JP2017096436A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ装置の機械効率を向上させる。【解決手段】ブレーキ装置１００は、ブレーキ本体１０に対して一端部３１と他端部３３との間の支持部３２が回動可能に支持されてブレーキディスク１ａの両面に臨んで各々設けられ、一端部３１どうしが連結部材３５によって連結され、他端部３３の各々がブレーキライニング２を支持する一対のリンクアーム３０と、連結部材３５に設けられてロッド２１を進退させるアクチュエータ２０と、ロッド２１の進退によって回動するレバー４０と、一対のリンクアーム３０の一方の一端部３１に設けられ、レバー４０の回動によって回転軸を中心に回転する偏心カムと、偏心カムの回転に伴って進退して他方の一端部３１を押圧し、一方の一端部３１と他方の一端部３１との間の距離を拡縮するスリーブ６１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ブレーキ装置に関するものである。

従来から、支点を中心に回動可能な一対のリンクアームの力点にアクチュエータによる力を作用させ、リンクアームの作用点に支持されるブレーキライニングをブレーキディスクに摺接させて車輪の回転を制動するブレーキ装置が用いられている。

特許文献１には、キャリパレバーの一方の端部が互いに連結され他方の端部が各々ブレーキパッドに枢着され、キャリパレバーの両端部の間の支点に設けられた偏心体伝動装置がキャリパレバーを回動させるブレーキキャリパユニットが開示されている。偏心体伝動装置は、ブレーキ力発生器による力を受けて回転する偏心ピンを有し、この偏心ピンの回転によって一方の端部を中心にキャリパレバーを回動させるものである。

特表平１０−５０５０３８号公報

しかしながら、特許文献１のキャリパブレーキユニットでは、ブレーキパッドがブレーキディスクに摺接する制動時にブレーキディスクからブレーキパッドに作用する周方向の接線力は、偏心体伝動装置の偏心ピンに作用する。そのため、制動時に偏心ピンを回転させるためには大きな力が必要であり、機械効率を向上させることが困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ブレーキ装置の機械効率を向上させることを目的とする。

第１の発明は、ブレーキ本体に対して一端部と他端部との間の支持部が回動可能に支持され一端部どうしが連結部材によって連結され他端部の各々がブレーキディスクに摺接して摩擦力を付与するブレーキライニングを支持する一対のリンクアームと、連結部材に設けられて出力部材を進退させるアクチュエータと、出力部材の進退によって回動するレバーと、一対のリンクアームの一方の一端部に設けられレバーの回動によって回転軸を中心に回転する偏心カムと、偏心カムの回転に伴って進退して他方の一端部を押圧し、一方の一端部と他方の一端部との間の距離を拡縮する押圧部材と、を備える。

第２の発明は、偏心カムが、リンクアームの一端部に回動可能に連結されレバーが連結されて回転軸を中心に回転する回転部と、回転軸からオフセットされた位置に中心軸を有しレバーの回動によって前記回転軸を中心として円弧状に回動して押圧部材を進退させる偏心部と、を有する。

第１及び第２の発明では、リンクアームは、一端部と他端部との間の支持部がブレーキ本体に対して回動可能に支持される。そして、レバーの回動によって伝達される力を倍力して支持部を支点にリンクアームを回動させる偏心カムは、リンクアームの一端部に設けられる。そのため、ブレーキ装置の制動時にブレーキディスクからブレーキライニングに作用する周方向の接線力は、支持部に作用して偏心カムには作用しない。

第３の発明は、回転部が、偏心部と比較して小径に形成されて一対設けられ各々にレバーが相対回動不能に設けられ、偏心部が、一対の回転部の間に設けられる。

第３の発明では、偏心カムは、中央から両端部に向かって小径になるため、加工や組み立てが容易である。

本発明によれば、ブレーキ装置の制動時の機械効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るブレーキ装置の平面図である。 ブレーキ装置における連結部材周辺の断面図である。 レバーとアジャスタとの高さ方向の位置関係を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１から図３を参照して、本発明の実施の形態に係るブレーキ装置１００の構成について説明する。

ブレーキ装置１００は、主に鉄道車両に適用されるものである。ブレーキ装置１００は、車輪１とともに回転するブレーキディスク１ａを挟持して車輪１を制動するものである。具体的には、図１に示すように、ブレーキ装置１００は、ブレーキディスク１ａをその両面から一対のブレーキライニング２で挟持し、ブレーキディスク１ａとブレーキライニング２との間の摩擦力によって車輪１の回転を制動する。

ブレーキディスク１ａは、車輪１の表裏両面に形成されて車輪１と一体に回転する。ブレーキディスク１ａを車輪１と一体に形成する構成に代えて、車輪１とともに回転する別体のブレーキディスク１ａを設けてもよい。

ブレーキライニング２は、非制動時には、ブレーキディスク１ａと予め設定された所定の間隔をあけて対向する（図１に示す状態）。ブレーキライニング２は、制動時には、ブレーキディスク１ａに向かって移動し、ブレーキディスク１ａに平行に当接して押圧される。

ブレーキライニング２は、ブレーキ装置１００のライニング保持部３に支持される裏板部２ａと、制動時にブレーキディスク１ａに当接する摩擦部材２ｂと、を有する。摩擦部材２ｂは、複数のセグメントからなり、裏板部２ａの表面に固定される。ブレーキライニング２は、摩擦部材２ｂとブレーキディスク１ａとの当接によって発生する摩擦力によって、車輪１の回転を制動する。

ライニング保持部３は、ブレーキライニング２の裏板部２ａが挿入されるアリ溝（図示省略）を有する。ライニング保持部３の上下の端部には、一対のアンカボルト５によってライニング保持部３に固定されるアンカブロック４が各々設けられる。アンカブロック４は、ブレーキライニング２の裏板部２ａの長手方向（図１では紙面垂直方向）の端部を固定する。これにより、アリ溝に挿入されたブレーキライニング２は、ライニング保持部３に保持される。

図１に示すように、ブレーキ装置１００は、ブレーキ本体１０と、ブレーキ本体１０に対して一端部３１と他端部３３との間の支持部３２が回動可能に支持される一対のリンクアーム３０と、リンクアーム３０の一端部３１どうしを連結する連結部材３５と、連結部材３５に設けられて出力部材としてのロッド２１を進退させるアクチュエータ２０と、ロッド２１に回動可能に連結されロッド２１の進退によって回動するレバー４０と、一対のリンクアーム３０の一端部３１のうち一方に設けられ、レバー４０の回動によって伝達される力を倍力して支持部３２を支点にリンクアーム３０を回動させる倍力ユニット５０と、ブレーキライニング２の摩耗が進行したときにブレーキディスク１ａとのクリアランスを一定に維持するアジャスタ６０と、を備える。

ブレーキ本体１０は、ブレーキ装置１００が鉄道車両に適用される場合には、台車（図示省略）に支持される。ブレーキ本体１０は、ブレーキ装置１００が鉄道車両以外の車両に適用される場合には、車体（図示省略）に支持される。

図２に示すように、アクチュエータ２０は、油圧等の液圧や空気圧など作動流体の圧力によって作動する流体圧アクチュエータである。アクチュエータ２０は、運転者の制動操作に基づいて作動してロッド２１を進退させる。アクチュエータ２０は、電動モータの回転によって作動する機械式アクチュエータなど他の形式であってもよい。

アクチュエータ２０は、作動流体の圧力によって弾性変形してロッド２１を進退させる弾性膜としてのダイヤフラム２２と、ロッド２１を作動流体の圧力に抗して付勢する戻しばね２３と、を有する。

ダイヤフラム２２は、ケース２０ａとカバー２０ｂとの間に挟持されて、カバー２０ｂとの間に圧力室（図示省略）を画成する。ダイヤフラム２２は、圧力室に作動流体が給排されることによって変形する。

ロッド２１は、ダイヤフラム２２の変形に伴って進退する。具体的には、ロッド２１は、圧力室に作動流体が供給された場合に、ブレーキ装置１００が制動状態となる方向に退出し、圧力室から作動流体が排出された場合に、ブレーキ装置１００が非制動状態となる方向に進入する。ロッド２１は、ダイヤフラム２２に面接触する平面部２１ａを有する。

ロッド２１は、ブレーキ本体１０に対して進退するとともに、ブレーキライニング２が移動可能な方向（図１では左右方向）に揺動可能である。ロッド２１が往復動する中心軸の延長線上には、ブレーキディスク１ａの中心が位置する。

戻しばね２３は、ブレーキ装置１００が非制動状態となる方向にロッド２１を押し戻す。圧力室に作動流体が供給されて、圧力室内の作動流体がロッド２１を押し出す力が戻しばね２３の付勢力に打ち勝つと、ロッド２１は、ブレーキ装置１００が制動状態となる方向に押し出される。

リンクアーム３０は、ブレーキディスク１ａの両面に臨んで各々設けられる。一対のリンクアーム３０の一端部３１どうしは、連結部材３５によって連結される。リンクアーム３０の他端部３３は、ブレーキディスク１ａに摺接して摩擦力を付与するブレーキライニング２を揺動可能に支持する。リンクアーム３０は、上下に設けられる一対のアーム部３０ａを有する。

図１に示すように、一方のリンクアーム３０の一端部３１には、連結部材３５とリンクアーム３０とを貫通して連結する連結シャフト３１ａが設けられる。他方のリンクアーム３０の一端部３１には、連結部材３５とリンクアーム３０と一対のレバー４０とを貫通して連結して、アクチュエータ２０のロッド２１の進退による力を倍力してリンクアーム３０を回動させる倍力ユニット５０が設けられる。倍力ユニット５０については、後で詳細に説明する。

リンクアーム３０の支持部３２には、リンクアーム３０とブレーキ本体１０とを貫通して連結するアームシャフト３２ａが設けられる。リンクアーム３０は、アームシャフト３２ａによってブレーキ本体１０に回動可能に支持される。ブレーキ装置１００の制動時にブレーキディスク１ａからブレーキライニング２に作用する周方向の接線力は、支持部３２からアームシャフト３２ａを介してブレーキ本体１０に作用する。

リンクアーム３０の他端部３３には、リンクアーム３０とライニング保持部３とを貫通して連結するライニングシャフト３３ａが設けられる。ライニング保持部３は、ライニングシャフト３３ａによってリンクアーム３０に回動可能に支持される。これにより、ブレーキライニング２は、リンクアーム３０に対して揺動可能となり、制動時にブレーキディスク１ａに常に平行に当接することができる。

図２に示すように、レバー４０は、アクチュエータ２０のロッド２１の進退による力を倍力ユニット５０に伝達する。レバー４０の一端部４１は、ロッド２１に回動可能に連結される。レバー４０の他端部４２は、倍力ユニット５０の後述する回転部としての小径部５２に連結される。レバー４０は、ロッド２１がブレーキ本体１０に対して進退すると、ロッド２１と小径部５２との間で回動する。図３に示すように、レバー４０は、アジャスタ６０等の他の部材を避けるように上下に一対設けられる。

倍力ユニット５０は、一対のリンクアーム３０の一方の一端部３１に設けられてレバー４０の回動によって回転軸Ａ１を中心に回転する偏心カム５１を有する。偏心カム５１は、アジャスタ６０の後述する押圧部材としてのスリーブ６１を押圧する。スリーブ６１は、偏心カム５１の回転に伴って進退して一対のリンクアーム３０の他方の一端部３１を押圧し、一方の一端部３１と他方の一端部３１との間の距離を拡縮する。本実施形態では、アジャスタ６０のスリーブ６１が押圧部材として機能するが、アジャスタ６０とは別に独立した押圧部材を設けてもよい。

偏心カム５１は、リンクアーム３０の一端部３１に回動可能に連結されて回転軸Ａ１を中心に回転する一対の小径部５２と、回転軸Ａ１からオフセットされた位置に中心軸Ａ２を有し、小径部５２と比較して大径に形成される偏心部５３と、を有する。偏心カム５１の回転軸Ａ１は、リンクアーム３０に対する位置が、連結シャフト３１ａの中心軸と同じ位置となるように設けられる。

小径部５２は、偏心部５３と比較して小径に形成される。小径部５２の中心軸は、偏心カム５１の回転軸Ａ１である。一対の小径部５２には、各々にレバー４０の他端部４２が相対回動不能に連結される。よって、ロッド２１が進退してレバー４０が回動すると、小径部５２が回転軸Ａ１を中心として回転する。

偏心部５３は、一対の小径部５２の間に設けられる。即ち、小径部５２は、偏心部５３の軸方向両側に各々設けられる。偏心部５３は、レバー４０の回動によって回転軸Ａ１を中心に回転軸Ａ１と中心軸Ａ２との間の距離を半径として円弧状に回動し、スリーブ６１を軸方向に進退させる。

偏心カム５１は、軸方向の中央に偏心部５３を有し、その両端に偏心部５３よりも小径な小径部５２を有する。よって、偏心カム５１は、中央から両端部に向かって小径になるため、加工や組み立てが容易である。

アジャスタ６０は、ケース２０ａ内に中心軸まわりに回転可能に設けられるスリーブ６１と、スリーブ６１に挿入されるロッド６２と、を有する。ロッド６２は、スリーブ６１と螺合する螺合部６２ａを有する。

ブレーキライニング２の摩耗が規定量よりも進行すると、図示しないリンクを介してスリーブ６１が回転する。これにより、ロッド６２は、ブレーキライニング２の摩耗量に対応する大きさだけスリーブ６１から退出する。これにより、アジャスタ６０は、ブレーキディスク１ａとブレーキライニング２とのクリアランスを常に一定の大きさに維持する。

図２に示すように、アジャスタ６０は、アクチュエータ２０及び倍力ユニット５０とともに、ひとつの組立体として設けられるため、設計自由度が高い。

次に、ブレーキ装置１００の作用について説明する。

ブレーキ装置１００は、運転者の制動操作に基づいてアクチュエータ２０が作動すると、非制動状態（図１に示す状態）から制動状態になる。

アクチュエータ２０が作動して、圧力室に作動流体が供給されてロッド２１が退出すると、レバー４０が回動する。アクチュエータ２０がロッド２１を退出させる力は、レバー４０を介して偏心カム５１の小径部５２に伝達される。

偏心カム５１では、レバー４０を介して伝達された力によって小径部５２が回転軸Ａ１を中心として回転し、偏心部５３が回転軸Ａ１を中心とする円弧状に回動することによって一方向（図１では反時計回り）に回転する。これにより、偏心部５３がスリーブ６１を押圧して、一対のリンクアーム３０の他方の一端部３１を押圧し、一方の一端部３１と他方の一端部３１との間の距離を拡大させる。

リンクアーム３０は、支持部３２によってブレーキ本体１０に回動可能に支持されるため、一端部３１が互いに離間する方向に移動すると、他端部３３は互いに近接する方向に移動する。よって、ブレーキライニング２が、ブレーキディスク１ａに向かって移動して、ブレーキディスク１ａに平行に当接して押圧され、車輪１の回転が制動される。

このとき、図２に示すように、偏心カム５１は、レバー４０の長さＬ３と、回転軸Ａ１と偏心部５３の中心軸Ａ２との間の距離Ｌ４とのレバー比によって、ロッド２１からレバー４０を介して伝達される力をＬ３／Ｌ４倍に倍力してリンクアーム３０に伝達する。よって、大型のアクチュエータを設けることなく、大きな制動力を得ることができる。したがって、ブレーキ装置１００の小型軽量化が可能である。

また、図１に示すように、リンクアーム３０は、一端部３１と他端部３３との間の支持部３２がブレーキ本体１０に対して回動可能に支持される。レバー４０の回動によってロッド２１に伝達される力を倍力してリンクアーム３０を回動させる偏心カム５１は、リンクアーム３０の一端部３１に設けられる。そのため、ブレーキ装置１００の制動時にブレーキディスク１ａからブレーキライニング２に作用する周方向の接線力は、支持部３２のアームシャフト３２ａに作用することとなり、偏心カム５１には作用しない。したがって、偏心カム５１が回転する際の摩擦抵抗が大きくなることがないため、ブレーキ装置１００の制動時の機械効率を向上させることができる。

図１に示すように、偏心カム５１からリンクアーム３０の一端部３１に伝達される力は、一端部３１と支持部３２との間の距離Ｌ１と、支持部３２と他端部３３との間の距離Ｌ２とのレバー比によって、Ｌ１／Ｌ２倍に倍力される。ブレーキ装置１００では、距離Ｌ１と比較して距離Ｌ２の方が大きいため、ブレーキライニング２をブレーキディスク１ａに押圧する力は、偏心カム５１からリンクアーム３０の一端部３１に伝達される力よりも小さな力となる。

しかしながら、ブレーキ装置１００では、偏心カム５１によってアクチュエータ２０のロッド２１からレバー４０を介して伝達される力が大きな倍率で倍力されている。そのため、ブレーキ装置１００の小型軽量化のためにリンクアーム３０を短くして距離Ｌ１を小さくしても、充分に大きな制動力を得ることができる。

なお、ブレーキ装置１００では、偏心カム５１をリンクアーム３０の一端部３１に設けることによって、支持部３２のアームシャフト３２ａの位置の設計自由度が高くなっている。そのため、アームシャフト３２ａを車輪１の側面に臨む位置に配置することも可能である。よって、距離Ｌ１を距離Ｌ２と比較して大きくすることもでき、偏心カム５１によって倍力された力を更に倍力してブレーキライニング２をブレーキディスク１ａに押圧することも可能である。

ブレーキ装置１００は、運転者の制動解除操作に基づいてアクチュエータ２０が制動時とは逆の方向に作動すると、制動状態から非制動状態（図１に示す状態）になる。

アクチュエータ２０が作動し、圧力室から作動流体が排出されて、戻しばね２３の付勢力によってロッド２１が進入すると、レバー４０はロッド２１に引っ張られて回動する。アクチュエータ２０がロッド２１を進入させる力は、レバー４０を介して偏心カム５１の小径部５２に伝達される。

偏心カム５１は、レバー４０を介して伝達された力によって、偏心部５３が回転軸Ａ１を中心とする円弧状に回動することによって他方向（図１では時計回り）に回転する。これにより、一対のリンクアーム３０の一端部３１は、互いに近接する方向に移動する。よって、一対のリンクアーム３０の他端部３３は、互いに離間する方向に移動する。これにより、ブレーキライニング２がブレーキディスク１ａから離間して、車輪１の制動が解除される。

このとき、ブレーキライニング２の摩耗量が規定量よりも進行すると、アジャスタ６０が機能してロッド６２がスリーブ６１から退出する。これにより、ブレーキディスク１ａとブレーキライニング２とのクリアランスは、常に一定の大きさに維持される。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

リンクアーム３０は、一端部３１と他端部３３との間の支持部３２がブレーキ本体１０に対して回動可能に支持される。レバー４０の回動によってロッド２１に伝達される力を倍力してリンクアーム３０を回動させる偏心カム５１は、リンクアーム３０の一端部３１に設けられる。そのため、ブレーキ装置１００の制動時にブレーキディスク１ａからブレーキライニング２に作用する周方向の接線力は、支持部３２のアームシャフト３２ａに作用することとなり、偏心カム５１には作用しない。したがって、偏心カム５１が回転する際の摩擦抵抗が大きくなることがないため、ブレーキ装置１００の制動時の機械効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

本実施形態では、車輪１とともに回転するブレーキディスク１ａを挟持して制動するブレーキ装置１００は、車体又は台車に支持されるブレーキ本体１０と、ブレーキ本体１０に対して一端部３１と他端部３３との間の支持部３２が回動可能に支持されてブレーキディスク１ａの両面に臨んで各々設けられ、一端部３１どうしが連結部材３５によって連結され、他端部３３の各々がブレーキディスク１ａに摺接して摩擦力を付与するブレーキライニング２を支持する一対のリンクアーム３０と、連結部材３５に設けられてロッド２１を進退させるアクチュエータ２０と、ロッド２１に回動可能に連結されロッド２１の進退によって回動するレバー４０と、一対のリンクアーム３０の一方の一端部３１に設けられ、レバー４０の回動によって回転軸Ａ１を中心に回転する偏心カム５１と、偏心カム５１の回転に伴って進退して他方の一端部３１を押圧し、一方の一端部３１と他方の一端部３１との間の距離を拡縮するスリーブ６１と、を備える。

また、本実施形態では、偏心カム５１は、リンクアーム３０の一端部３１に回動可能に連結され、レバー４０が連結されて回転軸Ａ１を中心に回転する小径部５２と、回転軸Ａ１からオフセットされた位置に中心軸Ａ２を有し、レバー４０の回動によって回転軸Ａ１を中心として円弧状に回動してスリーブ６１を進退させる偏心部５３と、を有する。

これらの構成では、リンクアーム３０は、一端部３１と他端部３３との間の支持部３２がブレーキ本体１０に対して回動可能に支持される。レバー４０の回動によってロッド２１に伝達される力を倍力してリンクアーム３０を回動させる偏心カム５１は、リンクアーム３０の一端部３１に設けられる。そのため、ブレーキ装置１００の制動時にブレーキディスク１ａからブレーキライニング２に作用する周方向の接線力は、支持部３２のアームシャフト３２ａに作用することとなり、偏心カム５１には作用しない。したがって、偏心カム５１が回転する際の摩擦抵抗が大きくなることがないため、ブレーキ装置１００の制動時の機械効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、小径部５２は、偏心部５３と比較して小径に形成されて一対設けられ、各々にレバー４０が相対回動不能に設けられ、偏心部５３は、一対の小径部５２の間に設けられる。

この構成では、偏心カム５１は、中央から両端部に向かって小径になるため、加工や組み立てが容易である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、偏心カム５１における偏心部５３の外周に、転がり軸受としてのニードルベアリング（図示省略）を設けてもよい。偏心部５３の外周にニードルベアリングを設けることで、アクチュエータ２０の作動時に偏心部５３とスリーブ６１との接触部が擦れることを防止できるため、ブレーキ装置１００の機械効率を向上させることができる。

１００・・・ブレーキ装置，１・・・車輪，１ａ・・・ブレーキディスク，２・・・ブレーキライニング，１０・・・ブレーキ本体，２０・・・アクチュエータ，２１・・・ロッド（出力部材），３０・・・リンクアーム，３１・・・一端部，３２・・・支持部，３３・・・他端部，３５・・・連結部材，４０・・・レバー，５０・・・倍力ユニット，５１・・・偏心カム，５２・・・小径部（回転部），５３・・・偏心部，６０・・・アジャスタ，６１・・・スリーブ（押圧部材）

Claims (3)

1. 車輪とともに回転するブレーキディスクを挟持して制動するブレーキ装置であって、
   車体又は台車に支持されるブレーキ本体と、
   前記ブレーキ本体に対して一端部と他端部との間の支持部が回動可能に支持されて前記ブレーキディスクの両面に臨んで各々設けられ、前記一端部どうしが連結部材によって連結され、前記他端部の各々が前記ブレーキディスクに摺接して摩擦力を付与するブレーキライニングを支持する一対のリンクアームと、
   前記連結部材に設けられて出力部材を進退させるアクチュエータと、
   前記出力部材に回動可能に連結され前記出力部材の進退によって回動するレバーと、
   前記一対のリンクアームの一方の前記一端部に設けられ、前記レバーの回動によって回転軸を中心に回転する偏心カムと、
   前記偏心カムの回転に伴って進退して他方の前記一端部を押圧し、一方の前記一端部と他方の前記一端部との間の距離を拡縮する押圧部材と、を備えることを特徴とするブレーキ装置。
2. 前記偏心カムは、
   前記リンクアームの前記一端部に回動可能に連結され、前記レバーが連結されて前記回転軸を中心に回転する回転部と、
   前記回転軸からオフセットされた位置に中心軸を有し、前記レバーの回動によって前記回転軸を中心として円弧状に回動して前記押圧部材を進退させる偏心部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 前記回転部は、前記偏心部と比較して小径に形成されて一対設けられ、各々に前記レバーが相対回動不能に設けられ、
   前記偏心部は、一対の前記回転部の間に設けられることを特徴とする請求項２に記載のブレーキ装置。

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