(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送用車両の走行の制動方式として、車軸と共に回転するブレーキディスクに、ブレーキシュー本体の形が首振り棒との自在結合点を中心として両側に延びて存在し、また、両者は一体化した形で首振り機構を持つブレーキシューを、接輪角θが２°から３０°の範囲内で首振り接輪式に接輪し、車輪の回転力により、首振り機構に首振り力を発生させて接輪圧を自動的に掛け、ブレーキシューの首振り角度を制御することにより接輪圧を制御し、車輪の回転力すなわち走力を効率良く制動および制御するもので、車輪の回転力を制動力に変換して制動する首振り接輪式制動方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、輸送用車両等の走行の制動形式および制動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、輸送用車両の制動装置の制動形式は、車軸又は車輪に直結するブレーキディスクに、ブレーキシューを一定方向に強く押し当てることにより、車輪の回転を制御し、制動する形式が一般的に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の制動形式は、ブレーキシューをブレーキディスクに強く押し当てる力を必要とするが、その力すなわち制動力は、車両の重量および走行速度が大であればある程、強力でなければならない。したがって、軽車両を除く殆どの車両は、制動力として油圧装置等による強力な力を用いている。本発明は、制動力として、油圧装置等を用いることなく走行の際の回転する車輪の回転力を利用するもので、これにより車両の走行を効率良く制動および制御するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による制動方式は、車両の車輪の回転力すなわち車両の走力を制動力とするもので、それには、ブレーキシューを回転するブレーキディスクに首振り接輪式にて接輪し、首振り機構に首振り力を発生させて、自動的に接輪圧が掛かる様にし、ブレーキシューの首振りの角度を制御することにより、車輪の回転すなわち走行を、効率良く制動および制御する方式とした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の首振り接輪式制動方式による制動装置の構成は、車軸に直結するブレーキディスク、首振り機構を持つブレーキシュー、および、ブレーキシューの首振りを制御する首振り制御機構すなわち制動制御機構、によって構成される。なお、ブレーキディスクとブレーキシューの各本体の形状および材質に関しては、従来のものと略ぼ同じである。
【０００６】
つぎに、本発明の首振り接輪式制動方式による制動装置の基本的構造と制動機能について詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明の制動方式による制動装置の基本的構造と制動機能を説明するためのもので、ブレーキシュー１をブレーキディスク２に押し当てる個所、すなわち、制動を行なう接輪個所をディスクの外円周面とした場合の、接輪時の主要制動機構右側面図である。なお、首振り制御機構部は、図の複雑化を避けるため省略してある。また、ここで言う側面とは、車両の前方から見た面を正面とした場合である。
【０００８】
図１において、ブレーキディスク２の中心をＯ、ブレーキシュー１の首振り支点をＰ、また、ブレーキシュー１と首振り棒３とは回転軸を介して自在結合されているが、その自在結合軸中心点をＲとする。なお、Ｏ、Ｐ、Ｒの各点を中心とする小円は、それぞれが回転軸であることを示すもので、これらの回転軸の方向は、図１の場合互いに平行とする。
【０００９】
これは、接輪時の際のブレーキシューの首振り方向を、接輪個所のディスクの移動方向に一致させるためであり、また、ブレーキシューとディスクの接面部を密着させるためでもある。なお、Ｐ点における回転軸の軸受けは、強力な制動力を直に受けるから、車体にしっかりと固定しなければならない。また、接輪ＯＦＦ時すなわち制動ＯＦＦ時には、ブレーキシューとディスクの接面が自動的に完全に離れる様にするため、ブレーキシューと首振り棒との自在結合部にバネを用いて、接輪ＯＦＦ時の両者の接輪面が、互いに平行になる様に設定する。
【０００１０】
したがって、首振り機構を持つブレーキシューとは、図１に示す如く、首振り支点Ｐにつながる首振り棒３に、自在結合されたブレーキシュー１のことである。図１の場合、首振り棒３を上下に振ることにより接輪ＯＮ，ＯＦＦの操作、すなわち、制動ＯＮ，ＯＦＦの操作と、接輪圧の制御、すなわち、制動力の制御を行なう。
【０００１１】
なお、上記の如き接輪方式を首振り接輪式と称し、また、図１には示してないが、制動制御機構とは、首振り棒３の振り方を制御する機構のことである。
【０００１２】
つぎに、制動機能について説明する。図１において、矢印にて示す如く左廻りに回転するブレーキディスク２に、ブレーキシュー１を首振り機構により軽く押し当てたとする。ブレーキシューは、ディスクに接輪すると同時に軽い接輪圧を掛けるため、ディスクの接面の回転方向に引き込まれる。すなわち、首振り機構には、ディスクの回転力により首振り棒３を下方に振る首振り力が発生する。
【０００１３】
ところが、首振り棒３が下方に向くに従い接輪圧がより強くなる構造になっているから、ディスクの回転には、強い制動が掛かることになる。この首振り棒３を下方に振る首振り力は、首振り支点Ｐの位置によって大きく異なるが、この外、接面部の接触摩擦抵抗に関連があり、ブレーキシューの材質および接輪部の接面積によっても異なることは勿論である。
【０００１４】
この様に、ディスクの回転力、すなわち、車輪の回転力を利用してブレーキシューの首振りを行ない、制動を掛けるのであるが、この制動力は、接輪機構の位置関係、すなわち、ブレーキシューの首振り支点Ｐ、ブレーキディスクの中心Ｏ、それに接輪個所、この三点の相対位置関係によって大きく異なる。
【０００１５】
接輪個所の表示としては、図１に示す如く、ＯとＲを結ぶ直線と、ブレーキディスクの外周円との交点をＱとし、このＱ点を接輪個所の等価接輪点とする。また、ＱとＰを通る直線と、ＱとＯを通る直線との交差角をθとし、このθを接輪角とする。
【０００１６】
接輪角θは、上記接輪機構の相対位置関係を表示するもので、制動力は、このθと密接な関係があり、θの数値が小さい程、制動効率は良く制動力が大である。ただし、図１の場合で、ディスクが逆回転する場合には、制動力は発生せず、制動機能はない。
【０００１７】
接輪角θの実用的数値は、実験結果によれば約０°〜３０°の範囲内であるが、出来るだけ小さい値、すなわち、１０°以下とするのが妥当である。ただし、図１の場合、θが０°附近になると急激に接輪の外れが生じ易くなるため、θが０゜より少し大きい２°〜３°になると、それ以下の角度にならない様にする過大首振り防止用のストッパーを設けなければならない。
【０００１８】
したがって、図１の如き接輪機構の設定基準としては、必要とする最大制動力時のθの値を、首振りストッパーが働く角度に合わせて２°〜３°とすればよい。なお、θの調整は、首振り棒の長さ、または、首振り支点の位置を変えればよい。また、θが０°となる状態は、Ｒ点の位置が、ＯとＰを結ぶ線上にある場合である。
【０００１９】
以上に述べたことは、基本的な制動機能についての説明であり、制動の制御を行なわない場合である。したがって、図１の場合で制動を掛けると、ブレーキシューがディスクに接輪すると同時に首振り力が発生し、ブレーキシューの首振りは、回転力に適応した最大制動力が掛かる状態まで、自動的にしかも急激に進行する。すなわち、急ブレーキを掛けた状態になる。したがって、制動の制御は、この急ブレーキが掛かる過程を制御すればよいと言うことになる。
【０００２０】
つぎに、本制動方式による制動装置の制御機構について述べる。図２は、制動制御の基本的方法と機構を説明するための主要制動機構右側面図である。図２において、４は首振り力を調整するための押しバネ、５は制御操作端子、６は首振りストッパーであり、その他の記号は、図１の場合と同じである。
【０００２１】
首振り力の調整用押しバネ４は、自動的に急ブレーキが掛かるのを防ぐと共に、首振りの操作すなわち制御端子５による制御操作を、円滑容易にするためのものである。したがって、制動制御は、制御操作端子５を用いてブレーキシュー１の首振りを行なえばよいが、押しバネ４の強度を調整すれば、制御端子５に掛ける制御操作力の強弱により、制動制御することが出来る。
【０００２２】
以上に述べたのは、首振り棒の長さを一定にしたときの制動制御機能についてであるが、制御操作をより円滑容易にするには、実質的な首振り棒の長さ、すなわち、図２においてＰ点とＱ点を結ぶ直線の長さを、接輪圧が強くなると自動的に少し短くなる様にすればよい。なお、図２の場合の如く、首振り棒の長さを変えずに一定とした場合でも、実際に制動を掛けると、接輪面の密着度の変化、ブレーキシュー本体およびそれの支持機構の接輪圧による伸縮等により、実質的な首振り棒の長さは、多少ではあるが変化する。
【０００２３】
本発明による制動方式について、基本的な制動機能および制御方法を図１，２を用いて説明したが、これは、車輪の回転を一定方向すなわち左回転に限定した場合であって、車輪が逆回転する場合には、図に示す制動機構形態そのままでは制動効果はない。したがって、車両の後進に対しても強い制動を必要とする場合には、一つのブレーキディスクにブレーキシューを接輪する形態を、前進用と後進用の二通りにしなければならない。
【０００２４】
また、上記の制動および制御の説明は、接輪個所をブレーキディスクの外円周面とした場合の一例についてであるが、接輪個所が異なる場合でも、すなわち、ディスクの内円周面またはディスクの円板面とした場合で、首振り支点をそれぞれの接輪個所に適応する位置に設定すれば、上記の説明は、これらの制動および制御の説明にそのまま適用される。すなわち、本発明による制動方式は、従来の各種制動形式に適用することが出来る。
【実施例】
本発明による首振り接輪式制動方式を、従来の各種制動形式に適用した場合の実施例について、図を参照して説明する。
【０００２５】
なお、以下に示す図は、何れも説明用のものであり、制御機構部は省略し、制動機構の基本的な主要構成のみを示すもので、実際の形態図ではない。
【０００２６】
図３は、制動の接輪個所をブレーキディスク２の外円周面とし、ブレーキシュー１の首振り支点Ｐの位置を、ディスク円周の外側とした実施例についての主要制動機構右側面図である。
【０００２７】
図３には、首振り機構付きブレーキシュー１が二個あるが、これは前進，後進用のもので、左側にあるのが左回転制動用、右側にあるのが右回転制動用である。制動の制御は、それぞれの首振り棒３の首振りを操作すればよい。なお、図３に示す制動形式は、車輪そのものをブレーキディスクにして、強力な制動を行なう鉄道車両にも適用出来る。
【０００２８】
図４は、接輪個所を図３の場合と同じくブレーキディスク２の外円周面とし、ブレーキシュー１の首振り支点Ｐの位置を、ディスク円周の内側とした実施例についての主要制動機構右側面図である。
【０００２９】
図４の場合は、首振り機構を持つブレーキシュー１は一個であるが、前進，後進の制動が可能である。すなわち、前進の場合の制動は、首振り棒３を実線で示す如く左側に振ることによって行なわれ、後進の場合の制動は、首振り棒３を点線で示す如く右側に振ればよい。また、制動ＯＦＦすなわち接輸ＯＦＦにするには、首振り棒３を、左右の振り角度の中間すなわち接輪角θが０°となる位置に固定すればよい。なお、図４の場合には、首振りストッパーは不用である。
【０００３０】
ここで、図４に示す如く、一個の首振り機構付きブレーキシュー１を、接輪角０°を基準として、正，逆の方向に振ることにより、前進，後進の制動を行なう制動形式の場合、つぎの点に留意しなければならない。
【０００３１】
制動ＯＦＦ時のブレーキシュー１とブレーキディスク２の接輪面の間隙は、出来るだけ小さくなる様に設定する。これは、制動時の接輪角θの変化は、図１の場合とは逆に、制動が強くなるに従いθは大きくなるから、したがって、制動効率の点から制動時のθを、出来るだけ小さくする必要があるからである。
【０００３２】
図５は、接輪個所をブレーキディスク２の内円周面とし、首振り支点Ｐの位置を、ディスク円周の内側とした実施例についての主要制動機構右側面図である。
【０００３３】
首振り機構付きブレーキシューは二個あるが、図３の場合と同じく、前進，後進用のもので、左側にあるのが左回転制動用であり、右側にあるのが右回転制動用である。なお、制動制御は、それぞれの首振り棒３の首振り操作で行なう。
【０００３４】
図６は、接輪個所を図５の場合と同じくブレーキディスク２の内円周面とし、首振り支点Ｐの位置を、ディスク円周の外側とした実施例についての主要制動機構右側面図である。
【０００３５】
図６の場合は、一個の首振り機構付きブレーキシューで、図４の場合と同じく首振り棒３の振り方向を変えることにより、前進，後進（点線にて表示）の制動を行なうことが出来る。なお、この場合、首振りストッパーは不用である。
【０００３６】
図７は、接輪個所をブレーキディスク２の円板面とした場合の実施例につき、制動の基本的機構を示す主要制動機構図である。なお、図において左側が正面図、右側が右側面図である。
【０００３７】
図７の場合、ブレーキシュー１の形状、および、首振り支点Ｐの位置、首振りの方向は、今までの図とは異なるが、制動機能に関しては、今まで述べた説明と殆ど同じである。なお、図では、前進の場合の制動機構のみ示してある。
【発明の効果】
本発明による制動方式は、以上説明した様な形態で実施され、以下に記す如き効果がある。
【０００３８】
本制動方式は、走行時における車輪の回転力を制動力とするため、従来用いられている制動専用の強力な力の発生装置、すなわち、油圧装置等は不用である。
【０００３９】
本制動方式は、制動力と車輪の回転力とは相関があるので、強い制動力を必要とする重車両にも適用出来る。
【０００４０】
本制動方式は、制動時に発生するブレーキシューの首振り力を、バネ等を用いて調整することにより、首振り棒の首振り操作による制動制御が容易に出来る。
【０００４１】
本制動方式は、車輪の回転力に応じて制動力を掛けることが出来るので、急ブレーキを掛けても、車両の横すべり現象を生じない様にすることが出来る。
【０００４２】
本制動方式は、従来の各種制動形式に利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】首振り接輪式制動方式の制動機能説明用の主要制動機構右側面図。
【図２】首振り接輪式制動方式の制動制御機能説明用の主要制動機構右側面図。
【図３】接輪個所をブレーキディスクの外円周面とし、首振り支点をディスク円周の外側とした場合の、首振り接輪式制動方式の実施例を示す主要制動機構右側面図。
【図４】接輪個所をブレーキディスクの外円周面とし、首振り支点をディスク円周の内側とした場合の、首振り接輪式制動方式の実施例を示す主要制動機構右側面図。
【図５】接輪個所をブレーキディスクの内円周面とし、首振り支点をディスク円周の内側とした場合の、首振り接輪式制動方式の実施例を示す主要制動機構右側面図。
【図６】接輪個所をブレーキディスクの内円周面とし、首振り支点をディスク円周の外側とした場合の、首振り接輪式制動方式の実施例を示す主要制動機構右側面図。
【図７】接輪個所をブレーキディスクの円板面とした場合の、首振り接輪式制動方式の実施例を示す主要制動機構の正面図および右側面図。
【符号の説明】
１  ブレーキシュー
２  ブレーキディスク
３  首振り棒
４  押しバネ
５  制御操作端子
６  首振りストッパー
Ｏ  ブレーキディスクの中心点
Ｐ  首振り支点
Ｑ  等価接輪点
Ｒ  ブレーキシューの自在結合点
θ  接輪角
【図１】
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【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】
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【図７】
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