(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と一体に回転するディスクと、シャシに取り付けられるキャリパと、ディスクと対向状態に支持機構を介してキャリパに装着されるパッドと、パッドをディスクに押し付ける手段と、を備えるディスクブレーキ装置において、パッドの支持機構は、キャリパにパッドの押し付け方向へ延びるように設けられる収容穴と、この穴に一部が収装される支持部材と、を備えると共に、支持部材の外周と収容穴の内周との間に支持部材と同軸上でパッド側に仮想される支点を中心に支持部材が所定範囲を揺動するのを許容する隙間を設ける一方、収容穴の底面と支持部材の後端との間に支持部材の揺動支点を中心とする曲率半径の球面接触部を設定し、
前記球面接触部は、パッドの摩耗代の１／２位置を前記支持部材の揺動支点としたときの曲率半径で形成されることを特徴とするディスクブレーキ装置。
【請求項２】
パッドをディスクに押し付ける手段は、流体圧の供給を受けるとパッドを押し付け方向へ駆動するピストンを備える一方、ピストンはパッドの支持機構として機能するよう、支持部材を形成するヘッド部と、収容穴を形成するライナ部と、キャリパにライナ部をパッドの押し付け方向へ摺動自由に支持するシリンダと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ装置。
【請求項３】
前記球面接触部は、前記収容穴側の凹面部と、前記支持部材側の凸面部と、からなり、前記凹面部は前記収容穴に嵌め付けることにより形成したことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両などに用いられるディスクブレーキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両などの制動を行う手段としては、図５，図６のようなディスクブレーキ装置が開示される（特開平１０−２６７０５８号、参照）。図５において、１はディスクブレーキ装置のキャリパであり、シャシ（車台フレーム）に固定の取付部２に支持ピン３を介して車軸方向へ移動可能に取り付けられる。キャリパ１の１対のアーム１ａ，１ｂは、車輪４の両側に回り込むように形成され、これらのアーム１ａ，１ｂにそれぞれ支持機構を介してパッド５ａ，５ｂ（制輪子）が装着される。
【０００３】
パッド５ａ，５ｂは平板状の摩擦面が備えられ、車輪４の両側において、車輪４と一体に回転するディスク４ａに対向するように支持される。アーム１ａの先端部（図５の紙面と直交方向へ延びる）にパッド５ａ，５ｂをディスク４ａに押し付ける手段としてピストン６（図６〜図８、参照）がパッド５ａの中心線を挟む対称位置に収装され、流体圧の供給を受けると、ピストン６の伸張作用により、パッド５ａはディスク４ａに押圧される。キャリパ１は支持ピン３に沿って移動するため、両側のパッド５ａ，５ｂがディスク４ａを挟み込むようになり、車輪５の回転に制動力（摩擦力）が与えられる。３ａ，３ｂはシャシに固定の取付部２に対し、支持ピン３に沿って移動可能なキャリパ１を初期（中立）位置へ付勢するリターンスプリングである。
【０００４】
パッド５ａ，５ｂが傾いてディスク４ａに押し付けられると、車輪４に及ぼす制動力が弱くなったり、パッド５ａ，５ａｂの摩擦面に偏摩耗が生じやすくなる。これを防止するため、パッド５ａ，５ｂの支持機構については、ピストン６を備えるアーム１ａの場合、図６〜図８のように構成される。図６においては、パッド５ａの押し付け方向へ延びるシリンダ７がアーム１ａ（キャリパ）に形成され、シリンダ７の内部にＯリング８を介して摺動自由なライナ部９が設けられる。ライナ部９は、その前面に開口する収容穴１０が備えられ、この収容穴１０に球面軸受１１を介してヘッド部１２（パッド５ａの支持部材）が支持される。
【０００５】
ヘッド部１２は、球面軸受１１の中心を支点に揺動自在のため、ディスク４ａとの間に生じるパッド５ａの相対的な傾きが吸収され、ディスク４ａにパッド５ａの摩擦面が平行に押し付けられるのである。１３はパッド５ａの背面を抑える支持面を形成する断熱板であり、ヘッド部１２の先端に装着される。１４ａ，１４ｂは球面軸受１１の外側部材をライナ部９、同じく内側部材をヘッド部１２、に係止するストッパである。
【０００６】
図７においては、ヘッド部１２と収容穴１０との間にヘッド部１２の揺動を許容する隙間（クリアランス）が設定される。収容穴１０の奥隅部に穴径を底面へ縮小するテーパ面１５が形成され、ヘッド部１２の後端縁にテーパ面１５に接する湾曲面１６が形成される。ヘッド部１２は、ストッパ１７で収容部１０から抜け出すのが抑えられ、湾曲面１６をテーパ面１５に滑らせながら、ストッパ１７を中心に１方向（図の紙面と直交方向）へ揺動するため、ディスク４ａ（図、参照）にパッド５ａの摩擦面が平行に押し付けられるようになる。図７において、図６と同じ部品に同じ符号を付ける。
【０００７】
図６の場合、球面軸受１１はヘッド部１２を径方向から支持するので、ライナ部９の略軸方向へ作用する推力（ピストンの押圧力）を受けると、外側部材から内側部材が外れやすく、また球面が片側（略半面）で大きな推力を支持しつつ摺れるようになるため、偏摩耗が生じやすく、耐久性および信頼性の確保が難しい。図７の場合、ヘッド部１２の揺動は１方向に制限されるので、車両のコーナリング時のようにディスク４ａとの間に生じるパッド５ａの相対的な傾き方向が一定の場合にのみ、その傾きを有効に吸収できるものの、パッド５ａに対してディスク４ａが不規則に揺動する（たとえば、ディスク４ａの取り付けに公差があり、そのためにディスク４ａが進行方向に対し、左右へ揺動しながら回転する）ような場合、ディスク４ａにパッド５ａが傾いて押圧されるようなことも考えられる。
【０００８】
図８においては、収容穴１０の底面およびヘッド部１２の後端面に凹部１８ａ，１８ｂ（中央に最深部をもつ略円錐形に形成）が同軸的に設けられ、これら凹部１８ａ，１８ｂ間に球体１９（ボール）が転動自在に介装される。ヘッド部１２と収容穴１０との間にヘッド部１２の揺動を許容する隙間（クリアランス）が設定される。ヘッド部１２は、球体１９を中心に揺動可能のため、ディスク５ａの取付公差により、ディスク４ａ（図、参照）が不規則に揺動しても、ディスク４ａにパッド５ａの摩擦面が平行に押し付けられる。２０は収容部の内周とヘッド部の外周との隙間を密封するＯリングである。図８において、図６と同じ部品に同じ符号を付ける。
【０００９】
なお、図５において、もう一方のアーム１ｂ（ピストンの収装されない）については、図示しないが、キャリパ１（アーム１ｂ）に収容穴（図６〜図８の１０、参照）が形成され、パッド１ｂの支持部材（図６〜図８の１２、参照）が収容穴に収装される。そして、収容穴と支持部材との間に球面軸受１１（図６、参照）またはテーパ面１５と湾曲面１６（図７、参照）または凹部１８ａ，１８ｂと球体１９（図８、参照）が設けられる。つまり、図６〜図８のライナ部９とおよびシリンダ７を備えないが、その他の部品については、図６〜図８と同様に構成されるのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図８の場合、ヘッド部１２と収容穴１０との間に設定される隙間は、球体１９の径に規定されるため、ヘッド部１２の揺動角度（パッド５ａの揺動範囲）を大きく設定しにくい。たとえば、図８において、球体１９の径ｒが９mm、隙間ｍが２mm、ヘッド部１２の揺動半径ｄが30mm、とすると、ヘッド部１２の最大揺動角θを許容するに必要な隙間ｎが0.5mmの場合、tanθ＝0.5／30＝0.017 であり、ヘッド部１２の最大揺動角θは、0.57°と微小値に制限されてしまう。また、ライナ部９を押圧する推力が凹部１８ａ，１８ｂ間の球体１９に集中するため、これら接触部の面圧が過大となり、ディスク４ａの揺動に対するパッド５ａ（ヘッド部１２）の追従性能を十分に得られない。しかも、小径の球体１９は、精密な球面加工が要求され、ヘッド部１２とライナ部９との間（凹部１８ａ，１８ｂ）に組み込むのも煩雑という不具合が考えられる。
【００１１】
この発明は、このような不具合を踏まえてなされたものであり、パッドの揺動範囲の設定の自由度が高く、ディスクの揺動に対するパッドの良好で円滑な追従性能の得られるディスクブレーキ装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、車輪と一体に回転するディスクと、シャシに取り付けられるキャリパと、ディスクと対向状態に支持機構を介してキャリパに装着されるパッドと、パッドをディスクに押し付ける手段と、を備えるディスクブレーキ装置において、パッドの支持機構は、キャリパにパッドの押し付け方向へ延びるように設けられる収容穴と、この穴に一部が収装される支持部材と、を備えると共に、支持部材の外周と収容穴の内周との間に支持部材と同軸上でパッド側に仮想される支点を中心に支持部材が所定範囲を揺動するのを許容する隙間を設ける一方、収容穴の底面と支持部材の後端との間に支持部材の揺動支点を中心とする曲率半径の球面接触部を設定し、前記球面接触部は、パッドの摩耗代の１／２位置を前記支持部材の揺動支点としたときの曲率半径で形成されることを特徴とする。
【００１３】
第２の発明では、第１の発明に係るディスクブレーキ装置において、パッドをディスクに押し付ける手段は、流体圧の供給を受けるとパッドを押し付け方向へ駆動するピストンを備える一方、ピストンはパッドの支持機構として機能するよう、支持部材を形成するヘッド部と、収容穴を形成するライナ部と、キャリパにライナ部をパッドの押し付け方向へ摺動自由に支持するシリンダと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
第３の発明では、第１の発明に係るディスクブレーキ装置において、前記球面接触部は、前記収容穴側の凹面部と、前記支持部材側の凸面部と、からなり、前記凹面部は前記収容穴に嵌め付けることにより形成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
第１の発明においては、パッドの支持機構により、パッド側の支点を中心に支持部材が収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在となり、ディスクの揺動（傾き）が３次元の不規則な場合においても、ディスクにパッドの摩擦面が平行に押し付けられる。球面接触部は、パッドの押し付け力を受けるが、その曲率半径が支持部材の揺動支点を中心とするので、収容穴の底面と支持部材の後端との間に大きな接触（摺動）面積を確保できる。そのため、これら接触部の面圧は小さく抑えられ、ディスクの揺動にパッドが無理なく円滑に追従するのである。パッドの揺動範囲（最大揺動角）は、隙間の許容範囲において、球面接触部の曲率半径により、任意（自由）な設定が可能となる。また、パッドが摩耗すると、その進度（摩耗量）に伴って球面接触部がディスク側へ変位するが、その最大変位量の１／２に支持部材の揺動支点の最大変位量が納まるため、パッドの摩耗進度がその追従性能に及ぼす影響を最小限に抑えられる。
【００１７】
第２の発明においては、パッドをディスクに押し付けるピストンにバッドの支持機構が組み付けられる。パッド側の支点を中心にピストンのヘッド部がライナ部の収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在となり、制動時にピストンのライナ部がシリンダの内部をパッドの押し付け方向へ摺動（ピストンの伸張作用）すると、ディスクの揺動（傾き）が３次元の不規則な場合においても、ディスクにパッドの摩擦面が平行に押し付けられるのであり、第１の発明と同様の効果が得られる。
【００１９】
第３の発明においては、収容穴側の凹面部は、ライナ部と一体に形成しても良いが、別体の凹面部を収容部の底面に嵌め付けることにより、収容穴の奥部（底面）に加工する場合によりも、球面接触部の精密加工が容易かつ能率的に行えるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、この発明に係る実施形態を表すものである。図１において、３０はディスクブレーキ装置のキャリパであり、その中央部に形成の取付部３１を介してシャシ（車台フレーム）に固定される。キャリパ３０の１対のアーム３０ａ，３０ｂは、車輪３２の両側に回り込むように形成され、これらのアーム３０ａ，３０ｂにそれぞれ支持機構を介してバッド３３ａ，３３ｂが装着される。パッド３３ａ，３３ｂは平板状の摩擦面が備えられ、車輪３２の両側において、車輪３２と一体に回転するディスク３２ａに対向するように支持される。
【００２１】
アーム３０ａ，３０ｂの先端部（図１の紙面と直交方向へ延びる）にパッド３３ａ，３３ｂをディスク３２ａに押し付ける手段としてピストン３４（図２，図３、参照）がパッド３３ａ，３３ｂの中心線を挟む対称位置に収装され、流体圧の供給を受けると、ピストン３４の伸張作用により、パッド３３ａ，３３ｂはディスク３２ａに押圧され、車輪の回転に制動力（摩擦力）が与えられる。
【００２２】
バッド３３ａ，３３ｂをディスク３２ａへの押し付け方向へ駆動するピストン３４は、バッド３３ａ，３３ｂの支持機構として機能するように構成される。図２，図３において、パッド３３ａ（３３ｂ）の押し付け方向へ延びるシリンダ３５がアーム３０ａ（３０ｂ）に形成され、シリンダ３５の内部にＯリング３６を介して摺動自由なライナ部３７が設けられる。ライナ部３７は、その前面に開口する収容穴３８が備えられ、この収容穴３８に後述の球面接触部３９を介して揺動自在にヘッド部４０（パッド５ａの支持部材）が支持される。
【００２３】
ヘッド部４０の外周と収容穴３８の内周との間にヘッド部４０と同軸上でパッド３３ａ（３３ｂ）側に仮想される支点Ｐを中心にヘッド部４０が所定範囲を揺動するのを許容する隙間ｍ（クリアランス）が設けられ、収容穴３８の底面とヘッド部４０の後端との間に球面接触部３９が設定される。球面接触部３９は、ヘッド部４０の後端に形成の凸面３９ａと、収容穴３８の底面に取り付けられる凹面部３９ｂと、から構成され、これら接触面がヘッド部４０の揺動支点Ｐを中心とする曲率半径Ｒの球面に形成される。４２は隙間ｍを密封するＯリングであり、ヘッド部４０の外周は、後端へ隙間ｍを広げる（ヘッド部４０を縮径する）テーパが与えられる。なお、ヘッド部４０は断熱材で形成され、制動時（ディスク３２ａにパッド３３ａ，３３ｂが押し付けられる）の摩擦熱がライナ部３７へ伝わるのを抑制する。
【００２４】
このディスクブレーキ装置は、既述のようにキャリパ３０がシャシに固定のため、両側のアーム３０ａ，３０ｂにピストン３４が備えられるのである。図２において、パッド３３ａ（３３ｂ）をディスク３２ａから離れる初期位置へ付勢する手段４３（パッド復帰装置と仮称する）がアーム３０ａ（３０ｂ）の先端部（図１の紙面と直交方向へ延びる）の両端に配置される。パッド復帰装置４３は、外筒部４３ａおよび内筒部４３ｂと、外筒部４３ａの底を塞ぐキャップ４３ｃと、キャップ４３ｃの内面中央に起立する軸部４３ｄと、内筒部４３ｂの内周に形成の筒形のバネ受４３ｆと、軸部４３ｄの先端に形成のバネ受４３ｅと、キャップ４３ｃに形成のバネ受４３ｇと、バネ受４３ｅとバネ受４３ｆとの間およびバネ受４３ｇとバネ受４３ｆとの間に介装されるリターンスプリング４３ｈ，４３ｉと、を備える。
【００２５】
アーム３０ａ（３０ｂ）に外筒部４３ａが固定され、パッド３３ａ（３３ｂ）の背面板４４に先端が突き当てられる内筒部４３ｂは、パッド３３ａ（３３ｂ）の裏側に配置の取付板４５（背面板４４にスペーサ４６を介してリベット４７で結合）に係止される。４８，４９はダストシール、５０はヘッド部４０の先端に結合する断熱板であり、その先端はパッド３３ａ（３３ｂ）の取付板４５に突き当たる支持面を形成する。図２において、５１はシリンダ３５を出入りする流体圧の通路であり、図１のバルブ５２にアーム３０ａ，３０ｂを通して接続される。
【００２６】
このような構成により、パッド３３ａ（３３ｂ）側の支点Ｐを中心にヘッド部４０（支持部材）が収容穴３８との間を球面接触部３９に沿って揺動自在となり、ディスク３２ａの揺動（傾き）が３次元の不規則な場合においても、ディスク３２ａにパッド３３ａ（３３ｂ）の摩擦面が平行に押し付けられる。球面接触部３９は、パッド３３ａ（３３ｂ）の押し付け力を受けるが、その曲率半径Ｒがヘッド部４０の揺動支点Ｐを中心とするので、収容穴３８の底面とヘッド部４０の後端との間に大きな接触（摺動）面積を確保できる。そのため、これら摺動部の面圧は小さく抑えられ、ディスク３２ａの揺動にパッド３３ａ（３３ｂ）が無理なく円滑に追従するのである。
【００２７】
パッド３３ａ（３３ｂ）の揺動範囲（最大揺動角θ）は、隙間ｍの許容範囲において、球面接触部３９の曲率半径Ｒにより、任意（自由）な設定が可能となる。例えば、球面接触部３９の曲率半径Ｒを47mmに設定すると、パッド３３ａ（３３ｂ）の最大揺動角θ＝1.30°が得られるようになる。パッド３３ａ（３３ｂ）が摩耗すると、その進度（摩耗量）に伴って制動時の球面接触部３９の位置はディスク３２ａ（車輪）側へ変化するが、ヘッド部４０の揺動支点Ｐをパッド３３ａ（３３ｂ）の摩耗代Ｓの１／２位置に設定すると、球面接触部３９の最大変位量の１／２にヘッド部４０の揺動支点Ｐの最大変位量が納まるため、パッド３３ａ（３３ｂ）の追従性能にその摩耗進度が及ぼす影響を最小限に抑えられる。また、球面接触部３９において、収容穴３８側の凹面部３９ｂは、図４のようにライナ部３７と一体に形成しても良いが、別途に形成の凹面部３９ｂを収容部３８の底面に組み付ける方が、精密な球面加工を容易かつ能率的に処理できる。
【００２８】
この発明は、アーム３０ａ（３０ｂ）にピストン３４を備えない場合（例えば、図５のアーム１ｂ）への適用も可能である。図示しないが、アームに収容穴（図３の３８、参照）が形成され、パッドの支持部材（図３の４０、参照）が収容穴に収装される。そして、収容穴と支持部材との間に図３のような隙間ｍおよび球面接触部３９が設定される。つまり、図３のライナ部３７およびシリンダ３５は省略されるが、その他の部品については、図３と同様に構成することにより、パッド側の支点Ｐを中心に支持部材が収容穴との間を球面接触部に沿って揺動自在に支持されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すディスクブレーキ装置の正面図である。
【図２】同じくＡ−Ａ断面図である。
【図３】同じく要部断面図である。
【図４】別の実施形態を説明する要部断面図である。
【図５】従来例を表すディスクブレーキ装置の正面図である。
【図６】同じく要部断面図である。
【図７】同じく別の要部断面図である。
【図８】同じく別の要部断面図である。
【図９】従来例を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
３０  キャリパ
３０ａ，３０ｂ  アーム
３２  車輪
３２ａ  ディスク
３３ａ，３３ｂ  パッド
３４  ピストン
３５  シリンダ
３７  ライナ部
３８  収容穴
３９  球面接触部
３９ａ  凸面
３９ｂ  凹面部
４０  ヘッド部
【図１】
0004664494.tif 000002
【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】
0004664494.tif 000007
【図７】
0004664494.tif 000008
【図８】
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【図９】
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