JPH0737229B2 - 鉄道車両用空気源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉄道車両用空気源装置に係り、特に、当該装置
の吐出弁と元空気溜との間に設けられる逆止弁の機能及
び構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に実用化されているこの種の鉄道車両用空気源装置
は、例えば第５図に示すように、空気圧縮機100の稼働
により得られた圧力空気を、クーラ101、除湿器102及び
逆止弁103を介して元空気溜104に蓄圧し、この蓄圧され
た圧力空気を必要に応じて、ブレーキ装置、空気バネ及
び扉開閉用シリンダ等の各種空気圧縮器105に送給する
ものである。前記除湿器102は、クーラ101に接続された
除湿材106と、逆止弁103に接続された再生空気溜107と
を有し、この両者を連通する通路には除湿器内逆止弁10
8と絞り109とが並列に接続され、且つ除湿材106とクー
ラ101とを連通する通路には吐出弁110が接続されてい
る。そして、前記元空気溜104には調圧器111が接続され
ており、この調圧器111からは前記吐出弁110及び空気圧
縮機100に指令信号ｚが送出される構成である。

このような構成によれば、各種空気圧機器105の空気消
費により元空気溜104内の空気圧力値が入圧設定値（下
限値）P₁以下となった時には、この事を示す指令信号ｚ
が調圧器111から送出され、空気圧縮機100が稼働すると
同時に吐出弁110が閉鎖されて除湿器102が除湿作用状態
となり、これにより空気圧縮機100にて生成された圧力
空気が、クーラ101にて冷却され且つ除湿器102にて水分
等の異物を除去された後、逆止弁103を通過して元空気
溜104内に蓄圧される。そして、元空気溜104内の空気圧
力値が上昇して切圧設定値（上限値）P₂に達した時に
は、この事を示す指令信号ｚが調圧器111から送出さ
れ、空気圧縮機100が停止すると同時に吐出弁110が開放
されて除湿器102が再生作用状態となり、これにより再
生空気溜107内の圧力空気が逆流して除湿材106に付着し
ている異物を吸い取った後に吐出弁110から排出され
る。この時、元空気溜104内の圧力空気は、逆止弁103が
元空気溜104方向を順方向としていることにより、除湿
器102側に逆流することが阻止される。この再生作用が
完了した後、当該鉄道車両が運行して各種空気圧機器10
5により圧力空気が消費され元空気溜104内の空気圧力値
が前記入圧設定値P₁以下となった時には、再び上記と同
様にして空気圧縮機100の稼働及び除湿作用更には元空
気溜104内への圧力空気の蓄圧が行われ、且つこの後に
前記切圧設定値P₂に達した時には同様に再生作用が行わ
れる。尚、この種の装置としては、第５図に示す構成の
もの以外に、除湿器を具備せずにクーラ101と逆止弁103
との間の通路に吐出弁110のみを接続させたものや、同
じく除湿器を具備せずにクーラ101と逆止弁103とを単な
る通路のみで接続してクーラ101の内部に吐出弁110を設
けたもの等がある。

ところで、前記空気圧縮機100には稼働率αの概念が存
在し、この稼働率αは、走行及び停車が繰り返し行われ
る運行時全般にわたる空気圧縮機100の稼働時間をT₁、
同じく運行時全般にわたる空気圧縮機100の停止時間をT
₂とすれば、下記の（１）式で現わされる。

α＝〔T₁/（T₁＋T₂）〕×100（％） …（１） そして、この稼働率αは、空気圧縮機100の温度上昇、
効率及び寿命等を考慮すれば、約30％が最適であるとさ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の稼働率αは、各種空気圧機器105
の空気消費量に左右されるものであるため、通常の運行
状態に対応させてこの稼働率αを最適値に調整しておい
ても、運行状態が変化した場合例えば停車回数が通常よ
りも少なくなって各種空気圧機器105であるブレーキ装
置や扉開閉用シリンダの作動回数が少なくなった場合に
は、前記稼働率αが著しく低下する。このような事態
は、主として、駅停車回数が少ない路線用の鉄道車両に
ついても、駅停車回数が多い路線に対応させて空気消費
量を見積もることに起因して生じる。つまり、この空気
源装置を鉄道車両に取り付ける際の空気消費量の予測に
反して、使用時における実際の空気消費量が少ないこと
により生じるのである。

そして、前述のように稼働率αが低下すると、空気圧縮
機100のクランクケース内の温度が稼働時と停止時とで
大きく異なることになり、これに起因して空気中の水分
が結露して潤滑油に混合され、潤滑油の乳化を促進し、
この結果、空気圧縮機100の潤滑効果の低下、ひいては
各摺動部に焼付が生じる等の不具合を招く。このような
不具合は、稼働率αが10〜15％を下回った時に一層顕著
となる。

尚、前記調圧器111における入圧設定値P₁を通常よりも
低い値とすれば、空気圧縮機100の一回当たりの稼働時
間は長くなるものの、これに伴って、切圧設定値P₂に達
するまでの間に元空気溜104に蓄圧される圧力空気の増
量分が多くなり、この増量分を消費して再び入圧設定値
以下となるまでの空気圧縮機100の停止時間が長くな
り、従って、運行時全般にわたる空気圧縮機100の稼働
時間と停止時間との比率は実質的に変化せず、前記
（１）式からも明らかなように稼働率αは変化しない。
また、前記切圧設定値P₂を通常よりも高い値としても、
同様にして稼働率αは変化しない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、吐出
弁と元空気溜との間に設けられる逆止弁に改良を加える
ことにより、各種空気圧機器による空気消費量が予測に
反して少ない場合であっても空気圧縮機の稼働率が極端
に低下しないようにし、もって空気圧縮機内における空
気中水分の結露、潤滑効果の低下及び各摺動部の焼付等
を防止し、当該空気源装置の動作不良を消失せしめるこ
とを技術的課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記技術的課題を達成するための具体的手段とするとこ
ろは、空気圧縮機と接続されて空気圧機器に圧力空気を
供給する元空気溜と、前記空気圧縮機と元空気溜との間
に設けられて開放時にドレンを排出する吐出弁と、この
吐出弁と前記元空気溜との間に設けられて元空気溜方向
を順方向とする逆止弁とを備え、前記空気圧縮機は、元
空気溜内の圧力空気が下限値まで低下すると稼働すると
ともに、上限値に達すると稼働を停止するものであり、
前記吐出弁は、空気圧縮機の停止に同期して開放される
ものである鉄道車両用空気源装置において、前記逆止弁
に、逆止弁を強制的に開放させる強制開弁部を設け、こ
の強制開弁部は、空気圧縮機の停止後における元空気溜
内の空気圧力が所定圧力に低下するまでの間、逆止弁を
開放させて前記元空気溜から吐出弁に向かう方向への圧
力空気の流れを許容する構成としたところにある。

より具体的には、前記逆止弁は、その本体内部に形成さ
れて空気圧縮機側が接続される一次室及び元空気溜側が
接続される二次室と、この一次室と二次室との連通部に
形成された弁座と、この弁座に着座、離座することによ
り前記連通部を閉鎖、開放させ前記一次室から二次室へ
向かう方向を順方向とし着座方向に付勢された弁体と、
この弁体に離座方向への力を、前記強制開弁部としての
パイロットピストンと、前記一次室又は二次室に連通さ
れて当該室から導かれた圧力空気をパイロットピストン
の受圧面に対して離座方向に作用させる圧力室と、この
圧力室内の圧力空気と対抗する方向にパイロットピスト
ンを付勢するバネ部材とを有し、前記空気圧縮機の稼働
により前記弁体が弁座から離座して圧力空気が一次室か
ら二次室に向かって流れた後に空気圧縮機が停止して吐
出弁が開放状態となり一次室から吐出弁に向かって圧力
空気の排出が開始された後、前記圧力室内に導かれる圧
力空気に基づきパイロットピストンに作用する離座方向
への付勢力が、前記弁体を着座方向に付勢している付勢
力と前記バネ部材の付勢力との総和に打ち勝っている間
は、前記弁体が弁座から離座するように構成されている
ものである。

〔作用〕

上記手段によると、空気圧機器の空気消費により元空気
溜内の空気圧力値が入圧設定値（下限値）以下となった
時には、空気圧縮機が稼働して元空気溜内に逆止弁を介
して圧力空気が供給され、元空気溜内の空気圧力値が切
圧設定値（上限値）に達した時点で、空気圧縮機が停止
し且つ吐出弁が開放状態となる。この場合、前記逆止弁
は、元空気溜方向を順方向としているにも拘わらず、上
述のように空気圧縮機が停止した後の所定時間内、すな
わち、前記元空気溜内の空気圧力が所定圧力に低下する
までの間においては、前記強制開弁部の作用により、元
空気溜から吐出弁に向かう方向への圧力空気の流れを許
容する構成とされているため、この所定時間内に限り元
空気溜から所定量の圧力空気が逆流して吐出弁から排出
される。これにより、元空気溜内の空気圧力値は、空気
圧機器による空気消費が無いにも拘わらず所定値だけ低
下し、この低下分だけ前記入圧設定値との差が少なくな
る。従って、この後における当該車両の運行によって空
気圧機器による空気消費がなされた場合、元空気溜内の
空気圧力値が前記入圧設定値以下に低下するまでの時間
即ち空気圧縮機の停止時間が短くなるのに対して、空気
圧縮機の稼働時間は従来と同様に入圧設定値から切圧設
定値に至るまでの時間となり、この結果、空気圧縮機の
稼働率が高められることになる。

以上の動作を逆止弁の具体的構成に基づいて説明する
と、先ず元空気溜内の空気圧力値が入圧設定値以下とな
った時には、空気圧縮機の稼働により得られた圧力空気
が、逆止弁の本体内部における一次室に導かれ、弁体を
着座方向への付勢力に抗して弁座より離座させて連通部
を開放状態として二次室に至り、この二次室から流出し
て元空気溜内に供給される。そして、このように一次室
と二次室とが連通された状態で、元空気溜内の空気圧力
値が切圧設定値に達して空気圧縮機が停止し且つ吐出弁
が開放状態となった時には、一次室から吐出弁に向かっ
て圧力空気が排出され始め、前記弁体は弁座に着座しよ
うとするが、この一次室からの圧力空気の排出が開始さ
れた後の所定時間内、すなわち、一次室又は二次室から
圧力室に導かれた圧力空気に基づきパイロットピストン
に作用する離座方向への付勢力が、弁体を着座方向に付
勢している付勢力とバネ部材の付勢力との総和に打ち勝
っている間は、パイロットピストンから弁体に離座方向
に対して必要な大きさの力が付与されて、弁体は前記所
定時間だけ弁座より離座した状態となり、従って元空気
溜内の圧力空気は所定量だけ二次室から一次室を介して
吐出弁に向かって排出される。そして、前記所定時間経
過後においては、元空気溜内の空気圧力値ひいては一次
室及び二次室の空気圧力値が所定値だけ低下することに
より、この一次室又は二次室から圧力室に導かれた圧力
空気に基づきパイロットピストンに作用する離座方向へ
の付勢力が、弁体を着座方向に付勢している付勢力とバ
ネ部材の付勢力との総和に打ち勝つことができなくなっ
て、パイロットピストンが弁体を離座させておくことが
できなくなり、このため弁体が弁座に着座して一次室と
二次室との間が遮断され、元空気溜から吐出弁への圧力
空気の逆流が阻止される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて説
明する。尚、以下の実施例においては鉄道車両用空気源
装置の逆止弁の構成のみを示すこととし、当該装置の全
体構成は前述の第５図に示す従来例と同一であるのでそ
の説明を省略し、以下の説明において必要がある時には
第５図に示す各構成要件及びその符号を用いることとす
る。

先ず本発明の第１実施例を説明すると、第１図に示すよ
うに、当該鉄道車両用空気源装置の逆止弁103は、その
本体１の内部に、既述の空気圧縮機100側つまり除湿器1
02内の吐出弁110側が接続される一次室2₁と、元空気溜1
04側が接続される二次室2₂とを有し、この両室の接続開
口縁には夫々シールリング3₁、3₂が装着されている。前
記一次室2₁と二次室2₂との間にはこの両者を連通する連
通部４が形成され、且つこの連通部４の二次室2₂側開口
縁には弁座５が形成されていると共に、その上方には該
弁座５に着座、離座することにより前記連通部４を閉
鎖、開放する弁体６が備えられている。この弁体６は、
本体１の上部に形成された弁嵌装孔７に摺動自在に内嵌
されて補助バネ部材８により下方（着座方向）に付勢さ
れているが、図示のように一次室2₁が下方となり二次室
2₂が上方となるようにこの逆止弁103が取り付けられる
場合には、補助バネ部材８を廃止して弁体６の自重のみ
により該弁体６が着座方向に付勢されるようにしてもよ
い。また、本体１の内部における中央部から下部にわた
る部位には、強制開弁部としてのパイロットピストン９
が配設されており、このパイロットピストン９の小径ロ
ッド部9aは本体１の仕切壁1aに形成された貫通孔に摺動
自在に（気密性を保持されて）内嵌され、その先端は弁
体６の下面に当接、離反可能とされていると共に、この
パイロットピストン９の下端における大径ピストン部9b
は本体１の下部に回動可能に保持された筒体10内に摺動
自在に内嵌保持されている。そして、前記大径ピストン
部9bの下面つまり受圧面9xと筒体10の底部との間には圧
力室11が形成されており、この圧力室11は、パイロット
ピストン９に穿設された内部通路12を介して前記一次室
2₁に連通されている。また、前記大径ピストン部9bと本
体１内部に螺合された調整ねじ筒13との間にはバネ部材
（コイルスプリング）14が介装されており、このバネ部
材14は、前記圧力室11内の圧力空気に対抗してパイロッ
トピストン９は付勢するものである。前記調整ねじ筒13
の一端部13aとこれに対向する筒体10の一端部10aとは上
下方向に相対移動可能に係合されており、筒体10の下端
に固設されたナット部材15を回動せしめた場合には、筒
体10は上下動することなく回動するのに対し、調整ねじ
筒13はその回動に伴って上下動することとなり、これに
より上記バネ部材14の付勢力（初期設定力）が変化する
ものである。

以上の構成によれば、当該鉄道車両の運行時に空気バ
ネ、ブレーキ装置及び扉開閉用シリンダ等の各種空気圧
機器105による空気消費に伴って元空気溜104内の空気圧
力値が入圧設定値（下限値）以下となった場合には、こ
の事を示す指令信号ｚが調圧器111から送出されて空気
圧縮機100が稼働すると同時に吐出弁110が閉鎖され（第
５図参照）、空気圧縮機100の稼働により得られた圧力
空気は、第１図に示す逆止弁103の一次室2₁に流入し、
補助バネ部材８の付勢力に抗して弁体６を弁座５より離
座させて二次室2₂に至り、この二次室2₂から元空気溜10
4内に供給される。そして、前記空気圧縮機100の稼働に
従って元空気溜104内の空気圧力値ひいては一次室2₁及
び二次室2₂の空気圧力値が徐々に上昇し、これに伴って
一次室2₁に連通されている圧力室11内の空気圧力値も徐
々に上昇して、パイロットピストン９がバネ部材14の付
勢力に抗して上方（弁体６の離座方向）に持ち上げられ
る。これにより、弁体６及びパイロットピストン９は例
えば第２図に示すように上動端位置に保持されることに
なるが、このような状態で元空気溜104内の空気圧力値
が切圧設定値（上限値）に達した時には、この事を示す
指令信号ｚが調圧器111より送出されて空気圧縮機100が
停止すると同時に吐出弁110が開放され、前記一次室2₁
内の圧力空気が吐出弁110に向かって逆流する。この
時、弁体６は、第２図に示す状態から弁座５に着座しよ
うとするが、前記一次室2₁には二次室2₂の圧力空気ひい
ては元空気溜104内の圧力空気が流入しており、而もこ
の圧力空気は一次室2₁から圧力室11に導かれるので、こ
の圧力室11に導かれた圧力空気に基づきパイロットピス
トン９に作用する上方への付勢力（大径ピストン部9bの
受圧面9xに作用する圧力空気の上方への付勢力と小径ロ
ッド部9aに作用する圧力空気の下方への付勢力との差分
に相当する上方への付勢力）が、補助バネ部材８により
弁体６に作用する下方への付勢力とバネ部材14によりパ
イロットピストン９に作用する下方への付勢力との総和
に打ち勝ち、弁体６は弁座５より離座した状態に保持さ
れる。このため、元空気溜104内の圧力空気は前記二次
室2₂及び一次室2₁を通過して吐出弁110に逆流するが、
この逆流に伴って元空気溜104内の空気圧力値ひいては
前記二次室2₂及び一次室2₁の空気圧力値が低下し、前記
圧力室11内の圧力空気に基づきパイロットピストン９に
作用する上方への付勢力が、前記補助バネ部材８及びバ
ネ部材14による下方への付勢力の総和に打ち勝つことが
できなくなり、弁体６が弁座５に着座して連通部４を閉
鎖し、二次室2₂から一次室2₁への圧力空気の逆流が阻止
される。この時点においては、各種空気圧機器105によ
る空気消費が無いにも拘わらず、前記逆流した圧力空気
の量に対応する分だけ元空気溜104内の空気圧力値が低
下しており、この低下分だけ前記入圧設定値との差が少
なくなっている。従って、この後の当該鉄道車両の運行
に伴って各種空気圧機器105による空気消費がなされた
場合には、元空気溜104内の空気圧力値が前記入圧設定
値以下となるなるまでの時間が、前記逆流した空気圧力
の量に対応する時間だけ短くなる。この事は、空気圧縮
機100の停止時間が短くなることを意味するものであ
り、而も空気圧縮機100の稼働時間は空気圧力値が前記
入圧設定値から切圧設定値に達するまでの時間であり従
来通りとなり、この結果、前述の従来の技術の欄で示し
た（１）式から明らかなように稼働率αが高められる。
尚、稼働率αを変更するには、ナット部材15（筒体10）
を適宜回動せしめて調整ねじ筒13を上下動させることに
よりバネ部材14の付勢力（初期設定力）を変化させれば
よい。

第３図及び第４図は本発明の第２実施例を示すものであ
り、この第２実施例が上記第１実施例と大きく相違して
いるところは、パイロットピストン９の小径ロッド部9a
の上端に大径ピストン部9bを形成し且つ下端に中径ピス
トン部9cを形成した点と、前記大径ピストン部9bと本体
１の仕切壁1aとの間に圧力室11を形成した点と、前記中
径ピストン部9cを弁体６の内孔6aに上下相対移動可能に
内嵌させ且つ前記中径ピストン部9cの上面が当接する当
接部材6bを弁体６に固設した点と、前記圧力室11を本体
１に穿設された内部通路12を介して二次室2₂に連通させ
た点と、本体１の上端部に調整ねじ筒13を螺合させた点
とである。尚、第３図及び第４図において、上記第１実
施例と共通の構成要件については同一符号を付してその
説明を省略する。

従って、この第２実施例においても、元空気溜104内の
空気圧力値が入圧設定値以下となった場合には、空気圧
縮機100の稼働により得られた圧力空気が、一次室2₁に
流入して弁体６を弁座５より離座させ、二次室2₂を通過
して元空気溜104内に供給される。そして、元空気溜104
内の空気圧力値が切圧設定値に達して空気圧縮機100が
停止し且つ吐出弁110が開放された場合に、二次室2₂の
空気圧力値つまり圧力室11内の空気圧力値が所定値に低
下するまでの所定時間内においては、圧力室11内の圧力
空気に基づきパイロットピストン９に作用する上方への
付勢力が、補助バネ部材８及びバネ部材14による下方へ
の付勢力の総和に打ち勝ち、弁体６は弁座５より離座し
た状態（例えば第４図に示す状態）に保持される。これ
により、元空気溜104内の空気圧力値が所定値だけ低下
することになって、入圧所定値との差が少なくなり、こ
の結果、空気圧縮機100の停止時間が短くなって稼働率
αが高められることになる。

尚、以上の実施例で示した逆止弁103は、第５図に示す
構成の鉄道車両用空気源装置のみならず、他の構成であ
っても調圧器111と吐出弁110が連動する空気源装置であ
れば適用可能であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、空気圧縮機の稼働により
得られた圧力空気が逆止弁を通過して元空気溜内に蓄圧
されて元空気溜内の空気圧力値が切圧設定値（上限値）
に達することにより空気圧縮機が停止した後の所定時間
内、すなわち、前記元空気溜内の空気圧力が所定圧力に
低下するまでの間は、前記強制開弁部の作用により、元
空気溜から逆止弁を介して吐出弁に圧力空気が逆流する
ことになり、空気圧縮器による空気消費が無いにも拘わ
らず、元空気溜内の空気圧力値が所定値だけ低下して入
圧設定値（下限値）との差が少なくなり、これに起因し
て空気圧縮機の停止時間が短くなって稼働率が高められ
ることになるので、空気圧機器による空気消費量が予測
に反して少ない場合であっても稼働率が極端に低下する
ことはなく、この結果、空気圧縮機内における空気中水
分の結露、潤滑油の乳化促進による潤滑効果の低下及び
各摺動部の焼付等が効果的に防止されて、動作不良等を
来たさない鉄道車両用空気源装置が実現されることにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示すもので、
第１図は鉄道車両用空気源装置の構成要素である逆止弁
の縦断正面図、第２図はこの第１実施例の作用を示す縦
断正面図である。また、第３図及び第４図は本発明の第
２実施例を示すもので、第３図は鉄道車両用空気源装置
の構成要素である逆止弁の縦断正面図、第４図はこの第
２実施例の作用を示す縦断正面図である。更に、第５図
は従来例を示す鉄道車両用空気源装置の全体概略構成図
である。 １……本体 2₁……一次室 2₂……二次室 ４……連通部 ５……弁座 ６……弁体 ９……パイロットピストン 9x……受圧面 11……圧力室 14……バネ部材 100……空気圧縮機 103……逆止弁 104……元空気溜 105……空気圧機器 110……吐出弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気圧縮機と接続されて空気圧機器に圧力
   空気を供給する元空気溜と、前記空気圧縮機と元空気溜
   との間に設けられて開放時にドレンを排出する吐出弁
   と、この吐出弁と前記元空気溜との間に設けられて元空
   気溜方向を順方向とする逆止弁とを備え、前記空気圧縮
   機は、元空気溜内の圧力空気が下限値まで低下すると稼
   働するとともに、上限値に達すると稼働を停止するもの
   であり、前記吐出弁は、空気圧縮機の停止に同期して開
   放されるものである鉄道車両用空気源装置において、 前記逆止弁に、逆止弁を強制的に開放させる強制開弁部
   を設け、この強制開弁部は、空気圧縮機の停止後におけ
   る元空気溜内の空気圧力が所定圧力に低下するまでの
   間、逆止弁を開放させて前記元空気溜から吐出弁に向か
   う方向への圧力空気の流れを許容するものである鉄道車
   両用空気源装置。
2. 【請求項２】逆止弁は、その本体内部に形成されて空気
   圧縮機側が接続される一次室及び元空気溜側が接続され
   る二次室と、この一次室と二次室との連通部に形成され
   た弁座と、この弁座に着座、離座することにより前記連
   通部を閉鎖、開放させ前記一次室から二次室へ向かう方
   向を順方向とし着座方向に付勢された弁体と、この弁体
   に離座方向への力を付与する前記強制開弁部としてのパ
   イロットピストンと、前記一次室又は二次室に連通され
   て当該室から導かれた圧力空気をパイロットピストンの
   受圧面に対して離座方向に作用させる圧力室と、この圧
   力室内の圧力空気と対抗する方向にパイロットピストン
   を付勢するバネ部材とを有し、前記空気圧縮機の稼働に
   より前記弁体が弁座から離座して圧力空気が一次室から
   二次室に分かって流れた後に空気圧縮機が停止して吐出
   弁が開放状態となり一次室から吐出弁に向かって圧力空
   気の排出が開始された後、前記圧力室内に導かれる圧力
   空気に基づきパイロットピストンに作用する離座方向へ
   の付勢力が、前記弁体を着座方向に付勢している付勢力
   と前記バネ部材の付勢力との総和に打ち勝っている間
   は、前記弁体が弁座から離座するように構成されている
   ことを特徴とする請求項（１）記載の鉄道車両用空気源
   装置。