(57)【要約】【課題】消耗品である制輪子に特別な加工を施すことなく制輪子の摩耗を検知する。【解決手段】制輪子Ｓによるブレーキ力を検出する圧力センサ１０と、前記制輪子Ｓの位置情報ＰをモータＭの回転数に基づいて検出する手段と、前記制輪子Ｓによるブレーキ力が所定の値Ａとなったときの前記制輪子Ｓの前記位置情報Ｐに基づいて前記制輪子Ｓの摩耗状態を検出する制御部６と、を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制輪子によるブレーキ力を検出する手段と、
前記制輪子の位置情報を検出する手段と、
前記制輪子によるブレーキ力が所定の値となったときの前記制輪子の前記位置情報に基づいて前記制輪子の摩耗状態を検出する手段と、
を備えていることを特徴とするブレーキ装置。
【請求項２】
ブレーキ力が前記所定の値となったときの前記制輪子の前記位置情報を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項３】
ブレーキ装置の起動後初期処理として、前記制輪子のブレーキ力が前記所定の値となったときの前記位置情報を、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に一致させる処理を行う手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のブレーキ装置。
【請求項４】
制輪子交換後における交換後初期処理として、ブレーキ力が前記所定の値となったときの前記制輪子の位置を、初期基準位置として設定するための手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載のブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等のブレーキ装置における摩耗検知に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両に用いられるブレーキ装置は、制輪子を車輪の踏面に圧接して制動力を発生させるものである。制輪子は車輪との接触により摩耗するため、交換の必要があり、制輪子の交換時期が容易に判るように摩耗検知が必要とされている。
ここで、特許文献１には、制輪子の摩耗検知装置として、制輪子の摩耗限度位置に沿って導電線を配設し、導電線の断線により制輪子の摩耗を検出するものが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３００６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように、制輪子に導電線を設けることで摩耗を検出する場合、制輪子に特別な加工が必要となって制輪子がコストアップする。しかも、制輪子は摩耗すると交換の必要な消耗品であるから、コストアップは避けたいところである。
そこで、本発明の課題は、消耗品である制輪子に特別な加工を施すことなく制輪子の摩耗を検知することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制輪子によるブレーキ力を検出するブレーキ力検出手段と、前記制輪子の位置情報を検出する手段と、前記制輪子によるブレーキ力が所定の値Ａとなったときの前記制輪子の前記位置情報に基づいて前記制輪子の摩耗状態を検出する手段と、を備えていることを特徴とするブレーキ装置である。
【０００６】
制輪子によるブレーキ力が所定の値Ａとなるときの制輪子の位置は、制輪子が摩耗していないとき（例えば、制輪子交換直後）と、制輪子が摩耗したときでは異なる。すなわち、制輪子によるブレーキ力が所定の値Ａとなるときの制輪子の位置は、制輪子の摩耗状態を示している。本発明では、これを利用して、制輪子のブレーキ力と位置とを検出し、ブレーキ力が所定の値Ａとなったときの前記制輪子の位置情報に基づいて前記制輪子の摩耗状態を検出するようにしたものである。そして、本発明では、制輪子のブレーキ力と位置とを検出することで摩耗を検知でき、制輪子に対する特別な加工は必須ではなくなる。
【０００７】
また、本発明では、ブレーキ力が前記所定の値Ａとなったときの前記制輪子の前記位置情報を記憶する記憶手段を備えているのが好ましい。ブレーキ力が前記所定の値Ａとなったときの制輪子の位置情報は、制輪子の摩耗状態に対応するため、この位置データを記憶手段に記憶させることで、制輪子の摩耗状態が記憶保持されることになり、制輪子の摩耗状態を確認するのが容易となる。なお、記憶手段としては、記憶保持に電源印加を必要としないものが好ましい。
【０００８】
さらに、本発明では、ブレーキ装置の起動後初期処理として、前記制輪子のブレーキ力が前記所定の値Ａとなったときの前記位置情報を、前記記憶手段に記憶されている前記位置情報に一致させる処理を行う手段を備えているのが好ましい。
【０００９】
電源オフ時には、ブレーキの手動緩めなどが行われて、摩耗状態とは無関係に制輪子の位置が変動する場合があり、変動した位置にある制輪子の位置情報に基づいて摩耗状態を検出しても、正しい摩耗状態が得られない。
そこで、本発明では、起動後（電源再投入後）には、起動後初期処理を行い、制輪子のブレーキ力が前記所定の値Ａとなったときの位置情報を、記憶手段に記憶されている位置情報と一致させる。この結果、電源オフ中に制輪子の位置が変動していても、この起動後初期処理を行った後の摩耗状態検出では、正しい摩耗状態を検出することができる。
【００１０】
また、本発明では、制輪子交換後における交換後初期処理として、ブレーキ力が前記所定の値Ａとなったときの前記制輪子の位置を、初期基準位置として設定するための手段を備えているのが好ましい。交換直後の制輪子の位置を初期基準位置とし、この初期基準位置から検出される位置情報がどの程度変動しているかによって摩耗の状態を正確に把握することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態に係るブレーキ装置を示しており、このブレーキ装置は、制輪子ＳをモータＭによって作動させるための電気式アクチュエータとして構成されている。
図１に示すように、ブレーキ装置は、ハウジング１内に、モータＭを駆動源とする常用ブレーキ機構部２と、ばね３の出力を駆動源とする安全ブレーキ機構部４と、これら両機構部２，４によって、図１の左右方向を軸方向として駆動される押し棒機構部５と、両機構部２，３を電気的に制御するための制御部６を備えている。ここで、常用ブレーキ機構部２は、通常のブレーキ動作のために用いられ、安全ブレーキ機構部４は、上記モータＭが使用不可の場合や、停電時等の非常に用いられる。
【００１２】
常用ブレーキ機構部２は、制御部６からの指令によりモータＭが動作し、このモータＭの動力が歯車機構７を介して押し棒機構部５に伝達されるように構成されている。
押し棒機構部５は、制輪子Ｓを動作させる押し棒５０１を備えている。ブレーキ解除状態（緩め状態）からモータＭが所定方向に回転すると、押し棒５０１が図１の左方向へ前進して制輪子Ｓに対してブレーキ力を与える。つまり、制輪子Ｓが車輪Ｗに押し付けられ、ブレーキ動作が行われる。一方、モータＭが逆方向に回転すると、押し棒５０１が後退して、ブレーキが解除される。
【００１３】
モータＭの回転数は、制御部６に与えられる。制御部６は、処理装置６ａとメモリ６ｂとを備えており、この制御部６では、モータＭの回転数に基づいて、制輪子Ｓの動作制御を行う他、後述の制輪子摩耗検出も行う。
【００１４】
安全ブレーキ機構部４は、ばね３の力によって上下動する楔ピストン８を備えている。ばね３は、通常状態において蓄勢されており、楔ピストン８を下方に付勢している。しかし、通常状態においては、電磁クラッチ９が作動しているため、楔ピストン８の下降が阻止され、安全ブレーキ機構部４は作動しないようになっている。
一方、停電等によって、電磁クラッチ９がＯＦＦとなった場合、楔ピストン８は、ばね３の放勢力によって押し下げられる。下降する楔ピストン８が、押し棒５０１に設けられた押し棒ローラ５０２（可動）とハウジング１に設けられたハウジングローラ１０１（固定）の間に押し入り、可動側の押し棒ローラ５０２が左方へ移動（前進）する。この結果、制輪子Ｓが車輪Ｗに押し付けられ、非常ブレーキが作用する。
非常ブレーキの解除は、常用ブレーキ機構部２のモータＭを作動させて、押し棒５０１を後退復帰させることによって行われる。この非常ブレーキ解除の際に、ばね３が圧縮して蓄勢（ばねチャージ）される。
【００１５】
安全ブレーキ機構部４は、制輪子Ｓによるブレーキ力を検出する圧力センサ（ブレーキ力検出手段）１０を備えている。この圧力センサ１０は、制輪子Ｓの作動による反力を検出することで、ブレーキ力を検出して、ブレーキ力の制御に用いられるものであるが、後述の制輪子摩耗検出にも用いられる。制輪子Ｓの作動による反力は、楔ピストン８の軸方向への反力に変換され、ばね３を介して、圧力センサ１０によって検出される。圧力センサ１０の検出値は、制御部６に与えられる。なお、ばね３は、ばねチャージ時には、収縮しているため実質的に剛体であり、圧力センサ１０は問題なく反力を検出できる。
【００１６】
図２は、以上のように構成されたブレーキ装置において、制輪子Ｓの摩耗状態を検出するための処理のフローチャートを示している。なお、図２のフローチャートは、常時繰り返し実行されている。
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１及びＳ２は、制輪子Ｓが交換された場合の交換後初期処理を示している。制輪子Ｓを交換した場合には、操作者は、車両電源投入後に、図示しない制輪子交換スイッチ（ブレーキ装置又は鉄道車両制御系中の受量器に設けられている）を操作する（ステップＳ１）。
ばねチャージ後のブレーキ扱いにおいて、制御部６の処理装置６ａは、圧力センサ１０の検出値が所定の値Ａ（例えば、５［ｋＮ］）となったときの検出位置情報Ｐを０として、これを初期基準位置Ｐ０（Ｐ＝０）とする。所定値Ａは、制輪子Ｓの車輪Ｗに対する初期接触時における（比較的低い）圧力に設定されている。これにより、検出位置情報Ｐは、制輪子Ｓが車輪Ｗに当接したときの制輪子Ｓの位置をほぼ正確に示すことになる。しかも、圧力（ブレーキ力）を基準に基準位置を設定することで、制輪子Ｓの絶対位置を把握しなくとも、制輪子Ｓの摩耗状態を検出することができる（詳細は後述）。
そして、「検出位置情報Ｐ＝０」は、不揮発性メモリ（記憶手段）６ｂに記憶され、摩耗情報Ｐ１（＝０）となる（ステップＳ２）。以上が、交換後初期処理である。
【００１７】
その後、ブレーキ又は緩め動作が行われることにより、処理装置６ａは、モータＭの回転に応じて、その検出位置情報Ｐを増減させる（ステップＳ８）。つまり、検出位置情報Ｐは制輪子Ｓの位置に応じて変化し、ブレーキがかかるようにモータＭが動作した場合には検出位置情報Ｐは増加し、ブレーキ緩めが行われた場合には検出位置情報Ｐは減少する。
【００１８】
処理装置６ａは、検出位置情報Ｐ及び圧力センサ１０の検出値に基づいて、
摩耗状態検出処理を行う。ブレーキ又は緩めが行われた際に、圧力センサ１０の検出値が所定の値Ａ［ｋＮ］となると（ステップＳ５）、検出位置情報Ｐを、メモリ６ｂに記憶されている摩耗情報Ｐ１（＝Ｐ０）と比較する（ステップＳ６）。制輪子Ｓが全く摩耗していなければ、所定圧力値Ａ［ｋＮ］となるときの検出位置情報Ｐは基準位置Ｐ０（＝Ｐ１）から変化しないから、ステップＳ６の比較結果は「一致」となる。なお、ステップＳ６の比較では、誤差を吸収するために、完全一致を一致とするのではなく、所定範囲内の不一致であれば、一致とみなしている。
【００１９】
一方、制輪子Ｓが摩耗した場合、Ｐ０を超えるストロークがなければ圧力センサ１０の検出値は所定圧力値Ａ［ｋＮ］にまで達しなくなるから、所定圧力値Ａ［ｋＮ］となるときの検出位置情報Ｐは、Ｐ０よりも大きくなる。
したがって、ステップＳ６の比較結果は「不一致」となる。所定圧力値Ａ［ｋＮ］となったときの検出位置情報Ｐは、制輪子Ｓの摩耗度に比例して大きくなり、これは、制輪子Ｓの摩耗状態を示している。ステップＳ６において「不一致」の場合、最新の摩耗状態を示す検出位置情報Ｐは、メモリ６ｂの摩耗情報Ｐ１へ記憶される（ステップＳ７）。なお、ステップＳ６において「不一致」と判定された場合に、直ちにステップＳ７を実行するのではなく、確実な判定のために、複数回（例えば、３回）の不一致が生じたら、ステップＳ７を実行するようにしてもよい。
【００２０】
メモリ６ｂの摩耗情報Ｐ１は、制輪子Ｓの摩耗に応じて、随時更新されるため、摩耗情報Ｐ１は、常に制輪子Ｓの摩耗状態を示すことになる。制輪子Ｓの摩耗が進むにつれ、摩耗情報Ｐ１は、当初の値（＝初期基準位置Ｐ０）から大きくなる。これを利用して、制御部６では、摩耗情報Ｐ１に基づいて、制輪子Ｓの摩耗を検出できる。
例えば、摩耗情報Ｐ１が所定値以上になれば、制輪子交換時期であると判定する。制輪子交換時期であると判定された場合、ランプ等の適宜の報知手段により、作業者等に対して、制輪子交換時期であることが報知される。また、摩耗情報Ｐ１は、制輪子Ｓの摩耗状態を示していることから、当該摩耗情報Ｐ１に基づいて、制輪子摩耗状態を可視的に表示させることで、作業者等は、どの程度摩耗が生じているかを知ることもできる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、制御部６は、制輪子Ｓの位置を検出するために、モータＭの回転数を監視しているだけで、厳密には、制輪子Ｓの絶対位置を把握しているわけでもなく、制輪子Ｓを駆動する押し棒５０１の絶対位置を把握しているわけでもない。
本実施形態では、制輪子Ｓや押し棒５０１の絶対的な位置を検出するのではなく、摩耗していない制輪子Ｓが車輪Ｗに当接するときの位置を基準とし、摩耗した制輪子Ｓが車輪Ｗに当接するときの位置Ｐが初期基準位置Ｐ０からどの程度変化したかによって、摩耗状態を検出している。したがって、押し棒５０１の絶対位置を監視しなくとも、制御部６では、ブレーキ力（圧力センサ１０の検出値）と制輪子Ｓの位置変化量（モータＭの回転数）を監視することで、制輪子２の摩耗状態を簡単に検出できる。
【００２２】
以上のような摩耗状態検出処理が行われても、多くの場合、制輪子交換時期と判定されることなく、鉄道車両の一日の営業が終了し、ブレーキ装置は、電源ＯＦＦ状態となる。電源ＯＦＦにより、検出位置情報Ｐは失われるが、摩耗情報Ｐ１は、記憶保持に電源を必要としない不揮発性メモリ６ｂに記憶されているため、そのまま保持される。
【００２３】
次の日に電源ＯＮされると、起動後初期処理が行われる。起動後初期処理は、ばねチャージ後のブレーキ扱いにおいて、圧力センサ１０の検出値が所定の値Ａ［ｋＮ］となると、メモリ６ｂから読み出した摩耗情報Ｐ１を、圧力センサ１０の検出値が所定の値Ａ［ｋＮ］であるときの検出位置情報Ｐとする処理を行う（ステップＳ３）。このときの検出位置情報Ｐは、制輪子Ｓがすでに摩耗していれば、Ｐ０よりも大きくなっており、電源オフ前の制輪子Ｓの摩耗状態に応じた値にセットされることになる。
このため、電源オフ中に、ブレーキの手動緩め等が行われて、制輪子２の位置が変動しても影響なく、電源オフ前と同じ状態で摩耗状態を検出することができる。
【００２４】
その後、ブレーキ又は緩めのためのモータＭの回転数に応じて、検出位置情報Ｐが増減し（ステップＳ８）、所定値Ａ［ｋＮ］のときの検出位置情報Ｐがメモリの摩耗情報Ｐ１よりも増加すれば（ステップＳ６）、そのときの検出位置情報Ｐを最新の摩耗情報Ｐ１とすべくメモリ６ｂを更新する（ステップＳ７）。そして、制御部６は、摩耗情報Ｐ１が初期基準位置Ｐ０よりも所定値以上大きくなれば、制輪子交換時期と判定する。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
本発明によれば、制輪子に対する特別な加工を施さなくとも、制輪子のブレーキ力と位置とを検出することで摩耗を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブレーキ装置の概略構成図である。
【図２】摩耗検出のための処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
６  制御部
１０  圧力センサ（ブレーキ力検出手段）
Ｓ  制輪子
Ｍ  モータ
Ｐ  検出位置情報
Ｐ０  初期基準位置
Ｐ１  摩耗情報
【図１】
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【図２】
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