JP2013087930A

JP2013087930A - ブレーキ装置

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Publication number: JP2013087930A
Application number: JP2011231885A
Authority: JP
Inventors: Kohei Iida; 浩平飯田; Yoshihiro Shiotani; 嘉宏塩谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-13
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: US20130133989A1; KR20130044156A; CN103089860A; JP5427869B2; CN103089860B; US9242658B2; KR101423394B1

Abstract

【課題】より簡素な構成で、緩解中の押圧ピストンの移動を規制する。
【解決手段】ディスクに当接して摩擦力を付与する制動子をディスクに押圧させる押圧方向に進退して、制動子によってディスクを押圧させることを可能とする押圧ピストンと、押圧ピストンを制動子から退避する側に移動させることが可能な駆動軸Ｓと、駆動軸に連結されて駆動軸を軸回りに回転させることが可能な電気モータ４と、駆動軸を、押圧ピストンが制動子から退避する側に回転させる緩解機構１１と、緩解機構と駆動軸とが連結された連結状態と、分離された分離状態とに切り替え可能な切替機構２２と、連結状態で、押圧ピストンが制動子に進出する側に駆動軸が回転することを規制するストッパ機構３３とを備えるブレーキ装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪とともに回転するディスクに制動子を当接させることによって制動力を得るブレーキ装置に係り、特に制動子をディスクから待避させる緩解装置を有するブレーキ装置に関する。

近年、鉄道車両用のブレーキとして、車輪に直接ブレーキシューを押し付けて制動力を得る形式のブレーキ装置と比較して車輪の摩耗を考慮する必要がなく、また、車輪の状態によらず安定した制動力が得られるため、ディスクブレーキの採用が増加している。鉄道車両用のディスクブレーキとしては、機械バネによる力によって制動子をディスク方向に付勢しておき、例えば油圧の流体圧を利用したアクチュエータによって両者を離間する方向に移動させることで制動を解除する形式のものが知られている。

この形式のディスクブレーキ装置は、流体圧の供給に問題が生じた場合においても、機械バネによる付勢力によって制動力が機能する、所謂フェールセーフ機能が備わっている。

ところで、油圧式ディスクブレーキ装置は、油洩れ等により定期的に油のメンテナンスをしなければならず、保守性に問題を抱えている。そこで、鉄道車両のディスクブレーキ装置の動力源として流体圧ではなく電力を用いることが検討されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２５３１３号公報

しかしながら、フェールセーフが機能している状態では車輪に制動力がかかったままの状態となり、車両を移動することが困難となる。特に、流体圧を利用したブレーキ装置と比較して、電力を用いたブレーキ装置の場合、電気モータの出力軸と、制動子を押圧する押圧ピストンの軸との間に減速機構などの伝達機構が介在することになるため、従来の緩解機構をそのまま用いることができない。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、より簡素な構成で、緩解中の押圧ピストンの移動を規制することができる緩解装置を備えたブレーキ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のブレーキ装置は、車輪とともに回転するディスクに摩擦力を付与して前記車輪を制動するブレーキ装置であって、前記ディスクに当接して摩擦力を付与する制動子と、前記制動子を前記ディスクに押圧させる押圧方向に進退して、前記制動子によって前記ディスクを押圧させることを可能とする押圧ピストンと、前記押圧ピストンを前記制動子に向けて付勢する付勢部と、前記押圧ピストンに形成されたピストン側ネジ部に螺合する駆動側ネジ部を有し、軸回りに回転することで、前記押圧ピストンを前記制動子から退避する側に移動させることが可能な駆動軸と、前記駆動軸に連結されて前記駆動軸を軸回りに回転させることが可能な電気モータと、前記駆動軸を、前記押圧ピストンが前記制動子から退避する側に回転させる緩解機構と、前記緩解機構と前記駆動軸とが連結された連結状態と、分離された分離状態とに切り替え可能な切替機構と、前記連結状態で、前記押圧ピストンが前記制動子に進出する側に前記駆動軸が回転することを規制するストッパ機構とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、電気モータの不具合等により駆動軸の回転を利用して押圧ピストンを制動子から退避させることができなくなった場合においても、緩解機構を用いて押圧ピストンを制動子から退避させることができる。
また、ストッパ機構が押圧ピストンの移動を規制するため、分離状態を保持するため別の手段を用いる必要がなく、緩解機構をより簡素な構成とすることができる。

また、前記緩解機構は、前記押圧ピストンが前記制動子に進出する側に前記駆動軸が回転する方向と対応する方向への作動を不能とされていて、前記緩解機構によって前記ストッパ機構が構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、緩解機構によってストッパ機構が構成されているため、より簡素な構成でストッパ機構を有する緩解機構を実現することができる。

また、前記緩解機構は、前記駆動軸の回転に応じて回転可能な従動歯車と、前記従動歯車と噛合わされるウォーム歯車と、を備えることが好ましい。

上記構成によれば、緩解機構をウォーム歯車と従動歯車とによって構成することによって、ウォーム歯車を回転させることで従動歯車を回転させることができる。さらに、従動歯車の接線方向の力がウォーム歯車の軸方向に作用することにより、従動歯車の回転を規制することができる。これにより、簡素な構成でストッパ機構を有する緩解機構を構成することができる。

また、前記緩解機構は、前記駆動軸に設けられた第一歯車と、前記切替機構により前記第一歯車と連結及び分離される第二歯車と、前記第二歯車と同軸上に設けられた第三歯車と、を備え、前記第三歯車が従動歯車として前記ウォーム歯車と噛合わされていることが好ましい。

上記構成によれば、第二歯車を第一歯車と連結及び分離することにより、容易に連結状態と分離状態とを切り替えることができる。

また、前記従動歯車は前記駆動軸に同軸に設けられた歯車であり、前記切替機構により、前記ウォーム歯車と前記従動歯車とが連結及び分離される構成としてもよい。

上記構成によれば、最小限の構成により緩解機構を設けることができる。

本発明によれば、電気モータの不具合等により駆動軸の回転を利用して押圧ピストンを制動子から退避させることができなくなった場合においても、緩解機構を用いて押圧ピストンを制動子から退避させることができる。また、ストッパ機構が押圧ピストンの移動を規制するため、例えば緩解機構の機能を保持するため別の手段を用いて保持する必要がなく、緩解機構をより簡素な構成とすることができる。

本発明の第一実施形態に係るブレーキ装置の側断面図である。本発明の第一実施形態に係るブレーキ装置の手動緩解機構の要部拡大図である。図２のＡ−Ａ断面図である。本発明の第二実施形態に係るブレーキ装置の手動緩解機構を示す側断面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１、図２、及び図３に示すように、本実施形態のブレーキ装置１は、図示しない車輪と共に回転するディスク２に、パッド３を押し付けることにより摩擦力を付与して車輪を制動するディスクブレーキ形式の装置である。

ブレーキ装置１は、電気モータ４と、電気モータ４の出力軸４ａの回転を制動するように設けられた電磁ブレーキ５と、電気モータ４の回転を減速させるボール減速機６と、減速された回転によって回転するネジ軸７と、押圧力をパッド３に伝える押圧ピストン８と、押圧ピストン８をパッド３に向けて付勢する機械バネ９と、ディスク２やパッド３等が内蔵されたキャリパ１０と、パッド３を強制的に待避させるための手動緩解機構１１とを備えている。

以下の説明においては、電気モータ４の駆動により回転する出力軸４ａ、出力軸４ａに接続される伝達軸１３（後述する）、及びネジ軸７を含めて、駆動軸Ｓと称する。また、駆動軸Ｓに沿う方向を軸方向Ｘと称し、押圧ピストン８がパッド３を押圧するために突出する方向を軸方向一方側Ｘ１、その反対方向を軸方向他方側Ｘ２と称す。

キャリパ１０は、キャリパケーシング４１と、円盤形状で車輪と共に回転するディスク２と、ディスク２に押し付けられるパッド３と、パッド３をスライド自在に支持する複数のピン（図示せず）とを備えている。

電気モータ４の出力軸４ａには、伝達軸１３が取り付けられている。伝達軸１３は、電気モータ４の出力軸４ａを延長するように、出力軸４ａに回転不能に取り付けられる軸部材であり、本体軸１３ａと連結部１３ｂとから構成されている。連結部１３ｂには、第一歯車２１が取り付けられている。第一歯車２１は手動緩解機構１１を構成する歯車である。

電磁ブレーキ５は、伝達軸１３に取り付けられており、出力軸４ａを介して伝達軸１３に伝達された電気モータ４の回転運動を制動及び保持する部位である。伝達軸１３は、電磁ブレーキ５に対して、本体軸１３ａが軸方向一方側に突出するように取り付けられている。

ボール減速機６は電磁ブレーキの軸方向一方側に取り付けられ、電気モータ４の回転速度を減じる減速機である。具体的には、ボール減速機６の軸方向他方側Ｘ２に伝達軸１３の本体軸１３ａが接続され、ボール減速機６の軸方向一方側Ｘ１に後述するネジ軸７が接続されている。

以上に説明したボール減速機６は、キャリパ１０に固定されたケーシング１５の軸方向他方側Ｘ２に固定されている。詳しくは、ボール減速機６は、ケーシング１５の軸方向他方側Ｘ２に固定されたブラケット１６を介してケーシング１５に固定されている。さらに電磁ブレーキ５は、ボルトなどの締結部材によってボール減速機６の軸方向他方側Ｘ２に直接固定されており、電気モータ４は、電磁ブレーキ５の軸方向他方側Ｘ２に配置されている。即ち、ボール減速機６、電磁ブレーキ５、及び電気モータ４は、軸方向に直列に接続されるように配置されている。

ネジ軸７は、ケーシング１５の内部に軸回りに回動可能に固定されており、押圧ピストン８は、ネジ軸７の回転によって軸方向に移動するように構成されている。ネジ軸７の軸方向他方側Ｘ２は、上述したように、ボール減速機６の軸方向一方側Ｘ１に接続されている。即ち、ネジ軸７は、ボール減速機６、伝達軸１３を介して電気モータ４と接続されており、電気モータ４の駆動により回転するように構成されている。

押圧ピストン８は、ネジ軸７の外周に形成された駆動側ネジ部７ａと螺合する移動ナット部１８と、ピストン本体２０と、移動ナット部１８とピストン本体２０とを接続する移動ブラケット１９とから構成されている。

移動ナット部１８には、駆動側ネジ部７ａと複数のボールを介して螺合するピストン側ネジ部８ａが形成されている。これにより、ネジ軸７が回転することによって、所謂ボールネジ機構により移動ナット部１８（押圧ピストン８）が軸方向Ｘに移動する。以下の説明においては、移動ナット部１８が、軸方向他方側Ｘ２方向に移動するような駆動軸Ｓ（ネジ軸７）の回転方向を一方向と称す。即ち、電気モータ４の出力軸４ａが一方向に回転することによって、押圧ピストン８は軸方向他方側Ｘ２に移動する。
また、移動ナット部１８には、フランジ１８ａが形成されている。

移動ブラケット１９は、移動ナット部１８の軸方向一方側Ｘ１に固定されており、移動ブラケット１９の移動に伴い軸方向に移動する。移動ブラケット１９の軸方向一方側Ｘ１側には、ピストン本体２０が固定されている。

機械バネ９は、移動ナット部１８のフランジ１８ａの軸方向他方側Ｘ２に配置されている。詳しくは、機械バネ９は皿バネにより構成されており、フランジ１８ａと、ケーシング１５の軸端壁１５ａとの間に配置されており、これにより、移動ナット部１８（押圧ピストン８）は、常に軸方向一方側Ｘ１に付勢されている。

次に、手動緩解機構１１について説明する。手動緩解機構１１は、伝達軸１３に設けられた第一歯車２１と、この第一歯車２１に対して、接近して噛み合わされた連結状態と、分離された分離状態とを取ることができる移動ユニット２２と、移動ユニット２２を移動可能に支持するフレーム２３とを有している。

第一歯車２１は、伝達軸１３に一体に設けられた平歯車であり、電気モータ４の駆動に伴い回転する。
フレーム２３は、一面が開放された箱型形状をなしており、一面に設けられたフランジ２３ａを介して電磁ブレーキ５の上面に取り付けられている。具体的には、フレーム２３は、開口する一面の反対側の上壁２５と、軸方向と直交する一対の第一側壁２６と、上壁２５及び第一側壁２６に直交する一対の第二側壁２７とからなる。

移動ユニット２２は、立方体形状の移動ハウジング２９と、移動ユニット２２を連結状態にすることにより、第一歯車２１と噛み合うように設定された第二歯車３０と、第二歯車３０が固定される回転軸３１と、回転軸３１に固定されるウォームホイール３２（はす歯歯車）と、ウォームホイール３２と噛み合うように配置されたウォームギヤ３３とを有している。

移動ハウジング２９は、フレーム２３の上壁２５と平行に設けられた移動上壁３５と、フレーム２３の第一側壁２６と平行に設けられた一対の軸固定壁３６と、フレーム２３の第二側壁２７と平行に設けられた一対のウォーム固定壁３７とからなる。

フレーム２３の上壁２５と、移動ハウジング２９の移動上壁３５とは、移動ボルト３８を介して接続されている。移動ボルト３８は、頭部３８ａとネジ部３８ｂとからなり、頭部３８ａは、ネジ部３８ｂの軸回りに回転可能なように、上壁２５に取り付けられている。また頭部３８ａには、六角穴３８ｃが形成されている。移動上壁３５には、移動ボルト３８のネジ部３８ｂに対応したネジ孔３５ａが形成されている。

回転軸３１は、移動ハウジング２９の一対の軸固定壁３６間に回転自在に、かつ、駆動軸に平行に固定されている。
第二歯車３０は、回転軸３１上であって、移動ハウジング２９が連結状態となるように移動した際、第一歯車２１と噛み合う位置に固定されている。

ウォームホイール３２は、回転軸３１上であって、第二歯車３０とは反対側の端部付近に固定されている。
ウォームギヤ３３は、移動ハウジング２９の一対のウォーム固定壁３７間に回転自在に、かつ、ウォームホイール３２に噛み合う位置に固定されている。ウォームギヤ３３の一端面には、六角穴３２ａが形成されている。

ここで、移動ユニット２２の移動動作について説明する。移動ユニットを移動させるには、六角レンチなどを用いて移動ボルト３８を回転させる。移動ボルト３８を回転させることにより、移動ハウジング２９の移動上壁３５に形成され、移動ボルト３８のネジ部３８ｂと螺合するネジ孔３５ａと移動ボルト３８とのネジ作用により、移動ハウジング２９が移動ボルト３８の軸方向に移動する。

移動ハウジング２９は、軸固定壁３６及びウォーム固定壁３７がフレーム２３の第一側壁２６と第二側壁２７により、移動ボルト３８の軸回りの回転が規制されているため、移動ボルト３８の回転により、移動ハウジング２９が回転することはない。

次に、手動緩解機構１１の作用について説明する。
手動緩解機構１１を機能させる際は、上記した方法によって、移動ユニット２２を移動させ、手動緩解機構１１を駆動軸と連結状態にする。この状態で、六角レンチなどの工具を用いて、ウォームギヤ３３を回転させる。ウォームギヤ３３が回転することにより、ウォームホイール３２が回転し、これに伴い、回転軸３１及び第二歯車３０が回転する。

手動緩解機構１１が連結状態となっていることにより、第二歯車３０の回転により、第一歯車２１が回転し、これにより駆動軸を構成する伝達軸１３が一方向に回転する。伝達軸１３が一方向に回転することにより、ボール減速機６を介して駆動軸が一方向に回転し、ボールネジ機構により、移動ナット部１８が軸方向他方側Ｘ２に移動し、押圧ピストン８がパッド３より離間する。これにより、ブレーキ装置１が緩解状態となる。

上記実施形態によれば、電気モータ４の不具合等により駆動軸Ｓの回転を利用して押圧ピストン８をパッド３から退避させることができなくなった場合においても、手動緩解機構１１を用いて押圧ピストン８をパッド３から退避させることができる。

また、手動緩解機構１１を作動させる入力歯車としてウォームギヤ３３を用いているため、ウォームホイール３２の接線方向の力はウォームギヤ３３の軸方向に作用する。これにより、ウォームホイール３２と回転軸３１と第二歯車３０を介して接続された第一歯車２１が不用意に回転することにより押圧ピストン８が軸方向一方側Ｘ１に移動することがない。即ち、ウォームギヤ３３がストッパ機構として機能し、押圧ピストン８の移動を規制するため、例えば緩解機構の機能を保持するため別の手段を用いて保持する必要がなく、緩解機構をより簡素な構成とすることができる。

また、第二歯車３０を第一歯車２１と連結及び分離することにより、容易に連結状態と分離状態とを切り替えることができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係るブレーキ装置１Ｂについて説明する。
図４、及び図５に示すように、本実施形態のブレーキ装置１Ｂの手動緩解機構１１Ｂは、ウォームホイール５０と、移動ウォームギヤ機構５１とから構成されている。

ウォームホイール５０は、後述するウォームギヤ本体５３と噛み合う、はす歯歯車であり、第一実施形態の第一歯車２１と同様に、伝達軸１３に固定されている。
移動ウォームギヤ機構５１は、ケーシング５２と、ウォームホイール５０と協働して機能するウォームギヤ本体５３と、ウォームギヤ本体５３の回転軸である、移動軸５４とから構成されている。

移動軸５４は、ケーシング５２に回転自在、かつ、駆動軸Ｓ（ウォームホイール５０の回転軸）に直交する方向に移動自在に取り付けられている。詳しくは、移動軸５４の両端はケーシング５２に固定された一対のブッシュ５５にスライド自在に支持されている。また、移動軸５４の一端面には六角穴５６が形成されており、移動軸５４の一端はケーシング５２の外部に延出されている。

ウォームギヤ本体５３は、移動軸５４の略中央に固定されており、移動軸５４のスライド移動と共に、ウォームホイール５０と連結可能とされている。また、ウォームギヤ本体５３は、移動軸５４のスライド移動と共に、ウォームホイール５０と分離可能とされている。

以下、本実施形態に係る手動緩解機構１１Ｂの作用について説明する。
ブレーキ装置１Ｂの通常仕様状態においては、ウォームギヤ本体５３とウォームホイール５０とは分離状態とされている。

手動緩解機構１１Ｂを機能させる場合は、移動軸５４をスライド移動させることによって、ウォームギヤ本体５３とウォームホイール５０とが連結された連結状態とする。この状態で、六角ナット等を用いて移動軸５４を回転させ、ウォームギヤ本体５３を回転させる。ウォームギヤ本体５３が回転することにより、ウォームホイール５０が回転し、伝達軸１３が一方向に回転する。伝達軸１３が一方向に回転することにより、第一実施形態と同様の作用により、ブレーキ装置１が緩解状態となる。

上記実施形態によれば、電気モータ４の不具合等により駆動軸Ｓの回転を利用して押圧ピストン８をパッド３から退避させることができなくなった場合においても、手動緩解機構１１Ｂを用いて押圧ピストン８をパッド３から退避させることができる。

また、手動緩解機構１１Ｂを作動させる入力歯車として、ウォームギヤ本体５３を用いているため、ウォームホイール５０が不用意に回転することにより押圧ピストン８が軸方向一方側Ｘ１に移動することがない。即ち、ウォームギヤ本体５３がストッパ機構として機能し、押圧ピストン８の移動を規制するため、例えば緩解機構の機能を保持するため別の手段を用いて保持する必要がなく、緩解機構をより簡素な構成とすることができる。

また、移動軸５４をスライド移動させることにより、容易に連結状態と分離状態とを切り替えることができる。
さらに、第一実施形態と比較して、より少ない構成要素により緩解機構を設けることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
以上で説明した各実施形態では、ウォームギヤをストッパ機構として用い、押圧ピストン８がパッド３に進出する側に駆動軸Ｓが回転することを規制した。例えば、ウォームギヤの代替として平歯車を用いた上で、この平歯車の回転を規制するために平歯車の歯に常に当接するように板バネを配置することによって、ストッパ機構としてもよい。

１…ブレーキ装置２…ディスク３…パッド（制動子）４…電気モータ７…ネジ軸７ａ…駆動側ネジ部８…押圧ピストン８ａ…ピストン側ネジ部９…機械バネ（付勢部）１１…手動緩解機構（緩解機構）１３…伝達軸１８…移動ナット部２１…第一歯車２２…移動ユニット（切替機構）３０…第二歯車３２…ウォームホイール（第三歯車）３３…ウォームギヤ（ストッパ機構）５０…ウォームホイール５１…移動ウォームギヤ５３…ウォームギヤ本体Ｓ…駆動軸

Claims

車輪とともに回転するディスクに摩擦力を付与して前記車輪を制動するブレーキ装置であって、
前記ディスクに当接して摩擦力を付与する制動子と、
前記制動子を前記ディスクに押圧させる押圧方向に進退して、前記制動子によって前記ディスクを押圧させることを可能とする押圧ピストンと、
前記押圧ピストンを前記制動子に向けて付勢する付勢部と、
前記押圧ピストンに形成されたピストン側ネジ部に螺合する駆動側ネジ部を有し、軸回りに回転することで、前記押圧ピストンを前記制動子から退避する側に移動させることが可能な駆動軸と、
前記駆動軸に連結されて前記駆動軸を軸回りに回転させることが可能な電気モータと、
前記駆動軸を、前記押圧ピストンが前記制動子から退避する側に回転させる緩解機構と、
前記緩解機構と前記駆動軸とが連結された連結状態と、分離された分離状態とに切り替え可能な切替機構と、
前記連結状態で、前記押圧ピストンが前記制動子に進出する側に前記駆動軸が回転することを規制するストッパ機構とを備えることを特徴とするブレーキ装置。
前記緩解機構は、前記押圧ピストンが前記制動子に進出する側に前記駆動軸が回転する方向と対応する方向への作動を不能とされていて、前記緩解機構によって前記ストッパ機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
前記緩解機構は、
前記駆動軸の回転に応じて回転可能な従動歯車と、
前記従動歯車と噛合わされるウォーム歯車と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブレーキ装置。
前記緩解機構は、
前記駆動軸に設けられた第一歯車と、
前記切替機構により前記第一歯車と連結及び分離される第二歯車と、
前記第二歯車と同軸上に設けられた第三歯車と、を備え、
前記第三歯車が従動歯車として前記ウォーム歯車と噛合わされていることを特徴とする請求項３に記載のブレーキ装置。
前記従動歯車は前記駆動軸に同軸に設けられた歯車であり、
前記切替機構により、前記ウォーム歯車と前記従動歯車とが連結及び分離されることを特徴とする請求項３に記載のブレーキ装置。