JPH0443156A - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両用ディスクブレーキ装置に係り、特
に、鉄道車両の車軸に回転を伝達付与する駆動用電動機
の回転子軸の端部に備えられるディスクブレーキ装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来における鉄道車両用ディスクブレーキ装置の構成と
して、例えば実開昭６４−４９３３号公報に開示された
ものは、第６図に示すように、車輪１００゜１００を軸
支する車軸１０１の一側方に誘導電動機（駆動用電動機
）１０２を設置すると共に、該誘導電動機１０２の回転
子軸１０３の一端部にデ、ｊスク１０４を固着し、且つ
、キャリバー１０５に取り付けられた一対のバンド１０
６，１０６間に前記ディスク１０４を介在せしめたもの
である。尚、前記誘導電動機１０２は台車等の車両側部
材に固定設置され、またキャリバー１０５は車両側部材
や誘導電動機１０２に保持されるものである。そして、
前記回転子軸１０３の他端部には可撓継手１０７を介し
て駆動ギヤ１０８が取り付けられ、且つ、前記車軸１０
１の対応する端部には前記駆動ギヤ１０８に噛合される
従動ギヤ１０９が取り付けられている。このような構成
によれば、当該車両の走行時には誘導電動機１０２の回
転子軸１０３の回転に伴って車軸１０１及び車輪１００
．１００が回転駆動されるが、ブレーキ指令が発せられ
た場合には、キャリパ−１０５のパッド１０６．１０６
がディスク１０４の両面に圧接することにより、ブレー
キ作用が行われて、回転子軸１０３及び車軸１０１ひい
ては車輪１００．１００の回転が止まることになる。

しかるに、上記公報に開示されたディスクブレーキ装置
は、−枚のディスク１０４を用いたものであるため、制
動時に高温状態になり易く、このため、制動時において
は、ディスク１０４の強度が熱により急激に低下して該
ディスク１０４に偏摩耗が生じ、ディスク１０４の寿命
が短くなるという難点を有している。これに加えて、前
記ディスク１０４は誘導電動機１０２の回転子軸１０３
に直接固着されるものであるため、制動時に高温状態と
なったディスク１０４から回転子軸１０３に多量の熱が
伝導されて、誘導電動機１０２内部の温度を上昇させ、
限界温度を超えてしまうという事態を招き、誘導電動機
１０２内部に装備されているコイル線が焼損したり或い
は回転子軸１０３の軸受を焼付かせたり等の不具合を生
じる。

このような問題に対処すべく、例えば実開平１−１）７
９７２号公報によれば、第７図に示すように、誘導電動
１８１０２の回転子軸（中空電機子軸）１０３の両端に
夫々ディスク１０４，１０４を固着し且つこの二枚のデ
ィスク１０４．１０４を挟持する二個のキャリパ−１０
５，１０５を備えた構成が開示されている。これによれ
ば、制動時における個々のディスク１０４．１０４の高
温化を抑制できることに起因して、上記の問題が幾分か
は解消されることが期待できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の実開平１−１）７９７２号公報に
開示のディスクブレーキ装置によるにしても、近年にお
ける鉄道車両の高速化に対しては充分に対処できるもの
ではない。即ち、ディスクを二枚備えるといった単純な
手法のみによっては、高速走行からの制動が続けばディ
スク１０４が高温状態になるのは当然の事であり、ディ
スク１０４の高温化に伴う既述の問題を生ずるのは勿論
のこと、ディスク及びキャリパーを夫々誘導電動機本体
を挟んでその両側に配設せねばならないため、当該ディ
スク装置を取り付けるためのレイアウト面での困難化を
余儀無くされるという問題をも生せしめることとなる。

更に、この公報に開示されたディスクブレーキ装置によ
るにしても、誘導電動機１０２の回転子軸１０３に二枚
のディスク１０４，１０４が直接固着されているため、
ディスク１０４．１０４から多量の熱が誘導電動機１０
２内部に伝導され、既゛述のように、コイル線の焼損や
軸受の焼付き等の不具合を生せしめることとなる。

本発明は、上記諸事情ムこ鑑みてなされたものであり、
ディスクの構成自体に改良を加えると共に当該ブレーキ
装置の回転軸と駆動用電動機の回転子軸との結合状態に
改良を加えて、発熱量の軽減を実現した上で当該ブレー
キ装置のレイアウトの簡素化及び取付性の容易化を図り
、且つ、高速走行からの制動時に当該ブレーキ装置に高
温化現象が発生しても駆動用電動機の回転子軸への熱伝
導を軽減させ、電動機内部のコイルの焼損や回転子軸受
の早期損傷を防止することを技術的課題とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記技術的課題を達成するための具体的手段とするとこ
ろは、鉄道車両の車軸と回転伝達可能に接続された駆動
用電動機の回転子軸の端部に、該回転子軸と共に回転し
且つ該回転子軸の軸方向に摺動自在な複数枚のロータ部
材と、これら複数枚のロータ部材の各相互間に配設され
且つキー部材に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられた
複数枚のステータ部材と、前記ロータ部材及びステータ
部材に制動力を作用させる押圧部材とを備えた多板式の
ディスクブレーキ装置を設け、このディスクブレーキ装
置の回転軸と前記駆動用電動機の回転子軸とを分離して
構成し且つこの両者を噛み合い結合により接続したとこ
ろにある。

〔作用〕

上記手段によると、多板式のディスクブレーキ装置は、
押圧部材による制動力の非作用時においては、駆動用電
動機の回転子細と共に回転する複数枚のロータ部材が、
キー部材に取り付けられた複数枚のステータ部材に対し
て自由に回転することとなるが、その一方において、押
圧部材による制動力の作用時においては、ロータ部材及
びステータ部材が軸方向一方側に摺動し且つ押し集めら
れて該各部材間は圧接した状態となり、この時に生じる
摩擦によってロータ部材のステータ部材に対する相対回
転が阻止される。つまり、ステータ部材が取り付けられ
ているキー部材は、駆動用電動機ひいては車両側部材に
固定状態とされるものであるため、上記のようにロータ
部材のステータ部材に対する相対回転が阻止された場合
には、ロータ部材と共に回転する回転子軸に接続されて
いる車軸ひいては車輪の回転が止まることになる。

そして、本発明は、複数枚のロータ部材と複数枚のステ
ータ部材と押圧部材とからなる多板式のディスクブレー
キ装置を鉄道車両に採用したことにより、当該車両の高
速走行からの制動時に発生する熱は前記複数枚のロータ
部材及びステータ部材の各相互間の摩擦熱に分散されて
、個々の部材についての発熱量が大幅に軽減されるばか
りでな（、その取付性の容易化や装置のレイアウトの簡
素化が図られることとなる。

更に、本発明は、前記多板式のディスクブレーキ装置の
回転軸と駆動用電動機の回転子軸とを分離して構成して
いるので、仮に当該車両の高速走行からの制動時に前記
ブレーキ装置の各部材が高温状態となったとしても、当
該ブレーキ装置の回転軸から駆動用電動機の回転子軸に
伝導される熱量は少なくなる。また、前記両輪は噛み合
い結合により接続されているので、両軸間の回転伝達は
良好に行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第５図に基づいて説
明する。

先ず、第１図に示す概略構成に基づいて、本発明に係る
ディスクブレーキ装置１の取付状態を説明すると、空気
バネ５０．５０を介して車体５１を支持する台車５２の
下方には駆動用電動機２が取り付けられており、該駆動
用電動機２の回転子軸３の一端部に固着された駆動ギヤ
４と、車輪５３．５３を軸支する車軸５に固着された従
動ギヤ６とが噛合されていると共に、前記駆動用電動機
２の反ギヤ側端部（左端部）には、本発明に係るディス
クブレーキ装置１が取り付けられている。従って、当該
車両５１の走行時には、駆動用電動ｆｉ２の回転子軸３
の回転が、駆動ギヤ４及び従動ギヤ６を介して車軸５及
び車輪５３．５３に伝達される一方、ブレーキ指令が発
せられた時には、前記ディスクブレーキ装置１の動作に
より回転子軸３の回転が止まり、これに伴って車軸５及
び車輪５３．５３の回転が止まることにより制動作用が
行われる構成である。尚、前記車軸５をその両端におい
て回動自在に保持する車軸ケース５４．５４と前記台車
５２との間には、軸バネ５５．５５が介設されている。

次に、前記ディスクブレーキ装置１の細部にわたる構造
を、第２図及び第３図に基づいて説明する。

このディスクブレーキ装置１は、前記駆動用電動機２の
反ギヤ側端部にポル１−５６．５６を用いて固定された
ドラム状のケース７を有し、該ケース７の内周面部には
複数のキー部材８−・・８が固定されていると共に、該
ケース７の内方中心部には前記駆動用電動機２の回転子
軸３に結合された中空軸（回転軸）９が該回転子軸３と
一体回転可能に保持されている。そして、前記中空軸９
の外周には、該中空軸９ひいては回転子軸３と共に回転
し且つ軸方向（第３図ａ　−ｂ方向）に摺動自在な二枚
のロータ部材１０．１０が取り付けられ、また前記キー
部材８・・・８の内周には、軸方向にのみ摺動自在な三
枚のステータ部材１）・・・１）が取り付けられている
。

詳述すれば（第２図参照）、前記中空軸９には等角度間
隔で外方に突出する複数の凸条９ａ・・・９ａが軸方向
に沿うように一体形成されていると共に該中空軸９の外
径と同形状の貫通孔１０ａが前記ロータ部材１０の中心
部に形成され且つこの両者が嵌合されることによりロー
タ部材１０が中空軸９と共に回転し而も軸方向に摺動自
在とされているのに対し、前記キー部材８・・・８は等
角度間隔毎に配設されてケース７に固定支持されている
と共にこれらのキー部材８・・・８の軸直角輪郭形状と
同形状の切欠部１）ａ・・・ｌｌａがステータ部材１）
の外周縁に形成され且つこの両者が嵌合されることによ
りステータ部材１）がキー部材８・・・８に対して軸方
向にのみ摺動自在とされている。この場合、前記ロータ
部材１０とステータ部材１）とは軸方向に交互に配設さ
れており、ロータ部材１０の外周面１０ｂとキー部材８
・・・８の内周面との間、及びステータ部材１）の内周
面１）ｂと中空軸９の外周面との間には、僅かな隙間が
存在している。尚、前記ロータ部材１０及びステータ部
材１）の枚数は、第３図示のものに限定されるものでは
なく、これ以上或いはこれ以下の枚数であっても差し支
えない。

更に、第３図に示すように、前記各部材のうちの左端に
配設されたステータ部材１）の左側方には熱強度、伝導
性の良い金属材料でなるリング状の加圧プレート１２が
近接配置されており、この加圧プレート１２は前記ステ
ータ部材１）と同様にしてキー部材８・・・８に軸方向
に摺動自在に嵌合されていると共に、前記各部材のうち
の右端に配設されたステータ部材１）の右側方には前記
加圧プレート１２と同様の金属材料でなるリング状のス
トッパプレート１３が配置されており、このストッパプ
レート１３はその右側面がケース７の右側壁７ａ内面に
当接した状態で前記キー部材８・・・８に堅固に固定さ
れ且つ該ストンバブレート１３の右側面部には径方向に
延びる複数のスリフト１４・・・１４が放射状に形成さ
れている。

一方、前記ケース７の左側壁７ｂには、その先端が前記
加圧プレート１２に当接する複数個のピストン（押圧部
材）１５・・・１５が軸方向に摺動自在に嵌合保持され
ていると共に、該ピストン１５の後面に液圧（油圧）を
作用させる液圧室１６が形成されており、且つ該液圧室
１６は第２図示のように液圧通路１７を介して液圧供給
口１８（液圧源に通じている）に連通されている。

更に、前記ケース７の左側壁部７ｂには、複数の隙間調
整機構１９・・・１９が設けられている。この隙間調整
機構１９は、第３図に示すように、圧縮コイルバネ２０
により左方に付勢されたピストンロッド２１と、該ピス
トンロッド２１の段付面が当接してその左動を規制する
ストッパ板２２と、該ストッパ板２２に固定されたリテ
ーナ２３の右動を規制するフリクションリング２４とを
有する。そして、前記ピストンロッド２１の右端部は前
記加圧プレート１２に固定されており、従って加圧プレ
ート１２は前記圧縮コイルハネ２０により左方に付勢さ
れた状態にある。

また、前記フリクションリング２４は所定力以上の力が
作用することにより左右動し、この左右動に応して、前
記ピストンロッド２１に嵌着された鍔部材２５と前記リ
テーナ２３との間の隙間Ｘつまりピストンロッド２１の
移動範囲が変化するようになっている。

以上の構成に加えて、前記ディスクブレーキ装置Ｉの中
空軸９と、駆動用電動機２０回転子軸３とは分離して構
成されており、この両軸９，３間の結合状態は以下に示
す構成とされている。

即ち、第４図に示すように、中空軸９と回転子軸３との
間には断熱カップリング３０が介設されている。具体的
には、中空軸９の右端部には噛合凹凸面９ａが形成され
ており、この噛合凹凸面９ａと断熱カップリング３０の
左端部に形成された噛合凹凸面３０ａとが噛み合って結
合されていると共に、回転子軸３の左端部にも噛合凹凸
面３ｂが形成されており、この噛合凹凸面３ｂと断熱カ
ップリング３ｏの右端部に形成された噛合凹凸面３０ｂ
とが噛み合って結合されているのである。この場合にお
いて、前記中空軸９と回転子軸３との間には必ずしも断
熱カフブリング３０を介設する必要はなく、中空軸９の
噛合凹凸面９ａと回転子軸３の噛合凹凸面３ｂとを噛み
合い可能に形成して、この両軸９．３を直接的に噛み合
い結合させるようにしてもよい。

尚、第２図及び第３図に示すロータ部材１０及びステー
タ部材１）は双方共に、Ｃ／Ｃコンポジットで構成され
ている。このＣ／Ｃコンポジット（Ｃａｒｂｏｎ／Ｃａ
ｒｂｏｎ　　Ｃｏｓ＋ｐｏｓｉｔｅｓ）は、炭素繊維を
レジン、ピンチ等で結合強化した後に炭化及び黒鉛化熱
処理を行って製造された炭素繊維／炭素複合材料である
。そして、第５図に示すように、その温度特性は、鋼が
符号（イ）で示す特性曲線を有するのに対し、Ｃ／Ｃコ
ンポジットは符号（ロ）で示す特性曲線を有する。つま
り、Ｃ／Ｃコンボジフトは、高温状態にある場合におい
ても常温と変わらぬ或いはそれ以上の引張強度を有する
のである。これ以外にも、Ｃ／Ｃコンポジットの特性と
しては、軽量、高弾性、異方性の少ない微細組織、優れ
た摺動性及び耐摩耗性等が挙げられる。

以上の構成によれば、当該車両の走行時には、駆動用電
動機２の回転子軸３の回転に伴って、中空軸９及びロー
タ部材１０．１０が回転することになるが、この場合に
は、ピストン１５の後面の液圧室１６が無圧状態となっ
ているため、該ピストン１５が加圧プレート１２を右方
へ押圧するための力は発生せず、従って前記ロータ部材
ｉｏ、　ｉｏはステータ部材１）・・・１）に対して自
由に回転できることとなる。

一方、ブレーキ指令が発せられた時には、前記液圧室１
６が加圧状態となり、これに伴ってピストン１５が右方
へ移動して加圧プレート１２を押圧し且つロータ部材１
０．１０及びステータ部材１）・・・１）をストッパプ
レート１３に対して押し付け、この時に生じるロータ部
材１０．１０とステータ部材１）・・・１）との各相互
間の摩擦によって、ロータ部材ｉｏ、　ｉｏひいては中
空軸９及び回転子軸３の回転が止まる。この場合におい
て、前記車両の制動時に発生する熱量は、ロータ部材１
０．１０とステータ部材１）・・・１）との各相互間に
発生する複数箇所の摩擦熱として分散されることになる
ので、個々の部材１０，１０．１）・・・１）について
の発熱量は大幅に軽減されることになる。

更に、前記中空軸９と回転子軸３とは分離して構成され
且つ両軸９，３は噛み合い結合により接続されているの
で（特に本実施例においては断熱カンプリング３０が介
設されているので）、前記各部材１０．１０．１）・・
・１）に生じる摩擦熱により温度上昇した中空軸９から
回転子軸３への熱伝導が少なくなり、これに伴って駆動
用電動機２内部の高温化が阻止され、仮に当該車両の高
速走行からの制動時に前記各部材１０．１０．１）・・
・１）が高温状態となった場合においても、中空軸９か
ら回転子軸３に伝導される熱量は比較的少ないものとな
り、駆動用電動機２の内部保護が良好に行われる。そし
て、ブレーキ指令が解除された場合には、加圧プレート
１２は隙間調整機構１９の圧縮コイルバネ２０のハネ力
により左方へ移動して当初の位置に復帰する。

尚、当該車両の制動時に発生した熱量はロータ部材１０
．１０及びステータ部材１）・・・１）に蓄熱されるこ
とになるが〜この熱量は以下に示す構成により好適に放
熱される。

即ち、中空軸９の内孔６０の左端は開口され且つこの開
口部が空気導入口６１とされており、該空気導入口６１
の左側方にはフィルター６２が装着されていると共に、
前記複数のキー部材８・・・８には、ロータ部材１０．
１０及びステータ部材１）・・・１）の外周部を全周に
わたって覆うように薄肉の金属環板６３（ステンレス製
）が取り付けられている。そして、前記空気導入口６１
より取り入れられた空気は、中空軸９の左右両端部に穿
設された通孔６４及び６５を通過して、矢印Ｘ及びｙで
示すように、加圧プレート１２とケース左側壁部７ｂと
の間の隙間及びストッパプレート１３とケース右側壁部
７ａとの間の隙間（スリ７目４）に流入し、更に前記金
属環板６３とケース内周面との間の隙間Ｗを通過して空
気排出口６６より外方に排出される。このように冷却用
の空気が通過していくことにより、加圧プレー目２、ス
トッパプレー目３及び金属環板６３より放熱が行われて
、ロータ部材１０．１０及びステータ部材１）・・・１
）の過度な温度上昇が防止されるのである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、鉄道車両用ブレーキ装置
として、複数枚のロータ部材と複数枚のステータ部材と
を有してなる多板式のディスクブレーキ装置を用いたこ
とにより、当該車両の制動時に発生する熱が、前記各部
材相互間の複数箇所にて生じる摩擦熱となって分散され
ることになり、各部材の発熱量が軽減されて、偏摩耗の
発生や寿命の低下等の不具合が回避されると共に、当該
装置のレイアウトの簡素化や取付性の容易化等をも図り
得るという利点が得られることとなる。

更に、前記多板式のディスクブレーキ装置の回転軸と駆
動用電動機の回転子軸とを分離して構成し且つこの両輪
を噛み合い結合によって接続したことにより、制動時に
前記ブレーキ装置にて発生した熱が回転軸から回転子軸
に伝導される度合が少なくなり、これにより、駆動用電
動機内部の温度が限界温度を超えて上昇するといった事
態が回避され、当該電動機のコイル線の焼損や回転子軸
の軸受の早期損傷等の不具合が生じなくなるという利点
が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置の取付状態を示す
概略正面図、第２図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置
の内部構造を示す要部縦断側面図、第３図は鉄道車両用
ディスクブレーキ装置の内部構造を示す要部縦断正面図
、第４図は回転子軸と中空軸との結合状態を示す部品分
解配列斜視図、第５図はＣ／Ｃコンボジントの特性を示
すグラフである。また、第６図は−の従来例を示す概略
平面図、第７図は他の従来例を示す概略平面図である。 １・・・ディスクブレーキ装置 ２・・・駆動用電動機 ３・・・回転子軸 ５・・・車軸 ８・・・キー部材 ９・・・回転軸（中空軸） １０・・・ロータ部材 １）・・・ステータ部材 １５・・・押圧部材（ピストン） −・・ディスクブレーキ装置 ・・・駆動用電動機 ・・・回転子軸 ・・・車軸 第２因 １５・・・押圧部材（ピストン） 第５図 （ご） 第３因 第６因 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄道車両の車軸と回転伝達可能に接続された駆動
   用電動機の回転子軸の端部に、該回転子軸と共に回転し
   且つ該回転子軸の軸方向に摺動自在な複数枚のロータ部
   材と、これら複数枚のロータ部材の各相互間に配設され
   且つキー部材に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられた
   複数枚のステータ部材と、前記ロータ部材及びステータ
   部材に制動力を作用させる押圧部材とを備えた多板式の
   ディスクブレーキ装置を設け、このディスクブレーキ装
   置の回転軸と前記駆動用電動機の回転子軸とを分離して
   構成し且つこの両者を噛み合い結合により接続したこと
   を特徴とする鉄道車両用ディスクブレーキ装置。