JP2005024054A - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造を複雑化することなく、ブレーキパッドの偏摩耗を防止する車両用ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】 左右一対の梃子１０６間の中心線Ｃ２上に、ブレーキアクチュエータ１１２の流体圧供給口１１２ｐを配置して、ブレーキ動作時に作用するホース１１３側からの応力がモーメントを生じないようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主として鉄道車両の制動に用いられる車両用ブレーキ装置に関する。

従来のディスクブレーキ型の車両用ブレーキ装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この装置より簡略な構造であって、従来一般に用いられている車両用ブレーキ装置を、図８（側面図）及び図９（揺動した状態の正面図）に示す。図において、当該車両用ブレーキ装置は、車両本体部の取付脚２００に水平に固定された第１支軸２０１を中心として、揺動可能に取り付けられている。この第１支軸２０１に接続されている支持部材２０２には、垂直な第２支軸２０３及び第３支軸２０４（図９）を介して、左右一対の梃子（キャリパボディ）２０５が取り付けられている。そして、梃子２０５の作用を利用して、パッド保持部材２０６に保持されたブレーキパッド２０７でディスク２０８を挟むことにより制動力を得る構造となっている。

上記のように第１支軸２０１に対して第２支軸２０３及び第３支軸２０４が直交していることにより、ブレーキパッド２０７は２軸動作が可能である。従って、ディスク２０８に対してブレーキパッド２０７が厳密に平行対向していない場合でも、ディスク２０８を挟み込む際にブレーキパッド２０７は自らその姿勢を変え、ブレーキパッド２０７の全面をディスク２０８へ押し付けることができる。
一方、梃子２０５を動かす駆動源はシリンダ２０９であり、このシリンダ２０９は左右一対の梃子２０５の間に接続されている。シリンダ２０９の端部（図９の左端部）には空気圧供給口２０９ａが設けられており、ここに接続されたホース２１０（図９）を通じて圧縮空気の給排が行われる。

特開２００３−１４０１２号公報（第３〜５頁、図１，２）

図８，図９に示した車両用ブレーキ装置では、高圧の圧縮空気がシリンダ２０９に供給されたとき、ホース２１０は硬直化して、圧縮空気を押し込める反力に耐える。ところが、これが原因となって、車両用ブレーキ装置の本体部分に第１支軸２０１周りのモーメントが生じる。このモーメントは、仮にディスクが存在しないとした場合、図９における第１支軸２０１を中心として図示のように車両用ブレーキ装置の本体部分を揺動させる方向に作用する。実際にはディスクが存在するため、図示したような揺動は生じないが、その代わりに、ブレーキパッド２０７を押し付ける力の分布が不均一となり、パッド全面が均一な圧力で押し付けられていない状態となる。このような状態が繰り返されると、ブレーキパッド２０７に偏摩耗が生じる。これにより、制動力も低下する。

一方、特許文献１に記載された車両用ブレーキ装置は、ブレーキパッドの２軸動作を梃子側のみから達成するのではなく、２系統からの支持により達成している。すなわち、第１支軸の向きを変えて、これにより、上記のようなモーメントを受け止める構造とするとともに、他方で、パッド保持部材を、車体側からハンガーによって直接支えている。これにより、上記のようなモーメントがシリンダから梃子に作用しても、これは、ブレーキパッドには及ばない。しかしながら、このような２系統支持は構造が複雑になり、製造コストが高くなるという問題点を生じる。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、構造を複雑化することなく、ブレーキパッドの偏摩耗を防止する車両用ブレーキ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、車両の前後方向に延びる支軸を中心として揺動自在に支持された支持部材と、前記支持部材に支持された他の支軸を中心として略水平方向に回動自在に支持された左右一対の梃子と、前記各梃子の作用点側にそれぞれ保持され、ディスクブレーキのディスクを挟むブレーキパッドと、前記各梃子の力点間に接続され、力点間距離を拡縮することにより前記ブレーキパッドが前記ディスクを押圧する力を変化させるブレーキアクチュエータと、を備えた車両用ブレーキ装置において、前記ブレーキアクチュエータは流体の給排により動作するものであって、流体圧供給口が左右一対の前記梃子間の略中心線上に配置されていることを特徴とする。

また、前記ブレーキアクチュエータとしては、以下の構成要素を備えたものを用いることができる。すなわち、シリンダハウジングと、前記シリンダハウジング内に、流体を導入する圧力室を区画するピストンと、前記ピストンと共に移動する管状部材と、外周にねじが形成された、出力部材としての棒部材と、前記棒部材と前記管状部材との間に介在し、制動方向への前記管状部材の移動時にのみその駆動力を前記棒部材に伝達する作動コレット部材と、前記棒部材と移動を共にする一体性と、移動を共にしない独立性とを択一的に発揮する調整コレット部材と、前記調整コレット部材の制動方向への移動を止め、一体性を解除する第１ストッパと、前記調整コレット部材の一体性を維持したまま、その制動解除方向への移動を止める第２ストッパとを備えたものである。

本発明の車両用ブレーキ装置によれば、ブレーキ動作時に流体圧が込められることにより流体圧供給口に接続されるホース側からの応力は、左右一対の梃子の中心線上（又は略中心線上）で作用し、梃子及びブレーキパッドを回動させるモーメントを生じさせない。従って、ブレーキパッドの押し付け力の分布に偏りが発生せず、ブレーキパッドの全面が均一な押し付け力でディスクに押し付けられる。従って、ブレーキパッドの偏摩耗は発生しない。また、このような構造は、従来に比して複雑化していない。すなわち、構造を複雑化することなく、ブレーキパッドの偏摩耗を防止することができる。

図１、図２及び図３はそれぞれ、本発明の一実施形態による車両用ブレーキ装置の側面図、平面図及び正面図である。当該車両用ブレーキ装置は、鉄道車両等に用いられるディスクブレーキ装置である。図１〜図３において、当該車両用ブレーキ装置１は、図示しない鉄道車両の台車に固定された取付脚１０１に取り付けられている。車両の前後方向（図１のＸ方向）へ水平に延びる第１支軸１０２は、取付脚１０１に取り付けられている。支持部材１０３は、第１支軸１０２を中心として、図１のＹ−Ｚ平面に沿って揺動自在に取り付けられている。支持部材１０３は正面側から見て左右に、略垂直方向（Ｙ方向）に延びる第２支軸１０４及び第３支軸１０５（図２）を備えている。

左右一対の梃子（キャリパボディ）１０６は、第２支軸１０４及び第３支軸１０５を中心として略水平に、すなわちＸ−Ｚ平面に沿って回動自在に取り付けられている。左右一対の梃子１０６の作用点側にはそれぞれ、略垂直方向に延びる第４支軸１０７及び第５支軸１０８（図２）を中心として回動可能に、パッド保持部材１０９が取り付けられている。左右一対のパッド保持部材１０９の各内面には、ディスク１１１を挟むブレーキパッド１１０が嵌め込まれている。ディスク１１１は、車軸（図示せず。）に同軸に固定されて車輪（図示せず。）と一体回転する。

一方、梃子１０６の力点に相当する図１の左端部１０６ａ（上下）には、ブレーキアクチュエータ１１２が接続されている。ブレーキアクチュエータ１１２は後述する流体シリンダの構成を有し、図２に示すように、シリンダ部１１２ａが一方の梃子１０６に、ピストン部１１２ｂが他方の梃子１０６に、それぞれ接続され、流体の給排によって力点間距離（Ｚ方向）を拡縮させるものである。また、梃子１０６の作用によりブレーキアクチュエータ１１２の力が増倍されて、ブレーキパッド１１０をディスク１１１に強く押し付けることができる。

上記ブレーキアクチュエータ１１２への流体圧供給口１１２ｐは、左右の力点１０６ａのＺ方向における中央近傍（好ましくは正確に中間点）に配置されており、ここに、流体供給用のホース１１３が接続される。図２に示すように、平面視の状態で、ディスク１１１、第１支軸１０２、支持部材１０３、流体圧供給口１１２ｐは、共通の中心線Ｃ２上に存在している。また、左右一対の梃子１０６間の中心線も、この中心線Ｃ２に一致する。さらに、流体圧供給口１１２ｐの開口している方向も中心線Ｃ２と同じ方向であり、同様に、ホース１１３も中心線Ｃ２上に配置されている。なお、上述の「共通の中心線上」や「中心線に一致」等の表現は、厳密な一致のみをいうものではなく、略共通、略一致を含む（以下同様。）。
一方、図１において、Ｙ方向における梃子１０６の中心線Ｃ１は、ディスク１１１、ブレーキパッド１１０、梃子１０６、ブレーキアクチュエータ１１２、及び、流体圧供給口１１２ｐの中心線と共通である。

上記のように構成された車両用ブレーキ装置１は、所定の流体圧がブレーキアクチュエータ１１２に供給されると、ピストン部１１２ｂ（図２）が相対的に伸長動作して左右一対の梃子１０６の力点間距離が拡げられ、その力が梃子１０６の作用により増倍されて、ブレーキパッド１１０がディスク１１１に押し付けられる。これにより、所望の制動力が得られる。また、流体圧を抜いて排出の状態とすると、ピストン部１１２ｂが戻り、制動解除となる。

上記の動作において、所定の流体圧が流体圧供給口１１２ｐからブレーキアクチュエータ１１２に供給されたとき、ホース１１３は硬直化して、圧縮流体を押し込める反力に耐える。このとき流体圧供給口１１２ｐに対してＸ方向に平行にホース１１３側から応力が及ぼされる。これにより、車両用ブレーキ装置１の本体部分において、図１の第１支軸１０２上の一点を中心としてＸ−Ｙ平面上で反時計回り方向のモーメントが生じるが、第１支軸１０２がＸ方向に延びて一定の長さを有していることによって、このモーメントは第１支軸１０２により受け止められる。すなわち、ブレーキパッド１１０には実質的に何ら影響がない。

また、ホース１１３側からの応力は、図２における中心線Ｃ２上で作用し、左右の梃子１０６、パッド保持部材１０９、及びブレーキパッド１１０に対して、これらをＸ−Ｚ平面上で回動させるモーメントを生じさせない。従って、ブレーキパッド１１０の押し付け力の分布に偏りが発生せず、ブレーキパッド１１０の全面が均一な押し付け力でディスク１１１に押し付けられる。従って、ブレーキパッド１１０の偏摩耗は発生しない。また、図８，図９と比較すれば明らかなように、本実施形態の車両用ブレーキ装置１は、基本的に、部材の追加を必要としていない。すなわち、構造を複雑化することなく、ブレーキパッドの偏摩耗を防止することができる。

次に、上記ブレーキアクチュエータの構造の一例について詳細に説明する。図４〜図７は、流体圧力（例えば圧縮空気）で作動するブレーキブレーキアクチュエータの断面図である。このブレーキアクチュエータ１１２は、その内部に、コレット式スラック調整装置２０が組み込まれている。

図４において、ブレーキアクチュエータ１１２は、ほぼ中空の管状ハウジング部材１２を含んでおり、その一端には、ほぼ碗形の円筒状ハウジング部材１４が備え付けられている。この円筒状ハウジング部材１４は、管状ハウジング部材１２と共にシリンダハウジングを構成している。中空の流体導入部６２は、円筒状ハウジング部材１４に隣接して設けられており、この流体導入部６２の先端に、前述の流体圧供給口１１２ｐ（図１，図２）が存在する。なお、図４では便宜上、流体導入部６２を上方に図示しているが、実際の流体導入部６２は、図示の位置とは周方向に異なる位置に設けられている（図１，図２参照。）。

ピストン１６は、軸方向に往復運動が可能に、円筒状ハウジング部材１４の内部に装着されている。円筒状ハウジング部材１４の内面に対してピストン１６を実質的に流体漏れのない態様で封止するため、シール手段３０が設けられている。このシール手段３０は、概して、ピストン１６の第１表面２１に係合するパッキンカップの形態である。図示のように、ピストン１６のこの第１表面２１は、円筒状ハウジング部材１４の端壁に面している。
長く延びたほぼ中空の管状部材４０からなるステムのような部材は、その第１端で、ピストン１６の軸方向に対向する第２表面３８に固定されている。この管状部材４０は、その軸方向の反対側にある第２端に第１円錐形表面４２を有する。

車両においてブレーキ作用が必要になり、流体圧力がブレーキアクチュエータ１１２に導入されて、ピストン１６が図の左方向に移動すると、ピストン１６は、管状ハウジング部材１２に嵌着されたばね受け部材２７と、このピストン１６の軸方向反対の表面に取り付けられたばね受け部材２４との間に配置されたコイルばね部材２２の作用に抗して、作動する。

外周にねじが形成された、出力部材としての棒部材（ねじ付き棒部材）２８の少なくとも所定部分は、管状ハウジング部材１２の内側で同軸に延びるような態様で配置されている。ねじ付き棒部材２８は、管状ハウジング部材１２の左端に連設されたフランジ部材３２を通り抜けて外へ突き出る外端２８ａを有する。外端２８ａには、梃子１０６（図１）を取り付けるためのナット部６１ａを有する接続部材６１が取り付けられている。なお、他方の梃子１０６は、円筒状ハウジング部材１４の外側に形成されたナット部１４ａ（下方のみ図示。）に取り付けられる。
フランジ部材３２は、軸方向に互いに対向した第１ストッパ３４及び第２ストッパ３６を有している。第１ストッパ３４はフランジ部材３２の内面に形成され、また、第２ストッパ３６はフランジ部材３２の内周面に取り付けられている。

上記のコレット式スラック調整装置２０には、ねじ付き棒部材２８と一部螺合した作動コレット部材４４が含まれる。作動コレット部材４４は、円筒状の基部４４ａと、その左方に形成されたコレット部４４ｂとを有している。コレット部４４ｂには、その左端面から軸方向に切り込むように複数のスリットが形成されており、これらのスリットにより分割された可撓性の細長い所定の複数の指状の部材が、ねじ付き棒部材２８の外周の一部の周りに配置されている。ねじ付き棒部材２８と螺合しているのは、このコレット部４４ｂの左端寄りの内周部分である。

上記コレット式スラック調整装置２０のもう１つの必須要素は、スラック調整コレット部材４８である。このスラック調整コレット部材４８は、円筒状の基部４８ａと、その右方に形成されたコレット部４８ｂとを有している。コレット部４８ｂには、その右端面から軸方向に切り込むように複数のスリットが形成されており、これらのスリットにより分割された可撓性の細長い所定の複数の指状の部材が、ねじ付き棒部材２８の外周の一部の周りに配置されている。ねじ付き棒部材２８と螺合しているのは、このコレット部４８ｂの右端寄りの内周部分である。かかる螺合の状態におけるスラック調整コレット部材４８は、ねじ付き棒部材２８と移動を共にする「一体性」を発揮する。

シール部材３０と円筒状ハウジング部材１４との間に形成される内部空間（圧力室）５２は、中空の流体導入部６２と連通しており、前述のホース１１３（図１，図２）から内部空間５２に流体を導入することができる。
また、接続部材６１と管状ハウジング部材１２との間には、ベローズ６３が取り付けられている。管状ハウジング部材１２の右端側には、当該管状ハウジング部材１２とピストン１６との間に形成される内部空間５３の空気を逃がすための排気ノズル６４が設けられている。

ディスク１１１（図１）に対してブレーキパッド１１０（図１）の適正なクリアランスがある状態において、所定圧力の所定流体が、内部空間５２に導入されると、ピストン１６が左方に前進し始める。ピストン１６が、左方に少し移動すると、管状部材４０に形成された円錐形表面４２は、作動コレット部材４４の円錐形表面４３と係合し始める。作動コレット部材４４の円錐形表面４３と係合した状態で円錐形表面４２が連続移動すると、円錐形表面４２は、作動コレット部材４４の可撓性のコレット部４４ｂを締め付けて、当該コレット部４４ｂをねじ付き棒部材２８に押し付けながら、前進する駆動力をねじ付き棒部材２８に付与する。これにより、ねじ付き棒部材２８が左方へ移動し、ブレーキ力の基になる力が、梃子１０６（図１）にかかる（図５参照。）。

また、かかる流体圧力が内部空間５２から解放されるときには、コイルばね部材２２によって、ピストン１６及びそれに固定されたシール部材３０が、その元のブレーキ解除位置に戻される。ピストン１６の戻り行程では、作動コレット部材４４に設けられた当接肩部５４と、管状部材４０に設けられた当接肩部５６とが係合し、それによって、ねじ付き棒部材２８が後方に引っ張られる。

一方、ディスク１１１（図１）に対してブレーキパッド１１０（図１）の過剰なクリアランスがある状態においては、スラック調整コレット部材４８は、フランジ部材３２の第１ストッパ３４に突き当たる（図６参照。）。スラック調整コレット部材４８が、一旦、第１ストッパ３４に達すると、ねじ付き棒部材２８の前進力をスラック調整コレット部材４８が受ける形となり、コレット部４８ｂが外側に逃げ曲がる。それによって、コレット部４８ｂのねじ山と、ねじ付き棒部材２８とが、螺合しなくなる。すなわち、それ以後スラック調整コレット部材４８は、ねじ付き棒部材２８がさらに前進しても（図７参照）、ねじ付き棒部材２８と移動を共にしない「独立性」を発揮し、停止している。但し、ねじ付き棒部材２８が後退に転じると、一体性を取り戻して移動を共にする。一方、作動コレット部材４４のコレット部４４ｂにあるねじ山は、ピストン１６の管状部材４０に形成された円錐形表面４２によって、依然としてきつく楔止めされているために、ねじ付き棒部材２８のねじ山から離脱することはない。

ブレーキアクチュエータ１１２の戻り行程では、内部空間５２から流体圧が抜けるとすぐ、コイルばね部材２２の付勢を受けて、スラック調整コレット部材４８とねじ付き棒部材２８は、スラック調整コレット部材４８が第２ストッパ３６に達するまで、後方に移動する。この位置で、スラック調整コレット部材４８は、その「一体性」により、ねじ付き棒部材２８を保持し、それ以上の戻り動作を規制する。一方、作動コレット部材４４に取り付けられたコレット部４４ｂは、円錐形表面４２から楔止めされておらず、スラック調整コレット部材４８と一体で戻りつつあるねじ付き棒部材２８のネジ山に押されて外側に曲がり、それによって、作動コレット部材４４がねじ付き棒部材２８上を滑動するのを許容する。なお、スラック調整コレット部材４８に設けられた可撓性のコレット部４８ｂは、作動コレット部材４４に取り付けられる可撓性のコレット部４４ｂよりも短い。この理由のため、作動コレット部材４４のコレット部４４ｂは普通、より撓みやすく、その結果、より小さい力でしかねじ付き棒部材２８を把持できない。

以上のように、スラック調整コレット部材４８の移動範囲が、第１ストッパ３４，第２ストッパ３６によって規制されることにより、過剰なクリアランスがあった場合でも、ねじ付き棒部材２８が一往復することによってその戻りストロークが一定量となり、動作初期位置が調整される。従って、次回の動作から適切なクリアランスとなる。このようにして、常に適切なクリアランスの状態で車両用ブレーキ装置１（図１）を動作させることができる。確実なクリアランスは、スラック調整コレット部材４８の端部の長さは勿論、フランジ部材３２に配置された一対の第１ストッパ３４及び第２ストッパ３６の間のクリアランスにも依存する。

本発明は、鉄道車両用のブレーキ装置として適用すれば、ブレーキパッドの偏摩耗を防止することができる。また、鉄道車両用以外でも同様な構成を有するディスクブレーキに適用可能である。

本発明の一実施形態による車両用ブレーキ装置の側面図である。 上記車両用ブレーキ装置の平面図である。 上記車両用ブレーキ装置の正面図である。 上記車両用ブレーキ装置に使用されるブレーキアクチュエータの一例を示す断面図であり、ブレーキ動作を開始する前の状態を示している。 図４の状態よりピストン等が少し左方にある状態を示している。 流体圧の供給によって、図５の状態より、ピストン等が前進した状態を示している。 図６の状態よりさらにピストン等が前進し、スラック調整コレット部材が働き、最も深いブレーキ動作が行われた状態を示している。 従来の車両用ブレーキ装置を示す側面図である。 上記従来の車両用ブレーキ装置の正面図である（但し、仮想の揺動状態を示している。）。

符号の説明

１ 車両用ブレーキ装置
１２ 管状ハウジング部材（シリンダハウジング）
１４ 円筒状ハウジング部材（シリンダハウジング）
１６ ピストン
２８ ねじ付き棒部材（棒部材）
３４ 第１ストッパ
３６ 第２ストッパ
４０ 管状部材
４４ 作動コレット部材
４８ スラック調整コレット部材（調整コレット部材）
５２ 内部空間（圧力室）
１０２ 第１支軸
１０３ 支持部材
１０６ 梃子
１０６ａ 力点
１０７ 第２支軸
１０８ 第３支軸
１１０ ブレーキパッド
１１１ ディスク
１１２ ブレーキアクチュエータ
１１２ｐ 流体圧供給口
Ｃ２ 中心線

Claims (2)

1. 車両の前後方向に延びる支軸を中心として揺動自在に支持された支持部材と、
   前記支持部材に支持された他の支軸を中心として略水平方向に回動自在に支持された左右一対の梃子と、
   前記各梃子の作用点側にそれぞれ保持され、ディスクブレーキのディスクを挟むブレーキパッドと、
   前記各梃子の力点間に接続され、力点間距離を拡縮することにより前記ブレーキパッドが前記ディスクを押圧する力を変化させるブレーキアクチュエータと、を備えた車両用ブレーキ装置において、
   前記ブレーキアクチュエータは流体の給排により動作するものであって、流体圧供給口が左右一対の前記梃子間の略中心線上に配置されていることを特徴とする車両用ブレーキ装置。
2. 前記ブレーキアクチュエータは、
   シリンダハウジングと、
   前記シリンダハウジング内に、流体を導入する圧力室を区画するピストンと、
   前記ピストンと共に移動する管状部材と、
   外周にねじが形成された、出力部材としての棒部材と、
   前記棒部材と前記管状部材との間に介在し、制動方向への前記管状部材の移動時にのみその駆動力を前記棒部材に伝達する作動コレット部材と、
   前記棒部材と移動を共にする一体性と、移動を共にしない独立性とを択一的に発揮する調整コレット部材と、
   前記調整コレット部材の制動方向への移動を止め、一体性を解除する第１ストッパと、
   前記調整コレット部材の一体性を維持したまま、その制動解除方向への移動を止める第２ストッパと
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用ブレーキ装置。

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