JP3875062B2 - ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として鉄道車両用ディスクブレーキ装置に最適なブレーキディスクに関するもので、詳しくは車輪や車軸などと一体回転するボス部に装着される分割式ブレーキディスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の分割式ブレーキディスクは、図６に示す構造のものが一般的である。すなわち、同図のように、円周方向で等間隔に二分割された一対の半円形状ブレーキディスク５１・５１が分割面で突き合わせられ連結ピン５２を介して接続可能に構成され、車軸等と一体回転するボス５５の周囲にリング状フランジ５６が一体に突設され、このフランジ５６とこれに当接されるブレーキディスク５１の内周部側とに一連に貫通する複数の取付孔５３・５７が穿設され、これらの取付孔５３・５７にリーマボルト５８を嵌挿してナット５９により締め付けることによって結合する構造からなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の分割式ブレーキディスクでは、次のような点で改良すべき余地がある。すなわち、
従来のブレーキディスクのボス部に対する結合構造では、結合状態でのアライメント精度が結合部におけるリーマボルトの嵌め合い精度に支配される。このため、リーマボルトの嵌め合い精度を上げると、組み立て作業性が悪化する一方、逆に同嵌め合い精度を下げると、アライメント精度が悪くなる。
【０００４】
また、上記した結合構造では、ボス部に対しブレーキディスクが堅固に結合されるため、ブレーキ装置の使用時にディスクが摩擦熱等により加熱され熱膨張しようとしても、この熱膨張を許容できるようになっていない。いいかえれば、ブレーキディスク自体に放熱手段を組み込んで冷却できるようにする必要があり、放熱手段が施されていない場合には、ボス部とディスクとの結合箇所に無理な力が作用して熱変形したりするおそれがある。
【０００５】
このために従来の分割式ブレーキディスクは、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、ボス部５５と結合される内周部分を除いて両側方に複数のリブ５４を円周方向に等間隔に張り出させ、それらのリブ５４を一対の円環状板５１ａにより挟持するように一体に固着して両側の各リブ５４間に半径方向の冷却通路５４ａを形成し、ディスク５１が回転することにより各リブ５４が冷却フィン(羽根）の役目をしてディスク５１が冷却されるように構成されている。この結果、分割式ブレーキディスクの全体構造が非常に複雑になり、またディスクの厚みが非常に厚くなるなどの不都合がある。
【０００６】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、構造が簡単で、軽量化でき、組み立てが容易で、しかもアライメント精度が高く、ディスクの熱膨張を吸収でき、冷却構造を省ける分割式ブレーキディスクを備えたディスクブレーキ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のディスクブレーキ装置は、円周方向で二分割され、車輪や車軸などと一体回転するボス部に装着される分割式ブレーキディスクを備えたディスクブレーキ装置において、前記ボス部の周囲に半径方向外方に突出するリング状のフランジを一体に突設し、前記各分割式ブレーキディスクを分割面で突き合わせて接続可能な半円形状の単板構造とし、前記各ブレーキディスク内周部側の前記フランジとの当接位置に、一定の溝幅で半径方向に延びる係合溝および円形の取付孔をそれぞれ円周方向に間隔をあけて設け、角形突起部を円盤部上に一体に備えたセンタリング部材を前記フランジの側面に円形凹部を設けて遊嵌し、前記センタリング部材の角形突起部を前記ディスクの係合溝に長手方向に沿って摺動可能に嵌挿することにより、前記フランジに対し各ブレーキディスクを円周方向で位置決めするとともに、前記フランジを挟んで前記ブレーキディスクと反対側に、円周方向に二分割した一対の半円環状バックアッププレートを当接し、前記フランジに前記取付孔と一連に貫通孔を設け、さらに前記バックアッププレートの、前記貫通孔の対応位置に開口を設け、前記取付孔に遊嵌されるボルトを前記貫通孔および前記開口に一連に挿通し皿ばね座金や弾性座金等の弾性部材を介在させてナットを螺合して緊締することにより、前記各ブレーキディスクを半径方向への移動を許容して前記フランジに固定することを特徴としている。
【０００８】
上記の構成を有する本発明にかかる請求項１記載のディスクブレーキ装置によれば、前記ボス部あるいはリング状のフランジに対し二分割されたブレーキディスクは複数の前記係合機構を介して位置決めされるため、ボルト等の緊締具は軸力だけを負担し、ブレーキディスクの位置決めとしての精度に関係しない。また位置決めを支配する係合機構は、ブレーキディスクの半径方向への移動を許容するから、ブレーキ装置の使用によりブレーキディスクが摩擦熱の作用で熱膨張を起こしても、ボス部との結合箇所に無理な力が作用しない。したがって、ブレーキディスクに複雑な放熱手段を施す必要がなくなり、単板構造にすることができ、構造を簡素化して小型軽量化が容易に図られる。
【００１０】
本発明のディスクブレーキ装置では、前記各ブレーキディスクの位置決め（センタリング）はディスク側係合溝とフランジ側角形突起部との係合関係のみに支配されるため、ボルト・ナットによる緊締部分には軸力のみが作用するだけで、ブレーキディスクの位置決めのための精度は要求されない。また、フランジに対するブレーキディスクのボルト・ナットによる締付は、皿ばね座金や弾性座金等の弾性部材を介在して弾力的に緊締しているため、ブレーキの使用によりブレーキディスクが摩擦熱などにより熱膨張しても、前記係合溝と角形突起部との係合関係によりセンタリングが保たれた状態でのブレーキディスクの熱膨張が半径方向へ許容される。この結果、ブレーキディスクに従来のような放熱手段を施さなくても、熱膨張時にフランジとの結合部に無理な力が作用したり変形が生じたりするおそれがない。
【００１２】
また、本発明のディスクブレーキ装置によれば、センタリング部材が前記フランジの円形凹部内に回転が許容されるように遊嵌されているので、ブレーキディスクの係合溝に対するセンタリング部材の角形突起部の挿入がスムーズに行われ、組み立て作業性が良好になる。
【００１４】
さらに、本発明のディスクブレーキ装置によれば、前記リング状フランジを挟んでブレーキディスクとバックアッププレートとでボルト・ナットにより締め付けるので、緩みが起こりにくく堅固に固定される。しかも、分割されたブレーキディスクと分割されたバックアッププレートとの分割位置を望ましくは９０°円周方向にずらすことにより、分割したブレーキディスクを十分に補強することができる。
【００１５】
請求項２に記載のように、前記ブレーキディスクに設けた係合溝の内周端側を開放することができる。
【００１６】
この構成により、ブレーキディスクの組み立て時に分割された各ブレーキディスクをフランジの側面に接近させることにより各係合溝をフランジ側から外方へ突出するセンタリング部材の角形突起部に対しスムーズに嵌挿でき、ブレーキディスクの位置決めを確実にかつ瞬時に行い得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるディスクブレーキ装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施例にかかる鉄道車両用ディスクブレーキ装置を示す断面図で、ボスに対するブレーキディスクの取付部分を表している。図２（ａ）はセンタリングピンを示す斜視図、図２（ｂ）はセンタリングピンと係合溝との関係を概略的に示す部分断面図である。図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、図３（ｄ）は図１のＤ−Ｄ矢視図である。図４（ａ）は図１のディスクブレーキ装置のキャリパー部位を示す側面図、図４（ｂ）は同平面図である。
【００１９】
図４に示すように、本例のディスクブレーキ装置１では、車軸などのボス２にブレーキディスク３が一体回転可能に取り付けられている。ブレーキディスク３の材質については限定するものではないが、たとえば黒鉛鋳鉄のように耐熱・耐摩耗性に優れた材質が用いられている。
【００２０】
ブレーキディスク３は、図１〜図３に示すように、円周方向で等間隔に二分割され、各分割ディスク３Ａは、中央部に開口部を有する半円形の単板構造である。そして、各分割ディスク３Ａを、分割面３ｃでノックピン４を介して突き合わせ接合することにより一体に接続できるように構成されている。
【００２１】
ボス２の外周面には、軸方向の一部に半径方向外方へ突出するリング状のフランジ５が一体に突設されている。フランジ５の各分割ディスク３Ａが結合される側面には、センタリング部材としてのセンタリングピン６が遊嵌される円形凹部７が図２（ｂ）のように円周方向に間隔をあけ、かつ一部を他方の側面に穿設されている。センタリングピン６は、図２（ａ）のように、前記円形凹部７に対応する円盤部６ａとこの一面に中心を通り直径方向に延びて一体に突設された角形突起部としての角形ピン部６ｂとからなり、角形ピン部６ｂは正面の両側角部をテーパー状に落として丸くしている。これは、後述する係合溝９に挿入しやすくするためである。またフランジ５には、円形凹部７と交互に円形の貫通孔８が貫通して穿設されている。本例では、円形凹部７および貫通孔８がそれぞれ６個ずつ設けられている。
【００２２】
一方、各分割ディスク３Ａの内周部側には、フランジ５の側面の円形凹部７に対応する位置に、図２（ｂ）のように角形ピン部６ｂに対応し一定の溝幅で半径方向（放射状）に延びる係合溝９が穿設されている。また貫通孔８に対応する位置には、円形あるいは長円形などの取付孔１０が各分割ディスク３Ａの内周部に貫通して穿設されているが、取付孔１０は貫通孔８に比べて口径がやや大きく形成されている。本例では、係合溝９および取付孔１０がそれぞれ６個ずつ設けられている。
【００２３】
また、円周方向に等間隔に二分割された一対のバックアッププレート１１がフランジ５の反対側面に当接されるが、各バックアッププレート１１は半円環状板体からなり、図１のように分割ディスク３Ａの分割面３ｃとは分割面１１ｃが円周方向に９０°ずらせて配置される。そして、この状態で各バックアッププレート１１においてフランジ５の貫通孔８に対応する位置に、開口１２が貫通して各々の３個ずつ合計で６個穿設されている。各開口１２は貫通孔８と対応する同一の口径にする。
【００２４】
以上の各構成部材により本実施例のディスクブレーキ装置１が構成されるが、通常は下記のような手順で組み立てられる。すなわち、
▲１▼ ボス２の周囲に２分割した各分割ディスク３Ａを配置し、ノックピン４を介して突き合わせて円形に接合する。
【００２５】
▲２▼ フランジ５の各円形凹部７内に、センタリングピン６の円盤部６ａを遊嵌し、角形ピン部６ｂをほぼ放射状に平行に向ける。
【００２６】
▲３▼ 接合して円形状にしたブレーキディスク３をフランジ５の側面に当接させるが、この際に係合溝９にフランジ５側から突出するセンタリングピン６の角形ピン部６ｂを嵌め込む。センタリングピン６は円形凹部７に遊嵌され、回転自在な状態であるので、係合溝９と角形ピン部６ｂとの向きが多少ずれていてもセンタリングピン６が回転し、係合溝９にスムーズに角形ピン部６ｂが挿入される。
【００２７】
▲４▼ ブレーキディスク３とともにフランジ５を挟むように反対面に分割された一対のバックアッププレート１１を当接させ、ピンボルト１３をブレーキディスク３側から取付孔１０内に挿入し、さらに貫通孔８および開口１２に一連に貫通させる。そしてピンボルト１３の先端ねじ部１３ａに皿ばね形座金１４を通したのち、ナット１５を螺合して締め付ける。なお、一対のバックアッププレート１１は分割面１１ｃがブレーキディスク３の分割面３ｃと円周方向に９０°ずれるように配置する。
【００２８】
▲５▼ 以上のようにして、ディスクブレーキ装置１の組み立て作業が終了する。
【００２９】
上記のようにして組み立てられた本発明の実施例にかかるディスクブレーキ装置１について、その使用態様を説明する。
【００３０】
図４に示すように、分割式ブレーキディスク３に対し両側から挟むようにブレーキシュー１７を備えたブレーキキャリパ１６が配置され、このブレーキキャリパ１６に内蔵されているスプリング（不図示）に抗して両側のブレーキシュー１７によって分割式ブレーキディスク３が挟持されることによりブレーキが作動する。このブレーキ操作によりブレーキシュー１７との間でブレーキディスク３が摺動することから摩擦熱が発生し、ブレーキディスク３が熱膨張するが、ブレーキディスク３がフランジ５の一側面に対し皿ばね座金１４を介して弾性的にピンボルト１３で締め付けられており、またピンボルト１３は取付孔１０に遊嵌されており、さらにセンタリングピン６の角形ピン部６ｂとブレーキディスク３の係合溝９との間で半径方向の移動が許容されているから、ブレーキディスク３がフランジ５に対して半径方向への熱膨張が許容されることになる。したがって、ブレーキディスク３が熱膨張してもピンボルト１３等の緊締部に無理な力が作用せず、ブレーキディスク３の熱膨張が妨げられることがない。
【００３１】
（他の実施例）
１）図２（ｃ）に示すように、ブレーキディスク３の内周部の各係合溝９を逆Ｕ字状に下端を開放した形状の係合溝９’に形成して、フランジ５の側面に対するブレーキディスク３の組付けや加工をいっそう容易にすることができる。
【００３２】
２）たとえば図５に示すように、分割式ブレーキディスク３の外面にも、分割した一対のバックアッププレート１１’を当接し、バックアッププレート１１’には取付孔１０に対応する開口１２’を設けてブレーキディスク３およびフランジ５を両側からバックアッププレート１１・１１’にて挟むように固定することができる。このとき、バックアッププレート１１’の分割面もブレーキディスク３の分割面と９０°位置が円周方向にずれるようにするのが好ましい。
【００３３】
３）バックアッププレート１１を省いて、フランジ５に分割式ブレーキディスク３をピンボルト６により締め付けて固定してもよい。
【００３４】
４）フランジ５のディスク当接面に角形ピン部６ｂを一体的に突設し、各ブレーキディスク３の係合溝９に嵌挿することも可能である。
【００３５】
５）フランジ５の側面に対するブレーキディスク３の半径方向への動きを許容する係合機構は、センタリングピン６と係合溝９との組み合わせに限られるものではなく、たとえばブレーキディスク３側からフランジ５へ突出する突起部を設け、フランジ５側に半径方向へ延びる一定の溝幅の係合溝を設けてもよく、あるいはディスク３とフランジ５間に相互に係合する凹凸部を設けてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明のディスクブレーキ装置には、次のような優れた効果がある。
【００３７】
(1) ディスクの熱膨張を吸収でき、冷却構造を省け、構造が簡単で、軽量化でき、組み立てが容易で、しかもアライメント精度が高い。つまり、ボス部あるいはリング状フランジに対し二分割されたブレーキディスクは係合機構を介して位置決めされるため、ボルト等の緊締具は軸力だけを負担し、ブレーキディスクの位置決めとしての精度に関係せず、位置決めを支配する係合機構は、ブレーキディスクの半径方向への移動を許容するから、ブレーキ装置の使用によりブレーキディスクが摩擦熱の作用で熱膨張を起こしても、ボス部との結合箇所に無理な力が作用しないので、ブレーキディスクに複雑な放熱手段を施す必要がなくなり、単板構造にすることができ、構造を簡素化して小型軽量化が可能になる。
【００３８】
(2) 本発明では、ブレーキディスクの位置決め（芯出し）はディスク側係合溝とフランジ側角形突起部との係合関係に支配されるため、ボルト・ナットなどの緊締具による結合部分には軸力のみが作用するだけで、ディスクの位置決めのための精度には要求されない。また、フランジに対するブレーキディスクのボルト・ナットなどによる締付は、皿ばね等の付勢部材を介在して弾力的に緊締しているため、ブレーキの使用によりブレーキディスクが摩擦熱などにより熱膨張しても、前記係合溝と角形突起部との係合関係によりセンタリングが保たれた状態でのブレーキディスクの熱膨張が半径方向へ許容されるから、ブレーキディスクに従来のような放熱手段を施さなくても、熱膨張時にフランジとの結合部に無理な力が作用したり変形が生じたりするおそれがない。
【００３９】
(3) 本発明では、センタリング部材が前記フランジに対してそれぞれ回転が許容されるように遊嵌されているので、ブレーキディスクの係合溝に対するセンタリング部材の角形突起部の挿入がスムーズに行われ、組み立て作業性が向上する。
【００４０】
(4) 本発明では、リング状フランジを挟んでブレーキディスクとバックアッププレートとでボルト・ナットにより締め付けるので、緩みが起こらず堅固に固定でき、しかも、分割されたブレーキディスクと分割されたバックアッププレートとの分割位置を望ましくは９０°円周方向にずらすことによって、分割したブレーキディスクが十分に補強される。
【００４１】
(5) 請求項２記載の発明では、ブレーキディスクの組み立て時に分割された各ブレーキディスクの係合溝をフランジ側から突出する角形突起部に対し半径方向内方へ移動させることにより、スムーズに嵌挿できてブレーキディスクの位置決めを効率よく行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる鉄道車両用ディスクブレーキ装置を示す側面図で、ボスに対するブレーキディスクの取付部分を表している。
【図２】図２（ａ）はセンタリングピンを示す斜視図、図２（ｂ）はセンタリングピンと係合溝との関係を概略的に示す部分断面図、図２（ｃ）は係合溝の異なる他のブレーキディスクの実施例を示す部分断面図である。
【図３】図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、図３（ｄ）は図１のＤ−Ｄ矢視図である。
【図４】図４（ａ）は図１のディスクブレーキ装置のキャリパー部位を示す側面図、図４（ｂ）は同平面図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかる鉄道車両用ディスクブレーキ装置を示す断面図で、ボスに対するブレーキディスクの取付部分を表しており、図３（ｂ）に対応している。
【図６】図６（ａ）は従来の一般的なディスクブレーキ装置を示すブレーキディスクの一部を省略した正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１ ディスクブレーキ装置
２ ボス
３ 分割式ブレーキディスク
３Ａ 分割ディスク
４ ノックピン
５ リング状フランジ
６ センタリングピン（センタリング部材）
６ａ円盤部
６ｂ角形ピン部（角形突起部）
７ 円形凹部
８ 貫通孔
９ 係合溝
１０取付孔
１１バックアッププレート
１２開口
１３ ピンボルト
１４ 皿ばね座金（弾性部材）
１５ ナット

Claims (2)

1. 円周方向で二分割され、車輪や車軸などと一体回転するボス部に装着される分割式ブレーキディスクを備えたディスクブレーキ装置において、 前記ボス部の周囲に半径方向外方に突出するリング状のフランジを一体に突設し、前記各分割式ブレーキディスクを分割面で突き合わせて接続可能な半円形状の単板構造とし、
   前記各ブレーキディスク内周部側の前記フランジとの当接位置に、一定の溝幅で半径方向に延びる係合溝および下記貫通孔および下記開口より口径のやや大きな円形の取付孔をそれぞれ円周方向に間隔をあけて設け、直径方向に延びる角形突起部を円盤部上に一体に備えたセンタリング部材を前記フランジの側面に円形凹部を設けて遊嵌し、前記センタリング部材の角形突起部を前記ディスクの係合溝に長手方向に沿って摺動可能に嵌挿することにより、前記フランジに対し各ブレーキディスクを円周方向で位置決めするとともに、
   前記フランジを挟んで前記ブレーキディスクと反対側に、円周方向に二分割した一対の半円環状バックアッププレートを当接し、前記フランジに前記取付孔と一連に貫通孔を設け、さらに前記バックアッププレートの、前記貫通孔の対応位置に開口を設け、前記取付孔に遊嵌されるボルトを前記貫通孔および前記開口に一連に挿通し皿ばね座金や弾性座金等の弾性部材を介在させてナットを螺合して緊締することにより、前記各ブレーキディスクを半径方向への移動を許容して前記フランジに固定することを特徴とするディスクブレーキ装置。
2. 前記各ブレーキディスクに設けた前記各係合溝の内周端側をそれぞれ開放した請求項１に記載のディスクブレーキ装置。

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