JP6396828B2 - ディスクブレーキ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディスクブレーキ装置に関する。
従来、ブレーキを搭載する車両、特に強力な制動力が要求される鉄道車両用のディスクブレーキでは、ウェッジカムのカム作用により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。
これらの梃子式のキャリパブレーキでは、前記パッドアッセンブリが摩耗すると、ブレーキが効き始める時期が遅れて制動距離が長くなるという問題があった。
そこで、下記特許文献1には、ウェッジカム式ブレーキにおいて、ブレーキアームに、パッドアッセンブリの摩耗に伴う過剰ストロークが発生することがないように、ウェッジカムが形成されたカムシャフトの先端部に自動隙間調整機構を配設することが開示されている。
ウェッジカム式ブレーキは、図16に示すように、サポートを介して車体側に固定されるボディ501に、一対のブレーキアーム503,503の中間部がブレーキアーム軸504,504によってそれぞれ軸支される。ブレーキアーム503,503の各開放端には、パッドホルダ505を介してパッドアッセンブリ506が装着されている。
ブレーキアーム503,503の各基端部には、出力軸となるリンクロッド507,507の外側端が球面ブッシュ508により支持されており、このリンクロッド507,507の内側端は、球面ブッシュ509により、ローラアーム510,510に連結、支持されている。そして、ローラアーム510,510の下端は、ベアリング511,511を介してストラット512の両端部に軸支されて、リンク式倍力装置を構成している。
カムシャフト513の上方には、エアーシリンダ514が配設されており、ブレーキを作動させるため、エアーをエアーシリンダ514内部の空圧室に充填させると、エアーピストン516をチャンバスプリング517の復元力に抗して下側に作動させる。
カムシャフト513の下側への移動に伴い、ローラアーム510,510の上端に取り付けられたカムローラ518,518は、カムシャフト513にナット519により取り付けられたウェッジカム520の傾斜面に乗り上げることになる。ウェッジカム520の傾斜面へのカムローラ518,518の乗上げによって、ローラアーム510,510は拡開方向に揺動して、ローラアーム510,510の略中間部に球面ブッシュ509,509により連結・支持されたリンクロッド507,507を梃子の原理によって倍力して外方(図面左右方向)へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム503,503の各基端部をブレーキアーム軸504,504を揺動中心として拡開方向に移動させて、ブレーキアーム503,503の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ506,506を図示しないディスクロータに挟圧させてブレーキ動作が行われる。
エアーシリンダ514に対して軸方向の反対側(図16下側)である、カムシャフト513の先端部513A側には、自動隙間調整機構が配設される。
自動隙間調整機構は、図17に示すように、車体側に固定され、静止部となるボディ501に対して支持されたスリーブ部材522と、その内周部に嵌合された調整ロッド523と、この調整ロッド523内に摺動自在に嵌合されたカムシャフト513、そして、過剰ストローク時に調整ロッド523の後端面(図17の上端側)に、ウェッジカム520の前端面(図17の下端側)が衝接するように構成されている。
スリーブ部材522の内周面には、フリクション部材524が配設されている。なお、フリクション部材524により調整ロッド523の外周面に作用する摩擦力は、チャンバスプリング517の復元力より確実に大きくなるよう設定されているため、チャンバスプリング517の復元力が作用しても、互いの摺動は確実に規制されるようになっている。
特開2013−231458号公報
しかしながら、このような自動隙間調整機構を備えた従来のウェッジカム式ブレーキにあっては、パッドアッセンブリ506におけるパッドの摩耗量に比例して、応答時間(ディスクロータの把持に要する時間)が伸びてしまうという問題があった。即ち、図17に示すように、パッド摩耗量が増大すると、エアーピストン516が下方へ移動する。そこで、加圧するべきエアーシリンダ514のシリンダ容積が増大して加圧時間が増加するため、応答時間が伸びて応答性が悪化してしまう。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でブレーキを作動させるためのディスクブレーキ装置を提供することにある。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる入力部材と、
前記入力部材と同軸に配置され、前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる出力部材と、
前記入力部材と前記出力部材との間に介装され、前記入力部材及び前記出力部材の何れか一方の部材の一方向可逆ねじに螺合するとともに、何れか他方の部材の接触面に摩擦面が押付けられる方向に弾性付勢されて摩擦係合し、前記入力部材が駆動方向に所定のストローク以上移動して戻る時に、前記出力部材から開放されて回転する回転部材と、
前記ブレーキ本体側の静止部に対してフリクション部材によって摩擦保持される調整部材と、を備え、
前記調整部材が、軸方向に前記所定のストローク内移動自在に前記出力部材を保持することを特徴とするブレーキ用オートアジャスタ装置。
上記(1)の構成のブレーキ用オートアジャスタ装置によれば、ブレーキ作動に伴う通常ストローク(所定のストローク内)時には、入力部材と出力部材との間に介装された回転部材が回転せず、入力部材に対する出力部材の軸方向位置は変わらない。また、出力部材が調整部材に対して軸方向に自在に移動するので、車体側の静止部に対する出力部材の軸方向初期位置も変わらない。
ブレーキ作動に伴い、パッド摩耗による過剰ストローク(所定のストローク以上)が生じる際には、静止部に対する調整部材の軸方向位置が移動し、静止部に対する出力部材の軸方向初期位置が調整され、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整が行われる。また、入力部材が駆動方向に所定のストローク以上移動して戻る時には、接触面に対する摩擦面の摩擦力が小さくなり、出力部材から開放された回転部材が回転して螺合が進むことにより、入力部材に対する出力部材の軸方向距離が拡大され、静止部に対して入力部材を軸方向初期位置に戻す位置調整が自動的に行われる。そこで、入力部材は、パッド摩耗量に係わらず、常に静止部に対して軸方向初期位置に復帰することができる。
従って、上記(1)の構成のブレーキ用オートアジャスタ装置は、ブレーキ作動時に、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間で種々のブレーキ装置を作動させることができる。
(2) 上記(1)に記載のブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキであって、
ウェッジカムを一体に形成した前記出力部材が、駆動ピストンの駆動力により軸方向に移動する前記入力部材を介して軸方向に移動されることによって、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が拡開揺動され、
前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記出力部材の先端部に嵌合された前記調整部材が前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向の相対位置を調整して前記出力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記ブレーキアームの揺動隙間が調整され、
前記入力部材が駆動方向に前記所定のストローク以上移動して戻る時に、前記入力部材に設けた前記一方向可逆ねじに螺合する回転部材との間の回転により前記ウェッジカムに対して前記入力部材の軸方向の相対位置を調整して前記入力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記駆動ピストンの初期位置が一定にされることを特徴とするブレーキ。
上記(2)の構成のブレーキによれば、ウェッジカム式ブレーキにおいて、ブレーキパッドが摩耗した場合でも、ブレーキの作動に影響を及ぼすことなく、ウェッジカムを一体に形成した出力部材が最適な位置に調整され、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整が行われる。そして、ブレーキが解除された場合には、駆動ピストンにより駆動される入力部材に対する出力部材の軸方向距離が拡大され、車体側の静止部に対して入力部材が軸方向初期位置に戻される位置調整が自動的に行われる。そこで、パッド摩耗量が増大しても、駆動ピストンは軸方向初期位置が一定にされるのでパッド摩耗により応答時間が伸びてブレーキの応答性が悪化することがない。
従って、ブレーキ作動時に、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でウェッジカム式ブレーキを良好に作動させることができる。
(3) 前記調整部材が、前記ブレーキ本体側の静止部に固定されたスリーブ部材の内周に前記フリクション部材を介して嵌合され、前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記ウェッジカムの前端面が前記調整部材の後端面に衝接して、前記スリーブ部材に対する前記調整部材の軸方向の相対位置が変更され、
前記ウェッジカムの内周面に形成した前記接触面に前記摩擦面が摩擦係合するように付勢される前記回転部材が、前記入力部材が駆動方向に前記所定のストローク以上移動して戻る時に、前記ウェッジカムから開放されて回転することにより、前記入力部材に対する軸方向の初期位置が変更されることを特徴とする上記(2)に記載のブレーキ。
上記(3)の構成のブレーキによれば、過剰ストローク時に、ウェッジカムの前端面が調整部材の後端面に衝接すると共に、回転部材が回転して螺合が進むだけの単純な構成によって、故障や破損の虞もなく、パッド摩耗に対する隙間調整及び入力部材の位置調整が自動的に行える
(4) 前記駆動ピストンは、ブレーキ作動に伴い、第1圧縮ばねの復元力に抗して前記入力部材の軸方向先端側に駆動され、
前記回転部材の摩擦面は、前記ウェッジカムに固定されたスプリングシートと前記回転部材の後端面に配設されたスラストベアリングとの間に介装された第2圧縮ばねにより、前記接触面に摩擦係合するように付勢され、
前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記出力部材の先端部に嵌合された前記調整部材が前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向の相対位置を調整して前記出力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記ブレーキアームの揺動隙間が調整され、
前記フリクション部材は、ブレーキ作動に伴い、前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際、摩擦力を発生することなく、前記調整部材が前記スリーブ部材に対して軸方向に移動して、前記出力部材の軸方向初期位置の変更を許容するとともに、ブレーキが解除された際は、前記出力部材に作用する戻り力に抗し、前記調整部材が前記スリーブ部材に対して移動するのを抑止する摩擦力を発生させ、
前記第1圧縮ばねのばね力が、前記第2圧縮ばねのばね力よりも大きく、且つ前記フリクション部材の摩擦力よりも小さくなるように設定されることを特徴とする上記(3)に記載のブレーキ。
上記(4)の構成のブレーキによれば、パッド摩耗に対して行われるブレーキアームの揺動隙間調整と、入力部材を軸方向初期位置に戻す位置調整とが、レスポンスよく確実に行われ、信頼性の高い良好なウェッジカム式ブレーキを提供できる。
(5) 前記入力部材は、前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動自在、且つ回転不能に取り付けられた前記調整部材を介して、回り止めされることを特徴とする上記(2)〜(4)の何れか1つに記載のブレーキ。
上記(5)の構成のブレーキによれば、摩耗したパッドを新品のパッドと交換した際には、調整部材を戻し側へ回すだけで、ブレーキ用オートアジャスタ装置をリセットすることができる。即ち、調整部材が戻し側へ回されることで、入力部材も戻し側へ回される。すると、回転部材が逆回転して螺合が後退するので、入力部材に対する出力部材の軸方向距離を隙間調整前に戻すことができるので、パッドの新品の交換等が迅速に行える。
(6) 前記駆動ピストンが、エアーシリンダにより駆動されることを特徴とする上記(2)〜(5)の何れか1つに記載のブレーキ。
上記(6)の構成のブレーキによれば、パッド摩耗量が増大しても、エアーシリンダにより駆動される駆動ピストンは軸方向初期位置が変わらないので、パッド摩耗により加圧するべきエアーシリンダのシリンダ容積が増大して加圧時間が増加することはなく、応答時間が伸びて応答性が悪化することがない。
従って、ブレーキ作動時に、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でエアーシリンダを用いたウェッジカム式ブレーキを良好に作動させることができる。
(7) 上記(2)〜(6)の何れか1つに記載のブレーキを備えたことを特徴とする鉄道車両用ディスクブレーキ。
上記(7)の構成の鉄道車両用ディスブレーキによれば、上記のコンパクトなブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたブレーキを用いることで、鉄道車両用の車輪の両側面に取り付けたディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動する際に過剰ストロークが発生しないので、ブレーキが効き始める時期が遅れて制動距離が長くなることを防止できる。
本発明によれば、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でブレーキを作動させるためのディスクブレーキ装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキの全体構造を示す斜視図である。 図1に示したウェッジカム式ブレーキの側面図である。 図2に示したウェッジカム式ブレーキのIII−III断面矢視図である。 図1に示したウェッジカム式ブレーキの基幹部を示す斜視図である。 図1に示したウェッジカム式ブレーキのリンク式倍力装置を示す斜視図である。 図5に示したリンク式倍力装置の分解斜視図である。 ウェッジカム及びスリーブ部材を示す斜視図である。 ウェッジカムの縦断面図である。 本第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を説明するための部分拡大断面図である。 (a)は本第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を説明するための要部拡大断面図、(b)は図5に示したリンク式倍力装置の要部拡大底面図である。 (a)はブレーキ非作動時におけるブレーキ用オートアジャスタ装置の状態を示す要部断面図、(b)はブレーキ作動時におけるブレーキ用オートアジャスタ装置の状態を示す要部断面図である。 (a)はブレーキ用オートアジャスタ装置による隙間調整時のブレーキ作動状態を示す要部断面図、(b)はブレーキ用オートアジャスタ装置による隙間調整後のブレーキ解除直後の状態を示す要部断面図である。 (a)はブレーキ用オートアジャスタ装置による位置調整後のブレーキ解除状態を示す要部断面図、(b)はブレーキ用オートアジャスタ装置による最大位置調整時のブレーキ非作動状態を示す要部断面図である。 本発明の第2実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたフローティングキャリパ式ディスクブレーキの要部断面図である。 本発明の第3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたフローティングキャリパ式ディスクブレーキの要部断面図である。 従来の自動隙間調整機構を備えたウェッジカム式ブレーキのブレーキ非作動状態を示す断面図である。 図16に示したウェッジカム式ブレーキの隙間調整後のブレーキ解除状態を示す要部断面図である。
以下、本発明のブレーキ用オートアジャスタ装置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。
以下、図1〜図6を用いて、本発明の一実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置および該ブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたブレーキについて説明する。
図1及び図2は、ウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示し、ボディ1はサポート2を介して、車体側に固定され、サポート2の反対側には、一対のブレーキアーム3、3の中間部がブレーキアーム軸4、4によってそれぞれ軸支される。
ブレーキアーム3、3の各開放端(サポート2の反対側)には、パッドホルダ5を介してパッドアッセンブリ6、6が装着されている。
図3は、ブレーキが非作動の初期状態における図2のIII−III断面を示しており、ブレーキアーム3、3の各基端部には、出力軸となるリンクロッド7、7の外側端が球面ブッシュ8により支持されており、このリンクロッド7、7の内側端は、球面ブッシュ9により、ローラアーム10、10に連結、支持されている。そして、ローラアーム10、10の下端は、ベアリング11、11を介してストラット12の両端部に軸支されて、リンク式倍力装置を構成している。
図3において、スピンドル(入力部材)13の上方には、エアーシリンダ14が配設されており、ブレーキを作動させるため、エアーを供給口15から導入して、エアーシリンダ14内部の空圧室に充填させると、エアーピストン(駆動ピストン)16をチャンバスプリング(第1圧縮ばね)17の復元力に抗して下側に作動させる。
エアーピストン16の下面に配置されるスピンドル13は、基端部(図中、上端部)に螺合されるナット35により、固定部材31に緊締されている。固定部材31は、下側に作動するエアーピストン16の駆動力をスピンドル13に作用させる。
図7及び図8に示すように、入力部材であるスピンドル13の先端部側は、ウェッジカム20及びウェッジカム20の先端部(図中、下端部)に固定された中空円筒状のカムロッド21からなる出力部材を貫通すると共に、ブレーキ本体側の静止部となるボディ1に対して支持されたスリーブ部材22のスリーブ部22Aに対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。カムロッド21の内周面とスピンドル13の外周面との間には、滑り軸受であるブッシュ47がカムロッド21の内周面に圧入される。
出力部材であるウェッジカム20及びカムロッド21は、スピンドル13と同軸に配置され、スリーブ部材22のスリーブ部22Aに対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
カムロッド21の軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10、10の上端に取り付けられたカムローラ18、18は、カムロッド21の基端部に取り付けられたウェッジカム20の傾斜面に乗り上げることになる。
ウェッジカム20の傾斜面へのカムローラ18、18の乗上げによって、ローラアーム10、10は拡開方向に揺動して、ローラアーム10、10の略中間部に球面ブッシュ9、9により連結・支持されたリンクロッド7、7を梃子の原理によって倍力して外方(図3中、左右方向)へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム3、3の各基端部をアーム軸4、4を揺動中心として拡開方向に移動させて、ブレーキアーム3、3の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ6、6をディスクロータ100(図2参照)に挟圧させてブレーキ動作が行われる。
エアーシリンダ14側(図3中、上側)であるスピンドル13の基端部側には、本第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の位置調整機構が配設されている。
ブレーキ本体側の静止部となるエアーシリンダ14に対してスピンドル13を軸方向初期位置に戻す位置調整機構は、図8及び図9に示すように、ブレーキ本体側の静止部であるエアーシリンダ14及びスリーブ部材22に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられるスピンドル13と、スピンドル13と同軸に配置され、エアーシリンダ14及びスリーブ部材22に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられるウェッジカム20と、スピンドル13とウェッジカム20との間に介装される回転部材38と、を備える。
回転部材38は、スピンドル13の一方向可逆ねじ50に螺合するとともに、ウェッジカム20の接触面20bに摩擦面38aが押付けられる方向に弾性付勢されて摩擦係合し、スピンドル13が駆動方向に所定のストローク(L)以上移動して戻る時に、ウェッジカム20から開放されて回転する。
回転部材38の先端部における摩擦面38aは、止め輪34を介してウェッジカム20に固定されたスプリングシート32と回転部材38の後端面38bに配設されたスラストベアリング36との間に介装されたワッシャ33及びスプリング(第2圧縮ばね)37により、接触面20bに摩擦係合するように付勢されている。なお、本実施形態における摩擦面38aと接触面20bは、互いに摺接する円錐面のコーンクラッチを構成しており、高い摩擦抵抗を得ることができる。
回転部材38の外周部とウェッジカム20の内周面との間には、滑り軸受39が配置されており、接触面20bに対する摩擦面38aの摩擦力が小さくなり、ウェッジカム20から開放された回転部材38が回転して螺合が進む際の回転抵抗が小さくなるように構成されている。
スピンドル13の一方向可逆ねじ50は、エアーピストン16の駆動力によりスピンドル13に駆動方向の推力が掛かる時は、回転部材38に対する回転抵抗が大きくなるように、非対称のねじ山断面形状を有している(図9参照)。
エアーシリンダ14に対して軸方向の反対側(図3中、下側)であるカムロッド21の先端部側には、本第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、図10の(a)に示すように、車体側に固定され、静止部となるボディ1に対して支持されたスリーブ部材22と、そのスリーブ部22Aの内周部に嵌合された円筒状の調整部材23と、この調整部材23内に摺動自在に嵌合されたカムロッド21とを備え、そして、図12の(a)で後述するように、過剰ストローク時に調整部材23の後端面23a(図10の(a)中、上端側)に、ウェッジカム20の前端面20a(図10の(a)中、下端側)が衝接するように構成されている。
スリーブ部材22のスリーブ部22Aの内周面には、フリクション部材24が配設され、止め輪25によって抜け止めされている。なお、フリクション部材24により調整部材23の外周面に作用する摩擦力は、チャンバスプリング17の復元力より確実に大きくなるよう設定されているため、チャンバスプリング17の復元力が作用しても、互いの摺動は確実に規制される。
また、図10の(b)に示すように、調整部材23の下端部23Bには、一面23bが加工されており、スペーサ40を介してストラット12と係合することで、調整部材23は軸線回りの回転が拘束されている。即ち、調整部材23は、ブレーキ本体側の静止部であるストラット12に対して軸方向に移動自在、且つ回転不能に取り付けられている。
スピンドル13の先端部には、一面13aが加工されており、調整部材23の下端部23B内に配置したプレート41の穴にも一面を設けている。そこで、下端部23B内に止め輪43で抜け止めされたプレート41の穴に嵌挿されたスピンドル13は、調整部材23を介して、回り止めされる。
そこで、パッドアッセンブリ等の新品の交換等の際に、調整部材23を戻し側へ回すだけで、本第1実施形態のブレーキ用オートアジャスタ装置をリセットすることができる。即ち、調整部材23が戻し側へ回されることで、スピンドル13も戻し側へ回される。すると、回転部材38が逆回転して螺合が後退するので、スピンドル13に対するウェッジカム20の軸方向距離を隙間調整前に戻すことができるので、パッドアッセンブリ等の新品の交換等が迅速に行える。
前述したように、カムロッド21の先端部側には、本第1実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、静止部であるボディ1に支持されたスリーブ部材22と、そのスリーブ部22Aの内周部に嵌合された調整部材23と、この調整部材23内に摺動自在に嵌合されたカムロッド2113と、さらには、過剰ストローク時に調整部材23の後端面23aに前端面20aが衝接することになるウェッジカム20とから構成される。
調整部材23の内周面とカムロッド21の外周面との間には、滑り軸受であるブッシュ45が調整部材23の内周面に圧入される。カムロッド21の先端部には径大部21Aが形成され、調整部材23の中間に形成された径小段差部23Aに衝接して、図10の(a)に示されるように、カムロッド21の復帰時に、カムロッド21の径大部21Aが、調整部材23の径小段差部23Aに衝接して抜け止めされる。
すなわち、スリーブ部材22のスリーブ部22Aには、カムロッド21の先端部をガイドするブッシュ45を内周面に圧入した調整部材23が嵌合され、この調整部材23内の中間の径小段差部23Aに衝接するよう、カムロッド21の先端部の径大部21Aがさらに嵌合される。スリーブ部材22と調整部材23との間にはフリクション部材24が配設され、このフリクション部材24はスリーブ部材22のスリーブ部22Aとの間に設置される止め輪25によって抜け止めされる。
図11の(a)〜図13の(b)は、本第1実施形態のブレーキ用オートアジャスタ装置がどのように作動するかを説明するための断面図である。
図11の(a)は、図3と同様、ブレーキ用オートアジャスタ装置はもとよりブレーキも非作動の初期状態を示し、この状態から、エアーピストン16により、チャンバスプリング17の復元力に抗してスピンドル13を軸方向他方側(図面下側)に作動させると、図11の(b)に示すように、通常のブレーキ作動状態となり、カムロッド21に取り付けられて形成されたウェッジカム20の傾斜面にカムローラ18、18が乗り上げる。この際、スピンドル13とカムロッド21との間に介装された回転部材38は回転せず、スピンドル13に対するカムロッド21の軸方向位置は変わらない。
これによって、ストラット12の両端部のベアリング11、11に軸支された一対のローラアーム10、10がリンク式倍力装置として機能し、ベアリング11、11を軸支点として外側に拡開し、ローラアーム10、10の略中間部に球面ブッシュ9、9により連結・支持されたリンクロッド7、7を梃子の原理によって倍力されて外方(図面左右方向)へ軸動させる。このようにして、図1、2に示されるブレーキアーム3、3の各基端部を、アーム軸4を揺動中心として拡開方向に移動させて、その開放端部に配設されたパッドアッセンブリ6、6をディスクロータ100に挟圧させてブレーキ動作が行われる。
このときカムロッド21の径大部21Aは、図10の(a)に示される調整部材23内に圧入されたブッシュ45や調整部材23内周の径小段差部23Aの複数箇所で安定して支持されて、調整部材23内を軸方向に移動することができるので、ウェッジカム20の傾斜面によってローラアーム10、10を拡開してリンクロッド7、7を介してブレーキ動作を行うことになる。
この状態からブレーキ動作が解除されると、カムロッド21は、スピンドル13と伴にチャンバスプリング17の復元力により、初期位置に復帰すべく図面上方へ後退する。その結果、カムロッド21の先端部の径大部21Aが調整部材23における径小段差部23Aに衝接して初期位置となる。このように、カムロッド21が調整部材23に対して軸方向に自在に移動するので、スリーブ部材22に対するカムロッド21の軸方向初期位置も変わらない。
図12の(a)はブレーキ用オートアジャスタ装置による隙間調整時のブレーキ作動状態を示す要部断面図である。
パッド等が摩耗すると、ブレーキアーム3の揺動ストロークが増大し、ひいては、スピンドル13と伴にカムロッド21のストロークが通常の範囲(所定のストロークL)を逸脱して過剰ストロークとなり、軸方向下方側に移動する。
これによって、調整部材23の後端面23aにウェッジカム20の前端面20aが衝接することになる。カムロッド21が過剰ストロークによりさらに進行(下降)すると、図12の(a)に示すように、静止部であるスリーブ部材22と調整部材23との間に配設されたフリクション部材24の摩擦による抵抗値を超えて、スリーブ部材22に対する調整部材23の軸方向位置が移動し、スリーブ部材22に対するカムロッド21の軸方向初期位置が調整され、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整が行われる。
図12の(b)は、ブレーキ用オートアジャスタ装置による隙間調整後のブレーキ解除直後の状態を示す要部断面図である。
パッド摩耗に対して自動的に隙間調整が行われ、ブレーキが解除されると、この状態から、チャンバスプリング17の復元力により、カムロッド21が調整部材23内を初期位置に戻り、カムロッド21の先端部の径大部21Aが調整部材23における径小段差部23Aに衝接して初期位置となる。
パッド等の摩耗により起因した過剰ストロークによって生じたブレーキアーム3、3の揺動隙間を解消すべく補償された隙間調整により、調整部材23がスリーブ部材22から相対的に進行して突出した状態となっていることから、隙間調整後のカムロッド21の初期位置は原位置よりも隙間調整された調整部材23の突出分だけウェッジカム20も進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム20の傾斜面とカム係合するローラアーム10、10も拡開した状態となっている。つまり、パッド等の摩耗分だけ予め進行した隙間調整状態が現出される。
更に、スピンドル13が駆動方向に所定のストロークL以上移動してからブレーキが解除されて戻る時には、チャンバスプリング17の復元力により、スピンドル13が駆動方向と反対方向に付勢される(図中、上方に引き上げられる)。そこで、ウェッジカム20の接触面20bと回転部材38の摩擦面38aとが離れ、接触面20bに対する摩擦面38aの摩擦力が小さくなるので、ウェッジカム20から開放された回転部材38が回転して螺合が進む。ウェッジカム20の軸方向位置は、調整部材23とカムロッド21を介してフリクション部材24によって固定されているため、スピンドル13に対するウェッジカム20の軸方向距離が拡大され、相対的にスピンドル13はエアーシリンダ14側に移動する。
そこで、図13の(a)に示すように、エアーシリンダ14に対してスピンドル13を軸方向初期位置に戻す位置調整が自動的に行われ、エアーピストン16は、パッド摩耗量に係わらず、常にエアーシリンダ14に対して軸方向初期位置が一定にされる。
図13の(b)に、本実施形態におけるブレーキ用オートアジャスタ装置における最大位置調整時のブレーキ非作動状態を示す。
従って、本実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置は、ブレーキ作動時に、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でウェッジカム式ブレーキを作動させることができる。
また、本実施形態のブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、過剰ストローク時に、ウェッジカム20の前端面20aが調整部材23の後端面23aに衝接すると共に、回転部材38が回転して螺合が進むだけの単純な構成によって、故障や破損の虞もなく、パッド摩耗に対する隙間調整及びスピンドル13の位置調整が自動的に行える
また、本実施形態のブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、パッド摩耗量が増大しても、エアーシリンダ14により駆動される駆動ピストン16は軸方向初期位置が変わらないので、パッド摩耗により加圧するべきエアーシリンダ14における空気室14Aのシリンダ容積が増大して加圧時間が増加することはなく、応答時間が伸びて応答性が悪化することがない。
従って、ブレーキ作動時に、パッド摩耗量に係わらず常に一定の応答時間でエアーシリンダ14を用いたウェッジカム式ブレーキを良好に作動させることができる。
また、本実施形態の鉄道車両用ディスブレーキによれば、上述したコンパクトなブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキを用いることで、鉄道車両用の車輪の両側面に取り付けたディスクロータ100にパッドアッセンブリ6、6を挟圧させて制動する際に過剰ストロークが発生しないので、ブレーキが効き始める時期が遅れて制動距離が長くなることを防止できる。
図14は本発明の第2実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたフローティングキャリパ式ディスクブレーキの要部断面図である。
本第2実施形態に係るフローティングキャリパ式ディスクブレーキは、車輪と共に回転するディスクロータ100と、ディスクロータ100の軸方向側面に対向する状態で配置されたインナパッド106及びアウタパッド107と、インナパッド106に対向する側が開口したシリンダ114を有するキャリパ122と、軸方向の変位が可能にシリンダ114内に装着されており、ロータ側端部に底部を有する有底円筒状のピストン(出力部材)120と、ピストン120の内側に配置されており、図示しない油圧ピストン(駆動ピストン)の駆動力に基づいて、インナパッド106及びアウタパッド107とディスクロータ100の両側面との間の隙間が解消されるまで、チャンバスプリング(第1圧縮ばね)117の復元力に抗してピストン120をディスクロータ100に向けて軸方向に押し出す駆動軸(入力部材)113と、を備える。
入力部材である駆動軸113の基端部側は、キャリパ122のインナパッド106と反対側に設けられた支持孔122Aに嵌合され、軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
出力部材であるピストン120は、駆動軸113と同軸に配置され、キャリパ122のシリンダ114内に収容され、軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
インナパッド106側(図14中、左側)である駆動軸113の先端部側には、本第2実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の位置調整機構が配設されている。
ブレーキ本体側の静止部となるキャリパ122に対して駆動軸113を軸方向初期位置に戻す位置調整機構は、ブレーキ本体側の静止部であるキャリパ122支持孔122Aに対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる駆動軸113と、駆動軸113と同軸に配置され、キャリパ122のシリンダ114に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられるピストン120と、駆動軸113とピストン120との間に介装される回転部材138と、を備える。
回転部材138は、駆動軸113の一方向可逆ねじ150に螺合するとともに、ピストン120の接触面120bに摩擦面138aが押付けられる方向に弾性付勢されて摩擦係合し、駆動軸113が駆動方向に所定のストローク(L)以上移動して戻る時に、ピストン120から開放されて回転する。
回転部材138の先端部における摩擦面138aは、ピストン120に固定された止め輪134と回転部材138の後端面138bに配設されたスラストベアリング136との間に介装されたスプリング(第2圧縮ばね)137により、接触面120bに摩擦係合するように付勢されている。なお、本実施形態における摩擦面138aと接触面120bは、互いに摺接する円錐面のコーンクラッチを構成しており、高い摩擦抵抗を得ることができる。
駆動軸113の一方向可逆ねじ150は、油圧ピストンの駆動力により駆動軸113に駆動方向の推力が掛かる時は、回転部材138に対する回転抵抗が大きくなるように、非対称のねじ山断面形状を有している。
インナパッド106と反対側(図14中、右側)であるピストン120の後端部側には、本第2実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
インナパッド106及びアウタパッド107のパッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、車体側に固定され、静止部となるキャリパ122のシリンダ114と、ピストン120の後端部と、ピストン120の外周部に嵌合された円筒状の調整部材123とを備え、そして、過剰ストローク時に調整部材123の後端面123a(図12の中、右端側)に、ピストン120に固定した止め輪(係止突起)145が衝接するように構成されている。
シリンダ114の内周面に形成された環状段部には、フリクション部材124が配設され、止め輪153によって抜け止めされている。なお、フリクション部材124により調整部材123の外周面に作用する摩擦力は、チャンバスプリング117の復元力より確実に大きくなるよう設定されているため、チャンバスプリング117の復元力が作用しても、互いの摺動は確実に規制される。
前述したように、ピストン120の後端部側には、本第2実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、静止部であるキャリパ122のシリンダ114と、ピストン120の後端部と、ピストン120の外周部に嵌合された調整部材123と、さらには、過剰ストローク時に調整部材123の後端面123aに衝接することになる止め輪145とから構成される。
ピストン120の前端部とシリンダ114との間には、ブレーキ作動が解除された際に、インナパッド106及びアウタパッド107とディスクロータ100の両側面との間に隙間を生じさせるためのリターンスプリング149が介装されている。リターンスプリング149は、ピストン120の外周面に形成した環状段部とシリンダ114に固定された止め輪141との間に圧縮状態で介装される。
更に、ピストン120の最前端部とシリンダ114との間には、ダストブーツ143が設けられている。
図15は本発明の第3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたフローティングキャリパ式ディスクブレーキの要部断面図である。
本第3実施形態に係るフローティングキャリパ式ディスクブレーキは、車輪と共に回転するディスクロータ100と、ディスクロータ100の軸方向側面に対向する状態で配置されたインナパッド106及びアウタパッド107と、インナパッド106に対向する側が開口したシリンダ214を有するキャリパ222と、軸方向の変位が可能にシリンダ214内に装着されており、ロータ側端部に底部を有する有底円筒状のピストン(出力部材)220と、ピストン220の内側に配置されており、図示しない油圧ピストン(駆動ピストン)の駆動力に基づいて、インナパッド106及びアウタパッド107とディスクロータ100の両側面との間の隙間が解消されるまで、チャンバスプリング(第1圧縮ばね)217の復元力に抗してピストン220をディスクロータ100に向けて軸方向に押し出す駆動軸(入力部材)213と、を備える。
入力部材である駆動軸213の基端部側は、キャリパ222のインナパッド106と反対側に設けられた支持孔222Aに嵌合され、軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
出力部材であるピストン220は、駆動軸213と同軸に配置され、キャリパ222のシリンダ214内に収容され、軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
インナパッド106の反対側(図15中、右側)である駆動軸213の基端部側には、本第3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の位置調整機構が配設されている。
ブレーキ本体側の静止部となるキャリパ222に対して駆動軸213を軸方向初期位置に戻す位置調整機構は、ブレーキ本体側の静止部であるキャリパ322支持孔222Aに対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる駆動軸213と、駆動軸213と同軸に配置され、キャリパ222のシリンダ214に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられるピストン220と、駆動軸213とピストン220との間に介装される回転部材238と、を備える。
回転部材238は、ピストン220の一方向可逆ねじ250に螺合するとともに、駆動軸213の接触面213aに摩擦面238aが押付けられる方向に弾性付勢されて摩擦係合し、駆動軸213が駆動方向に所定のストローク(L)以上移動して戻る時に、駆動軸213から開放されて回転する。
回転部材238の先端部における摩擦面238aは、駆動軸213に固定された止め輪234と回転部材238の環状段部238bに配設されたスラストベアリング236との間に介装されたスプリング(第2圧縮ばね)237により、接触面213aに摩擦係合するように付勢されている。なお、本実施形態における摩擦面238aと接触面213aは、互いに摺接する円錐面のコーンクラッチを構成しており、高い摩擦抵抗を得ることができる。
ピストン220の一方向可逆ねじ250は、油圧ピストンの駆動力により駆動軸213に駆動方向の推力が掛かる時は、回転部材238に対する回転抵抗が大きくなるように、非対称のねじ山断面形状を有している。
インナパッド106と反対側(図15中、右側)であるピストン220の後端部側には、本第3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
インナパッド106及びアウタパッド107のパッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、車体側に固定され、静止部となるキャリパ222のシリンダ214と、ピストン220の後端部と、ピストン220の外周部に嵌合された調整部材223とを備え、そして、過剰ストローク時に調整部材223の後端面223a(図15中、右端側)に、ピストン220に固定した止め輪(係止突起)145が衝接するように構成されている。
シリンダ214の内周面に形成された環状段部には、フリクション部材224が配設され、止め輪253によって抜け止めされている。なお、フリクション部材224により調整部材223の外周面に作用する摩擦力は、チャンバスプリング217の復元力より確実に大きくなるよう設定されているため、チャンバスプリング217の復元力が作用しても、互いの摺動は確実に規制される。
前述したように、ピストン220の後端部側には、本第3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置の隙間調整機構が配設されている。
自動的に隙間調整を行う隙間調整機構は、静止部であるキャリパ222のシリンダ214と、ピストン220の後端部と、ピストン220の外周部に嵌合された調整部材223と、さらには、過剰ストローク時に調整部材223の後端面223aに衝接することになる止め輪145とから構成される。
上記第2,3実施形態に係るブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたフローティングキャリパ式ディスクブレーキよれば、インナパッド106及びアウタパッド107が摩耗した場合でも、ブレーキの作動に影響を及ぼすことなく、ピストン120(220)が最適な位置に調整され、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整が行われる。そして、ブレーキが解除された場合には、駆動ピストンにより駆動される駆動軸(113,213)に対するピストン120(220)の軸方向距離が拡大され、キャリパ(122,222)に対して駆動軸(113,213)が軸方向初期位置に戻される位置調整が自動的に行われる。そこで、パッド摩耗量が増大しても、駆動ピストンは軸方向初期位置が変わらず、パッド摩耗により応答時間が伸びてブレーキの応答性が悪化することがない。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、フリクション部材としてゴム等の合成樹脂からなる円筒部材としてもよい。要は、パッドアッセンブリ6のパッドが摩耗して、ブレーキ作動時にカムロッド21が過剰にストロークした際、調整部材23が、ブレーキアーム3、3の揺動隙間を低減させる方向、すなわち、下降を許容する方向には、摩擦力が低減され、一方、ブレーキが非作動になった際には、チャンバスプリング17による復元力に打ち勝って、調整部材23のスリーブ部材22に対する相対移動を確実に抑止するによう、強力な摩擦力を発生するようにすればよい。
その他、本発明の趣旨の範囲内で、ウェッジカムの形状、及びそのカムロッドへの取付け形態、ウェッジカムとブレーキアーム基端部との関連構成、さらには、過剰ストロークが生じる際に、ウェッジカムの前端面が調整部材の後端面に衝接する構造として、調整部材の後端面とウェッジカムの前端面との間に製作誤差を調整するシム等を介在させる等様々な変形例が考えられる。
さらに、調整部材のスリーブ部材に対する摩擦付与部材としてのフリクション部材の材質、摩擦係数の選定、あるいは、スリーブ部材の内周側に配設するものに代えて、調整部材の外周側に配設するなどの配設形態、カムロッドの先端部における径大部と調整部材における径小段差部との衝接形態も適宜選定できる。
また、上記実施形態では、鉄道車両用ブレーキを用いて説明したが、大型トラック等の自動車等にも本発明を適用できることは明らかである。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
1 ボディ
2 サポート
3 ブレーキアーム
4 ブレーキアーム軸
5 パッドホルダ
6 パッドアッセンブリ
7 リンクロッド
10 ローラアーム
13 スピンドル(入力部材)
20 ウェッジカム(出力部材)
21 カムロッド
22 スリーブ部材(静止部)
23 調整部材
24 フリクション部材
38 回転部材

Claims (7)

  1. ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる入力部材と、
    前記入力部材と同軸に配置され、前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられる出力部材と、
    前記入力部材と前記出力部材との間に介装され、前記入力部材及び前記出力部材の何れか一方の部材の一方向可逆ねじに螺合するとともに、何れか他方の部材の接触面に摩擦面が押付けられる方向に弾性付勢されて摩擦係合し、前記入力部材が駆動方向に所定のストローク以上移動して戻る時に、前記出力部材から開放されて回転する回転部材と、
    前記ブレーキ本体側の静止部に対してフリクション部材によって摩擦保持される調整部材と、を備え、
    前記調整部材が、軸方向に前記所定のストローク内移動自在に前記出力部材を保持することを特徴とするブレーキ用オートアジャスタ装置。
  2. 請求項1に記載のブレーキ用オートアジャスタ装置を備えたウェッジカム式ブレーキであって、
    ウェッジカムを一体に形成した前記出力部材が、駆動ピストンの駆動力により軸方向に移動する前記入力部材を介して軸方向に移動されることによって、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が拡開揺動され、
    前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記出力部材の先端部に嵌合された前記調整部材が前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向の相対位置を調整して前記出力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記ブレーキアームの揺動隙間が調整され、
    前記入力部材が駆動方向に前記所定のストローク以上移動して戻る時に、前記入力部材に設けた前記一方向可逆ねじに螺合する回転部材との間の回転により前記ウェッジカムに対して前記入力部材の軸方向の相対位置を調整して前記入力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記駆動ピストンの初期位置が一定にされることを特徴とするブレーキ。
  3. 前記調整部材が、前記ブレーキ本体側の静止部に固定されたスリーブ部材の内周に前記フリクション部材を介して嵌合され、前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記ウェッジカムの前端面が前記調整部材の後端面に衝接して、前記スリーブ部材に対する前記調整部材の軸方向の相対位置が変更され、
    前記ウェッジカムの内周面に形成した前記接触面に前記摩擦面が摩擦係合するように付勢される前記回転部材が、前記入力部材が駆動方向に前記所定のストローク以上移動して戻る時に、前記ウェッジカムから開放されて回転することにより、前記入力部材に対する軸方向の初期位置が変更されることを特徴とする請求項2に記載のブレーキ。
  4. 前記駆動ピストンは、ブレーキ作動に伴い、第1圧縮ばねの復元力に抗して前記入力部材の軸方向先端側に駆動され、
    前記回転部材の前記摩擦面は、前記ウェッジカムに固定されたスプリングシートと前記回転部材の後端面に配設されたスラストベアリングとの間に介装された第2圧縮ばねにより、前記接触面に摩擦係合するように付勢され、
    前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際に、前記出力部材の先端部に嵌合された前記調整部材が前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向の相対位置を調整して前記出力部材の軸方向の初期位置を変更することにより、前記ブレーキアームの揺動隙間が調整され、
    前記フリクション部材は、ブレーキ作動に伴い、前記出力部材が前記所定のストローク以上移動した際、摩擦力を発生することなく、前記調整部材が前記スリーブ部材に対して軸方向に移動して、前記出力部材の軸方向初期位置の変更を許容するとともに、ブレーキが解除された際は、前記出力部材に作用する戻り力に抗し、前記調整部材が前記スリーブ部材に対して移動するのを抑止する摩擦力を発生させ、
    前記第1圧縮ばねのばね力が、前記第2圧縮ばねのばね力よりも大きく、且つ前記フリクション部材の摩擦力よりも小さくなるように設定されることを特徴とする請求項3に記載のブレーキ。
  5. 前記入力部材は、前記ブレーキ本体側の静止部に対して軸方向に移動自在、且つ回転不能に取り付けられた前記調整部材を介して、回り止めされることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載のブレーキ。
  6. 前記駆動ピストンが、エアーシリンダにより駆動されることを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載のブレーキ。
  7. 請求項2〜6の何れか1項に記載のブレーキを備えたことを特徴とする鉄道車両用ディスクブレーキ。
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