JP3871527B2 - 作動装置のばね力保持構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等のブレーキ装置を駆動する作動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許協力条約に基づく国際公開番号ＷＯ９８／４７７５０のパンフレットに掲載された作動装置（電気式ブレーキアクチュエータ）は、モータの回転に基づいて、ブレーキ装置を駆動する押し棒をその軸方向に移動させる常用ブレーキ機構部と、圧縮状態に保持したばねを放勢させることにより特殊な形状のピストンを駆動して、上記押し棒を軸方向に移動させる安全ブレーキ機構部とを備えている。図３は、このような作動装置における安全ブレーキ機構部の構造の概略を示す断面図である。
【０００３】
図において、ハウジング１０１の一部と一体に円筒状に形成された案内スリーブ１０２には、楔ピストン１０３のピストン部１０３ａが上下方向に摺動可能に外挿されている。楔ピストン１０３は、上記ピストン部１０３ａの他、ばね支持部１０３ｂ及び楔部１０３ｃを有して、一体に形成されている。楔部１０３ｃは紙面に垂直な方向に互いに距離をおいて一対設けられている。楔ピストン１０３の中心部にはねじ軸１０４が螺合し、このねじ軸１０４の回転により楔ピストン１０３が上下方向に移動可能である。楔ピストン１０３のばね支持部１０３ｂとハウジング１０１の上部との間には、２個のばね１０５が装着されている。
【０００４】
ねじ軸１０４の上端部には、ねじ軸サポート１０６が取り付けられている。ねじ軸サポート１０６の外周には係止ばね１０７が巻かれ、その外側に係止スリーブ１０８が配置されている。図示の状態は、ばね１０５が圧縮された状態であり、この状態では、ばね支持部１０３ｂが下方に付勢されている。ばね支持部１０３ｂが下方に付勢されると、その付勢方向に対応する回転方向への回転駆動力がねじ軸１０４に付与されている。この回転駆動力は、係止ばね１０７を介して係止スリーブ１０８に付与される。係止スリーブ１０８の上端面には磁性体のリング１０９が取り付けられている。リング１０９は、ハウジング１０１の一部を構成する上部カバー１０１ａに固定された電磁石１１０との間に、微小なギャップを介して対向配置されている。電磁石１１０が励磁されると、リング１０９が吸引され、係止スリーブ１０８は回転できない。従って、ねじ軸１０４は回転せず、ばね１０５を蓄勢した状態が維持される。電磁石１１０が消磁されると、リング１０９が釈放され、係止スリーブ１０８の回転が許容される。従って、ねじ軸１０４が回転し、楔ピストン１０３が下降する。
【０００５】
一方、ブレーキ装置（図示せず。）を作動させる押し棒１１１は、ガイドチューブ１１２に保持されている。ガイドチューブ１１２はハウジング１０１により、図の左右方向に移動可能に保持されており、その両側面には押し棒ローラ１１３が設けられている。また、ハウジング側には、ハウジングローラ１１４が設けられている。楔部１０３ｃは、押し棒ローラ１１３及びハウジングローラ１１４と係合している。図示の状態から、楔ピストン１０３が下降すると、押し棒ローラ１１３が左方に押しのけられ、これによって、ガイドチューブ１１２及び押し棒１１１が左方に移動し、ブレーキ装置を作動させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の作動装置では、列車走行時等において、比較的重量の大きな楔ピストン１０３の振動が、ねじ軸１０４からねじ軸サポート１０６及び係止ばね１０７を介して、係止スリーブ１０８及びリング１０９へ直接的に伝わる。その振動によってリング１０９に作用する上下方向の力が電磁石１１０の吸引力を超えると、係止スリーブ１０８の回転を止めることができなくなる。この結果、楔ピストン１０３が下降し、安全ブレーキ機構部が意に反して作動することになる。
【０００７】
また、上記のような従来の作動装置において、電磁石１１０は上部カバー１０１ａに取り付けられている。一方、リング１０９は係止スリーブ１０８に取り付けられており、係止スリーブ１０８はねじ軸サポート１０６に巻かれた係止ばね１０７によって支持されている。すなわち、電磁石１１０とリング１０９とは互いに別々に支持される。従って、ギャップが容易には定まらず、組立時にギャップの調整が必要である。この調整が不完全であればギャップが本来の値に維持されず、電磁石による吸引及び釈放が確実に行われない。この結果、安全ブレーキ機構部の正常な機能が損われる。
【０００８】
このように、従来の作動装置は、安全ブレーキ機構部の機能の信頼性が低かった。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、作動装置において、安全ブレーキ機構部の機能の信頼性を高める構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、モータの出力に基づいて押し棒を移動させる常用ブレーキ機構部と、ばねの出力に基づいて前記押し棒を移動させる安全ブレーキ機構部とを有する作動装置のばね力保持構造であって、
前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に取り付けられた電磁石と、前記電磁石に対向する回転体部を有し、軸方向に固定されるとともに軸周りに回転可能に取り付けられた軸部材と、前記電磁石と前記回転体部との隙間に配置され、前記電磁石の励磁及び消磁によりそれぞれ吸引及び釈放されるリングと、前記リングと前記回転体部とを周方向に互いに係合させるとともに、前記電磁石の励磁によって前記リングに作用する吸引力より弱い力で前記リングを前記回転体部側に引き付ける戻しばねと、前記軸部材に対して軸方向に移動可能に、かつ、軸周りには相対回転が規制される状態で当該軸部材と係合した係止スリーブと、前記ばねの出力に基づいて前記係止スリーブに軸周りの回転駆動力を付与するねじ軸とを備えたものである（請求項１）。
【００１２】
上記のように構成された作動装置のばね力保持構造（請求項１）において、ねじ軸に回転駆動力が付与されることにより、係止スリーブ及びこれと係合した軸部材に回転駆動力が付与されるが、電磁石の励磁によってリングが吸引されることにより、戻しばねを介して軸部材の回転が規制される。また、振動等の理由により係止スリーブを軸方向に移動させる力が作用しても、係止スリーブが軸部材に対して軸方向に移動可能であることにより、この力は軸部材に及ばない。従って、電磁石が軸部材を吸引する一定の状態は維持され、安全ブレーキ機構部のばね力が保持される。一方、電磁石の消磁によりリングは戻しばねによって戻され、所定のギャップが確保される。従って、軸部材は確実に釈放され、係止スリーブが回転して安全ブレーキが作動する。
【００１３】
また、上記のばね力保持構造（請求項１）において、電磁石、軸部材、リング及び戻しばねは、１ユニットを構成していてもよい（請求項２）。
この場合、電磁石、軸部材、リング及び戻しばねは１つのユニットとして組み立てられた後、ハウジングに取り付けられる。このようなユニット内で電磁石とリングとの間のギャップを一定の値にすることは容易であり、また、その調整も容易である。また、ハウジングへの取り付け後に、ギャップ調整を行う必要がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態によるばね力保持構造を採用した作動装置を示す断面図である。また、図２は、図１の上部を拡大した断面図である。図１において、当該作動装置は、ハウジング本体１ａと、上部カバー１ｂと、上部カバー１ｂの中央部に取り付けられた蓋１ｃとによって構成されるハウジング１内（但し、一部突出している。）に、モータを駆動源とする常用ブレーキ機構部２と、ばねの出力を駆動源とする安全ブレーキ機構部３と、これら両機構部によって、図の左右方向を軸方向として駆動される押し棒機構部４とを備えている。安全ブレーキ機構部３は、上記モータが使用不可の場合や、停電時等にのみ、非常ブレーキとして作動する。
【００１５】
上記押し棒機構部４において、ガイドチューブ４０１は、ハウジング１により軸方向に摺動可能に保持されている。このガイドチューブ４０１に内挿された押し棒４０２は、左端部以外が円筒状であり、ガイドチューブ４０１に対して軸方向に摺動可能である。この押し棒４０２にはボールねじが内蔵されており、当該ボールねじを構成するねじ４０３の右端側小径部４０３ａに、ガイドチューブ４０１の内径より小さい外径を有するリング４０４が外嵌されている。リング４０４とガイドチューブ４０１の右端部４０１ａとの間には、スラストベアリング４０５が装着されている。外周側が歯車になっている歯車リング４０６は、ねじ４０３の右端部４０３ｂに外嵌されている。ラジアルベアリング４０７は、歯車リング４０６の内筒部４０６ａとガイドチューブ４０１の右端部４０１ａとの間に装着されている。
【００１６】
また、力伝達リング４０８は、ガイドチューブ４０１に外挿され、かつ、固定されている。力伝達リング４０８の両側面には、一対の押し棒ローラ４０９が回転自在に取り付けられている。この押し棒ローラ４０９がねじ４０３の軸方向に移動すると、力伝達リング４０８を介してガイドチューブ４０１が移動する。一方、押し棒ローラ４０９と対向してガイドチューブ４０１の両側面に配置された一対のハウジングローラ４１０は、ハウジング１に回転自在に支持されている。
【００１７】
一方、常用ブレーキ機構部２にはモータ２００が設けられている。被駆動シャフト２０２は、モータ２００のシャフト２０１の右端に対向して、かつ、シャフト２０１と同軸に配置されている。シャフト２０１と被駆動シャフト２０２との間には、クラッチ装置２０３が介在している。被駆動シャフト２０２の右端に設けられた小歯車２０４は、ハウジング１に対して回転自在に支持されている大歯車２０５と噛合して、これを駆動する。大歯車２０５は、歯車リング４０６と噛合して、これを駆動する。上記クラッチ装置２０３は、シャフト２０１の回転を被駆動シャフト２０２に伝達するとともに、シャフト２０１が回転停止したとき、それまで回転していた方向と逆方向に被駆動シャフト２０２が回転することを阻止する構成となっている。
【００１８】
また、安全ブレーキ機構部３においては、上部カバー１ｂの中央に、鍔状部３０１ａと円筒状部３０１ｂとを有する案内スリーブ３０１が取り付けられている。案内スリーブ３０１の円筒状部３０１ｂには、略円筒状の押さえ部材３０２が外挿されている。押さえ部材３０２は、案内スリーブ３０１に対して、軸方向に微小な所定範囲で摺動可能である。押さえ部材３０２の外周には、リング状のばね受け３０３が係合している。
【００１９】
一方、楔ピストン３０４は、押さえ部材３０２に外挿される円筒状のピストン部３０４ａと、略円盤状のばね支持部３０４ｂと、紙面に垂直な方向に互いに離隔して一対設けられた楔部３０４ｃとを備えている。この楔部３０４ｃの先端は、前述の押し棒ローラ４０９及びハウジングローラ４１０と係合している。大小２個のコイルばねのうち外側のばね３０５は、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂと、ばね受け３０３との間に装着されている。また、内側のばね３０６は、ばね支持部３０４ｂとばね受け３０３との間に、リング状の他のばね受け３０７を介して装着されている。ねじ軸３０８は、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂ内周に装着された雌ねじ部材３０９に螺合して、ボールねじのような関係を構成している。
【００２０】
上記ねじ軸３０８の上端側には、円筒形のねじ軸サポート３１０が取り付けられている。押さえ部材３０２に取り付けられた円筒部材３１１は、ねじ軸サポート３１０と同一の外径を有する。ねじ軸サポート３１０と円筒部材３１１との間には、スラストベアリング３１２が装着されている。係止スリーブ３１３は、案内スリーブ３０１に対して径方向に隙間を保って内挿されている。係止ばね３１４は、ねじ軸サポート３１０及び円筒部材３１１の外周に巻装され、その一端が係止スリーブ３１３に係止され、他端がねじ軸サポート３１０に係止されている。
【００２１】
案内スリーブ３０１の鍔状部３０１ａの内側には、電磁石３１５が取り付けられている。すなわち電磁石３１５は、案内スリーブ３０１を介して、ハウジング１の上部カバー１ｂに取り付けられている。電磁石３１５の内側には、ベアリング３１７を介して、軸部材３１８が回転可能に支持されている。ベアリング３１７は電磁石３１５及び軸部材３１８に対して緊密に嵌合されており、従って、軸部材３１８は、電磁石３１５に対して軸方向には固定されている。軸部材３１８は回転体部としての円盤部３１８ａを備えており、円盤部３１８ａの複数箇所（例えば３箇所）に、孔３１８ｂが周方向に等間隔で設けられている。各孔３１８ｂには戻しばねとしての板ばね３１９が装着され、この板ばね３１９を介して、円盤部３１８ａ上に、磁性体からなるリング３１６が取り付けられている。
上記軸部材３１８、リング３１６及び板ばね３１９は、全体として、電磁石３１５に対する一つの回転部材を構成している。
【００２２】
上記板ばね３１９は、リング３１６に対して、これを円盤部３１８ａ側に引き付ける力を付与している。この力は、電磁石３１５が励磁されたときリング３１６に作用する吸引力より弱い。また、板ばね３１９を介して、リング３１６と円盤部３１８ａとは周方向に互いに係合している。従って、リング３１６と円盤部３１８ａとは周方向に相対回転できない（すなわち一体に回転する）関係となっている。電磁石３１５が励磁されるとリング３１６はこれに吸引され、軸部材３１８は回転することができない。一方、電磁石３１５が消磁されるとリング３１６は釈放され、軸部材３１８は回転可能となる。このとき、リング３１６は板ばね３１９により円盤部３１８ａ上に引き戻され、リング３１６と電磁石３１５の下端面との間に所定のギャップが確保される。
【００２３】
上記軸部材３１８の下端部３１８ｃは、外周形状が多角形である。また、係止スリーブ３１３も同様の多角形の孔３１３ａを有している。このような多角形の孔３１３ａを有する係止スリーブ３１３を、外周形状が多角形の下端部３１８ｃに軸方向から外挿することにより、係止スリーブ３１３は、軸方向に移動可能に、かつ、軸周りには軸部材３１８との相対回転が規制される状態で当該軸部材３１８に係合する。従って、係止スリーブ３１３と軸部材３１８とは、軸方向の力伝達に関しては互いに遮断された関係にあり、周方向には互いに一体に回転して駆動力を伝達する。但し通常は電磁石３１５が励磁されており、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３は回転できない。
なお、安全ブレーキ機構部３内の上記各部材は、ねじ軸３０８を中心として同軸的に配置されている。
【００２４】
上記押さえ部材３０２の下端中央部は、ねじ軸３０８の外周の一部に設けた溝に係止された支持リング３２１と係合している。これにより、押さえ部材３０２の下方への移動が規制されている。また、図２に示すように、押さえ部材３０２の上端部３０２ａは、案内スリーブ３０１に形成された周溝３０１ｃに挿入され得る形状となっている。この周溝３０１ｃにはリング状の弾性部材（ゴム等）３２２が装着され、その下端面が上端部３０２ａの端面全周に当接している。また、上端部３０２ａの内側には２段の段部３０２ｂが設けられており、これらの段部３０２ｂが、対応する案内スリーブ３０１の段部３０１ｄに当接する位置が押さえ部材３０２の上限位置となる。すなわち、押さえ部材３０２は、支持リング３２１（図１）によって規制された下限位置から、当該上限位置までの範囲で、軸方向に摺動可能である。また、押さえ部材３０２は案内スリーブ３０１に対して、軸方向への僅かな移動を妨げられない程度に緊密に外挿されている。こうして、固定部材である案内スリーブ３０１は、押さえ部材３０２を、ばね３０５，３０６の伸縮方向に沿った軸方向に案内するとともに、軸方向に対して傾斜する方向への押さえ部材３０２の移動を規制する。
【００２５】
一方、圧力センサ３２３は案内スリーブ３０１の上面から装着され、弾性部材３２２の上端面の一部に当接している。圧力センサ３２３は案内スリーブ３０１に螺着されたロックナット３２４によって固定され、ロックナット３２４にはキャップ３２５が被せられている。
押さえ部材３０２が摺動して弾性部材３２２が押圧されると、その荷重に応じた出力信号が圧力センサ３２３から出力される。
【００２６】
上記のような構成において、電磁石３１５、リング３１６、ベアリング３１７、軸部材３１８及び板ばね３１９は、１つの小ユニットを構成しており、ユニットとして組み立てられた後、案内スリーブ３０１に取り付けられる。このような小ユニット内で電磁石３１５とリング３１６との間のギャップを一定の値にすることは容易であり、また、その調整も容易である。従って、所望の一定のギャップを容易に得ることができる。また、案内スリーブ３０１への取り付け後に、ギャップ調整を行う必要がないため、作動装置の組立が容易になる。
【００２７】
次に、上記のように構成された作動装置の動作について説明する。
まず、常用ブレーキ動作について簡単に説明する。図１に示す状態（ブレーキ解除状態）からモータ２００が所定方向に回転すると、クラッチ装置２０３を介して被駆動シャフト２０２が回転駆動される。これにより、小歯車２０４、大歯車２０５、歯車リング４０６及びねじ４０３が回転し、押し棒４０２が図の左方向へ前進する。押し棒４０２の前進により、図示しないブレーキ装置が作動する。モータ２００が逆方向に回転すると、押し棒４０２が後退して、ブレーキが解除される。
【００２８】
次に、安全ブレーキ動作について説明する。図１に示す状態において、ばね３０５，３０６は蓄勢され、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂは下方に付勢されている。これにより、ねじ軸３０８は、楔ピストン３０４の下方移動に対応した軸周りの回転方向に回転駆動力を付与されている。従って、ねじ軸サポート３１０及び係止ばね３１４を介して、係止スリーブ３１３及び軸部材３１８も所定の回転方向に回転駆動力を付与されている。しかしながら、通常は、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３が回転できないので、ねじ軸３０８は回転しない。
【００２９】
列車走行時の振動等により、係止スリーブ３１３に対してこれを軸方向へ移動させる力が作用した場合、係止スリーブ３１３は軸方向に若干移動するが、係止スリーブ３１３が軸部材３１８に対して軸方向に移動可能であることにより、軸部材３１８にはこの力が及ばない。また、軸部材３１８は、軸方向には固定されているので、軸方向に移動することはない。従って、リング３１６は、電磁石３１５に吸引された状態を維持する。すなわち、係止スリーブ３１３は回転せず、ばね力は保持される。
係止スリーブ３１３が回転及び停止を繰り返すことにより軸方向に若干移動した場合も同様に、ばね力が保持される。
【００３０】
上記の状態から、安全ブレーキ指令に基づいて電磁石３１５が消磁されると、リング３１６に作用する吸引力が失われる。このとき、板ばね３１９により、リング３１６は円盤部３１８ａ上に引き戻され、電磁石３１５とリング３１６との間に所定のギャップが確保される。従って、リング３１６は釈放され、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３は円滑に回転し始める。これに追随して、ねじ軸サポート３１０及びねじ軸３０８も回転し、楔ピストン３０４は下降する。下降する楔ピストン３０４の楔部３０４ｃが、押し棒ローラ４０９とハウジングローラ４１０との間に押し入ることにより、可動側の押し棒ローラ４０９が左方へ移動する。これに伴って、力伝達リング４０８を介して、ガイドチューブ４０１が左方へ前進する。このときガイドチューブ４０１は、押し棒４０２その他内部に含む全ての部材及び歯車リング４０６を引き連れて前進する。歯車リング４０６は、幅広な歯を有する大歯車２０５との噛合を維持したまま、左方へ移動する。こうして、前進する押し棒４０２により、図示しないブレーキ装置が作動する。
【００３１】
ブレーキ装置の作動により、その反力が、楔部３０４ｃを介して楔ピストン３０４の軸方向への反力に変換される。この反力が、ばね３０５，３０６、ばね受け３０７、ばね受け３０３、押さえ部材３０２及び弾性部材３２２を介して、圧力センサ３２３により検出される。従って、圧力センサ３２３が所定の反力を検出することにより、実際に所定のブレーキ力が生じたことを確認することができる。
【００３２】
一旦動作した安全ブレーキ機構部３を復帰させるには、モータ２００が稼働可能となってから、所定方向に回転させ、ねじ４０３を制動方向に回転させる。このとき押し棒４０２は既に所定のストローク分前進してブレーキをかけた状態であるため、さらに前進することはできない。従って、ねじ４０３の回転力は、ねじ４０３自身を後退させる力に変換され、ガイドチューブ４０１、力伝達リング４０８及び押し棒ローラ４０９に後退方向への力が付与される。押し棒ローラ４０９に後退方向への力が付与されると、楔ピストン３０４には上昇方向への力が付与される。その結果、楔ピストン３０４は、ねじ軸３０８を回転させながら上昇し、再びばね３０５，３０６を圧縮して図１に示す位置に復帰する。
【００３３】
なお、上記実施形態では軸部材３１８に板ばね３１９を設けたが、これは板ばねに限られず、他の種類のばねによって代用することもできる。
また、軸部材３１８と係止スリーブ３１３との係合は多角形の雌雄係合としたが、軸方向に相対移動が許容され、周方向に相対回転が規制される構成は、これに限られるものではない。例えば円形の雌雄係合を基調としてどちらか一方に凹部を設け、他方には当該凹部と合致する形状の凸部を設けることによっても、同様の作用効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
【００３５】
請求項１の作動装置のばね力保持構造によれば、振動等の理由により係止スリーブを軸方向に移動させる力が作用しても、係止スリーブが軸部材に対して軸方向に移動可能であることにより、この力は軸部材に及ばない。従って、電磁石が軸部材を吸引する一定の状態は維持され、安全ブレーキ機構部のばね力が保持される。一方、電磁石の消磁によりリングは戻しばねによって戻され、所定のギャップが確保されるので、軸部材は確実に釈放され、係止スリーブが回転して安全ブレーキが作動する。このようにして、安全ブレーキ機構部の機能の信頼性を高めることができる。
【００３６】
請求項２の作動装置のばね力保持構造によれば、電磁石、軸部材、リング及び戻しばねは１つのユニットとして組み立てられた後、ハウジングに取り付けられるので、電磁石とリングとの間のギャップを一定の値にすることが容易であり、また、その調整も容易である。従って、所望の一定のギャップを容易に得ることができる。また、ハウジングへの取り付け後に、ギャップ調整を行う必要がないため、作動装置の組立が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるばね力保持構造を採用した作動装置を示す断面図である。
【図２】図１における上部の拡大図である。
【図３】従来の作動装置における安全ブレーキ機構部の構造の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 常用ブレーキ機構部
３ 安全ブレーキ機構部
２００ モータ
３０５，３０６ ばね
３０８ ねじ軸
３１３ 係止スリーブ
３１５ 電磁石
３１６ リング
３１８ 軸部材
３１９ 板ばね
４０２ 押し棒

Claims (2)

1. モータの出力に基づいて押し棒を移動させる常用ブレーキ機構部と、ばねの出力に基づいて前記押し棒を移動させる安全ブレーキ機構部とを有する作動装置のばね力保持構造であって、
   前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に取り付けられた電磁石と、
   前記電磁石に対向する回転体部を有し、軸方向に固定されるとともに軸周りに回転可能に取り付けられた軸部材と、
   前記電磁石と前記回転体部との隙間に配置され、前記電磁石の励磁及び消磁によりそれぞれ吸引及び釈放されるリングと、
   前記リングと前記回転体部とを周方向に互いに係合させるとともに、前記電磁石の励磁によって前記リングに作用する吸引力より弱い力で前記リングを前記回転体部側に引き付ける戻しばねと、
   前記軸部材に対して軸方向に移動可能に、かつ、軸周りには相対回転が規制される状態で当該軸部材と係合した係止スリーブと、
   前記ばねの出力に基づいて前記係止スリーブに軸周りの回転駆動力を付与するねじ軸と
   を備えたことを特徴とする作動装置のばね力保持構造。
2. 前記電磁石、軸部材、リング及び戻しばねは、１ユニットを構成している請求項１記載の作動装置のばね力保持構造。

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