JP4939441B2 - ブレーキアーム支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキチャンバにて作動するカム機構の軸動によりロッド部材を介して、ハウジングに支持されたブレーキアームを押圧してブレーキパッドを押圧作動させるディスクブレーキ装置のブレーキアーム支持構造に関する。

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、特に鉄道車両用のエアーディスクブレーキでは、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（に例えば下記特許文献１参照）。
特開２００６−３１５４２２号公報（公報要約書参照）

前記特許文献１に開示された鉄道車両用ディスクブレーキ装置を図６に基づいて簡単に説明すると、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１０７、１０７がそれぞれ取り付けられた２つのキャリパレバー１０６、１０６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１１５を備えるアクチュエータ１１４とを備え、また、このディスクブレーキ装置１０１には、可動ロッド１１５に枢結される回転伝達アーム１１６と、この回転伝達アーム１１６に係合する伸縮軸１１０を備える。アクチュエータ１１４の進出に伴う回転伝達アーム１１６の押出し回転により、ネジ機構によってネジ体１１３が外方へ押し出されて、キャリパレバー１０６、１０６を支持ピン１０５の回りにて揺動させ、ブレーキヘッド１０７、１０７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１１６の超過ストロークにより、基体に固定された隙間調整棒１２１にカム板１１９の切欠部の端部が接触して、ウォームギヤ１１７が回転し、隙間調整ギヤ１１８が回転して自動隙間調整がなされる。

この構成によって、該従来例のものでは、可動ロッド１１５の進出動作は、回転伝達アーム１１６を介して伸縮軸１１０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１０６、１０６に伝達される。しかも、増力変換機構を構成する回転伝達アーム１１６に、カム板１１９、切欠部、ウォームギヤ１１７、隙間調整ギヤ１１８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１０１のコンパクトな構成が提供できることとなった。

しかしながら、前記従来例にあって、アクチュエータ１１４や倍力装置である回転伝達アーム１１６を経て伝達された操作力が、ネジ機構によってネジ体１１３が外方へ押し出され、鉛直状の支点ピン（ブレーキアームシャフト）１０５によって中間部が基体１０４に支持されたキャリパレバー（ブレーキアーム）１０６の一端部を押圧することで、他端部側のブレーキヘッド（ブレーキパッド）１０７をディスクＤの側面に摺接してブレーキ動作がなされるが、通常、支点ピン１０５は取付ボルト形態を呈しており、基体１０４およびキャリパレバー１０６の軸孔に挿入されて緊締される。

このため、台車に対して複雑な動きが許容されているディスクＤの挙動に対応してあらゆる方向に動き得るブレーキヘッド１０７の動きに、キャリパレバー１０６も全方向の自由度を以って動き得る必要があった。特に、ブレーキヘッド１０７のディスクＤへの圧接による制動時に接線方向に発生するブレーキトルクによって、キャリパレバー１０６に支点ピン１０５部を中心とする旋回力（図６（Ａ）の紙面内での）が生じ、その力はキャリパレバー１０６の一端部にそのまま作用することになって回転入力軸１１１を傾斜させ、ひいては、伸縮軸１１０と回転伝達アーム１１６との円滑な動力伝達が阻害される虞れが生じた。

そこで本発明は、前記従来の鉄道等の車両用ディスクブレーキ装置におけるブレーキアーム支持構造の課題を解決して、アーム部材の高い全方向の自由度を確保しつつ制動時に発生するブレーキトルクを負担して、アクチュエータや倍力装置側へのブレーキトルクの影響を抑制でき、軸部材としても精度を要することなく簡素な構造が実現できるブレーキアーム支持構造を提供することを目的とする。

このため、本発明が採用した技術手段は、
ブレーキチャンバによって進出するロッド３Ｃと、前記ロッド３Ｃの進出により作動するカム機構４と、ハウジング１に支持されかつ前記カム機構４の作動により押圧されるブレーキアーム５と、前記ブレーキアーム５の押圧によりブレーキパッド１８Ｒを押圧作動させるディスクブレーキ装置のブレーキアーム支持構造であって、前記ブレーキアーム５は門形形状として形成されその内部にユニットハウジング２Ａが配置されており、前記ユニットハウジング２Ａとブレーキアーム５とはアームシャフト５Ｂによって連結されており、前記アームシャフト５Ｂはブレーキアーム５とユニットハウジング２Ａに形成された軸孔部の双方に嵌合する一対の可撓性を有するスリーブ５Ｄに嵌合しており、さらに、前記スリーブの各内端面がそれぞれアームシャフト５Ｂの中央部に配設された球面軸受け２Ｂの両端面に当接して構成されており、前記ユニットハウジング２Ａとブレーキアーム５とが全方向に自由度を有して連結されていることを特徴とするブレーキアーム支持構造である。
また、前記ブレーキアームにおける軸孔部の両端部にプラグ部材を装着することにより、前記アームシャフトを抜止め規制することを特徴とするブレーキアーム支持構造である。
また、前記プラグ部材の装着により、前記一対のスリーブを軸方向に押圧して球面軸受けの両端面に与圧を付与して当接するように構成されたことを特徴とするブレーキアーム支持構造である。

本発明によれば、ブレーキチャンバにて作動するカム機構の軸動によりロッド部材を介して、全方向に自由度を有してハウジングに支持されたブレーキアームを押圧してブレーキパッドを押圧作動させるディスクブレーキ装置のブレーキアーム支持構造において、ブレーキアームとハウジングに形成された軸孔部の双方に嵌合する一対のスリーブと、該スリーブ内に嵌合するアームシャフトと、前記スリーブの各内端面がそれぞれアームシャフトの中央部に配設された球面軸受けの両端面に当接して構成されたことにより、球面軸受けによってブレーキアームの高い全方向の自由度を確保しつつ、制動時に発生するブレーキトルクがブレーキアームに嵌合されたスリーブの各内端面が球面軸受けの両端面にて効果的に負担されるので、ブレーキアームへの旋回力を軽減でき、アクチュエータやカム機構等の倍力装置側へのブレーキトルクの影響を抑制できる。

また、前記ブレーキアームにおける軸孔部の両端部にプラグ部材を装着することにより、前記アームシャフトを抜止め規制する場合は、アームシャフトを螺子部等を形成する必要のない単なる棒状体にて構成することができて低コストとなる。さらに、前記プラグ部材の装着により、前記一対のスリーブを軸方向に押圧して球面軸受けの両端面に与圧を付与して当接するように構成された場合は、アームシャフトに無関係に、プラグ部材とスリーブおよび球面軸受けとの軸方向寸法が精度よく設定されるので、アームシャフトとプラグ部材との間に僅かの隙間が損しても何ら問題がなく、アームシャフトの精度がさらにルーズでよく、さらに低コストとなる。

図１は本発明のブレーキアーム支持構造の１つの実施例を示すもので、アームシャフトの中心線での側断面図、図２は本発明のブレーキアーム支持構造が採用されたディスクブレーキ装置の全体斜視図、図３はカム機構のカム面での断面図を含むブレーキアームの側面図、図４は上部の取付ハウジングを取り外した状態のディスクブレーキ装置の全体斜視図、図５はブレーキチャンバと直交してカム機構を構成するボールランプアセンブリの中心線上でのディスクブレーキ装置の全体断面図である。

以下本発明に係るブレーキアーム支持構造を実施するための好適な形態を図面に基づいて説明する。本発明のブレーキアーム支持構造の基本的な構成は、図１に示すように、ブレーキチャンバにて作動するカム機構の軸動によりロッド部材１６Ｒを介して、全方向に自由度を有してハウジング２Ａに支持されたブレーキアーム５を押圧してブレーキパッド１８を押圧作動させるディスクブレーキ装置のブレーキアーム支持構造において、ブレーキアーム５とハウジング２Ａに形成された軸孔部５Ｆ、２Ｆの双方に嵌合する一対のスリーブ５Ｄ、５Ｄと、該スリーブ５Ｄ、５Ｄ内に嵌合するアームシャフト５Ｂと、前記スリーブ５Ｄ、５Ｄの各内端面がそれぞれアームシャフト５Ｂの中央部に配設された球面軸受け２Ｂの両端面に当接して構成されたことを特徴とする。

本発明のブレーキアーム支持構造は、図２および図３に示すように、上下二分割構成とされた上部の取付けハウジング１と下部のユニットハウジングアセンブリ２との間に装着して配設された主ブレーキ用のブレーキチャンバアセンブリ３により動力を得る。好適には空気圧等の流体圧（正圧あるいは負圧のいずれも可能）を動力源とする。図３に示すように、ブレーキチャンバ３Ａは、内部に配設されたコイルばね３Ｂの復元力によりブレーキ解除方向に付勢されている。これらのコイルばね３Ｂをダイヤフラムを介して対向側に配設された正圧により圧縮するか、コイルばね３Ｂ側に負圧を導入してコイルばね３Ｂを圧縮するかして、ブレーキ動作が行われる。ブレーキチャンバ３Ａのロッド３Ｃの進出に伴うリンク４Ｇ、クレビス４Ｈによって、カムユニットアセンブリ（カム機構）を構成するボールランプアセンブリ４ＲＳのロータアセンブリ４Ｒを押圧回動させる。前記ブレーキチャンバ３Ａのロッド３Ｃとリンク４Ｇとは鉛直状の連結ピン３Ｄによって連結されており、ボールランプアセンブリ４ＲＳが軸方向（図３の紙面に直交する方向）に移動できる。これにより、パッドを下端部に有するアーム部材の高い全方向の自由度を確保しつつディスクロータの複雑な動きに対応して追随するロッド部材やボールランプアセンブリ４ＲＳの軸方向の動きを許容できる。

カム機構４を構成するボールランプアセンブリ４ＲＳは、図５に示すように、回動不能なステータアセンブリ４Ｓに対して前記ロータアセンブリ４Ｒを押圧回動させることで、これらの間の円周上の例えば３位置に介設された３個のボール４Ｃと、軸方向の深さを漸減させたボール収納溝１９（図３）とのカム作用によって、ステータアセンブリ４Ｓとロータアセンブリ４Ｒとの軸方向の距離を拡大させる。これにより、自動隙間調整機構１７Ｒ、１７Ｓを介してロッド部材１６Ｒ、１６Ｓを外側に押圧し、アームシャフト５Ｂ、６Ｂに全方向に自由度を有して軸支されたブレーキアーム５、６の上端部５Ａ、６Ａをそれぞれ押圧することで、ブレーキアーム５、６の下端内側に配設されたパッド１８Ｒ、１８Ｓをディスクロータの両側の各面に押し付けてブレーキ動作を行う。図４にて理解されるように、ブレーキアーム５、６の上端部５Ａ、６Ａ間に張設されたリターンスプリング１４、１５により、制動動作が開放される。図３にて理解されるように、前記ボールランプアセンブリ４ＲＳにおけるステータアセンブリ４Ｓに固定された回転リンク４Ｉは、ユニットハウジング２Ａに対してアームピン２Ｅによって揺動自在に構成されている。これにより、前記ロータアセンブリ４Ｒ側におけるブレーキチャンバ３Ａのロッド３Ｃとの連結ピン３Ｄによる連結とともに、ステータアセンブリ４Ｓ側にても、カム機構４を構成するボールランプアセンブリ４ＲＳの軸方向の移動が許容される。

図１および図２において、符号７で示されるものは、ユニットハウジング２Ａに対するブレーキアーム５、６の初期位置を保持するための規制部材で、ユニットハウジング２Ａおよびブレーキアーム５、６のほぼ面一となるそれぞれの側面に当接する平板状の板ばね７を、前記ブレーキアーム５、６のユニットハウジング２Ａに対する支軸であるアームシャフト５Ｂ、６Ｂの両端部を閉塞する形態にて装着される固定用プラグ５Ｃ、５Ｃにて取り付ける。これにより、ブレーキアーム５、６のみが全方向に自由度を有して低質量部が揺動するように構成できるものでありながら、堅固なユニットハウジング２Ａ部に支持されたアームシャフト５Ｂ、６Ｂに装着した平板状の板ばね７の弾性によって、ブレーキアーム５、６の初期位置を確実に保持して盲動させることがないばかりか、ブレーキアーム５、６の適度の動きを許容することができる。また、前記板ばね７をアームシャフト５Ｂ、６Ｂの固定用プラグ５Ｃ、６Ｃによって固定すれば、アームシャフト５Ｂ、６Ｂの固定用プラグ５Ｃ、６Ｃを板ばね７の固定に兼用させて部品の削減を可能にするとともに、固定のための工程も一挙にできる。

図３に示すように、パワーユニットを構成するブレーキチャンバ３Ａおよびカム機構４を構成するボールランプアセンブリ４ＲＳを内部に配設した取付けハウジング１とユニットハウジング２Ａとが、締結ボルト（図示省略）により上下に連結され、下端部にブレーキパッド１８Ｒがブレーキボルトにより上下に首振り自在（図２、図５も参照）に支持されたブレーキアーム５が、ユニットハウジング２Ａに対してアームシャフト５Ｂにより軸支されて組み付けられる。ユニットハウジング２Ａに対して側面視で略門型形状のブレーキアーム５の上端部５Ａが、図５に示すように、自動隙間調整機構１７Ｒ、１７Ｓを介して接続されるロッド部材１６Ｒ、１６Ｓに連結され、その下方の中間部がアームシャフト５Ｂ、６Ｂにより軸支して取り付けられる。

アームシャフトの中心線での側断面図である図１により、ブレーキアーム５側（ブレーキアーム６側も同じ）についてのみ説明すると、ユニットハウジング２Ａとブレーキアーム５とにアームシャフト５Ｂのための軸孔部２Ｆ、５Ｆが形成され、該軸孔部２Ｆ、５Ｆにスリーブ５Ｄ、５Ｄを介して挿通されるアームシャフト５Ｂの両端部に、アームシャフト５Ｂの両端部を閉塞する形態にてプラグ部材５Ｃ、５Ｃを螺子込む。アームシャフト５Ｂの中央位置に配設された球面軸受け２Ｂの両端面に前記スリーブ５Ｄ、５Ｄの内端面が当接する。スリーブ５Ｄの外周とユニットハウジング２Ａの軸孔部２Ｆ内周との間にはプラグ２Ｃ、２Ｃが介設される。２Ｄは防塵ブーツである。このように構成することによって、アームシャフト５Ｂは軸孔部２Ｆ、５Ｆよりも短い、単なる棒状体で構成することができてボルト・ナット等のように精密工作をする必要がなく低コストで済む。そして、プラグ部材５Ｃ、５Ｃのブーキアーム５への螺子込みによって、スリーブ５Ｄを介して球面軸受け２Ｂの両端面を確実に押し付けて位置決めすることができる。かくして、可撓性を有するスリーブ５Ｄ、プラグ２Ｃ、球面軸受け２Ｂによるアームシャフト５Ｂの支持により、ブレーキアーム５が全方向に自由度を有してディスクロータのあらゆる方向への動きにパッド部を追随させることが可能になる。

このように、球面軸受け２Ｂによってブレーキアーム５の高い全方向の自由度を確保しつつ、制動時に発生するブレーキトルクがブレーキアーム５に嵌合されたスリーブ５Ｄ、５Ｄの各内端面が球面軸受け２Ｂの両端面にて効果的に負担されるので、ブレーキアーム５への旋回力が軽減でき、アクチュエータや倍力装置側へのブレーキトルクの影響を抑制できる。また、前記ブレーキアーム５における軸孔部５Ｆ、５Ｆの両端部にプラグ部材５Ｃ、５Ｃを装着することにより、前記アームシャフト５Ｂを抜止め規制して、アームシャフト５Ｂを螺子部等を形成する必要のない単なる棒状体にて構成することができて低コストとなる。さらに、アームシャフト５Ｂに無関係に、プラグ部材５Ｃとスリーブ５Ｄおよび球面軸受け２Ｂとの軸方向寸法が精度よく設定されるので、アームシャフト５Ｂとプラグ部材５Ｃとの間に僅かの隙間が損しても何ら問題がなく、アームシャフト５Ｂの精度がさらにルーズでよく、さらに低コストとなる。

なお、図１の例では、ブレーキアーム５の軸孔部５Ｆ、５Ｆにプラグ部材５Ｃ、５Ｃを螺子込むことによって、一対のスリーブ５Ｄ、５Ｄの内端面を球面軸受け２Ｂの両端面に当接させているが、閉塞蓋状体を有する一対のスリーブの外周の一部に螺子部を形成して、これら一対のスリーブをブレーキアーム５の軸孔部５Ｆ、５Ｆに螺子込むことによっても、これらスリーブの内端面を球面軸受け２Ｂの両端面に当接させるように構成され、これらスリーブの内側に嵌合されるアームシャフト５Ｂを精度を要することのない棒状体にて構成することができる。

図５を用いてブレーキアーム５、６の上端部５Ａ、６Ａと自動隙間調整機構１７Ｒ、１７Ｓから出力されたロッド部材１６Ｒ、１６Ｓとの連結について説明する。自動隙間調整機構１７Ｒ、１７Ｓの末端部を構成するロッド部材１６Ｒ、１６Ｓの外端部の非円形外周部が、ブレーキアーム５（ブレーキアーム６についても同様、以下同じ）の上端部５Ａ、６Ａに形成された遊嵌孔部に挿入され、その非円形外周部にロックプレート１１が嵌合されてアーム上端部５Ａの外側においてスプリング１０にて弾接してカップスプリング９およびクリップ１２により保持させる。ロックプレート１１はアーム上端部５Ａの外側面に回転不能に固定される。ロックプレート１１、クリップ１２およびカップスプリング９を外部から取り外すことでロッド部材１６Ｒの回転を許容できるようにして、自動隙間調整機構のアジャスタを戻して、ロッド部材１６Ｒとアーム上端部５Ａの遊嵌孔部との係合を開放して、ブレーキパッドの交換が容易となる。

詳述はしないが、自動隙間調整機構１７Ｒ、１７Ｓについて簡単に述べると、ボールランプアセンブリ４ＲＳのロータアセンブリ４Ｒとステータアセンブリ４Ｓとが軸方向に離反隔離すると、ステータ側のレバーブラケットに対してロータ側のレバーブラケットが互いに反対方向に移動することになるが、ブレーキパッド１８Ｒ、１８Ｓの摩耗による過ストロークが発生したときに、前記一対のレバーブラケットの移動に伴うアジャスタレバーの揺動によりアジャスタリングを回動させることで、アジャスタリングに螺合されたアジャスタ・ジョイントアセンブリが摩耗分を詰めて進出して自動隙間調整を行うものである。

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、ハウジングの二分割形態、およびそれらへのブレーキチャンバおよびカム機構の装着・配設形態、パワーユニットのアクチュエータを構成するブレーキチャンバ（正圧型、負圧型のいずれもが採用可能である）の形状、形式（ダイヤフラム型、ピストン型等）および配設部位、ブレーキアームのハウジングへの全方向に自由度を有しての揺動軸支形態（隙間、球面ベアリング、可撓性のあるスペーサおよびプラグ等の採用等）、アームシャフトのためにブレーキアームとハウジングに形成される軸孔部の形状、つまりスリーブやプラグ部材と軸孔部との関連構成（スリーブ外径よりプラグ部材の外径をやや大きく形成して、確実にスリーブ外端面を受け止めるようにしてもよいし、スリーブ外径とプラグ部材外径とをほぼ等しくしてもよい。また、プラグ部材のブレーキアームの軸孔部への装着形態として螺合でもよいし、適宜のワンタッチ装着形態でもよい。また、プラグ部材がスリーブを兼用するように、閉塞蓋状体を有するスリーブの外周の一部に螺子部を形成して、これらスリーブをブレーキアームの軸孔部に螺合するように構成することもできる）、スリーブのハウジングへの支持形態（プラグの介在、ブーツの介在等）、スリーブおよび球面軸受け内のアームシャフトの嵌合形態（適度の精度は要求される）、アームシャフトの形状（単純な丸棒状体でよい）、長さ（両端部がプラグ部材に当接せず僅かに短くてもよい）、球面軸受けの形状、形式、スリーブの各内端面の球面軸受けの両端面への当接形態（直接当接させるが、スラストメタル等を介してもよい）、スリーブを介した球面軸受けの両端面への与圧力の大きさ、プレーキパッドの形状、形式およびブレーキアームへの軸支形態（上下首振り形態等）、板ばねの形状、形式およびそのプラグ部材等への装着形態、パワーユニットとしてのカム機構を構成するボールランプアセンブリ倍力機構の形状、形式（好適には直交するブレーキチャンバのロッドの押圧によって操作力を得て相対回転するロータアセンブリとステータスアセンブリとの対向端面間配設されたボールとボール収納溝とのカム作用により軸方向に拡大縮小する構成を採用するが、ブレーキチャンバのロッドの牽引によってロータアセンブリとステータスアセンブリとの相対回転を得るように構成してもよい）、自動隙間調整機構の形状、形式およびその隙間調整形態等についても適宜選定できる。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。

本発明のブレーキアーム支持構造の１つの実施例を示すもので、アームシャフトの中心線での側断面図である。 同、ブレーキアーム支持構造が採用されたディスクブレーキ装置の全体斜視図である。 同、カム機構のカム面での断面図を含むブレーキアームの側面図である。 同、上部の取付ハウジングを取り外した状態のディスクブレーキ装置の全体斜視図である。 同、ブレーキチャンバと直交してカム機構を構成するボールランプアセンブリの中心線上でのディスクブレーキ装置の全体断面図である。 従来例を示す鉄道車両用ディスクブレーキ装置の説明図である。

符号の説明

１ 取付けハウジング
２Ａ ユニットハウジング
２Ｂ 球面軸受け
２Ｃ プラグ
２Ｄ ブーツ
２Ｆ 軸孔部
３ ブレーキチャンバアセンブリ
５ ブレーキアーム
５Ａ アーム上端部
５Ｂ アームシャフト
５Ｃ プラグ部材
５Ｄ スリーブ
５Ｆ 軸孔部
７ 板ばね
１６Ｒ ロッド部材
１８Ｒ パッド

Claims (3)

1. ブレーキチャンバによって進出するロッドと、前記ロッドの進出により作動するカム機構と、ハウジングに支持されかつ前記カム機構の作動により押圧されるブレーキアームと、前記ブレーキアームの押圧によりブレーキパッドを押圧作動させるディスクブレーキ装置のブレーキアーム支持構造であって、前記ブレーキアームは門形形状として形成されその内部にユニットハウジングが配置されており、前記ユニットハウジングとブレーキアームとはアームシャフトによって連結されており、前記アームシャフトはブレーキアームとユニットハウジングに形成された軸孔部の双方に嵌合する一対の可撓性を有するスリーブに嵌合しており、さらに、前記スリーブの各内端面がそれぞれアームシャフトの中央部に配設された球面軸受けの両端面に当接して構成されており、前記ユニットハウジングとブレーキアームとが全方向に自由度を有して連結されていることを特徴とするブレーキアーム支持構造。
2. 前記ブレーキアームにおける軸孔部の両端部にプラグ部材を装着することにより、前記アームシャフトを抜止め規制することを特徴とする請求項１に記載のブレーキアーム支持構造。
3. 前記プラグ部材の装着により、前記一対のスリーブを軸方向に押圧して球面軸受けの両端面に与圧を付与して当接するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキアーム支持構造。

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