JP5080421B2 - 車両用キャリパブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、対の制輪子が車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置に関するものである。

一般に、鉄道車両の油圧ブレーキは空気圧源から供給される空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、この空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧により油圧ブレーキを作動させるようになっている。

近年、鉄道車両に空気圧源から供給される空気圧により作動する空気圧ブレーキを搭載して、上記の空油変換器と油圧配管を廃止することが望まれている。

特許文献１、２には、油圧シリンダに供給される油圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用ブレーキ装置が開示されている。

特許文献３には、エアチャンバを用いたアクチュエータに供給される空気圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用ブレーキ装置が開示されている。
特開平８−２２６４６９号公報 特開平８−２２６４７１号公報 特開平１１−１９３８３５号公報

しかしながら、このような従来の鉄道車両用ブレーキ装置にあっては、油圧シリンダまたはアクチュエータが制輪子全体を押圧するのではなく、制輪子の一部を押圧するため、この押し付け反力によってキャリパ本体が撓んだり、ディスクの回転面に変形が生じた場合に、制輪子の局部的な温度上昇が生じることによって制輪子の摩擦係数が低下し、制輪子本来の制動力を発揮できず、制輪子の偏摩耗が生じるという問題点があった。

また、特許文献３の図６に示されるテコ式空気圧ブレーキの場合は、テコの軸受部に働く摩擦力等の影響により制輪子をディスクと平行に押すことが難しく、制輪子の偏摩耗が生じるという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、制輪子本来の制動力を発揮できる車両用キャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、対の制輪子がディスクを挟んで摩擦力を付与するキャリパブレーキ装置であって、車体に支持されるキャリパ本体と、制輪子をディスクに押し付けるアクチュエータとを備え、このアクチュエータは、キャリパ本体に形成されるシリンダ壁部と、このシリンダ壁部に摺動可能に収められる薄型平板状に形成された駆動ピストンと、シリンダ壁部と駆動ピストンとの間に画成される圧力室と、制輪子と駆動ピストンとの間に介装される複数の中継ピストンと、この中継ピストンを制輪子に対して進退可能に支持するガイドフレームとを備え、圧力室に導かれる流体圧によって駆動ピストンが各中継ピストンを介して制輪子をディスクに押し付ける構成とした。

本発明によると、制動時に圧力室に導かれる流体圧によって駆動ピストンがシリンダ壁部を移動し、駆動ピストンに追従して複数の中継ピストンが制輪子をディスクに押し付ける構造のため、駆動ピストンが受ける荷重が各中継ピストンに効率良く分配され、制輪子の広い範囲に押し付け力が付与され、制動力を高められる。

駆動ピストンには各中継ピストンの反力が広い範囲に分散して働くため、駆動ピストンがシリンダ壁部に対して傾くことが抑えられる。これにより、駆動ピストンを薄型に形成することが可能となり、キャリパブレーキ装置が大型化することが避けられる。

駆動ピストンと制輪子の間に各中継ピストンが介在するため、制輪子の熱が駆動ピストンに伝達されることを抑制し、駆動ピストンの耐熱性を確保できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１はキャリパブレーキ装置１の側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。

キャリパブレーキ装置１は、対の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動するものである。

図１〜３において、１０は各制輪子７を支持するキャリパ本体である。キャリパ本体１０はそのフランジ部２０が鉄道車両の図示しない台車にボルトを介して締結される。こうして、キャリパ本体１０は台車（車体）に固定される。

図１に示すように、キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる各キャリパアーム１２と、この各キャリパアーム１２を結ぶヨーク部１３とを有する。

キャリパ本体１０には、各キャリパアーム１２に左右のアクチュエータ６０がそれぞれ設けられる。キャリパブレーキ装置１は、図３に示す中心線Ｏｚｘについて対称的に形成される。

図２、図３はそれぞれ制輪子７と一方（右側）のキャリパアーム１２等の断面図である。以下、このキャリパアーム１２に設けられるアクチュエータ６０について説明する。なお、他方（左側）のキャリパアーム１２に設けられるアクチュエータ６０も同様の構成を有する。

制輪子７は、案内板８に取り付けられ、案内板８の両端部は上下のアンカピン４３に結合される。上下のアンカピン４３は、キャリパアーム１２の上下端部に摺動可能に嵌合し、制輪子７をＹ軸方向について支持し、制動時に制輪子７がディスク６と共に回転しないようになっている。

なお、本発明は、これに限らず、キャリパ本体が車輪の回転軸方向について移動可能に支持されるフローティングタイプのキャリパブレーキ装置に適用しても良い。その場合、アクチュエータは左右のキャリパアームの一方のみに設けられる。

図２に示すように、キャリパアーム１２にはキャリパ部１４に形成される楕円筒状のシリンダ壁部１５と、このシリンダ壁部１５を塞ぐシリンダ底部１６とが一体形成される。

なお、これに限らず、シリンダ壁部１５とシリンダ底部１６をキャリパ本体１０と別体で形成しても良い。

アクチュエータ６０は、シリンダ壁部１５に摺動可能に収められる駆動ピストン６２と、シリンダ壁部１５とシリンダ底部１６とこの駆動ピストン６２の間に画成される圧力室６３とを備え、この圧力室６３に導かれる空気圧により駆動ピストン６２がＸ軸方向に移動する。

アクチュエータ６０は各アンカピン４３の間に配置され、シリンダ壁部１５と駆動ピストン６２とはそれぞれ制輪子７に沿って延びる楕円形の断面形状を有する。

制輪子７のディスク６に摺接するライニング９は、ディスク６に沿った形状を有する。図１において、上下のアンカピン４３の中心を結ぶ中心線Ｏｙは、制輪子重心Ｇに対してディスク６の外径方向（Ｚ軸方向）にオフセットされる。シリンダ壁部１５は制輪子重心Ｇについて対称的に形成される。

駆動ピストン６２にはシールリング６４が取り付けられ、このシールリング６４がシリンダ壁部１５に摺接し、圧力室６３を密封する。シールリング６４は駆動ピストン６２とシリンダ壁部１５に沿って楕円形に延び、その途中に折れ曲がる部位を持たないため、圧力室６３の密封性を維持できる。

キャリパアーム１２には圧力室６３に加圧空気を導く通孔６５が形成される。この通孔６５は図示しない配管を介して鉄道車両の空気圧源に連通する。この空気圧源からの加圧空気は図示しない切換弁を介して圧力室６３に供給される。図示しないコントローラからの指令に応じて切換弁は制動時に空気圧源からの加圧空気を圧力室６３に導く一方、非制動時に大気圧を圧力室６３に導く。

駆動ピストン６２と制輪子７の間に複数の中継ピストン５５が介装される。円柱状をした中継ピストン５５は、ガイドフレーム９０に摺動可能に支持され、駆動ピストン６２の動きを制輪子７に伝達する。

キャリパ本体１０にはシリンダ壁部１５のまわりに取付座１７が形成され、この取付座１７にガイドフレーム９０が複数のボルト９６を介して締結される。

なお、これに限らず、ガイドフレーム９０をキャリパ本体１０と一体的に形成しても良い。

ガイドフレーム９０は駆動ピストン６２と制輪子７の間に設けられる。ガイドフレーム９０にはＸ軸方向に延びる複数のガイド穴９１が形成される。各中継ピストン５５は、このガイド穴９１にそれぞれ摺動可能に嵌合し、Ｘ軸方向について変位可能に支持される。

各ガイド穴９１は、駆動ピストン６２の略全域に対峙するように、３列に並んで配置される。中央列に並ぶ各ガイド穴９１は制輪子重心Ｇを通る中心線ＯＧ上に略等間隔を持って並び、その両側に並ぶ各ガイド穴９１は駆動ピストン６２の外周部に沿って略等間隔を持って並ぶ。なお、各ガイド穴９１の個数及び列数はこれに限らず増減しても良い。また、各ガイド穴９１を千鳥状に配置しても良い。

各中継ピストン５５の先端部は断熱部材５１を介して制輪子７の案内板８の背面に当接し、圧力室６３に導かれる空気圧により駆動ピストン６２は各中継ピストン５５を介して制輪子７を押圧する。

断熱部材５１は断熱材によって円盤状に形成され、各中継ピストン５５の先端部に取り付けられる。断熱部材５１は制輪子７の熱が駆動ピストン６２に伝達されることを抑制する。なお、必要に応じて中継ピストン５５に断熱材を溶射する処理等をして駆動ピストン６２等の耐熱性を確保しても良い。

キャリパブレーキ装置１は以上のように構成される。制動解除時に圧力室６３に大気圧が導かれ、駆動ピストン６２が後退しており、制輪子７がディスク６から離れる。このとき、各中継ピストン５５は制輪子７に追従してガイドフレーム９０に押し込まれている。

制動時に圧力室６３に導かれる空気圧により駆動ピストン６２がディスク６に近づく方向に移動し、各中継ピストン５５をガイドフレーム９０から押し出し、各中継ピストン５５が制輪子７をディスク６に押し付ける。これにより、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪を制動する。

キャリパブレーキ装置１はシリンダ壁部１５の断面積と圧力室６３に導かれる最大空気圧力が以下のように設定され、必要なブレーキ力（押し付け力）として約２０ｋＮが得られる。
シリンダ壁部１５の断面積（駆動ピストン６２の受圧面積）：２９０ｃｍ²
空気圧力：０．７ＭＰａ（７００ｋＰａ）
ブレーキ力＝２９０×０．７＝約２０ｋＮ
本実施の形態では、対の制輪子７がディスク６を挟んで摩擦力を付与するキャリパブレーキ装置１であって、台車（車体）に支持されるキャリパ本体１０と、制輪子７をディスク６に押し付けるアクチュエータ６０とを備え、このアクチュエータ６０は、キャリパ本体１０に形成されるシリンダ壁部１５と、このシリンダ壁部１５に摺動可能に収められる駆動ピストン６２と、シリンダ壁部１５と駆動ピストン６２との間に画成される圧力室６３と、制輪子７と駆動ピストン６２との間に介装される複数の中継ピストン５５と、この中継ピストン５５を制輪子７に対して進退可能に支持するガイドフレーム９０とを備え、圧力室６３に導かれる空気圧（流体圧）によって駆動ピストン６２が各中継ピストン５５を介して制輪子７をディスク６に押し付ける構成とした。

制動時に圧力室６３に導かれる空気圧によって駆動ピストン６２が移動し、駆動ピストン６２に追従して複数の中継ピストン５５が制輪子７をディスク６に押し付ける構造のため、駆動ピストン６２が受ける荷重が各中継ピストン５５に効率良く分配され、制輪子７の広い範囲に押し付け力が付与され、制動力を高められる。

駆動ピストン６２には各中継ピストン５５の反力が広い範囲に分散して働くため、駆動ピストン６２がシリンダ壁部１５に対して傾くことが抑えられる。これにより、駆動ピストン６２を薄型に形成することが可能となり、キャリパブレーキ装置１が大型化することが避けられる。

駆動ピストン６２と制輪子７の間に各中継ピストン５５が介在するため、制輪子７の熱が駆動ピストン６２に伝達されることを抑制し、駆動ピストン６２のシールリング６４等の耐熱性を確保できる。

アクチュエータ６０は鉄道車両に搭載される空気圧源からこの圧力室６３に供給される空気圧によって駆動ピストン６２が制輪子７を押圧作動するため、鉄道車両に搭載される空油変換器（油圧源）や油圧配管が不要になり、鉄道車両の軽量化がはかれる。

なお、アクチュエータ６０は、空気圧式のものに限らず、油圧式のものを設け、圧力室６３に油圧を導く構成としてもよい。この場合、従来の油圧式ピストン型キャリパブレーキ装置に比べてアクチュエータの受圧面積が拡大するため、低い油圧でアクチュエータに必要な押圧力を確保でき、空油変換器による増圧が不要になり、空油変換器の小型化がはかれる。

本実施の形態では、キャリパ本体１０に制輪子７をディスク６に対して進退可能に支持する対のアンカピン４３を備え、圧力室６３をこの各アンカピン４３の間に配置したため、駆動ピストン６２が各中継ピストン５５を介して制輪子７をディスク６に押し付ける動きが各アンカピン４３を介して円滑に行われるとともに、各アンカピン４３に挟まれるスペースにおいて駆動ピストン６２の受圧面積を十分に確保し、要求される押圧力を制輪子７の広い範囲に付与することが可能となる。

本実施の形態では、中継ピストン５５の先端部と制輪子の間に断熱部材５１を介装したため、制輪子７の熱が中継ピストン５５を経て駆動ピストン６２に伝達されることを抑制し、駆動ピストン６２のシールリング６４等の耐熱性を確保できる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置の側面図。 同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 同じく図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

符号の説明

１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
８ 案内板
９ ライニング
１０ キャリパ本体
１２ キャリパアーム
１５ シリンダ壁部
１６ シリンダ底部
１７ 取付座
４３ アンカピン
５１ 断熱部材
５５ 中継ピストン
６０ アクチュエータ
６２ 駆動ピストン
６３ 圧力室
６４ シールリング
９０ ガイドフレーム

Claims (4)

1. 対の制輪子がディスクを挟んで摩擦力を付与するキャリパブレーキ装置であって、
   車体に支持されるキャリパ本体と、
   前記制輪子を前記ディスクに押し付けるアクチュエータとを備え、
   このアクチュエータは、
   前記キャリパ本体に形成されるシリンダ壁部と、
   このシリンダ壁部に摺動可能に収められる薄型平板状に形成された駆動ピストンと、
   前記シリンダ壁部と前記駆動ピストンとの間に画成される圧力室と、
   前記制輪子と前記駆動ピストンとの間に介装される複数の中継ピストンと、
   この中継ピストンを前記制輪子に対して進退可能に支持するガイドフレームとを備え、
   前記圧力室に導かれる流体圧によって前記駆動ピストンが前記中継ピストンを介して前記制輪子を前記ディスクに押し付けることを特徴とする車両用キャリパブレーキ装置。
2. 前記キャリパ本体に前記制輪子を前記ディスクに対して進退可能に支持する対のアンカピンを備え、
   前記圧力室を前記各アンカピンの間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
3. 前記中継ピストンの先端部と前記制輪子の間に断熱部材を介装したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
4. 前記シリンダ壁部に摺接するように前記駆動ピストンの側面にシールリングが設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両用キャリパブレーキ装置。

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