JP3028136B2 - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両用ディスクブレーキ装置に係り、
特に、駆動車両により牽引される車両に取り付けられる
ディスクブレーキ装置に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、駆動車両により牽引される車両（以
下、牽引車両という）は、駆動用電動機を有していない
ため、そのブレーキ装置の研究開発の途は当然の事なが
ら駆動車両とは異なっている。具体的には、駆動車両に
ついては、例えば実開昭64−4933号や実開平１−117972
号に示されているように、車軸に回転を付与する駆動用
電動機の回転子軸にディスクを固着し且つ該ディスクの
両側面を圧接挟持するキャリパーを備えてなる構成が公
知となっているのに対し、牽引車両については、第５図
及び第６図に示す型式のブレーキ装置を採用しているの
が一般的である。

即ち、第５図に示す型式のものは、牽引車両の車軸10
0にディスク102を固着し、リンク機構でなるキャリパー
103をブレーキシリンダ104が連係作動させることによ
り、一対のライニング105,105が前記ディスク102の両側
面を圧接挟持する構成としたものである。

また、第６図に示す型式のものは、牽引車両の車輪11
1の両側面111a,111bに直接ディスクを取り付け、リンク
機構でなるキャリパー112を油圧シリンダ113が連係作動
させることにより、一対のライニング114,114が前記車
輪111の両側面（両ディスク）111a,111bを圧接挟持する
構成としたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記第５図及び第６図に示す型式のブ
レーキ装置はいずれも、バネ下重量（特に車軸や車輪重
量）が重くなるという事態を招き、このようにバネ下重
量が重い場合には車両速度が高くなればレール面の振動
や小さな波打ちによっても車輪が大きく振動し、これに
起因してレールの早期損傷や振動騒音の増大等の問題を
生じる。

また、近年における車両の高速化に対応するには、ブ
レーキ出力や熱容量の面を考慮すれば、ディスクの径を
大きくするか或いはディスクの枚数を増加する必要があ
り、このためブレーキ装置の重量増及び大型化を招いて
上述のバネ下重量増の問題は一層顕著となる。

更に、上記第５図及び第６図に示す型式のものはいず
れも、車輪及び車軸の取り外しが極めて困難であるが故
に、ディスクの取付及びメンテナンスの関係上、ディス
クを各片に分割して構成しており、このためディスク各
片の接合面に段差が生じ、制動時に偏摩耗や異音が発生
するという問題がある。

本発明は、上記諸事情に鑑みてなされたものであり、
牽引車両のブレーキ装置自体の構造及びその周辺構造に
ついても改良を加えて、バネ下重量の軽減を図ると共
に、重量増及び大型化を招くことなくディスクに相当す
る部材を多数設けてブレーキ出力及び熱容量を容易に確
保することを可能とし、且つ当該部材を分割せずともそ
の取付及びメンテナンスが良好に行われ得るようにする
ことを技術的課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記技術的課題を達成するための具体的手段とすると
ころは、駆動車両により牽引される車両に取り付けられ
る多板式のディスクブレーキ装置であって、車軸の回転
が歯車機構を含む伝達装置によって伝達されるブレーキ
軸と、このブレーキ軸と共に回転し且つ軸方向に摺動自
在な複数枚のロータ部材と、これら複数枚のロータ部材
の各相互間に配設され且つキー部材に軸方向にのみ摺動
自在に取り付けられた複数枚のステータ部材と、前記ロ
ータ部材及びステータ部材に制動力を作用させる押圧部
材とを備え、前記ロータ部材及びステータ部材を炭素系
複合材料で形成するとともに、当該ディスクブレーキ装
置を、車軸と台車とにまたがって保持された前記伝達装
置の一側面に固設し、この伝達装置によって保持したと
ころにある。

〔作用〕

上記手段によると、多板式のディスクブレーキ装置
は、押圧部材による制動力の非作用時においては、ブレ
ーキ軸と共に回転する複数枚のロータ部材が、キー部材
に取り付けられた複数枚のステータ部材に対して自由に
回転することとなるが、その一方において、押圧部材に
よる制動力の作用時においては、ロータ部材及びステー
タ部材が軸方向一方側に摺動し且つ押し集められて該各
部材間は圧接した状態となり、この時に生じる摩擦によ
ってロータ部材のステータ部材に対する相対回転が阻止
される。つまり、ステータ部材が取り付けられているキ
ー部材は、台車若しくは台車と車軸とにまたがって保持
される伝達装置に対して固定状態とされるものであるた
め、上記のようにロータ部材のステータ部材に対する相
対回転が阻止された場合には、ロータ部材と共に回転す
るブレーキ軸に伝達装置を介して回転伝達可能に接続さ
れている車軸の回転が止まることになる。

そして、本発明は、炭素系複合材料でなる複数枚のロ
ータ部材及び複数枚のステータ部材と押圧部材とからな
る多板式のディスクブレーキ装置を牽引車両に採用した
ことにより、当該車両の高速走行からの制動時に発生す
る熱は前記複数枚のロータ部材及びステータ部材の各相
互間の摩擦熱に分散されて、個々の部材についての発熱
量が大幅に軽減されるとともに、ブレーキ装置の重量増
及び大型化を招くことなくブレーキ出力及び熱容量が容
易に確保されることとなる。また、ロータ部材及びステ
ータ部材はいずれも軸方向に摺動自在に保持されている
ので、軸方向の一方側から各部材の取付及び取り外しが
行えることとなり、而も個々の部材を分割する必要もな
くなると共に、押圧部材を軸方向の一方側のみに備えれ
ばよいことになるので、当該装置の小型化が図られるこ
とになる。

更に、本発明は、車軸の回転をブレーキ軸に伝達する
伝達装置を、台車と車軸とにまたがって保持させること
により、その重量の受止を台車にも負担させる構成とし
たので、前記多板式のディスクブレーキ装置を伝達装置
（ケース）に取り付けるにしても或いは台車に取り付け
るにしても、車軸に全ての重量が作用することはなく、
従ってバネ下重量（車軸重量）が軽減されることとな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基づいて
説明する。

先ず、第１図に示す概略構成に基づいて、本発明に係
るディスクブレーキ装置１の取付状態を説明すると、牽
引車両における台車50の下方には軸バネ（不図示）を介
して軸箱51,51が取り付けられていると共に、この軸箱5
1,51に車軸２の両端が回動自在に保持され、且つこの車
軸２に一対の車輪53,53が圧入されている。そして、台
車50の突出フレーム50aと車軸２とにまたがって伝達装
置３が保持されており、この伝達装置３の一側面（当該
装置３のケースの一側面）にはブラケット4,4を介して
ディスクブレーキ装置１が固設されている。前記伝達装
置３は、ディスクブレーキ装置１の構成要素であるブレ
ーキ軸９に車軸２の回転を伝達させるための歯車伝達機
構を内蔵している。この場合において、台車50（突出フ
レーム50a）と伝達装置３との連結支点Ｚから車軸２ま
での寸法をl₁、連結支点Ｚからブレーキ軸９までの寸法
をl₂とすれば、車軸２に対するディスクブレーキ装置１
の重量の負担W₁はl₂/l₁となる。尚、ディスクブレーキ
装置１は、その重量が比較的軽い場合には上記のように
伝達装置３に固設すればよいが、その重量が重い場合に
は台車50（突出フレーム50a）に固設することも可能で
ある。本実施例では、伝達装置３の一側面にディスクブ
レーキ装置１を固設することにより、ディスクブレーキ
装置１を伝達装置３によって保持しているので、伝達装
置３とディスクブレーキ装置１との間での振動や騒音の
発生を抑制することができる。また、ディスクブレーキ
装置１を一体のユニットとして構成し、このユニットを
伝達装置３に取り付けるようにしたので、ブレーキ装置
１のメンテナンス時にはブレーキ装置１を一旦伝達装置
３から取り外すことによってメンテナンス作業を容易に
行えるとともに、メンテナンスのための伝達装置３に対
するブレーキ装置１の取外し及び取付作業も簡単に行え
る。

次に、前記ディスクブレーキ装置１の細部にわたる構
造を、第２図及び第３図に基づいて説明する。

このディスクブレーキ装置１は、前記伝達装置３にブ
ラケット4,4を介して固定されたドラム状のケース７を
有し、該ケース７の内周面部には複数のキー部材８…８
が固定されていると共に、該ケース７の内方中心部には
前記ブレーキ軸９が回動自在に保持されている。そし
て、前記ブレーキ軸９の外周には、該ブレーキ軸９と共
に回転し且つ軸方向（第２図ａ−ｂ方向）に摺動自在な
二枚のロータ部材10,10が取り付けられ、また前記キー
部材８…８の内周には、軸方向にのみ摺動自在な三枚の
ステータ部材11…11が取り付けられている。詳述すれば
（第３図参照）、前記ブレーキ軸９には等角度間隔で外
方に突出する複数の凸条9a…9aが軸方向に沿うように一
体形成されていると共に該ブレーキ軸９の外径と同形状
の貫通孔10aが前記ロータ部材10の中心部に形成され且
つこの両者が嵌合されることによりロータ部材10がブレ
ーキ軸９と共に回転し而も軸方向に摺動自在とされてい
るのに対し、前記キー部材８…８は等角度間隔毎に配設
されてケース７に固定支持されていると共にこれらのキ
ー部材８…８の軸直角輪郭形状と同形状の切欠部11a…1
1aがステータ部材11の外周縁に形成され且つこの両者が
嵌合されることによりステータ部材11がキー部材８…８
に対して軸方向にのみ摺動自在とされている。この場
合、前記ロータ部材10とステータ部材11とは軸方向に交
互に配設されており、ロータ部材10の外周面10bとキー
部材８…８の内周面との間、及びステータ部材11の内周
面11bとブレーキ軸９の外周面との間には、僅かな隙間
が存在している。尚、前記ロータ部材10及びステータ部
材11の枚数は、第２図示のものに限定されるものではな
く、これ以上或いはこれ以下の枚数であっても差し支え
ない。

更に、第２図に示すように、前記各部材のうちの左端
に配設されたステータ部材11の左側方には熱強度，伝導
性の良い金属材料でなるリング状の加圧プレート12が近
接配置されており、この加圧プレート12は前記ステータ
部材11と同様にしてキー部材８…８に軸方向に摺動自在
に嵌合されていると共に、前記各部材のうちの右端に配
設されたステータ部材11の右側方には前記加圧プレート
12と同様の金属材料でなるリング状のストッパプレート
13が配置されており、このストッパプレート13はその右
側面がケース７の右側壁7a内面に当接した状態で前記キ
ー部材８…８に堅固に固定され且つ該ストッパプレート
13の右側面部には径方向に延びる複数のスリット14…14
が放射状に形成されている。

一方、前記ケース７の左側壁7bには、その先端が前記
加圧プレート12に当接する複数個のピストン（押圧部
材）15…15が軸方向に摺動自在に嵌合保持されていると
共に、該ピストン15の後面に液圧（油圧）を作用させる
液圧室16が形成されており、且つ該液圧室16は第３図示
のように液圧通路17を介して液圧供給口18（液圧源に通
じている）に連通されている。

更に、前記ケース７の左側壁7bには、複数の隙間調整
機構19…19が設けられている。この隙間調整機構19は、
第２図に示すように、圧縮コイルバネ20により左方に付
勢されたピストンロッド21と、該ピストンロッド21の段
付面が当接してその左動を規制するストッパ板22と、該
ストッパ板22に固定されたリテーナ23の右動を規制する
フリクションリング24とを有する。そして、前記ピスト
ンロッド21の右端部は前記加圧プレート12に固定されて
おり、従って加圧プレート12は前記圧縮コイルバネ20に
より左方に付勢された状態にある。また、前記フリクシ
ョンリング24は所定力以上の力が作用することにより左
右動し、この左右動に応じて、前記ピストンロッド21に
嵌着された鍔部材25と前記リテーナ23との間の隙間Ｘつ
まりピストンロッド21の移動範囲が変化するようになっ
ている。

また、前記ケース７の左側壁7bは、ボルト55…55を用
いて固定されているものであるため、取り外しが可能と
なっている。

尚、第２図及び第３図に示すロータ部材10及びステー
タ部材11は双方共に、C/Cコンポジットで構成されてい
る。このC/Cコンポジット（Carbon/Carbon Composite
s）は、炭素繊維をレジン、ピッチ等で結合強化した後
に炭化及び黒鉛化熱処理を行って製造された炭素繊維／
炭素複合材料である。そして、第４図に示すように、そ
の温度特性は、鋼が符号（イ）で示す特性曲線を有する
のに対し、C/Cコンポジットは符号（ロ）で示す特性曲
線を有する。つまり、C/Cコンポジットは、高温状態に
ある場合においても常温と変わらぬ或いはそれ以上の引
張強度を有するのである。これ以外にも、C/Cコンポジ
ットの特性としては、軽量、高弾性、異方性の少ない微
細組織、優れた摺動性及び耐摩耗性等が挙げられる。

以上の構成によれば、当該牽引車両の走行時には、車
軸２の回転が伝達装置３（歯車伝達機構）を介してブレ
ーキ軸９に伝達されて、ロータ部材10,10が回転するこ
とになるが、この場合には、ピストン15の後面の液圧室
16が無圧状態となっているため、該ピストン15が加圧プ
レート12を右方へ押圧するための力は発生せず、従って
前記ロータ部材10,10はステータ部材11…11に対して自
由に回転できることとなる。一方、ブレーキ指令が発せ
られた時には、前記液圧室16が加圧状態となり、これに
伴ってピストン15が右方へ移動して加圧プレート12を押
圧し且つロータ部材10,10及びステータ部材11…11をス
トッパプレート13に対して押し付け、この時に生じるロ
ータ部材10,10とステータ部材11…11との各相互間の摩
擦によって、ロータ部材10,10ひいてはブレーキ軸９及
び車軸２の回転が止まる。この場合において、前記車両
の制動時に発生する熱量は、ロータ部材10,10とステー
タ部材11…11との各相互間に発生する複数箇所の摩擦熱
として分散されることになるので、個々の部材10,10,11
…11についての発熱量は大幅に軽減されることになる。
そして、ブレーキ指令が解除された場合には、ピストン
15の後面の液圧室16が無圧状態になり、加圧プレート12
は隙間調整機構19の圧縮コイルバネ20のバネ力により左
方へ移動して当初の位置に復帰する。

尚、当該車両の制動時に発生した熱量はロータ部材1
0,10及びステータ部材11…11に蓄熱されることになる
が、この熱量は以下に示す構成により好適に放熱され
る。

即ち、ブレーキ軸９には左端が開口する内孔60が形成
され且つこの内孔60の開口部が空気導入口61とされてお
り、該空気導入口61の左側方にはフィルター62が装着さ
れていると共に、前記複数のキー部材８…８には、ロー
タ部材10,10及びステータ部材11…11の外周部を全周に
わたって覆うように薄肉の金属環板63が取り付けられて
いる。そして、前記空気導入口61より取り入れられた空
気は、ブレーキ軸９に穿設された通孔64及び65を通過し
て、矢印ｘ及びｙで示すように、加圧プレート12とケー
ス左側壁7bとの間の隙間及びストッパプレート13とケー
ス右側壁7aとの間の隙間（スリット14）に流入し、更に
前記金属環板63とケース内周面との間の隙間Ｗを通過し
て通気排出口66より外方に排出される。このように冷却
用の空気が通過していくことにより、加圧プレート12、
ストッパプレート13及び金属環板63より放熱が行われ
て、ロータ部材10,10及びステータ部材11…11の過度な
温度上昇が防止されるのである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、牽引車両に取り付けら
れるブレーキ装置として、複数枚のロータ部材と複数枚
のステータ部材とを有してなる多板式のディスクブレー
キ装置を用いたことにより、当該牽引車両の制動時に発
生する熱が、前記各部材相互間の複数箇所にて生じる摩
擦熱となって分散されることになり、各部材の発熱量が
軽減されると共に、ロータ部材及びステータ部材はいず
れも軸方向に摺動自在に保持されているので、これらの
部材を軸方向の一方側から取り外し且つ取り付けること
が可能となり、メンテナンスや取付性の改善が図られ
る。

また、ロータ部材及びステータ部材については、炭素
系複合材料で形成することでブレーキ装置の重量増及び
大型化を招くことなくブレーキ力及び熱容量を容易に確
保できるとともに個々の部材を従来のように分割する必
要がなくなり、制動時における偏摩耗や異音の発生が防
止される。押圧部材については、軸方向の一方側のみに
設ければよいことになるのでブレーキ装置の軽量化が図
られる。

更に、当該ディスクブレーキ装置の構成要素であるブ
レーキ軸に車軸の回転を伝達させるための伝達装置を、
台車と車軸とにまたがって保持させたことにより、当該
ディスクブレーキ装置の重量の受止を台車にも負担させ
ることができるようになり、バネ下重量（特に車軸や車
輪重量）が軽減されるという利点が得られる。また、本
発明では、伝達装置の一側面にディスクブレーキ装置を
固設することにより、ディスクブレーキ装置を伝達装置
によって保持しているので、伝達装置とディスクブレー
キ装置との間での振動や騒音の発生を抑制することがで
きる。さらに、ディスクブレーキ装置を一体のユニット
として構成し、ユニットを伝達装置に取り付けるように
したので、ブレーキ装置のメンテナンス時にはブレーキ
装置を一旦伝達装置から取り外すことによってメンテナ
ンス作業を容易に行えるとともに、メンテナンスのため
の伝達装置に対するブレーキ装置の取外し及び取付作業
も簡単に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置の取付状態を示す
概略平面図、第２図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置
の内部構造を示す要部縦断平面図、第３図は鉄道車両デ
ィスクブレーキ装置の内部構造を示す要部縦断側面図、
第４図はC/Cコンポジットの特性を示すグラフである。
また、第５図は一の従来例を示す概略平面図、第６図は
他の従来例を示す概略平面図である。 １……ディスクブレーキ装置 ２……車軸 ３……伝達装置 ８……キー部材 ９……ブレーキ軸 10……ロータ部材 11……ステータ部材 15……押圧部材（ピストン） 50……台車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 55/40 F16D 65/092 F16D 65/12 B61H 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動車両により牽引される車両に取り付け
   られる多板式のディスクブレーキ装置であって、車軸の
   回転が歯車機構を含む伝達装置によって伝達されるブレ
   ーキ軸と、このブレーキ軸と共に回転し且つ軸方向に摺
   動自在な複数枚のロータ部材と、これら複数枚のロータ
   部材の各相互間に配設され且つキー部材に軸方向にのみ
   摺動自在に取り付けられた複数枚のステータ部材と、前
   記ロータ部材及びステータ部材に制動力を作用させる押
   圧部材とを備え、前記ロータ部材及びステータ部材を炭
   素系複合材料で形成するとともに、当該ディスクブレー
   キ装置を、車軸と台車とにまたがって保持された前記伝
   達装置の一側面に固設し、この伝達装置によって保持し
   たことを特徴とする、鉄道車両用ディスクブレーキ装
   置。