ポートｐ１に連通する第１の小径部１ａと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとを経由し、給気ポートｐ１よりの圧縮空気が空気ばね１５に供給され、空気ばね１５が変化した荷重に対応するにしたがって、車体１１を元の位置に徐々に押上げると、ロッド７も車体１１とともに追従して上昇し、ロッド７の第１の拡径部７ａに係合した第１の弁体９ａもばね１０に付勢されながら逆方向に移動して、やがてシート部材４と再び接触して、シート部４と第１の弁体９ａとの間に生じた開口を閉鎖するとともに、第１の拡径部７ａは、第１の弁体９ａから離れ、図３に示したように、第１の拡径部７ａと第１の弁体９ａとは、一定のオフセット量ｅ内の中立位置に戻り、供給ポートｐ３と給気ポートｐ１とが遮断され、車体１１の高さを元の一定の高さに保つようにしている。
【００２７】
また、車体１１の重量が減少した場合は、空気ばね１５が変化した荷重に対応するにしたがって伸張し、荷重と釣り合うまで車体１１が上昇し、ロッド７が図中左方向にオフセット量ｅを超えて移動すると、図５に示すように、ロッド７に設けた第１の拡径部７ａは第１の弁体９ａから一段と離れ、第１の弁体９ａは、ばね１０に付勢されてシート部材４に密着し、給気ポートｐ１に連通する第１の小径部１ａと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとの連通を閉鎖し続ける一方、ロッド７に設けた第２の拡径部７ｂは、第２の弁体９ｂに係合し、第２の弁９ｂをばね１０に対抗してシート部材４から離間し、シート部４と第２の弁体９ｂとの間に開口を生じて、排気ポートｐ２に連通する第２の小径部１ｂと供給ポートｐ３に連通する大径部１ｃとを経由し、空気ばね１５内の圧縮空気が大気中に排気されて、空気ばね１５が変化した荷重に対応するにしたがって、車体１１を元の位置に徐々に押し下げると、ロッド７も車体１１とともに追従して下降し、ロッド７の第２の拡径部７ｂに係合した第２の弁体９ｂもばね１０に付勢されながら逆方向に移動し、シート部材４と再び接触し、シート部４と第２の弁体９ｂとの間に生じた開口を閉鎖し、図３に示したように、第２の拡径部７ｂと第２の弁体９ｂとは、一定のオフセット量ｅ内の中立位置に戻り、供給ポートｐ３と排気ポートｐ２との連通が遮断され、車体１１の高さを元の一定の高さに保つようになっている。
【００２８】
このように、筒体１の前後を密封するよう締結される前後蓋２，３と、前蓋２に設けたシール部材６，ベアリング５ａと後蓋３に設けたベアリング５ｂとに支承されて筒体１の第１，２の小径部１ａ，１ｂと大径部１ｃ内を移動可能に嵌挿されて前蓋２より突出するロッド７と、ロッド７の端に伸縮可能に取付けられる取付具７Ａと、ロッド７に設けられる第１，２の拡径部７ａ，７ｂと、この第１の拡径部７ａと第２の拡径部ｂ間にシール部材８でシールされて摺動可能に嵌挿される第１，２の弁体９ａ，９ｂと、第１の弁体９ａと第２の弁体９ｂ間に逆方向に付勢するように装着するばね１０と、第１の弁体９ａと第２の弁体９ｂを着座させる筒体１の第１，２の段部１ｄ，１ｅに装着するシート部材４と、筒体１の第１の小径部１ａに連通する給気ポートｐ１と、第２の小径部１ｂに連通する排気ポートｐ２と、大径部１ｃに連通する供給ポートｐ３とを備え、ロッド７の圧縮方向の移動にあっては第１の拡径部７ａと第１の弁体９ａがばね１０に抗して係合しながらシート部４と第１の弁体９ａとに開口を生じて給気ポートｐ１と供給ポートｐ３とを連通し、ロッド７の伸び方向の移動にあっては第２の拡径部７ｂと第２の弁体９ｂがばね１０に抗して係合しながらシート部４と第２の弁体９ｂとに開口を生じ、排気ポートｐ２と供給ポートｐ３とを連通するようにたから、部品点数が少なくなり、機構が大変簡素化でき、加工、組み立て工数が大幅に軽減でき、コストダウンが図れ、また、回路が単純となり、本体に鋳物を使用する必要がなくなり、重量も軽くなり、さらに、弁の作動を安定化させるための時間遅れ防止機構を要さないから、時間遅れを調節することもなくなり、また、車体１１と台車枠１２との相対変位を直接レベリンバルブＶのロッド７の直線運動により変換するようにしたため、複雑なリンク機構も必要とせず、しかも、高性能を維持することができる。
【００２９】
また、弁体９ａ，９ｂをロッドの中立状態にあって、ロッド７の拡径部７ａ、７ｂに対して一定のオフッセト量ｅを設けるようしたので、オフセット量ｅ内でバランスを保てるようになり、安定した作動が得られる。
【００３０】
そして、前記した実施の形態において、第１の拡径部７ａおよび第２の拡径部７ｂの軸方向長さを、また、第１の拡径部７ａが臨在する第１の小径部１ａおよび第２の拡径部７ｂのが臨在する第２の小径部１ｂの軸方向長さが長短調整されることにより、いわゆる切換時に空気の流れを制限することが可能になり、切換時のショック発生を防止することが可能になる。
【００３１】
前記したところは、この発明のレベリングバルブが車両における車高調整に利用されるものとして説明したが、この発明の意図するところからすれば、このレベリングバルブが防振台あるいは除振台などの空気圧で支持される産業用装置類に利用されるとしても良く、その場合に作用効果が異ならないことはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、筒体の前後を密封するよう締結される前後蓋と、前蓋に設けたシール部材，軸受部材と後蓋に設けた軸受部材とに支承されて筒体の第１，２の小径部と大径部内を移動可能に嵌挿されて前蓋より突出するロッドと、ロッドの端に伸縮可能に取付けられる取付具と、ロッドに設けられる第１，２の拡径部と、ロッドの第１の拡径部と第２の拡径部間にシール部材でシールされて摺動可能に嵌挿される第１，２の弁体と、第１の弁体と第２の弁体間に逆方向に付勢するように装着するばねと、第１の弁体と第２の弁体を着座させる筒体の第１，２の段部に装着するシート部材と、筒体の第１の小径部に連通する給気ポートと、第２の小径部に連通する排気ポートと、大径部に連通する供給ポートとを有し、ロッドの圧縮方向の移動にあっては第１の拡径部と第１の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第１の弁体とに開口を生じ、給気ポートと供給ポートとを連通し、ロッドの伸び方向の移動にあっては第２の拡径部と第２の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第２の弁体とに開口を生じ、排気ポートと供給ポートとを連通するようにしたので、部品点数が少なくなり、機構が大変簡素化でき、加工、組み立て工数が大幅に減り、コストダウンが図れ、また、回路が単純となり、本体に鋳物を使用する必要がなくなり、重量も軽くなり、さらに、弁の作動を安定化させるための時間遅れ防止機構を要さないから、時間遅れを調節することもなくなり、また、車体と台車枠との相対変位を直接レベリンバルブのロッドの直線運動より変換するようにしたため、複雑なリンク機構も必要とせず、しかも、高性能を維持することができる効果がある。
更に、車体の荷重の増減による車体の高さの変化があった時空気ばね内に圧縮空気を給排して、車体と台車枠との間に生じた高さの変化を自動的に調節し、車体を常に一定の高さに維持させることができる。
【００３３】
第２の発明によれば、弁体をロッドの中立状態にあってロッドの拡径部に対して一定のオフセット量を設けるようしたので、オフセット量内でバランスを保てるようになり、安定した作動が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すレベリングバルブを装着した懸架装置の正面要部断面図である。
【図２】同じく図１におけるレベリングバルブの正面要部の拡大断面図である。
【図３】同じくレベリングバルブの中立時を説明する正面要部の拡大断面図である。
【図４】同じくレベリングバルブの供給時を説明する正面要部の拡大断面図である。
【図５】同じくレベリングバルブの排気時を説明する正面要部の拡大断面図である。
【図６】従来例を示す空気ばね懸架装置の正面図である。
【図７】同じく図６の空気ばね懸架装置における高さ制御弁の正面断面図である。
【符号の説明】
１ 筒体
１ａ 第１の小径部
１ｂ 第２の小径部
１ｃ 大径部
１ｄ 第１の段部
１ｅ 第２の段部
１ｆ，１ｇ，１ｈ 通路
１ｉ，１ｊ 環状の溝
２ 前蓋
２ａ 貫通穴
３ 後蓋
３ａ 穴
３ｂ 取付穴
４ シート部材
５ａ，５ｂ ベアリング
６ シール部材
７ ロッド
７ａ 第１の拡径部
７ｂ 第２の拡径部
７Ａ 取付具
８ シール部材
９ａ 第１の弁体
９ｂ 第２の弁体
１０ ばね
１１ 車体
１２ 台車枠
１５ 空気ばね
ｐ１ 給気ポート
ｐ２ 排気ポート
ｐ３ 供給ポート
ｅ オフセット量
Ｄ 懸架装置
Ｖ レベリングバルブ

Claims (2)

1. 車両の車体と台車枠との間に空気ばねと並列に装着し、車体の荷重の増減時に上記空気ばね内に圧縮空気を供給させ又は排出させて車体の高さを常に一定の高さに維持させるレベリングバルブにおいて、筒体と、筒体の前後を密封するよう締結される前後蓋と、前蓋に設けたシール部材及びベアリングと後蓋に設けたベアリングとに支承されて筒体の第１，２の小径部と大径部内を移動可能に嵌挿されて前蓋より突出するロッドと、ロッドの端に伸縮可能に取付けられる取付具と、ロッドに設けられる第１，２の拡径部と、第１の拡径部と第２の拡径部間にシール部材でシールされて摺動可能に嵌挿される第１，２の弁体と、第１の弁体と第２の弁体間に逆方向に付勢するように装着するばねと、第１の弁体と第２の弁体を着座させる筒体の第１，２の段部に装着するシート部材と、筒体の第１の小径部を外部の圧縮空気源に連通させる給気ポートと、第２の小径部を大気中に開放させる排気ポートと、大径部を上記空気ばね内に連通させる供給ポートとを備え、車体の重量の増加時におけるロッドの圧縮方向の移動にあっては第１の拡径部と第１の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第１の弁体とに開口を生じて給気ポートと供給ポートとを連通し、車体の重量の減少時におけるロッドの伸び方向の移動にあっては第２の拡径部と第２の弁体がばねに抗して係合しながらシート部と第２の弁体とに開口を生じて排気ポートと供給ポートとを連通するようにしたことを特徴とするレベリングバルブ。
2. 前記弁体をロッドの中立状態にあってロッドの拡径部に対して一定のオフセット量を設けるようしたことを特徴とする請求項１に記載のレベリングバルブ。

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