JP4712011B2 - ディスクブレーキのブレーキトルク受け機構 - Google Patents

Description

本発明は、基体側に設けたアクチュエータの作動により一対のブレーキアームの一端部を揺動・押圧し前記ブレーキアームの他端部に設置されたブレーキパッドをディスクロータに押圧挟持するように構成されたディスクブレーキにおいて、ブレーキ作動時にブレーキパッドの巻き込み作動によりブレーキアームに発生する回転モーメントを打ち消すことができるディスクブレーキのブレーキトルク受け機構に関するものである。

車両において使用されるディスクブレーキ装置にあって、特に鉄道車両用のディスクブレーキ（鉄道車両用キャリパブレーキ）では、ブレーキが取り付けられるばね上とディスクロータが取り付けられるばね下との相対移動が大きいことから、これに対応できる機構が要求され、一般的には大きな相対移動に容易に適応できるリンクの連結による梃子式のブレーキが知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−３１５４２２号公報

前記従来例について、図６を参照して構成を簡単に説明すると、この鉄道ディスクブレーキ装置（鉄道車両用キャリパブレーキ）は、ディスクＤを挟圧するところのブレーキパッドを取着したブレーキヘッド２０７、２０７がそれぞれ取り付けられた２つのキャリパレバー（ブレーキアーム）２０６、２０６と、進出方向または退避方向の少なくともいずれか一方へ駆動される可動ロッド２１５を備えるアクチュエータ２１４を備えており、また、このディスクブレーキ装置２０１は、可動ロッド２１５に枢結される回転伝達アーム２１６と、この回転伝達アーム２１６に係合する伸縮軸２１０を備えている。この装置では、アクチュエータ２１４の進出に伴う回転伝達アーム２１６の押出し回転により、ネジ機構によってネジ体２１３が外方へ押し出されて、ブレーキアーム２０６、２０６を支持ピン２０５の回りにて揺動させ、ブレーキパッドを取着したブレーキヘッド２０７、２０７がディスクＤを挟圧して、ブレーキ動作が行われる。ブレーキパッドが摩耗すると、回転伝達アーム２１６の超過ストロークにより、基体に固定された隙間調整棒２２１にカム板２１９の切欠部２２０の端部が接触して、ウォームギヤ２１７が回転し、隙間調整ギヤ２１８が回転して自動隙間調整がなされる。

前記従来例のものでは、可動ロッド２１５の進出動作は、回転伝達アーム２１６を介して伸縮軸２１０の伸張動作に変換され、かつ、その力を増力されてキャリパレバー２０６、２０６に伝達されることとなっている。しかも、増力変換機構を構成する回転伝達アーム２１６に、カム板２１９、切欠部２２０、ウォームギヤ２１７、隙間調整ギヤ２１８等からなる隙間調整機構が設けられているため、ディスクＤとブレーキパッドとの隙間を自動調整できる高機能なディスクブレーキ装置２０１のコンパクトな構成が提供できる。

ところで前記した従来型鉄道車両用キャリパブレーキでは、ブレーキパッドが取りつけられるバネ上とディスクが取りつけられるバネ下との相対変位が大きいため、ボディ（基体）とキャリパレバー（ブレーキアーム）の支点（テコ部）に球面軸受を設けて自由度を持たせ、ディスクの倒れ等に対応している。
しかし、球面軸受を使用しライニング（ブレーキパッド）が自由にディスクロータ面に追従できるようにすると、この球面軸受の作用によりブレーキパッドはあらゆる方向に自由に動くことができる一方、振動等が加わるとブレーキパッドがどの方向に向くか判らない等の問題が生じる。
また、基体とブレーキアームとの支点に球面軸受を使用しており、ブレーキアームの動きに自由度があるため、ブレーキ作動時にブレーキパッド側に発生するブレーキ接線力をブレーキアーム側でしっかりと受け止めることができないという問題点がある。さらに、ディスクロータとブレーキパッド間に倒れが発生すると、ブレーキパッド（摩擦材）の引きずり、摩耗、破損等の原因につながる恐れがある。

そこで本発明は、ディスクブレーキ（鉄道車両用キャリパブレーキ）において、ブレーキ作動時にブレーキパッド側に発生するブレーキ接線力（ブレーキパッド巻き込み作用）によってブレーキアームに発生するモーメントを確実に打ち消すことができるブレーキトルク受け機構を提供することを目的とする。このブレーキトルク受け機構によるモーメントの打ち消し作用によりブレーキパッドの偏摩耗を抑制することができる。
また、基体に対してブレーキアームを全方向に自由度を有して旋回および揺動可能に支持する球面軸受の回転軸に防振材を設けることにより、ブレーキ作動時に、ディスクロータとブレーキパッド間に倒れが発生してもブレーキ開放時には防振材の弾性力によりブレーキパッドを元の状態に復帰させることができるディスクブレーキを提供することを目的とする。

このため本発明は、本発明が採用した課題を解決するための手段は、
基体と、その基体に対して球面軸受を介して全方向に自由度を有して旋回および揺動可能に支持された一対のブレーキアームと、基体側に設けたアクチュエータの作動により前記一対のブレーキアームの一端部を揺動・押圧し前記ブレーキアームの他端部に設置されたブレーキパッドをディスクロータに押圧するように構成されたディスクブレーキにおいて、前記ブレーキアームに、ブレーキ作動時にブレーキアームに発生するモーメントを打ち消すためのトルク受け機構を設けたことを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構である。
また、前記トルク受け機構は、ブレーキアームの一端部と基体側に設けられた凹凸係合により構成したことを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構である。
また、前記凹部はブレーキアームの一端部に形成したトルクキャッチャーであり、前記凸部は基体側に取り付けたトルクピンであることを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構である。
また、前記球面軸受の回転軸に防振材を設けたことを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構である。
また、前記防振材は、球面軸受の両側回転軸に配置したことを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構である。

本発明によれば、
ブレーキ作動時にブレーキパッドの巻き込みによりブレーキアームに発生するモーメントを打ち消すためのトルク受け機構をブレーキアーム先端部に設けたことにより、ブレーキ接線力（ブレーキパッド巻き込み力）によりブレーキアームに発生するモーメントを減少させることができる。また、前記トルク受け機構では、トルク受けを構成するトルクピンとトルクキャッチャーとの接触点がパッド接線力方向によるテコ部の回転を打ち消す方向に働くよう構成されるため、パッドの偏摩耗を防止することができる。
前記トルク受け機構を、ブレーキアームを基体に支持する回転支点（球面軸受）から遠ざけた箇所に配置することにより、受けるトルクを減少させることができる。
また、ブレーキアームを基体に回転自在に支持する球面軸受の回転軸に防振材を設けることにより、ブレーキ作動時に、ブレーキディスクロータとブレーキ間に倒れが発生してもブレーキ開放時にはブレーキパッドを元の状態に復帰させることができる。
等々の特有の優れた作用効果を達成することができる。

ブレーキアームの一端部を揺動・押圧し前記ブレーキアームの他端部に設置されたブレーキパッドをディスクロータに押圧するように構成されたディスクブレーキにおいて、前記ブレーキアームにブレーキ作動時にブレーキパッドの巻き込み等によりブレーキアームに発生するモーメントを打ち消すためのブレーキトルク受け機構を設ける。そして前記トルク受け機構を、ブレーキアームの一端部に形成した凹部（トルクキャッチャー）と、基体側に設け前記凹部に嵌合する凸部（トルクピン）とから構成する。

以下、本発明に係るディスクブレーキの好適な実施例を図面に基づいて説明すると、図１は本発明のディスクブレーキの正面図であり、図２は同ブレーキの側面図、図３はブレーキアームの作動を説明するための斜視図、図４はブレーキアームに設けるトルク受け機構部の作動説明図、図５は球面軸受部の拡大構成図である。

図１、図２を参照して本発明に係るディスクブレーキの概略的な構成を説明すると、同キャリパブレーキは、図示せぬディスクロータに対向して配置された一対のブレーキアーム１を備えており、このブレーキアーム１はキャリパブレーキの基体２に対して軸３を中心に揺動できるように軸支持されている。ブレーキアーム１の図中下端には公知のブレーキパッド４が取りつけられており、またブレーキアーム１の図中上端にはブレーキアーム１を拡開作動する公知のアクチュエータ５が結合されている。さらに図２に示すようにブレーキアーム１と基体２との連結部にはトルク受け機構６が配置されている。
トルク受け機構６は、図３に示すようにブレーキアーム１の端部に形成した凹部（トルクキャッチャー）１ａと、前記凹部に嵌合し基体２側に設けた凸部（トルクピン）２ａとによって構成される。トルクピン２ａはブレーキアーム１の多少の傾きを許容するべくトルクキャッチャー１ａに対して緩く嵌合しており、またトルクピン２ａはブレーキアーム１が拡開方向に移動したときに、トルクキャッチャー１ａから離脱することがない長さとして構成されている。

図５において、ブレーキアーム１はカラー９を介して軸３により支持されており、軸３の長さ方向中央部には球面軸受７のインナー７ａが取り付けられ、この球面軸受７のアウター７ｂが基体２に取り付けられている。そして基体２とカラー９の間には図５に示すように防振部材８が配置されており、ブレーキアーム１は球面軸受７により全方向に自由度を有して旋回および揺動可能に支持されている。

上記構成からなるディスクブレーキの作動を説明する。
このキャリパブレーキではアクチュエータ５を作動するとブレーキアーム１が軸３を中心に拡開方向に移動し、これに伴ってブレーキアーム１下端に設けたブレーキパッド４がディスクロータを押圧・挟持してブレーキを働かせることができる。

図４において、ブレーキ作動すると、ブレーキパッド４には図３、図４中Ａ矢印で示す方向にブレーキ接線力が働き、この接線力はブレーキアームの先端にもＢ矢印方向に働き、さらにＢ矢印方向の接線力はトルク受け機構６を介して基体２で受け止められる。またブレーキ作動時、ブレーキパッド４の入り側では図４中Ｃ矢印で示す方向のブレーキパッド巻き込み作用が働き、この巻き込み作用によりブレーキパッド４に図３、図４中Ｄ矢印で示す回転モーメントが働く。この回転モーメントＤはブレーキアーム１にも作用し、ブレーキアーム１に設けたトルクキャッチャー１ａを回転させる。トルクキャッチャー１ａの回転により図４に示すようにトルクキャッチャーの角部１ｂがトルクピン２ａに当接し、この当接により回転モーメントはトルクピン２ａさらにはトルクピン２ａを固定する基体２側に伝達され、回転モーメントは基体２で受け止められ、それ以上のトルクキャッチャー１ａ（即ちブレーキアーム）の回転は阻止される。こうして、ブレーキアーム１に作用する回転モーメントはトルク受け機構６により確実に抑制され、ブレーキパッド４の偏摩耗を防止することができる。

なお、トルク受け機構６は、上記例では、ブレーキアーム１の一端（図中上端）に配置してあるが、同様の作用を達成できるのであれば、ブレーキアーム１の適宜位置に配置することも可能である。但し、トルク受け機構６で受けるトルクをできるだけ小さくするには、ブレーキアーム１を軸支する球面軸受７から出来るだけ遠い位置に配置することが望ましい。また、トルク受け機構６の形状も図示したものに限定されることはなく、ブレーキアーム１の回転モーメントを受け止める形状であれば、どのような形状でも採用することができる。 上記のようにブレーキアーム１の一端部にトルク受け機構６を設けたため、ブレーキアーム１に作用する回転力を減少することができる。

また、上記ディスクブレーキにおいては、ブレーキ作動時にはブレーキ接線力等の力によりブレーキパッド４側とディスクロータ側との間に相対変位が生じるが、ブレーキ開放時にはディスクロータとブレーキパッド４が元の位置に戻ることが重要である。もし、ブレーキパッド４が元の位置に復帰しない場合には、両者の間の位置関係がずれ、ブレーキパッド４の引きずり、摩耗が発生することがある。このため、本発明では、図５に示すようにブレーキアーム１を軸支する球面軸受７の回転軸に筒状の防振部材（防振ゴムなど）８を装着することによりブレーキ作動時にディスクロータに倒れが生じても、この防振ゴムなどの復元力でブレーキ開放時にディスクロータとブレーキパッド４が元の位置に戻ることになる。具体的には、ディスクロータが倒れることによりディスクロータがブレーキパッド４に当たり、ブレーキパッド４はディスクロータに押されて傾こうとする。ディスクロータに倒れが生じると防振ゴムを撓ませながらブレーキパッド４がディスクロータに追従する。ブレーキが開放されディスクロータの倒れが無くなると、防振ゴム８の反力でブレーキアーム１、即ちブレーキパッド４が元の位置（元の姿勢）へ戻り、ブレーキパッド４の引きずり、摩耗、破損等を防止することができる。こうして、防振部材を採用することで、ブレーキ作動時に、ブレーキディスクロータとブレーキ間に倒れが発生してもブレーキ開放時にはブレーキパッドを元の状態に復帰させることができる。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、トルク受け機構６の形状、防振ゴムの材質、形状等を適宜変更することができる。実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。

本発明は、鉄道用ブレーキキャリパに利用することができる。

本発明のディスクブレーキの正面図である。 同ブレーキの側面図である。 ブレーキアームの作動を説明するための斜視図である。 ブレーキアームに設けるトルク受け機構の作動説明図である。 球面軸受部の拡大構成図である。 従来の鉄道車両用キャリパブレーキの説明図である。

符号の説明

１ ブレーキアーム
１ａ トルクキャチャー
２ 基体
２ａ トルクピン
３ 軸
４ ブレーキパッド
６ トルク受け機構
７ 球面軸受
７ａ インナー
７ｂ アウター
８ 防振部材
９ カラー

Claims (5)

1. 基体と、その基体に対して球面軸受を介して全方向に自由度を有して旋回および揺動可能に支持された一対のブレーキアームと、基体側に設けたアクチュエータの作動により前記一対のブレーキアームの一端部を揺動・押圧し前記ブレーキアームの他端部に設置されたブレーキパッドをディスクロータに押圧するように構成されたディスクブレーキにおいて、前記ブレーキアームに、ブレーキ作動時にブレーキアームに発生するモーメントを打ち消すためのトルク受けを設けたことを特徴とするディスクブレーキのトルク受け機構。
2. 前記トルク受けは、ブレーキアームの一端部と基体側に設けられた凹凸係合により構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のトルク受け機構。
3. 前記凹部はブレーキアームの一端部に形成したトルクキャッチャーであり、前記凸部は基体側に取り付けたトルクピンであることを特徴とする請求項２に記載のディスクブレーキのトルク受け機構。
4. 前記球面軸受の回転軸に防振材を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のディスクブレーキのトルク受け機構。
5. 前記防振材は、球面軸受の両側回転軸に配置したことを特徴とする請求項４に記載のディスクブレーキのトルク受け機構。

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