JP2008267479A - キャリパブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制動時におけるキャリパ本体の撓みに対応してピストンの押圧力が有効につかわれるとともに、制輪子の偏摩耗を防止するキャリパブレーキ装置を提供する。
【解決手段】流体圧シリンダ５０は、制輪子７をディスクに押し付けるピストン８０と、このピストン８０を摺動可能に支持するとともにこのピストン８０との間に油圧室（作動流体圧室）４８を画成するシリンダ５１とを備え、このシリンダ５１をキャリパ本体１０に対して回動可能に支持し、制動時にキャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２が撓むと、シリンダ５１が回動して制輪子７をディスクの回転面に対して平行に保つ構成とする。これにより、ピストン８０の押圧力を有効につかって制輪子７をディスク６に押し付けることができるとともに、制輪子７がディスク６の回転半径方向について偏摩耗することを防止できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、左右の制輪子を車輪の側部に形成されたディスクに押し付けるキャリパブレーキ装置の改良に関するものである。

従来、この種のキャリパブレーキ装置として、特許文献１には、制輪子をディスクに押し付ける流体圧シリンダとして、作動油圧によってキャリパ本体から突出する基端側ピストンと、この基端側ピストンに球面軸受を介して回動可能に支持される先端側ピストンとを備え、先端側ピストンが制輪子を押圧するものが開示されている。

この場合、制動時にキャリパ本体が車輪のディスクから離れるように撓むと、先端側ピストンが回動して制輪子をディスクの回転面に対して平行に保つことにより、制輪子の偏摩耗を防止できる。
特開平１０−２６７０５８号公報 特開２０００−２９１７０３号公報

しかしながら、このような従来のキャリパブレーキ装置にあっては、制動時にキャリパ本体が車輪のディスクから離れるように撓むと、基端側ピストンがディスクの回転面に対して傾斜するため、基端側ピストンの押圧力にはディスクの回転面に対して傾斜する分力が生じ、基端側ピストンの押圧力が有効につかわれないという問題点があった。

また、制動時にキャリパ本体が撓むことによって、制輪子のライニングの断面が回転半径方向について偏摩耗する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、制動時におけるキャリパ本体の撓みに対応してピストンの押圧力が有効につかわれるとともに、制輪子の偏摩耗を防止するキャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、車輪の側部に形成されたディスクと、このディスクを挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子と、左右の制輪子を支持するキャリパ本体と、制輪子を作動流体圧によってディスクに押し付ける流体圧シリンダとを備えるキャリパブレーキ装置であって、流体圧シリンダは制輪子をディスクに押し付けるピストンと、このピストンを摺動可能に支持するとともにこのピストンとの間に作動流体圧室を画成するシリンダとを備え、このシリンダをキャリパ本体に対して回動可能に支持したことを特徴とするものとした。

本発明によると、制動時にキャリパ本体が車輪のディスクから離れるように撓むが、シリンダが回動して制輪子をディスクの回転面に対して平行に保つことにより、ピストンの押圧力を有効につかって制輪子をディスクに押し付けることができるとともに、制輪子のライニングがその全面でディスクに摺接することによってライニングがディスクの回転半径方向について偏摩耗することを防止できる。

まず、図１〜４に本発明が適用可能な鉄道車両用キャリパブレーキ装置の一例を示す。図１はキャリパブレーキ装置１の平面図であり、図２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軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。

図１に示すように、キャリパブレーキ装置１は、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に制動を掛けるものである。

図１、図２において、２０は車両の図示しない台車上に固定される支持枠であり、キャリパブレーキ装置１はこの支持枠２０に設けられた上下スライドピン３０、３２を介して支持されるキャリパ本体１０を備える。

キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる第一、第二キャリパアーム部１２、１４と、この第一、第二キャリパアーム部１２、１４を結ぶヨーク部１３とを有する。

図３は図２のＡ−Ａ線に沿う制輪子７と第一キャリパアーム部１２等の断面図である。この図３に示すように、第一キャリパアーム部１２側のみに制輪子７を押し付ける対の流体圧シリンダ５０が設けられる。

流体圧シリンダ５０は、第一キャリパアーム部１２に設けられるシリンダ部４７と、このシリンダ部４７に摺動可能に嵌合されるピストン８０と、シリンダ部４７とこのピストン８０の間に画成される油圧室４８とを備え、油圧室４８に導かれる作動油圧によりピストン８０が制輪子７をＸ軸方向に押圧し、制輪子７をディスク６に押し付ける。

第一キャリパアーム部１２の上下端部にアジャスタ４１がアンカボルト４２を介してそれぞれ締結され、このアジャスタ４１から突出するアンカピン４３を介して制輪子７の両端部が支持される。

アジャスタ４１を第一キャリパアーム部１２の下端部から取り外した状態で、制輪子７は支持レール８に下方（Ｙ軸方向）から差し込まれる。その後、アジャスタ４１が第一キャリパアーム部１２にアンカボルト４２を介して締結されると、制輪子７の両端部に上下のアンカピン４３が係合し、制輪子７がＹ軸方向について支持される。

アジャスタ４１は制輪子７をディスク６から離すように付勢する戻しバネ４４と、制輪子７とディスク６の隙間を略一定に調整する隙間調整機構４５を備える。ブレーキ解除時に制輪子７は戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離され、隙間調整機構４５によってディスク６との隙間が略一定に調整される。

キャリパ本体１０は上下スライドピン３０、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持されている。

図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う上スライドピン３０まわりの断面図である。この図４に示すように、キャリパ本体１０の各ブラケット部１５、１６に上スライドピン３０の両端部が支持され、上スライドピン３０と支持枠２０との間にゴム製のブッシュ３３が介装され、支持枠２０に対してキャリパ本体１０をＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持するとともに、支持枠２０に対してキャリパ本体１０をＺ軸まわりに揺動可能に支持する。これにより、キャリパ本体１０は台車に対する車輪５の揺動に追従し、各制輪子７が車輪５のディスク６に平行に対峙する。各ブラケット部１５、１６と支持枠２０との間にはゴム製のブーツ３４が介装され、このブーツ３４によって上下スライドピン３０、３２の露出部がダストから保護される。

キャリパブレーキ装置１は以上のように構成され、制動解除時には戻しバネ６６の付勢力によって制輪子７がディスク６から離れている。

一方、制動時には油圧室４８に導かれる作動油圧により各ピストン８０が突出して制輪子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。

しかしながら、このようなキャリパブレーキ装置１にあっては、制動時に第一、第二キャリパアーム部１２、１４が車輪５のディスク６から離れるように撓み、制輪子７のライニング９が部分的にディスク６に摺接し、ライニング９の断面が回転半径方向について偏摩耗するという問題点があった。

そこで、本発明は、流体圧シリンダ５０のシリンダをキャリパ本体１０に対して回動可能に支持し、制動時に第一、第二キャリパアーム部１２、１４が撓むときシリンダが回動して制輪子７をディスク６の回転面に対して平行に保つことを要旨とする。

以下、その具体的な例につき図５以下に示した実施の形態を説明する。なお、図１〜４のキャリパブレーキ装置と同一構成部には同一符号を付す。

図５に示すように、流体圧シリンダ５０は、制輪子７をディスク６に押し付けるピストン８０と、このピストン８０を摺動可能に支持するシリンダ５１とを備える。

このシリンダ５１はキャリパ本体１０と別体で形成され、キャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２に球面軸受６０を介して回動可能に支持される。

球面軸受６０はシリンダ５１に取り付けられる球面凸ベアリング６１と、第一キャリパアーム部１２に取り付けられる球面凹ベアリング６２とを備える。

球面凸ベアリング６１の外周面６５と球面凹ベアリング６２の内周面６６はそれぞれ球面状に湾曲し、シリンダ５１が第一キャリパアーム部１２に対して回動するときに互いに摺接する。

シリンダ５１は第一キャリパアーム部１２に対して進退可能に支持される。シリンダ５１を第一キャリパアーム部１２に対して進退可能に支持する手段として、シリンダ５１には円筒状の外周面５２が形成される一方、球面凸ベアリング６１には円筒状の内周面６３が形成され、この内周面６３にシリンダ５１の外周面５２が摺動可能に嵌合している。これにより、シリンダ５１は第一キャリパアーム部１２に対してシリンダ５１の軸方向に移動可能（進退可能）に支持される。

シリンダ５１の外周面５２には球面凸ベアリング６１を挟むようにしてスナップリング７１、７２が取り付けられ、このスナップリング７１、７２の間で球面凸ベアリング６１に対してシリンダ５１がＸ軸方向に移動する。

第一キャリパアーム部１２には球面凹ベアリング６２の外周面６７を嵌合させるベアリング支持穴７３が形成され、球面凹ベアリング６２はこのベアリング支持穴７３にスペーサ７４とスナップリング７５を介して固定される。ベアリング支持穴７３はＸ軸方向に延び、第一キャリパアーム部１２を貫通し、ディスク６側と背面側に両方に開口している。

なお、シリンダ５１を第一キャリパアーム部１２に対して進退可能に支持する手段として、球面凹ベアリング６２をベアリング支持穴７３にに対してシリンダ５１の軸方向に移動可能に支持しても良い。

シリンダ５１の先端部にはフランジ部５３が環状に形成される一方、第一キャリパアーム部１２にはこのフランジ部５３を支持する反力受け部１７が形成される。フランジ部５３はシリンダ５１が第一キャリパアーム部１２に対して球面軸受６０を介して回動した状態でも反力受け部１７に当接し、シリンダ５１がＸ軸方向に後退しないように支持する。

フランジ部５３は反力受け部１７に対峙する部位が球面状に湾曲し、シリンダ５１が第一キャリパアーム部１２に対して回動するときに反力受け部１７に摺接する。

ピストン８０とシリンダ５１の間には油圧室（作動流体圧室）４８が画成される。シリンダ５１の内周面とピストン８０の外周面の間にはシールリング５９が介装され、このシールリング５９によって油圧室４８が密封される。図示しない油圧配管を介して油圧室４８に導かれる作動油圧（作動流体圧）によりピストン８０が制輪子７に近付く方向に移動して制輪子７をディスク６に押し付ける。

ピストン８０の先端部には断熱部材８１が取り付けられ、この断熱部材８１が制輪子７の背面に当接する。

キャリパブレーキ装置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。

図２の（ａ）に示すように、制動解除時に油圧室４８に導かれる作動油圧が低く保たれ、戻しバネ６６の付勢力によって制輪子７がディスク６から離れている。

図２の（ｂ）に示すように、制動時には油圧室４８に導かれる作動油圧が上昇することにより、各ピストン８０がシリンダ５１から突出して制輪子７をディスク６に押圧力Ｆ１をもって押し付け、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。

制動時にシリンダ５１に働く反力は、フランジ部５３が反力受け部１７に当接することにより、第一キャリパアーム部１２に支持される。

図２の（ｂ）に示すように、制動時に第一キャリパアーム部１２にあるタワミ量をもって変形すると、球面軸受を持たない従来装置では、ピストンが制輪子を押圧する押圧力Ｆ２の方向がディスク６の回転面６ａに対して傾斜する。これに対して、本発明のキャリパブレーキ装置１はシリンダ５１がディスク６の回転面６ａに追従して回動することにより、制輪子７がディスク６の回転面６ａに対して平行に保たれることにより、ピストン８０が制輪子７を押圧する押圧力Ｆ１の方向がディスク６の回転面６ａに対して直交する。これにより、制動時にピストン８０の押圧力にディスク６の回転面６ａに対して傾斜する分力が生じることなく、ピストン８０の押圧力を有効につかって制輪子７をディスク６に押し付けることができ、ブレーキ性能を高められる。

そして、制輪子７がディスク６の回転面６ａに対して平行に保たれることにより、制輪子７のライニングがその全面でディスク６に摺接することによってライニングがディスク６の回転半径方向について偏摩耗することを防止できる。

キャリパブレーキ装置１の整備時等に、流体圧シリンダ５０を第一キャリパアーム部１２から取り外す場合は、まず、スナップリング７２を取り外し、シリンダ５１を球面凸ベアリング６１に対してディスク６側に抜き取る。このとき、ピストン８０をシリンダ５１に組み付けた状態が維持されるため、油圧室４８から作動油が流出しないで済む。

本実施の形態では、車輪５の側部に形成されたディスク６と、このディスク６を挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子７と、左右の制輪子７を支持するキャリパ本体１０と、制輪子７を作動油圧（作動流体圧）によってディスク６に押し付ける流体圧シリンダ５０とを備えるキャリパブレーキ装置１であって、流体圧シリンダ５０は、制輪子７をディスク６に押し付けるピストン８０と、このピストン８０を摺動可能に支持するとともにこのピストン８０との間に油圧室（作動流体圧室）４８を画成するシリンダ５１とを備え、このシリンダ５１をキャリパ本体１０に対して回動可能に支持したため、制動時にキャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２が車輪５のディスク６から離れるように撓むが、シリンダ５１が回動して制輪子７をディスク６の回転面６ａに対して平行に保つことにより、ピストン８０の押圧力を有効につかって制輪子７をディスク６に押し付けることができるとともに、制輪子７のライニングがその全面でディスク６に摺接することによってライニングがディスク６の回転半径方向について偏摩耗することを防止できる。

本実施の形態では、シリンダ５１をキャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２に回動可能に支持する球面軸受６０を備え、この球面軸受６０はシリンダ５１に取り付けられる球面凸ベアリング６１と、キャリパ本体１０の第一キャリパアーム部１２に取り付けられる球面凹ベアリング６２とを備え、球面凸ベアリング６１の外周面６５と球面凹ベアリング６２の内周面６６が互いに摺接してシリンダ５１を回動させたため、シリンダ５１がキャリパ本体１０に対して円滑に回動することができる。

球面軸受６０はキャリパ本体１０とシリンダ５１の間に介装される構造のため、球面凸ベアリング６１、球面凹ベアリング６２の直径（ベアリング径）を十分に大きく確保することができ、シリンダ９の動きに対する制約が少ない。

本実施の形態では、シリンダ５１をキャリパ本体１０に対して進退可能に支持し、制動時にシリンダ５１に働く反力を支持する反力受け部１７をキャリパ本体１０に形成したため、制動時にシリンダ５１がキャリパ本体１０に対して進退し、シリンダ５１に働く反力がキャリパ本体１０に形成した反力受け部１７に受けられ、流体圧シリンダ５０の支持剛性が十分に確保される。

本実施の形態では、シリンダ５１の先端部に球面状のフランジ部５３を形成し、制動時にシリンダ５１に働く反力がこのフランジ部５３を介して反力受け部１７に支持されるため、流体圧シリンダ５０の支持剛性が十分に確保される。

次に図７に示す他の実施形態を説明する。これは基本的には図７の実施形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

第一キャリパアーム部１２にはディスク側のみに開口するベアリング支持穴７６が形成され、このベアリング支持穴７６の内奥には後述する反力受け部１８が形成される。

ベアリング支持穴７６に球面凹ベアリング６２の外周面６７が嵌合される。ベアリング支持穴７６にスナップリング７７が取り付けられ、このスナップリング７７を介して球面凹ベアリング６２が固定される。

シリンダ５７には球面状の基端部５４が形成され、第一キャリパアーム部１２にはこの基端部５４を支持する球面状の反力受け部１８が形成される。この反力受け部１８はシリンダ５７が第一キャリパアーム部１２に対して球面軸受６０を介して回動した状態で基端部５４を当接させ、シリンダ５７がＸ軸方向に後退しないように支持する。

基端部５４の反力受け部１８に対峙する部位は球面状に形成され、シリンダ５７が第一キャリパアーム部１２に対して回動するときに基端部５４が反力受け部１８に摺接する。

基端部５４にはその中央部にボス部５５が形成され、このボス部５５は反力受け部１８の中央穴１９から第一キャリパアーム部１２の背後に突出している。ボス部５５に油圧室４８に連通する通孔５６が形成され、この通孔５６に図示しない油圧配管が接続され、この油圧配管を介して油圧室４８に作動油圧が導かれる。

キャリパブレーキ装置１は以上のように構成され、制動時には油圧室４８に導かれる作動油圧が上昇することにより、ピストン８０がシリンダ５１から突出して制輪子をディスクに押し付け、制輪子がディスクに摩擦力を付与し、車輪を制動する。

この制動時に、シリンダ５７に働く反力は、基端部５４が反力受け部１８に当接することにより、第一キャリパアーム部１２に支持される。

制動時に第一キャリパアーム部１２がディスクから離れるように撓むが、シリンダ５７が第一キャリパアーム部１２に対して球面軸受６０を介して回動し、制輪子７をディスクの回転面に対して平行に保つことにより、ピストン８０が制輪子７を押圧する方向がディスクの回転面に対して直交する。これにより、ピストン８０の押圧力にディスクの回転面に対して傾斜する分力が生じることなく、ピストン８０の押圧力を有効につかって制輪子７をディスクに押し付けることができる。

そして、制輪子７がディスクの回転面に対して平行に保たれることにより、制輪子７のライニングがディスク６の回転半径方向について偏摩耗することを防止できる。

キャリパブレーキ装置１の整備時等に流体圧シリンダ５０を第一キャリパアーム部１２から取り外す場合は、まず、スナップリング７２を取り外し、シリンダ５１を球面凸ベアリング６１に対してディスク側に抜き取る。このとき、ピストン８０をシリンダ５１に組み付けた状態が維持されるため、油圧室４８から作動油が流出しないで済む。

本実施の形態では、シリンダ５１の基端部５４を球面状に形成し、制動時にシリンダ５１に働く反力がこの基端部５４を介して反力受け部１７に支持されるため、流体圧シリンダ５０の支持剛性が十分に確保される。

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。

本発明が適用されるキャリパブレーキ装置の平面図。 同じく側面図。 同じく図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 同じく図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置の断面図。 同じくキャリパブレーキ装置の動作を示す断面図。 本発明の他の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置の断面図。

符号の説明

１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
１０ キャリパ本体
１２ 第一キャリパアーム部
１４ 第二キャリパアーム部
１７ 反力受け部
１８ 反力受け部
４８ 油圧室（作動流体圧室）
５０ 流体圧シリンダ
５１ シリンダ
５３ フランジ部
５４ 基端部
５７ シリンダ
６０ 球面軸受
６１ 球面凸ベアリング
６２ 球面凹ベアリング
６５ 外周面
６６ 内周面
８０ ピストン

Claims (4)

1. 車輪の側部に形成されたディスクと、このディスクを挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子と、この左右の制輪子を支持するキャリパ本体と、前記制輪子を作動流体圧によってディスクに押し付ける流体圧シリンダとを備えるキャリパブレーキ装置であって、
   前記流体圧シリンダは前記制輪子をディスクに押し付けるピストンと、このピストンを摺動可能に支持するとともにこのピストンとの間に作動流体圧室を画成するシリンダとを備え、このシリンダを前記キャリパ本体に対して回動可能に支持したことを特徴とするキャリパブレーキ装置。
2. 前記シリンダを前記キャリパ本体に対して進退可能に支持し、制動時に前記シリンダに働く反力を支持する反力受け部を前記キャリパ本体に形成したことを特徴とする請求項１に記載のキャリパブレーキ装置。
3. 前記シリンダの先端部に球面状のフランジ部を形成し、前記キャリパ本体にこのフランジ部を支持する前記反力受け部を形成したことを特徴とする請求項２に記載のキャリパブレーキ装置。
4. 前記シリンダの基端部を球面状に形成し、前記キャリパ本体にこの基端部を支持する前記反力受け部を形成したことを特徴とする請求項２に記載のキャリパブレーキ装置。

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