JP7109987B2 - ブレーキシリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体ブレーキとばねブレーキとの２つの異なるブレーキが作動可能なブレーキシリンダ装置に関する。

例えば、鉄道車両用ブレーキ装置において、通常の走行中に用いられて圧縮空気で作動する流体ブレーキと、長時間駐停車する場合などに用いられて圧縮空気がなくてもばね力により作動するばねブレーキ（駐車ブレーキ）との両方が作動可能なブレーキシリンダ装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

図８にその概要を示すこの種のブレーキシリンダ装置１５０は、第１圧力室１６４、第１ピストン１６１、第１ばね１６６、ロッドあるいはスピンドル等の出力部材１５１（スピンドル）を備える流体ブレーキ１６０を有している。この流体ブレーキ１６０は、第１圧力室１６４に第１空気源１０４からの圧縮空気を供給することで流体ブレーキ力を生じさせている。またこのブレーキシリンダ装置１５０は、第２圧力室１７４、第２ピストン１７１、第２ばね１７６を備えるばねブレーキ１７０を併せて有している。このばねブレーキ１７０は、第２圧力室１７４内の圧縮空気が排出されることに伴い、第２ばね１７６が第２ピストン１７１並びに出力部材１５１を押圧することでブレーキ力（駐車ブレーキ力）を生じさせている。ちなみに図８は、このばねブレーキ１７０が作動中の状態を示している。なおばねブレーキ１７０では、上記第２圧力室１７４に、第１空気源１０４とは別の第２空気源１０６から圧縮空気が供給されることでその作動を抑止しているが、この圧縮空気の供給経路に複式逆止弁を設けたものも知られている（特許文献２の第２図）。第２空気源１０６から圧縮空気が供給経路に供給されない場合、第１空気源１０４からの圧縮空気が第１圧力室１６４に供給されるとともに複式逆止弁１０８を介して第２圧力室１７４にも供給される。これにより、流体ブレーキ１６０が作動しているときにばねブレーキ１７０も同時に作動してブレーキ力が過大となる不都合を防止している。

特許第５６５４１２９号公報 特開昭６３－１２５８３４号公報

ところで、図８に例示した上記従来のブレーキシリンダ装置１５０では、ばねブレーキ１７０（駐車ブレーキ）の作動中にこれを解除して流体ブレーキ１６０の利用を許容することによりばねブレーキ１７０のブレーキ力を解除するブレーキ解放機構１９０を搭載していることが多い。このブレーキ解放機構１９０は、以下に説明するクラッチ機構１８０を備えている。

まず、クラッチ機構１８０は、上記出力部材１５１と第２ピストン１７１とを連結し又その連結を解除して、ばねブレーキ１７０の付勢力の伝達又は遮断を切り替える機構である。このクラッチ機構１８０には、第２ピストン１７１に対して回転自在に支持されるとともに出力部材１５１に螺合されるナット部材１８１が設けられている。そして、第２圧力室１７４に圧縮空気が供給されている状態から排出される状態へと移行することで第２ばね１７６の付勢力により第２ピストン１７１とともにナット部材１８１と噛合するクラッチ１８４が出力部材１５１に対して移動して出力部材１５１と第２ピストン１７１とを連結する連結状態となる。一方、第２圧力室１７４に圧縮空気が供給されている状態では、クラッチ機構１８０は、出力部材１５１と第２ピストン１７１との連結が解除される非連結状態となる。ブレーキシリンダ装置１５０では、このクラッチ機構１８０が上記連結状態に移行することで、ナット部材１８１とクラッチ１８４とにおける凹凸形状の歯が互いに噛み合ってばねブレーキ１７０によるブレーキ力が維持される。

ブレーキ解放機構１９０は、クラッチ機構１８０の上記ナット部材１８１を回転可能に支持するクラッチ箱１８２の回転を規制／解除するロックレバー１９１を備えている。ロックレバー１９１の端部１９１ａがクラッチ箱１８２に設けられたラッチ歯１８２ｃに係合することで、クラッチ箱１８２の回転が規制されている。このロックレバー１９１は手動で規制の解除が可能であり、ロックレバー１９１が図中上方に引っ張られて上記端部１９１ａとクラッチ箱１８２のラッチ歯１８２ｃとの係合が解除されると、ナット部材１８１とクラッチ１８４との噛み合い状態が保たれたまま回転可能となり、クラッチ機構１８０全体が空回りする。換言すれば、出力部材１５１と第２ピストン１７１との相対変位が可能となる。これにより図８に示すように、第１ピストン１６１及び第２ピストン１７１は第１ばね１６６及び第２ばね１７６の付勢力によりストロークエンドまで移動して、第１ピストン１６１及び出力部材１５１がブレーキ力の作用しない方向に移動することで、ばねブレーキ１７０のブレーキ力が解除される。

例えば回送運用で、ばねブレーキ１７０のブレーキ力を解除した後に、第２圧力室１７４に圧縮空気が供給されない状態で運用され、図９に示すように、第１空気源１０４から複式逆止弁１０８を介して第２圧力室１７４に圧縮空気が供給されると、第２ピストン１７１の反力受面積Ｓ３が大きいので反ブレーキ方向に押圧されて上記ロックレバー１９１によるクラッチ１８４の回転規制、すなわち端部１９１ａとラッチ歯１８２ｃとの係合が復帰されるとともに、クラッチ機構１８０が非連結状態となる。さらにその後、図１０に示すように、第１空気源１０４からの圧縮空気の供給が停止されて第２圧力室１７４の圧縮空気が減少すると、第２ばね１７６が伸長し、クラッチ機構１８０が連結状態に移行して、第２ばね１７６によるばねブレーキ１７０の作動が復帰されるようになる。

もっともこの場合、第１空気源１０４からの圧縮空気の供給は、流体ブレーキ１６０の利用を意図したものであり、そうした中でのこのようなばねブレーキ１７０がリセットし始めることで流体ブレーキ１６０の圧縮空気を排出した後にばねブレーキ１７０が作用した状態となる。

なお、以上の例では、理解を容易とするために、クラッチ機構１８０の存在を前提にその構成並びにその動作を説明したが、出力部材１５１と第２ピストン１７１との相対変位を規制する規制部（ラッチ１８２ｃ）及びこの規制部による規制を解除するか解除部（ロックレバー１９１）を備える構成であれば、このような課題は同様に生じる。すなわち、上記クラッチ機構１８０の存在は必須ではない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ばねブレーキのブレーキ力を解除した後の流体ブレーキに供給された流体によるばねブレーキのブレーキ力の解除のリセットを防止することのできるブレーキシリンダ装置を提供することにある。

上記課題を解決するブレーキシリンダ装置は、流体を供給することによりブレーキ力を発生させる流体ブレーキと、前記流体ブレーキとは独立して前記流体を排出することでブレーキ力を発生させるばねブレーキと、前記ばねブレーキのブレーキ力を解除する解放部と、を備え、前記流体ブレーキが作用しているときに前記ばねブレーキのブレーキ力を低減させるように前記流体が前記ばねブレーキに供給されるブレーキシリンダ装置であって、前記解放部が操作されることにより前記ばねブレーキのブレーキ力が解除された後、前記ばねブレーキに供給される前記流体の圧力により前記ばねブレーキのブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように、前記ばねブレーキに供給される前記流体を受ける受圧面積が設定されている。

上記構成によれば、ばねブレーキに供給される流体を受ける受圧面積が、ばねブレーキのブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように設定されている。このため、解放部によってばねブレーキのブレーキ力を解除した後の流体ブレーキに供給された流体によるばねブレーキのブレーキ力の解除のリセットを防止することができる。

上記ブレーキシリンダ装置について、前記流体を供給することで前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる第１ピストンを押圧する第１圧力室と、前記流体を供給することで前記ばねブレーキのブレーキ力を発生させるばね力に抗して第２ピストンを押圧する第２圧力室と、前記第２圧力室とは独立して設けられ、前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる前記流体が供給されることで、前記ばねブレーキの前記ばね力に抗して前記第２ピストンを押圧する第３圧力室と、を備え、前記受圧面積は、前記第２ピストンにおける前記第３圧力室の前記流体の受圧面積であることが好ましい。

上記構成によれば、流体ブレーキに供給される流体が供給される第３圧力室を設け、この第３圧力室の受圧面積がばねブレーキのブレーキ力が解除された状態に維持される面積に設定されている。そして、第２圧力室に流体が供給されていなければ、第３圧力室の受圧面（面積）の流体の圧力が第２ピストンに作用することとなる。

上記ブレーキシリンダ装置について、前記第３圧力室は、前記第１圧力室と連通し、前記流体ブレーキを作用させる前記流体が前記第１圧力室を介して供給されることが好ましい。

上記構成によれば、第１圧力室に流体が供給されることで第３圧力室にも流体が供給され、流体ブレーキに供給される流体の圧力を第２ピストンに作用させることができるようになる。

本発明によれば、ばねブレーキのブレーキ力を解除した後の流体ブレーキに供給された流体によるばねブレーキのブレーキ力の解除のリセットを防止することができる。

ブレーキシリンダ装置の第１の実施形態においてブレーキシリンダ装置を有するユニットブレーキの構成を示す図。 同実施形態のブレーキシリンダ装置の構成を拡大して示す部分断面図。 同実施形態のブレーキシリンダ装置のばねブレーキのブレーキ力を解除した状態を示す図。 同実施形態のブレーキシリンダ装置において流体ブレーキが作動した状態を示す図。 ブレーキシリンダ装置の第２の実施形態においてブレーキシリンダ装置を有するユニットブレーキの構成を示す図。 同実施形態のブレーキシリンダ装置のばねブレーキのブレーキ力を解除した状態を示す図。 同実施形態のブレーキシリンダ装置において流体ブレーキが作動した状態を示す図。 従来のブレーキシリンダ装置を有するユニットブレーキの構成を示す図。 従来のブレーキシリンダ装置のばねブレーキのブレーキ力を付与した状態を示す図。 従来のブレーキシリンダ装置のばねブレーキのブレーキ力を解除した状態を示す図。

（第１の実施形態）
以下、図１～図４を参照して、ブレーキシリンダ装置をユニットブレーキに具体化した第１の実施形態について説明する。

＜ユニットブレーキ１００の全体構成＞
図１に示すユニットブレーキ１００は、鉄道車両のブレーキ装置として構成されている。ユニットブレーキ１００は、車両の車輪Ｗに制輪子３１を当接させることにより当該車輪Ｗの回転を制動する。ユニットブレーキ１００は、ロッド５１を駆動するブレーキシリンダ装置５０と、ロッド５１の軸方向への移動によって揺動可能なブレーキ梃子２０と、ブレーキ梃子２０の揺動によって進退可能であって、制輪子３１が取り付けられる制輪子受３０と、を備えている。ユニットブレーキ１００は、中空状に形成され、その内部は大気と連通するように構成されたケース４０を備えている。ケース４０は、車両の台車等に固定される。

＜ブレーキ梃子２０＞
ケース４０には、ブレーキ梃子２０が収納されている。このブレーキ梃子２０は、ケース４０内に架設された支軸２１に回動可能に支持されている。ブレーキ梃子２０は、上下方向に延出した状態で配設されている。支軸２１は、ブレーキ梃子２０の中間部に設けられている。そして、ブレーキ梃子２０の上端部２２は、ロッド５１に回転可能に支持されている。ブレーキ梃子２０の下端部には軸受孔２４が設けられている。軸受孔２４内には、球面軸受２６が嵌め込まれている。球面軸受２６の内輪には、さや棒２８が固定されている。さや棒２８は、円筒状に形成されている。さや棒２８の内面には、雌ねじが形成されている。さや棒２８の雌ねじには、支軸２９が螺合されている。これにより、支軸２９は、さや棒２８に対して突出量の調整が可能となっている。

＜ケース４０＞
ケース４０には、上側第１開口部４１と、上側第２開口部４２と、下側開口部４３とが形成されている。上側第１開口部４１は、ケース４０の車輪側側壁４４（図１の左側の側壁）における上部に形成されている。ブレーキシリンダ装置５０は、ケース４０の上側第１開口部４１を塞ぐようにケース４０に装着されている。上側第２開口部４２には、圧縮空気を供給する供給経路が挿通される。

下側開口部４３は、車輪側側壁４４における下部に形成されている。支軸２９は、下側開口部４３を通して車輪側へ突出している。支軸２９の先端部には、制輪子受３０が設けられている。

＜ブレーキシリンダ装置５０＞
ブレーキシリンダ装置５０は、外周面に多条ねじが設けられたロッド５１を備えており、このロッド５１を軸方向に沿って移動させることにより、ブレーキ梃子２０を揺動させる。

ブレーキシリンダ装置５０は、走行している車両を減速または停止させるために用いられる流体ブレーキ６０と、車両の駐車時などに利用されるばねブレーキ７０と、クラッチ機構８０と、ブレーキ解放機構９０とを備えている。流体ブレーキ６０とばねブレーキ７０とは、同一のロッド５１を作動させるように構成されている。なお、ブレーキ解放機構９０が解放部に相当する。

＜流体ブレーキ６０＞
流体ブレーキ６０は、流体として圧縮空気によって作動する。流体ブレーキ６０は、ロッド５１に接続された第１ピストン６１を有している。第１ピストン６１には、第１圧力室６４と第１ばね６６とが対向して作用する。流体ブレーキ６０は、第１圧力室６４に圧縮空気が供給されることで第１ばね６６の付勢力に抗して第１ピストン６１がロッド５１にブレーキ力を発生させる方向であるブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動する。流体ブレーキ６０は、第１ピストン６１を摺動可能に収容する有底筒状の第１シリンダ６２を備えている。

第１シリンダ６２には、圧縮空気が給排される第１ポート６３が設けられている。第１シリンダ６２内には、第１ポート６３に連通する第１圧力室６４が形成されている。第１圧力室６４は、第１ピストン６１及び第１シリンダ６２により形成されている。第１圧力室６４には、所定のブレーキ操作に応じて圧縮空気体が供給又は排出されるようになっている。第１圧力室６４は、後述するクラッチ箱８２より反ブレーキ方向において区画される。

＜ばねブレーキ７０＞
ばねブレーキ７０は、ロッド５１が貫通されて同ロッド５１の軸方向に移動可能に設けられた第２ピストン７１を有している。第２ピストン７１には、第２圧力室７４と第２ばね７６とが対向して作用する。ばねブレーキ７０は、第２圧力室７４に流体として圧縮空気が供給されている状態から排出される状態へと移行することで第２ばね７６の付勢力により第２ピストン７１がブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動する。ばねブレーキ７０は、第２ピストン７１を摺動可能に収容する第２シリンダ７２を備えている。

第２シリンダ７２は、第１シリンダ６２の胴部６５の外周側に配設される胴部７５を有している。また、第２ピストン７１は、第１シリンダ６２の胴部６５の端部に当接可能に構成されている。第２シリンダ７２は、ケース４０に固定されている。第２ピストン７１と、ケース４０の車輪側側壁４４との間には、第２ポート７３を通して圧縮空気が給排される第２圧力室７４が形成されている。第２圧力室７４は、第２ピストン７１、ケース４０、及び第２シリンダ７２により形成されている。また、第２圧力室７４は、第１圧力室６４に対向して設けられ、円環状である。第２圧力室７４は、後述するクラッチ箱８２の外側に区画されている。

第２ピストン７１に対して第２圧力室７４と反対側には、第２ばね７６が配設されている。この第２ばね７６は、内側に配置される第１シリンダ６２の胴部６５と、外側に配置される第２シリンダ７２の胴部７５との間に配置されており、かつ第１圧力室６４の外側に同心円上に配置されている。第２ばね７６は、第２圧力室７４内に圧縮空気を受けると圧縮される。第２圧力室７４には、通常圧縮空気が導入されていて、第２ばね７６が圧縮されているが、駐車等の所定のブレーキ操作が行われることによって、第２圧力室７４内の圧縮空気が排出され、第２ばね７６のばね力によってロッド５１がブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動される。

図２に拡大断面を示すように、第２ピストン７１は、中央部分が第１ピストン６１側に凸となるクラッチ収容部７１ａを有している。クラッチ収容部７１ａの内側には、クラッチ機構８０が収納されている。第２ピストン７１のロッド５１側の端部には、ロッド５１の軸方向に沿って延びる側壁７１ｂが形成されている。この側壁７１ｂには、後述するスラストベアリング８５が保持されている。

第１ピストン６１と第２ピストン７１との間には、上記第１ばね６６が配設されている。この第１ばね６６は、第１圧力室６４が収縮する反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）に第１ピストン６１を押圧するものであり、第１圧力室６４に圧縮空気が供給されると、この圧縮空気によって圧縮される。通常は、第１圧力室６４内に圧縮空気が供給されていないため、第１ばね６６のばね力によってロッド５１が反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）に移動する。所定のブレーキ操作によって第１圧力室６４に圧縮空気が供給されて、ロッド５１がブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動する。所定のブレーキ解除操作によって、第１圧力室６４内の圧縮空気が排出されると、第１ばね６６のばね力でロッド５１が初期状態に復帰する。

図１に示すように、ブレーキシリンダ装置５０は、第２圧力室７４とは分離して区画された圧力室であって、第１圧力室６４に供給される圧縮空気が供給されることで第２ばね７６の付勢力に抗して第２ピストン７１を反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に移動させる第３圧力室５５を備えている。

第２圧力室７４はロッド５１寄りに配置され、第３圧力室５５は第２圧力室７４よりもロッド５１から離間して配置されている。すなわち、第３圧力室５５は、第２圧力室７４よりも更にブレーキシリンダ装置５０の外周寄りに設けられ、円環状の空間である。第３圧力室５５は、第１圧力室６４に供給された圧縮空気が連通路５６を介して供給される。連通路５６は、ブレーキシリンダ装置５０の縁部に沿って形成されている。

第３圧力室５５の受圧面５５ａの面積Ｓ１は、ロックレバー９１の操作によってロッド５１と第２ピストン７１との相対変位が許容される解除状態において流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される面積の範囲内、言い換えれば、ばねブレーキ７０のブレーキ力が発生する面積未満に設定されている。すなわち、ばねブレーキ７０に供給される圧縮空気を受ける受圧面５５ａの面積Ｓ１が、ばねブレーキ７０のブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように設定されている。

＜クラッチ機構８０＞
クラッチ機構８０は、流体ブレーキ６０を駆動するときにロッド５１に対するナット部材８１の回転を許容する一方、ばねブレーキ７０を駆動するときにはロッド５１に対するナット部材８１の回転を規制する。クラッチ機構８０は、第１圧力室６４および第２圧力室７４に干渉しない領域に配置されている。すなわち、クラッチ機構８０は、第２ピストン７１がブレーキ方向に移動することでロッド５１と第２ピストン７１とが連結される連結状態とし、第２圧力室７４に第２ばね７６の付勢力に抗する圧縮空気が供給されている状態ではロッド５１と第２ピストン７１との連結が解除される非連結状態とする。

クラッチ機構８０は、ナット部材８１と、ナット部材８１を内側に収容するクラッチ箱８２と、ナット部材８１をクラッチ箱８２に対して回転可能に支持するベアリング８３と、ナット部材８１に対向して配置されるクラッチ８４と、を備えている。またクラッチ機構８０は、クラッチ箱８２を第２ピストン７１に対して回転可能に支持するスラストベアリング８５と、クラッチ箱押さえばね８６と、クラッチばね８７と、を備えている。クラッチ機構８０は、ロックレバー９１によって通常は回転不能にロックされている。

ナット部材８１は、ロッド５１に対して回転可能に螺合している。また、ナット部材８１は、クラッチ箱８２に対してベアリング８３を介して回転可能に支持されている。これにより、ナット部材８１は、ロッド５１とクラッチ箱８２との相対移動により回転する。また、ナット部材８１は、反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）に向かってクラッチ箱８２と共に移動可能に支持されている。そして、ナット部材８１のクラッチ８４に対向する部分には、当該クラッチ８４の外歯８４ａに噛み合う外歯８１ａが形成されている。

また、ナット部材８１の外歯８１ａとクラッチ８４の外歯８４ａとが係合した際に、クラッチ箱８２に対してブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）および反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）への移動は許容されているが、ロッド５１の軸周りへの回転方向の変位は規制される。

クラッチ箱８２は、ナット部材８１およびクラッチ８４が内側に配置される筒状の部材として形成されている。クラッチ８４は、クラッチ箱８２に対して、ロッド５１の軸線方向を中心とする回転方向の変位が規制された状態で、その軸線方向と平行に摺動する。すなわち、クラッチ箱８２は、クラッチ８４を第２ピストン７１の移動方向に沿って摺動可能に支持する。

また、クラッチ箱８２には、クラッチ８４をナット部材８１から遠ざける方向に付勢するクラッチ外しばね８２ｂが設けられている。このクラッチ外しばね８２ｂは、クラッチ箱８２の内側（ロッド５１側）且つナット部材８１及びクラッチ８４の外側に設けられている。また、クラッチ箱８２と第２ピストン７１との間には、クラッチ箱押さえばね８６が設けられている。

クラッチ８４は、筒状の部材であって、ロッド５１の周囲でナット部材８１に対向するように設けられている。クラッチ８４は、反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）の端部において、スラストベアリング８５を介して第２ピストン７１に回転可能に支持されている。これにより、第２ばね７６の付勢力により第２ピストン７１がロッド５１に対してブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に沿って移動するときには、クラッチ８４も、第２ピストン７１及びスラストベアリング８５を介して、第２ピストン７１と共にロッド５１に対してブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動する。

上記したクラッチ機構８０は、第２圧力室７４の内側に配置される。クラッチ機構８０は、第２圧力室７４に圧縮空気が供給されている状態から排出される状態へと移行することで、第２ばね７６の付勢力により第２ピストン７１と共にクラッチ８４がロッド５１に対してブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動してナット部材８１と噛み合い（ナット部材８１の外歯８１ａとクラッチ８４の外歯８４ａとが噛み合い）、ロッド５１と第２ピストン７１とを連結する連結状態とする。

一方、第２圧力室７４に圧縮空気が供給されている状態では、クラッチ８４がナット部材８１から離間し（外歯８１ａと外歯８４ａとが噛み合っておらず）、ナット部材８１が回転自在な状態となっている。このため、第２圧力室７４に圧縮空気が供給されている状態では、クラッチ機構８０は、ロッド５１と第２ピストン７１との連結を解除している非連結状態とする。

＜ブレーキ解放機構９０＞
ブレーキ解放機構９０は、クラッチ機構８０が連結状態にあるときのロッド５１と第２ピストン７１との相対変位を規制する規制部としてのクラッチ箱８２のラッチ歯８２ｃ及びラッチ歯８２ｃによる規制を手動解除する解除部としてのロックレバー９１を有する。ブレーキ解放機構９０は、ロックレバー９１が操作されることでラッチ歯８２ｃによる規制が解除されてロッド５１と第２ピストン７１との相対変位を許容することによりばねブレーキ７０のブレーキ力を解除する。また、ブレーキ解放機構９０は、ラッチ歯８２ｃによる規制が復帰されるまで第２圧力室７４に圧縮空気が供給されることでラッチ歯８２ｃによるロッド５１と第２ピストン７１との相対変位の規制を再開する。

ラッチ歯８２ｃは、クラッチ箱８２のブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）の端部の外周面に設けられている。ロックレバー９１の基端部には、ラッチ歯８２ｃに係合可能に構成されたロック歯９１ａが設けられている。ロックレバー９１は、付勢部材９２によってロック歯９１ａがラッチ歯８２ｃに係合する方向に付勢されており、ロックレバー９１を引き上げることにより、ラッチ歯８２ｃとロック歯９１ａとの係合が解除され、クラッチ箱８２が回転可能な状態となる。クラッチ箱８２のロック状態を解除可能に構成されているのは、留置のため第２圧力室７４の圧縮空気が排出され、ばねブレーキ７０の第２ばね７６が伸長状態（ばねブレーキ７０が作動状態）となっている場合において、ばねブレーキ７０を手動で解除できるようにするためである。

＜ロッド５１＞
ロッド５１は、上側第１開口部４１に挿通されている。ブレーキ梃子２０の上端部２２は、ロッド５１の駆動に伴って当該ロッド５１から力を受ける部位であり、ロッド５１の壁部間に挿入されている。

ロッド５１の内側にはガイド棒５２が挿通されている。ガイド棒５２の基端部は、図１に示されるように、ケース４０における車輪と反対側の側壁４５に固定されており、ロッド５１と同軸状に配置されている。

＜圧縮空気の供給路＞
図１に示すように、ブレーキシリンダ装置５０は、第１圧力室６４に圧縮空気を供給する第１供給路１と、第２圧力室７４に圧縮空気を供給する第２供給路２とを備えている。

第１供給路１は、第１空気源４から圧縮空気を供給し、流体ブレーキ制御装置５によって第１圧力室６４への圧縮空気の供給及び排出が制御される。第１供給路１は、第１ポート６３に接続されている。流体ブレーキ制御装置５は、車両のブレーキ操作に応じて圧縮空気の供給量を変更することでブレーキ量を変更する。

第２供給路２は、第１空気源４とは別の第２空気源６から圧縮空気を供給し、ばねブレーキ制御電磁弁７の制御に基づいて第２圧力室７４への圧縮空気の供給が制御される。第２供給路２は、第２ポート７３に接続されている。ばねブレーキ制御電磁弁７は、車両の駐車ブレーキが操作されていないときには、圧縮空気を供給することで第２ばね７６によるブレーキを解除している。一方、ばねブレーキ制御電磁弁７は、車両の駐車ブレーキが操作されると、ばねブレーキ制御電磁弁７において圧縮空気を排出することで第２ばね７６によってブレーキを作用させる。

＜動作＞
次に、ユニットブレーキ１００の動作について説明する。
まず、図１を参照して、車両に対してブレーキが掛けられていない状態について説明する。図１に示す状態では、ユニットブレーキ１００は、流体ブレーキ制御装置５によって、第１空気源４から第１ポート６３を介して第１圧力室６４へ圧縮空気の供給は行われないように制御されている。そして、第１圧力室６４内の圧縮空気は第１ポート６３を介して流体ブレーキ制御装置５から排出される。このため、第１ばね６６によって第１ピストン６１が反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）に付勢され、第１ピストン６１が第１シリンダ６２の底部に当接した状態となっている。

一方、図１に示す状態では、ユニットブレーキ１００は、ばねブレーキ制御電磁弁７の制御に基づいて、第１空気源４から第２ポート７３を介して圧縮空気が第２圧力室７４に供給される。このため、第２圧力室７４に供給された圧縮空気によって第２ピストン７１が第２ばね７６の付勢力に抗して反ブレーキ方向（矢印Ｘ２方向）に移動した状態となっている。この状態では図２に示されるように、ナット部材８１の外歯８１ａとクラッチ８４の外歯８４ａとは噛み合っておらず、空隙が形成された状態になっている。

次に、図３を参照して、ばねブレーキ７０によって車両にブレーキが掛けられている状態について説明する。
ばねブレーキ７０を作動させる場合は、例えば、流体ブレーキ６０を作動させて、完全に鉄道車両を停止させた状態で駐車ブレーキ等としてばねブレーキ７０が作動されることになる。ばねブレーキ７０は、ばねブレーキ制御電磁弁７の制御に基づいて、第２圧力室７４から圧縮空気が排出されることで作動する。

第２圧力室７４内に供給されていた圧縮空気が排出されると、第２ばね７６の付勢力によって第２ピストン７１がブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動を開始する。このとき、第２ピストン７１に支持されたスラストベアリング８５に回転自在にクラッチ８４が第２ピストン７１と共にロッド５１に対してブレーキ方向に移動し始めることになる。なお、このとき、クラッチ８４は、クラッチ箱８２に対してブレーキ方向に移動することになる。そして、このように第２ピストン７１がクラッチ８４と共にロッド５１に対して移動し始めると、クラッチ８４がナット部材８１に当接することになる。すなわち、図２に示すナット部材８１の外歯８１ａとクラッチ８４の外歯８４ａとが噛み合い、ナット部材８１の回転が停止する。

上述のようにナット部材８１とクラッチ８４とが噛み合うことで、クラッチ機構８０は非連結状態から連結状態に移行することになる。そして、この連結状態では、ナット部材８１の回転が止められているため、第２ピストン７１が第２ばね７６の付勢力によってブレーキ方向（矢印Ｘ１方向）に移動した状態でクラッチ８４及びナット部材８１を介してロッド５１を付勢し、第１ピストン６１及びロッド５１がブレーキ方向に移動したままの状態に保たれることになる。すなわち、ばねブレーキ７０が作動してばねブレーキ力が作用した状態に保たれることになる。

次に、図３を参照して、ばねブレーキ７０によって車両にブレーキが掛けられた状態から手動でブレーキを解除する場合について説明する。
図３に示すように、ばねブレーキ７０によって車両にブレーキが掛けられた状態からロックレバー９１によって手動でブレーキを解除すると、ナット部材８１とクラッチ８４との噛み合い状態が保たれたまま回転可能となり、クラッチ機構８０全体が空回りする。これにより、第１ピストン６１は第１ばね６６の付勢力により、第２ピストン７１は第２ばね７６の付勢力によりストロークエンドまで移動して、第１ピストン６１及びロッド５１が反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に移動することで、ばねブレーキ７０のブレーキ力が解除される。

次に、図４に示すように、この後、第２供給路２に例えば空気漏れ等が生じたとしても、車両のブレーキ操作に応じて流体ブレーキ制御装置５が第１空気源４から第１圧力室６４に圧縮空気が供給され、第１圧力室６４に供給される圧縮空気が連通路５６を経て第３圧力室５５にも供給される。この第３圧力室５５の受圧面５５ａの面積Ｓ１が、流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される面積の範囲内、言い換えれば、ばねブレーキ７０のブレーキ力が発生する面積未満に設定されているので、流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される。よって、複式逆止弁を省略しつつ、ばねブレーキ７０を手動で解除した後に流体ブレーキ６０のブレーキ力にばねブレーキ７０のブレーキ力が上乗せされることを防止することができる。また、流体ブレーキ６０が作動するときには、第２ばね７６の付勢力に抗して第２ピストン７１を反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に付勢して移動させた状態に保つことができ、流体ブレーキ６０とばねブレーキ７０とが同時に作動して流体ブレーキ力とバネブレーキ力の両方が作用する過大なブレーキが作用してしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ばねブレーキ７０に供給される圧縮空気を受ける受圧面５５ａの面積Ｓ１が、ばねブレーキ７０のブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように設定されている。このため、ブレーキ解放機構９０によってばねブレーキ７０のブレーキ力を解除した後の流体ブレーキ６０に供給された圧縮空気によるばねブレーキ７０のブレーキ力の解除のリセットを防止することができる。

（２）流体ブレーキ６０に供給される圧縮空気が供給される第３圧力室５５を設け、この第３圧力室５５の受圧面５５ａの面積Ｓ１がばねブレーキ７０のブレーキ力が解除された状態に維持される面積に設定されている。そして、第２圧力室７４に圧縮空気が供給されていなければ、第３圧力室５５の受圧面（面積）の圧縮空気の圧力が第２ピストン７１に作用することとなる。

（３）第１圧力室６４に圧縮空気が供給されることで第３圧力室５５にも圧縮空気が供給され、流体ブレーキ６０に供給される圧縮空気の圧力を第２ピストン７１に作用させることができるようになる。

（第２の実施形態）
以下、図５～図７を参照して、ブレーキシリンダ装置をユニットブレーキに具体化した第２の実施形態について説明する。この実施形態のブレーキシリンダ装置は、第３圧力室が内側寄りに配置されている点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図５に示すように、ブレーキシリンダ装置５０は、第２圧力室７４とは分離して区画された圧力室であって、第１圧力室６４に供給される圧縮空気が供給されることで第２ばね７６の付勢力に抗して第２ピストン７１を反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に移動させる第３圧力室５７を備えている。なお、第３圧力室５７が反ブレーキ圧力付与部として機能する。第３圧力室５７は、第２ピストン７１の中央通路５８から釣合室５９に連通している。

第３圧力室５７はロッド５１寄りに内側に配置され、第２圧力室７４は第３圧力室５７よりもロッド５１から離間して外側に配置されている。すなわち、第２圧力室７４は、第３圧力室５７よりも更にブレーキシリンダ装置５０の外周寄りに設けられ、円環状の空間である。第３圧力室５７は、第１圧力室６４に供給された圧縮空気が供給される。第１圧力室６４と第３圧力室５７とは直接つながって形成されている。

第３圧力室５７の受圧面５７ａから釣合室５９を差し引いた面積Ｓ２は、ロックレバー９１の操作によってロッド５１と第２ピストン７１との相対変位が許容される解除状態において流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される面積の範囲内に設定されている。

＜動作＞
次に、図６及び図７を参照して、ユニットブレーキ１００の動作について説明する。
図６に示すように、ばねブレーキ７０によって車両にブレーキが掛けられた状態から手動でブレーキを解除すると、ナット部材８１とクラッチ８４との噛み合い状態が保たれたまま回転可能となり、クラッチ機構８０全体が空回りする。これにより、第２ピストン７１は第１ばね６６の付勢力により、第２ピストン７１は第２ばね７６の付勢力によりストロークエンドまで移動して、第１ピストン６１及びロッド５１が反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に移動することで、ばねブレーキ７０のブレーキ力が解除される。

次に、図７に示すように、この後、第２供給路２に例えば空気漏れ等が生じたとしても、車両のブレーキ操作に応じて流体ブレーキ制御装置５が第１空気源４から第１圧力室６４に圧縮空気が供給され、第１圧力室６４に供給される圧縮空気が第３圧力室５７にも供給される。この第３圧力室５７の受圧面５７ａから釣合室５９を差し引いた面積Ｓ２が、流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される面積の範囲内に設定されているので、流体ブレーキ６０が作動しても同解除状態に維持される。よって、複式逆止弁を省略しつつ、ばねブレーキ７０のブレーキ力を手動で解除した後に流体ブレーキ６０のブレーキ力にばねブレーキ７０のブレーキ力が上乗せされることを防止することができる。また、流体ブレーキ６０が作動するときには、第２ばね７６の付勢力に抗して第２ピストン７１を反ブレーキ方向（Ｘ２方向）に付勢して移動させた状態に保つことができ、流体ブレーキ６０とばねブレーキ７０とが同時に作動して流体ブレーキ力とバネブレーキ力の両方が作用する過大なブレーキが作用してしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）及び（２）の効果と同様の効果を奏することができる。
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。

・上記実施形態において、ばねブレーキ７０のブレーキ力の解除は手動でも機械によってもどちらで行ってもよい。
・上記各実施形態において、ナット部材とラッチとを逆に取り付けてもよい。

・上記各実施形態では、ブレーキシリンダ装置５０によるロッド５１の駆動を、ブレーキ梃子２０を介してブレーキ力を制輪子３１に付与するユニットブレーキ１００を採用した。しかしながら、ブレーキシリンダ装置５０による第１ピストンの駆動を、楔を介してブレーキ力を制輪子３１に付与するユニットブレーキを採用してもよい。

・上記各実施形態では、流体として圧縮空気を用いたが、圧縮空気に代えて油を用いてもよい。

１…第１供給路、２…第２供給路、４…第１空気源、５…流体ブレーキ制御装置、６…第２空気源、７…ばねブレーキ制御電磁弁、２０…ブレーキ梃子、２１…支軸、２２…上端部、２４…軸受孔、２６…球面軸受、２８…さや棒、２９…支軸、３０…制輪子受、３１…制輪子、４０…ケース、４１…上側第１開口部、４２…上側第２開口部、４３…下側開口部、４４…車輪側側壁、４５…側壁、５０…ブレーキシリンダ装置、５１…ロッド、５２…ガイド棒、５５…第３圧力室、５５ａ…受圧面、５６…連通路、５７…第３圧力室、５７ａ…受圧面、５８…中央通路、５９…釣合室、６０…流体ブレーキ、６１…第１ピストン、６２…第１シリンダ、６３…第１ポート、６４…第１圧力室、６５…胴部、６６…第１ばね、７０…ばねブレーキ、７１…第２ピストン、７１ａ…クラッチ収容部、７１ｂ…側壁、７２…第２シリンダ、７３…第２ポート、７４…第２圧力室、７５…胴部、７６…第２ばね、８０…クラッチ機構、８１…ナット部材、８１ａ…外歯、８２…クラッチ箱、８２ｂ…クラッチ外しばね、８２ｃ…ラッチ歯、８３…ベアリング、８４…クラッチ、８４ａ…外歯、８５…スラストベアリング、８６…クラッチ箱押さえばね、８７…クラッチばね、９０…ブレーキ解放機構、９１…ロックレバー、９１ａ…ロック歯、９２…付勢部材、１００…ユニットブレーキ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…面積、Ｗ…車輪。

Claims (2)

1. 流体を供給することによりブレーキ力を発生させる流体ブレーキと、前記流体ブレーキとは独立して前記流体を排出することでブレーキ力を発生させるばねブレーキと、前記ばねブレーキのブレーキ力を解除する解放部と、を備え、前記流体ブレーキが作用しているときに前記ばねブレーキのブレーキ力を低減させるように前記流体が前記ばねブレーキに供給されるブレーキシリンダ装置であって、
   前記流体を供給することで前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる第１ピストンを押圧する第１圧力室と、
   前記流体を供給することで前記ばねブレーキのブレーキ力を発生させるばね力に抗して第２ピストンを押圧する第２圧力室と、
   前記第１圧力室と連通し、前記第２圧力室とは独立して設けられ、前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる前記流体が前記第１圧力室と常時接続される連通路を介して供給されることで、前記ばねブレーキの前記ばね力に抗して前記第２ピストンを押圧する第３圧力室と、を備え、
   前記解放部が操作されることにより前記ばねブレーキのブレーキ力が解除された後、前記ばねブレーキに供給される前記流体の圧力により前記ばねブレーキのブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように、前記第２ピストンにおける前記第３圧力室の前記流体の受圧面積が設定されている
   ブレーキシリンダ装置。
2. 流体を供給することによりブレーキ力を発生させる流体ブレーキと、前記流体ブレーキとは独立して前記流体を排出することでブレーキ力を発生させるばねブレーキと、前記ばねブレーキのブレーキ力を解除する解放部と、を備え、前記流体ブレーキが作用しているときに前記ばねブレーキのブレーキ力を低減させるように前記流体が前記ばねブレーキに供給されるブレーキシリンダ装置であって、
   前記流体を供給することで前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる第１ピストンを押圧する第１圧力室と、
   前記流体を供給することで前記ばねブレーキのブレーキ力を発生させるばね力に抗して第２ピストンを押圧する第２圧力室と、
   前記第１圧力室と連通路を介さず直接連通し、前記第２圧力室とは独立して設けられ、前記流体ブレーキのブレーキ力を発生させる前記流体が前記第１圧力室から直接供給されることで、前記ばねブレーキの前記ばね力に抗して前記第２ピストンを押圧する第３圧力室と、を備え、
   前記解放部が操作されることにより前記ばねブレーキのブレーキ力が解除された後、前記ばねブレーキに供給される前記流体の圧力により前記ばねブレーキのブレーキ力が発生する状態に切り替わらないように、前記第２ピストンにおける前記第３圧力室の前記流体の受圧面積が設定されている
   ブレーキシリンダ装置。

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