JP2016133162A - 安全弁、圧縮機、タンク、ブレーキ制御装置、ブレーキシステム及び車両 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の安全弁は、容器や配管等の高圧となる内部空間に連通される高圧ポートの開口部に設けられた弁座に対し、調圧ばねによって弁体を押し付けることで、弁体により高圧ポートの開口部を塞ぐ構造を有している。この種の安全弁では、高圧ポート側に向く弁体の面(受圧面)に作用する上記内部空間の圧力によって調圧ばねによる弁体の押し付け力よりも大きくなった際に、弁体が弁座から離間し、内部空間の高圧な流体が外部(大気)に放出される。従来の安全弁では、弁座と弁体との接合が金属同士の摺り合せによって行われるものが多い。
一方、弁座として弾性Oリング弁座を採用した場合、安全弁の製造及びメンテナンスは容易となる。しかしながら、弾性Oリング弁座は弾性的に圧縮するように弁体の受圧面に押し付けられるため、弾性Oリング弁座の圧縮量に応じて弁体の受圧面に対する弾性Oリング弁座の接触面積が変化する。すなわち、高圧ポート側に向く弁体の受圧面の面積(受圧面積)が変化してしまう。このため、高圧ポート内の流体が外部に吹き出し始める高圧ポート内の圧力値(安全弁の調圧値)が変動しやすい、という問題がある。例えば、弾性Oリング弁座の圧縮量が大きくなると、弁体の受圧面に対する弾性Oリング弁座の接触面積が増加する。このため、高圧ポート内の圧力を受ける弁体の受圧面積が小さくなってしまい、これに伴って、安全弁の調圧値が大きくなってしまう。
これにより、低圧室側に開口する弁体連通路の開口部の開口面積がさらに拡大し、さらに多量の高圧流体を速やかに低圧室側に吹き出すことができる。すなわち、高圧ポートに連なる容器内や配管内における流体の圧力を速やかに低下させることが可能となる。
これにより、高圧ポート側に開口する開口部の開口面積がさらに拡大し、さらに多量の高圧流体を速やかに低圧室側に吹き出すことができる。すなわち、高圧ポートに連なる容器内や配管内における流体の圧力を速やかに低下させることが可能となる。
この場合には、シール部材が弾性変形することで、軸部の外周と高圧ポートの内周との間の隙間を好適に埋めることができる。
はじめに、図1〜6を参照して第一実施形態に係る安全弁、圧縮機、タンク、ブレーキ制御装置、ブレーキシステム、車両について説明する。
図1に示すように、本実施形態の車両1は、例えば鉄道車両等である。
車両1は、軌道上を走行可能な車両本体2と、車両本体2に設けられたブレーキシステム3と、を備える。
車両本体2は、軌道に設けられたレール(不図示)上を転動する車輪11aを有する走行台車11と、走行台車11に支持された車体12と、を備える。
圧縮機13は、外部からの空気(流体)を圧縮して高圧空気(高圧流体)を生成する。
タンク14は、圧縮機13(外部)から供給された高圧空気を貯留する。
ブレーキ装置15は、上記した高圧空気を利用して走行台車11に制動力を付与する。ブレーキ装置15は、例えば増圧シリンダを有するディスクブレーキや、路面ブレーキ等であって、図1に示す走行台車11毎に、あるいは、車両本体2毎に、あるいは車輪11a毎に設けられている。
本実施形態のブレーキ制御装置16は、指令発生部161、圧力発生部162、応荷重弁163、切換弁164及び中継弁165、を備える。
指令発生部161は、ブレーキ指令(電気信号)を発生する。
圧力発生部162は、タンク14からの高圧空気を用いて指令発生部161からのブレーキ指令に応じた圧力を出力する。
応荷重弁163は、タンク14からの高圧空気を用いて車両1の重量に応じた圧力を出力する。
切換弁164は、圧力発生部162あるいは応荷重弁163から出力された圧力の一方を選択して出力する。
中継弁165は、タンク14からの高圧空気を用いて切換弁164から出力された圧力の空気容量を増幅してブレーキ装置15に導入する。
以下、本実施形態の安全弁20について、詳細に説明する。
ハウジング21は、外部に連通する低圧室31と、低圧室31に開口する高圧ポート32(一次側ポート)と、を有する。本実施形態の低圧室31には、高圧ポート32に連通して後述する弁体22の一部及び付勢部材23を配する収容空間33と、収容空間33をハウジング21の外部(大気)に連通させる低圧ポート34(二次側ポート)と、が含まれる。また、本実施形態の低圧室31には、収容空間33をハウジング21の外部(大気)に連通させる背圧ポート35も含まれる。低圧ポート34及び背圧ポート35は、高圧ポート32から離れて位置している。
低圧ポート34は、高圧ポート32からハウジング21の軸方向(ハウジング21の第二端側)に離れた位置に形成されている。また、背圧ポート35は、低圧ポート34よりもさらにハウジング21の軸方向に離れた位置に形成されている。
また、図示しないが、ハウジング21には、例えば上記した背圧ポート35の外部に対する開口の面積を調整する開口調整部が設けられていてもよい。
第二空間領域332の内径寸法は第一空間領域331よりも大きい。第二空間領域332の内周には、前述した低圧ポート34が開口している。
第三空間領域333の内径寸法は第二空間領域332よりもさらに大きい。
第四空間領域334の内径寸法は、例えば第三空間領域333の内径寸法以上に設定されてもよいが、本実施形態では、第三空間領域333よりも小さく設定されている。また、第四空間領域334の内径寸法は、第二空間領域332と同等であってもよいし、異なっていてもよい。第四空間領域334の内周には、前述した背圧ポート35が開口している。
本実施形態の軸部41は、その軸方向から見て円形に形成されている。軸部41の外径寸法は、高圧ポート32の内径寸法よりも若干小さく設定されている。軸部41を高圧ポート32に挿入した状態では、軸部41の軸線C2が高圧ポート32(ハウジング21)の軸線C1に一致する。また、この状態において、軸部41は高圧ポート32の軸方向に移動可能である。
軸部41の外周側から見た弁体連通路43の開口部431の平面視形状において、高圧ポート32に対する軸部41の挿入方向の後側に位置する開口部431の端縁432は、軸部41の軸線C2に直交するように軸部41の周方向に直線状に延びている。この弁体連通路43の開口部431の端縁432は、後述する大径部42から軸部41の軸方向(高圧ポート32に対する軸部41の挿入方向の前側)に離れて位置する。
さらに、本実施形態では、図4,5に示すように、溝状の弁体連通路43が軸部41の外周から窪んで形成されている。軸部41の軸方向の端面41a側から見た溝状の弁体連通路43の底部の形状は、任意の形状(例えば矩形状などの多角形状)に形成されてよいが、本実施形態では円弧状に形成されている。
また、軸部41の挿入方向後側に位置する複数の開口部431の端縁432は、軸部41の軸方向の位置について互いに一致している。
第一大径部421の外径寸法は、収容空間33の第一空間領域331の内径寸法よりも若干小さい。このため、第一大径部421は第二空間領域332側から第一空間領域331に挿入可能となっている。
第三大径部423の外径寸法は、第二大径部422の外径寸法及び第二空間領域332の内径寸法よりも大きい。また、第三大径部423の外径寸法は、第三空間領域333の内径寸法よりも小さい。このため、第三大径部423は、第三空間領域333に挿入することは可能であるが、第二空間領域332に挿入できない。
この状態では、軸部41が高圧ポート32に挿入され、第一大径部421が第一空間領域331に挿入される。また、第二大径部422が第二空間領域332に挿入される。ただし、本実施形態では、第一大径部421が第一空間領域331のうち高圧ポート32側の端面に対してハウジング21の軸方向に間隔をあけて位置する。また、第二大径部422は第二空間領域332のうち第一空間領域331側の端面に対してハウジング21の軸方向に間隔をあけて位置する。
さらに、この状態では、弁体22の第二大径部422及び第三大径部423によって、収容空間33の第一、第二空間領域331,332と、第三、第四空間領域333,334とが区画される。以下の説明では、弁体22によって区画された第一、第二空間領域331,332の部分をポップアップ室335と呼ぶことがある。また、弁体22によって区画された第三、第四空間領域333,334の部分を背圧室336と呼ぶことがある。
背圧室用連通路44の長手方向の第一端は、弁体22が図3,4に示す位置に配された状態で、第二空間領域332の内周に対する低圧ポート34の開口位置よりも第一空間領域331側において第一、第二空間領域331,332(ポップアップ室335)に開口する。また、背圧室用連通路44の長手方向の第二端は、背圧室用連通路44の第二端の開口位置は、第二空間領域332の内周に対する低圧ポート34の開口位置よりも第三空間領域333側にずれた位置に開口する。
図3,4における弁体22には、複数の背圧室用連通路44が互いに交差するように、各背圧室用連通路44が弁体22の軸線C2に傾斜して形成されているが、これに限ることはない。
付勢部材23は、例えばコイルばねであり、主にハウジング21の背圧室336に配されている。付勢部材23は、前述のように配された弁体22と、弁体22よりもハウジング21の第二端側に螺着された調整ねじ25との間に挟み込まれ、弾性的に圧縮されている。これにより、弁体22を軸部41の挿入方向前側に付勢する付勢力(ばね力)が発生する。付勢力の大きさは、調整ねじ25をハウジング21に対して回転させてハウジング21の軸方向に移動させることで調整することが可能である。
シール部材24は、例えば金属製のガスケット等でもよいが、本実施形態のシール部材24は弾性変形可能なゴムによって形成されている。この種のシール部材24には、例えばYパッキン等もあるが、本実施形態のシール部材24はOリングである。
一方、図6に示すように、弁体22が軸部41の挿入方向後側に移動して、弁体連通路43の開口部431の端縁432がシール部材24よりも低圧室31側に移動した状態では、高圧ポート32が弁体連通路43の開口部431を介して低圧室31に連通する。弁体連通路43を低圧室31側に連通させる弁体連通路43の開口部431の開口領域は、開口部431のうちシール部材24よりも軸部41の挿入方向後側に位置する領域である。
また、安全弁20をブレーキシステム3のタンク14(図2参照)に組み込む場合、高圧ポート32をタンク14内に連通させればよい。
また、安全弁20をブレーキ制御装置16(図2参照)に組み込む場合には、高圧ポート32をブレーキ制御装置16の圧力発生部162、応荷重弁163、切換弁164、中継弁165を相互に接続する配管内、タンク14やブレーキ装置15に接続されるブレーキ制御装置16の配管内に連通させればよい。
高圧ポート32側に向く軸部41の端面41aに作用する高圧ポート32内の圧力が付勢部材23の付勢力よりも小さい状態では、弁体22が図3,4に示す位置に配される。この状態では、シール部材24が軸部41の外周の周方向全体に密着するため、高圧ポート32及び弁体連通路43が低圧室31に対して区画され、高圧ポート32は低圧室31に連通しない。したがって、高圧ポート32内の圧力が低圧室31側の圧力よりも大きくても、高圧ポート32内の空気(流体)が低圧室31に吹き出ることはない。
そして、第一、第二空間領域331,332に吹き出した高圧空気は、低圧ポート34を介して外部(大気)に排出される。さらに、高圧空気は、第一、第二空間領域331,332から弁体22の背圧室用連通路44、第三、第四空間領域333,334及び背圧ポート35を介して外部に排出される。
これにより、低圧室31側に開口する弁体連通路43の開口部431の開口面積がさらに拡大し、さらに多量の高圧空気を速やかに低圧室31側に吹き出すことができる。すなわち、高圧ポート32内に連なる容器内や配管内(本実施形態では、圧縮機13内、タンク14内、ブレーキ制御装置16の配管内など)における空気の圧力を速やかに低下させることが可能となる。
さらに、本実施形態の安全弁20によれば、複数の弁体連通路43の開口部431が軸部41の周方向に等間隔で配列されているため、高圧ポート32が低圧室31に連通した状態になっても、シール部材24を軸部41の外周と高圧ポート32の内周との間に安定して保持することができる。
また、複数の弁体連通路43は、軸部41の周方向に間隔をあけて配列されればよいが、図5,8に示すように、等間隔で配列される方がより好ましい。
次に、図9を参照して本発明に係る安全弁、圧縮機、タンク、ブレーキ制御装置、ブレーキシステム、車両の第二実施形態について説明する。第二実施形態において、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
また、弁体22Aの軸部41には、第一実施形態と同様に、高圧ポート32を低圧室31に連通させるための弁体連通路43Aが形成されている。弁体連通路43Aは、第一実施形態と同様に、外周の周方向の一部に開口する開口部431Aを有し、軸部41の軸方向端部に開口して高圧ポート32に連通している。また、また、軸部41の外周側から見た弁体連通路43Aの開口部431Aの平面視形状において、高圧ポート32に対する軸部41の挿入方向後側に位置する開口部431Aの端縁432Aは、第一実施形態と同様に、シール部材24の周方向に沿うように直線状に延びている。
また、弁体連通路43Aの開口部431Aは、周方向に間隔をあけて複数配列されてもよい。この場合、複数の開口部431Aは、例えば軸部41の周方向に等間隔で配列されてもよい。また、軸部41の挿入方向後側に位置する複数の開口部431Aの端縁432Aは、軸部41の軸方向の位置について互いに一致しているとよい。
また、本実施形態の安全弁20Aの動作は、第一実施形態と同様である。
そして、本実施形態の安全弁20A、これを備える圧縮機13、タンク14、ブレーキ制御装置16、ブレーキシステム3及び車両1によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
次に、図10〜12を参照して本発明に係る圧縮機、タンク、ブレーキ制御装置、ブレーキシステム、車両の第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
本実施形態では、ハウジング21Bの高圧ポート32Bに、低圧室31を高圧ポート32Bに連通させるためのハウジング連通路36Bが形成されている。ハウジング連通路36Bは、高圧ポート32Bの内周の周方向の一部に開口する開口部361Bを有する。また、ハウジング連通路36Bは、低圧室31にも開口して低圧室31に連通している。
高圧ポート32Bの内周側から見たハウジング連通路36Bの開口部361Bの平面視形状において、高圧ポート32Bに対する軸部41の挿入方向前側に位置する開口部361Bの端縁362Bは、高圧ポート32Bの軸線C1に直交するように高圧ポート32Bの周方向に直線状に延びている。
また、本実施形態では、高圧ポート32Bの内周側から見た溝状のハウジング連通路36Bの開口部361Bの平面視形状が、矩形状である。
また、軸部41の挿入方向前側に位置する複数の開口部361Bの端縁362Bは、高圧ポート32Bの軸方向の位置について互いに一致している。
ただし、本実施形態のシール部材24は、高圧ポート32Bの内周に対向する軸部41の外周に設けられる。シール部材24は、軸部41の外周に形成された溝部に挿入されることで、軸部41の外周に保持される。また、シール部材24は、その軸線が高圧ポート32Bや軸部41の軸線C1,C2に一致するように設けられている。このため、前述したハウジング連通路36Bの開口部361Bのうち軸部41の挿入方向前側に位置する端縁362Bは、シール部材24の周方向に沿うように直線状に延びている。
一方、図12に示すように、弁体22Bが軸部41の挿入方向後側に移動して、シール部材24がハウジング連通路36Bの開口部361Bの端縁362Bよりも低圧室31側に移動した状態では、高圧ポート32Bがハウジング連通路36Bの開口部361Bを介して低圧室31に連通する。ハウジング連通路36Bを高圧ポート32B側に連通させる開口部361Bの開口領域は、開口部361Bのうちシール部材24よりも軸部41の挿入方向前側に位置する領域である。
高圧ポート32B側に向く軸部41の端面41aに作用する高圧ポート32B内の圧力が付勢部材23の付勢力よりも小さい状態では、弁体22Bが図10に示す位置に配される。この状態では、シール部材24が軸部41の外周の周方向全体に密着するため、低圧室31及びハウジング連通路36Bが高圧ポート32Bに対して区画され、高圧ポート32Bは低圧室31に連通しない。したがって、高圧ポート32B内の圧力が低圧室31側の圧力よりも大きくても、高圧ポート32B内の空気(流体)が低圧室31に吹き出ることはない。
また、第一、第二空間領域331,332に吹き出した高圧空気は、第一実施形態と同様に、低圧ポート34や背圧ポート35(図3参照)を介して外部に排出される。
すなわち、軸部41の外周に設けられたシール部材24によって、高圧ポート32Bを低圧室31に対して区画することができるため、安全弁20Bやこれを備える圧縮機13、タンク14、ブレーキ制御装置16、ブレーキシステム3及び車両1の製造及びメンテナンスを容易に行うことができる。
また、高圧ポート32Bと低圧室31とを区画するシール部材24は、軸部41の外周に接触し、高圧ポート32B内の高圧空気の圧力が作用する軸部41の端面41aには接触しない。このため、高圧空気の圧力が作用する軸部41の端面41aの面積は、シール部材24に影響されずに変化しない。これにより、安全弁20Bの調圧値が変動することを抑制できる。
これにより、高圧ポート32B側に開口するハウジング連通路36Bの開口部361Bの開口面積がさらに拡大し、さらに多量の高圧空気を速やかに低圧室31側に吹き出すことができる。すなわち、高圧ポート32B内に連なる容器内や配管内(本実施形態では、圧縮機13内、タンク14内、ブレーキ制御装置16の配管内など)における空気の圧力を速やかに低下させることが可能となる。
また、ハウジングの低圧室は、例えば収容空間、低圧ポート、背圧ポートを有さず、直接外部(大気)に連通するように形成されてもよい。
例えば、本発明の安全弁を組み込むタンクは、外部から供給された高圧空気を貯留するものであればよい。また、本発明の安全弁を組み込むブレーキ制御装置は、外部から供給された高圧空気の圧力を調整した上で、車両本体の制動を行うブレーキ装置に高圧空気を供給するものであればよい。
Claims (12)
- 外部に連通する低圧室、及び、前記低圧室に開口する高圧ポート、を有するハウジングと、
前記低圧室側から前記高圧ポートに挿入される軸部、及び、前記軸部に一体に設けられ、前記高圧ポートよりも大きな径寸法に形成されて前記低圧室に配される大径部を有し、前記ハウジングに対して前記軸部の軸方向に移動可能とされた弁体と、
前記弁体を前記高圧ポートに対する前記軸部の挿入方向に付勢する付勢部材と、
前記軸部の外周に対向する前記高圧ポートの内周に設けられ、前記軸部の外周と前記高圧ポートの内周との間の隙間を埋める環状のシール部材と、を備え、
前記軸部に、前記軸部の外周の周方向の一部に開口する開口部を有すると共に前記軸部の軸方向端部にも開口して前記高圧ポートに連通する弁体連通路が形成されている安全弁。 - 前記軸部の外周側から見た前記弁体連通路の前記開口部の平面視形状において、前記高圧ポートに対する前記軸部の挿入方向の後側に位置する前記開口部の端縁が、前記シール部材の周方向に沿うように直線状に延びている請求項1に記載の安全弁。
- 前記弁体連通路が、前記軸部の外周において前記軸部の軸方向に延びる溝状に形成され、
溝状に形成された前記弁体連通路の延在方向の一端部が、前記高圧ポート側に位置する前記軸部の軸方向の端面に開口する請求項1又は請求項2に記載の安全弁。 - 前記軸部の外周側から見た前記弁体連通路の前記開口部の平面視形状が、矩形状であることを特徴とする請求項3に記載の安全弁。
- 外部に連通する低圧室、及び、前記低圧室に開口する高圧ポート、を有するハウジングと、
前記低圧室側から前記高圧ポートに挿入される軸部、及び、前記軸部に一体に設けられ、前記高圧ポートよりも大きな径寸法に形成されて前記低圧室に配される大径部を有し、前記ハウジングに対して前記軸部の軸方向に移動可能とされた弁体と、
前記弁体を前記高圧ポートに対する前記軸部の挿入方向に付勢する付勢部材と、
前記高圧ポートの内周に対向する前記軸部の外周に設けられ、前記軸部の外周と前記高圧ポートの内周との間の隙間を埋める環状のシール部材と、を備え、
前記高圧ポートの内周の周方向の一部に開口する開口部を有すると共に前記低圧室にも開口して前記低圧室に連通するハウジング連通路が形成されている安全弁。 - 前記高圧ポートの内周側から見た前記ハウジング連通路の前記開口部の平面視形状において、前記高圧ポートに対する前記軸部の挿入方向の前側に位置する前記開口部の端縁が、前記シール部材の周方向に沿うように直線状に延びている請求項5に記載の安全弁。
- 前記シール部材が、弾性変形可能であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の安全弁。
- 外部からの流体を圧縮して高圧流体を生成する圧縮機であって、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の安全弁を組み込んだ圧縮機。 - 外部から供給された高圧流体を貯留するタンクであって、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の安全弁を組み込んだタンク。 - 外部から供給された高圧流体の圧力を調整した上で、前記高圧流体によって車両本体の制動を行うブレーキ装置に前記高圧流体を供給するブレーキ制御装置であって、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の安全弁を組み込んだブレーキ制御装置。 - 外部から供給された流体を圧縮して高圧流体を生成する圧縮機と、
前記圧縮機から供給された前記高圧流体を貯留するタンクと、
前記高圧流体によって車両本体の制動を行うブレーキ装置と、
前記タンクから供給された高圧流体の圧力を調整した上で、前記ブレーキ装置に前記高圧流体を供給するブレーキ制御装置と、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の安全弁と、を備え、
前記安全弁が、前記圧縮機、前記タンク及び前記ブレーキ制御装置の少なくとも一つに組み込まれているブレーキシステム。 - 軌道、または、走行路上を走行可能な車体及び走行台車を有する車両本体と、
前記走行台車の制動を行う請求項11に記載のブレーキシステムと、を備える車両。
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