JP7100529B2 - 制御弁、制御弁装置、及び車体傾斜装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (4)
- 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。
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2018
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