JP2005067345A - 車両用引戸構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 過度の荷重がロッドに入力しても、油圧ダンパによる回避が可能で、装置への負担の小さな車両用引戸構造を提供することを目的とするものである。
【解決手段】 車体の前後方向へ移動して出入口を開閉する引戸２０を、前記出入口近傍に配設するとともに、油圧力で前進するプッシュロッド６により車体側へ押し付ける作動ユニット２を備えた車両用引戸構造において、前記作動ユニット２は、電動アクチュエータ３−１、３−２に駆動される油圧発生装置３と、該油圧発生装置３から吐出される油圧を制御する制御弁８とを備えたことにより、プッシュロッド６の押付力は油圧が負担し、過度の荷重は油圧ダンパ１０を介した回避が可能となり、機械部への負担が軽減される他、油圧関連の部品が全て作動ユニット２に集約されるので、メンテナンス性が向上し、また、プッシュロッド６のストローク調整も、圧力フィードバックを利用して自動的に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、出入口近傍に配設され油圧力で前進するプッシュロッドにより引戸が車体に押し付けられる車両用引戸構造に関する。

引戸押付装置は、空気圧を作動源とするものが知られ、空気圧縮機で作られてタンクに貯留される空気圧を、油圧に変換する１つの増圧シリンダ装置と、引戸の４隅に配置される４つの作動ユニットとから構成される。増圧シリンダ装置の主要機構は、空気圧を油圧に変換する変換シリンダと、元圧の空気圧を制御する電磁弁と、油を貯留するリザーバと、油圧スイッチとから構成される。作動ユニットは油圧シリンダから構成され、プッシュロッドに作用する油圧により引戸を車体に押し付けるように構成される。

この構成は、油圧と空気圧とが混在する複雑な構成で、車両側の空気配管や増圧シリンダと作動ユニット間の油圧配管とがあって、メンテナンス上の困難さが存在する。具体的にはメンテナンス時に、増圧シリンダ装置や油圧発生装置ならびに作動ユニットを全て取り外す必要がある。また、現行システムが空気圧による油圧システムのため、新規取付時やメンテナンス後の取付時において、シリンダのストローク調整が押えシリンダ側でできないため、代わりに車体と作動ユニットとの取付部に、プッシュロッドの後退ストローク調整が必要であり、中にはライナが必要となることもあり、設定に時間を要していた。

そこで、油圧や空気圧を必要とせずに、電磁ブレーキ付電動モータとボールネジシリンダとを用いて、比較的大きな荷重をを保持でき、スペース的に小さい鉄道車両の側引戸押え装置が提案された（下記特許文献１参照）。
特開２００２−５９８３０号公報（段落０００８参照）

前記特許文献１について図６（Ｃ）を用いて簡単に説明する。該特許文献１において従来例として記載された図６（Ａ）（Ｂ）のものは、出入口１０１を覆った側引戸１０４の戸袋側と戸先側の上下４か所に配置した小型の油圧シリンダ１０３を駆動して、側引戸１０４を車内側から車外側へ押し付けていた。それに対して、図６（Ｃ）に示すように、特許文献１に開示されたものでは、側引戸１０４を車内側から車外側へ押し付けるシリンダ１１０として、電磁ブレーキ１１４付の電動モータ１１１と、電動モータ１１１により回転するボールネジシリンダ１１２とボールネジシリンダ１１２により押し出される扉押動部材１２７とで構成したもので、ボールネジシリンダ１１２の扉押動部材１２７を後退させるリターンスプリング１２８を備える。

このような電磁ブレーキ１１４付の電動モータ１１１とボールネジシリンダ１１２および扉押動部材１２７を備える構成によって、空気管や油圧駆動ユニットからの油圧配管が不要で、電動モータ１１１と電磁ブレーキ１１４を動作させる電気的な配線のみを備えればよく、取り回しが簡便で、装置がコンパクトとなったものの、車両のすれ違い等で気圧差が発生した場合、引戸はロックシリンダを押し込む状態となるため、機械部への負担が大きいものであった。

そこで本発明は、前記従来の鉄道車両用引戸押付装置における諸課題を解決して、過度の荷重がロッドに入力しても、油圧ダンパによる回避が可能で、装置への負担の小さな車両用引戸構造を提供することを目的とするものである。

このため本発明は、車体の前後方向へ移動して出入口を開閉する引戸を、前記出入口近傍に配設するとともに、油圧力で前進するプッシュロッドにより車体側へ押し付ける作動ユニットを備えた車両用引戸構造において、前記作動ユニットは、電動アクチュエータに駆動される油圧発生装置と、該油圧発生装置から吐出される油圧を制御する制御弁とを備えたことを特徴とする。また本発明は、前記電動アクチュエータは、電流が供給されるコイルと、該コイルに隣接して配設され、磁気ひずみによって伸縮する超磁歪材料とを備えていることを特徴とする。また本発明は、前記プッシュロッドは戻しスプリングによって押圧されて後退し、その後退位置は、前記戻しスプリングの押圧力と前記制御弁によって制御される油圧によって設定されることを特徴とする。また本発明は、前記作動ユニットは、前記出入口近傍の複数の隅部に配設され、それらの作動は電気信号によって行われることを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。

本発明によれば、車体の前後方向へ移動して出入口を開閉する引戸を、前記出入口近傍に配設するとともに、油圧力で前進するプッシュロッドにより車体側へ押し付ける作動ユニットを備えた車両用引戸構造において、前記作動ユニットは、電動アクチュエータに駆動される油圧発生装置と、該油圧発生装置から吐出される油圧を制御する制御弁とを備えたことにより、プッシュロッドの押付力は油圧が負担し、過度の荷重は油圧ダンパを介した回避が可能となり、機械部への負担が軽減される。また、油圧関連の部品が全て作動ユニットに集約されるので、メンテナンス性が向上する。

また、前記電動アクチュエータは、電流が供給されるコイルと、該コイルに隣接して配設され、磁気ひずみによって伸縮する超磁歪材料とを備えていることにより、コイルへの通電という励磁動作のみによって、磁気ひずみ現象によって超磁歪材料が伸縮動作してポンプ作用を行い、油圧を発生させて油圧力でプッシュロッドを前進させることができる。

さらに、前記プッシュロッドは戻しスプリングによって押圧されて後退し、その後退位置は、前記戻しスプリングの押圧力と前記制御弁によって制御される油圧によって設定されることにより、プッシュロッドのストローク調整が、圧力フィードバックを利用して自動的に行うことができる。さらにまた、前記作動ユニットは、前記出入口近傍の複数の隅部に配設され、それらの作動は電気信号によって行われることより、引戸の複数の隅部に配設された電動アクチュエータを配線の取り回しの簡便な電線を通じて制御することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図５は本発明の車両用引戸構造の１つの実施例を示すもので、図１は作動ユニットの構造の全体断面図、図２は作動ユニットの油圧回路図、図３は引戸押付装置のシステム構成図、図４は作動ユニットの手動取扱い図、図５はロッドストロークとロッドシリンダ油圧との関係図である。本発明の車両用引戸構造の基本的な構成は、図１に示すように、車体の前後方向へ移動して出入口を開閉する引戸（ドア２０、後述図４参照）を、前記出入口近傍に配設するとともに、油圧力で前進するプッシュロッド６により車体側へ押し付ける作動ユニット２を備えた車両用引戸構造において、前記作動ユニットは、電動アクチュエータ３−１、３−２に駆動される油圧発生装置３と、該油圧発生装置３から吐出される油圧を制御する制御弁（リリーフ弁）８とを備えたことを特徴とする。

以下に詳述する。本発明の車両用引戸構造における作動ユニット構造の実施例を図１に基づいて説明すると、油圧構造部分は全て作動ユニット構造２に集約されている。作動ユニット構造２における右下部（図１の図面において）に配置される電動アクチュエータは、コイル３−１と該コイル３−１の中央に配置された鉄やニッケル等の超磁歪材料３−２から構成される。超磁歪材料３−２の上部先端にはピストン３−４が配設され、該ピストン３−４内にはリザーバ７に通じる逆止弁３−７が設置される。ピストン３−４の上部にはシール３−６を収容した油圧室３−５が設けられ、逆止弁３−８を介して図面右上のプッシュロッド６の背面の圧力室１８に通じている。

ドライバ１（図３参照）が信号を受けると、コイル３−１に交番する電流を与え、コイル３−１に発生する磁界は、バネ３−３の付勢力に抗して超磁歪材料３−２を伸長させ、ピストン３−４を押し出す。このとき、油圧室３−５の内周に配設されたシール３−６は内側に膨出して油圧室３−５の容積を低減させる。この分の作動油の吐出量が増大して吐出効率を向上させることができる。交番する電流によって、コイル３−１の励磁がなくなると、ピストン３−４はバネ３−３によって、初期の長さに戻る。このとき、シール３−６についても内側への膨出がなくなる。このように、前記２つの逆止弁３−７、３−８とピストン３−４の往復動により、図面左下のリザーバ７からの油がプッシュロッド６の背面の圧力室１８に供給されて加圧される。したがって、コイル３−１と超磁歪材料３−２から構成される電動アクチュエータと、ピストン３−４、逆止弁３−７、ピストン３−４の復元用のバネ３−３、シール３−６を含む油圧室３−６および逆止弁３−８により圧力発生装置（ポンプ）３が構成される。

プッシュロッド６の背面の圧力室１８には、アキュームレータ式の油圧ダンパ１０（図面左上）がリターンスプリングによりプッシュロッド６側に付勢されて配設される。該油圧ダンパ１０内にはリリーフ弁８が設置され、プッシュロッド６の押込みが大きくなった場合に余分な油をリザーバ７に送出するように構成され、作動ユニット２の破壊が有効に防止される。油圧発生装置３から圧力室１８への通路の途中の分岐路には油圧センサ５が設置され、プッシュロッド６の押込み圧であるシリンダ圧力を測定する。油圧センサ５の反対側の分岐路には電磁弁４が収容され、該電磁弁４の動作により、プッシュロッド６の背面の圧力室１８の圧力をリザーバ７に開放し、プッシュロッド６をリターンスプリング１７の復元力により原位置に戻すものである。なお、圧力室１８とリザーバ７間のバイパス通路には、手動にて開閉自在な手動弁９が設置され、車両の緊急停車や電源供給がない場合を想定して、手動にてプッシュロッド６の解除を可能にしている。

図２は作動ユニットの油圧回路図で、油圧構造部分を油圧回路として展開したものである。逆止弁２つと組み合わされたポンプ３におけるピストンの往復動にて、リザーバ７からの油が油圧ダンパ１０の圧力室１８に供給されて、プッシュロッド６を前進させる。プッシュロッド６による引戸への押圧力は油圧センサ５により検出され、適度の押圧力が得られる。引戸への過度の押込み力が加わると、油はリリーフ弁８（内蔵される本来の油圧ダンパ１０と分離した回路に位置する）を通じてリザーバ７に開放される。引戸の押圧力を開放する場合には、電磁弁４により圧力室１８の油はリザーバ７に戻り、プッシュロッド６は後退する。圧力室１８とリザーバ７間のバイパス通路には、手動弁９が設置され、緊急停車や停電時を想定して、手動にてプッシュロッド６の解除を可能にする。

図３は引戸押付装置のシステム構成図で、１つの引戸に対して４つの作動ユニット２が配設される。作動ユニット２のドライバ１は引戸近傍に配置され、ドア開閉スイッチの投入により直流電源にて駆動される。ドア開閉スイッチからの制御信号は電線により電気信号として各引戸に伝達される。１つの引戸に対する４つの作動ユニット２は、前記油圧センサ５の検出値を適切に選定することで個々に適正なストローク調整が可能である。また、ドライバ１のクリアランス設定機能は、通常の運行でも作用し、夏冬の作動油の粘度差による設定の変化に対応し、４か所の作動ユニット２の応答性を比較的同一に管理することも可能となる。

図４は作動ユニットの手動取扱い図である。車両の緊急停車や電源供給が絶たれた停電時等の場合を想定して、引戸２０に対して設置される４つの作動ユニット２における各手動弁９にて、各プッシュロッド６の解除を可能としたものである。好適には、４つの作動ユニット２における各手動弁９と、一斉開放スイッチ１６とをワイヤ１５でそれぞれ連結することにより、一斉開放スイッチ１６の操作によって、引戸２０に取り付けられている全ての作動ユニット２のプッシュロッド６の押圧力を一斉に開放することを可能にしたものである。

以上のような構成の車両用引戸構造の動作を説明する。図３のように、引戸２０を閉扉すべく、ドア開閉スイッチを操作してドライバ１から電気信号を発すると、電線を通じて各車両の引戸に対して設置された４つの作動ユニット２のそれぞれのコイル３−１に交番する電流が与えられる。図１に示すように、コイル３−１に発生する磁界は、超磁歪材料３−２を伸長させ、バネ３−３に付勢されたピストン３−４を押し出す。交番する電流によって、コイル３−１の励磁がなくなると、ピストン３−４はバネ３−３によって、初期の長さに戻る。これを繰り返してピストン３−４は往復運動を行う。ピストン３−４の内部に設置された逆止弁３−７と圧力室１８に通ずる油路中に設置された逆止弁３−８とにより、ピストン３−４の往復運動中にリザーバ７からの油を油圧室３−５から圧力室１８に加圧供給する。つまりポンプ動作が行われる。

これにより、プッシュロッド６はリターンスプリング１７の復元力に抗して前進し、引戸（ドア）２０を車体に押し付ける。圧力室１８の後方にはリリーフ弁８を内蔵した油圧ダンパ１０がリターンバネにより付勢されて配設されており、引戸２０がすれ違いによる風圧を受けた場合等により過大な圧力を受けたときに、圧力室１８の油をリザーバ７に開放する。また、圧力室１８の圧力を検出すべく配設された油圧センサ５の適宜の設定圧により、プッシュロッド６の引戸２０への押圧力を適正にすることができる。つまり、プッシュロッド６毎にそのストロークを自動調整して引戸２０への押圧力を同じくすることができる。

次いで、引戸２０を開扉すべく、ドア開閉スイッチから各引戸近傍のドライバ１に開扉信号を与えると、電線を通じて４つの作動ユニット２のそれぞれの電磁弁４を励磁する。これによって、圧力室１８の油はリザーバ７に開放されて還流し、プッシュロッド６は後退して引戸２０への押付けを解除する。万一、緊急停車や電源供給がない停電が発生した場合には、引戸２０毎に設置された手動弁９を操作することにより、好適には図４のような一斉開放スイッチを操作して、圧力室１８の圧力油をリザーバ７に開放して還流させ、プッシュロッド６を後退させて引戸２０への押付けを解除し、開扉することができる。

図５はロッドストロークとロッドシリンダ油圧との関係図であり、プッシュロッド６による引戸の車体への押圧力を考察するのに使用される。車両への初期取付時には、プッシュロッド６の端面と引戸２０との間のクリアランスに、車両により微妙に異なるものがある。例えば、初期の取付位置が正規なものに対して−５ｍｍの位置であった場合、一旦、ポンプの加圧を行い、ロッドシリンダに発生する圧力をドライバ１が記憶する。プッシュロッド６と引戸２０が接触するまでは、主にリザーバ７部とプッシュロッド６部のリターンスプリングのバネ定数に見合う油圧−ストローク特性が得られ、引戸２０と接触した後は、引戸２０とプッシュロッド６によるバネ定数に見合う特性となる。

プッシュロッド６が引戸２０と接触する前後で、バネ定数は変化する。この時の圧力は、図５で説明すると、０．３ＭＰａとなる。一旦、設定の圧力３．５ＭＰａまで加圧した後、電磁弁４を開き減圧行程になると、ドライバ１は、図の説明による加圧行程での０．３ＭＰａで、プッシュロッド６と引戸２０が離れることをすでに記憶しており、ドライバ１に予め設定しているリザーバ７と引戸２０のバネ定数から、クリアランスが１５ｍｍになる地点の油圧値で減圧の停止信号を発信し、プッシュロッド６は適正な引戸とのクリアランスを設定することができる。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、引戸の形状、形式（レール式、吊下げ式等）、作動ユニットの形状、形式およびその引戸に対する配設部位（引戸に対する４隅の他、４隅の近傍）、個数（４個に限らない）、プッシュロッドの形状、形式（棒状のロッドの他、先端に圧接ローラを配設してもよい）、電動アクチュエータの形状、形式（超磁歪材料とコイルとの組合せの他、ピストンを加振する形式のものも採用され得る）、逆止弁の設置形態を含むピストン形状、油圧発生装置の形状、形式、油圧制御弁の形状、形式、超磁歪材料の種類、電磁弁、リザーバ、油圧ダンパ、油圧センサ、リリーフ弁、手動弁の形状、形式、それらの配列を含む関連構成、一斉解放スイッチによる手動弁の操作形態等については適宜採用できる。したがって、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。

特に鉄道車両の引戸用押付装置に適用される他、自動車、産業機械等、押付装置を利用する小型の引戸の分野に適用が可能である。

本発明の車両用引戸構造の１つの実施例を示すもので、作動ユニットの構造の全体断面図である。 同、作動ユニットの油圧回路図である。 同、引戸押付装置のシステム構成図である。 同、作動ユニットの手動取扱い図である。 同、ロッドストロークとロッドシリンダ油圧との関係図である。 従来の鉄道車両の側引戸押え装置の説明図である。

符号の説明

１ ドライバ
２ 作動ユニット
３ 圧力発生装置（ポンプ）
３−１ コイル
３−２ 超磁歪材料
３−３ バネ
３−４ ピストン
３−５ 油圧室
３−６ シール
３−７ 逆止弁
３−８ 逆止弁
４ 電磁弁
５ 油圧センサ
６ プッシュロッド
７ リザーバ
８ リリーフ弁（制御弁）
９ 手動弁
１０ 油圧ダンパ
１５ ワイヤ
１６ 一斉開放スイッチ
１７ リターンスプリング
１８ 圧力室
２０ 引戸（ドア）

Claims (4)

1. 車体の前後方向へ移動して出入口を開閉する引戸を、前記出入口近傍に配設するとともに、油圧力で前進するプッシュロッドにより車体側へ押し付ける作動ユニットを備えた車両用引戸構造において、前記作動ユニットは、電動アクチュエータに駆動される油圧発生装置と、該油圧発生装置から吐出される油圧を制御する制御弁とを備えたことを特徴とする車両用引戸構造。
2. 前記電動アクチュエータは、電流が供給されるコイルと、該コイルに隣接して配設され、磁気ひずみによって伸縮する超磁歪材料とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用引戸構造。
3. 前記プッシュロッドは戻しスプリングによって押圧されて後退し、その後退位置は、前記戻しスプリングの押圧力と前記制御弁によって制御される油圧によって設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用引戸構造。
4. 前記作動ユニットは、前記出入口近傍の複数の隅部に配設され、それらの作動は電気信号によって行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用引戸構造。
   

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