JP2021076202A - ブレーキ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】出力軸が回転レバーを回転させようとする回転トルクの変動を抑制する。
【解決手段】ブレーキ装置５０は、円筒形状の第１シリンダ５１を備えている。第１シリンダ５１の内部には、当該第１シリンダ５１の軸線方向に沿って直線運動する第１ピストン５２が配置されている。第１ピストン５２には、第１シリンダ５１の軸線方向に沿って直線運動する出力軸５３が固定されている。出力軸５３には、出力軸５３が直線運動することで当該出力軸５３の直線運動を回転運動に変換して回転する回転レバー５５が連結されている。回転レバー５５におけるローラ５８は、出力軸５３の挿入孔５３Ａに挿入されており、挿入孔５３Ａの内周面との接触位置が変わる。回転レバー５５には、回転アーム６０Ａが連結されている。回転アーム６０Ａには、ブレーキパッド８６が固定される取付部６５が取り付けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブレーキ装置に関する。
特許文献１には、鉄道車両に用いられるディスクブレーキ式のブレーキ装置が記載されている。このブレーキ装置は、筒形状のシリンダを備えている。シリンダの内部には、当該シリンダの内部を移動するピストンが収容されている。ピストンには、出力軸が固定されている。これらピストン及び出力軸は、シリンダの中心軸線に対して傾動可能になっている。出力軸の先端部には、回転可能に支持された回転レバーの一端部が連結されている。また、ブレーキ装置は、車軸に固定されたディスクを挟む一対の回転アームを備えている。この一対の回転アームのうち、一方の回転アームには、回転レバーの他端部が連結されている。さらに、この回転アームにはブレーキパッドが取り付けられている。
特許文献１のブレーキ装置では、シリンダの内圧が大きくなると、ピストンが移動して出力軸が突出する。すると、出力軸に連結された回転レバーが回転してそれに伴い回転アームも回転する。また、回転アームが回転することでブレーキパッドがディスクに近づくように移動する。そして、ブレーキパッドがディスクに対して接触して当該ディスクに押し付けられることで、ディスクにブレーキ力が作用する。
国際公開第２０１２／１２３３１６号
特許文献１のブレーキ装置においては、出力軸が回転レバーを押す力のうち、回転レバーの接線方向に作用する力が回転レバーを回転させようとする力、すなわち回転トルクとして作用する。しかし、特許文献１のブレーキ装置では、回転レバーが回転して当該回転レバーの回転位置が変化するのに従って出力軸が傾動する。そのため、出力軸が回転レバーを押す方向が定まらず、回転レバーの回転トルクが回転レバーの回転位置に応じて変化する。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力軸が回転レバーを回転させる回転トルクの変動を抑制することにある。
上記課題を解決するためのブレーキ装置は、シリンダの軸線方向に沿ってピストンとともに直線運動する出力軸と、摩擦材と被制動部材との相対位置を変化させる回転アームを前記出力軸の力を受けて駆動する回転レバーとを備え、前記回転レバーは、前記出力軸が直線運動するときに前記出力軸との接触位置が変わるレバー接触部を備える。
上記構成によれば、回転レバーの回転位置に応じて、回転レバーのレバー接触部と出力軸との接触位置が変わるため、出力軸の動作方向は、常に同一方向である。そして、上記構成では、回転レバーの接線方向に対する出力軸の傾きが大きくなって出力軸から回転レバーの接線方向に作用する力が減少するほど、回転レバーの回転中心から回転レバー及び出力軸の接触位置までの距離が大きくなる。そのため、出力軸が回転レバーを回転させる回転トルクの変動を抑制できる。
上記構成において、前記出力軸及び前記レバー接触部は、線接触又は点接触し、前記出力軸及び前記レバー接触部の少なくとも一方の接触部分は、曲面形状の曲面部を備えていてもよい。上記構成では、例えば回転レバーのレバー接触部が出力軸と面接触する構成に比べて、出力軸と回転レバーのレバー接触部との接触位置が変わる際の抵抗を低減できる。
上記構成において、前記出力軸及び前記レバー接触部の少なくとも一方の接触部分は、回転する回転体を備えていてもよい。上記構成によれば、出力軸と回転レバーとの接触位置が変わる際に回転体が回転する。そのため、出力軸と回転レバーとの接触位置が変わる際の抵抗を低減できる。
上記ブレーキ装置において、前記シリンダの軸線方向において、前記出力軸が前記シリンダから突出する方向を突出方向、当該突出方向の反対方向を反突出方向としたとき、前記出力軸と前記レバー接触部との接触位置が、前記回転レバーの回転中心よりも前記反突出方向側から前記回転レバーの回転中心よりも前記突出方向側の範囲内で変わるように、前記回転レバーが配置されていてもよい。
上記構成によれば、出力軸と回転レバーとの接触範囲が同一であれば、出力軸と回転レバーとの接触位置が回転レバーの回転中心よりも突出方向側でのみ変わる構成に比べて、回転レバーの回転範囲を大きくできる。
上記ブレーキ装置において、前記ピストンは、前記シリンダの軸線方向において前記シリンダの内部空間を仕切る仕切り板と、前記仕切り板の外縁から前記シリンダの軸線方向に延びるガイド部とを備えていてもよい。
上記構成によれば、ピストンが直線運動する際に、シリンダの軸線方向に対してがたつくことを抑制できる。これにより、出力軸がシリンダの軸線方向に沿うように直線運動させやすい。
上記ブレーキ装置において、前記シリンダの軸線方向において、前記出力軸が前記シリンダから突出する方向を突出方向、当該突出方向の反対方向を反突出方向としたとき、前記出力軸が前記突出方向に直線運動するときに前記回転レバーが一方側に回転し、前記出力軸が前記反突出方向に直線運動するときに前記回転レバーが他方側に回転してもよい。上記構成では、回転レバーの両方向の回転を出力軸の直線運動により実現できる。
上記ブレーキ装置において、前記出力軸は、前記回転レバーに対して前記シリンダの軸線方向の前記シリンダ側から接触する第１接触部と、前記回転レバーに対して前記シリンダの軸線方向の前記シリンダ側とは反対側から接触する第２接触部とを備えていてもよい。
上記構成によれば、出力軸が突出するときには、当該出力軸の第１接触部が回転レバーに接触して回転レバーが回転する。そして、出力軸が引っ込むときには、当該出力軸の第２接触部が回転レバーに接触し、回転レバーが先ほどとは反対まわりで回転する。このように出力軸と接触するだけで回転レバーの両方向の回転を実現できるため、出力軸や回転レバーの周りの構成が煩雑になることを抑制できる。
上記ブレーキ装置において、前記出力軸は、前記シリンダの内部の流体が給排されることにより前記シリンダの軸線方向に直線運動するものであり、前記出力軸における前記回転レバーとは反対側において前記出力軸と同軸に配置された駆動軸と、前記駆動軸を前記シリンダの軸線方向における前記出力軸側へと押し付ける弾性部材とを備え、前記弾性部材の押し付け力によって前記駆動軸が前記出力軸又は前記ピストンを前記シリンダの軸線方向における前記回転レバー側に移動させたときに、前記シリンダの内部の流体圧に拘らず前記出力軸が前記回転レバー側に直線運動可能であってもよい。
上記構成においては、シリンダの内部の流体圧に拘わらず、駆動軸によって出力軸が直線運動する。したがって、上記構成では、例えばシリンダの内部に流体が供給されずに流体圧による出力軸からの駆動力が回転レバーに伝達されないときであっても、駆動軸からの駆動力が出力軸を介して回転レバーに伝達され、駆動軸の駆動力によって回転レバーを回転させる際の回転トルクの変動も抑制できる。
本発明によれば、出力軸が回転レバーを回転させる回転トルクの変動を抑制できる。
車両の概略構成を示す概略図。 ブレーキ装置における非制動時の部分断面図。 ブレーキ装置における制動時の部分断面図。 出力軸及び回転レバーを示す説明図。
以下、ブレーキ装置の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。先ず、鉄道車両における複数の車両のうちの１つの車両の概略構成を説明する。
図１に示すように、車両１０は、車両前後方向（図１における左右方向）に離間して配置された２つの台車４１を備えている。各台車４１には、車幅方向（図１における紙面手前奥方向）に延びる車軸４２が回転可能に取り付けられている。車軸４２は、台車４１毎に、車両前後方向に離間して２つ配置されている。車軸４２の両端部には、略円板形状の車輪４３が固定されている。また、車軸４２における２つの車輪４３の間には、略円板形状のディスク４４が固定されている。ディスク４４は、車幅方向に離間して２つ配置されている。したがって、１つの台車４１につき、４つの車輪４３及び４つのディスク４４が設けられている。なお、ディスク４４が被制動部材である。
台車４１の上には、圧縮空気の弾性力によって振動を吸収する空気ばね３０が取り付けられている。空気ばね３０の上には、車室空間を区画する車体２０が取り付けられている。車体２０は、全体として長方体箱形状であり、車両前後方向に長尺になっている。
台車４１には、ディスク４４の回転を制動するためのブレーキ装置５０が取り付けられている。ブレーキ装置５０は、ディスク４４を、一対のブレーキパッド８６によって挟み込むことでディスク４４の回転を制動させる、いわゆるディスクブレーキ装置のキャリパーブレーキである。車両１０には、合計８つのディスク４４に対応して合計８つのブレーキ装置５０が取り付けられている。なお、図１では、車幅方向の一方に位置する４つのディスク４４及び４つのブレーキ装置５０のみを図示している。
車両１０には、圧縮空気を供給する空気供給源４６が搭載されている。空気供給源４６からは、供給通路４８が延びている。供給通路４８は、途中で８つに分岐しており、分岐した各通路は、８つのブレーキ装置５０のそれぞれに接続されている。供給通路４８には、当該供給通路４８を流通する圧縮空気の量を制御する制御弁４７が取り付けられている。制御弁４７は、供給通路４８における分岐部分よりも空気供給源４６寄りに配置されている。したがって、制御弁４７は、８つのブレーキ装置５０に対して１つ設けられている。なお、上記の制御弁４７は、制御装置９０によって制御される。また、空気供給源４６には、図示しない通路を介して空気ばね３０が接続されている。空気ばね３０は、空気供給源４６からの圧縮空気の供給を受ける。
次に、ブレーキ装置５０の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、ブレーキ装置５０は、外観が円柱形状の第１シリンダ５１を備えている。第１シリンダ５１の中心軸線は、車幅方向に沿っている。第１シリンダ５１の内部には円柱状の内部空間が区画されている。第１シリンダ５１における軸線方向Ｈ側（図２における下側）の底部においては、貫通孔５１Ａが貫通している。貫通孔５１Ａは、第１シリンダ５１における軸線方向Ｈ側の底部の中央に位置している。また、第１シリンダ５１における軸線方向Ｉ側（図２における上側）の底部においては、貫通孔５１Ｂが貫通している。貫通孔５１Ｂは、第１シリンダ５１における軸線方向Ｉ側の底部の中央に位置している。第１シリンダ５１は、当該第１シリンダ５１の軸線方向に延びるブラケット７０に固定されている。なお、このブラケット７０は、台車４１に対して揺動可能に支持されている。したがって、第１シリンダ５１は、ブラケット７０を介して台車４１に支持されている。
第１シリンダ５１の内部には、当該第１シリンダ５１の軸線方向に沿って直線運動する第１ピストン５２が配置されている。第１ピストン５２の仕切り板５２Ａは、略円板形状になっている。仕切り板５２Ａの外径は、第１シリンダ５１の内径と略同じになっている。仕切り板５２Ａは、第１シリンダ５１の軸線方向において当該第１シリンダ５１の内部空間を２つに仕切っている。仕切り板５２Ａの外縁からは、軸線方向Ｈ側に向かってガイド部５２Ｂが延びている。ガイド部５２Ｂは、仕切り板５２Ａの外縁全周から延びており、全体として円環形状になっている。ガイド部５２Ｂの外周面は、第１シリンダ５１の内周面に接触している。
第１ピストン５２の仕切り板５２Ａの中央からは、軸線方向Ｈ側に向かって円柱状の出力軸５３が延びている。第１ピストン５２及び出力軸５３は一体的に成形されている。出力軸５３は、第１ピストン５２とともに第１シリンダ５１の軸線方向に沿って直線運動する。出力軸５３の先端部は、第１シリンダ５１の貫通孔５１Ａを介して第１シリンダ５１の外部にまで至っている。出力軸５３の先端部においては、当該出力軸５３の中心軸線に直交する方向に挿入孔５３Ａが貫通している。なお、軸線方向Ｈ側が、出力軸５３が第１シリンダ５１から突出する突出方向である。また、軸線方向Ｉ側が、突出方向の反対方向の反突出方向である。
第１シリンダ５１の内部には、当該第１シリンダ５１における軸線方向Ｈ側から軸線方向Ｉ側に第１ピストン５２を押し付ける第１バネ５４が配置されている。第１バネ５４は、第１シリンダ５１における軸線方向Ｈ側の底部と第１ピストン５２の仕切り板５２Ａとの間に位置している。また、第１シリンダ５１の内部空間における第１ピストン５２よりも軸線方向Ｉ側の空間は、供給通路４８の内部空間に連通している。したがって、第１シリンダ５１の内部空間における第１ピストン５２よりも軸線方向Ｉ側の空間には、空気供給源４６からの圧縮空気が導入可能になっている。
第１シリンダ５１における軸線方向Ｉ側の底部には、外観が円柱形状の第２シリンダ８１が固定されている。第２シリンダ８１の中心軸線は、第１シリンダ５１の中心軸線と同軸になっている。第２シリンダ８１の内部には、円柱状の内部空間が区画されている。第２シリンダ８１における軸線方向Ｈ側の底部においては、貫通孔８１Ａが貫通している。貫通孔８１Ａは、第２シリンダ８１における軸線方向Ｈ側の底部の中央に位置しており、第１シリンダ５１の貫通孔５１Ｂと連通している。
第２シリンダ８１の内部には、当該第２シリンダ８１の軸線方向に沿って直線運動する第２ピストン８２が配置されている。第２ピストン８２は、略円板形状になっている。第２ピストン８２の外径は、第２シリンダ８１の内径と略同じになっている。第２ピストン８２は、第２シリンダ８１の軸線方向において当該第２シリンダ８１の内部空間を２つに仕切っている。
第２ピストン８２の中央からは、軸線方向Ｈ側に向かって円柱状の駆動軸８３が延びている。第２ピストン８２及び駆動軸８３は一体的に成形されている。駆動軸８３は、第２シリンダ８１の貫通孔８１Ａ及び第１シリンダ５１の貫通孔５１Ｂに挿通されている。また、駆動軸８３は、第１シリンダ５１の軸線方向における回転レバー５５とは反対側において出力軸５３と同軸に配置されている。この駆動軸８３は、第２ピストン８２とともに第２シリンダ８１の軸線方向に沿って直線運動可能になっている。
第２シリンダ８１の内部には、当該第２シリンダ８１における軸線方向Ｉ側から軸線方向Ｈ側へと第２ピストン８２を押し付ける第２バネ８４が配置されている。第２バネ８４は、第２シリンダ８１における軸線方向Ｉ側の底部と第２ピストン８２との間に位置している。この第２バネ８４の押し付け力は、第１バネ５４の押し付け力よりも大きくなっている。なお、第２バネ８４は、駆動軸８３を第１シリンダ５１の軸線方向における出力軸５３側へと押し付ける弾性部材である。また、第２シリンダ８１の内部空間における第２ピストン８２よりも軸線方向Ｈ側の空間は、供給通路４８の内部空間に連通している。したがって、第２シリンダ８１の内部空間における第２ピストン８２よりも軸線方向Ｈ側の空間には、空気供給源４６からの圧縮空気が導入可能になっている。
出力軸５３には、出力軸５３が直線運動することで当該出力軸５３の直線運動を回転運動に変換して回転する回転レバー５５が連結されている。回転レバー５５の円状部５６は、平面視で円形状になっており、その円の中心軸線が図１の車両上下方向（図２における紙面手前奥方向）に沿っている。円状部５６は、ブラケット７０における軸線方向Ｈ側の端部に回転可能に支持されている。そして、この円状部５６の中心軸線が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１になっている。円状部５６の外周面からは、略棒形状のレバー本体５７が延びている。また、回転レバー５５は、レバー本体５７に対して回転するローラ５８を備えている。ローラ５８は、レバー本体５７の先端部に支持されている。ローラ５８は、略円柱形状になっており、その中心軸線を中心として回転可能になっている。具体的には、ローラ５８は、ベアリングが内蔵されたローラフォロアである。また、ローラ５８の中心軸線は、第１シリンダ５１の軸線方向に対して直交しており、円状部５６の中心軸線と平行になっている。レバー本体５７の先端部及びローラ５８は、出力軸５３の挿入孔５３Ａに挿入されている。なお、ローラ５８は、略円柱形状であるため、曲面形状の曲面部として機能する。また、ローラ５８は、回転体として機能する。
レバー本体５７の先端部及びローラ５８が出力軸５３の挿入孔５３Ａに挿入された状態においては、出力軸５３が軸線方向Ｈ側に直線運動すると、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側がローラ５８に接触する。したがって、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の部分が、回転レバー５５の一部であるローラ５８に対して軸線方向の第１シリンダ５１側から接触する第１接触部として機能する。なお、ローラ５８は、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の部分に対して線接触する。また、レバー本体５７の先端部及びローラ５８が出力軸５３の挿入孔５３Ａに挿入された状態においては、出力軸５３が軸線方向Ｉ側に直線運動すると、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側がローラ５８に接触する。したがって、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側の部分が、回転レバー５５の一部であるローラ５８に対して軸線方向の第１シリンダ５１とは反対側から接触する第２接触部として機能する。なお、ローラ５８は、挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側の部分に対して線接触する。このように出力軸５３及び回転レバー５５は、出力軸５３の直線運動と回転レバー５５の回転運動とが可能となるように接触されている。すなわち、出力軸５３及び回転レバー５５は、直進対偶及び回転対偶の自由度２で接触されているといえる。
第１ピストン５２が最も軸線方向Ｉ側に位置したとき、出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置は、軸線方向において回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりもＩ側に位置している。また、第１ピストン５２が最も軸線方向Ｈ側に位置したとき、出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置は、軸線方向において回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりもＨ側に位置している。すなわち、回転レバー５５は、出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｉ側から回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｈ側にまでの範囲内で変わるように配置されている。ブレーキ装置５０では、回転レバー５５のローラ５８が出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置を変えつつ出力軸５３から回転レバー５５に力が伝達される。そのため、出力軸５３から回転レバー５５への力の伝達は、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面とが接触できる範囲に限られる。なお、ローラ５８は、出力軸５３が直線運動するときに当該出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置が変わるため、回転レバー５５のレバー接触部として機能する。
回転レバー５５における円状部５６には、出力軸５３からの駆動力を受けて回転することでブレーキパッド８６とディスク４４との相対位置を変化させる回転アーム６０が連結されている。回転アーム６０と回転レバー５５との連結部分の中心である連結中心Ｐ２は、回転レバー５５の回転中心Ｐ１に対して偏心している。具体的には、連結中心Ｐ２は、回転中心Ｐ１を挟んでレバー本体５７とは反対方向に位置している。なお、このように回転アーム６０が円状部５６の範囲内において連結されているため、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から回転アーム６０と回転レバー５５との連結中心Ｐ２までの距離Ｌ１は、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置までの最短距離よりも短くなっている。また、上述したように、回転レバー５５の円状部５６は、ブラケット７０における軸線方向Ｈ側の端部に回転可能に支持されている。したがって、回転アーム６０は、回転レバー５５を介してブラケット７０における軸線方向Ｈ側の端部に連結されている。
回転アーム６０は、連結中心Ｐ２を挟んで、概ね車両前後方向（図２において左右方向）両側に延びている。回転アーム６０の基端は、第１シリンダ５１よりも車両前後方向Ｊ側にまで至っている。また、回転アーム６０の先端は、ブラケット７０よりも車両前後方向Ｋ側にまで至っている。
回転アーム６０の先端部には、連結ピン７６を介して取付部６５が連結されている。取付部６５は、回転アーム６０に対して第１シリンダ５１の軸線方向Ｉ側に配置されている。取付部６５は、連結ピン７６を中心として揺動可能になっている。取付部６５は、当該取付部６５の揺動軸線方向から平面視すると、第１シリンダ５１の軸線方向Ｉ側に向かうほど寸法が大きくなる略三角形状になっている。取付部６５における軸線方向Ｉ側の面には、ブレーキパッド８６が固定されている。ブレーキパッド８６は、ディスク４４の端面に倣うような略平板形状になっている。ブレーキパッド８６は、ディスク４４に押し当てられて摩擦力による制動力を発生するブレーキ摩擦材である。
ブラケット７０における軸線方向Ｉ側の端部にも、回転アーム６０が回転可能に連結されている。また、軸線方向Ｉ側に配置された回転アーム６０にも取付部６５が連結されているとともに、当該取付部６５にもブレーキパッド８６が固定されている。なお、軸線方向Ｉ側に配置された回転アーム６０、取付部６５、ブレーキパッド８６は、軸線方向Ｈ側に配置された回転アーム６０に対して、線対称に配置されている他は同一構成である。したがって、軸線方向Ｉ側に配置された回転アーム６０、取付部６５、ブレーキパッド８６については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。ただし、２つの回転アーム６０を区別して説明する際には、軸線方向Ｈ側に位置する回転アーム６０を回転アーム６０Ａ、軸線方向Ｉ側に位置する回転アーム６０を回転アーム６０Ｂと、符号を変えて説明する。
上記２つの回転アーム６０の基端部同士は、２つの回転アーム６０の先端部同士の隙間を調整するための隙間調整機構７５によって連結されている。各回転アーム６０の基端部は、隙間調整機構７５に対して回転可能に連結されている。詳しい図示は省略するが、隙間調整機構７５の内部にはねじが内蔵されていて、このねじが回転することにより、２つの回転アーム６０の基端部同士の距離が変化する。これにより、２つの回転アーム６０がブラケット７０との連結部分を中心として回転し、２つの回転アーム６０の先端部同士の隙間が変化する。
上述のように構成されたブレーキ装置５０は、２つの回転アーム６０の先端同士の間に、ディスク４４が配置されるように、台車４１に固定される。ブレーキ装置５０における第１シリンダ５１の軸線方向が車幅方向と一致するように配置される。そして、ブレーキ装置５０のブレーキパッド８６の摩耗の程度に合わせて隙間調整機構７５を操作して、２つの回転アーム６０の先端部同士の隙間を調整する。
上記のように構成したブレーキ装置５０の作用について説明する。ここで、車両１０が走行している際には、第２シリンダ８１の内部空間における第２ピストン８２よりも軸線方向Ｈ側の空間に圧縮空気が導入される。このように圧縮空気が導入されると、第２バネ８４の押し付け力に抗して第２ピストン８２及び駆動軸８３が軸線方向Ｉ側に移動し、第２バネ８４の押し付け力による駆動軸８３からの駆動力は出力軸５３に伝達されない。したがって、以下の説明では、駆動軸８３からの駆動力は出力軸５３に伝達されないものとしてブレーキ装置５０の作用を説明する。
第１シリンダ５１の内部空間における第１ピストン５２よりも軸線方向Ｉ側の空間に圧縮空気が導入されると、図３に示すように、第１バネ５４の押し付け力に抗して第１ピストン５２及び出力軸５３が軸線方向Ｈ側に直線運動する。そして、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の内周面が、回転レバー５５のローラ５８に接触する。すると、回転レバー５５のローラ５８が、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の内周面との接触位置を徐々に変えつつ軸線方向Ｈ側に移動する。このようなローラ５８の移動に伴って、回転中心Ｐ１を中心として回転レバー５５が一方向、すなわち図３における時計回りに回転する。このとき、回転中心Ｐ１を中心として軸線方向Ｈ側に位置する回転アーム６０Ａと回転レバー５５との連結中心Ｐ２も時計回りに回転する。そのため、回転アーム６０Ａは、連結中心Ｐ２において、軸線方向Ｉ側へ向かう力を受ける。その結果、回転アーム６０Ａは、軸線方向Ｉ側に移動する。すると、回転アーム６０Ａに連結された取付部６５及びブレーキパッド８６がディスク４４に近づくように移動して、回転アーム６０Ａ側のブレーキパッド８６がディスク４４の端面に当接する。
また、上述したように、回転アーム６０Ａが軸線方向Ｉ側に移動すると、隙間調整機構７５も軸線方向Ｉ側に移動する。そして、回転アーム６０Ｂの基端部と隙間調整機構７５との連結部分が軸線方向Ｉ側に移動する。ここで、回転アーム６０Ｂは、その延設方向の略中央部でブラケット７０に回転可能に連結されている。そのため、回転アーム６０Ｂは、当該回転アーム６０Ｂとブラケット７０との連結部分を回転中心として反時計回りに回転する。すると、回転アーム６０Ｂに連結された取付部６５及びブレーキパッド８６がディスク４４に近づくように移動して、回転アーム６０Ｂ側のブレーキパッド８６がディスク４４の端面に当接する。そして、ディスク４４は、第１シリンダ５１の軸線方向において、回転アーム６０Ａ側のブレーキパッド８６と回転アーム６０Ｂ側のブレーキパッド８６との間で挟み込まれることで回転が制動される。
一方、第１シリンダ５１の内部空間における第１ピストン５２よりも軸線方向Ｉ側の空間に圧縮空気が導入されず、圧力が低下すると、図２に示すように、第１バネ５４の押し付け力によって第１ピストン５２及び出力軸５３が軸線方向Ｉ側に直線運動する。そして、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側の内周面が、回転レバー５５のローラ５８に接触する。すると、回転レバー５５のローラ５８が、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側の内周面との接触位置を徐々に変えつつ軸線方向Ｉ側に移動する。このようなローラ５８の移動に伴って、回転中心Ｐ１を中心として回転レバー５５が他方向、すなわち図２における反時計回りに回転する。このとき、回転中心Ｐ１を中心として回転アーム６０Ａと回転レバー５５との連結中心Ｐ２も反時計回りに回転する。そのため、回転アーム６０Ａは、連結中心Ｐ２において、軸線方向Ｈ側へ向かう力を受ける。その結果、回転アーム６０Ａは、軸線方向Ｈ側に移動する。すると、回転アーム６０Ａに連結された取付部６５及びブレーキパッド８６がディスク４４から離れるように移動して、回転アーム６０Ａ側のブレーキパッド８６がディスク４４の端面から離間する。
また、上述したように、回転アーム６０Ａが軸線方向Ｈ側に移動すると、隙間調整機構７５も軸線方向Ｈ側に移動する。そして、回転アーム６０Ｂの基端部と隙間調整機構７５との連結部分が軸線方向Ｈ側に移動する。すると、回転アーム６０Ｂは、当該回転アーム６０Ｂとブラケット７０との連結部分を回転中心として時計回りに回転する。そして、回転アーム６０Ｂに連結された取付部６５及びブレーキパッド８６がディスク４４から離れるように移動して、回転アーム６０Ｂ側のブレーキパッド８６がディスク４４の端面から離間する。
ブレーキ装置５０がディスク４４を制動するときの力の伝わり方について詳述する。なお、以下の説明では、説明の簡略化のために、出力軸５３は、出力軸５３の中心軸線上の接触点Ｙ１で、回転レバー５５のローラ５８に接触しているものとする。また、出力軸５３が突出方向に移動しようとする力Ｆ１は、常に一定であるものとする。
図４に示すように、回転レバー５５におけるレバー本体５７の延設方向が出力軸５３の軸線方向と直交している状態を基準としたときの回転レバー５５の傾斜角度を「θ」とする。このとき、出力軸５３から回転レバー５５に作用する接線方向の力Ｆ２は、「Ｆ１＊ｃｏｓθ」で表される。
一方、出力軸５３は、その軸線方向には移動できるが、傾斜したり軸線方向に交差する方向に移動したりはできない。そのため、回転レバー５５の回転中心Ｐ１と出力軸５３の中心軸線との距離Ｘ１は、常に一定である。そして、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から、回転レバー５５と出力軸５３との接触点Ｙ１までの距離Ｘ２は、「Ｘ１／ｃｏｓθ」で表される。
出力軸５３が回転レバー５５を回転させようとする力、すなわち回転トルクは、接線方向の力Ｆ２と距離Ｘ２との積で表すことができるので、「Ｆ１＊ｃｏｓθ＊Ｘ１／ｃｏｓθ＝Ｆ１＊Ｘ１」となる。上述のとおり、回転レバー５５の回転中心Ｐ１と出力軸５３の中心軸線との距離Ｘ１は、常に一定である。したがって、出力軸５３が突出方向に移動しようとする力Ｆ１が一定であれば、回転レバー５５の回転トルクは、回転レバー５５の傾斜角度θに依らない一定の値になる。
また、車両１０が停止している際には、第１シリンダ５１の内部空間における第１ピストン５２よりも軸線方向Ｉ側の空間に圧縮空気が導入されない。すると、第１バネ５４の押し付け力によって第１ピストン５２及び出力軸５３が軸線方向Ｉ側に直線運動しようとする。さらに、車両１０が停止している際には、第２シリンダ８１の内部空間における第２ピストン８２よりも軸線方向Ｈ側の空間に圧縮空気が導入されない。すると、第２バネ８４の押し付け力によって第２ピストン８２及び駆動軸８３が軸線方向Ｈ側に直線運動しようとする。そして、第１ピストン５２と駆動軸８３とが当接しているときには、第１ピストン５２、出力軸５３、第２ピストン８２、及び駆動軸８３に対して、第１バネ５４による軸線方向Ｈ側から軸線方向Ｉ側へと向かう押し付け力と、第２バネ８４による軸線方向Ｉ側から軸線方向Ｈ側へと向かう押しつけ力とが作用する。ここで、第２バネ８４の押し付け力は、第１バネ５４の押し付け力よりも大きくなっている。そのため、軸線方向Ｉ側から軸線方向Ｈ側へと向かう駆動軸８３からの駆動力が第１ピストン５２及び出力軸５３に伝達されて、第１ピストン５２及び出力軸５３も軸線方向Ｈ側に直線運動する。そして、上記と同様に、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面と回転レバー５５のローラ５８との接触によって、回転中心Ｐ１を中心として回転レバー５５が一方向、すなわち図３における時計回りに回転する。したがって、第２バネ８４の押し付け力によって駆動軸８３が第１ピストン５２を第１シリンダ５１の軸線方向における回転レバー５５側に移動させたときに、第１シリンダ５１の内部の空気圧に拘わらず、出力軸５３が回転レバー５５側に直線運動する。なお、第１シリンダ５１の内部に給排される流体は空気である。
本実施形態の効果について説明する。
（１）ブレーキ装置５０では、理論上、出力軸５３が突出方向に移動しようとする力Ｆ１が一定であれば、回転レバー５５の回転トルクは、回転レバー５５の傾斜角度θに依らない一定の値になる。実際には、出力軸５３は回転レバー５５のローラ５８に接触しており、ローラ５８の外面が曲面であることから、出力軸５３の中心軸線上の接触点Ｙ１で接触するとは限らない。とはいえ、回転レバー５５の回転にしたがって、出力軸５３が接触位置を変えつつ回転レバー５５に接触することで、回転レバー５５の回転トルクが変動することは抑制できる。そして、回転レバー５５の回転トルクが変動することを抑制できれば、回転レバー５５によって動作される２つの回転アーム６０がディスク４４を挟み込もうとする力の変動も抑制できる。したがって、回転レバー５５の回転トルクの変動に伴って、ディスク４４への制動力が変動することを抑制できる。
（２）ブレーキ装置５０では、第１ピストン５２の仕切り板５２Ａから第１シリンダ５１の軸線方向に向かってガイド部５２Ｂが延びている。そのため、第１シリンダ５１の内部空間を第１ピストン５２が直線運動する際に、第１シリンダ５１の軸線方向に対して第１ピストン５２ががたつくことを抑制できる。これにより、第１ピストン５２のがたつきに伴って出力軸５３ががたつくことがなく、第１シリンダ５１の軸線方向に沿うように出力軸５３を直線運動させることができる。
（３）ブレーキ装置５０では、出力軸５３の挿入孔５３Ａに回転レバー５５のローラ５８が挿入されている。そして、出力軸５３が第１シリンダ５１の軸線方向に移動する際には、回転レバー５５のローラ５８が回転することで出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面との接触位置を変える。そのため、出力軸５３と回転レバー５５とが接触位置を変える際の抵抗を低減できる。
（４）ブレーキ装置５０では、出力軸５３が第１シリンダ５１の軸線方向に移動する際に、回転レバー５５のローラ５８が出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面に線接触する。そのため、ブレーキ装置５０では、例えば回転レバー５５が出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面と面接触する構成に比べて、回転レバー５５と出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面とが接触位置を変える際の抵抗を低減できる。
（５）ブレーキ装置５０における回転レバー５５は、出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の部分と回転レバー５５のローラ５８との接触位置が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｉ側から回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｈ側にまでの範囲内で変わるように、配置されている。ここで、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置は、回転レバー５５の回転位置に応じて車両前後方向において変化する。具体的には、図２に示すように、回転レバー５５のローラ５８が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｉ側に位置している場合、回転レバー５５が一方向、すなわち図２における時計回りに回転するほど、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置は、車両前後方向Ｊ側に移動する。また、回転レバー５５のローラ５８が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｈ側に位置している場合、回転レバー５５が時計回りに回転するほど、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置は、車両前後方向Ｋ側に移動する。このように回転レバー５５が時計回りに回転しようとする際に、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置は、車両前後方向Ｊ側に移動した後、車両前後方向Ｋ側に移動する。これにより、回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触範囲が同一であったとしても、例えば回転レバー５５のローラ５８と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面との接触位置が回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｈ側でのみ変わる構成に比べて、回転レバー５５の回転範囲を大きくできる。
（６）ブレーキ装置５０では、第１ピストン５２及び出力軸５３が軸線方向Ｈ側に移動するときには、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の内周面が、回転レバー５５のローラ５８に接触して回転レバー５５が時計回りに回転する。また、第１ピストン５２及び出力軸５３が軸線方向Ｉ側に移動するときには、出力軸５３の挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｈ側の内周面が、回転レバー５５のローラ５８に接触して回転レバー５５が反時計回りに回転する。したがって、回転レバー５５における両方向の回転を出力軸５３の直線運動により実現できる。
（７）回転レバー５５の回転中心Ｐ１から回転アーム６０と回転レバー５５との連結中心Ｐ２までの距離Ｌ１は、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置までの最短距離よりも短くなっている。そのため、回転アーム６０Ａの接線方向において回転レバー５５から回転アーム６０Ａに対して作用する力は、回転レバー５５の接線方向において出力軸５３から回転レバー５５に対して作用する力よりも大きくなる。このように出力軸５３から回転レバー５５に作用する力を増大させた上で回転アーム６０Ａに入力させることができるため、回転アーム６０Ａの接線方向において回転アーム６０Ａの先端部から取付部６５及びブレーキパッド８６に対して作用する力が大きくなる。これにより、回転アーム６０Ａに連結された取付部６５及びブレーキパッド８６をディスク４４の端面に相応の力で当接させ、ディスク４４に対して一定以上の制動力を確保できる。
（８）ブレーキ装置５０では、第１シリンダ５１の内部空間及び第２シリンダ８１の内部空間に空気供給源４６から圧縮空気が導入されないときには、空気圧による第１ピストン５２及び出力軸５３からの駆動力が回転レバー５５に伝達されない。このように空気圧による第１ピストン５２及び出力軸５３からの駆動力が回転レバー５５に伝達されないときであっても、第２バネ８４の押し付け力によって第２ピストン８２及び駆動軸８３が軸線方向Ｈ側に直線運動する。そして、第２バネ８４による第２ピストン８２及び駆動軸８３からの駆動力が第１ピストン５２及び出力軸５３を介して回転レバー５５に伝達され、第２バネ８４による第２ピストン８２及び駆動軸８３からの駆動力によって回転レバー５５が回転する。したがって、ブレーキ装置５０では、第２バネ８４による第２ピストン８２及び駆動軸８３からの駆動力によって回転レバー５５が回転する際の回転トルクの変動を抑制できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置が変わる範囲は変更できる。例えば、出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面のうち軸線方向Ｉ側の部分と回転レバー５５のローラ５８との接触位置が、回転レバー５５の回転中心Ｐ１よりも軸線方向Ｉ側でのみ変わったり、軸線方向Ｈ側でのみ変わったりしてもよい。
・上記実施形態において、回転レバー５５と出力軸５３との接触構成は変更できる。例えば、回転レバー５５は、回転体として、略円柱形状のローラ５８ではなく、多角形柱状の回転体を備えていてもよい。この構成においても、回転レバー５５における多角形柱状の回転体が回転可能になっていれば、回転体が回転することで出力軸５３と回転レバー５５とが接触位置を変える際の抵抗を低減できる。
・また、例えば、回転レバー５５は、球形状の回転体を備えていてもよい。この構成においても、回転レバー５５における球形状の回転体が回転可能になっていればよい。なお、この球形状の回転体は、出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面に点接触する曲面部としても機能する。
・さらに、例えば、回転レバー５５におけるローラ５８を省略し、回転レバー５５のレバー本体５７と出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面とが接触してもよい。この構成では、回転レバー５５のレバー本体５７が出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面に対して摺動することで接触位置を変えつつ回転レバー５５が回転できる。なお、この構成においては、回転レバー５５のレバー本体５７の先端部を曲面形状の曲面部として機能させたり、回転レバー５５のレバー本体５７及び出力軸５３における挿入孔５３Ａの内周面にコーティングを施して両者の摺動抵抗を低減したりすることが好ましい。
・また、回転レバー５５におけるローラ５８を省略し、出力軸５３がローラを備えていてもよい。そして、回転レバー５５のレバー本体５７と出力軸５３の先端部に設けられたローラが接触してもよい。
・上記実施形態において、回転レバー５５の両方向の回転を出力軸５３によって行ったが、回転レバー５５の一方向のみの回転を出力軸５３によって行ってもよい。例えば、回転レバー５５のローラ５８が出力軸５３の先端面に接触するように、回転レバー５５を配置する。そして、回転レバー５５のローラ５８を出力軸５３の先端面側に押し付けるバネを、回転レバー５５のローラ５８よりも軸線方向Ｈ側に取り付ける。この構成においては、出力軸５３が軸線方向Ｈ側に移動するときには、出力軸５３によってバネの押し付け力に抗して回転レバー５５のローラ５８が軸線方向Ｈ側に移動することで回転レバー５５が時計回りに回転する。一方、出力軸５３が軸線方向Ｉ側に移動するときには、バネの押し付け力によって回転レバー５５のローラ５８が軸線方向Ｉ側に移動することで回転レバー５５が反時計回りに回転する。なお、この構成では、出力軸５３における挿入孔５３Ａを省略してもよい。
・上記実施形態において、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から回転アーム６０と回転レバー５５との連結中心Ｐ２までの距離Ｌ１は変更できる。例えば、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から回転アーム６０と回転レバー５５との連結中心Ｐ２までの距離Ｌ１は、回転レバー５５の回転中心Ｐ１から出力軸５３と回転レバー５５のローラ５８との接触位置までの最短距離よりも長くなっていてもよい。この構成においても、出力軸５３から回転レバー５５のローラ５８に作用する力が十分に大きい場合には、ディスク４４に対して一定以上の制動力を確保できる。
・上記実施形態において、第１ピストン５２の構成は変更できる。例えば、ガイド部５２Ｂは、仕切り板５２Ａの外縁全周から延びている必要はなく、仕切り板５２Ａの外縁の一部から延びていてもよい。
・また、例えば、第１ピストン５２におけるガイド部５２Ｂを省略してもよい。この構成においても、第１ピストン５２の仕切り板５２Ａの外縁と第１シリンダ５１の内周面との接触によって、第１シリンダ５１の内部で第１ピストン５２ががたつくことをある程度抑制できる。
・上記実施形態において、回転レバー５５からブレーキパッド８６までの連結構成は変更できる。例えば、回転アーム６０Ａと取付部６５との間に他の部材が介在されていてもよい。
θ…傾斜角度、Ｆ１…力、Ｆ２…力、Ｌ１…距離、Ｐ１…回転中心、Ｐ２…連結中心、Ｘ１…距離、Ｘ２…距離、Ｙ１…接触点、１０…車両、２０…車体、３０…空気ばね、４１…台車、４２…車軸、４３…車輪、４４…ディスク、４６…空気供給源、４７…制御弁、４８…供給通路、５０…ブレーキ装置、５１…第１シリンダ、５１Ａ…貫通孔、５１Ｂ…貫通孔、５２…第１ピストン、５２Ａ…仕切り板、５２Ｂ…ガイド部、５３…出力軸、５３Ａ…挿入孔、５４…第１バネ、５５…回転レバー、５６…円状部、５７…レバー本体、５８…ローラ、６０…回転アーム、６５…取付部、７０…ブラケット、７５…隙間調整機構、７６…連結ピン、８１…第２シリンダ、８１Ａ…貫通孔、８２…第２ピストン、８３…駆動軸、８４…第２バネ、８６…ブレーキパッド、９０…制御装置。

Claims (8)

  1. シリンダの軸線方向に沿ってピストンとともに直線運動する出力軸と、
    摩擦材と被制動部材との相対位置を変化させる回転アームを前記出力軸の力を受けて駆動する回転レバーとを備え、
    前記回転レバーは、前記出力軸が直線運動するときに前記出力軸との接触位置が変わるレバー接触部を備える
    ブレーキ装置。
  2. 前記出力軸及び前記レバー接触部は、線接触又は点接触し、
    前記出力軸及び前記レバー接触部の少なくとも一方の接触部分は、曲面形状の曲面部を備える
    請求項１に記載のブレーキ装置。
  3. 前記出力軸及び前記レバー接触部の少なくとも一方の接触部分は、回転する回転体を備える
    請求項１又は請求項２に記載のブレーキ装置。
  4. 前記シリンダの軸線方向において、前記出力軸が前記シリンダから突出する方向を突出方向、当該突出方向の反対方向を反突出方向としたとき、
    前記出力軸と前記レバー接触部との接触位置が、前記回転レバーの回転中心よりも前記反突出方向側から前記回転レバーの回転中心よりも前記突出方向側の範囲内で変わるように、前記回転レバーが配置されている
    請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
  5. 前記ピストンは、
    前記シリンダの軸線方向において前記シリンダの内部空間を仕切る仕切り板と、
    前記仕切り板の外縁から前記シリンダの軸線方向に延びるガイド部とを備えている
    請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のブレーキ装置。
  6. 前記シリンダの軸線方向において、前記出力軸が前記シリンダから突出する方向を突出方向、当該突出方向の反対方向を反突出方向としたとき、
    前記出力軸が前記突出方向に直線運動するときに前記回転レバーが一方側に回転し、
    前記出力軸が前記反突出方向に直線運動するときに前記回転レバーが他方側に回転する
    請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のブレーキ装置。
  7. 前記出力軸は、
    前記回転レバーに対して前記シリンダの軸線方向の前記シリンダ側から接触する第１接触部と、
    前記回転レバーに対して前記シリンダの軸線方向の前記シリンダ側とは反対側から接触する第２接触部とを備える
    請求項６に記載のブレーキ装置。
  8. 前記出力軸は、前記シリンダの内部の流体が給排されることにより前記シリンダの軸線方向に直線運動するものであり、
    前記出力軸における前記回転レバーとは反対側において前記出力軸と同軸に配置された駆動軸と、
    前記駆動軸を前記シリンダの軸線方向における前記出力軸側へと押し付ける弾性部材とを備え、
    前記弾性部材の押し付け力によって前記駆動軸が前記出力軸又は前記ピストンを前記シリンダの軸線方向における前記回転レバー側に移動させたときに、前記シリンダの内部の流体圧に拘らず前記出力軸が前記回転レバー側に直線運動可能である
    請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のブレーキ装置。
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