JP2009162243A - 車両用キャリパブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制輪子本来の制動力を発揮できる車両用キャリパブレーキ装置を提供する。
【解決手段】制輪子７をディスクに押し付けるアクチュエータ６０を備え、このアクチュエータ６０は、キャリパ本体１０に形成されるシリンダ８０に摺動可能に収められる押圧ピストン６５と、シリンダ８０と押圧ピストン６５との間に画成される圧力室６３とを備え、押圧ピストン６５がライニング９（制輪子７のディスクに対する摺接部）の全域に対峙する受圧部を有し、制動時に圧力室６３に導かれる空気圧により押圧ピストン６５が制輪子７をディスクに押し付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する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。

一般に、鉄道車両の油圧ブレーキは空気圧源から供給される空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、この空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧により油圧ブレーキを作動させるようになっている。

近年、鉄道車両に空気圧源から供給される空気圧により作動する空気圧ブレーキを搭載して、上記の空油変換器と油圧配管を廃止することが望まれている。

特許文献１、２には、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。

特許文献３には、エアチャンバを用いたアクチュエータに供給される空気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 特開平１１−１９３８３５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、油圧シリンダまたはアクチュエータが制輪子全体を押圧するのではなく、制輪子の一部を押圧するため、この押し付け反力によってキャリパ本体が撓んだり、ディスクの回転面に変形が生じた場合に、制輪子の局部的な温度上昇が生じることによって制輪子の摩擦係数が低下し、制輪子本来の制動力を発揮できず、制輪子の偏摩耗が生じるという問題点があった。

また、特許文献３の図６に示されるテコ式空気圧ブレーキの場合は、テコの軸受部に働く摩擦力等の影響により制輪子をディスクと平行に押すことが困難であり、制輪子の偏摩耗が生じ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、制輪子本来の制動力を発揮できる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、車両用キャリパブレーキ装置において、車輪と共に回転するディスクと、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、車体に支持されるキャリパ本体と、制輪子をディスクに押し付けるアクチュエータとを備え、このアクチュエータは、キャリパ本体に形成されるシリンダと、このシリンダに摺動可能に収められる押圧ピストンと、シリンダと押圧ピストンとの間に画成される圧力室とを備え、制輪子のディスクに対する摺接部の全域に対峙する受圧部を有し、制動時に圧力室に導かれる空気圧によりこの押圧ピストンが制輪子をディスクに押し付ける構成としたことを特徴とする。

本発明によると、アクチュエータは、押圧力を制輪子のディスクに対する摺接部の全域に付与し、制輪子の摩擦係数が高く保たれ、制輪子本来の制動力が発揮されるとともに、制輪子やディスクの局部的な温度上昇が抑えられることによって制輪子やディスクの偏摩耗が生じることを防止できる。

図１、図２に本発明が適用可能な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。

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の回転を制動するものである。

図１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る。図３に示すように、キャリパブレーキ装置１はキャリパ本体１０がこの支持枠２０に上下スライドピン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る。

図２は上スライドピン３０まわりの断面図である。この図２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。

第一キャリパアーム１２の上下端部に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。

図３は本発明の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置１の側面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

制輪子７は、ディスク６に摺接するライニング９と、このライニング９の背部が取り付けられるライニング背板１７とを備える。

第一キャリパアーム１２の上下端部には一対のアンカピン４３が設けられ、各アンカピン４３によって制輪子７が支持される。

第一キャリパアーム１２の上下端部には穴１２ａ、１２ｂが形成され、各アンカピン４３は各穴１２ａ、１２ｂに嵌合して固定される。各アンカピン４３は第一キャリパアーム１２の端面からディスク６に向けてＸ軸方向に突出する。

ライニング背板１７の上下端部には各アンカピン４３に係合する係合部が形成され、制輪子７はこの各係合部が各アンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持される。ライニング背板１７の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、制輪子７の制動反力が支持される。

なお、図１に示すように、制輪子７は案内板８を介して各アンカピン４３に係合する構造としても良い。この場合、案内板８を介してアンカピン４３に制輪子７を支持する剛性を高められるとともに、制輪子７を着脱する作業が案内板８を介して容易に行える。

図３、図４に示す本発明の本実施の形態では、制輪子７は、案内板８を廃止して構造の簡素化がはかれるとともに、キャリパ本体１０をＸ軸方向について小型化することができる。

第一キャリパアーム１２に制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０が設けられる。アクチュエータ６０は、各アンカピン４３の間に配置される。

図４に示すように、アクチュエータ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８０と、このシリンダ８０に摺動可能に収められる押圧ピストン６５と、シリンダ８０と押圧ピストン６５との間に画成される圧力室６３とを備え、この圧力室６３に導かれる空気圧により押圧ピストン６５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。

シリンダ８０は圧力室６３に沿ってＸ軸方向に延びる筒状のシリンダ側壁８２と、Ｙ軸とＺ軸方向に延びる平板状のシリンダ端壁８１とを有する。

図３に示す側面図上において、押圧ピストン６５がライニング９（制輪子７のディスク６に対する摺接部）に略相似し、かつこのライニング９より大きい受圧部を有する。

シリンダ側壁８２は、制輪子７のライニング９と略相似形状に形成され、圧力室６３の断面積（押圧ピストン６５の受圧面積）がライニング９のディスク６に摺接する面積より大きく形成される。

シリンダ側壁８２は、ディスク６と同心の円弧状に湾曲する内外周の円弧状壁部８２ａ、８２ｂと、外周の円弧状壁部８２ｂの上下端部から各アンカピン４３の近傍にてＺ軸方向に延びる上下横壁部８２ｃ、８２ｄと、上下横壁部８２ｃ、８２ｄの端部から内周の円弧状壁部８２ａの上下端部へとＹ軸方向に延びる上下縦壁部８２ｅ、８２ｆとを有し、制輪子７の中心線Ｏｚについて対称的に形成される。

押圧ピストン６５は、シリンダ８０のシリンダ側壁８２に摺動可能に嵌合する筒状のピストン嵌合部６６と、このピストン側部６６の先端部から延びる板状のピストン端板部６７とを有する。ピストン嵌合部６６はシリンダ側壁８２と相似した断面形状を持ち、Ｘ軸方向に延びる中空筒状に形成される。ピストン端板部６７はＹ軸とＺ軸方向に延びる平板状に形成される。

シリンダ側壁８２とピストン嵌合部６６との間にはシールリング６４が介装され、このシールリング６４によって圧力室６３が密封される。

押圧ピストン６５の先端部には断熱プレート７０が設けられ、この断熱プレート７０が制輪子７に当接する。断熱プレート７０は断熱材によって形成され、制輪子７の熱が押圧ピストン６５に伝達されることを抑制する。

断熱プレート７０は押圧ピストン６５のピストン端板部６７に固着される。断熱プレート７０は、制輪子７のライニング９の全域に対峙して、ライニング背板１７に当接する。

キャリパ本体１０には通孔７９が形成され、この通孔７９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圧力室６３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圧力室６３に導く一方、非制動時に大気圧を圧力室６３に導く。

以上のようにキャリパブレーキ装置１は構成され、制動解除時に圧力室６３に負圧が導かれており、押圧ピストン６５が後退することによって制輪子７がディスク６から離れる。 なお、これに限らず、押圧ピストン６５を引き込むスプリングを設け、制動解除時に圧力室６３に大気圧が導かれることにより、押圧ピストン６５が後退する構成としても良い。

制動時に圧力室６３に導かれる空気圧が高められることにより押圧ピストン６５がシリンダ８０を摺動して前進し、押圧ピストン６５が断熱プレート７０を介して制輪子７を押圧し、制輪子７をディスク６に押し付けてディスク６に摩擦力を付与し、車輪の回転を制動する。

キャリパブレーキ装置１は、シリンダ８０の断面積（押圧ピストン６５の受圧面積）と圧力室６３に導かれる最大空気圧力が以下のように設定され、従来の油圧式ピストン型キャリパブレーキ装置と同等の押圧力が得られる。
シリンダ８０の断面積：２９０８４ｍｍ²
空気圧力：０．７５ＭＰａ（７００ｋＰａ）
押圧力＝２９０８４×０．７５＝約２０ｋＮ
このように、アクチュエータ６０はシリンダ８０の断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。

言い換えれば、ライニング９の面積とシリンダ８０の断面積がほぼ同じなので、ライニング９とディスク６間に必要とされる面圧と、キャリパブレーキ装置１の圧力室６３に必要とされる空気圧がほぼ同じであり、この数値が約０．７５ＭＰａとなる。

アクチュエータ６０は鉄道車両に搭載される空気圧源から供給される空気圧によって押圧ピストン６５が制輪子７を押圧作動するため、鉄道車両に搭載される空油変換器（油圧源）や油圧配管が不要になり、鉄道車両の軽量化がはかれる。

本実施の形態では、車輪５と共に回転するディスク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、台車（車体）に支持されるキャリパ本体１０と、制輪子７をディスク６に押し付けるアクチュエータ６０とを備え、アクチュエータ６０は、キャリパ本体１０に形成されるシリンダ８０と、このシリンダ８０に摺動可能に収められる押圧ピストン６５と、シリンダ８０と押圧ピストン６５との間に画成される圧力室６３とを備え、押圧ピストン６５がライニング９（制輪子７のディスク６に対する摺接部）の全域に対峙する受圧部を有し、制動時に圧力室６３に導かれる空気圧により押圧ピストン６５が制輪子７をディスク６に押し付ける構成とした。

上記構成に基づき、アクチュエータ６０は、要求される押圧力を制輪子７のディスク６に対する摺接部の全域に付与し、制輪子７の摩擦係数が高く保たれ、制輪子７本来の制動力が発揮されるとともに、制輪子７やディスク６の局部的な温度上昇が抑えられることによって制輪子７やディスク６の偏摩耗が生じることを防止できる。

他の実施の形態として、制輪子を押圧する押圧ピストンを複数個に分割して設けても良い。この場合、複数個の押圧ピストンが制輪子７をディスク６に押し付ける構成のため、この押し付け反力によってキャリパ本体１０が撓んだり、ディスク６の回転面に変形に各押圧ピストンが追従し、制輪子７をディスク６の回転面に対して平行に押し付ける。これにより制輪子７やディスク６の偏摩耗が生じることを防止できる。

本実施の形態では、キャリパ本体１０に制輪子７を支持する対のアンカピン４３を備え、圧力室６３をこの各アンカピン４３の間に配置したため、押圧ピストン６５が制輪子７をディスク６に押し付ける動きが各アンカピン４３をガイドとして円滑に行われるとともに、各アンカピン４３に挟まれるスペースにおいて押圧ピストン６５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の広い範囲に付与することが可能となる。

本実施の形態では、制輪子７は、ディスク６に摺接するライニング９と、このライニング９の背部が取り付けられるライニング背板１７とを備え、ライニング背板１７の両端部に各アンカピン４３に係合する係合部を形成したため、制輪子の案内板を廃止して構造の簡素化がはかれるとともに、制輪子７をＸ軸方向について小型化することができる。

本実施の形態では、空気の熱伝達率が作動油より小さいため、押圧ピストン６５の温度が上昇しやすいが、押圧ピストン６５に断熱プレート７０を取り付け、この断熱プレート７０が制輪子７に当接するため、制輪子７の熱が押圧ピストン６５に伝達されることを抑制し、押圧ピストン６５の耐熱性を確保できる。

なお、必要に応じて断熱材を溶射したプレートを断熱プレート７０として用いても良い。

また、押圧ピストン６５に断熱材を直接溶射しても良い。これにより、制輪子７の熱が押圧ピストン６５に伝達されることを抑制し、押圧ピストン６５の耐熱性を確保できる。

本実施の形態では、キャリパ本体１０が上下スライドピン３０、３２を介して摺動可能にフローティング支持される構造のため、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と第二キャリパアームのうち、第一キャリパアーム１２のみにアクチュエータ６０を設けることが可能となり、キャリパブレーキ装置１の大型化が避けられる。

なお、各実施の形態では、これに限らず、第一キャリパアーム１２と第二キャリパアームの両方にアクチュエータ６０を設けてもよい。この場合、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必要がなく、キャリパ本体１０は台車（車体）に対して固定される。

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。 同じく上スライドピンまわりの断面図。 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。 同じく図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。

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
９ ライニング
１０ キャリパ本体
１２ 第一キャリパアーム
１７ ライニング背板
４３ アンカピン
６０ アクチュエータ
６３ 圧力室
６５ 押圧ピストン
７０ 断熱プレート
８０ シリンダ
８２ シリンダ側壁
９２ カバー

Claims (5)

1. 車輪と共に回転するディスクと、
   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、
   車体に支持されるキャリパ本体と、
   前記制輪子を前記ディスクに押し付けるアクチュエータとを備え、
   このアクチュエータは、
   前記キャリパ本体に形成されるシリンダと、
   このシリンダに摺動可能に収められる押圧ピストンと、
   前記シリンダと前記押圧ピストンとの間に画成される圧力室とを備え、
   前記制輪子の前記ディスクに対する摺接部の全域に対峙する受圧部を有し、
   制動時に前記圧力室に導かれる空気圧により前記押圧ピストンが前記制輪子を前記ディスクに押し付ける構成としたことを特徴とする車両用キャリパブレーキ装置。
2. 前記キャリパ本体に前記制輪子を支持する対のアンカピンを備え、
   前記圧力室を前記各アンカピンの間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
3. 前記制輪子は、
   前記ディスクに摺接するライニングと、
   このライニングの背部が取り付けられるライニング背板とを備え、
   このライニング背板の両端部に前記各アンカピンに係合する係合部が形成したことを特徴とする請求項に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
4. 前記押圧ピストンに断熱プレートを取り付け、
   この断熱プレートが前記制輪子に当接することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用キャリパブレーキ装置。
5. 前記押圧ピストンに断熱材を溶射したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用キャリパブレーキ装置。

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