(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とともに回転するディスクロータと、このディスクロータの両側に配置された一対の制輪子と、これらの制輪子を先端付近に支持するようにブレーキキャリパに備えられた一対のアームと、前記一対の制輪子の少なくとも一方を前記アーム側からディスクロータ側に押し出す押し出し手段と、前記ブレーキキャリパの前記一対のアームと反対側から延び出す一対のブラケットと、これらのブラケットに前記ディスクロータと直交する方向に形成されたピン穴に摺動自在に収容されるとともに車両の取り付け部に固定される支持ピンと、を備えたディスクブレーキ装置において、前記ディスクロータの前記制輪子に対する移動方向に対して反対側に延び出す一方のブラケットの外周面の、他方のブラケット側の支持ピンを中心としてブレーキキャリパが回転したと仮定したときに一方のブラケット側の支持ピンが一方のブラケットのピン穴の内周面に当接する地点を通る他方のブラケット側の支持ピンの中心軸を中心とする円弧の接線が一方のブラケットの外周面と交わる点から一方のブラケットの外周方向に沿って両側に、一方のブラケット側の支持ピンを中心とする所定の角度範囲の領域内に取り付けられた歪みゲージと、この歪みゲージからの検出信号に基づいてブレーキトルクを算出するブレーキトルク演算手段と、を備えたことを特徴とするブレーキトルク検出装置。
【請求項２】
前記所定の角度範囲は、前記延長線上の点から前記ブラケットの外周方向に沿って両側に９０度の角度範囲であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキトルク検出装置。
【請求項３】
前記歪みゲージは一対のブラケットの両方にそれぞれ取り付けられ、前記ブレーキトルク演算手段は前記ディスクロータの前記制輪子に対する移動方向に対して反対側に延び出すブラケットに取り付けられた歪ゲージからの出力に基づいてブレーキトルクを演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレーキトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪みゲージを用いたブレーキトルク検出装置に関し、正しいブレーキトルクを容易に検出し得る改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両用のブレーキ装置としては、例えば図１、図２に示すようなディスクブレーキ装置が知られている。
【０００３】
ディスクブレーキ装置のブレーキキャリパ１には、一対のアーム３Ａ、３Ｂが備えられ、図示されない鉄道車両の各車輪と一体に回転するディスクロータ２の両側面に回り込んでいる。これらのアーム３Ａ、３Ｂの先端は、ディスクロータ２に平行にブレーキキャリパ１の両側（図１の上側と下側）に張り出す制輪子支持部４Ａ、４Ｂとなっている。
【０００４】
制輪子支持部４Ａには、ディスクロータ２のアーム２Ａ側の側面と平行に延びる制輪子５Ａが、制輪子支持部４Ａ両側においてそれぞれトルク受けピン６Ａ、７Ａを介して支持される。また、制輪子支持部４Ｂには、ディスクロータ２のアーム２Ｂ側の側面と平行に延びる制輪子５Ｂが、制輪子支持部４Ｂの両側においてそれぞれトルク受けピン６Ｂ、７Ｂを介して支持される。なお、図１には、トルク受けピン６Ｂ、７Ｂのみを図示し、トルク受けピン６Ｂと同じ側（図１の上側）にあるトルク受けピン６Ａと、トルク受けピン７Ｂと同じ側（図１の下側）にあるトルク受けピン６Ａとは図示されない。
【０００５】
制輪子支持部４Ｂにはピストン８が備えられ、このピストン８は、同じ側のアーム３Ｂに配設された油圧導入口９を通じての油圧（ブレーキ圧）の供給を受けて作動し、制輪子５Ｂをディスクロータ２側に押し出す。なお、ピストン８に供給されるブレーキ圧は、ノッチ（Ｎ）を単位として段階的に切り換えられるようになっている。
【０００６】
ブレーキキャリパ１の制輪子支持部４Ａ、４Ｂと反対側には、ブレーキキャリパ１の両側（図２の上側と下側）に斜めに延び出す一対のブラケット１１、１２が備えられる。これらのブラケット１１、１２の端部は、ディスクロータ２と直交する方向に開口するピン穴１１ａ、１２ｂを備えた円筒形となっている。そして、ブレーキキャリパ１は、これらのピン穴１１ａ、１１ｂにそれぞれ貫通する支持ピン１３、１４を介して、車両本体のブレーキ取り付け部２０に支持されるようになっている。なお、支持ピン１３、１４はピン穴１１ａ、１２ｂの軸方向に摺動自在であり、ブレーキキャリパ１はディスクロータ２に垂直な方向に移動可能となっている。
【０００７】
このような構成により、ピストン８の駆動で制輪子５Ｂがディスクロータ２に押し付けられると、ブレーキキャリパ１はディスクロータ２に垂直な方向に移動し、制輪子５Ａ、５Ｂがディスクロータ２に挟み込むようにして当接する。そして、このときに制輪子５Ａ、５Ｂとディスクロータ２との間に働く摩擦力がブレーキトルクとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、鉄道車両に対してもアンチロックブレーキシステム等のブレーキ制御システムを装備することがあり、ブレーキ装置のブレーキトルクを検出する必要が生じて来ている。このため、例えば本出願人による特願平９−１５４６５号等には、ディスクブレーキ装置のブレーキキャリパ１に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力に基づいてブレーキトルクの検出を行うブレーキトルク検出装置が提案されている。
【０００９】
しかしながら、このような歪みゲージを用いたブレーキトルク検出装置では、歪みゲージの取り付け位置によっては、ブレーキトルクそのものに基づくものでないブレーキキャリパ１の歪みが検出されてしまうことがある。
【００１０】
詳しく説明すると、制動時において、ブレーキキャリパ１には、ディスクロータ２が回転している方向に応じて、図１の上下いずれかの方向のブレーキトルクの反力が、トルク受けピン６Ａ、７Ａ、６Ｂ、７Ｂを介して作用する一方、ピストン８が制輪子５Ａ、５Ｂをディスクロータ２に押し付ける力の反力（アーム３Ａ、３Ｂを押し開こうとする力）も作用する。このため、例えば歪みゲージをアーム３Ａ、３Ｂの基端の湾曲部内側の取り付け位置Ｘ１、Ｘ２（図２参照）に取り付けた場合には、これらの取り付け位置Ｘ１、Ｘ２における歪みは、制輪子５Ａ、５Ｂがディスクロータ２に押し付けられる力の反力の影響の大きな歪みとなってしまい、ブレーキトルクを直接的に反映したものではなくなってしまう。
【００１１】
このように、歪みゲージからの出力にブレーキトルクそのもの以外の影響があると、歪みゲージからの出力からブレーキトルクを単純に求めることはできない。そして、歪みゲージからの出力からブレーキトルクそのもの以外の影響を取り除き、正しいブレーキトルクの検出をするためには、あらかじめ実験的に歪みゲージからの出力と正しいブレーキトルクの対応をとっておくなど、面倒な補正作業が必要となってしまう。
【００１２】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、鉄道車両用ディスクブレーキ装置のブレーキトルクをブレーキキャリパに取り付けた歪みゲージを介して検出するブレーキトルク検出装置において、ブレーキトルクに直接的に対応した歪みに基づいてブレーキトルクを検出することにより、歪みゲージ出力から正しいブレーキトルクを容易に演算し得るようにしたものを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、車輪とともに回転するディスクロータと、このディスクロータの両側に配置された一対の制輪子と、これらの制輪子を先端付近に支持するようにブレーキキャリパに備えられた一対のアームと、前記一対の制輪子の少なくとも一方を前記アーム側からディスクロータ側に押し出す押し出し手段と、前記ブレーキキャリパの前記一対のアームと反対側から延び出す一対のブラケットと、これらのブラケットに前記ディスクロータと直交する方向に形成されたピン穴に摺動自在に収容されるとともに車両の取り付け部に固定される支持ピンとを備えたディスクブレーキ装置において、前記ディスクロータの前記制輪子に対する移動方向に対して反対側に延び出す一方のブラケットの外周面の、他方のブラケット側の支持ピンを中心としてブレーキキャリパが回転したと仮定したときに一方のブラケット側の支持ピンが一方のブラケットのピン穴の内周面に当接する地点を通る他方のブラケット側の支持ピンの中心軸を中心とする円弧の接線が一方のブラケットの外周面と交わる点から一方のブラケットの外周方向に沿って両側に、一方のブラケット側の支持ピンを中心とする所定の角度範囲の領域内に取り付けられた歪みゲージと、この歪みゲージからの検出信号に基づいてブレーキトルクを算出するブレーキトルク演算手段とを備えた。
【００１４】
第２の発明では、前記所定の角度範囲は、前記延長線上の点から前記ブラケットの外周方向に沿って両側に９０度の角度範囲である。
【００１５】
第３の発明では、前記歪みゲージは一対のブラケットの両方にそれぞれ取り付けられ、前記ブレーキトルク演算手段は前記ディスクロータの前記制輪子に対する移動方向に対して反対側に延び出すブラケットに取り付けられた歪ゲージからの出力に基づいてブレーキトルクを演算する。
【００１６】
【発明の作用および効果】
第１、第２の発明では、押し出し手段により一対の制輪子の少なくとも一方がディスクロータ側に押し出されると、ブレーキキャリパはディスクロータに垂直な方向に移動し、両側の制輪子がディスクロータに当接する。このときの制輪子とディスクロータ間の摩擦力がブレーキトルクとなり、このブレーキトルクの反力はブレーキキャリパに作用する。この場合、歪みゲージは、ブレーキキャリパがディスクロータの制輪子に対する移動方向側に延び出すブラケット（他方のブラケット）の支持ピンを中心にして回転すると仮定したときに、ディスクロータの制輪子に対する移動方向と反対側に延び出すブラケット（一方のブラケット）の支持ピンが、一方のブラケットの内周面に当接する地点の延長線上のブラケット外周面上の点から、両側に所定の角度範囲（第２の発明では９０度の角度範囲）の領域に取り付けられている。したがって、歪みゲージの取り付けられる位置は、ブレーキキャリパを回転させようとするブレーキトルクの反力に対抗する支持ピンからの支持力が直接的に作用する位置となり、また、アームから構造的に離れており、押し出し手段からの反力によりアームが押し広げられる歪みの影響が少ない位置となる。よって、歪みゲージの出力は、ブレーキトルクを直接的に反映したものとなり、ブレーキトルク演算手段は歪みゲージの出力に基づいて正確なブレーキトルクを容易に算出できる。
【００１７】
第３の発明では、ディスクロータの正逆いずれの方向に回転していたとしてもその回転方向に対応する歪みゲージからの出力でブレーキトルクを検出できるので、車両が正負いずれの方向に進んでいる場合にも、ブレーキトルクの検出を同様に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
なお、以下の各実施の形態においては、ディスクブレーキ装置の全体構成は、例えば図１、図２に示した従来例と同様である。したがって、以下の説明においては、図１、図２に示したディスクブレーキ装置に基づいて、本発明の特徴となる歪みゲージの取り付け位置を中心に説明し、ディスクブレーキ装置そのものの構成については説明を繰り返さない。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態のブレーキトルク検出装置では、歪みゲージを、ディスクロータ２の回転方向に対して反対側のブラケット１１または１２の外周面の点Ｐ１または点Ｐ２から、ブラケット１１または１２の外周方向に沿って（支持ピン１３、１４の軸を中心として）両側に９０度の範囲内の領域に取り付ける。ここで、ディスクロータ２が図１の反時計回り回転方向に回転しているとき（ディスクロータ２が制輪子５Ａ、５Ｂに対してトルク受けピン６Ａ、６Ｂ側からトルク受けピン７Ａ、７Ｂ側に回っているとき）には、ブラケット１１がディスクロータ２の回転方向の反対側のブラケットとなる。一方、ディスクロータ２が図１の時計回り回転方向に回転しているとき（ディスクロータ２が制輪子５Ａ、５Ｂに対してトルク受けピン７Ａ、７Ｂ側からトルク受けピン６Ａ、６Ｂ側に回っているとき）には、ブラケット１２がディスクロータ２の回転方向の反対側のブラケットとなる。
【００２１】
本発明では、制動に伴って発生する応力の解析を単純化し、かつ実質的に許容範囲に収まるように、ブラケット１１、１２外周面上の点Ｐ１、Ｐ２（実際には支持ピン１３、１４と平行に延びる線）は、つぎのような仮説のもとに決定される。
【００２２】
まず、支持ピン１４、１３の中心軸をそれぞれ中心とする円弧であって、支持ピン１３、１４の中心を通る円弧Ｒ１、Ｒ２を考える。そして、この円弧Ｒ１、Ｒ２がピン穴１１ａ、１１ｂと交わる地点を、それぞれ点Ｑ１、Ｑ２とする。このように決定された点Ｑ１、Ｑ２は、制動時にディスクロータ２の回転方向の支持ピン１４、１３を中心にブレーキキャリパ１が回転すると仮定したときに、支持ピン１３、１４がピン穴１１ａ、１１ｂと接し、支持ピン１３、１４に押される地点となる。点Ｐ１、Ｐ２は、この点Ｑ１、Ｑ２を通る円弧Ｒ１、Ｒ２の接線が、ブラケット１１、１２の外周面と交わる点として決定される。
【００２３】
このように、ディスクロータ２の回転方向に対して反対側のブラケット１１、１２の外周面上の点Ｐ１、Ｐ２は、支持ピン１３、１４がピン穴１１ａ、１１ｂに接する点である点Ｑ１、Ｑ２の延長線上にあるので、ブラケット１１、１２の外周面の点Ｐ１、Ｐ２から両側に略９０度の範囲の領域には、支持ピン１３、１４の作用による引っ張り歪みが発生する。
【００２４】
また、この場合、ブラケット１１、１２は、アーム３Ａ、３Ｂと反対側に延び出してアーム３Ａ、３Ｂと構造的に離れているので、アーム３Ａ、３Ｂを押し開こうとする力の影響による歪みが生じにくい。このため、ブラケット１１、１２に生じる歪みは、支持ピン１３、１４からの支持力（ブレーキキャリパ１にトルク受けピン６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂを介して作用するブレーキトルクの反力に対抗する力）の作用によってブラケット１１、１２が引き伸ばされた歪みとなり、ブレーキトルクを直接的に反映したものとなる。
【００２５】
このようにブレーキキャリパ１のブラケット１１、１２に取り付けられた歪みゲージは、所定のブリッジ回路内に組み込まれ、このブリッジ回路の出力が歪みゲージ出力となる。そして、この歪みゲージ出力はブレーキトルクに直接的に対応した引っ張り歪みに基づくものであるので、この歪みゲージ出力に基づいて容易に正確なブレーキトルクを容易に算出することができ、ブレーキトルク検出装置からの検出値は、例えばアンチロックブレーキシステム等のブレーキ制御システムにおいて使用可能な精度の高いものとなる。
【００２６】
なお、ディスクロータ２の正逆両回転方向に対応して、ブラケット１１、１２の両方に歪みゲージを取り付けるようにすれば、車輪が正逆いずれの回転である場合にも（車両が正負いずれの方向に進んでいる場合にも）、ブレーキトルクの検出を同様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクブレーキ装置を示す側面図である。
【図２】同じく正面図である。
【符号の説明】
１  ブレーキキャリパ
２  ディスクロータ
３Ａ  ３Ｂ  アーム
４Ａ  ４Ｂ  制輪子支持部
５Ａ  ５Ｂ  制輪子
６Ａ  ６Ｂ  トルク受けピン
７Ａ  ７Ｂ  トルク受けピン
８  ピストン
９  油圧導入孔
１１  ブラケット
１２  ブラケット
１３  支持ピン
１４  支持ピン
【図１】
0003942748.tif 000002
【図２】
0003942748.tif 000003