(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキ装置を作動させる押し棒をモータの出力に基づいて移動させる常用ブレーキ機構部と、ばねの出力に基づいて前記押し棒を移動させる安全ブレーキ機構部とを有する作動装置のブレーキ反力検出構造であって、
前記ばねを受け止めるリング状のばね受けと、
外周に前記ばね受けを通す円筒状の部材であって、径方向外方に拡がった部分で前記ばね受けを受け止め、前記ばねの伸縮方向に沿った軸方向に所定範囲で移動可能な押さえ部材と、
前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に設けられ、前記押さえ部材を前記軸方向に案内する円筒状部及び、周溝が形成された鍔状部を有する案内部材と、
前記周溝に取り付けられ、その一端面が前記押さえ部材の端部に当接するリング状の弾性部材と、
前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に取り付けられ、前記弾性部材の他端面に当接する圧力センサとを備え、
前記押さえ部材は前記案内部材の円筒状部に緊密に外挿されることにより、前記軸方向に対しての傾きが規制されており、
前記ばね受けは、前記軸方向に対して僅かな傾きが可能な程度に緩く、前記押さえ部材の外周に係合し、
前記ばね受けが前記軸方向に対する傾きを生じた場合でも、これを、前記押さえ部材は傾くことなく受け止め、前記端部全体で前記軸方向に弾性部材を押圧することを特徴とする作動装置のブレーキ反力検出構造。
【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を駆動する作動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許協力条約に基づく国際公開番号ＷＯ９８／４７７５０のパンフレットに掲載された作動装置（電気式ブレーキアクチュエータ）は、モータの回転に基づいて、ブレーキ装置を駆動する押し棒をその軸方向に移動させる常用ブレーキ機構部と、圧縮状態に保持したばねを放勢させることにより特殊な形状のピストンを駆動して、上記押し棒を軸方向に移動させる安全ブレーキ機構部とを備えている。図３は、このような作動装置における安全ブレーキ機構部の構造の概略を示す断面図である。
【０００３】
図において、ハウジング１０１の内部中央には案内スリーブ１０２が取り付けられ、この案内スリーブ１０２の外側には、サポートスリーブ１０３が外挿されている。サポートスリーブ１０３の上端部は、ばね受け１０３ａとなっており、軸方向に微小範囲で移動可能である。ばね受け１０３ａとハウジング１０１との間には、弾性材料からなるリング１０４が介装されており、このリング１０４に全荷重がかかる。ハウジング１０１の上端部には圧力センサ１０５が装着されており、この圧力センサ１０５は、リング１０４の上端面の一箇所に接している。この接触面積をＳ１、リング１０４全体の受圧面積をＳとすると、リング１０４が受ける全荷重のＳ１／Ｓの荷重が、圧力センサ１０５により検出される。
【０００４】
上記サポートスリーブ１０３には、楔ピストン１０６のピストン部１０６ａが上下方向に摺動可能に外挿されている。楔ピストン１０６は、上記ピストン部１０６ａの他、ばね支持部１０６ｂ及び楔部１０６ｃを有して、一体に形成されている。楔部１０６ｃは紙面に垂直な方向に互いに距離をおいて一対設けられている。楔ピストン１０６の中心部にはねじ軸１０７が螺合し、このねじ軸１０７の回転により楔ピストン１０６が上下方向に移動可能である。楔ピストン１０６のばね支持部１０６ｂとばね受け１０３ａとの間には、２つのばね１０８が装着されており、これによって楔ピストン１０６は下方に付勢されている。ねじ軸１０７の回転は、サポートスリーブ１０３の内側に設けられている装置（図示せず。）により、阻止されたり許容されたりするようになっている。通常は、ねじ軸１０７が回転して２つのばね１０８を圧縮した状態で、この状態を維持すべく、ねじ軸１０７の回転が阻止されている。
【０００５】
一方、ブレーキ装置（図示せず。）を作動させる押し棒１０９は、ガイドチューブ１１０に保持されている。ガイドチューブ１１０はハウジング１０１により、図の左右方向に移動可能に保持されており、その両側面には押し棒ローラ１１１が設けられている。また、ハウジング側には、ハウジングローラ１１２が設けられている。楔部１０６ｃは、押し棒ローラ１１１及びハウジングローラ１１２と係合している。図示の状態から、ねじ軸１０７の回転が許容されると、ばね１０８の付勢を受けてねじ軸１０７が回転し、楔ピストン１０６が下降する。楔部１０６ｃは、下降しながら押し棒ローラ１１１を左方に押しのけ、これによって、ガイドチューブ１１０及び押し棒１０９が左方に移動し、ブレーキ装置を作動させる。実際にブレーキがかかると、ブレーキ装置からの反力が、楔部１０６ｃを介して楔ピストン１０６の軸方向への反力に変換される。この反力が、ばね１０８、ばね受け１０３ａ及びリング１０４を介して、圧力センサ１０５により検出される。従って、圧力センサ１０５が所定の反力を検出することにより、実際に所定のブレーキ力が生じたことを確認することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の作動装置において、ばね１０８は、高荷重のものが用いられている。このような高荷重のばね１０８は、ばね軸に対する端面の直角度にばらつきがあり、しかも、圧縮時の傾きの変化が、低荷重のものよりも大きい。このような理由から、ばね受け１０３ａが若干傾くことがある。この場合、リング１０４に付与される荷重が偏り、圧力センサ１０５は正確な反力を検出できなくなる。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、作動装置においてブレーキ反力を正確に検出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ブレーキ装置を作動させる押し棒をモータの出力に基づいて移動させる常用ブレーキ機構部と、ばねの出力に基づいて前記押し棒を移動させる安全ブレーキ機構部とを有する作動装置のブレーキ反力検出構造であって、
前記ばねを受け止めるリング状のばね受けと、外周に前記ばね受けを通す円筒状の部材であって、径方向外方に拡がった部分で前記ばね受けを受け止め、前記ばねの伸縮方向に沿った軸方向に所定範囲で移動可能な押さえ部材と、前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に設けられ、前記押さえ部材を前記軸方向に案内する円筒状部及び、周溝が形成された鍔状部を有する案内部材と、前記周溝に取り付けられ、その一端面が前記押さえ部材の端部に当接するリング状の弾性部材と、前記安全ブレーキ機構部のハウジング側に取り付けられ、前記弾性部材の他端面に当接する圧力センサとを備え、前記押さえ部材は前記案内部材の円筒状部に緊密に外挿されることにより、前記軸方向に対しての傾きが規制されており、前記ばね受けは、前記軸方向に対して僅かな傾きが可能な程度に緩く、前記押さえ部材の外周に係合し、前記ばね受けが前記軸方向に対する傾きを生じた場合でも、これを、前記押さえ部材は傾くことなく受け止め、前記端部全体で前記軸方向に弾性部材を押圧することを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
上記のように構成された作動装置のブレーキ反力検出構造においては、ばね受けを、これとは別部材の押さえ部材によって受け止める。また、案内部材は、押さえ部材が軸方向に対して傾斜する方向へ移動することを規制する。従って、ばね受けが傾いても、押さえ部材は傾くことなく荷重を受け止め、弾性部材を均一に押圧する。圧力センサは、均一に押圧された弾性部材を介して、荷重を検出する。
【００１０】
また、弾性部材の保持と、弾性部材を押圧する押さえ部材の案内とが、共通の案内部材によって行われる。従って、かかる３部材の組立精度を確保することが容易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態によるブレーキ反力検出構造を採用した作動装置を示す断面図である。また、図２は、図１の上部を拡大した断面図である。図１において、当該作動装置は、ハウジング本体１ａと、上部カバー１ｂと、上部カバー１ｂの中央部に取り付けられた蓋１ｃとによって構成されるハウジング１内（但し、一部突出している。）に、モータを駆動源とする常用ブレーキ機構部２と、ばねの出力を駆動源とする安全ブレーキ機構部３と、これら両機構部によって、図の左右方向を軸方向として駆動される押し棒機構部４とを備えている。安全ブレーキ機構部３は、上記モータが使用不可の場合や、停電時等にのみ、非常ブレーキとして作動する。
【００１２】
上記押し棒機構部４において、ガイドチューブ４０１は、ハウジング１により軸方向に摺動可能に保持されている。このガイドチューブ４０１に内挿された押し棒４０２は、左端部以外が円筒状であり、ガイドチューブ４０１に対して軸方向に摺動可能である。この押し棒４０２にはボールねじが内蔵されており、当該ボールねじを構成するねじ４０３の右端側小径部４０３ａに、ガイドチューブ４０１の内径より小さい外径を有するリング４０４が外嵌されている。リング４０４とガイドチューブ４０１の右端部４０１ａとの間には、スラストベアリング４０５が装着されている。外周側が歯車になっている歯車リング４０６は、ねじ４０３の右端部４０３ｂに外嵌されている。ラジアルベアリング４０７は、歯車リング４０６の内筒部４０６ａとガイドチューブ４０１の右端部４０１ａとの間に装着されている。
【００１３】
また、力伝達リング４０８は、ガイドチューブ４０１に外挿され、かつ、固定されている。力伝達リング４０８の両側面には、一対の押し棒ローラ４０９が回転自在に取り付けられている。この押し棒ローラ４０９がねじ４０３の軸方向に移動すると、力伝達リング４０８を介してガイドチューブ４０１が移動する。一方、押し棒ローラ４０９と対向してガイドチューブ４０１の両側面に配置された一対のハウジングローラ４１０は、ハウジング１に回転自在に支持されている。
【００１４】
一方、常用ブレーキ機構部２にはモータ２００が設けられている。被駆動シャフト２０２は、モータ２００のシャフト２０１の右端に対向して、かつ、シャフト２０１と同軸に配置されている。シャフト２０１と被駆動シャフト２０２との間には、クラッチ装置２０３が介在している。被駆動シャフト２０２の右端に設けられた小歯車２０４は、ハウジング１に対して回転自在に支持されている大歯車２０５と噛合して、これを駆動する。大歯車２０５は、歯車リング４０６と噛合して、これを駆動する。上記クラッチ装置２０３は、シャフト２０１の回転を被駆動シャフト２０２に伝達するとともに、シャフト２０１が回転停止したとき、それまで回転していた方向と逆方向に被駆動シャフト２０２が回転することを阻止する構成となっている。
【００１５】
また、安全ブレーキ機構部３においては、上部カバー１ｂの中央に、鍔状部３０１ａと円筒状部３０１ｂとを有する案内スリーブ３０１が取り付けられている。案内スリーブ３０１の円筒状部３０１ｂには、略円筒状の押さえ部材３０２が外挿されている。押さえ部材３０２は、案内スリーブ３０１に対して、軸方向に微小な所定範囲で摺動可能である。押さえ部材３０２の外周には、リング状のばね受け３０３が、軸方向に対して僅かな傾きが可能な程度に緩く係合している。
【００１６】
一方、楔ピストン３０４は、押さえ部材３０２に外挿される円筒状のピストン部３０４ａと、略円盤状のばね支持部３０４ｂと、紙面に垂直な方向に互いに離隔して一対設けられた楔部３０４ｃとを備えている。この楔部３０４ｃの先端は、前述の押し棒ローラ４０９及びハウジングローラ４１０と係合している。大小２個のコイルばねのうち外側のばね３０５は、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂと、ばね受け３０３との間に装着されている。また、内側のばね３０６は、ばね支持部３０４ｂとばね受け３０３との間に、リング状の他のばね受け３０７を介して装着されている。ねじ軸３０８は、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂ内周に装着された雌ねじ部材３０９に螺合して、ボールねじのような関係を構成している。
【００１７】
上記ねじ軸３０８の上端側には、円筒形のねじ軸サポート３１０が取り付けられている。押さえ部材３０２に取り付けられた円筒部材３１１は、ねじ軸サポート３１０と同一の外径を有する。ねじ軸サポート３１０と円筒部材３１１との間には、スラストベアリング３１２が装着されている。係止スリーブ３１３は、案内スリーブ３０１に対して径方向に隙間を保って内挿されている。係止ばね３１４は、ねじ軸サポート３１０及び円筒部材３１１の外周に巻装され、その一端が係止スリーブ３１３に係止され、他端がねじ軸サポート３１０に係止されている。
【００１８】
案内スリーブ３０１の鍔状部３０１ａの内側には、電磁石３１５が取り付けられている。電磁石３１５の内側には、ベアリング３１７を介して、軸部材３１８が回転可能に支持されている。軸部材３１８は円盤部３１８ａを備えており、この円盤部３１８ａ上に、磁性体からなるリング３１６が取り付けられている。電磁石３１５が励磁されるとリング３１６はこれに吸引され、軸部材３１８は回転できない。逆に、電磁石３１５が消磁されるとリング３１６は釈放され、軸部材３１８は回転可能となる。上記係止スリーブ３１３は、この軸部材３１８の下端部に嵌合されており、軸部材３１８と一体に回転する。通常は、電磁石３１５が励磁されており、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３は回転できない。
なお、安全ブレーキ機構部３内の上記各部材は、ねじ軸３０８を中心として同軸的に配置されている。
【００１９】
上記押さえ部材３０２の下端中央部は、ねじ軸３０８の外周の一部に設けた溝に係止された支持リング３２１と係合している。これにより、押さえ部材３０２の下方への移動が規制されている。また、図２に示すように、押さえ部材３０２の上端部３０２ａは、案内スリーブ３０１に形成された周溝３０１ｃに挿入され得る形状となっている。この周溝３０１ｃにはリング状の弾性部材（ゴム等）３２２が装着され、その下端面が上端部３０２ａの端面全周に当接している。また、上端部３０２ａの内側には２段の段部３０２ｂが設けられており、これらの段部３０２ｂが、対応する案内スリーブ３０１の段部３０１ｄに当接する位置が押さえ部材３０２の上限位置となる。すなわち、押さえ部材３０２は、支持リング３２１（図１）によって規制された下限位置から、当該上限位置までの範囲で、軸方向に摺動可能である。また、押さえ部材３０２は案内スリーブ３０１に対して、軸方向への僅かな移動を妨げられない程度に緊密に外挿されている。こうして、固定部材である案内スリーブ３０１は、押さえ部材３０２を、ばね３０５，３０６の伸縮方向に沿った軸方向に案内するとともに、軸方向に対して傾斜する方向への押さえ部材３０２の移動を規制する案内部材として機能している。
【００２０】
一方、圧力センサ３２３は案内スリーブ３０１の上面から装着され、弾性部材３２２の上端面の一部に当接している。圧力センサ３２３は案内スリーブ３０１に螺着されたロックナット３２４によって固定され、ロックナット３２４にはキャップ３２５が被せられている。
押さえ部材３０２が摺動して弾性部材３２２が押圧されると、その荷重に応じた出力信号が圧力センサ３２３から出力される。
【００２１】
上記のように構成された作動装置の動作について説明する。
まず、常用ブレーキ動作について簡単に説明する。図１に示す状態（ブレーキ解除状態）からモータ２００が所定方向に回転すると、クラッチ装置２０３を介して被駆動シャフト２０２が回転駆動される。これにより、小歯車２０４、大歯車２０５、歯車リング４０６及びねじ４０３が回転し、押し棒４０２が図の左方向へ前進する。押し棒４０２の前進により、図示しないブレーキ装置が作動する。モータ２００が逆方向に回転すると、押し棒４０２が後退して、ブレーキが解除される。
【００２２】
次に、安全ブレーキ動作について説明する。図１に示す状態において、ばね３０５，３０６は蓄勢され、楔ピストン３０４のばね支持部３０４ｂは下方に付勢されている。これにより、ねじ軸３０８は、楔ピストン３０４の下方移動に対応した回転方向に付勢されている。従って、ねじ軸サポート３１０及び係止ばね３１４を介して、係止スリーブ３１３及び軸部材３１８も所定の回転方向に付勢されている。しかしながら、通常は、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３が回転できないので、ねじ軸３０８は回転しない。
【００２３】
上記の状態から、安全ブレーキ指令に基づいて電磁石３１５が消磁されると、リング３１６が釈放され、軸部材３１８及び係止スリーブ３１３が回転し始める。これに追随して、ねじ軸サポート３１０及びねじ軸３０８も回転し、楔ピストン３０４は下降する。下降する楔ピストン３０４の楔部３０４ｃが、押し棒ローラ４０９とハウジングローラ４１０との間に押し入ることにより、可動側の押し棒ローラ４０９が左方へ移動する。これに伴って、力伝達リング４０８を介して、ガイドチューブ４０１が左方へ前進する。このときガイドチューブ４０１は、押し棒４０２その他内部に含む全ての部材及び歯車リング４０６を引き連れて前進する。歯車リング４０６は、幅広な歯を有する大歯車２０５との噛合を維持したまま、左方へ移動する。こうして、前進する押し棒４０２により、図示しないブレーキ装置が作動する。
【００２４】
ブレーキ装置の作動により、その反力が、楔部３０４ｃを介して楔ピストン３０４の軸方向への反力に変換される。この反力が、ばね３０５，３０６、ばね受け３０７、ばね受け３０３、押さえ部材３０２及び弾性部材３２２を介して、圧力センサ３２３により検出される。従って、圧力センサ３２３が所定の反力を検出することにより、実際に所定のブレーキ力が生じたことを確認することができる。
ここで、楔ピストン３０４の軸に対してばね３０５，３０６の傾きがある場合、ばね受け３０３が若干傾き、ばね受け３０３にかかるばねの荷重に偏りが生じる。しかしながら、ばね受け３０３と押さえ部材３０２とは互いに別部材であり、押さえ部材３０２が軸方向に対して傾斜する方向へ動くことは、案内スリーブ３０１によって規制されている。従って、押さえ部材３０２は、偏りのある荷重を傾くことなく受け止め、上端部３０２ａ（図２）全体で均一に弾性部材３２２を押圧する。これにより、圧力センサ３２３は正確に反力を検出することができる。
【００２５】
一旦動作した安全ブレーキ機構部３を復帰させるには、モータ２００が稼働可能となってから、所定方向に回転させ、ねじ４０３を制動方向に回転させる。このとき押し棒４０２は既に所定のストローク分前進してブレーキをかけた状態であるため、さらに前進することはできない。従って、ねじ４０３の回転力は、ねじ４０３自身を後退させる力に変換され、ガイドチューブ４０１、力伝達リング４０８及び押し棒ローラ４０９に後退方向への力が付与される。押し棒ローラ４０９に後退方向への力が付与されると、楔ピストン３０４には上昇方向への力が付与される。その結果、楔ピストン３０４は、ねじ軸３０８を回転させながら上昇し、再びばね３０５，３０６を圧縮して図１に示す位置に復帰する。
【００２６】
上記実施形態においては、ばね受け３０３と押さえ部材３０２とを互いに別部材としたことにより、従来のサポートスリーブ１０３（図３）と比べて各部材の形状が小さくなり、加工がし易くなるため、加工精度が向上する。また、弾性部材３２２の保持と、弾性部材３２２を押圧する押さえ部材３０２の案内とが共に、案内スリーブ３０１によって行われるので、かかる３部材の組立精度を確保することが容易であり、弾性部材３２２の押圧量調整精度や、押さえ部材３０２の案内精度を一定に維持することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態において、案内スリーブ３０１はハウジング１の上部カバー１ｂとは別部材としたが、両者を一体に成形することも可能である。但し、このように別部材とする方が、案内スリーブ３０１の芯出しの容易さの点で優れている。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の作動装置のブレーキ反力検出構造によれば、ばね受けを、これとは別部材の押さえ部材によって受け止めるとともに、案内部材により、押さえ部材が軸方向に対して傾斜する方向へ移動することを規制するので、ばね受けが傾いても、押さえ部材は傾くことなく荷重を受け止め、弾性部材を均一に押圧する。従って、ブレーキ装置からの反力を正確に検出することができる。また、ばね受けと押さえ部材とを別部材とすることにより、各部材の形状が小さくなり、加工がし易くなるため、加工精度も向上する。
【００２９】
また、弾性部材の保持と、弾性部材を押圧する押さえ部材の案内とが、共通の案内部材によって行われるので、かかる３部材の組立精度を確保することが容易であり、弾性部材の押圧量調整精度や、押さえ部材の案内精度を一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるブレーキ反力検出構造を採用した作動装置を示す断面図である。
【図２】図１における上部の拡大図である。
【図３】従来の作動装置における安全ブレーキ機構部の構造の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１    ハウジング
２    常用ブレーキ機構部
３    安全ブレーキ機構部
２００    モータ
３０１    案内スリーブ（案内部材）
３０２    押さえ部材
３０３    ばね受け
３０５，３０６    ばね
３２２    弾性部材
３２３    圧力センサ
４０２    押し棒
【図１】
0003871526.tif 000002
【図２】
0003871526.tif 000003
【図３】
0003871526.tif 000004