(57)【要約】【課題】ブレーキ装置においては高応答の機構が求められ、ディスクロータとパット間の隙間が短いほど接触するまでの無駄な時間を短縮でき応答性を向上できる。そのため車軸とブレーキ装置間に、例えばばね等の衝撃吸収材を介して支持されディスクロータとパット衝突の回避を目的として、あらかじめ隙間を広く確保する必要がある鉄道車両用等のブレーキ機構においては、応答性が低下する課題があった。また、応答性を確保するためには、高出力の電動モータを必要とし高コスト，重量増加、及び燃費の低下を招くことが起こり得た。【解決手段】直動機構の左右に設けられた溝に挿入された左右それぞれの回転部材が、この溝に沿って摺動することで回転部材を力点とする左右それぞれのブレーキてこがブレーキてこ受台の支点を中心に回転し、ブレーキてこに回転可能に支持された力点となる左右それぞれの制動部材が被制動部材を左右から挟持してブレーキ力を発生する。【選択図】図１
2008020014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、
一端に前記制動部材を取付けたブレーキてこと、このブレーキてこの中央部を回転支持する支持部と、前記ブレーキてこの他端に取付けられた電動モータとを備え、この電動モータの回転により前記ブレーキてこは他端が押し広げられて前記支持部を軸として前記制動部材が前記被制動部材を挟持方向に回転することを特徴とする車両用電動ブレーキ。
【請求項２】
車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、
前記制動部材の動力源となる電動モータと、この電動モータの回転を直動駆動に変換する変換機構と、この変換機構により直動する直動機構と、この直動機構を直動方向に案内する支持部材と、これらを連結する連結部材と、前記直動機構に設けられた左右の溝にそって摺動可能に支持される回転部材と、前記回転部材と反対側に前記制動部材を具備して支点を軸に回転可能に支持された左右のブレーキてこと、前記ブレーキてこの支点及び前記連結部材を支持するブレーキてこ受台とを備え、前記電動モータの回転駆動により回転−直動変換機構で前進する直動機構の溝に沿って摺動する回転部材が左右に移動して支点を中心に回転するブレーキてこにより反対側の左右の制動部材で被制動部材を挟持することを特徴とする車両用電動ブレーキ。
【請求項３】
請求項１記載の車両用電動ブレーキにおいて、
前記直動機構の溝形状は左右対称で角度の異なる２段以上の直線、又は曲線形状から構成され、電動モータの回転における制動部材の移動速度を段階的に可変可能なことを特徴とする車両用電動ブレーキ。
【請求項４】
請求項１記載の車両用電動ブレーキにおいて、
電動モータの回転を直動に変換する機構及び連結部材を支持する支持部材に摺動部材を備え、前記ブレーキてこ受台に左右の前記ブレーキてこ支点とともに固定された固定部材間で前記車軸方向にのみ摺動可能に支持され、制動力発生時に前記被制動部材と前記ブレーキてこ受台との中心ずれを補正可能としたことを特徴とする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、動力源に電動モータを用いてブレーキ力を発生させる車両用電動ブレーキに関するものである。
【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電動ブレーキとして、例えば特開２０００−１０４７６６号公報（以下、特許分権１という）に記載されたものがある。これは、電動モータによる回転をボールねじにより回転−直動変換し、更にトグル機構によって電動モータの回転トルクから過大なブレーキ力を得るようにしている。
【０００３】
【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】
【０００４】
上記特許文献１の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、主に自動車用のブレーキ装置として考案されたものである。ディスクブレーキは車軸とともに回転するディスクロータを両側のパットで挟持してブレーキをかける方式であるキャリパ方式のため、車軸上の電動ブレーキの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。
【０００５】
このキャリパ方式の特徴として、ディスクロータとパット間の隙間を大きくとれないと同時に隙間が小さいほどパットがディスクロータに接触するまでの無駄な時間を短縮でき、応答性を向上できる利点によるものである。そのため、車軸とブレーキ機構間に、例えばばね等の衝撃吸収材を介して支持しディスクロータとパットの衝突を回避するため、あらかじめディスクロータとパット間の隙間を広く確保する必要がある鉄道車両用のブレーキ機構においては応答性が低下する恐れがあった。
【０００６】
このため、応答性を確保するためには高出力の電動モータを必要とし、高コスト，高重量及び燃費の低下を招くことになっていた。
【０００７】
本発明の目的は、低出力の電動モータで所定のブレーキ力を発生させ、更に応答性を向上することができる電動ブレーキ機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、一端に前記制動部材を取付けたブレーキてこと、このブレーキてこの中央部を回転支持する支持部と、前記ブレーキてこの他端に取付けられた電動モータとを備え、この電動モータの回転により前記ブレーキてこは他端が押し広げられて前記支持部を軸として前記制動部材が前記被制動部材を挟持方向に回転することにより達成される。
【０００９】
また上記目的は、車輪とともに回転する被制動部材と、この被制動部材の両面を挟持する制動部材とを備えた車両用電動ブレーキにおいて、前記制動部材の動力源となる電動モータと、この電動モータの回転を直動駆動に変換する変換機構と、この変換機構により直動する直動機構と、この直動機構を直動方向に案内する支持部材と、これらを連結する連結部材と、前記直動機構に設けられた左右の溝にそって摺動可能に支持される回転部材と、前記回転部材と反対側に前記制動部材を具備して支点を軸に回転可能に支持された左右のブレーキてこと、前記ブレーキてこの支点及び前記連結部材を支持するブレーキてこ受台とを備え、前記電動モータの回転駆動により回転−直動変換機構で前進する直動機構の溝に沿って摺動する回転部材が左右に移動して支点を中心に回転するブレーキてこにより反対側の左右の制動部材で被制動部材を挟持することにより達成される。
【００１０】
また上記目的は、前記直動機構の溝形状は左右対称で角度の異なる２段以上の直線、又は曲線形状から構成され、電動モータの回転における制動部材の移動速度を段階的に可変可能なことにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、電動モータの回転を直動に変換する機構及び連結部材を支持する支持部材に摺動部材を備え、前記ブレーキてこ受台に左右の前記ブレーキてこ支点とともに固定された固定部材間で前記車軸方向にのみ摺動可能に支持され、制動力発生時に前記被制動部材と前記ブレーキてこ受台との中心ずれを補正可能としたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低出力の電動モータで所定のブレーキ力を発生させ、更に応答性を向上することができる電動ブレーキ機構を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例を図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の第１の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図（初期位置）である。  
図１において、乗客が搭乗する台車（図示せず）の下部に取付けられた左右の車輪１間を連結する車軸２には円盤型の被制動部材であるディスクロータ１０が固定されている。この車軸２には走行時の衝撃を吸収するための衝撃吸収材を介して上記台車が搭載されている。この台車にはアーム状のブラケット（図示せず）を介してブレーキてこ受台２０が固定されている。上記の衝撃吸収材は走行時にレールと車軸２間で発生する振動が台車側に伝わりにくくするためのものである。
【００１５】
前記ブレーキてこ受台２０にはブレーキてこ４０ａ，４０ｂが回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂを介して連結されている。回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂはブレーキてこ40ａ，４０ｂの回転支点となる。ブレーキてこ４０ａ，４０ｂのディスクロータ１０側にはディスクロータ１０を左右から挟み込んで制動力を発生させる制輪子３０ａ，３０ｂが取付けられている。この制輪子３０ａ，３０ｂはディスクロータ１０と接触する摩擦部材を備えている。制輪子３０ａ，３０ｂは回転摺動部材２００ａ，２００ｂが回転支点となって連結されている。回転摺動部材２００ａ，２００ｂによって制輪子３０ａ，３０ｂはブレーキ力発生時の作用点となる。
【００１６】
回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂを境として制輪子３０ａ，３０ｂの逆側のブレーキてこ４０ａ，４０ｂにはブレーキ力発生時の力点となる回転部材５０ａ，５０ｂが取付けられている。この回転部材５０ａ，５０ｂを左右に押し広げることでブレーキてこ４０ａ，４０ｂを回転支点２１０ａ，２１０ｂを中心に回動させてディスクロータ１０を左右の制輪子３０ａ，３０ｂで挟持させてブレーキ力を発生させることになる。
【００１７】
ブレーキの駆動源には電動モータ１３０が用いられている。この電動モータ１３０はボールねじブラケット１４０に固定されている。電動モータ１３０の駆動部分はカップリング１２０を介してボールねじ８０に固定されている。電動モータ１３０の回転駆動力はボールねじ８０により車軸２と直交する進行方向へ直動駆動に変換されることになる。直動するボールねじ８０のナットフランジ部にはカム機構７０が固定されている。このカム機構７０には直動駆動の案内として、ボールねじ８０の左右に平行する案内ガイド９０ａ，９０ｂがボールねじブラケット１４０に固定されている。
【００１８】
カム機構７０の詳細を図２を用いて説明する。  
図２は本発明の第１の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図（制輪子ディスクロータの接触時）である。
【００１９】
図２において、ブレーキてこ４０ａ，４０ｂには溝６０ａ，６０ｂが形成されており、この溝６０ａ，６０ｂの前記ブレーキてこ４０ａ，４０ｂの回転部材５０ａ，５０ｂが摺動するように配置されている。電動モータ１３０の回転駆動することによりボールねじ
８０が矢印Ａ方向に回転しカム機構７０が案内ガイド９０ａ，９０ｂに沿って直動（矢印Ｂ方向）すると、カム機構７０の溝６０ａ，６０ｂに沿って回転部材５０ａ，５０ｂが移動することによって回転部材５０ａ，５０ｂは矢印Ｄ方向に押し広げられる。回転部材
５０ａ，５０ｂの移動によってブレーキてこ４０ａ，４０ｂは回転摺動部材２１０ａ，
２１０ｂを支点として回転（矢印Ｃ方向）することで制輪子３０ａ，３０ｂはディスクロータ１０に接触する方向（矢印Ｅ方向）に移動する。
【００２０】
図３は本発明の第１の実施例を備えた車両用電動ブレーキの上面図(ブレーキ力発生時)である。
【００２１】
図３において、制輪子３０ａ，３０ｂがディスクロータ１０に接触後から更に電動モータを回転駆動し続けると、同様にディスクロータ１０を制輪子３０ａ，３０ｂで締付けることで摩擦力による制動力を発生する。電動モータ１３０の駆動による回転数と制輪子
３０ａ，３０ｂの移動量の関係は、カム機構７０の溝６０ａ，６０ｂの形状によって決定される。
【００２２】
一例として図２，図３に示すように、カム機構７０に設けられた溝６０ａ，６０ｂは二つのブレーキてこ４０ａ，４０ｂに対応して左右対称の形状である。その形状は角度の異なる直線の２段形状となり、１段目は大きい角度α１で制輪子３０ａ，３０ｂがディスクロータ１０に接触する前までの移動用となり、２段目は浅い角度α２で制輪子３０ａ，
３０ｂがディスクロータ１０接触後からの押圧用となる。
【００２３】
これにより、過大な制動力を必要としない制輪子３０ａ，３０ｂのディスクロータ１０接触前と、過大な制動力を必要とする接触後でのカム機構７０の溝形状を変化させることで応答性を向上することが可能である。
【００２４】
つまり、過大な回転トルクを必要としない制輪子３０ａ，３０ｂがディスクロータ１０に接触するまでは、カム機構７０の溝６０ａ，６０ｂ形状によるモータの減速比を小さくしても小出力の電動モータ１３０で駆動することが可能であり、よってブレーキてこ40ａ，４０ｂを高速で駆動することで無駄な時間を短縮し応答性を向上できる。
【００２５】
図９（ａ）（ｂ）は時間と推力の関係を示すグラフ図である。  
図９（ａ）（ｂ）において、カム機構７０に設けられた溝形状が１段の場合は図９(ａ)に示すように、制輪子が「ディスクロータ接触」から「目標推力」に達するまでの時間に比例して推力Ｒが上昇する。これに対し、溝形状を２段にした場合は図９（ｂ）に示すように、制輪子が「ディスクロータ接触」から「目標推力」に達するまでの時間が破線で示す位置から実線で示す位置まで短縮されている。ここでは、カム機構７０の溝６０ａ，
６０ｂ形状を左右対称の角度の異なる直線の２段形状として説明したが、２段以上の直線から構成する形状や、曲線により徐々に角度が増加する形状としても良い。
【００２６】
このように、カム機構７０に設けられた溝６０ａ，６０ｂの形状により電動モータ130による回転トルクの減速比をカム機構７０の移動位置により可変させることが可能である。また制輪子３０ａ，３０ｂの応答性の向上や制動力の向上を小出力の電動モータでも充分に実現可能である。
【００２７】
さて、電動ブレーキのフェールセーフ機能は制輪子３０ａ，３０ｂでディスクロータ
１０を挟持しブレーキ力を発生している状態（図３の状態）でありながら電動モータへの電力供給が停止された場合でもブレーキ力を維持する必要がある。
【００２８】
本発明による電動ブレーキは、電動モータ１３０の回転トルクをボールねじ８０で回転運動から直動運動に変換しているため、ボールねじ直径Ｄ（図１に示す）とボールねじ１回転当たりに進むリード長さＰ(図１に示す)からボールねじ８０の直動機構であるカム機構７０が静止状態を維持するのに必要な静止摩擦係数μｓが決まり、μｓ＞Ｐ／(２πＤ)を満たせば電動モータの電力が停止してもブレーキ力が維持することができる。よって、ボールねじ８０の直径Ｄ及びリード長さＰは、ボールねじの静止摩擦係数μｓを考慮して上式を満たす値のものを選定すると良い。
【００２９】
図４において、ディスクロータ１０とブレーキてこ受台２０の中心がΔＳずれた状態でブレーキが動作した場合について説明すると、電動ブレーキの主要構成部品である電動モータ１３０の回転駆動によりボールねじ８０が回転してカム機構７０が動作しブレーキてこ４０ａ，４０ｂが回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂを中心に回転する。
【００３０】
図５において、受台２０の中心がΔＳずれている関係から、始めに片側の制輪子３０ａがディスクロータ１０面に接触する。電動モータ１３０，ボールねじ８０、及びカム機構７０はボールねじブラケット１４０に固定されており、摺動部材１１０ａ，１１０ｂによって電動ブレーキブラケット１００に車軸２の軸方向にのみ移動可能に支持されている。
【００３１】
このため、図６に示すように電動モータが回転駆動を続けることにより電動モータ130，ボールねじ８０，カム機構７０を支持するボールねじブラケット１４０が制輪子３０ａ側にΔＳ移動することで、反対側の制輪子３０ｂもディスクロータ１０に接触しブレーキ力が発生する。
【００３２】
このようにディスクロータ１０とブレーキてこ受台２０が車軸２方向への中心ずれを生じた状態でもブレーキ力を発生することが可能である。ブレーキ力解除は、電動モータ
１３０をブレーキ動作時と同様の回転数分、逆回転することで初期位置に復帰することが可能である。
【００３３】
以上説明した電動ブレーキは、小出力の電動モータで過大なブレーキ力を発生することが可能であるため装置の小型化が図られる。また、簡素な構成により重量低減による燃費の向上を図ることが可能である。更に、電動ブレーキブラケット１００を用いることで、既存のブレーキてこ受台２０に固定可能であり、既存のブレーキとの交換が簡易に行える互換性を有する。
【００３４】
次に、ブレーキてこの取付け構造を図７，図８を用いて説明する。  
図７はブレーキてこの取付け構造を説明するための斜視図である。  
図８はブレーキてこが取付けられた状態を説明するための斜視図である。  
図７，図８において、ブレーキてこ受台２０は形状がほぼコの字状となっておりブレーキてこ４０ａ，４０ｂが固定されるための貫通穴２０ａが取付けられている。電動ブレーキブラケット１００はブレーキてこ受台２０の形状とほぼ同じであり、ブレーキてこ受台の貫通穴２０ａと同じ位置にやはり貫通穴１００ａが設けられている。このブレーキてこ受台２０と電動ブレーキブラケット１００とは組み合わされて一体構造となる。ブレーキてこ４０ａ，４０ｂは貫通穴２０ａ，１００ａの部分に取付けられ、この貫通穴２０ａ，１００ａに回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂが挿入されてブレーキてこ４０ａ，４０ｂが固定されることになる。
【００３５】
ブレーキてこ受台２０には電動ブレーキブラケット１００がブレーキてこ４０ａ，40ｂとともに連結される。この連結にあたってはブレーキてこ４０ａ，４０ｂの回転支点となる回転摺動部材２１０ａ，２１０ｂが上述の貫通穴２０ａ，１００ａに挿入されて連結される。この電動ブレーキブラケット１００には図１で説明した電動モータ１３０，ボールねじ８０，カム機構７０を備えたボールねじブラケット１４０がが取付けられる。図１に示した摺動部材１１０ａ，１１０ｂは車軸２の軸方向にのみ摺動可能となるようにボールねじブラケット１４０に固定されている。
【００３６】
電動ブレーキブラケット１００に支持されているボールねじブラケット１４０はブレーキてこ受台２０に対して車軸２の軸方向にのみ摺動可能な構成となっている。この電動ブレーキブラケット１００を介してブレーキてこ受台２０に固定しているので既存のブレーキ受台２０にそのままに電動ブレーキを固定することが可能である。
【００３７】
以上のごとく、本発明によれば、電動モータを用いた電動ブレーキにおいて、小出力の電動モータを用いて、背反する応答性と過大なブレーキ力を両立することが可能な電動ブレーキを実現できる。また、電動ブレーキブラケット１００を用いることで、既存の台車上のブレーキてこ受台２０にそのまま取付け可能な互換性を有する電動ブレーキを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図２】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図３】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図４】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図５】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図６】本発明の一実施例を備えた電動ブレーキの平面図である。
【図７】ブレーキてこの取付け構造を示す斜視図である。
【図８】ブレーキてこの取付け構造を示す斜視図である。
【図９】時間と発生推力の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…車輪、２…車軸、１０…ディスクロータ、２０…ブレーキてこ受台、３０ａ，30ｂ…制輪子、４０ａ，４０ｂ…ブレーキてこ、５０ａ，５０ｂ…回転部材、６０ａ，６０ｂ…カム機構溝、７０…カム機構、８０…ボールねじ、９０ａ，９０ｂ…案内ガイド、100…電動ブレーキブラケット、１１０ａ，１１０ｂ…摺動部材、１２０…カップリング、
１３０…電動モータ、１４０…ボールねじブラケット、２００ａ，２００ｂ，２１０ａ，２１０ｂ…回転摺動部材。
【図１】
2008020014.tif 000003
【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】
2008020014.tif 000009
【図８】
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【図９】
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