JPH08230627A - 多板式ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ブレーキ作用時の発熱による軸受の
熱損傷を、少ない消費冷却流量，省設備で効果的に防げ
る多板式ディスクブレーキ装置を提供する。 【構成】本発明は、ロータ２を支えている駆動軸５の内
部に室空間２２を設け、水２１が収容された水タンク２
０を設け、これら間を配管２４でむすび、この配管２４
の途中に、ロータ２とステータ３との摩擦によって、駆
動軸５を支える軸受１０が熱損失をきたすおそれのある
温度に達したとき、水タンク２０内の水２１を室空間２
２へ供給する切換弁２６を設けた。これによって、水２
１の駆動軸接触面での熱伝達、水２１の蒸発潜熱により
熱を奪い、駆動軸５の温度上昇を抑制した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高速鉄道車両の
ブレーキに用いられる多板式ディスクブレーク装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両のブレーキとして、多板式ディ
スクブレーキ装置を採用することが検討されている。と
ころで、一般の多板式ディスクブレーキ装置には、回転
駆動軸に複数枚のロータを支持させ、これらロータを挟
むようにステータを配置した構造が採用してある。

【０００３】具体的には、図５および図６に示されるよ
うな構造が用いられている。この多段式ディスクブレー
キ装置について説明すれば、図中１は略筒状に構成され
た本体、２は本体１内に軸方向に沿って所定の間隔で配
置された複数枚のロータ、３はロータ２を挟むように配
置された複数枚のステータである。

【０００４】各ロータ２の内周部は、スプライン軸４を
介して、本体片側から本体１内の軸心に挿入された回転
駆動軸５（以下、単に駆動軸５と称す）に支持してあ
る。なお、スプライン軸４は駆動軸５の外周部に圧入し
てある。但し、４ａはスプライン軸４の外周部に形成さ
れているスプライン歯、２ａはロータ２の内周部に形成
されているスプライン溝を示している。

【０００５】各ステータ３の外周側は、本体１内に設け
てある軸心方向に延びる複数のピン７にて、最外側に配
置された荷重板６と共に、軸方向には運動可能で、回転
方向には拘束されるように支持してある。

【０００６】荷重板６の側方には、荷重板６を押圧する
ためのピストン８が、同ピストン８を収容するシリンダ
９と共に設けられていて、圧力流体の供給を受けると、
ステータ３を軸方向へ変位させるようにしてある。

【０００７】こうした多段式ディスクブレーキ装置は、
シリンダ９に圧力流体が供給されると、ピストン８が軸
方向に変位して、荷重板６を変位させる。すると、ステ
ータ３がロータ２を挟み込み、ロータ２およびステータ
３の接触面で構成される摩擦面の摩擦力にて、ロータ２
と共に回転するスプライン軸４、駆動軸５に、その回転
を止めるようにブレーキトルクを作用させることとな
る。

【０００８】ところで、多段式ディスクブレ−キ装置に
おいては、ブレーキ作用により摩擦面で発生する熱は、
スプライン軸４、駆動軸５を経て、駆動軸５を支持する
軸受１０に伝えられる。

【０００９】ところが、軸受１０の熱損傷（焼付き）を
起こさない許容温度には限界がある。そこで、軸受１０
の焼損を防ぐ目的で、従来、図５および図６に示される
ように駆動軸５内にヒートパイプ１１を組込み、そのヒ
ートパイプ１１の先端を駆動軸５の先端部に設けたフィ
ン１２に結合して、駆動軸５に伝わる熱を軸受１０とは
反対側へ積極的に逃がすことが行われていた。

【００１０】すなわち、従来は、ブレーキ作用に伴い摩
擦面から駆動軸５に伝えられた熱をフィン１２で放熱す
ることによって、反軸受側となる駆動軸５の先端部を比
較的低温に保ち、さらにヒートパイプ１１で駆動軸５内
の温度勾配を利用して駆動軸５の熱を反軸受側へ逃がす
技術である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、こうした放
熱構造を施した多板式ディスクブレーキ装置は、ブレー
キ吸収エネルギーがあまり大きくない鉄道車両には適す
ると考えられるものの、高速鉄道車両に適用される、例
えば熱流束が約１８０kw/m² というようなブレーキ吸収
エネルギーだと、ディスク温度はかなり高温となり、軸
受側に伝わる熱を完全に逃がすことは難しい。

【００１２】実験では、目標とする軸受冷却効果を「２
５０℃→１２０℃」とすると、これに対して、わずか１
０℃（２５０℃→２４０℃）の冷却しか期待できなかっ
た。そのため、装置全体を冷却風や冷却水などで直接冷
却することが必要とされるが、実験では冷却風の場合に
は、５０ｍ³ ／min の流量が必要、冷却水の場合には20
0 ｌ／min の流量が必要であり、付属設備はかなり大き
く、装置構成上、現実的ではなかった。

【００１３】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、ブレーキ作用時の発熱に
よる軸受の熱損傷を、少ない消費冷却流量ならびに省設
備で効果的に防げる多板式ディスクブレーキ装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ロータを支えている回転駆動軸の内部に室
空間を設け、冷却流体が収容されたタンクを設け、ロー
タとステータとの摩擦によって回転駆動軸が所定温度に
達したとき、タンク内の冷却流体を室空間へ供給する供
給手段を設けたことにある。

【００１５】

【作用】本発明によると、ブレーキ作用により、ロー
タ，ステータの摩擦面で発生する熱が回転駆動軸に伝わ
り、同回転駆動軸が所定温度に達したとする。これによ
り、供給手段により、タンク内の冷却流体が回転駆動軸
の内部に在る室空間に供給される。

【００１６】すると、室空間内の冷却流体は、回転駆動
軸の接触面での熱伝達により、回転駆動軸の熱を奪う。
さらに同流体が沸点近くまで温度上昇した後は、蒸発潜
熱による冷却効果により回転駆動軸の温度上昇は効果的
に抑えられる。

【００１７】この冷却は、冷却が必要な軸部分の局所的
な冷却である上、冷却流体の潜熱を利用するために、消
費冷却流体量は少なくてすみ上、必要な設備も省設備で
すむ。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図１ないし図４に示す一実施
例にもとづいて説明する。なお、図面において、先の
「従来の技術」の項で述べたのと同じ部分には同一の符
号を付してその説明を省略し、この項では異なる部分
（発明の要部）について説明する。

【００１９】本実施例は、ロータ２とステータ３との摩
擦による発熱を要因とした軸受１０の過熱を防ぐ構造で
異なる。この構造について説明すれば、２０は本体１の
上部に設置された水タンクである。この水タンク２０内
には、冷却流体としての水２１が収容されている。な
お、２０ａは、水タンク２０の側壁の最も低部となる下
部に形成された流出口である。

【００２０】また２２は、駆動軸５の内部に形成された
室空間である。室空間２２は、例えば駆動軸５の先端中
央から軸受１０の直前となる軸心の部位ヘ渡るような深
穴を有してなる。なお、室空間２２の開口端の形状は、
図３に示されるようにくびれた形状にしてある。

【００２１】この駆動軸５の先端開口部２２ａと水タン
ク２０の流入口２０ａとの間には、配管２４が接続して
ある。具体的には、配管２４は、例えば水タンク２０と
駆動軸５の先端中央との間を連絡するようなコ字形に成
形されていて、上部側の端部が流入口２０に接続具２５
で接続してある。

【００２２】また配管２４の下部端は、図３に示される
ように他の部分より細径に絞り成形してある。この先端
の絞り部２４ａが、非接触の状態で駆動軸５の先端開口
部２２ａから内部へ挿入してある。

【００２３】これにより、水タンク２０内の水２１と室
空間２２とのレベル差、すなわち水頭圧力（ヘッド）
で、水タンク２０内の水２１を室空間２２へ導けるよう
にしている。なお、絞り部２４ａの外周面と先端開口部
２２ａとの間の隙間はわずかである。

【００２４】この非接触構造にて駆動軸５の回転に影響
を与えないようにし、配管先端の絞り部２４ａにて流量
を必要量に制限してある。配管２４の途中には、例えば
開閉弁で構成される切換弁２６が介装されている。

【００２５】この切換弁２６には、制御部２７（例えば
マイクロコンピュータより構成されるもの）が接続され
ている。制御部２７には、温度センサー２８が接続して
ある。この温度センサー２８は、例えば軸受１０に設け
てあり、この軸受１０を通じて、駆動軸５の温度を検知
する構造にしてある。

【００２６】また制御部２７には、軸受１０の許容温度
の限界から定めた例えば許容上限温度値が設定してあ
る。さらに制御部２７には、例えばブレーキ時（ブレー
キ指令信号の入力）、温度センサー２８から許容上限温
度値を越える駆動軸５の温度が入力されると、切換弁２
６を開位置に切換える機能が設定されている。

【００２７】この設定条件により、駆動軸５の冷却が必
要となるとき、水タンク２０内の水２１を室空間２２内
へ供給できるようにしてある（供給手段）。つぎに、こ
のように構成された多板式ディスクブレーキ装置の作用
について説明する。

【００２８】多板式ディスクブレーキ装置のブレーキ作
用により、ロータ２，ステータ３の摩擦面で発生する熱
が駆動軸５に伝わり、同駆動軸５が許容上限温度値に達
したとする。

【００２９】ここで、制御部２７は、温度センサー２８
で軸受温度を監視していて、駆動軸５の温度が許容上限
温度値に達すると、軸受１０が焼損（熱損傷：焼付き）
するおそれがあると判断して、切換弁２６を開位置に切
換える。

【００３０】すると、水タンク２０内の水２１は、切換
弁２６を介し、配管２４を通って、絞り部２４ａから駆
動軸５の室空間２２内へ供給される。室空間２２内の水
２１は、駆動軸５との接触面において熱伝達により、駆
動軸５の熱を奪う。さらに水２１が沸点近くまで温度上
昇した後は、蒸発潜熱による冷却効果により、駆動軸５
の温度上昇を抑える。

【００３１】また駆動軸５の全体も冷却面への熱伝導に
より、冷却される。こうした冷却により、ブレーキ作用
時の発熱による軸受１０の焼損（熱損傷：焼付き）を防
ぐことができる。

【００３２】しかも、この冷却は、冷却が必要な軸部分
の局所的な冷却である上、水２１の潜熱を利用するため
に、消費冷却流体量は少なくてすみ上、必要な設備も省
設備で、多板式ディスクブレーキ装置への冷却構造の組
込みが可能である。

【００３３】実験によれば、この点を裏付けることがで
きた。すなわち、熱流束が約１８０kw/m² 時における試
作ディスクブレーキ装置を用い、本発明を適用して６０
０cc（１０cc／min ）の水より駆動軸を冷却したとき
と、冷却しないときとの軸受温度を比較した結果、図４
に示されるような顕著なデータが得られた。

【００３４】図４中の実線Ｙは本発明を適用したときの
軸受温度、同破線Ｘは冷却をしないときの軸受温度であ
る。図４からは、本発明を適用すると、６００ccの水消
費だけで、軸受ピーク温度を「２５０℃→１１０℃」ま
で低減できることがわかる。

【００３５】なお、切換弁２６を用いれば、停電時でも
水の供給の継続は可能であるから、停電時の対策にも優
れたものとなる。但し、一実施例では、レベル差を利用
して、タンク内の水を駆動軸の室空間に供給する構造を
用いたが、これに限らず、例えばポンプなどの加圧装置
を用いて、タンク内の水を駆動軸の室空間に供給するよ
うにしてもよい。

【００３６】また一実施例では、制御部を用いて切換弁
を切換動作させたが、これに限らず、他の構造、手段を
用いて、駆動軸が所定温度になるとき切換弁を切換動作
させるようにしてもよい。また一実施例では、冷却流体
として水を用いた例を挙げたが、むろん、それ以外の冷
却流体を用いてもよいことはいうまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ブ
レーキ作用時の発熱による軸受の熱損傷を、少ない消費
冷却流量ならびに省設備で効果的に防止することがで
き、高速鉄道車両に好適な多板式ディスクブレーキ装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の多板式ディスクブレーキ装
置を示す縦側断面図。

【図２】同多板式ディスクブレーキ装置の側断面図。

【図３】図１中のＡ部を拡大して詳細に示す断面図。

【図４】駆動軸内部へ水を注入したときと、しないとき
との軸受温度を対比して示す線図。

【図５】従来の多板式ディスクブレーキ装置を説明する
ための縦側断面図。

【図６】同多板式ディスクブレーキ装置の側断面図。

【符号の説明】

１…本体 ２…ロータ
３…ステータ ５…駆動軸（回転駆動軸） ８…ピストン
９…シリンダ １０…軸受 ２０…水タンク（タンク）
２４…配管 ２６…切換弁 ２７…制御部
２８…温度センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動軸に支持された複数枚のロー
   タ、これらロータを挟むように配置されたステータを有
   してなり、前記ステータの前記ロータに対する摩擦によ
   り、前記回転駆動軸にブレーキトルクを発生させる多板
   式ディスクブレーキ装置において、 前記回転駆動軸の内部に室空間を設け、 冷却流体が収容されたタンクを設け、 前記ロータと前記ステータとの摩擦によって前記回転駆
   動軸が所定温度に達したとき、前記タンク内の冷却流体
   を前記室空間へ供給する供給手段を設けたことを特徴と
   する多板式ディスクブレーキ装置。