JP3156059B2

JP3156059B2 - ディスクブレーキの冷却装置

Info

Publication number: JP3156059B2
Application number: JP27322092A
Authority: JP
Inventors: 浩大島; 昌仁足立; 稔岡野; 勝利越智
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH06123320A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば磁気浮上式鉄道車
両等の非常ブレーキとして用いられるディスクブレーキ
の冷却装置に関し、特に高速停止用多板式ディスクブレ
ーキ・ホイールの冷却手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に磁気浮上式鉄道車両は、磁気の反
発力によって軌道上に浮上し、かつリニアモータの駆動
によって走行制御される。

【０００３】図３（ａ）（ｂ）は、磁気浮上式鉄道車両
の概略図である。図示の如く磁気浮上式鉄道車両は通常
の場合、複数の車両本体１とそれらの接続部に配置され
た台車２とから構成されている。台車２には軌道３に接
触して回転する補助車輪４が設けられている。この補助
車輪４は主に車両の停止時および低速走行時に用いられ
る。

【０００４】図４は台車２の要部断面図である。補助車
輪４は、支持装置５によって台車本体６に固定されてお
り、通常走行時はタイヤハウス７内に収納されている。
また、台車２の下部は空気抵抗や騒音を減少させるため
に、床下カバー８によって塞がれている。

【０００５】ところで、磁気浮上式鉄道車両の制動に
は、通常、リニアモータによる磁気ブレーキが用いられ
る。しかし、高速走行中に上記磁気ブレーキがフェイル
した場合、そのバックアップブレーキとして補助車輪４
を軌道３に接触させ、補助車輪４の内部に設けられたデ
ィスクブレーキを使用する。

【０００６】図５はこのようなディスクブレーキを備え
た従来の補助車輪４の主要部を示す図である。すなわ
ち、図示しない支持装置に固定された軸受の周囲には金
属製のホイール２０の回転軸２１が回転自在に取り付け
られている。ホイール２０の外周にはタイヤ２２が嵌め
込まれ、ホイールインボード２３およびリテーナリング
２４によって固定されている。また、ホイール２０の内
周面にはホイール・キー２５が形成されており、このホ
イールキー２５によってホイール２０に同心的に配置さ
れた３枚の円環状のディスクロータ２６が固定されてい
る。さらに、ヒートシールド２７がディスクロータ２６
の円周部とホイール２０との間に配置されている。

【０００７】一方、支持装置には油圧で作動するブレー
キ・ピストン２８が設けられている。また、ディスクロ
ータ２６と同心的に、かつ軸方向から挟むような状態に
設けられた４枚の円環状のディスクステータ２９がホイ
ール２０の回転軸２１と平行に設けられたトルク・チュ
ーブ３０に固定されている。トルク・チューブ３０の図
中右端にはバッキング・プレート３１が固定されてお
り、図中左端はブレーキ・ピストン２８に固定されてい
る。なお、図中３２は作動油の管を示し、３３はブレー
キ・ピストンのハウジングを示している。

【０００８】上述したように磁気浮上式鉄道車両が通常
に走行している状態では補助車輪４は支持装置５によっ
てタイヤハウス７内に収納されている。また、ブレーキ
・ピストン２８は作動せず、ディスクロータ２６とディ
スクステータ２９との間には僅かに隙間がある状態に保
たれている。そして、急制動をかけた場合には、支持装
置５によって補助車輪４がタイヤハウス７から出され、
軌道３にタイヤ２２が接触し回転する。続いて、ブレー
キ・ピストン２８が作動し、トルクチューブ３０に図中
右側に向かう力が加えられる。バッキング・プレート３
１は静止しているので、ディスクロータ２６とディスク
ステータ２９が接触し摩擦する。この摩擦力によってホ
イール２０の回転が止められ、磁気浮上式鉄道車両は減
速する。

【０００９】ここで、ディスクブレーキを効果的に作動
させるためにはディスクロータ２６とディスクステータ
２９との接触面積を大きくすればよい。ホイールおよび
タイヤの直径を大きくすればよい。しかし、タイヤハウ
ス７という限られた空間内ではディスクブレーキの大き
さには自ら制約がある。そこで、この従来のディスクブ
レーキにあっては、面積の小さいディスクロータ２６お
よびディスクステータ２９を複数枚同心的に重ねて設け
ることによって、ディスクロータ２６とディスクステー
タ２９との接触面積を大きくした多板ディスクブレーキ
が採用されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような多板ディス
クブレーキにおいては、ディスクロータ２６とディスク
ステータ２９との摩擦によって生じる摩擦熱が逃げ難
く、高温となりやすい。この熱によってホイールキー２
５の金具が溶融し、ホイール２０の強度の熱劣化により
再回転が不可能になったり、またホイール２０のサーマ
ルヒューズ３４が溶融してタイヤ２２の内圧が下がり、
牽引するとタイヤ２２が回転で発熱し車両移動が困難に
なるという虞がある。そこで、従来のディスクブレーキ
を備えた補助車輪４においては、ホイール２０およびタ
イヤ２２を熱から保護するためにディスクロータ２６と
ホイール２０との間に１枚または２枚のヒートシールド
２７を設けているが、これはディスクロータ２６および
ディスクステータ２９からの輻射熱を防ぐ作用を有する
のみである。また、ホイール２０には外部から対流によ
って空気を取り込み、ディスクロータ２６およびディス
クステータ２９と熱交換するための吸気口３５が設けら
れている。しかし、台車の床下カバー８やタイヤハウス
７が付与されると、ディスクブレーキの自然冷却は難し
く、側壁と車体と台車とのすきまからの自然対流も限ら
れるため、冷却にかなりの時間を必要とした。

【００１１】このため、急速にディスクブレーキを冷や
す方法が要求される。例えば、エアスクープ等の空気を
取り入れ口を設けても、ディスクブレーキが最も熱を有
しているのは運動エネルギを吸収した後の停止の際また
は停止の直後であるため、スクープによるタイヤハウス
内の半強制冷却も期待できない。

【００１２】そこで、強制冷却によって多板式ディスク
ブレーキ・ホイールを冷却する方法が提案されている。
強制冷却の例としては、ファンを用いて冷却する方法
（特表昭５８−５００７０５号）や多板ディスクロータ
とディスクステータとの部分的使用によって冷却する方
法（特開昭６２−２７９１６５号）である。また、ディ
スクブレーキに水や消火液等の冷却剤を噴射する方法が
ある。

【００１３】しかしながら、ディスクブレーキにファン
を取り付けるのはスペース、重量的に不利であり、冷却
剤を噴射する方法では、水や消火液が支持装置やタイヤ
ハウスの腐食を促進し、消火液は噴射後の洗浄の手間を
伴うという問題があった。そこで本発明は、重量増加を
招く追加装備を必要としないディスクブレーキの冷却装
置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明では次のような手段を講じた。
すなわち、支持軸に回転自在に設けられ吸気口を有する
ホイールと、このホイールのリムの内側に固定されたデ
ィスクロータと、前記支持軸に固定されたディスクステ
ータと、前記リムの内側であって前記ディスクロータの
外側に設けられた２層のヒートシールドと、この２層の
ヒートシールドの間隙に前記吸気口が設けられた側から
冷却気体を吹き込む噴射機構とを備えたものとした。

【００１５】

【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。

【００１６】１次流のエジェクタ効果によってホイール
の吸気口から多量の２次流が吸い込まれるため、１次流
と２次流とが混合流となって２層のヒートシールドの隙
間に流れ込み、ディスクブレーキが効率よく冷却される
ことになる。

【００１７】

【実施例】図１および図２には本発明の一実施例に係る
ディスクブレーキの冷却装置の要部の断面図が示されて
いる。これらの図においては、図５と同一部分には同一
符号が付されている。したがって、重複する部分の詳し
い説明は省略する。

【００１８】この実施例に係るディスクブレーキの冷却
装置が従来のディスクブレーキの冷却装置と異なる主な
点は、ディスクブレーキで発生した熱を冷却する構造に
ある。

【００１９】すなわち、この実施例では、ハウジング３
３、トルクチューブ３０、バッキングプレート３１ａ内
に継手部４０を介して、空気道４１，４２，４３が設け
られており、空気道４１の端部は図示しない台車の空気
回路と接続されており、空気道４３の端部はノズル孔４
４となっている。貫通孔の閉塞用には製造上リープラグ
４５を利用し迂回路を可能にする。

【００２０】ホイール内側には２層のヒートシールド２
７ａ，２７ｂが設けられており、ノズル孔４４をヒート
シールド２７ａ，２７ｂに近接させ、かつヒートシール
ド２７ａ，２７ｂの端部の断面はベルマウスとなるよう
に曲げられている。ヒートシールド２７の外側曲げ端は
ホイール２０とわずかな隙間を持って設けられている。

【００２１】バッキングプレート３１ａは、ホイール２
０の吸気口３５を通り抜けた空気流が自然に吸い込まれ
るような星形のセレーションが設けられており、その凹
み部４６から２次流Ｂを通過させる。

【００２２】このように構成された本実施例において
は、台車の空気回路から導入された圧縮空気は空気道４
１，４２，４３を通り、バッキングプレート３１ａのノ
ズル孔４４から１次流Ａとしてヒートシールド２７ａ，
２７ｂのベルマウス部に向けて噴射される。このとき、
エジェクタ効果によって吸気口３５からホイール２０外
側の空気が２次流Ｂとして吸入される。その結果二つの
気流が、混合流となってヒートシールド２７ａ，２７ｂ
の間隙に流れ込む。

【００２３】混合流は運動量を持っているので、タイヤ
ハウス７の開口部付近でタイヤハウス７の外へ混合流の
一部を強制排出し、排出方向と反対側のタイヤハウス７
外の低温空気を引き込み、タイヤハウス７内の空気温度
の上昇が抑えられる。強制冷却がない場合はホイール２
０上部に熱流が集中するが、強制空気流はホイール２０
内側全周で熱遮断および冷却ができるため均等な冷却を
可能にし、局所的な温度上昇を避けることができる。

【００２４】タイヤハウス７内の混合流も時間と共に温
度が上昇するが、タイヤハウス７自体および支持装置５
などの広範囲な部材との間で混合流を介して熱交換が行
われるので、最も耐熱性の低い部品の許容温度までタイ
ヤハウス７内全体で熱吸収させることができる。

【００２５】さらに１次流Ａはハウジング３３、トルク
チューブ３０、バッキングプレート３１ａの空気道を通
る間に熱交換を行なう。また、ある程度１次流Ａが温度
上昇することはハウジング３３、トルクチューブ３０、
バッキングプレート３１ａの冷却も兼ね、さらにはアク
スルの熱劣化及びアクスル内のＡＢＳディテクタの温度
上昇を抑制する作用もある。

【００２６】このように本実施例では、少量の１次流Ａ
を噴射することによりエジェクタ効果で１次流Ａの数倍
の量の２次流Ｂを吸い込むことができ、多量の冷却混合
流をヒートシールド２層間に送り込むことが可能であ
る。

【００２７】したがって、熱源であるディスクロータ２
６およびディスクステータ２９からの輻射熱を、流れの
伴なう空気層で遮断すると同時に混合流でヒートシール
ド２７ａ，２７ｂを冷却することによって、ホイール２
０およびタイヤ２２を熱から守ることができる。

【００２８】一方、バッキングプレート３１ａから噴射
する１次流Ａは台車の空気ばね等の空気源（コンプレッ
サ付）や畜圧器等の一部または全部を利用しているの
で、特殊な気体（ヘリウム、Ｎ₂、ＣＯ₂等）や液体
（水、消火剤等）を搭載する必要がなく、追加装備によ
る重量増加を最小限に抑えることができる。ここで、１
次流Ａの噴射制御について説明する。

【００２９】ノズル孔４４の大きさは車両の運動エネル
ギ、ディスク容量、台車からの利用可能空気量、ヒート
シールド２層間の隙間、タイヤハウス空気状態量、吸気
口３５の大きさ、１次流放出時間等から最も効率のよい
サイズを決定する。

【００３０】また、ノズル孔４４の位置や方向は２層ヒ
ートシールド２７ａ，２７ｂとノズル孔４４との相対位
置や任意位置で止まる吸気口３５の位置、バッキングプ
レート３１ａに設けられた星形のセレーションの許容寸
法を考慮してエジェクタ効率が最大となる孔数や孔の角
度を設定する。内側ヒートシールド２７のベルマウス部
はディスクロータ２６およびディスクステータ２９がカ
ーボンの場合、酸化を促進しないよう内側に曲げてお
く。

【００３１】１次流Ａの噴射タイミングは、制動開始と
同時である必要はなく、ディスクロータ２６およびディ
スクステータ２９とが一定温度以上になったときに噴射
開始するようにハウジングに温度センサ等を設けコント
ローラを介してソレノイドバルブ開閉機能を備える。ま
た、継手部４０にサーマルリリーフ的機能（冷却後閉じ
て再利用可能にするため形状記憶合金的なもの）を備え
てもよい。

【００３２】１次流の噴射量と放出時間は、以下のよう
に定める。すなわち、タイヤハウスに放出された混合流
はタイヤハウスに充満するが、タイヤハウス内は混合流
によって攪乱され、かつ１次流の流入分はタイヤハウス
外に放出される。特にディスクブレーキの下部は側壁に
向うので、タイヤハウス内の空気は床下側の空気と入れ
代わり、やがてタイヤハウス、支持装置全体が温度上昇
するもののある温度で定常状態になり、その定常状態
で、ホイールが規定温度以下になるよう１次流の噴射量
と放出時間を定める。次にノズル孔４４の清浄および異
常の検知について説明する。

【００３３】ディスクブレーキは非常時にしか用いない
ため、ノズル孔４４から空気を噴射する頻度は少ない。
しかし、ノズル孔４４はごみ等によって閉塞固化されや
すい。また、カーボンディスク（重量軽減、摩耗進行抑
制の観点から採用）の場合、カーボンの摩耗粉が付着
し、やはりノズル孔４４を閉塞固化する虞がある。この
ため、走行中は常時空気ばね、乗降口ドア等の排出空気
をバッキングプレートまで引き込み、１次流を低圧で噴
射することによってノズル孔４４のめづまりを防ぎ、空
気回路圧をモニターして異常を検知する。異常があれば
事前に点検・交換が可能である。なお、本発明は前記各
実施例に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、少量の空気流によって
ディスクブレーキ・ホイールを効率よく冷却することが
できるので、車両の装備軽量化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るディスクブレーキ強制
冷却手段を示す補助車輪の要部断面図。

【図２】同実施例の要部を図１における２Ａ−２Ａ線に
沿って切断し矢印方向に見た断面図。

【図３】従来例を説明するために示した磁気浮上式鉄道
車両の概略図。

【図４】従来例を説明するために示した台車の要部断面
図。

【図５】従来例のディスクブレーキの冷却手段を示す要
部断面図。

【符号の説明】

４，４′…補助車輪、２０…ホイー
ル、２１…支持軸、２２…タイ
ヤ、２６…ディスクロータ、２７ａ，２
７ｂ…ヒートシールド、２８…ブレーキ・ピストン、
２９…ディスクステータ、３１，３１ａ…バッ
キング・プレート、３５…吸気口、Ａ…１次流、
Ｂ…２次流。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡野稔愛知県名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者越智勝利愛知県名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (56)参考文献実開昭57−73435（ＪＰ，Ｕ) 特公昭44−19492（ＪＰ，Ｂ１) 特表昭58−500705（ＪＰ，Ａ) 特表昭61−502343（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 49/00 - 69/04 B60T 5/00 B61H 1/00 - 13/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】支持軸に回転自在に設けられ吸気口を有す
るホイールと、このホイールのリムの内側に固定された
ディスクロータと、前記支持軸に固定されたディスクス
テータと、前記リムの内側であって前記ディスクロータ
の外側に設けられた２層のヒートシールドと、この２層
のヒートシールドの間隙に前記吸気口が設けられた側か
ら冷却気体を吹き込む噴射機構とを備えてなることを特
徴とするディスクブレーキの冷却装置。
【請求項２】噴射機構は、冷却気体を低圧で噴射し、前
記冷却気体を供給する空気回路圧をモニタすることで異
常を検知する噴射点検手段を備えていることを特徴とす
る請求項１に記載のディスクブレーキの冷却装置。
【請求項３】冷却気体は空気であることを特徴とする請
求項１または２に記載のディスクブレーキの冷却装置。