(57)【要約】【課題】小型軽量で消費電力の小さい電動ブレーキ装置を提供すること。【解決手段】車輪と共に回転するディスク２０と、ディスク２０に当接して摩擦力を付与する制輪子３０と、制輪子３０をディスク２０方向に付勢する機械ばね５０と、制輪子３０をディスク２０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４０と、を備え、制動時には機械ばね５０と電気アクチュエータ４０とが協働して制輪子３０をディスク２０に押付けることによって、小型の電気アクチュエータ４０を使用でき、消費電力を小さくできる。【選択図】図１
2010025313.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、
前記制輪子を前記ディスク方向に付勢する機械ばねと、
前記制輪子を前記ディスク方向へ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と、
を備え、
制動時には前記機械ばねと前記電気アクチュエータとが協働して前記制輪子を前記ディスクに押付けることを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項２】
制動解除時には前記電気アクチュエータが前記制輪子を前記ディスクと反対方向へ引き離すことを特徴とする請求項１に記載の電動ブレーキ装置。
【請求項３】
前記機械ばねの付勢力よりも、前記電気アクチュエータの付勢力の方を大きく設定し、制動解除時には前記電気アクチュエータの付勢力で前記機械ばねの付勢力を打ち消し、前期機械ばねを圧縮することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動ブレーキ装置。
【請求項４】
前記電気アクチュエータは電動モータによって駆動されるすべりねじ伝動機構を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電動ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力により電気アクチュエータを駆動して制動する電動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。鉄道車両のブレーキとしては、機械ばねによる力によって制輪子をディスク方向へ付勢しておき、流体圧シリンダや電気モータ等のアクチュエータによって両者を離す方向へ付勢することでブレーキの制動を解除する、いわゆるネガティブ形式のものが広く知られている。
【０００３】
特許文献１には、ネガティブ形式のブレーキ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２１０３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のネガティブ形式のブレーキでは、機械ばねの大きさで最大押付力が決まるため大きな機械ばねが必要で、それに伴ってアクチュエータも大型化し、装置全体が大型化すると共に消費電力が増大することが問題だった。
【０００５】
そこで、本発明では小型軽量で消費電力の少ない電動ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記制輪子を前記ディスク方向に付勢する機械ばねと、前記制輪子を前記ディスク方向へ及び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と、を備え、制動時には前記機械ばねと前記電気アクチュエータとが協働して前記制輪子を前記ディスクに押付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、機械ばねと電気アクチュエータとが協働して制輪子をディスク方向へ押付けるため、機械ばねだけで押付ける場合と比して機械ばねを小さくできる。それに伴って電気アクチュエータも小さくすることができ、小型軽量で消費電力の少ない電動ブレーキ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図１から図４を参照して本発明の実施の形態に係る電動ブレーキ装置１００について説明する。
【０００９】
図１は伝達機構を断面で示した本発明の実施の形態に係る電動ブレーキ装置の正面図であり、図２は図１における左側面図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００１０】
電動ブレーキ装置１００は、図示しない車輪と共に回転するディスク２０にキャリパ１０に設けられた制輪子３０を押付けて制動するディスクブレーキ形式である。電動ブレーキ装置１００は、制輪子３０をディスク２０に向けて可逆的に駆動する電気アクチュエータ４０と、制輪子３０をディスク２０方向へ押付ける機械ばね５０と、電気アクチュエータ４０及び機械ばね５０からの出力を制輪子３０に伝達する伝達機構５５とを備える。
【００１１】
ディスク２０は円盤形状で車輪と共に回転する。本実施形態ではディスク２０を車輪とは別に設けたが、ディスク２０を車輪と一体として設けてもよい。
【００１２】
キャリパ１０は、ディスク２０の両面に跨るように設けられる。キャリパ１０は図示しない台車（車両）にスライドピン等のスライド機構を介して、ディスク２０の中心軸方向に摺動可能にフローティング支持される。
【００１３】
トルク受ピン１１はキャリパ１０を貫通して設けられ、キャリパ１０のブラケット部１０ａ，１０ｂに接続される。トルク受ピン１１は、制輪子３０をトルク受ピン１１の軸方向にディスク２０に対して摺動自在に支持する。トルク受ピン１１は、電動ブレーキ装置１００の制動時に制輪子３０とディスク２０とを当接させ押付けたときに発生する制動反力を受け吸収する。
【００１４】
キャリパ１０のブラケット部１０ａ，１０ｂの内側には、ディスク２０に当接して摩擦力を発生する制輪子３０が備えられる。
【００１５】
制輪子３０はディスク２０の両面に、ディスク２０と平行に対峙して設けられる。制輪子３０はライニング３１を備え、回転するディスク２０に当接することで摩擦力を生じて制動する。制輪子３０は、図示しない戻しばねによってキャリパ１０側に付勢される。戻しばねは電動ブレーキ装置１００の制動解除時に制輪子３０をディスク２０から離間する。
【００１６】
制輪子３０は、電気アクチュエータ４０及び機械ばね５０からの押付力を伝達機構５５を介して受け、ディスク２０に平行に当接して押付けられることで制動力を発生する。
【００１７】
キャリパ１０の片側のブラケット部１０ａには、伝達機構５５が設けられる。
【００１８】
伝達機構５５は制輪子３０をディスク２０に押付ける押付ピストン６０を備え、制動時には電気アクチュエータ４０からの出力によって押付ピストン６０を軸方向に移動させるとともに、電気アクチュエータ４０と並列に備えられる機械ばね５０の付勢力を押付ピストン６０に伝達し、制輪子３０をディスク２０に押付ける。また、伝達機構５５は非制動時には電気アクチュエータ４０の逆方向の駆動力により機械ばね５０の付勢力に抗して押付ピストン６０を引き戻し、制輪子３０をディスク２０から離す。
【００１９】
電気アクチュエータ４０は、キャリパ１０のブラケット部１０ａに締結された伝達機構５５の保持枠５８に取り付けられ、また保持枠５８の内部に押付ピストン６０が収められる。電気アクチュエータ４０は、電気モータ４０ａとモータ回転を軸方向の往復運動に変換するすべりねじ伝動機構とを備える。
【００２０】
保持枠５８は、電気モータ４０ａのフランジ部４０ｂと、キャリパ１０のブラケット部１０ａとの間に取り付けられる。保持枠５８はガイド５１と、ガイド５１とキャリパ１０のブラケット部１０ａとの間に挟持されるカラー５３と、電気モータ４０ａをキャリパ１０のブラケット部１０ａに結合するためのボルト５２とから構成される。
【００２１】
ガイド５１は、電気モータ４０ａをキャリパ１０のブラケット部１０ａに固定する四本のボルト５２と四個のナット５４によって電気モータ４０ａのフランジ部４０ｂに締結される。ガイド５１は中央の円筒部５１ａと、ガイド５１と電気モータ４０ａのフランジ部４０ｂとをボルト５２，ナット５４で締結するための台座部５１ｃとを備える。
【００２２】
ガイド５１の台座部５１ｃとキャリパ１０との間には、中空の円筒形状であるカラー５３が設けられる。カラー５３はガイド５１の台座部５１ｃとキャリパ１０との間の距離を決め、電気モータ４０ａを固定する役割を果たす。カラー５３は、電気モータ４０ａのフランジ部４０ｂとガイド５１の台座部５１ｃとを締結するボルト５２の先端をキャリパ１０に螺合することで固定される。
【００２３】
電気モータ４０ａは、電気配線４２から供給される電力によって駆動される。電気モータ４０ａは通電方向に応じて可逆回転し、すべりねじ伝動機構の台形ねじ軸であるロッド４１が軸方向に進んだり後退したりする。電気モータ４０ａのケーシング内部には図示しないが、モータ回転を減速する減速機及び減速機によって回転させられるナットが備えられる。
【００２４】
ロッド４１に螺合する図示しないナットが回転すると、台形ねじによってロッド４１は回転せずに軸方向に進んだり後退したりする。
【００２５】
ロッド４１はガイド５１の円筒部５１ａの内側に挿入され、ロッド４１のディスク２０側の先端にはカップリング６１が備えられる。カップリング６１は、ロッド４１のディスク２０側の先端に固定される。カップリング６１にはピン６３を通す貫通穴が設けられ、また押付ピストン６０にもピン６３を通す貫通穴が設けられ、ピン６３によって押付ピストン６０とカップリング６１とが一体に固定される。押付ピストン６０はロッド４１の軸方向への移動に追従して移動することとなる。
【００２６】
機械ばね５０は、カラー５３の内側で、かつガイド５１の円筒部５１ａの外側の環状空間に配置される。ガイド５１の円筒部５１ａの先端には、ロッド４１とカップリング６１とが軸方向に摺動するときにピン６３が干渉しないように、軸方向に延びる切欠き６１ａが設けられる。
【００２７】
ガイド５１の台座部５１ｃには機械ばね５０の基端が当接し、機械ばね５０の位置決めをする。これによって、機械ばね５０が押付ピストン６０を押付ける初期付勢力が決められる。ガイド５１の円筒部５１ａの外周には押付ピストン６０の一部が挿入され、この挿入端に機械ばね５０の先端が当接する。機械ばね５０は、本実施形態では複数の皿ばねを交互に向きを変えて配置したものであるが、通常のコイルばねを用いることもできる。
【００２８】
押付ピストン６０の先端には断熱板６６が設けられ、制輪子３０と押付ピストン６０とは断熱板６６を介して当接する。断熱板６６は電動ブレーキ装置１００の制動時に制輪子３０とディスク２０との間に発生する摩擦熱から電気モータ４０ａ等を保護する。
【００２９】
押付ピストン６０の上下にはキー溝が形成され、キー６２が設けられる。キー６２は押付ピストン６０の位置を決め、押付ピストン６０の回転を抑制する。キー６２はキャリパ１０に対して垂直に設けられ、最小限の摩擦抵抗で押付ピストン６０を平行に摺動させる。押付ピストン６０とキャリパ１０との間にはゴム製のブーツ６５が設けられ、ダスト等から摺動部が保護される。
【００３０】
制動時には押付ピストン６０は機械ばね５０の付勢力のみ、又はロッド４１の軸方向への移動による力と機械ばね５０の付勢力との合力を受け、制輪子３０をディスク２０に押付ける。制動解除時には押付ピストン６０はロッド４１が電気モータ４０ａ方向へ戻ろうとする軸方向への移動によって、機械ばね５０を圧縮しながらディスク２０から離間する。このとき、図示しない戻しばねが制輪子３０をディスク２０から離間する方向に付勢しているため、制輪子３０はディスク２０に当接したままになることはない。
【００３１】
以下では、図５から図７を参照して電動ブレーキ装置１００の動作について説明する。
【００３２】
図５は電気モータ無負荷時の電動ブレーキ装置の模式図であり、図６は制動解除時の電動ブレーキ装置の模式図であり、図７は制動時の電動ブレーキ装置の模式図である。  ここでは例として、ディスク２０に対する制輪子３０の必要押付力＝５．０ｋＮ，機械ばね５０のばね定数＝０．５ｋＮ／ｍｍ，制輪子３０とディスク２０とのクリアランス＝２．０ｍｍの場合について説明する。
【００３３】
電気モータ４０ａの無負荷時には、図５に示すように機械ばね５０は押付ピストン６０，断熱板６６を介して制輪子３０をディスク２０に当接させ押付ける。このとき、機械ばね５０は２．０ｋＮの力で制輪子３０をディスク２０に押付ける。
【００３４】
電動ブレーキ装置１００の制動解除時には、図６に示すように電気モータ４０ａは押付ピストン６０をディスク２０とは反対側へと付勢する。電気モータ４０ａは制輪子３０とディスク２０とのクリアランスが２．０ｍｍになるまで機械ばね５０を圧縮する。このとき、電気モータ４０ａは無負荷時の機械ばね５０の押付力２．０ｋＮと、クリアランスを２．０ｍｍ確保するために必要な０．５ｋＮ×２＝１．０ｋＮとの合計である３．０ｋＮの力を発生している。このように、電気モータ４０ａによって機械ばね５０を圧縮するためには、電気モータ４０ａの付勢力を機械ばね５０の付勢力よりも大きく設定する必要がある。制輪子３０は戻しばねによってキャリパ１０方向へ付勢されているため、押付ピストン６０の動きに追従し、ディスク２０から離間する。
【００３５】
電動ブレーキ装置１００の制動時には、図７に示すように電気モータ４０ａは押付ピストン６０をディスク２０方向へと付勢する。必要押付力である５．０ｋＮで制輪子３０をディスク２０に押付けるためには、無負荷時における機械ばね５０の押付力２．０ｋＮと併せて、電気モータ４０ａは３．０ｋＮの押付力で制輪子３０をディスク２０に押付ければよい。
【００３６】
つまり、機械ばね５０と電気モータ４０ａとが協働して制輪子３０をディスク２０に押付けることで、最大押付力である５．０ｋＮの力で押付けるために必要な電気モータ４０ａの押付力は３．０ｋＮになる。電気モータ４０ａのみで５．０ｋＮの押付力を発揮する場合や、ネガティブ形式にして５．０ｋＮの押付力を発揮する機械ばね５０を用いる場合には大きな電気モータ４０ａが必要である。しかし、本実施形態においては小さな電気モータ４０ａで同等の押付力を発揮することができる。これにより、電動ブレーキ装置１００の小型軽量化が図れ、消費電力も少なくすることができる。
【００３７】
以上の実施の形態によれば、次のような効果を奏する。
【００３８】
機械ばね５０と電気モータ４０ａとが協働して制輪子３０をディスク２０に押付けるため、機械ばね５０だけで押付ける場合と比して機械ばね５０を小さくできる。それに伴って電気モータ４０ａも小さくすることができ、電気モータ４０ａの駆動に必要な電力も少なくなる。よって、小型軽量で消費電力の少ない電動ブレーキを得ることができる。
【００３９】
また、機械ばね５０による押付力をパーキングブレーキとして必要な力に設定することによって、電気モータ４０ａの無負荷時にはパーキングブレーキとして使用することが可能である。
【００４０】
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。
【００４１】
例えば本実施形態のようなディスクブレーキ形式ではなく、ドラムブレーキ形式や踏面ブレーキ形式にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る電動ブレーキ装置は、鉄道，自動車等の様々な車両をはじめとする移動体のブレーキ装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】伝達機構を断面で示した本発明の実施の形態に係る電動ブレーキ装置の正面図である。
【図２】図１における左側面図である。
【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】電気モータ無負荷時の電動ブレーキ装置の模式図である。
【図６】制動解除時の電動ブレーキ装置の模式図である。
【図７】制動時の電動ブレーキ装置の模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  電動ブレーキ装置
１０    キャリパ
１１    トルク受ピン
２０    ディスク
３０    制輪子
３１    ライニング
４０    電気アクチュエータ
４０ａ  電気モータ
４１    ロッド
５０    機械ばね
５１    ガイド
５２    ボルト
５３    カラー
５４    ナット
５５    伝達機構
５８    保持枠
６０    押付ピストン
６１    カップリング
６２    キー
６３    ピン
６５    ブーツ
６６    断熱板
【図１】
2010025313.tif 000003
【図２】
2010025313.tif 000004
【図３】
2010025313.tif 000005
【図４】
2010025313.tif 000006
【図６】
2010025313.tif 000007
【図７】
2010025313.tif 000008
【図５】
2010025313.tif 000009