JP5880003B2 - 鉄道車両用キャリパブレーキ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道車両の車輪の両側面で、車輪と一体として回転するディスクを、車輪の両側面の外側から挟んで制動力を付与するキャリパブレーキ装置に関するものである。
圧力媒体として作動油を使用する油圧式キャリパブレーキ装置を、圧力媒体が空気の鉄道車両に適用するには、空油変換機が必須であった。そこで、油圧源の縮小・廃止のために空圧式キャリパブレーキ装置を使用する傾向がみられる。
しかしながら、油圧に比べて小さい空気圧を使用する空圧式キャリパブレーキ装置を鉄道車両に適用するためには、アクチュエータが大型にならざるを得ず、装置全体が大型化して限られたスペースに設置することが難しい。
そこで、梃子の原理を利用して小型の空圧アクチュエータを使用できるようにしたものが特許文献１で提案されている。
しかしながら、特許文献１で提案された空圧式キャリパブレーキ装置は、キャリパ本体の摺動部と同軸心にアクチュエータを配置し、そのロッド端で梃子の一端を回転自在に支持しているので、キャリパ本体の摺動方向の寸法が大きくなる。
また、特許文献１で提案された空圧式キャリパブレーキ装置は、制輪子が摩耗するにつれて、制動時におけるアクチュエータのロッドの突出長さが長くなるので、長いストロークが必要となって前記問題が助長される。
特開２００８‐２８１１３８号公報
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１で提案された空圧式キャリパブレーキ装置は、従来の空圧式キャリパブレーキ装置に比べて小型化できるとはいうものの、まだキャリパ本体の摺動方向の寸法が大きいという点である。
本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置は、
空圧式キャリパブレーキ装置の更なる小型化を図るために、
車輪の軸方向へのスライドが自在なように、基端側を台車に取り付けられ、先端側が車輪の外周側両側面の外側に位置するように二つに分岐形成されたキャリパ本体と、
このキャリパ本体に取り付けられた空圧アクチュエータと、
この空圧アクチュエータのロッドの出退動により、キャリパ本体の前記分岐した内の一方に回転が自在に支持された偏芯軸を中心として、前記ロッドの先端に取り付けられた連結リンクを介して一端側が回転する作動レバーと、
前記偏芯軸に形成した偏芯部に一体的な回動可能に取り付けられたキャリパレバーと、
このキャリパレバーの先端側の内面に回転自在に、かつキャリパ本体に取り付けられたアンカーピンに対してスライド自在に取り付けられた一方の制輪子、及びキャリパ本体の前記分岐した内の他方の先端側の内面に取り付けられた他方の制輪子と、
を備え、
前記キャリパレバーを前記偏芯部から反制輪子側に延長し、この延長した端部と前記キャリパ本体間に、前記両制輪子と車輪側面に取り付けたディスク間の隙間を調整する隙間調整機構を設け、
前記隙間調整機構は、一方向の回転のみを許容する一方向クラッチを直列に、互いに逆方向の回転のみを許容するように２個配置することで、前記ロッドの突出量が所定以上となった時にロッドが一方の一方向クラッチを空転させるだけで他方の一方向クラッチによりねじ軸の位置を維持し、ロッドの退入時には他方の一方向クラッチが空転して一方の一方向クラッチによりねじ軸を回転させて前記キャリパレバーの延長した端部と前記キャリパ本体間を拡げて前記両制輪子と前記ディスク間の隙間を小さくするものであり、
かつ、前記隙間調整機構に、外周側がキャリパレバーの延長した端部と面接触するクラッチプレートを、前記延長した端部にねじ嵌合するロックナットの手動による締め付け、緩めによりクラッチとして作用させる拡縮機構を付加したことを最も主要な特徴としている。
本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置は、車輪の両側面に車輪と一体に取り付けられたディスクに両制輪子を押し付けるキャリパレバーの回転を、偏芯軸を介して行うので、キャリパレバーを回転させる空圧アクチュエータを小型化することができる。
本発明によれば、キャリパレバーを回転させる空圧アクチュエータを小型化することができるので、台車側を改造することなく油圧式キャリパ装置との置き換えが可能となって、油圧源の廃止を安価に実現することができる。
本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置の説明図で、（ａ）は車輪の側面から見た図、（ｂ）は車輪の上方から見た一部断面して示した図である。 本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置に設置する隙間調整機構の構造の一例を説明する図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。 図２（ｂ）の要部を図２（ｂ）のＢ方向から見た図である。 本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置に設置する隙間調整機構を手動で設定する場合の機構の側面から見た説明図である。 本発明の鉄道車両用キャリパブレーキ装置に設置する隙間調整機構の一方向クラッチの回り止めの他の構造を説明する図である。
本発明は、空圧式キャリパブレーキ装置の更なる小型化を図るという目的を、車輪の両側面に両制輪子を押し付けるキャリパレバーの回転を、偏芯軸を介して行うことで実現した。
以下、本発明を実施するための一実施例を、図１〜図３を用いて説明する。
１は空圧アクチュエータを使用し、キャリパ本体が車輪の軸方向に移動する浮動式の本発明キャリパブレーキ装置で、以下に説明するように構成されている。
２は先端側が車輪３の外周両側面の外側に位置するように二つに分岐形成されたキャリパ本体であり、台車４に固定された支持枠５に取り付けた２本の支持ピン６に沿って車輪３の軸方向へのスライドが自在なように、その基端側を支持枠５に取り付けている。
７は空圧アクチュエータであり、前記キャリパ本体２に、例えばロッド７ａの延長線が前記支持ピン６の延長線と交差するように角度をつけて取り付けている。この空圧アクチュエータ７は内部に設けた戻しばねにより制動の緩解時には元の位置に戻るようになっている。
８は前記空圧アクチュエータ７のロッド７ａの先端に、一端を回転自在に取り付けた連結リンクであり、他端を作動レバー９の一端に回転自在に連結している。そして、この作動レバー９の他端には、キャリパ本体２の前記分岐した内の一方に回転自在に支持された偏芯軸１０が一体的に取り付けられている。つまり、空圧アクチュエータ７のロッド７ａの出退動により、連結リンク８を介して作動レバー９の一端側が偏芯軸１０を中心として回転するように成されている。
１１は前記偏芯軸１０に形成した偏芯部１０ａに一体に取り付けたキャリパレバーであり、その先端側の内面に、制輪子頭１３を介して一方の制輪子１２ａを回転自在に取り付けている。この一方の制輪子１２ａは、キャリパ本体２に取り付けられたアンカーピン１４に対してもスライドが自在なように取り付けている。また、前記キャリパ本体２の前記分岐した内の他方の先端側の内面には他方の制輪子１２ｂを取り付けている。
１５は前記両制輪子１２ａ，１２ｂと車輪３の両側面に取り付けたディスク間の隙間を調整する隙間調整機構である。
この隙間調整機構１５は、一端側をキャリパ本体２の基端側に、他端側は前記キャリパレバー１１を前記偏芯部１０ａから反制輪子側に延長した端部に、夫々回転自在に取り付けられている。そして、使用による制輪子１２ａ，１２ｂの摩耗によって前記ディスクとの間隔が大きくなったときに、前記取り付け部の間隔を広げて前記間隔を一定に保つようにする。
すなわち、この隙間調整機構１５は、図２に示すように、ナット部材１５ａと、このナット部材１５ａにねじ嵌合する雄ねじを有する軸部材１５ｂの相対回転によって軸方向に拡縮するもので、この拡縮を例えば、次のような構成によって行っている。
１５ｄ，１５ｅはワッシャ１５ｃを介して前記ナット部材１５ａの外周側に直列配置した一方向クラッチであり、例えば一方向クラッチ１５ｄは左回転時には空転し、右回転時にはナット部材１５ａを右回転するようになっている。一方、一方向クラッチ１５ｅは右回転時には空転し、左回転時にはナット部材１５ａを左回転するようになっている。
上記構成の本発明のキャリパブレーキ装置１にあっては、空圧アクチュエータ７が作動してロッド７ａを突出させると、連結リンク８を介して作動レバー９の一端を、その他端を支点として回動させる。つまり、作動レバー９の他端が回動することになる。
作動レバー９の他端の回動によりこれと一体の偏芯軸１０が回動し、偏芯部１０ａに取り付けられたキャリパレバー１１が偏芯軸１０の軸心を中心として回動することにより、キャリパレバー１１の先端側に取り付けた一方の制輪子１２ａを車輪３側に押し付ける。この際、その反力によってキャリパ本体２が車輪３の軸方向にスライドすることで、車輪３の両側から両方の制輪子１２ａ，１２ｂで押し付けることになる。
制動の緩解時には、戻しばねにより空圧アクチュエータ７のロッド７ａが退入して作動レバー９が元の位置に引き戻され、前記制動時と反対の方向に偏芯軸１０を回動させて一方の制輪子１２ａを車輪３から離反させる。これにより、キャリパ本体２の反力も消失し、他方の制輪子１２ｂも車輪３への押し付け力が消失する。
つまり、本発明では、ロッド７ａの先端と連結リンク８の一方端部の連結部から偏芯軸１０の軸心までの距離をＬ1、偏芯軸１０の軸心と偏芯部１０ａの軸心間の距離をＬ2とした場合、空圧アクチュエータ７による発生力のＬ1／Ｌ2倍の回転力をキャリパレバー１１に伝えることになる。
キャリパレバー１１は隙間調整機構１５の端部を取り付けた支点を中心として前記回転力によりキャリパレバー１１を車輪３側に回転させ、一方の制輪子１２ａをディスクに押し付ける。この押し付け力は、偏心軸１０の梃子比Ｌ1／Ｌ2にさらにキャリパレバー１１の梃子比（設計レイアウト上１以下）を乗じた値となり、空圧アクチュエータ７を小型化できる。
ところで、制輪子１２ａ，１２ｂが摩耗して車輪３の両側面に取り付けられたディスクとの間隔が大きくなったときには、制動時における空圧アクチュエータ７のロッド７ａの突出量が大きくなる。
このような場合、空圧アクチュエータ７のロッド７ａの突出量が一定のストロークを超えた時に、ロッド７ａに取り付けた押し部材１６でベルクランク１７の一方端部を押すようにしておけば、以下のようにして両制輪子１２ａ，１２ｂと前記ディスク間の隙間が調整される。
すなわち、空圧アクチュエータ７のロッド７ａの突出量が一定のストロークを超えた時に一方端部を押されたベルクランク１７は、中央を支点として他方端部が回転してアジャスタ作動レバー１８を引き、クラッチハウジング１５ｉを介して一方向クラッチ１５ｄを左回転させる。この一方向クラッチ１５ｄは左回転時には空転し、この空転時にナット部材１５ａを共回りさせる力が作用するが、クラッチ１５ｅがロック方向回転となるので、ナット部材１５ａは回転しない。なお、一方向クラッチ１５ｅの外周に嵌められたカバー１５ｆはケーシング１５ｇにピン１５ｈで固定され、回転することは無い。
一方、制動の緩解時には、前記ベルクランク１７は、戻しばね１９により中央を支点としてアジャスタ作動レバー１８を押す方向に他方端部を回転させる。このベルクランク１７の回転によりアジャスタ作動レバー１８を押して一方向クラッチ１５ｄを右回転させ、ナット部材１５ａに回転力を与える。
この時、一方向クラッチ１５ｅは空転するので、ナット部材１５ａは右回転し、このナット部材１５ａにねじ嵌合する軸部材１５ｂがナット部材１５ａから突出するように螺進して隙間調整機構１５の取り付け部の間隔を拡げるべくキャリパレバー１１を外方に押し、両制輪子１２ａ，１２ｂと前記ディスク間の隙間を一定に保つ。
このような隙間調整機構１５を設置した場合は、制輪子１２ａ，１２ｂが摩耗しても制動時における空圧アクチュエータ７のロッド７ａの突出量を大きくする必要がないので、更なる小型化が図れる。
この隙間調整機構１５には、制輪子１２ａ，１２ｂの交換等のメンテナンス時に手動で拡縮できる機能を備えることが望ましい。以下に、手動で拡縮する機能の一例を、図４を用いて説明する。
図４は隙間調整機構１５の一方端部を拡大して示した図で、２０は軸部材１５ｂの軸方向に移動が可能なようにキー２１を介して軸部材１５ｂと内周側が連結されたクラッチプレートである。このクラッチプレート２０は、外周側がキャリパレバー１１の延長した端部と面接触してクラッチとして作用するようになっており、前記延長した端部にねじ嵌合するロックナット２２を締め付けたり緩めることでクラッチとして作用させるものである。
なお、クラッチとして作用する面は、図４では軸部材１５ｂの軸方向と傾斜する平面を示しているが、垂直な平面でも、また波状の面でも良い。また、キー２１を設ける位置やクラッチとして作用する面は、図４とは逆に、外周側にキー２１を設け、内周側をクラッチとして作用する面としても良い。
このような手動で拡縮する機能を設けた場合、手動で拡縮を行わない制動時は、クラッチプレート２０は前記ロックナット２２によってキャリパレバー１１の延長した端部に圧着されているので、軸部材１５ｂの回転が防止される。
一方、隙間調整機構１５を手動で拡縮する場合は、ロックナット２２を緩めてキャリパレバー１１の延長した端部へのクラッチプレート２０の圧着を開放して軸部材１５ｂを自由に回転できるようにすれば、軸部材１５ｂの回転により手動で拡縮することができる。拡縮後は、ロックナット２２を締付けてクラッチプレート２０をキャリパレバー１１の延長した端部に圧着して軸部材１５ｂの回転を防止する。
本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
例えば、上記の例では、隙間調整機構１５を設置したものを示しているが、隙間調整機構１５を設けないものでも良い。また、上記の例では、隙間調整機構１５を構成する一方向クラッチ１５ｅの回り止めをピン１５ｈで行っているが、図５に示すようにキー２３で行っても良い。
１ キャリパブレーキ装置
２ キャリパ本体
３ 車輪
４ 台車
７ 空圧アクチュエータ
７ａ ロッド
８ 連結リンク
９ 作動レバー
１０ 偏芯軸
１０ａ 偏芯部
１１ キャリパレバー
１２ａ 一方の制輪子
１２ｂ 他方の制輪子
１４ アンカーピン
１５ 隙間調整機構
１５ｄ，１５ｅ 一方向クラッチ

Claims (4)

  1. 車輪の軸方向へのスライドが自在なように、基端側を台車に取り付けられ、先端側が車輪の外周側両側面の外側に位置するように二つに分岐形成されたキャリパ本体と、
    このキャリパ本体に取り付けられた空圧アクチュエータと、
    この空圧アクチュエータのロッドの出退動により、キャリパ本体の前記分岐した内の一方に回転が自在に支持された偏芯軸を中心として、前記ロッドの先端に取り付けられた連結リンクを介して一端側が回転する作動レバーと、
    前記偏芯軸に形成した偏芯部に一体的な回動可能に取り付けられたキャリパレバーと、
    このキャリパレバーの先端側の内面に回転自在に、かつキャリパ本体に取り付けられたアンカーピンに対してスライド自在に取り付けられた一方の制輪子、及びキャリパ本体の前記分岐した内の他方の先端側の内面に取り付けられた他方の制輪子と、
    を備え、
    前記キャリパレバーを前記偏芯部から反制輪子側に延長し、この延長した端部と前記キャリパ本体間に、前記両制輪子と車輪側面に取り付けたディスク間の隙間を調整する隙間調整機構を設け、
    前記隙間調整機構は、一方向の回転のみを許容する一方向クラッチを直列に、互いに逆方向の回転のみを許容するように２個配置することで、前記ロッドの突出量が所定以上となった時にロッドが一方の一方向クラッチを空転させるだけで他方の一方向クラッチによりねじ軸の位置を維持し、ロッドの退入時には他方の一方向クラッチが空転して一方の一方向クラッチによりねじ軸を回転させて前記キャリパレバーの延長した端部と前記キャリパ本体間を拡げて前記両制輪子と前記ディスク間の隙間を小さくするものであり、
    かつ、前記隙間調整機構に、外周側がキャリパレバーの延長した端部と面接触するクラッチプレートを、前記延長した端部にねじ嵌合するロックナットの手動による締め付け、緩めによりクラッチとして作用させる拡縮機構を付加したことを特徴とする鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
  2. 車輪の軸方向へのスライドが自在なように、基端側を台車に取り付けられ、先端側が車輪の外周側両側面の外側に位置するように二つに分岐形成されたキャリパ本体と、
    このキャリパ本体に取り付けられた空圧アクチュエータと、
    この空圧アクチュエータのロッドの出退動により、キャリパ本体の前記分岐した内の一方に回転が自在に支持された偏芯軸を中心として、前記ロッドの先端に取り付けられた連結リンクを介して一端側が回転する作動レバーと、
    前記偏芯軸に形成した偏芯部に一体的な回動可能に取り付けられたキャリパレバーと、
    このキャリパレバーの先端側の内面に回転自在に、かつキャリパ本体に取り付けられたアンカーピンに対してスライド自在に取り付けられた一方の制輪子、及びキャリパ本体の前記分岐した内の他方の先端側の内面に取り付けられた他方の制輪子と、
    を備え、
    前記キャリパレバーを前記偏芯部から反制輪子側に延長し、この延長した端部と前記キャリパ本体間に、前記両制輪子と車輪側面に取り付けたディスク間の隙間を調整する隙間調整機構を設け、
    前記隙間調整機構に、外周側がキャリパレバーの延長した端部と面接触するクラッチプレートを、前記延長した端部にねじ嵌合するロックナットの手動による締め付け、緩めによりクラッチとして作用させる拡縮機構を付加したことを特徴とする鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
  3. 前記隙間調整機構は、前記アクチュエータのロッドの突出量が所定以上となった時に前記両制輪子と前記ディスク間の隙間を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
  4. 前記アクチュエータのロッドの突出量が所定以上となった時に前記両制輪子と前記ディスク間の隙間を小さくする構成は、一方向の回転のみを許容する一方向クラッチを直列に２個配置することで、前記ロッドの突出量が所定以上となった時にロッドの退入時にねじ軸を回転させて前記キャリパレバーの延長した端部と前記キャリパ本体間を拡げるものであることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用キャリパブレーキ装置。
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