JP5756375B2 - キャリパブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪とともに回転するディスクに摩擦力を付与して車輪の回転を制動するキャリパブレーキ装置に関するものである。

従来から、鉄道車両等の車両には、油圧や空気圧などの流体圧を利用して制動を行う流体圧ブレーキ装置が用いられている。

特許文献１には、流体圧の変化に伴う弾性膜の変形によって進退するピストンが制輪子をディスクに押圧するキャリパブレーキ装置が開示されている。このキャリパブレーキ装置では、ピストンは、弾性膜によって支持されており、制輪子との当接面に形成される凹部を有している。

特開２０１１−４７４２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のキャリパブレーキ装置では、ピストンにおける制輪子との当接面に凹部が形成されるため、ピストンの重心位置は、制輪子から離れた位置となる。そのため、外部から振動が加わると、制輪子とディスクとの当接面を中心とするモーメントが作用して、ピストンが振動するおそれがあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、外部からの振動に起因するピストンの振動を抑制することを目的とする。

本発明は、車輪とともに回転するディスクを挟んで摩擦力を付与するキャリパブレーキ装置であって、車体に支持されるキャリパ本体と、前記キャリパ本体に対して進退し、前記ディスクに摺接して摩擦力を付与可能な制輪子と、前記制輪子を作動流体の圧力によって前記ディスクに押圧する押圧機構と、を備え、前記押圧機構は、前記キャリパ本体に固定されるシリンダと、背面に凹状に形成される凹部を有し、前記シリンダに対して進退して前記制輪子を押圧可能なピストンと、前記凹部に沿うように前記ピストンの背面に当接するとともに前記シリンダ内に圧力室を画成し、前記圧力室内の圧力によって弾性変形して前記ピストンを移動させる弾性膜と、を備え、前記ピストンは、前記背面における前記凹部の外周に環状に立設される立設部を有し、前記弾性膜は、前記ピストンの前記凹部に当接する押圧部と、前記押圧部の外周に形成され、前記立設部の外周に折り返されるベローズ部と、前記押圧部と前記ベローズ部との間に形成されて前記立設部の角部に当接する段部と、を有して前記凹部の内周面と前記立設部の外周面との間に渡って前記ピストンに当接し、前記ピストンと組み立てられる前の状態では、前記段部が段差を形成する二段のカップ状に形成されることを特徴とする。

本発明では、制輪子を押圧するピストンの背面に凹部が形成される。これにより、ピストンの重心位置は、従来のピストンと比較すると制輪子に近い位置となる。ピストンに作用するモーメントは、制輪子とピストンとの当接面と重心位置との間の距離が近いため小さくなる。したがって、外部からの振動に起因するピストンの振動を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置の平面図である。 図１における正面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、ピストンの重心位置を示す断面図であり、（ｂ）は、ピストンと組み立てられる前の弾性膜の断面図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態の変形例に係るピストンの正面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るキャリパブレーキ装置１００について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、キャリパブレーキ装置１００の全体構成について説明する。

キャリパブレーキ装置１００は、作動流体として圧縮空気が用いられる鉄道車両用の空気圧ブレーキである。キャリパブレーキ装置１００は、支持枠２０を介して図示しない台車（車体）に支持されるキャリパ本体１０と、キャリパ本体１０に対して進退しディスク６に摺接して摩擦力を付与可能な一対の制輪子７と、制輪子７を圧縮空気の圧力によってディスク６に押圧する押圧機構としてのダイヤフラムアクチュエータ５０と、制輪子７をキャリパ本体１０に支持する一対のアジャスタ４０とを備える。

キャリパブレーキ装置１００は、車輪５とともに回転するディスク６を挟んで摩擦力を付与するものである。具体的には、キャリパブレーキ装置１００は、ディスク６をその両面から一対の制輪子７で挟持し、ディスク６と制輪子７との間の摩擦力によって車輪５の回転を制動する。

ディスク６は、車輪５の表裏両面に形成されて車輪５と一体に回転する。ディスク６を車輪５と一体に形成する構成に代わり、車輪５とともに回転する別体のディスク６を設けてもよい。

キャリパ本体１０は、ディスク６に跨るようにして延びる第一キャリパアーム１２及び第二キャリパアーム１４と、第一キャリパアーム１２と第二キャリパアーム１４とを結ぶヨーク部１３と、キャリパ本体１０を台車上に支持するための一対のブラケット部１５とを備える。

キャリパ本体１０は、上スライドピン３０と下スライドピン３２とによって支持枠２０に対して摺動可能にフローティング支持される。これにより、キャリパ本体１０は、台車に対する車輪５の軸方向への相対移動に追従し、制輪子７が車輪５のディスク６に対して平行に対峙する。

上スライドピン３０と下スライドピン３２とは、支持枠２０を貫通して設けられる。上スライドピン３０と下スライドピン３２との両端部は、キャリパ本体１０のブラケット部１５に各々連結される。キャリパ本体１０は、上スライドピン３０と下スライドピン３２との軸方向への相対移動が可能なように支持枠２０に支持される。上スライドピン３０と下スライドピン３２との露出部は、ゴム製のブーツ３４によって覆われ、ダスト等から保護されている。

制輪子７は、ダイヤフラムアクチュエータ５０による押圧力を受け、ディスク６に平行に押圧されて当接する。制輪子７は、車輪５とともに回転するディスク６に当接するライニング９を有する。制輪子７は、ライニング９が設けられる面と反対の背面が、ダイヤフラムアクチュエータ５０によって押圧される。制輪子７は、ライニング９とディスク６との当接によって発生する摩擦力によって、車輪５の回転を制動する。制輪子７の上下端は、後述するアジャスタ４０のアンカピン４３に固定されている。

次に、図３及び図４を参照してキャリパ本体１０の内部構造について説明する。

図３に示すように、ダイヤフラムアクチュエータ５０は、キャリパ本体１０に固定されるシリンダ５１と、シリンダ５１に対して進退して制輪子７をディスク６に押圧可能なピストン５２と、制動時に圧縮空気が供給される圧力室５５をシリンダ５１内に画成する弾性膜としてのダイヤフラム５３と、ダイヤフラム５３をピストン５２に固定する固定機構５７とを備える。

ダイヤフラムアクチュエータ５０は、圧力室５５における空気圧を調整することでダイヤフラム５３を変形させ、ダイヤフラム５３の変形によってピストン５２をシリンダ５１に対して進退させるものである。ダイヤフラムアクチュエータ５０は、ピストン５２をシリンダ５１から退出させることによって、制輪子７をディスク６に押圧するものである。

シリンダ５１は、内周をピストン５２が進退するシリンダ本体５１ａと、シリンダ本体５１ａとの間にダイヤフラム５３を挟み込んで固定し、シリンダ本体５１ａの背面を閉塞して圧力室５５を画成するキャリパカバー５４とを備える。

シリンダ本体５１ａは、ピストン５２の周囲を環状に囲むような楕円形の筒状に形成される。シリンダ本体５１ａの内周には、ピストン５２の外周面に摺接してダスト等から保護するダストシール５１ｂが設けられる。

キャリパカバー５４は、シリンダ本体５１ａに対応する楕円形に形成される板材である。キャリパカバー５４は、複数のボルト５４ａによってシリンダ本体５１ａの端面に固定される。

圧力室５５は、シリンダ５１の内部に、ダイヤフラム５３とキャリパカバー５４とによって画成される。圧力室５５は、その容積の拡縮に伴って、ピストン５２を進退させる。圧力室５５には、通孔５６（図２参照）が設けられる。制動時にダイヤフラム５３を変形させるための圧縮空気は、外部の空気圧源から通孔５６を通じて供給される。

ピストン５２は、制輪子７の背面と当接してシリンダ５１内に設けられる。ピストン５２は、制輪子７と当接する当接面５２ａと、当接面５２ａの反対の面である背面５２ｂとを有する。ピストン５２は、背面５２ｂに当接するダイヤフラム５３の変形によってシリンダ５１内を進退する。

当接面５２ａは、制輪子７を押圧する楕円形の平面である。当接面５２ａは、シリンダ本体５１ａの内周と比較してひとまわり小さな楕円形に形成される。

背面５２ｂは、ダイヤフラム５３が当接する面である。背面５２ｂは、凹状に形成される凹部５２ｃと、凹部５２ｃの外周に環状に立設される立設部５２ｄとを有する。

凹部５２ｃは、背面５２ｂからピストン５２の内部に向けてくり抜かれて凹状に形成される。凹部５２ｃは、その底面が当接面５２ａと比較してひとまわり小さな楕円形となるように形成される。

図４（ａ）に示すように、ピストン５２の背面５２ｂに凹部５２ｃが形成されることによって、ピストン５２の重心位置は、従来の当接面に凹部が形成されたピストンと比較すると、制輪子７に近い位置となる。そのため、ピストン５２に作用するモーメントは、当接面５２ａと重心位置との間の距離が近くなった分だけ小さくなる。したがって、外部からの振動に起因するピストン５２の振動を抑制することができる。

立設部５２ｄは、ピストン５２の進退方向と平行に、背面５２ｂから立設される。立設部５２ｄは、ダイヤフラム５３と当接する内周側と外周側との二箇所の角部５２ｅが曲面状に形成される。これにより、ダイヤフラム５３と当接したときに、ダイヤフラム５３を傷つけることが防止される。

図３に示すように、ダイヤフラム５３は、ピストン５２の凹部５２ｃに沿うようにピストン５２の背面５２ｂに当接する。ダイヤフラム５３は樹脂製弾性材であり、例えばカーボン繊維，ケプラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズ形成される。また、ゴム製チューブや金属薄板からなるベローズであってもよい。

ダイヤフラム５３は、圧力室５５内の圧力によって弾性変形してピストン５２を移動させるものである。ダイヤフラム５３は、最外周を形成する周縁部５３ａと、最内周に形成される押圧部５３ｃと、周縁部５３ａと押圧部５３ｃとの間に連続して形成されるベローズ部５３ｂとを有する。

周縁部５３ａは、シリンダ本体５１ａとキャリパカバー５４との間に挟まれて固定される。このとき、周縁部５３ａがパッキンの役割を果たすため、圧力室５５の気密性が担保される。

ベローズ部５３ｂは、シリンダ本体５１ａの内周面とピストン５２の外周面との間に位置する。ベローズ部５３ｂは、圧力室５５の圧力が上昇すると折りたたまれた状態（図３の状態）から伸長し、圧力室５５の圧力が下降すると折りたたまれた状態に戻る。つまり、ベローズ部５３ｂは、圧力室５５に供給される空気圧によって、折りたたまれた状態と伸長した状態とに変形可能である。

押圧部５３ｃは、ピストン５２と当接しており、折りたたまれていたベローズ部５３ｂが伸長することによってピストン５２の退出方向に変位する。押圧部５３ｃが変位することによって、ピストン５２は押圧されてシリンダ５１内を移動する。押圧部５３ｃには、立設部５２ｄの内周側の角部５２ｅに対応する段部５３ｄが形成される。

図４（ｂ）に示すように、ダイヤフラム５３は、ピストン５２と組み立てられる前には、押圧部５３ｃとベローズ部５３ｂとの間の段部５３ｄが段差を形成する二段のカップ状に形成されている。この状態から、まず、ピストン５２の凹部５２ｃに押圧部５３ｃを挿入して底面に当接させる。次に、ピストン５２の立設部５２ｄの内周側の角部５２ｅに段部５３ｄが当接するように、ダイヤフラム５３を凹部５２ｃの内周面に沿わせる。そして、押圧部５３ｃとベローズ部５３ｂとの間の曲面が立設部５２ｄの外周側の角部５２ｅに当接するように、ベローズ部５３ｂを立設部５２ｄの外周に折り返す。

これにより、ダイヤフラム５３は、凹部５２ｃの内周面と立設部５２ｄの外周面との間に渡ってピストン５２と当接することとなる。このように、押圧部５３ｃとベローズ部５３ｂとが、ピストン５２の立設部５２ｄを内周面と外周面との両面から挟みこむ。これにより、ピストン５２の立設部５２ｄの外周は、ダイヤフラム５３によって全周方向から弾性的に支持されることとなる。よって、ダイヤフラム５３の弾性によって、ピストン５２の径方向への移動が規制される。したがって、外部からの振動に起因するピストン５２の振動を、さらに抑制することができる。

図３に示すように、固定機構５７は、ダイヤフラム５３を、ピストン５２の凹部５２ｃに固定するものである。固定機構５７は、ダイヤフラム５３を挟んで凹部５２ｃに嵌めこまれる固定プレート５７ａと、固定プレート５７ａを凹部５２ｃに固定する固定部材としてのボルト５７ｄとを備える。

固定プレート５７ａは、凹部５２ｃに対応する形状に形成されるカップ状の板材である。固定プレート５７ａは、平板状の底面部５７ｂと、底面部５７ｂから凹部５２ｃに沿って立設される立設部５７ｃとを有する。

ボルト５７ｄは、固定プレート５７ａとダイヤフラム５３とを貫通してピストン５２に締結される。ボルト５７ｄは、複数設けられ、底面部５７ｂを凹部５２ｃの底面に締結し、立設部５７ｃを凹部５２ｃの内周面に締結する。これにより、ダイヤフラム５３とピストン５２との当接面が滑って当接状態が変化することを防止できる。

ボルト５７ｄは、ピストン５２における凹部５２ｃ内にて締結される。そのため、ボルト５７ｄが凹部５２ｃからキャリパカバー５４に向かってはみ出ることはない。これにより、ピストン５２の背面５２ｂに凹部５２ｃが形成されない場合と比較すると、キャリパ本体１０の小型化が可能である。

アジャスタ４０は、ダイヤフラムアクチュエータ５０の上下にそれぞれ配置される。アジャスタ４０は、アンカボルト４２によってキャリパ本体１０の上下端部にそれぞれ締結される。アジャスタ４０は、アンカボルト４２によってキャリパ本体１０に固定される制輪子受４１と、制輪子受４１に対して進退可能に設けられて制輪子７をキャリパ本体１０に支持するアンカピン４３とを備える。

アンカピン４３は、略円柱状に形成される。アンカピン４３は、外周に環状に突出して形成される鍔部４３ｂを有する。アンカピン４３は、鍔部４３ｂが制輪子７と係合することで、制輪子７と一体に移動する。アンカピン４３は、制動時にダイヤフラム５３が変形して制輪子７をディスク６に押圧する際に、制輪子７の移動によって軸方向に引き出される。

アンカピン４３は、制輪子７がディスク６に摺接する制動時に、摩擦力によってディスク６が制輪子７を周方向に移動させようとするのに抗して、制輪子７を保持する。アンカピン４３において摺動時に制輪子受４１から外部に露出する摺動部は、ゴム製のブーツ４７によって覆われ、ダスト等から保護されている。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

制輪子７を押圧するピストン５２の背面５２ｂに凹部５２ｃが形成されることにより、ピストン５２の重心位置は、従来のピストンと比較すると制輪子７に近い位置となる。そのため、ピストン５２に作用するモーメントは、制輪子７とピストン５２との当接面と重心位置との間の距離が近くなった分だけ小さくなる。したがって、外部からの振動に起因するピストン５２の振動を抑制することができる。

次に、図５を参照して、本発明の実施の形態の変形例に係るピストン１５２について説明する。以下では、上述した実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

ピストン１５２は、制輪子７と当接する当接面５２ａと、当接面５２ａの反対の面である背面５２ｂと、背面５２ｂに凹状に形成される凹部５２ｃと、背面５２ｂにおける凹部５２ｃの外周に環状に立設される立設部５２ｄとを有する。また、ピストン１５２は、当接面５２ａから背面５２ｂに貫通して形成される貫通孔１５２ｆ及び貫通孔１５２ｇを有する。

貫通孔１５２ｆは、ピストン１５２の長手方向に間隔をあけて一対形成され、貫通孔１５２ｇは、一対の貫通孔１５２ｆの間に形成される。貫通孔１５２ｆにおける凹部５２ｃに開口する端部には、座ぐりが形成される。貫通孔１５２ｆには、ピストン１５２を制輪子７に固定するためのピン（図示省略）が挿入される。

ピンの先端には、制輪子７に形成される雌ねじ（図示省略）に締結される雄ねじが形成される。ピンの基端には、貫通孔１５２ｆの座ぐりに対応する形状に形成される鍔部が形成される。この鍔部は、ピンが貫通孔１５２ｆに挿入されたときに凹部５２ｃの底面と面一となるように形成される。

ここで、ピストン１５２は、シリンダ５１の内周に当接しておらず、ダイヤフラム５３を介してシリンダ５１内に弾性的に支持されている。そのため、ピストン１５２は、重力によって、ダイヤフラム５３を変形させて下方向に移動しようとする。

しかしながら、ピストン１５２は、貫通孔１５２ｆに挿入されたピンが制輪子７の雌ねじに締結されることによって制輪子７に固定される。よって、ピストン１５２が重力によって下方向に移動することを防止できる。

なお、制輪子７に雌ねじを形成するのではなく、ピンの先端が嵌入される孔又は凹部を形成してもよい。この場合、ピンの先端に雄ねじは形成されない。ピストン５２とダイヤフラム５３とが組み立てられたときには、凹部５２ｃの底面に当接するダイヤフラム５３によって、鍔部がピストン５２に押さえつけられる。よって、ピンが制輪子７の孔に嵌入されているだけであっても、ピンが抜けることはない。また、このとき、ピンの鍔部と凹部５２ｃの底面との間に段差がないため、ダイヤフラム５３は、貫通孔１５２ｆが形成されない場合と同等の当接状態となる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記の実施の形態では、ダイヤフラムアクチュエータ５０は、第一キャリパアーム１２側のみに設けられる。しかしながら、ダイヤフラムアクチュエータ５０が一方にのみ設けられるフローティング型ではなく、ダイヤフラムアクチュエータ５０が第一キャリパアーム１２と第二キャリパアーム１４との双方に設けられる対向ピストン型としてもよい。

本発明は、鉄道車両等の車両のブレーキ装置として用いることができる。

１００ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
９ ライニング
１０ キャリパ本体
４０ アジャスタ
５０ ダイヤフラムアクチュエータ（押圧機構）
５１ シリンダ
５２ ピストン
５２ａ 当接面
５２ｂ 背面
５２ｃ 凹部
５２ｄ 立設部
５２ｅ 角部
５３ ダイヤフラム（弾性膜）
５５ 圧力室
５７ 固定機構
５７ａ 固定プレート
５７ｄ ボルト（固定部材）

Claims (3)

1. 車輪とともに回転するディスクを挟んで摩擦力を付与するキャリパブレーキ装置であって、
   車体に支持されるキャリパ本体と、
   前記キャリパ本体に対して進退し、前記ディスクに摺接して摩擦力を付与可能な制輪子と、
   前記制輪子を作動流体の圧力によって前記ディスクに押圧する押圧機構と、を備え、
   前記押圧機構は、
   前記キャリパ本体に固定されるシリンダと、
   背面に凹状に形成される凹部を有し、前記シリンダに対して進退して前記制輪子を押圧可能なピストンと、
   前記凹部に沿うように前記ピストンの背面に当接するとともに前記シリンダ内に圧力室を画成し、前記圧力室内の圧力によって弾性変形して前記ピストンを移動させる弾性膜と、を備え、
   前記ピストンは、前記背面における前記凹部の外周に環状に立設される立設部を有し、
   前記弾性膜は、
   前記ピストンの前記凹部に当接する押圧部と、
   前記押圧部の外周に形成され、前記立設部の外周に折り返されるベローズ部と、
   前記押圧部と前記ベローズ部との間に形成されて前記立設部の角部に当接する段部と、
   を有して前記凹部の内周面と前記立設部の外周面との間に渡って前記ピストンに当接し、前記ピストンと組み立てられる前の状態では、前記段部が段差を形成する二段のカップ状に形成されることを特徴とするキャリパブレーキ装置。
2. 前記立設部は、前記弾性膜と当接する角部が曲面状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のキャリパブレーキ装置。
3. 前記弾性膜を前記凹部に固定する固定機構をさらに備え、
   前記固定機構は、
   前記凹部に対応する形状に形成され、前記弾性膜を挟んで前記凹部に嵌めこまれる固定プレートと、
   前記固定プレートを前記凹部に固定する固定部材と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のキャリパブレーキ装置。

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