JP7019438B2 - ブレーキキャリパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキキャリパ装置に関する。

従来から鉄道車両の台車には、回転している輪軸の車軸に設けられたディスクをブレーキパッドで挟み込むことで、ディスクの摩擦によって車軸にブレーキ力を付与するブレーキキャリパ装置が知られている。

このようなブレーキキャリパ装置には様々な形式のものが知られている。例えば「くさび倍力式」のキャリパ装置では、空圧もしくは油圧で動作するアクチュエータシリンダによってくさびを一対のベアリング同士の間に挿入し、アクチュエータシリンダの力を倍力してブレーキパッドを支持するレバーに伝達する。
また、例えば特許文献１に示す「テコ倍力式」のキャリパ装置では、ブレーキパッドを支持するアームの回動中心となる支持軸を基準に、アームの前後方向の長さの比を適宜設定することで倍力が可能となっている。

ところで、ブレーキパッドが摩耗した際には、ブレーキパッドのパッド面とディスクとの間の隙間が大きくなってしまう。このため、ブレーキキャリパ装置にはブレーキパッドの摩耗に応じてブレーキパッドをディスクに向かって進出させてブレーキパッドのパッド面とディスクとの間の隙間を調整する機構が設けられている場合がある。

特開２０１５－２２４６８０号公報

上述のような隙間調整機構は、ブレーキパッドのパッド面がディスクに近づくようにアームを動作させる。したがって、仮に隙間調整機構を動作させると、特許文献１に記載のキャリパ装置では一対のアームの一端部同士が互いに離れるように動作することになる。この際、アクチュエータのロッドがレバーによって引っ張られることになり、アクチュエータの初期位置（ブレーキ指令が入力されていない状態でのアクチュエータの位置）が変化してしまう。この結果、アクチュエータのロッドのストローク量が変化し、所望のブレーキ力を得ることが難しくなる可能性がある。また、ブレーキの応答性が悪くなる可能性がある。

そこで本発明は、アームの初期位置が変動したとしても、十分なブレーキ力を得ることのできるブレーキキャリパ装置を提供する。

本発明の一の態様に係るブレーキキャリパ装置は、車体又は台車に支持されたブレーキ本体と、前記ブレーキ本体に設けられて前記台車の上下方向に延び、該台車の幅方向に離れて配置された一対の支持軸と、各々の前記一対の支持軸回りに回動可能に該支持軸にそれぞれ支持されて、該支持軸を基準に前記台車の走行方向に沿う前後方向の両側に延び、先端にブレーキパッドが設けられた一対のアームと、前記上下方向に延び、前記一対のアームにおける基端のそれぞれを回動可能に支持する一対の基端軸と、前記一対の基端軸同士を連結するとともに、該基端軸回りに回動可能な連結部材と、前記連結部材における前記幅方向の中央部に設けられ、前記一対のアームを前記幅方向に均等に動作させることで前記ブレーキパッドの初期位置を調整可能な隙間調整機構と、前記一対の基端軸のうちの一方に設けられ、前記上下方向に延び、かつ、前記基端軸の中心軸線に沿って延びる中心軸線を有する偏心軸と、前記偏心軸に一端が支持されて、前記前後方向に延びる偏心カムリンクと、前記偏心カムリンクの他端に前記上下方向に延びる中心軸線回りに回動可能に接続され、前記幅方向に延びるピストンと、前記ブレーキ本体に設けられて前記ピストンをブレーキ指令に応じて前記幅方向に進出可能に支持するとともに、前記ピストンの進出によって前記偏心カムリンクを介して倍力してブレーキ力を発生可能なシリンダと、を備える。

このようなブレーキキャリパ装置によれば、ブレーキ指令が入力されるとピストンが進出し、偏心カムリンクを通じてアームの基端の位置を変化させる。これによりシリンダの入力を倍力してアームに伝達し、ブレーキ力を生じさせることが可能である。即ちブレーキキャリパ装置は「偏心カム式」の倍力機構を備えている。この構成によって、ブレーキ力が台車の車軸に設けられたディスクに付与された際の反力によるモーメントは、支持軸に作用し、支持軸で受けることができ、このモーメントが偏心軸まで伝わりにくい。よって偏心軸でピストンからの入力だけでなく、さらに上記モーメントが作用してしまうことがなくなり、偏心軸の大型化を回避することができる。
さらに、本態様のブレーキキャリパ装置には隙間調整機構が設けられている。このためブレーキパッドが摩耗し、ブレーキパッドとディスクとの間の隙間が大きくなった場合でも、アームを動作させてディスクに向かってブレーキパッドを進出させることで上記隙間を所定の値に維持することが可能となる。従って、ブレーキパッドが摩耗したとしても所望のブレーキ力を得ることが可能である。
そして、隙間調整機構によってブレーキパッドを進出させる際には、一対のアームにおける基端同士が互いに幅方向に離れるように動作する。この際、偏心カムリンクを通じてピストンも引っ張られる。ここで本態様では、ピストンが幅方向に進出し、かつ、偏心カムリンクが前後方向に延びているため、これらピストンと偏心カムリンクとは交差して配置されている。従って、隙間調整の際、一対のアームにおける基端同士が互いに幅方向に離れるように動作したとしても、ピストン及びシリンダの移動量を小さく抑えることができる。即ち、隙間調整を行ってアームの初期位置が変動したとしても、シリンダ及びピストンはほとんど移動しない。このため、ピストンのストローク量が変化してしまうことがない。

また上記のブレーキキャリパ装置では、前記連結部材は、前記幅方向に延びる棒状をなし、前記ピストンの進出方向は、前記連結部材の延在方向に一致してもよい。

このようにピストンを設けることで、隙間調整によってアームの初期位置が変動したとしても、ピストン及びシリンダの移動量を最小限に抑えることができる。

また上記のブレーキキャリパ装置では、前記ブレーキ指令が入力されていない状態で、前記偏心カムリンクの延在方向が、前記ピストンの進出方向に直交していてもよい。

このように偏心カムリンクを設けることで、隙間調整によってアームの初期位置が変動したとしても、ピストン及びシリンダの移動量を最小限に抑えることができる。

また上記のブレーキキャリパ装置では、前記シリンダは、前記連結部材よりも前記支持軸側に配置され、かつ、前記一対のアームによって前記幅方向から挟まれて配置されていてもよい。

このような位置にシリンダを配置することで、ブレーキキャリパ装置の前後方向の寸法を抑え、コンパクト化が可能である。

上記のブレーキキャリパ装置によれば、アームの初期位置が変動したとしても、ピストンのストローク量を確保し、十分なブレーキ力を得ることができる。

本発明の実施形態に係るブレーキキャリパ装置の上面図である。 本発明の実施形態に係るブレーキキャリパ装置の側面図である。 本発明の実施形態に係るブレーキキャリパ装置の動作を説明する模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係るブレーキキャリパ装置の動作を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態におけるブレーキキャリパ装置１（以下、単にキャリパ装置１とする）について説明する。
キャリパ装置１は、例えば鉄道車両の台車輪軸の車軸（不図示）に設けられたディスクＤを、車軸の延在方向、即ち台車の幅方向Ｘの両側から挟み込むことで、輪軸にブレーキ力を発生させる装置である。

図１及び図２に示すように、キャリパ装置１は、台車又は車体（不図示）に支持されたブレーキ本体２と、ブレーキ本体２に対して動作してブレーキ力を発生可能な一対のアーム３と、一対のアーム３同士の相対位置関係を調整可能な隙間調整機構４と、ブレーキ指令に応じて一対のアーム３を動作させる偏心カムリンク５、ピストン６、及びシリンダ７とを備えている。

ブレーキ本体２は、本実施形態では台車の台車枠に支持されている。そしてブレーキ本体２には、幅方向Ｘに離れた位置で、台車の上下方向Ｚに延びる一対の支持軸１０が設けられている。ここで、ブレーキ本体２は車体の台枠等に設けられていてもよい。

一対のアーム３の各々は、一対の支持軸１０回りに支持軸１０に回動可能にそれぞれ支持されて、支持軸１０を基準に台車の走行方向に沿う前後方向Ｙの両側に延びる棒状をなしている。
各々のアーム３の先端には、上下方向Ｚに延びるパッド支持軸１１が設けられている。アーム３の先端はこのパッド支持軸１１回りに回動可能となっている。パッド支持軸１１にブレーキパッドＰＤが回動可能に支持されていることで、アーム３の先端３ａにブレーキパッドＰＤが設けられている。一対のアーム３に設けられたブレーキパッドＰＤをディスクＤに押し付けることで輪軸にブレーキ力を発生させる。本実施形態では各々のアーム３の先端３ａは上下方向Ｚに二股に分かれた形状をなしている。

さらに各々のアーム３の基端３ｂは先端３ａと同様に上下方向Ｚに二股に分かれた形状をなしている。この基端３ｂには、上下方向Ｚに延びる基端軸１２が設けられている。
一対の基端軸１２同士の間には、基端軸１２の上下方向Ｚの略中央位置で基端軸１２同士を連結するとともに、基端軸１２回りに回動可能な連結部材１５が設けられている。詳細な図示は省略するが、例えば連結部材１５に基端軸１２が挿通されており、連結部材１５と基端軸１２との間にはベアリングやブッシュ等が介在されていてもよい。

連結部材１５は、幅方向Ｘに延びる棒状をなしている。そして一対のアーム３が支持軸１０回りに回動した際には、アーム３の回動に伴って連結部材１５は前後方向Ｙに多少移動するようになっている。

隙間調整機構４は本実施形態では連結部材１５に設けられている。隙間調整機構４はラチェット等の機構を有している。そしてブレーキパッドＰＤの摩耗に伴ってディスクＤとブレーキパッドＰＤとの隙間が大きくなった際に、連結部材１５を伸長させることが可能である。連結部材１５の伸長によってアーム３を支持軸１０回りに回動させ、ブレーキパッドＰＤをディスクＤに近づけるようになっている。

ここで本実施形態では、隙間調整機構４が連結部材１５に設けられている場合について説明するが、隙間調整機構４はアーム３を回動可能な機構を有していればよく、必ずしも連結部材１５に設けられていなくともよい。

ここで一方の基端軸１２には偏心軸１６が一体に設けられている。より具体的には、アーム３の基端３ｂ側の端部で基端軸１２が小径になっていることで偏心軸１６が設けられており、かつ、基端軸１２が小径になっている位置では中心軸線Ｏ２が、基端軸１２の中心軸線Ｏ１に対して前後方向Ｙにオフセットした位置に延びている。そしてアーム３の基端３ｂに偏心軸１６が挿通され、アーム３の基端３ｂが中心軸線Ｏ２回りに回動可能となっている。なお、図示はしないが、偏心軸１６が挿通される基端３ｂの貫通孔３ｃの内面にはベアリングやブッシュ等が設けられていてもよい。

即ち偏心軸１６は、一方の基端軸１２の中心軸線Ｏ１に沿って延びる中心軸線Ｏ２を有して上下方向Ｚに延びている。基端軸１２の中心軸線Ｏ１に対する偏心軸１６の中心軸線Ｏ２の相対位置は、後述する偏心カムリンク５によって偏心軸１６が押された際に、幅方向Ｘに基端３ｂ同士が離れるように、一方の基端軸１２を押し出すような位置となっている。

偏心カムリンク５の一端５ａは偏心軸１６とともに基端３ｂに対して相対回動可能に偏心軸１６（及び基端軸１２）に一体に設けられている。本実施形態では、偏心カムリンク５は上下方向Ｚに離れて一対が設けられている。即ち各々の偏心カムリンク５は、アーム３の基端３ｂと連結部材１５との間で上下方向Ｚに挟まれるように偏心軸１６に固定されている。

偏心カムリンク５は前後方向Ｙに延在する棒状をなしている。本実施形態では、偏心カムリンク５の延在方向は、ブレーキ指令が入力されていない状態で前後方向Ｙに一致する。そしてブレーキ指令が入力されていない状態では、偏心カムリンク５の延在方向が連結部材１５の延在方向に直交しているとよい。

ピストン６は、偏心カムリンク５の他端５ｂに上下方向Ｚに延びる中心軸線Ｏ３回りに回動可能に接続され、台車の幅方向Ｘに延びている。より具体的には、ピストン６は棒状をなす軸部２１と、軸部２１と一体に設けられて空気圧を受圧する受圧部２２とを有している。軸部２１の先端には上下方向Ｚに延びる連結軸１８が設けられ、連結軸１８を介して一対の偏心カムリンク５の他端５ｂに軸部２１が接続されている。これにより、軸部２１と偏心カムリンク５とは中心軸線Ｏ３回りに相対回動可能となっている。

シリンダ７は、ブレーキ本体２に設けられてピストン６をブレーキ指令に応じて幅方向Ｘに進出可能、退避可能に支持している。より具体的には、シリンダ７には、ブレーキ指令に応じてシリンダ７の内壁とピストン６の受圧部２２との間に空気を導入可能な空気導入口（不図示）が設けられ、空圧によって受圧部２２とともに軸部２１を進出させる。また空気をシリンダ７の内壁とピストン６の受圧部２２との間から排出することで受圧部２２と軸部２１を退避させる。ピストン６の進退方向は幅方向Ｘに一致している。

本実施形態では、ピストン６の進退方向は、ブレーキ指令が入力されていない状態で偏心カムリンク５に直交しているとよい。このようにしてシリンダ７は空気によってピストン６を動作させ、偏心カムリンク５を介して一対のアーム３を動作させる。そしてシリンダ７からの入力を倍力してブレーキパッドＰＤに伝達し、ディスクＤに対してブレーキ力を発生させる。

さらに本実施形態ではシリンダ７は、前後方向Ｙに連結部材１５よりも支持軸１０側に配置され、かつ、一対のアーム３によって幅方向Ｘから挟まれて配置されている。

次に図３を参照して、ブレーキパッドＰＤとディスクＤとの間の隙間を調整する手順について説明する。
一対のアーム３における基端３ｂ同士が互いに幅方向Ｘに離れるように、隙間調整機構４が連結部材１５を伸長させる。連結部材１５の伸長によってアーム３を支持軸１０回りに回動させ、ブレーキパッドＰＤをディスクＤに近づける。この際、一対の基端３ｂが幅方向Ｘに遠ざかるように移動する。

以上説明した本実施形態のキャリパ装置１では、ブレーキ指令が入力されると、ピストン６が幅方向Ｘに進出し、偏心カムリンク５を通じてアーム３の基端３ｂの位置を変化させる。中心軸線Ｏ２が中心軸線Ｏ１に対してオフセットしているため、シリンダ７の入力を倍力してブレーキ力を生じさせることが可能である。即ちキャリパ装置１は偏心カム式の倍力機構を備えている。

さらに上記構成によって、ブレーキ力がディスクＤに付与された際の反力によるモーメントは支持軸１０に作用し、支持軸１０で受けることができ、このモーメントが偏心軸１６まで伝わりにくい。よって、偏心軸１６でピストン６からの入力に加えて上記モーメントがさらに作用することがなく、偏心軸１６の大型化を回避することができる。

さらに、キャリパ装置１には隙間調整機構４が設けられている。このためブレーキパッドＰＤが摩耗し、ブレーキパッドＰＤとディスクＤとの間の隙間が大きくなった場合でも、ディスクＤに向かってブレーキパッドＰＤを進出させることで上記隙間を所定の値に維持することが可能となる。従って、ブレーキパッドＰＤが摩耗したとしても所望のブレーキ力を得ることが可能である。

そして、隙間調整機構４によってブレーキパッドＰＤを進出させる際には、一対のアーム３における基端３ｂ同士が互いに幅方向Ｘに離れるように動作する。この際、偏心カムリンク５を通じてピストン６も引っ張られる。
特に本実施形態ではピストン６が幅方向Ｘに進出し、かつ、偏心カムリンク５が前後方向Ｙに延びていることで、これらピストン６と偏心カムリンク５とは交差して配置されている。より詳しくは、本実施形態ではピストン６の進退方向は連結部材１５の延在方向に一致するとともに、ブレーキ指令が入力されていない状態で、偏心カムリンク５の延在方向がピストン６の進出方向に直交している。

従って、隙間調整機構４を動作させる際に、一対のアーム３における基端３ｂ同士が互いに幅方向Ｘに離れるように動作したとしても、ピストン６及びシリンダ７の移動量を最小限に抑えることができる。仮に、ピストン６が前後方向Ｙに進出する場合には、一対のアーム３における基端３ｂ同士が互いに幅方向Ｘに離れるように動作すると、偏心カムリンク５を通じてピストン６及びシリンダ７が大きく引っ張られてしまい、ブレーキ指令が入力されない初期位置でのピストン６及びシリンダ７の位置が大きく変化してしまう。

本実施形態では、隙間調整を行ってアーム３の初期位置が変動したとしても、ピストン６及びシリンダ７はほとんど移動しないため、ピストン６のストローク量が変化してしまうことがない。よって、隙間調整によって一対のアーム３の初期位置が変動したとしても、ピストン６のストローク量を確保し、十分なブレーキ力を得ることができる。

さらに本実施形態のシリンダ７は、連結部材１５よりも支持軸１０側に配置され、かつ、一対のアーム３によって幅方向Ｘから挟まれて配置されているため、キャリパ装置１の前後方向Ｙの寸法を抑え、装置全体のコンパクト化が可能となる。

〔変形例〕
シリンダ７及びピストン６の配置位置は、上述の場合に限定されない。例えば図４に示すように、シリンダ７は、連結部材１５を挟んで、前後方向Ｙに支持軸１０とは反対側に配置されていてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上記のキャリパ装置１をゴムタイヤで走行する新交通システムの台車に用いてもよい。

１…ブレーキキャリパ装置
２…ブレーキ本体
３…アーム
４…隙間調整機構
５…偏心カムリンク
６…ピストン
７…シリンダ
１０…支持軸
１１…パッド支持軸
１２…基端軸
１５…連結部材
１６…偏心軸
１８…連結軸
２１…軸部
２２…受圧部
ＰＤ…ブレーキパッド
Ｄ…ディスク
Ｘ…幅方向
Ｙ…前後方向
Ｚ…上下方向

Claims (4)

1. 車体又は台車に支持されたブレーキ本体と、
   前記ブレーキ本体に設けられて前記台車の上下方向に延び、該台車の幅方向に離れて配置された一対の支持軸と、
   各々の前記一対の支持軸回りに回動可能に該支持軸にそれぞれ支持されて、該支持軸を基準に前記台車の走行方向に沿う前後方向の両側に延び、先端にブレーキパッドが設けられた一対のアームと、
   前記上下方向に延び、前記一対のアームにおける基端のそれぞれを回動可能に支持する一対の基端軸と、
   前記一対の基端軸同士を連結するとともに、該基端軸回りに回動可能な連結部材と、
   前記連結部材における前記幅方向の中央部に設けられ、前記一対のアームを前記幅方向に均等に動作させることで前記ブレーキパッドの初期位置を調整可能な隙間調整機構と、
   前記一対の基端軸のうちの一方に設けられ、前記上下方向に延び、かつ、前記基端軸の中心軸線に沿って延びる中心軸線を有する偏心軸と、
   前記偏心軸に一端が支持されて、前記前後方向に延びる偏心カムリンクと、
   前記偏心カムリンクの他端に前記上下方向に延びる中心軸線回りに回動可能に接続され、前記幅方向に延びるピストンと、
   前記ブレーキ本体に設けられて前記ピストンをブレーキ指令に応じて前記幅方向に進出可能に支持するとともに、前記ピストンの進出によって前記偏心カムリンクを介して倍力してブレーキ力を発生可能なシリンダと、
   を備えるブレーキキャリパ装置。
2. 前記連結部材は、前記幅方向に延びる棒状をなし、
   前記ピストンの進出方向は、前記連結部材の延在方向に一致する請求項１に記載のブレーキキャリパ装置。
3. 前記ブレーキ指令が入力されていない状態で、前記偏心カムリンクの延在方向が、前記ピストンの進出方向に直交する請求項２に記載のブレーキキャリパ装置。
4. 前記シリンダは、前記連結部材よりも前記支持軸側に配置され、かつ、前記一対のアームによって前記幅方向から挟まれて配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載のブレーキキャリパ装置。

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