JP4664494B2 - ディスクブレーキ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両などに用いられるディスクブレーキ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鉄道車両などの制動を行う手段としては、図5,図6のようなディスクブレーキ装置が開示される(特開平10−267058号、参照)。図5において、1はディスクブレーキ装置のキャリパであり、シャシ(車台フレーム)に固定の取付部2に支持ピン3を介して車軸方向へ移動可能に取り付けられる。キャリパ1の1対のアーム1a,1bは、車輪4の両側に回り込むように形成され、これらのアーム1a,1bにそれぞれ支持機構を介してパッド5a,5b(制輪子)が装着される。
【0003】
パッド5a,5bは平板状の摩擦面が備えられ、車輪4の両側において、車輪4と一体に回転するディスク4aに対向するように支持される。アーム1aの先端部(図5の紙面と直交方向へ延びる)にパッド5a,5bをディスク4aに押し付ける手段としてピストン6(図6〜図8、参照)がパッド5aの中心線を挟む対称位置に収装され、流体圧の供給を受けると、ピストン6の伸張作用により、パッド5aはディスク4aに押圧される。キャリパ1は支持ピン3に沿って移動するため、両側のパッド5a,5bがディスク4aを挟み込むようになり、車輪5の回転に制動力(摩擦力)が与えられる。3a,3bはシャシに固定の取付部2に対し、支持ピン3に沿って移動可能なキャリパ1を初期(中立)位置へ付勢するリターンスプリングである。
【0004】
パッド5a,5bが傾いてディスク4aに押し付けられると、車輪4に及ぼす制動力が弱くなったり、パッド5a,5abの摩擦面に偏摩耗が生じやすくなる。これを防止するため、パッド5a,5bの支持機構については、ピストン6を備えるアーム1aの場合、図6〜図8のように構成される。図6においては、パッド5aの押し付け方向へ延びるシリンダ7がアーム1a(キャリパ)に形成され、シリンダ7の内部にOリング8を介して摺動自由なライナ部9が設けられる。ライナ部9は、その前面に開口する収容穴10が備えられ、この収容穴10に球面軸受11を介してヘッド部12(パッド5aの支持部材)が支持される。
【0005】
ヘッド部12は、球面軸受11の中心を支点に揺動自在のため、ディスク4aとの間に生じるパッド5aの相対的な傾きが吸収され、ディスク4aにパッド5aの摩擦面が平行に押し付けられるのである。13はパッド5aの背面を抑える支持面を形成する断熱板であり、ヘッド部12の先端に装着される。14a,14bは球面軸受11の外側部材をライナ部9、同じく内側部材をヘッド部12、に係止するストッパである。
【0006】
図7においては、ヘッド部12と収容穴10との間にヘッド部12の揺動を許容する隙間(クリアランス)が設定される。収容穴10の奥隅部に穴径を底面へ縮小するテーパ面15が形成され、ヘッド部12の後端縁にテーパ面15に接する湾曲面16が形成される。ヘッド部12は、ストッパ17で収容部10から抜け出すのが抑えられ、湾曲面16をテーパ面15に滑らせながら、ストッパ17を中心に1方向(図の紙面と直交方向)へ揺動するため、ディスク4a(図、参照)にパッド5aの摩擦面が平行に押し付けられるようになる。図7において、図6と同じ部品に同じ符号を付ける。
【0007】
図6の場合、球面軸受11はヘッド部12を径方向から支持するので、ライナ部9の略軸方向へ作用する推力(ピストンの押圧力)を受けると、外側部材から内側部材が外れやすく、また球面が片側(略半面)で大きな推力を支持しつつ摺れるようになるため、偏摩耗が生じやすく、耐久性および信頼性の確保が難しい。図7の場合、ヘッド部12の揺動は1方向に制限されるので、車両のコーナリング時のようにディスク4aとの間に生じるパッド5aの相対的な傾き方向が一定の場合にのみ、その傾きを有効に吸収できるものの、パッド5aに対してディスク4aが不規則に揺動する(たとえば、ディスク4aの取り付けに公差があり、そのためにディスク4aが進行方向に対し、左右へ揺動しながら回転する)ような場合、ディスク4aにパッド5aが傾いて押圧されるようなことも考えられる。
【0008】
図8においては、収容穴10の底面およびヘッド部12の後端面に凹部18a,18b(中央に最深部をもつ略円錐形に形成)が同軸的に設けられ、これら凹部18a,18b間に球体19(ボール)が転動自在に介装される。ヘッド部12と収容穴10との間にヘッド部12の揺動を許容する隙間(クリアランス)が設定される。ヘッド部12は、球体19を中心に揺動可能のため、ディスク5aの取付公差により、ディスク4a(図、参照)が不規則に揺動しても、ディスク4aにパッド5aの摩擦面が平行に押し付けられる。20は収容部の内周とヘッド部の外周との隙間を密封するOリングである。図8において、図6と同じ部品に同じ符号を付ける。
【0009】
なお、図5において、もう一方のアーム1b(ピストンの収装されない)については、図示しないが、キャリパ1(アーム1b)に収容穴(図6〜図8の10、参照)が形成され、パッド1bの支持部材(図6〜図8の12、参照)が収容穴に収装される。そして、収容穴と支持部材との間に球面軸受11(図6、参照)またはテーパ面15と湾曲面16(図7、参照)または凹部18a,18bと球体19(図8、参照)が設けられる。つまり、図6〜図8のライナ部9とおよびシリンダ7を備えないが、その他の部品については、図6〜図8と同様に構成されるのである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図8の場合、ヘッド部12と収容穴10との間に設定される隙間は、球体19の径に規定されるため、ヘッド部12の揺動角度(パッド5aの揺動範囲)を大きく設定しにくい。たとえば、図8において、球体19の径rが9mm、隙間mが2mm、ヘッド部12の揺動半径dが30mm、とすると、ヘッド部12の最大揺動角θを許容するに必要な隙間nが0.5mmの場合、tanθ=0.5/30=0.017 であり、ヘッド部12の最大揺動角θは、0.57°と微小値に制限されてしまう。また、ライナ部9を押圧する推力が凹部18a,18b間の球体19に集中するため、これら接触部の面圧が過大となり、ディスク4aの揺動に対するパッド5a(ヘッド部12)の追従性能を十分に得られない。しかも、小径の球体19は、精密な球面加工が要求され、ヘッド部12とライナ部9との間(凹部18a,18b)に組み込むのも煩雑という不具合が考えられる。
【0011】
この発明は、このような不具合を踏まえてなされたものであり、パッドの揺動範囲の設定の自由度が高く、ディスクの揺動に対するパッドの良好で円滑な追従性能の得られるディスクブレーキ装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、車輪と一体に回転するディスクと、シャシに取り付けられるキャリパと、ディスクと対向状態に支持機構を介してキャリパに装着されるパッドと、パッドをディスクに押し付ける手段と、を備えるディスクブレーキ装置において、パッドの支持機構は、キャリパにパッドの押し付け方向へ延びるように設けられる収容穴と、この穴に一部が収装される支持部材と、を備えると共に、支持部材の外周と収容穴の内周との間に支持部材と同軸上でパッド側に仮想される支点を中心に支持部材が所定範囲を揺動するのを許容する隙間を設ける一方、収容穴の底面と支持部材の後端との間に支持部材の揺動支点を中心とする曲率半径の球面接触部を設定し、前記球面接触部は、パッドの摩耗代の1/2位置を前記支持部材の揺動支点としたときの曲率半径で形成されることを特徴とする。
【0013】
第2の発明では、第1の発明に係るディスクブレーキ装置において、パッドをディスクに押し付ける手段は、流体圧の供給を受けるとパッドを押し付け方向へ駆動するピストンを備える一方、ピストンはパッドの支持機構として機能するよう、支持部材を形成するヘッド部と、収容穴を形成するライナ部と、キャリパにライナ部をパッドの押し付け方向へ摺動自由に支持するシリンダと、を備えたことを特徴とする。
【0015】
第3の発明では、第1の発明に係るディスクブレーキ装置において、前記球面接触部は、前記収容穴側の凹面部と、前記支持部材側の凸面部と、からなり、前記凹面部は前記収容穴に嵌め付けることにより形成したことを特徴とする。
【0016】
【発明の効果】
第1の発明においては、パッドの支持機構により、パッド側の支点を中心に支持部材が収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在となり、ディスクの揺動(傾き)が3次元の不規則な場合においても、ディスクにパッドの摩擦面が平行に押し付けられる。球面接触部は、パッドの押し付け力を受けるが、その曲率半径が支持部材の揺動支点を中心とするので、収容穴の底面と支持部材の後端との間に大きな接触(摺動)面積を確保できる。そのため、これら接触部の面圧は小さく抑えられ、ディスクの揺動にパッドが無理なく円滑に追従するのである。パッドの揺動範囲(最大揺動角)は、隙間の許容範囲において、球面接触部の曲率半径により、任意(自由)な設定が可能となる。また、パッドが摩耗すると、その進度(摩耗量)に伴って球面接触部がディスク側へ変位するが、その最大変位量の1/2に支持部材の揺動支点の最大変位量が納まるため、パッドの摩耗進度がその追従性能に及ぼす影響を最小限に抑えられる。
【0017】
第2の発明においては、パッドをディスクに押し付けるピストンにバッドの支持機構が組み付けられる。パッド側の支点を中心にピストンのヘッド部がライナ部の収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在となり、制動時にピストンのライナ部がシリンダの内部をパッドの押し付け方向へ摺動(ピストンの伸張作用)すると、ディスクの揺動(傾き)が3次元の不規則な場合においても、ディスクにパッドの摩擦面が平行に押し付けられるのであり、第1の発明と同様の効果が得られる。
【0019】
第3の発明においては、収容穴側の凹面部は、ライナ部と一体に形成しても良いが、別体の凹面部を収容部の底面に嵌め付けることにより、収容穴の奥部(底面)に加工する場合によりも、球面接触部の精密加工が容易かつ能率的に行えるようになる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は、この発明に係る実施形態を表すものである。図1において、30はディスクブレーキ装置のキャリパであり、その中央部に形成の取付部31を介してシャシ(車台フレーム)に固定される。キャリパ30の1対のアーム30a,30bは、車輪32の両側に回り込むように形成され、これらのアーム30a,30bにそれぞれ支持機構を介してバッド33a,33bが装着される。パッド33a,33bは平板状の摩擦面が備えられ、車輪32の両側において、車輪32と一体に回転するディスク32aに対向するように支持される。
【0021】
アーム30a,30bの先端部(図1の紙面と直交方向へ延びる)にパッド33a,33bをディスク32aに押し付ける手段としてピストン34(図2,図3、参照)がパッド33a,33bの中心線を挟む対称位置に収装され、流体圧の供給を受けると、ピストン34の伸張作用により、パッド33a,33bはディスク32aに押圧され、車輪の回転に制動力(摩擦力)が与えられる。
【0022】
バッド33a,33bをディスク32aへの押し付け方向へ駆動するピストン34は、バッド33a,33bの支持機構として機能するように構成される。図2,図3において、パッド33a(33b)の押し付け方向へ延びるシリンダ35がアーム30a(30b)に形成され、シリンダ35の内部にOリング36を介して摺動自由なライナ部37が設けられる。ライナ部37は、その前面に開口する収容穴38が備えられ、この収容穴38に後述の球面接触部39を介して揺動自在にヘッド部40(パッド5aの支持部材)が支持される。
【0023】
ヘッド部40の外周と収容穴38の内周との間にヘッド部40と同軸上でパッド33a(33b)側に仮想される支点Pを中心にヘッド部40が所定範囲を揺動するのを許容する隙間m(クリアランス)が設けられ、収容穴38の底面とヘッド部40の後端との間に球面接触部39が設定される。球面接触部39は、ヘッド部40の後端に形成の凸面39aと、収容穴38の底面に取り付けられる凹面部39bと、から構成され、これら接触面がヘッド部40の揺動支点Pを中心とする曲率半径Rの球面に形成される。42は隙間mを密封するOリングであり、ヘッド部40の外周は、後端へ隙間mを広げる(ヘッド部40を縮径する)テーパが与えられる。なお、ヘッド部40は断熱材で形成され、制動時(ディスク32aにパッド33a,33bが押し付けられる)の摩擦熱がライナ部37へ伝わるのを抑制する。
【0024】
このディスクブレーキ装置は、既述のようにキャリパ30がシャシに固定のため、両側のアーム30a,30bにピストン34が備えられるのである。図2において、パッド33a(33b)をディスク32aから離れる初期位置へ付勢する手段43(パッド復帰装置と仮称する)がアーム30a(30b)の先端部(図1の紙面と直交方向へ延びる)の両端に配置される。パッド復帰装置43は、外筒部43aおよび内筒部43bと、外筒部43aの底を塞ぐキャップ43cと、キャップ43cの内面中央に起立する軸部43dと、内筒部43bの内周に形成の筒形のバネ受43fと、軸部43dの先端に形成のバネ受43eと、キャップ43cに形成のバネ受43gと、バネ受43eとバネ受43fとの間およびバネ受43gとバネ受43fとの間に介装されるリターンスプリング43h,43iと、を備える。
【0025】
アーム30a(30b)に外筒部43aが固定され、パッド33a(33b)の背面板44に先端が突き当てられる内筒部43bは、パッド33a(33b)の裏側に配置の取付板45(背面板44にスペーサ46を介してリベット47で結合)に係止される。48,49はダストシール、50はヘッド部40の先端に結合する断熱板であり、その先端はパッド33a(33b)の取付板45に突き当たる支持面を形成する。図2において、51はシリンダ35を出入りする流体圧の通路であり、図1のバルブ52にアーム30a,30bを通して接続される。
【0026】
このような構成により、パッド33a(33b)側の支点Pを中心にヘッド部40(支持部材)が収容穴38との間を球面接触部39に沿って揺動自在となり、ディスク32aの揺動(傾き)が3次元の不規則な場合においても、ディスク32aにパッド33a(33b)の摩擦面が平行に押し付けられる。球面接触部39は、パッド33a(33b)の押し付け力を受けるが、その曲率半径Rがヘッド部40の揺動支点Pを中心とするので、収容穴38の底面とヘッド部40の後端との間に大きな接触(摺動)面積を確保できる。そのため、これら摺動部の面圧は小さく抑えられ、ディスク32aの揺動にパッド33a(33b)が無理なく円滑に追従するのである。
【0027】
パッド33a(33b)の揺動範囲(最大揺動角θ)は、隙間mの許容範囲において、球面接触部39の曲率半径Rにより、任意(自由)な設定が可能となる。例えば、球面接触部39の曲率半径Rを47mmに設定すると、パッド33a(33b)の最大揺動角θ=1.30°が得られるようになる。パッド33a(33b)が摩耗すると、その進度(摩耗量)に伴って制動時の球面接触部39の位置はディスク32a(車輪)側へ変化するが、ヘッド部40の揺動支点Pをパッド33a(33b)の摩耗代Sの1/2位置に設定すると、球面接触部39の最大変位量の1/2にヘッド部40の揺動支点Pの最大変位量が納まるため、パッド33a(33b)の追従性能にその摩耗進度が及ぼす影響を最小限に抑えられる。また、球面接触部39において、収容穴38側の凹面部39bは、図4のようにライナ部37と一体に形成しても良いが、別途に形成の凹面部39bを収容部38の底面に組み付ける方が、精密な球面加工を容易かつ能率的に処理できる。
【0028】
この発明は、アーム30a(30b)にピストン34を備えない場合(例えば、図5のアーム1b)への適用も可能である。図示しないが、アームに収容穴(図3の38、参照)が形成され、パッドの支持部材(図3の40、参照)が収容穴に収装される。そして、収容穴と支持部材との間に図3のような隙間mおよび球面接触部39が設定される。つまり、図3のライナ部37およびシリンダ35は省略されるが、その他の部品については、図3と同様に構成することにより、パッド側の支点Pを中心に支持部材が収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在に支持されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表すディスクブレーキ装置の正面図である。
【図2】同じくA−A断面図である。
【図3】同じく要部断面図である。
【図4】別の実施形態を説明する要部断面図である。
【図5】従来例を表すディスクブレーキ装置の正面図である。
【図6】同じく要部断面図である。
【図7】同じく別の要部断面図である。
【図8】同じく別の要部断面図である。
【図9】従来例を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
30 キャリパ
30a,30b アーム
32 車輪
32a ディスク
33a,33b パッド
34 ピストン
35 シリンダ
37 ライナ部
38 収容穴
39 球面接触部
39a 凸面
39b 凹面部
40 ヘッド部
Claims (3)
- 車輪と一体に回転するディスクと、シャシに取り付けられるキャリパと、ディスクと対向状態に支持機構を介してキャリパに装着されるパッドと、パッドをディスクに押し付ける手段と、を備えるディスクブレーキ装置において、パッドの支持機構は、キャリパにパッドの押し付け方向へ延びるように設けられる収容穴と、この穴に一部が収装される支持部材と、を備えると共に、支持部材の外周と収容穴の内周との間に支持部材と同軸上でパッド側に仮想される支点を中心に支持部材が所定範囲を揺動するのを許容する隙間を設ける一方、収容穴の底面と支持部材の後端との間に支持部材の揺動支点を中心とする曲率半径の球面接触部を設定し、
前記球面接触部は、パッドの摩耗代の1/2位置を前記支持部材の揺動支点としたときの曲率半径で形成されることを特徴とするディスクブレーキ装置。 - パッドをディスクに押し付ける手段は、流体圧の供給を受けるとパッドを押し付け方向へ駆動するピストンを備える一方、ピストンはパッドの支持機構として機能するよう、支持部材を形成するヘッド部と、収容穴を形成するライナ部と、キャリパにライナ部をパッドの押し付け方向へ摺動自由に支持するシリンダと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のディスクブレーキ装置。
- 前記球面接触部は、前記収容穴側の凹面部と、前記支持部材側の凸面部と、からなり、前記凹面部は前記収容穴に嵌め付けることにより形成したことを特徴とする請求項1に記載のディスクブレーキ装置。
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