(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（イ）〜（オ）の各手段を具備することを特徴とする流体ブレーキ付電車用歯車装置。
（イ）モータ軸に固定された小歯車と車軸に固定された大歯車が噛み合って回転し、下部が大歯車の歯が浸たる油溜りとなっている歯車室
（ロ）モータ軸に固定され小歯車とともに回転する流体ブレーキロータ
（ハ）内壁が流体ブレーキのステータとして構成され、その中で前記流体ブレーキロータが回転するステータ空間
（ニ）前記ステータ空間へ供給するブレーキ油を貯留する油タンク
（ホ）油タンクから前記ステータ空間内のモータ軸部分へブレーキ油を供給する給油管
（ヘ）前記給油管の途中に設けられ、第１ポートに油タンクからの給油管が接続され、第２ポートにステータ空間への給油管が接続され、第３ポートに加圧空気管が接続され、ブレーキ時には第１ポートから第２ポートへブレーキ油が流れ、ブレーキ解除時には第３ポートから第２ポートへ加圧空気が流れる締め切り電磁弁
（ト）ステータ空間から油タンクへブレーキ油が還流する還流管
（チ）還流管の途中に設けられた第１の逆止弁
（リ）ステータ空間から軸受部分を通して歯車室へ洩れ出し落下するブレーキ油を受けて油タンクへ返す返流管
（ヌ）返流管の途中に設けられ、ブレーキ油が返流管を逆流するのを防止する第２の逆止弁
（ル）ブレーキの起動時送り込まれた加圧空気で油タンク内のブレーキ油に圧力をかけてブレーキ油を油タンクから給油管および締め切り電磁弁を経てステータ空間へ供給するようにする加圧空気室
（オ）前記歯車室、ステータ空間および油タンクが熱伝導的に一体の金属体に形成されている歯車装置ケース
【請求項２】
請求項１記載の構成に加え、油タンクと加圧空気室の間に、ブレーキ油が加圧空気室の方へ入り込まないようにする第３の逆止弁を具備する流体ブレーキ付電車用歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体ブレーキを電車用ブレーキとして効果的に活用する技術の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電車のブレーキとしては、車輪の踏面部分にブレーキシュー押し付ける方式、或いは車軸に固定され車輪とともに回転しているディスクをブレーキシューで挟み付けるディスクブレーキ等の機械ブレーキが用いられている。
なお、この他走行中の減速ブレーキとしては、動力モータを回路切換により発電機として動作させることにより電気的ブレーキとして作用させているが、これは電車が停止しているときとか低速のときにはブレーキとして作用し得ないので、機械的ブレーキにとって代ることはできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の機械ブレーキは、いずれも金属と金属の摩擦を利用するものであるから摩耗を生ずる。
従って、定期的な摩耗度の点検や摩耗したブレーキシューの交換など常時保守点検が必要であると言う問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、摩耗を生ぜず従って保守点検の頻度が機械ブレーキに較べて遥かに少なくて済む流体ブレーキを歯車装置と一体に設け機械ブレーキと併用することにより流体ブレーキの放熱効果を上げつつ機械ブレーキの摩耗の程度を小さくし以って保守点検の頻度が少なくて済むブレーキシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の流体ブレーキ付電車用歯車装置は下記の各手段を具備することを特徴とする。
（イ）モータ軸に固定された小歯車と車軸に固定された大歯車が噛み合って回転し、下部が大歯車の歯が浸たる油溜りとなっている歯車室
（ロ）モータ軸に固定され小歯車とともに回転する流体ブレーキロータ
（ハ）内壁が流体ブレーキのステータとして構成され、その中で前記流体ブレーキロータが回転するステータ空間
（ニ）前記ステータ空間へ供給するブレーキ油を貯留する油タンク
（ホ）油タンクから前記ステータ空間内のモータ軸部分へブレーキ油を供給する給油管
（ヘ）前記給油管の途中に設けられ、第１ポートに油タンクからの給油管が接続され、第２ポートにステータ空間への給油管が接続され、第３ポートに加圧空気管が接続され、ブレーキ時には第１ポートから第２ポートへブレーキ油が流れ、ブレーキ解除時には第３ポートから第２ポートへ加圧空気が流れる締め切り電磁弁
（ト）ステータ空間から油タンクへブレーキ油が還流する還流管
（チ）還流管の途中に設けられた第１の逆止弁
（リ）ステータ空間から軸受部分を通して歯車室へ洩れ出し落下するブレーキ油を受けて油タンクへ返す返流管
（ヌ）返流管の途中に設けられ、ブレーキ油が返流管を逆流するのを防止する第２の逆止弁
（ル）ブレーキの起動時送り込まれた加圧空気で油タンク内のブレーキ油に圧力をかけてブレーキ油を油タンクから給油管および締め切り電磁弁を経てステータ空間へ供給するようにする加圧空気室
（オ）前記歯車室、ステータ空間および油タンクが熱伝導的に一体の金属体に形成されている歯車装置ケース
【０００６】
更に、上記の構成に加え、油タンクと加圧空気室の間に、ブレーキ油が加圧空気室の方へ入り込まないようにする第３の逆止弁を具備する流体ブレーキ付電車用歯車装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、電車におけるブレーキシステムにおいて、従来の機械ブレーキに加えて流体ブレーキを併用することにある。これにより機械ブレーキの負担が軽減され、摩耗が少なくなり点検保守の頻度を小さくすることができる。
流体ブレーキ自体は従来公知のものである。
即ち、ロータとステータがありその間隙が空気のみの場合には、ロータの回転に対し殆ど制動作用は働かないが、間隙に粘性流体（ブレーキ油など）が注入されるとロータの回転に対して制動作用が働く。
これは、ロータが回転する場合、ロータ内の粘性流体に運動エネルギーを与えて、一方のステータ空間でその運動エネルギーを、粘性摩擦を介して熱エネルギーとして吸収することでブレーキ力が生ずることによる。従って、放熱手段が必要となる。ブレーキ油は摩擦や熱によって摩耗したり変性したりすることはないので機械ブレーキに較べて点検保守の必要頻度は大幅に少なくて済む。
しかし、液体ブレーキはロータが回転していないときには制動力が生じようがないので、電車が停止しているときのブレーキとしては機能しないので、機械的ブレーキを除去してしまうということはできない。
【０００８】
以上のような実施の形態は、流体ブレーキの制動効果を高めるため、回転数の高い軸、即ち、動力モータから、歯車装置の小歯車に直結している回転軸（モータ軸と言う）に流体ブレーキのロータを取り付ける。このロータに対応して流体ブレーキのステータを設ける。そして、このステータを構成する部分の構造体が、小歯車およびこれと噛み合って回転し車輪へ動力を伝達する大歯車の収納されている歯車装置ケースと熱伝導的に一体に形成される。
【０００９】
こうすることにより、ロータとステータの間を満たす粘性流体（ブレーキ油）がロータの回転による粘性抵抗等によって発生した熱が歯車装置ケース全体に伝導し放熱面が増大し放熱効果が大となるので、流体ブレーキを別個単独に取り付けた場合より放熱効果が大となる。
【００１０】
同様に、流体ブレーキとの間でブレーキ油が循環するための油タンクも歯車装置ケースと熱伝導的に一体に形成される。これにより、流体ブレーキから高温で還流して来たブレーキ油を油タンクでも更に温度を下げることができる。
【００１１】
以上の構成の典型的な例としては歯車装置ケース内に歯車室と流体ブレーキのステータ空間と油タンクが設けられている構成ということになる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明実施例の概略断面図である。１は図示されていない動力モータの回転軸に直結するモータ軸である。このモータ軸１に小歯車２が固定されている。小歯車２の歯は大歯車３の歯と噛み合い動力モータの回転を大歯車３に伝達する。大歯車３は、図示されていない車輪に直結されている車軸４に固定されており、車軸４が大歯車３の回転を車輪へ伝達する。小歯車２と大歯車３の回転比はおよそ５〜７であり、その分だけモータ軸１は車軸４よりも高速で回転している。これは、動力モータの回転が高速であるためそのまま車輪に直結できないので歯車機構で回転を低速にして車輪に伝達しているということである。
小歯車２と大歯車３の噛み合い回転は歯車室５内で行われている。歯車室５の下部は油溜りとなっており、ここに溜っている油に大歯車３の歯が浸りながら回転することにより小歯車２との噛み合い部分と軸受２５の転動面に潤滑油がもたらされるようになっている。流体ブレーキは回転が高速である程制動効果があがるので、回転数の大きいモータ軸１の方に流体ブレーキのロータ６が取り付けられており小歯車２と一緒に回転するようになっている。
【００１３】
ロータ６を軸方向から見た図を図２に示す。
円形平面には複数個の輪郭扇形断面椀型の凹部７が軸部分を中心とする円状配列で設けられている。モータ軸１の近傍には、各凹部７に対応するように油道口８が設けられている。このような構造はロータ６の両面に同じく形成されている。
【００１４】
モータ軸１に取り付けられたロータ６の周囲は、ロータ６の回転に対し粘性液体による制動力を生ずるステータ空間が形成されている。ステータ空間の壁面には、ロータ６の凹部７に対応する同様の凹部１０が円状配列で形成されており、また、モータ軸１近くで、ロータ６の油道口８の円状配列に対応するようにリング状に切り欠き空間１１を有する。
【００１５】
このステータ空間は、前記歯車室５とともに歯車装置ケース１２に一体的に形成されている。
こうすることにより、ロータ６とステータ空間の間、特にロータ６側の凹部７とステータ側の凹部１０で形成される空間を満たしているブレーキ油がロータ６の回転により摩擦が生ずる際に発生する熱が歯車装置ケース全体に分散伝導され放熱効果が液体ブレーキ単独の場合より良好となる。
【００１６】
更に、本実施例では、歯車装置ケース１２の左下方に油タンク１３が形成されており、液体ブレーキとの間でブレーキ油が循環するのであるが、油タンク１３が歯車装置ケース１２と一体化しているので熱が分散伝導されステータ空間から高温のブレーキ油が還流して来ても、油タンク１３での冷却効果が得られる。
【００１７】
このように流体ブレーキ、歯車室５、油タンク１３が歯車装置ケース１２内に一体的に形成されているので、油タンク１３と流体ブレーキ間、或いは油タンク１３と歯車室５との間に設けられる配管類も歯車装置ケース１２内に設けられている。
【００１８】
具体的には、油タンク１３にはその油面に浸たる位置から３本の管が立ち上がっており、その１は、途中に締め切り電磁弁（ＬＯＶ）１５を有し、ステータ空間の切り欠き空間１１に連なる給油管１４である。その２は、途中に第１の逆止弁１７を有しステータ空間の周空間２２に連なっている還流管１６である。その３は、途中に第２の逆止弁（本実施例ではフロート式：ＦＶ）２０を有し、歯車室５に連なっており上から滴る油滴を受けられる構造の返流管１９である。
【００１９】
以下、本発明装置における流体ブレーキの動作について述べる。
まず、ブレーキの掛かっていない状態からブレーキを掛ける場合について述べる。ブレーキの掛かっていない状態ではステータ空間にブレーキ油（以下単に油と言う）は入っておらず空気だけである。
今、ブレーキ制御において、常用、非常用、保安用を問わず、ブレーキ信号が発せられると油タンク１３に連なる加圧空気室１８へ加圧空気が送り込まれる。これにより、油タンク１３内の油面が加圧されるため、油は出所を求めて出ようとするが還流管１６には第１の逆止弁１７が設けられており油が上へ上がるのを阻止している。また、返流管１９にも第２の逆止弁２０が設けられており油が上へ上がるのを阻止している。
【００２０】
これに対して、給油管１４に設けられている締め切り電磁弁１５はブレーキ信号を受けたときはポート１とポート２とが繋がり、ポート３が遮断されるようになっているので、加圧された油は給油管１４を上り締め切り電磁弁１５を通過してステータ空間の切り欠き空間１１の部分からステータ空間へ入ることになる。このとき、油は油道口８にも入り油道９を経てロータ６の右側の方へも行き渡り、ロータ６の両側のステータ空間の壁との間の隙間を通って凹部７および凹部１０に達しこれを満たす。
【００２１】
ロータ６の凹部７内の油はロータ６とともに回転しているから遠心力によって更に外周側の方へ向かいステータ空間の周空間２２をも満たすようになる。
【００２２】
こうして、ステータ空間が油で満たされると凹部７と同１０内の油同士が攪拌と粘性抵抗摩擦を起こし、ロータ６の回転に対して制動を加えるようになりブレーキ効果が生ずることとなる。
油がステータ空間に満ちた後は遠心力によって周空間２２の方へ押し出され、これがポンプ作用となり、周空間２２に連なっている還流管１６および第１の逆止弁１７を経て油タンク１３へ戻って来る一方、給油管１４、締め切り電磁弁１５を経てステータ空間へ吸い上げられるので油が循環することになる。
従って、密封された加圧空気室１８へはいつまでも加圧空気を流し続ける必要はなく、また、別に油ポンプを設けずとも循環することになる。
【００２３】
油がステータ空間に満たされるとロータ６の左右の軸受け２４、２５の部分から油が僅かずつ洩れることがあるが、この場合は、軸受２５の方からの洩れ油は歯車室５の方へ出る。この洩れ油は歯車室５の内壁を伝わって流れ落ちたりモータ軸１から滴り落ちるが、これらは返流管１９に落ち油タンク１３へ流れ込むが返流管１９の受け口一杯まで溜まると溢れて歯車室５の下方の油溜りへ流れ落ちる。なお、歯車の潤滑油とブレーキ油は同じ油を用いているので、軸受２５から洩れた油が歯車室５の油溜りに落ちても、また、歯車の回転によって跳ね上げられた油が返流管１９に入り込んでも問題はない。
一方、軸受２４からの洩れ油は、洩れ油溜り２３に溜る。この油は、洩れ油管２１を経て歯車室５へ導かれる。
以上がブレーキを掛けるときの動作である。
【００２４】
次に、ブレーキ解放時の動作について述べる。
ブレーキ解放時には、ブレーキ解放の信号が締め切り電磁弁１５に入力され、ポート１とポート２の間は遮断されポート３がポート２と繋がる。そして、ポート３には加圧空気が加えられる。ロータ６は回転しているからステータ空間にある油は遠心力により油タンク１３の方へ還流するが、締め切り電磁弁１５のポート１とポート２は遮断されているので、油タンク１３からは油は送給されない。その代わりに、ポート３からポート２へ加圧空気が流入する。
従って、ステータ空間の油が油タンク１３へ還流し切ってしまえばステータ空間は空気だけとなる。空気は油に較べて粘性は遥かに低いためロータ６の回転に対して殆ど制動作用を生じない。これによってブレーキが解放されたことになる。
【００２５】
なお、上記のような流体ブレーキの制動力はロータの回転速度の上昇とともに２乗で増加する。但し、回転数が高くなり過ぎると凹部７、１０に真空が生じブレーキ力が低下する。即ち、回転数が上り過ぎると制動力は低下する。一方、制動力はブレーキ油に加えた空気の圧力に比例するという特性がある。
そこで、回転数が高くブレーキ力が低下する領域においてはブレーキ油に対する空気の圧力を上げることにより制動力の低下を抑制することができる。
このため、加圧空気室１８への空気圧を電空比例弁を用いて、回転数が高い領域では加圧するようにしている。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体ブレーキ付電車用歯車装置は、流体ブレーキのロータを高速回転のモータ軸に取り付け、且つ流体ブレーキが油タンクも含めて歯車装置ケースと熱伝導的に一体形成されているので放熱効果も上がり、コンパクトな形状で強力な制動効果が得られ、これにより機械ブレーキへの負担を大幅に軽減することができ機械ブレーキの摩耗を軽減することができるので、機械ブレーキの点検保守の頻度を少なくすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体ブレーキ付電車用歯車装置の実施例の概略断面図である。
【図２】図１の実施例の流体ブレーキのロータの軸方向から見た平面図である。
【符号の説明】
１  モータ軸
２  小歯車
３  大歯車
４  車軸
５  歯車室
６  ロータ
７  凹部
８  油道口
９  油道
１０  凹部
１１  切り欠き空間
１２  歯車装置ケース
１３  油タンク
１４  給油管
１５  締め切り電磁弁
１６  還流管
１７  第１の逆止弁
１８  加圧空気室
１９  返流管
２０  第２の逆止弁
２１  洩れ油管
２２  周空間
２３  洩れ油溜り
２４  軸受
２５  軸受
【図１】
0004393692.tif 000002
【図２】
0004393692.tif 000003