KR20160122245A - 브레이크 장치 - Google Patents

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츠토무 스즈키
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

브레이크 장치(100)는, 브레이크 본체(10)에 대해 일단부(31)와 타단부(33) 사이의 지지부(32)가 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 링크 아암(30)과, 액추에이터(20)의 출력 부재(21)의 진퇴에 의해 회전하는 레버(40)와, 한 쌍의 링크 아암(30)의 일단부(31) 중 적어도 한쪽에 설치되고, 레버(40)의 회전에 의해 전달되는 힘을 배력시켜 지지부(32)를 지지점으로 링크 아암(30)을 회전시키는 배력 유닛(50)을 구비한다.

Description

브레이크 장치{BRAKE APPARATUS}
본 발명은, 브레이크 장치에 관한 것이다.
종래부터, 지지점을 중심으로 회전 가능한 한 쌍의 링크 아암의 힘점에 액추에이터에 의한 힘을 작용시키고, 링크 아암의 작용점에 지지되는 브레이크 라이닝을 브레이크 디스크에 미끄럼 접촉시켜 차륜의 회전을 제동하는 브레이크 장치가 사용되고 있다.
JP10-505038A에는, 캘리퍼 레버의 한쪽의 단부가 서로 연결되고 다른 쪽의 단부가 각각 브레이크 패드에 피봇 장착되고, 캘리퍼 레버의 양단부 사이의 지지점에 설치된 편심체 전동 장치가 캘리퍼 레버를 회전시키는 브레이크 캘리퍼 유닛이 개시되어 있다. 편심체 전동 장치는, 브레이크력 발생기에 의한 힘을 받아 회전하는 편심 핀을 갖고, 이 편심 핀의 회전에 의해 한쪽의 단부를 중심으로 캘리퍼 레버를 회전시키는 것이다.
그러나, JP10-505038A의 캘리퍼 브레이크 유닛에서는, 브레이크 패드가 브레이크 디스크에 미끄럼 접촉하는 제동시에 브레이크 디스크로부터 브레이크 패드에 작용하는 주위 방향의 접선력은, 편심체 전동 장치의 편심 핀에 작용한다. 그로 인해, 제동시에 편심 핀을 회전시키기 위해서는 큰 힘이 필요하여, 기계 효율을 향상시키는 것이 곤란하였다.
본 발명은, 브레이크 장치의 기계 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크를 끼움 지지하여 제동하는 브레이크 장치는, 차체 또는 대차에 지지되는 브레이크 본체와, 상기 브레이크 본체에 설치되어 출력 부재를 진퇴시키는 액추에이터와, 상기 브레이크 본체에 대해 일단부와 타단부 사이의 지지부가 회전 가능하게 지지되어 상기 브레이크 디스크의 양면에 면하여 각각 설치되고, 상기 일단부끼리가 연결 로드에 의해 연결되고, 상기 타단부 각각이 상기 브레이크 디스크에 미끄럼 접촉하여 마찰력을 부여하는 브레이크 라이닝을 지지하는 한 쌍의 링크 아암과, 상기 액추에이터의 상기 출력 부재에 회전 가능하게 연결되고 상기 출력 부재의 진퇴에 의해 회전하는 레버와, 상기 한 쌍의 링크 아암의 상기 일단부 중 적어도 한쪽에 설치되고, 상기 레버의 회전에 의해 전달되는 힘을 배력시켜 상기 지지부를 지지점으로 상기 링크 아암을 회전시키는 배력 유닛을 구비한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 브레이크 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 브레이크 장치의 정면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 브레이크 장치(100)의 구성에 대해 설명한다.
브레이크 장치(100)는, 주로 철도 차량에 적용되는 것이다. 브레이크 장치(100)는, 차륜(1)과 함께 회전하는 브레이크 디스크(1a)를 끼움 지지하여 차륜(1)을 제동하는 것이다. 구체적으로는, 브레이크 장치(100)는, 브레이크 디스크(1a)를 그 양면으로부터 한 쌍의 브레이크 라이닝(2)으로 끼움 지지하여, 브레이크 디스크(1a)와 브레이크 라이닝(2) 사이의 마찰력에 의해 차륜(1)의 회전을 제동한다.
브레이크 디스크(1a)는, 차륜(1)의 표리 양면에 형성되어 차륜(1)과 일체로 회전한다. 브레이크 디스크(1a)를 차륜(1)과 일체로 형성하는 구성 대신에, 차륜(1)과 함께 회전하는 별체의 브레이크 디스크(1a)를 설치해도 된다.
브레이크 라이닝(2)은, 비제동시에는, 브레이크 디스크(1a)와 미리 설정된 소정의 간격을 두고 대향한다(도 1에 도시하는 상태). 브레이크 라이닝(2)은, 제동시에는, 브레이크 디스크(1a)를 향해 이동하여, 브레이크 디스크(1a)에 평행하게 접촉하여 압박된다.
브레이크 라이닝(2)은, 브레이크 장치(100)의 라이닝 보유 지지부(3)에 지지되는 이면판부(2a)와, 제동시에 브레이크 디스크(1a)에 접촉하는 마찰 부재(2b)를 갖는다. 마찰 부재(2b)는, 복수의 세그먼트로 이루어지고, 이면판부(2a)의 표면에 고정된다. 브레이크 라이닝(2)은, 마찰 부재(2b)와 브레이크 디스크(1a)의 접촉에 의해 발생하는 마찰력에 의해, 차륜(1)의 회전을 제동한다.
라이닝 보유 지지부(3)는, 브레이크 라이닝(2)의 이면판부(2a)가 삽입되는 도브테일 홈(도시 생략)을 갖는다. 라이닝 보유 지지부(3)의 상하의 단부에는, 한 쌍의 앵커 볼트(5)에 의해 라이닝 보유 지지부(3)에 고정되는 앵커 블록(4)이 각각 설치된다. 앵커 블록(4)은, 브레이크 라이닝(2)의 이면판부(2a)의 길이 방향(도 2에서는 상하 방향)의 단부를 고정한다. 이에 의해, 도브테일 홈에 삽입된 브레이크 라이닝(2)은, 라이닝 보유 지지부(3)에 보유 지지된다.
브레이크 장치(100)는, 브레이크 본체(10)와, 브레이크 본체(10)에 설치되어 출력 부재로서의 로드(21)를 진퇴시키는 액추에이터(20)와, 브레이크 본체(10)에 대해 일단부(31)와 타단부(33) 사이의 지지부(32)가 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 링크 아암(30)과, 액추에이터(20)의 로드(21)에 회전 가능하게 연결되고 로드(21)의 진퇴에 의해 회전하는 레버(40)와, 한 쌍의 링크 아암(30)의 일단부(31) 중 적어도 한쪽에 설치되고, 레버(40)의 회전에 의해 전달되는 힘을 배력시켜 지지부(32)를 지지점으로 링크 아암(30)을 회전시키는 배력 유닛(50)을 구비한다.
브레이크 본체(10)는, 브레이크 장치(100)가 철도 차량에 적용되는 경우에는, 대차(도시 생략)에 지지된다. 브레이크 본체(10)는, 브레이크 장치(100)가 철도 차량 이외의 차량에 적용되는 경우에는, 차체(도시 생략)에 지지된다.
액추에이터(20)는, 유압 등의 액압이나 공기압 등 작동 유체의 압력에 의해 작동하는 유체압 액추에이터이다. 이것에 한정되지 않고, 액추에이터(20)는, 전동 모터의 회전에 의해 작동하는 기계식 액추에이터 등 다른 형식이어도 된다. 액추에이터(20)는, 운전자의 제동 조작에 기초하여 작동하여, 브레이크 본체(10)에 대해 로드(21)를 진퇴시킨다.
로드(21)는, 양단부에 레버(40)가 회전 가능하게 각각 연결되는 연결 샤프트(22)를 갖는다. 연결 샤프트(22)는, 그 중심축이 브레이크 라이닝(2)과 평행하게 되도록 배치된다. 로드(21)가 왕복동하는 중심축의 연장선 상에는, 브레이크 디스크(1a)의 중심이 위치한다. 로드(21)는, 브레이크 본체(10)에 대해 진퇴함과 함께, 브레이크 라이닝(2)이 이동 가능한 방향(도 1에서는 상하 방향)으로 요동 가능하다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 링크 아암(30)은, 브레이크 디스크(1a)의 양면에 면하여 각각 설치된다. 한 쌍의 링크 아암(30)의 일단부(31)끼리는, 연결 로드(35)에 의해 연결된다. 링크 아암(30)의 타단부(33)는, 브레이크 디스크(1a)에 미끄럼 접촉하여 마찰력을 부여하는 브레이크 라이닝(2)을 요동 가능하게 지지한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 링크 아암(30)은, 상하에 설치되는 한 쌍의 아암부(30a)를 갖는 대략 U자 형상으로 형성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 한쪽의 링크 아암(30)의 일단부(31)에는, 연결 로드(35)와 링크 아암(30)을 관통하여 연결하는 연결 샤프트(31a)가 설치된다. 다른 쪽의 링크 아암(30)의 일단부(31)에는, 연결 로드(35)와 링크 아암(30)과 한 쌍의 레버(40)를 관통하여 연결하여, 액추에이터(20)의 로드(21)의 진퇴에 의한 힘을 배력시켜 링크 아암(30)을 회전시키는 배력 유닛(50)이 설치된다.
이 구성 대신에, 한쪽의 링크 아암(30)의 일단부(31)와 다른 쪽의 링크 아암(30)의 일단부(31)에, 모두 배력 유닛(50)을 설치해도 된다. 그 경우, 각각의 배력 유닛(50)이 한쪽의 링크 아암(30)과 다른 쪽의 링크 아암(30)을 각각 회전시킬 수 있다. 배력 유닛(50)에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
링크 아암(30)의 지지부(32)에는, 링크 아암(30)과 브레이크 본체(10)를 관통하여 연결하는 아암 샤프트(32a)가 설치된다. 링크 아암(30)은, 아암 샤프트(32a)에 의해 브레이크 본체(10)에 회전 가능하게 지지된다. 브레이크 장치(100)의 제동시에 브레이크 디스크(1a)로부터 브레이크 라이닝(2)에 작용하는 주위 방향의 접선력은, 지지부(32)로부터 아암 샤프트(32a)를 통해 브레이크 본체(10)에 작용한다.
링크 아암(30)의 타단부(33)에는, 링크 아암(30)과 라이닝 보유 지지부(3)를 관통하여 연결하는 라이닝 샤프트(33a)가 설치된다. 라이닝 보유 지지부(3)는, 라이닝 샤프트(33a)에 의해 링크 아암(30)에 회전 가능하게 지지된다. 이에 의해, 브레이크 라이닝(2)은, 링크 아암(30)에 대해 요동 가능해지고, 제동시에 브레이크 디스크(1a)에 항상 평행하게 접촉할 수 있다.
레버(40)는, 액추에이터(20)의 로드(21)의 진퇴에 의한 힘을 배력 유닛(50)에 전달한다. 레버(40)의 일단부(41)는, 로드(21)의 연결 샤프트(22)에 회전 가능하게 연결된다. 레버(40)의 타단부(42)는, 배력 유닛(50)의 후술하는 편심부(53)에 회전 불가능하게 연결된다.
레버(40)는, 로드(21)가 브레이크 본체(10)에 대해 진퇴하면, 연결 샤프트(22)와 편심부(53) 사이에서 회전한다. 레버(40)는, 로드(21)가 브레이크 본체(10)로부터 가장 퇴출된 상태에서는, 연결 로드(35)와 평행한 위치까지 회전한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 배력 유닛(50)은, 레버(40)의 회전에 의해 회전축(A1)을 중심으로 회전하는 편심 캠(51)을 갖는다. 편심 캠(51)의 회전축(A1)은, 링크 아암(30)에 대한 위치가, 연결 샤프트(31a)의 중심축과 동일한 위치로 되도록 설치된다.
편심 캠(51)은, 연결 로드(35)에 회전 가능하게 연결되는 대직경부(52)와, 편심 캠(51)의 회전축(A1)으로부터 오프셋된 위치에 중심축(A2)을 갖고 레버(40)의 회전에 의해 회전축(A1)을 중심으로 하여 원호 형상으로 회전하는 편심부(53)와, 편심부(53)와 동축으로 형성되고 링크 아암(30)에 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 아암 연결부(54)를 갖는다.
대직경부(52)는, 연결 샤프트(31a)와 동일한 외경으로 형성된다. 대직경부(52)의 중심축이, 편심 캠(51)의 회전축(A1)이다.
편심부(53)는, 대직경부(52)와 비교하여 소직경으로 형성된다. 편심부(53)는, 대직경부(52)의 축방향 양측에 각각 설치된다. 편심부(53)에는, 레버(40)가 상대 회전 불가능하게 연결된다. 따라서, 로드(21)가 브레이크 본체(10)에 대해 진퇴하여 레버(40)가 회전하면, 편심부(53)가 회전축(A1)을 중심으로 하는 원호 형상으로 회전한다.
아암 연결부(54)는, 편심부(53)와 동일한 직경으로 형성된다. 아암 연결부(54)는, 편심부(53)를 사이에 두고 대직경부(52)의 반대측에 설치된다. 이 대신에, 아암 연결부(54)를, 편심부(53)와 비교하여 소직경으로 형성해도 된다. 또한, 아암 연결부(54)를 편심부(53)와 대직경부(52) 사이에 각각 설치해도 된다.
이와 같이, 편심 캠(51)은 중앙에 대직경부(52)를 갖고, 그 양단부에 대직경부(52)보다도 소직경인 편심부(53)를 갖고, 또한 그 양단부에 편심부(53)와 동일한 직경 또는 편심부(53)보다도 소직경인 아암 연결부(54)를 갖는다. 따라서, 편심 캠(51)은 중앙으로부터 양단부를 향해 단계적으로 소직경으로 되므로, 가공이 용이하다. 또한, 편심 캠(51)에 연결 로드(35)와 레버(40)와 링크 아암(30)을 차례로 조립할 수 있으므로, 조립성이 양호하다.
다음으로, 브레이크 장치(100)의 작용에 대해 설명한다.
브레이크 장치(100)는, 운전자의 제동 조작에 기초하여 액추에이터(20)가 작동하면, 비제동 상태(도 1 및 도 2에 도시하는 상태)로부터 제동 상태로 된다.
액추에이터(20)가 작동하여, 로드(21)가 브레이크 본체(10)로부터 퇴출되면, 레버(40)는 연결 샤프트(22)에 의해 압박되어 회전한다. 액추에이터(20)가 로드(21)를 퇴출시키는 힘은, 레버(40)를 통해 편심 캠(51)의 편심부(53)에 전달된다.
편심 캠(51)은, 레버(40)를 통해 전달된 힘에 의해, 편심부(53)가 회전축(A1)을 중심으로 하는 원호 형상으로 회전함으로써 일 방향(도 1에서는 반시계 방향)으로 회전한다. 이에 의해, 편심부(53)와 일체로 아암 연결부(54)가 로드(21)로부터 이격되는 방향으로 회전하므로, 한 쌍의 링크 아암(30)의 일단부(31)는 서로 이격되는 방향으로 이동한다.
링크 아암(30)은, 지지부(32)에 의해 브레이크 본체(10)에 회전 가능하게 지지되므로, 일단부(31)가 서로 이격되는 방향으로 이동하면, 타단부(33)는 서로 근접하는 방향으로 이동한다. 따라서, 브레이크 라이닝(2)이, 브레이크 디스크(1a)를 향해 이동하여, 브레이크 디스크(1a)에 평행하게 접촉하여 압박되어, 차륜(1)의 회전이 제동된다.
이때, 편심 캠(51)은, 연결 샤프트(22)의 중심축(A3)과 회전축(A1) 사이의 거리 L1과, 회전축(A1)과 편심부(53)의 중심축(A2) 사이의 거리 L2의 레버비에 의해, 로드(21)로부터 레버(40)를 통해 전달되는 힘을 L1/L2배로 배력시켜 링크 아암(30)에 전달한다. 따라서, 대형의 액추에이터를 설치하는 일 없이, 큰 제동력을 얻을 수 있다. 따라서, 브레이크 장치(100)의 소형 경량화가 가능하다.
또한, 링크 아암(30)은, 일단부(31)와 타단부(33) 사이의 지지부(32)가 브레이크 본체(10)에 대해 회전 가능하게 지지된다. 레버(40)의 회전에 의해 로드(21)에 전달되는 힘을 배력시켜 링크 아암(30)을 회전시키는 편심 캠(51)은, 링크 아암(30)의 일단부(31)에 설치된다. 그로 인해, 브레이크 장치(100)의 제동시에 브레이크 디스크(1a)로부터 브레이크 라이닝(2)에 작용하는 주위 방향의 접선력은, 지지부(32)의 아암 샤프트(32a)에 작용하게 되고, 편심 캠(51)에는 작용하지 않는다. 따라서, 편심 캠(51)이 회전할 때의 마찰 저항이 커지는 일이 없으므로, 브레이크 장치(100)의 제동시의 기계 효율을 향상시킬 수 있다.
편심 캠(51)으로부터 링크 아암(30)의 일단부(31)에 전달되는 힘은, 일단부(31)와 지지부(32) 사이의 거리 L3과, 지지부(32)와 타단부(33) 사이의 거리 L4의 레버비에 의해, L3/L4배로 배력된다. 브레이크 장치(100)에서는, 거리 L3과 비교하여 거리 L4쪽이 크기 때문에, 브레이크 라이닝(2)을 브레이크 디스크(1a)에 압박하는 힘은, 편심 캠(51)으로부터 링크 아암(30)의 일단부(31)에 전달되는 힘보다도 작은 힘으로 된다.
그러나, 브레이크 장치(100)에서는, 편심 캠(51)에 의해 액추에이터(20)의 로드(21)로부터 레버(40)를 통해 전달되는 힘이 큰 배율로 배력되어 있다. 그로 인해, 브레이크 장치(100)의 소형 경량화를 위해 링크 아암(30)을 짧게 하여 거리 L3을 작게 해도, 충분히 큰 제동력을 얻을 수 있다.
또한, 브레이크 장치(100)에서는, 편심 캠(51)을 링크 아암(30)의 일단부(31)에 설치함으로써, 지지부(32)의 아암 샤프트(32a)의 위치의 설계 자유도가 높게 되어 있다. 그로 인해, 아암 샤프트(32a)를 차륜(1)의 측면에 면하는 위치에 배치하는 것도 가능하다. 따라서, 거리 L3을 거리 L4와 비교하여 크게 할 수도 있고, 편심 캠(51)에 의해 배력된 힘을 다시 배력시켜 브레이크 라이닝(2)을 브레이크 디스크(1a)에 압박하는 것도 가능하다.
브레이크 장치(100)는, 운전자의 제동 해제 조작에 기초하여 액추에이터(20)이 제동시와는 반대의 방향으로 작동하면, 제동 상태로부터 비제동 상태(도 1 및 도 2에 도시하는 상태)로 된다.
액추에이터(20)가 작동하여, 로드(21)가 브레이크 본체(10)에 진입하면, 레버(40)는 연결 샤프트(22)에 인장되어 회전한다. 액추에이터(20)가 로드(21)를 진입시키는 힘은, 레버(40)를 통해 편심 캠(51)의 편심부(53)에 전달된다.
편심 캠(51)은, 레버(40)를 통해 전달된 힘에 의해, 편심부(53)가 회전축(A1)을 중심으로 하는 원호 형상으로 회전함으로써 타 방향(도 1에서는 시계 방향)으로 회전한다. 이에 의해, 한 쌍의 링크 아암(30)의 일단부(31)는, 서로 근접하는 방향으로 이동한다. 따라서, 한 쌍의 링크 아암(30)의 타단부(33)는, 서로 이격되는 방향으로 이동한다. 이에 의해, 브레이크 라이닝(2)이 브레이크 디스크(1a)로부터 이격되어, 차륜(1)의 제동이 해제된다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
링크 아암(30)은, 일단부(31)와 타단부(33) 사이의 지지부(32)가 브레이크 본체(10)에 대해 회전 가능하게 지지된다. 레버(40)의 회전에 의해 로드(21)에 전달되는 힘을 배력시켜 링크 아암(30)을 회전시키는 편심 캠(51)은, 링크 아암(30)의 일단부(31)에 설치된다. 그로 인해, 브레이크 장치(100)의 제동시에 브레이크 디스크(1a)로부터 브레이크 라이닝(2)에 작용하는 주위 방향의 접선력은, 지지부(32)의 아암 샤프트(32a)에 작용하게 되고, 편심 캠(51)에는 작용하지 않는다. 따라서, 편심 캠(51)이 회전할 때의 마찰 저항이 커지는 일이 없으므로, 브레이크 장치(100)의 제동시의 기계 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
본원은 2014년 5월 27일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2014-108761호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (5)

  1. 차륜과 함께 회전하는 브레이크 디스크를 끼움 지지하여 제동하는 브레이크 장치이며,
    차체 또는 대차에 지지되는 브레이크 본체와,
    상기 브레이크 본체에 설치되어 출력 부재를 진퇴시키는 액추에이터와,
    상기 브레이크 본체에 대해 일단부와 타단부 사이의 지지부가 회전 가능하게 지지되어 상기 브레이크 디스크의 양면에 면하여 각각 설치되고, 상기 일단부끼리가 연결 로드에 의해 연결되고, 상기 타단부 각각이 상기 브레이크 디스크에 미끄럼 접촉하여 마찰력을 부여하는 브레이크 라이닝을 지지하는 한 쌍의 링크 아암과,
    상기 액추에이터의 상기 출력 부재에 회전 가능하게 연결되고 상기 출력 부재의 진퇴에 의해 회전하는 레버와,
    상기 한 쌍의 링크 아암의 상기 일단부 중 적어도 한쪽에 설치되고, 상기 레버의 회전에 의해 전달되는 힘을 배력시켜 상기 지지부를 지지점으로 상기 링크 아암을 회전시키는 배력 유닛을 구비하는, 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배력 유닛은, 상기 레버의 회전에 의해 회전축을 중심으로 회전하는 편심 캠을 갖고,
    상기 편심 캠은, 상기 회전축으로부터 오프셋된 위치에 중심축을 갖고 상기 레버의 회전에 의해 상기 회전축을 중심으로 하여 원호 형상으로 회전하는 편심부를 갖는, 브레이크 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편심 캠은,
    상기 연결 로드에 회전 가능하게 연결되는 대직경부를 더 갖고,
    상기 편심부는, 상기 대직경부와 비교하여 소직경으로 형성되고, 상기 대직경부의 축방향 양측에 각각 설치되어 상기 레버가 상대 회전 불가능하게 연결되는, 브레이크 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 편심 캠은, 상기 편심부를 사이에 두고 상기 대직경부의 반대측에, 또는 상기 편심부와 상기 대직경부 사이에, 상기 편심부와 동축으로 형성되어 상기 링크 아암에 회전 가능하게 지지되는 한 쌍의 아암 연결부를 더 갖는, 브레이크 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크 디스크의 중심은, 상기 액추에이터의 상기 출력 부재가 왕복동하는 중심축의 연장선 상에 위치하는, 브레이크 장치.
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