JPH09221028A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、実際のブレーキ力を正確に測定で
き、ブレーキ力のコントロールを容易に行なう上で好都
合となるブレーキ装置を得ることにある。 【解決手段】ブレーキ装置3 は、シューヘッド5 に水平
な枢軸20を介して枢支された押棒6 と、枢軸および押棒
を吊り下げるハンガー8a,8b と、押棒に垂直てこ15を介
して連結されたエアシリンダ13とを備えている。押棒と
枢軸とは、軸中心線を互いに直交させ、かつ枢軸の軸回
り方向への相対的な回動を不能とした状態で結合されて
いる。押棒の軸心および枢軸の軸心を含む面と交差する
枢軸の表面に、軸方向に離間した複数箇所に位置して、
一対の歪ゲージを一組とする複数の検出部を枢軸の軸線
に対し線対称に配置し、歪ゲージは、互いに交差された
姿勢で枢軸の表面に貼り付けられ、かつブリッジを組ん
で電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両に用いられる
空制機械ユニットブレーキのようなブレーキ装置に係
り、特にそのブレーキ力を測定するための構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両は、車輪を支持する台車を備え
ており、この台車には、車輪にブレーキ力を付与する空
制機械ユニットブレーキが組み込まれている。図１０
は、この空制機械ユニットブレーキの一例を開示してい
る。

【０００３】この図１０において、符号１は、台車のフ
レームを示している。フレーム１には車輪２が回転自在
に支持されており、これらフレーム１と車輪２とは、相
対的に上下動するようになっている。

【０００４】上記フレーム１には、車輪２にブレーキ力
を付加するブレーキ装置３が組み込まれている。ブレー
キ装置３は、車輪２の周面２ａに押し付けられるブレー
キシュー４を備えており、このブレーキシュー４は、シ
ューヘッド５に支持されている。

【０００５】図１２や図１３に示すように、シューヘッ
ド５のブレーキシュー４とは反対側には、一対の支持壁
５ａ，５ｂが形成されている。支持壁５ａ，５ｂは、互
いに間隔を存して向かい合っており、これら支持壁５
ａ，５ｂの間に押棒６の一端部が介在されている。押棒
６は、水平に延びる本体６ａと、この本体６ａの一端に
連なる中空筒状のボス部６ｂとを有し、このボス部６ｂ
が上記支持壁５ａ，５ｂの間に配置されている。

【０００６】上記フレーム１は、支持部材としての一対
のハンガー８ａ，８ｂを備えている。ハンガー８ａ，８
ｂは、シューヘッド５の近傍において略垂直に配置され
ており、これらハンガー８ａ，８ｂの上端部は、支持軸
９を介してフレーム１に回動可能に枢支されている。

【０００７】ハンガー８ａ，８ｂの下端部は、シューヘ
ッド５の支持壁５ａ，５ｂの両側に位置され，これら支
持壁５ａ，５ｂを挾み込んでいる。ハンガー８ａ，８ｂ
の間には、枢軸としてのシューヘッドピン１０が水平に
掛け渡されている。シューヘッドピン１０の先端部に
は、ナット１１がねじ込まれており、このナット１１
は、ハンガー８ａ，８ｂからのシューヘッドピン１０の
抜け止めをなしている。

【０００８】図１１や図１３に示すように、シューヘッ
ドピン１０は、ハンガー８ａ，８ｂの下端部、シューヘ
ッド５の支持壁５ａ，５ｂおよび押棒６のボス部６ｂを
軸回り方向に回動可能に貫通している。そのため、シュ
ーヘッド５および押棒６は、シューヘッドピン１０を介
して互いに回動可能に連結されているとともに、ハンガ
ー８ａ，８ｂを介してフレーム１に吊り下げられてお
り、上記押棒６の軸中心線Ｘ1 とシューヘッドピン１０
の軸中心線Ｘ2 とは、互いに直交されている。そして、
従来のブレーキ装置３の場合、上記シューヘッド５、押
棒６およびハンガー８ａ，８ｂは、シューヘッドピン１
０を支点に夫々独立して回動し得るようになっている。

【０００９】図１０に示すように、上記フレーム１に
は、押圧手段としてのエアシリンダ１３が支持されてい
る。エアシリンダ１３は、ピストンロッド１４を有して
いる。このピストンロッド１４は、上記押棒６の上方に
おいて、この押棒６と平行に配置されている。そして、
エアシリンダ１３は、ブレーキ操作に伴う電気信号によ
って作動されるようになっており、このエアシリンダ１
３が作動されると、図１０の（Ａ）の矢印に示すよう
に、ピストンロッド１４が水平方向に突出するようにな
っている。

【００１０】ピストンロッド１４は、倍力装置としての
垂直てこ１５を介して上記押棒６と連動されている。垂
直てこ１５は、略垂直な姿勢で配置されており、この垂
直てこ１５の上端部は、ピボット軸１６を介してピスト
ンロッド１４の先端部に回動可能に連結されている。ま
た、垂直てこ１５の下端部は、球面ブッシュ１７を介し
て押棒６の中間部に連結されている。

【００１１】垂直てこ１５は、上記ピストンロッド１４
と押棒６との間に位置される中間部１５ａを有してい
る。この中間部１５ａは、上記フレーム１にピボット軸
１８を介して回動可能に連結されている。そして、垂直
てこ１５とピストンロッド１４との連結部から上記垂直
てこ１５の中間部１５ａまでの距離をｍ、垂直てこ１５
と押棒６との連結部から上記垂直てこ１５の中間部１５
ａまでの距離をｎとすると、ｍ：ｎ＝３：１程度に規定
されている。

【００１２】このような構成のブレーキ装置３におい
て、そのブレーキ作動時の作用について説明する。ブレ
ーキ操作に伴う電気信号がエアシリンダ１３に入力され
ると、このエアシリンダ１３が作動し、ピストンロッド
１４が矢印方向に突出される。このピストンロッド１４
は、垂直てこ１５の上端部に連結されているので、垂直
てこ１５は、中間部１５ａを支点として時計回り方向に
回動され、押棒６が車輪２の方向に向けて水平に押し出
される。この場合、垂直てこ１５は、上記のようにｍ：
ｎが３：１の関係に規定されているので、押棒６に加わ
る押圧力をＦ1 、ピストンロッド１４が突出する際の力
をＦ2 とすれば、 Ｆ1 ＝Ｆ2 ×ｍ／ｎ となる。通常のブレーキ装置３では、Ｆ2 ＝１０００kg
f 程度に設定されているため、Ｆ1 ＝３０００kgf とな
る。よって、ブレーキシュー４は、３０００kgfの力で
車輪２の周面２ａに押し付けられることになり、この車
輪２にブレーキ力が印加される。

【００１３】ところで、図１０の（Ａ）の矢印に示すよ
うに、車輪２が反時計回り方向に回転しているとする
と、ブレーキ作動時におけるシューヘッドピン１０の周
辺には、図１１に示すような鉛直方向の力が作用する。
すなわち、この図１１において、符号Ｂ1 およびＢ2
は、シューヘッド５が受けるブレーキ力、Ｒｈ1 および
Ｒｈ2 は、ハンガー８ａ，８ｂの反力、Ｒ0 は、押棒６
の反力を夫々示している。そして、この時のシューヘッ
ドピン１０の周辺の荷重のバランスを式で表すと、 Ｂ１＋Ｂ2 ＝Ｒｈ1 ＋Ｒｈ2 ＋Ｒ0 となる。

【００１４】この式から分かるように、従来のブレーキ
装置３においては、ブレーキ作動時にシューヘッド５が
受ける鉛直方向のブレーキ力Ｂ1 およびＢ2 は、ハンガ
ー８ａ，８ｂおよび押棒６に連なる垂直てこ１５によっ
て支えられる構成となっている。そして、この種のブレ
ーキ装置３において、シューヘッド５に印加されるブレ
ーキ力Ｂ1 およびＢ2 の制御は、エアシリンダ１３の圧
力を制御することで行なわれている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ブレーキ装置３によると、エアシリンダ１３の作動によ
って得られるブレーキ力Ｂ1 およびＢ2 は、押棒６がブ
レーキシュー４を車輪２の周面２ａに押し付ける水平方
向の押圧力Ｆ1 であって、車輪２の周面２ａの接線方向
に作用する力ではない。そのため、車輪２に付加される
実際のブレーキ力は、上記水平方向の押圧力Ｆ1 に車輪
２とブレーキシュー４との摩擦係数を乗じたものとな
る。

【００１６】この場合、上記摩擦係数は、天候あるいは
ブレーキシュー４と車輪２との当たり面の状態等によっ
て刻々と変化するために、エアシリンダ１３の圧力制御
のみでは、正確なブレーキ力を得ることができない。す
なわち、従来のブレーキ装置３は、実際のブレーキ力を
直接測定する手段を備えていないために、ブレーキ力が
不足すれば、単にエアシリンダ１３の圧力を上昇させて
上記押圧力Ｆ1 を増大させるといった単純な制御しかで
きず、今後予想される鉄道車両の高速化に対応すること
が困難となる。

【００１７】しかも、鉄道車両の高速化を考えた場合、
制動距離の容易なコントロールが急務となっており、実
際のブレーキ力を正確に測定し得るシステムの構築が要
求されている。

【００１８】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたもので、車輪に印加される実際のブレーキ力を正
確に測定することができ、このブレーキ力のコントロー
ルを容易に行なうことができるブレーキ装置の提供を目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載された発明は、回転する車輪と；こ
の車輪の周面に接するブレーキシューを有するシューヘ
ッドと；このシューヘッドを上記車輪に向けて押圧する
押棒と；この押棒と上記シューヘッドとを連結する水平
な枢軸と；上記枢軸を介して上記シューヘッドおよび上
記押棒を吊り下げ保持する支持部材と；上記押棒に倍力
手段を介して連結され、上記押棒を上記シューヘッドに
向けて押圧するための押圧手段と；を備えており、ブレ
ーキ作動時に、上記押圧手段の押圧力を上記倍力手段、
押棒およびシューヘッドを介してブレーキシューに伝え
るようにしたブレーキ装置を前提としている。

【００２０】そして、上記押棒と上記枢軸とは、その軸
中心線を互いに直交させるとともに、上記枢軸の軸回り
方向への相対的な回動を不能とした状態で結合し、これ
ら押棒の軸心および上記枢軸の軸心を含む面と交差する
上記枢軸の表面に、その軸方向に離間した複数箇所に位
置して、一対の歪ゲージを一組とする複数の検出部を上
記枢軸の軸線に対し線対称に配置し、各検出部の歪ゲー
ジは、互いに交差された姿勢で上記枢軸の表面に貼り付
けられているとともに、所定のブリッジを組んで電気的
に接続されていることを特徴としている。

【００２１】このような構成によると、シューヘッドと
押棒とを連結する枢軸は、ブレーキ作動時に鉛直方向の
せん断力を始めとして、捩り力、曲げ力、トルクおよび
回転力といった種々の力を受ける。この場合、枢軸の表
面に貼り付けられた歪ゲージは、所定のブリッジを組ん
で互いに接続されているので、これら歪ゲージによって
検出された各種の力のうち、曲げ力、捩り力、スラスト
力、トルクおよび回転力といった外乱が互いに相殺さ
れ、枢軸に働くせん断力のみを出力として取り出すこと
ができる。この取り出されたせん断力は、枢軸に対し鉛
直方向に働くので、このせん断力を、車輪とブレーキシ
ューとの当たり面の接線方向に働く実際のブレーキ力と
して見なすことができる。そのため、実際のブレーキ力
を直接検出することができ、この検出値にもとづいて押
圧手段を制御すれば、必要とするブレーキ力を正確に得
ることができる。

【００２２】また、歪ゲージを有する複数の検出部は、
枢軸の軸方向に互いに離間して配置されているので、検
出部から検出される出力の感度が向上し、枢軸に働くせ
ん断力を精度良く計測できる。

【００２３】それとともに、上記構成によると、押棒と
枢軸との相対的な回動が阻止され、押棒と検出部との位
置関係が一定に保たれるので、押棒に加わる軸方向への
押圧力が変動しても、枢軸に働く曲げ力を相殺すること
ができる。このため、押棒の押圧力の影響を排除するこ
とができ、枢軸に働くせん断力のみを精度良く測定する
ことができる。

【００２４】請求項２によれば、上記請求項１に記載の
歪ゲージの貼り付け位置は、上記支持部材とシューヘッ
ドとの境界部分の近傍および上記シューヘッドと押棒と
の境界部分の近傍であることを特徴としている。

【００２５】この構成によると、枢軸にせん断力が作用
する位置と歪ゲージの貼り付け位置とが互いに対応する
ので、この枢軸に作用するせん断力を精度良く測定する
ことができ、実際のブレーキ力を正確に測定することが
できる。

【００２６】請求項３によれば、上記請求項１に記載の
各検出部の歪ゲージは、その感度方向を上記枢軸の軸線
に対し４５゜傾けた姿勢で上記枢軸の表面に貼り付けら
れていることを特徴としている。

【００２７】この構成によると、個々の歪ゲージによっ
て検出された曲げ力、捩り力、スラスト力、トルクおよ
び回転力といった外力を相殺することができ、枢軸に働
くせん断力のみを精度良く取り出すことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を、図１
ないし図９にもとづいて説明する。この実施の形態にお
いて、ブレーキ装置３の基本的な構成は、上記従来の技
術と同様であるため、この従来の技術と同一の構成部分
については同一の参照符号を付して、その説明を省略す
る。

【００２９】この実施の形態においては、シューヘッド
５と押棒６とを連結するシューヘッドピン２０の構成が
上記従来のブレーキ装置３と相違している。すなわち、
図２や図３に示すように、シューヘッドピン２０の表面
には、第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１ｄが軸方向に
間隔を存して形成されている。第１ないし第４の溝部２
１ａ〜２１ｄは、シューヘッドピン２０の周方向に連続
して形成されている。第１の溝部２１ａは、一方のハン
ガー８ａとシューヘッド５の一方の支持壁５ａとの境界
部分の近傍に位置され、第４の溝部２１ｄは、他方のハ
ンガー８ｂとシューヘッド５の他方の支持壁５ｂとの境
界部分の近傍に位置されている。また、第２および第３
の溝部２１ｂ，２１ｃは、シューヘッド５の支持壁５
ａ，５ｂと押棒６のボス部６ｂとの境界部分の近傍に位
置されている。

【００３０】図２に示すように、シューヘッドピン２０
の第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１ｄは、夫々一対の
第１ないし第４の検出部２２ａ〜２２ｄを備えている。
これら検出部２２ａ〜２２ｄは、図５の（Ａ）に示すよ
うに、シューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ2 に対し線対
称に配置されており、第１ないし第４の溝部２１ａ〜２
１ｄ内において、シューヘッドピン２０の径方向に互い
に向かい合っている。そして、第１ないし第４の検出部
２２ａ〜２２ｄは、シューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ
2 に沿う同一直線状に位置されている。

【００３１】各検出部２２ａ〜２２ｄは、図４に示すよ
うな一対の歪ゲージ２３ａ，２３ｂを有している。これ
ら歪ゲージ２３ａ，２３ｂは、通常の市販品を用いてお
り、その歪の感度方向に延びる長軸Ｌを有する短冊状を
なしている。これら歪ゲージ２３ａ，２３ｂは、その長
軸Ｌを互いに直交させるとともに、この長軸Ｌを上記シ
ューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ2 に対し４５゜傾けた
姿勢で第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１ｄの底面に貼
り付けられている。

【００３２】なお、第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１
ｄの溝深さは、歪ゲージ２３ａ，２３ｂの厚みに相当す
る程度であれば良いが、なるべく小さい方が望ましい。
同様に、第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１ｄの溝幅に
しても、極力小さくすることが望まれるけれども、歪ゲ
ージ２３ａ，２３ｂの寸法を考慮すると、８〜１０ｍｍ
程度は必要となる。

【００３３】シューヘッドピン２０の表面には、その軸
中心線Ｘ2 の方向に延びる一対のガイド溝２４（一方の
みを図示）が形成されている。ガイド溝２４は、シュー
ヘッドピン２０の径方向に対向し合う位置に形成されて
おり、このシューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ2 に対し
線対称に配置されている。そして、ガイド溝２４は、上
記第１ないし第４の溝部２１ａ〜２１ｄに連なってお
り、これらガイド溝２４に上記歪ゲージ２３ａ，２３ｂ
のリード線（図示せず）が導入されている。

【００３４】このようなシューヘッドピン２０は、図５
の（Ａ）に示すように、歪ゲージ２３ａ，２３ｂの貼り
付け位置に互いに平行に接線Ｘ3 ，Ｘ4 を引いた場合
に、これら接線Ｘ3 ，Ｘ4 と上記押棒６の軸中心線Ｘ1
とを直交させた姿勢で押棒６のボス部６ｂに挿通されて
いる。そして、ボス部６ｂの径方向に互いに対向する二
箇所には、挿通孔２５ａ，２５ｂが開口されている。挿
通孔２５ａ，２５ｂには、夫々ねじ２６が挿通されてお
り、これらねじ２６は、シューヘッドピン２０にねじ込
まれている。

【００３５】そのため、押棒６のボス部６ｂとシューヘ
ッドピン２０とは、軸回り方向への相対的な回動を不能
とした状態で一体的に結合されており、これら押棒６の
軸中心線Ｘ1 と上記歪ゲーシ２３ａ，２３ｂの貼り付け
位置を通る接線Ｘ3 ，Ｘ4 とが、互いに直交した位置関
係に保持されている。

【００３６】なお、上記押棒６とシューヘッドピン２０
とは、その軸中心線Ｘ1 と接線Ｘ3，Ｘ4 とを互いに直
交させた姿勢で結合されていれば良いから、その結合手
段は上記ねじ止めに特定されるものではなく、例えばキ
ーあるいはスプラインを用いても良い。

【００３７】このような構成のブレーキ装置３におい
て、ブレーキ作動時にシューヘッド５に印加されるブレ
ーキ力は、次のようにして測定される。図１に示すよう
に、車輪２が反時計回り方向に回転している状態におい
て、ブレーキ操作に伴ってエアシリンダ１３が作動され
ると、シューヘッドピン２０には従来と同様に上向きの
ブレーキ力Ｂ1 およびＢ2 が印加される。この時、ハン
ガー８ａ，８ｂおよび押棒６には、従来と同様に下向き
の反力Ｒｈ1 、Ｒｈ2 およびＲ0 が夫々作用するため、
シューヘッドピン２０の第１ないし第４の検出部２２ａ
〜２２ｄには、夫々せん断力が作用する。

【００３８】図６は、ブレーキ作動時にシューヘッドピ
ン２０全体に作用するせん断力を表している。この図６
に示すせん断力図（ＳＦＤ）から明らかなように、上記
第１の検出部２２ａには、反力Ｒｈ1 によるせん断力Ｓ
1 が働き、第４の検出部２２ｄには、反力Ｒｈ2 による
せん断力Ｓ4 が働く。同様に、第２の検出部２２ｂおよ
び第３の検出部２２ｃには、反力Ｒ0 によるせん断力Ｓ
2 ，Ｓ3 が働く。ここで、シューヘッド５に印加される
ブレーキ力Ｂは、上記せん断力図に基づいて下記の式の
ように表すことができる。 ブレーキ力Ｂ＝−(S1)＋(S2)−(S3)＋(S4) ＝−(-Rh1)＋(B1-Rh1)−(B1-Rh1-R0) ＋(B1-Rh1-R0+B2) ＝B1＋B2 すなわち、ブレーキ力Ｂは、B1＋B2＝−(S1)＋(S2)−(S
3)＋(S4)のようにシューヘッドピン２０の全体に働くせ
ん断力Ｓ１〜Ｓ４の合計で表示することができ、このせ
ん断力Ｓ１〜Ｓ４を測定することができれば、ブレーキ
力Ｂを求めることができる。

【００３９】ところで、シューヘッドピン２０には、実
際のところ上記せん断力Ｓ１〜Ｓ４の他に曲げ力Ｖ，捩
り力Ｍ、スラスト力Ｐ、トルクＴおよび回転力Ｒといっ
た各種の成分の外力が作用している。この場合、シュー
ヘッドピン２０の第１ないし第４の溝部２１ａ，２１ｄ
に、その軸中心線Ｘ2 に対し線対称となるように歪ゲー
ジ２３ａ，２３ｂを有する第１ないし第４の検出部２２
ａ〜２２ｄを配置し、かつ、各検出部２２ａ〜２２ｄの
歪ゲージ２３ａ，２３ｂを所定のブリッジを組んで互い
に接続すれば、上記せん断力Ｓ1 〜Ｓ4 を除く全ての外
力を理論的に相殺することができ、上記せん断力Ｓ1 〜
Ｓ4 のみを取り出すことができる。

【００４０】次に、このせん断力Ｓ1 〜Ｓ4 を取り出す
要領について詳細に説明する。図７は、シューヘッドピ
ン２０に上記曲げ力Ｖ，捩り力Ｍ、スラスト力Ｐ、トル
クＴおよび回転力Ｒのような各種の外力が作用している
状況を示している。ここで、上記のようにシューヘッド
ピン２０には、第１ないし第４の検出部２２ａ〜２２ｄ
が設置されているが、上記図７は、上記反力Ｒｈ1 、Ｒ
ｈ2 によるせん断力Ｓ1 、Ｓ4 が作用する第１および第
４の検出部２２ａ，２２ｄ又は上記反力Ｒ0 によるせん
断力Ｓ2 とＳ3 が作用する第２および第３の検出部２２
ｂ，２２ｃ回りの外力の作用状況を模擬している。その
ため、図７において、歪ゲージ２３ａ，２３ｂの貼り付
け位置は、第１および第４の溝部２１ａ，２１ｄ又は第
２および第３の溝部２１ｂ，２１ｃのいずれかであっ
て、合計四箇所となっている。そして、実際には、第１
および第４の検出部２２ａ，２２ｄにて測定されたせん
断力と、第２および第３の検出部２２ｂ，２２ｃにて測
定されたせん断力とを合力として取り出すことで、ブレ
ーキ力Ｂが求められる。

【００４１】本実施の形態においては、上記第１および
第４の検出部２２ａ，２２ｄからせん断力Ｓを取り出す
要領について，図７および図８を参照して説明する。先
にも述べたように、対をなす第１および第４の検出部２
２ａ，２２ｄは、９０゜の角度で交差された一対の歪ゲ
ージ２３ａ，２３ｂを有しているが、ここでは各検出部
２２ａ，２２ｄの歪ゲージ２３ａ，２３ｂを、夫々１
Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄの８本
に分けて考えることとする。

【００４２】これら８本の歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、
２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄからせん断力Ｓのみを取
り出すためには、歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３
Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄを、図９に示すようなホイースト
ンブリッジに組んで接続する。そして、歪ゲージ１Ａ、
１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄをブリッジ
接続する際の符号を、歪ゲージ１Ａでは（＋）、歪ゲー
ジ１Ｄでは（−）、歪ゲージ２Ａでは（−）、歪ゲージ
２Ｄでは（＋）、歪ゲージ３Ａでは（−）、歪ゲージ３
Ｄでは（＋）、歪ゲージ４Ａでは（＋）、歪ゲージ４Ｄ
では（−）と初期設定する。

【００４３】下記の表１は、上記曲げ力Ｖ，捩り力Ｍ、
スラスト力Ｐ、トルクＴおよび回転力Ｒのような外力が
図７の矢印に示すような向きでシューヘッドピン２０に
作用した状態において、上記各歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２
Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄによって検出される
歪の出力方向を示している。

【００４４】

【表１】

【００４５】この表１では、各歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２
Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄの出力歪の方向を、
伸び勝手に対しては（＋）、縮み勝手に対しては（−）
で表示している。

【００４６】さらに、上記表１は、初期設定された各歪
ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４
Ｄの符号と、上記出力歪の方向を示す符号との積によ
り、実際にホイストーンブリッジ内で得られる計算歪の
出力を、（＋）又は（−）で表している。

【００４７】つまり、初期設定された符号が（＋）の歪
ゲージにおいて、この歪ゲージの出力歪が（＋）であれ
ばブリッジ計算歪は（＋）となり、この歪ゲージの出力
歪が（−）であればブリッジ計算歪は（−）となる。ま
た、初期設定された符号が（−）の歪ゲージにおいて
は、この歪ゲージの出力歪が（＋）であればブリッジ計
算歪は（−）となり、この歪ゲージの出力歪が（−）で
あればブリッジ計算歪は（＋）となる。

【００４８】このことから、各歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２
Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄのブリッジ計算歪
は、上記表１に示すように、（＋）又は（−）で表示さ
れる。この結果を歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３
Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄの全体で見ると、捩り力Ｍ、スラ
スト力Ｐ、曲げ力Ｖ、トルクＴおよび回転力Ｒについて
は、上記計算歪（＋）と（−）とが互いに相殺される。
そのため、歪合計では出力が０となり、理論的には出力
歪が全てキャンセルされることになる。

【００４９】これに対し、せん断力Ｓについては、上記
表１から明らかなように、（＋）の出力として取り出す
ことができる。そして、実際には各歪ゲージ１Ａ、１
Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４Ｄの出力を平均
でＵとすると、第１および第４の検出部２２ａ，２２ｄ
からの出力は４Ｕとなり、４倍の感度でせん断力Ｓを取
り出すことができる。

【００５０】この考え方は、上記第１および第４の検出
部２２ａ，２２ｄばかりでなく、対をなす第２および第
３の検出部２２ｂ，２２ｃにも同様に適用することがで
きる。そして、図９に示すように、ブリッジを組んだ歪
ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４Ａ、４
Ｄでは、一定の入力電圧を印加すると、歪に応じて出力
電圧が変化する。このため、上記第１および第４の検出
部２２ａ，２２ｄの出力端を図示しない動歪計に接続
し、かつ、第２および第３の検出部２２ｂ，２２ｃの出
力端を図示しない動歪計に接続すれば、各々の出力電圧
（出力歪）からせん断力Ｓを計算することができ、これ
ら両方のせん断力Ｓを加えることで、ブレーキ力Ｂ1 ＋
Ｂ2 を計測することができる。

【００５１】なお、上記実施の形態では、第１および第
４の検出部２２ａ，２２ｄの出力端と、第２および第３
の検出部２２ｂ，２２ｃの出力端を個々に動歪計に接続
したが、これら両方の出力端を動歪計に接続する以前
に、これら出力端からの出力電圧（出力歪）を結合する
ようにしても良い。

【００５２】また、上記構成のブレーキ装置３におい
て、図５の（Ｂ）に示すように、歪ゲーシ２３ａ，２３
ｂの貼り付け位置を通る接線Ｘ3 ，Ｘ4 と押棒６の軸中
心線Ｘ1 とが、直角以外の任意な角度で交わっている
と、押棒６を介してシューヘッドピン２０の中間部に水
平方向の曲げ力が加わった場合に、この曲げに伴う歪分
を歪ゲージ１Ａ、１Ｄ、２Ａ、２Ｄ、３Ａ、３Ｄ、４
Ａ、４Ｄの出力側で相殺することができなくなり、誤差
の要因となる。

【００５３】これに対し、上記実施の形態では、押棒６
の軸中心線Ｘ1 と上記歪ゲーシ２３ａ，２３ｂの貼り付
け位置を通る接線Ｘ3 ，Ｘ4 とが互いに直交するような
位置関係を保ったまま、押棒６とシューヘッドピン２０
とが結合されているので、ブレーキ作動時に押棒６が図
１の矢印方向に押圧された場合に、この押棒６を介して
シューヘッドピン２０の中間部に加わる曲げ力の影響を
排除することができる。したがって、シューヘッドピン
２０に加わる鉛直方向のせん断力Ｓ1 〜Ｓ4 のみを精度
良く取り出すことができ、正確なブレーキ力Ｂを測定す
ることができる。

【００５４】一方、鉄道車両においては、その車輪２は
台車のフレーム１に上下動可能に支持されているので、
図１に示すように、車輪２とブレーキ装置３との上下方
向への位置関係は、車輪２の上下動および車輪２の摩耗
によって時々刻々と変化する。

【００５５】この場合、車輪２の上下方向への変位量ｈ
は、一般的に±２０ｍｍ程度であり、かつまた、車輪２
の半径は、一般に３９０〜４３０ｍｍ程度で、この車輪
２とブレーキシュー４との接触点Ｃからシューヘッドピ
ン２０の軸中心線Ｘ2 までの距離にしても一般的に約１
００ｍｍであることを考慮すると、車輪２の回転中心Ｏ
からシューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ2 までの距離Ｙ
は、最小４９０ｍｍ程度となっている。

【００５６】上記図１は、ブレーキ装置３が車輪２に対
し下方に変位した状態を示している。ここでブレーキ装
置３の変位量ｈを２０ｍｍ、車輪２の回転中心Ｏからシ
ューヘッドピン２０の軸中心線Ｘ2 までの距離を４９０
ｍｍとして、この車輪２の中心Ｏとシューヘッドピン２
０の軸中心線Ｘ2 とを結ぶ線分の傾斜角度θを計算する
と、車輪２にブレーキ力Ｂが印加される方向は、鉛直線
に対し最大で約２．３４゜傾くことになる。

【００５７】そのため、上記第１ないし第４の検出部２
２ａ〜２２ｄによって求められるブレーキ力（せん断
力）に対し、本来のブレーキ力Ｂは、ブレーキ力（せん
断力）に１／Cos ２．３４゜を乗じる補正が必要とな
る。

【００５８】しかしながら、１／Cos ２．３４゜の値
は、１．０００８３程度であって、例えば上記ブレーキ
力（せん断力）を１０００kgf とした場合、その補正値
は、１０００．８kgf となり、その差は僅かに０．１％
程度のものでしかない。そのため、現状で要求されてい
るブレーキ力Ｂの誤差±３％に比べて１／３０程度と遥
かに小さく、実質的に車輪２の上下方向への変位による
補正を考慮する必要はないものとなる。

【００５９】よって、現状では把握しきれていない実際
のブレーキ力Ｂを、直接しかも精度良く計測することが
でき、このブレーキ力Ｂを制御する上で好都合となると
いった利点がある。

【００６０】

【発明の効果】請求項１によれば、ブレーキ作動時に枢
軸に作用する曲げ力や捩り力さらにはスラスト力のよう
な外力を除去して、真のブレーキ力をせん断力として取
り出すことができる。しかも、検出部から取り出される
出力歪の感度が向上し、枢軸に働くせん断力を精度良く
計測できるとともに、押棒に加わる軸方向への押圧力が
変動しても、枢軸に働く曲げ力を相殺して、押棒の押圧
力の影響を排除することができ、枢軸に働くせん断力の
みを精度良く測定することができる。したがって、従来
その把握が困難とされていた実際のブレーキ力を直接か
つ精度良く測定することが可能となり、この測定値に基
づいて押圧手段を制御することにより、必要とするブレ
ーキ力を正確に得ることができる。

【００６１】請求項２によれば、枢軸に作用するせん断
力を精度良く測定することができ、実際のブレーキ力を
より正確に測定することができる。請求項３によれば、
個々の歪ゲージによって検出された曲げ力、ねじり力、
スラスト力、トルクおよび回転力といった外力を互いに
相殺することができ、枢軸に働くせん断力のみを精度良
く取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態において、車輪にブレーキ
力を印加するブレーキ装置の側面図。

【図２】シューヘッドピンの取り付け部分の断面図。

【図３】シューヘッドピンの斜視図。

【図４】歪ゲージの貼り付け状態を拡大して示す図。

【図５】（Ａ）は、押棒の軸中心線と歪ゲーシの貼り付
け位置を通る接線とが互いに直交するような位置関係を
保ったまま、押棒とシューヘッドピンとが結合されてい
る状態を示す断面図。（Ｂ）は、押棒の軸中心線と歪ゲ
ーシの貼り付け位置を通る接線とが、直角以外の角度で
交差した状態を示す押棒とシューヘッドピンとの結合部
分の断面図。

【図６】シューヘッドピン全体に作用するせん断力を表
したせん断力図。

【図７】シューヘッドピンに作用する力の種類と方向を
示す図。

【図８】シューヘッドピンに歪ゲージを貼り付けた状態
を示す斜視図。

【図９】複数の歪ゲージをブリッジを組んで互いに接続
した状態を示す回路図。

【図１０】（Ａ）は、従来のブレーキ装置の側面図。
（Ｂ）は、図１０の（Ａ）のＡ−Ａ線の方向から見た矢
視図。

【図１１】シューヘッドピンの取り付け部分の断面図。

【図１２】シューヘッドと押棒との連結部分を示す断面
図。

【図１３】シューヘッド、押棒およびハンガの連結部分
を示す断面図。

【符号の説明】 ２…車輪 ４…ブレーキシュー ５…シューヘッド ６…押棒 ８ａ，８ｂ…支持部材（ハンガー） １３…押圧手段（エアシリンダ） １５…倍力手段（垂直てこ） ２０…枢軸（シューヘッドピン） ２２ａ〜２２ｄ…第１ないし第４の検出部 ２３ａ，２３ｂ…歪ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 大生 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 熊谷 則道 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 豊福 敏宏 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 涌沢 邦章 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 勢登 利孝 広島県三原市糸崎町5007番地 三菱重工業 株式会社三原製作所内 (72)発明者 西村 昌明 広島県三原市糸崎町5007番地 三菱重工業 株式会社三原製作所内 (72)発明者 籔 宏明 広島県広島市西区観音新町一丁目20番24号 菱明技研株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する車輪と；この車輪の周面に接す
   るブレーキシューを有するシューヘッドと；このシュー
   ヘッドを上記車輪に向けて押圧する押棒と；この押棒と
   上記シューヘッドとを連結する水平な枢軸と；上記枢軸
   を介して上記シューヘッドおよび上記押棒を吊り下げ保
   持する支持部材と；上記押棒に倍力手段を介して連結さ
   れ、上記押棒を上記シューヘッドに向けて押圧するため
   の押圧手段と；を備えており、 ブレーキ作動時に、上記押圧手段の押圧力を上記倍力手
   段、押棒およびシューヘッドを介してブレーキシューに
   伝えるようにしたブレーキ装置において、 上記押棒と上記枢軸とは、その軸中心線を互いに直交さ
   せるとともに、上記枢軸の軸回り方向への相対的な回動
   を不能とした状態で結合し、 これら押棒の軸心および上記枢軸の軸心を含む面と交差
   する上記枢軸の表面に、その軸方向に離間した複数箇所
   に位置して、一対の歪ゲージを一組とする複数の検出部
   を上記枢軸の軸線に対し線対称に配置し、 各検出部の歪ゲージは、互いに交差された姿勢で上記枢
   軸の表面に貼り付けられているとともに、所定のブリッ
   ジを組んで電気的に接続されていることを特徴とするブ
   レーキ装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１の記載において、上記歪ゲ
   ージの貼り付け位置は、上記支持部材とシューヘッドと
   の境界部分の近傍および上記シューヘッドと押棒との境
   界部分の近傍に定められていることを特徴とするブレー
   キ装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１の記載において、上記各検
   出部の歪ゲージは、その感度方向を上記枢軸の軸線に対
   し４５゜傾けた姿勢で上記枢軸の表面に貼り付けられて
   いることを特徴とするブレーキ装置。