(57)【要約】【課題】鉄道車両用電動ブレーキにおいて、低出力の電動モータを用いて低コスト化、低重量化及び低燃費化を維持しつつ、応答性の向上と大きなブレーキ力の確保とを両立できるようにすること。【解決手段】鉄道車両用電動ブレーキは、台車側に支持されて車輪側の被制動部１０に接離される制動部材３０ａと、制動部材３０ａを駆動する電動アクチュエータ機構とを備える。電動アクチュエータ機構は、回転駆動力を発生する電動モータ３２０と、電動モータ３２０からの回転駆動力を直動駆動力に変換して制動部材を駆動する回転直動変換機構１１０ａ、１１０ｂとを備える。さらに、電動アクチュエータ機構は、電動モータ３２０から回転直動変換機構１１０ａに回転のみ伝達する伝達機構１５０ａ、１５０ｂを介在させると共に、回転直動変換機構の回転部１１０ａの直動方向に弾性部材１００を設置している。【選択図】図１
2008019893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、
前記制動部材を駆動する電動アクチュエータ機構とを備え、
前記電動アクチュエータ機構は、回転駆動力を発生する電動モータと、前記電動モータからの回転駆動力を直動駆動力に変換して前記制動部材を駆動する回転直動変換機構とを備えている鉄道車両用電動ブレーキにおいて、
前記電動モータから前記回転直動変換機構に回転のみ伝達する伝達機構を介在させると共に、前記回転直動変換機構の回転部の直動方向に弾性部材を設置した
ことを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項２】
請求項１において、前記弾性部材として電動ブレーキの初期状態では圧縮されていない自由な状態の圧縮ばねを用いたことを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項３】
請求項１において、前記伝達機構は、前記電動モータからの回転駆動力により回転駆動される外筒と、当該外筒の回転駆動力により回転駆動されると共に前記外筒内に直動方向に移動可能に配置されたスプライン軸とを有するボールスプラインで構成されていることを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項４】
請求項１において、前記回転直動変換機構は、前記伝達機構からの回転駆動力により回転駆動されるねじ軸と、前記ねじ軸の外周に直動可能に配置されたナットとを有するボールねじ機構で構成されていることを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項５】
請求項１において、前記伝達機構は、前記電動モータからの回転駆動力により回転駆動される外筒と、当該外筒の回転駆動力により回転駆動されると共に前記外筒内に直動方向に移動可能に配置されたスプライン軸とを有するボールスプラインで構成され、前記回転直動変換機構は、前記スプライン軸の一側端面に同軸に固定されたねじ軸と、前記ねじ軸の外周に直動可能に配置されたナットフランジとを有するボールねじ機構で構成され、前記弾性部材は前記スプライン軸の他側端面に設置されると共に電動ブレーキの初期状態では圧縮されていない自由な状態の圧縮ばねで構成されていることを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項６】
請求項５において、前記ナットフランジには可動力点部材が固定され、前記圧縮ばねの反スプライン軸側には固定力点部材が固定され、制動部材は車輪側の車軸に設けられたディスクロータの両側に配置された２つの制動部材で構成され、前記２つの制動部材と前記可動力点部材及び前記固定力点部材との間をブレーキ梃子で連結したことを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項７】
請求項６において、前記可動力点部材及び前記固定力点部材の力点に作用させる最大推力発生時のばね圧縮長さが前記回転直動変換機構の直動部の移動長さ以下となるばね定数の前記圧縮ばねとすることを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項８】
請求項１において、前記回転直動変換機構の回転部と前記伝達機構は、前記電動モータの回転駆動により伝達機構から前記回転部へ回転を伝達し、直動方向は低摩擦係数からなるスライダ機構を介して連結されていることを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【請求項９】
請求項１において、前記弾性部材の弾性状態を検知する検知部材を具備し、前記弾性部材の自由状態を検知可能としたことを特徴とする鉄道車両用電動ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用電動ブレーキに係り、特に台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材を駆動する電動アクチュエータ機構を備える鉄道車両用電動ブレーキに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータを動力源としてパットをディスクロータに圧接させてブレーキ力を得るようにした従来の電動ブレーキ装置として、例えば特開２０００−１０４７６６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
この電動ブレーキ装置は、キャリパに設けた電動アクチュエータと、該電動アクチュエータの回転動を受けて直線的に移動する移動体を有する回転動−直線動変換機構と、ディスクロータを間にして前記移動体側及びこの移動体と対向する側にそれぞれ配置されるインナパット及びアウタパットからなるブレーキパットとを備え、前記移動体の移動により前記インナパットを前記ディスクロータに押圧してブレーキ力を発生させると共に、前記インナパットの前記ディスクロータへの押圧の反力により前記キャリパを変位させ、該変位により前記アウタパットを前記ディスクロータに押圧させるようにしている。さらに、この電動ブレーキ装置では、前記インナパットと前記移動体との間に、前記移動体からの力を大きくして前記インナパットに伝達するトグル機構を介装したものである。係る構成によって、バッテリやオルタネータの小型化、車両の重量低減及び燃費の向上を図ることができることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０４７６６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、上記電動ブレーキ装置は、ディスクブレーキのキャリパ方式であり、主として自動車用のブレーキ装置として案出されたものであるが、鉄道車両用のブレーキ装置に適用する場合にはさらなる応答性の向上が望まれる。
【０００６】
すなわち、キャリパ方式の自動車用電動ブレーキ装置では、一般にディスクロータとパット間の隙間は一定で且つ微少であるので、パットがディスクロータに接触するまでの無駄な時間が短く、応答性が問題になることは少ない。これに対して、鉄道車両用のブレーキ装置では、一般に、車軸と台車との間にばね等の衝撃吸収材を介在し、台車側にパットを支持しているため、車軸の振動によるディスクロータとパットとの衝突を回避するように、予めディスクロータとパットとの隙間を広く確保する必要があった。このため、鉄道車両用のブレーキ装置では、高い応答性を有することが重要である。
【０００７】
そこで、電動ブレーキ装置を鉄道車両用に適用する場合、高い応答性を確保するために、高出力の電動モータとすることが考えられるが、高コスト、高重量及び燃費の低下を招く、という課題が生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、低出力の電動モータを用いて低コスト化、低重量化及び低燃費化を維持しつつ、応答性の向上と大きなブレーキ力の確保とを両立できる鉄道車両用電動ブレーキを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明は、台車側に支持されて車輪側の被制動部に接離される制動部材と、前記制動部材を駆動する電動アクチュエータ機構とを備え、前記電動アクチュエータ機構は、回転駆動力を発生する電動モータと、前記電動モータからの回転駆動力を直動駆動力に変換して前記制動部材を駆動する回転直動変換機構とを備えている鉄道車両用電動ブレーキにおいて、前記電動モータから前記回転直動変換機構に回転のみ伝達する伝達機構を介在させると共に、前記回転直動変換機構の回転部の直動方向に弾性部材を設置した構成にしたことにある。
【００１０】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記弾性部材として電動ブレーキの初期状態では圧縮されていない自由な状態の圧縮ばねを用いたこと。
（２）前記伝達機構は、前記電動モータからの回転駆動力により回転駆動される外筒と、当該外筒の回転駆動力により回転駆動されると共に前記外筒内に直動方向に移動可能に配置されたスプライン軸とを有するボールスプラインで構成されていること。
（３）前記回転直動変換機構は、前記伝達機構からの回転駆動力により回転駆動されるねじ軸と、前記ねじ軸の外周に直動可能に配置されたナットとを有するボールねじ機構で構成されていること。
（４）前記伝達機構は、前記電動モータからの回転駆動力により回転駆動される外筒と、当該外筒の回転駆動力により回転駆動されると共に前記外筒内に直動方向に移動可能に配置されたスプライン軸とを有するボールスプラインで構成され、前記回転直動変換機構は、前記スプライン軸の一側端面に同軸に固定されたねじ軸と、前記ねじ軸の外周に直動可能に配置されたナットフランジとを有するボールねじ機構で構成され、前記弾性部材は前記スプライン軸の他側端面に設置されると共に電動ブレーキの初期状態では圧縮されていない自由な状態の圧縮ばねで構成されていること。
（５）前記ナットフランジには可動力点部材が固定され、前記圧縮ばねの反スプライン軸側には固定力点部材が固定され、制動部材は車輪側の車軸に設けられたディスクロータの両側に配置された２つの制動部材で構成され、前記２つの制動部材と前記可動力点部材及び前記固定力点部材との間をブレーキ梃子で連結したこと。
（６）前記可動力点部材及び前記固定力点部材の力点に作用させる最大推力発生時のばね圧縮長さが前記回転直動変換機構の直動部の移動長さ以下となるばね定数の前記圧縮ばねとすること。
（７）前記回転直動変換機構の回転部と前記伝達機構は、前記電動モータの回転駆動により伝達機構から前記回転部へ回転を伝達し、直動方向は低摩擦係数からなるスライダ機構を介して連結されていること。
（８）前記弾性部材の弾性状態を検知する検知部材を具備し、前記弾性部材の自由状態を検知可能としたこと。
【発明の効果】
【００１１】
かかる本発明によれば、低出力の電動モータを用いて低コスト化、低重量化及び低燃費化を維持しつつ、応答性の向上と大きなブレーキ力の確保とを両立できる鉄道車両用電動ブレーキを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の鉄道車両用電動ブレーキを図１から図８を用いて説明する。
【００１３】
まず、本実施形態の電動ブレーキの全体構成に関して図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１４】
鉄道車両は、台車（図示せず）と、台車を搭載する車軸６０と、車軸６０の左右両端部に設けられてレール８０ａ、８０ｂ上を走行する車輪５０ａ、５０ｂと、車軸６０に設けられて被制動部を構成するディスクロータ１０と、台車に支持された電動ブレーキとを備えている。ディスクロータ１０及び車輪５０ａ、５０ｂは、車軸６０に固定されて設置されており、車軸６０の回転に伴って回転される。
【００１５】
台車は、走行時の衝撃を吸収するための衝撃吸収材（図示せず）を介して車軸６０に搭載されている。走行時にレール８０ａ、８０ｂと車輪５０ａ、５０ｂ、車軸６０との間で発生する振動がこの衝撃吸収材によって吸収される。これによって、台車への振動の伝達が抑制される。従って、車輪側の振動が大きくても、台車側の振動は小さくなる。
【００１６】
また、台車は、電動ブレーキを支持する台車横梁７０を有している。図１に示す台車横梁７０は、車軸６０の近傍に車軸６０と平行に延びている。この台車横梁７０からディスクロータ側に延びるアーム状ブラケット２０ａが設けられている。このアーム状ブラケット２０ａは台車横梁７０に固定されている。アーム状ブラケット２０ａの先端部にはブレーキ梃子受台２０ｂが固定されている。このブレーキ梃子受台２０ｂは、車軸６０及び台車横梁７０と平行に延び、ディスクロータ１０に近接して対向して設けられている。
【００１７】
電動ブレーキは、図１のアーム状ブラケット２０ａ及びブレーキ梃子受台２０ｂと、図２の各構成要素（ディスクロータ１０を除く）とを備えて構成されている。
【００１８】
ブレーキ梃子受台２０ｂには、図２に示すように、２つのブレーキ梃子４０ａ、４０ｂが連結部材２１０ａ、２１０ｂを介して連結されている。ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂと連結部材２１０ａ、２１０ｂとは回転可能に連結されている。連結部材２１０ａ、２１０ｂは、ブレーキ梃子受台２０ｂの左右両端部に設けられた２つの穴と２つのブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの中央部に設けられた穴とに跨って取り付けられ、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの回転支点となる。２つのブレーキ梃子４０ａ、４０ｂは、左右対称に前後に延びている。
【００１９】
各ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂのディスクロータ側には、制輪子３０ａ、３０ｂが連結部材２００ａ、２００ｂを介して連結されている。ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂと連結部材２００ａ、２００ｂとは回転可能に連結されている。連結部材２００ａ、２００ｂは、各ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂのディスクロータ側の端部に設けられた穴と各制輪子３０ａ、３０ｂの端面に設けられた凹部とに跨って取り付けられ、ブレーキ力発生時におけるブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの作用点となる。
【００２０】
２つの制輪子３０ａ、３０ｂは、ディスクロータ１０を左右両側から挟み込んでブレーキ力を発生させる摩擦部材であるパットを具備している。図２に示す電動ブレーキの初期状態においては、各制輪子３０ａ、３０ｂのパットとディスクロータ１０の側面との間には、所定の隙間Ｌｎが形成されている。鉄道車両用電動ブレーキの場合には、走行時に車軸６０に固定されたディスクロータ１０の振動よりも台車に支持された各制輪子３０ａ、３０ｂ振動の方が小さく、通常走行時にディスクロータ１０と各制輪子３０ａ、３０ｂのパットとが接触しないようにするため、この隙間Ｌｎは自動車用電動ブレーキにおける隙間よりも大きく設定される。
【００２１】
また、各ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの反ディスクロータ側（反制輪子側）には、可動力点部材１３０、固定力点部材１７０が連結部材２２０ａ、２２０ｂを介して連結されている。可動力点部材１３０と連結部材２２０ａとは回転可能に連結され、固定力点部材１７０と連結部材２２０ｂとは回転可能に連結されている。連結部材２２０ａ、２２０ｂは、ブレーキ力発生時の力点となる。
【００２２】
係る構成において、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの力点となる連結部材２２０ａ、２２０ｂ（可動力点部材１３０、固定力点部材１７０）の間隔を左右に広げる方向に推力を加えることで、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂが回転支点となる連結部材２１０ａ、２１０ｂを中心に回動する。これによって、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの作用点となる連結部材２００ａ、２００ｂに回転支持される制輪子３０ａ、３０ｂでディスクロータ１０を挟持してブレーキ力を発生する。
【００２３】
次いで、力点となる連結部材２２０ａ、２２０ｂの間隔を広げる電動アクチュエータ機構について以下に具体的に説明する。
【００２４】
電動アクチュエータ機構の動力源には、電動モータ３２０が用いられている。電動モータ３２０の出力側には減速機３１０が接続され、減速機３１０の出力側には２つの歯車３００ｂ、３００ａ及びボールスプラインで構成される伝達機構が接続されている。電動モータ３２０、減速機３１０及び歯車３００ｂは、ブレーキ梃子受台２０ｂと平行な直線状に配置されている。
【００２５】
歯車３００ｂは減速機３１０の出力軸に同軸に固定されている。歯車３００ａと歯車３００ｂとは、互いの外周面の歯車が噛み合うように設置され、平行な回転軸心を有している。ボールスプラインは、外筒１５０ｂ及びスプライン軸１５０ａとを備えている。具体的には、歯車３００ａに外筒１５０ｂが同軸に固定され、外筒１５０ｂ内に回転トルクのみを伝達可能で軸方向には移動可能なスプライン軸１５０ａが配置されている。外筒１５０ｂは歯車３００ｂの内周を貫通して左右に突出するように設けられ、スプライン軸１５０ａは外筒１５０ｂの内周を貫通して左右に突出するように設けられている。
【００２６】
スプライン軸１５０ａの一側には、ボールねじ機構で構成される回転直動変換機構が接続されている。このボールねじ機構は、スプライン軸１５０ａの一側端面に同軸上にねじ軸１１０ａの一側端面が固定され、このねじ軸１１０ａの外周に直動部分であるナットフランジ１１０ｂが軸方向に移動可能に配置されている。ナットフランジ１１０ｂには、一方のブレーキ梃子４０ａの力点となる連結部材２２０ａを支持する可動力点部材１３０が固定されている。
【００２７】
他方のブレーキ梃子４０ｂの力点となる連結部材２２０ｂを支持する固定力点部材１７０には、ニードルベアリング１６０を介して弾性部材である圧縮ばね１００の一側が固定されている。圧縮ばね１００の他側はスプライン軸１５０ａの他側に固定されている。圧縮ばね１００は、図１に示す初期状態では、圧縮されていない自由な状態で設置されている。固定力点部材１７０、ディスクロータ１００、ボールスプライン、回転直動変換機構は、ブレーキ梃子受台２０ｂと平行な直線状に配置されている。
【００２８】
また、ねじ軸１１０ａの他側端部は軸方向に移動可能なリニアブシュ１２０で支持されている。リニアブシュ１２０、電動モータ３２０、減速機３１０、及び固定力点部材１７０は、動力部ブラケット３３０に固定されて支持されている。
【００２９】
更に、ねじ軸１１０ａの回転時に可動力点部材１３０の回転を防止し直動方向に案内するための案内ガイド（図示せず）が固定力点部材１７０から可動力点部材１３０を貫通して動力部ブラケット３３０に固定されている。
【００３０】
以上説明したブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの力点間を左右に駆動する電動アクチュエータ部分は、図示していないカバーで覆われ、異物の混入を防止する構成となっている。
【００３１】
次に、上述した構成の電動ブレーキのブレーキ動作について図２から図８を参照しながら説明する。
【００３２】
図２の初期状態において、電動モータ３２０を図３の回転矢印に示すように回転駆動すると、減速機３１０、歯車３００ａ、３００ｂを介して、ボールスプラインの外筒１５０ｂ及びスプライン軸１５０ａが回転駆動される。このスプライン軸１５０ａの回転駆動により、ねじ軸１１０ａ、及び圧縮ばね１００が回転駆動される。このねじ軸１１０ａの回転駆動により、ボールねじ機構のナットフランジ１１０ｂとこれに固定された可動力点部材１３０とが図３の直動矢印に示すように直動駆動される。これによりブレーキ梃子４０ａが連結部材２１０ａを中心にして回動され、制輪子３０ａが連結部材２００ａで押されて隙間Ｌｎがなくなるように移動され、ディスクロータ１０の側面に接触する。このときのナットフランジ１１０ｂの移動速度Ｖｂは、ねじ軸１１０ａの１回転でナットフランジ１１０ｂが進むリード長さをＰ、ねじ軸の回転速度をωｂとすると、Ｖｂ＝ωｂ・Ｐで求まる。
【００３３】
制輪子３０ａがディスクロータ１０に接触すると、ブレーキ梃子４０ａにより連結部材２２０ａ及び可動力点部材１３０の軸方向の移動が制約されることとなる。この状態から更に電動モータ３２０を回転駆動すると、移動が制約された可動力点部材１３０に対してねじ軸１１０ａの方が回転しながら軸方向に移動されることとなる。このねじ軸１１０ａの移動によって動力部ブラケット３３０も図４の矢印に示すように移動され、これに伴って固定力点部材１７０も移動される。これによって、ブレーキ梃子４０ｂが連結部材２１０ｂを中心にして回動され、制輪子３０ｂが連結部材２００ｂで押されて隙間Ｌｎがなくなるように移動され、ディスクロータ１０の他側の側面に接触する。このようにして、左右の制輪子３０ａ、３０ｂでディスクロータ１０を挟持した状態となる。
【００３４】
更に電動モータ３２０を図５の回転矢印に示すように回転駆動すると、左右の制輪子３０ａ、３０ｂがディスクロータ１０に接触しているため、可動力点部材１３０、固定力点部材１７０（換言すれば、連結部材２２０ａ、２２０ｂ）に加わる推力Ｒｃと、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの梃子比ｉｔとから求められるブレーキ力Ｗがディスクロータ１０に加えられることとなる。
【００３５】
ここで、鉄道車両として必要なブレーキ力Ｗを得るには、大きな推力Ｒｃを必要とする。本実施形態では、図４の状態から電動モータ３２０の回転駆動を継続すると、ねじ軸１１０ａと共に直動するスプライン軸１５０ａが圧縮ばね１００を圧縮しながら固定力点部材１７０側に移動する。圧縮ばね１００の圧縮長さｘとばね定数ｋから、可動力点部材１３０、固定力点部材１７０（換言すれば、連結部材２２０ａ、２２０ｂ）に作用する推力ＲｃはＲｃ＝ｘ・ｋとなる。また、ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂによる梃子比ｉｔより、ブレーキ力Ｗは、Ｗ＝ｉｔ・Ｒｃ＝ｉｔ・ｘ・ｋとなる。このとき、ボールスプライン外筒１５０ｂに対してボールスプライン軸１５０ａが固定力点部材１７０方向に直動することで、歯車３００ａの１回転当たりに可動力点部材１３０が進む長さがボールねじのリード長さＰより短いＰ１に切替わる。そのため、減速率の変化する割合の減速変化率ｉはＰ／Ｐ１で表され、この減速変化率ｉ分、電動モータ３２０のモータトルクに対して発生するブレーキ力Ｗは増大される。よって、小出力の電動モータ３２０でより大きなブレーキ力Ｗを発生することが可能となる。
【００３６】
図８に電動モータ３２０のモータトルクＴｍによるブレーキ力Ｗの関係を示す。ブレーキ梃子４０ａ、４０ｂの力点間の回転直動変換機構にボールねじ機構のみを使用した電動ブレーキの場合、図８（ａ）に示すようにモータトルクＴｍに対するブレーキ力Ｗは直線的に変化する。一方、本実施形態の電動ブレーキの場合、図８（ｂ）に示すように、制輪子３０ａ、３０ｂがディスクロータ１０に接触した後からのモータトルクＴｍに対するブレーキ力Ｗの傾斜角は、Ｐ／Ｐ１倍に拡大されるため、目標ブレーキ力を発生するのに必要なモータトルクＴｍは減少する。つまり、その分、低出力の電動モータで目標ブレーキ力Ｗを発生できることになる。
【００３７】
次に、減速変化率ｉを決定する要素について説明する。
【００３８】
制輪子３０ａ、３０ｂがディスクロータ１０に接触する前の固定力点部材１７０、可動力点部材１３０間の移動速度Ｖｃは、ナットフランジ１３０の移動速度Ｖｂと同じである。従って、制輪子３０ａ、３０ｂの接触後の移動速度Ｖｃ１はナットフランジ１３０の移動速度Ｖｂから圧縮ばね１００の圧縮速度Ｖｓを引いた値のＶｃ１＝Ｖｂ−Ｖｓから計算でき、減速変化率ｉはＶｃ／Ｖｃ1＝Ｖｂ／（Ｖｂ−Ｖｓ）で表される。このため、圧縮ばね１００の圧縮速度Ｖｓが大きいほど減速変化率ｉが増加し、電動モータ３２０の必要トルクＴｍが減少する。しかし、減速変化率ｉが大きいほど、力点間の移動速度Ｖｃ１も減少するため、制輪子３０ａ、３０ｂの必要移動量と、応答性より減速変化率ｉを算出し、圧縮ばね１００のばね定数ｋを設定する必要がある。
【００３９】
次に、ブレーキ力解除について図６及び図７を参照しながら説明する。
【００４０】
ブレーキ力Ｗの解除は、図６の回転矢印（破線）に示すように電動モータ１００を逆駆動することで行う。通常、ブレーキ動作を繰返すことで制輪子３０ａ、３０ｂの磨耗部材であるパット面はディスクロータ１０との摩擦により磨耗する。磨耗によりパットクリアランスＬｎは拡大してブレーキ動作の応答性の低下を招く。
【００４１】
そのため、隙間Ｌｎを一定に補償するために、図７に示すように圧縮ばね１００の自由長さＬｏを検出する検出器４００を設けている。これにより、ブレーキ力解除時に検出器４００により圧縮ばね１００の自由長さＬｏを検出したら電動モータ３２０の回転数を一定とすれば、図７に示すように制輪子３０ａ、３０ｂのパットがＬｇ磨耗しても、左右の制輪子３０ａ、３０ｂとディスクロータ１０との隙間Ｌｎを一定とすることが可能である。パット磨耗量に応じて、初期状態でのナットフランジ１１０ｂの位置は、磨耗前の位置より２・ｉｔ・Ｌｇ移動する。このように、パット磨耗量に応じてナットフランジ１１０ｂの初期位置は移動するため、最大パット磨耗量分のボールねじのナットフランジ１１０ｂの移動量だけねじ軸１１０ａ長さを確保する必要がある。
【００４２】
次に、障害により電動モータ３２０への電力供給が停止した場合について説明する。
【００４３】
電動ブレーキは電動モータ３２０への電力供給が停止しても、ブレーキ力を維持する必要がある。本実施形態の電動ブレーキは、電動モータ３２０の回転駆動をボールねじ機構により回転直動変換している。そのため、ボールねじ直径Ｄとブレーキ力発生時のボールねじ１回転当たりに進むリード長さＰ１からねじ軸１１０ａが回転せず静止状態を維持するために必要な静止摩擦係数μｓが求まり、μｓ＞Ｐ１／（２πＤ）を満たせば電動モータ３２０への電力供給が停止してもブレーキ力Ｗは維持される。または、電動モータ３２０と歯車３００ｂ間の減速機３１０に歯車３００ｂ側からの回転トルクに対して電動モータ３２０が回転し難いような逆効率の悪いウォームギヤ等の伝達機構を用いても、ブレーキ力を維持可能である。
【００４４】
本実施形態では、電動モータの回転を回転直動変換機構により直線運動に変換して、左右のブレーキ梃子の力点部材に推力を加えることでブレーキ梃子を回動しディスクロータを左右の制輪子で挟持しブレーキ力を発生する鉄道車両用電動ブレーキにおいて、回転直動変換機構と片側のブレーキ梃子力点間に弾性部材を具備し、更に電動モータの回転を伝達機構を介して回転直動変換機構へ回転トルクのみ伝達可能とし、直動方向は自由に可動可能な構成とすることで、制輪子のディスクロータ接触前後で減速率を切替え可能な構成により、低出力モータで過大なブレーキ力を発生可能な電動ブレーキを提供できる。
【００４５】
また、本実施形態では、前記弾性部材に圧縮ばねを用いて、最大ブレーキ力発生時に圧縮ばねに加わる推力により、圧縮ばねの圧縮長さが動作時の回転直動変換機構の直動長さ以下となるばね定数とすることで目標のブレーキ力を発生可能で、且つ制輪子のディスクロータ接触前後で減速率が切替わる電動ブレーキ機構を提供できる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、前記回転直動変換機構の回転部と前記伝達機構を回転トルクのみ伝達可能な構成で、且つ直線方向には低摩擦部材からなるスライダ機構で連結することで、制輪子のディスクロータ接触後からの回転直動変換機構の回転部が反力により直動運動し易い構成とすることで、低出力のモータで過大なブレーキ力を発生可能な電動ブレーキを提供できる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、前記弾性部材の弾性状態、特に自由状態を検出可能な検出器を具備し、検出器による検知から電動モータの回転数を制御することで、前記制動部材が磨耗しても、前記被制動部材と制動部材間の隙間を常時一定に保つことが可能な電動ブレーキを提供できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の鉄道車両用電動ブレーキについて図９を用いて説明する。図９は本発明の第２実施形態の鉄道車両用電動ブレーキを鉄道車両に取り付けた状態の側面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００４８】
この第２本実施形態の電動ブレーキは、車輪５０ａの円周面に制輪子３０ｃを直接押し当てて制輪子３０ｃと車輪５０ａとの摩擦力で輪軸６０の回転を停止させる踏面方式の電動ブレーキである。この電動ブレーキでは、第１実施形態のようなディスクロータ１０に押し当てて制動する２つのブレーキ梃子４０ａ、４０ｂ、アーム状ブラケット２０ａ及びブレーキ梃子受台２０ｂを備えていない。
【００４９】
また、台車９０の横梁７０に固定されたブレーキブラケット２０ｃによって駆動部ブラケット３３０が固定されている。そして、制輪子３０ｃは、ブレーキ梃子を介することなく、可動力点部材１３０に固定されている。可動力点部材１３０に踏面用の制輪子３０ｃを固定することで、踏面方式のブレーキとして使用することが可能である。なお、台車９０は、車軸６０に衝撃吸収材５００を介して搭載されており、この構成は第１実施形態でも同様である。
【００５０】
この第２実施形態の電動ブレーキの動作は、基本的には第１実施形態と同様であるが、ブレーキ梃子による機能がないこと、固定力点部材１７０が完全に固定されていてブレーキ梃子が１つであることなどが相違している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態の鉄道車両用電動ブレーキを鉄道車両に設置した部分を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の電動ブレーキの初期状態の平面図である。
【図３】図２の電動ブレーキの一方のブレーキ梃子とディスクロータとが接触した時の平面図である。
【図４】図２の電動ブレーキの両方のブレーキ梃子とディスクロータとが接触した時の平面図である。
【図５】図２の電動ブレーキのブレーキ力発生時の平面図である。
【図６】図２の電動ブレーキのブレーキ力解除時の平面図である。
【図７】図２の電動ブレーキの制輪子のパット磨耗が生じた状態の平面図である。
【図８】図２及び比較例の電動ブレーキのモータトルクとブレーキ力の関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態の鉄道車両用電動ブレーキを鉄道車両に設置した部分を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…ディスクロータ（被制動部材）、２０ａ…アーム状ブラケット、２０ｂ…ブレーキ梃子受台、２０ｃ…ブレーキブラケット、３０ａ、３０ｂ…制輪子、４０ａ、４０ｂ…ブレーキ梃子、５０ａ、５０ｂ…車輪、６０…輪軸、７０…台車横梁、８０ａ、８０ｂ…レール、９０…台車、１００…圧縮ばね、１１０ａ…ねじ軸、１１０ｂ…ナットフランジ、１２０…リニアブシュ、１３０…可動力点部材、１４０…ナットフランジホルダ、１５０…ボールスプライン、１５０ａ…スプライン軸、１５０ｂ…外筒、１６０…ニードルベアリング、１７０…固定力点部材、２００ａ、２００ｂ…連結部材、２１０ａ，２１０ｂ…連結部材、２２０ａ、２２０ｂ…連結部材、３００ａ、３００ｂ…歯車、３１０…減速機、３２０…モータ、３３０…駆動部ブラケット、４００…検出器、５００…衝撃吸収材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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