JP2012202519A - 差圧弁及び空気バネ式懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】性能を維持しつつ保守に要する費用を安価にした差圧弁を提供する。
【解決手段】差圧弁は、バルブシートと、本体部分６ｃとこれに着脱自在に嵌合するシール部材５０とを有する弁体６と、バルブシートに押し付ける方向に弁体６を付勢するスプリングと、を備える。シール部材５０は、大径部５０ａと、軸７０の方向において大径部５０ａに連なる小径部５０ｂとを備える。小径部５０ｂは、シール部材５０の軸７０から離れる方向に突出する第一係止部５０ｃを備える。弁体６の本体部分６ｃは、第一係止部５０ｃより前記バルブシート側に位置して第一係止部５０ｃに当接する第一爪部６ｄを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、差圧弁及びその差圧弁を備える空気バネ式懸架装置に関する。特に空気バネ式懸架装置は、車両において用いられるものである。

特許文献１は、鉄道車両の空気バネ式懸架装置に設けられる従来の差圧弁を例示する。空気バネ式懸架装置は、鉄道車両の車軸を懸架する左右の第一空気バネと第二空気バネを有する。差圧弁は、第一空気バネと第二空気バネの圧力差（即ち差圧）に応じて両者を連通し、第一空気バネと第二空気バネのうち正常な空気バネの空気を空気漏れした空気バネへと導き、車体が大きく傾かないようにする。

この従来の差圧弁は、第一と第二空気バネの差圧が、差圧弁のスプリングの荷重によって決まる所定値よりも小さい場合、弁体がバルブシート（又は弁座）に着座して閉じている。この場合、弁体に設けられるゴム製のシール部材は、バルブシートに接してバルブシート内部の空気通路を密閉（シール）する。なお、ゴム製のシール部材は、弁体の本体（即ち銅などの金属部分）から浮くと空気漏れを生じ易くなり差圧弁の性能を悪化させるため、通常、弁体の本体に焼き付けられている。

特開２００２−１２０７２３号公報

しかし、従来の差圧弁は、シール部材が劣化した場合に、それが焼き付けられた弁体の本体と共に廃棄せねばならず、弁体全体の交換が必要になり、シール部材だけを交換することができなかった。従って、従来の差圧弁は、保守に要する費用（メンテナンス費用）が高いという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みて、性能を維持しつつ保守に要する費用を安価にした差圧弁を提供することを目的とする。

本発明に係る差圧弁は、バルブシートと、本体部分とこれに着脱自在に嵌合するシール部材とを有する弁体と、前記バルブシートに押し付ける方向に前記弁体を付勢するスプリングと、を備える。前記弁体に加わる前記バルブシート側の流体圧とこれと反対側の流体圧との差圧が所定値より大きい場合に、前記弁体の前記シール部材が前記バルブシートから離れる。前記シール部材は、大径部と、軸方向において前記大径部に連なる小径部とを備える。前記小径部は、前記シール部材の軸から離れる方向に突出する第一係止部を備え、前記弁体の本体部分は、前記第一係止部より前記バルブシート側に位置して前記第一係止部に当接する第一爪部を備える。

さらに、前記大径部は、前記シール部材の軸から離れる方向に突出する第二係止部を備え、前記弁体の本体部分は、前記第二係止部より前記バルブシート側に位置して前記第二係止部に当接する第二爪部を備えることが好ましい。

本発明によると、シール部材が浮くことによる差圧弁の空気漏れが防止され、差圧弁の性能が維持される。また、シール部材は単独で交換可能であるため、差圧弁の保守に要する費用は安価になる。

実施形態に係る空気バネ式の懸架装置を示す概略図である。 実施形態に係る差圧弁ユニットの一部断面図である。 実施形態に係るシール部材の断面図である。 第一係止部が存在しない場合のシール部材の断面図である。 実施形態に係るシール部材の他の例である。

図１のように、本実施形態において、差圧弁ユニット１０は４点支持方式の空気バネ式の懸架装置に設けられている。空気バネ式懸架装置は、車両の車軸を懸架する左右の第一と第二空気バネ１１、１２と、第一と第二空気バネ１１、１２の圧力差（差圧）に応じて両者を連通する差圧弁ユニット１０とを備える。車両は、例えば鉄道車両であるが、これに限定されない。高さ調整弁１３は、第一と第二空気バネ１１、１２に導かれる空気圧を調整し、車両の車高を調整する。

差圧弁ユニット１０は、第一と第二空気バネ１１、１２の一方が空気漏れした場合、第一、第二空気バネ１１、１２のうち正常な空気バネの空気を空気漏れした空気バネへと導き、車体が大きく傾かないようにする。

図２は、本実施形態に係る差圧弁ユニット１０の一部断面図である。図３は、本実施形態に係る差圧弁ユニット１０の一部を拡大した一部拡大断面図である。

図２のように、差圧弁ユニット１０は一対の差圧弁１、２を備える。差圧弁１と差圧弁２は同じ構造を有している。差圧弁１（又は差圧弁２）は、連通路３と、スプリング(バネ)４と、バルブシート５と、弁体６とを備える。連通路３は、左右に配置された第一と第二空気バネ１１、１２を連通できる。スプリング４は、略円筒形状の弁体６を付勢してバルブシート５に押し付ける。バルブシート５は、略円筒形状であり、環状の凸部５ａを弁体６側の端部に備え、また、空気を通過させるポート（空気通路）５ｂを内部に備える。

中空のキャップ（蓋）４１は、差圧弁１（又は差圧弁２）の中空の円筒形の後部４２に結合される。流体圧としての第一空気バネ１１の空気圧Ｐ１（又は第二空気バネ１２の空気圧Ｐ２）は、中空のキャップ４１と差圧弁１（又は差圧弁２）の中空の後部４２を介して、スプリング４が設置されるバネ室４３に導かれる。さらに、空気圧Ｐ１（又は空気圧Ｐ２）は、弁体６の孔６ａを介して連通路３に導かれる。

弁体６は、シリンダ部４０内で摺動し、第一と第二空気バネ１１、１２の連通を許可又は禁止する。弁体６は軸対称な形状を有し、弁体６の軸方向は弁体６の摺動方向に略一致する。バルブシート５に対して弁体６が着座する場合、差圧弁１（又は差圧弁２）が閉じる。バルブシート５から弁体６が離れると、差圧弁１（又は差圧弁２）が開く。なお、弁体６のバルブシート５側の端部に配置されるシール部材５０は、バルブシート５の環状の凸部５ａに押し付けられた場合に、バルブシート５のポート５ｂを密閉する。

弁体６は、スプリング４が設置されるバネ室４３と連通路３を連通する孔６ａを有する。さらに、弁体６は、バルブシート５側に空気通路６ｂ（又は切欠き）も有する。空気通路６ｂは、バルブシート５から弁体６が離れた場合に、バルブシート５のポート５ｂを介して連通路３同士を連通する。

差圧弁１の弁体６は、弁体６を閉じ側に付勢する第一空気バネ１１の空気圧力Ｐ１を受ける閉じ側受圧面８と、弁体６を開き側に付勢する第二空気バネ１２の空気圧力Ｐ２を受ける開き側受圧面９とを有する。同様に、差圧弁２の弁体６は、弁体６を閉じ側に付勢する第二空気バネ１２の空気圧力Ｐ２を受ける閉じ側受圧面８と、弁体６を開き側に付勢する第一空気バネ１１の空気圧力Ｐ１を受ける開き側受圧面９とを有する。

差圧弁１の弁体６において第一空気バネ１１の空気圧力Ｐ１を受ける閉じ側有効受圧面積と、第二空気バネ１２の空気圧力Ｐ２を受ける開き側有効受圧面積とは等しく、バルブシート５内のポート５ｂの開口断面積Ａ３となる。同様に、差圧弁２の弁体６において第二空気バネ１２の空気圧力Ｐ２を受ける閉じ側有効受圧面積と、第一空気バネ１１の空気圧力Ｐ１を受ける開き側有効受圧面積とは等しく、バルブシート５内のポート５ｂの開口断面積Ａ３となる。なお、弁体６のバルブシート５側の空気通路６ｂ（又は切欠き）の存在によって、バルブシート５の環状の凸部５ａより外側に位置した部位に作用する開き側と閉じ側の圧力は互いに相殺される。

差圧弁１において、弁体６を閉じ側（バルブシート５側）に付勢する力はスプリング４の付勢力Ｆと第一空気バネ１１の圧力Ｐ１による付勢力Ｐ１×Ａ３の和となる。一方、弁体６を開き側（スプリング４側）に付勢する力は第二空気バネ１２の圧力Ｐ２による付勢力Ｐ２×Ａ３となる。従って、Ｐ２×Ａ３＞Ｆ＋Ｐ１×Ａ３になると差圧弁１が開く。弁体６が開く第一と第二空気バネ１１、１２の差圧ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）は、Ｆ／Ａ３（定数）となる。このため、差圧ΔＰが所定値Ｆ／Ａ３を超える場合、差圧弁１が開き、弁体６の空気通路６ｂに空気が流れて、第二空気バネ１２の高い圧力Ｐ２は第一空気バネ１１へと導かれる。一方、差圧ΔＰが所定値Ｆ／Ａ３より小さい場合、弁体６がバルブシート５に着座して差圧弁１は閉じている。

差圧弁２において、弁体６を閉じ側に付勢する力はスプリング４の付勢力Ｆと第二空気バネ１２の圧力Ｐ２による付勢力Ｐ２×Ａ３の和となる。一方、弁体６を開き側に付勢する力は第一空気バネ１１の圧力Ｐ１による付勢力Ｐ１×Ａ３となる。従って、Ｐ１×Ａ３＞Ｆ＋Ｐ２×Ａ３になると差圧弁２が開く。弁体６が開く第一と第二空気バネ１１、１２の差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）は、Ｆ／Ａ３（定数）となる。このため、差圧ΔＰが所定値Ｆ／Ａ３を超える場合、差圧弁２が開き、弁体６の空気通路６ｂに空気が流れて、第一空気バネ１１の高い圧力Ｐ１は第二空気バネ１２へと導かれる。一方、差圧ΔＰが所定値Ｆ／Ａ３より小さい場合、弁体６がバルブシート５に着座して差圧弁２は閉じている。

次に、図３を参照して、シール部材５０について説明する。シール部材５０は、弁体６の本体部分６ｃの軸方向の端部に嵌め込まれて本体部分６ｃに嵌合している。シール部材５０は、樹脂（ゴム）からなる軸対称な略円板状の部材であり、シール部材５０の軸７０と弁体６の軸は略一致している。例えば、樹脂は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）である。弁体６の本体部分６ｃは、銅などの金属からなり、シール部材５０と形状的に適合してシール部材５０を保持する凹部６ｆを有する。シール部材５０は、弁体６の本体部分６ｃに焼き付けられていないため、弁体６の本体部分６ｃに着脱自在に嵌合する。

シール部材５０は、シール部材５０の本体部となる径の大きい大径部５０ａと、シール部材５０の軸７０の方向において大径部５０ａに連なり且つ大径部５０ａの径に比較して径の小さな小径部５０ｂとを備える。シール部材５０の小径部５０ｂは、シール部材５０の軸７０から離れる方向にフランジ状に突出する第一係止部（第一突出部）５０ｃを備える。シール部材５０の大径部５０ａは、シール部材５０の軸７０から離れる方向にフランジ状に突出する第二係止部（第二突出部）５０ｄを備える。なお、シール部材５０の軸７０から離れる方向とは、好ましくはシール部材５０の軸７０に垂直な方向である。

一方、弁体６の本体部分６ｃは、シール部材５０の第一係止部５０ｃと当接してこれと噛合って軸７０の方向における動きを禁止する第一爪部６ｄと、シール部材５０の第二係止部５０ｄと当接してこれと噛合って軸７０の方向における動きを禁止する第二爪部６ｅとを備える。第一爪部６ｄは、シール部材５０の第一係止部５０ｃより軸７０の方向に関してバルブシート５側に位置し、シール部材５０の第一係止部５０ｃと大径部５０ａとの間に位置する。第二爪部６ｅは、シール部材５０の第二係止部５０ｄより軸７０の方向に関してバルブシート５側に位置する。第一係止部５０ｃは、シール部材５０が本体部分６ｃから外れることを防止するとともに、シール部材５０が本体部分６ｃから浮くことを防止する。第二係止部５０ｄは、シール部材５０が本体部分６ｃから外れることを防止する。なお、第二係止部５０ｄは、省略できる。

図４のように、仮に第一係止部５０ｃが存在しないとすると、シール部材５０の大径部５０ａの径が本体部分６ｃの凹部６ｆの径より大きい場合や弁体６が振動する場合、シール部材５０の中央部が本体部分６ｃから浮く可能性がある。このため、第一係止部５０ｃは、シール部材５０の中央部が浮くことを防止する。

図５のように、シール部材５０は、弁体６の本体部分６ｃの凹部６ｆに嵌め込み易くするように、テーパを有してもよい。

次に、本実施形態の作用効果について述べる。本実施形態によると、差圧弁１、２の弁体６の本体部分６ｃに着脱自在に嵌合するシール部材５０は、大径部５０ａと、シール部材５０の軸７０の方向において大径部５０ａに連接する小径部５０ｂとを備える。小径部５０ｂは、シール部材５０の軸７０に対して離れる方向に延びる第一係止部５０ｃを備える。弁体６の本体部分６ｃは、第一係止部５０ｃよりバルブシート側に位置して第一係止部５０ｃに当接する第一爪部６ｄを備える。このため、シール部材５０の軸７０の近傍の中央部が本体部分６ｃから浮かなくなるとともに、シール部材５０が本体部分６ｃから外れ難くなる。従って、シール部材５０が浮くことによる差圧弁１、２の空気漏れが防止され、差圧弁１、２の性能が維持される。また、シール部材５０は、着脱自在で単独で交換可能となるため、差圧弁１、２の保守に要する費用は、シール部材５０を焼き付ける場合に比べて低下する。

また、大径部５０ａは、シール部材５０の軸７０から離れる方向に突出する第二係止部５０ｄを備え、弁体６の本体部分６ｃは、第二係止部５０ｄよりバルブシート５側に位置して第二係止部５０ｄに当接する第二爪部６ｅを備える。このため、さらに、シール部材５０が本体部分６ｃから外れ難くなり、差圧弁１、２の性能の低下が防止できる。

空気バネ式懸架装置は、差圧弁１、２に連通する第一空気バネ１１と第二空気バネ１２とを備える。第一空気バネ１１の空気圧Ｐ１と第二空気バネ１２の空気圧Ｐ２の一方は、差圧弁１、２の弁体６に加わるバルブシート５側の流体圧（空気圧）であり、他方は、差圧弁１、２の弁体６に加わるバルブシート５側とは反対側の流体圧（空気圧）である。保守に要する費用が安価な差圧弁１、２を使用でき、第一と第二空気バネ１１、１２の一方の流体（空気）が漏れた場合には、第一、第二空気バネ１１、１２のうち正常な空気バネの流体（空気）を空気漏れした空気バネへ導く。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。例えば、上記の実施形態において、空気圧は流体圧の一種として示されたもので、差圧弁に導入される流体圧を油圧等として差圧弁を利用することもできる。

１、２ 差圧弁
３ 連通路
４ スプリング
５ バルブシート
５ａ 凸部
５ｂ ポート
６ 弁体
６ａ 孔
６ｂ 空気通路
６ｃ 本体部分
６ｄ 第一爪部（第一突起部）
６ｅ 第二爪部（第二突起部）
１０ 差圧弁ユニット
１１ 第一空気バネ
１２ 第二空気バネ
５０ シール部材
５０ａ 大径部
５０ｂ 小径部
５０ｃ 第一係止部（第一突出部）
５０ｄ 第二係止部（第二突出部）

Claims (3)

1. バルブシートと、
   本体部分とこれに着脱自在に嵌合するシール部材とを有する弁体と、
   前記バルブシートに押し付ける方向に前記弁体を付勢するスプリングと、を備え、
   前記弁体に加わる前記バルブシート側の流体圧とこれと反対側の流体圧との差圧が所定値より大きい場合に、前記弁体の前記シール部材が前記バルブシートから離れる差圧弁において、
   前記シール部材は、大径部と、軸方向において前記大径部に連なる小径部とを備え、
   前記小径部は、前記シール部材の軸から離れる方向に突出する第一係止部を備え、
   前記弁体の本体部分は、前記第一係止部より前記バルブシート側に位置して前記第一係止部に当接する第一爪部を備えることを特徴とする差圧弁。
2. 前記大径部は、前記シール部材の軸から離れる方向に突出する第二係止部を備え、
   前記弁体の本体部分は、前記第二係止部より前記バルブシート側に位置して前記第二係止部に当接する第二爪部を備えることを特徴とする請求項１に記載の差圧弁。
3. 請求項１又は２に記載の前記差圧弁と、
   前記差圧弁に連通する第一空気バネと第二空気バネと、を備え、
   前記第一空気バネの空気圧と前記第二空気バネの空気圧の一方は、前記差圧弁の前記弁体に加わる前記バルブシート側の流体圧であり、他方は、前記差圧弁の前記弁体に加わる前記バルブシート側とは反対側の流体圧であることを特徴とする空気バネ式懸架装置。

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