JP6599806B2 - ウェッジカム式ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、ウェッジカム式ブレーキに関する。

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の両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキが知られている。
また、鉄道車両のブレーキの動力源として油圧や空気圧等の流体圧ではなく電力を用いることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

電動ブレーキ装置５００は、図３０に示すように、車輪と共に回転するディスク（ブレーキロータ）５２０と、ディスク５２０に当接して摩擦力を付与する制輪子（パッドアッセンブリ）５３０と、キャリパ５１０に設けられた制輪子５３０をディスク５２０方向に付勢する機械ばね５５０と、制輪子５３０をディスク５２０方向及びその反対方向へ通電方向によって可逆的に付勢する電気アクチュエータ５４０と、電気アクチュエータ５４０及び機械ばね５５０からの出力を制輪子５３０に伝達する伝達機構５５５と、を備える。そして、制動時には機械ばね５５０と電気アクチュエータ５４０とが協働して制輪子５３０をディスク５２０に押付けることによって、小型の電気アクチュエータ５４０を使用でき、消費電力を小さくできる。

特開２０１０−２５３１３号公報

しかしながら、電気アクチュエータ５４０を駆動源とした電動化に際しては、所定の応答性を得るため電動モータの電力消費過大や発熱による過熱、さらに電気が遮断されたときの失陥保障等の課題を解消しようとすると電動ブレーキ装置５００が大型化してしまう等、所定スペースに収納することが難しくなってしまうという問題があった。
即ち、機械ばね５５０と電気アクチュエータ５４０とが協働してブレーキ力を発生する場合、ブレーキ力を解放する際に発生させる電気アクチュエータ５４０の力は、クランプ時（制動時）のばね力と、パッドクリアランス分のばね定数を加えた力とが必要である。また、ブレーキ解放を保持させる場合は、力を電気アクチュエータ５４０で保持しなければならない。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、電動モータの消費電力を低減し、失陥保障できる良好なウェッジカム式ブレーキ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） ウェッジカムを押圧付勢するためのボールナットに螺合するボールスクリューが、電動モータにより回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した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てそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧し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、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構と、を備えることを特徴とするウェッジカム式ブレーキ。

上記（１）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構が解除されることによって弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢すると共に、電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動されてボールナットがウェッジカムを制動位置へ押圧付勢するため、ウェッジカムは制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータでの高応答性は必要なく、モータの小型化、省電力化が可能となる。
更に、弾性部材の付勢力でパーキング制動力（パーキング状態）が得られるので、モータ駆動は停止状態にできる。また、電源供給が遮断された場合には弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。

（２） 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッドの先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部に対して揺動端が係合される保持レバーと、を備えることを特徴とする上記（１）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（２）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してピストン部材がボールナットによって初期位置に移動される。すると、保持レバーが係合部に係合されると共に、ガイドロッドを介してアーマチュアが電磁クラッチのステータに当接状態となる。そのため、電磁クラッチにおける電磁石の必要吸引力が容易に得られるとともに消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放され、弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢し、パーキング制動力（パーキング状態）が得られる。

（３） 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部と、前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部とを有するカム溝と、前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節と、を備え、前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカムを非制動位置に保持することを特徴とする上記（１）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（３）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ボールナットの回転力をローラ接触子で受け、カム溝内を摺動させることで、ボールナットは軸方向に移動する際の摩擦抵抗が低減され、スムーズに移動できる。
ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材が初期位置に戻されてローラ接触子がカム溝の保持溝部に入り込むことで、ボールナットに入力される弾性部材の反力をローラ接触子を介して保持溝部で受けることができる。そこで、弾性部材の反力は、ボールスクリューを回転させる力と、保持溝部で受ける力とに分解されるため、ボールスクリューの回転を阻止する為の保持力（例えば、電動モータによる反制動方向への微小回転力や、電動モータとボールスクリューの間に設けた電磁クラッチの電磁力等）を少なくできる。

（４） 前記保持溝部が、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラ接触子を前記ガイド溝部に向けて転動させる傾斜面を有することを特徴とする上記（３）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（４）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、電源供給が遮断されてボールスクリューの回転を阻止する為の保持力が解除されると、ローラ接触子が保持溝部の傾斜面を転動してガイド溝部に移動してボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在となるので、弾性部材の反力によりウェッジカムが制動位置へ押圧付勢され、パーキング制動力（パーキング状態）が得られる。

（５） 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、前記ブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサと、前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータの回転を制御する制御部と、を備えることを特徴とする上記（１）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（５）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、先ず、電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナットがウェッジカムを制動位置へ押圧付勢する。この際、ボールナットにはボールスクリューの回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリューはスムーズに回転することができ、電動モータの初期応答性が向上する。即ち、弾性部材の付勢力による荷重がボールナットに作用すると、ボールナットとボールスクリューとの螺合部における摩擦抵抗が増大して電動モータの負荷が上昇するが、ピストン部材に対して弾性部材側には相対移動不能に係合されたアーマチュアが電磁クラッチのステータに吸着されているので、弾性部材の付勢力がボールナットに作用することはない。
次に、所定時間後に電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放され、弾性部材の付勢力がピストン部材を介してボールナットに伝達されるので、ボールスクリューによるねじ送り力と弾性部材の付勢力とが作用したボールナットは、ウェッジカムを制動位置へ移動させる。この際、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させるリンクロッドに配設された軸力センサによってリンクロッドに作用する軸力を検出し、軸力センサの検出信号に基づいて電動モータの回転を制御部が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
また、アーマチュアは、ピストン部材に対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってピストン部材と伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。

（６） 前記ボールナットを押圧付勢する前記ピストン部材の押圧部と前記ボールナットとの間には、緩衝部材が配設されることを特徴とする上記（５）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（６）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時に電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動されることによって、ボールナットはピストン部材から一旦離れる。そして、所定時間後に電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放されると、弾性部材の付勢力に付勢されたピストン部材の押圧部はボールナットに勢いよく当接するが、押圧部とボールナットとの間には弾性部材等からなる緩衝部材が配設されている。そこで、ピストン部材がボールナットに当接する際の衝撃が緩和され、異音の発生が抑制されると共に耐久性が損ねられることもない。

（７） 前記アーマチュアが、前記弾性部材の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリングによって前記ステータに向けて常時弾性付勢されることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（７）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してピストン部材がボールナットによって初期位置に移動される際、ピストン部材に対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なアーマチュアは、ボールナットによってピストン部材と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリングのばね力によってステータに当接させられる。そこで、電磁クラッチに通電してステータにアーマチュアを吸着すれば、即最大吸引力が得られることで省電力となる。

（８） 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナットを前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカムに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、を備えることを特徴とする上記（１）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（８）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ケース状ピストンを介して伝達される弾性部材の付勢力と、ボールナットを介して伝達されるボールスクリューによるねじ送り力とが、それぞれ独立してウェッジカムを制動位置へ押圧付勢することができる。
そこで、弾性部材の付勢力がボールナットには作用せず、ボールナットとボールスクリューとの螺合部における摩擦抵抗が増大することはない。従って、ボールスクリューはスムーズに回転することができ、電動モータの作動力を軽減することができるので、省電力化できる。
また、アーマチュアは、ケース状ピストンに対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってケース状ピストンと伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。

（９） 前記アーマチュアが、前記ステータに対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストンに弾性支持されていることを特徴とする上記（８）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（９）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してケース状ピストンがボールナットによって初期位置に移動される前に、アーマチュアがステータに対して弾性付勢された状態で当接する。そこで、電磁クラッチは、ステータとアーマチュアとが略隙間のない状態で作動できるため、容易に十分な吸引力を得ることができる。

（１０） 前記アーマチュアが、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストンを係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部に支持させる保持力軽減機構を介して前記ケース状ピストンに取り付けられていることを特徴とする上記（８）に記載のウェッジカム式ブレーキ。

上記（１０）の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、アーマチュアが保持力軽減機構を介してケース状ピストンに取り付けられており、弾性部材を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部に支持されるので、電磁クラッチの吸引力が軽減される。そこで、電磁クラッチの小型化が可能となる。

本発明によれば、電動モータの消費電力を低減し、失陥保障できる良好なウェッジカム式ブレーキを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る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縦断面図である。 図２に示したウェッジカム式ブレーキにおけるアクチュエータの拡大断面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ断面矢視図である。 図２に示したアクチュエータを下方から見た分解斜視図である。 図２に示したアクチュエータを上方から見た分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は図２に示したアクチュエータの動作を説明するための要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る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８に示したウェッジカム式ブレーキの縦断面図である。 図９に示したウェッジカム式ブレーキにおけるアクチュエータの拡大断面図である。 図９に示したアクチュエータを上方から見た分解斜視図である。 （ａ）は図１１に示したアクチュエータを説明するための部分破断斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したガイドレールの斜視図である。 図９に示したウェッジカム式ブレーキの動作を説明するための説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面矢視図である。 図９に示したウェッジカム式ブレーキの動作を説明するための説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＩＶ−ＸＩＶ断面矢視図である。 本発明の第３実施形態に係る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す縦断面図である。 図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ断面矢視図である。 図１５に示したアクチュエータを下方から見た一部分解斜視図である。 図１５に示したアクチュエータを下方から見た一部分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１６に示した圧縮コイルスプリングと電磁クラッチの組み付け手順を説明するための縦断面図である。 アクチュエータ・アッシーとクラッチ・アッシーの分解斜視図。 アクチュエータ・アッシーとクラッチ・アッシーの組立斜視図。 （ａ），（ｂ）は図１６に示したアクチュエータの動作を説明するための要部断面図である。 本発明の第４実施形態に係る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縦断面図である。 図２３に示したアクチュエータを下方から見た分解斜視図である。 図２４に示したアクチュエータの組立斜視図である。 図２３に示した保持力軽減機構の分解斜視図である。 図２３に示した保持力軽減機構の動作を説明するための要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は図２３に示したアクチュエータの動作を説明するための要部断面図である。 本発明の第５実施形態に係る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縦断面図である。 伝達機構を断面で示した従来の電動ブレーキ装置の正面図である。

以下、本発明のウェッジカム式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。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の第１実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。
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、略筒状のボディ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の一方の揺動端（サポート２側の基端部）には、これらブレーキアーム３，３を拡開作動するためのアクチュエータ１４が結合され、他方の揺動端（サポート２と反対側の開放端部）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及び図４に示すように、本第１実施形態に係るアクチュエータ１４は、制動時、ウェッジカム２０が一体に設けられたボールナット３８を圧縮コイルスプリング１７が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット３８に螺合するボールスクリュー１３が電動モータ６１により回転駆動されることによって、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム２０のカム作用により、ブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６をブレーキロータ１００の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。

なお、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。そこで、アクチュエータ１４は、モータギヤユニット６０が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド７，７が進退される。

ボールスクリュー１３は、基端部側（図中、上端部側）に配置されたベアリング５１と、先端部側（図中、下端部側）に配置されたベアリング５３とによって、ボディ１に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング５１は、ブレーキ本体側の静止部となるボディ１の上端開口部に冠着されたキャップ３１に固定されたベアリングケース５０に装着されるラジアル・スラスト軸受であり、上方への移動を規制しながらボールスクリュー１３の基端部側を回転自在に支持している。また、ベアリング５３は、ボディ１内に固定スリーブ部材２２のスリーブ部２２Ａに装着されるラジアル・スラスト軸受であり、下方への移動を規制しながらボールスクリュー１３の先端部側を回転自在に支持している。

更に、ボールスクリュー１３の先端部は、ジョイント５７を介してモータギヤユニット６０の出力軸５５に連結されており、減速機構６３を介して電動モータ６１の回転駆動力がボールスクリュー１３に伝達される。ここで、モータギヤユニット６０は、電動モータ６１の駆動軸６２（図１３参照）とボールスクリュー１３の回転軸とが、並列に配置されている。

図３及び図４に示すように、ウェッジカム２０が一体に設けられたボールナット３８は、ボールスクリュー１３と同軸に配置され、後述するピストン部材３３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。
ボールナット３８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、ボールナット３８の先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４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の各基端部がブレーキアーム軸４，４を揺動中心として拡開方向に移動されて、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をブレーキロータ１００（図２参照）に挟圧させてブレーキ動作が行われる。

更に、アクチュエータ１４は、ウェッジカム２０がブレーキアーム３，３の基端部を拡開させる制動位置に向けてボールナット３８を押圧付勢するための弾性部材である複数（本第１実施形態では４本）の圧縮コイルスプリング１７と、ウェッジカム２０を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング１７を蓄勢状態に保持するばね保持機構３０と、を備える。

ばね保持機構３０は、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持したボールナット３８に対してブレーキ本体側の静止部であるキャップ３１との間に介装した圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力を伝達するピストン部材３３と、ピストン部材３３の後端側（図４中、上端側）に配設され、キャップ３１に固定された電磁クラッチ３５のステータ３６に吸着されるアーマチュア３７と、アーマチュア３７に基端部（図３中、上端部）が固定された一対のガイドロッド４１の先端部に揺動自在に取り付けられ、ピストン部材３３の先端側に当接して移動を規制するためブレーキ本体側の係合部３４に対して揺動端４３ａが係合される保持レバー４３と、を備える。

それぞれの圧縮コイルスプリング１７は、キャップ３１の内底面に凹設されたばね受け部３１ａに上端部が収容されると共に、ピストン部材３３の後端面に凹設されたばね受け部３３ａに下端部が収容されることにより、キャップ３１とピストン部材３３との間に介装されている。なお、これら圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力は、パッドアッセンブリ６，６に対してパーキング制動力（通常制動力の約半分の制動力）が得られる程度にボールナット３８及びウェッジカム２０を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。

ピストン部材３３は、キャップ３１内に嵌装されることにより、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。即ち、略有底円筒状に形成されたキャップ３１における周壁の対向位置に形成した一対の切欠き部に平板状のガイドレール３２を取付け、ピストン部材３３の外周面に形成した二面幅がこれら一対のガイドレール３２に対向するようにキャップ３１内に嵌装されることで、ピストン部材３３は、キャップ３１に対して軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。ガイドレール３２の内面には、キャップ３１の軸方向と交差する方向に延びる溝として形成された係合部３４が設けられている。

図３に示すように、一対のガイドロッド４１は、ボールスクリュー１３を挟んだ反対側でピストン部材３３を軸方向にそれぞれ貫通した基端部がアーマチュア３７に固定され、ピストン部材３３に対して軸方向に移動自在に配設されている。ガイドロッド４１の先端部には、保持レバー４３が支持ピン４２により揺動自在に取り付けられている。

保持レバー４３は、アーマチュア３７によりガイドロッド４１が図３に示す初期位置（非制動位置）に保持された状態で、揺動端４３ａがキャップ３１の係合部３４に係合することで、当接部４３ｂがピストン部材３３の先端側に当接（本第１実施形態では、後述するアンカ部材４４の平板部４４ａに当接）してピストン部材３３の図中下方への移動を規制するように、各部の寸法が決められている。そして、電磁クラッチ３５の解除によってガイドロッド４１の保持状態が解除されると、揺動した保持レバー４３は揺動端４３ａが係合部３４から外れ、ピストン部材３３に対する移動規制が解除される。

ピストン部材３３の先端面には、一対の保持レバー４３に対応してアンカ部材４４が取付けられている。アンカ部材４４は、ピストン部材３３の先端面に密着されて保持レバー４３の当接部４３ｂが当接する矩形状の平板部４４ａと、平板部４４ａの両側縁に垂設されて一対の支持ピン４５をそれぞれ支持する二対の支持壁４４ｂと、平板部４４ａの両側縁に垂設されてボールナット３８をピストン部材３３に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持する二対のガイド壁４４ｃと、を有する。
各支持ピン４５に支持された板ばね状の切換ばね４７は、揺動端４３ａが係合部３４に係合する方向に保持レバー４３をそれぞれ弾性付勢している。

ピストン部材３３の下方に配置されたボールナット３８は、ブレーキ作動時に圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力によりピストン部材３３を介して押下されることによりボールスクリュー１３を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動し、ボールスクリュー１３が電動モータ６１によってブレーキ作動方向に回転駆動されることにより更に下方の通常制動位置へ移動する。
そして、ブレーキ解放時に電動モータ６１によってボールスクリュー１３がブレーキ解除方向に回転駆動される際には、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してピストン部材３３を押し上げながらボールナット３８は上方へ移動する。

ピストン部材３３とピストン部材３３の中央を軸方向に貫通するボールスクリュー１３との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構４０が配設されている。
隙間調整機構４０は、図４〜図６に示すように、先端部（図４中、下端部）がボールナット３８の後端面に対し相対回転不能に当接した状態でボールスクリュー１３に挿通されたアジャスタスクリュー２１と、アジャスタスクリュー２１の外周面に形成された雄ねじに螺合するアジャスタナット２３と、ピストン部材３３を先端側から後端側に貫通して後端面から突出したアジャスタナット２３の先端に固定されたアジャスタギヤ２５と、ピストン部材３３に固定されたアジャスタブラケット２６に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ２５に係合するアジャスタレバー２４と、キャップ３１の内周面に設置されたアジャスタガイド２７と、を備える。

アジャスタスクリュー２１の先端部外周には、ボールナット３８の後端面に当接すると共にアジャスタナット２３の先端部に当接するフランジ部が突設されている。アジャスタナット２３の先端部外周には、ピストン部材３３の先端側に形成された拡径凹部３３ｂに当接してピストン部材３３に対する後端側への相対移動を規制するフランジ部が突設されている。

そこで、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、ボールナット３８と伴にピストン部材３３のストロークが通常の範囲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、ピストン部材３３がキャップ３１から所定以上離れると、アジャスタガイド２７によりアジャスタレバー２４がリターンスプリング２８のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー２４とアジャスタギヤ２５との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にピストン部材３３が初期位置に戻る際、アジャスタレバー２４がリターンスプリング２８のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ２５を介してアジャスタナット２３が回転され、アジャスタスクリュー２１に対するアジャスタナット２３の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のピストン部材３３に対するボールナット３８及びウェッジカム２０の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ１００とパッドアッセンブリ６，６との隙間が大きくなりすぎないように調整される。

即ち、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、アジャスタスクリュー２１がピストン部材３３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、隙間調整後のボールナット３８及びウェッジカム２０の初期位置は原位置よりも隙間調整されたアジャスタスクリュー２１の突出分だけ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。

次に、図７の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら本第１実施形態に係るアクチュエータ１４の動作を説明する。
図７の（ａ）は、図３と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構４０も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構３０が作動しており、電磁クラッチ３５のステータ３６にアーマチュア３７が吸着され、保持レバー４３はガイドレール３２の係合部３４に揺動端４３ａが係合された状態で揺動が規制されている。揺動が規制された保持レバー４３は、当接部４３ｂがピストン部材３３の先端側に当接してピストン部材３３の図中下方への移動を規制している。そこで、キャップ３１とピストン部材３３との間に介装された圧縮コイルスプリング１７は、蓄勢状態に保持されている。

そして制動時、電磁クラッチ３５の通電が遮断され、ガイドロッド４１の保持状態が解除されると、保持レバー４３は圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力により揺動されて係合部３４との係合が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング１７は、ピストン部材３３を介してボールナット３８を図中下方へ押圧付勢する。圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力により押下されたボールナット３８は、電動モータ６１が通電されておらず回転自在なボールスクリュー１３を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動する。

そこで、図７の（ｂ）に示すように、ボールナット３８に一体に設けられたウェッジカム２０が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００を両側からパーキング制動力で挟圧する。
そして、電磁クラッチ３５の通電が遮断されると略同時或いは若干後に、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、図７の（ｃ）に示すように、ボールナット３８に一体に設けられたウェッジカム２０が更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側を通常制動力で挟圧する。

ブレーキ解放時には、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ボールナット３８に一体に設けられたウェッジカム２０が上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してピストン部材３３がボールナット３８により押し上げられ、圧縮コイルスプリング１７は初期位置である蓄勢状態に戻される（図７の（ａ）参照）。また、ピストン部材３３が初期位置に戻されると、切換ばね４７により係合部３４に係合する方向に弾性付勢された保持レバー４３の揺動端４３ａが係合部３４に係合されると共に、ガイドロッド４１を介してアーマチュア３７が電磁クラッチ３５のステータ３６に当接状態となる。

そこで、電磁クラッチ３５に通電してステータ３６にアーマチュア３７を吸着すれば、保持レバー４３はガイドレール３２の係合部３４に揺動端４３ａが係合された状態で揺動が規制され、当接部４３ｂがピストン部材３３の先端側に当接してピストン部材３３の図中下方への移動を規制するので、キャップ３１とピストン部材３３との間に介装された圧縮コイルスプリング１７は、蓄勢状態に保持される。

従って、本第１実施形態のアクチュエータ１４を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構３０が解除されることによって圧縮コイルスプリング１７がピストン部材３３を介してボールナット３８を制動位置へ押圧付勢した後、モータギヤユニット６０によりボールスクリュー１３が回転駆動されるため、ボールナット３８に一体に設けられたウェッジカム２０は制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータ６１での高応答性は必要なく、電動モータ６１の小型化、省電力化が可能となる。

更に、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力でパーキング制動力（パーキング状態）が得られるので、電動モータ６１のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチ３５の通電が遮断されると同時に圧縮コイルスプリング１７がウェッジカム２０を制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成の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は、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。

更に、本第１実施形態のアクチュエータ１４を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング１７の付勢力に抗してピストン部材３３がボールナット３８によって初期位置に移動される。すると、保持レバー４３が係合部３４に係合されると共に、一対のガイドロッド４１を介してアーマチュア３７が電磁クラッチ３５のステータ３６に当接状態となる。そのため、電磁クラッチ３５における電磁石の必要吸引力が容易に得られるとともに消費電力を抑制することができる。

次に、図８〜図１２を用いて、本発明の第２実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、上記第１実施形態に係るウェッジカム式ブレーキと同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明は省略する。
図８及び図９は、本発明の第２実施形態に係る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す斜視図及び縦断面図である。

ブレーキアーム３，３の一方の揺動端には、これらブレーキアーム３，３を拡開作動するためのアクチュエータ８１が結合され、他方の揺動端には、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９及び図１０に示すように、本第２実施形態に係るアクチュエータ８１は、制動時、ウェッジカム２０Ａが一体に設けられたボールナット３８Ａを圧縮コイルスプリング１７が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット３８Ａに螺合するボールスクリュー１３が電動モータ６１により回転駆動されることによって、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム２０Ａのカム作用により、ブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６をブレーキロータ１００の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ８１は、上記第１実施形態に係るアクチュエータ１４と同様に、モータギヤユニット６０が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド７，７が進退される。

ボールスクリュー１３は、基端部側（図中、上端部側）に配置されたベアリング５１と、先端部側（図中、下端部側）に配置されたベアリング５３とによって、ボディ１に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング５１は、ブレーキ本体側の静止部となるハウジング８３の内底面に固定されたベアリングケース８５に装着され、ベアリング５３は、ボディ１内に固定スリーブ部材２２のスリーブ部２２Ａに装着される。

図１０及び図１１に示すように、ウェッジカム２０Ａが一体に設けられたボールナット３８Ａは、ボールスクリュー１３と同軸に配置され、後述するケース状ピストン８７に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に収容されている。
ボールナット３８Ａ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、ボールナット３８の先端部に取り付けられたウェッジカム２０Ａの傾斜面に乗り上げることになる。

ウェッジカム２０Ａ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へ軸動させる（図４、参照）。これによって、ブレーキアーム３，３の各基端部をブレーキアーム軸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をブレーキロータ１００に挟圧させてブレーキ動作が行われる。

更に、アクチュエータ８１は、ウェッジカム２０Ａがブレーキアーム３，３の基端部を拡開させる制動位置に向けてボールナット３８Ａを押圧付勢するための弾性部材である複数（本第２実施形態では３本）の圧縮コイルスプリング１７と、ウェッジカム２０Ａを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング１７を蓄勢状態に保持するばね保持機構３０Ａと、を備える。

ばね保持機構３０Ａは、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容したボールナット３８Ａに対してブレーキ本体側の静止部であるハウジング８３との間に介装した圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力を伝達するケース状ピストン８７と、ハウジング８３内に設けられ、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って延びるガイド溝部９４ａと、ガイド溝部９４ａの一端部（図１２の（ｂ）中、上端部）からボールスクリュー１３の回転方向に延びる保持溝部９４ｂとを有するカム溝９４が形成されたガイドレール９３と、ボールナット３８Ａと一体に設けられ、カム溝９４に沿って従動するローラ接触子９７を先端部に有してボールナット３８Ａの半径方向外方へ突設された従節としてのローラ固定ボルト９５と、を備え、ローラ接触子９７が保持溝部９４ｂに案内されたボールナット３８Ａは、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してウェッジカム２０Ａを非制動位置に保持する。

それぞれの圧縮コイルスプリング１７は、ハウジング８３の内底面から軸方向に沿って配設されたばねガイドボルト８２に嵌挿されると共に、ケース状ピストン８７のフランジ部に凹設されたばね受け部８７ａに下端部が支持されることにより、ハウジング８３とケース状ピストン８７との間に介装されている。なお、これら圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力は、パッドアッセンブリ６，６に対してパーキング制動力（通常制動力の約半分の制動力）が得られる程度にボールナット３８Ａ及びウェッジカム２０Ａを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。

ケース状ピストン８７は、ハウジング８３内に嵌装されることにより、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。即ち、略有底円筒状に形成されたハウジング８３の内底面に垂設されたばねガイドボルト８２が、筒状本体部の先端部外周に突設されたフランジ部の貫通孔を貫通することで、ケース状ピストン８７は、ハウジング８３に対して軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。ケース状ピストン８７の筒状本体部には、ローラ固定ボルト９５が貫通する窓部８７ｂと、ウェッジカム２０Ａの幅広部に係合する開口部８７ｃとが設けられている。

ボールナット３８Ａの外周部に固定された円環状のスペーサ９１の外周面には、３本のローラ固定ボルト９５が周方向に沿って等間隔に配置される。ローラ接触子９７及びスリーブ９９が嵌挿された各ローラ固定ボルト９５は、先端部がケース状ピストン８７の窓部８７ｂを貫通してスペーサ９１に螺着され、頭部側にローラ接触子９７が回転自在に支持される。

ボールナット３８Ａは、ローラ接触子９７がガイドレール９３に形成されたカム溝９４の初期位置（非制動位置）である保持溝部９４ｂに係合することで、ローラ固定ボルト９５に嵌挿されたスリーブ９９がケース状ピストン８７の窓部８７ｂに係合してケース状ピストン８７の図中下方への移動を規制するように構成されている。即ち、ボールナット３８Ａは、ボールスクリュー１３の回転が阻止された状態では軸方向に移動することができず、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してウェッジカム２０Ａ及びケース状ピストン８７を非制動位置に保持することができる。

保持溝部９４ｂは、図１２の（ｂ）に示すように、圧縮コイルスプリング１７の付勢力によってローラ接触子９７をガイド溝部９４ａに向けて転動させる傾斜面９６を有するが、電動モータ６１による反制動方向への微小回転力や、電動モータ６１とボールスクリュー１３の間に設けた電磁クラッチ等の保持力によってボールスクリュー１３の回転が阻止されている際には、ボールナット３８Ａは図中下方へ移動することができない。

そして、電動モータ６１の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー１３の回転阻止状態が解除されると、ボールナット３８Ａは軸方向に移動可能となる。
ケース状ピストン８７の内底面とボールナット３８Ａの後端面との間には、摺動部材８８とワッシャ８９が介装されている。ボールナット３８Ａは、ローラ接触子９７が保持溝部９４ｂの傾斜面９６に沿ってガイド溝部９４ａに向けて転動できるように、ケース状ピストン８７に対して所定角度範囲内を相対回転可能とされている。

ケース状ピストン８７の内底面に配置されたボールナット３８Ａは、ブレーキ作動時にボールスクリュー１３の回転阻止状態が解除され、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力によりケース状ピストン８７を介して押下されると、ローラ接触子９７が保持溝部９４ｂの傾斜面９６に沿ってガイド溝部９４ａに向けて転動される。そして、ローラ接触子９７がガイド溝部９４ａに達すると、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在となったボールナット３８Ａは、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力によりボールスクリュー１３を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動し、ボールスクリュー１３が電動モータ６１によってブレーキ作動方向に回転駆動されることにより更に下方の通常制動位置へ移動する。

そして、ブレーキ解放時に電動モータ６１によってボールスクリュー１３がブレーキ解除方向に回転駆動された際には、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してケース状ピストン８７を押し上げながらボールナット３８は上方へ移動する。ガイド溝部９４ａの上部に達したローラ接触子９７は、ボールスクリュー１３の回転力を受けて保持溝部９４ｂ内に進入する。

ボールナット３８Ａに一体に設けられたウェッジカム２０Ａとウェッジカム２０Ａの中央を軸方向に貫通するボールスクリュー１３との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構４０Ａが配設されている。
隙間調整機構４０Ａは、図１０及び図１１に示すように、後端部（図１０中、上端部）がボールナット３８Ａの先端部に対し相対回転可能に嵌合した状態でボールスクリュー１３に挿通されると共に外周面に形成された雄ねじがウェッジカム２０Ａの雌ねじに螺合するアジャスタスクリュー９８と、アジャスタスクリュー９８に嵌挿固定されたアジャスタギヤ２５と、ケース状ピストン８７に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ２５に係合するアジャスタレバー２４と、ハウジング８３の内周面に設置されたアジャスタガイド（図示せず）と、を備える。

そこで、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、ボールナット３８Ａと伴にケース状ピストン８７のストロークが通常の範囲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、ケース状ピストン８７がハウジング８３から所定以上離れると、アジャスタガイドによりアジャスタレバー２４がリターンスプリング２８のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー２４とアジャスタギヤ２５との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にケース状ピストン８７が初期位置に戻る際、アジャスタレバー２４がリターンスプリング２８のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ２５を介してアジャスタスクリュー９８が回転され、ウェッジカム２０Ａに対するアジャスタスクリュー９８の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のケース状ピストン８７及びボールナット３８Ａに対するウェッジカム２０Ａの軸方向位置が調整され、ブレーキロータ１００とパッドアッセンブリ６，６との隙間が大きくなりすぎないように調整される。

即ち、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、ウェッジカム２０Ａがアジャスタスクリュー９８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、隙間調整後のウェッジカム２０Ａの初期位置は原位置よりも隙間調整された突出分だけ進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム２０Ａ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。

次に、図１３及び図１４を参照しながら本第２実施形態に係るアクチュエータ８１の動作を説明する。
図１３は、図１０と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構４０Ａも非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構３０Ａが作動しており、ボールスクリュー１３の回転が阻止されると共にローラ接触子９７がカム溝９４の保持溝部９４ｂに案内されたボールナット３８Ａは、軸方向に移動することができず、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してウェッジカム２０Ａ及びケース状ピストン８７を非制動位置に保持している。そこで、ハウジング８３とケース状ピストン８７との間に介装された圧縮コイルスプリング１７は、蓄勢状態に保持されている。

そして制動時、電動モータ６１の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー１３の回転阻止状態が解除され、ボールナット３８Ａが圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力によりケース状ピストン８７を介して押下されると、ローラ接触子９７が保持溝部９４ｂの傾斜面９６に沿ってガイド溝部９４ａに向けて転動される。
図１４に示すように、ローラ接触子９７がカム溝９４のガイド溝部９４ａに達すると、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在となったボールナット３８Ａは、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力によりケース状ピストン８７を介して図中下方へ押圧付勢される。圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力により押下されたボールナット３８Ａは、電動モータ６１が通電されておらず回転自在なボールスクリュー１３を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動する。

そこで、ボールナット３８Ａに一体に設けられたウェッジカム２０Ａが下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００を両側からパーキング制動力で挟圧する。
そして、電動モータ６１の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー１３の回転阻止状態が解除されると略同時或いは若干後に、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、ボールナット３８Ａに一体に設けられたウェッジカム２０Ａが更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側を通常制動力で挟圧する。

ブレーキ解放時には、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ケース状ピストン８７を押し上げながらボールナット３８Ａは上方へ移動する。そこで、ボールナット３８Ａに一体に設けられたウェッジカム２０Ａが上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力に抗してケース状ピストン８７がボールナット３８Ａにより押し上げられ、圧縮コイルスプリング１７は初期位置である蓄勢状態に戻される（図１３参照）。また、ボールナット３８Ａが上方へ移動することによりガイド溝部９４ａの上部に達したローラ接触子９７は、ボールスクリュー１３の回転力を受けて保持溝部９４ｂ内に進入する。

そこで、電動モータ６１による反制動方向への微小回転力や、電動モータ６１とボールスクリュー１３の間に設けた電磁クラッチ等の保持力によってボールスクリュー１３の回転を阻止すれば、ボールナット３８Ａは図中下方への移動が規制されるので、ハウジング８３とケース状ピストン８７との間に介装された圧縮コイルスプリング１７は、蓄勢状態に保持される。

従って、本第２実施形態のアクチュエータ８１を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構３０Ａが解除されることによって圧縮コイルスプリング１７がケース状ピストン８７を介してボールナット３８Ａを制動位置へ押圧付勢した後、モータギヤユニット６０によりボールスクリュー１３が回転駆動されるため、ボールナット３８Ａに一体に設けられたウェッジカム２０Ａは制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータ６１での高応答性は必要なく、電動モータ６１の小型化、省電力化が可能となる。

更に、圧縮コイルスプリング１７のばね付勢力でパーキング制動力（パーキング状態）が得られるので、電動モータ６１のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断されて電動モータ６１による反制動方向への微小回転力や、電動モータ６１とボールスクリュー１３の間に設けた電磁クラッチ等の保持力が解除された場合には、ボールスクリュー１３の回転阻止が解除されると同時に圧縮コイルスプリング１７がウェッジカム２０Ａを制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成の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は、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。

更に、本第２実施形態のアクチュエータ８１を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ボールナット３８Ａの回転力をローラ接触子９７で受け、カム溝９４内を摺動させることで、ボールナット３８Ａは軸方向に移動する際の摩擦抵抗が低減され、スムーズに移動できる。

ブレーキ解放時には、電動モータ６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング１７が初期位置に戻されてローラ接触子９７がカム溝９４の保持溝部９４ｂに入り込むことで、ボールナット３８Ａに入力される圧縮コイルスプリング１７の反力をローラ接触子９７を介して保持溝部９４ｂで受けることができる。そこで、圧縮コイルスプリング１７の反力は、ボールスクリュー１３を回転させる力と、保持溝部９４ｂで受ける力とに分解されるため、ボールスクリュー１３の回転を阻止する為の保持力（例えば、電動モータ６１による反制動方向への微小回転力や、電動モータ６１とボールスクリュー１３の間に設けた電磁クラッチの電磁力等）を少なくできる。

次に、図１５〜図２２を用いて、本発明の第３実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、上記第１実施形態に係るウェッジカム式ブレーキと同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明は省略する。
図１５は、本発明の第３実施形態に係る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す縦断面図である。

ブレーキアーム３，３の一方の揺動端には、これらブレーキアーム３，３を拡開作動するためのアクチュエータ１１４が結合され、他方の揺動端には、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１５及び図１６に示すように、本第３実施形態に係るアクチュエータ１１４は、制動時、ウェッジカム１２０を押圧付勢するためのボールナット１３８を圧縮コイルスプリング１１７が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット１３８に螺合するボールスクリュー１３が電動モータ１６１により回転駆動されることによって、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム１２０のカム作用により、ブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６をブレーキロータ１００の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ１１４は、上記第１実施形態に係るアクチュエータ１４と同様に、モータギヤユニット１６０が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド７，７が進退される。

ボールスクリュー１３は、基端部側（図中、上端部側）に配置されたベアリング１５１と、先端部側（図中、下端部側）に配置されたベアリング１５３とによって、ボディ１に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング１５１は、ブレーキ本体側の静止部となるキャップ１３１の内底面に固定されたベアリングホルダ１５０に装着され、ベアリング１５３は、ボディ１内に固定スリーブ部材１２２のスリーブ部１２２Ａに装着される。

更に、ボールスクリュー１３の先端部は、ジョイント１５７を介してモータギヤユニット１６０の出力軸１５５に連結されており、減速機構１６３を介して電動モータ１６１の回転駆動力がボールスクリュー１３に伝達される。ここで、モータギヤユニット１６０は、電動モータ１６１の駆動軸１６２とボールスクリュー１３の回転軸とが、直列に配置されている。

図１６及び図１７に示すように、ウェッジカム１２０を押圧付勢するためのボールナット１３８は、ボールスクリュー１３と同軸に配置されたナットホルダ１４２に固定されている。即ち、ボールナット１３８は、ナットホルダ１４２の円環状段部１４２ａに上方から内嵌された後、ナットホルダ１４２の固定用孔１４２ｂを貫通した連結ピン１４６が固定孔１３８ｂに嵌挿されることで、ナットホルダ１４２に一体に固定されている。ボールナット１３８の後端面には、連結ピン１４６の脱落を防ぐ一対の保持片１４１ａを有する保持プレート１４１が装着されている。

ナットホルダ１４２は、略有底円筒状のキャップ１３１の開口端に取り付けられたロアベース１３２に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持されている。
ボールナット１３８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、ボールナット１３８の先端部に押圧付勢されたウェッジカム１２０の傾斜面に乗り上げることになる。

ウェッジカム１２０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１６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の各基端部がブレーキアーム軸４，４を揺動中心として拡開方向に移動されて、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をブレーキロータ１００（図１５参照）に挟圧させてブレーキ動作が行われる。

なお、リンクロッド７，７の一方には、リンクロッド７に作用する軸力を検出するための軸力センサ１７０が配設されている。この軸力センサ１７０は、電動モータ１６１の回転を制御する制御部４００に接続されている。

更に、アクチュエータ１１４は、ブレーキアーム３，３の基端部を拡開させる制動位置に向けてウェッジカム１２０を押圧付勢するための弾性部材である圧縮コイルスプリング１１７と、ウェッジカム１２０を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング１１７を蓄勢状態に保持するばね保持機構１３０と、を備える。

ばね保持機構１３０は、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールスクリュー１３に対し相対回転不能に保持されたボールナット１３８に対してブレーキ本体側の静止部であるキャップ１３１との間に介装した圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力を伝達するピストン部材としてのスプリングシート１３３と、スプリングシート１３３の外周端に対して圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能に係合され、キャップ１３１に固定された電磁クラッチ１３５のステータ１３６に吸着されるアーマチュア１３７と、ブレーキアーム３，３の基端部を拡開させるリンクロッド７，７の一方に配設され、リンクロッド７に作用する軸力を検出するための軸力センサ１７０と、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御する制御部４００と、を備える。

図１８及び図１９に示すように、圧縮コイルスプリング１１７は、ベアリングホルダ１５０のフランジ部を介してキャップ１３１の内底面に上端部が支持されると共に、スプリングシート１３３の後端面に下端部が支持されることにより、キャップ１３１とスプリングシート１３３との間に介装されている。なお、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力は、パッドアッセンブリ６，６に対してパーキング制動力（通常制動力の約半分の制動力）が得られる程度にウェッジカム１２０を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。

スプリングシート１３３は、ボールナット１３８の後端ボス部１３８ａに嵌装された状態で、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート１３３の外周端には、圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能にアーマチュア１３７が係合されている。

更に、ボールナット１３８の後端面に対向してボールナット１３８を押圧付勢するスプリングシート１３３の押圧部には、ゴム等の弾性材からなる緩衝部材１３９が取付けられている。緩衝部材１３９は、スプリングシート１３３の押圧部表面より突出しており、スプリングシート１３３がボールナット１３８に当接する際の衝撃を緩和する。

スプリングシート１３３は、電磁クラッチ１３５のステータ１３６に吸着されているアーマチュア１３７によって、図１６に示す初期位置（非制動位置）に保持されている。
更に、アーマチュア１３７は、ロアベース１３２との間に介装された４本のセットスプリング１４５によってステータ１３６に向けて常時弾性付勢されている。セットスプリング１４５は、圧縮コイルスプリング１１７の付勢力よりも弱いばね力とされる。

図１９の（ａ）〜（ｃ）を参照して、キャップ１３１内に組付けられる圧縮コイルスプリング１１７の組み付け手順を説明する。
図１９の（ａ）に示すように、キャップ１３１内には、電磁クラッチ１３５、ベアリング１５１が装着されたベアリングホルダ１５０、圧縮コイルスプリング１１７、スプリングシート１３３、アーマチュア１３７、セットスプリング１４５及びロアベース１３２の順に組立装着される。

そして、図１９の（ｂ），（ｃ）に示すように、キャップ１３１の開口端にロアベース１３２をボルト固定することで、キャップ１３１内に大荷重となる圧縮コイルスプリング１１７と電磁クラッチ１３５とが一体化されたクラッチ・アッシーとして構成されてい
る。これら圧縮コイルスプリング１１７と電磁クラッチ１３５のサブアッシーは、図２０及び図２１に示すように、ボールナット１３８及びアジャスタスクリュー１２１とサブアッシー化された後述の隙間調整機構１４０関係が、後から組み付け可能なように構成されている。

ブレーキ作動時、スプリングシート１３３の下方に配置されたボールナット１３８は、先ず、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ１３５によるアーマチュア１３７の吸引が解放され、圧縮コイルスプリング１１７の付勢力がスプリングシート１３３を介してボールナット１３８に伝達されるので、ボールスクリュー１３によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング１１７の付勢力とが作用したボールナット１３８は、ウェッジカム１２０を通常制動位置へ移動させる。

そして、ブレーキ解放時に電動モータ１６１によってボールスクリュー１３がブレーキ解除方向に回転駆動される際には、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に抗してスプリングシート１３３を押し上げながらボールナット１３８は上方へ移動する。

ボールナット１３８とウェッジカム１２０との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構１４０が配設されている。
隙間調整機構１４０は、図１７及び図２０に示すように、後端部（図１７中、上端部）のフランジがボールナット１３８の先端面に当接し、先端部（図１７中、下端部）の雄ねじがウェッジカム１２０の雌ねじに螺合された状態でボールスクリュー１３に挿通されたアジャスタスクリュー１２１と、アジャスタスクリュー１２１の後端部に固定されたアジャスタギヤ１２５と、ナットホルダ１４２の脚部１４３の固定孔１４２ｃに固定された支点ピン１２６によりナットホルダ１４２に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ１２５に係合するアジャスタレバー１２４と、ロアベース１３２に設置されたアジャスタガイド１２７と、一端がナットホルダ１４２の脚部１４３の掛止ピン１４２ｄに掛止され、他端がアジャスタレバー１２４の揺動端に掛止されたリターンスプリング１２８と、を備える。

隙間調整機構１４０は、アジャスタレバー１２４がナットホルダ１４２に配設され、アジャスタギヤ１２５と一体化されたアジャスタスクリュー１２１と、アジャスタスクリュー１２１にねじ嵌合したウェッジカム１２０とが、アクチュエータ・アッシーとして構成されている。
そこで、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、ボールナット１３８と伴にナットホルダ１４２のストロークが通常の範囲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、ナットホルダ１４２がロアベース１３２から所定以上離れると、アジャスタガイド１２７によりアジャスタレバー１２４がリターンスプリング１２８のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー１２４とアジャスタギヤ１２５との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にナットホルダ１４２が初期位置に戻る際、アジャスタレバー１２４がリターンスプリング１２８のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ１２５を介してアジャスタスクリュー１２１が回転され、ウェッジカム１２０に対するアジャスタスクリュー１２１の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のナットホルダ１４２及びボールナット１３８に対するウェッジカム１２０の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ１００とパッドアッセンブリ６，６との隙間が大きくなりすぎないように調整される。

即ち、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、アジャスタスクリュー１２１がウェッジカム１２０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、隙間調整後のウェッジカム１２０の初期位置は原位置よりも隙間調整されたアジャスタスクリュー１２１の突出分だけ進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム１２０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。

次に、図１６及び図２２の（ａ），（ｂ）を参照しながら本第３実施形態に係るアクチュエータ１１４の動作を説明する。
図１６は、ブレーキはもとより隙間調整機構１４０も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構１３０が作動しており、電磁クラッチ１３５のステータ１３６にアーマチュア１３７が吸着され、アーマチュア１３７の内周端に係合されたスプリングシート１３３は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ１３１とスプリングシート１３３との間に介装された圧縮コイルスプリング１１７は、蓄勢状態に保持されている。

そして、制動時には、先ず、図２２の（ａ）に示すように、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット１３８がウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢する。この際、後端面がスプリングシート１３３の押圧部から離れたボールナット１３８には、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリュー１３はスムーズに回転することができ、電動モータ１６１の初期応答性が向上する。

即ち、圧縮コイルスプリング１１７の付勢力による荷重がボールナット１３８に作用すると、ボールナット１３８とボールスクリュー１３との螺合部における摩擦抵抗が増大して電動モータ１６１の負荷が上昇するが、スプリングシート１３３に対して圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能に係合されたアーマチュア１３７が電磁クラッチ１３５のステータ１３６に吸着されているので、圧縮コイルスプリング１１７の付勢力がボールナット１３８に作用することはない。

次に、所定時間後に電磁クラッチ１３５の通電が遮断され、ステータ１３６によるアーマチュア１３７の吸着が解放されると、アーマチュア１３７によるスプリングシート１３３の保持状態が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング１１７は、スプリングシート１３３を介してボールナット１３８及びナットホルダ１４２を図中下方へ押圧付勢する。

そこで、図２２の（ｂ）に示すように、ボールスクリュー１３によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング１１７の付勢力とが作用したボールナット１３８は、ウェッジカム１２０を制動位置へ移動させる。ウェッジカム１２０が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００を両側からパーキング制動力で挟圧する。

この際、ウェッジカム１２０のカム作用によりブレーキアーム３，３の基端部を拡開させるリンクロッド７に配設された軸力センサ１７０によってリンクロッド７に作用する軸力を検出し、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御部４００が制御することで、制動力を適正に制御することができる。

ブレーキ解放時には、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢していたボールナット１３８が上方の非制動位置へ移動するので、ウェッジカム１２０も上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側から離れる。

これと同時に、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に抗してスプリングシート１３３がボールナット１３８により押し上げられ、圧縮コイルスプリング１１７は初期位置である蓄勢状態に戻される（図１６参照）。
この際、スプリングシート１３３に対して圧縮コイルスプリング１１７側と反対側には相対移動可能なアーマチュア１３７は、ボールナット１３８によってスプリングシート１３３と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリング１４５のばね力によって電磁クラッチ１３５のステータ１３６に当接状態となる。

そこで、電磁クラッチ１３５に通電してステータ１３６にアーマチュア１３７を吸着すれば、アーマチュア１３７がスプリングシート１３３の外周端に係合してスプリングシート１３３の図中下方への移動を規制するので、キャップ１３１とスプリングシート１３３との間に介装された圧縮コイルスプリング１１７は、蓄勢状態に保持される。

従って、本第３実施形態のアクチュエータ１１４を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、先ず、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット１３８がウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢する。この際、ボールナット１３８にはボールスクリュー１３の回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリュー１３はスムーズに回転することができ、電動モータ１６１の初期応答性が向上する。

次に、所定時間後に電磁クラッチ１３５によるアーマチュア１３７の吸引が解放され、圧縮コイルスプリング１１７の付勢力がスプリングシート１３３を介してボールナット１３８に伝達されるので、ボールスクリュー１３によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング１１７の付勢力とが作用したボールナット１３８は、ウェッジカム１２０を制動位置へ移動させる。この際、リンクロッド７に配設された軸力センサ１７０によってリンクロッド７に作用する軸力を検出し、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御部４００が制御することで、制動力を適正に制御することができる。

また、アーマチュア１３７は、スプリングシート１３３に対して圧縮コイルスプリング１１７側と反対側には相対移動可能なので、ボールナット１３８によってスプリングシート１３３と伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカム１２０とボールナット１３８からの作用力は、圧縮コイルスプリング１１７に伝達されて電磁クラッチ１３５には作用しない構造なので、電磁クラッチ１３５に対して過剰な負荷がかかることはない。

更に、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力でパーキング制動力（パーキング状態）が得られるので、電動モータ１６１のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチ１３５の通電が遮断されると同時に圧縮コイルスプリング１１７がウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成の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は、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。

更に、本第３実施形態のアクチュエータ１１４を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時に電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動されることによって、ボールナット１３８はスプリングシート１３３から一旦離れる。そして、所定時間後に電磁クラッチ１３５によるアーマチュア１３７の吸引が解放されると、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に付勢されたスプリングシート１３３の押圧部はボールナット１３８に勢いよく当接するが、押圧部とボールナット１３８との間には緩衝部材１３９が配設されている。そこで、スプリングシート１３３がボールナット１３８に当接する際の衝撃が緩和され、異音の発生が抑制されると共に耐久性が損ねられることもない。

更に、本第３実施形態のアクチュエータ１１４を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に抗してスプリングシート１３３がボールナット１３８によって初期位置に移動される際、スプリングシート１３３に対して圧縮コイルスプリング１１７側と反対側には相対移動可能なアーマチュア１３７は、ボールナット１３８によってスプリングシート１３３と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリング１４５のばね力によってステータ１３６に当接させられる。そこで、電磁クラッチ１３５に通電してステータ１３６にアーマチュア１３７を吸着すれば、即最大吸引力が得られることで省電力となる。

次に、図２３〜図２８を用いて、本発明の第４実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、第４実施形態に係るウェッジカム式ブレーキは、上記第３実施形態に係るウェッジカム式ブレーキのばね保持機構１３０に代えてばね保持機構２３０を用いた以外は略同様の構成である。

図２３は、本発明の第４実施形態に係る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縦断面図である。
図２３に示すように、本第４実施形態に係るアクチュエータ２１４は、制動時、圧縮コイルスプリング１１７がウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット２３８に螺合するボールスクリュー１３が電動モータ１６１により回転駆動される。これによってボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム１２０のカム作用により、ブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６をブレーキロータ１００の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ２１４は、上記第３実施形態に係るアクチュエータ１１４と同様に、モータギヤユニット１６０が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド７，７が進退される。

図２３及び図２４に示すように、ウェッジカム１２０を押圧付勢するためのボールナット２３８は、ボールスクリュー１３と同軸に配置されたナットホルダ２４２とスプリングシート２３３とで構成されたケース状ピストン２４０内に、ボールスクリュー１３の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容されている。

即ち、ボールナット２３８は、ナットホルダ２４２の円環状支持部２４２ａに上方から載置された後、ナットホルダ２４２のガイドスリット２４２ｂを貫通した連結ピン２４６が固定孔２３８ｂに嵌挿される。そして、円環状支持部２４２ａにボールナット２３８が載置されたナットホルダ２４２の上方からは、ボールナット２３８の後端ボス部２３８ａに嵌装されるようにしてスプリングシート２３３が被せられる。

そこで、これらナットホルダ２４２とスプリングシート２３３とが一体に組み合わされたケース状ピストン２４０内では、ボールナット２３８がケース状ピストン２４０に対して回転軸方向に僅かに相対移動可能、かつ、相対回転不能となる。
ケース状ピストン２４０のナットホルダ２４２は、略有底円筒状のキャップ１３１の開口端に取り付けられたロアベース１３２に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持される。
なお、隙間調整機構１４０は、ナットホルダ２４２の円環状支持部２４２ａとウェッジカム１２０との間に配設されている。

更に、アクチュエータ２１４は、ブレーキアーム３，３の基端部を拡開させる制動位置に向けてウェッジカム１２０を押圧付勢するための弾性部材である圧縮コイルスプリング１１７と、ウェッジカム１２０を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング１１７を蓄勢状態に保持するばね保持機構２３０と、を備える。

ばね保持機構２３０は、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールナット２３８をボールスクリュー１３の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、ウェッジカム１２０に対してキャップ１３１との間に介装した圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力を伝達するケース状ピストン２４０と、ケース状ピストン２４０に対して圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能に係合され、キャップ１３１に固定された電磁クラッチ２３５のステータ２３６に吸着されるアーマチュア２３７と、ブレーキアーム３，３の基端部を拡開させるリンクロッド７，７の一方に配設され、リンクロッド７に作用する軸力を検出するための軸力センサ１７０と、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御する制御部４００と、を備える。

ケース状ピストン２４０のスプリングシート２３３は、ボールナット２３８の後端ボス部２３８ａに嵌装された状態で、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート２３３の外周端には、圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能にアーマチュア２３７が係合されている。

更に、アーマチュア２３７は、アーマチュア解放方向への移動しようとするケース状ピストン２４０を係止する係止力の一部をブレーキ本体側の係合部２５０に支持させる保持力軽減機構２００を介してケース状ピストン２４０に取り付けられている。即ち、保持力軽減機構２００により、圧縮コイルスプリング１１７を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部２５０に支持される。

図２６に示すように、保持力軽減機構２００は、ケース状ピストン２４０の外周部が上方から嵌挿される環状ホルダ２０１と、アーマチュア解放方向へアーマチュア２３７に突設された支持ボルト２２０に螺合したナット２２２によって環状ホルダ２０１に対して軸方向変位可能に共締めされるガイドリング２０３と、環状ホルダ２０１の半径方向に穿設されたボール支持穴２０１ａに移動自在に保持されたボール２１０と、環状ホルダ２０１とガイドリング２０３との間に介装された圧縮コイルスプリング２１１と、ボール２１０の直径よりも小径の貫通穴２０５ａが穿設され、ボール２１０を係合部２５０に係止可能としながらボール２１０が環状ホルダ２０１のボール支持穴２０１ａから半径方向外方へ脱落するのを防止する保持プレート２０５と、を有する。

ガイドリング２０３の外周部に形成されたカム面２０３ａは、ガイドリング２０３がアーマチュア吸引方向へ移動することにより、ボール２１０を環状ホルダ２０１の半径方向外方へ移動させる。
環状ホルダ２０１は、半径方向外方へ移動したボール２１０がブレーキ本体側の係合部２５０に係止されることで、アーマチュア解放方向への移動が規制される。

環状ホルダ２０１の内周端は、ケース状ピストン２４０（スプリングシート２３３）に対して圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能に係合されている。また、環状ホルダ２０１は、ケース状ピストン２４０に外装されたスナップリング２１５との間に介装された圧縮コイルばね２１３によって、ステータ２３６側に弾性付勢されている。

図２７の（ａ）〜（ｃ）を参照して、保持力軽減機構２００の動作を説明する。
図２７の（ａ）に示すように、ばね保持機構２３０が作動しており、電磁クラッチ２３５のステータ２３６にアーマチュア２３７が吸着された状態では、ガイドリング２０３が圧縮コイルスプリング２１１のばね付勢力に抗してアーマチュア吸引方向へ移動しており、カム面２０３ａがボール２１０を環状ホルダ２０１の半径方向外方へ移動させる。そこで、ボール２１０がブレーキ本体側の係合部２５０に係止されることで、ガイドリング２０３はアーマチュア解放方向への移動が規制される。
その結果、圧縮コイルスプリング１１７を蓄勢状態に保持しているケース状ピストン２４０は、電磁クラッチ２３５の吸引力と係合部２５０の係止力とによって支持される。

図２７の（ｂ）に示すように、電磁クラッチ２３５の通電が遮断され、ステータ２３６によるアーマチュア２３７の吸着が解放されると、圧縮コイルスプリング２１１のばね付勢力によって、アーマチュア２３７が環状ホルダ２０１の上面に当接されると同時にガイドリング２０３が環状ホルダ２０１から離れる方向へ移動する。すると、ガイドリング２０３のカム面２０３ａが後退し、ブレーキ本体側の係合部２５０に係止されていたボール２１０が環状ホルダ２０１の半径方向内方へ移動する。

その結果、図２７の（ｃ）に示すように、係合部２５０の係止力が解除されたケース状ピストン２４０は、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力によって下方へ移動し、ウェッジカム１２０を制動位置へ移動させる。
このように、アーマチュア２３７が保持力軽減機構２００を介してケース状ピストン２４０に取り付けられることで、圧縮コイルスプリング１１７を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部２５０に支持されるので、電磁クラッチ２３５の吸引力を軽減することができる。

次に、図２３及び図２８の（ａ），（ｂ）を参照しながら本第４実施形態に係るアクチュエータ２１４の動作を説明する。
図２３は、ブレーキ非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構２３０が作動しており、電磁クラッチ２３５のステータ２３６にアーマチュア２３７が吸着され、保持力軽減機構２００を介してアーマチュア２３７の内周端に係合されたケース状ピストン２４０（スプリングシート２３３）は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ１３１とスプリングシート２３３との間に介装された圧縮コイルスプリング１１７は、蓄勢状態に保持されている。

そして制動時、図２８の（ａ）に示すように、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット２３８がウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ２３５の通電が遮断され、ステータ２３６によるアーマチュア２３７の吸着が解放されると、上述したように保持力軽減機構２００が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング１１７は、ケース状ピストン２４０を介してウェッジカム１２０を図中下方へ押圧付勢する。

上述したように、ナットホルダ２４２とスプリングシート２３３とが一体に組み合わされて画成されたケース状ピストン２４０内の空間では、ボールナット２３８がケース状ピストン２４０に対して回転軸方向に僅かに相対移動可能とされている。
そこで、ケース状ピストン２４０を介して伝達される圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力と、ボールナット２３８を介して伝達されるボールスクリュー１３によるねじ送り力とが、それぞれ独立してウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢することができる。

即ち、ボールナット２３８には、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力が作用せず、ボールナット２３８とボールスクリュー１３との螺合部における摩擦抵抗が増大することはない。従って、ボールスクリュー１３はスムーズに回転することができ、電動モータ１６１の初期応答性が向上すると共に作動力を軽減することができ、省電力化できる。

そして、図２８の（ｂ）に示すように、ボールスクリュー１３によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング１１７の付勢力とが作用したウェッジカム１２０が、制動位置へ移動する。ウェッジカム１２０が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム３，３の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００を両側からパーキング制動力で挟圧する。

この際、ウェッジカム１２０のカム作用によりブレーキアーム３，３の基端部を拡開させるリンクロッド７に配設された軸力センサ１７０によってリンクロッド７に作用する軸力を検出し、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御部４００が制御することで、制動力を適正に制御することができる。

ブレーキ解放時には、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム１２０を制動位置へ押圧付勢していたボールナット２３８が上方の非制動位置へ移動するので、ウェッジカム１２０も上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ６，６がブレーキロータ１００の両側から離れる。

これと同時に、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に抗してケース状ピストン２４０（スプリングシート２３３）がボールナット２３８により押し上げられ、圧縮コイルスプリング１１７は初期位置である蓄勢状態に戻される（図２３参照）。
この際、アーマチュア２３７は、ステータ２３６に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン２４０との間に介装した圧縮コイルばね２１３に弾性支持されており、ケース状ピストン２４０に対して圧縮コイルスプリング１１７側と反対側には相対移動可能である。即ち、ウェッジカム１２０とボールナット２３８からの作用力は、圧縮コイルスプリング１１７に伝達されて電磁クラッチ２３５には作用しない構造なので、電磁クラッチ２３５に対して過剰な負荷がかかることはない。

次に、図２９を用いて、本発明の第５実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、第５実施形態に係るウェッジカム式ブレーキは、上記第４実施形態に係るウェッジカム式ブレーキのアーマチュア２３７が保持力軽減機構２００を介してケース状ピストン２４０に取り付けられていたのに対して、アーマチュア３３７が、ステータ３３６に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン２４０との間に介装した圧縮コイルばね３１０により弾性支持されている以外は略同様の構成である。

図２９に示すように、本第５実施形態に係るばね保持機構３３０は、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールナット２３８をボールスクリュー１３の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、ウェッジカム１２０に対してキャップ１３１との間に介装した圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力を伝達するケース状ピストン２４０と、ケース状ピストン２４０に対して圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能に係合され、キャップ１３１に固定された電磁クラッチ３３５のステータ３３６に吸着されるアーマチュア３３７と、ブレーキアーム３，３の基端部を拡開させるリンクロッド７，７の一方に配設され、リンクロッド７に作用する軸力を検出するための軸力センサ１７０と、軸力センサ１７０の検出信号に基づいて電動モータ１６１の回転を制御する制御部４００と、を備える。

ケース状ピストン２４０のスプリングシート２３３は、ボールナット２３８の後端ボス部２３８ａに嵌装された状態で、ボールスクリュー１３の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート２３３の外周端には、圧縮コイルスプリング１１７側には相対移動不能にアーマチュア３３７が係合されている。

更に、アーマチュア３３７は、ステータ３３６に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン２４０に弾性支持されている。即ち、アーマチュア３３７は、ケース状ピストン２４０に外装されたスナップリング３１２との間に介装された圧縮コイルばね３１０によって、ステータ３３６側に弾性付勢されている。

そこで、ブレーキ解放時には、電動モータ１６１によりボールスクリュー１３がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング１１７のばね付勢力に抗してケース状ピストン２４０がボールナット２３８によって初期位置に移動される前に、アーマチュア３３７がステータ３３６に対して弾性付勢された状態で当接する。そこで、電磁クラッチ３３５は、ステータ３３６とアーマチュア３３７とが略隙間のない状態で作動できるため、容易に十分な吸引力を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、ウェッジカムの形状及びボールナットへの取付け形態、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ボールナットに対するウェッジカムの軸方向位置を調整する隙間調整機構等は、様々な変形例が考えられる。
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 ボールスクリュー
１４ アクチュエータ
１７ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
１８ カムローラ
２０ ウェッジカム
３０ ばね保持機構
３３ ピストン部材
３８ ボールナット
６１ 電動モータ
１００ ブレーキロータ

Claims (10)

1. ウェッジカムを押圧付勢するためのボールナットに螺合するボールスクリューが、電動モータにより回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した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てそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧し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、
   前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材と、
   前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構と、を備えることを特徴とするウェッジカム式ブレーキ。
2. 前記ばね保持機構が、
   前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、
   前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、
   前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッドの先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部に対して揺動端が係合される保持レバーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のウェッジカム式ブレーキ。
3. 前記ばね保持機構が、
   前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、
   前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部と、
   前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部とを有するカム溝と、
   前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節と、を備え、
   前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカムを非制動位置に保持することを特徴とする請求項１に記載のウェッジカム式ブレーキ。
4. 前記保持溝部が、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラ接触子を前記ガイド溝部に向けて転動させる傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載のウェッジカム式ブレーキ。
5. 前記ばね保持機構が、 前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、
   前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、
   前記ブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサと、
   前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータの回転を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のウェッジカム式ブレーキ。
6. 前記ボールナットを押圧付勢する前記ピストン部材の押圧部と前記ボールナットとの間には、弾性部材が配設されることを特徴とする請求項５に記載のウェッジカム式ブレーキ。
7. 前記アーマチュアが、前記弾性部材の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリングによって前記ステータに向けて常時弾性付勢されることを特徴とする請求項５又は６に記載のウェッジカム式ブレーキ。
8. 前記ばね保持機構が、 前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナットを前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカムに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、
   前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のウェッジカム式ブレーキ。
9. 前記アーマチュアが、前記ステータに対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストンに弾性支持されていることを特徴とする請求項８に記載のウェッジカム式ブレーキ。
10. 前記アーマチュアが、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストンを係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部に支持させる保持力軽減機構を介して前記ケース状ピストンに取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載のウェッジカム式ブレーキ。

Images