(57)【要約】【課題】アクチュエータ付気体圧制御弁において、制御気体圧の精度をさらに向上させることである。【解決手段】気体圧制御弁３０は、スリーブ・スプール型の制御弁本体部３２と、制御弁本体部３２のスプールを移動駆動するアクチュエータ３４を含んで一体化されて構成される。アクチュエータ３４は、筐体７０の内部に設けられる駆動軸８０と、駆動軸８０の両端部のそれぞれを筐体７０に対して軸方向移動自在に支持する薄板状支持体１００と、駆動軸８０非接触で駆動力を与え、筐体７０に対し駆動軸８０を軸方向に移動駆動する移動駆動機構９０を含んで構成される。駆動軸８０の端部に設けられる接続部８２によって、アクチュエータ３４の軸方向移動駆動がスプール４０に伝達されて、スプール４０が軸方向に移動駆動される。【選択図】図２
2010103199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に非接触で駆動力を与え、筐体に対し駆動軸を軸方向に移動駆動する非接触式移動駆動機構と、
駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とを接続し、筐体に対し駆動軸を軸方向移動自在に支持する支持体であって、軸方向に垂直方向である径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体と、
を含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
薄板状支持体は、
筐体の内周壁に沿って固定される外周固定部と、
駆動軸の外周壁に沿って固定される内周固定部と、
外周固定部と内周固定部との間に雲形形状の可撓アームを複数配置した雲形バネ薄板部と、
を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
非接触式移動駆動機構は、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって駆動軸を軸方向に移動駆動する機構であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
間隔をおいて軸方向に配置された少なくとも３つのランド部と、隣接するランド部を接続しランド部の外径より細い外径を有するステム部とを含むスプールと、
スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも２つの圧力室を形成するスリーブであって、１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、気体を排出する排気口と、２次側気体圧を取り出す負荷口とを有するスリーブと、
スプールをスリーブに対し軸方向に移動駆動する駆動軸を有するアクチュエータと、
を備え、
アクチュエータは、
駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって非接触で駆動軸に駆動力を与え、駆動軸を筐体に対し軸方向に移動させる非接触式移動駆動機構と、
駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とを接続し、筐体に対し駆動軸を軸方向移動自在に支持する支持体であって、軸方向に垂直方向である径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体と、
を備えることを特徴とする気体圧制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ及び気体圧制御弁に係り、特に、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって駆動軸を軸方向に移動させる駆動体を含むアクチュエータ及び気体圧制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の都市交通あるいは高速大量輸送手段としての軌道車両においては、車体の軽量化ならびに振動の少ない良好な乗心地を確保するために、車体を空気ばね又はコイルばねによって台車上に支持する構造が広く用いられている。このような車体支持装置においては、車体を支持する空気ばね又はコイルばねに対して常時車体重量が加わるので、縦方向には常に最適剛性の支持力を発揮することができ、この結果車両の走行速度の増加要求に対しても十分に対応することができる。
【０００３】
一方、車両がカーブを通過する際には、車体に横方向変位あるいは横方向動揺が生じ、特に車両編成が長い場合にその傾向が著しくなる。この横方向変位あるいは横方向動揺に対し、空気ばね又はコイルばねはその横方向剛性が不足する。そこで、特許文献１では、振り子車両においてカーブによる遠心力により車体が横方向に傾き過ぎないように、車体を支持する振り子はりと台車枠との間に気体圧サーボシリンダを配設することが開示されている。ここでは、車両が走行中に軌道から受け取るカーブ情報に応じて気体圧シリンダを制御して台車枠と振り子はりの間の距離を変えることで、振り子はりの振り子中心を中心として車体を適正にその横方向に傾斜させ、カーブ通過時の遠心力の影響を減少させる技術が提案されている。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術として、特許文献２には、いわゆるスリーブ・スプール型の気体圧制御弁において、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に気体軸受が設けられ、スリーブとスプールとの間の摩擦力を軽減することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２９４７８号公報
【特許文献２】特開２００５−３１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術のように、振り子はり台車枠との間に気体圧シリンダを設け、気体圧シリンダに、車体の傾斜等に応じた気体圧を例えば気体圧制御弁から供給することで、車両の傾斜、すなわちローリングを抑制することができる。
【０００７】
気体圧制御弁において制御気体圧の精度を高めるには、例えば、スプール・スリーブ型制御弁本体のスプールの移動精度を向上させることが必要である。スプールの移動駆動は、各種のアクチュエータで実現することが可能であるが、その場合の駆動軸の支持は玉軸受等の転がり支持を用いることが多い。転がり支持は、摩擦抵抗が転がり機構によって低減されているが、やはりある程度の摩擦抵抗を有し、これによって駆動軸の移動精度が制限される。
【０００８】
本発明の目的は、駆動軸の軸方向の移動精度をさらに向上させることを可能とするアクチュエータを提供することである。他の目的は、制御気体圧の精度をさらに向上させることを可能とするアクチュエータ付気体圧制御弁を提供することである。以下の手段はこれらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアクチュエータは、駆動軸に非接触で駆動力を与え、筐体に対し駆動軸を軸方向に移動駆動する非接触式移動駆動機構と、駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とを接続し、筐体に対し駆動軸を軸方向移動自在に支持する支持体であって、軸方向に垂直方向である径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るアクチュエータにおいて、薄板状支持体は、筐体の内周壁に沿って固定される外周固定部と、駆動軸の外周壁に沿って固定される内周固定部と、外周固定部と内周固定部との間に雲形形状の可撓アームを複数配置した雲形バネ薄板部と、を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係るアクチュエータにおいて、非接触式移動駆動機構は、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって駆動軸を軸方向に移動駆動する機構であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る気体圧制御弁は、間隔をおいて軸方向に配置された少なくとも３つのランド部と、隣接するランド部を接続しランド部の外径より細い外径を有するステム部とを含むスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも２つの圧力室を形成するスリーブであって、１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、気体を排出する排気口と、２次側気体圧を取り出す負荷口とを有するスリーブと、スプールをスリーブに対し軸方向に移動駆動する駆動軸を有するアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって非接触で駆動軸に駆動力を与え、駆動軸を筐体に対し軸方向に移動させる非接触式移動駆動機構と、駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とを接続し、筐体に対し駆動軸を軸方向移動自在に支持する支持体であって、軸方向に垂直方向である径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の少なくとも１つにより、アクチュエータは、駆動軸は非接触式移動駆動機構によって筐体に対し軸方向に移動駆動され、駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とは、径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体によって軸方向移動自在に支持される。このように、駆動軸には摩擦力を介することなく非接触式で駆動力が与えられ、また、軸方向の剛性に比べ径方向に剛性の大きい薄板支持体で軸方向移動自在で両端が支持されるので、摩擦力を介さずに筐体に軸方向移動自在に支持される。これによって、駆動軸の軸方向の移動精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
また、アクチュエータにおいて、薄板状支持体は、筐体の内周壁に沿って固定される外周固定部と、駆動軸の外周壁に沿って固定される内周固定部との間に、雲形形状の可撓アームを複数配置した雲形バネ構造を有する。雲形バネ構造は、軸方向に移動自在となる構造であるが、ここでは、径方向の変位に対する剛性が高いことを利用して、駆動軸の両端を中心軸がぶれないように支持する。これにより、駆動軸の軸方向の移動精度をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、アクチュエータにおいて、非接触式移動駆動機構として、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって駆動軸を軸方向に移動駆動する機構を用いる。これによって、駆動軸を摩擦力を介することなく軸方向の駆動力を与えることができる。
【００１６】
また、気体圧制御弁は、いわゆるスリーブ・スプール型機構のスプールをアクチュエータで軸方向に移動駆動する際に、アクチュエータは、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって非接触で駆動軸に駆動力を与えて、駆動軸を筐体に対し軸方向に移動させ、駆動軸の両端部のそれぞれと筐体とは、径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい薄板状支持体によって軸方向移動自在に支持される。このように、駆動軸には摩擦力を介することなく非接触式で駆動力が与えられ、また、軸方向の剛性に比べ径方向に剛性の大きい薄板支持体で軸方向移動自在で両端が支持されるので、摩擦力を介さずに筐体に軸方向移動自在に支持される。これによって、駆動軸の軸方向の移動精度をさらに向上させることができ、制御気体圧の精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
なお、上記の特許文献２に述べられているように、スリーブ・スプール型機構において、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に気体軸受を設けるものとすれば、さらに一段と制御気体圧の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下において、アクチュエータを備える気体圧制御弁が適用される対象として、いわゆる振り子車両の振り子はりを台車に対し傾斜可能に制御する気体圧シリンダを説明するが、これは例示であって、振り子車両以外に用いられる気体圧シリンダ、あるいは気体圧駆動装置であってもよい。例えば、精密移動ステージ等に用いられるピストン・シリンダ機構であってもよい。
【００１９】
また、以下では、アクチュエータとして、駆動コイルと永久磁石とを含む可動鉄片型アクチュエータを説明するが、これは説明の一例であって、これ以外の非接触式移動駆動機構であってもよい。例えば、可動線輪型アクチュエータ等であってもよい。
【００２０】
また、以下では、気体圧制御弁を構成する制御弁本体部について、供給口と排気口と負荷口の３つのポートを有するいわゆる三方弁として説明するが、ポートの数は３でなくてもよい。例えば、ポートの数が２である二方弁、ポートの数が５の五方弁であってもよい。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、アクチュエータを備える気体圧制御弁を用いる気体圧シリンダが搭載される振り子車両１０の構成を説明する図である。なお、図１では、振り子車両１０が、カーブを通過するために傾いている状態が示されている。振り子車両１０は、地表６に設置されたレール８の上を走行中にカーブを通過する等で車体が傾斜するときに、振り子はりを適切に傾斜させることで車体の傾斜を緩和する機能を有する車両である。
【００２３】
振り子車両１０は、車体１２と、車輪１４と、台車枠１６と、車輪１４と台車枠１６との間に設けられるコイルバネ１８と、振り子はり２０と、振り子はり２０と車体１２との間に設けられる空気バネ２２と、台車枠１６と振り子はり２０との間に設けられ振り子はり２０を台車枠１６に対して傾斜可能に支持するコロ２４と、台車枠１６と振り子はり２０との間に設けられる気体圧シリンダ２６と、車体１２に搭載される制御部２８と、制御部２８の制御の下で作動して気体圧シリンダ２６に供給する制御気体圧Ｐａを生成する気体圧制御弁３０を含んで構成される。
【００２４】
これらの構成要素において、気体圧制御弁３０以外のものは、既に周知の振り子車両のシステムに用いられるものと同様の内容であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２５】
図２は、アクチュエータを備える気体圧制御弁３０の詳細な構成を示す断面図である。気体圧制御弁３０は、スリーブ・スプール型の制御弁本体部３２と、制御弁本体部３２のスプールを移動駆動するアクチュエータ３４を含んで一体化されて構成される。なお、図２には、スプール及びこれを移動駆動するアクチュエータの駆動軸の軸方向がＸ軸方向として示されている。移動方向を区別するため、図２に示すように、気体圧制御弁３０の長手方向を左右方向として、右側に移動する方向を＋Ｘ方向、左側に移動する方向を−Ｘ方向として示されている。
【００２６】
最初に制御弁本体部３２の構成と作用を説明する。制御弁本体部３２は、スプール４０とスリーブ５０を含んで構成され、スプール４０をスリーブ５０に対し軸方向に移動することで、１次側気体圧Ｐｓから制御気体圧Ｐａを生成する機能を有する３方弁である。
【００２７】
スプール４０は、直径の異なる円板及び軸を複数軸方向に配列して接続して構成される部材である。円板と軸とは外径が異なり、外径の大きな円板はランド部４２と呼ばれ、外径の小さな軸はステム部４４と呼ばれる。
【００２８】
図２の例では、ランド部４２は、−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって、左側ランド部、中央ランド部、右側ランド部の３つが示されている。図２においてランド部４２として示されているものが中央ランド部である。また、ステム部として、左側ランド部と中央ランド部との間を接続する第１ステム部、中央ランド部と右側ランド部との間を接続する第２ステム部が示されている。図２でステム部４４として示されているものが第１ステム部である。
【００２９】
スリーブ５０は、３つの気体圧ポートを有し、内周側が円筒状、外周側が角柱状の部材である。３つの気体圧ポートは、部材の外周側と内周側を隔てる壁を貫通する３つの穴で、それぞれ１次側気体圧Ｐｓを有する気体を供給する供給口５２、負荷である気体圧シリンダ２６に２次側気体圧である制御気体圧Ｐａを出力する負荷口５４、大気圧Ｐｏに向けて開放される排気口５６である。供給口５２、負荷口５４及び排気口５６は、−Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かってこの順序で配列される。各ポートには適当なジョイントでもって、気体を導くパイプ等が接続される。なお、スプール４０の軸方向の両端側は、適当な流体路によって排気口５６と連通し、大気圧Ｐｏとなっている。
【００３０】
スプール４０とスリーブ５０とは、協働して精密な気体圧制御のための気体回路を形成する。そのため、スプール４０の各要素の形状及び寸法は、以下のように、スリーブ５０の各要素の形状及び寸法と密接な関係で設定される。
【００３１】
スプール４０のランド部４２は、スリーブ５０の内径Ｄ0よりやや小さい外径Ｄ1を有する円板であり、スリーブ５０の内壁により支持されるものである。例えば、スリーブ５０の内径Ｄ0を１０ｍｍとして、各ランド部４２の外径Ｄ1をＤ0から約７μｍ小さい値とすることができる。
【００３２】
スプール４０のステム部４４は、隣り合うランド部４２の間を接続する軸で、その外径Ｄ2は、各ランド部４２の外径Ｄ1より小さく定められ、例えば、上記の例でＤ2＝５ｍｍとすることができる。
【００３３】
このように、各ステム部４４の軸外径は、その両側のランド部４２の直径より小さく設定され、各ランド部４２はスリーブ５０の内壁により支持される。すなわち、各ステム部４４に対応するところには、スリーブ５０の内壁との間にそれぞれ空間が形成される。これらの空間には、気体を導き、あるいは流し、あるいは保持することができるので、圧力室と呼ぶことにする。すなわち、左側ランド部と中央ランド部との間の空間をスリーブ５０の内壁で囲むことで第１圧力室４６が形成され、中央ランド部と右側ランド部との間の空間をスリーブ５０の内壁で囲むことで第２圧力室４８が形成される。
【００３４】
中央ランド部の軸方向に沿った長さである幅Ｗ1は、スリーブ５０の負荷口５４の開口幅Ｗ0と精密に同じ寸法に設定される。好ましくは中央ランド部の幅Ｗ1を負荷口５４の開口幅Ｗ0より微小量だけ大きく設定するのがよい。図２に示す状態は、中央ランド部の幅Ｗ1でちょうど負荷口５４の開口幅Ｗ0を覆った状態で、スリーブ・スプール型の制御弁本体部３２の中立状態、あるいは初期状態に相当する。
【００３５】
第１圧力室４６の軸方向に沿った長さは、第１ステム部の軸方向に沿った長さであるが、その長さは、供給口５２の開口幅より十分大きく設定される。また、第２圧力室４８の軸方向に沿った長さである第２ステム部の長さも、排気口５６の開口幅より十分大きく設定される。
【００３６】
上記構成のスリーブ・スプール型の制御弁本体部３２は、スプール４０が後述のアクチュエータ３４の駆動軸８０によって軸方向に移動駆動されることで制御気体圧Ｐａを生成するように作動する。ここで、その動作及び作用を説明する。
【００３７】
制御弁本体部３２において、供給口５２には１次側気体圧Ｐｓが供給され、排気口５６は大気に開放され大気圧Ｐｏとなっている。負荷口５４は、負荷である気体圧シリンダ２６に接続されている。中立状態あるいは初期状態においては、スプール４０を移動駆動するアクチュエータ３４には駆動信号が与えられていない。つまりアクチュエータ３４の駆動軸８０も中立状態あるいは初期状態にある。この状態で、アクチュエータ３４の駆動軸８０とスプール４０との間の接続関係を適当に調整して、図２に示すように、中央ランド部が負荷口５４をちょうど覆うように設定する。この状態において、第１圧力室４６は１次側気体圧Ｐｓを有する気体で満たされるが、中央ランド部が負荷口５４をちょうど覆っているので、負荷口５４には１次側気体圧Ｐｓを有する気体が流れない。同様に、中央ランド部が負荷口５４をちょうど覆っているので、負荷口５４から排気口５６にむけて負荷圧である制御気体圧Ｐａが漏れることもない。
【００３８】
つぎに、制御部２８から駆動信号がアクチュエータ３４に与えられ、駆動軸８０がスプール４０を押す方向、すなわち図２に示す＋Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、中央ランド部が排気口５６側に移動するので、第１圧力室４６が負荷口５４とつながることになり、１次側気体圧Ｐｓを有する気体が負荷口５４を通って負荷である気体圧シリンダ２６に供給される。すなわち負荷口５４の気体圧が上昇して２次側気体圧である制御気体圧Ｐａが上昇する。このときは、スプール４０の移動がきわめて少ない量で、制御気体圧Ｐａが大きく変化する。すなわちスプール４０の小さい移動量で、制御気体圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００３９】
これと逆に、制御部２８から駆動信号がアクチュエータ３４に出され、スプール４０を引く方向、すなわち図２に示す−Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、中央ランド部が供給口５２側に移動するので、第２圧力室４８が負荷口５４とつながることになり、負荷である気体圧シリンダ２６側から負荷圧である制御気体圧Ｐａを有する気体が第２圧力室４８を通って大気側に開放される。すなわち負荷口５４の気体圧が低下して２次側気体圧である制御気体圧Ｐａが低下する。このときもやはりスプール４０の移動がきわめて少ない量で、制御気体圧Ｐａが大きく変化する。すなわちスプール４０の小さい移動量で、制御気体圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００４０】
このように、アクチュエータ３４によってスプール４０をスリーブ５０に対し移動駆動することで、制御気体圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００４１】
なお、図２において破線で示されるように、スプール４０の右側ランド部に、帰還圧力室６０を設け、ここにスリーブ５０の内部に設けたバイパス流路６２を介して負荷口５４の制御気体圧Ｐａを供給するものとしてもよい。帰還圧力室６０は、−Ｘ側のランド部の外径がＤ1であるが、＋Ｘ側のランド部の外径はＤ1より小さめのＤ3に設定される。そのために、このＤ3に対応するように、スリーブ５０には、カラーがはめ込まれ、そのカラーの内径でＤ3を支持するようにする。上記の例で、Ｄ0＝１０ｍｍとして、カラーの内径を７ｍｍ程度とすることができる。このように、帰還圧力室６０は、＋Ｘ方向の気体受面積と−Ｘ方向の気体受面積とが異なり、後者の方が広くなっている。
【００４２】
この構成を用いると、帰還圧力室６０に制御気体圧Ｐａが供給され、＋Ｘ方向の気体受面積と−Ｘ方向の気体受面積との差をΔＡとして、ΔＡ×Ｐａの大きさの軸方向力がスプール４０に帰還することができる。これによって、アクチュエータ３４による軸方向の移動によって生成される制御気体圧Ｐａに応じた軸方向力を帰還して、制御気体圧Ｐａに対する制御性を向上させることができる。
【００４３】
例えば、アクチュエータ３４によって＋Ｘ方向にスプール４０が移動駆動され移動量に応じて負荷口５４には制御気体圧Ｐａが生成されるが、帰還圧力室６０の機能によってΔＡ×Ｐａの大きさの反対方向の軸方向力がスプール４０に帰還される。つまり、制御気体圧Ｐａの生成に対し、Ｐａに応じた大きさの負帰還がかけられることになる。これによって、スプール４０の移動量の制御性、制御気体圧Ｐａの制御性が向上する。
【００４４】
次にアクチュエータ３４の構成と作用を説明する。アクチュエータ３４は、筐体７０と、筐体７０の内部に設けられる駆動軸８０と、駆動軸８０の両端部のそれぞれを筐体７０に対して軸方向移動自在に支持する薄板状支持体１００と、駆動軸８０に非接触で駆動力を与え、筐体７０に対し駆動軸８０を軸方向に移動駆動する移動駆動機構９０を含んで構成される。駆動軸８０の＋Ｘ方向の端部に設けられる接続部８２は、制御弁本体部３２のスプール４０の−Ｘ方向の端部と接続される。これによって、アクチュエータ３４の軸方向移動駆動がスプール４０に伝達されて、スプール４０が軸方向に移動駆動される。
【００４５】
移動駆動機構９０は、筐体７０における固定子部分と、駆動軸８０における可動子部分と、駆動軸８０が軸方向に移動駆動されたときに軸方向に復元力を与える復元バネ８６を含んで構成される。筐体７０における固定子部分は、ヨーク７２と、駆動コイル７４と、永久磁石７６である。駆動軸８０における可動子部分は、駆動軸８０の中央部に設けられた大径の円板形状のプランジャ８４である。ヨーク７２、駆動軸８０は、磁束が流れて磁気回路を形成できる磁性体で構成される。復元バネ８６は、固定子部分であるヨーク７２の軸方向両端の壁部と可動子部分であるプランジャ８４の大径円板との間に設けられるコイルバネである。
【００４６】
ヨーク７２は、図２に示されるように、ヨーク７２は、環状形状の一部を切り欠いた形状を有する。そして、この切り欠いた間隙のところに、駆動軸８０のプランジャ８４が配置される。また、ヨーク７２は、駆動コイル７４が巻回されるコイルヨーク部と、永久磁石７６が取り付けられる磁石ヨーク部を有する。
【００４７】
これによって、駆動コイル７４に駆動電流が流されることで発生する磁束は、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２と、その切欠間隙の中のプランジャ８４とを流れて、大きな環状の磁気回路を形成する。また、永久磁石７６による磁束は、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２の右半分とプランジャ８４の右半分を流れて、小さな環状の磁気回路を形成し、また、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２の左半分とプランジャ８４の左半分を流れて、もう１つの小さな環状の磁気回路を形成する。これらの磁気回路については、作用の説明のところでさらに詳細に述べる。
【００４８】
このように、移動駆動機構９０は、固定子であるヨーク７２等と、可動子であるプランジャ８４とが切欠間隙を隔てて非接触状態のまま、磁気回路を形成する。つまり、この移動駆動機構９０は、駆動電流と磁力との協働作用である電磁変換によって駆動軸８０を軸方向に移動駆動する機構であるといえる。
【００４９】
駆動軸８０の両端部のそれぞれを筐体７０に対して軸方向移動自在に支持する薄板状支持体１００は、軸方向に垂直方向である径方向の変位に対する剛性が軸方向の変位に対する剛性よりも大きい特性を有する。このような特性を有する薄板状支持体１００としては、いわゆる雲形バネ構造を用いることができる。
【００５０】
図３は、薄板状支持体１００の例を示す図である。この薄板状支持体１００は、筐体７０の内周壁に沿って固定される外周固定部１０２と、駆動軸８０の外周壁に沿って固定される内周固定部１０４と、外周固定部１０２と内周固定部１０４との間に雲形形状の可撓アームを複数配置した雲形バネ薄板部１０６とを含んで構成されている。
【００５１】
雲形バネ薄板部１０６の可撓アームのパターンは、波形に曲がった形状を有している。波形に曲がった形状は様々なものを用いることができるが、図３の例では、薄板に同心円状のスリットを断続的に形成し、この同心円の直径を何段階かに変えて、複数の同心円状のスリットについてそれぞれ断続的に形成するとき、そのつなぎ目が同じ位置とならないようにした形状である。図３では、同心円状のスリットを３箇所で断続的とし、円周方向に角度で１２０度おきにつなぎ目を残して、約３分の１円周のスリットを３つ配置したものを、直径を変えて、同心円状に５段階に配置してある。そして、各段階におけるつなぎ目は、隣接する段階のつなぎ目の間隔の中間に来るようにしてある。
【００５２】
図３の例では、一番外側の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目は、紙面上で真上と、その位置から左右に角度で１２０度のところに２箇所設けられる。その内側で、外側から２番目の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目は、先ほどの一番外側の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目の位置から、角度で６０度ずれたところにそれぞれ設けられる。さらにその内側で、外側から３番目の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目は、外側から２番目の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目の位置から、角度で６０度ずれたところ、すなわち、一番外側の同心円の３つのスリットについて残されたつなぎ目と角度的に同じ位置にそれぞれ設けられる。
【００５３】
このようにして、スリットの間に残されたつなぎ目を円周方向に沿った角度的に異なる
位置として、径方向に外側から内側にスリットを配置することで、薄板の開口が設けられない部分が波形形状となり、これによって外周固定部１０２と内周固定部１０４との間に雲形形状の可撓アームが複数配置される。
【００５４】
かかる薄板状支持体１００は、金属薄板を所定のパターンにエッチング加工して得ることができる。例えば厚さ約０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ程度のＳＵＳ板に対しエッチング加工または放電加工等を行うことによって得ることができる。なお、波形以外の形状であっても、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状であればよい。例えば、その形状が曲がりくねっていて、波形よりもさらに雲形に似ているものであってもよい。曲がりくねっている形状を工夫することで、軸方向に剛性が小さく、径方向に剛性の大きいバネ特性を有する形状とすることができる。
【００５５】
すなわち、薄板状支持体１００は、その中心に取り付けられた駆動軸８０についてその軸方向への移動を比較的容易とすることができるが、薄板の径方向への移動、すなわち駆動軸８０についてその軸方向に垂直な方向への移動を比較的困難とする特性を有する。この特性によって、駆動軸８０について、軸方向に垂直な方向にずれて移動しないようにして、軸方向のみに移動自在に支持することができる。そして、この支持は、駆動軸８０の軸方向の移動を摩擦なしで行うものとできる。
【００５６】
かかる構成のアクチュエータ３４の作用を図４と図５を用いて説明する。図４と図５は、アクチュエータ３４における磁気回路に関する部分を抜き出して示したもので、図４と図５とは、駆動コイル７４に流す電流の向きが相互に逆向きである。図４と図５において、永久磁石７６によって形成される磁束の流れ９２，９４を破線で示し、駆動コイル７４によって形成される磁束の流れ９６，９８を実線で示してある。
【００５７】
永久磁石７６によって形成される磁束の流れは、図２に関連して説明したように、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２の右半分とプランジャ８４の右半分を流れる流れ９２と、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２の左半分とプランジャ８４の左半分を流れる流れ９４とがある。この磁束の流れ９２，９４は、駆動コイル７４の電流の向きに関係しないので、図４と図５とで同じである。紙面上において、磁束の流れ９２は反時計回りに流れ、磁束の流れ９４は時計回りに流れる。
【００５８】
駆動コイル７４に駆動電流が流されることで発生する磁束は、環状形状の一部を切り欠いた形状のヨーク７２と、その切欠間隙の中のプランジャ８４とを流れて、大きな環状の磁気回路を形成する。ここで図４と図５とは、駆動コイル７４に流す電流の向きが相互に逆向きである。図４では、駆動コイル７４によって発生する磁束の流れ９６が紙面上で反時計方向として示され、図４の場合と電流の向きの向きが逆である図５では、駆動コイル７４によって発生する磁束の流れ９８が紙面上で時計方向として示されている。
【００５９】
そこで、図４の場合では、紙面上でプランジャ８４の右側では、永久磁石７６による磁束の流れ９２と駆動コイル７４による磁束の流れ９６とが同方向であるので磁束が強めあう。一方で、プランジャ８４の左側では、永久磁石７６による磁束の流れ９４と駆動コイル７４による磁束の流れ９６とが逆方向であるので磁束が弱めあう。これによって、駆動軸８０は、＋Ｘ方向に移動駆動される。
【００６０】
このとき、駆動軸８０の両端の薄板状支持体１００は、駆動軸８０を軸方向に垂直な方向に位置をずらさないように、軸方向には移動自在に支持する。薄板状支持体１００は駆動軸８０の軸方向変位に対し復元力を有してはいるが、これとは別に復元バネ８６が設けられているので、薄板状支持体１００に期待される機能は主として、駆動軸８０を軸方向に垂直な方向である径方向に位置をずらさないように支持することである。
【００６１】
このようにして、駆動コイル７４に流す電流の向きとその大きさによって、プランジャ８４に与える軸方向の移動駆動力を制御できる。復元バネ８６の復元力に抗して移動駆動力を与えることで、駆動軸８０を軸方向に移動駆動でき、接続部８２を介して、制御弁本体部３２のスプール４０をスリーブ５０に対し軸方向に移動駆動できる。これによって、負荷口５４から制御気体圧Ｐａを出力して、負荷である気体圧シリンダ２６に供給できる。このときに、アクチュエータ３４は非接触式で駆動軸８０を移動駆動し、薄板状支持体１００は駆動軸８０を摩擦なしで支持するので、制御気体圧Ｐａを精度よく出力できる。
【００６２】
このアクチュエータ付き気体圧制御弁３０を用いて、振り子車両１０における制御は以下のようにして行うことができる。図１において、振り子車両１０が走行中にカーブ等を通過する際、車体１２が傾斜すると、その傾斜を例えば傾斜センサ、あるいは加速度センサ等で検出し、振り子はりをどの程度傾斜させるのが適当か、制御部２８が算出する。そして、アクチュエータ３４の駆動コイル７４に与える電流の向きとその大きさを決定して、図示されていない駆動コイル制御回路を作動させる。駆動コイル制御回路からは決定された駆動電流が出力されて駆動コイル７４に供給される。
【００６３】
これによって上記のように、駆動コイル７４に供給される電流の向きと大きさに応じて駆動軸８０が移動駆動され、接続部８２を介して制御弁本体部３２のスプール４０が移動駆動され、負荷口５４から制御気体圧Ｐａが出力されて気体圧シリンダ２６に供給される。気体圧シリンダ２６は供給された制御気体圧Ｐａに応じてピストンをシリンダに対して移動駆動する。これによって台車枠１６と振り子はり２０の回転中心との距離が変更され、台車枠１６に対して振り子はり２０が制御部２８の目的とした傾斜度で傾くことになる。このように、制御気体圧Ｐａを用いて、振り子車両１０における傾斜制御が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る実施の形態のアクチュエータ付き気体圧制御弁を用いる気体圧シリンダが搭載される振り子車両の構成を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、アクチュエータを備える気体圧制御弁の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における薄板状支持体の例を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、アクチュエータの作用を説明する図である。
【図５】図４に対し、駆動コイルに流す電流の向きを逆にした場合を説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
６  地表、８  レール、１０  振り子車両、１２  車体、１４  車輪、１６  台車枠、１８  コイルバネ、２０  振り子はり、２２  空気バネ、２４  コロ、２６  気体圧シリンダ、２８  制御部、３０  気体圧制御弁、３２  制御弁本体部、３４  アクチュエータ、４０  スプール、４２  ランド部、４４  ステム部、４６  第１圧力室、４８  第２圧力室、５０  スリーブ、５２  供給口、５４  負荷口、５６  排気口、６０  帰還圧力室、６２  バイパス流路、７０  筐体、７２  ヨーク、７４  駆動コイル、７６  永久磁石、８０  駆動軸、８２  接続部、８４  プランジャ、８６  復元バネ、９０  移動駆動機構、９２，９４，９６，９８  磁束の流れ、１００  薄板状支持体、１０２  外周固定部、１０４  内周固定部、１０６  雲形バネ薄板部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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