JP5439440B2 - インフレータ式緊急ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、エアーシリンダの空圧室への空気の供給に伴うウェッジカムを形成したカムシャフトの軸動によって前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開揺動させてブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキのインフレータ式緊急ブレーキに関する。

従来、ブレーキを搭載する車両、特に鉄道車両用のディスクブレーキでは、一対のブレーキアームの基端部を拡開してそれらの開放端部に設けられたパッドアッセンブリをブレーキロータ（ディスクロータ）の両側から挟圧してブレーキ動作を行う梃子式のキャリパブレーキが知られている。例えば下記特許文献１により提案されたブレーキシリンダに記載された梃子式のキャリパブレーキがある。図示は省略するが、この梃子式のキャリパブレーキにおいて、ブレーキアームの基端部を拡開するために、これらブレーキアームの基端部間に、軸方向に相対移動するシリンダ本体とピストンが配設され、圧力室内への空気圧供給によって、ピストンを軸動させてブレーキアームを拡開・揺動させてブレーキ動作を行うように構成されている。

しかしながら、このような鉄道用エア−ディスクブレーキでは、圧縮空気が作動源であることから、ブレーキ動作の初動においてブレーキの作用力が立ち上がるまでに要する時間が長くなるため、ブレーキ作動信号を受けてからブレーキ力が作用するまでの時間（空走時間）が長くなってしまう問題が生じ、停止するまでの制動距離が延びてしまう課題があった。そのようなことから、下記特許文献２に開示された車両の二重事故防止装置のように、加速度を検知して火薬を爆発させることで、後続車による追突時の前方への車両に対する二重事故を防止するために緊急パーキングブレーキを動作させるように構成したものも提案された。

特開２００８−１６４１５９号公報（公報要約書参照） 特開平９−１７５３５３号公報（公報要約書参照）

前記特許文献２に開示された車両の二重事故防止装置は、必ずしもエアー圧により作動するものではないが、図５に示すように、自動車が停止中等に追突されたとき、パーキングブレーキが自動的に掛かるようにして、前方の車両に対する二重事故の発生を防止することを目的として、ブレーキケーブル１０８に連係したパーキングレバー１０１を引くことによりパーキングブレーキが作動するように構成された車両において、車両が追突されたときに、その加速度をＧセンサ１２６にて検出し、Ｇセンサ１２６の出力信号で火薬１２２を爆発させ、その容量拡大で動作するシリンダ１１９内のピストン１２０で、ピストンロッド１２４、リンク１１８およびアーム１１６を介してパーキングレバー１０１を引く方向に移動させる（２点鎖線１０１’）ように構成したものである。

このように構成したことによって、緊急を要する場合にブレーキ動作に作動遅れをなくすことが可能となったものの、Ｇセンサ１２６の出力信号で火薬１２２を爆発させてブレーキ動作を行わしめるのは、複雑な中間部材を介在させて構成されたものである。すなわち、火薬１２２が設置されるのは、パーキングブレーキにおけるブレーキレバー１０１の基部１０３に端部が軸支されたアーム１１６の端部に、さらにリンク１１８等を介して設置されたシリンダ１１９の内部であり、火薬１２２の爆発力が直接にブレーキケーブル１０８には伝達されないので、火薬１２２の爆発力の分散や時間的遅れが発生したり、介在部品が多くて故障の機会も多くなるのは避けられないものであった。

そこで本発明では、前記従来の空気圧を作動源としてブレーキ動作を行う特にウェッジカム式ブレーキの緊急ブレーキにおける諸課題を解決して、簡素な構造にて空気圧による作動遅れを解消して、爆発力がカムシャフトの作動方向に直接的かつ円滑に作用し、迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にしたインフレータ式緊急ブレーキ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課題解決手段は、
エアーシリンダの空圧室への空気の供給に伴うウェッジカムを形成したカムシャフトの軸動によって前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開揺動させてブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、前記空圧室に点火用電源に接続されたインフレータを設置し、緊急停止指令信号を受けた際に前記点火用電源により前記インフレータを爆発させて前記空圧室内のピストンにより前記カムシャフトをブレーキ動作方向に移動させて緊急ブレーキを動作し、その後空圧室からインフレータで発生したガスを抜き、通常の作動用空気圧により制動を行なうことを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキである。
また、前記インフレータを前記エアーシリンダの空圧室に臨設させたことを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキである。
また、前記インフレータを前記エアーシリンダに対して軸方向の他端側に対向配置した補助シリンダにおける補助ピストンを収容した補助空圧室に臨設させるとともに、補助ピストンの軸動によりカムシャフトをブレーキ動作方向に移動させることを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキである。
また、前記カムシャフトの先端部と補助ピストンとの間に、補助空圧室へのインフレータによる爆発圧の導入の際にのみ、前記カムシャフトがブレーキ動作方向に連動・牽引される連動部を形成したことを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキである。
また、前記インフレータが、各別に動作する形態にて複数個設置されたことを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキである。

本発明によれば、請求項１の構成要件である、エアーシリンダの空圧室への空気の供給に伴うウェッジカムを形成したカムシャフトの軸動によって前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開揺動させてブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキにおいて、緊急停止指令信号を受けた際に爆発して前記カムシャフトをブレーキ動作方向に移動させるインフレータを設置したことにより、簡素な構造にて空気圧による作動遅れを解消して、爆発力がカムシャフトの作動方向に直接的かつ円滑に作用し、迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にするので、従来のもののような複雑な部品を介在させたことによる効率ロスや損傷の機会も少なく、ブレーキ力の発生を瞬時に行えて空走時間も殆どなく、安全性の向上が図れる。

また、請求項２の構成要件である、前記インフレータを前記エアーシリンダの空圧室に臨設させた場合は、通常のサービスブレーキであるエアーシリンダの空圧室にインフレータを追加して設置するだけで、サービスブレーキにおけるエアーシリンダの空圧室への空気の供給による通常のブレーキ動作を行いつつ、万一の緊急時には、サービスブレーキにおけるエアーシリンダをそのまま活用してインフレータによる爆発力を利用して迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にする。さらに、請求項３の構成要件である、前記インフレータを前記エアーシリンダに対して軸方向の他端側に対向配置した補助シリンダにおける補助ピストンを収容した補助空圧室に臨設させるとともに、補助ピストンの軸動によりカムシャフトをブレーキ動作方向に移動させる場合は、サービスブレーキ側の構造改変を伴うことなく、エアーシリンダに対して軸方向の他端側に、後付けでインフレータを配設した補助シリンダを対向配置するだけで、インフレータの爆発力に応じて、後付けの簡素な構造にて空気圧による作動遅れを解消して、爆発力がカムシャフトの作動方向に直接的かつ円滑に作用し、迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にする。

さらにまた、請求項４の構成要件である、前記カムシャフトの先端部と補助ピストンとの間に、補助空圧室へのインフレータによる爆発圧の導入の際にのみ、前記カムシャフトがブレーキ動作方向に連動・牽引される連動部を形成した場合は、通常のサービスブレーキ動作時には、カムシャフトの軸動がインフレータが配設された補助ピストン側に影響を及ぼすことがなく、緊急時のインフレータの爆発による補助ピストン側の爆発力が有効にカムシャフト側を迅速に連動牽引・軸動させて瞬時にブレーキ動作を行うことができる。また、請求項５の構成要件である、前記インフレータが、各別に動作する形態にて複数個設置された場合は、一般的に現場でのリセットが不可能なインフレータであっても、地震の際の連続した余震等に対応して、複数のインフレータが設置されていることによって、余震等に対応して数次の更なる緊急ブレーキ動作が可能となる。

本発明のインフレータ式緊急ブレーキの第１実施例の要部概略平断面図である。 本発明のインフレータ式緊急ブレーキ（後述の第２実施例のもの）を備えた梃子式ディスクブレーキの全体斜視図である。 本発明のインフレータ式緊急ブレーキのブレーキ力の変化図である。 本発明のインフレータ式緊急ブレーキの第２実施例の要部概略平断面図である。 従来の車両の二重事故防止装置の説明図である。

以下、本発明のインフレータ式緊急ブレーキ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。本発明のインフレータ式緊急ブレーキは、図１に示すように、エアーシリンダ２の空圧室９への空気の供給に伴うウェッジカム１０を形成したカムシャフト１１の軸動によって前記ウェッジカム１１のカム作用によりブレーキアーム（図２の符号４）の基端部を拡開揺動させてブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキにおいて、緊急停止指令信号を受けた際に爆発して前記カムシャフト１１をブレーキ動作方向に移動させるインフレータ２１を設置したことにより、簡素な構造にて空気圧による作動遅れを解消して、爆発力がカムシャフト１１の作動方向に直接的かつ円滑に作用し、迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にするので、従来のもののような複雑な部品を介在させたことによる効率ロスや損傷の機会も少なく、ブレーキ力の発生を瞬時に行えて空走時間も殆どなく、安全性の向上が図れる。

以下、本発明のインフレータ式緊急ブレーキの第１実施例について説明する。図２に示すように、適宜のサポートを介してボディ１が車体静止部に固定され、該ボディ１の下部両側に一対のブレーキアーム４、４の中間部がブレーキアーム軸５、５によって揺動自在に軸支される。ブレーキアーム４、４の各開放端にはブレーキホルダを介してパッドアッセンブリ６、６が装着される。そして、ブレーキアーム４、４の各基端部には、後述する図１に示すような、リンク式倍力装置のローラアーム１３に球面ブッシュ１４により連結・支持された出力軸を構成するリンクロッド１５の外側端が球面ブッシュ１６により支持される。

図１に示すように、エアーをエアー供給口７から導入してエアーピストン（主ピストン）８をチャンバスプリング（図示省略、図１でエアーピストン８をブレーキ非作動の右方向へ復帰させる付勢力を生じさせるスプリング。エアーピストン８のウェッジカム１０側の背面に介設される）の復元力に抗してブレーキ動作側の軸方向他方側（図面左側）に作動させるエアーシリンダ２が、カムシャフト１１の一方側（図面右側）に配設される。カムシャフト１１の軸方向他方側への移動に伴い、カムシャフト１１に取り付けられて形成されたウェッジカム１０の傾斜面に乗り上げるカムローラ１２、１２が配設される。

カムローラ１２、１２は、例えば、リンク式倍力装置を構成する、ストラット１９の両端部に他端部がそれぞれベアリング１８、１８によって軸支された一対のローラアーム１３、１３の一端部にそれぞれ軸支されている。ウェッジカム１０の傾斜面へのカムローラ１２、１２の乗上げによって、ローラアーム１３、１３は拡開方向に揺動して、ローラアーム１３、１３の略中間部に球面ブッシュ１４により連結・支持されたリンクロッド１５、１５を梃子の原理によって倍力して外方（図面上下方向）へ軸動させる。これによって、図２に示したブレーキアーム４、４の各基端部を球面ブッシュ１６、１６を介して拡開方向に揺動させて、ブレーキアーム４、４、の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ６、６を図示省略のブレーキロータに挟圧させてブレーキ動作が行われる。

本発明の緊急ブレーキの第１実施例における最も特徴的な構造として、空気圧すなわちエアー圧が供給されて通常のサービスブレーキとして機能する前記エアーシリンダ２の空圧室２に、緊急停止指令信号を受けた際に爆発して主ピストンすなわちエアーピストン８をして前述のカムシャフト１１をブレーキ動作方向に移動させるインフレータ２１を設置したものである。図１の例では、サービスブレーキのエアー供給口７の両側にインフレータ２１、２１’を振分け設置している。無論、１個の設置でも３個等の設置でもよい。これらのインフレータ２１は点火用電源に接続されており、自動車等において多用されているエアーバッグの爆薬を起動させるＧセンサ等を利用して、地震等の緊急ブレーキを必要とする所定の加速度を検出した緊急停止指令信号を受けて点火スイッチＳ１が閉じられる。これにより、インフレータ２１が爆発する。

インフレータ２１が爆発することによって、通常のサービスブレーキ時にエアーが供給される空圧室９にあって爆発的な加圧がなされ、迅速かつ瞬時にエアーピストン８をしてカムシャフト１１をブレーキ動作方向に移動させる。次いで、ウェッジカム１０の傾斜面を介してリンク式倍力装置を構成するローラアーム１３、１３を拡開させ、リンクロッド１５、１５を介してブレーキアーム４、４の各基端部を拡開方向に揺動させて、ブレーキアーム４、４、の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ６、６をブレーキロータに挟圧させてブレーキ動作が行われる。インフレータ２１の爆発力、ウェッジカム１０の傾斜面そしてリンク式倍力装置を構成するローラアーム１３、さらには梃子式ブレーキアーム４の各倍力機構を通じて、瞬時に強力なブレーキ力が作用して空走距離も少なく効果的に安全にブレーキ動作が行われる。

メインのインフレータ２１が最初の点火によって動作して役目を終えた後、線路の安全点検等によって車両が走行した後に、再度、余震等に起因して緊急停止指令信号を受けた場合等に、現場でのインフレータ２１のリセットが不可能なときでも、補助の第２インフレータ２１’を設置しておけば、そのような余震への対応が可能となる。第２インフレータ２１’は最初のメインのインフレータ２１の起動とは独立させておく（各別に動作する形態）。例えば、単なるオン・オフスイッチの介在により、使用したいインフレータの点火配線をオンにしておけばよい。かくして、本実施例では、通常のサービスブレーキであるエアーシリンダ２の空圧室９にインフレータ２１を追加して設置するだけで、サービスブレーキにおけるエアーシリンダ２の空圧室９への空気の供給による通常のブレーキ動作を行いつつ、万一の緊急時には、サービスブレーキに先立って、サービスブレーキにおけるエアーシリンダ２をそのまま活用してインフレータ２１による爆発力を利用して迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にする。

図３は本発明のインフレータ式緊急ブレーキのブレーキ力の変化図である。前述したように、空圧室９へのエアー圧の供給による通常のサービスブレーキ動作時には、運転手等の操作者によるブレーキ動作によって、時刻Ｔ１からエアー供給口７を介して空圧室９にエアー圧が供給され始めるが、供給経路の長さや種々の抵抗で実際に圧力が上昇し、エアーブレーキ力が発生するのは時刻Ｔ３以降となる。時刻Ｔ４に到ってエアー圧とエアーブレーキ力が所定値に到達して適度のサービスブレーキ動作がなされる。本発明では、時刻Ｔ１の早い段階にて、地震等の緊急ブレーキを必要とする所定の加速度を検出した緊急停止指令信号（図３では緊急ブレーキ信号がオン）を受けて点火スイッチＳ１が閉じられると、時刻Ｔ２までにインフレータ２１の爆発力による緊急ブレーキアシスト力を瞬時に立ち上げることができる。この緊急ブレーキアシスト力は、時刻Ｔ３における運転手等の操作者による通常のサービスブレーキの動作時まで続き、サービスブレーキのブレーキ力の立上げに伴い、減少するように構成されるとよい。

そのためには、詳細は省略するが、時刻Ｔ３における運転手等の操作者による通常のサービスブレーキの動作に応じて、空圧室９からのインフレータ２１により発生したガス抜きが可能なように、外気解放通路設計により緊急ブレーキの保持時間、緊急ブレーキ圧の解除のコントロールを行うことが推奨される。この外気解放通路は、通常のサービスブレーキの動作時には機能せず、インフレータ起動時のみに解放されるように構成するのを好適とする。本実施例では、時刻Ｔ３からの緊急ブレーキ圧のガス抜き開放がサービスブレーキのエアー供給口７からも行えるので、格別の外気開放通路設計を施さなくても済むが、時刻Ｔ３から適宜に制御される外気開放通路を空圧室９に設置することを妨げない。

図４は本発明のインフレータ式緊急ブレーキの第２実施例の要部概略平断面図である。本実施例では、インフレータ２１を、サービスブレーキ側であるエアーシリンダ２に対して軸方向の他端側に対向配置した補助シリンダ３における補助ピストン１７を収容した補助空圧室２３に臨設させるとともに、補助ピストン１７の軸動によりカムシャフト１１をブレーキ動作方向に移動させるように構成したものである。このように構成したことにより、サービスブレーキ側の構造改変を伴うことなく、エアーシリンダ２に対して軸方向の他端側に、後付けでインフレータ２１を配設した補助シリンダ３を対向配置するだけで、インフレータ２１の爆発力に応じて、後付けの簡素な構造にて空気圧による作動遅れを解消して、爆発力がカムシャフト１１の作動方向に直接的かつ円滑に作用し、迅速で効率的な緊急ブレーキ動作を可能にする。補助シリンダ３における補助ピストン１７の背面にはインフレータ２１の爆発力に対向する方向に付勢する補助スプリング２３が配設され、補助ピストン１７の復元機能を行わしめる。インフレータ２１の起動方法および設置数等については、前記第１実施例のものと同様であるので、説明は省略する。なお、時刻Ｔ３からの緊急ブレーキ圧のガス抜き開放制御のための通路設計として、時刻Ｔ３にて制御が開始される外気開放通路２４を設けたものを例示した。例えば、開放時間が漸減するパルス制御等により外気に開放されるガス抜きがなされるような外気開放通路２４を設置する等。

さらに好適には、前記カムシャフト１１の先端部（エアーシリンダ２とは反対側）と補助ピストン１７との間に、補助空圧室２３へのインフレータ２１による爆発圧の導入の際にのみ、前記カムシャフト１１がブレーキ動作方向に連動・牽引される連動部１１Ａ、２０Ａを形成した。つまり、連動部１１Ａ、２０Ａについては、例えば、サービスブレーキ側であるカムシャフト１１の先端側（ブレーキ動作方向側）に径大部を設けてこれを先端連動部１１Ａとし、エアーシリンダ２に対して軸方向の他端側に対向配置した補助シリンダ３における補助ピストン１７から軸方向に延設した筒状のスリーブ部材２０の先端側に、径小部を設けてこれを先端連動部２０Ａとしたものである。これらは互いを引き合う方向には移動を規制されるストッパ形態の機能を有し、互いが近づく方向の相対移動を許容するように係止・嵌合される。このように構成されていることによって、通常のサービスブレーキ動作時には、カムシャフト１１の軸動がインフレータ２１が配設された補助ピストン１７側に影響を及ぼすことがなく、緊急時のインフレータ２１の爆発による補助ピストン１７側の爆発力が有効にカムシャフト１１側を迅速に牽引・軸動させて瞬時にブレーキ動作を行うことができる。

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、傾斜面角度（円錐状、曲線傾斜面等）を含むウェッジカムの形状、およびそのカムシャフトへの形成形態、ウェッジカムとブレーキアーム基端部との関連構成（カムシャフトの両側に配置した実施例のような一対のリンク式倍力装置を介してリンクロッドを介在させたものや、リンク式倍力装置を介さずに、ウェッジカムがカムローラを軸支したリンクロッドを拡開させたり、さらには、ウェッジカムが直接にブレーキアーム基端部を拡開させるように構成することもできる。）、リンク式倍力装置における倍力比率、エアーシリンダの形状、エアー供給口のエアーシリンダへの設置形態、インフレータの形状、形式、起爆形態、数およびそのエアーシリンダへの設置形態、補助シリンダの形状、およびそれに収容される補助ピストンの形状、形式、補助シリンダへのインフレータの設置形態、エアーシリンダおよび補助シリンダにおけるインフレータにより発生したガス抜きのための外気解放通路の設計形態、補助ピストンからのスリーブ部材の延設形態、カムシャフトおよびスリーブ部材における先端連動部の形状、形式等については適宜選定できる。また、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。

本発明のインフレータ式緊急ブレーキは、好適には鉄道車両のキャリパ型エアーディスクブレーキに適用されるが、自動車等の車両や産業用ディスクブレーキ等への適用も可能である。

２ エアーシリンダ
７ エアー供給口
８ エアーピストン（主ピストン）
９ 空圧室
１０ ウェッジカム
１１ カムシャフト
１２ カムローラ
１３ ローラアーム
１４ 球面ブッシュ
１５ リンクロッド
１８ ベアリング
１９ ストラット
２１ インフレータ
２１’ 第２インフレータ
Ｓ１ 点火スイッチ

Claims (5)

1. エアーシリンダの空圧室への空気の供給に伴うウェッジカムを形成したカムシャフトの軸動によって前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開揺動させてブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、前記空圧室に点火用電源に接続されたインフレータを設置し、緊急停止指令信号を受けた際に前記点火用電源により前記インフレータを爆発させて前記空圧室内のピストンにより前記カムシャフトをブレーキ動作方向に移動させて緊急ブレーキを動作し、その後空圧室からインフレータで発生したガスを抜き、通常の作動用空気圧により制動を行なうことを特徴とするインフレータ式緊急ブレーキ。
2. 前記インフレータを前記エアーシリンダの空圧室に臨設させたことを特徴とする請求項１に記載のインフレータ式緊急ブレーキ。
3. 前記インフレータを前記エアーシリンダに対して軸方向の他端側に対向配置した補助シリンダにおける補助ピストンを収容した補助空圧室に臨設させるとともに、補助ピストンの軸動によりカムシャフトをブレーキ動作方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のインフレータ式緊急ブレーキ。
4. 前記カムシャフトの先端部と補助ピストンとの間に、補助空圧室へのインフレータによる爆発圧の導入の際にのみ、前記カムシャフトがブレーキ動作方向に連動・牽引される連動部を形成したことを特徴とする請求項３に記載のインフレータ式緊急ブレーキ。
5. 前記インフレータが、各別に動作する形態にて複数個設置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインフレータ式緊急ブレーキ。

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