JP2008286234A - 鉄道車両用キャリパブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気圧によって作動可能な鉄道車両用キャリパブレーキ装置を提供する。
【解決手段】車輪の側部に形成されたディスクを挟んで摩擦力を付与する左右の制輪子７と、キャリパ本体１０に制輪子７をディスクに対して進退可能に支持する対のアジャスタ４１とを備え、この各アジャスタ４１の間に空気圧シリンダ６０を設け、この空気圧シリンダ６０は、キャリパ本体１０に形成されるシリンダ部６１と、このシリンダ部６１に摺動可能に収められるピストン６２と、シリンダ部６１とこのピストン６２の間に画成される空気圧室６３とを備え、鉄道車両に搭載される空気圧源から空気圧室６３に供給される空気圧によってピストン６２が制輪子７を押圧作動する。
【選択図】図１

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鉄道車両用キャリパ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、２には、鉄道車両の油圧源から油圧シリンダに供給される油圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用ブレーキ装置が開示されている。
特開平８−２２６４６９号公報 特開平８−２２６４７１号公報

しかしながら、このような従来の鉄道車両用ブレーキ装置にあっては、ブレーキアクチュエータを空気圧によって作動させようとすると、ブレーキ装置が大型化し、車輪と台車（鉄道車両）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、空気圧によって作動可能な鉄道車両用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、鉄道車両用キャリパブレーキ装置において、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、このキャリパ本体を鉄道車両の支持枠に対して摺動可能に支持するスライドピンと、キャリパ本体に制輪子をディスクに対して進退可能に支持する対のアジャスタとを備え、この各アジャスタの間に空気圧シリンダを設け、この空気圧シリンダは、キャリパ本体に形成されるシリンダ部と、このシリンダ部に摺動可能に収められるピストンと、シリンダ部とこのピストンの間に画成される空気圧室とを備え、鉄道車両に搭載される空気圧源からこの空気圧室に供給される空気圧によってピストンが制輪子を押圧作動することを特徴とするものとした。

本発明によると、キャリパ本体の限られたスペースにおいてピストンの受圧面積を十分に確保し、要求される押圧力を制輪子に付与することが可能となる。空気圧シリンダを用いることにより、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。

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は鉄道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１２、１４と、この第一、第二キャリパアーム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１２側のみに制輪子７を押し付ける対の油圧シリンダ５０が設けられる。

油圧シリンダ５０は、第一キャリパアーム１２に設けられるシリンダ部４７と、このシリンダ部４７に摺動可能に収められるピストン４９と、シリンダ部４７とこのピストン４９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４９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１２の下端部から取り外した状態で、制輪子７のライニング９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４４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４９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。

キャリパブレーキ装置１はシリンダ部４７の寸法と油圧室４８に導かれる最大油圧力が以下のように設定され、必要なブレーキ力（押付力）として約２０００ｋｇｆが得られる。
シリンダ部４７の直径：φ３８ｍｍ×２個
シリンダ部４７の断面積（ピストン４９の受圧面積）：２２．６８ｃｍ²
油圧力：９０ｋｇｆ／ｃｍ²
ブレーキ力＝２２．６８×９０＝約２０００ｋｇｆ
ところで、鉄道車両には空気圧源が搭載されており、この空気圧源から導かれる空気圧によってキャリパブレーキ装置を作動させ、前記したキャリパブレーキ装置１に設けられる各油圧シリンダ５０とその油圧源等を廃止したいという要求がある。

そこで、本発明は、キャリパ本体に制輪子をディスクに押し付ける空気圧シリンダを設け、空気圧シリンダが必要な押付力を制輪子に付与することを要旨とする。

以下、その具体的な例につき図５、図６に示した実施の形態を説明する。図５はキャリパブレーキ装置の側面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図１〜４のキャリパブレーキ装置１と同一構成部には同一符号を付す。

キャリパブレーキ装置１は台車（鉄道車両）側の支持枠２０に設けられる上下スライドピン３０、３２と、この上下スライドピン３０、３２を介して摺動可能に支持されるキャリパ本体１０とを備える。

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キャリパアーム１２と図示しない第二キャリパアームを有し、この第一キャリパアーム１２のみに制輪子７を押し付ける空気圧シリンダ６０が設けられる。

第一キャリパアーム１２は上下スライドピン３０、３２を支持する上下のボス部１２ｂ、１２ｃと、このボス部１２ｂ、１２ｃからＸ軸方向に延びる上下のアーム部１２ｄ、１２ｅと、このアーム部１２ｄ、１２ｅを結んでＹ軸方向に延びるキャリパ部１２ｆとを有し、このキャリパ部１２ｆに制輪子７が取り付けられる。

キャリパ部１２ｆ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。

空気圧シリンダ６０は、第一キャリパアーム１２のキャリパ部１２ｆに形成されるシリンダ部６１と、このシリンダ部６１に摺動可能に収められるピストン６２と、シリンダ部６１とこのピストン６２の間に画成される空気圧室６３とを備え、この空気圧室６３に導かれる空気圧によりピストン６２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。

空気圧シリンダ６０は各アジャスタ４１の間に配置され、シリンダ部６１とピストン６２は制輪子７に沿って延びる非円形の断面形状を有する。図５、図６において、空気圧室６３が形成される部位に斜線を入れて示している。

制輪子７のライニング９は車輪のディスク６に沿った形状を有する。図５において、３つの円弧Ｇは制輪子７のライニング９をディスク６の回転周方向に略３等分したそれぞれのライニング部位の重心を示す。シリンダ部６１はこの３つの制輪子重心Ｇを包囲するように形成される。

上下端に位置するの制輪子重心Ｇの中心と上下のアジャスタ４１（アンカピン４３）の中心は同一中心線Ｏｙ上に配置され、中央に位置するの制輪子重心Ｇの中心はこの中心線Ｏｙよりディスク６の径方向外側に配置される。

なお、これに限らず、制輪子７のライニング９をディスク６の回転周方向に略２等分もしくは略４等分以上に分割し、シリンダ部６１はそれぞれのライニング部位の制輪子重心Ｇを包囲するように形成しても良い。

これにより、シリンダ部６１をライニング９の広い範囲に対峙して設けられ、後述するようにシリンダ部６１の断面積（ピストン６２の受圧面積）を十分に設定することができる。

シリンダ部６１は制輪子７と同様にキャリパ本体１０の中心線Ｏｚについて対称的に形成される。シリンダ部６１はライニング９に沿って湾曲して延びる前後の湾曲壁部６１ｃ、６１ｄと、この前後の湾曲壁部６１ｃ、６１ｄを結んで円弧状に延びる上下の円弧状壁部６１ａ、６１ｂとを有する。

第一キャリパアーム１２の上下端部にはアジャスタ４１が介装されるアジャスタ取付凹部１２ａ、１２ｂが形成され、シリンダ部６１の上下円弧状壁部６１ａ、６１ｂの外周面はこのアジャスタ取付凹部１２ａ、１２ｂに面するように形成される。

シリンダ部６１にはシールリング６４が取り付けられ、このシールリング６４がピストン６２の外周面に摺接し、空気圧室６３を密封する。シールリング６４はシリンダ部６１に沿って延び、その途中に折れ曲がる部位を持たないため、空気圧室６３の密封性を維持できる。

第一キャリパアーム１２には空気圧室６３に加圧空気を導く通孔６５が形成される。この通孔６５はキャリパ本体１０の中心線Ｏｚ上に配置され、機械加工によって形成される。

通孔６５は図示しない配管を介して鉄道車両の空気圧源に連通する。この空気圧源からの加圧空気は図示しない切換弁を介して空気圧室６３に供給されるとともに、図示しない制御弁を介して鉄道車両の懸架エアバネに供給される。図示しないコントローラからの指令に応じて切換弁は制動時に空気圧源からの加圧空気を空気圧室６３に導く一方、非制動時に大気圧を空気圧室６３に導く。

ピストン６２の先端凹部に断熱部材６６が嵌合して設けられる。ピストン６２は断熱部材６６を介して制輪子７の支持レール８の背面に当接し、空気圧室６３に導かれる空気圧により制輪子７を押圧する。

以上のようにキャリパブレーキ装置１は構成され、制動解除時に空気圧室６３に大気圧が導かれており、戻しバネ４４の付勢力によって制輪子７がディスク６から離れる。このとき、ピストン６２は制輪子７に追従してシリンダ部６１に押し込まれている。

制動時に空気圧室６３にて導かれる空気圧によりピストン６２がシリンダ部６１から突出作動し、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、車輪を制動する。

キャリパブレーキ装置１はシリンダ部６１の断面積と空気圧室６３に導かれる最大空気圧力が以下のように設定され、必要なブレーキ力（押付力）として約２０００ｋｇｆが得られる。
シリンダ部６１の断面積（ピストン６２の受圧面積）：２９０ｃｍ²
空気圧力：７ｋｇｆ／ｃｍ²
ブレーキ力＝２９０×７＝約２０００ｋｇｆ

本実施の形態では、車輪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、この左右の制輪子７を支持するキャリパ本体１０と、このキャリパ本体１０を鉄道車両の支持枠２０に対して摺動可能に支持する上下スライドピン３０、３２と、キャリパ本体１０に制輪子７をディスク６に対して進退可能に支持する対のアジャスタ４１とを備え、この各アジャスタ４１の間に空気圧シリンダ６０を設け、この空気圧シリンダ６０は、キャリパ本体１０に形成されるシリンダ部６１と、このシリンダ部６１に摺動可能に収められるピストン６２と、シリンダ部６１とこのピストン６２の間に画成される空気圧室６３とを備え、鉄道車両に搭載される空気圧源からこの空気圧室６３に供給される空気圧によってピストン６２が制輪子７を押圧作動するため、キャリパ本体１０の限られたスペースにおいてピストン６２の受圧面積を十分に確保し、要求される押圧力を制輪子７に付与することが可能となる。空気圧シリンダ６０を用いることにより、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、鉄道車両の軽量化がはかれる。

本実施の形態では、ディスク６に摺接する制輪子７のライニング９はディスク６に沿った形状を有し、制輪子７のライニング９をディスク６の回転周方向について複数のライニング部位にそれぞれのライニング部位が略同一面積となるように分割し、シリンダ部６１はそれぞれのライニング部位の重心Ｇを包囲するように形成したため、空気圧シリンダ６０は、シリンダ部６１の断面積（ピストン６２の受圧面積）を十分に確保するとともに、ピストン６２によって制輪子７を広い範囲で押圧し、制輪子７がディスク６に付与する摩擦力を有効に高められる。

本実施の形態では、ディスク６に摺接する制輪子７のライニング９はディスク６に沿った形状を有し、シリンダ部６１はライニング９に沿って延びる前後の湾曲壁部６１ｃ、６１ｄと、この湾曲壁部６１ｃ、６１ｄを結んで円弧状に延びる上下の円弧状壁部６１ａ、６１ｂとを有したため、空気圧シリンダ６０は、ピストン６２によって制輪子７を広い範囲で押圧し、制輪子７がディスク６に付与する摩擦力を有効に高められる。

次に図７に示す他の実施の形態を説明する。これは基本的には図５、図６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、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。

空気圧シリンダ７０は各アジャスタ４１の間に配置され、シリンダ部７１とピストン７２は長円形に形成される。図７において、空気圧室７３が形成される部位に斜線を入れて示している。

シリンダ部７１は制輪子７と同様にキャリパ本体１０の中心線Ｏｚについて対称的に形成される。シリンダ部７１は、直線状に延びる前後の直線状壁部７１ｃ、７１ｄと、この前後の直線状壁部７１ｃ、７１ｄを結んで円弧状に延びる円弧状壁部７１ａ、７１ｂとを有する。

図７において、前後の直線状壁部７１ｃ、７１ｄはその間に制輪子７のライニング９が配置されるように所定の間隔を持つ。

制輪子７のライニング９は車輪のディスク６に沿った形状を有する。図７において、３つ円弧Ｇは制輪子７のライニング９をディスク６の回転周方向に略３等分したそれぞれのライニング部位の重心を示す。シリンダ部７１はこの３つの制輪子重心Ｇを包囲するように形成される。

第一キャリパアーム１２の上下端部にはアジャスタ４１が介装されるアジャスタ取付凹部１２ａ、１２ｂが形成され、シリンダ部７１の上下円弧状壁部７１ａ、７１ｂはその外周面がこのアジャスタ取付凹部１２ａ、１２ｂに面するように形成される。

シリンダ部７１には長円形のシールリング７４が取り付けられ、このシールリング７４がピストン７２の外周面に摺接し、空気圧室７３を密封する。シールリング７４はシリンダ部７１に沿って延び、その途中に折れ曲がる部位を持たないため、空気圧室７３の密封性を維持できる。

以上のようにキャリパブレーキ装置１は構成され、制動時に空気圧室７３にて導かれる空気圧によりピストン７２がシリンダ部７１から突出作動し、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、車輪を制動する。

本実施の形態では、ディスク６に摺接する制輪子７のライニング９はディスク６に沿った形状を有し、シリンダ部７１を長円形に形成し、シリンダ部７１は直線状に延びる前後の直線状壁部７１ｃ、７１ｄと、この前後の直線状壁部７１ｃ、７１ｄを結んで円弧状に延びる円弧状壁部７１ａ、７１ｂとを有したため、ピストン７２の受圧面積を十分に確保するとともに、空気圧シリンダ７０は、ピストン７２によって制輪子７を広い範囲で押圧し、制輪子７がディスク６に付与する摩擦力を有効に高められる。

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側面図。 同じくキャリパブレーキ装置の断面図。 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側面図。

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
６０ 空気圧シリンダ
６１ シリンダ部
６１ａ 円弧状壁部
６１ｂ 円弧状壁部
６１ｃ 湾曲壁部
６１ｄ 湾曲壁部
６２ ピストン
６３ 空気圧室
７１ シリンダ部
７１ａ 円弧状壁部
７１ｂ 円弧状壁部
７１ｃ 直線状壁部
７１ｄ 直線状壁部
７２ ピストン
７３ 空気圧室

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、
   このキャリパ本体を鉄道車両の支持枠に対して摺動可能に支持するスライドピンと、
   前記キャリパ本体に前記制輪子を前記ディスクに対して進退可能に支持する対のアジャスタとを備え、
   この各アジャスタの間に空気圧シリンダを設け、
   この空気圧シリンダは、
   前記キャリパ本体に形成されるシリンダ部と、
   このシリンダ部に摺動可能に収められるピストンと、
   前記シリンダ部とこのピストンの間に画成される空気圧室とを備え、
   鉄道車両に搭載される空気圧源からこの空気圧室に供給される空気圧によって前記ピストンが制輪子を押圧作動することを特徴とする鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
2. 前記ディスクに摺接する前記制輪子のライニングは前記ディスクに沿った形状を有し、
   前記制輪子のライニングをこのディスクの回転周方向について複数のライニング部位にそれぞれのライニング部位が略同一面積となるように分割し、
   前記シリンダ部はそれぞれのライニング部位の重心を包囲するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
3. 前記ディスクに摺接する前記制輪子のライニングは前記ディスクに沿った形状を有し、
   前記シリンダ部は、
   このライニングに沿って延びる前後の湾曲壁部と、
   この湾曲壁部を結んで円弧状に延びる上下の円弧状壁部とを有したことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
4. 前記ディスクに摺接する前記制輪子のライニングは前記ディスクに沿った形状を有し、
   前記シリンダ部を長円形に形成し、
   前記シリンダ部は、
   直線状に延びる前後の直線状壁部と、
   この前後の直線状壁部を結んで円弧状に延びる円弧状壁部とを有したことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用キャリパブレーキ装置。