JP4850978B1 - 車体傾斜装置及び車体傾斜装置に用いられる二層三方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】車体傾斜装置において、従来技術のレベル調整制御用の自動高さ調整弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことである。
【解決手段】車体傾斜装置３０は、空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部１１２，１１３と、制御部１１０とを含んで構成される。個別傾斜部１１２は、制御部１１０から与えられる高さ指令値と、リンクレバー機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、制御弁４０と、大容量弁１７０を駆動して空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる。制御弁４０は、固定スリーブ９１、制御スリーブ９０、スプール８０の二重構造を有し、制御スリーブ９０は、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって移動駆動され、スプール８０は、設定車高値に応じてスプールアクチュエータ１２０によって移動駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体傾斜装置及び車体傾斜装置に用いられる二層三方弁に係り、特に、車両の台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車体傾斜装置、及び車体傾斜装置に用いられる二層三方弁に関する。

鉄道を用いた交通機関では、乗客の乗り心地改善等のために、台車と車体との間に空気バネが設けられる。空気バネは、１両の車両の前後および左右にそれぞれ設けられ、これらの空気バネに加圧空気源からの加圧空気を供給しあるいは空気バネ中の空気を大気中に排出することで、車体は台車に対し上下方向に移動でき、前後・左右の空気バネを全て給気あるいは排気とすると、車体を上下並進移動させることができ、左右の空気バネの一方のみを給気、あるいはさらに他方も排気とすると、車体を左右方向（車幅方向）に傾斜させることができる。

例えば、台車に対し車体の高さが予め定めた高さより全体的に高くなったり低くなったりするのを調整するレベル調整制御を行うことができる。また、車両の曲線部走行の際にレールのカント不足のために発生する超過遠心力を緩和するために車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御を行うことができる。

特許文献１には、車体傾斜制御の際に、精度の高い車高計測を行うことができる車体傾斜制御用車高計測装置が述べられている。ここでは、レベル調整制御のために、自動高さ調整弁の開閉操作部と一体回転するシャフトの先端部に開閉操作レバーの一端が一体回転可能に連結され、この開閉操作レバーの先端に調整棒の一端が接続され、調整棒の他端が台車にブラケットを介して接続され、このシャフトに車高計測用エンコーダが設けられている。台車に対する車体の上下方向を車高として、車高が変化して、例えば車高が下がったときは、調整棒を介して開閉操作レバーの先端側が突き上げられて自動高さ調整弁が切り換わり、加圧空気が空気バネに供給され、車体が上昇する。空気バネが伸長すると開閉操作レバーの先端側が調整棒を介して下向きに引っ張られ、空気バネへの加圧空気の供給が停止する。このようにして、台車に対し車体の床面は一定の高さに制御される。

車体傾斜制御を行うときは、車高計測エンコーダを用いながら、レベル調整用の空気連通系を遮断し、車体傾斜制御用空気圧回路系を起動させ、小口径給気弁を開いて空気バネに給気を開始し、その後大口径給気弁を開き、これによって車高を高くする。所定の高さになれば、大口径給気弁を閉じ、ついで小口径給気弁を閉じる。車高を低くするときには、排気弁を開いて空気バネからの排気が行われる。

特許第３１５３１６０号

乗客の増減に応じて台車に対し車体の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御のために設計された自動高さ調整弁をそのまま車体傾斜制御用に用いるには、給排気能力が不足し、曲線走行の速度に対応して車両を十分な速さで傾斜動作しきれないことが生じる。そこで、特許文献１等に述べられているように、自動高さ調整弁とは別に給気弁と排気弁を用い、車体傾斜制御のときは自動高さ調整弁を用いずに、この給気弁と排気弁を用いて空気バネの伸長または縮小を迅速にすることが行われている。

このように、レベル調整制御には自動高さ調整弁を用い、車体傾斜制御にはこれとは別の給気弁と排気弁とを用いるものとすることは、せっかくの自動高さ調整弁を生かしきれていない。

本発明の目的は、レベル調整制御用の自動高さ調整弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことを可能とする車体傾斜装置及び車体傾斜装置に用いられる二層三方弁を提供することである。

本発明に係る車体傾斜装置は、車両の車体と台車の間に配置される空気バネに気体を供給しあるいは排気して空気バネを伸縮させて車体と台車の間の高さである車高値を変更する車体傾斜装置であって、小径のステムと大径のランドとを有するスプールと、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する固定スリーブと、外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、少なくともスプールのランドに対応する負荷口を有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にある制御スリーブと、を含み、スプールのランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で給気ポートから負荷ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まる二層三方弁と、車高値の設定値である設定車高値に応じて、二層三方弁の固定スリーブに対しスプールを軸方向に移動駆動するスプールアクチュエータと、設定車高値と実際の車高値との差である車高偏差値に応じて、二層三方弁のスプールに対し制御スリーブを軸方向に移動駆動するスリーブアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車体傾斜装置において、スリーブアクチュエータは、一方端が台車側に回転可能に支持され、他方端が回転接続部によって回転可能に支持される台車側アームと、一方端が回転接続部によって回転可能に支持され、他方端が車体側に回転可能に支持される車体側アームとを含み、車高値に応じて、台車側アームと車体側アームとで形成される形状が変化するリンクレバー機構と、リンクレバー機構の車体側支持部に設けられ、リンクレバー機構の形状変化に応じて回転する回転部と、回転部の回転をスリーブの軸方向直進運動に変換する回転・直進変換機構と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る車体傾斜装置において、二層三方弁の制御スリーブの状態を検出し、電気信号として出力する制御スリーブセンサと、制御スリーブセンサの出力に応じ電気信号によって駆動され、二層三方弁よりも流量容量が大きい大容量弁であって、出力口が二層三方弁の負荷口と共に空気バネに接続される大容量弁と、を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車体傾斜装置において、二層三方弁のスプールの状態を検出し、電気信号として出力するスプールセンサと、スプールセンサの出力をスプールアクチュエータの駆動信号にフィードバックするフィードバックループと、を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車体傾斜装置において、二層三方弁のスプールは、軸方向の一方端側を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部を有し軸方向に延びて他方端が排気ポートに連通する中心穴が設けられるステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部とを有し、制御スリーブは、軸方向の一方端側を開閉弁端側として、スプールの開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプールを軸方向に摺動自在に支持し、スプールとの間の相対位置が中立状態のときにスプールの中央ランド部により塞がれる位置に配置される負荷口と、軸方向に沿って負荷口の前後に配置され負荷口を越えて相互に連通する２つの開口部とを有し、二層三方弁に対し、一方端側が気体供給源に接続され他方端側が制御スリーブの開閉弁端に接続される筒状の開閉弁本体と、開閉弁本体の内部に収納され制御スリーブの開閉弁側開口部を塞ぐ大きさの開閉弁弁体と、開閉弁弁体を制御スリーブの開閉弁端側に付勢する付勢手段とを含む給気開閉弁を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車体傾斜装置用二層三方弁は、小径のステムと大径のランドとを有するスプールと、気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する固定スリーブと、外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、少なくともスプールのランドに対応する負荷口を有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にある制御スリーブと、を含み、スプールのランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で給気ポートから負荷ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする。

上記構成により、車体傾斜装置は、スプール・スリーブ機構において、固定スリーブとは別に、固定スリーブとスプールの双方に対し相対的に移動可能な制御スリーブを設ける。そして、設定車高値と実際の車高値との差である車高偏差値をゼロにするには、スリーブアクチュエータを用いて、制御スリーブをスプールに対し軸方向に移動駆動する。この機能は、設定車高値を予め設定された標準車高値とすれば、従来のレベル調整制御と同じである。レベル調整制御においては、固定スリーブに対するスプールの位置を標準車高値に相当する固定位置とし、このスプールに対し制御スリーブを車高偏差値に応じて移動駆動する。この構成は、従来の自動高さ調整弁において、スプールとスリーブを逆にしたものに相当する。

設定車高値を標準車高値と異なる値として車体を傾斜させるときは、スプールアクチュエータを用いて、固定スリーブおよび制御スリーブに対しスプールを軸方向に移動駆動する。このようにすることで、従来の自動高さ調整弁における標準車高値をオフセットさせて設定車高値とすることができる。この状態において、二層三方弁の流路が開き、圧縮気体が空気バネへ給気される、または空気バネから排気されるので、車体が上下に移動し台車側アームと車体側アームで形成されるリンクレバー機構が動作し、車高偏差値をゼロにする方向にスリーブアクチュエータが移動し、車高値を設定車高値にする制御を行うことができる。このように、制御弁の制御を２系統独立としたので、自動高さ調整弁を十分生かしながら、レベル調整制御と、車体傾斜制御の双方を迅速に行うことができる。

また、車体傾斜装置において、スリーブアクチュエータは、台車側アームと車体側アームとを含むリンクレバー機構と、リンクレバー機構の形状変化を制御スリーブの軸方向直進運動に変換する回転・直進変換機構と、を含む。この構成は、従来技術で用いられている自動高さ調整弁におけるリンクレバー機構と同じである。したがって、堅牢性と作動性の実績のある従来技術を十分生かしながら、レベル調整制御と、車体傾斜制御の双方を迅速に行うことができる。

また、車体傾斜装置において、二層三方弁の制御スリーブとスプールの状態を検出し、その間の偏差を電気信号として出力する。そして、その偏差に応じた電気信号で、二層三方弁よりも流量容量が大きい大容量弁を駆動し、その出力口を二層三方弁の負荷口と合わせて空気バネに接続する。したがって、車体の傾斜制御において、二層三方弁のみによるものよりも大きな流量を空気バネに供給し、あるいは空気バネから二層三方弁のみによるよりも大きな流量で排気することができる。これによって、車体傾斜制御を、二層三方弁のみを用いる場合に比べ、迅速に行うことができる。

また、車体傾斜装置において、二層三方弁のスプールの状態を検出し、電気信号として出力し、これをスプールアクチュエータの駆動信号にフィードバックするので、スプールの位置について、変動に強い高い剛性で定めることもできる。

また、車体傾斜装置において、中央ランド部に対応する負荷口と、負荷口の前後に相互に連通する２つの開口部を配置したスプール・スリーブ機構を基本とする。スプールは、軸方向に沿って排気用の穴が設けられている。そして、スプール・スリーブ機構の軸方向の一方端側を開閉弁端側として、その開閉弁端側に、付勢手段によって制御スリーブの開閉弁端側に付勢される開閉弁弁体を含む給気開閉弁が配置される。このような構成とすることで、制御スリーブに対しスプールが開閉弁端側に移動するときは、開閉弁弁体が付勢手段の付勢力に抗しながら気体供給源への給気ポート側に移動して給気ポートとスリーブの開閉弁側開口部が連通するので、給気ポートと空気バネとが連通する。制御スリーブに対しスプールが逆側に移動するときは、給気開閉弁の付勢手段の付勢力によって開閉弁弁体が制御スリーブの開閉弁側開口部が遮蔽されると共に、スプールの開閉弁端側と開閉弁弁体との間に隙間を生じてスプールの排気用開口部と制御スリーブの内部空間との間が連通するので、排気ポートと空気バネとが連通する。このように、スプール・スリーブ機構を基本とする新しい概念の車体傾斜装置とすることができる。

本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置が用いられる車両の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置に用いられる制御弁の詳細構成図である。 本発明に係る実施の形態における給気開閉弁と二層三方弁に関する詳細図である。 本発明に係る実施の形態における回転・直進変換機構の詳細構成図である。 本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置のブロック図である。 本発明に係る実施の形態において、レベル調整のときに空気バネを伸長させる様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、レベル調整のときに空気バネを縮小させる様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、車体傾斜のときに空気バネを伸長させる様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、車体傾斜のときに空気バネを縮小させる様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、別の構成の制御弁を説明する図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、従来技術の自動高さ調整弁に相当するものとして、スプール・スリーブ方式の制御弁を説明するが、これは一例であって、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する気体制御弁であれば、他の構造であってもよい。また、大容量弁もスプール・スリーブ方式の三方弁としての電気的アクチュエータによって駆動される制御弁を説明するが、これも一例であって、電気信号によって制御され流量容量の十分大きな気体弁であれば、他の構造であっても構わない。例えば、単なるオンオフ弁であっても構わない。スプールアクチュエータとして可動線輪型のフォースモータを説明するが、これ以外の方式、例えば、プランジャ型のアクチュエータでもよく、場合によってはステッピングモータ、サーボモータ等の小型モータとボールネジ等の直線運動機構との組合せであってもよい。

なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。

なお、以下では、空気バネの伸縮制御を用いた車体傾斜装置を主として説明するが、これは応用例を説明するためのものである。車体傾斜装置用途以外でも、防振テーブルの水平維持機構に用いて除振装置に用いることもできる。

また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車体傾斜装置３０が用いられる車両１０の構成を説明する図である。車両１０は、路面１２の上に敷設されるレール１４，１５の上を回転する車輪１６，１７を備える台車１８と、乗客等が利用する車体２０と、台車１８と車体２０の間に設けられる空気バネ２２，２３と、台車１８と車体２０との間に設けられるリンクレバー機構２４，２５を含んで構成される。１両の車両について、その前後左右に空気バネとそれに対応するリンクレバー機構がそれぞれ設けられるが、図１では、そのうちの左右の２つの空気バネ２２，２３とリンクレバー機構２４，２５についてのみ図示されている。ここでは、車体傾斜装置３０を構成する各要素について簡単に説明し、具体的な詳細構造については図３以下で詳述するものとする。

図１では、路面１２が傾斜し、左右のレール１４，１５の高さに差がつけられている。この差は、レールが曲線状に敷設されて車両がカーブしながら走行するときに、車体２０の中の乗客が遠心力を感じないように、車体２０を傾斜させるためのものである。曲線の内側のレール１４と曲線の外側のレール１５の高低差は、カント量と呼ばれる。このカント量は、その曲線部分を走行する車両の設定速度に適合して設定されるので、その設定速度以上で高速走行する車両の場合には、超過遠心力が生じることになる。

その超過遠心力を車体２０の中の乗客に感じさせないようにするには、その高速走行に対応するカント量に相当するように、台車１８に対し車体２０を曲線の内側に向かって傾斜させればよい。このように台車１８に対し車体２０を傾斜させることが車体傾斜制御である。図１の例では、空気バネ２２が縮小され、空気バネ２３が伸長されて、これによって車体２０の空気バネ２２側が低くなるように、車体２０が台車１８に対し傾斜している様子が示されている。

リンクレバー機構２４，２５は、台車１８に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体２０に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームであるレバーと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構で、台車１８に対する車体２０の高さ位置が変わると、リンクレバー機構２４，２５のリンク形状が変化し、その形状変化は、台車１８に対する車体２０の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められた車体２０の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。その意味から、リンクレバー機構２４，２５は、高さ対応値を車高値として提供することができる車高検出器である。

車体傾斜装置３０は、各空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部１１２，１１３と、複数の個別傾斜部１１２，１１３を統合的に制御する制御部１１０とを含んで構成される。個別傾斜部１１２，１１３は、図１の例では左右対称の構成であるので、以後では、個別傾斜部１１２に代表させて、説明を続けるものとする。

個別傾斜部１１２は、制御部１１０から与えられる高さ指令値と、リンクレバー機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、制御弁４０と、制御弁よりも流量容量の大きな大容量弁１７０とを駆動して、空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる装置である。

制御弁４０と、大容量弁１７０には、それぞれ給気口接続部、排気口開放部、負荷口接続部が設けられる。図１の気体供給源３２は、制御弁４０と大容量弁１７０の給気口接続部に接続され、加圧空気を供給する気体源である。排気は、制御弁４０と大容量弁１７０の排気口開放部を大気側に開放することで行われる。

制御弁４０は、スプール・スリーブ機構を有し、給気ポートと排気ポートと負荷ポートとを有する二層三方弁７８を含む。ここでは、スリーブが２層に分かれて、制御スリーブ９０と固定スリーブ９１とに分かれる。固定スリーブ９１は、スプール・スリーブ機構の筐体であって、一般的なスプール・スリーブ機構のスリーブに相当するものである。制御スリーブ９０は、外周側で固定スリーブ９１に摺動自在に支持され、内周側でスプール８０を摺動自在に支持する部材である。

スプール８０は、スプールアクチュエータで移動駆動され、制御スリーブ９０は、回転・直進変換機構４４を介してリンクレバー機構２４によって移動駆動される。スプール８０の状態と、制御スリーブ９０の状態は、それぞれセンサによって検出されるが、図１では、制御スリーブ９０の状態を示す電気信号が大容量弁駆動部１５０に供給される様子が示される。制御弁４０の詳細構成については、図２、図３を用いて後述する。なお、スプール８０の状態を示す電気信号は、図２で説明するように、制御部１１０に供給される。

大容量弁駆動部１５０は、スプール８０の位置と制御スリーブ９０の位置の偏差に応じた電気信号を駆動信号として、大容量弁１７０に出力する回路である。大容量弁１７０は、二層三方弁７８の流量容量よりも十分大きな流量容量を有する弁である。例えば、二層三方弁７８における流量容量の少なくとも２倍、好ましくは５倍から１０倍の流量容量を有する気体弁である。大容量弁１７０は、二層三方弁７８と同様に、スプール・スリーブ型三方弁を用いることができる。

制御弁路４２は、制御弁４０の負荷口接続部と空気バネ２２とを接続する負荷路である。また、大容量弁路１７２は、大容量弁１７０の負荷口接続部と空気バネ２２とを接続する大容量の負荷路である。図１に示されるように、制御弁路４２と大容量弁路１７２とは、相互に合流して、空気バネ２２に接続されるので、空気バネ２２には、制御弁４０と、大容量弁１７０とから加圧空気の供給を受けることができ、また、空気バネ２２から、制御弁４０と、大容量弁１７０とを介して、大気に開放して排気することができる。

大容量弁１７０の給気口接続部に設けられる開閉弁１７４と、大容量弁１７０の排気口開放部に設けられる開閉弁１７６は、車体の傾斜制御を行うときに開放され、大容量弁１７０を作動させることができる。

次に、制御弁４０の詳細構造について、図２から図４を用いて説明する。制御弁４０は、大別して、給気開閉弁６０と、二層三方弁７８と、制御スリーブアクチュエータに相当する回転・直進変換機構４４と、スプールアクチュエータ１２０と、制御スリーブセンサ１３０と、スプールセンサ１４０とを含んで構成される。図２は、制御弁４０全体の構造図で、図３は、給気開閉弁６０と二層三方弁７８の部分の詳細図、図４は、回転・直進変換機構４４の詳細図である。これらの図において、直交するＸＹＺ軸を示した。Ｘ方向が、スプール８０および制御スリーブ９０の移動方向である。

制御弁４０は、給気口接続部５２、排気口開放部５４、負荷口接続部４１の３つの気体流通口と、スプール駆動制御ポート１２８、制御スリーブセンサポート１３２、スプールセンサポート１４６の３つの信号接続部を有する。これらは、制御弁４０の筐体に取り付けられる。制御弁４０の筐体は、制御弁４０が複数の構成要素を組み合わせていることから、各構成要素の筐体を接続して組み立てたものであるが、ここでは、二層三方弁７８の筐体である固定スリーブ９１に代表させて、これを制御弁４０の筐体と呼ぶことにする。

給気口接続部５２は、給気開閉弁６０に気体供給源３２からの加圧空気を供給するための接続口である。排気口開放部５４は、二層三方弁７８の排気ポートに接続し、大気に開放する開放端である。負荷口接続部４１は、二層三方弁７８の負荷ポートと空気バネ２２とを接続するための接続口である。給気口接続部５２と負荷口接続部４１には適当なフィルタを設けてもよい。また、排気口開放部５４に適当な消音器を設けてもよい。

スプール駆動制御ポート１２８は、スプールアクチュエータ１２０に制御部１１０からの駆動制御信号を伝送するための信号線を接続するためのコネクタ部である。制御スリーブセンサポート１３２は、制御スリーブ９０の状態を検出する制御スリーブセンサ１３０であるレゾルバ等の出力信号を大容量弁駆動部１５０に伝送するための信号線を接続するためのコネクタである。スプールセンサポート１４６は、スプール８０の状態を検出するスプールセンサ１４０である変位センサの出力信号を制御部１１０へ伝送するための信号線を接続するためのコネクタである。

図３は、給気開閉弁６０と二層三方弁７８に関する詳細を示す断面図である。給気開閉弁６０は、二層三方弁７８における給気ポートに相当するもので、気体供給源３２に接続される。給気開閉弁６０は、二層三方弁７８の制御スリーブ９０の＋Ｘ方向の移動で閉じ、−Ｘ方向の移動で開く。または、二層三方弁７８のスプール８０の＋Ｘ方向の移動で開き、−Ｘ方向の移動で閉じる。図３は、二層三方弁７８が中立状態にあるときの様子が示されている。

給気開閉弁６０は、制御弁４０の筐体の一部を構成する開閉弁本体６１と、その内部空間６２に収納されるようにして配置される弁体機構６４を含んで構成される。開閉弁本体６１は、一方端側が給気口接続部５２に接続され、他方端側が二層三方弁７８の筐体の一部である固定スリーブ９１の開閉弁端に接続される筒状部材である。開閉弁本体６１の一方端側には、円環状の突出部６３が設けられる。

弁体機構６４は、両側に円板を有し、その円板の間に弱いバネ定数のコイルバネ７０が取り付けられるバネ付双方向弁体である。具体的には、弁体機構６４は、給気口接続部５２側の円板である給気側弁体６６と、二層三方弁７８側の円板である開閉弁弁体６８と、給気側弁体６６と開閉弁弁体６８とを接続する付勢手段であるコイルバネ７０を含んで構成される。コイルバネ７０は、給気側弁体６６と開閉弁弁体６８に対し、互いに引き離す方向に付勢力を与える。

給気側弁体６６は、開閉弁本体６１の内部の圧力が供給圧力よりも高くなった場合に、逆流を防止する逆止弁の機能を有し、開閉弁本体６１の一方端側に設けられる円環状の突出部６３に囲まれる開口部を塞げる大きさの外形を有する円板である。

開閉弁弁体６８は、中立状態では、制御スリーブ９０の開閉弁端側に設けられる円環状の突出部９８によって囲まれる開口部である開閉弁側開口部を塞げる大きさの外形を有する円板である。開閉弁弁体６８は、コイルバネ７０によって開閉弁本体６１の他方端側に向かうように付勢されるので、制御スリーブ９０の中立状態では、開閉弁弁体６８は、制御スリーブ９０の開閉弁端側の突出部９８に押し付けられる。なお、図３では、開閉弁端側の近傍部６５が破線で囲んで示されている。

また、スプール８０と制御スリーブ９０が中立状態のときは、スプール８０の開閉弁端側に設けられる円環状の突出部８８もちょうど制御スリーブ９０の円環状の突出部９８とＸ方向の位置が同じとなるように設定されるので、中立状態では、開閉弁弁体６８は、スプール８０の開閉弁端側の突出部８８にも同時に押し付けられる。これによって、中立状態では、制御スリーブ９０の開閉弁端側の突出部９８で囲まれる開口部と、スプール８０の開閉弁端側の突出部８８で囲まれる開口部は、共にその開口部が塞がれる。開閉弁弁体６８の二層三方弁７８側の表面６９と、制御スリーブ９０の突出部９８の先端部と、スプール８０の突出部８８の先端部とは、相互に気密に密着できるようにされる。

二層三方弁７８のスプール８０は、軸方向の一方端側である＋Ｘ方向端を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部８２を有し、軸方向に沿って延びて他方端が排気口開放部５４に連通する中心穴８４が設けられる細軸のステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部８６とを有する軸部材である。排気用開口部８２は、円環状の突出部８８に囲まれる開口部である。

制御スリーブ９０は、外周側で固定スリーブ９１に摺動自在に支持され、内周側でスプール８０を摺動自在に支持する部材である。制御スリーブ９０は、軸方向の一方端側である＋Ｘ方向端を開閉弁端側として、スプール８０の開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプール８０を軸方向に摺動自在に支持する案内穴を内部に有する。開閉弁側開口部は、開閉弁端側の円環状の突出部９８によって囲まれた開口部である。図３には、スプール８０の開閉弁端側の外径と制御スリーブ９０の開閉弁側開口部の内径との隙間空間１００が示されている。

制御スリーブ９０は、軸方向に沿って３つの開口部を有するが、そのうちの１つが負荷口５０である。上記のように、給気開閉弁６０と二層三方弁７８の組合せでは、制御スリーブ９０において気体供給源３２から加圧空気が供給されるのは、給気開閉弁６０側からである。その意味で、給気口に相当するのは、開閉弁端側の近傍部６５の隙間空間１００である。また、制御スリーブ９０において空気バネ２２から空気が大気に排気されるのは、スプール８０の中心穴８４を介して行われる。その意味で、排気口に相当するのも、開閉弁端側の近傍部６５の隙間空間１００である。その詳細な動作については、図６から図９を用いて後述する。

したがって、図３における構成の制御スリーブ９０は、外周に軸方向に沿って３つの開口部を有するが、そのうちの１つが負荷口５０である。中立状態では、この負荷口５０と、スプール８０の中央ランド部８６の位置とが一致し、中央ランド部８６によって負荷口５０は閉じられた状態となっている。他の２つの開口部９２，９４は、連通路９６によって互いに連通する。この２つの開口部９２，９４は、スプール８０と制御スリーブ９０と給気開閉弁６０の協働によって、加圧空気を空気バネ２２に接続される負荷口５０に供給するか、負荷口５０から大気に排気するかを切り替えるために用いられる。これらの詳細な作用については、図６から図９を用いて後述する。

再び図２に戻り、制御スリーブ９０は、−Ｘ方向端で、回転・直進変換機構４４を介してリンクレバー機構２４に接続される。図４は、その部分の拡大斜視図である。ここでは、リンクレバー機構２４について、台車側アーム２６と車体側アームであるレバー２８と、これらを回転自在に相互に接続する回転接続部２７が示されている。

回転・直進変換機構４４は、車高値に応じて、台車側アーム２６と車体側アームであるレバー２８とで形成される形状の変化に伴うレバー２８の回転運動を、制御スリーブ９０の直進運動に変換する機能を有する。これによって、車高値に応じて、制御スリーブ９０が軸方向に移動駆動される。その意味で、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４が、制御スリーブ９０を移動駆動するスリーブアクチュエータに相当する。

回転・直進変換機構４４は、制御弁４０の筐体に固定されるケース１６０に中心軸１６１が回転自在に保持される回転体１６２と、回転体１６２の中心軸１６１から偏心して配置される偏心ピン１６４と、制御スリーブ９０の−Ｘ方向端に接続される案内板１６６に設けられた案内溝１６８を含んで構成される。

ここで、回転体１６２の中心軸１６１に、レバー２８の一方端が取り付けられる。また、案内板１６６は、制御スリーブ９０と一体であるので、Ｘ方向にのみ移動可能である。そして、案内溝１６８は、Ｚ方向に沿って設けられた溝で、偏心ピン１６４を受け入れる溝幅を有する。

ケース１６０の内部に配置される制御スリーブセンサ１３０であるレゾルバは、回転体１６２の回転角度を検出する。回転体１６２の回転角度は、回転・直進変換機構４４によって制御スリーブ９０の軸方向の変位に変換されるので、制御スリーブセンサ１３０であるレゾルバは、制御スリーブ９０の軸方向変位に相当する回転角度を検出することになる。制御スリーブセンサ１３０であるレゾルバの出力信号は、適当な信号線で、制御スリーブセンサポート１３２に伝送される。レゾルバに代えて、他の形式の回転検出センサを用いてもよい。例えば、エンコーダを用いることができる。

再び図２に戻り、スプール軸１１８は、スプール８０が二層三方弁７８の領域よりも−Ｘ方向に延びて突き出す部分である。スプール軸１１８に取り付けられるスプールアクチュエータ１２０は、スプール８０を軸方向に移動駆動する可動線輪型のフォースモータである。また、スプール軸１１８の先端に取り付けられるスプールセンサ１４０である変位センサは、スプール８０の軸方向の変位を検出する差動トランス型センサである。

スプールアクチュエータ１２０は、スプール軸１１８に取り付けられ先端部がカップ型に開く駆動アーム１２２と、駆動アーム１２２の先端に設けられるコイル１２４と、制御弁４０の筐体に取り付けられコイル１２４に対向して配置される永久磁石１２６を含んで構成される。コイル１２４には、スプール駆動制御ポート１２８を介して制御部１１０から駆動電流信号が供給される。この駆動電流信号によってコイル１２４に流れる電流と、永久磁石１２６の磁束との協働作用によって、駆動アーム１２２に、軸方向の駆動力が与えられ、これによって、スプール８０を軸方向に移動駆動することができる。

スプールセンサ１４０は、スプール８０のＸ方向の移動量を検出する変位センサである。図２には、スプールセンサ１４０として、差動トランス型が図示されているが、差動トランス型以外の形式の変位センサを用いてもよい。例えば、光学型変位センサ、静電容量型変位センサ等を用いることができる。

図５は、上記構成の車体傾斜装置３０のブロック図である。ここで、空気バネ２２によって変化する台車１８と車体２０の間の高さである車高値から、リンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４、二層三方弁７８を介して再び空気バネ２２に戻るフィードバックループが、レベル調整制御のループである。ここでは、実際の車高値ｈが予め定めた標準車高値ｈ₀からずれて、車高偏差値Δｈが生じると、スプール８０に対し制御スリーブ９０の相対位置関係が変化し、空気バネ２２に対しＱ₁の大きさで加圧空気の供給または空気バネ２２からの大気への排気が行われ、Δｈをゼロにする方向に車体２０が上昇または下降する。これ以外の部分は、傾斜制御において、付加的な供給流量Ｑ₂を空気バネ２２に与えるときのブロック図に相当する。特に、破線枠１７１の部分は、大容量弁１７０を用いて大容量出力とするための部分のブロック図に相当する。

そこで、最初に、レベル調整制御の流れを説明する。ここでは、形式的に、制御部１１０から高さ指令値２００として予め定めた標準車高値ｈ₀が与えられる。高さ指令値２００が標準車高値ｈ₀のときは、スプール８０は中立位置とされるので、スプールアクチュエータ１２０はスプール８０を移動駆動しない。

ここで、リンクレバー機構２４は、実際の車高値が標準車高値ｈ₀となるときに、回転・直進変換機構４４を介して、制御スリーブ９０の軸方向に沿った配置位置が中立位置となるように、台車側アーム２６の長さが設定される。したがって、車高値が標準車高値ｈ₀のときには、制御スリーブ９０とスプール８０の位置関係が中立位置であるので、図３に示されるように、制御スリーブ９０の負荷口５０はスプール８０の中央ランド部８６によって閉じられる。と同時に、開閉弁端側の近傍６５でスプール８０の＋Ｘ方向端の突出部８８ならびに制御スリーブ９０の＋Ｘ方向端の突出部９８が給気開閉弁６０の開閉弁弁体６８と密着する。したがって、空気バネ２２には制御弁４０から加圧空気が供給されることもなく、制御弁４０を介して大気に開放されることもない。

ここで、乗客の増減があって、実際の車高値が標準車高値ｈ₀からΔｈだけ変化するとき、上記のレベル調整制御のフィードバックループが働く。すなわち、そのΔｈがリンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４を介して、制御スリーブ９０の軸方向の位置を変化させる。スプール８０は中立状態のままであるので、制御スリーブ９０の負荷口５０とスプール８０の中央ランド部８６との相対位置関係が変化する。ここで、Δｈがプラスのときに、空気バネ２２から制御弁４０を介して大気開放が行われるように制御スリーブ９０がスプール８０に対し移動する構成とする。すなわち、制御スリーブ９０が＋Ｘ方向に移動すると同時に、開閉弁弁体６８を押すので、スプール８０のランド部８６および突出部８８に加圧空気が通れる隙間ができ、空気バネ内の加圧空気が通路を通って大気放出される。これによって、車高偏差値Δｈが小さくなり、それに応じて、制御スリーブ９０の移動が中立位置に向かって戻される。このようにして、車高偏差値Δｈをゼロにするように、リンクレバー機構２４を介したフィードバックが行われる。

次に、傾斜制御のときの流れについて説明する。車両１０がカント不足を補償するために車体２０を傾斜させる必要があるときには、各空気バネに対し、それぞれ異なる設定車高値が与えられる。例えば、図１において、空気バネ２２に設定車高値ｈ₁が与えられ、空気バネ２３に設定車高値ｈ₂が与えられる。そして、実際の車高値がこの設定車高値ｈ₁，ｈ₂となるように、傾斜制御が行われる。以下では、空気バネ２２に対して、設定車高値ｈ₁が与えられるとして説明を続ける。傾斜制御を開始する前に、車体２０と台車１８の位置関係が平行状態にあるときは、実際の車高値は標準車高値ｈ₀になっており、制御スリーブ９０は中立位置にある。

制御部１１０から、高さ指令値２００として設定車高値ｈ₁が与えられると、サーボアンプ２０２において、スプールアクチュエータ１２０のための駆動信号が生成される。いま、設定車高値ｈ₁が標準車高値ｈ₀よりも大きいとすると、空気バネ２２を伸長させるように、スプール８０の軸方向の位置を変化させる。制御スリーブ９０は中立状態のままであるので、制御スリーブ９０の負荷口５０とスプール８０の中央ランド部８６との相対位置関係が変化する。ここで、空気バネ２２に制御弁４０を介して加圧空気が供給されるように、スプール８０が制御スリーブ９０に対し移動する構成とする。すなわち、スプール８０が＋Ｘ方向に移動すると同時に開閉弁弁体６８を押すので、制御スリーブ９０の負荷口５０および突出部９８に加圧空気が通れる隙間ができ、空気バネ２２内へ加圧空気が通路を通って供給される。

これによって、車高値が上がる。車高値が上がると、リンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４を介して、制御スリーブ９０が軸方向に移動し、レベル調整制御と同様のフィードバックが働く。このフィードバックは、スプール８０の中央ランド部８６と制御スリーブ９０の負荷口５０が一致するまで継続的に働く。スプール８０の中央ランド部８６の軸方向の位置は、車高値が標準車高値ｈ₀のときの位置よりオフセットして、車高値が設定車高値ｈ₁に相当する位置となっている。したがって、制御スリーブ９０は、実際の車高値ｈが設定車高値ｈ₁となるまで軸方向に移動する。実際の車高値ｈが設定車高値ｈ₁となると、制御スリーブ９０の負荷口５０とスプール８０の中央ランド部８６の位置が一致し、制御弁４０から空気バネ２２への加圧空気の供給が止まり、制御スリーブ９０の移動も止まる。

このように、傾斜制御のときには、スプール８０の軸方向の位置が、標準車高値ｈ₀に対応する中立位置から、設定車高値ｈ₁に対応する位置にオフセットされる。このオフセットに対応して、制御スリーブ９０が軸方向に移動駆動して、実際の車高値が設定車高値ｈ₁となる。つまり、スプール８０の軸方向の位置がオフセットすることを除けば、調整制御と同様なリンクレバー機構２４を含むフィードバックが利用される。

この制御では、空気バネ２２に供給される加圧空気の流量は、制御弁４０の供給流量Ｑ₁で制限される。そこで、供給流量を増やすために大容量弁１７０が用いられる。大容量弁１７０を用いるループは以下の通りである。回転・直進変換機構４４に含まれる制御スリーブセンサ１３０の出力する電気信号は制御スリーブセンサアンプ２０６で適当に増幅と信号変換が行われる。制御スリーブセンサアンプ２０６の出力は、減算部２０８において、高さ指令値２００によって生成されたサーボアンプ２０２の出力から減算される。この減算処理によって、高さ指令値２００である設定車高値ｈ₁と実際の車高値との差である車高偏差値が求められる。この車高偏差値は、電気信号値に基づく値である。

この車体偏差値を大容量弁駆動部１５０のプリアンプ２１０で適当に増幅し、必要な信号変換を行って、電流ブースタ２１２で大容量弁１７０の駆動信号とする。この駆動信号で大容量弁１７０を駆動する。大容量弁１７０の供給流量Ｑ₂は、制御弁４０の供給流量Ｑ₁に比べ格段に大きいものとする。

加算部２０４は、制御弁４０の供給流量Ｑ₁と大容量弁１７０の供給流量Ｑ₂とを合流させるもので、具体的には、図１の制御弁路４２と大容量弁路１７２との合流部に相当する。これによって、空気バネ２２には、制御弁４０のみを用いる場合に比較し、格段に多い流量で、加圧空気が供給される。例えば、Ｑ₂をＱ₁の５倍として、大容量弁１７０を用いることで、制御弁４０のみを用いる場合の供給流量Ｑ₁の６倍の供給流量（Ｑ₁＋Ｑ₂）が空気バネ２２に供給される。これによって、空気バネ２２の伸長速度が格段に速くなる。

大容量弁１７０からの供給流量を加えた合計供給流量で空気バネ２２が伸長し、車高値が変化すると、制御弁４０と大容量弁１７０のそれぞれについてフィードバック制御が行われる。制御弁４０については、上記のように、リンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４、二層三方弁７８、空気バネ２２のフィードバックループで制御が行われる。大容量弁１７０については、リンクレバー機構２４、回転・直進変換機構４４、制御スリーブセンサ１３０、制御スリーブセンサアンプ２０６、減算部２０８、大容量弁駆動部１５０、大容量弁１７０、加算部２０４、空気バネ２２のフィードバックループで制御が行われる。

なお、上記では、空気バネ２２に加圧空気を供給する場合を説明したが、空気バネ２２から排気する場合でも同様である。

図５において、スプールセンサ１４０と、スプールセンサアンプ２１４のループは、スプール８０の移動駆動についての位置フィードバックを行うものである。すなわち、高さ指令値２００が与えられたサーボアンプ２０２から、スプールアクチュエータ１２０、スプール８０、スプールセンサ１４０による変位検出、スプールセンサアンプ２１４による適当な増幅と必要な信号変換を経て再びサーボアンプ２０２に戻るループで、スプール８０の位置がスプールアクチュエータ１２０の駆動信号にフィードバックされる。これによって、スプール８０の位置制御が安定し、精度が向上する。

上記構成の作用、特に、給気開閉弁６０と二層三方弁７８の作用について、図６から図９を用いて詳細に説明する。図６と図７は、レベル調整制御における様子を説明する図で、図６は、実際の車高値ｈが標準車高値ｈ₀よりも低いので、空気バネ２２に加圧空気を供給する場合、図７は、実際の車高値ｈが標準車高値ｈ₀よりも高いので、空気バネ２２から排気を行う場合の図である。図８と図９は、傾斜制御における様子を説明する図で、図８は、実際の車高値ｈが設定車高値ｈ₁よりも低いので、空気バネ２２に加圧空気を供給する場合、図９は、実際の車高値ｈが設定車高値ｈ₁よりも高いので、空気バネ２２から排気を行う場合の図である。

図６は、レベル調整制御において、実際の車高値ｈが標準車高値ｈ₀よりも低い場合である。この場合は、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって、制御スリーブ９０が、中立位置にあるスプール８０に対し、−Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０がスプール８０に対し後退するので、開閉弁端側の近傍部６５において、制御スリーブ９０の突出部９８と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じ、その隙間を通って、給気口接続部５２からの加圧空気が、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００に流れ込む。そして、流れ込んだ加圧空気は、開口部９２、連通路９６、開口部９４を経て、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０との間の位置関係のずれによって生じた−Ｘ方向側の開口から負荷口５０に流れ込み、制御弁路４２から空気バネ２２に供給される。

このようにして、給気口接続部５２と空気バネ２２とが連通することで、空気バネ２２に加圧空気が供給され、空気バネ２２が伸長する。空気バネ２２が伸長すると、車高値ｈが高くなる。車高値ｈが高くなると、制御スリーブ９０はスプール８０に対して＋Ｘ方向に戻される。車高値ｈが標準車高値ｈ₀に達すると、スプール８０の中央ランド部８６と制御スリーブ９０の負荷口５０の位置が一致するとともに、制御スリーブ９０の先端の突出部９８が給気開閉弁６０の開閉弁弁体６８に密着する。これにより、図３で説明した中立状態に戻って、給気口接続部５２からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の車高値を標準車高値ｈ₀に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。

図７は、レベル調整制御において、実際の車高値ｈが標準車高値ｈ₀よりも高い場合である。この場合は、リンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって、制御スリーブ９０が、中立位置にあるスプール８０に対し、＋Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０がスプール８０に対し突き出すので、給気開閉弁６０の付勢手段であるコイルバネ７０の付勢力によって開閉弁弁体６８が制御スリーブ９０の開閉弁側開口部を遮蔽する。具体的には、開閉弁端側の近傍部６５において制御スリーブ９０の円環状の突出部９８に開閉弁弁体６８が押し付けられる。これによって、給気口接続部５２からの加圧空気の供給が遮断される。そして、このとき、スプール８０の開閉弁端側と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じるので、スプール８０の排気用開口部８２と、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の内部空間との間が連通する。具体的には、スプール８０の開閉弁端側の円環状の突出部８８と、開閉弁弁体６８との間に隙間が生じる。これによって、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００と、スプール８０の排気用開口部８２が連通する。

そして、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０との間の位置関係のずれによって生じた＋Ｘ方向側の開口から負荷口５０に連通し、制御弁路４２から空気バネ２２に連通する。したがって、空気バネ２２からの空気は、制御弁路４２、負荷口５０、隙間空間１００、排気用開口部８２を通って、排気口開放部５４を介して大気に放出される。

このようにして、空気バネ２２と排気口開放部５４が連通することで、空気バネ２２からの空気が大気に放出され、空気バネ２２が縮小する。空気バネ２２が縮小すると、車高値ｈが低くなる。車高値ｈが低くなると、制御スリーブ９０はスプール８０に対し−Ｘ方向に戻される。車高値ｈが標準車高値ｈ₀に達すると、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０の位置が一致するとともに、スプール８０の先端の突出部８８が給気開閉弁６０の開閉弁弁体６８に密着する。これにより、図３の中立状態に戻って、空気バネ２２からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の車高値を標準車高値ｈ₀に戻すレベル調整制御が自動的に行われる。

次に傾斜制御における様子を説明する。傾斜制御では、上記のように、大容量弁１７０を用いて、傾斜制御をより迅速に行うことができる。大容量弁１７０の利用は、傾斜制御の迅速化のためであるが、給気開閉弁６０と二層三方弁７８の作用においては、流量の大きさが異なるのみであるので、以下では、大容量弁１７０を用いずに制御弁４０のみを用いる場合について説明する。なお、以下では、傾斜制御を開始する前に、台車１８と車体２０との間の高さである車高値が標準状態にあり、制御スリーブ９０が中立状態であるとして説明する。

図８は、傾斜制御において、車高値を高く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ１２０によって、スプール８０が、中立位置にある制御スリーブ９０に対し、＋Ｘ方向に移動した場合に相当する。ここでは、スプール８０が制御スリーブ９０に対し突き出すので、開閉弁端側の近傍部６５において、制御スリーブ９０の突出部９８と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じ、その隙間を通って、給気口接続部５２からの加圧空気が、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００に流れ込む。そして、流れ込んだ加圧空気は、開口部９２、連通路９６、開口部９４を経て、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０との間の位置関係のずれによって生じた−Ｘ方向側の開口から負荷口５０に流れ込み、制御弁路４２から空気バネ２２に供給される。

このようにして、給気口接続部５２と空気バネ２２とが連通することで、空気バネ２２に加圧空気が供給され、空気バネ２２が伸長する。空気バネ２２が伸長すると、車高値ｈが高くなる。車高値ｈが高くなると、制御スリーブ９０はスプール８０に対して＋Ｘ方向に移動する。車高値ｈが設定車高値ｈ₁に達すると、スプール８０の中央ランド部８６と制御スリーブ９０の負荷口５０の位置が一致するとともに、制御スリーブ９０の先端の突出部９８が給気開閉弁６０の開閉弁弁体６８に密着する。これにより、車高値の設定に対応して、図３で説明した中立状態よりも、制御スリーブ９０とスプール８０が＋Ｘ方向にオフセットした状態で、給気口接続部５２からの加圧空気の供給が止まる。このようにして、実際の車高値を設定車高値ｈ₁にする傾斜制御が自動的に行われる。

図９は、傾斜制御において、車高値を低く設定する場合である。この場合は、スプールアクチュエータ１２０によって、スプール８０が、中立位置にある制御スリーブ９０に対し、−Ｘ方向に後退した場合に相当する。ここでは、制御スリーブ９０に対しスプール８０が引っ込む。このとき、開閉弁弁体６８が制御スリーブ９０の開閉弁側開口部を遮蔽している。具体的には、開閉弁端側の近傍部６５において制御スリーブ９０の円環状の突出部９８に開閉弁弁体６８が押し付けられる。これによって、給気口接続部５２からの加圧空気の供給が遮断される。そして、このとき、スプール８０の開閉弁端側と開閉弁弁体６８との間に隙間が生じるので、スプール８０の排気用開口部８２と、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の内部空間との間が連通する。具体的には、スプール８０の開閉弁端側の円環状の突出部８８と、開閉弁弁体６８との間に隙間が生じる。これによって、制御スリーブ９０の内径とスプール８０の外径との間の隙間空間１００と、スプール８０の排気用開口部８２が連通する。

そして、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０との間の位置関係のずれによって生じた＋Ｘ方向側の開口から負荷口５０に連通し、制御弁路４２から空気バネ２２に連通する。したがって、空気バネ２２からの空気は、制御弁路４２、負荷口５０、隙間空間１００、排気用開口部８２を通って、排気口開放部５４を介して大気に放出される。

このようにして、空気バネ２２と排気口開放部５４が連通することで、空気バネ２２からの空気が大気に放出され、空気バネ２２が縮小する。空気バネ２２が縮小すると、車高値ｈが低くなる。車高値ｈが低くなると、制御スリーブ９０はスプール８０に対し−Ｘ方向に戻される。車高値ｈが設定車高値ｈ₁に達すると、スプール８０の中央ランド部８６と負荷口５０の位置が一致するとともに、制御スリーブ９０の先端部の突出部９８が給気開閉弁６０の開閉弁弁体６８に密着する。これにより、車高値の設定に対応して、図３で説明した中立状態よりも、制御スリーブ９０とスプール８０が−Ｘ方向にオフセットした状態で、空気バネ２２からの空気の放出が止まる。このようにして、実際の車高値を設定車高値ｈ₁にする傾斜制御が自動的に行われる。

上記では、制御弁４０として、給気開閉弁６０と二層三方弁７８とを組み合わせた構成を説明した。ここで、二層三方弁７８の制御スリーブ９０は外周に軸方向に沿って３つの開口部を有し、そのうちの１つは負荷口であるが、他の２つは給気口でも排気口でもない構成である。この他に、スプールに３つのランド部を有し、制御スリーブの外周に軸方向に沿って給気口、負荷口、排気口が配置される一般的なスプール・スリーブ型の三方弁を用いることができる。

図１０は、そのような制御弁１８０の一例として、その基本構成を説明する図である。ここで用いられる三方弁１８１は、固定スリーブ１８２、制御スリーブ１８４、スプール１８６を備える。スプール１８６は、スプールアクチュエータ１２０によって軸方向に駆動でき、制御スリーブ１８４はリンクレバー機構２４と回転・直進変換機構４４によって軸方向に駆動できる。スプール１８６は、ステムに３つのランド部が軸方向に相互に離間して設けられる。制御スリーブ１８４は、この３つのランド部の配置に対応して、外周に軸方向に沿って、給気口１８８、負荷口１９０、排気口１９２が順次配置される。

中立状態において、負荷口１９０の位置は、スプール１８６の中央ランド部の位置と一致して、中央ランドは負荷口１９０を塞ぐ。給気口１８８と排気口１９２は、中央ランド部の前後のステムの位置に合わせて配置される。また、固定スリーブ１８２においては、制御スリーブ１８４の給気口１８８、負荷口１９０、排気口１９２に対応して、それぞれ、給気ポート、負荷ポート、排気ポートが設けられる。制御スリーブ１８４は、予め定めた移動範囲で、固定スリーブ１８２に対し軸方向に移動可能で、その移動範囲においては、給気口１８８は給気ポートの範囲内、負荷口１９０は負荷ポートの範囲内、排気口１９２は排気ポートの範囲内とされる。

図１０の構成の三方弁１８１を用いる制御弁１８０によっても、図５で説明したブロック図の構成をとることができ、図６から図９の作用を奏することができる。

上記では、制御スリーブの移動駆動を車高値によって形状が変化するリンクレバー機構によって行い、スプールの移動駆動をスプールアクチュエータによって行うものとして説明した。設定車高値の変更は、スプールと制御スリーブの相対的位置のオフセットの設定で行うことができる。したがって、スプールの移動駆動を車高値によって形状が変化するリンクレバー機構によって行い、制御スリーブの移動駆動をフォースモータ等の制御スリーブアクチュエータによって行うものとしてもよい。

本発明に係る車体傾斜装置及び車体傾斜装置用二層三方弁は、台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車両に用いられる。

１０ 車両、１２ 路面、１４，１５ レール、１６，１７ 車輪、１８ 台車、２０ 車体、２２，２３ 空気バネ、２４，２５ リンクレバー機構、２６ 台車側アーム、２７ 回転接続部、２８ レバー、３０ 車体傾斜装置、３２ 気体供給源、４０，１８０ 制御弁、４１ 負荷口接続部、４２ 制御弁路、４４ 回転・直進変換機構、５０，１９０ 負荷口、５２ 給気口接続部、５４ 排気口開放部、６０ 給気開閉弁、６１ 開閉弁本体、６２ 内部空間、６３，８８，９８ 突出部、６４ 弁体機構、６５ 開閉弁端側の近傍部、６６ 給気側弁体、６７，６９ 表面、６８ 開閉弁弁体、７０ コイルバネ、７８ 二層三方弁、８０，１８６ スプール、８２ 排気用開口部、８４ 中心穴、８６ 中央ランド部、９０，１８４ 制御スリーブ、９１，１８２ 固定スリーブ、９２，９４ 開口部、９６ 連通路、１００ 隙間空間、１１０ 制御部、１１２，１１３ 個別傾斜部、１１８ スプール軸、１２０ スプールアクチュエータ、１２２ 駆動アーム、１２４ コイル、１２６ 永久磁石、１２８ スプール駆動制御ポート、１３０ 制御スリーブセンサ、１３２ 制御スリーブセンサポート、１４０ スプールセンサ、１４２ 磁性体軸、１４４ コイル、１４６ スプールセンサポート、１５０ 大容量弁駆動部、１６０ ケース、１６１ 中心軸、１６２ 回転体、１６４ 偏心ピン、１６６ 案内板、１６８ 案内溝、１７０ 大容量弁、１７１ 破線枠（大容量出力のためのブロック図）、１７２ 大容量弁路、１７４，１７６ 開閉弁、１８１ 三方弁、１８８ 給気口、１９２ 排気口、２００ 高さ指令値、２０２ サーボアンプ、２０４ 加算部、２０６ 制御スリーブセンサアンプ、２０８ 減算部、２１０ プリアンプ、２１２ 電流ブースタ、２１４ スプールセンサアンプ。

Claims (6)

1. 車両の車体と台車の間に配置される空気バネに気体を供給しあるいは排気して空気バネを伸縮させて車体と台車の間の高さである車高値を変更する車体傾斜装置であって、
   小径のステムと大径のランドとを有するスプールと、
   気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する固定スリーブと、
   外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、少なくともスプールのランドに対応する負荷口を有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にある制御スリーブと、
   を含み、スプールのランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で給気ポートから負荷ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まる二層三方弁と、
   車高値の設定値である設定車高値に応じて、二層三方弁の固定スリーブに対しスプールを軸方向に移動駆動するスプールアクチュエータと、
   設定車高値と実際の車高値との差である車高偏差値に応じて、二層三方弁のスプールに対し制御スリーブを軸方向に移動駆動するスリーブアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
2. 請求項１に記載の車体傾斜装置において、
   スリーブアクチュエータは、
   一方端が台車側に回転可能に支持され、他方端が回転接続部によって回転可能に支持される台車側アームと、一方端が回転接続部によって回転可能に支持され、他方端が車体側に回転可能に支持される車体側アームとを含み、車高値に応じて、台車側アームと車体側アームとで形成される形状が変化するリンクレバー機構と、
   リンクレバー機構の車体側支持部に設けられ、リンクレバー機構の形状変化に応じて回転する回転部と、
   回転部の回転を制御スリーブの軸方向直進運動に変換する回転・直進変換機構と、
   を含むことを特徴とする車体傾斜装置。
3. 請求項１または２に記載の車体傾斜装置において、
   二層三方弁の制御スリーブの状態を検出し、電気信号として出力する制御スリーブセンサと、
   制御スリーブセンサの出力に応じ電気信号によって駆動され、二層三方弁よりも流量容量が大きい大容量弁であって、出力口が二層三方弁の負荷ポートと共に空気バネに接続される大容量弁と、
   を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載の車体傾斜装置において、
   二層三方弁のスプールの状態を検出し、電気信号として出力するスプールセンサと、
   スプールセンサの出力をスプールアクチュエータの駆動信号にフィードバックするフィードバックループと、
   を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
5. 請求項１から４のいずれか１に記載の車体傾斜装置において、
   二層三方弁のスプールは、
   軸方向の一方端側を開閉弁端側として、開閉弁端側に排気用開口部を有し軸方向に延びて他方端が排気ポートに連通する中心穴が設けられるステム部と、ステム部よりも外径の大きい中央ランド部とを有し、
   制御スリーブは、
   軸方向の一方端側を開閉弁端側として、スプールの開閉弁端側の外径よりも大きい内径の開閉弁側開口部を開閉弁端側に有し、スプールを軸方向に摺動自在に支持し、スプールとの間の相対位置が中立状態のときにスプールの中央ランド部により塞がれる位置に配置される負荷口と、軸方向に沿って負荷口の前後に配置され負荷口を越えて相互に連通する２つの開口部とを有し、
   二層三方弁に対し、
   一方端側が気体供給源に接続され他方端側が制御スリーブの開閉弁端に接続される筒状の開閉弁本体と、開閉弁本体の内部に収納され制御スリーブの開閉弁側開口部を塞ぐ大きさの開閉弁弁体と、開閉弁弁体を制御スリーブの開閉弁端側に付勢する付勢手段とを含む給気開閉弁を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
6. 小径のステムと大径のランドとを有するスプールと、
   気体供給源に接続される給気ポートと、排気ポートと、空気バネに接続される負荷ポートとを有する固定スリーブと、
   外周側で固定スリーブに摺動自在に支持され、内周側でスプールを摺動自在に支持し、少なくともスプールのランドに対応する負荷口を有し、固定スリーブに対し予め定めた所定移動範囲で相対的に移動可能で、所定移動範囲において負荷口は固定スリーブの負荷ポートの範囲にある制御スリーブと、
   を含み、スプールのランドと制御スリーブの負荷口との間の相対位置関係で給気ポートから負荷ポートを経て空気バネに供給される気体流量が定まり、あるいは空気バネから負荷ポートを経て排気ポートから排出される気体流量が定まることを特徴とする車体傾斜装置用二層三方弁。
   

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