JP6218667B2

JP6218667B2 - 鉄道車両の高さ調整装置

Info

Publication number: JP6218667B2
Application number: JP2014098417A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　祐介; 祐介遠藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP2015214257A

Description

本発明は、鉄道車両の台車に対する車体の高さを調整する高さ調整装置に関する。

鉄道車両では、台車に対して車体を支持する空気ばねを備え、空気ばねに圧縮空気を給排することで、車体の高さを調整するようになっている。

特許文献１には、空気ばねに連通するスリーブと、台車に対する車体の高さに応じてスリーブ内を軸方向に移動するスプールと、を備える自動高さ調整弁が開示されている。

上記スプールは、スリーブ内を軸方向に移動することで、空気ばねに対する圧縮空気の給排を切換える。スプールが中立位置にある場合には、空気ばねに連通する通路がコンプレッサ及び大気から遮断される。車体の荷重が増減して車体が台車に対して一定範囲内で昇降する場合には、スリーブとスプールがなす環状隙間を通じて圧縮空気が空気ばねに給排され、車体が元の位置へと復帰する。

つまり、上記自動高さ調整弁は、車体の高さに応じて空気ばねに給排される空気量を調整するものであり、車体の高さを一定の高さに保つシステムを構成している。

特開２０１２−２３２７１６号公報

しかしながら、上記自動高さ調整弁は、車体の高さを一定の高さに保つように調整することはできるが、車体の高さを任意に変えることはできない。

このため、車体の高さを任意に変えるシステムを設ける場合には、上記自動高さ調整弁が設けられる回路とは別系統の回路を用いて空気ばねに圧縮空気を給排する必要があり、構造の複雑化を招くという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の高さ調整装置において、車体の高さを一定の高さに保つシステムと、車体の高さを任意に変更可能なシステムと、の両方を簡便な構造で実現することを目的とする。

本発明は、台車に対する車体の高さを調整する鉄道車両の高さ調整装置であって、台車に対する車体の相対変位に応じて変位する作動体と、作動体の変位によって軸方向に移動して空気ばねに対する圧縮空気の供給と排出を切換えるバルブ体と、バルブ体を軸方向に駆動するアクチュエータと、作動体の変位によってバルブ体に付勢力を与える付勢部材と、を備えることを特徴とする。

本発明では、台車に対する車体の高さが変化する動きに連動して作動体が変位することにより、バルブ体が軸方向に移動することで、空気ばねに給排される空気量が調整され、車体の高さが一定の高さが保たれる。

また、アクチュエータがバルブ体を軸方向に駆動することにより、バルブ体が作動体の変位に連動することなく軸方向に移動することで、空気ばねに給排される空気量が調整され、車体の高さが任意に変更される。

このように高さ調整装置は、車体の高さを一定の高さに保つシステムと、車体の高さを任意に変更可能なシステムと、の両方を共通の給排系統を用いた簡便な構造で実現することができる。

本発明の実施形態に係る高さ調整装置の構成図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの作動状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの作動状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの作動状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの作動状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの作動状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係る高さ調整装置におけるレベリングバルブの流量特性を示す線図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

まず、図１を参照して、鉄道車両の高さ調整システムに設けられる高さ調整装置１００の概要について説明する。高さ調整システムは、後述するように鉄道車両の運転条件に応じて車体１の高さ及び傾斜を制御する。

鉄道車両の車体１と台車２の間には、空気ばね３が設けられる。高さ調整装置１００は、空気ばね３に圧縮空気を給排するレベリングバルブ１０を備え、車体１を一定の高さに維持する機能と、車体１を傾斜させる機能と、を有する。

レベリングバルブ１０は、車体１に取り付けられる。レベリングバルブ１０のレバー４は、連結棒５を介して台車２に連結される。車体１の荷重変化により空気ばね３が伸縮して車体１の高さが変化すると、連結棒５を介してレバー４が回動し、レベリングバルブ１０が以下のように作動する。

車体１が台車２に対して所定の高さ（中立位置）にある場合には、レバー４が中立位置にあり、レベリングバルブ１０が閉弁する。これにより、空気ばね３に連通する空気ばね通路６は、コンプレッサ（供給源）７に連通する供給源通路９及び排気通路８に対して閉鎖され、空気ばね３が一定の高さに保たれる。

車体１の荷重が増加して空気ばね３が縮んだ場合には、レバー４が中立位置から上方に押し上げられて図１の矢印Ａ方向へ回動し、それに伴って供給源通路９が開通する。これにより、コンプレッサ７からの圧縮空気が供給源通路９及び空気ばね通路６を通じて空気ばね３へ供給される。空気ばね３が一定の高さに復元すると、レバー４が中立位置に戻ってレベリングバルブ１０が閉弁し、圧縮空気の供給が遮断される。

一方、車体１の荷重が減少して空気ばね３が伸びた場合には、レバー４が中立位置から下方に引き下げられて図１の矢印Ｂ方向へ回動し、それに伴って排気通路８が開通する。これにより、空気ばね３の圧縮空気は空気ばね通路６及び排気通路８から大気へ排出される。空気ばね３が一定の高さに復元すると、レバー４が中立位置に戻ってレベリングバルブ１０が閉弁し、空気の排出が遮断される。

このように、レベリングバルブ１０が車体１と台車２の間に生じた相対変位を自動的に調節することにより、車体１の高さが一定に維持される。

また、高さ調整装置１００は、レベリングバルブ１０にコントローラ９９によって駆動されるアクチュエータ９０を備える。レベリングバルブ１０がアクチュエータ９０の作動によりレバー４の変位によらず空気ばね３に圧縮空気を給排することにより、車体１の高さが任意に変えられる。

次に、主に図２を参照して、レベリングバルブ１０について説明する。

レベリングバルブ１０は、台車２に対する車体１の相対変位に応じて変位する作動アーム５５及び作動ピストン（作動体）２０と、作動ピストン２０の移動によって弾性変形することでバルブ体３０を軸方向に付勢する作動スプリング２５、２６（付勢部材）と、バルブ体３０の軸方向への移動に抵抗を与えるダンパ６０と、作動ピストン２０の変位を検出する変位検知器９５と、バルブ体３０を軸方向に駆動するアクチュエータ９０と、これらを収装するケーシング１８と、を備える。

ケーシング１８は、車体１に固定される。ケーシング１８には、バルブハウジング４０がケーシング１９を介して取り付けられる。ケーシング１８には、作動ピストン２０及びバルブ体３０がそれぞれの中心線Ｏが延びる軸方向に移動するように収装される。バルブハウジング４０には、円柱状のバルブ体３０を収装するバルブ収容孔４０Ａが形成される。

作動アーム５５は、ケーシング１８に回動自在に支持される作動シャフト５０を有し、バルブ体３０の中心線Ｏに直交する中心軸Ｓを中心として揺動する。作動シャフト５０のケーシング１８から外側に突出する先端部には、レバー４が連結される（図１参照）。作動アーム５５のケーシング１８内に収装される揺動部にはピン５６が設けられる。ピン５６は、作動ピストン２０に形成された溝２０Ｃに係合し、作動アーム５５の回動を作動ピストン２０の軸方向への移動に変換する。

台車２に対して車体１が下降すると、図２において作動アーム５５が時計回り方向に回動し、作動ピストン２０が右側に移動する。一方、台車２に対して車体１が上昇すると、図２において作動アーム５５が反時計回り方向に回動し、作動ピストン２０が左側に移動する。

作動スプリング２５、２６は、金属材によってコイル状に形成され、作動ピストン２０とリテーナ２７、２８の間に圧縮して介装される。作動スプリング２５、２６は、作動ピストン２０を挟持するように設けられ、作動ピストン２０の移動を作動スプリング２５、２６を介してバルブ体３０に伝達する。

作動ピストン２０は、バルブ体３０が挿通する孔２０Ａと、作動スプリング２５、２６に係合する一対の環状凹部２０Ｂと、を有する。作動ピストン２０の外周は、ケーシング１８の収容孔１８Ａに摺動自在に支持される。

なお、上述した構成に限らず、作動ピストン２０がバルブ体３０に摺動自在に支持され、作動ピストン２０の外周とケーシング１８の収容孔１８Ａの間に間隙が設けられる構成としてもよい。

リテーナ２７は、バルブ体３０が挿入される孔２７Ａ、孔２７Ａが開口する円盤状のフランジ部２７Ｂと、作動スプリング２５に係合する環状凹部２７Ｃと、環状凹部２７Ｃが形成される円筒状のスプリング収容筒部２７Ｄと、を有する。リテーナ２８は、リテーナ２７と同一形状をしており、リテーナ２７と共通の部品として設けられる。リテーナ２７、２８の外周は、ケーシング１８の収容孔１８Ａに摺動自在に支持される。

バルブハウジング４０のリテーナ２８に向いた端部には縮径部４０Ｅが形成され、縮径部４０Ｅとケーシング１８の内周との間に環状間隙が画成される。リテーナ２８が図２中右側に移動する際には、リテーナ２８のスプリング収容筒部２８Ｄが環状間隙に入り込むようになっている。こうしてリテーナ２８が移動するスペースがケーシング１８とバルブハウジング４０の間に環状間隙として設けられることにより、レベリングバルブ１０の大型化が避けられる。

円柱状のバルブ体３０の中程には、段部３０Ａが形成される。リテーナ２８は、段部３０Ａに当接してバルブ体３０に取り付けられる。バルブ体３０の一端には、連結ロッド２２が結合される。リテーナ２７は、連結ロッド２２の端面に当接してバルブ体３０に取り付けられる。レベリングバルブ１０の組み立て時に、バルブ体３０にリテーナ２８、作動スプリング２６、作動ピストン２０、作動スプリング２５、及びリテーナ２７が組み付けられた後に、バルブ体３０に連結ロッド２２が結合される。これにより、リテーナ２７、２８を介して一対の作動スプリング２５、２６が作動ピストン２０を挟持するように組み付けられる。

作動スプリング２５は、作動ピストン２０とリテーナ２７との間に圧縮して介装され、バルブ体３０を軸方向において図２中右側に付勢する。作動スプリング２６は、作動ピストン２０とリテーナ２８との間に圧縮して介装され、バルブ体３０を軸方向において図２中左側に付勢する。作動ピストン２０が軸方向に移動すると、作動スプリング２５、２６の付勢力がリテーナ２７、２８を介してバルブ体３０に与えられることで、バルブ体３０が軸方向に移動する。つまり、作動スプリング２５、２６は、作動ピストン２０の移動をバルブ体３０に伝達する付勢部材として設けられる。

なお、上記付勢部材は、金属製の作動スプリング２５、２６に限らず、ゴム材等からなる弾性体であってもよい。

次に、変位検知器９５の構成について説明する。

変位検知器９５は、ケーシング１８に介装されるセンサ部９７と、センサ部９７に対して軸方向に移動するセンサロッド９６と、を備える。

センサロッド９６は、リテーナ２７の孔を挿通し、その一端が作動ピストン２０に連結され、作動ピストン２０と一緒に軸方向に移動する。

センサ部９７は、センサロッド９６の変位に応じて電気抵抗が変化する検知回路（図示省略）を備え、センサロッド９６の変位に応じた信号を出力する。

台車２に対する車体１の高さが変化する動きに連動して作動ピストン２０が変位すると、変位検知器９５はセンサロッド９６を介して作動ピストン２０の変位に応じた信号をコントローラ９９に出力する。これにより、コントローラ９９は変位検知器９５の出力信号を基に車体１の高さを検知する。

なお、変位検知器９５は、上述した構成に限らず、レーザ光を用いて作動ピストン２０の変位を検出するものであってもよい。

次に、ダンパ６０の構成について説明する。

ダンパ６０は、連結ロッド２２を介してバルブ体３０に連結されるダンパピストン６１を備える。ダンパピストン６１は、バルブ体３０と共に中心線Ｏが延びる軸方向に移動する。連結ロッド２２の一端はバルブ体３０の基端部に結合され、連結ロッド２２の他端はフランジ部２２Ａを介してダンパピストン６１の一端に結合される。フランジ部２２Ａには複数の孔２２Ｂが形成され、ダンパピストン６１の移動に伴って油室１７の作動油が孔２２Ｂを通じて流れるようになっている。

ケーシング１８には油室１７と排気室１２を仕切る隔壁１８Ｆが形成される。隔壁１８Ｆには連結ロッド２２が摺動自在に挿入される孔１８Ｅが形成される。孔１８Ｅにはシールリング１６が介装される。シールリング１６によって連結ロッド２２に対する摺接部が密封されることにより、油室１７内の作動油が収容孔１８Ａ内に洩れないようになっている。

ダンパピストン６１は、ケーシング１８内に形成された油室１７の作動油中に浸漬して配置される。ケーシング１８にはシリンダ部１８Ｂが形成され、ダンパピストン６１はシリンダ部１８Ｂに摺動自在に挿入される。ケーシング１８にはシリンダ部１８Ｂの一端に連通する開口部１８Ｃが形成され、開口部１８Ｃは隔壁体７１にて閉塞される。

ダンパピストン６１の両端部には、円筒状のダンパピストン部６３Ａ、６３Ｂが形成される。シリンダ部１８Ｂ内には、ダンパピストン部６３Ａ、６３Ｂによって第１ダンパ室６４Ａ、第２ダンパ室６４Ｂが画成される。

ダンパピストン６１には、第１ダンパ室６４Ａ及び第２ダンパ室６４Ｂの内部と油室１７とを連通する連通路６５Ａ、６５Ｂが形成される。第１ダンパ室６４Ａ及び第２ダンパ室６４Ｂのそれぞれの内部には、通過する作動油の流れに抵抗を付与するオリフィス６９Ａ、６９Ｂが形成されたノンリターンバルブ６６Ａ、６６Ｂと、ダンパピストン部６３Ａ、６３Ｂの内周面に支持されたリング状のばね受け部材６７Ａ、６７Ｂと、ノンリターンバルブ６６Ａ、６６Ｂとばね受け部材６７Ａ、６７Ｂとの間に圧縮して配置され連通路６５Ａ、６５Ｂを閉じる方向にノンリターンバルブ６６Ａ、６６Ｂを付勢するスプリング６８Ａ、６８Ｂとが設けられる。

ケーシング１８には、ダンパピストン６１の移動に応じて油室１７と第１ダンパ室６４Ａ、第２ダンパ室６４Ｂとを連通する逃がし通路７０Ａ、７０Ｂが形成される。逃がし通路７０Ａ、７０Ｂは、バルブ体３０が後述する中立位置付近にある場合には、ダンパピストン６１のダンパピストン部６３Ａ、６３Ｂによって閉じられる。

バルブ体３０が中立位置から図２中右側に移動するのに伴って、連結ロッド２２を介してダンパピストン６１も同方向に移動する。このときに、収縮する第２ダンパ室６４Ｂの作動油がノンリターンバルブ６６Ｂのオリフィス６９Ｂを通じて油室１７へ流入し、オリフィス６９Ｂを流れる作動油に流路抵抗が発生する。一方、第１ダンパ室６４Ａは拡張して内部が負圧となるため、ノンリターンバルブ６６Ａがスプリング６８Ａの付勢力に抗して開き、油室１７の作動油が連通路６５Ａを通じて第１ダンパ室６４Ａ内に補給される。このようにしてダンパピストン６１は図２中右側に移動する際には抵抗が生じる。

続いて、バルブ体３０が図２中左側に向かって中立位置に戻るのに伴って、連結ロッド２２を介してダンパピストン６１も図２中左側に移動する。このとき、収縮する第１ダンパ室６４Ａ内の作動油は逃がし通路７０Ａを通じて油室１７へ排出されるため、ダンパピストン６１は抵抗なく移動する。

また、ダンパ６０は、バルブ体３０が中立位置から図２中左側に向かって移動した後に中立位置に戻るときにも、同様に作動する。このように、ダンパ６０は、バルブ体３０が中立位置から軸方向に移動する際にはバルブ体３０の移動にオリフィス６９Ａ、６９Ｂによる抵抗を付与する一方、バルブ体３０が中立位置に戻る際にはバルブ体３０の移動にオリフィス６９Ａ、オリフィス６９Ｂによる抵抗を付与しない。

ダンパ６０は、バルブ体３０の移動に与える抵抗を変えられるダンパ抵抗可変機構８０を備える。

ダンパ抵抗可変機構８０は、ケーシング１８に形成されるバイパス通路８１、８２と、バイパス通路８１、８２の間に介装されるバイパスバルブ８３と、を備える。バイパス通路８１、８２は、オリフィス６９Ａ、オリフィス６９Ｂを迂回して第１ダンパ室６４Ａ、第２ダンパ室６４Ｂに連通する。

バイパスバルブ８３は、コントローラ９９（図１参照）からの駆動電流により開閉作動する電磁弁であり、第１ダンパ室６４Ａと第２ダンパ室６４Ｂを連通する流路面積が変えられる。バイパスバルブ８３が開弁することにより、ダンパピストン６１の移動に伴って作動油が第１ダンパ室６４Ａと第２ダンパ室６４Ｂの間でバイパス通路８１、８２を通じて流れる。

コントローラ９９からの駆動電流によりバイパスバルブ８３は全閉位置と全開位置に切換えられる。バイパスバルブ８３が全閉位置にある状態では、ダンパ６０が作動する。一方、バイパスバルブ８３が全開位置にある状態では、ダンパ６０の作動が解除される。

また、バイパスバルブ８３は、その開度が制御される比例電磁弁を用いてもよい。この場合に、コントローラ９９が車両の運転状態に応じてバイパスバルブ８３の開度を制御することにより、ダンパピストン６１の移動に与えられるオリフィス６９Ａ、オリフィス６９Ｂの抵抗が変えられる。

次に、アクチュエータ９０の構成について説明する。

ケーシング１８には、アクチュエータ９０がケーシング７９を介して取り付けられる。アクチュエータ９０はソレノイド（図示省略）の電磁力により軸方向に移動するアクチュエータロッド９１を備える。

アクチュエータロッド９１は、ダンパピストン６１及びバルブ体３０と同一軸方向に延びるように中心線Ｏ上に配置される。アクチュエータロッド９１はフランジ部９１Ａを介してダンパピストン６１の一端に結合される。フランジ部９１Ａには複数の孔９１Ｂが形成され、ダンパピストン６１の移動に伴って油室１７の作動油が孔９１Ｂを通じて流れるようになっている。

ケーシング１８内に油室１７を画成する隔壁体７１にはアクチュエータロッド９１が摺動自在に挿入される孔７１Ａが形成される。孔７１Ａにはシールリング７８が介装され、シールリング７８によってアクチュエータロッド９１に対する摺接部が密封され、油室１７内の作動油がアクチュエータ９０側に洩れないようになっている。

アクチュエータ９０はコントローラ９９からの駆動電流によりアクチュエータロッド９１を軸方向に移動し、アクチュエータロッド９１がダンパピストン６１及び連結ロッド２２を介してバルブ体３０を軸方向に移動する。

なお、アクチュエータ９０は、上述した構成に限らず、油圧、空気圧等の流体圧によって作動するものであってもよい。

次に、レベリングバルブ１０の弁構造について説明する。

バルブハウジング４０には、バルブ収容孔４０Ａの一端が開口する排気室１２が画成される。排気室１２は、排気通路８を通じて大気に開放された排気側に連通される。排気室１２には、作動ピストン２０及び作動スプリング２５、２６等が収装される。

バルブハウジング４０には、バルブ収容孔４０Ａの他端が開口する供給室１１がプラグ４９によって画成される。供給室１１は、供給源通路９を通じてコンプレッサ７に連通される。

供給室１１には、弁体４４を支持するガイド体４６と、弁体４５を支持するガイド体４７と、ガイド体４６、４７の間に圧縮して介装される戻しスプリング（弁体付勢部材）４８と、が収装される。ガイド体４６、４７にはそれぞれの両側を連通する流路（図示省略）が形成される。これにより、ガイド体４６、４７が軸方向に移動する際に、バルブ収容孔４０Ａ内の空気が流路を通じて移動するようになっている。

バルブハウジング４０には、供給室１１に対するバルブ収容孔４０Ａの開口部に弁座４０Ｄが形成される。弁体４４は、ガイド体４６を介して戻しスプリング４８の付勢力を受けて弁座４０Ｄに当接し、バルブ収容孔４０Ａの開口部を供給室１１に対して閉鎖する。

プラグ４９には、供給室１１に対する開口部に弁座４９Ａが形成される。弁体４５は、ガイド体４７を介して戻しスプリング４８の付勢力を受けて弁座４９Ａに当接し、供給源通路９に連通したプラグ４９の開口部を供給室１１に対して閉鎖する。

弁体４４、４５は、ゴム等の弾性材によって円盤状に形成される。弁体４４、４５は、戻しスプリング４８の付勢力により弁座４０Ｄ、弁座４９Ａに押し付けられる部位が弾性変形し、弁座４０Ｄ、弁座４９Ａに対する当接部を密封する。

ケーシング１８には空気ばね通路６が接続される通孔１３が形成され、通孔１３はバルブ体３０の外周に臨んでバルブ収容孔４０Ａの内側に開口する。バルブ収容孔４０Ａは、通孔１３及び空気ばね通路６を通じて空気ばね３に連通される。

バルブ体３０には、軸方向に延びる中空部３０Ｂが形成される。中空部３０Ｂの一端は、バルブ体３０の弁体４５に向いた先端３０Ｅに開口する。中空部３０Ｂの他端は、バルブ体３０の径方向に形成した排気孔３０Ｃを通じて排気室１２に常時連通する。

バルブ体３０には、弁体４５に向いた先端部の外周に大径部３０Ｄが形成される。バルブ収容孔４０Ａには、大径部３０Ｄとの間に環状隙間１４を画成する縮径部４０Ｂが形成される（図３Ａ参照）。環状隙間１４の流路長は、バルブ体３０が中立位置から軸方向に移動する移動量に応じて変わる。環状隙間１４は、空気ばね３に給排される圧縮空気に流路抵抗を与える絞り部を構成し、これを流れる空気流に対してその流路長に応じた流路抵抗を与える。

なお、絞り部は、上述した構成に限らず、バルブ体３０の外周に形成された溝と、バルブ収容孔４０Ａの縮径部４０Ｂと、の間に画成される絞り流路であってもよい。

バルブ収容孔４０Ａには、縮径部４０Ｂから空気ばね通路６の開口部に至る区間において拡径部４０Ｃが形成される。拡径部４０Ｃは、バルブ体３０の外周に対して環状の間隙を画成し、これを流通する空気流に対して格別の抵抗を与えない程度に十分な断面積を有する。

バルブ収容孔４０Ａには、拡径部４０Ｃより排気室１２側にシールリング１５が介装される。シールリング１５は、バルブ体３０に対する摺接部を密封し、空気ばね通路６からの圧縮空気が排気室１２へと洩れないようになっている。

レベリングバルブ１０では、作動アーム５５の中心線Ｎとバルブ体３０の中心軸Ｏとが直角をなす位置が、バルブ体３０の中立位置に設定される。バルブ体３０は、中立位置においてその先端３０Ｅが閉鎖位置の弁体４４に当接する。なお、バルブ体３０の中立位置は、中心線Ｎと中心軸Ｏとが直角をなす位置に限らず、任意に設定される。

弁座４０Ｄ、弁体４４、戻しスプリング４８、バルブ体３０は、空気ばね通路６を供給室１１（圧縮空気の供給側）と排気室１２（圧縮空気の排出側）に対して選択的に連通させる三方弁を構成する。

次に、主に図３Ａ〜３Ｅを参照して、レベリングバルブ１０が開閉する動作について説明する。

図２、３Ａに示すように、バルブ体３０が中立位置にある場合には、弁体４４が弁座４０Ｄに着座してバルブ収容孔４０Ａの開口部を閉鎖するとともに、バルブ体３０の先端３０Ｅが弁体４４に当接している。この状態では、空気ばね通路６は供給室１１及び排気室１２に対して閉鎖され、空気ばね３に対する圧縮空気の給排は行われない。これにより、空気ばね３は、一定の高さに保たれ、車体１をあらかじめ設定された支持位置に保持する。なお、この車体１の支持位置が車体１の中立位置に相当する。

車体１が中立位置からわずかに上昇した場合には、作動ピストン２０が図２の左側へ移動し、作動スプリング２５、２６の付勢力によってバルブ体３０が中立位置から図２の左側へ移動する。このバルブ体３０の移動に対してダンパ６０が抵抗を与えることにより、バルブ体３０の移動速度が低く抑えられ、作動ピストン２０の移動に対するバルブ体３０の移動に時間遅れが生じる。このときに、作動スプリング２５、２６が伸縮することで作動ピストン２０とバルブ体３０の相対変位が吸収される。

図３Ｂに示すように、バルブ体３０がダンパ６０の抵抗を受けつつ作動スプリング２５、２６の付勢力が釣り合う位置に移動した状態では、バルブ体３０の先端３０Ｅが弁体４４から離れ、空気ばね通路６と排気室１２とが環状隙間１４を介して連通する。このときに、弁体４４が弁座４０Ｄに当接しているため、空気ばね通路６は供給室１１に対して閉鎖される。この状態では、空気ばね３の圧縮空気が、図３Ｂ中矢印で示すように、空気ばね通路６、環状隙間１４、バルブ体３０と弁体４４の隙間、バルブ体３０の中空部３０Ｂ、排気孔３０Ｃ、及び排気通路８を通じて大気に排出される。このときに、環状隙間１４がこれを通過する空気流に対して流路抵抗を与えることにより、微少流量の圧縮空気が空気ばね３から排出され、車体１はゆっくりと下降して中立位置に戻る。

これに対して、車体１が中立位置から大幅に上昇した場合には、図３Ｃに示すように、バルブ体３０は図の左側へ大きく移動する。これに伴って、バルブ体３０の大径部３０Ｄは縮径部４０Ｂから図３Ｃの左側へと抜け出し、環状隙間１４は存在しなくなる。この状態では、空気ばね３から排出される圧縮空気が、図３Ｃ中矢印で示すように、環状隙間１４の流路抵抗を受けずに、バルブ収容孔４０Ａとバルブ体３０の間を通って流出するので、大量の圧縮空気が空気ばね３から排出され、車体１は速やかに下降する。このときに、バルブ体３０は、ダンパ６０の抵抗をほとんど受けずに中立位置に向かって移動する。

上記バルブ体３０が中立位置に向かって移動するのに伴い、大径部３０Ｄが縮径部４０Ｂに入って環状隙間１４を形成すると、車体１は環状隙間１４の流路抵抗によりゆっくりと下降して中立位置に戻る。車体１が中立位置に戻ると同時に、バルブ体３０は先端３０Ｅを弁体４４に当接する。以後、空気ばね通路６は排気通路８に対して閉鎖され、空気ばね３からの圧縮空気の排出が終了される。

一方、車体１が中立位置からわずかに下降した場合には、作動ピストン２０が図２の右側へ移動し、作動スプリング２５、２６の付勢力によってバルブ体３０が中立位置から図２の右側へ移動する。このバルブ体３０の移動に対してダンパ６０が抵抗を与えることにより、バルブ体３０の移動速度が低く抑えられ、作動ピストン２０の移動に対するバルブ体３０の移動に時間遅れが生じる。このときに、作動スプリング２５、２６が伸縮することで作動ピストン２０とバルブ体３０の相対変位が吸収される。

図３Ｄに示すように、バルブ体３０がダンパ６０の抵抗を受けつつ作動スプリング２５、２６の付勢力が釣り合う位置に移動した状態では、バルブ体３０に押される弁体４４がバルブ収容孔４０Ａの弁座４０Ｄからリフトするとともに、弁体４５がその前後差圧により弁座４９Ａからリフトし、供給室１１と空気ばね通路６が環状隙間１４を介して連通する。このときに、バルブ体３０の先端３０Ｅが弁体４４に当接しているため、空気ばね通路６は排気室１２に対して閉鎖される。この状態では、コンプレッサ７からの圧縮空気が、図３Ｄ中矢印で示すように、供給源通路９、供給室１１、環状隙間１４、及び空気ばね通路６を通じて空気ばね３に流入し、空気ばね３は伸長する。このときに、環状隙間１４がこれを通過する圧縮空気に対して流路抵抗を与えることにより、微少流量の圧縮空気が空気ばね３に供給され、車体１はゆっくりと上昇して中立位置に戻る。

これに対して、車体１が中立位置から大幅に下降した場合には、図３Ｅに示すように、バルブ体３０は図の右側へ大きく移動する。これに伴って、バルブ体３０の大径部３０Ｄは弁体４４を押しつつバルブ収容孔４０Ａの外側へ抜け出し、環状隙間１４は存在しなくなる。この状態で供給室１１から空気ばね３へと流入する圧縮空気は、図３Ｅ中矢印で示すように、環状隙間１４の流路抵抗を受けずに流入する。これにより、大量の圧縮空気が空気ばね３に供給され、車体１は速やかに上昇する。このときに、バルブ体３０はダンパ６０の抵抗をほとんど受けずに中立位置に向かって移動する。

上記バルブ体３０が中立位置に向かって移動するのに伴い、大径部３０Ｄが縮径部４０Ｂに入って環状隙間１４を形成すると、車体１は環状隙間１４の流路抵抗によりゆっくりと上昇して中立位置に戻る。車体１が中立位置に戻ると同時に、弁体４４は弁座４０Ｄに当接し、弁体４５は弁座４９Ａに当接する。以後、空気ばね通路６は供給源通路９に対して閉鎖され、空気ばね３に対する圧縮空気の供給が終了される。車体１は荷重条件に新たな変動が生じるまで、中立位置に保持される。

図４は、レベリングバルブ１０の流量特性を示し、横軸にバルブ体３０の移動距離がとられ、縦軸に空気ばね通路６を通じて空気ばね３に給排される圧縮空気の流量がとられている。この流量は、バルブ体３０の移動距離が中立位置から一定範囲にある領域では環状隙間１４の絞り流路長さが短くなるのに応じて緩やかに増加し、バルブ体３０の移動距離が中立位置から一定範囲を超えて環状隙間１４が存在しなくなるのに伴って急増する。

以上のように、レベリングバルブ１０が車体１の高さを一定の高さに保つように空気ばね３に給排される空気量を調整する。この調整時には、アクチュエータ９０が作動せず、作動ピストン２０に追従するバルブ体３０の移動を妨げない。これにより、車体１の高さに応じてレベリングバルブ１０が開閉作動し、空気ばね３に給排される空気量が的確に調整される。

一方、高さ調整システムにおいて、運転条件に応じて車体１の高さ及び傾斜を調整する際には、レベリングバルブ１０が空気ばね３に給排される空気量を調整する流量調整弁として用いられる。この場合に、レベリングバルブ１０は、アクチュエータ９０が作動してバルブ体３０を移動することにより、車体１の高さに連動することなく開閉作動し、空気ばね３に圧縮空気を給排する。

高さ調整システムの作動時において、コントローラ９９は、高さ調整システムのコントローラ（図示省略）から車体１の高さの指令値信号を受け、変位検知器９５から検知信号に基づいて車体１の高さを目標とする指令値に近づけるようにアクチュエータ９０の作動をフィードバック制御する。

次に、アクチュエータ９０の作動によってレベリングバルブ１０が開閉する動作について説明する。

アクチュエータ９０の通電が停止された状態で、バルブ体３０が中立位置にある場合には、弁体４４が弁座４０Ｄに着座してバルブ収容孔４０Ａの開口部を閉鎖するとともに、バルブ体３０の先端３０Ｅが弁体４４に当接している。この状態では、空気ばね通路６は供給室１１及び排気室１２に対して閉鎖され、空気ばね３に対する圧縮空気の給排は行われない。

空気ばね３に圧縮空気を供給する場合には、アクチュエータ９０が通電され、ダンパピストン６１及びバルブ体３０はアクチュエータ９０の推力によって中立位置から図２の右側へ移動する。これにより、コンプレッサ７からの圧縮空気が空気ばね３に供給され、空気ばね３が伸長し、車体１が中立位置より上昇する。このときに、作動ピストン２０は中立位置にあるが、作動スプリング２５、２６が伸縮作動することで、作動ピストン２０とバルブ体３０との相対変位が許容される。

車体１が上昇するのに伴って、レバー４が中立位置から下方に引き下げられて図１の矢印Ｂ方向へ回動し、作動アーム５５を介して作動ピストン２０が中立位置から図２の左側へ移動する。このときに、作動スプリング２５、２６が伸縮作動することで、作動ピストン２０とバルブ体３０との相対変位が許容される。

続いてアクチュエータ９０の通電が停止されると、作動スプリング２５、２６の付勢力によりバルブ体３０が図２の右側から左側へ移動する。これにより、空気ばね３の圧縮空気が排出され、空気ばね３が収縮し、車体１が下降して中立位置に戻される。

一方、空気ばね３の圧縮空気を排出する場合には、アクチュエータ９０が通電され、ダンパピストン６１及びバルブ体３０はアクチュエータ９０の推力によって中立位置から図２の左側へ移動する。これにより、空気ばね３の圧縮空気が排出され、空気ばね３が収縮し、車体１が中立位置より下降する。

続いてアクチュエータ９０の通電が停止されると、作動スプリング２５、２６の付勢力によりバルブ体３０が図２の左側から右側へ移動する。これにより、空気ばね３に圧縮空気が供給され、空気ばね３が膨張し、車体１が上昇して中立位置に戻される。

こうして、アクチュエータ９０の駆動力によってバルブ体３０が軸方向に移動するときに、作動スプリング２５、２６が伸縮することで作動ピストン２０とバルブ体３０の相対変位が許容される。レベリングバルブ１０では、アクチュエータ９０の作動時に、作動スプリング２５、２６が弾性変形することにより、作動ピストン２０の変位によらずに空気ばね３に給排される空気量が調整される。アクチュエータ９０の作動停止時に、作動スプリング２５、２６の付勢力によって作動ピストン２０が変位することにより、空気ばね３に給排される空気量が調整され、車体１が中立位置に戻される。

コントローラ９９は、アクチュエータ９０を作動させるときに、バイパスバルブ８３を開弁してダンパ６０の抵抗を小さくする。これにより、アクチュエータ９０が作動してバルブ体３０を駆動する際に、ダンパ６０の抵抗が小さく抑えられ、アクチュエータ９０の駆動力によって移動するバルブ体３０の応答性を高められる。

高さ調整システムでは、例えば車両の旋回走行時等に車体１の左右に設けられる空気ばね３の高さを相異させることによって車体１のローリング方向に傾斜させる制御が行われる。この場合には、カーブを走行する車両の走行速度に応じて車体１がカーブの内側に倒されることにより、車体１に働く重力と遠心力が釣り合うことで、走行安定性を高められる。

また、高さ調整システムでは、車両の加減速時等に車体１の前後に設けられる空気ばね３の高さを調整することによって車体１のピッチング方向について姿勢を維持する制御が行われる。この場合には、車両の加速時に車体１の後方に設けられる空気ばね３の圧力を前方に設けられる空気ばね３の圧力より高めることにより、車体１に働く慣性力によって車体１が後方に傾く姿勢変化を抑えられる。また、車両の減速時に車体１の前方に設けられる空気ばね３の圧力を車体１の後方に設けられる空気ばね３の圧力より高めることにより、車体１に働く慣性力によって車体１が前方に傾く姿勢変化を抑えられる。

また、高さ調整システムでは、駅における車両の停止時に、駅のホームの高さに合わせて車体１の高さを調整する制御が行われる。駅のホームと車両の床の高さが異なる場合には、車体１の高さを上げることで、駅のホームと車両の床の間の段差を無くすことができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕レベリングバルブ１０は、台車２に対する車体１の相対変位に応じて変位する作動ピストン２０（作動体）と、作動ピストン２０の変位によって軸方向に移動して空気ばね３に対する圧縮空気の供給と排出を切換えるバルブ体３０と、バルブ体３０を軸方向に駆動するアクチュエータ９０と、を備える構成とした。

上記構成に基づき、台車２に対する車体１の高さが変化する動きに連動して作動ピストン２０が変位することにより、バルブ体３０が軸方向に移動する。バルブ体３０が移動することで、空気ばね３に給排される空気量が調整され、車体１の高さが一定の高さが保たれる。

一方、アクチュエータ９０がバルブ体３０を軸方向に駆動することにより、バルブ体３０が作動ピストン２０の変位に連動することなく軸方向に移動する。アクチュエータ９０によってバルブ体３０が移動することで、空気ばね３に給排される空気量が調整され、車体１の高さが任意に変更される。

このように高さ調整装置１００は、車体１の高さを一定の高さに保つシステムと、車体１の高さを任意に変更可能なシステムと、の両方を共通の給排系統を用いた簡便な構造で実現することができる。したがって、高さ調整システムを設けるにあたっては、レベリングバルブ１０が設けられる回路とは別系統の回路を設けて圧縮空気を空気ばね３に給排する必要がなく、構造の簡素化が図れる。

〔２〕レベリングバルブ１０は、バルブ体３０が軸方向に移動する動きに抵抗を与えるダンパ６０を備える。

上記構成に基づき、ダンパ６０がバルブ体３０の軸方向への移動に対して抵抗を与えるため、バルブ体３０の移動速度が低く抑えられる。こうして、作動ピストン２０の移動に対するバルブ体３０の移動に時間遅れが生じるため、車体１の高さが変化してから空気ばね３に給排されるまでにある程度の時間がかかる。これにより、例えば車両に乗客が乗り降りして車体１の高さが短い周期で変動する荷重条件では、空気ばね３に対する圧縮空気の供給と排出とが繰り返し行われる現象の発生が抑えられる。その結果、高さ調整装置１００における空気消費量が低減され、高さ調整装置１００によって消費されるエネルギを減らすことができる。

これに対して、車体１の高さが長い周期で変動する荷重条件では、バルブ体３０がダンパ６０の抵抗を受けつつ移動し、車体１の高さが変化するのに応じて空気ばね３に圧縮空気が給排され、車体１が中立位置へと円滑に戻される。

〔３〕レベリングバルブ１０は、ダンパ６０に与えられる抵抗力を変更可能なダンパ抵抗可変機構８０を備える構成とした。

上記構成に基づき、アクチュエータ９０の作動時にダンパ抵抗可変機構８０がダンパ６０の抵抗を小さくすることにより、アクチュエータ９０の作動によってバルブ体３０が軸方向に移動する応答性を高められる。

〔４〕レベリングバルブ１０は、台車２に対する車体１の相対変位に応じてバルブ体３０の軸方向に移動する作動ピストン２０（作動体）を備える。高さ調整装置１００は、作動ピストン２０の軸方向の移動を車体１の高さとして検出する変位検知器９５と、変位検知器９５の出力信号に基づいてアクチュエータ９０の作動を制御するコントローラ９９と、をさらに備える構成とした。

上記構成に基づき、変位検知器９５は作動ピストン２０の変位に応じて車体１の高さを検出する。コントローラ９９は変位検知器９５の出力信号に基づいてアクチュエータ９０の作動を制御することにより、車体１の高さを指令値に近づけることができる。

変位検知器９５が作動ピストン２０と共にレベリングバルブ１０に収容されることにより、レベリングバルブ１０の外部にレバー４の回動角度を検出するレゾルバ等の変位検知器を設ける必要がなく、システムの簡素化が図れる。

〔５〕レベリングバルブ１０は、作動ピストン２０（作動体）の変位によってバルブ体３０に付勢力を与える作動スプリング２５、２６（付勢部材）をさらに備える構成とした。

上記構成に基づき、台車２に対して車体１の高さが変化するのに連動して作動ピストン２０が移動すると、作動スプリング２５、２６が弾性変形する。アクチュエータ９０の作動停止時に、作動スプリング２５、２６の付勢力によってバルブ体３０が移動することで、空気ばね３に対する圧縮空気の供給または排出が行われ、車体１が中立位置へと円滑に戻される。

アクチュエータ９０の作動時に、アクチュエータ９０によってバルブ体３０が軸方向へ移動するときに、作動スプリング２５、２６が伸縮することで作動ピストン２０とバルブ体３０の相対変位が許容される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、バルブハウジング４０内に画成されるスペース（供給室１１）に供給源通路９が連通され、ケーシング１８内に画成されるスペース（排気室１２）に排気通路８が連通される。これに限らず、バルブハウジング４０内に画成されるスペースに排気通路８が連通され、ケーシング１８内に画成されるスペースに供給源通路９が連通される構成としてもよい。

また、上記実施形態では、作動ピストン２０及び作動スプリング２５、２６がバルブ体３０に取り付けられる。これに限らず、作動ピストン及び作動スプリングがダンパ６０のダンパピストン６１に取り付けられる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、アクチュエータ９０及びダンパピストン６１はバルブ体３０と同軸上で連結される。これに限らず、アクチュエータ９０またはダンパピストン６１はリンク機構等を介してバルブ体３０に連結され、バルブ体３０と同軸上に設けられない構成としてもよい。

また、台車２に対する車体１の相対変位に応じて変位する作動体は、レベリングバルブ１０の外部に設けられるレバー４または連結棒５であってもよい。その場合に、作動体の変位によって弾性変形する付勢部材は、レバー４と作動アーム５５の間、またはレバー４と連結棒５の間に設けられる構成としてもよい。また、連結棒５、レバー４、作動シャフト５０自体が弾性変形して付勢部材の機能を果たすようにしてもよい。

また、バルブ体３０は、バルブ収容孔４０Ａとの間に環状隙間１４を画成するスプール状のもの限らず、環状の弁座に対して軸方向に変位するポペット状のものであってもよい。

１車体
２台車
３空気ばね
２０作動ピストン（作動体）
２５、２６作動スプリング（付勢部材）
３０バルブ体
４０Ａバルブ収容孔
６０ダンパ
８０ダンパ抵抗可変機構
９０アクチュエータ
９５変位検知器
９９コントローラ
１００高さ調整装置

Claims

台車に対する車体の高さを調整する鉄道車両の高さ調整装置であって、
前記台車に対する前記車体の相対変位に応じて変位する作動体と、
前記作動体の変位によって軸方向に移動して空気ばねに対する圧縮空気の供給と排出を切換えるバルブ体と、
前記バルブ体を軸方向に駆動するアクチュエータと、
前記作動体の変位によって前記バルブ体に付勢力を与える付勢部材と、
を備えることを特徴とする鉄道車両の高さ調整装置。
前記バルブ体が軸方向に移動する動きに抵抗を与えるダンパをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の高さ調整装置。
前記ダンパに与えられる抵抗力を変更可能なダンパ抵抗可変機構をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両の高さ調整装置。
前記作動体の変位を検出する変位検知器と、
前記変位検知器の出力信号に基づいて前記アクチュエータの作動を制御するコントローラと、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の鉄道車両
の高さ調整装置。
前記付勢部材は、前記作動体を挟持するように設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の鉄道車両の高さ調整装置。
前記ダンパは、前記バルブ体に追従して軸方向に移動するダンパピストンを備え、
前記作動体は、前記台車に対する前記車体の相対変位に応じて前記ダンパピストンの軸方向に移動する作動ピストンを含み、
前記付勢部材は、前記ダンパピストンに取り付けられることを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載の鉄道車両の高さ調整装置。
前記作動体は、前記台車と前記車体との間に介装され、一端が前記車体に連結される連結棒を含み、
前記連結棒が弾性変形して前記バルブ体に付勢力を与えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の鉄道車両の高さ調整装置。