(57)【要約】【課題】応荷重機能付きのコンパクトな圧力制御弁を提供する。【解決手段】空気供給源からの元空気圧力をパイロット圧力に応じて出力するために、パイロット圧力に応じて作動する調圧部３を備えた圧力制御弁１において、応荷重の力を蓄えるとともに、蓄えた力が解放されると当該力が前記調圧部３に作用し、当該力に応じて前記調圧部３が作動する応荷重機能部５を一体的に備えている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給源からの元空気圧力をパイロット圧力に応じて出力するために、パイロット圧力に応じて作動する調圧部を備えた圧力制御弁において、
応荷重の力を蓄えるとともに、蓄えた力が解放されると当該力が前記調圧部に作用し、当該力に応じて前記調圧部が作動する応荷重機能部を一体的に備えていることを特徴とする応荷重機能付き圧力制御弁。
【請求項２】
前記応荷重機能部は、電磁力によって前記力が解放されないように保持する電磁保持部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圧力制御弁。
【請求項３】
前記応荷重機能部は、応荷重信号に応じた力を蓄える蓄力部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力制御弁。
【請求項４】
前記蓄力部は、
応荷重信号に応じて駆動される電動機と、
前記電動機の駆動によってばね力が蓄えられるばねと、
前記ばね力解放時の力を前記調圧部に作用させる作用体と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の応荷重機能付き圧力制御弁。
【請求項５】
前記パイロット圧を供給する電磁弁を一体的に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の応荷重機能付き圧力制御弁。
【請求項６】
少なくとも前記電磁弁を制御する制御回路を圧力制御弁のケーシング内に備えていることを特徴とする請求項５記載の応荷重機能付き圧力制御弁。
【発明の詳細な説明】
【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用いられる応荷重機能付き圧力制御弁（中継弁）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中継弁は、ブレーキ指令に応じたパイロット圧に基づき、元空気圧力を調圧してブレーキシリンダ圧力を出力するものである。このような中継弁を備えた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。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】
非常ブレーキ用として空気ばね圧により作動する応荷重弁を備えている場合、応荷重弁まわりの空気圧配管やその他の空気圧機器が必要とされ、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。
例えば、応荷重弁には、車両前後の空気ばね圧を導くための空気圧配管が必要である。また、応荷重弁の出力圧を得るための元空気圧力を導くための空気圧配管も必要である。さらに、応荷重弁と中継弁を繋ぐ空気圧配管や、当該空気圧配管途中の非常電磁弁も必要となる。
そこで、本発明は、応荷重機能付きのコンパクトな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】
本発明は、空気供給源からの元空気圧力をパイロット圧力に応じて出力するために、パイロット圧力に応じて作動する調圧部を備えた圧力制御弁において、応荷重の力を蓄えるとともに、蓄えた力が解放されると当該力が前記調圧部に作用し、当該力に応じて前記調圧部が作動する応荷重機能部を一体的に備えていることを特徴とする応荷重機能付き圧力制御弁である。
【０００６】
本発明によれば、圧力制御弁に応荷重機能部が一体的に備わっているため、従来のように圧力制御弁と応荷重弁をつなぐ空気圧配管、およびその途中に設けていた非常電磁弁を不要にできる。
【０００７】
また、前記応荷重機能部は、電磁力によって前記力が解放されないように保持する電磁保持部を備えているのが好ましく、この場合、応荷重機能部の作動（蓄えた力の解放）を電気的に行うことができる。
【０００８】
さらに、前記応荷重機能部は、応荷重信号に応じた力を蓄える蓄力部を備えているのが好ましい。この場合、従来の応荷重弁のように当該応荷重弁へ応荷重空気圧を伝えるための空気圧配管が不要になる。
【０００９】
そして、前記蓄力部は、応荷重信号に応じて駆動される電動機と、前記電動機の駆動によってばね力が蓄えられるばねと、前記ばね力解放時の力を前記調圧部に作用させる作用体と、を備えているのが好ましい。この場合、応荷重信号に応じて電動機が駆動されてばね力が蓄えられる。
【００１０】
また、本発明の圧力制御弁は、前記パイロット圧を供給する電磁弁を一体的に備えているのが好ましく、この場合、電磁弁と圧力制御弁との間の空気圧配管を不要にできる。
【００１１】
さらに、本発明の圧力制御弁は、少なくとも前記電磁弁を制御する制御回路を圧力制御弁のケーシング内に備えているのが好ましく、制御回路を制御対象に近づけることでノイズによる影響を抑えることができる。
【００１２】
【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、応荷重機能付き圧力制御弁（中継弁）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、鉄道車両の一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。
【００１３】
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（圧力制御弁本体）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。
【００１４】
図２は、中継弁１内部の配置図であり、中継弁ハウジング８内に、前記中継弁本体３と応荷重機能部５とが上下方向に並置状態で一体的に設けられている。また、中継弁本体３の側部には、常用ブレーキ用電磁弁４が取り付けられており、電磁弁４から中継弁本体３に直接（空気圧配管なしで）パイロット圧力ＡＣを与えられるようになっている。電磁弁４下方の空間には、制御回路６が配置されている。この中継弁１では、上記構成３，４，５，６がハウジング８に内蔵されており、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。
【００１５】
図３は、中継弁１の詳細な内部構造図であり、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。
【００１６】
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３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。
【００１７】
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。
【００１８】
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給排弁棒１２は上下方向（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
一方、電磁クラッチ３３がＯＦＦになると、図４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。
【００３１】
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部となっている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
なお、制御回路６では、前記電磁弁４を制御して滑走防止制御をすることもでき、中継弁１によって滑走防止が達成できるため、小型化・軽量化を図ることができる。また、制御回路６は、制御対象である電磁弁４や電動機２１の近傍に配置されているため、ノイズの影響を抑えることができる。
【００３５】
図５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。
【００３６】
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。
【００３７】
図６及び図７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６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）。
【００３８】
図７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）。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
そして、中継弁１には、空気供給源に繋がる元空気圧配管（電磁弁４及び中継弁本体３の出力圧用）と、ブレーキシリンダ圧出力用の空気配管とを準備すればよく、配管が簡素になる、ブレーキシステムの小型化・軽量化を図ることができる。
【００４３】
さらに、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。
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。
【００４４】
【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】圧力制御弁（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】中継弁の内部配置図である。
【図３】中継弁の概略断面図である。
【図４】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５】非常ブレーキ時の処理フローチャートである。
【図６】非常ブレーキ緩め時の処理フローチャートである。
【図７】応荷重ばね力の蓄力処理フローチャートである。
【符号の説明】
１  中継弁（圧力制御弁）
３  中継弁本体（調圧部）
５  応荷重機能部
６  ブレーキ制御部（制御回路）
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
【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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【図６】
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【図７】
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