JP7100529B2

JP7100529B2 - 制御弁、制御弁装置、及び車体傾斜装置

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Publication number: JP7100529B2
Application number: JP2018150176A
Authority: JP
Inventors: 貴司染谷; 雅之上野; 禎也渡邉; 学志小林
Original assignee: Central Japan Railway Co; Mitsubishi Heavy Industries Engineering Ltd
Current assignee: Central Japan Railway Co; Mitsubishi Heavy Industries Engineering Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-07-13
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP2020026808A

Description

本発明は、制御弁、制御弁装置、及びこれを備えた車体傾斜装置に関する。

空気等のガスで弁体が作動し、ガスの流路を開閉する弁装置が知られている。
ここで、例えば鉄道車両等の車両には種々の弁装置（制御弁）が設けられている。このような車両の弁装置は、空気タンクからの圧縮空気によって動作し、車両の車体傾斜制御やブレーキ制御を行う制御装置に設けられる。
ここで車両の車体傾斜制御とは、軌道の曲線部分を走行する車体を強制的に内軌側へ傾斜させることで軌道の曲線部分での走行速度及び乗り心地の向上を図るものである。

特許文献１には、ダイヤフラム式の弁装置が開示されている。この弁装置では、コイルスプリングの付勢力によって弁体が弁座に着座することで閉弁状態となり、空気の圧力によってピストンをコイルスプリングの付勢力に抗して押し上げることで開弁状態となる。

実用新案登録第３１９０１１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の弁装置では、コイルスプリングの付勢力のみで弁体を着座部に押し付けて、閉弁状態を保っている。従って弁体の押し付け力が十分でない可能性がある。
特に車両の車体傾斜装置に用いる制御弁では、例えば車両の走行中に弁体が閉状態を維持しなければならない状況で、何らかの原因で弁体が開状態となってしまうと、運行に支障が出てしまう可能性がある。よって、車両に搭載される制御弁では特に、精度よく弁体の開閉動作が行われる必要がある。その一方で、車両に搭載される制御弁には小型化、軽量化、低コスト化の要請もあるため、開閉動作性の向上に際して複雑な機構を用いることは難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、簡易な構造で弁体を所定の位置に保持可能な制御弁、及び、この制御弁を備える制御弁装置と車体傾斜装置とを提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る制御弁は、連通位置と閉塞位置との間で往復動可能に設けられた弁体と、内側に前記弁体を前記連通位置と前記閉塞位置との間で往復動可能に支持するシリンダと、を備え、前記シリンダは、前記弁体を往復動可能に支持する壁部と、前記壁部と前記弁体とで囲まれた空間である指令室と、前記壁部に設けられ、ガス供給源に接続されて該ガス供給源から前記指令室へガスを流入可能とする指令用開口部と、前記指令室よりも前記弁体が往復動する方向の前記閉塞位置側に位置し、前記壁部と前記弁体とで囲まれるとともに前記指令室とは隔離された空間であるガス導入室と、前記壁部に前記ガス導入室に開口するように設けられて、いずれか一方が前記弁体が前記閉塞位置に有る状態で閉塞されるとともに、いずれか一方が前記ガス供給源に接続されて該ガス供給源から前記ガス導入室へガスを導入可能とする一対の入出力開口部と、前記指令室よりも前記弁体が往復動する方向の前記連通位置側に位置し、前記壁部と前記弁体とで囲まれるとともに前記指令室とは隔離された空間である背面側室と、を備え、前記弁体には、前記往復動する方向の前記ガス導入室側を向き、前記指令室に面する指令用受圧面と、前記往復動する方向の前記ガス導入室側を向き、前記ガス導入室に面するとともに前記指令用受圧面の面積より小さな面積を有する第一受圧面と、前記第一受圧面とは前記往復動する方向の反対側を向くとともに前記背面側室に面し、前記指令用受圧面の面積よりも小さく、かつ前記第一受圧面の面積よりも大きな面積を有する第二受圧面と、前記第一受圧面と前記第二受圧面とを接続する内部流路と、が形成されている。

このような制御弁では、指令室へガスがガス供給源から流入することで、指令用受圧面がガスの圧力を受ける。これにより弁体が閉塞位置から連通位置へ向かって動作する。弁体が連通位置に配置されると、一方の入出力開口部から弁体が離なれ、ガス導入室へガス供給源からガスが導入される。そしてもう一方の入出力開口部を通じてガス導入室内のガスがシリンダ内から流出する。即ち、指令室へガスを流入させる入力指令に応じて、ガス導入室内を通じてガスを制御弁の外部に出力することができる。
この際、ガス導入室内のガスの一部は、弁体の内部流路を通じて、背面側室に向かって流通する。背面側室では第二受圧面がガスの圧力を受けて弁体を閉塞位置に向かって動作させようとする押圧力が生じる。一方でガス導入室では第一受圧面がガスの圧力を受けて弁体を連通位置に向かって動作させようとする押圧力が生じる。ここで、弁体を連通位置に動作させようとする力を生じる指令用受圧面の面積が最も大きく、その次に弁体を連通位置とは逆の閉塞位置に動作させようとする力を生じる第二受圧面の面積が大きく、弁体を連通位置に動作させようとする力を生じる第一受圧面の面積が最も小さい。また指令室、ガス導入室、及び背面側室では同じガス供給源から同じ圧力のガスが流入するため、指令室にガスが導入されている状態では、上記各受圧面の面積差によって弁体は連通位置に配置された状態を維持することになる。
第二受圧面の面積の方が第一受圧面の面積よりも大きいため、その後、指令室へのガス供給源からのガスの流入が停止されると、第二受圧面が受圧することで生じる背面側室内の押圧力によって、弁体が閉塞位置に移動して一方の入出力開口部を閉塞し、一対の入出力開口部同士の間の連通が遮断される。この結果、ガス供給源からのガスの流通が制御弁によって遮断される。
このように第一受圧面と第二受圧面とを接続する内部流路を設けるとともに、指令用受圧面、第一受圧面、及び第二受圧面の面積の大小関係を上記の通り規定することで、ガスの圧力によって弁体を閉塞位置にしっかりと保持することが可能となる。よって、別途で弁体を閉塞位置に保持するための機構を設けなくともよく、制御弁の部品点数を減らすことができる。部品点数の削減によって制御弁の小型化が可能となり、制御弁のメンテナンス時間やメンテナンスのコストを低減することも可能となる。

また、本発明の第二の態様に係る制御弁では、上記第一の態様における前記弁体には、前記往復動する方向の前記連通位置側を向く支持面がさらに形成され、前記シリンダは、前記壁部に設けられて前記支持面に対して前記連通位置で接触可能な緩衝部材をさらに備えていてもよい。

このような緩衝部材を設けることで、弁体が閉塞位置から連通位置に動作した際に、弁体とシリンダとの接触音の発生を抑制することができるため、制御弁の動作の静粛性を高めることができる。また弁体がシリンダに接触する際の衝撃により、弁体及びシリンダの劣化を早めてしまうことを回避できる。

また、本発明の第三の態様に係る制御弁装置は、上記第一又は第二の態様における制御弁を、供給側制御弁と排気側制御弁として一対備え、前記ガス供給源は前記供給側制御弁のおける一方の前記入出力開口部に直接接続され、前記供給側制御弁における前記ガス供給源に直接接続されていない前記入出力開口部と、前記排気側制御弁における一方の入出力開口部とが接続されることで、該排気側制御弁における一方の入出力開口部が前記供給側制御弁を介して間接的に前記ガス供給源に接続されていてもよい。

このような制御弁装置によれば、一対の制御弁である供給側制御弁と排気側制御弁とを接続し、供給側制御弁の弁体を連通位置に配置することで、供給側制御弁の入出力開口部から流出するガスの圧力を利用してガス圧によって動作する機器を制御することができる。一方で、供給側制御弁の弁体を閉塞位置に配置し、排気側制御弁の弁体を連通位置に配置することで供給側制御弁のガス導入室内のガスを排気側制御弁へ導き、ガスの圧力を利用してガス圧によって動作する機器へのガスの流入を停止させるとともに、この機器へ流入させるガスを、排気側制御弁のガス導入室を介して制御弁装置の外部に排出することができる。
よって、制御弁装置では、上記の通り部品点数を減らし、制御弁装置の小型化を可能とし、制御弁装置のメンテナンス時間やメンテナンスのコストを低減しつつ、ガス圧によって動作する機器にガスを供給するか、機器へのガスの供給を停止して外部へ排気するかを容易に選択可能である。

また、本発明の第四の態様に係る車体傾斜装置は、上記第三の態様の制御弁装置を、対をなして備え、各々の前記制御弁装置の前記供給側制御弁における一方の前記入出力開口部は、空気圧縮機に接続され、前記空気圧縮機と前記供給側制御弁との間には、前記空気圧縮機から流入するガスである圧縮空気を貯留する前記ガス供給源としての空気タンクが設けられ、各々の前記供給側制御弁における前記空気タンクに接続されていない前記入出力開口部からの圧縮空気を、車両の台車と車体との間に車体幅方向に一対に設けられる空気バネに、一対の前記制御弁装置からそれぞれ供給可能としてもよい。

このような車体傾斜装置によれば、供給側制御弁からの圧縮空気を用いて、一対の空気バネ各々の空気量を調整可能である。よって部品点数を減らし、制御弁装置の小型化を可能とし、制御弁装置のメンテナンス時間やメンテナンスのコストを低減しつつ、車体を車体幅方向の一方に向かって傾斜させる車体傾斜制御を行うことが可能となる。

上記の制御弁、制御弁装置、及び車体傾斜装置によれば、ガス圧を利用することで、簡易な構造で制御弁の弁体を所定の位置に保持可能である。

本発明の実施形態に係る車体傾斜装置の全体概要を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る車体傾斜装置の制御弁装置を示す縦断面図であって、保持時の状態を示す図である。本発明の実施形態に係る車体傾斜装置の制御弁装置を示す縦断面図であって、供給時の状態を示す図である。本発明の実施形態に係る車体傾斜装置の制御弁装置を示す縦断面図であって、排気時の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態における車体傾斜装置１について説明する。車体傾斜装置１は車体１０１を車体幅方向のいずれか一方に傾斜させる制御を行なう。
図１に示すように車両１００は、車体１０１と、車体１０１を支持する台車１０２と、車体１０１と台車１０２との間に設けられた空気バネ１０３と、空気バネ１０３へ圧縮空気（ガス）Ａを供給可能とする自動高さ調整弁１０６及び車体傾斜装置１とを備えている。
さらに車両１００は、圧縮空気Ａを生成する空気圧縮機１０４と、空気圧縮機１０４からの圧縮空気Ａを貯留するとともに、車体傾斜装置１に圧縮空気Ａを流入させる空気タンク（ガス供給源）１０５とを備えている。

空気バネ１０３は、車体１０１と台車１０２との間に、車体１０１の幅方向両側で一対に設けられている。この空気バネ１０３は、台車１０２から車体１０１に伝わる振動を干渉することで、乗り心地の向上を図るものである。

自動高さ調整弁１０６はレベリングバルブと呼ばれ、乗客の増減による車重の変化、及び車体１０１の幅方向の重量バランスに応じて空気バネ１０３へ圧縮空気Ａを供給し、または、空気バネ１０３から圧縮空気Ａを排気する。これにより、台車１０２上で車体１０１を水平に保つとともに車体１０１の床面を一定の高さに保つ。この自動高さ調整弁１０６は各空気バネ１０３に一つずつ設けられている。
そして、車両１００の車体傾斜制御が行われない通常走行時には、自動高さ調整弁１０６は、このような圧縮空気Ａの空気バネ１０３への供給を車体傾斜装置１とは別系統（不図示）で行っている。

空気圧縮機１０４は、例えば車体１０１の床下に台車１０２に干渉しない位置に設けられる。車両１００が複数両連結された編成を構成する場合、この空気圧縮機１０４は編成内で複数台設けられている。

空気タンク１０５は、空気圧縮機１０４同様に車体１０１の床下に台車１０２に干渉しない位置に設けられる。車両１００が複数両連結された編成を構成する場合、この空気タンク１０５は編成内で複数台設けられている。

次に車体傾斜装置１について説明する。
車体傾斜装置１は、空気タンク１０５に接続された電磁弁２と、電磁弁２に接続された対をなす制御弁装置３と、各々の制御弁装置３に一つずつ接続された一対の切換弁４とを備えている。

電磁弁２は、空気タンク１０５からの圧縮空気Ａを制御弁装置３へ流入させるか、遮断するかを切換え可能となっている。車体傾斜制御を行う際には電磁弁２の流路を開放して、圧縮空気Ａを制御弁装置３へ流入させる。一方で車体傾斜制御を停止させる際には電磁弁２の流路を閉塞して、圧縮空気Ａの制御弁装置３への流入を停止させる。電磁弁２は、車体傾斜制御の要否に基づいて不図示の制御装置によって開閉制御が行われる。ここで電磁弁２は複数の電磁弁から構成されてもよい。

各々の切換弁４は、車体傾斜制御開始の指令に基づいて不図示の制御装置によって制御されて開弁状態とされ、制御弁装置３からの圧縮空気Ａを、各々の空気バネ１０３に供給可能とする。

ここで車体傾斜制御を行なっていない状態では、自動高さ調整弁１０６はパッシブ制御されて車重の変化等に応じて空気バネ１０３の空気量を調整する。一方で車体傾斜制御を行う際には、自動高さ調整弁１０６は不図示の制御装置により空気バネ１０３と切り離され、切換弁４によって、空気バネ１０３の空気量を積極的に変化させる。

制御弁装置３は、車体１０１の幅方向に一対に設けられた空気バネ１０３への圧縮空気Ａの供給を各々の切換弁４を介して個別に行って、車体１０１の傾斜を可能とするように、各々の切換弁４に対応して対をなして設けられている。

本実施形態では、各々の制御弁装置３は一対の制御弁１０を一組にしたものを複数組有していてもよい。複数組の制御弁１０を設ける場合、これら制御弁１０の組の各々には、切換弁４を介しての空気バネ１０３への圧縮空気Ａの出力速度が互いに異なるように、例えば各々の制御弁１０の組同士で圧縮空気Ａの流路の開口寸法が異なるように制御弁１０に絞り（不図示）が設けられていてもよい。

次に、各々の制御弁１０について説明する。
図２から図４に示すように、各々の制御弁装置３では一組の制御弁１０として供給側制御弁１０Ａと排気側制御弁１０Ｂとが設けられている。
まず初めに供給側制御弁１０Ａについて説明する。

供給側制御弁１０Ａは、連通位置Ｐ１と閉塞位置Ｐ２との間で往復動する弁体４０と、弁体４０を支持するシリンダ１１とを備えている。
本実施形態では、供給側制御弁１０Ａは弁体４０が上下に往復動するように車両１００に設けられている。連通位置Ｐ１に弁体４０が位置する状態とは、シリンダ１１内で弁体４０が最も上部に位置する状態をいい、閉塞位置Ｐ２は、シリンダ１１内で弁体４０が最も下部に位置する状態をいう。

シリンダ１１は、弁体４０を収容する壁部１２と、壁部１２と弁体４０とで囲まれた内側の空間である指令室１３と、壁部１２と弁体４０とで囲まれた内側の空間である空気導入室（ガス導入室）１４及び背面側室１５と、壁部１２に設けられて指令室１３に開口する指令用開口部１６と、壁部１２に設けられて空気導入室１４に開口する一対の入出力開口部１７とを備えている。
さらに本実施形態のシリンダ１１は、壁部１２に設けられた緩衝部材２０を備えている。

壁部１２は、弁体４０を連通位置Ｐ１と閉塞位置Ｐ２との間で上下方向に往復動させつつ支持する軸線Ｏを中心とした円筒状をなす筒状部２４と、筒状部２４の上部の開口を閉塞する蓋部２５と、筒状部２４の下部に設けられた筐体本体３１とを有している。

筒状部２４にはその内周面２４ａから弁体４０に向かって、径方向内側に突出する軸線Ｏを中心とした環状の凸部３３が設けられている。

蓋部２５はボルト３０によって筐体本体３１に着脱可能に取り付けられており、弁体４０を壁部１２から上方に取り出し、又は、弁体４０を壁部１２の内側に設置可能としている。また蓋部２５には下方を向く内面２５ａから上方に向かって凹む凹部２６が設けられている。
また蓋部２５は、板状をなして筒状部２４の開口を上方から覆う板状部２７と、板状部２７の径方向外側の位置で下方に軸線Ｏを中心とした環状に突出する凸部２８とを有している。またこの凸部２８と嵌り合うように、凸部２８の径方向内側を向く面から径方向内側に突出するように軸線Ｏを中心とする筒状の内筒部２９が設けられている。

筐体本体３１は、筒状部２４の下部に設けられ、筒状部２４の内側の空間を塞ぐように設けられている。

指令室１３は、筒状部２４に設けられた凸部３３の上方で、筒状部２４の内周面２４ａと凸部３３と弁体４０とで挟まれるようにして画成された空間である。

指令用開口部１６は指令室１３に開口するように筒状部２４に設けられ、電磁弁２を介して空気タンク１０５に接続されている。これにより空気タンク１０５からの圧縮空気Ａが、車体傾斜制御指令として指令室１３に流入可能となっている。

空気導入室１４は、筒状部２４の内側で、指令室１３及び凸部３３の下方（閉塞位置Ｐ２側）に位置し、指令室１３とは隔離された空間である。換言すると、空気導入室１４は筒状部２４に設けられた凸部３３と筐体本体３１と弁体４０との間で挟まれるようにして画成された空間である。

一対の入出力開口部１７のうちの一方は、弁体４０の下方で、筐体本体３１の内部に下方に延びるように筒状部２４と同軸上に設けられた入力開口部１８であり、入出力開口部１７のうちのもう一方は、凸部３３の下方で筒状部２４から径方向外側に向かって延びる出力開口部１９である。

入力開口部１８は空気導入室１４に開口するとともに、電磁弁２を介さずに直接に空気タンク１０５に接続されている。そして圧縮空気Ａを空気導入室１４内へ流入可能としている。この入力開口部１８には、開口の上方であって弁体４０の下方には、円筒状をなす弁体接触部３２が、入力開口部１８と筒状部２４と同軸上に設けられている。

出力開口部１９は空気導入室１４に開口し、空気導入室１４内の圧縮空気Ａを外部に流出させる。

背面側室１５は、筒状部２４の内側で指令室１３よりも上方（連通位置Ｐ１側）に位置し、指令室１３とは隔離された空間である。換言すると、背面側室１５は弁体４０の上端と、内筒部２９の内周面２９ａと、蓋部２５の内面２５ａとの間で挟まれるようにして画成された空間である。

緩衝部材２０は、例えば樹脂製の部材である。緩衝部材２０は、筒状部２４と同軸の環状をなしており、蓋部２５の凸部２８及び内筒部２９から下方に突出するとともに蓋部２５と筒状部２４に上下方向から挟まれるように設けられている。そして緩衝部材２０の下面における径方向内側の部分は、弁体４０に向かって露出している。

弁体４０は、本実施形態ではシリンダ１１内の上部の連通位置Ｐ１と、下部の閉塞位置Ｐ２との間で往復動可能に設けられている。
また弁体４０には、指令用受圧面５０、第一受圧面５１、第二受圧面５２、及び支持面５３と、内部に内部流路５４とが形成されている。

弁体４０は、上下方向に延在するとともに、軸線Ｏを中心とした円柱状をなす弁体本体部４２と、弁体本体部４２における径方向外側に環状に突出する凸部４５と、弁体本体部４２から下方に突出する着座部４６と、弁体本体部４２の外周面４２ａ及び凸部４５の外周面４５ａに嵌め込まれた複数のＯリング（又はパッキン）４７とを有している。

弁体本体部４２は、筒状部２４と同軸上に設けられている。
また本実施形態では、弁体本体部４２には上端面４２ｂから下方に向かって弁体本体部４２の延在方向の中途位置まで凹む穴部４３が設けられている。穴部４３は本体部４２と同軸上に設けられている。またこの穴部４３にはコイルバネ等の弾性部材４４が挿入されて設けられている。弾性部材４４は、蓋部２５の内面２５ａから上方に向かって凹む凹部２６内に入り込んでいる。弁体４０が連通位置Ｐ１及び閉塞位置Ｐ２のいずれに有る状態でも、弾性部材４４は圧縮状態で、凹部２６と穴部４３の底面４３ａとで挟まれるようにして設けられている。

凸部４５は、筒状部２４に設けられた凸部３３よりも上方に設けられている。

着座部４６は、弁体４０が閉塞位置Ｐ２に配置された状態では、下端面４６ａが弁体接触部３２に接触して密着し、かつ、入力開口部１８の開口を閉塞可能に、弁体本体部４２の下端面４２ｃにおける径方向外側の縁部から下方に突出する。またこの着座部４６は、弁体本体部４２と同軸上に設けられた環状をなしている。着座部４６は、空気導入室１４内に配置されている。

Ｏリング（又はパッキン）４７は、弁体本体部４２と同軸上に設けられた環状をなす。
一つのＯリング４７（４７Ａ）は凸部４５の外周面４５ａに嵌め込まれて筒状部２４の内周面２４ａに密着する。また他の一つのＯリング４７（４７Ｂ）は、弁体本体部４２の下端と凸部４５との間で弁体本体部４２の外周面４２ａに嵌め込まれて、筒状部２４に設けられた凸部３３との間に密着する。また最後の一つのＯリング４７（４７Ｃ）は、弁体本体部４２の上端と凸部４５との間で、弁体本体部４２の外周面４２ａに嵌め込まれて、内筒部２９との間に密着する。
よってこれら三つのＯリング４７によって、弁体４０はシリンダ１１との間で密着しつ往復動する。

指令用受圧面５０は、凸部４５における下方を向く面であって、軸線Ｏを中心とした環状をなす。即ち、指令用受圧面５０は、筒状部２４に設けられた凸部３３に対向して指令室１３に面している。

第一受圧面５１は、弁体本体部４２の下端面４２ｃ、及び、着座部４６の下端面４６ａを合せた面である。即ち第一受圧面５１は、圧縮空気Ａからの圧力を受ける下方を向く面全体を示している。よって第一受圧面５１は空気導入室１４に面している。さらにこの第一受圧面５１の面積は、指令用受圧面５０の面積よりも小さい。

第二受圧面５２は、弁体本体部４２の上端面４２ｂ、及び、穴部４３の上方を向く底面４３ａを合せた面である。即ち第二受圧面５２は、蓋部２５の内面２５ａを向いて、背面側室１５に面している。またこの第二受圧面５２の面積は、指令用受圧面５０の面積よりも小さく、かつ第一受圧面５１の面積より大きい。

支持面５３は、凸部４５における上方を向く面であって、緩衝部材２０が露出する部分に対向している。そして、弁体４０が連通位置Ｐ１に配置されている状態で支持面５３が緩衝部材２０に接触するようになっている。

内部流路５４は、弁体本体部４２の内部に弁体本体部４２と同軸上に向けられ、着座部４６の径方向内側で弁体本体部４２の下端面４２ｃから上方に向かって延びている。この内部流路５４は穴部４３に接続されている。これにより内部流路５４は、第一受圧面５１と第二受圧面５２とを接続していることで、空気導入室１４と背面側室１５とを連通している。

次に、排気側制御弁１０Ｂについて説明する。
排気側制御弁１０Ｂは、供給側制御弁１０Ａと略同一構成を備えているが、弁体本体部４２の内部に設けられた内部流路５４Ｂの形状が供給側制御弁１０Ａの内部流路５４の形状と異なっている。また供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８が、排気側制御弁１０Ｂの出力開口部５８に相当し、供給側制御弁１０Ａの出力開口部１９が、排気側制御弁１０Ｂの入力開口部５９に相当する。

即ち、排気側制御弁１０Ｂにおける内部流路５４Ｂは、弁体４０が閉塞位置Ｐ２に配置されている状態で空気導入室１４に開口するとともに、弁体本体部４２を径方向に貫通する径方向流路５５と、この径方向流路５５に接続されて軸線Ｏに沿って軸線Ｏ上で上下方向に延びる軸方向流路５６とを有している。軸方向流路５６は、弾性部材４４が設けられた穴部４３の底面４３ａに接続されている。

また一対の入出力開口部１７のうちの一方は、弁体４０の下方で、筐体本体３１の内部に下方に延びるように筒状部２４と同軸上に設けられた出力開口部５８であり、もう一方は凸部３３の下方で筒状部２４から径方向外側に向かって延びる入力開口部５９である。

排気側制御弁１０Ｂでは、弁体４０が閉塞位置Ｐ２に配置された状態では、弁体４０の着座部４６によって出力開口部５８の開口が閉塞される。

そして供給側制御弁１０Ａと排気側制御弁１０Ｂとは、径方向に並んで配置されている。供給側制御弁１０Ａの出力開口部１９と排気側制御弁１０Ｂの入力開口部５９とが接続されることで、供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８が直接に空気タンク１０５に接続されている一方で、排気側制御弁１０Ｂの入力開口部５９は供給側制御弁１０Ａを介して間接的に空気タンク１０５に接続されている。

また、供給側制御弁１０Ａと排気側制御弁１０Ｂとの筐体本体３１は、一体で設けられている。

次に、車体傾斜装置１による車体傾斜制御の手順を説明する。
図２に示すように、まず保持時の状態として、供給側制御弁１０Ａの指令室１３への圧縮空気Ａの流入が、電磁弁２によって遮断された状態となっており、かつ、排気側制御弁１０Ｂの指令室１３への圧縮空気Ａの流入が電磁弁２によって遮断された状態となっている。この保持時の状態では各々の指令室１３は大気開放されており、指令用受圧面５０には押圧力が作用せず、供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８が、弁体４０の着座部４６によって閉塞され、かつ、排気側制御弁１０Ｂの出力開口部１９が、弁体４０の着座部４６よって閉塞されている。

このような保持時の状態から、車体傾斜制御の指令に基づいて電磁弁２を操作し、供給側制御弁１０Ａの指令室１３へ圧縮空気Ａを流入させることで供給時の状態となる。この際、排気側制御弁１０Ｂの指令室１３は大気開放され、排気側制御弁１０Ｂの弁体４０が閉塞位置Ｐ２に配置している。
図３に示すように供給時の状態では、供給側制御弁１０Ａの指令用受圧面５０に押圧力が作用し、供給側制御弁１０Ａの弁体４０が上方に持ち上げられて弁体４０が連通位置Ｐ１に配置される。この結果、供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８が開放されて、供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８と出力開口部１９とが空気導入室１４を介して連通される。よって、空気タンク１０５からの圧縮空気Ａが供給側制御弁１０Ａの出力開口部１９から流出する。
そして車体傾斜制御の指令に基づいて切換弁４を操作して、自動高さ調整弁１０６を空気バネ１０３から切り離し、出力開口部１９からの圧縮空気Ａを空気バネ１０３に供給し、空気バネ１０３の空気量を増加させることで車体１０１を所定の方向に傾斜させる。

そして図４に示すように供給時の状態から電磁弁２を操作し、供給側制御弁１０Ａの指令室１３への圧縮空気Ａの流入を遮断することで排気時の状態となる。これにより、供給側制御弁１０Ａの指令室１３は大気開放され、供給側制御弁１０Ａの指令用受圧面５０に押圧力は発生しなくなる。この結果、供給側制御弁１０Ａの弁体４０が閉塞位置Ｐ２に配置されて供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８が閉塞され、供給側制御弁１０Ａの入力開口部１８と出力開口部１９とが連通しなくなる。

一方で排気時の状態では、電磁弁２の操作によって排気側制御弁１０Ｂの指令室１３へ圧縮空気Ａを流入させる。これにより排気側制御弁１０Ｂの指令用受圧面５０に押圧力が作用し、排気側制御弁１０Ｂの弁体４０が上方に持ち上げられる。この結果、排気側制御弁１０Ｂの出力開口部５８が開放されて、排気側制御弁１０Ｂの弁体４０が連通位置Ｐ１に配置され、排気側制御弁１０Ｂの入力開口部５９と出力開口部５８とが空気導入室１４を介して連通される。よって、供給側制御弁１０Ａの空気導入室１４内の圧縮空気Ａが、供給側制御弁１０Ａの出力開口部１９から排気側制御弁１０Ｂの入力開口部５９及び排気側制御弁１０Ｂの空気導入室１４を介して、排気側制御弁１０Ｂの出力開口部５８を通じて外部へ排気される。

以上説明した本実施形態の車体傾斜装置１は、上記の通り一対の制御弁１０（供給側制御弁１０Ａ、及び排気側制御弁１０Ｂ）を有する制御弁装置３を備えている。そして供給時の状態では、供給側制御弁１０Ａで指令室１３への圧縮空気Ａの流入によって弁体４０が上方に移動して空気導入室１４に入力開口部１８から圧縮空気Ａが導入されると、一部の圧縮空気Ａは内部流路５４を通じて背面側室１５に向かって流通する。

背面側室１５に圧縮空気Ａが導入されると、背面側室１５では第二受圧面５２が圧縮空気Ａの圧力を受けて弁体４０を閉塞位置Ｐ２に向かって動作させようとする押圧力が生じる。一方で空気導入室１４内では第一受圧面５１が圧縮空気Ａの圧力を受けて弁体４０を連通位置Ｐ１に向かって動作させようとする押圧力が生じる。

本実施形態では、弁体４０を閉塞位置Ｐ２から連通位置Ｐ１に動作させようとする力を生じる指令用受圧面５０の面積が最も大きく、その次に弁体４０を閉塞位置Ｐ２に向かって動作させようとする力を生じる第二受圧面５２の面積が大きく、弁体４０を連通位置Ｐ１に動作させようとする力を生じる第一受圧面５１の面積が最も小さい。さらに、指令室１３、空気導入室１４、及び背面側室１５では同じ空気タンク１０５から同じ圧力の圧縮空気Ａが流入する。このため供給時に指令室１３に圧縮空気Ａが存在している状態では上記各受圧面の面積差によって弁体４０は連通位置Ｐ１に配置された状態を維持することができ、空気バネ１０３への圧縮空気Ａの供給によって車体１０１を傾斜させることができる。

その後、指令室１３への空気タンク１０５からの圧縮空気Ａの流入が停止され、指令室１３が大気開放されると、第二受圧面５２の面積の方が第一受圧面５１の面積よりも大きいため、背面側室１５内の圧縮空気Ａの圧力によって、弁体４０を連通位置Ｐ１から閉塞位置Ｐ２に向かって動作させるような押圧力は生じる。これによって弁体４０が着座して入力開口部１８を閉塞し、入力開口部１８と出力開口部１９との接続が遮断される。この結果、空気導入室１４を介しての空気タンク１０５からの圧縮空気Ａの空気バネ１０３への流通を、供給側制御弁１０Ａによって遮断することができ、車体１０１を傾斜させた状態を保つことができる。

このように弾性部材４４からの弁体４０の付勢力に加え、圧縮空気Ａの圧力によって弁体４０を閉塞位置Ｐ２にしっかりと保持することが可能となる。即ち、弁体４０の付勢力を圧縮空気Ａの圧力でアシストすることができる。従って、例えば弾性部材４４を弁体４０に設けなくても弁体４０を閉塞位置Ｐ２に保持することが可能であり、制御弁装置３の部品点数を減らすことができる。よって制御弁１０の部品点数の削減によって、制御弁１０の小型化、及び車体傾斜装置１全体の小型化が可能となり、制御弁１０及び車体傾斜装置１のメンテナンス時間やメンテナンスのコストを低減することも可能となる。

また、弾性部材４４を設ける場合でも、弾性部材４４には大きな付勢力が要求されないため、弾性部材４４を小型化することが可能である。即ち、入力開口部１８からの圧縮流体を用いて弁体４０の閉塞動作を行わせるという簡易な構成で、弁体４０を所定の位置に保持可能である。

排気側制御弁１０Ｂについても供給側制御弁１０Ａと同様に、弾性部材４４の付勢力によらず、入力開口部５９からの圧縮流体Ａを用いて弁体４０の閉塞動作を行わせるという簡易な構成で弁体４０を所定の位置に保持可能である。

そして、供給側制御弁１０Ａと排気側制御弁１０Ｂとを対をなして設けたことで、圧縮空気Ａを空気バネ１０３に供給するか、空気バネ１０３への圧縮空気Ａの供給を停止して、排気側制御弁１０Ｂから外部に排気するかを容易に選択可能となる。

さらに、本実施形態では緩衝部材２０を設けることで、弁体４０が閉塞位置Ｐ２から連通位置Ｐ１に動作した際に、弁体４０とシリンダ１１との接触音の発生を抑制することができる。よって制御弁１０の動作の静粛性を高めることができ、弁体４０がシリンダ１１に接触する際の衝撃により、弁体４０及びシリンダ１１の劣化を早めてしまうことを回避できる。

また、筐体本体３１にボルト３０によって蓋部２５を設けたことで筐体本体３１に対して弁体４０を一方向に組み立てることができ、また、一方向に弁体４０を取り外すことができるため、メンテナンスの容易化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、制御弁１０には必ずしも弾性部材４４を設けなくともよい。即ち、各受圧面５１、５２、５３の面積差による受圧面５１、５２、５３に生じる押圧力のみによって弁体４０を閉塞位置Ｐ２に配置して、着座部４６を弁体接触部３２に押し付けるようにしてもよい。

また、制御弁１０として、必ずしも供給側制御弁１０Ａと排気側制御弁１０Ｂとを一対で設けなくともよい。一つの制御弁１０を単体で用いてもよい。

また、制御弁１０は、車体傾斜装置１に用いる場合に限定されず、例えばブレーキ制御装置に用いることもできる。さらに、車両１００以外に用いてもよい。

なお、上記の各受圧面５１、５２、５３の面積については、本実施形態のように弁体４０が上下に往復動する場合、弁体４０の重力を考慮して具体的な数値が決定される。

１…車体傾斜装置
２…電磁弁
３…制御弁装置
４…切換弁
１０…制御弁
１０Ａ…供給側制御弁
１０Ｂ…排気側制御弁
１１…シリンダ
１２…壁部
１３…指令室
１４…空気導入室（ガス導入室）
１５…背面側室
１６…指令用開口部
１７…入出力開口部
１８、５９…入力開口部
１９、５８…出力開口部
２０…緩衝部材
２４…筒状部
２４ａ…内周面
２５…蓋部
２５ａ…内面
２６…凹部
２７…板状部
２８…凸部
２９…内筒部
３０…ボルト
３１…筐体本体
３２…弁体接触部
３３…凸部
４０…弁体
４２…弁体本体部
４２ａ…外周面
４２ｂ…上端面
４２ｃ…下端面
４３…穴部
４３ａ…底面
４４…弾性部材
４５…凸部
４５ａ…外周面
４６…着座部
４６ａ…下端面
４７、４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ…Ｏリング（又はパッキン）
５０…指令用受圧面
５１…第一受圧面
５２…第二受圧面
５３…支持面
５４、５４Ｂ…内部流路
５５…径方向流路
５６…軸方向流路
１００…車両
１０１…車体
１０２…台車
１０３…空気バネ
１０４…空気圧縮機
１０５…空気タンク（ガス供給源）
１０６…自動高さ調整弁
Ａ…圧縮空気（ガス）
Ｐ１…連通位置
Ｐ２…閉塞位置
Ｏ…軸線

Claims

連通位置と閉塞位置との間で往復動可能に設けられた弁体と、
内側に前記弁体を前記連通位置と前記閉塞位置との間で往復動可能に支持するシリンダと、
を備え、
前記シリンダは、
前記弁体を往復動可能に支持する壁部と、
前記壁部と前記弁体とで囲まれた空間である指令室と、
前記壁部に設けられ、ガス供給源に接続されて該ガス供給源から前記指令室へガスを流入可能とする指令用開口部と、
前記指令室よりも前記弁体が往復動する方向の前記閉塞位置側に位置し、前記壁部と前記弁体とで囲まれるとともに前記指令室とは隔離された空間であるガス導入室と、
前記壁部に前記ガス導入室に開口するように設けられて、いずれか一方が前記弁体が前記閉塞位置に有る状態で閉塞されるとともに、いずれか一方が前記ガス供給源に接続されて該ガス供給源から前記ガス導入室へガスを導入可能とする一対の入出力開口部と、
前記指令室よりも前記弁体が往復動する方向の前記連通位置側に位置し、前記壁部と前記弁体とで囲まれるとともに前記指令室とは隔離された空間である背面側室と、
を備え、
前記弁体には、
前記往復動する方向の前記ガス導入室側を向き、前記指令室に面する指令用受圧面と、
前記往復動する方向の前記ガス導入室側を向き、前記ガス導入室に面するとともに前記指令用受圧面の面積より小さな面積を有する第一受圧面と、
前記第一受圧面とは前記往復動する方向の反対側を向くとともに前記背面側室に面し、前記指令用受圧面の面積よりも小さく、かつ前記第一受圧面の面積よりも大きな面積を有する第二受圧面と、
前記第一受圧面と前記第二受圧面とを接続する内部流路と、
が形成されている制御弁。
前記弁体には、前記往復動する方向の前記連通位置側を向く支持面がさらに形成され、
前記シリンダは、前記壁部に設けられて前記支持面に対して前記連通位置で接触可能な緩衝部材をさらに備える請求項１に記載の制御弁。
前記請求項１又は２に記載の制御弁を、供給側制御弁と排気側制御弁として一対備え、
前記ガス供給源は前記供給側制御弁のおける一方の前記入出力開口部に直接接続され、
前記供給側制御弁における前記ガス供給源に直接接続されていない前記入出力開口部と、前記排気側制御弁における一方の入出力開口部とが接続されることで、該排気側制御弁における一方の入出力開口部が前記供給側制御弁を介して間接的に前記ガス供給源に接続されている制御弁装置。
請求項３に記載の制御弁装置を、対をなして備え、
各々の前記制御弁装置の前記供給側制御弁における一方の前記入出力開口部は、空気圧縮機に接続され、
前記空気圧縮機と前記供給側制御弁との間には、前記空気圧縮機から流入するガスである圧縮空気を貯留する前記ガス供給源としての空気タンクが設けられ、
各々の前記供給側制御弁における前記空気タンクに接続されていない前記入出力開口部からの圧縮空気を、車両の台車と車体との間に車体幅方向に一対に設けられる空気バネに、一対の前記制御弁装置からそれぞれ供給可能とする車体傾斜装置。