JP2021071133A - 鉄道用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性がよく信頼性の高い鉄道用ブレーキ装置を提供する。【解決手段】鉄道用ブレーキ装置１は、台車側に支持されて車輪側のブレーキロータ１００に接離されるパッドアッセンブリ２５と、電動モータ４３がパッドアッセンブリ２５を駆動する電動ブレーキ機構５と、エアシリンダ１４がパッドアッセンブリ２５を駆動する流体圧ブレーキ機構３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道用ブレーキ装置に関する。

従来、特に強力な制動力が要求される鉄道車両用の鉄道用ブレーキ装置では、ブレーキの動力源として油圧や空気圧等の流体圧シリンダが制動部材を駆動する流体圧ブレーキ機構が用いられている。
また、ブレーキの動力源として油圧や空気圧等の流体圧ではなく、電力を用いた電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−０２００１４号公報 特開２００８−０１９８９３号公報

しかしながら、上記電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置は、電動モータのトルクを回転直動変換機構と直動機構に設けられた溝形状を使ってライニング（制動部材）の押し付け力に変換している。
このため、十分な押し付け力を得るためには、回転直動変換機構と溝形状からなる倍力比を大きくしなければならない。更に、ブレーキの作動を開始し、ライニングの押し付け力を発生するまでの間には電動モータの出力のみでブレーキを作動させるため、可動部分の慣性モーメントの影響がある。したがって、従来の電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置は応答性を上げることが難しく、さらなる応答性の向上が望まれる。
また、従来の電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置は、停電時には電動モータの通電が停止され、電動モータのトルクがゼロとなる。そこで、電動モータはライニングの押し付け力を発生することができなくなり、ブレーキの信頼性が低下する虞がある。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、応答性がよく信頼性の高い鉄道用ブレーキ装置を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、
電動モータが前記制動部材を駆動する電動ブレーキ機構と、
流体圧シリンダが前記制動部材を駆動する流体圧ブレーキ機構と、を備える
ことを特徴とする鉄道用ブレーキ装置。

上記（１）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、例えば電動ブレーキ機構と流体圧ブレーキ機構とを併用することで、電動モータだけで制動部材の押し付け力を得る必要がなくなり、小出力の電動モータを用いると共に電動ブレーキ機構を小型化することができる。そこで、鉄道用ブレーキ装置の可動部分の慣性モーメントを小さくして電動モータの応答性の向上を図ることができる。
また、流体圧ブレーキ機構は、停電時にも制動部材の押し付け力を発生することができる空圧や油圧等の信頼性が高い流体圧シリンダを用いることによって、ブレーキの高い信頼性を維持することができる。即ち、電動ブレーキ機構を備えた本構成の鉄道用ブレーキ装置は、停電や電動モータの電気失陥が発生したときの失陥保障（フェイルセーフ；ＦＡＩＬ ＳＡＦＥ）を可能とすることができる。さらに、流体圧シリンダの流体圧を適切に変化させることにより、ブレーキ力を変化させることができる。

（２） 前記流体圧ブレーキ機構が、
緊急停車時、停電時及び前記電動モータの電気失陥時の少なくともいずれかの場合でブレーキを駆動される
ことを特徴とする上記（１）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（２）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、常用ブレーキ時には、電動ブレーキ機構における応答性が良い電動モータのトルクを調節することで、ブレーキ力を任意にコントロールすることができる。一方、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、流体圧ブレーキ機構における信頼性が高い流体圧シリンダの流体圧によって、電動モータの通電状態に係わらず強力なブレーキ力を発生することができる。

（３） 前記電動ブレーキ機構は、前記電動モータの回転駆動力を駆動シャフトの軸方向に沿う移動力に変換し、前記駆動シャフトの軸方向の移動力を前記被制動部に対する前記制動部材の接離方向の駆動力に変換する駆動方向変換機構を有し、
前記流体圧シリンダは、前記駆動方向変換機構を挟んで反対側に配置された前記電動モータに対して同一直線上に配置され、前記制動部材が前記被制動部に接近する方向へ前記駆動シャフトを移動させる
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（３）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、制動部材が被制動部に接近する方向へ駆動シャフトを移動させる流体圧シリンダは、駆動方向変換機構を挟んで反対側に配置された電動モータに対して同一直線上に配置される。そこで、流体圧シリンダと電動モータとをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置の車両搭載性が向上する。

（４） 前記駆動方向変換機構が、
前記電動モータにより回転駆動されるボールナットと、
前記ボールナットの回転駆動力により軸方向に沿って移動される前記駆動シャフトと、
軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して相対移動不能に固定され、ウェッジカムのカム作用により前記駆動シャフトの軸方向の移動力を前記被制動部に対する前記制動部材の接離方向の駆動力に変換する伝達部材と、を備え、
前記流体圧シリンダが、前記ボールナット及び前記駆動シャフトに対して同一直線上に配置されている
ことを特徴とする上記（３）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（４）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、電動モータの回転駆動により、ボールナットが回転される。ボールナットは、回転が規制される一方、軸方向への移動が可能な駆動シャフトに螺合している。そこで、駆動シャフトは、ボールナットの回転駆動力により軸方向に沿って移動される。この駆動シャフトの軸方向の移動力は、駆動シャフトに対して相対移動不能に固定された伝達部材によって、被制動部に対する制動部材の接離方向の駆動力に変換される。
そして、制動部材が被制動部に接近する方向へ駆動シャフトを移動させる流体圧シリンダは、ボールナット及び駆動シャフトに対して同一直線上に配置される。そこで、流体圧シリンダと駆動方向変換機構とをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置の車両搭載性がさらに向上する。

（５） 前記伝達部材は、軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して螺合することにより相対移動不能に固定されており、前記駆動シャフトが回転されることにより前記駆動シャフトに対して軸方向へ相対移動する
ことを特徴とする上記（４）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（５）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、駆動シャフトを回転することで、制動部材が被制動部から離間する方向へ伝達部材を移動させることができる。そこで、電気失陥時にブレーキが作動した際は、伝達部材が非制動位置へ戻るように駆動シャフトを回転させることで、手動によりブレーキを開放させることができる。

（６） 前記駆動シャフトを回転させるための治具が係合する治具係合部が、前記駆動シャフトにおける前記電動モータ側の端部に設けられる
ことを特徴とする上記（５）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（６）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、駆動シャフトにおける電動モータ側の端部に設けられた治具係合部（六角穴等）に六角レンチ等の治具を係合させることで、モータケースの外から駆動シャフトを容易に回転させることができる。

（７） 前記流体圧シリンダが、前記駆動シャフトの端部に配置されている
ことを特徴とする上記（３）〜（６）の何れか１つに記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（７）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、流体圧シリンダは、制動部材が被制動部に接近する方向へ駆動方向変換機構の駆動シャフトをダイレクトに移動させることができる。そこで、流体圧シリンダと駆動シャフトとをコンパクトにレイアウトすることができ、流体圧シリンダの流体圧によって駆動シャフトを効率的に駆動することができる。

（８） 前記流体圧シリンダのピストンと前記駆動シャフトの端部との間に介装されたばね部材が、前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢する
ことを特徴とする上記（７）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（８）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、ばね部材が駆動シャフトを押圧付勢することで、伝達部材が制動位置に向けて押圧される。そこで、流体圧シリンダや電動モータのみでブレーキを作動させるよりも応答性良くブレーキを作動させることができる。

（９） 前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢できるように前記ばね部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構を有する
ことを特徴とする上記（８）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（９）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、ばね部材の押圧付勢力は、ばね保持機構により蓄勢状態に保持される。ばね保持機構は、蓄勢状態の保持が解除されることにより、ばね部材の押圧付勢力で、伝達部材を非制動位置から制動位置へ動作させる。
ばね保持機構は、例えば電磁ロック機構を有する。電磁ロック機構は、非制動位置が通電状態となる。つまり、電磁ロック機構は、通電状態において、ばね部材を蓄勢状態に保持する。従って、電磁ロック機構は、通電が遮断されると、蓄勢状態のばね部材の保持を解除し、ばね部材により伝達部材を制動位置に向けて押圧させる。これにより、ばね保持機構は、電気が遮断されたときの失陥保障を可能とすることができる。更に、通電遮断時、ばね部材により伝達部材を制動位置へ動作させることで、パーキングブレーキを作動させることができる。

（１０） 前記ばね保持機構が、常用ブレーキ時及び前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時の少なくともいずれかに開放されて前記ばね部材の蓄勢状態を解除する
ことを特徴とする上記（９）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（１０）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、ばね保持機構が常用ブレーキ時に開放される場合には、ばね部材が駆動シャフトを押圧付勢することで、応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、ばね保持機構が常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に開放される場合には、ばね部材が駆動シャフトを押圧付勢することで、応答性良く常用ブレーキ力を作動させることができる。

（１１） 前記常用ブレーキ時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記電動モータが駆動され、
前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記流体圧シリンダが駆動される
ことを特徴とする上記（１０）に記載の鉄道用ブレーキ装置。

上記（１１）の構成の鉄道用ブレーキ装置によれば、常用ブレーキ時には、電動モータの回転トルクのみで常用ブレーキを作動させるよりも応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、流体圧シリンダの流体圧のみで常用ブレーキ以外のブレーキ力を作動させるよりも応答性良くブレーキ力を作動させることができる。

本発明に係る鉄道用ブレーキ装置によれば、応答性がよく信頼性の高い鉄道用ブレーキ装置を提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の一実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置の側面図である。 図１に示した鉄道用ブレーキ装置の縦断面図である。 図２に示した鉄道用ブレーキ装置の要部拡大断面図である。 図２に示した鉄道用ブレーキ装置のＡ−Ａ断面図である。 モータユニットと駆動ピストンの分解斜視図である。 図５に示した駆動ピストンの分解斜視図である。 図５に示したモータユニットの分解斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１の側面図、図２は図１に示した鉄道用ブレーキ装置１の縦断面図、図３は図２に示した鉄道用ブレーキ装置１の要部拡大断面図、図４は図２に示した鉄道用ブレーキ装置１のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１は、例えば鉄道車両用ディスクブレーキに好適に用いることができる。

図１及び図２に示すように、鉄道用ブレーキ装置１は、略筒状のボディ１３がサポート１５を介して台車側に固定される。ボディ１３は、サポート１５の反対側に、ブレーキアーム軸１７によって、一対のブレーキアーム１９のそれぞれの中間部を軸支している。
ブレーキアーム１９の各開放端（サポート１５の反対側）には、パッドホルダ２３を介して制動部材であるパッドアッセンブリ２５が装着されている。一対のパッドアッセンブリ２５は、車輪側の被制動部であるブレーキロータ１００の両面側から接近されてブレーキロータ１００を挟圧する。

本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１は、ボディ１３のサポート側の上端に設けられた流体圧ブレーキ機構３と、ボディ１３のサポート側の下端に設けられた電動ブレーキ機構５と、を主要な構成として備える。流体圧ブレーキ機構３は、流体圧シリンダであるエアシリンダ１４が一対のパッドアッセンブリ２５を駆動してブレーキロータ１００を制動する。電動ブレーキ機構５は、電動モータ４３を有するモータユニット２１が一対のパッドアッセンブリ２５を駆動してブレーキロータ１００を制動する。

ボディ１３は、図３及び図４に示すように、電動ブレーキ機構５における電動モータ４３のモータ軸２７（回転子）と同軸に配置された駆動シャフト３７を有する。
本実施形態に係る駆動シャフト３７は、ボールスクリュー９１と、ボールスクリュー９１の一端側（上端側）に同軸上で固定されるウェッジロッド２９とを有し、モータユニット２１に対して回転が規制されると共に軸方向への移動が可能とされている。ウェッジロッド２９は、外周面に形成された雄ねじ２９ａの下端をボールスクリュー９１の上端に形成した雌ねじ穴９１ｂに螺合した後、ロックナット６６を締め付けることでボールスクリュー９１と一体に固定されている。

図５はモータユニット２１とエアーピストン（駆動ピストン）８５の分解斜視図、図６は図５に示したエアーピストン８５の分解斜視図、図７は図５に示したモータユニット２１の分解斜視図である。
本実施形態に係る電動ブレーキ機構５は、モータユニット２１と、駆動方向変換機構３９と、を主要な構成として有する。

モータユニット２１は、電動モータ４３が収容されるモータカバー１３３と、電動モータ４３の下面側に配置される電磁ロック機構８９が収容されるモータケース１１３と、モータケース１１３の下部開口を覆うアンダーカバー１２１と、を有する。モータカバー１３３は、複数のカバー固定ボルト１４１によりモータケース１１３に固定される。アンダーカバー１２１は、複数のカバー固定ボルト１４５によりモータケース１１３の下面に固定される。

モータカバー１３３の内周壁には、電動モータ４３の固定子２８が固定されている。電動モータ４３のモータ軸２７は、モータカバー１３３に固定されたベアリング１３１と、モータケース１１３に固定されたベアリング１３２とによって、固定子２８に対して回転自在に保持される。モータ軸２７を回転自在に保持するベアリング１３１及びベアリング１３２は、固定ネジ１４２でモータケース１１３に固定されたベアリング固定板１３４により固定される。

円筒状のモータ軸２７の中央開口には、ボールナット３５が挿入される。ボールナット３５は、下部フランジがモータ軸２７の底面にボルト固定されて、モータ軸２７に対する相対回転及び軸方向の移動が規制される。モータ軸２７と一体回転するボールナット３５の上端は、モータカバー１３３の軸穴１３５から突出する。

ボールナット３５の雌ねじ３５ａには、ボールスクリュー９１の雄ねじ９１ａが螺合する。ボールスクリュー９１の雄ねじ９１ａは、一体に固定されたウェッジロッド２９の雄ねじ２９ａとは異なるピッチ（リード角）を有しており、ウェッジロッド２９の雄ねじ２９ａは伝達部材４７の雌ねじ４７ａに螺合している。伝達部材４７は、後述するガイドスプリング（ばね座板）７３の開口８３に嵌挿されており、回転が規制されている。

そこで、ボールナット３５が回転された際、ボールスクリュー９１はボールナット３５と共に回転することができず、軸方向に移動する。このボールスクリュー９１の移動は、ボールスクリュー９１に固定されたウェッジロッド２９を軸方向に駆動する。

モータケース１１３の下面側には、ばね保持機構である電磁ロック機構８９が収容される。電磁ロック機構８９は、モータ軸２７の底面に固定ネジ１４３で固定される回転子１１５と、アンダーカバー１２１の内面に固定ネジ１４４で固定される固定子１１４と、を有する。

電磁ロック機構８９は、伝達部材４７を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング３１を蓄勢状態に保持する。即ち、電磁ロック機構８９は、通電時に、モータ軸２７及びボールナット３５の回転を制止し、駆動シャフト３７（ボールスクリュー９１及びウェッジロッド２９）が軸方向下側（図４の矢印ａ側）へ移動するのを阻止することにより、圧縮コイルスプリング３１を蓄勢状態に保持する。

そして、電磁ロック機構８９は、通電が遮断されることで、電磁ロック機構８９によるモータ軸２７及びボールナット３５の回転制止が解除される。これにより、圧縮コイルスプリング３１の復元力が、ガイドスプリング７３及びウェッジロッド２９を介して伝達部材４７を制動位置へ押圧付勢する。

駆動方向変換機構３９は、電動モータ４３の回転駆動力を駆動シャフト３７の軸方向に沿う移動力に変換し、駆動シャフト３７の軸方向の移動力をブレーキロータ１００に対するパッドアッセンブリ２５の接離方向の駆動力に変換する。

本実施形態に係る駆動方向変換機構３９は、電動モータ４３のモータ軸２７により回転駆動されるボールナット３５と、ボールナット３５の回転駆動力により軸方向に沿って移動される駆動シャフト３７と、軸方向に移動する駆動シャフト３７に対して相対移動不能に固定され、ウェッジカム５１のカム作用により駆動シャフト３７の軸方向の移動力をブレーキロータ１００に対するパッドアッセンブリ２５の接離方向の駆動力に変換する伝達部材４７と、伝達部材４７の作用力を一対のブレーキアーム１９の基端部１８が拡開揺動される方向に変換するリンク式倍力装置４９と、を備える。

ボールナット３５は、モータ軸２７に固定されており、電動モータ４３により回転駆動される。駆動シャフト３７は、ボールナット３５と共に回転することが規制される一方、軸方向への移動が可能とされており、ボールナット３５の回転駆動力により軸方向に沿って移動される。鉄道用ブレーキ装置１は、ボールナット３５及び駆動シャフト３７が、モータ軸２７側に配置されている。

伝達部材４７は、ウェッジロッド２９の雄ねじ２９ａに雌ねじ４７ａが螺合して他端である上端に同軸に配置される。この伝達部材４７には、ウェッジカム５１が設けられている。
リンク式倍力装置４９は、図４に示すように、伝達部材４７のウェッジカム５１のカム作用により、一対のブレーキアーム１９の基端部１８を拡開揺動する。ブレーキアーム１９の各基端部１８には、出力軸となるリンクロッド５３，５４の外側端が球面ブッシュ５５により支持される。リンクロッド５３，５４の内側端は、球面ブッシュ５７により、ローラアーム５９に連結、支持される。リンクロッド５４には、パッドアッセンブリ２５の押し付け力を検出するための圧力センサ４５が取り付けられている。ローラアーム５９の下端は、ベアリング６１を介してストラット６３の両端部に軸支される。リンク式倍力装置４９は、これらリンクロッド５３，５４、ローラアーム５９、ストラット６３により構成されている。

駆動シャフト３７のボールスクリュー９１は、ボディ１３に固定されたガイドレール６５のブッシュ６７（図５参照）に対して軸方向に移動可能に支持されている。
ローラアーム５９のそれぞれの上端には、カムローラ６９が設けられる。一対のカムローラ６９の間には、ウェッジカム５１が対向するように伝達部材４７が挿入される。カムローラ６９は、駆動シャフト３７の軸方向下側（図４の矢印ａ方向）への移動に伴い、ウェッジロッド２９に取り付けられた伝達部材４７におけるウェッジカム５１の傾斜面に乗り上げることになる。

一対のローラアーム５９は、カムローラ６９がウェッジカム５１の傾斜面へ乗上げることによって、拡開方向（図４の矢印ｂ方向）に揺動する。ローラアーム５９は、略中間部に球面ブッシュ５７により連結・支持されたリンクロッド５３，５４を梃子の原理によって倍力して外方（図４の矢印ｃ方向）へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム１９の各基端部１８がブレーキアーム軸１７を揺動中心として拡開方向に移動され、ブレーキアーム１９の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ２５がディスクロータ（図２参照）を挟圧してブレーキ動作が行われる。

図３及び図４に示すように、本実施形態に係る流体圧ブレーキ機構３は、駆動方向変換機構３９を挟んで反対側に配置されたモータユニット２１に対して同一直線上に配置される。
流体圧ブレーキ機構３は、エアシリンダ１４が駆動シャフト３７の上方に配設されており、ブレーキを作動させるため、エアーを供給口１６から導入して、エアシリンダ１４内部の空圧室に充填させると、エアーピストン（駆動ピストン）８５が下側に作動する。

エアシリンダ１４は、ボディ１３の上方に空圧室を区画形成する円筒形のシリンダーライナー８６と、シリンダーライナー８６内に収容されるエアーピストン８５と、を主要な構成として有する。
エアーピストン８５は、シリンダーライナー８６の内周面との間を気密シールするリップシール８８を有する。さらに、ボディ１３とシリンダーライナー８６との間は、Ｏリング９０により液密シールされている。

エアーピストン８５の下面には、ガイドスプリング７３を介して駆動シャフト３７におけるウェッジロッド２９の基端部（図中、上端部）が配置される。そこで、下側に作動するエアーピストン８５の駆動力は、ウェッジロッド２９に作用する。
ウェッジロッド２９の軸方向下側（図４の矢印ａ方向）への移動に伴い、ローラアーム５９の上端に取り付けられたカムローラ６９は、ウェッジロッド２９に取り付けられた伝達部材４７におけるウェッジカム５１の傾斜面に乗り上げることになる。

ウェッジカム５１の傾斜面へのカムローラ６９の乗上げによって、一対のローラアーム５９は拡開方向に揺動する。ローラアーム５９は、略中間部に球面ブッシュ５７により連結・支持されたリンクロッド５３，５４を梃子の原理によって倍力して外方（図４の矢印ｃ方向）へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム１９の各基端部１８がブレーキアーム軸１７を揺動中心として拡開方向に移動され、ブレーキアーム１９の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００(図２参照)を挟圧してブレーキ動作が行われる。

ウェッジロッド２９の上端の周囲には、円周方向等間隔に複数（本実施形態では４つ）のばね部材である圧縮コイルスプリング３１が設けられている。圧縮コイルスプリング３１は、復元力が制動力の一部として作用する。鉄道用ブレーキ装置１では、パーキング力と応答性向上のための圧縮コイルスプリング３１が、エアーピストン８５とウェッジロッド２９の基端部との間に介装されている。

図５及び図６に示すように、駆動シャフト３７におけるウェッジロッド２９の上端側には、圧縮コイルスプリング３１が接続される。また、駆動シャフト３７におけるボールスクリュー９１の下端側には、モータユニット２１が接続される。

鉄道用ブレーキ装置１は、一対のブレーキアーム１９の基端部１８を拡開させるために制動位置に向けて伝達部材４７を押圧するためのばね部材である圧縮コイルスプリング３１を備える。圧縮コイルスプリング３１のばね付勢力は、パッドアッセンブリ２５に対してパーキング制動力（例えば、通常制動力の約半分の制動力）が得られる程度に伝達部材４７を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。

ウェッジロッド２９の上端のフランジ部７１には、図３及び図４に示すように、円形のガイドスプリング７３が載置される。図６に示すように、ガイドスプリング７３の外周上面には、上記した４つの圧縮コイルスプリング３１が円周方向に等間隔で載置される。ガイドスプリング７３の上方には、略同一外径のエアーピストン８５が配置される。

エアーピストン８５の下面には、圧縮コイルスプリング３１と同一ピッチで配置された円柱状の保持部材７９が立設される。保持部材７９は、エアーピストン８５の取付穴８７を下方より貫通した上端がワッシャ８４及び止めボルト８１によりエアーピストン８５固定される。圧縮コイルスプリング３１に挿通されてガイドスプリング７３の下端部は、パッキン７７が装着されたガイドスプリング７３の貫通穴７４に挿通される。

ガイドスプリング７３は、上面の中央部に凸部８２を有する。凸部８２の矩形状の開口８３には、伝達部材４７が嵌挿される。ガイドスプリング７３は、ブッシュ９７が嵌装されて下面がフランジ部７１に当接するリテーナ１０１と、リテーナ１０１に螺着される固定ねじ９５とによって、開口８３に挿入されたウェッジロッド２９の上端に固定される。
圧縮コイルスプリング３１は、ガイドスプリング７３における凸部８２の上面がエアーピストン８５の下面に当接した状態で、ガイドスプリング７３とエアーピストン８５との間で圧縮された状態となる。即ち、圧縮コイルスプリング３１は、蓄勢状態となる。

次に、上述した鉄道用ブレーキ装置１の動作を説明する。
［ブレーキ開放状態］
ブレーキ開放状態（図４に示す非制動位置）では、エアシリンダ１４は無加圧、且つ圧縮コイルスプリング３１が圧縮（蓄勢）された状態にあり、電磁ロック機構８９は通電されている。電磁ロック機構８９の回転子１１５は固定子１１４に固定されるため、一体のモータ軸２７及びボールナット３５の回転が制止され、駆動シャフト３７（ボールスクリュー９１及びウェッジロッド２９）が軸方向下側（図４の矢印ａ側）へ移動するのが阻止され、伝達部材４７も固定されている。

［常用ブレーキ作動状態］
常用ブレーキ作動状態では、エアシリンダ１４は無加圧の状態で、電磁ロック機構８９の通電を停止し、電動モータ４３に通電する。電磁ロック機構８９の回転子１１５は自由に回転でき、電動モータ４３のモータ軸２７の回転トルクはボールナット３５の回転を介してボールスクリュー９１の下方への引き力となる。また、圧縮コイルスプリング３１のばね力はガイドスプリング７３及びウェッジロッド２９を介し、伝達部材４７を下方に押す力となる。よって、電動モータ４３のモータ軸２７の回転トルクと圧縮コイルスプリング３１のばね力とにより、伝達部材４７は下方の制動位置へ移動する。そこで、ウェッジカム５１のカム作用により伝達部材４７の作用力を一対のブレーキアーム１９の基端部１８が拡開揺動される方向に変換し、一対のパッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００の両側を通常制動力で挟圧してブレーキが作動する。

この際に、電磁ロック機構８９の通電を停止した瞬間から圧縮コイルスプリング３１のばね力が伝達部材４７に作用するため、電動モータ４３のモータ軸２７の回転トルクのみでブレーキを作動させるよりも応答性よくブレーキを作動させることができる。
ブレーキ力は、圧力センサ４５によりパッドアッセンブリ２５の押し付け力を検出することで検出でき、電動モータ４３のトルクを調節することで、任意にコントロールできる。

ブレーキを作動状態から開放状態にする際は、電動モータ４３のトルクを伝達部材４７が上方に動く向きに発生させる。伝達部材４７は、電動モータ４３のトルクにより上方向に押され、ウェッジロッド２９及びガイドスプリング７３を介し圧縮コイルスプリング３１を圧縮しながら上方の非制動位置に移動する。従って、一対のパッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００の両側から離れ、ブレーキは開放される。
これと同時に、圧縮コイルスプリング３１の付勢力に抗してガイドスプリング７３がウェッジロッド２９により押し上げられ、圧縮コイルスプリング３１は初期位置である蓄勢状態に戻される（図４の位置）。そして、伝達部材４７が上端まで移動したところで電磁ロック機構８９に通電し、電磁ロック機構８９の回転子１１５を固定し、ブレーキ開放状態となる。

［電気失陥時のブレーキ］
電気が失陥した場合には、電磁ロック機構８９に通電がなくなり、同時に電動モータ４３が発生するトルクもゼロとなり、自由に回転する。このため、圧縮コイルスプリング３１のばね力が伝達部材４７を下方に押し下げる力として作用し、ブレーキが作動する。
さらに、エアシリンダ１４内部の空圧室にエア圧を加え、エア圧を適切に変化させることにより、ブレーキ力を変化させることができる。

［パーキングブレーキ］
パーキングブレーキ時には、電磁ロック機構８９と電動モータ４３の通電を停止する。すると、電気失陥時と同様に圧縮コイルスプリング３１のばね力によりパーキングブレーキが作動する。

［手動によるブレーキ開放］
電気失陥時にブレーキが作動した際、必要に応じて手動によりブレーキを開放させる。
先ず、モータユニット２１のアンダーカバー１２１を外す。この際に、電磁ロック機構８９の固定子１１４はアンダーカバー１２１に固定されているため、同時に外れる。
駆動シャフト３７における電動モータ４３側の端部であるボールスクリュー９１の下端には、駆動シャフト３７を回転させるための六角レンチ（治具）が係合する治具係合部である六角穴９２が設けられている。そこで、ボールスクリュー９１の下端の六角穴９２に六角レンチを入れ、伝達部材４７を上方にさせる向きにボールスクリュー９１を回転させる。すると、駆動シャフト３７（ボールスクリュー９１及びウェッジロッド２９）が回転するため、ウェッジロッド２９と螺合している伝達部材４７が上方の非制動位置に上がり、ブレーキが開放される。

次に、上記した構成の作用を説明する。
本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１によれば、電動ブレーキ機構５と流体圧ブレーキ機構３とを併用することで、電動モータ４３だけでパッドアッセンブリ２５の押し付け力を得る必要がなくなり、小出力の電動モータ４３を用いると共に電動ブレーキ機構５を小型化することができる。そこで、鉄道用ブレーキ装置１の可動部分の慣性モーメントを小さくして電動モータ４３の応答性の向上を図ることができる。

また、流体圧ブレーキ機構３は、停電時にもパッドアッセンブリ２５の押し付け力を発生することができる信頼性が高いエアシリンダ１４を用いることによって、ブレーキの高い信頼性を維持することができる。即ち、電動ブレーキ機構５を備えた本実施形態の鉄道用ブレーキ装置１は、停電や電動モータ４３の電気失陥が発生したときの失陥保障（フェイルセーフ；ＦＡＩＬ ＳＡＦＥ）を可能とすることができる。さらに、エアシリンダ１４のエア圧を適切に変化させることにより、ブレーキ力を変化させることができる。なお、流体圧ブレーキ機構３は、エアシリンダ１４に限らず、油圧シリンダ等の他の流体圧シリンダを用いることもできる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、流体圧ブレーキ機構３が、緊急停車時、停電時及び電動モータ４３の電気失陥時の少なくともいずれかの場合でブレーキを駆動されることが望ましい。
この場合、常用ブレーキ時には、電動ブレーキ機構５における応答性が良い電動モータ４３のトルクを調節することで、ブレーキ力を任意にコントロールすることができる。一方、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、流体圧ブレーキ機構３における信頼性が高いエアシリンダ１４のエア圧によって、電動モータ４３の通電状態に係わらず強力なブレーキ力を発生することができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、パッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００に接近する方向へ駆動シャフト３７を移動させるエアシリンダ１４が、駆動方向変換機構３９を挟んで反対側に配置された電動モータ４３に対して同一直線上に配置される。そこで、エアシリンダ１４と電動モータ４３とをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置１の車両搭載性が向上する。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、電動モータ４３の回転駆動により、ボールナット３５が回転される。ボールナット３５は、回転が規制される一方、軸方向への移動が可能な駆動シャフト３７のボールスクリュー９１に螺合している。そこで、駆動シャフト３７は、ボールナット３５の回転駆動力により軸方向に沿って移動される。この駆動シャフト３７の軸方向の移動力は、駆動シャフト３７に対して相対移動不能に固定された伝達部材４７によって、ブレーキロータ１００に対するパッドアッセンブリ２５の接離方向の駆動力に変換される。
そして、パッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００に接近する方向へ駆動シャフト３７を移動させるエアシリンダ１４は、ボールナット３５及び駆動シャフト３７に対して同一直線上に配置される。そこで、エアシリンダ１４と駆動方向変換機構３９とをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置１の車両搭載性がさらに向上する。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、伝達部材４７は、軸方向に移動する駆動シャフト３７に対して螺合することにより相対移動不能に固定されており、駆動シャフト３７を回転することで、パッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００から離間する方向へ伝達部材４７を相対移動させることができる。そこで、電気失陥時にブレーキが作動した際は、伝達部材４７が非制動位置へ戻るように駆動シャフト３７を回転させることで、手動によりブレーキを開放させることができる。

更に、駆動シャフト３７における電動モータ４３側の端部に設けられた六角穴９２に六角レンチを係合させることで、モータケース１１３の外から駆動シャフト３７を容易に回転させることができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、エアシリンダ１４が、駆動シャフト３７の端部であるウェッジロッド２９の上端部に配置されている。従って、エアシリンダ１４は、パッドアッセンブリ２５がブレーキロータ１００に接近する方向へ駆動方向変換機構３９の駆動シャフト３７をダイレクトに移動させることができる。そこで、エアシリンダ１４と駆動シャフト３７とをコンパクトにレイアウトすることができ、エアシリンダ１４のエア圧によって駆動シャフト３７を効率的に駆動することができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、圧縮コイルスプリング３１が駆動シャフト３７を押圧付勢することで、伝達部材４７が制動位置に向けて押圧される。そこで、エアシリンダ１４や電動モータ４３のみでブレーキを作動させるよりも応答性良くブレーキを作動させることができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、圧縮コイルスプリング３１の押圧付勢力は、電磁ロック機構８９により蓄勢状態に保持される。電磁ロック機構８９は、蓄勢状態の保持が解除されることにより、圧縮コイルスプリング３１の押圧付勢力で、伝達部材４７を非制動位置から制動位置へ動作させる。
電磁ロック機構８９は、非制動位置が通電状態となる。つまり、電磁ロック機構８９は、通電状態において、圧縮コイルスプリング３１を蓄勢状態に保持する。従って、電磁ロック機構８９は、通電が遮断されると、蓄勢状態の圧縮コイルスプリング３１の保持を解除し、圧縮コイルスプリング３１により伝達部材４７を制動位置に向けて押圧させる。これにより、電磁ロック機構８９は、電気が遮断されたときの失陥保障を可能とすることができる。更に、通電遮断時、圧縮コイルスプリング３１により伝達部材４７を制動位置へ動作させることで、パーキングブレーキを作動させることができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、電磁ロック機構８９が、常用ブレーキ時及び常用ブレーキ以外のブレーキ動作時の少なくともいずれかに開放されて圧縮コイルスプリング３１の蓄勢状態を解除することが望ましい。
そこで、電磁ロック機構８９が常用ブレーキ時に開放される場合には、圧縮コイルスプリング３１が駆動シャフト３７を押圧付勢することで、応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、電磁ロック機構８９が常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に開放される場合には、圧縮コイルスプリング３１が駆動シャフト３７を押圧付勢することで、応答性良くブレーキ力を作動させることができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、常用ブレーキ時に電磁ロック機構８９が開放されると共に電動モータ４３が駆動され、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に電磁ロック機構８９が開放されると共にエアシリンダ１４が駆動されることが望ましい。
この場合、常用ブレーキ時には、電動モータ４３の回転トルクのみで常用ブレーキを作動させるよりも応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、エアシリンダ１４のエア圧のみで常用ブレーキ以外のブレーキ力を作動させるよりも応答性良くブレーキ力を作動させることができる。

また、本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１では、電磁ロック機構８９の電源供給が遮断されることで、電磁ロック機構８９によるモータ軸２７及びボールナット３５の回転制止が解除される。これにより、圧縮コイルスプリング３１の復元力が、ガイドスプリング７３及びウェッジロッド２９を介して伝達部材４７を制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。

従って、上記実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置１によれば、応答性がよく信頼性の高い鉄道用ブレーキ装置を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１…鉄道用ブレーキ装置
１９…ブレーキアーム
２５…パッドアッセンブリ
２７…モータ軸
２９…ウェッジロッド
３１…圧縮コイルスプリング（ばね部材）
３５…ボールナット
３７…駆動シャフト
３９…駆動方向変換機構
４３…電動モータ
１８…基端部
４７…伝達部材
４９…リンク式倍力装置
５１…ウェッジカム
８９…電磁ロック機構（ばね保持機構）
９１…ボールスクリュー
１００…ブレーキロータ（被制動部）

Claims (11)

1. 台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、
   電動モータが前記制動部材を駆動する電動ブレーキ機構と、
   流体圧シリンダが前記制動部材を駆動する流体圧ブレーキ機構と、を備える
   ことを特徴とする鉄道用ブレーキ装置。
2. 前記流体圧ブレーキ機構が、
   緊急停車時、停電時及び前記電動モータの電気失陥時の少なくともいずれかの場合でブレーキを駆動される
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道用ブレーキ装置。
3. 前記電動ブレーキ機構は、前記電動モータの回転駆動力を駆動シャフトの軸方向に沿う移動力に変換し、前記駆動シャフトの軸方向の移動力を前記被制動部に対する前記制動部材の接離方向の駆動力に変換する駆動方向変換機構を有し、
   前記流体圧シリンダは、前記駆動方向変換機構を挟んで反対側に配置された前記電動モータに対して同一直線上に配置され、前記制動部材が前記被制動部に接近する方向へ前記駆動シャフトを移動させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道用ブレーキ装置。
4. 前記駆動方向変換機構が、
   前記電動モータにより回転駆動されるボールナットと、
   前記ボールナットの回転駆動力により軸方向に沿って移動される前記駆動シャフトと、
   軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して相対移動不能に固定され、ウェッジカムのカム作用により前記駆動シャフトの軸方向の移動力を前記被制動部に対する前記制動部材の接離方向の駆動力に変換する伝達部材と、を備え、
   前記流体圧シリンダが、前記ボールナット及び前記駆動シャフトに対して同一直線上に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の鉄道用ブレーキ装置。
5. 前記伝達部材は、軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して螺合することにより相対移動不能に固定されており、前記駆動シャフトが回転されることにより前記駆動シャフトに対して軸方向へ相対移動する
   ことを特徴とする請求項４に記載の鉄道用ブレーキ装置。
6. 前記駆動シャフトを回転させるための治具が係合する治具係合部が、前記駆動シャフトにおける前記電動モータ側の端部に設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載の鉄道用ブレーキ装置。
7. 前記流体圧シリンダが、前記駆動シャフトの端部に配置されている
   ことを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の鉄道用ブレーキ装置。
8. 前記流体圧シリンダのピストンと前記駆動シャフトの端部との間に介装されたばね部材が、前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢する
   ことを特徴とする請求項７に記載の鉄道用ブレーキ装置。
9. 前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢できるように前記ばね部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の鉄道用ブレーキ装置。
10. 前記ばね保持機構が、常用ブレーキ時及び前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時の少なくともいずれかに開放されて前記ばね部材の蓄勢状態を解除する
    ことを特徴とする請求項９に記載の鉄道用ブレーキ装置。
11. 前記常用ブレーキ時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記電動モータが駆動され、
    前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記流体圧シリンダが駆動される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の鉄道用ブレーキ装置。

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