JP5102073B2 - 鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチに関する。

摩擦クラッチは、多円板式、円錐方式が用いられ、一般には原動側（エンジン，電動機など）より従動側（車輪など）に回転運動を回転軸を通して伝達している場合，一方のクラッチ体（移動側クラッチ体という）を軸方向に移動させこれを定位置に位置決めされた他方のクラッチ（固定側クラッチ体という）との組み合わせを用いて動力伝達を必要に応じて断続する目的で使用されることが多い。

これに対して鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子隙間調整装置に組み込まれた摩擦クラッチは、軸方向に移動可能な移動側クラッチ体と、定位置に位置決めされた固定側クラッチ体との組み合わせを用いて制輪子隙間の調整に際し、制輪子の送り機構に、一定の力で摩擦拘束力を与えるために使用されている。鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子隙間調整装置には、円錐方式による移動側クラッチ体と固定側クラッチ体との組み合わせによる摩擦クラッチが用いられる（特許文献１参照）。

円錐方式による移動側クラッチ体と固定側クラッチ体とは、同心上に配置される。移動側クラッチ体と固定側クラッチ体とを同心上に配置することは、トルク値をはじめ、所要の特性の安定を確保する上に必要なことである。ところで、移動側クラッチ体と固定側クラッチ体とを同心上に配置するためには、移動側クラッチ体がその回転軸と同心に保たれていなけれればならない。

移動側クラッチ体がその軸心を回転軸として回転すれば、移動側クラッチ体を固定側クラッチ体に均等に圧接することができる。移動側クラッチ体をスプライン結合により回転軸に保持させることは同軸保持に有効であって、格別に問題となることはないが、鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子隙間調整装置のように、機構上の制約を受けてスプライン結合が適用できない場合には、回転軸の一部に多角形の角軸部分を形成し、この角軸部分を移動側クラッチ体の軸孔に開口した角穴内に挿し込んで回転軸に噛み合わせている。

実際に制輪子隙間調整装置に組み込まれた摩擦クラッチでは、駆動軸となる主動歯車の回転軸の一部に多角形の角軸部分を形成し、この角軸部分に移動側クラッチ体を嵌め合わせ、移動側クラッチ体の摩擦ライニングの面を筐体内面の固定側クラッチ体の円錐面と向きあわせに圧接している。

一般に大小異径の円形断面で構成された回転軸に、移動側クラッチ体のような回転体を組み付けたときに、回転軸に対する回転体の同心性を高い精度に保つことは可能である。これに対して回転軸の一部に別工程で加工された多角形の部分が加わると、多角形の部分に組みつけられた回転体の同心性の保持に問題が生じる。いずれにしても工作機械で多角形、例えば断面形状を正四角形の形状を高精度に加工するのは困難を伴う作業である。

まして断面円形に切削加工した丸軸部分に後工程で断面四角形状の角軸部分を加工した回転軸について、断面円形の丸軸部分の中心と、断面四角形の角軸部分の中心との同心性を求めるには、誤差に対する許容範囲の問題であって、両部分の回転軸心を同軸上に完全に合致させることは難しい。

図５に断面四角形の角穴を形成した移動側クラッチ体を、９０°ずつ角度をずらせて０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の角度で回転軸の一部に形成した断面四角形の角軸部分に噛み合わせ、これを一定圧力で筐体の固定側クラッチ体に押し付けて最小動作圧力（ｋＰａ）の値を測定したところ、その値は２８０〜５３０の範囲で大きくばらついた。その原因は、角軸部分の中心が回転軸の回転軸心からずれるために、固定側クラッチ体の圧接面に対する移動側クラッチ体の押し付け力が部分的に変化するためである。
実公昭５８−９８１１号公報

解決しようとする問題点は、断面多角形の角軸部分を回転軸上に形成するときには、角軸部分に噛み合わせる従動側クラッチ体の回転中心を回転軸心に合致させることが難しいという点である。

本発明は、軸方向に移動可能な移動側クラッチ体と、定位置に位置決めされた固定側クラッチ体との組み合わせを用いた円錐方式の摩擦クラッチである。本発明において、移動側クラッチ体は、回転軸に支えられて固定側クラッチの円錐面に圧接されるものであり、回転軸は、その一部に角形断面の角軸部分と丸形断面の丸軸部分とを有し、移動側クラッチ体の軸孔には、丸穴を形成する部分と角穴を形成する部分とを有している。丸穴を形成する部分は、回転軸の丸軸部分に嵌合して移動側クラッチ体を回転軸と同心に支える部分であり、角穴を形成する部分は、回転軸の角軸部分に噛み合わせて回転軸の回転力を移動側クラッチ体に伝える部分である。本発明は、移動側クラッチ体を回転軸と同心に支えた状態で回転軸の角軸部分にかみ合わせて回転させることが最大の特徴である。また、本発明において、丸穴を形成する部分は、その四隅を角型に拡径されることによって角穴を形成する部分と共通の丸角共通穴部分として形成され、角穴を形成する部分は、この丸角共通穴部分と、その先の角穴専用部分からなっており、丸角共通穴部分と、角穴専用部分との間には、段差が形成され、Ｏ−リングを丸角共通穴部分と、角穴専用部分との間に形成された段差に支えて移動側クラッチ体を回転軸と同軸上に支えている。

本発明による摩擦クラッチによれば、回転軸と移動側クラッチ体とは、回転軸の円形断面の丸軸部分と、移動側クラッチ体の丸穴を形成する部分との結合により移動側クラッチ体は回転軸と同心を保ち、回転軸の回転力は、角形断面の角軸部分と角穴を形成する部分との噛み合わせによって移動側クラッチ体に伝えられ、回転軸の角軸部分に対する移動側クラッチ体の角穴を形成する部分の噛み合わせ角度が回転方向にずれても移動側クラッチ体は回転軸と同心を保ち、固定側クラッチ体に対する摩擦抵抗力を一定に保つことができる。この関係は、動力伝達を必要に応じて断続させる摩擦クラッチに対してもそのまま当てはまり、回転軸の角軸部分に対する移動側のクラッチの噛みあい位置が変更されても、固定側クラッチと移動側クラッチ間の摩擦抵抗に違いを生じさせない。

移動側クラッチ体を回転軸に嵌め合わせるに際して、移動側クラッチ体を回転軸と同心上に保たせるという目的を、基本的に回転軸の丸軸部分を移動側クラッチ体の軸孔内の丸穴を形成する部分に嵌め合わせ、回転軸の角軸部分を移動側クラッチ体の軸孔内の角穴を形成する部分に噛み合わせることによって実現するものである。

以下に、本発明による摩擦クラッチを適用した制輪子隙間調整装置の実施例を説明する。制輪子隙間自動調整装置は、制輪子と車輪間の隙間が増大したときに、その隙間の変動を補償する装置である。図１（ａ）〜（ｃ）において、制輪子隙間自動調整装置に組み込まれた摩擦クラッチ１は、円錐方式であり、主動歯車２と一体成形された回転軸３に移動可能に結合された移動側クラッチ体４と、筐体５の内面に円錐面として形成された固定側クラッチ体６との組み合わせである。

移動側クラッチ体４は、クラッチばね７の押圧力を受けてその円錐面に張られた摩擦ライニングが筐体５の内面に形成された固定側クラッチ体６の中空円錐面に圧接されている。摩擦クラッチ１は、ねじ筒（図示略）に摩擦拘束力を付与してその自由回転を阻止し、制輪子が磨耗して隙間調整が実施されるときに送りねじの移動で主動歯車２への回転力が摩擦クラッチ１による摩擦拘束力に打ち勝って回転するようになっているのであるが、ブレーキ機構のメカニズムを含めてその動作は本件発明には直接関係がないので、制輪子隙間自動調整装置のブレーキ機構についての説明は、これを省略する。

主動歯車２を一体に備えた回転軸３の一部には角軸部分が形成され、回転軸３を移動側クラッチ体４に開口した四角形の角穴を形成する部分内に挿し込み、主動歯車２に支えられたクラッチばね７で移動側クラッチ体４を軸方向に加圧し、表面の摩擦ライニングの面を筐体の内面に形成された固定側クラッチ体６の中空円錐面に圧接して摩擦拘束力を発生させるようになっている点は従来の摩擦クラッチと同じである。本発明においては、従動クラッチ体４を回転軸の丸軸部分に同心に保持させるとともに、角軸部分に噛み合わせたものである。

図２に、主動歯車２を備えた回転軸３と、該回転軸３に、軸方向を移動可能に噛み合わせる移動側クラッチ体４との組み合わせ例を示す。図において、回転軸３の軸方向の内外に一定間隔を置いて形成された角軸部分８ａ、８ｂ（回転軸の外端側の角軸部分を８ａ、主動歯車２側の角軸部分を８ｂとして区別している）の間には、円形断面の丸軸部分９が回転軸の回転軸心と同心に形成されている。

一方、移動側クラッチ体４の軸孔内には、回転軸３の角軸部分８ａに噛み合わせる角穴専用部分１０と、Ｏ−リング（丸径材）１４を介して回転軸３の丸軸部分９及び角軸部分８ｂを嵌合させる丸角共通穴部分１１とが形成されている。丸角共通穴部分１１は、回転軸の丸軸部分９を嵌合させる丸穴を形成する部分であり、また丸穴を形成する部分の外周一部を拡径することによって回転軸３の角軸部分８ａ又は８ｂの一部を受け入れる角穴を形成する部分でもあり、要するに、丸角共通穴部分１１は前記丸穴を形成する部分と角穴を形成する部分とを兼ねる部分として形成されたものである。また、丸角共通穴部分１１と、角穴専用部分１０とが、角穴を形成する部分である。

回転軸３は、主動歯車２と、丸軸部分９とが一体成形された段付軸であり、回転軸３に角軸部分８ａ、８ｂと丸軸部分９を形成するに際しては、その段付軸の大径部をまず切削して丸軸部分９を先に形成して次に角軸部分８ａ、８ｂを形成する。

もっとも、丸軸部分９を先に形成し、次いで角軸部分８ａ、８ｂを加工するという加工の順序は、あくまで一例であって、丸軸部分の加工と角軸部分の加工とは、いずれが先であってもよい。一方、移動側クラッチ体４の加工に対しては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、まず移動側クラッチ体４の軸孔には、予め一定深さで丸穴を形成する部分の内径に相当する口径の開口と、その先の一定厚みの部分には丸穴を形成する部分の開口径より小径の小孔１２とを開口しておき、軸孔内にブローチ（図示略）を挿し込んで前記回転軸３に形成した角軸部分８ａを嵌合させる４角形の角穴専用部分１０と、前記丸角共通穴部分１１とを一挙に形成する。

移動側クラッチ体４の軸孔内には、円錐の大径側端縁から一定の長さの範囲にわたり、円形の開口部分の四隅が角型に拡径されて丸角共通穴部分１１が形成され、丸角共通穴部分１１から先の円錐の小径側の一定厚みの部分には角穴専用部分１０が開口される。移動側クラッチ体４は、回転軸３に外装され、クラッチばね７を作用させて固定側クラッチ体６の摩擦面に圧接されるが、両角軸部分８ａ、８ｂ間に形成された回転軸３の丸軸部分９には、対をなすバックアップリング１３ａ，１３ｂで挟んでＯ−リング１４を予め嵌めこんでおき、このＯ−リング１４を移動側クラッチ体４の軸孔内に受け入れて回転軸３に軸方向を進退動可能に外装し、移動側クラッチ体４の背面をクラッチばね７で軸方向に押圧して移動側クラッチ体４の摩擦ライニングを筐体５の内壁に形成された固定側クラッチ体６の円錐面に圧接して摩擦クラッチ１に組立てる。

対をなすバックアップリング１３ａ，１３ｂとＯ−リング１４との組は、図１（ａ）に示すように回転軸３の両角軸部分８ａ、８ｂ間で丸軸部分９の外周に保持され、移動側クラッチ体４の丸角共通穴部分１１を支えて移動側クラッチ体４を回転軸３上に保持するが、Ｏ−リング１４は、丸角共通穴部分１１と、角穴専用部分１０との間に形成された段差に支えられて角軸部分８ｂの端面に押し付けられるため、回転軸芯に対して垂直姿勢を保ち、移動側クラッチ体４を常に回転軸３と同軸に保持する。

本発明において、移動側クラッチ体４の軸孔内に回転軸３を任意の角度で挿し込んだときに、移動側クラッチ体４は、Ｏ−リング１４を介して回転軸３の丸軸部分９の部分に軸承されて移動側クラッチ体４は回転軸３と同軸に保持され、主動歯車２の回転力は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように回転軸３の角軸部分８ａ、８ｂから移動側クラッチ体４の角穴専用部分１０および丸角共通穴部分１１を経て移動側クラッチ体４に伝えられる。これは移動側クラッチ体４の角穴を形成する部分と、回転軸３の角軸部分８ａ、８ｂとの噛み合わせ角度を変えても同じである。

図４において、移動側クラッチ体４の角穴を形成する部分と、回転軸３の角軸部分８ａ、８ｂとの噛み合わせ角度を９０°ずつ変更してそれぞれの角度で移動側クラッチ体４を、回転軸３に嵌め合わせたときのそれぞれの角度での最小動作圧力を示している。測定値はいずれもほぼ２８０〜３００ｋＰａで、クラッチの取り付け角度を変えても実用上での動作圧力の違いは生じなかった。

すなわち、本発明においては、移動側クラッチ体４の角穴を形成する部分と、回転軸３の角軸部分８ａ、８ｂとの噛み合わせ位置の変更の如何に関わらず、移動側クラッチ体４は、常にＯ−リング１４を介して回転軸３と同軸に保持され、回転軸３の角軸部分８ａ、８ｂあるいは移動側クラッチ体４の角穴を形成する部分の加工誤差、回転軸３への移動側クラッチ体４の組み付け角度の違いに関わらず、移動側クラッチ体４は回転軸３と同軸に保持され、固定側クラッチ体６に対する摩擦抵抗の変動は生じないことがわかった。

以上実施例として軸方向に移動可能な移動側クラッチ体と、定位置に位置決めされた固定側クラッチ体との組み合わせを用いた鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチについて説明したが、原動側（エンジン，電動機など）より従動側（車輪など）に回転運動を回転軸を通して伝達する移動側クラッチ体を軸方向に移動させ、これを定位置に位置決めされた固定側クラッチ体に適宜結合して回転力の伝達を行う摩擦クラッチについても全く同様に適用することができる。

本発明によれば、鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチを始め、円錐方式による移動側クラッチ体と固定側クラッチ体とを組み合わせた各種機器の摩擦クラッチ機構に広く適用することができる。

（ａ）は、本発明による摩擦クラッチを組み込んだ制輪子隙間自動調整装置の要部を示す側面断面図、（ｂ）は断面平面図、（ｃ）は（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図である。 主動歯車を備えた回転軸と、該回転軸に軸方向を移動可能に噛み合わせる移動側クラッチ体との組み合わせ例を示す図である。 ブレーキ装置の要部拡大斜視図である。 移動側クラッチ体の軸孔に丸角共通穴部分と角穴専用部分とを形成する要領の一例を示す図である。 本発明による摩擦クラッチにおける断面四角形の角穴を形成した移動側クラッチ体を、９０°ずつ角度をずらせて回転軸の一部に形成した断面四角形の角軸部分に噛み合わせ、これを一定圧力で筐体の固定側クラッチ体に押し付けたときの最小動作圧力（ｋＰａ）の値を示す図である。 従来の摩擦クラッチにおける断面四角形の角穴を形成した移動側クラッチ体を、９０°ずつ角度をずらせて回転軸の一部に形成した断面四角形の角軸部分に噛み合わせ、これを一定圧力で筐体の固定側クラッチ体に押し付けたときの最小動作圧力（ｋＰａ）の値を示す図である。

符号の説明

１ 摩擦クラッチ
２ 主動歯車
３ 回転軸
４ 移動側クラッチ体
５ 筐体
６ 固定側クラッチ体
７ クラッチばね
８ａ、８ｂ 角軸部分
９ 丸軸部分
１０ 角穴専用部分
１１ 丸角共通穴部分
１２ 小孔
１３ａ、１３ｂ バックアップリング
１４ Ｏ−リング

Claims (2)

1. 制輪子と車輪間の隙間が増大したときに、その隙間の変動を補償する鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチであって、
   摩擦クラッチは、移動側クラッチ体と、固定側クラッチ体との組み合わせであり、固定側クラッチ体は、筐体の内面に円錐面として形成されたものであり、
   移動側クラッチ体は、制輪子隙間調整が実施されるときに摩擦クラッチによる摩擦拘束力に打ち勝って回転する主動歯車と一体に成形された回転軸に軸方向を移動可能に結合され、クラッチばねの押圧力を受けて円錐面に張られた摩擦ライニングが前記固定側クラッチの中空円錐面に圧接されるものであり、
   回転軸は、その一部に角形断面の角軸部分と丸形断面の丸軸部分とを有し、
   移動側クラッチ体の軸孔には角穴専用部分と、丸角共通穴部分とを有し、
   角穴専用部分は、回転軸の角軸部分に噛み合わせる部分であり、
   丸角共通穴部分は、回転軸の軸穴内に形成された丸穴を形成する部分の外周一部を拡径することによって形成された回転軸の丸軸部分を嵌合させるとともに角軸部分を受け入れる角穴を形成する部分でもあり、
   回転軸の丸軸部分は、丸角共通穴部分の丸穴を形成する部分に嵌合されて移動側クラッチ体を回転軸と同心に支え、
   角穴専用部分および丸角共通穴部分の角穴を形成する部分は、回転軸の角軸部分に噛み合わされて回転軸の回転力を移動側クラッチ体に伝える部分であり、
   回転軸の一部に形成された角軸部分は、丸形断面の丸軸部分をはさんでその両側に形成された角軸部分間にＯ−リングがはめ込まれ、
   前記移動側クラッチ体は、丸軸部分に嵌め合わせたＯ−リングを介して回転軸と同軸に進退動可能に外装され、回転軸の回転力は角穴専用部分および丸角共通穴部分の角穴を形成する部分を介して移動側クラッチ体に伝達されるものであることを特徴とする鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチ。
2. 移動側クラッチ体に形成された角穴を形成する部分は、移動側クラッチ体の丸穴を形成する部分の四隅が角型に拡径されることによって形成された丸角共通穴部分と、移動側クラッチ体に形成された角穴専用部分からなり、丸角共通穴部分は、円錐の大径側端縁から一定深さの範囲にわたって形成され、角穴専用部分は、丸穴共通穴部分から先の円錐の小径側に形成されたものであり、角穴専用部分との間には、段差が形成され、
   Ｏ−リングは、丸角共通穴部分と、角穴専用部分との間に形成された段差に支えられて一定の姿勢を保ち、移動側クラッチ体を回転軸と同軸上に支えるものであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置における制輪子隙間調整装置の摩擦クラッチ。

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