JP4516721B2

JP4516721B2 - 応荷重機能付き弁装置

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Publication number: JP4516721B2
Application number: JP2003057415A
Authority: JP
Inventors: 修赤松; 雅民山中; 和孝長田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP2004262405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両のブレーキシステム等において必要とされる応荷重機能付き弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両のブレーキシステムは、例えば特許文献１に記載されている。
特許文献１記載のブレーキシステムは、非常ブレーキ用として、車両前後の空気ばね圧力により作動する応荷重弁と、この応荷重弁から中継弁へ繋がる管路上に備えた非常電磁弁とを有している。
応荷重弁は、空気ばね圧力に応じた空気圧力を常に出力しているが、通常状態（非常でない場合）においては、応荷重弁の空気圧力は中継弁に与える必要がないため、非常電磁弁によって応荷重弁と中継弁との間は非連通とされている。
一方、非常ブレーキ指令に応じて非常電磁弁が連通位置になると、応荷重弁から出力されたパイロット圧が中継弁へ伝わり、中継弁はそのパイロット圧に基づくブレーキシリンダ圧力を出力する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２９４２３７号公報（図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように非常電磁弁が必要であると、これに伴って非常電磁弁まわりの空気配管などが余分に必要となって、特に鉄道車両において近年要求されている各種機器設置スペースの確保や車両全体の軽量化において不利であった。
そこで、本発明では、非常電磁弁を不要にできる、応荷重機能付き弁装置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】
本発明は、非常ブレーキ用の流体圧を出力可能な応荷重機能付き弁装置であって、応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄える蓄力部と、電磁力によって前記ばね力が解放されないように保持するとともに、非常ブレーキ時に前記ばね力を解放する電磁保持部と、解放された前記ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力する調圧出力部と、を備え、前記蓄力部は、前記応荷重信号の変化に追従して作動する電動機と、前記電動機の作動によって前記ばね力が前記電磁保持部にて保持されながら変化することにより、前記応荷重信号の変化に応じた前記ばね力が蓄えられるばねと、を備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、通常状態では、応荷重信号に基づき、応荷重のばね力が蓄えられ、電磁保持部によって当該ばね力は解放されることなく保持される。そして、電力供給が失われる等の非常ブレーキ時になると、電磁保持部の電磁力が消え、ばね力の保持作用がなくなって、ばね力が解放される。この結果、解放されたばね力に応じた非常ブレーキ用流体圧が出力される。
【０００７】
また、応荷重のばね力は、電動機によって設定される。
【０００８】
また、前記ばね力解放時の力を受けて作動する作用体と、前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることを検出する検出部と、を備えているのが好ましい。ばね力解放によって作動した作用体が、ブレーキ緩め位置に戻ったことを検出部によって確認することができる。
【０００９】
さらに、前記検出部によって前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることが検出されたときを初期状態として前記電動機を制御する制御部を備えているのが好ましい。この場合、検出されたブレーキ緩め位置が電動機制御のための初期状態となるため、制御部は応荷重のばね力の適切な設定が容易に行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の応荷重機能付き弁装置の一例としての応荷重機能付き中継弁（圧力制御弁）１を備えた鉄道車両のブレーキシステムを示している。この中継弁１は、鉄道車両の１台車毎にそれぞれ設けられており、運転席のブレーキ制御器２からの常用ブレーキ指令信号と非常ブレーキ指令信号を受けて、ブレーキシリンダＢＣへの空気圧出力を行う。なお、中継弁１は、車輪の一軸毎に設けても良い。
【００１１】
中継弁１は、空気供給源ＳＲからの元空気圧力の供給を受け、電気信号である常用又は非常ブレーキ指令信号を受けて、空気圧力を出力する電空変換弁であり、パイロット圧力ＡＣに応じた出力圧が生じる中継弁本体３を備えている。中継弁本体３には、常用ブレーキ用電磁弁４からパイロット圧力ＡＣが供給される。また、中継弁１には、非常ブレーキ時において、中継弁本体３に非常用の出力圧力を生じさせる応荷重機能部５が設けられている。さらに、中継弁１は、常用ブレーキ用電磁弁４及び応荷重機能部５を制御するブレーキ制御部（制御回路）６を備えている。
【００１２】
図２は、中継弁１の構造図であり、中継弁ハウジング８に、前記中継弁本体３、常用ブレーキ用電磁弁４、応荷重機能部５、ブレーキ制御部６が内蔵されており、上記構成３，４，５，６の機能が統合されたユニットとなっている。
【００１３】
ハウジング８は、空気供給源ＳＲに接続される給気ポートＰ１と、ブレーキシリンダＢＣに接続される出力ポートＰ２とを備えている。空気供給源ＳＲから給気ポートＰ１を介して入力された元空気圧力は、給気通路Ｓ１を通じて中継弁本体３と常用ブレーキ用電磁弁４に与えられる。出力ポートＰ２からは、出力通路Ｓ２を通じて、中継弁本体３の出力圧が出力され、当該出力圧がブレーキシリンダＢＣに与えられる。
【００１４】
中継弁本体３は、中継弁本体ハウジング３ａ内部に、給気ポートＰ１から元空気圧力が入力される給気室Ｒ１と、出力ポートＰ２に接続された出力室Ｒ２とを備えている。これらの給気室Ｒ１と出力室Ｒ２との間には、給気弁１０が設けられている。
給気弁１０は、上下方向に摺動可能であり、下方に移動すると（図２の状態）、給気室Ｒ１と出力室Ｒ２との間が非連通状態となる。また、給気弁１０が、上方に移動すると、給気室Ｒ１と出力室Ｒ２とが連通状態となる。給気弁１０は、ばね１１によって下方（非連通状態）へ付勢されており、このばね１１によって、通常は、給気室Ｒ１と出力室Ｒ２とが非連通状態とされている。
【００１５】
中継弁本体ハウジング３ａ内には、給排弁棒１２が設けられており、この給排弁棒１２は、給気弁１０を動作させて給気室Ｒ１と出力室Ｒ２とを連通状態（出力室Ｒ２への給気状態）とするためのものである。また、給排弁棒１２は、出力室Ｒ２から外部へ排気するためのものでもある。
【００１６】
また、中継弁本体ハウジング３ａ内には、パイロット圧力ＡＣが供給される制御圧室Ｒ３と、出力圧室Ｒ２に連通したフィードバック圧室Ｒ４とが形成されている。前記給排弁棒１２には、制御圧室Ｒ３とフィードバック圧室Ｒ４とを区画する膜板が設けられており、この膜板１２によって給排弁棒１２はハウジング３ａに対して上下方向（棒軸方向）に移動可能となっている。制御圧室Ｒ３に対し、電磁弁４からパイロット圧力ＡＣが供給されると、制御圧室Ｒ３とフィードバック圧室Ｒ４との圧力差によって上下方向（棒軸方向）に移動する。給排弁棒１２が、上方移動（給気弁１０を押す方向への移動）すると、給気弁１０がばね１１の付勢力に抗して押し上げられて給気弁１０が開状態となり、給気室Ｒ１と出力室Ｒ２が連通する。また、給排弁棒１２が、下方移動（給気弁１０から離れる方向への移動）すると、給排弁棒１２による給気弁１０の押し上げ作用が無くなり、ばね１１の付勢力によって給気弁１０が閉状態となり、給気室Ｒ１と出力室Ｒ２が非連通となる。
【００１７】
給排弁棒１２の内部は、中空であって、上端（給気弁１０との接触端）１２ａが開口しており、給排弁棒１２の内部を通って、出力室Ｒ１から排気口ＥＸへの排気が可能となっている。パイロット圧力ＡＣが失われて、給排弁棒１２が下がり、給排弁棒上端１２ａが給気弁１０から離れた状態となると、出力室Ｒ２と排気口ＥＸとが、給排弁棒１２内部を介して連通状態となり、排気が行われる。
【００１８】
給排弁棒１２を主に制御する電磁弁４は、制御回路６からの信号（ブレーキ指令信号、応荷重信号、その他の信号）によって制御され、制御信号に応じたパイロット圧ＡＣを生じるように動作する。なお、パイロット圧力ＡＣ及び出力圧ＢＣは、圧力センサ１４，１５によって検出されて制御回路６に与えられ、フィードバック制御等に用いられる。
【００１９】
前記応荷重機能部５は、車両の空気ばねからの応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄え、非常ブレーキ時に応荷重ばね力を給排弁棒１２に作用させて、非常ブレーキ用の出力圧を発生させるものである。応荷重機能部５は、中継弁本体ハウジング３ａと一体的に設けられたハウジング５ａを有しており、中継弁本体３と応荷重機能部５は、一体化されたユニットとなっている。
【００２０】
応荷重機能部５は、応荷重ばね力を蓄えるための蓄力部１８と、蓄力部１８に蓄えた力が解放されないように保持する保持部１９とを備えている。蓄力部１８は、ハウジング５ａ外部に外付けされた電動機（ステッピングモータ）２１を備えており、この電動機２１は、応荷重信号に基づき、制御回路６によって制御され、応荷重の大小によって電動機２１の正逆回転が生じる。
【００２１】
さらに、蓄力部１８は、電動機２１の回転力をばね力に変換して蓄えるための蓄力機構２２をハウジング５ａ内部に備えている。この蓄力機構２２は、電動機２１の回転を直線移動に変換するための回転−直線変換機構２４と、当該機構２４によって蓄勢される応荷重ばね２５とを備えている。
【００２２】
回転−直線変換機構２４は、電動機２１によって回転する駆動軸２７と、駆動軸２７に噛合しており当該駆動軸２７の回転によって回転しつつ直線移動する移動体２８と、当該移動体２８の直線移動を生じさせるために当該移動体２８に噛合するようにハウジング５ａに設けられた雄ねじ部２９とを備えている。なお、雄ねじ部２９側を電動機２１によって回転駆動し、移動体２８には直線移動のみが生じるようにしてもよい。
【００２３】
応荷重ばね２５は、移動体２８と保持部１９によって通常状態では移動が阻止された作用体３１との間に介在しており、移動体２８が上方移動（ばね２５の蓄勢方向）に移動すると蓄えられるばね力が大きくなり、移動体２８が下方移動（ばね２５の放勢方向）に移動すると蓄えられるばね力が小さくなる。車両空気ばねの荷重が変化すると、その変化に対応してばね力も変化し、応荷重ばね２５には、常に応荷重ばね力が維持される。
【００２４】
作用体３１は、保持部１９による移動阻止機能が無くなると、給排弁棒１２に直接当接してばね力を作用させるものであり、給排弁棒１２と同軸状に配置されている。この作用体３１は、ばね２５を受けるばね受け部３１ａと、給排弁棒１２の下端に当接して直接ばね力を作用させる作用体本体３１ｂを備えている。なお、前記ばね受け部３１ａは、作用体本体３１ｂの外周に鍔状に形成されている。
【００２５】
保持部１９は、電磁クラッチ３３による電磁保持部であり、電磁クラッチ３３がＯＮ状態のときは、作用体３１を保持する移動阻止機能（ばね力の解放阻止機能でもある）があり、電磁クラッチ３３がＯＦＦ状態のときは、作用体３１の移動阻止機能が無くなって、ばね２５のばね力が作用体３１を介して給排弁棒１２に作用する。
【００２６】
保持部１９は、作用体３１の外周側で当該作用体３１を移動可能にガイドする作用体ガイド部３４を備え、作用体ガイド部３４のさらに外周側に電磁クラッチ３３によって吸着・離反移動するスライド体３５を備えている。なお、保持部１９は、スライド体３５を下方（電磁クラッチ３３への吸着方向）へ付勢するばね３６と、ばね受け３７を介してスライド体３５を上方（電磁クラッチ３３からの離反方向）へ付勢するばね３８も備えている。
【００２７】
さらに、保持部１９は、作用体ガイド部３４に対する作用体３１の移動を阻止するために両者３１，３４に係合する係合体として球体（鋼球）３９を備えている。図２に示すように、スライド体３５が電磁クラッチ３３に吸着されているとき（電磁クラッチＯＮ時）には、球体３９は、作用体３１に形成された係合凹部４０と、ガイド部３４に形成された係合孔４１とに位置している。つまり、作用体３１は、係合体（球体）３９を介してガイド部３４と係合しており、移動が阻止されている。
【００２８】
一方、電磁クラッチ３３がＯＦＦになると、図３に示すように、ばね３８によってスライド体３５が電磁クラッチ３３から離反移動（上方移動）する。スライド３５の移動によって、スライド体３５の内周面に形成された退避凹部４２とガイド部３４の係合孔４１との位置が一致すると、球体３９が、ばね２５による作用体３１の移動力によって、退避凹部４２側へ移動し、作用体３１とガイド部３４との係合が解除される。
【００２９】
ガイド部３４との係合が解除された作用体３１は、応荷重ばね力によって上方移動し、当該応荷重ばね力が給排弁棒１２に作用し、中継弁本体３では、車両空気ばねの荷重に応じた出力圧（非常ブレーキ用）が発生する。このように、中継弁本体３は、応荷重ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力するための調圧出力部となっている。
【００３０】
非常ブレーキ緩め時には、電動機２１の回転によって移動体２８を下方移動させることで、応荷重ばね力が低下し、フィードバック圧室Ｒ４の圧力（出力圧力）による給排弁棒１２を押し下げる力が応荷重ばね力に勝り、作用体３１及び給排弁棒１２が下方移動する。これにより中継弁本体３の出力圧が無くなる。
また、非常ブレーキ緩め時には、電磁クラッチ３３がＯＮとなり、スライド体３５への吸着力が発生する。この状況下で、作用体３１が下がって、係合凹部４０と係合孔４１の位置が一致すると、スライド体３５をガイド部３４に係合させていた球体３９が係合凹部４０側へ移動し、スライド体３５とガイド部３４との係合が解除され、スライド体３５が電磁クラッチ３３に吸着保持される。また、球体３９の移動により、作用体３１とガイド部３４とが係合状態となり、この位置で作用体３１が位置保持される。これにより、作用体３１は、非常ブレーキ緩め位置に戻ったことになる。また、作用体３１が非常ブレーキ緩め位置に戻った時点において、応荷重ばね２５には、ばね力が蓄えられておらず、このときが、ばね力＝０の初期状態となる。
【００３１】
作用体３１が非常ブレーキ緩め位置に戻ったことは、検出部（リミットスイッチ）４３によって検出され、この検出部４３の出力は制御回路６に与えられる。電動機２１を制御する制御回路６は、検出部４３の出力に基づき、初期状態における電動機２１の状態（回転位置）を把握できる。この結果、制御回路６では、初期状態を正確に把握できるため、応荷重ばね力の蓄力制御を正確に行うことができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、検出部４３は、作用体３１を直接検出するのではなく、作用体３１がブレーキ緩め位置に復帰することによるスライド体３５の下方移動に伴って押し下げられるばね受け３７の下端位置を検出するように設けられているが、これに限定されるものではない。
【００３３】
図４は、以上のように構成された中継弁１における非常ブレーキ作用時の処理の流れを示している。ブレーキ制御器２からの非常ブレーキ指令がなければ（ステップＳ１）、電磁クラッチ３３はＯＮ状態である。（ステップＳ２）。非常ブレーキ指令があると（ステップＳ１）、電磁クラッチ３３がＯＦＦとなり（ステップＳ３）、作用体３１が排気弁棒１２に作用して非常ブレーキ作用が行われる（ステップＳ４）。なお、停電時など給電が失われた場合にも、電磁クラッチ３３がＯＦＦ状態となって、非常ブレーキ作用が行われる。
【００３４】
また、通電時の非常ブレーキは、常用ブレーキ用電磁弁４を用いて車両空気ばねの荷重に応じた非常ブレーキ用パイロット圧力を発生させることによって行い、停電時など給電が失われた場合に、応荷重機能部５を用いて非常ブレーキ作用を行うようにしてもよい。
【００３５】
図５及び図６は、中継弁１における非常ブレーキ緩めと蓄力の処理の流れを示している。図５に示すように、非常ブレーキ指令があると（ステップＳ１１）、電磁クラッチ３３がＯＦＦ状態となって（ステップＳ１２）、後述の初期セットが解除されるが（ステップＳ１３）、非常ブレーキ指令がなくなると（ステップＳ１１）、電磁クラッチ３３がＯＮ状態となって（ステップＳ１４）、初期セット処理が行われる（ステップＳ１５〜Ｓ２０）。初期セット処理では、電動機２１の逆回転が行われ（ステップＳ１５）、移動体２８及び作用体３１が降下する。検出部（リミットスイッチ）４３によって、作用体３１（ばね受け３７）が下端まで移動したことが検出されると（ステップＳ１７）、電動機２１が停止し（ステップＳ１８）、現在のモータ位置を初期状態としてリセットする（ステップ１９）。
【００３６】
図６に示すように、初期セット処理の後、車両空気ばね圧力（ＡＳ圧力）に応じた電動機（モータ）２１の制御が行われる。車両空気ばね圧力は、図示しない圧力センサによって検出されて制御回路６に応荷重信号として与えられ、この応荷重信号に基づき、現在のＡＳ圧力に応じた電動機２１の回転数を算出し、最新のモータ位置（目標とする回転数又は回転角度）を演算する（ステップＳ２１）。
【００３７】
続いて制御回路６は、予め設定された空車状態におけるモータの目標位置（以下、「空車位置」という）と、ステップＳ２１で求めた最新のモータ位置とを比較する（ステップＳ２２）。そして、その最新のモータ位置が上記空車位置以下である場合には、制御回路６は、空車位置を目標モータ位置とする（ステップＳ２３）。また、その最新のモータ位置が上記空車位置より大きい場合には、制御回路６は、後続のステップＳ２４に進む。
【００３８】
次に、制御回路６は、上記ステップＳ２１で求めた最新のモータ位置と、予め設定された満車状態におけるモータの目標位置（以下、「満車位置」という）とを比較する（ステップＳ２４）。そして、その最新のモータ位置が上記満車位置より大きい場合には、制御回路６は満車位置を目標モータ位置とする（ステップＳ２５）。
ステップＳ２１で求めた最新のモータ位置が、空車位置よりも大きく、満車位置よりも小さい場合には、最新のモータ位置をそのまま目標モータ位置とする（ステップＳ２６）。
【００３９】
続いて、制御回路６は、目標モータ位置と現在のモータ位置との差を求めて、モータ位置の変化量を算出し（ステップＳ２７）、両者が一致するように、正回転（ステップＳ２８）、逆回転（ステップＳ２９）を行い、一致すればモータを停止する（ステップＳ３０）。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る中継弁１によれば、応荷重機能部５の電磁クラッチのオン・オフで非常ブレーキのための出力発生の有無を切り替えているため、非常用の電磁弁がなくともブレーキシステムを構成できる。
また、応荷重機能部５は、電気信号である応荷重信号に基づいて非常ブレーキ用出力圧を発生させるようにしているため、車両空気ばねの空気圧を中継弁１にまで導く必要がない。また、従来のような応荷重弁と中継弁とを繋ぐ空気配管も不要である。
さらに、電気信号である応荷重信号に基づいて非常ブレーキ用出力圧を発生させているが、応荷重ばね２５によって力を蓄えているため、停電時にも非常ブレーキを作動させることができる。
しかも、本実施形態では、応荷重機能部５と調圧出力部である中継弁本体３とが一体的に設けられているためコンパクトである。
【００４１】
図７は、応荷重機能付き弁装置の他の例としての電気式非常用応荷重弁５１を示している。この応荷重弁５１は、応荷重弁本体（調圧出力部）５３と、応荷重機能部５５と、ブレーキ制御部（制御回路）５６を備えている。
応荷重弁本体５３は、中継弁１の中継弁本体３と同様に、給気室Ｒ１、出力室Ｒ２、給気弁１０、給排弁棒１２を備えており、同様の構成については同符号が付されている。
【００４２】
また、応荷重機能部５５は、中継弁１の応荷重機能部５と全く同じ構成であり、その構成部材については、中継弁１と同符号が付されている。
この応荷重弁５１によれば、通常時には、出力圧は発生しないが、非常ブレーキ時には、作用体３１が作動して、給排弁棒１２を介して給気弁１０が開き、車両空気ばね圧力に応じた出力圧が発生する。したがって、従来のブレーキシステムにおいて応荷重弁に必要とされていた非常用電磁弁を不要化できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、非常ブレーキ時になると、電磁保持部の電磁力が消え、ばね力の保持作用がなくなって、ばね力が解放されて非常ブレーキ用空気圧が出力されるため、非常電磁弁を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】弁装置の一例としての中継弁を備えた鉄道車両用ブレーキシステムの構成図である。
【図２】中継弁の概略断面図である。
【図３】非常ブレーキ時における応荷重機能部の拡大断面図である。
【図４】非常ブレーキ時の処理フローチャートである。
【図５】非常ブレーキ緩め時の処理フローチャートである。
【図６】応荷重ばね力の蓄力処理フローチャートである。
【図７】弁装置の一例としての応荷重弁の概略断面図である。
【符号の説明】
１中継弁（応荷重機能付き弁装置）
３中継弁本体（調圧出力部）
５応荷重機能部
６ブレーキ制御部（制御部）
１８蓄力部
１９電磁保持部
２１電動機
２５応荷重ばね（ばね）
３１作用体
３３電磁クラッチ
４３リミットスイッチ（検出部）
５１応荷重弁（応荷重機能付き弁装置）
５３応荷重弁本体（調圧出力部）
５５応荷重機能部
５６ブレーキ制御部（制御部）

Claims

非常ブレーキ用の流体圧を出力可能な応荷重機能付き弁装置であって、
応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄える蓄力部と、
電磁力によって前記ばね力が解放されないように保持するとともに、非常ブレーキ時に前記ばね力を解放する電磁保持部と、
解放された前記ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力する調圧出力部と、
を備え、
前記蓄力部は、
前記応荷重信号の変化に追従して作動する電動機と、
前記電動機の作動によって前記ばね力が前記電磁保持部にて保持されながら変化することにより、前記応荷重信号の変化に応じた前記ばね力が蓄えられるばねと、
を備えていることを特徴とする応荷重機能付き弁装置。
前記ばね力解放時の力を受けて作動する作用体と、
前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることを検出する検出部と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の応荷重機能付き弁装置。
前記検出部によって前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることが検出されたときを初期状態として前記電動機を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項２記載の応荷重機能付き弁装置。