(57)【要約】【課題】空気圧キャリパブレーキ装置におけるダイヤフラムの押圧効率を向上させる。【解決手段】車輪５と共に回転するディスク６と、ディスク６に当接して摩擦力を付与する制輪子７と、空気圧の変化によって変形し、制輪子７にディスク６への押圧力を印加するダイヤフラム７５と、制輪子７に対して並列に設けられ、ダイヤフラム７５の押圧力を制輪子７に伝達する複数のピストンユニット５０と、を備え、ピストンユニット５０は、制輪子７に対して垂直に、かつ並列に並んだ複数のピストン５５と、ピストン５５とダイヤフラム７５との間に設けられ、複数のピストン５５を互いに連結すると共にダイヤフラム７５からの押圧力を受ける受圧プレート５１と、を備えることでダイヤフラム７５の押圧面積を大きくすることができ、押圧効率が向上する。【選択図】図２
2010007686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と共に回転するディスクと、
前記ディスクに当接して摩擦力を付与する制輪子と、
空気圧の変化によって変形し、前記制輪子に前記ディスクへの押圧力を印加するダイヤフラムと、
前記制輪子に対して並列に設けられ、前記ダイヤフラムの押圧力を前記制輪子に伝達する複数のピストンユニットと、
を備え、
前記ピストンユニットは、
前記制輪子に対して垂直に、かつ並列に並んだ複数のピストンと、
前記ピストンと前記ダイヤフラムとの間に設けられ、複数の前記ピストンを互いに連結すると共にダイヤフラムからの押圧力を受ける受圧プレートと、
を備えることを特徴とするキャリパブレーキ装置。
【請求項２】
前記ピストンユニットは三個のピストンを備え、
前記受圧プレートは、各々のピストンの頂点を結ぶ三角形状に形成することを特徴とする請求項１に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項３】
前記ピストンユニットのピストンの一つは、前記ディスクと前記制輪子が接する面のディスク径方向の中央に配置されることを特徴とする請求項２に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項４】
前記受圧プレートの前記ダイヤフラムと接する側の面の形状は、前記ピストンの頂点を結ぶ三角形の重心位置を通過し、かつ前記制輪子に対して垂直な直線上に中心点を持つ球形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載のキャリパブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与して制動するキャリパブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄道車両等には油圧ブレーキ装置が用いられており、空気圧源から供給される空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、この空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧によって油圧ブレーキを作動させている。
【０００３】
近年、空油変換器や油圧配管を廃止するために、油圧ブレーキに換えて空気圧源から供給される空気圧により作動する空気圧ブレーキを鉄道車両に搭載することが望まれている。
【０００４】
特許文献１には、ダイヤフラムを用いたアクチュエータに供給される空気圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用空気圧ブレーキ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９３８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のダイヤフラムを用いた鉄道車両用空気圧ブレーキ装置では、ダイヤフラムの受圧面積の全体で制輪子を押圧できずにダイヤフラムの押圧力の一部のみしか利用できないため、ダイヤフラムの受圧面積に対する押圧効率を向上させることができず、押圧力を大きくできなかった。
【０００６】
そこで本発明は、ダイヤフラムの受圧面積に対する押圧効率を向上させ、押圧力を増大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車輪と共に回転するディスクと、前記ディスクに当接して摩擦力を付与する制輪子と、空気圧の変化によって変形し、前記制輪子に前記ディスクへの押圧力を印加するダイヤフラムと、前記制輪子に対して並列に設けられ、前記ダイヤフラムの押圧力を前記制輪子に伝達する複数のピストンユニットと、を備え、前記ピストンユニットは、前記制輪子に対して垂直に、かつ並列に並んだ複数のピストンと、前記ピストンと前記ダイヤフラムとの間に設けられ、複数の前記ピストンを互いに連結すると共にダイヤフラムからの押圧力を受ける受圧プレートと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ダイヤフラムは複数のピストンを備えるピストンユニットを受圧プレートを介してディスク方向に押圧し、制輪子をディスクに当接させ摩擦力を発生させる。よって、ダイヤフラムがピストン単体を押圧する場合と比してダイヤフラムの押圧有効面積が増加するため押圧効率が向上し、押圧力を増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置１００について説明する。図１は本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置１００の平面図、図２は図１における正面図である。
【００１０】
キャリパブレーキ装置１００は、車輪５に設けられたディスク６をその両面から一対の制輪子７で挟持し、車輪５と共に回転するディスク６とキャリパ本体１０に固定された制輪子７とが当接することで生じる摩擦力によって車輪５の回転を制動するものである。
【００１１】
キャリパブレーキ装置１００は、キャリパ本体１０を支持枠２０によって図示しない台車（車体）上に支持されて構成される。
【００１２】
キャリパ本体１０は、車輪５に設けられたディスク６に跨るようにして延びる第一キャリパアーム１２及び第二キャリパアーム１４と、この第一，第二キャリパアーム１２，１４を結ぶヨーク部１３と、キャリパ本体１０を台車上に支持するためのブラケット部１５，１６とを備える。キャリパ本体１０のブラケット部１５，１６には、キャリパ本体１０を支持枠２０に摺動可能に保持するための上スライドピン３０及び下スライドピン３２の両端部が支持される。
【００１３】
キャリパ本体１０は、上下スライドピン３０，３２によって支持枠２０に対して摺動可能にフローティング支持される。これによって、キャリパ本体１０は図示しない台車に対する車輪５の相対移動に追従し、制輪子７は車輪５のディスク６に対して平行に対峙する。
【００１４】
キャリパ本体１０は、後で詳しく説明するダイヤフラムアクチュエータ６０を第一キャリパアーム１２側のみに備える。本実施形態のようにフローティング形式にする他、第一，第二キャリパアーム１２，１４の両側にダイヤフラムアクチュエータ６０を設け、対向ピストン形式にすることも可能である。
【００１５】
上スライドピン３０及び下スライドピン３２は、支持枠２０を貫通して設けられ、キャリパ本体１０のブラケット部１５，１６に接続される。キャリパ本体１０は上下スライドピン３０，３２によって、上下スライドピン３０，３２の軸方向に摺動自在に支持枠２０に支持される。上下スライドピン３０，３２の露出部はゴム製のブーツ３４によってダスト等から保護される。
【００１６】
制輪子７はライニング９を備え、車輪５と共に回転するディスク６に当接することで摩擦力を生じ、車輪５を制動する。また、制輪子７の上下端はアジャスタ４１のアンカピン４３に固定されている。制輪子７はアジャスタ４１の戻しばね４４によってディスク６から離す方向へ付勢されている。
【００１７】
ライニング９は、制輪子７のディスク６と当接する面に設けられる。ライニング９はピストンユニット５０を介してダイヤフラムアクチュエータ６０からの押圧力を受け、制輪子７を介してディスク６に平行に押圧されて当接することで摩擦力を発生させる。図２に二点鎖線で示した円弧は、制輪子７のライニング９と車輪５のディスク６とが当接する面のディスク６の径方向の中心である。
【００１８】
ディスク６は車輪５上に設けられ、車輪５と共に回転する。回転するディスク６に制輪子７のライニング９が当接することで発生する摩擦力によって車輪５は制動させられる。本実施形態ではディスク６は車輪５の表面に一体となって構成されている。しかし、車輪５とは別個にディスク６を設けた場合にも同様の効果を奏するため、この構成に限られるものではない。
【００１９】
以下では、図３から図５を参照してキャリパ本体１０の内部構造について説明する。図３は図２におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図、図５は本発明の実施の形態に係るピストンユニット５０の模式図である。
【００２０】
制輪子７のディスク６に対する初期位置を調節するアジャスタ４１は、アンカボルト４２を介してキャリパ本体１０の上下端部にそれぞれ締結される。このアジャスタ４１から突出するアンカピン４３を介して制輪子７の両端部が支持される。制輪子７は、アジャスタ４１によってディスク６と一定の間隔をもって対峙する。
【００２１】
アジャスタ４１は、ダイヤフラムアクチュエータ６０の上下にそれぞれ配置される。アジャスタ４１は、アンカピン４３を介して制輪子７をディスク６から離す方向に付勢する戻しばね４４と、制動解除時に制輪子７とディスク６との隙間を一定に調整する隙間調整機構４５とを備える。よって、アンカピン４３は制動時にダイヤフラム７５が変形して制輪子７をディスク６に押圧する動きに追従して変位する一方、制動が解除されると戻しばね４４によって制輪子７を戻すが、このとき隙間調整機構４５によって戻し量を一定に制御し、制輪子７とディスク６の間隔を常に一定に保つことが可能となる。
【００２２】
ダイヤフラムアクチュエータ６０は、内部にダイヤフラム７５を備え、空気圧を調整することでダイヤフラム７５を変形させ、ダイヤフラム７５の変形によってディスク６に制輪子７を押圧する。
【００２３】
ダイヤフラムアクチュエータ６０は、ダイヤフラム７５とキャリパカバー１１とによって区切られるダイヤフラム室６３を備える。ダイヤフラム室６３には通孔６９が設けられ、制動時にダイヤフラム７５を変形させるための空気圧が通孔６９から供給される。
【００２４】
ダイヤフラム７５は、周縁部７６とベローズ部７７と押圧部７９とから構成される。ダイヤフラム７５の押圧部７９は、折りたたまれていたベローズ部７７がダイヤフラム室６３に供給される空気圧によって伸長することで変位する。ダイヤフラム７５の押圧部７９はピストンユニット５０と当接し、押圧部７９の変位によってピストンユニット５０は押圧される。
【００２５】
ダイヤフラム７５は樹脂製弾性材であり、例えばカーボン繊維，ケプラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズ形成してもよい。また、ゴム製チューブや金属薄板からなるベローズでもよい。
【００２６】
キャリパカバー１１は複数のボルト６７によってキャリパ本体１０に固定される。キャリパカバー１１はダイヤフラム７５の周囲をキャリパ本体１０との間に挟持して固定する。樹脂製弾性材のダイヤフラム７５がパッキンの役割を果たすため、ダイヤフラム室６３の気密性を担保できる。
【００２７】
ピストンユニット５０は、制輪子７に垂直かつ互いに平行に並んだ三個のピストン５５を一つのグループとして、片端を受圧プレート５１に固定して構成されるピストン５５の集合体である。ピストンユニット５０の自由端側は、ピストンガイドフレーム６５に設けられる対応するガイド穴６５ａに、ピストン５５が軸方向に摺動可能に保持される。
【００２８】
ピストンユニット５０は、受圧プレート５１とピストン５５とを接着等によって固定して構成する他、受圧プレート５１とピストン５５とを一体として成形してもよい。
【００２９】
ピストンユニット５０が三個のピストン５５を有する場合には、ディスク６の熱変形に追従するためにそれぞれのピストン５５の中心軸が三角形を構成するように配置する必要がある。ディスク６の熱変形は、ディスク６の締結方式の違いによって凹になるか凸になるかその変形の態様は異なるが、どちらの場合においても、ディスク６と制輪子７とが接する面の径方向の中央、即ち図２に二点鎖線で示す曲線部分を中心に変形する。つまり、ディスク６の内径側と外径側とが膨張して図２の二点鎖線を中心とした凹形状に変形するか、又はディスク６の内径側と外径側とが収縮して図２の二点鎖線を中心とした凸形状に変形するかのいずれかである。三個のピストンを直線状に平行に並べた場合、対峙するディスク６の熱変形に追従できず、二個のピストン５５のみが制輪子７を押圧し、残りの一のピストン５５は十分な押圧力を印加できない場合があるためである。
【００３０】
受圧プレート５１は、押圧方向にみると三個のピストン５５の頂点を結ぶ略三角形状である。制輪子７の両端部には略二等辺三角形状の受圧プレート５１を備え、中央部には略正三角形状の受圧プレート５１を備える。ピストン５５をできるだけ等間隔に配置し、かつ三角形を形成するためである。
【００３１】
略三角形状の受圧プレート５１の各々の角部は、ピストン５５よりも外側に形成されることなくピストン５５の外径と同じ形状である。ピストンユニット５０を複数配置する際に互いに干渉することを防止するためである。また、ピストンユニット５０が傾いた際にダイヤフラム７５と角部で当接することを防ぐためである。
【００３２】
受圧プレート５１を押圧方向にみて略三角形状に形成することによって、ディスク６が熱変形しても、ピストンユニット５０が熱変形に追従して傾くことで、制輪子７に当接できずに押圧することができないピストン５５はなく、三個のピストン５５全てが均等な押圧力で制輪子７を押圧することができる。
【００３３】
図４に示すように、ピストンユニット５０の頂部の受圧プレート５１の形状は緩やかな円弧状である。好ましくは、図５に模式的に示すように三角形の内接円の弧と三角形の辺とが連続するような形状である。円弧の中心は、三角形の重心位置を通過する直線であって、かつ制輪子７に対して垂直な直線上に配置されるように形成する。三角形が正三角形または二等辺三角形の場合には内接円の弧だけで頂部を形成できるが、三角形の辺の長さが異なる場合には三角形の内接円の弧のみでは頂部を形成できず、三角形の辺と段差なく連続するように設ける必要がある。
【００３４】
受圧プレート５１の形状は、平板状に形成してダイヤフラム７５の柔軟性によってディスク６の熱変形に追従させてもよい。また三角錐の頂部を丸めてダイヤフラム７５にピストンユニット５０の角部が当接することがないようにしてもよい。どの場合にも突出した部分がないため、受圧プレート５１が当接するダイヤフラム７５を保護でき、また重心位置を頂点とすることで、それぞれのピストン５５を均等に押圧できるからである。
【００３５】
ピストンユニット５０が有する三個のピストン５５のうち一のピストン５５は、好ましくはディスク６と制輪子７とが当接する面のディスク径方向の中央の円周上に配置される。ディスク６の熱変形はディスク６と制輪子７とが当接する面のディスク径方向の中央を中心に凹又は凸状に熱変形をするためである。このように構成することで、残りの二個のピストン５５はディスク６の熱変形に倣って揺動し、制輪子７に確実に押圧力を印加することができる。
【００３６】
ピストン５５のライニング９側の先端には断熱プレート６１が備えられる。断熱プレート６１は、制動時における制輪子７とディスク６との摩擦により発生する高熱が伝達されるのを防止し、ダイヤフラム７５を保護する。断熱プレート６１の制輪子７側の面は球形状に凸でもよい。これによりピストン５５の揺動時に、断熱プレート６１の角部が制輪子７と当接することを防止できる。
【００３７】
ピストンガイドフレーム６５は、ダイヤフラム７５と制輪子７との間に設けられる。ピストンガイドフレーム６５は、複数のボルト６６によってキャリパ本体１０に固定される。ピストンガイドフレーム６５には、ピストン５５の個数に対応する数のガイド穴６５ａが形成される。
【００３８】
ガイド穴６５ａはピストン５５に対応する位置に設けられ、ピストン５５はこのガイド穴６５ａにそれぞれ軸方向に摺動可能に嵌合する。ピストン５５はディスク６表面の熱変形等に倣って揺動可能である。よって、ガイド穴６５ａはピストン５５が揺動できるようにディスク６の周方向へ揺動する角度の分だけ長い長穴になっている。
【００３９】
ガイド穴６５ａの配置態様は完全な放射線状ではなく、三個のピストン５５を備える一のピストンユニット５０ごとに平行な三個のガイド穴６５ａ群が設けられ、その平行な三個の長穴であるガイド穴６５ａの群がディスク６の中心から放射線状になるように設けられている。若しくは、長穴ではなく大径の穴を設け、揺動する角度の分に対応するようにしてもよい。
【００４０】
以下では、図６から図８を参照してダイヤフラム７５の押圧効率について説明する。図６はピストン配置例の図、図７は本実施の形態に係るピストンユニット配置図、図８はピストンユニット配置の変形例の図である。
【００４１】
図６のように受圧プレート５１を設けないでピストン５５をそれぞれ単独で設けると、ピストン径がφ２２ミリメートルでピストン個数が１８個の場合、ダイヤフラム７５の押圧有効面積３５０平方センチメートルに対して、ピストン５５の受圧面積は６８．４平方センチメートルとなり、これはダイヤフラム７５の押圧有効面積の約２０％である。
【００４２】
同様にピストン径がφ２２ミリメートルのピストン５５を使用する場合でも、図７のように受圧プレート５１を設け、三個のピストン５５で一のピストンユニット５０を構成することによって、ピストンユニット５０の受圧面積は２２６．７平方センチメートルとなり、ダイヤフラム７５の押圧有効面積の約６５％にすることが可能である。
【００４３】
また、図８のように端の部分はピストン５５を二個備えるピストンユニット５０やピストン５５を単独で設けるなど、一個、二個、又は三個のピストン５５を備えるピストンユニット５０を組み合わせた構成にしてもよい。この場合、ピストンユニット５０受圧面積は２２２．１平方センチメートルとなり、ダイヤフラム７５の押圧有効面積の約６４％にすることが可能である。
【００４４】
このように、受圧プレート５１によってピストン５５をピストンユニット５０にグループ化することで、ダイヤフラム７５の押圧有効面積に対する受圧面積の割合を高めることができる。即ち、ダイヤフラム７５の押圧効率を向上し、押圧力を増大することができるのである。
【００４５】
以上のように、全てのピストン５５が三個のグループでピストンユニット５０を構成する場合の他に、一個，二個又は三個のピストン５５を有するピストンユニット５０を混合して配置することで受圧面積を向上させることも可能である。
【００４６】
以下では、本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置１００の動作について説明する。
【００４７】
キャリパブレーキ装置１００を備える図示しない車両の走行時には、車輪５は高速で回転している。ここで運転士の操作等によってキャリパブレーキ装置１００が作動させられると、空気圧源の空気圧が通孔６９からダイヤフラム室６３内に送られ、ダイヤフラム７５を変形させる。すると、ダイヤフラム７５のベローズ部７７が伸長して押圧部７９がピストンユニット５０をディスク６方向へ押圧する。
【００４８】
ダイヤフラム７５は車輪５方向へ変位し、ピストンユニット５０を車輪５に設けられたディスク６に押圧する。ピストンユニット５０によって押圧された制輪子７とディスク６とが当接し、摩擦力が発生すると車輪５は制動され、速度が低下しやがて停止することとなる。
【００４９】
その際、ディスク６は摩擦熱によって熱変形を生じる。熱変形の態様は、ディスク６と制輪子７とが当接する面の径方向の中央の円周、即ち図２に二点鎖線で示す曲線部分を中心に凹又は凸のいずれかである。
【００５０】
ディスク６に熱変形が生じると、ピストンユニット５０はディスク６の変形に倣うようにディスク６の周方向に揺動するため、制輪子７はディスク６の面の変形に対して追従でき、ピストンユニット５０が備えるそれぞれのピストン５５は均等な押圧力で当接することができる。よって、安定した制動を行うことが可能である。
【００５１】
運転士の操作等によってブレーキが解除されると、通孔６９から圧縮空気が排出されてダイヤフラム７５のベローズ部７７は制動前の折りたたまれた形状に戻り、押圧部７９は制動前の位置に戻る。すると、ピストンユニット５０も制動前の位置に戻り、アジャスタ４１内部に設けられた戻しばね４４の復元力によって制輪子７はディスク６に当接した状態から解除され、ディスク６と制輪子７とは隙間調整機構４５によって再び一定の間隔をもって対峙する。よって、車輪５はキャリパブレーキ装置１００の影響を受けることなく回転することが可能である。
【００５２】
以上の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
【００５３】
複数のピストン５５を備えるピストンユニット５０を構成することで、ダイヤフラム７５の押圧面積を大きくすることができ、ダイヤフラム７５の押圧効率が向上する。よって、大きな押圧力で制輪子７をディスク６に押圧することができる。
【００５４】
また、ディスク６が制動によって熱変形した場合にも、ピストンユニット５０が揺動することで熱変形に追従することができる。よって、どの位置のピストン５５においても押圧力を均等に保つことができ、制輪子７やディスク６の局部的な温度上昇を抑えられる。したがって、制輪子７やディスク６の偏摩耗が生じることを防止でき、安定した制動を行うことが可能である。
【００５５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、鉄道車両やバス，トラックなど大型車等の空気圧源を有する車両のブレーキ装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置の平面図である。
【図２】図１における正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るピストンユニットの模式図である。
【図６】ピストン配置例の図である。
【図７】本実施の形態に係るピストンユニット配置図である。
【図８】ピストンユニット配置の変形例の図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  キャリパブレーキ装置
５      車輪
６      ディスク
７      制輪子
９      ライニング
１０    キャリパ本体
１２    第一キャリパアーム
１４    第二キャリパアーム
２０    支持枠
３０    上スライドピン
５０    ピストンユニット
５１    受圧プレート
５５    ピストン
６３    ダイヤフラム室
６５    ピストンガイドフレーム
７５    ダイヤフラム
【図１】
2010007686.tif 000003
【図２】
2010007686.tif 000004
【図３】
2010007686.tif 000005
【図４】
2010007686.tif 000006
【図５】
2010007686.tif 000007
【図６】
2010007686.tif 000008
【図７】
2010007686.tif 000009
【図８】
2010007686.tif 000010