JP7364425B2 - 鉄道用ブレーキ装置 - Google Patents
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Description
また、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、電力を用いた電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
このため、十分な押し付け力を得るためには、回転直動変換機構と溝形状からなる倍力比を大きくしなければならない。更に、ブレーキの作動を開始し、ライニングの押し付け力を発生するまでの間には電動モータの出力のみでブレーキを作動させるため、可動部分の慣性モーメントの影響がある。したがって、従来の電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置は応答性を上げることが難しく、さらなる応答性の向上が望まれる。
また、従来の電動ブレーキ機構を用いた鉄道用ブレーキ装置は、停電時には電動モータの通電が停止され、電動モータのトルクがゼロとなる。そこで、電動モータはライニングの押し付け力を発生することができなくなり、ブレーキの信頼性が低下する虞がある。
(1) 台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、
電動モータが前記制動部材を駆動する電動ブレーキ機構と、
流体圧シリンダが前記制動部材を駆動する流体圧ブレーキ機構と、を備える
ことを特徴とする鉄道用ブレーキ装置。
また、流体圧ブレーキ機構は、停電時にも制動部材の押し付け力を発生することができる空圧や油圧等の信頼性が高い流体圧シリンダを用いることによって、ブレーキの高い信頼性を維持することができる。即ち、電動ブレーキ機構を備えた本構成の鉄道用ブレーキ装置は、停電や電動モータの電気失陥が発生したときの失陥保障(フェイルセーフ;FAIL SAFE)を可能とすることができる。さらに、流体圧シリンダの流体圧を適切に変化させることにより、ブレーキ力を変化させることができる。
緊急停車時、停電時及び前記電動モータの電気失陥時の少なくともいずれかの場合でブレーキを駆動される
ことを特徴とする上記(1)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
前記流体圧シリンダは、前記駆動方向変換機構を挟んで反対側に配置された前記電動モータに対して同一直線上に配置され、前記制動部材が前記被制動部に接近する方向へ前記駆動シャフトを移動させる
ことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
前記電動モータにより回転駆動されるボールナットと、
前記ボールナットの回転駆動力により軸方向に沿って移動される前記駆動シャフトと、
軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して相対移動不能に固定され、ウェッジカムのカム作用により前記駆動シャフトの軸方向の移動力を前記被制動部に対する前記制動部材の接離方向の駆動力に変換する伝達部材と、を備え、
前記流体圧シリンダが、前記ボールナット及び前記駆動シャフトに対して同一直線上に配置されている
ことを特徴とする上記(3)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
そして、制動部材が被制動部に接近する方向へ駆動シャフトを移動させる流体圧シリンダは、ボールナット及び駆動シャフトに対して同一直線上に配置される。そこで、流体圧シリンダと駆動方向変換機構とをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置の車両搭載性がさらに向上する。
ことを特徴とする上記(4)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
ことを特徴とする上記(5)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
ことを特徴とする上記(3)~(6)の何れか1つに記載の鉄道用ブレーキ装置。
ことを特徴とする上記(7)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
ことを特徴とする上記(8)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
ばね保持機構は、例えば電磁ロック機構を有する。電磁ロック機構は、非制動位置が通電状態となる。つまり、電磁ロック機構は、通電状態において、ばね部材を蓄勢状態に保持する。従って、電磁ロック機構は、通電が遮断されると、蓄勢状態のばね部材の保持を解除し、ばね部材により伝達部材を制動位置に向けて押圧させる。これにより、ばね保持機構は、電気が遮断されたときの失陥保障を可能とすることができる。更に、通電遮断時、ばね部材により伝達部材を制動位置へ動作させることで、パーキングブレーキを作動させることができる。
ことを特徴とする上記(9)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記流体圧シリンダが駆動される
ことを特徴とする上記(10)に記載の鉄道用ブレーキ装置。
図1は本発明の一実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置1の側面図、図2は図1に示した鉄道用ブレーキ装置1の縦断面図、図3は図2に示した鉄道用ブレーキ装置1の要部拡大断面図、図4は図2に示した鉄道用ブレーキ装置1のA-A断面図である。
本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置1は、例えば鉄道車両用ディスクブレーキに好適に用いることができる。
ブレーキアーム19の各開放端(サポート15の反対側)には、パッドホルダ23を介して制動部材であるパッドアッセンブリ25が装着されている。一対のパッドアッセンブリ25は、車輪側の被制動部であるブレーキロータ100の両面側から接近されてブレーキロータ100を挟圧する。
本実施形態に係る駆動シャフト37は、ボールスクリュー91と、ボールスクリュー91の一端側(上端側)に同軸上で固定されるウェッジロッド29とを有し、モータユニット21に対して回転が規制されると共に軸方向への移動が可能とされている。ウェッジロッド29は、外周面に形成された雄ねじ29aの下端をボールスクリュー91の上端に形成した雌ねじ穴91bに螺合した後、ロックナット66を締め付けることでボールスクリュー91と一体に固定されている。
本実施形態に係る電動ブレーキ機構5は、モータユニット21と、駆動方向変換機構39と、を主要な構成として有する。
リンク式倍力装置49は、図4に示すように、伝達部材47のウェッジカム51のカム作用により、一対のブレーキアーム19の基端部18を拡開揺動する。ブレーキアーム19の各基端部18には、出力軸となるリンクロッド53,54の外側端が球面ブッシュ55により支持される。リンクロッド53,54の内側端は、球面ブッシュ57により、ローラアーム59に連結、支持される。リンクロッド54には、パッドアッセンブリ25の押し付け力を検出するための圧力センサ45が取り付けられている。ローラアーム59の下端は、ベアリング61を介してストラット63の両端部に軸支される。リンク式倍力装置49は、これらリンクロッド53,54、ローラアーム59、ストラット63により構成されている。
ローラアーム59のそれぞれの上端には、カムローラ69が設けられる。一対のカムローラ69の間には、ウェッジカム51が対向するように伝達部材47が挿入される。カムローラ69は、駆動シャフト37の軸方向下側(図4の矢印a方向)への移動に伴い、ウェッジロッド29に取り付けられた伝達部材47におけるウェッジカム51の傾斜面に乗り上げることになる。
流体圧ブレーキ機構3は、エアシリンダ14が駆動シャフト37の上方に配設されており、ブレーキを作動させるため、エアーを供給口16から導入して、エアシリンダ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)85が下側に作動する。
エアーピストン85は、シリンダーライナー86の内周面との間を気密シールするリップシール88を有する。さらに、ボディ13とシリンダーライナー86との間は、Oリング90により液密シールされている。
ウェッジロッド29の軸方向下側(図4の矢印a方向)への移動に伴い、ローラアーム59の上端に取り付けられたカムローラ69は、ウェッジロッド29に取り付けられた伝達部材47におけるウェッジカム51の傾斜面に乗り上げることになる。
圧縮コイルスプリング31は、ガイドスプリング73における凸部82の上面がエアーピストン85の下面に当接した状態で、ガイドスプリング73とエアーピストン85との間で圧縮された状態となる。即ち、圧縮コイルスプリング31は、蓄勢状態となる。
[ブレーキ開放状態]
ブレーキ開放状態(図4に示す非制動位置)では、エアシリンダ14は無加圧、且つ圧縮コイルスプリング31が圧縮(蓄勢)された状態にあり、電磁ロック機構89は通電されている。電磁ロック機構89の回転子115は固定子114に固定されるため、一体のモータ軸27及びボールナット35の回転が制止され、駆動シャフト37(ボールスクリュー91及びウェッジロッド29)が軸方向下側(図4の矢印a側)へ移動するのが阻止され、伝達部材47も固定されている。
常用ブレーキ作動状態では、エアシリンダ14は無加圧の状態で、電磁ロック機構89の通電を停止し、電動モータ43に通電する。電磁ロック機構89の回転子115は自由に回転でき、電動モータ43のモータ軸27の回転トルクはボールナット35の回転を介してボールスクリュー91の下方への引き力となる。また、圧縮コイルスプリング31のばね力はガイドスプリング73及びウェッジロッド29を介し、伝達部材47を下方に押す力となる。よって、電動モータ43のモータ軸27の回転トルクと圧縮コイルスプリング31のばね力とにより、伝達部材47は下方の制動位置へ移動する。そこで、ウェッジカム51のカム作用により伝達部材47の作用力を一対のブレーキアーム19の基端部18が拡開揺動される方向に変換し、一対のパッドアッセンブリ25がブレーキロータ100の両側を通常制動力で挟圧してブレーキが作動する。
ブレーキ力は、圧力センサ45によりパッドアッセンブリ25の押し付け力を検出することで検出でき、電動モータ43のトルクを調節することで、任意にコントロールできる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング31の付勢力に抗してガイドスプリング73がウェッジロッド29により押し上げられ、圧縮コイルスプリング31は初期位置である蓄勢状態に戻される(図4の位置)。そして、伝達部材47が上端まで移動したところで電磁ロック機構89に通電し、電磁ロック機構89の回転子115を固定し、ブレーキ開放状態となる。
電気が失陥した場合には、電磁ロック機構89に通電がなくなり、同時に電動モータ43が発生するトルクもゼロとなり、自由に回転する。このため、圧縮コイルスプリング31のばね力が伝達部材47を下方に押し下げる力として作用し、ブレーキが作動する。
さらに、エアシリンダ14内部の空圧室にエア圧を加え、エア圧を適切に変化させることにより、ブレーキ力を変化させることができる。
パーキングブレーキ時には、電磁ロック機構89と電動モータ43の通電を停止する。すると、電気失陥時と同様に圧縮コイルスプリング31のばね力によりパーキングブレーキが作動する。
電気失陥時にブレーキが作動した際、必要に応じて手動によりブレーキを開放させる。
先ず、モータユニット21のアンダーカバー121を外す。この際に、電磁ロック機構89の固定子114はアンダーカバー121に固定されているため、同時に外れる。
駆動シャフト37における電動モータ43側の端部であるボールスクリュー91の下端には、駆動シャフト37を回転させるための六角レンチ(治具)が係合する治具係合部である六角穴92が設けられている。そこで、ボールスクリュー91の下端の六角穴92に六角レンチを入れ、伝達部材47を上方にさせる向きにボールスクリュー91を回転させる。すると、駆動シャフト37(ボールスクリュー91及びウェッジロッド29)が回転するため、ウェッジロッド29と螺合している伝達部材47が上方の非制動位置に上がり、ブレーキが開放される。
本実施形態に係る鉄道用ブレーキ装置1によれば、電動ブレーキ機構5と流体圧ブレーキ機構3とを併用することで、電動モータ43だけでパッドアッセンブリ25の押し付け力を得る必要がなくなり、小出力の電動モータ43を用いると共に電動ブレーキ機構5を小型化することができる。そこで、鉄道用ブレーキ装置1の可動部分の慣性モーメントを小さくして電動モータ43の応答性の向上を図ることができる。
この場合、常用ブレーキ時には、電動ブレーキ機構5における応答性が良い電動モータ43のトルクを調節することで、ブレーキ力を任意にコントロールすることができる。一方、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、流体圧ブレーキ機構3における信頼性が高いエアシリンダ14のエア圧によって、電動モータ43の通電状態に係わらず強力なブレーキ力を発生することができる。
そして、パッドアッセンブリ25がブレーキロータ100に接近する方向へ駆動シャフト37を移動させるエアシリンダ14は、ボールナット35及び駆動シャフト37に対して同一直線上に配置される。そこで、エアシリンダ14と駆動方向変換機構39とをコンパクトにレイアウトすることができ、鉄道用ブレーキ装置1の車両搭載性がさらに向上する。
電磁ロック機構89は、非制動位置が通電状態となる。つまり、電磁ロック機構89は、通電状態において、圧縮コイルスプリング31を蓄勢状態に保持する。従って、電磁ロック機構89は、通電が遮断されると、蓄勢状態の圧縮コイルスプリング31の保持を解除し、圧縮コイルスプリング31により伝達部材47を制動位置に向けて押圧させる。これにより、電磁ロック機構89は、電気が遮断されたときの失陥保障を可能とすることができる。更に、通電遮断時、圧縮コイルスプリング31により伝達部材47を制動位置へ動作させることで、パーキングブレーキを作動させることができる。
そこで、電磁ロック機構89が常用ブレーキ時に開放される場合には、圧縮コイルスプリング31が駆動シャフト37を押圧付勢することで、応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、電磁ロック機構89が常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に開放される場合には、圧縮コイルスプリング31が駆動シャフト37を押圧付勢することで、応答性良くブレーキ力を作動させることができる。
この場合、常用ブレーキ時には、電動モータ43の回転トルクのみで常用ブレーキを作動させるよりも応答性良く常用ブレーキを作動させることができる。また、常用ブレーキ以外のブレーキ動作時には、エアシリンダ14のエア圧のみで常用ブレーキ以外のブレーキ力を作動させるよりも応答性良くブレーキ力を作動させることができる。
19…ブレーキアーム
25…パッドアッセンブリ
27…モータ軸
29…ウェッジロッド
31…圧縮コイルスプリング(ばね部材)
35…ボールナット
37…駆動シャフト
39…駆動方向変換機構
43…電動モータ
18…基端部
47…伝達部材
49…リンク式倍力装置
51…ウェッジカム
89…電磁ロック機構(ばね保持機構)
91…ボールスクリュー
100…ブレーキロータ(被制動部)
Claims (8)
- 台車側に固定されるボディに中間部がそれぞれ軸支された一対のブレーキアームの各開放端に装着されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、
電動モータが前記制動部材を駆動する電動ブレーキ機構と、
流体圧シリンダが前記制動部材を駆動する流体圧ブレーキ機構と、を備え、
前記ボディ内に配置された前記電動ブレーキ機構は、前記電動モータの回転駆動力を軸方向に沿う駆動シャフトの移動力に変換し、前記駆動シャフトの軸方向の移動力によって前記一対のブレーキアームの基端部を拡開揺動させることで、前記被制動部に対して前記制動部材を接離方向に駆動する駆動方向変換機構を有し、
前記駆動方向変換機構は、前記電動モータにおける円筒状のモータ軸の中央開口に挿入固定されて前記電動モータにより回転駆動されるボールナットと、前記ボールナットの回転駆動力により軸方向に沿って移動されるボールスクリューが前記モータ軸と同軸に配置されて一体に設けられた前記駆動シャフトと、軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して相対移動不能に固定され、ウェッジカムのカム作用により前記駆動シャフトの軸方向の移動力によって前記一対のブレーキアームの基端部を拡開揺動させることで、前記被制動部に対して前記制動部材を接離方向に駆動する伝達部材と、を有し、
前記ボディ内に配置された前記流体圧ブレーキ機構は、前記駆動方向変換機構を挟んで反対側に配置された前記電動モータのモータ軸に対して同一直線上に位置するように前記駆動シャフトの端部に配置された前記流体圧シリンダが、前記制動部材が前記被制動部に接近する方向へ前記駆動シャフトを移動させる
ことを特徴とする鉄道用ブレーキ装置。 - 前記流体圧ブレーキ機構が、
緊急停車時、停電時及び前記電動モータの電気失陥時の少なくともいずれかの場合でブレーキを駆動される
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記伝達部材は、軸方向に移動する前記駆動シャフトに対して螺合されており、当該伝達部材の回転が規制された状態で前記駆動シャフトが回転されることにより前記駆動シャフトに対して軸方向へ相対移動する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記駆動シャフトを回転させるための治具が係合する治具係合部が、前記駆動シャフトにおける前記電動モータ側の端部に設けられる
ことを特徴とする請求項3に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記流体圧シリンダのピストンと前記駆動シャフトの端部との間に介装されたばね部材が、前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢する
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記ピストンから離れる方向へ前記駆動シャフトを押圧付勢できるように前記ばね部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構を有する
ことを特徴とする請求項5に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記ばね保持機構が、常用ブレーキ時及び前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時の少なくともいずれかに開放されて前記ばね部材の蓄勢状態を解除する
ことを特徴とする請求項6に記載の鉄道用ブレーキ装置。 - 前記常用ブレーキ時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記電動モータが駆動され、
前記常用ブレーキ以外のブレーキ動作時に前記ばね保持機構が開放されると共に前記流体圧シリンダが駆動される
ことを特徴とする請求項7に記載の鉄道用ブレーキ装置。
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