JP2009180269A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを小型化して、ブレーキ装置を車輪と台車間の限られたスペースに設けられるブレーキ装置を提供する。
【解決手段】制輪子がディスクに押しつけられて摩擦力を付与するブレーキ装置であって、駆動力を発生するアクチュエータ５０と、このアクチュエータ５０が発生する駆動力を倍力して制輪子に伝える倍力ユニット２０とを備え、この倍力ユニット２０はアクチュエータ５０によって回転駆動される主歯車２４と、この主歯車２４と一体回転する副歯車２５と、この副歯車２５に噛み合うラック２６を介して移動する出力ロッド２１とを備え、この出力ロッド２１の動作に連動して制輪子がディスクに押しつけられる構成とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、車輪の側部に形成されたディスクロータを挟んで摩擦力を付与するブレーキ装置の改良に関するものである。

近年、鉄道車両に搭載される油圧源を縮小、廃止するために、車輪を制動するブレーキ装置を油圧ブレーキから空気圧ブレーキにかえる傾向がある。

特許文献１に開示された油圧ブレーキ装置は、油圧シリンダの駆動力を梃子の原理で倍力して制輪子に伝えるリンク機構を備えている。

特許文献２に開示された空気圧ブレーキ装置は、空気圧シリンダの駆動力を梃子の原理で倍力して制輪子に伝えるリンク機構を備えている。
特開昭５０−１３７７７号公報 特開平４−５４３３１号公報

しかしながら、従来の鉄道車両用ブレーキ装置において、空気圧シリンダをキャリパ本体に取付けると、装置が大型化し、車輪と車両間の限られたスペースに設けることが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、アクチュエータを小型化して、ブレーキ装置を車輪と台車間の限られたスペースに設けられるブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、制輪子がディスクに押しつけられて摩擦力を付与するブレーキ装置であって、駆動力を発生するアクチュエータと、このアクチュエータが発生する駆動力を倍力して制輪子に伝える倍力ユニットとを備え、この倍力ユニットはアクチュエータによって回転駆動される主歯車と、この主歯車と一体回転する副歯車と、この副歯車に噛み合うラックを介して移動する出力ロッドとを備え、この出力ロッドの動作に連動して制輪子がディスクに押しつけられる構成としたことを特徴とするものとした。

本発明によると、倍力ユニットがアクチュエータの駆動力を主歯車と副歯車のギヤ比に応じて倍力して出力ロッドに伝達することにより、アクチュエータに要求される駆動力を小さくし、アクチュエータを小型化して、ブレーキ装置を車輪と台車間の限られたスペースに設けることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１はブレーキ装置１の平面図であり、図２は正面図であり、図３は側面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が前後方向、Ｚ軸が鉛直方向に延びるものとし、ブレーキ装置１の構成を説明する。

図３において、５は鉄道車両の車輪、６は車輪５の側部に形成されたディスク、９は鉄道車両の台車（車体）である。ブレーキ装置１はこの台車９に取り付けられ、対の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動するものである。

ブレーキ装置１は、ディスク６に摩擦力を付与する左右の制輪子７と、この各制輪子７がディスク６を挟む動作に連動するリンク機構４５と、駆動力を発生するアクチュエータ５０と、このアクチュエータ５０が発生する駆動力を倍力してリンク機構４５に伝える倍力ユニット２０とを備え、アクチュエータ５０が倍力ユニット２０とリンク機構４５とを介して左右の制輪子７をディスク６に押し付けるようになっている。

図１において、Ｏｘは車輪５の回転中心線、Ｏｙは車輪５の左右方向について等分する中心線であり、左右の制輪子７とリンク機構４５とは中心線Ｏｙについてそれぞれ対称的に配置される。

リンク機構４５は車輪５の左右に配置される対のテコリンク４０を備える。左右のテコリンク４０は、それぞれの先端部が制輪子７にピン６１を介して枢支され、それぞれの基端部が倍力ユニット２０の出力ロッド２１にピン６２を介して枢支され、それぞれの中程がコネクティングロッド６５にピン６３を介して枢支される。すなわち、ピン６２がテコリンク４０の力点となり、ピン６３がテコリンク４０の支点となり、ピン６１がテコリンク４０の作用点となる。倍力ユニット２０が左右の出力ロッド２１を突出させる作動をするのに伴って左右のテコリンク４０が各ピン６３を回動し、各ピン６１によって左右の制輪子７をディスク６に押し付ける。

図３に示すように、台車９に吊り部材１０が複数本のボルト１４を介して取り付けられ、左右の制輪子７がこの吊り部材１０に左右の吊りロッド１１を介して連結される。

吊りロッド１１はその一端部がピン１２を介して吊り部材１０に枢支され、その他端部がピン１３を介して制輪子７に枢支される。車輪５の制動時に制輪子７に働く制動反力が吊り部材１０と吊りロッド１１によって支持される。

図４、図５に示すように、アクチュエータ（空気圧シリンダ）５０は、円筒状のシリンダチューブ５１と、このシリンダチューブ５１の内側に摺動可能に嵌合する円盤状のピストン５２と、シリンダチューブ５１の上端開口部を閉塞する円盤状のカバー５５と、シリンダチューブ５１とピストン５２とカバー５５との間に画成される圧力室５３とを備える。ピストン５２の外周部にはシール５７が介装され、このシール５７によってピストン５２とシリンダチューブ５１の間が密封される。

シリンダチューブ５１は円盤状の底部５１ｂを有し、その底部５１ｂとピストン５２の間にコイル状のスプリング５４が介装され、スプリング５４のバネ力によってＺ軸上方に付勢される。

カバー５５には圧力室５３に加圧空気を導く通孔５６が形成され、この通孔５６が図示しない配管と切換弁とを介して車両に搭載される図示しない空気圧源に連通している。制動時に空気圧源からの加圧空気が切換弁を介して圧力室５３に導かれると、ピストン５２がスプリング５４のバネ力に抗してＺ軸下方に移動する。非制動時に大気圧が切換弁を介して圧力室５３に導かれると、ピストン５２がスプリング５４のバネ力によってＺ軸上方に移動する。

図７に示すように、ピストン５２はその中央部からＺ軸下方に向けて突出する中央凸部５２ａを有し、この中央凸部５２ａに断面円形のガイド穴５９が形成される。ピストン５２の上面に対するガイド穴５９の開口端部に樹脂製のブッシュ６０が介装される。一方、カバー５５にその中心部に突出する軸部５５ａが形成される。これらによってピストン５２を平行移動させるように案内するピストンガイド手段が構成され、軸部５５ａがブッシュ６０を介してガイド穴５９に摺動可能に嵌合することにより、円盤状のピストン５２がシリンダチューブ５１に対して傾斜することが抑えられ、ピストン５２が円滑に摺動する。

なお、ピストン５２を平行移動させるように案内するピストンガイド手段として、カバー５５にガイド穴を形成し、ピストン５２にこのガイド穴に摺動可能に嵌合する軸部を形成し、ピストン５２がシリンダチューブ５１に対して傾斜することが抑えられるようにしても良い。

倍力ユニット２０は、アクチュエータ５０のピストン５２がＺ軸方向に移動する動きを倍力して左右の出力ロッド２１がＸ軸方向に移動する動きに変換するものであり、この動作によって左右の出力ロッド２１が左右のテコリンク４０を回動させ、左右の制輪子７がディスク６に押し付けられる。

図４〜７に示すように、倍力ユニット２０はピストン５２によってＺ軸方向に駆動される入力ロッド２２と、この入力ロッド２２に設けられるラック２３と噛み合いＹ軸まわりに回転する主歯車２４と、この主歯車２４と一体回転する副歯車２５と、この副歯車２５に噛み合うラック２６を設けてＸ軸方向に移動する左右の出力ロッド２１とを備える。制動時に空気圧によってピストン５２が入力ロッド２２と共にＺ軸下方に移動すると、入力ロッド２２のラック２３と噛み合う主歯車２４が副歯車２５と共に図７において時計回り方向に回転し、副歯車２５に噛み合うラック２６を有する左右の出力ロッド２１がそれぞれＸ軸方向に移動して突出する。左右の出力ロッド２１はこの動作によって左右のテコリンク４０を回動させ、左右の制輪子７をディスク６に押し付ける。

なお、ピストン５２やロッド２１のストロークが小さい場合は歯車に設けられている歯は全周に設けられる必要は無く、使用する領域のみ部分的に設けても良い。また、歯車やラックにストッパを設けることでピストン５２やロッド２１のストロークを規制しても良い。

図４に示すように、アクチュエータ５０の下部に倍力ユニット２０が設けられる。

図５は図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、倍力ユニット２０はケーシング３１、３２に収められる。このケーシング３１、３２どうしは複数のボルト３５を介して締結される。ケーシング３１、３２は複数のボルト３３、３４を介してアクチュエータ５０のシリンダチューブ５１の下面に締結される。

ケーシング３１、３２にシャフト３６が取り付けられ、このシャフト３６に主歯車２４と副歯車２５とがＹ軸まわりに回転可能に支持される。主歯車２４と副歯車２５とは、互いに別体に形成され、シャフト３６に対して図示しないキーを介して回転不能に嵌合される。なお、これに限らず、主歯車２４と副歯車２５とを互いに一体形成し、シャフト３６に対して回転可能に嵌合しても良い。

図６に示すように、ケーシング３１、３２とシリンダチューブ５１の左右端部にはカバー３７、３８が複数のボルト２７、２８を介して締結される。

図７は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、左右の出力ロッド２１は、円柱状のシャフト部２１ａとラック２６を有し、クランク状に曲折する。左右の出力ロッド２１は各シャフト部２１ａが各軸受３９を介してカバー３７、３８にそれぞれ摺動可能に支持される。

図８は、左右の出力ロッド２１が引き込まれた状態を示し、この状態から副歯車２５が図中左方向に回転すると左右の出力ロッド２１が各カバー３７、３８からそれぞれ突出する。

図８に示すように、左右の出力ロッド２１のシャフト部２１ａは同一の中心線Ｏｘ２１上に配置され、この中心線Ｏｘ２１はこの主歯車２４と副歯車２５との回転中心線Ｏｙ２６と直交し、かつピストン５２の中心線Ｏｚ５２と直交している。

図９に示すように、入力ロッド２２はピストン５２の外周端部からＺ軸下方向に延び、入力ロッド２２のラック２３が主歯車２４と噛み合う。

入力ロッド２２は、ピストン５２に一体形成されているが、これに限らず、ピストン５２と別体で形成しても良い。

主歯車２４のピッチ円Ｐ２４の直径は、副歯車２５のピッチ円Ｐ２５の直径に対して所定の比率（ギヤ比）で大きく設定され、ピストン５２の駆動力を倍力して左右の出力ロッド２１に伝達する。

図９はピストン５２が最上部に位置した状態を示し、この状態から図１０に矢印で示すように、ピストン５２が下降すると、主歯車２４と副歯車２５が図中左方向に回転し、左右の出力ロッド２１が突出方向に移動する。

ブレーキ装置１は以上のように構成され、次にその動作について説明する。

制動解除時に、圧力室５３に導かれる空気圧が低く保たれ、スプリング５４のバネ力によってピストン５２が最上位置に保持される。これにより、図８、９に示すように、倍力ユニット２０は左右の出力ロッド２１を引き込み、左右のテコリンク４０を介して制輪子７がディスク６から離れる。

制動時には圧力室５３に導かれる空気圧が上昇することにより、ピストン５２が下降する。これにより、倍力ユニット２０は、ピストン５２の駆動力を倍力して左右の出力ロッド２１がＸ軸方向に移動する動きに変換し、左右のテコリンク４０を回動させ、左右の制輪子７をディスク６に押し付け、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪５を制動する。

倍力ユニット２０がピストン５２の駆動力を主歯車２４と副歯車２５のギヤ比に応じて倍力して各出力ロッド２１に伝達するとともに、テコリンク４０が各出力ロッド２１の駆動力を梃子の原理で梃子比（レバー比）に応じて倍力して制輪子７に伝達することにより、アクチュエータ５０に要求される駆動力を小さくし、アクチュエータ５０を車両に搭載される空気圧源から供給される空気圧（例えば０．７ＭＰａ程度）によって作動させることが可能となる。仮にテコリンク４０の梃子比で十分な制動力に倍力できる場合、主歯車２４と副歯車２５のギヤ比を１としても良いし、主歯車２４のピッチ円２４の直径より副歯車２５のピッチ円Ｐ２５の直径を大きくしても良い。

なお、図１１に示すように、左右の出力ロッド２１の組み付け位置を上下方向について変えることにより、図中矢印で示すように、主歯車２４と副歯車２５が図中左方向に回転すると、左右の出力ロッド２１が引き込み方向に移動する。この場合、アクチュエータ５０またはリンク機構４５の構造を変更することにより、制輪子７を駆動することが可能となる。

本実施の形態では、制輪子７がディスク６に押しつけられて摩擦力を付与するブレーキ装置１であって、駆動力を発生するアクチュエータ５０と、このアクチュエータ５０が発生する駆動力を倍力して制輪子７に伝える倍力ユニット２０とを備え、この倍力ユニット２０はアクチュエータ５０によって回転駆動される主歯車２４と、この主歯車２４と一体回転する副歯車２５と、この副歯車２５に噛み合うラック２６を介して移動する出力ロッド２１とを備え、この出力ロッド２１の動作に連動して制輪子７がディスク６に押しつけられる構成としたため、倍力ユニット２０がアクチュエータ５０の駆動力を主歯車２４と副歯車２５のギヤ比に応じて倍力して出力ロッド２１に伝達することにより、アクチュエータ５０に要求される駆動力を小さくし、アクチュエータ５０を小型化して、ブレーキ装置１を車輪５と台車間の限られたスペースに設けることが可能となる。

本実施の形態では、倍力ユニット２０は副歯車２５に噛み合うラック２６を介して移動する対の出力ロッド２１を備え、対の出力ロッド２１の動きを制輪子７に伝達するリンク機構４５を備え、このリンク機構４５は対の出力ロッド２１と対の制輪子７との間に回動可能に介装される対のテコリンク４０を備え、出力ロッド２１が互いに反対方向に移動することでテコリンク４０が駆動力を梃子比に応じて倍力して制輪子７に伝達する構成としたため、アクチュエータ５０に要求される駆動力を小さくし、アクチュエータ５０を小型化して、ブレーキ装置１を車輪５と台車間の限られたスペースに設けることが可能となる。

本実施の形態では、倍力ユニット２０は副歯車２５に噛み合うラック２６を介して移動する対の出力ロッド２１を備え、リンク機構４５は対の出力ロッド２１と対の制輪子７との間に回動可能に介装される対のテコリンク４０を備え、各出力ロッド２１が互いに反対方向に移動して対の制輪子７をディスク６に押しつける構成としたため、副歯車２５の回転動作を各出力ロッド２１の往復動作に効率良く変換し、円滑な作動が得られる。

なお、他の実施の形態として、倍力ユニット２０は副歯車２５に噛み合うラック２６を介して移動する単一の出力ロッド２１を備え、リンク機構４５この出力ロッド２１と一方の制輪子７との間に回動可能に介装される単一のテコリンク４０を備え、出力ロッド２１が一方の制輪子７をディスク６に押しつける構成としても良い。

また、他の実施の形態として、アクチュエータとして油圧モータ、あるいは電動モータを用い、倍力ユニット２０は副歯車をウォームギヤとし、この副歯車に噛み合うネジ歯車を備え、このネジ歯車をアクチュエータによって回転駆動する構成としても良い。

本実施の形態では、アクチュエータ５０は、円盤状のピストン５２と、このピストン５２を摺動可能に嵌合させるシリンダチューブ５１と、このシリンダチューブ５１とピストン５２との間に画成される圧力室５３とを備え、ピストン５２によって出力ロッド２１を駆動する構成としたため、アクチュエータ５０を空気圧によって作動させることによって、鉄道車両に搭載される油圧源を縮小、廃止することが可能となり、車両の軽量化がはかれる。

なお、他の実施の形態として、アクチュエータとして油圧シリンダを用い、主歯車２４のピッチ円２４の直径より副歯車２５のピッチ円Ｐ２５の直径を大きくしても良い。

本実施の形態では、ピストン５２の中央部にシリンダチューブ５１に対してピストン５２を平行移動させるように案内するピストンガイド手段を備え、入力ロッド２２をピストンガイド手段に対してオフセットして設けたため、図９に示すように、シリンダチューブ５１及びピストン５２の中心線Ｏｚ５２を車輪５の左右方向について等分する中心線Ｏｙと交差するように配置することが可能となり、ブレーキ装置１を車輪５と台車間の限られたスペースに設けられるとともに、ピストン５２が入力ロッド２２からの反力によってシリンダチューブ５１に対して傾斜することが抑えられ、円滑な作動が得られる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示すブレーキ装置の平面図。 同じく正面図。 同じく側面図。 同じく側面図。 同じく図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 同じく正面図。 同じく図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。 同じく倍力機構の横断面図。 同じくアクチュエータの縦断面図。 同じく倍力機構の動作方向を示す横断面図。 他の実施の形態として倍力機構の動作方向を示す横断面図。

符号の説明

１ ブレーキ装置
６ ディスク
７ 制輪子
２０ 倍力ユニット
２１ 出力ロッド
２２ 入力ロッド
２４ 主歯車
２５ 副歯車
２６ ラック
４０ テコリンク
４５ リンク機構
５０ アクチュエータ
５１ シリンダチューブ
５２ ピストン
５３ 圧力室

Claims (4)

1. 制輪子がディスクに押しつけられて摩擦力を付与するブレーキ装置であって、
   駆動力を発生するアクチュエータと、
   このアクチュエータが発生する駆動力を倍力して前記制輪子に伝える倍力ユニットとを備え、
   この倍力ユニットは前記アクチュエータによって回転駆動される主歯車と、
   この主歯車と一体回転する副歯車と、
   この副歯車に噛み合うラックを介して移動する出力ロッドとを備え、
   この出力ロッドの動作に連動して前記制輪子が前記ディスクに押しつけられる構成としたことを特徴とするブレーキ装置。
2. 前記倍力ユニットは前記副歯車に噛み合う前記ラックを介して移動する対の前記出力ロッドを備え、
   対の前記出力ロッドの動きを前記制輪子に伝達するリンク機構を備え、
   このリンク機構は対の前記出力ロッドと対の前記制輪子との間に回動可能に介装される対のテコリンクを備え、
   前記出力ロッドが互いに反対方向に移動することで前記テコリンクが駆動力を梃子比に応じて倍力して前記制輪子７に伝達する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 前記アクチュエータは、
   円盤状のピストンと、
   このピストンを摺動可能に嵌合させるシリンダチューブと、
   このシリンダチューブと前記ピストンとの間に画成される圧力室とを備え、
   前記ピストンによって前記出力ロッドを駆動する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキ装置。
4. 前記ピストンの中央部に前記シリンダチューブに対して前記ピストンを平行移動させるように案内するピストンガイド手段を備え、
   前記入力ロッドを前記ピストンガイド手段に対してオフセットして設けたことを特徴とする請求項３に記載のブレーキ装置。

Images