WO2017022847A1 - ウェッジカム式ブレーキ - Google Patents
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- F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
Definitions
- the present invention relates to a wedge cam type brake.
- the electric brake device 500 is provided in a caliper 510, a disc (brake rotor) 520 that rotates with a wheel, a brake member (pad assembly) 530 that abuts against the disc 520 and applies a frictional force.
- a mechanical spring 550 that urges the control wheel 530 in the direction of the disk 520
- an electric actuator 540 that reversibly urges the control wheel 530 in the direction of the disk 520 and in the opposite direction depending on the direction of energization
- a transmission mechanism 555 for transmitting the output from the brake to the brake control device 530.
- the mechanical spring 550 and the electric actuator 540 cooperate to press the brake 530 against the disk 520, so that the small electric actuator 540 can be used and the power consumption can be reduced.
- the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a good wedge cam type brake that can reduce power consumption of an electric motor and guarantee failure.
- the above object of the present invention is achieved by the following configuration.
- (1) The wedge cam moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw when a ball screw screwed into a ball nut for pressing and urging the wedge cam is driven to rotate by an electric motor.
- a wedge cam type brake that performs a braking operation by causing the base end portion of the brake arm to be expanded and swung by the cam action of the brake arm and sandwiching a pair of pad assemblies provided at the open end portions from both sides of the brake rotor.
- An elastic member for pressing and urging the wedge cam toward the braking position in order to widen the base end of the brake arm; And a spring holding mechanism for holding the elastic member in a stored state so that the wedge cam can be pressed and biased from the non-braking position to the braking position.
- the elastic holding member presses the wedge cam to the braking position by releasing the spring holding mechanism, and the ball screw is braked by the electric motor. Since the ball nut presses and biases the wedge cam to the braking position by being rotationally driven in the direction, the wedge cam can be quickly moved to the braking position, and high brake response can be obtained. Therefore, high responsiveness is not required in the electric motor, and the motor can be reduced in size and power can be saved. Further, since the parking braking force (parking state) is obtained by the urging force of the elastic member, the motor drive can be stopped. In addition, when the power supply is cut off, the elastic member presses the wedge cam to the braking position to brake and stop, so the wedge cam type brake of this configuration can guarantee failure and improve safety. I can plan.
- the spring holding mechanism is movable along the rotation axis direction of the ball screw, and is interposed between the ball nut held in a relatively non-rotatable manner and a stationary part on the brake body side.
- a piston member that transmits the urging force of the elastic member; an armature that is disposed on a rear end side of the piston member and is attracted to a stator of an electromagnetic clutch that is fixed to a stationary portion on the brake body side;
- a swing end is attached to the distal end portion of the guide rod to which the end portion is fixed, and the swing end is engaged with the engagement portion on the brake body side in order to restrict movement by contacting the distal end side of the piston member.
- a wedge cam brake according to (1) comprising a holding lever to be joined.
- the wedge cam type brake having the configuration of (2) above, when the brake is released, the ball screw is rotated in the brake release direction by the electric motor, so that the piston member resists the urging force of the elastic member. To move to the initial position. Then, the holding lever is engaged with the engaging portion, and the armature comes into contact with the stator of the electromagnetic clutch through the guide rod. Therefore, the required attraction force of the electromagnet in the electromagnetic clutch can be easily obtained and the power consumption can be suppressed. Further, when the power supply is interrupted, the armature is attracted by the electromagnetic clutch, and the elastic member presses the wedge cam to the braking position to obtain the parking braking force (parking state).
- the spring holding mechanism is movable along the rotation axis direction of the ball screw, and the elastic member interposed between the ball nut housed and the stationary part on the brake body side is attached.
- a case-like piston for transmitting the force a guide groove provided on the stationary part on the brake body side, extending along the rotation axis direction of the ball screw, and extending in the rotation direction of the ball screw from one end of the guide groove
- a cam groove having a holding groove portion, and a slave provided integrally with the ball nut and having a roller contactor driven along the cam groove at a tip portion and projecting radially outward of the ball nut.
- a ball nut whose roller contact is guided by the holding groove portion to hold the wedge cam in a non-braking position against the urging force of the elastic member.
- the rotational resistance of the ball nut is received by the roller contact and slid in the cam groove, whereby the ball nut has a frictional resistance when moving in the axial direction. Reduced and can move smoothly.
- the ball screw is rotated in the brake release direction by the electric motor, so that the elastic member is returned to the initial position and the roller contact enters the holding groove portion of the cam groove and is input to the ball nut.
- the reaction force of the elastic member can be received by the holding groove through the roller contact.
- the reaction force of the elastic member is decomposed into a force that rotates the ball screw and a force that is received by the holding groove, so that the holding force for preventing the rotation of the ball screw (for example, in the anti-braking direction by the electric motor). And the like, and the electromagnetic force of the electromagnetic clutch provided between the electric motor and the ball screw can be reduced.
- the roller contact rolls on the inclined surface of the holding groove when the power supply is cut off and the holding force for preventing the rotation of the ball screw is released. Then, it moves to the guide groove and becomes movable along the rotation axis direction of the ball screw, so that the wedge cam is pressed to the braking position by the reaction force of the elastic member, and a parking braking force (parking state) is obtained. .
- the spring holding mechanism is movable along the rotation axis direction of the ball screw, and is fixed to the stationary part on the brake body side with respect to the ball nut held so as not to rotate relative to the ball screw.
- the ball screw is rotationally driven in the brake operating direction by the electric motor, and the ball nut presses the wedge cam toward the braking position.
- the ball screw can rotate smoothly, and the initial response of the electric motor is improved. That is, when the load due to the urging force of the elastic member acts on the ball nut, the frictional resistance at the screwed portion between the ball nut and the ball screw increases and the load of the electric motor increases.
- the urging force of the elastic member does not act on the ball nut.
- the armature suction by the electromagnetic clutch is released after a predetermined time, and the urging force of the elastic member is transmitted to the ball nut via the piston member, so that the screw feed force by the ball screw and the urging force of the elastic member act.
- the ball nut thus moved moves the wedge cam to the braking position.
- the axial force acting on the link rod is detected by the axial force sensor disposed on the link rod that expands the base end portion of the brake arm by the cam action of the wedge cam, and based on the detection signal of the axial force sensor.
- the control of the rotation of the electric motor allows the braking force to be controlled appropriately. Further, since the armature can be moved relative to the piston member on the side opposite to the elastic member side, the armature is not moved to the initial position together with the piston member by the ball nut. That is, since the acting force from the wedge cam and the ball nut is transmitted to the elastic member and does not act on the electromagnetic clutch, an excessive load is not applied to the electromagnetic clutch.
- the ball nut is once separated from the piston member when the ball screw is rotationally driven in the brake operating direction by the electric motor during braking.
- the armature is released by the electromagnetic clutch after a predetermined time, the pressing portion of the piston member urged by the urging force of the elastic member abuts against the ball nut vigorously, but between the pressing portion and the ball nut.
- a shock-absorbing member made of an elastic member or the like is disposed on the. Therefore, the impact when the piston member comes into contact with the ball nut is alleviated, the generation of abnormal noise is suppressed, and the durability is not impaired.
- the wedge cam type brake having the configuration of (7), when the brake is released, the ball screw is rotated in the brake release direction by the electric motor, so that the piston member resists the urging force of the elastic member.
- the armature When the armature is moved to the initial position by the piston member, the armature that can move relative to the opposite side of the elastic member is not moved to the initial position by the ball nut together with the piston member. It is made to contact
- the spring holding mechanism is movable along the rotation axis direction of the ball screw, and the ball nut is relatively movable in a predetermined range in the rotation axis direction of the ball screw, and is not relatively rotatable.
- a case-shaped piston that accommodates and transmits the urging force of the elastic member interposed between the wedge cam and the stationary part on the brake body side, and the elastic member side with respect to the case-shaped piston
- the wedge cam brake according to (1) further comprising: an armature that is engaged so as not to be relatively movable and is attracted to a stator of an electromagnetic clutch fixed to a stationary portion on the brake body side.
- the wedge cam type brake having the configuration (8), at the time of braking, the urging force of the elastic member transmitted through the case-shaped piston and the screw feed force by the ball screw transmitted through the ball nut are generated.
- the wedge cams can be pressed and urged to the braking position independently of each other. Therefore, the urging force of the elastic member does not act on the ball nut, and the frictional resistance at the threaded portion between the ball nut and the ball screw does not increase. Therefore, the ball screw can rotate smoothly and the operating force of the electric motor can be reduced, so that power can be saved.
- the armature can be moved relative to the case-like piston on the side opposite to the elastic member side, it is not moved to the initial position by the ball nut together with the case-like piston. That is, since the acting force from the wedge cam and the ball nut is transmitted to the elastic member and does not act on the electromagnetic clutch, an excessive load is not applied to the electromagnetic clutch.
- the armature moves through the holding force reducing mechanism that supports a part of the locking force for locking the case-like piston that is about to move in the armature releasing direction to the engaging portion on the brake body side.
- the wedge cam brake according to (8) which is attached to a case-like piston.
- the armature is attached to the case-like piston via the holding force reducing mechanism, and a part of the holding force for holding the elastic member in the stored state is obtained. Since it is supported by the engaging part on the brake body side, the attractive force of the electromagnetic clutch is reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the electromagnetic clutch.
- FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a wedge cam brake according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the wedge cam type brake shown in FIG.
- FIG. 3 is an enlarged sectional view of an actuator in the wedge cam type brake shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is an exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 2 as viewed from below.
- FIG. 6 is an exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 2 as viewed from above.
- FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views of relevant parts for explaining the operation of the actuator shown in FIG. FIG.
- FIG. 8 is a perspective view showing the overall structure of a wedge cam type brake according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the wedge cam type brake shown in FIG.
- FIG. 10 is an enlarged sectional view of an actuator in the wedge cam type brake shown in FIG.
- FIG. 11 is an exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 9 as viewed from above.
- 12A is a partially broken perspective view for explaining the actuator shown in FIG. 11, and
- FIG. 12B is a perspective view of the guide rail shown in FIG.
- FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of the wedge cam type brake shown in FIG. 9, (a) of FIG. 13 is a longitudinal sectional view, and (b) of FIG. 13 is in (a) of FIG. 13.
- FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the wedge cam type brake shown in FIG.
- FIG. 10 is an enlarged sectional view of an actuator in the wedge cam type brake shown in FIG.
- FIG. 11 is an
- FIG. 14 is an explanatory view for explaining the operation of the wedge cam type brake shown in FIG. 9, (a) of FIG. 14 is a longitudinal sectional view, and (b) of FIG. 14 is in (a) of FIG. 14. It is a XIV-XIV section arrow view.
- FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a railway vehicle disc brake including a wedge cam brake according to a third embodiment of the present invention. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI in FIG.
- FIG. 17 is a partially exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 15 as viewed from below.
- FIG. 18 is a partially exploded perspective view of the actuator shown in FIG.
- FIGS. 19A to 19C are longitudinal sectional views for explaining an assembly procedure of the compression coil spring and the electromagnetic clutch shown in FIG.
- FIG. 29 is an exploded perspective view of the actuator assembly and the clutch assembly.
- FIG. 21 is an assembled perspective view of the actuator assembly and the clutch assembly.
- 22 (a) and 22 (b) are cross-sectional views of relevant parts for explaining the operation of the actuator shown in FIG.
- FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a railway vehicle disc brake provided with a wedge cam brake according to a fourth embodiment of the present invention.
- 24 is an exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 23 as viewed from below.
- 25 is an assembled perspective view of the actuator shown in FIG.
- FIG. 26 is an exploded perspective view of the holding force reducing mechanism shown in FIG.
- FIG. 27 (a) to 27 (c) are cross-sectional views of relevant parts for explaining the operation of the holding force reducing mechanism shown in FIG. 28 (a) and 28 (b) are cross-sectional views of relevant parts for explaining the operation of the actuator shown in FIG.
- FIG. 29 is a longitudinal sectional view of a disk brake for railway vehicles provided with a wedge cam brake according to a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 30 is a front view of a conventional electric brake device showing a transmission mechanism in cross section.
- FIGS. 1 and 2 show the overall structure of a railway vehicle disc brake equipped with a wedge cam type brake.
- a substantially cylindrical body 1 is fixed to a vehicle body side via a support 2, and is opposite to the support 2.
- the intermediate portions of the pair of brake arms 3 and 3 are pivotally supported by the brake arm shafts 4 and 4, respectively.
- An actuator 14 for expanding the brake arms 3 and 3 is coupled to one swing end (base end portion on the support 2 side) of the brake arms 3 and 3, and the other swing end (support 2).
- the pad assemblies 6 and 6 are mounted via the pad holder 5 at the open end on the opposite side of the head.
- the compression coil spring 17 presses and urges the ball nut 38 integrally provided with the wedge cam 20 to the braking position.
- the brake arm 3 is driven by the cam action of the wedge cam 20 moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw 13.
- the base end portion of 3 is expanded and swung, and a pair of pad assemblies 6 and 6 provided at the open end portions are clamped from both sides of the brake rotor 100 to perform a brake operation.
- the base ends of the brake arms 3 and 3 support the outer ends of the link rods 7 and 7 serving as output shafts by a spherical bushing 8.
- the inner ends of the link rods 7 and 7 are spherical bushings. 9 is connected to and supported by the roller arms 10 and 10.
- the lower end of the roller arms 10 and 10 is pivotally supported by the both ends of the strut 12 via the bearings 11 and 11, and comprises the link type booster. Therefore, when the motor gear unit 60 is driven in the actuator 14, the link rods 7 and 7 are advanced and retracted via the link type booster.
- the ball screw 13 is attached to the body 1 by a bearing 51 arranged on the base end side (upper end side in the drawing) and a bearing 53 arranged on the distal end side (lower end side in the drawing). It is attached so that it cannot move in the direction of the rotation axis and is relatively rotatable.
- the bearing 51 is a radial thrust bearing mounted on a bearing case 50 fixed to a cap 31 that is attached to the upper end opening of the body 1 that serves as a stationary part on the brake body side, and restricts upward movement.
- the base end side of the ball screw 13 is rotatably supported.
- the bearing 53 is a radial thrust bearing mounted on the sleeve portion 22A of the fixed sleeve member 22 in the body 1, and rotatably supports the tip end side of the ball screw 13 while restricting downward movement. ing.
- the tip of the ball screw 13 is connected to the output shaft 55 of the motor gear unit 60 through a joint 57, and the rotational driving force of the electric motor 61 is transmitted to the ball screw 13 through the speed reduction mechanism 63.
- the drive shaft 62 (see FIG. 13) of the electric motor 61 and the rotation shaft of the ball screw 13 are arranged in parallel.
- the ball nut 38 integrally provided with the wedge cam 20 is disposed coaxially with the ball screw 13, and is movable in the axial direction and not relatively rotatable with respect to a piston member 33 described later. Is attached. As the ball nut 38 moves toward the tip end side (downward) in the axial direction, the cam rollers 18, 18 attached to the upper ends of the roller arms 10, 10 tilt the wedge cam 20 attached to the tip end of the ball nut 38. You will get on the surface.
- roller arms 10 and 10 are swung in the expanding direction by the cam rollers 18 and 18 climbing on the inclined surface of the wedge cam 20, and are connected to the substantially intermediate portion of the roller arms 10 and 10 by the spherical bushes 9 and 9.
- the supported link rods 7 and 7 are boosted by the lever principle and axially moved outward (left and right in FIG. 4).
- the base end portions of the brake arms 3 and 3 are moved in the expanding direction around the brake arm shafts 4 and 4, and the pad assembly 6 disposed at the open end portions of the brake arms 3 and 3. , 6 are clamped by the brake rotor 100 (see FIG. 2) to perform the braking operation.
- the actuator 14 is a plurality of elastic members (in the first embodiment, which is an elastic member for pressing and urging the ball nut 38 toward the braking position where the wedge cam 20 expands the base ends of the brake arms 3 and 3). 4) compression coil springs 17 and a spring holding mechanism 30 that holds the compression coil springs 17 in a stored state so that the wedge cam 20 can be pressed and biased from the non-braking position to the braking position.
- the spring holding mechanism 30 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13 and is interposed between a ball nut 38 held so as not to be relatively rotatable and a cap 31 which is a stationary part on the brake body side.
- the piston member 33 that transmits the spring biasing force of the compression coil spring 17 and the rear end side (the upper end side in FIG. 4) of the piston member 33 are attached to the stator 36 of the electromagnetic clutch 35 that is fixed to the cap 31.
- Armature 37, and a pair of guide rods 41 whose base end portions (upper end portions in FIG. 3) are fixed to the armature 37.
- a holding lever 43 with which the swing end 43a is engaged with the engaging portion 34 on the brake body side in order to restrict movement.
- Each compression coil spring 17 has an upper end portion accommodated in a spring receiving portion 31 a recessed in the inner bottom surface of the cap 31 and a lower end portion accommodated in a spring receiving portion 33 a recessed in the rear end surface of the piston member 33.
- the spring urging force of these compression coil springs 17 does not brake the ball nut 38 and the wedge cam 20 to such an extent that a parking braking force (a braking force that is approximately half of the normal braking force) is obtained with respect to the pad assemblies 6 and 6. It is set so that it can be pressed and urged from the position to the braking position.
- the piston member 33 When the piston member 33 is fitted in the cap 31, the piston member 33 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13 and is not relatively rotatable. That is, a flat guide rail 32 is attached to a pair of notches formed at positions facing the peripheral wall of the cap 31 formed in a substantially bottomed cylindrical shape, and the two-surface widths formed on the outer peripheral surface of the piston member 33 are these.
- the piston member 33 By being fitted in the cap 31 so as to face the pair of guide rails 32, the piston member 33 is movable in the axial direction with respect to the cap 31 and is not relatively rotatable.
- On the inner surface of the guide rail 32 On the inner surface of the guide rail 32, an engaging portion 34 formed as a groove extending in a direction intersecting with the axial direction of the cap 31 is provided.
- the pair of guide rods 41 are fixed to the armature 37 at the base ends that respectively penetrate the piston member 33 in the axial direction on the opposite side across the ball screw 13. It is arranged to be movable in the direction.
- a holding lever 43 is swingably attached to the tip of the guide rod 41 by a support pin 42.
- the holding lever 43 is engaged by the swinging end 43a engaging the engaging portion 34 of the cap 31 with the guide rod 41 held at the initial position (non-braking position) shown in FIG.
- the contact portion 43b comes into contact with the tip end side of the piston member 33 (in this first embodiment, comes into contact with a flat plate portion 44a of an anchor member 44 described later) so as to restrict the downward movement of the piston member 33 in the figure.
- the dimensions of each part are determined.
- An anchor member 44 is attached to the front end surface of the piston member 33 so as to correspond to the pair of holding levers 43.
- the anchor member 44 is in close contact with the distal end surface of the piston member 33 and has a rectangular flat plate portion 44a with which the contact portion 43b of the holding lever 43 contacts, and a pair of support pins 45 that are suspended from both side edges of the flat plate portion 44a.
- Two pairs of support walls 44b that respectively support the two, and two pairs of guide walls that are suspended from both side edges of the flat plate portion 44a and that support the ball nut 38 in the axial direction with respect to the piston member 33 and in a relatively non-rotatable manner. 44c.
- the plate spring-like switching spring 47 supported by each support pin 45 elastically urges the holding lever 43 in the direction in which the swing end 43 a engages the engaging portion 34.
- the ball nut 38 disposed below the piston member 33 is pressed through the piston member 33 by the spring biasing force of the compression coil spring 17 when the brake is operated, thereby rotating the ball screw 13 to the lower parking brake position.
- the ball screw 13 is driven to rotate in the brake operating direction by the electric motor 61 and further moved to the lower normal braking position.
- the ball nut 38 moves upward while pushing up the piston member 33 against the spring biasing force of the compression coil spring 17.
- a gap adjusting mechanism 40 for automatically adjusting the gap with respect to pad wear is disposed.
- the gap adjusting mechanism 40 is inserted into the ball screw 13 with the tip end portion (lower end portion in FIG. 4) in contact with the rear end face of the ball nut 38 so as not to be relatively rotatable.
- the adjuster screw 21, the adjuster nut 23 screwed into the male screw formed on the outer peripheral surface of the adjuster screw 21, and the tip of the adjuster nut 23 that protrudes from the rear end surface through the piston member 33 from the front end side to the rear end side.
- a guide 27 is provided to the guide 27.
- a flange portion that abuts on the rear end surface of the ball nut 38 and abuts on the tip of the adjuster nut 23 is projected.
- a flange portion is provided so as to abut against a diameter-enlarged recess 33b formed on the tip end side of the piston member 33 and restrict relative movement of the piston member 33 toward the rear end side.
- the adjuster lever 24 is rotated by the spring biasing force of the return spring 28, whereby the adjuster nut 23 is rotated via the adjuster gear 25, and the adjuster screw 21.
- the axial position of the adjuster nut 23 is adjusted upward. Therefore, the axial positions of the ball nut 38 and the wedge cam 20 with respect to the piston member 33 at the initial position are adjusted so that the gap between the brake rotor 100 and the pad assemblies 6 and 6 does not become too large.
- the adjuster screw 21 protrudes relatively from the piston member 33 by the clearance adjustment compensated to eliminate the swinging clearance of the brake arms 3 and 3 caused by the excessive stroke caused by the wear of the pad or the like. Therefore, the initial positions of the ball nut 38 and the wedge cam 20 after the clearance adjustment are in positions advanced by the protrusion of the adjuster screw 21 whose clearance is adjusted from the original position.
- the roller arms 10 and 10 that are cam-engaged with the inclined surface are also expanded. That is, a gap adjustment state that has advanced in advance by the amount of wear of the pad or the like appears.
- FIG. 7A shows an initial state where the brake and the gap adjusting mechanism 40 are not operated, as in FIG.
- the spring holding mechanism 30 is operating, the armature 37 is attracted to the stator 36 of the electromagnetic clutch 35, and the holding lever 43 is in a state where the swing end 43 a is engaged with the engaging portion 34 of the guide rail 32. Oscillation is restricted.
- the abutting portion 43b abuts on the tip end side of the piston member 33 and restricts the downward movement of the piston member 33 in the figure. Therefore, the compression coil spring 17 interposed between the cap 31 and the piston member 33 is held in a stored state.
- the holding lever 43 is swung by the spring biasing force of the compression coil spring 17 to engage with the engaging portion 34. Is released. Therefore, the compression coil spring 17 presses and urges the ball nut 38 downward in the drawing via the piston member 33. The ball nut 38 pressed down by the spring urging force of the compression coil spring 17 moves to the lower parking brake position while rotating the ball screw 13 that is not energized by the electric motor 61.
- the holding lever 43 is restricted from swinging with the swing end 43 a engaged with the engaging portion 34 of the guide rail 32, Since the contact portion 43b abuts on the front end side of the piston member 33 and restricts the downward movement of the piston member 33 in the figure, the compression coil spring 17 interposed between the cap 31 and the piston member 33 is Held in a state of force.
- the compression coil spring 17 brakes the ball nut 38 via the piston member 33 by releasing the spring holding mechanism 30. Since the ball screw 13 is rotationally driven by the motor gear unit 60 after being pressed and urged to the position, the wedge cam 20 provided integrally with the ball nut 38 can quickly move to the braking position and has a high brake response. Sex is obtained. Therefore, high responsiveness is not required in the electric motor 61, and the electric motor 61 can be reduced in size and power can be saved.
- the parking braking force (parking state) is obtained by the spring biasing force of the compression coil spring 17, the motor drive of the electric motor 61 can be stopped, and the power consumption when the vehicle is stopped can be suppressed.
- the electromagnetic coil 35 is de-energized, and at the same time, the compression coil spring 17 presses the wedge cam 20 to the braking position to brake and stop.
- railway vehicle disc brakes equipped with cam brakes can guarantee failure and improve safety.
- the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 61 in the brake releasing direction, so that the compression coil spring 17 is attached.
- the piston member 33 is moved to the initial position by the ball nut 38 against the force.
- the holding lever 43 is engaged with the engaging portion 34, and the armature 37 is brought into contact with the stator 36 of the electromagnetic clutch 35 via the pair of guide rods 41. Therefore, the required attractive force of the electromagnet in the electromagnetic clutch 35 can be easily obtained and the power consumption can be suppressed.
- FIGS. 8 and 9 are a perspective view and a longitudinal sectional view showing the overall structure of a railway vehicle disc brake provided with a wedge cam brake according to a second embodiment of the present invention.
- An actuator 81 for expanding the brake arms 3 and 3 is coupled to one swing end of the brake arms 3 and 3, and a pad assembly 6 is connected to the other swing end via a pad holder 5. , 6 are installed.
- the compression coil spring 17 presses and urges the ball nut 38A integrally provided with the wedge cam 20A to the braking position.
- the cam action of the wedge cam 20A moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw 13 causes the brake arm 3,
- the base end portion of 3 is expanded and swung, and a pair of pad assemblies 6 and 6 provided at the open end portions are clamped from both sides of the brake rotor 100 to perform a brake operation. That is, in the actuator 81, when the motor gear unit 60 is driven, the link rods 7 and 7 are advanced and retracted via the link type booster as in the actuator 14 according to the first embodiment.
- the ball screw 13 is attached to the body 1 by a bearing 51 arranged on the base end side (upper end side in the drawing) and a bearing 53 arranged on the distal end side (lower end side in the drawing). It is attached so that it cannot move in the direction of the rotation axis and is relatively rotatable.
- the bearing 51 is attached to a bearing case 85 fixed to the inner bottom surface of the housing 83 that serves as a stationary part on the brake body side, and the bearing 53 is attached to the sleeve portion 22 ⁇ / b> A of the fixed sleeve member 22 in the body 1.
- the ball nut 38A integrally provided with the wedge cam 20A is arranged coaxially with the ball screw 13, and is movable in the axial direction and relatively rotated with respect to a case-like piston 87 described later. Contained impossible.
- the cam rollers 18, 18 attached to the upper ends of the roller arms 10, 10 tilt the wedge cam 20 ⁇ / b> A attached to the tip portion of the ball nut 38. You will get on the surface.
- the actuator 81 is a plurality of elastic members (in the second embodiment, for pressing and urging the ball nut 38A toward the braking position where the wedge cam 20A expands the base ends of the brake arms 3 and 3). 3) compression coil springs 17 and a spring holding mechanism 30A that holds the compression coil springs 17 in an accumulated state so that the wedge cam 20A can be pressed and biased from the non-braking position to the braking position.
- the spring holding mechanism 30A is movable along the direction of the rotation axis of the ball screw 13, and the compression coil spring 17 is interposed between the accommodated ball nut 38A and the housing 83 which is a stationary part on the brake body side.
- a case-like piston 87 for transmitting the spring urging force a guide groove 94a provided in the housing 83 and extending along the rotation axis direction of the ball screw 13, and one end of the guide groove 94a (in FIG. 12B).
- a guide rail 93 formed with a cam groove 94 having a holding groove portion 94b extending in the rotation direction of the ball screw 13 from the upper end portion), and a roller contact provided integrally with the ball nut 38A and driven along the cam groove 94.
- a roller fixing bolt 95 as a follower having a child 97 at the tip and projecting radially outward of the ball nut 38A. Includes a ball nut 38A that roller contact 97 is guided in the holding groove portion 94b holds the wedge cam 20A in a non-braking position against the spring force of the compression coil spring 17.
- Each compression coil spring 17 is fitted and inserted into a spring guide bolt 82 disposed along the axial direction from the inner bottom surface of the housing 83, and a lower end portion of a spring receiving portion 87 a recessed in the flange portion of the case-like piston 87. Is supported between the housing 83 and the case-like piston 87.
- the spring biasing force of these compression coil springs 17 does not brake the ball nut 38A and the wedge cam 20A to such an extent that a parking braking force (a braking force that is about half of the normal braking force) is obtained with respect to the pad assemblies 6 and 6. It is set so that it can be pressed and urged from the position to the braking position.
- the case-like piston 87 is fitted in the housing 83, so that the case-like piston 87 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13 and is not relatively rotatable. That is, the spring guide bolt 82 suspended from the inner bottom surface of the housing 83 formed in a substantially bottomed cylindrical shape passes through the through hole of the flange portion projecting from the outer periphery of the distal end portion of the cylindrical main body portion.
- the case-shaped piston 87 is movable along the axial direction with respect to the housing 83 and is not relatively rotatable.
- the cylindrical main body portion of the case-shaped piston 87 is provided with a window portion 87b through which the roller fixing bolt 95 passes and an opening portion 87c that engages with the wide portion of the wedge cam 20A.
- roller fixing bolts 95 are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the annular spacer 91 fixed to the outer peripheral portion of the ball nut 38A.
- Each roller fixing bolt 95 into which the roller contact 97 and the sleeve 99 are fitted is inserted into the spacer 91 through the window 87b of the case-like piston 87, and the roller contact 97 is attached to the head side. It is supported rotatably.
- the ball nut 38 ⁇ / b> A is a sleeve fitted into the roller fixing bolt 95 by engaging the roller contact 97 with the holding groove 94 b that is the initial position (non-braking position) of the cam groove 94 formed in the guide rail 93. 99 is configured to engage with the window portion 87b of the case-like piston 87 to restrict the downward movement of the case-like piston 87 in the drawing.
- the ball nut 38A cannot move in the axial direction in a state where the rotation of the ball screw 13 is blocked, and the wedge cam 20A and the case-shaped piston 87 are not moved against the spring biasing force of the compression coil spring 17. It can be held in the braking position.
- the holding groove 94 b has an inclined surface 96 that causes the roller contact 97 to roll toward the guide groove 94 a by the urging force of the compression coil spring 17.
- the ball nut 38A moves downward in the figure. I can't move.
- the ball nut 38A When the rotation prevention state of the ball screw 13 is released by releasing the energization of the electric motor 61 or releasing the electromagnetic clutch, the ball nut 38A can move in the axial direction.
- a sliding member 88 and a washer 89 are interposed between the inner bottom surface of the case-shaped piston 87 and the rear end surface of the ball nut 38A.
- the ball nut 38A is rotatable relative to the case-shaped piston 87 within a predetermined angle range so that the roller contact 97 can roll toward the guide groove 94a along the inclined surface 96 of the holding groove 94b. Yes.
- a gap adjusting mechanism for automatically adjusting the gap with respect to pad wear between the wedge cam 20A provided integrally with the ball nut 38A and the ball screw 13 passing through the center of the wedge cam 20A in the axial direction. 40A is provided. As shown in FIGS. 10 and 11, the gap adjusting mechanism 40A is inserted into the ball screw 13 with the rear end portion (the upper end portion in FIG. 10) fitted to the front end portion of the ball nut 38A so as to be relatively rotatable. At the same time, the male screw formed on the outer peripheral surface is attached to the adjuster screw 98 screwed into the female screw of the wedge cam 20 ⁇ / b> A, the adjuster gear 25 fitted and fixed to the adjuster screw 98, and the case-like piston 87. An adjuster lever 24 that engages with the adjuster gear 25, and an adjuster guide (not shown) installed on the inner peripheral surface of the housing 83.
- the wedge cam 20A protrudes relatively from the adjuster screw 98 by adjusting the clearance to compensate for the swinging clearance of the brake arms 3 and 3 caused by the excessive stroke caused by wear of the pad or the like. Therefore, the initial position of the wedge cam 20A after the clearance adjustment is at a position advanced by the amount of the protrusion whose clearance is adjusted from the original position. Therefore, the roller that is cam-engaged with the inclined surface of the wedge cam 20A.
- the arms 10, 10 are also in an expanded state. That is, a gap adjustment state that has advanced in advance by the amount of wear of the pad or the like appears.
- FIG. 13 shows an initial state in which the brake and the gap adjusting mechanism 40 ⁇ / b> A are inactive as in FIG. 10.
- the spring holding mechanism 30A is operating, the rotation of the ball screw 13 is blocked, and the ball nut 38A in which the roller contact 97 is guided by the holding groove 94b of the cam groove 94 moves in the axial direction.
- the wedge cam 20 ⁇ / b> A and the case-shaped piston 87 are held in the non-braking position against the spring biasing force of the compression coil spring 17. Therefore, the compression coil spring 17 interposed between the housing 83 and the case-like piston 87 is held in an accumulated state.
- the rotation prevention state of the ball screw 13 is released by releasing the energization of the electric motor 61 or releasing the electromagnetic clutch, and the ball nut 38A is pushed down via the case-like piston 87 by the spring biasing force of the compression coil spring 17. Then, the roller contact 97 is rolled toward the guide groove 94a along the inclined surface 96 of the holding groove 94b. As shown in FIG. 14, when the roller contact 97 reaches the guide groove 94 a of the cam groove 94, the ball nut 38 ⁇ / b> A that is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13 is attached to the spring of the compression coil spring 17. It is pressed and urged downward in the figure through the case-like piston 87 by the force. The ball nut 38A pressed down by the spring biasing force of the compression coil spring 17 moves to the lower parking brake position while rotating the ball screw 13 that is not energized by the electric motor 61.
- the wedge cam 20A provided integrally with the ball nut 38A is moved to the lower parking brake position, the base end portions of the brake arms 3 and 3 are expanded and swung by the cam action, and the open end portions thereof.
- a pair of pad assemblies 6, 6 provided on the brake pinch the brake rotor 100 from both sides with a parking braking force. Then, when the rotation prevention state of the ball screw 13 is released by releasing the energization of the electric motor 61 or releasing the electromagnetic clutch, the ball screw 13 is driven to rotate in the brake operating direction by the electric motor 61 substantially or slightly afterward.
- the wedge cam 20A provided integrally with the ball nut 38A further moves to the lower normal braking position, and the pair of pad assemblies 6, 6 clamps both sides of the brake rotor 100 with the normal braking force by the cam action.
- the spring holding mechanism 30A is released so that the compression coil spring 17 moves the ball nut 38A through the case-like piston 87.
- the ball screw 13 is rotationally driven by the motor gear unit 60, so that the wedge cam 20A integrally provided with the ball nut 38A can quickly move to the braking position, and the high brake Responsiveness is obtained. Therefore, high responsiveness is not required in the electric motor 61, and the electric motor 61 can be reduced in size and power can be saved.
- the parking braking force (parking state) is obtained by the spring biasing force of the compression coil spring 17, the motor drive of the electric motor 61 can be stopped, and the power consumption when the vehicle is stopped can be suppressed. Further, when the power supply is cut off and the minute rotational force in the anti-braking direction by the electric motor 61 or the holding force of the electromagnetic clutch or the like provided between the electric motor 61 and the ball screw 13 is released, the ball screw At the same time that the rotation prevention of 13 is released, the compression coil spring 17 presses and biases the wedge cam 20A to the braking position to brake and stop, so that the railway vehicle disc brake equipped with the wedge cam type brake of this configuration is Failure can be guaranteed and safety can be improved.
- the ball nut 38A is received by the roller contact 97 receiving the rotational force of the ball nut 38A and sliding in the cam groove 94. Frictional resistance when moving in the axial direction is reduced, and movement is smooth.
- the electric motor 61 rotates the ball screw 13 in the brake releasing direction, whereby the compression coil spring 17 is returned to the initial position, and the roller contact 97 enters the holding groove 94b of the cam groove 94.
- the reaction force of the compression coil spring 17 input to the ball nut 38 ⁇ / b> A can be received by the holding groove portion 94 b through the roller contact 97.
- the reaction force of the compression coil spring 17 is decomposed into a force for rotating the ball screw 13 and a force received by the holding groove portion 94b, so that a holding force for preventing the rotation of the ball screw 13 (for example, an electric motor)
- a holding force for preventing the rotation of the ball screw 13 for example, an electric motor
- the minute rotational force in the anti-braking direction by 61 and the electromagnetic force of the electromagnetic clutch provided between the electric motor 61 and the ball screw 13 can be reduced.
- FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a railway vehicle disc brake including a wedge cam brake according to a third embodiment of the present invention.
- An actuator 114 for expanding the brake arms 3, 3 is coupled to one swing end of the brake arms 3, 3, and a pad assembly 6 is connected to the other swing end via a pad holder 5. , 6 are installed.
- the compression coil spring 117 presses and biases the ball nut 138 for pressing and urging the wedge cam 120 to the braking position during braking.
- the brake arm 3 is driven by the cam action of the wedge cam 120 moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw 13. , 3 are expanded and swung, and a pair of pad assemblies 6 and 6 provided at the open ends are clamped from both sides of the brake rotor 100 to perform a braking operation. That is, in the actuator 114, when the motor gear unit 160 is driven, the link rods 7 and 7 are advanced and retracted via the link type booster as in the actuator 14 according to the first embodiment.
- the ball screw 13 is attached to the body 1 by a bearing 151 disposed on the base end side (upper end side in the drawing) and a bearing 153 disposed on the distal end side (lower end side in the drawing). It is attached so that it cannot move in the direction of the rotation axis and is relatively rotatable.
- the bearing 151 is attached to a bearing holder 150 fixed to the inner bottom surface of the cap 131 that serves as a stationary part on the brake body side, and the bearing 153 is attached to the sleeve portion 122 ⁇ / b> A of the fixed sleeve member 122 inside the body 1.
- the tip of the ball screw 13 is connected to the output shaft 155 of the motor gear unit 160 via the joint 157, and the rotational driving force of the electric motor 161 is transmitted to the ball screw 13 via the speed reduction mechanism 163.
- the drive shaft 162 of the electric motor 161 and the rotation shaft of the ball screw 13 are arranged in series.
- a ball nut 138 for pressing and urging the wedge cam 120 is fixed to a nut holder 142 disposed coaxially with the ball screw 13. That is, the ball nut 138 is fitted into the annular step 142a of the nut holder 142 from above, and then the connecting pin 146 penetrating the fixing hole 142b of the nut holder 142 is inserted into the fixing hole 138b.
- the nut holder 142 is integrally fixed.
- a holding plate 141 having a pair of holding pieces 141 a for preventing the connecting pin 146 from falling off is mounted on the rear end surface of the ball nut 138.
- the nut holder 142 is supported so as to be movable in the axial direction and not relatively rotatable with respect to the lower base 132 attached to the open end of the substantially bottomed cylindrical cap 131.
- the cam rollers 18, 18 attached to the upper ends of the roller arms 10, 10 are pressed against the front end of the ball nut 138 by the wedge cam 120. It will ride on the inclined surface.
- the roller arms 10 and 10 swing in the expanding direction, and are connected to the substantially intermediate portion of the roller arms 10 and 10 by the spherical bushes 9 and 9.
- the supported link rods 7 and 7 are boosted by the lever principle and axially moved outward (left and right in FIG. 16).
- the base end portions of the brake arms 3 and 3 are moved in the expanding direction around the brake arm shafts 4 and 4, and the pad assembly 6 disposed at the open end portions of the brake arms 3 and 3. , 6 are clamped by the brake rotor 100 (see FIG. 15), and the braking operation is performed.
- an axial force sensor 170 for detecting an axial force acting on the link rod 7 is disposed on one of the link rods 7 and 7.
- the axial force sensor 170 is connected to a control unit 400 that controls the rotation of the electric motor 161.
- the actuator 114 non-brakes the compression coil spring 117, which is an elastic member for pressing and urging the wedge cam 120 toward the braking position where the base ends of the brake arms 3 and 3 are expanded, and the wedge cam 120.
- a spring holding mechanism 130 that holds the compression coil spring 117 in a stored state so that it can be pressed and biased from the position to the braking position.
- the spring holding mechanism 130 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13, and a cap 131 that is a stationary part on the brake main body side with respect to the ball nut 138 that is held so as not to rotate relative to the ball screw 13.
- a spring seat 133 serving as a piston member for transmitting a spring urging force of the compression coil spring 117 interposed therebetween, and the outer peripheral end of the spring seat 133 is engaged with the compression coil spring 117 so as not to be relatively movable,
- the armature 137 attracted to the stator 136 of the electromagnetic clutch 135 fixed to the cap 131 and the link rods 7 and 7 for expanding the base end portions of the brake arms 3 and 3 are disposed on the link rod 7.
- An axial force sensor 170 for detecting the axial force to be detected, and a detection signal of the axial force sensor 170 There comprises a control unit 400 for controlling the rotation of the electric motor 161, the by.
- the compression coil spring 117 has an upper end supported on the inner bottom surface of the cap 131 through a flange portion of the bearing holder 150 and a lower end supported on the rear end surface of the spring seat 133.
- the spring biasing force of the compression coil spring 117 is such that the wedge cam 120 is moved from the non-braking position to the braking position to such an extent that a parking braking force (a braking force that is approximately half of the normal braking force) is obtained for the pad assemblies 6 and 6. It is set so that it can be pressed.
- the spring seat 133 is movable along the rotational axis direction of the ball screw 13 while being fitted to the rear end boss portion 138a of the ball nut 138.
- An armature 137 is engaged with the outer peripheral end of the spring seat 133 so as not to move relative to the compression coil spring 117 side.
- a buffer member 139 made of an elastic material such as rubber is attached to the pressing portion of the spring seat 133 that presses and urges the ball nut 138 so as to face the rear end surface of the ball nut 138.
- the buffer member 139 protrudes from the surface of the pressing portion of the spring seat 133 and alleviates an impact when the spring seat 133 contacts the ball nut 138.
- the spring seat 133 is held at the initial position (non-braking position) shown in FIG. 16 by the armature 137 attracted to the stator 136 of the electromagnetic clutch 135. Further, the armature 137 is constantly elastically biased toward the stator 136 by four set springs 145 interposed between the armature 137 and the lower base 132.
- the set spring 145 has a spring force that is weaker than the biasing force of the compression coil spring 117.
- the cap 131 includes an electromagnetic clutch 135, a bearing holder 150 to which a bearing 151 is attached, a compression coil spring 117, a spring seat 133, an armature 137, a set spring 145, and a lower base 132. They are assembled and installed in order.
- the lower base 132 is bolted to the opening end of the cap 131, so that the compression coil spring 117 and the electromagnetic clutch 135, which have a large load in the cap 131, are connected. It is configured as an integrated clutch assembly. As shown in FIGS. 20 and 21, the compression coil spring 117 and the sub clutch assembly of the electromagnetic clutch 135 can be assembled later with a relationship between the ball nut 138 and the adjuster screw 121 and the later-described gap adjustment mechanism 140. It is configured as follows.
- the ball nut 138 disposed below the spring seat 133 first presses and biases the wedge cam 120 to the braking position when the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 161 in the brake operating direction. .
- the suction of the armature 137 by the electromagnetic clutch 135 is released after a predetermined time, and the urging force of the compression coil spring 117 is transmitted to the ball nut 138 via the spring seat 133, so that the screw feed force and the compression by the ball screw 13 are compressed.
- the ball nut 138 applied with the urging force of the coil spring 117 moves the wedge cam 120 to the normal braking position.
- the gap adjusting mechanism 140 for automatically adjusting the gap with respect to pad wear is disposed. As shown in FIGS. 17 and 20, the gap adjusting mechanism 140 has a rear end portion (upper end portion in FIG. 17) that is in contact with the front end surface of the ball nut 138, and a front end portion (lower end portion in FIG. 17).
- the adjuster screw 121 inserted through the ball screw 13 in a state where the male screw is screwed with the female screw of the wedge cam 120, the adjuster gear 125 fixed to the rear end portion of the adjuster screw 121, and the leg portion 143 of the nut holder 142
- An adjuster lever 124 which is rotatably attached to the nut holder 142 by a fulcrum pin 126 fixed to the fixing hole 142c and engages with the adjuster gear 125, an adjuster guide 127 installed on the lower base 132, and one end of the nut holder 142 is latched by the latch pin 142d of the leg portion 143, and the other end of the adjuster lever 124 is It includes a return spring 128 hooked to the dynamic end, the.
- an adjuster lever 124 is disposed in the nut holder 142, an adjuster screw 121 integrated with the adjuster gear 125, and a wedge cam 120 screwed to the adjuster screw 121 are configured as an actuator assembly.
- the swing stroke of the brake arm 3 increases, and as a result, the stroke of the nut holder 142 with the ball nut 138 deviates from the normal range and becomes an excessive stroke, and moves downward in the axial direction. To do.
- the adjuster lever 124 is rotated against the spring biasing force of the return spring 128 by the adjuster guide 127, and the engagement position between the adjuster lever 124 and the adjuster gear 125. Changes.
- the adjuster lever 124 is rotated by the spring urging force of the return spring 128, whereby the adjuster screw 121 is rotated via the adjuster gear 125, and the wedge cam 120.
- the axial position of the adjuster screw 121 is adjusted upward. Therefore, the axial position of the wedge cam 120 with respect to the nut holder 142 and the ball nut 138 at the initial position is adjusted so that the gap between the brake rotor 100 and the pad assemblies 6 and 6 does not become too large.
- the adjuster screw 121 protrudes relatively from the wedge cam 120 by adjusting the clearance compensated to eliminate the swinging clearance of the brake arms 3 and 3 caused by the excessive stroke caused by wear of the pad or the like. Therefore, the initial position of the wedge cam 120 after the clearance adjustment is a position advanced by the protrusion of the adjuster screw 121 whose clearance is adjusted from the original position, and therefore the inclined surface of the wedge cam 120 and the cam
- the roller arms 10 and 10 to be engaged are also in an expanded state. That is, a gap adjustment state that has advanced in advance by the amount of wear of the pad or the like appears.
- FIG. 16 shows an initial state where not only the brake but also the gap adjusting mechanism 140 is inactive.
- the spring holding mechanism 130 is operating, the armature 137 is attracted to the stator 136 of the electromagnetic clutch 135, and the spring seat 133 engaged with the inner peripheral end of the armature 137 is restricted from moving downward in the figure. Has been held. Therefore, the compression coil spring 117 interposed between the cap 131 and the spring seat 133 is held in a stored state.
- the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 161 in the brake operating direction, and the ball nut 138 presses and biases the wedge cam 120 to the braking position.
- the load along the rotation axis direction of the ball screw 13 does not act on the ball nut 138 whose rear end surface is separated from the pressing portion of the spring seat 133, the ball screw 13 can rotate smoothly, The initial response of the electric motor 161 is improved.
- the ball nut 138 on which the screw feed force by the ball screw 13 and the urging force of the compression coil spring 117 act moves the wedge cam 120 to the braking position.
- the wedge cam 120 moves to the lower parking brake position, the base end portions of the brake arms 3 and 3 are expanded and swung by the cam action, and a pair of pad assemblies 6 and 6 provided at the open end portions thereof. Pinches the brake rotor 100 from both sides with the parking braking force.
- the axial force acting on the link rod 7 is detected by the axial force sensor 170 disposed on the link rod 7 that widens the base ends of the brake arms 3 and 3 by the cam action of the wedge cam 120, and the axial force is detected.
- the control unit 400 controls the rotation of the electric motor 161 based on the detection signal of the sensor 170, so that the braking force can be appropriately controlled.
- the ball screw 13 When the brake is released, the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 161 in the brake releasing direction, and the ball nut 138 that presses and biases the wedge cam 120 to the braking position moves to the upper non-braking position.
- the wedge cam 120 also moves to the upper non-braking position, and the pair of pad assemblies 6 and 6 are separated from both sides of the brake rotor 100 by the cam action.
- the spring seat 133 is pushed up by the ball nut 138 against the spring biasing force of the compression coil spring 117, and the compression coil spring 117 is returned to the stored state, which is the initial position (see FIG. 16).
- the armature 137 that can move relative to the spring seat 133 on the opposite side of the compression coil spring 117 is not moved to the initial position by the ball nut 138 along with the spring seat 133.
- the spring force of 145 causes the electromagnetic clutch 135 to come into contact with the stator 136.
- the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 161 in the brake operation direction, and the ball nut 138 moves the wedge cam 120. Press and bias to the braking position. At this time, since the load along the rotation axis direction of the ball screw 13 does not act on the ball nut 138, the ball screw 13 can rotate smoothly and the initial response of the electric motor 161 is improved.
- the suction of the armature 137 by the electromagnetic clutch 135 is released after a predetermined time, and the urging force of the compression coil spring 117 is transmitted to the ball nut 138 via the spring seat 133, so that the screw feed force and the compression by the ball screw 13 are compressed.
- the ball nut 138 applied with the urging force of the coil spring 117 moves the wedge cam 120 to the braking position.
- the axial force acting on the link rod 7 is detected by the axial force sensor 170 disposed on the link rod 7, and the control unit 400 controls the rotation of the electric motor 161 based on the detection signal of the axial force sensor 170.
- the braking force can be properly controlled.
- the armature 137 can move relative to the spring seat 133 on the side opposite to the compression coil spring 117 side, so that the armature 137 is not moved to the initial position by the ball nut 138 along with the spring seat 133. That is, since the acting force from the wedge cam 120 and the ball nut 138 is transmitted to the compression coil spring 117 and does not act on the electromagnetic clutch 135, an excessive load is not applied to the electromagnetic clutch 135.
- the parking braking force (parking state) is obtained by the spring biasing force of the compression coil spring 117, the motor drive of the electric motor 161 can be stopped, and the power consumption when the vehicle is stopped can be suppressed. Further, when the power supply is cut off, the electromagnetic coil 135 is cut off at the same time as the compression coil spring 117 presses the wedge cam 120 to the braking position to brake and stop.
- Railway vehicle disc brakes equipped with cam brakes can guarantee failure and improve safety.
- the ball nut 138 is removed from the spring seat 133 by the ball screw 13 being rotationally driven by the electric motor 161 during braking. Leave once.
- the suction of the armature 137 by the electromagnetic clutch 135 is released after a predetermined time, the pressing portion of the spring seat 133 urged by the spring urging force of the compression coil spring 117 abuts against the ball nut 138 vigorously.
- a buffer member 139 is disposed between the portion and the ball nut 138. Therefore, the impact when the spring seat 133 abuts on the ball nut 138 is alleviated, the generation of abnormal noise is suppressed, and the durability is not impaired.
- the ball screw 13 is rotationally driven by the electric motor 161 in the brake releasing direction, so that the spring of the compression coil spring 117 is
- the spring seat 133 is moved to the initial position by the ball nut 138 against the urging force
- the armature 137 that can move relative to the spring seat 133 on the side opposite to the compression coil spring 117 side is moved by the ball nut 138.
- the electromagnetic clutch 135 is energized and the armature 137 is attracted to the stator 136, the maximum attractive force can be obtained immediately, thereby saving power.
- the wedge cam brake according to the fourth embodiment has substantially the same configuration except that a spring holding mechanism 230 is used instead of the spring holding mechanism 130 of the wedge cam brake according to the third embodiment.
- FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a railway vehicle disc brake provided with a wedge cam brake according to a fourth embodiment of the present invention.
- the compression coil spring 117 presses the wedge cam 120 to the braking position and the ball screw 13 screwed into the ball nut 238 is provided. It is rotationally driven by an electric motor 161.
- the base end portions of the brake arms 3 and 3 are expanded and swung by the cam action of the wedge cam 120 moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw 13 and provided at the open end portions thereof.
- a pair of pad assemblies 6 and 6 are pressed from both sides of the brake rotor 100 to perform a braking operation.
- the link rods 7 and 7 are advanced and retracted via the link type booster, similarly to the actuator 114 according to the third embodiment.
- the ball nut 238 for pressing and urging the wedge cam 120 is a case-shaped piston 240 configured by a nut holder 242 and a spring seat 233 arranged coaxially with the ball screw 13.
- the ball screw 13 is accommodated in the rotational axis direction of the ball screw 13 so as to be relatively movable within a predetermined range and not to be relatively rotatable.
- the ball nut 238 can be slightly moved relative to the case-like piston 240 in the rotation axis direction, and cannot be relatively rotated. It becomes.
- the nut holder 242 of the case-like piston 240 is supported so as to be movable in the axial direction and not relatively rotatable with respect to the lower base 132 attached to the open end of the substantially bottomed cylindrical cap 131.
- the gap adjusting mechanism 140 is disposed between the annular support portion 242a of the nut holder 242 and the wedge cam 120.
- the fulcrum pin 126 is fixed to the fixing hole 242 c of the leg portion 243 of the nut holder 242, and one end of the return spring 128 is hooked to the hook pin 242 d of the leg portion 243 of the nut holder 242.
- the actuator 214 performs non-braking of the compression coil spring 117 which is an elastic member for pressing and urging the wedge cam 120 toward the braking position for expanding the base ends of the brake arms 3 and 3 and the wedge cam 120.
- a spring holding mechanism 230 that holds the compression coil spring 117 in a stored state so that it can be pressed and biased from the position to the braking position.
- the spring holding mechanism 230 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13, and accommodates the ball nut 238 so as to be relatively movable in a predetermined range in the rotation axis direction of the ball screw 13 and not relatively rotatable.
- the case-like piston 240 that transmits the spring biasing force of the compression coil spring 117 interposed between the wedge cam 120 and the cap 131, and the case-like piston 240 cannot move relative to the compression coil spring 117 side.
- the armature 237 attracted to the stator 236 of the electromagnetic clutch 235 fixed to the cap 131 and the link rods 7 and 7 for expanding the base end portions of the brake arms 3 and 3 are disposed.
- the axial force sensor 170 for detecting the axial force acting on the link rod 7 and the detection of the axial force sensor 170
- a control unit 400 for controlling the rotation of the electric motor 161 based on the signal.
- the spring seat 233 of the case-like piston 240 is movable along the rotational axis direction of the ball screw 13 while being fitted to the rear end boss portion 238a of the ball nut 238.
- An armature 237 is engaged with the outer peripheral end of the spring seat 233 so as not to move relative to the compression coil spring 117 side.
- the armature 237 has a case through a holding force reducing mechanism 200 that supports a part of the locking force for locking the case-like piston 240 to move in the armature releasing direction to the engaging portion 250 on the brake body side. Attached to the piston 240. That is, the holding force reducing mechanism 200 supports a part of the holding force for holding the compression coil spring 117 in the stored state by the engaging portion 250 on the brake body side.
- the holding force reducing mechanism 200 is screwed into an annular holder 201 into which the outer peripheral portion of the case-like piston 240 is inserted from above and a support bolt 220 protruding from the armature 237 in the armature releasing direction.
- a guide ring 203 that is fastened together with the nut 222 so as to be axially displaceable with respect to the annular holder 201, a ball 210 that is movably held in a ball support hole 201 a formed in the radial direction of the annular holder 201, and an annular shape
- a compression coil spring 211 interposed between the holder 201 and the guide ring 203, and a through hole 205a having a diameter smaller than the diameter of the ball 210 are formed so that the ball 210 can be locked to the engaging portion 250.
- the cam surface 203 a formed on the outer periphery of the guide ring 203 moves the ball 210 outward in the radial direction of the annular holder 201 when the guide ring 203 moves in the armature suction direction.
- the annular holder 201 is restricted from moving in the armature releasing direction by the ball 210 moved outward in the radial direction being locked to the engaging portion 250 on the brake body side.
- the inner peripheral end of the annular holder 201 is engaged with the case-like piston 240 (spring seat 233) on the compression coil spring 117 side so as not to be relatively movable.
- the annular holder 201 is elastically biased toward the stator 236 by a compression coil spring 213 interposed between the snap ring 215 and the case-shaped piston 240.
- FIGS. 27A to 27C the operation of the holding force reducing mechanism 200 will be described.
- the guide ring 203 acts on the spring biasing force of the compression coil spring 211.
- the cam surface 203a moves the ball 210 radially outward of the annular holder 201 against the armature suction direction. Therefore, the ball 210 is locked to the engaging portion 250 on the brake body side, so that the guide ring 203 is restricted from moving in the armature releasing direction.
- the case-like piston 240 holding the compression coil spring 117 in the stored state is supported by the attractive force of the electromagnetic clutch 235 and the locking force of the engaging portion 250.
- the case-like piston 240 from which the engaging force of the engaging portion 250 is released moves downward by the spring biasing force of the compression coil spring 117, and the wedge cam 120 is moved. Move to the braking position.
- the armature 237 is attached to the case-like piston 240 via the holding force reducing mechanism 200, a part of the holding force for holding the compression coil spring 117 in the stored state is engaged on the brake body side. Since it is supported by the portion 250, the attractive force of the electromagnetic clutch 235 can be reduced.
- FIG. 23 shows an initial state in which the brake is not operated.
- the spring holding mechanism 230 is operated, the armature 237 is attracted to the stator 236 of the electromagnetic clutch 235, and the case-shaped piston 240 (engaged with the inner peripheral end of the armature 237 via the holding force reducing mechanism 200).
- the spring seat 233) is held in a state of being restricted from moving downward in the drawing. Therefore, the compression coil spring 117 interposed between the cap 131 and the spring seat 233 is held in a stored state.
- the electric motor 161 rotates the ball screw 13 in the braking operation direction, and the ball nut 238 presses and biases the wedge cam 120 to the braking position.
- the holding force reducing mechanism 200 is released as described above. Therefore, the compression coil spring 117 presses and biases the wedge cam 120 downward in the figure via the case-like piston 240.
- the ball nut 238 is slightly relative to the case-like piston 240 in the rotation axis direction. It can be moved. Therefore, the spring urging force of the compression coil spring 117 transmitted through the case-like piston 240 and the screw feed force by the ball screw 13 transmitted through the ball nut 238 independently brake the wedge cam 120. It can be pressed to the position.
- the spring biasing force of the compression coil spring 117 does not act on the ball nut 238, and the frictional resistance at the threaded portion between the ball nut 238 and the ball screw 13 does not increase. Therefore, the ball screw 13 can rotate smoothly, the initial response of the electric motor 161 can be improved, the operating force can be reduced, and power can be saved.
- the wedge cam 120 to which the screw feed force by the ball screw 13 and the urging force of the compression coil spring 117 act is moved to the braking position.
- the wedge cam 120 moves to the lower parking brake position, the base end portions of the brake arms 3 and 3 are expanded and swung by the cam action, and a pair of pad assemblies 6 and 6 provided at the open end portions thereof. Pinches the brake rotor 100 from both sides with the parking braking force.
- the axial force acting on the link rod 7 is detected by the axial force sensor 170 disposed on the link rod 7 that widens the base ends of the brake arms 3 and 3 by the cam action of the wedge cam 120, and the axial force is detected.
- the control unit 400 controls the rotation of the electric motor 161 based on the detection signal of the sensor 170, so that the braking force can be appropriately controlled.
- the ball screw 13 When the brake is released, the ball screw 13 is driven to rotate in the brake release direction by the electric motor 161, so that the ball nut 238 that presses and biases the wedge cam 120 to the braking position moves to the upper non-braking position.
- the wedge cam 120 also moves to the upper non-braking position, and the pair of pad assemblies 6 and 6 are separated from both sides of the brake rotor 100 by the cam action.
- the case-like piston 240 (spring seat 233) is pushed up by the ball nut 238 against the spring urging force of the compression coil spring 117, and the compression coil spring 117 is returned to the accumulated state, which is the initial position (FIG. 23).
- the armature 237 is elastically supported by a compression coil spring 213 interposed between the armature 237 and the case-like piston 240 so as to be adsorbed while being elastically biased with respect to the stator 236.
- it can move relative to the side opposite to the compression coil spring 117 side. That is, since the acting force from the wedge cam 120 and the ball nut 238 is transmitted to the compression coil spring 117 and does not act on the electromagnetic clutch 235, an excessive load is not applied to the electromagnetic clutch 235.
- the wedge cam type brake according to the fifth embodiment is different from the case where the armature 237 of the wedge cam type brake according to the fourth embodiment is attached to the case-like piston 240 via the holding force reducing mechanism 200.
- the armature 337 has substantially the same configuration except that the armature 337 is elastically supported by the compression coil spring 310 interposed between the armature 337 and the case-like piston 240 so as to be adsorbed while being elastically biased with respect to the stator 336. is there.
- the spring holding mechanism 330 is movable along the rotation axis direction of the ball screw 13, and the ball nut 238 is moved in a predetermined range in the rotation axis direction of the ball screw 13.
- a case-like piston 240 that is housed in a relatively movable and non-rotatable manner and transmits a spring biasing force of a compression coil spring 117 interposed between the wedge cam 120 and the cap 131, and a case-like piston.
- the armature 337 is engaged with the compression coil spring 117 so as not to be relatively movable on the side of the electromagnetic clutch 335, and is attracted to the stator 336 of the electromagnetic clutch 335, and the base ends of the brake arms 3 and 3 are expanded.
- It is disposed on one of the link rods 7 and 7 to be opened, and detects an axial force acting on the link rod 7. It includes a force sensor 170, a control unit 400 for controlling the rotation of the electric motor 161 based on the detection signal of the force sensor 170, a.
- the spring seat 233 of the case-like piston 240 is movable along the rotational axis direction of the ball screw 13 while being fitted to the rear end boss portion 238a of the ball nut 238.
- An armature 337 is engaged with the outer peripheral end of the spring seat 233 so as not to move relative to the compression coil spring 117 side.
- the armature 337 is elastically supported by the case-like piston 240 so as to be adsorbed while being elastically biased with respect to the stator 336.
- the armature 337 is elastically biased toward the stator 336 by the compression coil spring 310 interposed between the snap ring 312 and the case-shaped piston 240.
- the ball screw 13 is rotationally driven in the brake releasing direction by the electric motor 161, so that the case-like piston 240 is moved to the initial position by the ball nut 238 against the spring biasing force of the compression coil spring 117.
- the armature 337 contacts the stator 336 in an elastically biased state. Therefore, the electromagnetic clutch 335 can be operated with the stator 336 and the armature 337 having substantially no gap, so that a sufficient attractive force can be easily obtained.
- a ball screw (13) screwed into a ball nut (38, 38A, 138, 238) for pressing and urging the wedge cam (20, 20A, 120) is rotated by an electric motor (61, 161).
- the base end portion of the brake arm (3) is expanded and swung by the cam action of the wedge cam moved to the braking position along the rotation axis direction of the ball screw, and is moved to the open end portion thereof.
- a wedge cam type brake that performs a braking operation by clamping a pair of provided pad assemblies (6) from both sides of the brake rotor (100), An elastic member (compression coil springs 17 and 117) for pressing and urging the wedge cam toward the braking position in order to expand the base end of the brake arm; And a spring holding mechanism (30, 30A, 130, 230) that holds the elastic member in a stored state so that the wedge cam can be pressed and biased from the non-braking position to the braking position.
- the spring holding mechanism (30)
- the ball nut (38) which is movable along the rotational axis direction of the ball screw (13) and is held so as not to be relatively rotatable, is interposed between a stationary part (cap 31) on the brake body side.
- An engagement portion (on the brake main body side) is attached to the distal end portion of a guide rod (41) whose base end portion is fixed to the armature so as to be swingable and abuts on the distal end side of the piston member to restrict movement.
- the wedge cam brake according to [1] further including a holding lever (43) with which the swing end (43a) is engaged with the swing end (43a).
- the spring holding mechanism (30A) The elastic member (movable along the rotational axis direction of the ball screw (13)) interposed between the ball nut (38A) accommodated and a stationary part (housing 83) on the brake main body side ( A case-like piston (87) for transmitting the urging force of the compression coil spring 17); A guide groove (94a) provided in the stationary part on the brake body side and extending along the rotation axis direction of the ball screw; A cam groove (94) having a holding groove portion (94b) extending in the rotation direction of the ball screw from one end portion of the guide groove portion; A follower (roller fixing bolt 95) which is provided integrally with the ball nut and has a roller contact (97) driven along the cam groove at the tip and projecting radially outward of the ball nut.
- the holding groove (94b) has an inclined surface (96) for rolling the roller contact (97) toward the guide groove (94a) by the biasing force of the elastic member (compression coil spring 17).
- the spring holding mechanism (130) A stationary part (cap 131) on the brake body side with respect to the ball nut (138) which is movable along the rotation axis direction of the ball screw (13) and is held so as not to rotate relative to the ball screw.
- a buffer member (139) is provided between the ball nut and the pressing portion of the piston member (spring seat 133) that presses and biases the ball nut (138). Wedge cam type brake as described.
- the armature (137) is constantly elastically biased toward the stator (136) by a set spring (145) having a spring force weaker than the biasing force of the elastic member (compression coil spring 117). 5] or wedge cam type brake according to [6].
- the spring holding mechanism (230) The ball nut (238) is movable along a rotation axis direction of the ball screw (13), and the ball nut (238) is accommodated in a predetermined range in the rotation axis direction of the ball screw and is relatively non-rotatable.
- An armature (237) which is engaged with the case-like piston so as not to move relative to the elastic member and is attracted to a stator (236) of an electromagnetic clutch (235) fixed to a stationary part on the brake body side.
- a wedge cam brake according to [1] above.
- this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation
- the material, shape, dimensions, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
- This application is based on a Japanese patent application filed on August 6, 2015 (Japanese Patent Application No. 2015-155798) and a Japanese patent application filed on March 15, 2016 (Japanese Patent Application No. 2016-051276). The contents are incorporated herein by reference.
- the wedge cam type brake of the present invention can reduce the power consumption of the electric motor and can guarantee failure, so that it can be applied to a disc brake for a railway vehicle.
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Abstract
ウェッジカム式ブレーキは、ウェッジカム(20)が一体に設けられたボールナット(38)に螺合するボールスクリュー(13)が回転駆動されることによって、ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム(20)のカム作用によりブレーキアーム(3)の基端部が一対のパッドアッセンブリ(6,6)をブレーキロータ(100)の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。ウェッジカム(20)がブレーキアーム(3)の基端部を拡開させる制動位置に向けてボールナット(38)を押圧付勢するための圧縮コイルスプリング(17)と、圧縮コイルスプリング(17)を蓄勢状態に保持するばね保持機構(30)と、を備える。
Description
本発明は、ウェッジカム式ブレーキに関する。
従来、ブレーキを搭載する車両、特に強力な制動力が要求される鉄道車両用のディスクブレーキでは、ウェッジカムのカム作用により一対のブレーキアームの基端部を拡開してそれらの開放端部に設けられたパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキが知られている。
また、鉄道車両の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ることが検討されている(特許文献1参照)。
また、鉄道車両の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ることが検討されている(特許文献1参照)。
電動ブレーキ装置500は、図30に示すように、車輪と共に回転するディスク(ブレーキロータ)520と、ディスク520に当接して摩擦力を付与する制輪子(パッドアッセンブリ)530と、キャリパ510に設けられた制輪子530をディスク520方向に付勢する機械ばね550と、制輪子530をディスク520方向及びその反対方向へ通電方向によって可逆的に付勢する電気アクチュエータ540と、電気アクチュエータ540及び機械ばね550からの出力を制輪子530に伝達する伝達機構555と、を備える。そして、制動時には機械ばね550と電気アクチュエータ540とが協働して制輪子530をディスク520に押付けることによって、小型の電気アクチュエータ540を使用でき、消費電力を小さくできる。
しかしながら、電気アクチュエータ540を駆動源とした電動化に際しては、所定の応答性を得るため電動モータの電力消費過大や発熱による過熱、さらに電気が遮断されたときの失陥保障等の課題を解消しようとすると電動ブレーキ装置500が大型化してしまう等、所定スペースに収納することが難しくなってしまうという問題があった。
即ち、機械ばね550と電気アクチュエータ540とが協働してブレーキ力を発生する場合、ブレーキ力を解放する際に発生させる電気アクチュエータ540の力は、クランプ時(制動時)のばね力と、パッドクリアランス分のばね定数を加えた力とが必要である。また、ブレーキ解放を保持させる場合は、力を電気アクチュエータ540で保持しなければならない。
即ち、機械ばね550と電気アクチュエータ540とが協働してブレーキ力を発生する場合、ブレーキ力を解放する際に発生させる電気アクチュエータ540の力は、クランプ時(制動時)のばね力と、パッドクリアランス分のばね定数を加えた力とが必要である。また、ブレーキ解放を保持させる場合は、力を電気アクチュエータ540で保持しなければならない。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、電動モータの消費電力を低減し、失陥保障できる良好なウェッジカム式ブレーキを提供することにある。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) ウェッジカムを押圧付勢するためのボールナットに螺合するボールスクリューが、電動モータにより回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構と、を備えるウェッジカム式ブレーキ。
(1) ウェッジカムを押圧付勢するためのボールナットに螺合するボールスクリューが、電動モータにより回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構と、を備えるウェッジカム式ブレーキ。
上記(1)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構が解除されることによって弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢すると共に、電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動されてボールナットがウェッジカムを制動位置へ押圧付勢するため、ウェッジカムは制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータでの高応答性は必要なく、モータの小型化、省電力化が可能となる。
更に、弾性部材の付勢力でパーキング制動力(パーキング状態)が得られるので、モータ駆動は停止状態にできる。また、電源供給が遮断された場合には弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。
更に、弾性部材の付勢力でパーキング制動力(パーキング状態)が得られるので、モータ駆動は停止状態にできる。また、電源供給が遮断された場合には弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。
(2) 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッドの先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部に対して揺動端が係合される保持レバーと、を備える上記(1)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(2)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してピストン部材がボールナットによって初期位置に移動される。すると、保持レバーが係合部に係合されると共に、ガイドロッドを介してアーマチュアが電磁クラッチのステータに当接状態となる。そのため、電磁クラッチにおける電磁石の必要吸引力が容易に得られるとともに消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放され、弾性部材がウェッジカムを制動位置へ押圧付勢し、パーキング制動力(パーキング状態)が得られる。
(3) 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部と、前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部とを有するカム溝と、前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節と、を備え、前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカムを非制動位置に保持する上記(1)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(3)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ボールナットの回転力をローラ接触子で受け、カム溝内を摺動させることで、ボールナットは軸方向に移動する際の摩擦抵抗が低減され、スムーズに移動できる。
ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材が初期位置に戻されてローラ接触子がカム溝の保持溝部に入り込むことで、ボールナットに入力される弾性部材の反力をローラ接触子を介して保持溝部で受けることができる。そこで、弾性部材の反力は、ボールスクリューを回転させる力と、保持溝部で受ける力とに分解されるため、ボールスクリューの回転を阻止する為の保持力(例えば、電動モータによる反制動方向への微小回転力や、電動モータとボールスクリューの間に設けた電磁クラッチの電磁力等)を少なくできる。
ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材が初期位置に戻されてローラ接触子がカム溝の保持溝部に入り込むことで、ボールナットに入力される弾性部材の反力をローラ接触子を介して保持溝部で受けることができる。そこで、弾性部材の反力は、ボールスクリューを回転させる力と、保持溝部で受ける力とに分解されるため、ボールスクリューの回転を阻止する為の保持力(例えば、電動モータによる反制動方向への微小回転力や、電動モータとボールスクリューの間に設けた電磁クラッチの電磁力等)を少なくできる。
(4) 前記保持溝部が、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラ接触子を前記ガイド溝部に向けて転動させる傾斜面を有する上記(3)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(4)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、電源供給が遮断されてボールスクリューの回転を阻止する為の保持力が解除されると、ローラ接触子が保持溝部の傾斜面を転動してガイド溝部に移動してボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在となるので、弾性部材の反力によりウェッジカムが制動位置へ押圧付勢され、パーキング制動力(パーキング状態)が得られる。
(5) 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、前記ブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサと、前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータの回転を制御する制御部と、を備える上記(1)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(5)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、先ず、電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナットがウェッジカムを制動位置へ押圧付勢する。この際、ボールナットにはボールスクリューの回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリューはスムーズに回転することができ、電動モータの初期応答性が向上する。即ち、弾性部材の付勢力による荷重がボールナットに作用すると、ボールナットとボールスクリューとの螺合部における摩擦抵抗が増大して電動モータの負荷が上昇するが、ピストン部材に対して弾性部材側には相対移動不能に係合されたアーマチュアが電磁クラッチのステータに吸着されているので、弾性部材の付勢力がボールナットに作用することはない。
次に、所定時間後に電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放され、弾性部材の付勢力がピストン部材を介してボールナットに伝達されるので、ボールスクリューによるねじ送り力と弾性部材の付勢力とが作用したボールナットは、ウェッジカムを制動位置へ移動させる。この際、ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設された軸力センサによってリンクロッドに作用する軸力を検出し、軸力センサの検出信号に基づいて電動モータの回転を制御部が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
また、アーマチュアは、ピストン部材に対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってピストン部材と伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。
次に、所定時間後に電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放され、弾性部材の付勢力がピストン部材を介してボールナットに伝達されるので、ボールスクリューによるねじ送り力と弾性部材の付勢力とが作用したボールナットは、ウェッジカムを制動位置へ移動させる。この際、ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設された軸力センサによってリンクロッドに作用する軸力を検出し、軸力センサの検出信号に基づいて電動モータの回転を制御部が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
また、アーマチュアは、ピストン部材に対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってピストン部材と伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。
(6) 前記ボールナットを押圧付勢する前記ピストン部材の押圧部と前記ボールナットとの間には、緩衝部材が配設される上記(5)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(6)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時に電動モータによりボールスクリューがブレーキ作動方向に回転駆動されることによって、ボールナットはピストン部材から一旦離れる。そして、所定時間後に電磁クラッチによるアーマチュアの吸引が解放されると、弾性部材の付勢力に付勢されたピストン部材の押圧部はボールナットに勢いよく当接するが、押圧部とボールナットとの間には弾性部材等からなる緩衝部材が配設されている。そこで、ピストン部材がボールナットに当接する際の衝撃が緩和され、異音の発生が抑制されると共に耐久性が損ねられることもない。
(7) 前記アーマチュアが、前記弾性部材の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリングによって前記ステータに向けて常時弾性付勢される上記(5)又は(6)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(7)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してピストン部材がボールナットによって初期位置に移動される際、ピストン部材に対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なアーマチュアは、ボールナットによってピストン部材と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリングのばね力によってステータに当接させられる。そこで、電磁クラッチに通電してステータにアーマチュアを吸着すれば、即最大吸引力が得られることで省電力となる。
(8) 前記ばね保持機構が、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナットを前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカムに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、を備える上記(1)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(8)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ケース状ピストンを介して伝達される弾性部材の付勢力と、ボールナットを介して伝達されるボールスクリューによるねじ送り力とが、それぞれ独立してウェッジカムを制動位置へ押圧付勢することができる。
そこで、弾性部材の付勢力がボールナットには作用せず、ボールナットとボールスクリューとの螺合部における摩擦抵抗が増大することはない。従って、ボールスクリューはスムーズに回転することができ、電動モータの作動力を軽減することができるので、省電力化できる。
また、アーマチュアは、ケース状ピストンに対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってケース状ピストンと伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。
そこで、弾性部材の付勢力がボールナットには作用せず、ボールナットとボールスクリューとの螺合部における摩擦抵抗が増大することはない。従って、ボールスクリューはスムーズに回転することができ、電動モータの作動力を軽減することができるので、省電力化できる。
また、アーマチュアは、ケース状ピストンに対して弾性部材側と反対側には相対移動可能なので、ボールナットによってケース状ピストンと伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカムとボールナットからの作用力は、弾性部材に伝達されて電磁クラッチには作用しない構造なので、電磁クラッチに対して過剰な負荷がかかることはない。
(9) 前記アーマチュアが、前記ステータに対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストンに弾性支持されている上記(8)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(9)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータによりボールスクリューがブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、弾性部材の付勢力に抗してケース状ピストンがボールナットによって初期位置に移動される前に、アーマチュアがステータに対して弾性付勢された状態で当接する。そこで、電磁クラッチは、ステータとアーマチュアとが略隙間のない状態で作動できるため、容易に十分な吸引力を得ることができる。
(10) 前記アーマチュアが、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストンを係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部に支持させる保持力軽減機構を介して前記ケース状ピストンに取り付けられている上記(8)に記載のウェッジカム式ブレーキ。
上記(10)の構成のウェッジカム式ブレーキによれば、アーマチュアが保持力軽減機構を介してケース状ピストンに取り付けられており、弾性部材を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部に支持されるので、電磁クラッチの吸引力が軽減される。そこで、電磁クラッチの小型化が可能となる。
本発明によれば、電動モータの消費電力を低減し、失陥保障できる良好なウェッジカム式ブレーキを提供することができる。
以下、本発明のウェッジカム式ブレーキを実施するための好適な形態を図面に基づいて説明する。
以下、図1~図6を用いて、本発明の第1実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。
図1及び図2は、ウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示し、略筒状のボディ1は、サポート2を介して車体側に固定され、サポート2の反対側には一対のブレーキアーム3,3の中間部がブレーキアーム軸4,4によってそれぞれ軸支される。
ブレーキアーム3,3の一方の揺動端(サポート2側の基端部)には、これらブレーキアーム3,3を拡開作動するためのアクチュエータ14が結合され、他方の揺動端(サポート2と反対側の開放端部)には、パッドホルダ5を介してパッドアッセンブリ6,6が装着されている。
図1及び図2は、ウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示し、略筒状のボディ1は、サポート2を介して車体側に固定され、サポート2の反対側には一対のブレーキアーム3,3の中間部がブレーキアーム軸4,4によってそれぞれ軸支される。
ブレーキアーム3,3の一方の揺動端(サポート2側の基端部)には、これらブレーキアーム3,3を拡開作動するためのアクチュエータ14が結合され、他方の揺動端(サポート2と反対側の開放端部)には、パッドホルダ5を介してパッドアッセンブリ6,6が装着されている。
図3及び図4に示すように、本第1実施形態に係るアクチュエータ14は、制動時、ウェッジカム20が一体に設けられたボールナット38を圧縮コイルスプリング17が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット38に螺合するボールスクリュー13が電動モータ61により回転駆動されることによって、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム20のカム作用により、ブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。
なお、ブレーキアーム3,3の各基端部には、出力軸となるリンクロッド7,7の外側端が球面ブッシュ8により支持されており、このリンクロッド7,7の内側端は、球面ブッシュ9により、ローラアーム10,10に連結、支持されている。そして、ローラアーム10,10の下端は、ベアリング11,11を介してストラット12の両端部に軸支されて、リンク式倍力装置を構成している。そこで、アクチュエータ14は、モータギヤユニット60が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド7,7が進退される。
ボールスクリュー13は、基端部側(図中、上端部側)に配置されたベアリング51と、先端部側(図中、下端部側)に配置されたベアリング53とによって、ボディ1に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング51は、ブレーキ本体側の静止部となるボディ1の上端開口部に冠着されたキャップ31に固定されたベアリングケース50に装着されるラジアル・スラスト軸受であり、上方への移動を規制しながらボールスクリュー13の基端部側を回転自在に支持している。また、ベアリング53は、ボディ1内に固定スリーブ部材22のスリーブ部22Aに装着されるラジアル・スラスト軸受であり、下方への移動を規制しながらボールスクリュー13の先端部側を回転自在に支持している。
ベアリング51は、ブレーキ本体側の静止部となるボディ1の上端開口部に冠着されたキャップ31に固定されたベアリングケース50に装着されるラジアル・スラスト軸受であり、上方への移動を規制しながらボールスクリュー13の基端部側を回転自在に支持している。また、ベアリング53は、ボディ1内に固定スリーブ部材22のスリーブ部22Aに装着されるラジアル・スラスト軸受であり、下方への移動を規制しながらボールスクリュー13の先端部側を回転自在に支持している。
更に、ボールスクリュー13の先端部は、ジョイント57を介してモータギヤユニット60の出力軸55に連結されており、減速機構63を介して電動モータ61の回転駆動力がボールスクリュー13に伝達される。ここで、モータギヤユニット60は、電動モータ61の駆動軸62(図13参照)とボールスクリュー13の回転軸とが、並列に配置されている。
図3及び図4に示すように、ウェッジカム20が一体に設けられたボールナット38は、ボールスクリュー13と同軸に配置され、後述するピストン部材33に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に取り付けられている。
ボールナット38の軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット38の先端部に取り付けられたウェッジカム20の傾斜面に乗り上げることになる。
ボールナット38の軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット38の先端部に取り付けられたウェッジカム20の傾斜面に乗り上げることになる。
ウェッジカム20の傾斜面へのカムローラ18,18の乗上げによって、ローラアーム10,10は拡開方向に揺動して、ローラアーム10,10の略中間部に球面ブッシュ9,9により連結・支持されたリンクロッド7,7を梃子の原理によって倍力して外方(図4中、左右方向)へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム3,3の各基端部がブレーキアーム軸4,4を揺動中心として拡開方向に移動されて、ブレーキアーム3,3の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100(図2参照)に挟圧させてブレーキ動作が行われる。
更に、アクチュエータ14は、ウェッジカム20がブレーキアーム3,3の基端部を拡開させる制動位置に向けてボールナット38を押圧付勢するための弾性部材である複数(本第1実施形態では4本)の圧縮コイルスプリング17と、ウェッジカム20を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング17を蓄勢状態に保持するばね保持機構30と、を備える。
ばね保持機構30は、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持したボールナット38に対してブレーキ本体側の静止部であるキャップ31との間に介装した圧縮コイルスプリング17のばね付勢力を伝達するピストン部材33と、ピストン部材33の後端側(図4中、上端側)に配設され、キャップ31に固定された電磁クラッチ35のステータ36に吸着されるアーマチュア37と、アーマチュア37に基端部(図3中、上端部)が固定された一対のガイドロッド41の先端部に揺動自在に取り付けられ、ピストン部材33の先端側に当接して移動を規制するためブレーキ本体側の係合部34に対して揺動端43aが係合される保持レバー43と、を備える。
それぞれの圧縮コイルスプリング17は、キャップ31の内底面に凹設されたばね受け部31aに上端部が収容されると共に、ピストン部材33の後端面に凹設されたばね受け部33aに下端部が収容されることにより、キャップ31とピストン部材33との間に介装されている。なお、これら圧縮コイルスプリング17のばね付勢力は、パッドアッセンブリ6,6に対してパーキング制動力(通常制動力の約半分の制動力)が得られる程度にボールナット38及びウェッジカム20を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。
ピストン部材33は、キャップ31内に嵌装されることにより、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。即ち、略有底円筒状に形成されたキャップ31における周壁の対向位置に形成した一対の切欠き部に平板状のガイドレール32を取付け、ピストン部材33の外周面に形成した二面幅がこれら一対のガイドレール32に対向するようにキャップ31内に嵌装されることで、ピストン部材33は、キャップ31に対して軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。ガイドレール32の内面には、キャップ31の軸方向と交差する方向に延びる溝として形成された係合部34が設けられている。
図3に示すように、一対のガイドロッド41は、ボールスクリュー13を挟んだ反対側でピストン部材33を軸方向にそれぞれ貫通した基端部がアーマチュア37に固定され、ピストン部材33に対して軸方向に移動自在に配設されている。ガイドロッド41の先端部には、保持レバー43が支持ピン42により揺動自在に取り付けられている。
保持レバー43は、アーマチュア37によりガイドロッド41が図3に示す初期位置(非制動位置)に保持された状態で、揺動端43aがキャップ31の係合部34に係合することで、当接部43bがピストン部材33の先端側に当接(本第1実施形態では、後述するアンカ部材44の平板部44aに当接)してピストン部材33の図中下方への移動を規制するように、各部の寸法が決められている。そして、電磁クラッチ35の解除によってガイドロッド41の保持状態が解除されると、揺動した保持レバー43は揺動端43aが係合部34から外れ、ピストン部材33に対する移動規制が解除される。
ピストン部材33の先端面には、一対の保持レバー43に対応してアンカ部材44が取付けられている。アンカ部材44は、ピストン部材33の先端面に密着されて保持レバー43の当接部43bが当接する矩形状の平板部44aと、平板部44aの両側縁に垂設されて一対の支持ピン45をそれぞれ支持する二対の支持壁44bと、平板部44aの両側縁に垂設されてボールナット38をピストン部材33に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持する二対のガイド壁44cと、を有する。
各支持ピン45に支持された板ばね状の切換ばね47は、揺動端43aが係合部34に係合する方向に保持レバー43をそれぞれ弾性付勢している。
各支持ピン45に支持された板ばね状の切換ばね47は、揺動端43aが係合部34に係合する方向に保持レバー43をそれぞれ弾性付勢している。
ピストン部材33の下方に配置されたボールナット38は、ブレーキ作動時に圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりピストン部材33を介して押下されることによりボールスクリュー13を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動し、ボールスクリュー13が電動モータ61によってブレーキ作動方向に回転駆動されることにより更に下方の通常制動位置へ移動する。
そして、ブレーキ解放時に電動モータ61によってボールスクリュー13がブレーキ解除方向に回転駆動される際には、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してピストン部材33を押し上げながらボールナット38は上方へ移動する。
そして、ブレーキ解放時に電動モータ61によってボールスクリュー13がブレーキ解除方向に回転駆動される際には、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してピストン部材33を押し上げながらボールナット38は上方へ移動する。
ピストン部材33とピストン部材33の中央を軸方向に貫通するボールスクリュー13との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構40が配設されている。
隙間調整機構40は、図4~図6に示すように、先端部(図4中、下端部)がボールナット38の後端面に対し相対回転不能に当接した状態でボールスクリュー13に挿通されたアジャスタスクリュー21と、アジャスタスクリュー21の外周面に形成された雄ねじに螺合するアジャスタナット23と、ピストン部材33を先端側から後端側に貫通して後端面から突出したアジャスタナット23の先端に固定されたアジャスタギヤ25と、ピストン部材33に固定されたアジャスタブラケット26に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ25に係合するアジャスタレバー24と、キャップ31の内周面に設置されたアジャスタガイド27と、を備える。
隙間調整機構40は、図4~図6に示すように、先端部(図4中、下端部)がボールナット38の後端面に対し相対回転不能に当接した状態でボールスクリュー13に挿通されたアジャスタスクリュー21と、アジャスタスクリュー21の外周面に形成された雄ねじに螺合するアジャスタナット23と、ピストン部材33を先端側から後端側に貫通して後端面から突出したアジャスタナット23の先端に固定されたアジャスタギヤ25と、ピストン部材33に固定されたアジャスタブラケット26に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ25に係合するアジャスタレバー24と、キャップ31の内周面に設置されたアジャスタガイド27と、を備える。
アジャスタスクリュー21の先端部外周には、ボールナット38の後端面に当接すると共にアジャスタナット23の先端部に当接するフランジ部が突設されている。アジャスタナット23の先端部外周には、ピストン部材33の先端側に形成された拡径凹部33bに当接してピストン部材33に対する後端側への相対移動を規制するフランジ部が突設されている。
そこで、パッド等が摩耗すると、ブレーキアーム3の揺動ストロークが増大し、ひいては、ボールナット38と伴にピストン部材33のストロークが通常の範囲を逸脱して過剰ストロークとなり、軸方向下方側に移動する。
これによって、ピストン部材33がキャップ31から所定以上離れると、アジャスタガイド27によりアジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー24とアジャスタギヤ25との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にピストン部材33が初期位置に戻る際、アジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ25を介してアジャスタナット23が回転され、アジャスタスクリュー21に対するアジャスタナット23の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のピストン部材33に対するボールナット38及びウェッジカム20の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
これによって、ピストン部材33がキャップ31から所定以上離れると、アジャスタガイド27によりアジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー24とアジャスタギヤ25との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にピストン部材33が初期位置に戻る際、アジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ25を介してアジャスタナット23が回転され、アジャスタスクリュー21に対するアジャスタナット23の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のピストン部材33に対するボールナット38及びウェッジカム20の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
即ち、パッド等の摩耗により起因した過剰ストロークによって生じたブレーキアーム3,3の揺動隙間を解消すべく補償された隙間調整により、アジャスタスクリュー21がピストン部材33から相対的に進行して突出した状態となっていることから、隙間調整後のボールナット38及びウェッジカム20の初期位置は原位置よりも隙間調整されたアジャスタスクリュー21の突出分だけ進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム20の傾斜面とカム係合するローラアーム10,10も拡開した状態となっている。つまり、パッド等の摩耗分だけ予め進行した隙間調整状態が現出される。
次に、図7の(a)~(c)を参照しながら本第1実施形態に係るアクチュエータ14の動作を説明する。
図7の(a)は、図3と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構40も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構30が作動しており、電磁クラッチ35のステータ36にアーマチュア37が吸着され、保持レバー43はガイドレール32の係合部34に揺動端43aが係合された状態で揺動が規制されている。揺動が規制された保持レバー43は、当接部43bがピストン部材33の先端側に当接してピストン部材33の図中下方への移動を規制している。そこで、キャップ31とピストン部材33との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持されている。
図7の(a)は、図3と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構40も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構30が作動しており、電磁クラッチ35のステータ36にアーマチュア37が吸着され、保持レバー43はガイドレール32の係合部34に揺動端43aが係合された状態で揺動が規制されている。揺動が規制された保持レバー43は、当接部43bがピストン部材33の先端側に当接してピストン部材33の図中下方への移動を規制している。そこで、キャップ31とピストン部材33との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持されている。
そして制動時、電磁クラッチ35の通電が遮断され、ガイドロッド41の保持状態が解除されると、保持レバー43は圧縮コイルスプリング17のばね付勢力により揺動されて係合部34との係合が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング17は、ピストン部材33を介してボールナット38を図中下方へ押圧付勢する。圧縮コイルスプリング17のばね付勢力により押下されたボールナット38は、電動モータ61が通電されておらず回転自在なボールスクリュー13を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動する。
そこで、図7の(b)に示すように、ボールナット38に一体に設けられたウェッジカム20が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100を両側からパーキング制動力で挟圧する。
そして、電磁クラッチ35の通電が遮断されると略同時或いは若干後に、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、図7の(c)に示すように、ボールナット38に一体に設けられたウェッジカム20が更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側を通常制動力で挟圧する。
そして、電磁クラッチ35の通電が遮断されると略同時或いは若干後に、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、図7の(c)に示すように、ボールナット38に一体に設けられたウェッジカム20が更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側を通常制動力で挟圧する。
ブレーキ解放時には、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ボールナット38に一体に設けられたウェッジカム20が上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してピストン部材33がボールナット38により押し上げられ、圧縮コイルスプリング17は初期位置である蓄勢状態に戻される(図7の(a)参照)。また、ピストン部材33が初期位置に戻されると、切換ばね47により係合部34に係合する方向に弾性付勢された保持レバー43の揺動端43aが係合部34に係合されると共に、ガイドロッド41を介してアーマチュア37が電磁クラッチ35のステータ36に当接状態となる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してピストン部材33がボールナット38により押し上げられ、圧縮コイルスプリング17は初期位置である蓄勢状態に戻される(図7の(a)参照)。また、ピストン部材33が初期位置に戻されると、切換ばね47により係合部34に係合する方向に弾性付勢された保持レバー43の揺動端43aが係合部34に係合されると共に、ガイドロッド41を介してアーマチュア37が電磁クラッチ35のステータ36に当接状態となる。
そこで、電磁クラッチ35に通電してステータ36にアーマチュア37を吸着すれば、保持レバー43はガイドレール32の係合部34に揺動端43aが係合された状態で揺動が規制され、当接部43bがピストン部材33の先端側に当接してピストン部材33の図中下方への移動を規制するので、キャップ31とピストン部材33との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持される。
従って、本第1実施形態のアクチュエータ14を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構30が解除されることによって圧縮コイルスプリング17がピストン部材33を介してボールナット38を制動位置へ押圧付勢した後、モータギヤユニット60によりボールスクリュー13が回転駆動されるため、ボールナット38に一体に設けられたウェッジカム20は制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータ61での高応答性は必要なく、電動モータ61の小型化、省電力化が可能となる。
更に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力でパーキング制動力(パーキング状態)が得られるので、電動モータ61のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチ35の通電が遮断されると同時に圧縮コイルスプリング17がウェッジカム20を制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。
更に、本第1実施形態のアクチュエータ14を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング17の付勢力に抗してピストン部材33がボールナット38によって初期位置に移動される。すると、保持レバー43が係合部34に係合されると共に、一対のガイドロッド41を介してアーマチュア37が電磁クラッチ35のステータ36に当接状態となる。そのため、電磁クラッチ35における電磁石の必要吸引力が容易に得られるとともに消費電力を抑制することができる。
次に、図8~図12を用いて、本発明の第2実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、上記第1実施形態に係るウェッジカム式ブレーキと同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明は省略する。
図8及び図9は、本発明の第2実施形態に係るウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示す斜視図及び縦断面図である。
図8及び図9は、本発明の第2実施形態に係るウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示す斜視図及び縦断面図である。
ブレーキアーム3,3の一方の揺動端には、これらブレーキアーム3,3を拡開作動するためのアクチュエータ81が結合され、他方の揺動端には、パッドホルダ5を介してパッドアッセンブリ6,6が装着されている。
図9及び図10に示すように、本第2実施形態に係るアクチュエータ81は、制動時、ウェッジカム20Aが一体に設けられたボールナット38Aを圧縮コイルスプリング17が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット38Aに螺合するボールスクリュー13が電動モータ61により回転駆動されることによって、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム20Aのカム作用により、ブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ81は、上記第1実施形態に係るアクチュエータ14と同様に、モータギヤユニット60が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド7,7が進退される。
ボールスクリュー13は、基端部側(図中、上端部側)に配置されたベアリング51と、先端部側(図中、下端部側)に配置されたベアリング53とによって、ボディ1に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング51は、ブレーキ本体側の静止部となるハウジング83の内底面に固定されたベアリングケース85に装着され、ベアリング53は、ボディ1内に固定スリーブ部材22のスリーブ部22Aに装着される。
ベアリング51は、ブレーキ本体側の静止部となるハウジング83の内底面に固定されたベアリングケース85に装着され、ベアリング53は、ボディ1内に固定スリーブ部材22のスリーブ部22Aに装着される。
図10及び図11に示すように、ウェッジカム20Aが一体に設けられたボールナット38Aは、ボールスクリュー13と同軸に配置され、後述するケース状ピストン87に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に収容されている。
ボールナット38Aの軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット38の先端部に取り付けられたウェッジカム20Aの傾斜面に乗り上げることになる。
ボールナット38Aの軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット38の先端部に取り付けられたウェッジカム20Aの傾斜面に乗り上げることになる。
ウェッジカム20Aの傾斜面へのカムローラ18,18の乗上げによって、ローラアーム10,10は拡開方向に揺動して、ローラアーム10,10の略中間部に球面ブッシュ9,9により連結・支持されたリンクロッド7,7を梃子の原理によって倍力して外方へ軸動させる(図4、参照)。これによって、ブレーキアーム3,3の各基端部をブレーキアーム軸4,4を揺動中心として拡開方向に移動させて、ブレーキアーム3,3の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100に挟圧させてブレーキ動作が行われる。
更に、アクチュエータ81は、ウェッジカム20Aがブレーキアーム3,3の基端部を拡開させる制動位置に向けてボールナット38Aを押圧付勢するための弾性部材である複数(本第2実施形態では3本)の圧縮コイルスプリング17と、ウェッジカム20Aを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング17を蓄勢状態に保持するばね保持機構30Aと、を備える。
ばね保持機構30Aは、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容したボールナット38Aに対してブレーキ本体側の静止部であるハウジング83との間に介装した圧縮コイルスプリング17のばね付勢力を伝達するケース状ピストン87と、ハウジング83内に設けられ、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って延びるガイド溝部94aと、ガイド溝部94aの一端部(図12の(b)中、上端部)からボールスクリュー13の回転方向に延びる保持溝部94bとを有するカム溝94が形成されたガイドレール93と、ボールナット38Aと一体に設けられ、カム溝94に沿って従動するローラ接触子97を先端部に有してボールナット38Aの半径方向外方へ突設された従節としてのローラ固定ボルト95と、を備え、ローラ接触子97が保持溝部94bに案内されたボールナット38Aは、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してウェッジカム20Aを非制動位置に保持する。
それぞれの圧縮コイルスプリング17は、ハウジング83の内底面から軸方向に沿って配設されたばねガイドボルト82に嵌挿されると共に、ケース状ピストン87のフランジ部に凹設されたばね受け部87aに下端部が支持されることにより、ハウジング83とケース状ピストン87との間に介装されている。なお、これら圧縮コイルスプリング17のばね付勢力は、パッドアッセンブリ6,6に対してパーキング制動力(通常制動力の約半分の制動力)が得られる程度にボールナット38A及びウェッジカム20Aを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。
ケース状ピストン87は、ハウジング83内に嵌装されることにより、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。即ち、略有底円筒状に形成されたハウジング83の内底面に垂設されたばねガイドボルト82が、筒状本体部の先端部外周に突設されたフランジ部の貫通孔を貫通することで、ケース状ピストン87は、ハウジング83に対して軸方向に沿って移動自在かつ相対回転不能とされる。ケース状ピストン87の筒状本体部には、ローラ固定ボルト95が貫通する窓部87bと、ウェッジカム20Aの幅広部に係合する開口部87cとが設けられている。
ボールナット38Aの外周部に固定された円環状のスペーサ91の外周面には、3本のローラ固定ボルト95が周方向に沿って等間隔に配置される。ローラ接触子97及びスリーブ99が嵌挿された各ローラ固定ボルト95は、先端部がケース状ピストン87の窓部87bを貫通してスペーサ91に螺着され、頭部側にローラ接触子97が回転自在に支持される。
ボールナット38Aは、ローラ接触子97がガイドレール93に形成されたカム溝94の初期位置(非制動位置)である保持溝部94bに係合することで、ローラ固定ボルト95に嵌挿されたスリーブ99がケース状ピストン87の窓部87bに係合してケース状ピストン87の図中下方への移動を規制するように構成されている。即ち、ボールナット38Aは、ボールスクリュー13の回転が阻止された状態では軸方向に移動することができず、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してウェッジカム20A及びケース状ピストン87を非制動位置に保持することができる。
保持溝部94bは、図12の(b)に示すように、圧縮コイルスプリング17の付勢力によってローラ接触子97をガイド溝部94aに向けて転動させる傾斜面96を有するが、電動モータ61による反制動方向への微小回転力や、電動モータ61とボールスクリュー13の間に設けた電磁クラッチ等の保持力によってボールスクリュー13の回転が阻止されている際には、ボールナット38Aは図中下方へ移動することができない。
そして、電動モータ61の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー13の回転阻止状態が解除されると、ボールナット38Aは軸方向に移動可能となる。
ケース状ピストン87の内底面とボールナット38Aの後端面との間には、摺動部材88とワッシャ89が介装されている。ボールナット38Aは、ローラ接触子97が保持溝部94bの傾斜面96に沿ってガイド溝部94aに向けて転動できるように、ケース状ピストン87に対して所定角度範囲内を相対回転可能とされている。
ケース状ピストン87の内底面とボールナット38Aの後端面との間には、摺動部材88とワッシャ89が介装されている。ボールナット38Aは、ローラ接触子97が保持溝部94bの傾斜面96に沿ってガイド溝部94aに向けて転動できるように、ケース状ピストン87に対して所定角度範囲内を相対回転可能とされている。
ケース状ピストン87の内底面に配置されたボールナット38Aは、ブレーキ作動時にボールスクリュー13の回転阻止状態が解除され、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりケース状ピストン87を介して押下されると、ローラ接触子97が保持溝部94bの傾斜面96に沿ってガイド溝部94aに向けて転動される。そして、ローラ接触子97がガイド溝部94aに達すると、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在となったボールナット38Aは、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりボールスクリュー13を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動し、ボールスクリュー13が電動モータ61によってブレーキ作動方向に回転駆動されることにより更に下方の通常制動位置へ移動する。
そして、ブレーキ解放時に電動モータ61によってボールスクリュー13がブレーキ解除方向に回転駆動された際には、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してケース状ピストン87を押し上げながらボールナット38は上方へ移動する。ガイド溝部94aの上部に達したローラ接触子97は、ボールスクリュー13の回転力を受けて保持溝部94b内に進入する。
ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aとウェッジカム20Aの中央を軸方向に貫通するボールスクリュー13との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構40Aが配設されている。
隙間調整機構40Aは、図10及び図11に示すように、後端部(図10中、上端部)がボールナット38Aの先端部に対し相対回転可能に嵌合した状態でボールスクリュー13に挿通されると共に外周面に形成された雄ねじがウェッジカム20Aの雌ねじに螺合するアジャスタスクリュー98と、アジャスタスクリュー98に嵌挿固定されたアジャスタギヤ25と、ケース状ピストン87に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ25に係合するアジャスタレバー24と、ハウジング83の内周面に設置されたアジャスタガイド(図示せず)と、を備える。
隙間調整機構40Aは、図10及び図11に示すように、後端部(図10中、上端部)がボールナット38Aの先端部に対し相対回転可能に嵌合した状態でボールスクリュー13に挿通されると共に外周面に形成された雄ねじがウェッジカム20Aの雌ねじに螺合するアジャスタスクリュー98と、アジャスタスクリュー98に嵌挿固定されたアジャスタギヤ25と、ケース状ピストン87に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ25に係合するアジャスタレバー24と、ハウジング83の内周面に設置されたアジャスタガイド(図示せず)と、を備える。
そこで、パッド等が摩耗すると、ブレーキアーム3の揺動ストロークが増大し、ひいては、ボールナット38Aと伴にケース状ピストン87のストロークが通常の範囲を逸脱して過剰ストロークとなり、軸方向下方側に移動する。
これによって、ケース状ピストン87がハウジング83から所定以上離れると、アジャスタガイドによりアジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー24とアジャスタギヤ25との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にケース状ピストン87が初期位置に戻る際、アジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ25を介してアジャスタスクリュー98が回転され、ウェッジカム20Aに対するアジャスタスクリュー98の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のケース状ピストン87及びボールナット38Aに対するウェッジカム20Aの軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
これによって、ケース状ピストン87がハウジング83から所定以上離れると、アジャスタガイドによりアジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー24とアジャスタギヤ25との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にケース状ピストン87が初期位置に戻る際、アジャスタレバー24がリターンスプリング28のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ25を介してアジャスタスクリュー98が回転され、ウェッジカム20Aに対するアジャスタスクリュー98の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のケース状ピストン87及びボールナット38Aに対するウェッジカム20Aの軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
即ち、パッド等の摩耗により起因した過剰ストロークによって生じたブレーキアーム3,3の揺動隙間を解消すべく補償された隙間調整により、ウェッジカム20Aがアジャスタスクリュー98から相対的に進行して突出した状態となっていることから、隙間調整後のウェッジカム20Aの初期位置は原位置よりも隙間調整された突出分だけ進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム20Aの傾斜面とカム係合するローラアーム10,10も拡開した状態となっている。つまり、パッド等の摩耗分だけ予め進行した隙間調整状態が現出される。
次に、図13及び図14を参照しながら本第2実施形態に係るアクチュエータ81の動作を説明する。
図13は、図10と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構40Aも非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構30Aが作動しており、ボールスクリュー13の回転が阻止されると共にローラ接触子97がカム溝94の保持溝部94bに案内されたボールナット38Aは、軸方向に移動することができず、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してウェッジカム20A及びケース状ピストン87を非制動位置に保持している。そこで、ハウジング83とケース状ピストン87との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持されている。
図13は、図10と同様、ブレーキはもとより隙間調整機構40Aも非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構30Aが作動しており、ボールスクリュー13の回転が阻止されると共にローラ接触子97がカム溝94の保持溝部94bに案内されたボールナット38Aは、軸方向に移動することができず、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してウェッジカム20A及びケース状ピストン87を非制動位置に保持している。そこで、ハウジング83とケース状ピストン87との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持されている。
そして制動時、電動モータ61の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー13の回転阻止状態が解除され、ボールナット38Aが圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりケース状ピストン87を介して押下されると、ローラ接触子97が保持溝部94bの傾斜面96に沿ってガイド溝部94aに向けて転動される。
図14に示すように、ローラ接触子97がカム溝94のガイド溝部94aに達すると、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在となったボールナット38Aは、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりケース状ピストン87を介して図中下方へ押圧付勢される。圧縮コイルスプリング17のばね付勢力により押下されたボールナット38Aは、電動モータ61が通電されておらず回転自在なボールスクリュー13を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動する。
図14に示すように、ローラ接触子97がカム溝94のガイド溝部94aに達すると、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在となったボールナット38Aは、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力によりケース状ピストン87を介して図中下方へ押圧付勢される。圧縮コイルスプリング17のばね付勢力により押下されたボールナット38Aは、電動モータ61が通電されておらず回転自在なボールスクリュー13を回転させながら下方のパーキング制動位置へ移動する。
そこで、ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aが下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100を両側からパーキング制動力で挟圧する。
そして、電動モータ61の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー13の回転阻止状態が解除されると略同時或いは若干後に、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aが更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側を通常制動力で挟圧する。
そして、電動モータ61の通電解除や電磁クラッチの解除によってボールスクリュー13の回転阻止状態が解除されると略同時或いは若干後に、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aが更に下方の通常制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側を通常制動力で挟圧する。
ブレーキ解放時には、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ケース状ピストン87を押し上げながらボールナット38Aは上方へ移動する。そこで、ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aが上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してケース状ピストン87がボールナット38Aにより押し上げられ、圧縮コイルスプリング17は初期位置である蓄勢状態に戻される(図13参照)。また、ボールナット38Aが上方へ移動することによりガイド溝部94aの上部に達したローラ接触子97は、ボールスクリュー13の回転力を受けて保持溝部94b内に進入する。
これと同時に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力に抗してケース状ピストン87がボールナット38Aにより押し上げられ、圧縮コイルスプリング17は初期位置である蓄勢状態に戻される(図13参照)。また、ボールナット38Aが上方へ移動することによりガイド溝部94aの上部に達したローラ接触子97は、ボールスクリュー13の回転力を受けて保持溝部94b内に進入する。
そこで、電動モータ61による反制動方向への微小回転力や、電動モータ61とボールスクリュー13の間に設けた電磁クラッチ等の保持力によってボールスクリュー13の回転を阻止すれば、ボールナット38Aは図中下方への移動が規制されるので、ハウジング83とケース状ピストン87との間に介装された圧縮コイルスプリング17は、蓄勢状態に保持される。
従って、本第2実施形態のアクチュエータ81を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、ばね保持機構30Aが解除されることによって圧縮コイルスプリング17がケース状ピストン87を介してボールナット38Aを制動位置へ押圧付勢した後、モータギヤユニット60によりボールスクリュー13が回転駆動されるため、ボールナット38Aに一体に設けられたウェッジカム20Aは制動位置へ速やかに移動することができ、高いブレーキ応答性が得られる。そこで、電動モータ61での高応答性は必要なく、電動モータ61の小型化、省電力化が可能となる。
更に、圧縮コイルスプリング17のばね付勢力でパーキング制動力(パーキング状態)が得られるので、電動モータ61のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断されて電動モータ61による反制動方向への微小回転力や、電動モータ61とボールスクリュー13の間に設けた電磁クラッチ等の保持力が解除された場合には、ボールスクリュー13の回転阻止が解除されると同時に圧縮コイルスプリング17がウェッジカム20Aを制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。
更に、本第2実施形態のアクチュエータ81を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ボールナット38Aの回転力をローラ接触子97で受け、カム溝94内を摺動させることで、ボールナット38Aは軸方向に移動する際の摩擦抵抗が低減され、スムーズに移動できる。
ブレーキ解放時には、電動モータ61によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング17が初期位置に戻されてローラ接触子97がカム溝94の保持溝部94bに入り込むことで、ボールナット38Aに入力される圧縮コイルスプリング17の反力をローラ接触子97を介して保持溝部94bで受けることができる。そこで、圧縮コイルスプリング17の反力は、ボールスクリュー13を回転させる力と、保持溝部94bで受ける力とに分解されるため、ボールスクリュー13の回転を阻止する為の保持力(例えば、電動モータ61による反制動方向への微小回転力や、電動モータ61とボールスクリュー13の間に設けた電磁クラッチの電磁力等)を少なくできる。
次に、図15~図22を用いて、本発明の第3実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、上記第1実施形態に係るウェッジカム式ブレーキと同様の構成部材については、同符号を付して詳細な説明は省略する。
図15は、本発明の第3実施形態に係るウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示す縦断面図である。
図15は、本発明の第3実施形態に係るウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの全体構造を示す縦断面図である。
ブレーキアーム3,3の一方の揺動端には、これらブレーキアーム3,3を拡開作動するためのアクチュエータ114が結合され、他方の揺動端には、パッドホルダ5を介してパッドアッセンブリ6,6が装着されている。
図15及び図16に示すように、本第3実施形態に係るアクチュエータ114は、制動時、ウェッジカム120を押圧付勢するためのボールナット138を圧縮コイルスプリング117が制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット138に螺合するボールスクリュー13が電動モータ161により回転駆動されることによって、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム120のカム作用により、ブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ114は、上記第1実施形態に係るアクチュエータ14と同様に、モータギヤユニット160が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド7,7が進退される。
ボールスクリュー13は、基端部側(図中、上端部側)に配置されたベアリング151と、先端部側(図中、下端部側)に配置されたベアリング153とによって、ボディ1に対して回転軸方向に移動不能かつ相対回転自在に取り付けられている。
ベアリング151は、ブレーキ本体側の静止部となるキャップ131の内底面に固定されたベアリングホルダ150に装着され、ベアリング153は、ボディ1内に固定スリーブ部材122のスリーブ部122Aに装着される。
ベアリング151は、ブレーキ本体側の静止部となるキャップ131の内底面に固定されたベアリングホルダ150に装着され、ベアリング153は、ボディ1内に固定スリーブ部材122のスリーブ部122Aに装着される。
更に、ボールスクリュー13の先端部は、ジョイント157を介してモータギヤユニット160の出力軸155に連結されており、減速機構163を介して電動モータ161の回転駆動力がボールスクリュー13に伝達される。ここで、モータギヤユニット160は、電動モータ161の駆動軸162とボールスクリュー13の回転軸とが、直列に配置されている。
図16及び図17に示すように、ウェッジカム120を押圧付勢するためのボールナット138は、ボールスクリュー13と同軸に配置されたナットホルダ142に固定されている。即ち、ボールナット138は、ナットホルダ142の円環状段部142aに上方から内嵌された後、ナットホルダ142の固定用孔142bを貫通した連結ピン146が固定孔138bに嵌挿されることで、ナットホルダ142に一体に固定されている。ボールナット138の後端面には、連結ピン146の脱落を防ぐ一対の保持片141aを有する保持プレート141が装着されている。
ナットホルダ142は、略有底円筒状のキャップ131の開口端に取り付けられたロアベース132に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持されている。
ボールナット138の軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット138の先端部に押圧付勢されたウェッジカム120の傾斜面に乗り上げることになる。
ボールナット138の軸方向先端側(下側)への移動に伴い、ローラアーム10,10の上端に取り付けられたカムローラ18,18は、ボールナット138の先端部に押圧付勢されたウェッジカム120の傾斜面に乗り上げることになる。
ウェッジカム120の傾斜面へのカムローラ18,18の乗上げによって、ローラアーム10,10は拡開方向に揺動して、ローラアーム10,10の略中間部に球面ブッシュ9,9により連結・支持されたリンクロッド7,7を梃子の原理によって倍力して外方(図16中、左右方向)へ軸動させる。これによって、ブレーキアーム3,3の各基端部がブレーキアーム軸4,4を揺動中心として拡開方向に移動されて、ブレーキアーム3,3の開放端部に配設されたパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100(図15参照)に挟圧させてブレーキ動作が行われる。
なお、リンクロッド7,7の一方には、リンクロッド7に作用する軸力を検出するための軸力センサ170が配設されている。この軸力センサ170は、電動モータ161の回転を制御する制御部400に接続されている。
更に、アクチュエータ114は、ブレーキアーム3,3の基端部を拡開させる制動位置に向けてウェッジカム120を押圧付勢するための弾性部材である圧縮コイルスプリング117と、ウェッジカム120を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持するばね保持機構130と、を備える。
ばね保持機構130は、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールスクリュー13に対し相対回転不能に保持されたボールナット138に対してブレーキ本体側の静止部であるキャップ131との間に介装した圧縮コイルスプリング117のばね付勢力を伝達するピストン部材としてのスプリングシート133と、スプリングシート133の外周端に対して圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能に係合され、キャップ131に固定された電磁クラッチ135のステータ136に吸着されるアーマチュア137と、ブレーキアーム3,3の基端部を拡開させるリンクロッド7,7の一方に配設され、リンクロッド7に作用する軸力を検出するための軸力センサ170と、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御する制御部400と、を備える。
図18及び図19に示すように、圧縮コイルスプリング117は、ベアリングホルダ150のフランジ部を介してキャップ131の内底面に上端部が支持されると共に、スプリングシート133の後端面に下端部が支持されることにより、キャップ131とスプリングシート133との間に介装されている。なお、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力は、パッドアッセンブリ6,6に対してパーキング制動力(通常制動力の約半分の制動力)が得られる程度にウェッジカム120を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように設定されている。
スプリングシート133は、ボールナット138の後端ボス部138aに嵌装された状態で、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート133の外周端には、圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能にアーマチュア137が係合されている。
更に、ボールナット138の後端面に対向してボールナット138を押圧付勢するスプリングシート133の押圧部には、ゴム等の弾性材からなる緩衝部材139が取付けられている。緩衝部材139は、スプリングシート133の押圧部表面より突出しており、スプリングシート133がボールナット138に当接する際の衝撃を緩和する。
スプリングシート133は、電磁クラッチ135のステータ136に吸着されているアーマチュア137によって、図16に示す初期位置(非制動位置)に保持されている。
更に、アーマチュア137は、ロアベース132との間に介装された4本のセットスプリング145によってステータ136に向けて常時弾性付勢されている。セットスプリング145は、圧縮コイルスプリング117の付勢力よりも弱いばね力とされる。
更に、アーマチュア137は、ロアベース132との間に介装された4本のセットスプリング145によってステータ136に向けて常時弾性付勢されている。セットスプリング145は、圧縮コイルスプリング117の付勢力よりも弱いばね力とされる。
図19の(a)~(c)を参照して、キャップ131内に組付けられる圧縮コイルスプリング117の組み付け手順を説明する。
図19の(a)に示すように、キャップ131内には、電磁クラッチ135、ベアリング151が装着されたベアリングホルダ150、圧縮コイルスプリング117、スプリングシート133、アーマチュア137、セットスプリング145及びロアベース132の順に組立装着される。
図19の(a)に示すように、キャップ131内には、電磁クラッチ135、ベアリング151が装着されたベアリングホルダ150、圧縮コイルスプリング117、スプリングシート133、アーマチュア137、セットスプリング145及びロアベース132の順に組立装着される。
そして、図19の(b),(c)に示すように、キャップ131の開口端にロアベース132をボルト固定することで、キャップ131内に大荷重となる圧縮コイルスプリング117と電磁クラッチ135とが一体化されたクラッチ・アッシーとして構成されている。これら圧縮コイルスプリング117と電磁クラッチ135のサブアッシーは、図20及び図21に示すように、ボールナット138及びアジャスタスクリュー121とサブアッシー化された後述の隙間調整機構140関係が、後から組み付け可能なように構成されている。
ブレーキ作動時、スプリングシート133の下方に配置されたボールナット138は、先ず、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ135によるアーマチュア137の吸引が解放され、圧縮コイルスプリング117の付勢力がスプリングシート133を介してボールナット138に伝達されるので、ボールスクリュー13によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング117の付勢力とが作用したボールナット138は、ウェッジカム120を通常制動位置へ移動させる。
次に、所定時間後に電磁クラッチ135によるアーマチュア137の吸引が解放され、圧縮コイルスプリング117の付勢力がスプリングシート133を介してボールナット138に伝達されるので、ボールスクリュー13によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング117の付勢力とが作用したボールナット138は、ウェッジカム120を通常制動位置へ移動させる。
そして、ブレーキ解放時に電動モータ161によってボールスクリュー13がブレーキ解除方向に回転駆動される際には、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に抗してスプリングシート133を押し上げながらボールナット138は上方へ移動する。
ボールナット138とウェッジカム120との間には、パッド摩耗に対して自動的に隙間調整を行うための隙間調整機構140が配設されている。
隙間調整機構140は、図17及び図20に示すように、後端部(図17中、上端部)のフランジがボールナット138の先端面に当接し、先端部(図17中、下端部)の雄ねじがウェッジカム120の雌ねじに螺合された状態でボールスクリュー13に挿通されたアジャスタスクリュー121と、アジャスタスクリュー121の後端部に固定されたアジャスタギヤ125と、ナットホルダ142の脚部143の固定孔142cに固定された支点ピン126によりナットホルダ142に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ125に係合するアジャスタレバー124と、ロアベース132に設置されたアジャスタガイド127と、一端がナットホルダ142の脚部143の掛止ピン142dに掛止され、他端がアジャスタレバー124の揺動端に掛止されたリターンスプリング128と、を備える。
隙間調整機構140は、図17及び図20に示すように、後端部(図17中、上端部)のフランジがボールナット138の先端面に当接し、先端部(図17中、下端部)の雄ねじがウェッジカム120の雌ねじに螺合された状態でボールスクリュー13に挿通されたアジャスタスクリュー121と、アジャスタスクリュー121の後端部に固定されたアジャスタギヤ125と、ナットホルダ142の脚部143の固定孔142cに固定された支点ピン126によりナットホルダ142に回動自在に取り付けられてアジャスタギヤ125に係合するアジャスタレバー124と、ロアベース132に設置されたアジャスタガイド127と、一端がナットホルダ142の脚部143の掛止ピン142dに掛止され、他端がアジャスタレバー124の揺動端に掛止されたリターンスプリング128と、を備える。
隙間調整機構140は、アジャスタレバー124がナットホルダ142に配設され、アジャスタギヤ125と一体化されたアジャスタスクリュー121と、アジャスタスクリュー121にねじ嵌合したウェッジカム120とが、アクチュエータ・アッシーとして構成されている。
そこで、パッド等が摩耗すると、ブレーキアーム3の揺動ストロークが増大し、ひいては、ボールナット138と伴にナットホルダ142のストロークが通常の範囲を逸脱して過剰ストロークとなり、軸方向下方側に移動する。
これによって、ナットホルダ142がロアベース132から所定以上離れると、アジャスタガイド127によりアジャスタレバー124がリターンスプリング128のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー124とアジャスタギヤ125との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にナットホルダ142が初期位置に戻る際、アジャスタレバー124がリターンスプリング128のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ125を介してアジャスタスクリュー121が回転され、ウェッジカム120に対するアジャスタスクリュー121の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のナットホルダ142及びボールナット138に対するウェッジカム120の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
そこで、パッド等が摩耗すると、ブレーキアーム3の揺動ストロークが増大し、ひいては、ボールナット138と伴にナットホルダ142のストロークが通常の範囲を逸脱して過剰ストロークとなり、軸方向下方側に移動する。
これによって、ナットホルダ142がロアベース132から所定以上離れると、アジャスタガイド127によりアジャスタレバー124がリターンスプリング128のばね付勢力に抗して回動され、アジャスタレバー124とアジャスタギヤ125との係合位置が変わる。そして、ブレーキ解放時にナットホルダ142が初期位置に戻る際、アジャスタレバー124がリターンスプリング128のばね付勢力により回動されることにより、アジャスタギヤ125を介してアジャスタスクリュー121が回転され、ウェッジカム120に対するアジャスタスクリュー121の軸方向位置が上方に調整される。そこで、初期位置のナットホルダ142及びボールナット138に対するウェッジカム120の軸方向位置が調整され、ブレーキロータ100とパッドアッセンブリ6,6との隙間が大きくなりすぎないように調整される。
即ち、パッド等の摩耗により起因した過剰ストロークによって生じたブレーキアーム3,3の揺動隙間を解消すべく補償された隙間調整により、アジャスタスクリュー121がウェッジカム120から相対的に進行して突出した状態となっていることから、隙間調整後のウェッジカム120の初期位置は原位置よりも隙間調整されたアジャスタスクリュー121の突出分だけ進行した位置にあり、したがって、ウェッジカム120の傾斜面とカム係合するローラアーム10,10も拡開した状態となっている。つまり、パッド等の摩耗分だけ予め進行した隙間調整状態が現出される。
次に、図16及び図22の(a),(b)を参照しながら本第3実施形態に係るアクチュエータ114の動作を説明する。
図16は、ブレーキはもとより隙間調整機構140も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構130が作動しており、電磁クラッチ135のステータ136にアーマチュア137が吸着され、アーマチュア137の内周端に係合されたスプリングシート133は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ131とスプリングシート133との間に介装された圧縮コイルスプリング117は、蓄勢状態に保持されている。
図16は、ブレーキはもとより隙間調整機構140も非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構130が作動しており、電磁クラッチ135のステータ136にアーマチュア137が吸着され、アーマチュア137の内周端に係合されたスプリングシート133は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ131とスプリングシート133との間に介装された圧縮コイルスプリング117は、蓄勢状態に保持されている。
そして、制動時には、先ず、図22の(a)に示すように、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット138がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢する。この際、後端面がスプリングシート133の押圧部から離れたボールナット138には、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリュー13はスムーズに回転することができ、電動モータ161の初期応答性が向上する。
即ち、圧縮コイルスプリング117の付勢力による荷重がボールナット138に作用すると、ボールナット138とボールスクリュー13との螺合部における摩擦抵抗が増大して電動モータ161の負荷が上昇するが、スプリングシート133に対して圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能に係合されたアーマチュア137が電磁クラッチ135のステータ136に吸着されているので、圧縮コイルスプリング117の付勢力がボールナット138に作用することはない。
次に、所定時間後に電磁クラッチ135の通電が遮断され、ステータ136によるアーマチュア137の吸着が解放されると、アーマチュア137によるスプリングシート133の保持状態が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング117は、スプリングシート133を介してボールナット138及びナットホルダ142を図中下方へ押圧付勢する。
そこで、図22の(b)に示すように、ボールスクリュー13によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング117の付勢力とが作用したボールナット138は、ウェッジカム120を制動位置へ移動させる。ウェッジカム120が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100を両側からパーキング制動力で挟圧する。
この際、ウェッジカム120のカム作用によりブレーキアーム3,3の基端部を拡開させるリンクロッド7に配設された軸力センサ170によってリンクロッド7に作用する軸力を検出し、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御部400が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
ブレーキ解放時には、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢していたボールナット138が上方の非制動位置へ移動するので、ウェッジカム120も上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に抗してスプリングシート133がボールナット138により押し上げられ、圧縮コイルスプリング117は初期位置である蓄勢状態に戻される(図16参照)。
この際、スプリングシート133に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能なアーマチュア137は、ボールナット138によってスプリングシート133と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリング145のばね力によって電磁クラッチ135のステータ136に当接状態となる。
この際、スプリングシート133に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能なアーマチュア137は、ボールナット138によってスプリングシート133と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリング145のばね力によって電磁クラッチ135のステータ136に当接状態となる。
そこで、電磁クラッチ135に通電してステータ136にアーマチュア137を吸着すれば、アーマチュア137がスプリングシート133の外周端に係合してスプリングシート133の図中下方への移動を規制するので、キャップ131とスプリングシート133との間に介装された圧縮コイルスプリング117は、蓄勢状態に保持される。
従って、本第3実施形態のアクチュエータ114を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時には、先ず、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット138がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢する。この際、ボールナット138にはボールスクリュー13の回転軸方向に沿う荷重が作用していないので、ボールスクリュー13はスムーズに回転することができ、電動モータ161の初期応答性が向上する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ135によるアーマチュア137の吸引が解放され、圧縮コイルスプリング117の付勢力がスプリングシート133を介してボールナット138に伝達されるので、ボールスクリュー13によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング117の付勢力とが作用したボールナット138は、ウェッジカム120を制動位置へ移動させる。この際、リンクロッド7に配設された軸力センサ170によってリンクロッド7に作用する軸力を検出し、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御部400が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
また、アーマチュア137は、スプリングシート133に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能なので、ボールナット138によってスプリングシート133と伴に初期位置に移動されることはない。即ち、ウェッジカム120とボールナット138からの作用力は、圧縮コイルスプリング117に伝達されて電磁クラッチ135には作用しない構造なので、電磁クラッチ135に対して過剰な負荷がかかることはない。
更に、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力でパーキング制動力(パーキング状態)が得られるので、電動モータ161のモータ駆動は停止状態にでき、車両停車時の消費電力を抑制することができる。また、電源供給が遮断された場合には、電磁クラッチ135の通電が遮断されると同時に圧縮コイルスプリング117がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢し、制動、停車できるので、本構成のウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキは、失陥保障でき、安全性の向上が図れる。
更に、本第3実施形態のアクチュエータ114を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、制動時に電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動されることによって、ボールナット138はスプリングシート133から一旦離れる。そして、所定時間後に電磁クラッチ135によるアーマチュア137の吸引が解放されると、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に付勢されたスプリングシート133の押圧部はボールナット138に勢いよく当接するが、押圧部とボールナット138との間には緩衝部材139が配設されている。そこで、スプリングシート133がボールナット138に当接する際の衝撃が緩和され、異音の発生が抑制されると共に耐久性が損ねられることもない。
更に、本第3実施形態のアクチュエータ114を備えたウェッジカム式ブレーキによれば、ブレーキ解放時には、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に抗してスプリングシート133がボールナット138によって初期位置に移動される際、スプリングシート133に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能なアーマチュア137は、ボールナット138によってスプリングシート133と伴に初期位置に移動されることはないが、セットスプリング145のばね力によってステータ136に当接させられる。そこで、電磁クラッチ135に通電してステータ136にアーマチュア137を吸着すれば、即最大吸引力が得られることで省電力となる。
次に、図23~図28を用いて、本発明の第4実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、第4実施形態に係るウェッジカム式ブレーキは、上記第3実施形態に係るウェッジカム式ブレーキのばね保持機構130に代えてばね保持機構230を用いた以外は略同様の構成である。
図23は、本発明の第4実施形態に係るウェッジカム式ブレーキを備えた鉄道車両用ディスクブレーキの縦断面図である。
図23に示すように、本第4実施形態に係るアクチュエータ214は、制動時、圧縮コイルスプリング117がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット238に螺合するボールスクリュー13が電動モータ161により回転駆動される。これによってボールスクリュー13の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム120のカム作用により、ブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ214は、上記第3実施形態に係るアクチュエータ114と同様に、モータギヤユニット160が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド7,7が進退される。
図23に示すように、本第4実施形態に係るアクチュエータ214は、制動時、圧縮コイルスプリング117がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢すると共に、ボールナット238に螺合するボールスクリュー13が電動モータ161により回転駆動される。これによってボールスクリュー13の回転軸方向に沿って制動位置へ移動したウェッジカム120のカム作用により、ブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6をブレーキロータ100の両側から挟圧してブレーキ動作を行う。即ち、アクチュエータ214は、上記第3実施形態に係るアクチュエータ114と同様に、モータギヤユニット160が駆動されると、リンク式倍力装置を介してリンクロッド7,7が進退される。
図23及び図24に示すように、ウェッジカム120を押圧付勢するためのボールナット238は、ボールスクリュー13と同軸に配置されたナットホルダ242とスプリングシート233とで構成されたケース状ピストン240内に、ボールスクリュー13の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容されている。
即ち、ボールナット238は、ナットホルダ242の円環状支持部242aに上方から載置された後、ナットホルダ242のガイドスリット242bを貫通した連結ピン246が固定孔238bに嵌挿される。そして、円環状支持部242aにボールナット238が載置されたナットホルダ242の上方からは、ボールナット238の後端ボス部238aに嵌装されるようにしてスプリングシート233が被せられる。
そこで、これらナットホルダ242とスプリングシート233とが一体に組み合わされたケース状ピストン240内では、ボールナット238がケース状ピストン240に対して回転軸方向に僅かに相対移動可能、かつ、相対回転不能となる。
ケース状ピストン240のナットホルダ242は、略有底円筒状のキャップ131の開口端に取り付けられたロアベース132に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持される。
なお、隙間調整機構140は、ナットホルダ242の円環状支持部242aとウェッジカム120との間に配設されている。隙間調整機構140は、支点ピン126がナットホルダ242の脚部243の固定孔242cに固定され、リターンスプリング128の一端がナットホルダ242の脚部243の掛止ピン242dに掛止されている。
ケース状ピストン240のナットホルダ242は、略有底円筒状のキャップ131の開口端に取り付けられたロアベース132に対して軸方向に移動可能かつ相対回転不能に支持される。
なお、隙間調整機構140は、ナットホルダ242の円環状支持部242aとウェッジカム120との間に配設されている。隙間調整機構140は、支点ピン126がナットホルダ242の脚部243の固定孔242cに固定され、リターンスプリング128の一端がナットホルダ242の脚部243の掛止ピン242dに掛止されている。
更に、アクチュエータ214は、ブレーキアーム3,3の基端部を拡開させる制動位置に向けてウェッジカム120を押圧付勢するための弾性部材である圧縮コイルスプリング117と、ウェッジカム120を非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持するばね保持機構230と、を備える。
ばね保持機構230は、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールナット238をボールスクリュー13の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、ウェッジカム120に対してキャップ131との間に介装した圧縮コイルスプリング117のばね付勢力を伝達するケース状ピストン240と、ケース状ピストン240に対して圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能に係合され、キャップ131に固定された電磁クラッチ235のステータ236に吸着されるアーマチュア237と、ブレーキアーム3,3の基端部を拡開させるリンクロッド7,7の一方に配設され、リンクロッド7に作用する軸力を検出するための軸力センサ170と、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御する制御部400と、を備える。
ケース状ピストン240のスプリングシート233は、ボールナット238の後端ボス部238aに嵌装された状態で、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート233の外周端には、圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能にアーマチュア237が係合されている。
更に、アーマチュア237は、アーマチュア解放方向への移動しようとするケース状ピストン240を係止する係止力の一部をブレーキ本体側の係合部250に支持させる保持力軽減機構200を介してケース状ピストン240に取り付けられている。即ち、保持力軽減機構200により、圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部250に支持される。
図26に示すように、保持力軽減機構200は、ケース状ピストン240の外周部が上方から嵌挿される環状ホルダ201と、アーマチュア解放方向へアーマチュア237に突設された支持ボルト220に螺合したナット222によって環状ホルダ201に対して軸方向変位可能に共締めされるガイドリング203と、環状ホルダ201の半径方向に穿設されたボール支持穴201aに移動自在に保持されたボール210と、環状ホルダ201とガイドリング203との間に介装された圧縮コイルスプリング211と、ボール210の直径よりも小径の貫通穴205aが穿設され、ボール210を係合部250に係止可能としながらボール210が環状ホルダ201のボール支持穴201aから半径方向外方へ脱落するのを防止する保持プレート205と、を有する。
ガイドリング203の外周部に形成されたカム面203aは、ガイドリング203がアーマチュア吸引方向へ移動することにより、ボール210を環状ホルダ201の半径方向外方へ移動させる。
環状ホルダ201は、半径方向外方へ移動したボール210がブレーキ本体側の係合部250に係止されることで、アーマチュア解放方向への移動が規制される。
環状ホルダ201は、半径方向外方へ移動したボール210がブレーキ本体側の係合部250に係止されることで、アーマチュア解放方向への移動が規制される。
環状ホルダ201の内周端は、ケース状ピストン240(スプリングシート233)に対して圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能に係合されている。また、環状ホルダ201は、ケース状ピストン240に外装されたスナップリング215との間に介装された圧縮コイルばね213によって、ステータ236側に弾性付勢されている。
図27の(a)~(c)を参照して、保持力軽減機構200の動作を説明する。
図27の(a)に示すように、ばね保持機構230が作動しており、電磁クラッチ235のステータ236にアーマチュア237が吸着された状態では、ガイドリング203が圧縮コイルスプリング211のばね付勢力に抗してアーマチュア吸引方向へ移動しており、カム面203aがボール210を環状ホルダ201の半径方向外方へ移動させる。そこで、ボール210がブレーキ本体側の係合部250に係止されることで、ガイドリング203はアーマチュア解放方向への移動が規制される。
その結果、圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持しているケース状ピストン240は、電磁クラッチ235の吸引力と係合部250の係止力とによって支持される。
図27の(a)に示すように、ばね保持機構230が作動しており、電磁クラッチ235のステータ236にアーマチュア237が吸着された状態では、ガイドリング203が圧縮コイルスプリング211のばね付勢力に抗してアーマチュア吸引方向へ移動しており、カム面203aがボール210を環状ホルダ201の半径方向外方へ移動させる。そこで、ボール210がブレーキ本体側の係合部250に係止されることで、ガイドリング203はアーマチュア解放方向への移動が規制される。
その結果、圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持しているケース状ピストン240は、電磁クラッチ235の吸引力と係合部250の係止力とによって支持される。
図27の(b)に示すように、電磁クラッチ235の通電が遮断され、ステータ236によるアーマチュア237の吸着が解放されると、圧縮コイルスプリング211のばね付勢力によって、アーマチュア237が環状ホルダ201の上面に当接されると同時にガイドリング203が環状ホルダ201から離れる方向へ移動する。すると、ガイドリング203のカム面203aが後退し、ブレーキ本体側の係合部250に係止されていたボール210が環状ホルダ201の半径方向内方へ移動する。
その結果、図27の(c)に示すように、係合部250の係止力が解除されたケース状ピストン240は、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力によって下方へ移動し、ウェッジカム120を制動位置へ移動させる。
このように、アーマチュア237が保持力軽減機構200を介してケース状ピストン240に取り付けられることで、圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部250に支持されるので、電磁クラッチ235の吸引力を軽減することができる。
このように、アーマチュア237が保持力軽減機構200を介してケース状ピストン240に取り付けられることで、圧縮コイルスプリング117を蓄勢状態に保持するための保持力の一部がブレーキ本体側の係合部250に支持されるので、電磁クラッチ235の吸引力を軽減することができる。
次に、図23及び図28の(a),(b)を参照しながら本第4実施形態に係るアクチュエータ214の動作を説明する。
図23は、ブレーキ非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構230が作動しており、電磁クラッチ235のステータ236にアーマチュア237が吸着され、保持力軽減機構200を介してアーマチュア237の内周端に係合されたケース状ピストン240(スプリングシート233)は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ131とスプリングシート233との間に介装された圧縮コイルスプリング117は、蓄勢状態に保持されている。
図23は、ブレーキ非作動の初期状態を示す。この状態ではばね保持機構230が作動しており、電磁クラッチ235のステータ236にアーマチュア237が吸着され、保持力軽減機構200を介してアーマチュア237の内周端に係合されたケース状ピストン240(スプリングシート233)は、図中下方への移動が規制されて保持状態とされている。そこで、キャップ131とスプリングシート233との間に介装された圧縮コイルスプリング117は、蓄勢状態に保持されている。
そして制動時、図28の(a)に示すように、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ作動方向に回転駆動され、ボールナット238がウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ235の通電が遮断され、ステータ236によるアーマチュア237の吸着が解放されると、上述したように保持力軽減機構200が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング117は、ケース状ピストン240を介してウェッジカム120を図中下方へ押圧付勢する。
次に、所定時間後に電磁クラッチ235の通電が遮断され、ステータ236によるアーマチュア237の吸着が解放されると、上述したように保持力軽減機構200が解除される。そこで、圧縮コイルスプリング117は、ケース状ピストン240を介してウェッジカム120を図中下方へ押圧付勢する。
上述したように、ナットホルダ242とスプリングシート233とが一体に組み合わされて画成されたケース状ピストン240内の空間では、ボールナット238がケース状ピストン240に対して回転軸方向に僅かに相対移動可能とされている。
そこで、ケース状ピストン240を介して伝達される圧縮コイルスプリング117のばね付勢力と、ボールナット238を介して伝達されるボールスクリュー13によるねじ送り力とが、それぞれ独立してウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢することができる。
そこで、ケース状ピストン240を介して伝達される圧縮コイルスプリング117のばね付勢力と、ボールナット238を介して伝達されるボールスクリュー13によるねじ送り力とが、それぞれ独立してウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢することができる。
即ち、ボールナット238には、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力が作用せず、ボールナット238とボールスクリュー13との螺合部における摩擦抵抗が増大することはない。従って、ボールスクリュー13はスムーズに回転することができ、電動モータ161の初期応答性が向上すると共に作動力を軽減することができ、省電力化できる。
そして、図28の(b)に示すように、ボールスクリュー13によるねじ送り力と圧縮コイルスプリング117の付勢力とが作用したウェッジカム120が、制動位置へ移動する。ウェッジカム120が下方のパーキング制動位置へ移動することによって、カム作用によりブレーキアーム3,3の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100を両側からパーキング制動力で挟圧する。
この際、ウェッジカム120のカム作用によりブレーキアーム3,3の基端部を拡開させるリンクロッド7に配設された軸力センサ170によってリンクロッド7に作用する軸力を検出し、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御部400が制御することで、制動力を適正に制御することができる。
ブレーキ解放時には、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、ウェッジカム120を制動位置へ押圧付勢していたボールナット238が上方の非制動位置へ移動するので、ウェッジカム120も上方の非制動位置へ移動し、カム作用により一対のパッドアッセンブリ6,6がブレーキロータ100の両側から離れる。
これと同時に、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に抗してケース状ピストン240(スプリングシート233)がボールナット238により押し上げられ、圧縮コイルスプリング117は初期位置である蓄勢状態に戻される(図23参照)。
この際、アーマチュア237は、ステータ236に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン240との間に介装した圧縮コイルばね213に弾性支持されており、ケース状ピストン240に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能である。即ち、ウェッジカム120とボールナット238からの作用力は、圧縮コイルスプリング117に伝達されて電磁クラッチ235には作用しない構造なので、電磁クラッチ235に対して過剰な負荷がかかることはない。
この際、アーマチュア237は、ステータ236に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン240との間に介装した圧縮コイルばね213に弾性支持されており、ケース状ピストン240に対して圧縮コイルスプリング117側と反対側には相対移動可能である。即ち、ウェッジカム120とボールナット238からの作用力は、圧縮コイルスプリング117に伝達されて電磁クラッチ235には作用しない構造なので、電磁クラッチ235に対して過剰な負荷がかかることはない。
次に、図29を用いて、本発明の第5実施形態に係るウェッジカム式ブレーキの構造について説明する。なお、第5実施形態に係るウェッジカム式ブレーキは、上記第4実施形態に係るウェッジカム式ブレーキのアーマチュア237が保持力軽減機構200を介してケース状ピストン240に取り付けられていたのに対して、アーマチュア337が、ステータ336に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン240との間に介装した圧縮コイルばね310により弾性支持されている以外は略同様の構成である。
図29に示すように、本第5実施形態に係るばね保持機構330は、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされ、ボールナット238をボールスクリュー13の回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、ウェッジカム120に対してキャップ131との間に介装した圧縮コイルスプリング117のばね付勢力を伝達するケース状ピストン240と、ケース状ピストン240に対して圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能に係合され、キャップ131に固定された電磁クラッチ335のステータ336に吸着されるアーマチュア337と、ブレーキアーム3,3の基端部を拡開させるリンクロッド7,7の一方に配設され、リンクロッド7に作用する軸力を検出するための軸力センサ170と、軸力センサ170の検出信号に基づいて電動モータ161の回転を制御する制御部400と、を備える。
ケース状ピストン240のスプリングシート233は、ボールナット238の後端ボス部238aに嵌装された状態で、ボールスクリュー13の回転軸方向に沿って移動自在とされる。スプリングシート233の外周端には、圧縮コイルスプリング117側には相対移動不能にアーマチュア337が係合されている。
更に、アーマチュア337は、ステータ336に対して弾性付勢された状態で吸着されるようにケース状ピストン240に弾性支持されている。即ち、アーマチュア337は、ケース状ピストン240に外装されたスナップリング312との間に介装された圧縮コイルばね310によって、ステータ336側に弾性付勢されている。
そこで、ブレーキ解放時には、電動モータ161によりボールスクリュー13がブレーキ解放方向に回転駆動されることにより、圧縮コイルスプリング117のばね付勢力に抗してケース状ピストン240がボールナット238によって初期位置に移動される前に、アーマチュア337がステータ336に対して弾性付勢された状態で当接する。そこで、電磁クラッチ335は、ステータ336とアーマチュア337とが略隙間のない状態で作動できるため、容易に十分な吸引力を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、ウェッジカムの形状及びボールナットへの取付け形態、ウェッジカムとブレーキアーム基端部との関連構成、さらには、過剰ストロークが生じる際にボールナットに対するウェッジカムの軸方向位置を調整する隙間調整機構等は、様々な変形例が考えられる。
また、上記実施形態では、鉄道車両用ブレーキを用いて説明したが、大型トラック等の自動車等にも本発明を適用できることは明らかである。
また、上記実施形態では、鉄道車両用ブレーキを用いて説明したが、大型トラック等の自動車等にも本発明を適用できることは明らかである。
ここで、上述した本発明に係るウェッジカム式ブレーキの実施の形態の特徴をそれぞれ以下に簡潔に纏めて列記する。
[1] ウェッジカム(20,20A,120)を押圧付勢するためのボールナット(38,38A,138,238)に螺合するボールスクリュー(13)が、電動モータ(61,161)により回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアーム(3)の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ(6)をブレーキロータ(100)の両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材(圧縮コイルスプリング17,117)と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構(30,30A,130,230)と、を備えるウェッジカム式ブレーキ。
[2] 前記ばね保持機構(30)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナット(38)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ31)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力を伝達するピストン部材(33)と、
前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(35)のステータ(36)に吸着されるアーマチュア(37)と、
前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッド(41)の先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部(34)に対して揺動端(43a)が係合される保持レバー(43)と、を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[3] 前記ばね保持機構(30A)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナット(38A)に対してブレーキ本体側の静止部(ハウジング83)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力を伝達するケース状ピストン(87)と、
前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部(94a)と、
前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部(94b)とを有するカム溝(94)と、
前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子(97)を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節(ローラ固定ボルト95)と、を備え、
前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカム(20A)を非制動位置に保持する上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[4] 前記保持溝部(94b)が、前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力によって前記ローラ接触子(97)を前記ガイド溝部(94a)に向けて転動させる傾斜面(96)を有する上記[3]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[5] 前記ばね保持機構(130)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナット(138)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ131)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力を伝達するピストン部材(スプリングシート133)と、
前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(135)のステータ(136)に吸着されるアーマチュア(137)と、
前記ブレーキアーム(3)の基端部を拡開させるリンクロッド(7)に配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサ(170)と、
前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータ(161)の回転を制御する制御部(400)と、
を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[6] 前記ボールナット(138)を押圧付勢する前記ピストン部材(スプリングシート133)の押圧部と前記ボールナットとの間には、緩衝部材(139)が配設される上記[5]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[7] 前記アーマチュア(137)が、前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリング(145)によって前記ステータ(136)に向けて常時弾性付勢される上記[5]又は[6]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[8] 前記ばね保持機構(230)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナット(238)を前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカム(120)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ131)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力を伝達するケース状ピストン(240)と、
前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(235)のステータ(236)に吸着されるアーマチュア(237)と、を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[9] 前記アーマチュア(237)が、前記ステータ(236)に対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストン(240)に弾性支持されている上記[8]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[10] 前記アーマチュア(237)が、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストン(240)を係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部(250)に支持させる保持力軽減機構(200)を介して前記ケース状ピストンに取り付けられている上記[8]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[1] ウェッジカム(20,20A,120)を押圧付勢するためのボールナット(38,38A,138,238)に螺合するボールスクリュー(13)が、電動モータ(61,161)により回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアーム(3)の基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリ(6)をブレーキロータ(100)の両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材(圧縮コイルスプリング17,117)と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構(30,30A,130,230)と、を備えるウェッジカム式ブレーキ。
[2] 前記ばね保持機構(30)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナット(38)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ31)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力を伝達するピストン部材(33)と、
前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(35)のステータ(36)に吸着されるアーマチュア(37)と、
前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッド(41)の先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部(34)に対して揺動端(43a)が係合される保持レバー(43)と、を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[3] 前記ばね保持機構(30A)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナット(38A)に対してブレーキ本体側の静止部(ハウジング83)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力を伝達するケース状ピストン(87)と、
前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部(94a)と、
前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部(94b)とを有するカム溝(94)と、
前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子(97)を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節(ローラ固定ボルト95)と、を備え、
前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカム(20A)を非制動位置に保持する上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[4] 前記保持溝部(94b)が、前記弾性部材(圧縮コイルスプリング17)の付勢力によって前記ローラ接触子(97)を前記ガイド溝部(94a)に向けて転動させる傾斜面(96)を有する上記[3]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[5] 前記ばね保持機構(130)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナット(138)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ131)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力を伝達するピストン部材(スプリングシート133)と、
前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(135)のステータ(136)に吸着されるアーマチュア(137)と、
前記ブレーキアーム(3)の基端部を拡開させるリンクロッド(7)に配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサ(170)と、
前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータ(161)の回転を制御する制御部(400)と、
を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[6] 前記ボールナット(138)を押圧付勢する前記ピストン部材(スプリングシート133)の押圧部と前記ボールナットとの間には、緩衝部材(139)が配設される上記[5]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[7] 前記アーマチュア(137)が、前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリング(145)によって前記ステータ(136)に向けて常時弾性付勢される上記[5]又は[6]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[8] 前記ばね保持機構(230)が、
前記ボールスクリュー(13)の回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナット(238)を前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカム(120)に対してブレーキ本体側の静止部(キャップ131)との間に介装した前記弾性部材(圧縮コイルスプリング117)の付勢力を伝達するケース状ピストン(240)と、
前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチ(235)のステータ(236)に吸着されるアーマチュア(237)と、を備える上記[1]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[9] 前記アーマチュア(237)が、前記ステータ(236)に対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストン(240)に弾性支持されている上記[8]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
[10] 前記アーマチュア(237)が、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストン(240)を係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部(250)に支持させる保持力軽減機構(200)を介して前記ケース状ピストンに取り付けられている上記[8]に記載のウェッジカム式ブレーキ。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
また、本出願は、2015年8月6日出願の日本特許出願(特願2015-155798)及び2016年3月15日出願の日本特許出願(特願2016-051276)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
また、本出願は、2015年8月6日出願の日本特許出願(特願2015-155798)及び2016年3月15日出願の日本特許出願(特願2016-051276)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明のウェッジカム式ブレーキは、電動モータの消費電力を低減し、失陥保障できるので、鉄道車両用のディスクブレーキに適用することができる。
1 ボディ
2 サポート
3 ブレーキアーム
4 ブレーキアーム軸
5 パッドホルダ
6 パッドアッセンブリ
7 リンクロッド
10 ローラアーム
13 ボールスクリュー
14 アクチュエータ
17 圧縮コイルスプリング(弾性部材)
18 カムローラ
20 ウェッジカム
30 ばね保持機構
33 ピストン部材
38 ボールナット
61 電動モータ
100 ブレーキロータ
2 サポート
3 ブレーキアーム
4 ブレーキアーム軸
5 パッドホルダ
6 パッドアッセンブリ
7 リンクロッド
10 ローラアーム
13 ボールスクリュー
14 アクチュエータ
17 圧縮コイルスプリング(弾性部材)
18 カムローラ
20 ウェッジカム
30 ばね保持機構
33 ピストン部材
38 ボールナット
61 電動モータ
100 ブレーキロータ
Claims (10)
- ウェッジカムを押圧付勢するためのボールナットに螺合するボールスクリューが、電動モータにより回転駆動されることによって、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って制動位置へ移動した前記ウェッジカムのカム作用によりブレーキアームの基端部が拡開揺動されてそれらの開放端部に設けられた一対のパッドアッセンブリをブレーキロータの両側から挟圧してブレーキ動作を行うウェッジカム式ブレーキであって、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるために制動位置に向けて前記ウェッジカムを押圧付勢するための弾性部材と、
前記ウェッジカムを非制動位置から制動位置へ押圧付勢できるように前記弾性部材を蓄勢状態に保持するばね保持機構と、を備えるウェッジカム式ブレーキ。 - 前記ばね保持機構が、
前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、相対回転不能に保持した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、
前記ピストン部材の後端側に配設され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、
前記アーマチュアに基端部が固定されたガイドロッドの先端部に揺動自在に取り付けられ、前記ピストン部材の先端側に当接して移動を規制するため前記ブレーキ本体側の係合部に対して揺動端が係合される保持レバーと、を備える請求項1に記載のウェッジカム式ブレーキ。 - 前記ばね保持機構が、
前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、収容した前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、
前記ブレーキ本体側の静止部に設けられ、前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って延びるガイド溝部と、
前記ガイド溝部の一端部から前記ボールスクリューの回転方向に延びる保持溝部とを有するカム溝と、
前記ボールナットと一体に設けられ、前記カム溝に沿って従動するローラ接触子を先端部に有して前記ボールナットの半径方向外方へ突設された従節と、を備え、
前記ローラ接触子が前記保持溝部に案内された前記ボールナットは、前記弾性部材の付勢力に抗して前記ウェッジカムを非制動位置に保持する請求項1に記載のウェッジカム式ブレーキ。 - 前記保持溝部が、前記弾性部材の付勢力によって前記ローラ接触子を前記ガイド溝部に向けて転動させる傾斜面を有する請求項3に記載のウェッジカム式ブレーキ。
- 前記ばね保持機構が、 前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールスクリューに対し相対回転不能に保持された前記ボールナットに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するピストン部材と、
前記ピストン部材に対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、
前記ブレーキアームの基端部を拡開させるリンクロッドに配設され、前記リンクロッドに作用する軸力を検出するための軸力センサと、
前記軸力センサの検出信号に基づいて前記電動モータの回転を制御する制御部と、
を備える請求項1に記載のウェッジカム式ブレーキ。 - 前記ボールナットを押圧付勢する前記ピストン部材の押圧部と前記ボールナットとの間には、緩衝部材が配設される請求項5に記載のウェッジカム式ブレーキ。
- 前記アーマチュアが、前記弾性部材の付勢力よりも弱いばね力のセットスプリングによって前記ステータに向けて常時弾性付勢される請求項5又は6に記載のウェッジカム式ブレーキ。
- 前記ばね保持機構が、 前記ボールスクリューの回転軸方向に沿って移動自在とされ、前記ボールナットを前記ボールスクリューの回転軸方向に所定の範囲で相対移動可能、かつ、相対回転不能に収容すると共に、前記ウェッジカムに対してブレーキ本体側の静止部との間に介装した前記弾性部材の付勢力を伝達するケース状ピストンと、
前記ケース状ピストンに対して前記弾性部材側には相対移動不能に係合され、前記ブレーキ本体側の静止部に固定された電磁クラッチのステータに吸着されるアーマチュアと、を備える請求項1に記載のウェッジカム式ブレーキ。 - 前記アーマチュアが、前記ステータに対して弾性付勢された状態で吸着されるように前記ケース状ピストンに弾性支持されている請求項8に記載のウェッジカム式ブレーキ。
- 前記アーマチュアが、アーマチュア解放方向への移動しようとする前記ケース状ピストンを係止する係止力の一部を前記ブレーキ本体側の係合部に支持させる保持力軽減機構を介して前記ケース状ピストンに取り付けられている請求項8に記載のウェッジカム式ブレーキ。
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