JP2019178748A - 鉄道車両用パーキングブレーキ装置及びこれを備える鉄道車両用ブレーキシステム - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両用パーキングブレーキ装置の製造コストを低減する。【解決手段】鉄道車両用パーキングブレーキ装置１００は、車輪２に押し付けられることによってパーキングブレーキ力を生じる制輪子１０と、圧縮空気が供給されると収縮して制輪子１０を車輪２から離間させ、圧縮空気が排出されると伸長して制輪子１０を車輪２に押し付けるアクチュエータ２０と、を備え、アクチュエータ２０は、車輪２の径方向に沿って車輪２の径方向外側に配置され、制輪子１０は、アクチュエータ２０と車輪２の踏面２ｂとの間に配置され、アクチュエータ２０が伸長することにより車輪２の踏面２ｂに押し付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用パーキングブレーキ装置及びこれを備える鉄道車両用ブレーキシステムに関するものである。

特許文献１には、鉄道車両の台車に固着される支持枠と、支持ピンを介して支持枠に摺動支持されるブレーキ本体部と、ブレーキ本体部に設けられた２本のアームと、２本のアームにそれぞれ保持される制輪子と、一方のアームに設けられ制輪子を車輪に押し付ける第１アクチュエータと、停留時に制輪子を車輪に押し付ける第２アクチュエータと、を備えた鉄道車両用ブレーキシステムが開示されている。

この鉄道車両用ブレーキシステムでは、減速するときには、第１アクチュエータに作動流体を供給して制輪子を車輪の側面に押し付けることで制動力を発生させ、車両をしばらく停留させるときには、第２アクチュエータから作動流体を排出させて制輪子を車輪の側面に押し付けることで制動力を発生させている。

特開２０１７−１９８２２６号公報

特許文献１に記載される鉄道車両用ブレーキシステムにおいて、第２アクチュエータの推力は、梃子の原理によって増大され、制輪子を車輪に押し付ける力となる。このため、梃子を構成するリンク部材が必要になることで構造が複雑になるとともに、第２アクチュエータの推力を制輪子へと伝達する各部材の強度を確保する必要があることから、結果として鉄道車両用ブレーキシステムの製造コストが上昇するおそれがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両用パーキングブレーキ装置の製造コストを低減することを目的とする。

第１の発明は、鉄道車両用パーキングブレーキ装置が、車輪に押し付けられることによってパーキングブレーキ力を生じる第１制輪部と、作動流体が供給されると収縮して第１制輪部を車輪から離間させ、作動流体が排出されると伸長して第１制輪部を車輪に押し付ける流体圧アクチュエータと、を備え、流体圧アクチュエータは、車輪の径方向に沿って車輪の径方向外側に配置され、第１制輪部は、流体圧アクチュエータと車輪の踏面との間に配置され、流体圧アクチュエータが伸長することにより車輪の踏面に押し付けられることを特徴とする。

第１の発明では、第１制輪部が、流体圧アクチュエータと車輪の踏面との間に配置され、流体圧アクチュエータが伸長したときに車輪の踏面に押し付けられる。このように第１制輪部は、流体圧アクチュエータによって直接的に車輪に押し付けられる。したがって、流体圧アクチュエータの推力を第１制輪部に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等を設ける必要がない。

第２の発明は、流体圧アクチュエータが、作動流体が排出されたときに第１制輪部を車輪に押し付ける付勢力を生じる第１バネ部材を有することを特徴とする。

第２の発明では、第１制輪部を押し付ける流体圧アクチュエータの推力は、第１バネ部材の付勢力である。このため、圧縮空気のように加圧装置が停止することで圧力が徐々に低下する作動流体を流体圧アクチュエータの推力源とした場合と比較し、常に安定したパーキングブレーキ力を発生させることができる。

第３の発明は、流体圧アクチュエータが、シリンダ部と、シリンダ部内に摺動自在に収装され、第１バネ部材の付勢力を受けるとともに作動流体の圧力が作用するピストン部と、ピストン部に連動して進退し、第１制輪部を保持するロッド部材と、をさらに有することを特徴とする。

第３の発明では、ピストン部に連動して進退するロッド部材により第１制輪部が保持される。このように、第１制輪部は、流体圧アクチュエータによって直接保持される。したがって、流体圧アクチュエータの推力を第１制輪部に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等を設ける必要がない。この結果、鉄道車両用パーキングブレーキ装置の製造コストを低減することができる。

第４の発明は、流体圧アクチュエータが、ロッド部材を車輪から離間させる付勢力を生じる第２バネ部材と、ピストン部とロッド部材とを連結可能なクランプ部と、をさらに有し、クランプ部は、作動流体が供給されピストン部が車輪から離れる方向に移動する際に、ピストン部とロッド部材との連結を解除可能であることを特徴とする。

第４の発明では、作動流体が供給されピストン部が車輪から離れる方向に移動する際に、クランプ部によるピストン部とロッド部材との連結が解除され、その後、再びクランプ部によりピストン部とロッド部材とが連結される。このため、第１制輪部を車輪の踏面に押し付ける際のロッド部材のストローク量を一定とすることが可能となる。この結果、常に安定したパーキングブレーキ力を発生させることができる。

第５の発明は、クランプ部が、車輪から離れるにつれて間隔が徐々に狭くなるクサビ空間をロッド部材の外周面との間で形成するクサビ面を有するクサビ部と、クサビ空間内に配置される転動体と、クサビ面に向けて転動体をロッド部材の軸方向に沿って押圧する第３バネ部材と、を有し、ピストン部とロッド部材とは、転動体がロッド部材の軸方向に沿ってクサビ面に押し付けられることにより連結されることを特徴とする。

第５の発明では、転動体がロッド部材の軸方向に沿ってクサビ面に押し付けられることによって、ピストン部とロッド部材とが連結される。このように、比較的簡素な構成によりピストン部とロッド部材との連結及び連結の解除を行うことができる。

第６の発明は、鉄道車両用パーキングブレーキ装置が、クランプ部によるピストン部とロッド部材との連結を解除させるリリース部をさらに備え、リリース部は、ロッド部材の外周に設けられ、転動体をクサビ面からロッド部材の軸方向に離間可能なスリーブと、スリーブを転動体から離れる方向に付勢する第４バネ部材と、を有することを特徴とする。

第６の発明では、スリーブによって転動体をクサビ面から離間させることで、ロッド部材をシリンダ部内に引き戻すことが可能である。このようにロッド部材をシリンダ部内に引き戻すことで、鉄道車両用パーキングブレーキ装置が台車に固定された状態においても第１制輪部を容易に交換することができる。

第７の発明は、第１から６の発明の何れかの鉄道車両用パーキングブレーキ装置と、車輪と共に回転するブレーキディスクを第２制輪部により挟持して制動する鉄道車両用ディスクブレーキ装置と、を備えた鉄道車両用ブレーキシステムにおいて、鉄道車両用パーキングブレーキ装置が、鉄道車両用ディスクブレーキ装置を台車に固定するブラケットを介して台車に支持されることを特徴とする。

第７の発明では、鉄道車両用ディスクブレーキ装置を台車に固定するブラケットに鉄道車両用パーキングブレーキ装置が固定される。このように、従来から鉄道車両に搭載されるディスクブレーキ装置にパーキングブレーキ装置が固定されるため、台車に対して設計変更を行うことなく、パーキングブレーキ装置を鉄道車両に搭載することができる。

第８の発明は、鉄道車両用ブレーキシステムが、鉄道車両用パーキングブレーキ装置に供給される作動流体の圧力を調整可能な圧力制御弁をさらに備え、鉄道車両用パーキングブレーキ装置に供給される作動流体の圧力を圧力制御弁により調整することによって、鉄道車両用パーキングブレーキ装置を車輪の踏面を清掃する踏面清掃装置として作動させることを特徴とする。

第８の発明では、鉄道車両用パーキングブレーキ装置が車輪の踏面を清掃する踏面清掃装置として作動する。このように、パーキングブレーキ装置を踏面清掃装置として作動させることにより、踏面を適度に粗して車輪の真円度を保つとともに、踏面に付着したゴミや砂利等を除去して踏面とレール間の粘着性を保つことで鉄道車両のブレーキ性能を向上させることができる。

本発明によれば、鉄道車両用パーキングブレーキ装置の製造コストを低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用ブレーキシステムの正面図である。 図２は、鉄道車両用ディスクブレーキ装置の平面図である。 図３は、図１におけるIII−III線に沿った鉄道車両用パーキングブレーキ装置の断面図である。 図４Ａは、図３のIV部を拡大して示した図であり、クランプ部の作動を説明するための図である。 図４Ｂは、図４Ａと同じ部分の拡大図であり、クランプ部の作動を説明するための図である。 図５は、制輪子が車輪に押し付けられた状態を示す図である。 図６は、制輪子が車輪から離れた状態を示す図である。 図７は、摩耗した制輪子が車輪から離れた状態を示す図である。 図８は、リリース機構の作動を説明するための図である。 図９は、クランプ部による連結がリリース機構によって解除された状態を示す図である。 図１０は、鉄道車両用パーキングブレーキ装置の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

まず、図１から図３を参照して、本発明の実施形態に係る鉄道車両用ブレーキシステム１の全体構成について説明する。

鉄道車両用ブレーキシステム１は、鉄道車両の車輪２の回転を制動するものであり、鉄道車両用パーキングブレーキ装置１００（以下、「パーキングブレーキ装置１００」）と、鉄道車両用ディスクブレーキ装置２００（以下、「ディスクブレーキ装置２００」）と、の２つのブレーキ装置を備える。ディスクブレーキ装置２００は、主に車両の速度を減速するときや一時的に停車する際に用いられ、ブレーキを作動させる作動流体として圧縮空気が用いられる空気圧式ブレーキである。一方、パーキングブレーキ装置１００は、主に停車した鉄道車両をしばらくの間、停留させるときに用いられ、圧縮空気がブレーキを解除させる作動流体として用いられる機械式ブレーキである。なお、これらの作動流体としては、圧縮空気に代えて、作動油等が用いられてもよい。

ディスクブレーキ装置２００は、車輪２と共に回転するブレーキディスク２ａに摩擦力を付与することにより車輪２の回転を制動するものである。具体的には、図１及び図２に示すように、ディスクブレーキ装置２００は、車輪２の両側から第２制輪部としての第１，第２ブレーキライニング１０３，１０４を、車輪２の両側面に形成されたブレーキディスク２ａに押し付けて摺接させることでブレーキディスク２ａに摩擦力を付与して車輪２の回転を制動している。なお、ブレーキディスク２ａは、車輪２と一体的に形成されたものであってもよいし、車輪２とは別体で設けられたものであってもよい。

ディスクブレーキ装置２００は、第１，第２ブレーキライニング１０３，１０４をそれぞれ支持する第１，第２キャリパアーム１１２，１１４を有するブレーキ本体１１０と、台車Ｃに取り付けられるブラケットとしての支持枠１２０と、支持枠１２０に支持されると共にブレーキ本体１１０を支持する第１，第２支持ピン１２１，１２２と、圧縮空気の圧力によって第１，第２ブレーキライニング１０３，１０４をブレーキディスク２ａに押圧する押圧部１３０と、を備える。

ブレーキ本体１１０は、車輪２に跨るようにして延びる第１キャリパアーム１１２及び第２キャリパアーム１１４と、第１キャリパアーム１１２と第２キャリパアーム１１４とを連結するヨーク部１１３と、第１，第２支持ピン１２１，１２２を介して支持枠１２０に支持される第１，第２ブラケット部１１５，１１６と、を有する。

第１，第２支持ピン１２１，１２２は、車輪２の回転軸と平行に設けられると共に軸方向に移動可能に支持枠１２０に支持される。このため、ブレーキ本体１１０は、支持枠１２０によって第１，第２支持ピン１２１，１２２の軸方向へ移動自在に支持される。このように、ブレーキ本体１１０は、支持枠１２０によりフローティング支持されている。

押圧部１３０は、圧縮空気の圧力により第１ブレーキライニング１０３をブレーキディスク２ａに押圧すると共にその反力によってブレーキ本体１１０を第１，第２支持ピン１２１，１２２の軸方向に移動させて第２ブレーキライニング１０４をブレーキディスク２ａに押圧する。このように、ディスクブレーキ装置２００は、ブレーキディスク２ａを第１ブレーキライニング１０３と第２ブレーキライニング１０４とによって挟持することで車輪２を制動する制動力を生じている。

一方、パーキングブレーキ装置１００は、車輪２の踏面２ｂに摩擦力を付与することにより車輪２の回転を制動するものである。具体的には、図１及び図３に示すように、パーキングブレーキ装置１００は、例えば、鉄道車両が停車し車輪２が回転していない状態において、車輪２の径方向外側から第１制輪部としての制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付け、制輪子１０と踏面２ｂとの間に生じる摩擦力によって車輪２が回転することを阻止している。

パーキングブレーキ装置１００は、車輪２の踏面２ｂに押し付けられることによってパーキングブレーキ力を生じる制輪子１０と、圧縮空気が給排される流体圧アクチュエータとしてのアクチュエータ２０と、を備える。

制輪子１０は、車輪２の径方向に沿って車輪２の径方向外側に配置されるアクチュエータ２０と、車輪２の踏面２ｂと、の間に配置される。このため、制輪子１０は、アクチュエータ２０が伸長することにより車輪２の踏面２ｂに押し付けられる。このように、制輪子１０は、アクチュエータ２０によって直接的に車輪２に押し付けられる。したがって、アクチュエータ２０の推力を制輪子１０に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等をアクチュエータ２０と制輪子１０との間に設ける必要がない。

アクチュエータ２０は、シリンダ部３０と、シリンダ部３０内に配置される第１バネ部材としてのブレーキスプリング４０と、シリンダ部３０内に摺動自在に収装されるピストン部５０と、制輪子１０を保持しピストン部５０に連動して進退するロッド部材６０と、を有する。

シリンダ部３０は、ピストン部５０が摺動する摺動孔３１ａが形成された有底筒状の本体部３１と、本体部３１の開口端を閉塞するとともにロッド部材６０を摺動支持するシリンダヘッド３２と、本体部３１の底部３１ｃ側に設けられた開口を閉塞するエンドキャップ３５と、を有する。

シリンダヘッド３２は、ロッド部材６０を摺動支持する摺動孔３２ａが中央に貫通して形成された円環状部材であり、外周には本体部３１の摺動孔３１ａに挿入される筒状の挿入部３２ｂが設けられる。また、挿入部３２ｂの先端の内周寄りの部分には、ピストン部５０の移動を規制する突起３２ｃがピストン部５０に向けて突出して形成される。突起３２ｃは、挿入部３２ｂの先端に周方向に間隔をあけて複数配置される。車輪２側へのピストン部５０の移動は、これらの突起３２ｃによって制限される。

本体部３１は、シリンダヘッド３２に設けられた突起３２ｃと径方向において対向する位置に径方向に貫通して形成される貫通孔３１ｂを有する。シリンダ部３０内には、この貫通孔３１ｂを通じて圧縮空気が給排される。貫通孔３１ｂは突起３２ｃと対向する位置に開口しているため、ピストン部５０が突起３２ｃに当接した状態にあっても、貫通孔３１ｂは閉塞されず、突起３２ｃの間を通じてシリンダ部３０内に圧縮空気を導くことが可能である。

また、本体部３１には、貫通孔３１ｂと連通する給排孔３４ａを有するコネクタ３４が結合される。本体部３１は、コネクタ３４を介して、圧縮空気の給排を切り換える作動切換弁９１に接続される。給排孔３４ａは、作動切換弁９１の切り換え位置に応じて、エアーポンプ等の圧力供給源９２または大気と連通する。

本体部３１は、さらに、ブレーキスプリング４０の一端が係止される底部３１ｃと、底部３１ｃからロッド部材６０の軸方向に沿ってピストン部５０側へと延びる筒状の規制部３１ｄと、を有する。規制部３１ｄは、車輪２側とは反対側へのピストン部５０の移動を規制するために設けられる。なお、規制部３１ｄの径方向内側には、ロッド部材６０が挿入されるため、底部３１ｃには、ロッド部材６０が挿通する孔が開口している。エンドキャップ３５は、この孔を閉塞するために設けられる。

また、本体部３１の外周面には、図１に示すように、アクチュエータ２０を支持枠１２０に固定するための支持部３３が突出して形成される。このようにパーキングブレーキ装置１００は、ディスクブレーキ装置２００を台車Ｃに固定する支持枠１２０を介して台車Ｃに支持される。このため、台車Ｃに対して設計変更を行うことなくパーキングブレーキ装置１００を鉄道車両に搭載させることが可能である。また、パーキングブレーキ装置１００は、ディスクブレーキ装置２００とは別に設けられているため、パーキングブレーキ装置１００のメンテナンスを容易に行うことができる。

ブレーキスプリング４０は、ピストン部５０と本体部３１の底部３１ｃとの間に圧縮された状態で介装されたコイルスプリングであり、圧縮空気がシリンダ部３０内から排出されたときに制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける付勢力を生じる。ブレーキスプリング４０は、要求されるパーキングブレーキ力に応じて、外径やばね定数等の諸元が設定される。ブレーキスプリング４０は、単一のコイルスプリングに限定されず、二重コイルスプリングであってもよい。

ピストン部５０は、外周面５１ａが本体部３１の摺動孔３１ａに摺接し内周面５１ｂがロッド部材６０の外周面６０ａに摺接する円環状のピストン本体５１と、後述のクランプ部７０を保持するハウジング５２と、を有する。

ピストン本体５１は、本体部３１、シリンダヘッド３２及びロッド部材６０とともに、圧縮空気が給排される圧力室３８をシリンダ部３０の内部に画定している。このため、ピストン部５０には、上述のブレーキスプリング４０の付勢力が作用するとともに、圧力室３８に供給される圧縮空気の圧力に応じた付勢力が作用する。

ハウジング５２は、ピストン本体５１に結合される円環状の結合部５２ａと、結合部５２ａの内周側からロッド部材６０の軸方向に沿ってピストン本体５１とは反対側に延びる筒状の保持部５２ｂと、保持部５２ｂの先端に設けられる当接部５２ｃと、を有する。

ハウジング５２は、ピストン本体５１に図示しないボルト等の締結手段によって固定される。なお、ハウジング５２とピストン本体５１との締結は嵌合によって行われてもよい。また、ハウジング５２とピストン本体５１とを結合することなく、ブレーキスプリング４０の付勢力によってハウジング５２がピストン本体５１に常に押し付けられた状態としてもよい。この場合、ハウジング５２とピストン本体５１とが離れることを防止するために、ピストン本体５１をハウジング５２に対して押し付けるためのスプリングを別途設けることが好ましい。

結合部５２ａは、ロッド部材６０の軸方向において底部３１ｃと対向する位置に配置され、ブレーキスプリング４０の他端が係止されるスプリングシートとして機能する。当接部５２ｃは、ロッド部材６０の軸方向において規制部３１ｄと対向する位置に配置され、当接部５２ｃと規制部３１ｄとが当接することによって車輪２側とは反対側へのピストン部５０の移動が制限される。

ロッド部材６０は、シリンダヘッド３２及びピストン本体５１を挿通する円筒状部材であり、シリンダヘッド３２から突出した一端側において制輪子１０を保持することが可能である。ロッド部材６０とシリンダヘッド３２との間には、シリンダ部３０内にダストが侵入することを防止するゴム製のブーツ６１が取り付けられる。なお、図１及び図３を除き、ブーツ６１の図示は省略する。

アクチュエータ２０は、さらに、ロッド部材６０を車輪２から離間させる付勢力を生じる第２バネ部材としてのリターンスプリング６５と、ピストン部５０とロッド部材６０とを連結可能なクランプ部７０と、を有する。

リターンスプリング６５は、ロッド部材６０内に形成された非貫通孔である収容孔６０ｂ内に収容されたコイルスプリングである。リターンスプリング６５は、エンドキャップ３５から収容孔６０ｂ内に向けて延出する支持棒６２の先端部に設けられた第１スプリングシート６３と、収容孔６０ｂの内周面に係止された第２スプリングシート６４と、の間に圧縮された状態で収装される。

リターンスプリング６５は、ロッド部材６０がシリンダ部３０から退出するにつれて圧縮される。このため、ロッド部材６０とピストン部５０とが連結されていない場合、ロッド部材６０は、リターンスプリング６５の付勢力によって、収容孔６０ｂの底面６０ｃに支持棒６２の先端面が当接するまでシリンダ部３０内へと引き戻されることになる。

次に、クランプ部７０について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、図３のIV部で示される部分を拡大して示した図であり、図４Ａは、ロッド部材６０とピストン部５０とが連結された状態を示し、図４Ｂは、ロッド部材６０とピストン部５０との連結が解除された状態を示している。

クランプ部７０は、車輪２から離れるにつれて間隔が徐々に狭くなるクサビ空間をロッド部材６０の外周面６０ａとの間で形成するクサビ面７１ａを有するクサビ部７１と、クサビ空間内に配置される転動体７２と、転動体７２を保持する保持孔７４ａが形成されたホルダ部７４と、クサビ面７１ａに向けて転動体７２をロッド部材６０の軸方向に沿って押圧する第３バネ部材としてのクランプスプリング７３と、を有する。

クサビ部７１は、内周側にクサビ面７１ａとなるテーパ面が形成された円環状部材であり、ハウジング５２の保持部５２ｂの内周側に圧入固定される。なお、保持部５２ｂの先端に設けられる当接部５２ｃをロッド部材６０側に向けて形成することで、当接部５２ｃをクサビ部７１の位置決めに用いることができる。なお、クサビ部７１は、ハウジング５２に直接形成されていてもよい。

転動体７２は、球状に形成され、ロッド部材６０の外周面６０ａとクサビ面７１ａとの両方に接触可能である。なお、転動体７２は、球状に限らず円筒形状に形成されてもよい。また、図４Ａでは、単一の転動体７２を図示しているが、転動体７２の数はこれに限らず、周方向に間隔をおいて複数設けられてもよい。

ホルダ部７４は、径方向に貫通する保持孔７４ａが形成された円環状部材であり、ロッド部材６０の外周面６０ａに摺接するように設けられる。保持孔７４ａは、転動体７２の直径よりもわずかに大きい内径を有し、転動体７２の数と同数設けられる。

クランプスプリング７３は、ロッド部材６０の外周側に配置されたコイルスプリングであり、一端がホルダ部７４によって係止され、他端がスプリングシート７５により係止される。スプリングシート７５の位置は、保持部５２ｂに係止されるスナップリング７６により位置決めされる。

また、スプリングシート７５とクサビ部７１との間には、保持部５２ｂの内周に挿入される円環状の抜け止め部７７が設けられる。抜け止め部７７は、クサビ部７１が保持部５２ｂから抜け出ることを防止するとともに、クサビ部７１の位置決めを行うものである。なお、クサビ部７１が保持部５２ｂに直接形成される場合には、抜け止め部７７は設けられない。

続いて、クランプ部７０の作動について説明する。

図４Ａに示すように、クランプスプリング７３の付勢力によって、ホルダ部７４がロッド部材６０の軸方向に沿って押圧されると、転動体７２は、クサビ空間において幅が徐々に狭くなる部分（図４Ａ中の左側）に向けて押し込まれる。このとき、転動体７２は、クサビ部７１のクサビ面７１ａとロッド部材６０の外周面６０ａとに食い込んだ状態となる。このように転動体７２がロッド部材６０の外周面６０ａにわずかに食い込むと、ピストン部５０とロッド部材６０とは、クランプ部７０により連結された状態、すなわち、ピストン部５０の移動に伴ってロッド部材６０も移動する状態となる。

なお、クランプスプリング７３がホルダ部７４を押圧していない場合であっても、クサビ部７１を転動体７２に向けて押圧する力が働くと、転動体７２は、クサビ空間において幅が徐々に狭くなる部分（図４Ａ中の左側）に入り込むことになることから、このような場合もピストン部５０とロッド部材６０とは、クランプ部７０により連結された状態となる。

一方、図４Ｂに示すように、クサビ面７１ａから転動体７２が離れるような力がホルダ部７４に作用すると、転動体７２は、ロッド部材６０の外周面６０ａからも離れた状態となる。このように、転動体７２がロッド部材６０の外周面６０ａから離れると、ピストン部５０とロッド部材６０とは、非連結状態、すなわち相対的に移動することが可能な状態となる。

次に、上記構成のパーキングブレーキ装置１００の作動について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、圧力室３８から圧縮空気が排出され、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに押し付けられた状態を示しており、図６は、圧力室３８に圧縮空気が供給され、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂから離間した状態を示している。

オペレータによりパーキングブレーキの作動が操作されると、作動切換弁９１の位置が圧力室３８と大気とを連通する位置に切り換えられ、圧力室３８から圧縮空気が排出される。圧力室３８から圧縮空気が排出されると、ブレーキスプリング４０の付勢力によりピストン部５０は車輪２に向けて押圧される。このとき、クランプ部７０のクサビ部７１も車輪２に向かって押圧されるため、転動体７２は、図４Ａで示したように、ロッド部材６０の外周面６０ａに食い込んだ状態となる。

クランプ部７０によってピストン部５０と連結されたロッド部材６０は、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに当接するまでシリンダ部３０から退出する。そして、図５に示すように、ピストン部５０及びロッド部材６０を介して、ブレーキスプリング４０の付勢力が制輪子１０に作用し、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに押し付けられた状態になる。このとき、制輪子１０と踏面２ｂとの間に生じる摩擦力が、車輪２の回転を阻止するパーキングブレーキ力となる。

一方、オペレータによりパーキングブレーキの解除が操作されると、作動切換え弁の位置が圧力室３８と圧力供給源９２とを連通する位置に切り換えられ、圧力室３８に圧力供給源９２から圧縮空気が供給される。圧力室３８に圧縮空気が供給されると、ピストン部５０はブレーキスプリング４０の付勢力に抗して、車輪２から離れる方向へと移動する。このとき、クランプ部７０のクサビ部７１も車輪２から離れる方向へと移動する。このため、転動体７２は、図４Ｂで示したように、クサビ面７１ａから離れた状態となる。

クランプ部７０による連結が解除されると、ピストン部５０とロッド部材６０とは、相対的に移動することが可能となる。このため、ピストン部５０は、ブレーキスプリング４０の付勢力と圧力室３８に供給された圧縮空気の圧力に応じた付勢力とに応じて車輪２から離れる方向へと移動する一方、ロッド部材６０は、リターンスプリング６５の付勢力に応じて車輪２から離れる方向へと移動する。

このようにピストン部５０とロッド部材６０とが別々に移動する間に、クランプスプリング７３によってホルダ部７４が押圧されることにより、転動体７２は、再び、図４Ａで示したように、ロッド部材６０の外周面６０ａに食い込んだ状態となる。

したがって、図６に示すように、ピストン部５０は、規制部３１ｄに当接するまで移動するのに対して、ロッド部材６０は、最もシリンダ部３０内に引き込まれた状態、すなわち、収容孔６０ｂの底面６０ｃに支持棒６２の先端面が当接した状態となる前に、クランプ部７０によりピストン部５０に連結させることが可能である。

つまり、クランプ部７０を設けることによって、車輪２の踏面２ｂに当接した図６に破線で示される制輪子１０の位置から制輪子１０を引き戻す量、すなわち、ロッド部材６０のストローク量Ｓを所望の大きさとすることができる。

ここで、ロッド部材６０のストローク量Ｓが小さい方が制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける力であるブレーキスプリング４０の付勢力が大きくなるため、十分なパーキングブレーキ力を確保することが可能となる。一方でロッド部材６０のストローク量Ｓが小さすぎると、走行中の振動等によって制輪子１０が車輪２にぶつかり、制輪子１０が破損してしまうおそれがある。

このため、ロッド部材６０のストローク量Ｓは、車両に応じて適切な大きさに設定される。ここで、ロッド部材６０のストローク量Ｓは、クランプ部７０によりピストン部５０とロッド部材６０とが連結されるタイミングで変化するが、このタイミングは、ピストン部５０、ロッド部材６０及び転動体７２の移動速度を決定するブレーキスプリング４０、リターンスプリング６５及びクランプスプリング７３のそれぞれの諸元と圧力室３８に供給される圧縮空気の圧力の大きさによって変化する。

例えば、ピストン部５０とロッド部材６０とをクランプ部７０により連結するタイミングは、クランプスプリング７３が、ホルダ部７４を押圧し、転動体７２がクサビ面７１ａに押し付けられるタイミングである。したがって、クランプスプリング７３のばね定数を大きくし、このタイミングを早めれば、ロッド部材６０のストローク量Ｓは小さくなり、反対に、クランプスプリング７３のばね定数を小さくし、このタイミングを遅くすれば、ロッド部材６０のストローク量Ｓは大きくなる。

このように、ブレーキスプリング４０、リターンスプリング６５及びクランプスプリング７３のそれぞれの諸元と圧力室３８に供給される圧縮空気の圧力の大きさを適宜変更することによって、ロッド部材６０のストローク量Ｓを任意の大きさに設定することが可能である。

そして、図６に示すように、ピストン部５０とロッド部材６０とがクランプ部７０により連結される位置は、ロッド部材６０の端面６０ｄから所定の第１距離Ｌ１だけ離れた位置となる。この位置が作動毎に変わらなければ、作動時におけるブレーキスプリング４０の長さが毎回同じ長さとなるため、制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける力であるパーキングブレーキ力を安定した大きさで生じさせることができる。

続いて、制輪子１０が摩耗した場合について、図６及び図７を参照して説明する。図７は、図６に対して制輪子１０が摩耗した状態を示している。

制輪子１０が摩耗した場合にも、ピストン部５０とロッド部材６０とがクランプ部７０により連結される位置が、制輪子１０が摩耗していないときと同じであると、制輪子１０が摩耗した分だけ作動時におけるブレーキスプリング４０の長さが長くなる。このため、制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける力は、制輪子１０が摩耗するにつれて低下することになってしまう。

これに対して、上記構成のパーキングブレーキ装置１００では、上述のように、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに当接した位置から制輪子１０を引き戻す量を一定の大きさとすることが可能である。

つまり、図７に示されるように、制輪子１０が摩耗した場合であっても、制輪子１０が摩耗していない場合と同様に、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに当接した位置からロッド部材６０が所定のストローク量Ｓだけ戻った位置において、クランプ部７０によってロッド部材６０をピストン部５０に連結させることができる。

制輪子１０が摩耗した場合、図７に示すように、ピストン部５０とロッド部材６０とがクランプ部７０により連結される位置は、ロッド部材６０の端面６０ｄから所定の第２距離Ｌ２だけ離れた位置となる。この第２距離Ｌ２は、図６に示される第１距離Ｌ１よりも短く、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との差分は制輪子１０の摩耗量に相当する。つまり、ロッド部材６０は、制輪子１０の摩耗量が大きくなるにつれて、車輪２側に進出した状態でピストン部５０と連結されることとなる。

このように、制輪子１０の摩耗量に応じて、ピストン部５０とロッド部材６０とがクランプ部７０により連結される位置は変わるものの、ロッド部材６０のストローク量Ｓは変化しない。このため、作動時におけるブレーキスプリング４０の長さは、制輪子１０の摩耗の有無に関わらず一定となり、制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける力であるパーキングブレーキ力を常に一定の大きさで生じさせることができる。

次に、図８及び図９を参照して、制輪子１０の交換について説明する。

上述のように制輪子１０は徐々に摩耗するため、定期的に交換する必要がある。しかしながら、ピストン部５０とロッド部材６０とは、制輪子１０が摩耗するにつれてロッド部材６０が車輪２側へと徐々に進出した状態でクランプ部７０により連結される。このため、単に制輪子１０を交換するとロッド部材６０のストローク量Ｓを確保することができなくなったり、制輪子１０を交換するスペースを確保することができなかったりするおそれがある。

このため、パーキングブレーキ装置１００は、クランプ部７０による連結を解除し、ロッド部材６０をシリンダ部３０内に引き戻した状態とするリリース機構８０をさらに備える。

リリース機構８０は、図８に示すように、パーキングブレーキ装置１００に組み込まれるリリース部８１と、リリース部８１を作動させる治具８５と、を有する。

リリース部８１は、転動体７２をクサビ面７１ａからロッド部材６０の軸方向に離間可能なスリーブ８２と、スリーブ８２を転動体７２から離れる方向に付勢する第４バネ部材としてのリリーススプリング８３と、を有する。

スリーブ８２は、ロッド部材６０の外周に設けられた筒状部材であり、一方の端部には、リリーススプリング８３の一端を係止するとともに治具８５に押圧されるフランジ部８２ａが径方向外側に向けて突出して形成され、他方の端部には、転動体７２を保持するホルダ部７４とロッド部材６０の軸方向において対向する当接部８２ｂが設けられる。

リリーススプリング８３は、フランジ部８２ａと本体部３１に形成された段部との間に圧縮された状態で収装され、当接部８２ｂをホルダ部７４から引き離す方向にスリーブ８２を付勢している。

治具８５は、円環状の基部８５ａと、基部８５ａから延出しエンドキャップ３５に形成された貫通孔３５ａに挿入される複数の押棒８５ｂと、を有する。

上記形状の治具８５を、図８に示される状態から、図９に示されるように、リリーススプリング８３を圧縮するようにロッド部材６０の軸方向に沿って移動させると、スリーブ８２が押棒８５ｂによってロッド部材６０の軸方向に押し込まれ、やがて、スリーブ８２の当接部８２ｂがホルダ部７４に当接し、転動体７２がクサビ面７１ａから離される。この結果、クランプ部７０によるピストン部５０とロッド部材６０との連結が解除される。

ピストン部５０との連結が解除されたロッド部材６０は、リターンスプリング６５の付勢力により、収容孔６０ｂの底面６０ｃに支持棒６２の先端面が当接するまでシリンダ部３０内へと引き戻される。

このようにロッド部材６０がシリンダ部３０内に引き込まれた状態とすることにより、制輪子１０を容易に交換することができるとともに、制輪子１０を交換した後にパーキングブレーキ装置１００を作動させる際のロッド部材６０のストローク量Ｓを確保することが可能となる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を生じる。

パーキングブレーキ装置１００では、制輪子１０が、アクチュエータ２０と車輪２の踏面２ｂとの間に配置され、アクチュエータ２０が伸長したときに車輪２の踏面２ｂに押し付けられる。このように、制輪子１０は、アクチュエータ２０によって直接的に車輪２に押し付けられる。したがって、アクチュエータ２０の推力を制輪子１０に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等を設ける必要がない。この結果、パーキングブレーキ装置１００の製造コストを低減することができる。

次に、上記実施形態の変形例について、図１０を参照し説明する。

上記実施形態に係るパーキングブレーキ装置１００では、作動切換弁９１を通じてアクチュエータ２０に所定の圧力の圧縮空気が圧力供給源９２から供給される。これに代えて、図１０に示すように、作動切換弁９１に代えて供給圧力を調整可能な圧力制御弁９３を設け、圧力供給源９２からアクチュエータ２０に供給される圧縮空気の圧力を調整可能としてもよい。

この場合、圧力制御弁９３によって、車両が走行している際の圧力室３８内の圧力を、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに摺接する程度の圧力に調整することで、パーキングブレーキ装置１００を車輪２の踏面２ｂを清掃する踏面清掃装置として作動させることが可能となる。このように、パーキングブレーキ装置１００を踏面清掃装置として作動させることにより、踏面２ｂを適度に粗して車輪２の真円度を保つとともに、踏面２ｂに付着したゴミや砂利等を除去して踏面２ｂとレール間の粘着性を保つことで鉄道車両のブレーキ性能を向上させることができる。また、鉄道車両をしばらく停留させるときにしか用いられないパーキングブレーキ装置１００を走行時にも踏面清掃装置として有効利用することができる。

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。

パーキングブレーキ装置１００は、車輪２に押し付けられることによってパーキングブレーキ力を生じる制輪子１０と、圧縮空気が供給されると収縮して制輪子１０を車輪２から離間させ、圧縮空気が排出されると伸長して制輪子１０を車輪２に押し付けるアクチュエータ２０と、を備え、アクチュエータ２０は、車輪２の径方向に沿って車輪２の径方向外側に配置され、制輪子１０は、アクチュエータ２０と車輪２の踏面２ｂとの間に配置され、アクチュエータ２０が伸長することにより車輪２の踏面２ｂに押し付けられる。

この構成では、制輪子１０が、アクチュエータ２０と車輪２の踏面２ｂとの間に配置され、アクチュエータ２０が伸長したときに車輪２の踏面２ｂに押し付けられる。このように、制輪子１０は、アクチュエータ２０によって直接的に車輪２に押し付けられる。したがって、アクチュエータ２０の推力を制輪子１０に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等を設ける必要がない。この結果、パーキングブレーキ装置１００の製造コストを低減することができる。

また、この構成では、アクチュエータ２０は、車輪２の径方向に沿って車輪２の径方向外側に配置される。このため、アクチュエータ２０の径方向のサイズを比較的大きくすることが可能となる。この結果、制輪子１０を押し付けるアクチュエータ２０の推力を向上させることが容易となり、十分なパーキングブレーキ力を確保することができる。

また、この構成では、パーキングブレーキ装置１００が、ディスクブレーキ装置２００とはまったく別に設けられているため、パーキングブレーキ装置１００のメンテナンスを容易に行うことが可能である。

また、アクチュエータ２０は、圧縮空気が排出されたときに制輪子１０を車輪２に押し付ける付勢力を生じるブレーキスプリング４０を有する。

この構成では、制輪子１０を押し付けるアクチュエータ２０の推力は、ブレーキスプリング４０の付勢力である。このため、圧縮空気のように加圧装置が停止することで圧力が徐々に低下する作動流体をアクチュエータ２０の推力源とした場合と比較し、常に安定したパーキングブレーキ力を確実に発生させることができる。また、ブレーキスプリング４０の諸元を変更することで、パーキングブレーキ装置１００が生じるパーキングブレーキ力を容易に変更することが可能である。

また、アクチュエータ２０は、シリンダ部３０と、シリンダ部３０内に摺動自在に収装され、ブレーキスプリング４０の付勢力を受けるとともに圧縮空気の圧力が作用するピストン部５０と、ピストン部５０に連動して進退し、制輪子１０を保持するロッド部材６０と、をさらに有する。

この構成では、ピストン部５０に連動して進退するロッド部材６０により制輪子１０が保持される。このように、制輪子１０は、アクチュエータ２０によって直接保持される。したがって、アクチュエータ２０の推力を制輪子１０に伝達するために、梃子を構成するリンク部材等を設ける必要がない。この結果、パーキングブレーキ装置１００の製造コストを低減することができる。

また、アクチュエータ２０は、ロッド部材６０を車輪２から離間させる付勢力を生じるリターンスプリング６５と、ピストン部５０とロッド部材６０とを連結可能なクランプ部７０と、をさらに有し、クランプ部７０は、圧縮空気が供給されピストン部５０が車輪２から離れる方向に移動する際に、ピストン部５０とロッド部材６０との連結を解除可能である。

この構成では、圧縮空気が供給されピストン部５０が車輪２から離れる方向に移動する際に、ピストン部５０とロッド部材６０との連結が一時的に解除され、その後、再びクランプ部７０によってピストン部５０とロッド部材６０とが連結される。このため、制輪子１０の摩耗の有無に関わらず、制輪子１０を車輪２の踏面２ｂに押し付ける際のロッド部材６０のストローク量を一定とすることが可能となる。この結果、制輪子１０が車輪２の踏面２ｂに当接した際のブレーキスプリング４０の付勢力、すなわち、パーキングブレーキ力を安定して生じさせることができる。

また、クランプ部７０は、車輪２から離れるにつれて間隔が徐々に狭くなるクサビ空間をロッド部材６０の外周面６０ａとの間で形成するクサビ面７１ａを有するクサビ部７１と、クサビ空間内に配置される転動体７２と、クサビ面７１ａに向けて転動体７２をロッド部材６０の軸方向に沿って押圧するクランプスプリング７３と、を有し、ピストン部５０とロッド部材６０とは、転動体７２がロッド部材６０の軸方向に沿ってクサビ面７１ａに押し付けられることにより連結される。

この構成では、転動体７２がロッド部材６０の軸方向に沿ってクサビ面７１ａに押し付けられることによって、ピストン部５０とロッド部材６０とが連結される。このように、比較的簡素な構成によりピストン部５０とロッド部材６０との連結及び連結の解除が行われるため、クランプ部７０を備えたパーキングブレーキ装置１００の製造コストを低減することができる。

また、クランプ部７０によるピストン部５０とロッド部材６０との連結を解除させるリリース部８１をさらに備え、リリース部８１は、ロッド部材６０の外周に設けられ、転動体７２をクサビ面７１ａからロッド部材６０の軸方向に離間可能なスリーブ８２と、スリーブ８２を転動体７２から離れる方向に付勢するリリーススプリング８３と、を有する。

この構成では、スリーブ８２によって転動体７２をクサビ面７１ａから離間させることで、ロッド部材６０をシリンダ部３０内に引き戻すことが可能である。このようにロッド部材６０をシリンダ部３０内に引き戻すことで、パーキングブレーキ装置１００が台車Ｃに固定された状態においても制輪子１０を容易に交換することができる。

また、鉄道車両用ブレーキシステム１のパーキングブレーキ装置１００は、ディスクブレーキ装置２００を台車Ｃに固定する支持枠１２０を介して台車Ｃに支持される。

この構成では、ディスクブレーキ装置２００を台車Ｃに固定する支持枠１２０にパーキングブレーキ装置１００が固定される。このように、従来から鉄道車両に搭載されるディスクブレーキ装置２００にパーキングブレーキ装置１００が固定されるため、台車Ｃに対して設計変更を行うことなく、パーキングブレーキ装置１００を鉄道車両に搭載することができる。

また、鉄道車両用ブレーキシステム１は、パーキングブレーキ装置１００に供給される圧縮空気の圧力を調整可能な圧力制御弁９３をさらに備え、パーキングブレーキ装置１００に供給される圧縮空気の圧力を圧力制御弁９３により調整することによって、パーキングブレーキ装置１００を車輪２の踏面２ｂを清掃する踏面清掃装置として作動させる。

この構成では、パーキングブレーキ装置１００が車輪２の踏面２ｂを清掃する踏面清掃装置として作動する。このように、パーキングブレーキ装置１００を踏面清掃装置として作動させることにより、踏面２ｂを適度に粗して車輪２の真円度を保つとともに、踏面２ｂに付着したゴミや砂利等を除去して踏面２ｂとレール間の摩擦係数の低下を抑制し踏面２ｂとレールとの粘着性を保つことで鉄道車両のブレーキ性能を向上させることができる。

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。

１・・・鉄道車両用ブレーキシステム、１００・・・鉄道車両用パーキングブレーキ装置、２００・・・鉄道車両用ディスクブレーキ装置、２・・・車輪、２ａ・・・ブレーキディスク、２ｂ・・・踏面、１０・・・制輪子（第１制輪部）、２０・・・アクチュエータ（流体圧アクチュエータ）、３０・・・シリンダ部、３８・・・圧力室、４０・・・ブレーキスプリング（第１バネ部材）、５０・・・ピストン部、６０・・・ロッド部材、６５・・・リターンスプリング（第２バネ部材）、７０・・・クランプ部、７１・・・クサビ部、７１ａ・・・クサビ面、７２・・・転動体、７３・・・クランプスプリング（第３バネ部材）、８１・・・リリース部、８２・・・スリーブ、８３・・・リリーススプリング（第４バネ部材）、１０３・・・第１ブレーキライニング（第２制輪部）、１０４・・・第２ブレーキライニング（第２制輪部）、１２０・・・支持枠（ブラケット）

Claims (8)

1. 鉄道車両用パーキングブレーキ装置であって、
   車輪に押し付けられることによってパーキングブレーキ力を生じる第１制輪部と、
   作動流体が供給されると収縮して前記第１制輪部を前記車輪から離間させ、作動流体が排出されると伸長して前記第１制輪部を前記車輪に押し付ける流体圧アクチュエータと、を備え、
   前記流体圧アクチュエータは、前記車輪の径方向に沿って前記車輪の径方向外側に配置され、
   前記第１制輪部は、前記流体圧アクチュエータと前記車輪の踏面との間に配置され、前記流体圧アクチュエータが伸長することにより前記車輪の前記踏面に押し付けられることを特徴とする鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
2. 前記流体圧アクチュエータは、作動流体が排出されたときに前記第１制輪部を前記車輪に押し付ける付勢力を生じる第１バネ部材を有することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
3. 前記流体圧アクチュエータは、
   シリンダ部と、
   前記シリンダ部内に摺動自在に収装され、前記第１バネ部材の付勢力を受けるとともに作動流体の圧力が作用するピストン部と、
   前記ピストン部に連動して進退し、前記第１制輪部を保持するロッド部材と、
   をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
4. 前記流体圧アクチュエータは、
   前記ロッド部材を前記車輪から離間させる付勢力を生じる第２バネ部材と、
   前記ピストン部と前記ロッド部材とを連結可能なクランプ部と、をさらに有し、
   前記クランプ部は、作動流体が供給され前記ピストン部が前記車輪から離れる方向に移動する際に、前記ピストン部と前記ロッド部材との連結を解除可能であることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
5. 前記クランプ部は、
   前記車輪から離れるにつれて間隔が徐々に狭くなるクサビ空間を前記ロッド部材の外周面との間で形成するクサビ面を有するクサビ部と、
   前記クサビ空間内に配置される転動体と、
   前記クサビ面に向けて前記転動体を前記ロッド部材の軸方向に沿って押圧する第３バネ部材と、を有し、
   前記ピストン部と前記ロッド部材とは、前記転動体が前記ロッド部材の軸方向に沿って前記クサビ面に押し付けられることにより連結されることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
6. 前記クランプ部による前記ピストン部と前記ロッド部材との連結を解除させるリリース部をさらに備え、
   前記リリース部は、前記ロッド部材の外周に設けられ、前記転動体を前記クサビ面から前記ロッド部材の軸方向に離間可能なスリーブと、
   前記スリーブを前記転動体から離れる方向に付勢する第４バネ部材と、を有することを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置。
7. 請求項１から６の何れかに記載の鉄道車両用パーキングブレーキ装置と、前記車輪と共に回転するブレーキディスクを第２制輪部により挟持して制動する鉄道車両用ディスクブレーキ装置と、を備えた鉄道車両用ブレーキシステムであって、
   前記鉄道車両用パーキングブレーキ装置は、前記鉄道車両用ディスクブレーキ装置を台車に固定するブラケットを介して前記台車に支持されることを特徴とする鉄道車両用ブレーキシステム。
8. 前記鉄道車両用パーキングブレーキ装置に供給される作動流体の圧力を調整可能な圧力制御弁をさらに備え、
   前記鉄道車両用パーキングブレーキ装置に供給される作動流体の圧力を前記圧力制御弁により調整することによって、前記鉄道車両用パーキングブレーキ装置を前記車輪の前記踏面を清掃する踏面清掃装置として作動させることを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両用ブレーキシステム。

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