JP4022348B2

JP4022348B2 - ブレーキ装置

Info

Publication number: JP4022348B2
Application number: JP33947999A
Authority: JP
Inventors: 敏明大倉; 努鈴木; 公輔星野; 清川口
Original assignee: Railway Technical Research Institute; KYB Corp
Current assignee: Railway Technical Research Institute; KYB Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001153164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用のブレーキ装置に関し、適切なブレーキ動作を可能とする改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用ブレーキ装置では、制輪子を車輪（あるいは車輪と一体に回転するディスクロータ）に押し付けることにより、制動トルクを発生させる。そして、この制輪子の駆動手段としては、主として空気圧式のアクチュエータが用いられている。このように空気圧式のアクチュエータを用いることにより、制輪子の車輪への押し付けには、空気の圧縮性に基づく緩衝特性（ジャーク特性）が得られ、ブレーキ動作時に急激に制動トルクが高まってしまい、車両に衝撃が発生してしまうことを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気圧式のアクチュエータにより鉄道車両を制動するための制動トルクを得ようとすれば、大型のアクチュエータを使用せねばならず、ブレーキ装置が大型化してしまっていた。また、保安ブレーキ（停電等により電源が断たれたときにかかるブレーキ）や停留ブレーキ（車両の停留時に継続的にかけられるブレーキ）においては、空気漏れによりブレーキ力が低下してしまうこともあり得る。
【０００４】
一方、油圧式のアクチュエータにより制輪子を駆動する場合には、空気圧式の場合ほど装置が大型化することはないが、適切なジャーク特性を得ることができない。さらに、配管からの油漏れ対策も必要となる。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ブレーキ動作時に適切なジャーク特性が得られるとともに、装置を小型化でき、かつ保安ブレーキや停留ブレーキを安定的にかけることができるブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、制輪子を車輪もしくは車輪と一体に回転する制動部材に押し付けて制動トルクを発生させるブレーキ装置において、ピストンを常時伸長方向に付勢するジャークスプリングを収容したジャークシリンダを備え、このジャークシリンダの前記ピストン両側の油室には作動油を封入し、前記ピストンには前記ピストン両側の油室を連通する作動油流通用のオリフィスを形成し、このジャークシリンダのピストンロッドに前記制輪子を支持するとともに、前記ジャークシリンダを前記制輪子が車輪もしくは制動部材に押し付けられる制動方向および前記制輪子が車輪もしくは制動部材から離間される緩解方向のそれぞれに駆動可能なブレーキアクチュエータを備えた。
【０００７】
第２の発明では、前記ブレーキアクチュエータは、前記ジャークシリンダを制動方向に常時付勢するブレーキスプリングと、油圧切換手段によるピストン両側油室の油圧切換により伸縮するとともにこの伸縮のロックが可能なブレーキシリンダとを備え、このブレーキシリンダのピストンロッドに前記ジャークシリンダを支持し、前記ブレーキシリンダのストロークにより前記制輪子が車輪もしくは制動部材から離間し得るようにした。
【０００８】
第３の発明では、ブレーキが緩解状態にあるときに前記ブレーキシリンダが制動方向に所定量以上ストロークしたことを検知する検知手段を備え、この検知手段による検知がなされた場合には前記ブレーキシリンダを緩解方向に引き戻す緩解状態維持制御手段を備えた。
【０００９】
第４の発明では、前記ブレーキシリンダへ油圧を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプとブレーキシリンダ間の配管および油圧機器と、タンクとを、前記ブレーキシリンダと一体にユニット化した。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明では、制輪子はジャークシリンダを介して支持されているので、ブレーキアクチュエータからの力は、直ちに制輪子を車輪もしくは制動部材に押し付ける力とはならず、ジャークスプリングによる緩衝を受けた後に作用する。したがって、ブレーキアクチュエータに空気圧式のものを用いなくても、ブレーキ動作時における制輪子の押し付け力には適切なジャーク特性を得ることができるので、ブレーキアクチュエータを油圧式等のものとして装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
第２の発明では、基本のブレーキ力はブレーキスプリングにより得られ、ブレーキシリンダによりこの基本のブレーキ力の調整を行う。したがって、保安ブレーキや非常ブレーキなど制動状態を維持すべき場合でも、ブレーキスプリングによる基本のブレーキ力は弱まることはない。
【００１２】
第３の発明では、ブレーキが緩解状態にあるとき（車両の走行中）に、ブレーキシリンダからの作動油の漏れ等があり、ブレーキスプリングのバネ力でブレーキシリンダが制動側に引き戻されてしまったとしても、これは検知手段により検知され、緩解状態維持制御手段によりブレーキシリンダは直ちに適正な状態に修正される。したがって、車両走行時に、作動油の漏れ等により、望まないブレーキがかかってしまう事態を防止できる。
【００１３】
第４の発明では、油圧ポンプ、配管、油圧機器（例えばバルブ等）、タンクはブレーキシリンダと一体にユニット化されるので、ブレーキ装置の油圧回路を構成する配管は、必要最小限に短くでき、作動油の漏れを防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態のブレーキ装置を示す断面図である。
【００１６】
図示されるように、ブレーキ装置は、伸縮により制動および緩解（制動解除）を行うブレーキシリンダ１を備える。このブレーキシリンダ１は、内周中央付近に小径部１Ａが形成されており、この小径部１Ａよりも先端側にピストン２を摺動自在に収容している。ピストン２は、小径部１Ａよりも先端側のブレーキシリンダ１内部を、先端側の緩解側油室３と、基端側の制動側油室４（図では容積０まで圧縮されている）とに画成する。緩解側油室３には緩解側油路５が、また制動側油室４には制動側油路６が、それぞれ接続している。なお、ブレーキシリンダ１の先端部は、栓部材７により閉止されている。
【００１７】
ピストン２から両側に延び出す先端側ロッド８、基端側ロッド９は、それぞれ、栓部材７、小径部１Ａをシール状態で貫通している。先端側ロッド８の先端には、ジャークシリンダ２０が同軸上に支持される。また、基端側ロッド９の中空部には、後述するリミットスイッチ５１等からなる緩解検出機構が収容されている。
【００１８】
ブレーキシリンダ１の基端側は、外周にフランジ部１１が形成されており、固定部材１２に固定されている。このフランジ部１２と、ジャークシリンダ２０外周のフランジ部２１の間には、ブレーキスプリング１５が介装され、常時ジャークシリンダ２０を制動方向（図１、図２の左方向）に付勢している。そして、ブレーキシリンダ１がフリーの状態では、ジャークシリンダ２０に支持された制輪子は、このブレーキスプリング１５のバネ力により車輪（あるいはディスクロータ）に押し付けられている。すなわち、本ブレーキ装置では、このブレーキスプリング１５のバネ力により基本の制動トルクが与えられ、この基本の制動トルクがブレーキシリンダ１の作動により調整され、また緩解されるようになっている。
【００１９】
固定部材１２には、タンク３５、バルブユニット４０が固定される。さらに、バルブユニット４０には、油圧ポンプ３０とこの油圧ポンプを駆動する電動モータ３１が固定されている。
【００２０】
ジャークシリンダ２０は、先端側ロッド８先端に固定される基端側が有底の筒体からなり、内部にピストン２２を収容している。このピストン２２から延び出すピストンロッド２３は、ジャークシリンダ２０先端部を閉止する栓部材２４をシール状態で貫通して延び出しており、その先端に制輪子支持部２５が固定されている。この制輪子支持部２５に、図示されない制輪子が固定支持される。また、制輪子支持部２５とピストンロッド２３先端部の間には、ロードセル２８が介装され、ブレーキ荷重の検出がなされるようになっている。
【００２１】
また、ジャークシリンダ２０の底部とピストン２２との間には、ジャークスプリング２６が備えられ、ピストン２１を制輪子支持部２５方向（図１、図２の左方向）に付勢している。このジャークスプリング２６のバネ力は、前述のブレーキスプリング１５よりも弱く、ブレーキスプリング１５のバネ力により制輪子が車輪に押し付けられるときには、緩衝部材として作用する。すなわち、このジャークシリンダ２０を介して制輪子を支持することにより、ブレーキ動作時における押し付け力は急激に増大せず、ジャーク特性を持つことになる。
【００２２】
なお、ジャークシリンダ２０のピストン２２両側の油室には、空気と作動油が封入されている。また、ピストン２２には、作動油流通用のオリフィス２７が形成されている。
【００２３】
緩解検出機構は、ブレーキシリンダ１の基端側ロッド９中空部に収納されているもので、リミットスイッチ５１、支持部材５２、接触部材５３、スプリング５４、リング部材５５から構成される。
【００２４】
支持部材５２は、固定部材１２に固定されており、リミットスイッチ５１をそのセンサ部を接触部材５３側に向けて支持している。接触部材５３は、基端側ロッド９中空部に沿って摺動自在の部材で、スプリング５４により常時リミットスイッチ５１側に付勢されている。これにより、ブレーキシリンダ１が十分に収縮しているときには、図１に示すように、接触部材５３はリミットスイッチ５１のセンサ部と接触し、リミットスイッチ５１はＯＮとなっている。
【００２５】
リング部材５５は、接触部材５３よりもリミットスイッチ５１側に位置して、基端側ロッド９中空部に固定されている。そして、ブレーキシリンダ１が所定ストローク以上伸長したときには、接触部材５３に当接して、リミットスイッチ５１と引き離す方向に押し出す。したがって、制輪子が車輪方向に所定ストローク以上動いたことは、リミットスイッチ５１のＯＦＦ（リミットスイッチ５１と接触部材の離間）により検知されるようになっている。
【００２６】
図２には、ブレーキ装置の油圧回路構成を示す。
【００２７】
図示されるように、油圧ポンプ３０の両側ポートは、緩解側油路５と制動側油路６に接続されている。緩解側油路５と制動側油路６には、それぞれチェック弁３６、３７を介してタンク３５から作動油が補給される。また、油圧ポンプ３０からの作動油の漏れ分は、タンク３５に環流する。
【００２８】
緩解側油路５と制動側油路６を接続する２つの油路４１、４２が並列に設けられる。油路４１には、制御用オリフィス４３が備えられる。油路４２には、保安用オリフィス４４と第２のソレノイドバルブ４６が直列に介装されている。また、緩解側油路５には、油路４１、４２よりもブレーキシリンダ１側に位置して、第１のソレノイドバルブ４５が介装されている。さらに、緩解側油路５、制動側油路６には、それぞれ圧力センサ４７、４８が備えられている。
【００２９】
緩解側油路５および制動側油路６の大部分、油路４１、４２、制御用オリフィス４３、保安用オリフィス４４、第１、第２のソレノイドバルブ４５、４６は、バルブユニット４０内に収納される。そして、このバルブユニット４０、油圧ポンプ３０、タンク３５は、ブレーキシリンダ１と一体にユニットをなすように構成される。したがって、ブレーキ装置の油圧回路を構成する配管は、必要最小限に短くでき、作動油の漏れを防止できる。
【００３０】
なお、駆動モータ３１の駆動、第１、第２のソレノイドバルブ４５、４６の切換処理等は、図示されないコントローラ（コンピュータ）により制御される。
【００３１】
図３には、リミットスイッチ５１の検出に基づくブレーキ緩解状態維持制御の制御手順をフローチャートで示す。この緩解状態維持制御は、コントローラにおいて、ブレーキ緩解後の走行中に所定のタイミングで繰り返して実行される。
【００３２】
ステップＳ１では、リミットスイッチＯＦＦが検知されたか否かの判定がなされ、検知されなければそのままルーチン終了する。
【００３３】
検知された場合には、油漏れが発生してブレーキシリンダ１がブレーキスプリング１５により制動側に押し戻されている（伸長している）ということであるから、ステップＳ２で駆動モータ３１を起動し、ステップＳ３で第１のソレノイドバルブ４５をＯＦＦ（連通）として、ブレーキシリンダ１の緩解側油室３に作動油を送り込む。
【００３４】
続くステップＳ４では、リミットスイッチ５１がＯＮとなったか否かの判定を、リミットスイッチ５１のＯＮが検知されるまで繰り返す。
【００３５】
リミットスイッチ５１がＯＮとなったならば、ブレーキシリンダ１が緩解時の正常位置まで収縮したということであるから、ステップＳ５で第１のソレノイドバルブをＯＮ（遮断）とし、ステップＳ６で駆動モータ３１を停止してルーチン終了する。
【００３６】
つぎに作用を説明する。
【００３７】
油圧ポンプ３０が作動していないときには、制輪子支持部２５に支持された制輪子は、ブレーキスプリング１５のバネ力により車輪に押し付けられ、車輪は制動状態にある。この場合、ブレーキスプリング１５のバネ力は、そのまま制輪子の押し付け力となっている。この押し付け力は、常用ブレーキにおける最大の押し付け力（また、後述する保安ブレーキ、停留ブレーキにおける押し付け力）であり、例えば７Ｎ（ノッチ）＝１０００ｋｇｆの力である。
【００３８】
この制動状態から、油圧ポンプ３０を作動させることにより、ブレーキ時の制動トルク（制輪子の押し付け力）の調整およびブレーキの緩解（解除）がなされる。
【００３９】
常用ブレーキにおいては、第１のソレノイドバルブ４５はＯＦＦ（連通）、第２のソレノイドバルブはＯＮ（遮断）として、油圧ポンプ３０を作動し、制動側油路６から作動油を吸い込み、緩解側油路５に吐出する。これにより、制御オリフィス４３には緩解側油路５側から制動側油路６側に向かう作動油の流れが生じ、緩解側油路５の圧力が制動側油路６の圧力よりも高まる。この結果、ブレーキシリンダ１の緩解側油室３の圧力が制動側油室４の圧力より高くなり、ブレーキシリンダ１は、ジャークシリンダ２０に支持された制輪子を車輪から離間させる方向（図１、図２の右方向）にストロークしようとする。このブレーキシリンダ１による力を、ブレーキスプリング１５のバネ力よりも強くならない範囲で制御する。
【００４０】
具体的には、圧力センサ４７、４８により検出される緩解側油路５、制動側油路６の圧力の差圧あるいはロードセル２８により検出されるブレーキ荷重に基づいて、油圧ポンプ３０の駆動を制御し、制輪子の押し付け力を調整する。例えば、制輪子の押し付け力は、油圧ポンプ３０が非作動の状態から油圧ポンプ３０の回転数を段階的に高めることにより、７Ｎ＝１０００ｋｇｆ、６Ｎ＝９００ｋｇｆ、５Ｎ＝８００ｋｇｆ、４Ｎ＝７００ｋｇｆ、３Ｎ＝６００ｋｇｆ、２Ｎ＝５００ｋｇｆ、１Ｎ＝４００ｋｇｆというように、段階的に制御される（弱くなる）。なお、制動トルクは、この押し付け力に比例して発生する。
【００４１】
また、この常用ブレーキ時よりも油圧ポンプ３０の回転数をさらに高めることにより、ブレーキの緩解動作（ブレーキ解除動作）が行われる。すなわち、第１のソレノイドバルブ４５はＯＦＦ（連通）、第２のソレノイドバルブ４６はＯＮ（遮断）として、油圧ポンプ３０の回転数を高めることで、ブレーキシリンダ１の収縮しようとする力がブレーキスプリング１５のバネ力よりも大きくなると、ブレーキシリンダ１は収縮していき、制輪子が車輪から引き離されることによりブレーキの緩解がなされる。
【００４２】
このようにブレーキの緩解がなされた後（車両走行時）には、第１のソレノイドバルブ４５をＯＦＦ（遮断）し、ブレーキシリンダ１の緩解側油室３からの作動油の流出をストップすることで、ブレーキシリンダ１のストローク位置を例えば最収縮位置でロックして、油圧ポンプ３０の作動を停止する。これにより、ブレーキ緩解の状態が維持される。なお、作動油の漏れ等で、ブレーキシリンダ１がブレーキスプリング１５のバネ力により伸長方向に押し戻されてしまった場合には、前述したように、リミットスイッチ５１による緩解検知機構により検出される。
【００４３】
非常ブレーキにおいては、第１のソレノイドバルブ４５はＯＦＦ（連通）、第２のソレノイドバルブはＯＮ（遮断）としたうえで、制動ポンプ３０を上記常用ブレーキ時とは逆回転に作動する。これにより、制御オリフィスには制動側油路６から緩解側油路５に向かう流れが生じ、制動側油路６の圧力が緩解側油路５の圧力よりも高くなる。この結果、ブレーキシリンダ１は、ブレーキスプリング１５によるバネ力と同方向（図２の左方向）に作用し、制輪子の押し付け力としては、例えば１５００ｋｇｆの力が得られる。なお、非常ブレーキは、急停車時等、特に大きな制動力が必要とされる場合にかけられるものである。
【００４４】
保安ブレーキ（停電等により電源が断たれたときにかかるブレーキ）においては、第１、第２のソレノイドバルブはＯＦＦ（連通）、油圧ポンプ３０は非作動（駆動モータ３１がＯＦＦ）であり、ブレーキシリンダ１はフリーとなる。したがって、制輪子の押し付け力としては、ブレーキスプリング１５のバネ力のみが全面的に作用し、常用ブレーキにおける最大押し付け力と同じ力（７Ｎ）が与えられる。
【００４５】
停留ブレーキ（車両の停留時に継続的にかけられるブレーキ）においても、保安ブレーキと同様に、第１、第２のソレノイドバルブはＯＦＦ（連通）、油圧ポンプ３０は非作動とされ、ブレーキスプリング１５のバネ力にによる押し付け力（７Ｎ）で、車両の停留が維持される。
【００４６】
以上のような各種ブレーキ動作において、制輪子はジャークシリンダ２０を介して支持されているので、ブレーキスプリング１５およびブレーキシリンダ１からの力は、直ちに制輪子を車輪に押し付ける力とはならず、ジャークシリンダ２０のジャークスプリング２６による緩衝を受けた後、作用する。したがって、ブレーキ動作時における制輪子の押し付け力には、適切なジャーク特性が得られる。したがって、保安ブレーキ、非常ブレーキなど急激なブレーキ動作をする場合でも、車両に過大な衝撃が発生してしまうことはない。
【００４７】
また、ブレーキ緩解後の車両走行中には、緩解状態維持制御が行われる。具体的に、ブレーキシリンダ１からの作動油の漏れ等があり、ブレーキスプリング１５のバネ力でブレーキシリンダ１が制動側に引き戻されてしまった場合には、リミットスイッチ５１による検知がなされ、油圧モータ３０の作動による緩解側油室３への作動油の補給が直ちに実行される。したがって、車両走行時に、作動油の漏れ等により、望まないブレーキがかかってしまう事態を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のブレーキ装置を示す断面図である。
【図２】同じく油圧回路図である。
【図３】同じくブレーキの緩解状態維持制御の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ブレーキシリンダ
１５ブレーキスプリング
２０ジャークシリンダ
２５制輪子支持部
２６ジャークスプリング
３０油圧ポンプ
４０バルブユニット
５１リミットスイッチ

Claims

制輪子を車輪もしくは車輪と一体に回転する制動部材に押し付けて制動トルクを発生させるブレーキ装置において、ピストンを常時伸長方向に付勢するジャークスプリングを収容したジャークシリンダを備え、このジャークシリンダの前記ピストン両側の油室には作動油を封入し、前記ピストンには前記ピストン両側の油室を連通する作動油流通用のオリフィスを形成し、このジャークシリンダのピストンロッドに前記制輪子を支持するとともに、前記ジャークシリンダを前記制輪子が車輪もしくは制動部材に押し付けられる制動方向および前記制輪子が車輪もしくは制動部材から離間される緩解方向のそれぞれに駆動可能なブレーキアクチュエータを備えたことを特徴とするブレーキ装置。
前記ブレーキアクチュエータは、前記ジャークシリンダを制動方向に常時付勢するブレーキスプリングと、油圧切換手段によるピストン両側油室の油圧切換により伸縮するとともにこの伸縮のロックが可能なブレーキシリンダとを備え、このブレーキシリンダのピストンロッドに前記ジャークシリンダを支持し、前記ブレーキシリンダのストロークにより前記制輪子が車輪もしくは制動部材から離間し得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
ブレーキが緩解状態にあるときに前記ブレーキシリンダが制動方向に所定量以上ストロークしたことを検知する検知手段を備え、この検知手段による検知がなされた場合には前記ブレーキシリンダを緩解方向に引き戻す緩解状態維持制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のブレーキ装置。
前記ブレーキシリンダへ油圧を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプとブレーキシリンダ間の配管および油圧機器と、タンクとを、前記ブレーキシリンダと一体にユニット化したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のブレーキ装置。
前記ピストンロッドの先端に前記制輪子を固定支持する制輪子支持部が固定され、この制輪子支持部と前記ピストンロッドの先端部の間にはブレーキ荷重を検出するロードセルが介装され、このロードセルにより検出されるブレーキ荷重に基づいて前記制輪子の押し付け力を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のブレーキ装置。