JP3807787B2 - 電磁弁付圧力制御弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁弁付圧力制御弁に関し、例えば鉄道車両用のブレーキ装置の空気圧回路に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄道車両用のブレーキ装置には、ブレーキ受量器が出力するブレーキ圧指令信号に見合ったブレーキ指令圧を出力する電磁弁と、この電磁弁が出力するブレーキ指令圧をパイロット圧として制御圧室に受けて、当該ブレーキ指令圧を容量増幅してブレーキシリンダに出力する圧力制御弁(中継弁)とを一体化した電磁弁付圧力制御弁が装備されている(例えば実開平6−30575号公報参照)。
【0003】
この電磁弁付圧力制御弁は、弁本体に、圧力空気源に接続される給気室と、電磁弁からパイロツト圧が入力される制御圧室と、ブレーキシリンダに接続される出力室と、上記給気室と出力室との間の連通と遮断とを選択的に行わせる給気弁と、調圧ばねによって一方に付勢され、制御圧室のパイロット圧によって他方に付勢される調圧ピストンと、この調圧ピストンと一体に設けられた中空の排気弁棒とを備えるものであり、上記制御圧室に入力されたパイロット圧に応じて給気弁を開閉させて、給気室に供給された圧力空気を、上記パイロット圧に応じた圧力にてブレーキシリンダに供給することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の電磁弁付圧力制御弁は、制御圧室にパイロット圧を供給する電磁弁が、弁本体の側方に設けられているので、その平面の投影面積が大きくなり、車両の床下へ艤装する際に多くのスペースが必要となる。このため、車両の床下スペースを有効利用できないという問題があった。
この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、平面の投影面積を小さくすることができ、艤装スペースを少なくすることができる電磁弁付圧力制御弁を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためのこの発明の電磁弁付圧力制御弁は、弁本体に、圧力空気源に接続される給気室と、パイロット圧が入力される制御圧室と、空圧機器に接続される出力室と、上記給気室と出力室との間の連通と遮断とを行わせる給気弁と、調圧ばねによって一方に付勢され、制御圧室のパイロット圧によって他方に付勢される調圧ピストンと、この調圧ピストンと一体に設けられ、上記パイロット圧に応じて給気弁を開閉させる中空の排気弁棒とを備え、上記弁本体に、制御圧室へパイロット圧を供給する電磁弁を取り付けている電磁弁付圧力制御弁において、
上記電磁弁の弁体は、前記制御圧室の上部又は下部に接近させた状態で、前記排気弁棒に対して当該排気弁棒の長手方向と垂直な方向で重なるように前記排気弁棒と平行に配置されるとともに、
上記電磁弁のソレノイドを、弁本体の平面の投影面積内に配置していることを特徴とするものである。
【0006】
上記電磁弁のソレノイドは、弁本体の平面の投影面積内に配置しているのが好ましく、この場合には、上記投影面積を最小限にすることができる。
さらに、上記弁本体の管座取付面には、電磁弁のコネクタを配置しているのが好ましく、この場合には、電磁弁付圧力制御弁の着脱が容易となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図1は、この発明の電磁弁付圧力制御弁の実施の一形態を示す断面図であり、図2はその側面図である。この電磁弁付圧力制御弁は、鉄道車両用のブレーキ装置に使用されるものであり、圧力制御弁Vにパイロット圧を供給する電磁弁SVの弁体SV1を、当該圧力制御弁Vの弁本体V1の上面部Uに嵌合一体化している。
【0008】
上記電磁弁SVは、上部のソレノイド4部分と、下部の弁体SV1部分とによって構成されており、この弁体SV1部分は、圧力制御弁Vの制御圧室C5に接近させた状態で、圧力制御弁Vの弁本体V1を構成する上部ケーシングVaの上面部Uであって、当該弁本体V1の管座取付面X寄りに嵌合されている。
図4も参照して、上記電磁弁SVは、応荷重弁を介して圧力空気源に接続される第1室C1、弁本体V1に設けられた制御圧通路T1を介して圧力制御弁Vの制御圧室C5に接続される第2室C2、及び弁本体V1に設けられた排気通路T2を介して大気に連通される第3室C3を順次形成したケーシング1と、上記第1室C1と第2室との間に配置された固定弁座2と、上端部に可動弁座31を一体形成した中空の可動子3と、この可動子3を押圧移動させるための上記ソレノイド4及び押し棒5と、着座面61が固定弁座2及び可動弁座31に対向した状態で上記第1室C1に設けられた可動弁6と、この可動弁6を、固定弁座2及び可動弁座31方向に付勢する第1ばねSP1と、上記可動子3及び押し棒5を、上記第1ばねSP1の付勢力に抗する方向に付勢する第2ばねSP2とによって主要部が構成されている。
【0009】
上記ケーシング1は、圧力制御弁Vの上部ケーシングVaの一部で構成したものであり、その内部には、互いに内径の異なる第1孔11、第2孔12及び第3孔13が、同芯状にて上から下に向かってこの順に形成されている。上記第1室C1は、第1孔11に嵌入された環状の第1中間体14の内空部によって構成されており、当該第1室C1は、上記第1中間体14の周壁に形成された複数個の貫通孔14aを介して圧力空気源に連通されている。
上記第2室C2は、第2孔12に嵌入された中空の第2中間体15の内空部の上部と、上記可動子3との間で構成されており、当該第2室C2は、上記第2中間体15の周壁に形成された複数個の貫通孔15aを介して制御圧通路T1に連通されている。また、上記第2室C2は、弁本体V1に設けられた空気補給通路T3を介してアキュムレータに連通されており、当該第2室C2に対して、パイロット圧用の空気が応答性よく供給できるようになっている。さらに、上記第3室C3は、上記第2中間体15の内空部の下部及び第3孔13によって構成されている。この第3室C3は、排気孔16を介して排気通路T2に連通されている。
なお、上記第1孔11と第1中間体14との間は、両者間に介在されたOリングからなる第1シールO1によって密封されおり、第2孔12と第2中間体15との間は、両者間に介在されたOリングからなる第2シールO2及び第3シールO3によって密封されている。
【0010】
固定弁座2は、上記第2中間体15の上端部に一体形成されている。この固定弁座2は、上端に向かって漸次縮径されたテーパリング状のものであり、その上端側が中心方向へ突出している。
可動子3は、外周上部が縮径された筒状のものであり、その中空部33は、下部側が拡径した段付き形状に形成されている。この可動子3の外周下部は、第1軸シールS1によって気密性を維持した状態で、上記第2中間体15の、第2室C2と第3室C3との間の内周部に対して摺動自在に嵌入されており、その下方への移動に伴って、上記可動弁座31を、可動弁6の着座面61に着座させた状態から、固定弁座2の内側を通過させて、第2室C2まで移動させる得るようになっている。また、上記可動弁座31は、上端に向かって漸次拡径された花弁状のものであり、その上端側が、上記固定弁座2側に突出している。
【0011】
ソレノイド4は、その底部側が上記圧力制御弁Vの上部ケーシングVaの上面に対して取り付けられている。このソレノイド4は、その全体が弁本体V1の平面の投影面積内に納まるように取り付けられている(図3参照)。
上記ソレノイド4の可動鉄心41の内周下部には、上記押し棒5の上端部が嵌入されているとともに、当該ソレノイド4の固定鉄心42の内周には、上記押し棒5の途中部が摺動自在に挿通されている。また、上記固定鉄心42の下端面は、上記第1中間体14の上面に当接されており、両者間は、上記第1シールO1によって密封されている。
上記可動鉄心41は、ガイド筒体46によって摺動がガイドされているとともに、その下端部の内周側には、先細り形状の環状突起41aが形成されている。この環状突起41aは、可動鉄心41の変位によるソレノイド4の電磁吸引力の急激な変動を抑制して、当該可動鉄心41の変位量と電磁吸引力との変位量とを比例させるものである。さらに、上記可動鉄心41の上下には、当該可動鉄心41に負荷される流体圧をバランスさせるための周囲室43が形成されている。なお、上部の周囲室43は、カバー45に取り付けられたストッパ44によって閉塞されている。
【0012】
上記押し棒5は、その内部に上端部側と下端部側とを連通する連絡孔52を有するものであり、その下端部は、上記可動弁6の内部を摺動自在に挿通した状態で、可動子3の内周上部に嵌入されている。また、上記押し棒5の下端部近傍には、その外周側と内周側とを連通するための連通部としての連通孔51が形成されている。そして、上記ソレノイド4の上部の周囲室43と第3室C3とは、上記可動鉄心41の中空部、押し棒5の連絡孔52、及び可動子3の中空部31を介して連通されている。
【0013】
可動弁6は、短筒状の支持体62の下面に、ゴム等の弾性部材からなる平坦な環状部材63を貼着し、この環状部材63の下面を、上記固定弁座2及び可動弁座31に対する着座面61として構成したものである。上記支持体62の上部外周は、第1中間体14との間に介在された第2軸シールS2によって気密性を確保した状態で、当該第1中間体14の内周に対して摺動自在に嵌入されており、これによって、上記可動弁6の着座面61を、固定弁座2に対して接離可能にしている。
【0014】
上記可動弁6の気密摺動部径(支持体62の第1中間体14に嵌入された部分の外径)A、着座面61の有効弁座径(可動弁座31に接する部分の直径)D、可動子3の気密摺動部径(第2中間体15に嵌入された部分の外径)B、及び固定弁座2の有効弁座径(可動弁6に接する部分の直径)Cは、ほぼ近似するように設定されており、これによって、上記可動弁6及び可動子3の上下面に負荷される流体圧をバランスさせるようにしている。従って、上記流体圧のアンバランスに起因して、可動弁6や可動子3を移動させるのに必要な電磁吸引力が変動し、制御動作が不安定となるのを防止することができる。
【0015】
第1ばねSP1は、圧縮コイルばねからなるものであり、その上部側が、押し棒5とソレノイド4の固定鉄心42との間の隙間に導入され、下部側が押し棒5と可動弁6の支持体62との間の隙間に導入された状態で、上記固定鉄心42と支持体62との間に張り詰められている。このため、可動子3が下方へ移動すると、その付勢力によって、可動弁6を当該可動子3に同行させることができるとともに、最終的に、可動弁6の着座面61を固定弁座2に着座させることができる。
【0016】
第2ばねSP2は、圧縮コイルばねからなるものであり、その上部側が、可動子3の内周下部に導入され、下部側がケーシング1の第3孔13に導入された状態で、上記可動子3と第3孔13の底部との間に張り詰められている。この第2ばねSP2の付勢力は、第1ばねSP1の付勢力よりも大きくなるように設定されており、これによって、上記可動弁6は、ソレノイド4が励磁されていない自由状態において、第2ばねSP2の付勢力によって、可動子3を介して押し上げられて、固定弁座2から離反した状態に維持される。
【0017】
以上の構成の電磁弁SVによれば、ソレノイド4を消磁した状態において、第2ばねSP2の付勢力によって、可動子3及び押し棒5を、第1ばねSP1の付勢力に抗して押し上げて、上記固定弁座2から可動弁座31を離反させ、且つ可動弁座31を可動弁6の着座面61に着座させておくことができる。このため、第1室C1と第2室C2とが連通され、第3室C3が上記可動弁座31と可動弁6とによって遮断された連通位置をとることができ(図4参照)、これによって、圧力制御弁Vの制御圧室C5にパイロット圧を供給することができる。
【0018】
この際、ソレノイド4の可動鉄心41の摺動をガイドするガイド筒体46には作動圧が作用しないので、当該作動圧によってガイド筒体46が歪むのを防止することができ、上記ガイド筒体46の歪みに起因して、可動鉄心41の摺動抵抗が増大し、ソレノイド4の応答性が低下するのを防止することができる。また、上記消磁状態で作動圧が長時間負荷されることによって、ソレノイド4の耐久性が低下するのも防止することができる。しかも、上記連通位置においては、ソレノイド4の上部の周囲室43を閉塞するストッパ44に対しても、作動圧が作用しないので、当該ストッパ44の肉厚を厚くして強度を高める必要がなく、その分、ソレノイド4の軽量化を図ることもできる。
【0019】
一方、第1ばねSP1の付勢力と第2ばねSP2付勢力との差に相当する電磁吸引力を生じる電流値でもって、上記ソレノイド4を励磁させると、当該ソレノイド4の電磁吸引力を、押し棒5を介して可動子3に負荷することができる。この結果、上記ソレノイド4の電磁吸引力と第1ばねSP1の付勢力との合成付勢力によって、上記可動子3及び可動弁6を、第2ばねSP2の付勢力に抗して移動させて、当該可動弁6の着座面61を固定弁座2に着座させることができる。そして、この着座と同時に、上記第2ばねSP2の付勢力とソレノイド4の電磁吸引力とが釣り合って、上記可動子3の移動が停止される。この際、第2ばねSP2の付勢力によって、可動弁6に対する可動弁座31の着座状態が維持される。従って、第1室C1、第2室C2及び第3室C3がそれぞれ遮断された遮断位置(重なり位置)をとることができる(図5参照)。
【0020】
さらに、例えば上記遮断位置に切り換えた状態で、第2ばねSP2の付勢力を超える電磁吸引力を生じる電流値でもって、上記ソレノイド4を励磁させると、当該ソレノイド4の電磁吸引力によって、上記可動子3を押し棒5を介してさらに押し下げることができ、これによって、上記可動弁座31を固定弁6の着座面61から引き離すことができる。この結果、上記押し棒5の下端部近傍に設けられた連通孔51を介して、上記第2室C2と可動子3の中空部33とを連通させることができる。従って、第2室C2と第3室C3とが連通され、第1室C1が遮断された排気位置をとることができる(図6参照)。このため、制御圧通路T1を通して圧力制御弁Vの制御圧室C5に供給した圧力空気を、排気通路T2を通して大気中に排出することができる。
【0021】
次に圧力制御弁Vの構造について説明する。この圧力制御弁Vには、弁本体V1に、排気通路T2に接続される排気室C4と、電磁弁SVからパイロツト圧が入力される上記制御圧室C5と、ブレーキシリンダからフィードバック圧が入力されるフィードバック室C6と、ブレーキシリンダに接続される出力室C7と、圧力空気源に接続される給気室C8とが、同芯状にて上から下に向かってこの順に形成されている。
上記出力室C7と給気室C8との間は、給気弁7及び給気弁座7aによって仕切られている。上記給気弁7は、給気室C8に設けられたガイド筒体71によって上下方向に摺動自在に支持されているとともに、給気弁7の内奥部と弁本体V1に取り付けられた底蓋Kとの間に張り詰められた第3ばねSP3によって常時上方に付勢されて、上記給気弁座7aに押し付けられている。なお、上記給気弁7の下部外周とガイド筒体71との間は、第3軸シールS3によって密封されている。
【0022】
上記制御圧室C5とフィードバック室C6との間には、調圧ピストン8が介在されており、この調圧ピストン8の中心部には、排気弁棒9が一体形成されている。上記調圧ピストン8の外周には、フラット薄膜81が密嵌されており、このフラット薄膜81の外周は、弁本体V1の上部ケーシングVaと下部ケーシングVbとの間で密封性を有して挟み込まれている。したがって、上記制御圧室C5とフィードバック室C6とは、上記調圧ピストン8とフラット薄膜81とによって密封性を有して仕切られることになる。なお、上記調圧ピストン8は、調圧ばね82によって制御圧室C5側に常時付勢されている。
【0023】
上記排気弁棒9は、中空のものであり、その上端面は排気室C4に、下端面は給気弁7にそれぞれ臨ませてある。この排気弁棒9の下端部には、調圧ピストン8の下降に伴って上記給気弁7に密着する可動弁91が構成されている。この可動弁91は花弁状のものであり、その外径は、給気弁座7aの内周を挿通可能に設定されている。上記排気弁棒9は、給気弁7を給気弁座7aから離反させて、給気室C8と出力室C7とを連通させ得る位置まで下降可能である。
上記フィードバック室C6と出力室C7との間には、段付きの仕切りリングRが介在されており、この仕切りリングRの段部に形成された連通孔R1を介して両室C6,C7が連通されている。
なお、上記排気弁棒9の上部外周と排気室C4の内周との間は、第4軸シールS4によって密封されており、排気弁棒9の下部外周と仕切りリングRの内周との間は、第5軸シールS5によって密封されている。
【0024】
上記圧力制御弁Vの管座取付面Xには、図2に示すように、圧力空気源に接続される第1ポートP1、ブレーキシリンダに接続される第2ポートP2、ブレーキシリンダからフィードバック室C6にフィードバック圧を入力するための第3ポートP3、電磁弁SVの第2室C2とアキュムレータとを接続するための第4ポートP4、電磁弁SVの第1室C1を応荷重弁に接続するための第5ポートP5、及び排気通路T2を大気に連通するための第6ポートP6が形成されている。また、上記管座取付面Xの上部には、電磁弁SVのコネクタCNが埋設されており、圧力制御弁Vの着脱を容易に行えるようになっている。
【0025】
以上の構成の圧力制御弁Vの動作は以下の通りである。
まず、電磁弁SVで制御されたパイロット圧が、制御圧通路T1を通して制御圧室C5に入力されると、調圧ピストン8が調圧ばね82の付勢力に抗して下降して、排気弁棒9が給気弁7を押し下げる。すると、圧力制御弁Vは、出力室C7と給気室C8とが連通された連通位置をとり、給気室C8に入力された圧力空気が、出力室C7を通してブレーキシリンダに供給される(図7参照)。
次いで、上記制御圧室C5の圧力がフィードバック室C6の圧力と等しくなると、調圧ピストン8は調圧ばね82の付勢力によって押し上げられる。すると、第3ばねSP3の付勢力によって給気弁7が給気弁座7aに押し付けられて、ブレーキシリンダに対する圧力空気の供給が遮断される。但し、この状態では、排気弁棒9の下端部の可動弁91と給気弁7との密着状態が維持される。したがって、圧力制御弁Vは、出力室C7と給気室C8、及び出力室C7と排気室C4が遮断された遮断位置をとる(図8参照)。
【0026】
そして、パイロット圧が減圧されると、調圧ピストン8はフィードバック室C6の圧力空気によって押し上げられて、排気弁棒9の可動弁91が給気弁7から離反する。この結果、圧力制御弁Vは出力室C7と給気室C8とが遮断され、出力室C7と排気室C4とが連通された排気位置をとり(図1参照)、出力室C7の空気が排気弁棒9の内部及び排気通路T2を通して大気中に放出される。さらに、パイロット圧の減圧が止まり、制御圧室C5とフィードバック室C6の圧力が釣り合うと、上記可動弁91が給気弁7に着座して上記排気が停止される。
したがって、電磁弁SVから出力されるパイロット圧に見合った圧力でもって、圧力空気を容量増幅してブレーキシリンダに供給することができる。
【0027】
上記電磁弁付圧力制御弁は、電磁弁SVの弁体SV1を、排気弁棒9に接近させた状態で、弁本体V1の上面部Uに嵌合しているので、その平面の投影面積を小さくすることができる。このため、車両の床下への艤装スペースを小さくすることができる。この結果、車両の床下に他の機器を配置することができる等、当該床下スペースの有効利用を図ることができる。特に、上記実施の形態においては、電磁弁SVのソレノイド4が、弁本体V1の平面の投影面積内に配置されているので、上記艤装スペースを最小限にすることができる。
また、上記電磁弁SVの弁体SV1を、制御圧室C5に接近させた状態で、弁本体V1の管座取付面X寄りに配置しているので、電磁弁SVの第2室C2と制御圧室C5とを結ぶ制御圧通路T1、電磁弁SVの第1室C1と第4ポートP4とを結ぶ空気通路等を短くすることができる。このため、制御圧室C5に対してパイロット圧を応答性良く供給することができる。
【0028】
この発明の電磁弁付圧力制御弁は、上記実施の形態に限定されるものでなく、例えば、電磁弁SVを弁本体V1の下面部Yに嵌合する等、種々の設計変更を施すことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、この発明の電磁弁付圧力制御弁によれば、電磁弁の弁体を、弁棒に接近させた状態で、弁本体の上面部又下面部に嵌合しているので、その平面の投影面積を小さくすることができる。このため、車両の床下等の艤装スペースを小さくすることができ、ひいては艤装スペースの有効利用を図ることができる。
【0030】
特に、電磁弁の弁体を、制御圧室に接近させた状態で、弁本体の管座取付面寄りに配置している場合には、管座取付面及び圧力制御室と電磁弁との間の空気通路を短くすることができるので、制御圧室に対してパイロット圧を応答性良く供給することができる。
【0031】
また、上記電磁弁のソレノイドを、弁本体の平面の投影面積内に配置している場合には、上記艤装スペースを最小限にすることができる。
さらに、上記弁本体の管座取付面に、電磁弁のコネクタを配置している場合には、電磁弁付圧力制御弁の着脱を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電磁弁付圧力制御弁一つの実施の形態を示す断面図である。
【図2】上記電磁弁付圧力制御弁の側面図である。
【図3】上記電磁弁付圧力制御弁の平面図である。
【図4】電磁弁を連通位置に切り換えた状態を示す要部拡大断面図である。
【図5】電磁弁を遮断位置に切り換えた状態を示す要部拡大断面図である。
【図6】電磁弁を排気位置に切り換えた状態を示す要部拡大断面図である。
【図7】圧力制御弁を供給位置に切り換えた状態を示す要部断面図である。
【図8】圧力制御弁を遮断位置に切り換えた状態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
4 ソレノイド
7 給気弁
8 調圧ピストン
82 調圧ばね
9 排気弁棒
SV 電磁弁
SV1 弁体
V1 弁本体
C5 制御圧室
C7 出力室
C8 給気室
X 管座取付面
CN コネクタ
Claims (2)
- 弁本体に、圧力空気源に接続される給気室と、パイロット圧が入力される制御圧室と、空圧機器に接続される出力室と、上記給気室と出力室との間の連通と遮断とを行わせる給気弁と、調圧ばねによって一方に付勢され、制御圧室のパイロット圧によって他方に付勢される調圧ピストンと、この調圧ピストンと一体に設けられ、上記パイロット圧に応じて給気弁を開閉させる中空の排気弁棒とを備え、上記弁本体に、制御圧室へパイロット圧を供給する電磁弁を取り付けている電磁弁付圧力制御弁において、
上記電磁弁の弁体は、前記制御圧室の上部又は下部に接近させた状態で、前記排気弁棒に対して当該排気弁棒の長手方向と垂直な方向で重なるように前記排気弁棒と平行に配置されるとともに、
上記電磁弁のソレノイドを、弁本体の平面の投影面積内に配置していることを特徴とする電磁弁付圧力制御弁。 - 上記弁本体の管座取付面に、電磁弁のコネクタを配置している請求項1記載の電磁弁付圧力制御弁。
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