JP7659251B2 - 空気制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、空気制御装置に関する。

従来、鉄道車両の高さ調整装置としては、特許文献１に記載されているものがある。この高さ調整装置は、空気ばね、三方弁、制御装置、及び空気供給源を備える。制御装置は、三方弁を制御することで空気ばねを空気供給源或いは圧縮空気の排出側に選択的に連通させる。このようにして、空気ばね内に供給する空気の量を調整することで、空気ばねの高さを調整する。この高さ調整装置は、車両を使用していないときに三方弁の圧縮空気の排出側を閉鎖することで空気が空気ばねや空気供給源から外部に漏れることを防止する。

特開２０１５－２１４２５７号公報

上記高さ調整装置において、車両を使用しない場合に仮に空気が三方弁から圧縮空気の排出側に漏れると、空気が空気ばねや空気供給源から外部に漏れることになるが、そのような空気漏れを確実に防止できると好ましい。更には、そのような空気漏れの防止を、空気を双方向に流動させることが必要な箇所で行うことができれば、高さ調整装置の設計の自由度を高くできて好ましい。

そこで、本開示の目的は、空気が第１空気案内通路と第２空気案内通路との間を双方向に自在に流動することが可能であると共に、空気が第１空気案内通路と第２空気案内通路との間を流動することを確実に防止することもできる空気制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示に係る空気制御装置は、軸部材と、前記軸部材を第１方向に進退させる進退駆動機構と、空気供給源に接続される吸気通路と、外部に連通する排気通路と、第１弁体及び第２弁体と、共に外部に連通する第１空気案内通路及び第２空気案内通路と、前記第２弁体における第２方向の一方側が露出すると共に、空気が充填される空気充填室と、を備え、前記進退駆動機構が前記軸部材を前記第１方向の一方側に第１位置まで前進させると、前記第１弁体が前記軸部材に押圧されて前記第１方向の一方側に移動することで、前記空気充填室が前記排気通路に連通せずに前記吸気通路に連通して空気が前記吸気通路から前記空気充填室に流動するようにできて、その空気の流動で前記第２弁体が前記第２方向の他方側に移動することで前記第１空気案内通路と前記第２空気案内通路が内部で連通又は遮断するようにでき、前記進退駆動機構が前記軸部材を前記第１方向の他方側に第２位置まで後退させると、前記第１弁体が気圧によって前記第１方向の他方側に移動して弁座に着座することで、前記空気充填室が前記吸気通路と連通せずに前記排気通路と連通して前記第２弁体が気圧によって前記第２方向の一方側に移動し、前記第１空気案内通路と前記第２空気案内通路が内部で遮断又は連通するようにでき、前記第１弁体を前記第１方向の他方側に付勢する第１弁体付勢手段を備える。

なお、上記軸部材が第１位置に位置しているときに、第１空気案内通路と第２空気案内通路が内部で連通する場合、上記軸部材が第２位置に位置しているときに、第１空気案内通路と第２空気案内通路が内部で遮断されるものとする。また、逆に、上記軸部材が第１位置に位置しているときに、第１空気案内通路と第２空気案内通路が内部で遮断される場合、上記軸部材が第２位置に位置しているときに、第１空気案内通路と第２空気案内通路が内部で連通するものとする。

本開示によれば、軸部材を第１位置まで前進させるだけで、空気の流れを制限することなく第１空気案内通路と第２空気案内通路を連通できるか又は遮断でき、また、その逆に、軸部材を第２位置まで後退させるだけで、空気の流れを制限することなく第１空気案内通路と第２空気案内通路を遮断できるか又は連通できる。

また、第１弁体を第１方向の他方側に付勢する第１弁体付勢手段を備えているので、進退駆動機構が軸部材を第２位置に後退させたときに、第１弁体が受ける気圧に関係なく第１弁体を第１方向の他方側に確実に移動させることができ、空気充填室と吸気通路の遮断を確実に実行できる。また、第１弁体付勢手段が第１弁体に付与する力によって第１弁体の姿勢を安定させることができ、第１弁体を第１方向に円滑に進退させることができる。

また、本開示の空気制御装置において、前記第２弁体を前記第２方向の一方側に付勢する第２弁体付勢手段を備えてもよい。

本構成によれば、進退駆動機構が軸部材を第２位置に後退させたときに、第２弁体が受ける気圧に関係なく第２弁体を第２方向の一方側に確実に移動させることができ、第１空気案内通路と第２空気案内通路を内部で確実に遮断できるか、又は連通させることができる。

また、本開示の空気制御装置において、前記軸部材が、その一方側端面に開口を有する内部通路を有し、前記軸部材が第２位置に位置したとき、前記空気充填室が前記内部通路を介して前記排気通路に連通してもよい。

本構成によれば、軸部材内に設けた内部通路を用いて空気充填室内の空気を外部に排気できるので、コンパクトな空気制御装置を構築し易い。

また、本開示の空気制御装置において、前記第２弁体が前記第１空気案内通路に前記第２方向の他方側に露出する第１他方側露出部を有し、前記第１他方側露出部の面積が、前記第２弁体において前記空気充填室に前記第２方向の一方側に露出する一方側露出部の面積よりも小さくてもよい。

本構成によれば、空気充填室に供給した空気が第２弁体を第２方向の他方側に押圧する力を第１空気案内通路内に存在する空気が第２弁体を第２方向の一方側に押圧する力よりも大きくすることを容易に実現できる。よって、空気充填室に供給する空気の量を調整するだけで、第２弁体の動きを精密に制御できて、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の空気の流動又はその遮断を正確かつ確実に実行できる。

また、本開示の空気制御装置において、前記第２弁体が前記第２空気案内通路に前記第２方向の他方側に露出する第２他方側露出部を有し、前記第２他方側露出部の面積が、前記第２弁体において前記空気充填室に前記第２方向の一方側に露出する一方側露出部の面積よりも小さくてもよい。

本構成によれば、空気充填室に供給した空気が第２弁体を第２方向の他方側に押圧する力を第２空気案内通路内に存在する空気が第２弁体を第２方向の一方側に押圧する力よりも大きくすることを容易に実現できる。よって、空気充填室に供給する空気の量を調整するだけで、第２弁体の動きを精密に制御できて、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の空気の流動又はその遮断を正確かつ確実に実行できる。

また、本開示の第１の態様の空気ばね制御装置は、鉄道車両に設置される空気ばねと、本開示の空気制御装置と、前記空気供給源に連通可能な第１ポート、前記空気ばねに連通可能な第２ポート、及び外部に連通可能な第３ポートを有する三方弁と、を備え、前記空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの一方が前記空気供給源に接続され、前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの他方が前記第１ポートに接続されている。

本開示によれば、本開示の空気制御装置が空気供給源と三方弁と間に接続されている。したがって、鉄道車両の不使用時に、空気が空気供給源から三方弁側に漏れることを空気制御装置で確実に防止でき、空気が空気供給源から外部に漏れることを確実に防止できる。

また、本開示の第２の態様の空気ばね制御装置は、鉄道車両に設置される空気ばねと、本開示の空気制御装置と、前記空気供給源に連通可能な第１ポート、前記空気ばねに連通可能な第２ポート、及び外部に連通可能な第３ポートを有する三方弁と、を備え、前記空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの一方が前記第２ポートに接続され、前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの他方が前記空気ばねに接続されている。

本開示によれば、本開示の空気制御装置が三方弁と空気ばねとの間に接続されている。したがって、本開示の空気制御装置では、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の双方向の空気の流動を実現できるので、鉄道車両の使用時における空気ばね内の空気量の調整を自在に行うことができる。

更には、鉄道車両の不使用時に、空気が空気ばねから三方弁側に漏れることを空気制御装置で確実に防止でき、空気が空気ばねから外部に漏れることを確実に防止できる。

なお、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の一方向の空気の流動しか実現できない空気制御装置の場合、空気制御装置を第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の双方向の空気の流動が必須である三方弁と空気ばねの間に接続することができない。よって、双方向の空気の流動が可能な本開示の空気制御装置を用いれば、空気ばね制御装置の設計自由度を高くできる。

また、本開示の第３の態様の空気ばね制御装置は、鉄道車両に設置される空気ばねと、本開示の第１空気制御装置と、本開示の第２空気制御装置と、前記空気供給源に連通可能な第１ポート、前記空気ばねに連通可能な第２ポート、及び外部に連通可能な第３ポートを有する三方弁と、を備え、前記第１空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの一方が前記空気供給源に接続されると共に、前記第１空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの他方が前記第１ポートに接続され、前記第２空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの一方が前記第２ポートに接続されると共に、前記第２空気制御装置における前記第１空気案内通路及び前記第２空気案内通路のうちの他方が前記空気ばねに接続されている。

本開示によれば、鉄道車両の使用時における空気ばね内の空気量の調整を自在に行うことができる。また、鉄道車両の不使用時に、空気が空気供給源や空気ばねから外部に漏れることを確実に防止できる。

本開示に係る空気制御装置によれば、空気が第１空気案内通路と第２空気案内通路との間を双方向に自在に流動することが可能であると共に、空気が第１空気案内通路と第２空気案内通路との間を流動することを確実に防止することもできる。そして、本開示に係る空気制御装置によれば、例えば、空気が空気ばねと空気供給源の少なくとも一方から外部に漏れることを確実に防止できる空気ばね制御装置を容易に構築でき、しかもそのような空気ばね制御装置の設計自由度も高くできる。

本開示の第１実施形態に係る空気ばね制御装置の概略構成図である。 第１空気制御装置の主要部の断面図である。 第１弁体を第１方向の他方側から見たときの模式平面図である。 軸部材が第１位置まで前進した状態を示す第１空気制御装置の第１弁体付近の拡大断面図である。 軸部材が第２位置まで後退した状態を示す第１空気制御装置の第１弁体付近の拡大断面図である。 本開示の第２実施形態の空気制御装置の主要部の断面図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。また、以下の図面及び明細書において、Ｘ方向は第１方向であり、Ｙ方向は第２方向である。なお、本実施例では、Ｘ方向がＹ方向に直交する場合について説明するが、Ｘ方向はＹ方向に直交しなくてもよく、Ｘ方向がＹ方向に対して９０度以外の角度で傾斜してもよい。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る空気ばね制御装置１の概略構成図である。鉄道車両（以下、単に車両という）は、例えば、その前後左右に４つの空気ばね５を備える。車両が高速走行する電車、例えば、新幹線や在来特急等に用いられる場合、当該電車がカーブを走行する際、車両の幅方向の一方側の２つの空気ばね５の高さを幅方向の他方側の２つの空気ばね５の高さよりも高くすることで車両を傾かせる。そのようにすれば、当該電車がカーブを高速で安定に走行することができる。空気ばね制御装置１は、車両、例えば、新幹線や在来特急の車両等に設置され、１つの空気ばね５の高さを調整する。

図１に示すように、空気ばね制御装置１は、車両に設置される空気ばね５、本開示の第１実施形態の第１空気制御装置１０、本開示の第１実施形態の第２空気制御装置１５、三方弁２０、及び制御装置２５を備える。三方弁２０は、コンプレッサ４を有して圧縮空気を吐出する空気供給源３に連通可能な第１ポート２１、空気ばね５に連通可能な第２ポート２２、及び外部に連通可能な第３ポート２３を有する。三方弁２０は、制御装置２５からの制御信号に基づいて、第２ポート２２を第１ポート２１に接続するか又は第３ポート２３に接続する。三方弁２０は、公知の如何なる構造を有してもよい。

第１空気制御装置１０は、空気供給源３と第１ポート２１との間に接続される。詳しくは、第１空気制御装置１０は、空気ばね５に供給する空気が流動する２つのポート１１,１２を有し、一方のポート１１が空気供給源３に接続され、他方のポート１２が第１ポート２１に接続される。第１空気制御装置１０は、２つのポート１１,１２以外に吸気通路のポート１３と排気通路のポート１４を有する。吸気通路のポート１３は、空気供給源３に接続され、排気通路のポート１４は、外部に開放される。第１空気制御装置１０の各ポート１１,１２,１３,１４を用いた動作は、以下で図２～図５を用いて詳細に説明する。

第２空気制御装置１５は、第１空気制御装置１０と同一の空気制御装置である。第２空気制御装置１５は、第２ポート２２と空気ばね５との間に接続される。第２空気制御装置１５は、空気ばね５との間で空気を双方向に流動させるための２つのポート１６,１７を有し、一方のポート１６が第２ポート２２に接続され、他方のポート１７が空気ばね５に接続される。第２空気制御装置１５も、２つのポート１６,１７以外に吸気通路のポート１８と排気通路のポート１９を有する。吸気通路のポート１８は、空気供給源３からの空気の流れにおける第１空気制御装置１０よりも上流側に接続され、空気供給源３に直接接続される。また、排気通路のポート１９は、外部に開放される。

図２は、第１空気制御装置１０の主要部の断面図である。次に図２を用いて第１空気制御装置１０の構造を詳細に説明する。第２空気制御装置１５は、第１空気制御装置１０と同一であるので、第２空気制御装置１５の構造の説明は省略する。図２に示すように、第１空気制御装置１０は、ハウジング（ケース）３０、ソレノイド３１、ハウジング３０内にＸ方向（第１方向）に進退可能に設置される第１弁体３５、ハウジング３０内にＹ方向（第２方向）に進退可能に設置される第２弁体３６、第１弁体付勢手段の一例としての第１コイルスプリング６７、及び第２弁体付勢手段の一例としての第２コイルスプリング６８を備える。

ハウジング３０は、金属又は樹脂等で構成され、空気供給源３（図１参照）に第３ポート１３を介して接続される吸気通路３３、第４ポート１４（図１参照）を介して外部に連通する排気通路３４、外部に連通する第１空気案内通路３７、及び外部に連通する第２空気案内通路３８を有する。第１空気案内通路３７及び第２空気案内通路３８のうちの一方は、空気供給源３（図１参照）に接続され、第１空気案内通路３７及び第２空気案内通路３８のうちの他方は、三方弁３０（図１参照）の第１ポート２１に接続される。第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８のどちらを空気供給源３に接続しても、第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８を流れる空気の流れの向きが変わるだけで、第１空気制御装置１０の動作は変わらない。よって、以下では、第１空気案内通路３７を空気供給源３に接続し、第２空気案内通路３８を三方弁２０の第１ポート２１に接続した場合の動作について説明する。

ハウジング３０は、更に、吸気通路３３の第３ポート１３側とは反対側に連通する第１弁体収容室４１、第１弁体収容室４１と排気通路３４に連通する軸部材収容室４２、軸部材収容室４２に接続通路４３を介して接続される空気充填室４５、及び第２弁体３６の段部５９ｂにＹ方向に対向すると共に図示しない内部通路を介して外部に連通する環状の段部対向室４７を有する。

ソレノイド３１は、可動鉄心を構成する軸部材（アクチュエータロッド）５１、コイル５２、固定鉄心５３、コイルスプリング５４、及び図示しない電力供給装置を有する。軸部材５１は、Ｘ方向に延在する。軸部材収容室４２は、軸部材５１が先端側に有する円筒外周面に対応する円筒内周面を有し、軸部材５１の先端側は、当該円筒内周面に対してＸ方向の双方向に摺動する。

軸部材５１には、その先端面に開口すると共にＸ方向に延在する部分を含む内部通路５１ａが設けられている。この内部通路５１ａは、排気通路３４に連通している。また、Ｘ方向に関して、排気通路３４における軸部材収容室４２への接続箇所と、接続通路４３における軸部材収容室４２への接続箇所との間に位置するＸ方向位置で、軸部材５１の外周面と軸部材収容室４２の内周面との間がＯリング５５で密封されている。このため、空気充填室４５と排気通路３４は、内部通路５１ａを介してのみ連通できるようになっている。

制御装置２５（図１参照）の制御によって上記電力供給装置からの電力でコイル５２に電流が流れると磁場が発生し、軸部材５１が電磁誘導の法則に基づく電磁気力によってＸ方向他方側（図２の紙面の左側）に固定鉄心５３へ吸引される。そして、その電磁気力によって、軸部材５１がコイルスプリング５４を圧縮するようにＸ方向他方側に後退する。

一方、制御装置２５からの制御によって電力供給装置からコイル５２に電力が供給されず、コイル５２に電流が流れなくなると、上記電磁気力が消滅し、軸部材５１がコイルスプリング５４から受ける付勢力によってＸ方向一方側（図２の紙面の右側）に前進する。コイル５２、固定鉄心５３、コイルスプリング５４、及び図示しない電力供給装置は、軸部材５１をＸ方向に進退させる進退駆動機構５７を構成する。なお、軸部材５１及び進退駆動機構５７を、ソレノイドで構成した。しかし、進退駆動機構は、軸部材をＸ方向に進退させることが可能な如何なる機構で構成されてもよく、例えば、進退駆動機構は、軸部材に付与するＸ方向の流体圧、例えば、油圧又は空気圧等を調整することで、軸部材をＸ方向に進退させる流体圧付与機構等で構成されてもよい。

第１弁体収容室４１は、軸部材収容室４２に連通する開口を取り囲むように位置する円環状の弁座４１ａを有する。弁座４１ａは、Ｘ方向に略平行に広がる。第１弁体３５は、Ｘ方向に略平行に広がる第１端面部３５ａをＸ方向他方側に有し、Ｘ方向に略平行に広がる第２端面部３５ｂをＸ方向一方側に有する。軸部材５１がＸ方向他方側に後退して軸部材５１が第１弁体３５に非接触な状態になると、第１弁体３５が、吸気通路３３を介して供給される空気の圧力によってＸ方向他方側に押圧され、第１端面部３５ａが弁座４１ａに着座し、吸気通路３３が軸部材収容室４２に対して遮断されるようになっている。

図３は、第１弁体３５をＸ方向他方側から見たときの模式平面図である。図３に示すように、第１弁体収容室４１は、円筒内周面４１ｂを有する。また、第１弁体３５は、金属製の本体６０と、円板形状のゴムで構成される円板部６１を有する。円板部６１は、本体６０の中央部に設けられた円板状の凹部に嵌め込み固定されている。本体６０の外縁６０ａは、波形状を有し、本体６０の外縁６０ａには、円筒内周面４１ｂに接触する突部６０ｂと、円筒内周面４１ｂに間隔をおいて径方向に対向する凹部６０ｃとが周方向に交互に現れる。

軸部材５１が第１弁体３５に非接触な状態になると、ゴム製の円板部６１が円環状の弁座４１ａに着座するようになっている。円板部６１のＸ方向他方側の面は、第１端面部３５ａに含まれる。ゴム製の円板部６１を弁座４１ａに着座させることで、軸部材５１がＸ方向他方側に後退したときに、円板部６１を弁座４１ａに密着させることができ、円板部６１と弁座４１ａの間を空気が通過することを確実に防止できる。

図２に示すように、第１コイルスプリング６７は、Ｘ方向に延在する。第１コイルスプリング６７のＸ方向の他方側端部は、第１弁体３５の第２端面部３５ｂに接触し、第１コイルスプリング６７のＸ方向の一方側端部は、第１弁体収容室４１におけるＸ方向一方側の内面部に接触している。

第１コイルスプリング６７は、ハウジング３０に対して第１弁体３５をＸ方向他方側（図２の紙面における左が側）に付勢する。第１コイルスプリング６７を設けることで、軸部材５１が第１弁体３５に非接触な状態になったときに、第１弁体収容室４１内の気圧に無関係に円板部６１を弁座４１ａに着座させることができる。また、第１コイルスプリング６７を設けることで、第１弁体３５がＸ方向に移動するときの第１弁体３５の姿勢を安定させることができ、第１弁体３５をＸ方向に円滑に進退させることができる。

第２弁体３６は、Ｙ方向に延在する中心軸を有する。第２弁体３６は、Ｙ方向一方側（図２の紙面における上側）に位置する第１ブロック部３６ａ、Ｙ方向他方側に位置する第２ブロック部３６ｂ、及び第１ブロック部３６ａと第２ブロック部３６ｂを連結する柱状の連結部３６ｃを有する。第１ブロック部３６ａ、第２ブロック部３６ｂ、及び柱状の連結部３６ｃの夫々の中心軸は、Ｙ方向に延在する同一の直線上に略位置する。第１ブロック部３６ａの最大外径は、第２ブロック部３６ｂの最大外径よりも大きく、第２ブロック部３６ｂの最大外径は、連結部３６ｃの最大外径よりも大きい。

第１ブロック部３６ａは、ハウジング３０内に設けられた第１ブロック収容室４８に収容される。第１ブロック部３６ａを第１ブロック収容室４８に収容した状態で、第１ブロック部３６ａのＹ方向一方側が空気充填室４５に露出し、第１ブロック部３６ａのＹ方向他方側が第１ブロック収容室４８のＹ方向他方側に生じる第１ブロック他方側室６３に露出する。第１ブロック他方側室６３は、第１空気案内通路３７の一部を構成する。

第１ブロック部３６ａは、Ｙ方向一方側に位置する大径部５９ａと、大径部５９ａのＹ方向他方側の端部に繋がって当該端部から径方向内方に延在する段部５９ｂと、段部５９ｂの径方向内方側の端部に環状の凹５９ｃ部を介して繋がる小径部５９ｄを有する。このため、第１ブロック部３６ａのＹ方向一方側の端面の外径（矢印Ｄ１で示す）は、第１ブロック部３６ａのＹ方向他方側の端面の外径（矢印Ｄ２で示す）よりも大きくなっている。換言すると、第２弁体３６が第１空気案内通路３７にＹ方向他方側に露出する第１他方側露出部７０を有し、第１他方側露出部７０の面積が、第２弁体３６において空気充填室４５にＹ方向一方側に露出する一方側露出部７１の面積よりも小さくなっている。第１他方側露出部７０は、第１ブロック部３６ａのＹ方向他方側の端面に一致し、一方側露出部７１は、第１ブロック部３６ａのＹ方向一方側の端面に一致する。

段部対向室４７は、Ｙ方向における空気充填室４５と第１ブロック他方側室６３との間に位置する。空気充填室４５と段部対向室４７との間は、大径部５９ａの円筒外周面に設けられた環状溝と第１ブロック収容室４８の第１円筒内周面との間に配置されたＯリング７４,７５で遮断されている。また、段部対向室４７と第１ブロック他方側室６３との間は、小径部５９ｄの円筒外周面に設けられた環状溝と第１ブロック収容室４８の第２円筒内周面との間に配置されたＯリング７６で遮断されている。段部対向室４７は、段部５９ｂにＹ方向に対向している。段部対向室４７は、上述のように図示しない内部通路を介して外部に連通している。

第２ブロック部３６ｂは、環状溝８１ａを有する金属製の本体８１と、環状のゴムで構成されると共に環状溝に固定されたシール部材８２とを有する。第２ブロック部３６ｂのＹ方向他方側は、第２空気案内通路３８に露出する。第２空気案内通路３８は、第１空気案内通路３７側の端部に第１空気案内通路３７側に行くにしたがって縮径すると共に弁座を構成する円錐内周面８６を有し、シール部材８２は、円錐内周面８６に対応する円錐外周面８７を有する。第２弁体３６が、段部対向室４７のＹ方向寸法が小さくなるようにＹ方向他方側に移動すると、シール部材８２がＹ方向他方側に移動して、シール部材８２が弁座を構成する円錐内周面８６から離れた状態となり、その結果、第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８に連通するようになっている。

一方、第２弁体３６が、段部対向室４７のＹ方向寸法が大きくなるようにＹ方向一方側に移動すると、シール部材８２の円錐外周面８７が弁座を構成する円錐内周面８６に着座して密着し、第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８に対して遮断される。第１ブロック部３６ａのＹ方向一方側の端面の外径（矢印Ｄ１で示す）は、第２ブロック部３６ｂのＹ方向他方側の端面の外径（矢印Ｄ３で示す）よりも大きくなっている。換言すると、第２弁体３６は第２空気案内通路３８にＹ方向他方側に露出する第２他方側露出部７２を有し、第２他方側露出部７２の面積は、第２弁体３６において空気充填室４５にＹ方向一方側に露出する一方側露出部７１の面積よりも小さくなっている。第２他方側露出部７２は、第２ブロック部３６ｂのＹ方向他方側の端面に一致する。

第１ブロック部３６ａの上記環状の凹部５９ｃは、Ｙ方向他方側に開口する。第２コイルスプリング６８は、環状の凹部５９ｃと、第１ブロック収容室４８において凹部５９ｃにＹ方向に対向するＹ方向他方側の環状の端面との間に配置される。第２コイルスプリング６８は、ハウジング３０に対して第１ブロック部３６ａをＹ方向一方側に付勢する。第２コイルスプリング６８を設けることで、空気充填室４５が排気通路３４に連通しているとき、第１空気案内通路３７内の空気の気圧や第２空気案内通路３８内の空気の気圧に関係なく、第２弁体３６をＹ方向一方側（図２の紙面における上側）に移動させることができる。そして、シール部材８２の円錐外周面８７を弁座を構成する円錐内周面８６に確実に着座させて密着させることができ、第１空気案内通路３７を第２空気案内通路３８に対して確実に遮断することができる。

上記構成において、ソレノイド３１のコイル５２への電力を遮断したとする。すると、軸部材５１がＸ方向一方側に前進して第１弁体３５の円板部６１をＸ方向一方側に押圧し、円板部６１が軸部材５１の先端面に密着した状態で軸部材５１と一体になってＸ方向一方側に移動する。すると、図４に示すように、円板部６１が先端面に存在する内部通路５１ａの開口を塞いだ状態で、円板部６１が弁座４１ａからＸ方向一方側に離れ、吸気通路３３が、内部通路５１ａに連通できない一方、第１弁体３５の本体６０の外縁６０ａ（図３参照）に設けられた凹部６０ｃと接続通路４３を介して空気充填室４５（図２参照）に連通し、空気供給源３から高圧の空気が空気充填室４５に供給される。

すると、第２弁体３６において第１空気案内通路３７にＹ方向他方側に露出する第１他方側露出部７０の面積が、第２弁体３６において空気充填室４５にＹ方向一方側に露出する一方側露出部７１の面積よりも小さくなっているため、第２弁体３６が一方側露出部７１を介してＹ方向他方側に受ける力が、第２弁体３６が第１他方側露出部７０を介してＹ方向一方側に受ける力よりも大きくなる。その結果、第２弁体３６が段部対向室４７の容積を小さくするようにＹ方向他方側に移動し、第２ブロック部３６ｂのシール部材８２が弁座を構成する円錐内周面８６からＹ方向他方側に離れ、第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８と連通する。

一方、ソレノイド３１のコイル５２に電力を供給したとする。すると、図５に示すように、軸部材５１がＸ方向他方側に後退して第１弁体３５の円板部６１からＹ方向他方側に離れる。また、第１弁体３５が吸気通路３３から供給される高圧の空気の圧力によってＸ方向他方側に移動して、第１弁体３５の円板部６１が第１弁体収容室４１の弁座４１ａに着座して密着する。このため、接続通路４３が、吸気通路３３と遮断する一方、内部通路５１ａを介して排気通路３４に連通する。

すると、空気充填室４５が排気通路３４を介して１気圧程度の外部に連通するため、第２弁体３６が、第１空気案内通路３７にＹ方向他方側に露出する第１他方側露出部７０を介して第１空気案内通路３７内の高圧の空気から受けるＹ方向一方側の力によってＹ方向一方側に移動する。その結果、第２ブロック部３６ｂのシール部材８２が第２空気案内通路３８の円錐内周面８６に着座して密着し、第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８に対して遮断される。

なお、軸部材５１がＸ方向一方側に前進して軸部材５１がＸ方向一方側に押圧した第１弁体３５が弁座４１ａからＸ方向一方側に離れているときの軸部材５１の位置が、軸部材５１の第１位置である。また、軸部材５１がＸ方向他方側に後退して第１弁体３５が弁座４１ａに着座して、更に、軸部材５１が第１弁体３５からＸ方向他方側に離れているときの軸部材５１の位置が、軸部材５１の第２位置である。

以上、第１空気制御装置は、軸部材５１と、軸部材５１をＸ方向（第１方向）に進退させる進退駆動機構５７と、空気供給源３に接続される吸気通路３３と、外部に連通する排気通路３４と、第１弁体３５及び第２弁体３６と、共に外部に連通する第１空気案内通路３７及び第２空気案内通路３８と、第２弁体３６におけるＹ方向（第２方向）の一方側が露出すると共に、空気が充填される空気充填室４５を備える。また、進退駆動機構５７が軸部材５１をＸ方向一方側（図２の紙面における右側）に第１位置まで前進させると、第１弁体３５が軸部材５１に押圧されてＸ方向一方側に移動することで、空気充填室４５が排気通路３４に連通せずに吸気通路３３に連通して空気が吸気通路３３から空気充填室４５に流動するようにできる。そして、その空気の流動で第２弁体３６がＹ方向他方側（図２の紙面における下側）に移動することで第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８が内部で連通するようにできる。また、進退駆動機構５７が軸部材５１をＸ方向他方側（図２の紙面における左側）に第２位置まで後退させると、第１弁体３５が気圧によってＸ方向他方側に移動して弁座４１ａに着座するようにできる。そして、空気充填室４５が吸気通路３３と連通せずに排気通路３４と連通して第２弁体３６が気圧によってＹ方向一方側（図２の紙面における上側）に移動し、第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８が内部で遮断するようにできる。

したがって、軸部材５１を第１位置まで前進させるだけで、空気の流れを制限することなく第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８を連通でき、また、その逆に、軸部材５１を第２位置まで後退させるだけで、空気の流れを制限することなく第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８を遮断できる。

また、第１弁体３５をＸ方向他方側に付勢する第１コイルスプリング（第１弁体付勢手段）３７を備えてもよい。

本構成によれば、進退駆動機構５７が軸部材５１を第２位置に後退させたときに、第１弁体３５が受ける気圧に関係なく第１弁体３５をＸ方向他方側に確実に移動させることができる。また、第１コイルスプリング６７が第１弁体３５に付与する力によって第１弁体３５の姿勢を安定させることができ、第１弁体３５をＸ方向に円滑に進退させることができる。

また、第２弁体３６をＹ方向一方側に付勢する第２コイルスプリング（第２弁体付勢手段）３８を備えてもよい。

本構成によれば、進退駆動機構５７が軸部材５１を第２位置に後退させたときに、第２弁体３６が受ける気圧に関係なく第２弁体３６をＹ方向一方側に確実に移動させることができ、第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８を内部で確実に遮断できる。

また、軸部材５１が、その一方側端面に開口を有する内部通路５１ａを有し、軸部材５１が第２位置に位置したとき、空気充填室４５が内部通路５１ａを介して排気通路３４に連通してもよい。

本構成によれば、軸部材５１内に設けた内部通路５１ａを用いて空気充填室４５内の空気を外部に排気できるので、コンパクトな第１空気制御装置１０を構築し易い。

また、第２弁体３６が第１空気案内通路３７にＹ方向他方側に露出する第１他方側露出部７０を有し、第１他方側露出部７０の面積が、第２弁体３６において空気充填室４５にＹ方向一方側に露出する一方側露出部７１の面積よりも小さくてもよい。

本構成によれば、空気充填室４５に供給した空気が第２弁体３６をＹ方向他方側に押圧する力を第１空気案内通路３７内に存在する空気が第２弁体３６をＹ方向一方側に押圧する力よりも大きくすることを容易に実現できる。よって、空気充填室４５に供給する空気の量を調整するだけで、第２弁体３６の動きを精密に制御できて、第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８との間の空気の流動又はその遮断を正確かつ確実に実行できる。

また、第２弁体３６が第２空気案内通路３８にＹ方向他方側に露出する第２他方側露出部７２を有し、第２他方側露出部７２の面積が、一方側露出部７１の面積よりも小さくてもよい。

本構成によれば、空気充填室４５に供給した空気が第２弁体３６をＹ方向他方側に押圧する力を第２空気案内通路３８内に存在する空気が第２弁体３６をＹ方向一方側に押圧する力よりも大きくすることを容易に実現できる。よって、空気充填室４５に供給する空気の量を調整するだけで、第２弁体３６の動きを精密に制御できて、第１空気案内通路３７と第２空気案内通路３８との間の空気の流動又はその遮断を正確かつ確実に実行できる。

また、空気ばね制御装置１は、鉄道車両に設置される空気ばね５と、本開示の第１空気制御装置１０と、空気供給源３に連通可能な第１ポート２１、空気ばね５に連通可能な第２ポート２２、及び外部に連通可能な第３ポート２３を有する三方弁２０を備える。また、第１空気制御装置１０における第１空気案内通路３７及び第２空気案内通路３８のうちの一方が空気供給源３に接続され、第１空気案内通路３７及び第２空気案内通路３８のうちの他方が第１ポート２１に接続されている。

本開示によれば、第１空気制御装置１０が空気供給源３と三方弁２０と間に接続されている。したがって、鉄道車両の不使用時に、空気が空気供給源３から三方弁２０側に漏れることを第１空気制御装置１０で確実に防止でき、空気が空気供給源３から外部に漏れることを確実に防止できる。

また、空気ばね制御装置１は、鉄道車両に設置される空気ばね５と、第２空気制御装置１５と、空気供給源３に連通可能な第１ポート２１、空気ばね５に連通可能な第２ポート２２、及び外部に連通可能な第３ポート２３を有する三方弁２０を備える。また、第２空気制御装置１５における第１空気案内通路及び第２空気案内通路のうちの一方が第２ポート２２に接続され、第１空気案内通路及び第２空気案内通路のうちの他方が空気ばね５に接続されている。

本開示によれば、本開示の第２空気制御装置１５が三方弁２０と空気ばね５との間に接続されている。したがって、第２空気制御装置１５では、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の双方向の空気の流動を実現できるので、鉄道車両の使用時における空気ばね５内の空気量の調整を自在に行うことができる。

更には、鉄道車両の不使用時に、空気が空気ばね５から三方弁２０側に漏れることを第２空気制御装置１５で確実に防止でき、空気が空気ばね５から外部に漏れることを確実に防止できる。

なお、第１空気案内通路と第２空気案内通路との間の一方向の空気の流動しか実現できない空気制御装置の場合、空気制御装置を双方向の空気の流動が必要である三方弁と空気ばねの間に接続できない。よって、双方向の空気の流動が可能な第２空気制御装置１５を用いれば、空気ばね制御装置１の設計自由度を高くできる。

また、空気ばね制御装置１は、上述のように接続された、第１空気制御装置１０と、第２空気制御装置１５を備える。したがって、鉄道車両の使用時における空気ばね５内の空気量の調整を自在に行うことができる。また、鉄道車両の不使用時に、空気が空気供給源３や空気ばね５から外部に漏れることを確実に防止できる。

なお、上記第１実施形態では、軸部材５１が第１位置まで前進したときに第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８に連通し、軸部材５１が第２位置まで後退したときに第１空気案内通路３７が第２空気案内通路３８と遮断される場合について説明した。しかし、軸部材が第１位置まで前進したときに第１空気案内通路が第２空気案内通路と遮断され、軸部材が第２位置まで後退したときに第１空気案内通路が第２空気案内通路と連通する構成でもよい。この場合、第２弁体がＹ方向他方側（図２の紙面における下側）に移動したときに、第２弁座が弁座に着座するようにし、第２弁体がＹ方向一方側に移動したときに、第２弁体が弁座から離れるようにするだけでよい。

また、第１空気制御装置１０が、第１弁体３５をＸ方向他方側に付勢する第１コイルスプリング６７と、第２弁体３６をＸ方向一方側に付勢する第２コイルスプリング６８を備える場合について説明した。しかし、第１弁体付勢手段及び第２弁体付勢手段のうちの少なくとも一方を、ゴム材等で作製された弾性体で構成してもよい。また、空気制御装置は、第１弁体付勢手段及び第２弁体付勢手段のいずれか一方を備えなくてもよく、それらの両方を備えなくてもよい。

また、軸部材５１が第２位置まで後退すると、空気充填室４５が軸部材５１の内部通路５１ａを介して排気通路３４に連通する場合について説明した。しかし、軸部材が第２位置まで後退したときに、空気充填室が軸部材の内部通路を介さずに排気通路に連通するようにしてもよい。

また、第１他方側露出部７０の面積が、一方側露出部７１の面積よりも小さくて、第２他方側露出部７２の面積も、一方側露出部７１の面積よりも小さい場合について説明した。しかし、第１他方側露出部の面積が、一方側露出部の面積以上でもよい。また、第２他方側露出部の面積も、一方側露出部の面積以上でもよい。なお、これらの場合、空気制御装置が、第２弁体をハウジングに対してＸ方向一方側に付勢する第２弁体付勢手段を備えることが好ましい。

（第２実施形態）
図６は、本開示の第２実施形態の空気制御装置１１０の概略構成図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成に第１実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。また、第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果及び変形例についての説明を省略する。

図６に示すように、空気制御装置１１０では、ハウジング１３０に設けられる吸気通路１３３のＹ方向の一方側端部が、第１弁体収容室４１に連通する一方、吸気通路１３３のＹ方向の他方側端部は、空気制御装置１１０の内部で第１空気案内通路３７に連通している。そして、吸気通路１３３が、第１空気案内通路３７を介して空気供給源３に接続されている。

また、空気制御装置１１０では、排気通路１３４が、Ｘ方向に延びてソレノイド１３１の軸部材１５１ａをそのＸ方向の一端部から他端部まで貫通する貫通通路１５１ａと、貫通通路１５１ａのＸ方向他方側の端部につながると共にその他方側の端部からＸ方向他方側に延びて外部に連通する外部接続通路１５７とで構成されている。

空気制御装置１１０では、吸気通路１３３に連通する第１空気案内通路３７を、空気の流れの上流側に接続するのが好ましく、例えば空気供給源３に直接接続するのが好ましい。空気制御装置１１０によれば、吸気通路１３３を形成するスペースを削減できるので、コンパクトな空気制御装置１１０を作製できる。また、空気制御装置１１０によれば、排気通路１３４を形成するスペースも削減できるので、その理由からもコンパクトな空気制御装置１１０を作製できる。

なお、吸気通路１３３を採用した上で、排気通路１３４の代わりに第１実施形態の排気通路３４を採用してもよい。また、排気通路１３４を採用した上で、吸気通路１３３の代わりに第１実施形態の排気通路３３を採用してもよい。

本開示は、上記第１及び第２実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、図１を参照して、本開示の空気制御装置は、三方弁２０の第３ポート２３と外部との間に接続されてもよい。より詳しくは、空気制御装置の吸気通路が空気供給源に接続されてもいてもよい。また、本開示の空気制御装置の第１空気案内通路及び第２空気案内通路の一方が、三方弁２０の第３ポート２３に接続され、第１空気案内通路及び第２空気案内通路の他方が外部に開放されてもよい。また、本開示の空気制御装置１０,１５を鉄道車両に設置する場合について説明した。しかし、本開示の空気制御装置は鉄道車両以外の如何なる装置に設置されてもよく、本開示の空気制御装置を鉄道車両以外の如何なる用途に用いてもよい。

１ 空気ばね制御装置、 ３ 空気供給源、 ４ コンプレッサ、 ５ 空気ばね、 １０ 第１空気制御装置、 １５ 第２空気制御装置、 ２０ 三方弁、 ２５ 制御装置、 ３０,１３０ ハウジング、 ３１,１３１ ソレノイド、 ３３,１３３ 吸気通路、 ３４,１３４ 排気通路、 ３５ 第１弁体、 ３６ 第２弁体、 ３６ａ 第１ブロック部、 ３６ｂ 第２ブロック部、 ３６ｃ 連結部、 ３７ 第１空気案内通路、 ３８ 第２空気案内通路、 ４１ 第１弁体収容室、 ４１ａ 弁座、 ４２ 軸部材収容室、 ４３ 接続通路、 ４５ 空気充填室、 ４７ 段部対向室、 ４８ 第１ブロック収容室、 ５１,１５１ 軸部材、 ５１ａ,１５１ａ 内部通路、 ５２ コイル、 ５３ 固定鉄心、 ５４ コイルスプリング、 ５５,７４,７５,７６ Ｏリング、 ５７ 進退駆動機構、 ５９ａ 大径部、 ５９ｂ 段部、 ５９ｃ 凹部、 ５９ｄ 小径部、 ６０ 本体、 ６１ 円板部、 ６３ 第１ブロック他方側室、 ６７ 第１コイルスプリング、 ６８ 第２コイルスプリング、 ７０ 第１他方側露出部、 ７１ 一方側露出部、 ７２ 第２他方側露出部、 ８１ 本体、 ８２ シール部材、 ８６ 円錐内周面、 ８７ 円錐外周面、 １５７ 外部接続通路。

Claims (5)

1. 軸部材と、
   前記軸部材を第１方向に進退させる進退駆動機構と、
   空気供給源に接続される吸気通路と、
   外部に連通する排気通路と、
   第１弁体及び第２弁体と、
   共に外部に連通する第１空気案内通路及び第２空気案内通路と、
   前記第２弁体における第２方向の一方側が露出すると共に、空気が充填される空気充填室と、を備え、
   前記進退駆動機構が前記軸部材を前記第１方向の一方側に第１位置まで前進させると、前記第１弁体が前記軸部材に押圧されて前記第１方向の一方側に移動することで、前記空気充填室が前記排気通路に連通せずに前記吸気通路に連通して空気が前記吸気通路から前記空気充填室に流動するようにできて、その空気の流動で前記第２弁体が前記第２方向の他方側に移動することで前記第１空気案内通路と前記第２空気案内通路が内部で連通又は遮断するようにでき、
   前記進退駆動機構が前記軸部材を前記第１方向の他方側に第２位置まで後退させると、前記第１弁体が気圧によって前記第１方向の他方側に移動して弁座に着座することで、前記空気充填室が前記吸気通路と連通せずに前記排気通路と連通して前記第２弁体が気圧によって前記第２方向の一方側に移動し、前記第１空気案内通路と前記第２空気案内通路が内部で遮断又は連通するようにでき、
   前記第１弁体を前記第１方向の他方側に付勢する第１弁体付勢手段を備える、空気制御装置。
2. 前記第２弁体を前記第２方向の一方側に付勢する第２弁体付勢手段を備える、請求項１に記載の空気制御装置。
3. 前記軸部材が、その一方側端面に開口を有する内部通路を有し、
   前記軸部材が前記第２位置に位置したとき、前記空気充填室が前記内部通路を介して前記排気通路に連通する、請求項１又は２に記載の空気制御装置。
4. 前記第２弁体が前記第１空気案内通路に前記第２方向の他方側に露出する第１他方側露出部を有し、
   前記第１他方側露出部の面積が、前記第２弁体において前記空気充填室に前記第２方向の一方側に露出する一方側露出部の面積よりも小さい、請求項１から３のいずれか１つに記載の空気制御装置。
5. 前記第２弁体が前記第２空気案内通路に前記第２方向の他方側に露出する第２他方側露出部を有し、
   前記第２他方側露出部の面積が、前記第２弁体において前記空気充填室に前記第２方向の一方側に露出する一方側露出部の面積よりも小さい、請求項１から４のいずれか１つに記載の空気制御装置。

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