JP2005067345A - 車両用引戸構造 - Google Patents

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幸雄 村田
Akihiro Shinkawa
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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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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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