JP2706684B2 - 多板ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク部材の材質と
して炭素系複合材料を使用した多板ディスクブレーキ装
置に係り、特に、このディスク部材を好適に冷却して、
その温度上昇に起因する種々の弊害を回避するための技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年においては、各種車両のブレーキ装
置として、多板ディスクブレーキ装置の実用化が図られ
ているが、この種のブレーキ装置の構成要素であるディ
スク部材（ロータ及びステータ）は、耐熱性や耐摩耗性
に優れ且つ充分な摩擦抵抗を有する材料で製作されたも
のでなければならない。このような要請に応えるため、
例えば実開平４-23834号公報によれば、ディスク部材の
材質として炭素系複合材料が使用されるに至っており、
この炭素系複合材料は、約3000℃に至るまで充分な機能
を発揮できることが一般に知られている。

【０００３】更に、同公報に開示の多板ディスクブレー
キ装置は、その冷却手段として、ディスク部材の内周側
に配置される軸部に内孔を形成し、この内孔に自然導入
される冷却空気を外周側に向かって流通させ、この流通
時に冷却空気を直接ディスク部材に接触させて冷却効果
を得る一方、ディスク部材を収納包囲するケーシング部
とディスク部材外周部との間の隙間に金属環板を配設
し、この金属環板の作用によりディスク部材からケーシ
ング部に向かう輻射熱を防止すると共に、この金属環板
に多数の貫通孔を形成し、前記軸部の内孔からディスク
部材周辺に導入した冷却空気を前記金属環板の貫通孔を
介してその外周側空間に逃がし、この外周側空間からケ
ーシング部に形成された排気孔を介して大気中に放出す
るようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記例
示した多板ディスクブレーキ装置の冷却手段によれば、
軸部の内孔からケーシング内部を通過して大気中に排出
される冷却空気の流れが、ディスク部材の回転に伴う遠
心力等により自然に生成されるものであるため、冷却空
気の流通量が不足し、充分な冷却効果が得られないとい
う問題点がある。従って、ディスク部材自体は炭素系複
合材料でなるため上記のように極めて高温状態でも使用
に耐え得るが、大量の熱を蓄熱したディスク部材からの
熱伝導や輻射熱の影響を受けるケーシング部及びその周
辺の各構成部品、例えばディスク部材を押圧するピスト
ンやその気密保持用のパッキンは、僅かな温度上昇であ
っても早期摩耗や強度低下ひいては損傷等を来し、特に
ディスク部材内周側の軸部を回転可能に保持するベアリ
ングは、その潤滑油が蒸発する等のため温度上昇に対し
てより一層耐久性が低いという難点がある。

【０００５】更に、上記炭素系複合材料は、高温雰囲気
中（約 600℃以上) においては、その構成物質である炭
素が空気中の酸素と反応して酸化現象（風化現象）を起
こすため、その部分の強度が劣化し或いは浸食されてし
まうという特性を有している。そして、この種のブレー
キ装置が例えば鉄道車両に使用される場合には、近年に
おける当該車両の高速化に伴って、高速走行から繰り返
し頻繁に制動作用が行われることにより、ディスク部材
相互間の摩擦熱が蓄熱することに起因してその周辺温度
が常に上記の 600℃を上回るという事態を招来する。こ
のため、上記公報に開示のように流通する冷却空気をデ
ィスク部材に直接的に接触させていたのでは、ディスク
部材が高温雰囲気中で酸化してしまい、使用に耐え得な
いという不具合を招く。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、ディスク部材の酸化を防止した上で当該ディス
ク部材を積極的に冷却し、これによりディスク部材自体
の耐久性の向上を図ると共に、ディスク部材からケーシ
ング部及びその周辺に対する熱伝導や輻射熱の影響を低
減させ、ベアリング等の各種構成部品の温度上昇に伴う
弊害を回避することを技術的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多板ディス
クブレーキ装置は、上記技術的課題を達成するため、以
下に示すように構成したことを特徴とする。即ち、炭素
系複合材料でなる複数枚のディスク部材と、このディス
ク部材の外周側に配設されるケーシング部及び内周側に
配設される軸部とを有し、前記ディスク部材を相互に密
着させることにより制動力を発生させるように構成した
多板ディスクブレーキ装置において、前記ディスク部材
とケーシング部との間に、ディスク部材を包囲し且つデ
ィスク部材側に対して空気遮断を行う隔壁部材を配設
し、この隔壁部材とケーシング部との間に空気通路を形
成し、車体側に設けた空気強制送給手段からこの空気通
路に冷却空気を強制的に導入する空気導入孔を前記ケー
シング部に形成したものである。

【０００８】

【作用】上記手段によると、空気強制送給手段から空気
導入孔を介してケーシング内部に導入された冷却空気
は、ケーシング部と隔壁部材との間に形成された空気通
路を流通することになるが、この空気通路はディスク部
材側に対して空気遮断されているので、流通する冷却空
気がディスク部材に直接的に接触することはなく、これ
によりディスク部材の酸化が防止される。

【０００９】更に、前記空気通路に対しては、強制的に
冷却空気が導入されるので、制動作用に起因してディス
ク部材相互間で発生した摩擦熱が、隔壁部材に熱伝導及
び輻射熱として蓄熱されても、この隔壁部材は、車体側
に設けた空気強制送給手段から空気通路に強制的に送り
込まれる冷却空気により積極的に冷却され、従って前記
摩擦熱はこの隔壁部材から大量に放熱され、ケーシング
部及びその周辺に対する冷却が良好に行われる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る多板ディスクブレーキ装
置の実施例を図面に基づいて説明するが、この実施例
は、駆動用電動機の側方に設置される多板ディスクブレ
ーキ装置に本発明を適用したものである。先ず、図９に
示す概略構成に基づいて、この実施例に係る多板ディス
クブレーキ装置１の配設状態を説明すると、空気バネ5
0,50 を介して車体51を支持する台車52の下方には駆動
用電動機53が取り付けられており、この駆動用電動機53
の一側方には多板ディスクブレーキ装置１が設置されて
いると共に、この駆動用電動機53の他側方には、その回
転子軸53a の回転を車軸54及び車輪55に伝達する歯車伝
達機構56が取り付けられている。尚、前記車軸54の両端
を回動自在に支持する車軸ケース57,57 と台車52との間
には、軸バネ58,58 が介設されている。

【００１１】前記多板ディスクブレーキ装置１は、図２
に示すように、そのフランジ2aが既述の駆動用電動機53
の側方に固定される筒状のケーシング部２と、このケー
シング部２の中心軸線に沿って貫通状に配置されて前記
駆動用電動機53の回転子軸53a に連動して回転する軸部
３とを有し、この軸部３と前記ケーシング部２との間の
内部空間に、複数枚（図例では四枚）のステータ４…４
と複数枚（図例では三枚）のロータ５…５とからなるデ
ィスク部材が配設されている。これらのディスク部材
４，５の材質はいずれも、炭素系複合材料でなり、その
形状は、平板でなる円環形状とされている（図４及び図
５参照）。

【００１２】一方、図１乃至図３に示すように、前記ケ
ーシング部２の周壁2b内面より僅か内周側には、等角度
間隔で複数のキー部材６…６が配設され、前記ステータ
４の外周部には同じく等角度間隔で凹部4a…4aが形成さ
れており、これらの凹部4a…4aが前記各キー部材６…６
に係合されて軸方向に移動可能とされている。また、前
記軸部３の外周部にも等角度間隔で複数のキー部７…７
が配設されており、これらのキー部７…７に対しては、
前記ロータ５の内周部に等角度間隔で形成された凹部5a
…5aが係合されて軸方向に移動可能とされている。尚、
図４に示すように、前記ロータ５のキー部７に対する係
合部には、耐磨耗性に優れた薄板９…９が貼り付けられ
ていると共に、図５に示すように、前記ステータ４のキ
ー部材６に対する係合部にも、同様の薄板８…８が貼り
付けられている。

【００１３】更に、図１乃至図３に示すように、前記デ
ィスク部材４，５の外周部とケーシング部２の周壁2b内
面との間には、ディスク部材４，５の外周部を覆うよう
に薄肉金属製の隔壁部材10が配設されており、この隔壁
部材10とケーシング部２の周壁2b内面との間に形成され
る隙間が空気通路11とされている。そして、ケーシング
部２の周壁2bには、この空気通路11に冷却空気を導入す
る空気導入孔12が形成されており、この空気導入孔12に
は、空気強制送給手段として、車体の床面に設けられた
ファン59 (図９参照）の作用により強制的に圧送される
冷却空気を送り込むための送風管13が接続されている。

【００１４】前記隔壁部材10は、図６及び図７に示すよ
うに、その表面に多数の小円柱状凸部10a …10a が一体
的に突設されて、その表面積が広くされている。そし
て、この隔壁部材10は複数枚に分割されており、図３に
示すように、個々の隔壁部材10は前記各キー部材６…６
の相互間に介挿されて固定状態とされている。詳述する
と、図７に示すように、一枚の隔壁部材10は、隣接する
二本のキー部材６，６に形成された挿入溝6a,6a にその
両端が挿入され、同図に鎖線で示すように円弧状に湾曲
されている。そして、この隔壁部材10により、空気通路
11からディスク部材４，５に対する空気遮断がなされて
いる。また、ケーシング部２の周壁2bには、前記空気通
路11を流通した冷却空気を大気中に排出する排気孔14が
形成されており、この排気孔14には粉塵を捕集するため
のフィルター部材15が装着されている。

【００１５】また、図２に示すように、前記ケーシング
部２の蓋体2cには、ディスク部材のステータ４とロータ
５とを圧接させて制動力を発生させる押圧手段16が装備
されている。この押圧手段16は、前記蓋体2cに出退自在
に嵌合保持されて油圧により作動されるピストン17と、
このピストン17の先端から押圧力を受けてステータ４及
びロータ５を圧接させる圧力板18とからなる。前記ピス
トン17は、図３に示すように、複数のものが等角度間隔
で配設されており、作動油の供給口19から導入される油
圧が、各連通路20…20を介して各ピストン17…17に作用
する構成である。尚、同図に示す符号Ｐは、エア抜き用
のプラグである。

【００１６】更に、図１に示すように、このケーシング
部２の蓋体2cには、前記軸部３を回動自在に支持するベ
アリング21が装着されており、蓋体2cにおけるベアリン
グ21の外周部には多数のフィン22…22が形成されてい
る。

【００１７】そして、冷却空気が圧送される送風管13か
ら分岐した分岐管23は、前記ピストン17の周囲のジャケ
ット24に連通され、更にこのジャケット24から前記ベア
リング21の周囲の流通孔25を介して小排気孔26に通じて
いる。

【００１８】上記実施例の構成によれば、多板ディスク
ブレーキ装置１の冷却は、以下のようにして行われる。
即ち、車体床面のファン59の作用により送風管13から空
気導入孔12を介してケーシング部２内部の空気通路11に
強制的に送り込まれた冷却空気は、隔壁部材10の外周面
に沿って流通する間に隔壁部材10から熱を吸収し、この
後、排気孔14を介して大気中に放出される。従って、制
動作用によりディスク部材４，５に大量の熱が発生し
て、熱伝導及び輻射熱の影響を受けて隔壁部材10が高温
状態となっても、この隔壁部材10は積極的に強制流通す
る冷却空気により良好に冷却され、ケーシング部２への
熱伝導及び輻射熱の影響は極めて小さくなる。

【００１９】また、前記空気通路11は、隔壁部材10によ
ってディスク部材４，５側に対する空気遮断がなされて
いるので、この空気通路11を流れる冷却空気がディスク
部材４，５側に流入することはなく、これによりディス
ク部材４，５と冷却空気とが高温雰囲気中において接触
することがなくなり、炭素系複合材料でなるディスク部
材４，５の酸化現象が防止される。尚、ディスク部材
４，５の非摺動面には、酸化保護被膜が塗布されてい
る。

【００２０】更に、ケーシング部２の蓋体2cに配設され
ているピストン17やベアリング21については、前記送風
管13の分岐管23から強制的に送り込まれる冷却空気の作
用を受けて、より一層冷却効果が高められるように配慮
がなされている。つまり、分岐管23から強制的に蓋体2c
に導入された冷却空気は、ジャケット24に流入してピス
トン17を冷却することによりパッキン等の劣化を防止
し、更に流通孔25に流入してベアリング21を冷却するこ
とにより潤滑不能等を防止する。そして、前記ピストン
17及びベアリング21を冷却した空気は、小排気孔26から
大気中に放出される。

【００２１】尚、図２及び図３に示すように、前記ケー
シング部２の蓋体2cには、ピストン17からの油圧の非作
用時に前記圧力板18を所定位置に保持させるためのスラ
ックアジャスタ27…27が等角度間隔で配設されている。
このスラックアジャスタ27は、図８に示すように、蓋体
2cに形成された内孔28に筒体29が摺動自在に嵌合保持さ
れ、この筒体29に固定された引棒30の先端が前記圧力板
18に締結されていると共に、前記筒体29の外周には、内
孔28との間で所定の摩擦力に伴う抵抗をもって摺動する
抵抗体31が筒体29に対して軸方向に相対移動可能に保持
されている。そして、前記筒体29及び引棒30は、戻しバ
ネ32の作用により蓋体2cに対して左方に付勢されてお
り、また前記抵抗体31は、補助バネ33の作用により筒体
29に対して右方に付勢されており、且つ筒体29の段部29
a とストッパ34との間を相対移動可能とされている。従
って、抵抗体31は、筒体29の段部29a との間に形成され
る隙間SAだけ移動できるものであり、この隙間SAは、圧
力板18とステータ４との間の隙間SXに対応している。

【００２２】上記実施例は、固定状態のケーシング部２
にキー部材６…６を固定し且つこれらのキー部材６…６
にステータ４を係合させる型式のブレーキ装置に本発明
を適用したものであるが、これ以外に、例えば上記のケ
ーシング部２に相当するものが車輪に連動して回転する
型式のブレーキ装置であってこの回転するケーシング相
当部分にキー部材を固定し且つキー部材にロータを係合
させる構造のものについても、同様に本発明を適用でき
るものである。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明に係る多板ディスク
ブレーキ装置によれば、空気強制送給手段により空気導
入孔を介してケーシング内部に強制的に送り込まれた冷
却空気は、ディスク部材側に対して空気遮断されている
空気通路を流通することになるので、冷却空気がディス
ク部材に直接的に接触することがなくなり、炭素系複合
材料でなるディスク部材の酸化現象が防止されて、耐久
性の向上並びに使用限界の改善が図られる。

【００２４】また、前記空気通路に対しては、強制的に
大量の冷却空気が導入されるので、制動作用に起因して
ディスク部材相互間で発生した摩擦熱が、隔壁部材に熱
伝導及び輻射熱として蓄熱されても、この隔壁部材は空
気通路を流れる冷却空気により積極的に冷却され、従っ
て前記摩擦熱はこの隔壁部材から大量に放熱されること
になって、ケーシング部及びその周辺に対する冷却が良
好に行われ、ピストンやパッキン更にはベアリング等の
各種構成部品の過度な温度上昇に伴う劣化並びに損傷等
が回避される。

【００２５】更に、前記空気強制送給手段は車体床面に
設けられており、この車体床面は専有面積が広くとれる
ことから、冷却空気量を増加させたい要請がある場合に
は、必要に応じて空気強制送給手段を大きくすることが
できるようになり、設置スペース上の問題等を生じるこ
となく、大幅に冷却効果を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多板ディスクブレーキ装置の実施
例の要部構成を示す拡大縦断側面図である。

【図２】上記実施例の全体構成を示す縦断側面図であ
る。

【図３】上記実施例の全体構成を示す半縦断正面図であ
る。

【図４】上記実施例の構成要素であるディスク部材（ロ
ータ）の単体正面図である。

【図５】上記実施例の構成要素であるディスク部材（ス
テータ）の単体正面図である。

【図６】上記実施例の構成要素である隔壁部材の単体平
面図である。

【図７】上記隔壁部材の取付状態を示す縦断正面図であ
る。

【図８】上記実施例の構成要素であるスラックアジャス
タを示す要部拡大縦断側面図である。

【図９】上記実施例における多板ディスクブレーキ装置
の配設状態を示す概略正面図である。

【符号の説明】

１ 多板ディスクブレーキ装置 ２ ケーシング部 ３ 軸部 ４ ディスク部材（ステータ） ５ ディスク部材（ロータ） 10 隔壁部材 11 空気通路 12 空気導入孔 59 空気強制送給手段（ファン）

フロントページの続き (72)発明者 玉森 秀男 神戸市北区鈴蘭台南町３丁目10番15号 (72)発明者 岸本 健 神戸市垂水区霞ケ丘４丁目５番40号 (56)参考文献 実開 平４−23834（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素系複合材料でなる複数枚のディスク
   部材と、このディスク部材の外周側に配設されるケーシ
   ング部及び内周側に配設される軸部とを有し、前記ディ
   スク部材を相互に密着させることにより制動力を発生さ
   せるように構成した多板ディスクブレーキ装置におい
   て、 前記ディスク部材とケーシング部との間に、ディスク部
   材を包囲し且つディスク部材側に対して空気遮断を行う
   隔壁部材を配設し、この隔壁部材とケーシング部との間
   に空気通路を形成し、車体側に設けた空気強制送給手段
   からこの空気通路に冷却空気を強制的に導入する空気導
   入孔を前記ケーシング部に形成したことを特徴とする多
   板ディスクブレーキ装置。