【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、車輪と一体回転する円盤状のロータを挟むように対向配置させた一対の制輪子を、空気圧によってロータに押し付けて制動力を発生させるエアディスクブレーキに関し、特に鉄道車両用に好適なエアディスクブレーキに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】鉄道車両用エアディスクブレーキとして、特開平７−９９５６号公報等により、図４に示すようなてこ式のものが提案されている。 このエアディスクブレーキ１は、車輪２と一体回転する円盤状のロータ３
を挟むように対向配置させた一対の制輪子４、４を、先端が各制輪子４に連結された一対のてこ部材６、６とこれらの一対のてこ部材６、６の対向する基端部間に配置されて各てこ部材６を回動操作する単一のエアチャンバ８とで駆動するようにしたものである。 【０００３】エアチャンバ８は、鉄道車両の台車枠７に固定装備されていて、空気圧が供給されると、てこ部材６に連結されている一対の作用板８ａが矢印（イ）方向に突出変位して、てこ部材６を回動支点９を中心に矢印（ロ）方向に回動させて、各制輪子４をロータ３に押し付ける。 各てこ部材６は、戻しばね１０によって、制輪子４がロータ３から離間する方向に付勢されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のようなてこ式のものは、てこ部材６や該てこ部材６を回動可能に支持する機構のために部品点数が増え、大型化や重量化、更にはコストアップを招くという問題を生じた。
また、空気圧の供給によるエアチャンバ８の膨出変位を、てこ部材６を介して制輪子４に伝達する構成のため、空気圧の供給制御を高速化しても、てこ部材６が介在する分だけ応答性が低下し、制輪子４の押圧動作の応答性向上に反映させることが難しいという問題を生じた。 更に、鉄道車両の場合、制動時には、車軸が±７ミリ程度の範囲で軸方向、上下方向等に移動する可能性があり、前述したてこ式の場合は、このような制動時の車軸移動によって回動支点９やてこ部材６に衝撃荷重が作用して、構成部品に疲労が生じ易いという問題もあった。 【０００５】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、部品点数の低減によって、小型化や軽量化、更にはコスト低減を図ることができ、また、空気圧の供給制御の高速化によって応答性を向上させることが容易なエアディスクブレーキを提供すること、更には、制動時の車軸移動によって作用する衝撃荷重を緩和して、構成部品の衝撃荷重による疲労を低減させることのできるエアディスクブレーキを提供することを目的とし、特に鉄道車両用に好適となるものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明に係るエアディスクブレーキは、車輪と一体回転するロータを挟むように対向配置させた一対の制輪子を、空気圧によって前記ロータに押し付けて制動力を発生させるエアディスクブレーキにおいて、台車枠に固定されるキャリパボディに前記ロータを挟んで対向する一対の脚部を設けると共に、これら一対の脚部にはエアチャンバの収容空間となる空所を設け、前記エアチャンバが、前記空所を覆う如く前記脚部に取り付けられると共に空気圧の供給口が形成されたハウジング用板材と、前記空所内で前記ハウジング用板材との間に圧力室を画成して該圧力室に供給される空気圧によって前記空所内をロータ側に膨出変位するダイヤフラムと、基端が前記ダイヤフラムに接触すると共に前記空所から突出した先端には前記制輪子に連結されるヘッド部が設けられたピストンと、前記空所内に装備されて前記ピストンを前記ロータから離れる方向に付勢する戻しばねとを備えていることを特徴とする。 【０００７】そして、上記構成によれば、エアチャンバの膨出変位を直接各制輪子に伝達する構成で、てこ部材やてこ部材を回動自在に支持する機構を有した従来のエアディスクブレーキと比較すると、てこ部材やてこ部材を支持する機構の省略によって部品点数を低減して、構造を単純化することができ、また、エアチャンバと制輪子との間の介在部材によって応答が遅れることがなくなる。 また、制動時の車軸移動をエアチャンバのピストンを支持しているダイヤフラムや戻しばねの弾性変形によって許容して、制動時の車軸移動やによって作用する衝撃荷重を緩和することができる。 【０００８】なお、好ましくは、前記戻しばねとして、
ばね線材の巻き径を一端側から他端側に向けて徐々に縮径させた渦巻型の圧縮コイルばねを使用するとよい。 このような構成にすれば、戻しばねは、ダイヤフラムの膨出変位によって圧縮変形した場合に、小径の巻き線が大径の巻き線の内側に収まり、軸方向の占有スペースが極めて小さくなる。 従って、キャリパボディの脚部の空所へも省スペースで設置できて、ブレーキ装置の小型化に寄与できる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係るエアディスクブレーキの好適な実施の形態を参照して詳細に説明する。 図１乃至図３は本発明に係るエアディスクブレーキの一実施形態を示したもので、図１は本発明に係るエアディスクブレーキの一実施形態の要部平面図、図２は図１のＣ矢視図、図３は図１に示したエアディスクブレーキの一部断面図で、中心線（ア）より下の範囲は図２にＡ−Ａ線で示したガイド部の断面図、中心線（ア）より上の範囲は図２にＢ−Ｂ線で示したエアチャンバの断面図である。 なお、本実施形態では、エアディスクブレーキが鉄道車両に適用された場合について説明する。 【００１０】この一実施形態のエアディスクブレーキ１
２は、鉄道車両の不図示の車輪と一体回転する円盤状のロータ３を挟むように対向配置させた一対の制輪子１
４、１４を、空気圧によって前記ロータ３に押し付けて制動力を発生させる。 具体的には、本実施形態のエアディスクブレーキ１２は、図１及び図２に示すように、鉄道車両の台車枠７に固定されるキャリパボディ１５にロータ３を挟んで対向する一対の脚部１５ａ、１５ａを一体装備すると共に、これら一対の脚部１５ａにはエアチャンバ１７の収容空間となる空所１６が装備されている。 【００１１】ロータ３は、車軸１３に固定されている。
また、キャリパボディ１５は、台車取付ボルト１８により台車枠７に固定されている。 また、図２に示すように、前述の各脚部１５ａには、空所１６がロータ３の周方向に間隔を明けた上下２カ所に形成されており、それぞれの空所１６にエアチャンバ１７が内蔵される。 各空所１６は、ロータ軸方向に貫通しているが、ロータ３側は、後述するエアチャンバ１７のピストン２９の進退動作に支障が生じない程度に開口３３が狭められているのに対し、ロータ３と反対側は、後述するダイヤフラム２
７をセットするため、大きく開口している。 なお、開口３３は、ピストン２９の適度の首振り挙動を許容するように、ピストン２９の外径よりも適宜に大きく設定されている。 【００１２】エアチャンバ１７は、制輪子１４をロータ３に向けて押し付けるものである。 本実施形態では、エアチャンバ１７は、図３に示すように、空所１６を覆う如く脚部１５ａに取り付けられたハウジング用板材２０
と、空所１６内でハウジング用板材２０との間に圧力室２５を画成してこの圧力室２５に供給される空気圧によって空所１６内をロータ３側に膨出変位するダイヤフラム２７と、基端が空所１６内のダイヤフラム２７に接触すると共に空所１６からロータ３側に突出した先端には制輪子１４に連結されるヘッド部２９ｂが設けられたピストン２９と、空所１６内に装備されてピストン２９をロータ３から離れる方向に付勢する戻しばね３１とから構成されている。 【００１３】ハウジング用板材２０には、図１及び図２
に示すように、圧力室２５へ空気圧を供給するための供給口１９が装備されている。 そして、供給口１９には、
不図示の圧縮空気供給手段からのエア配管３４が接続されている。 また、本実施形態の場合、ハウジング用板材２０は、ボルト３６によって脚部１５ａに固定されるリング形のリテーナ３７により、脚部１５ａに締結されている。 リテーナ３７は、ハウジング用板材２０と一体でもよいが、この実施形態の場合は、別体構造としている。 ダイヤフラム２７は、周縁部をハウジング用板材２
０と脚部１５ａに挟持されることで、固定保持されている。 【００１４】また、本実施形態の場合、図３に示すように、戻しばね３１は、ばね線材の巻き径を一端側から他端側に向けて徐々に縮径させた渦巻型の圧縮コイルばねを使用している。 【００１５】ピストン２９は、基端にダイヤフラム２７
に接触するプレート２９ａを有すると共に、先端には制輪子１４に連結されるヘッド部２９ｂを有した構成で、
少なくともヘッド部２９ｂは熱伝導性の低い材料で形成されている。 熱伝導性の低い材料としては、例えば、グラスファイバークロスをフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂により熱成形したもの、ステンレス板の表面にセラミックスを溶射したもの等が適当である。 【００１６】一対の制輪子１４は、図３にも示すように、両端部をガイドピンとガイド孔からなるガイド部３
５によってロータ軸方向に摺動案内されている。 更に、
本実施形態の場合、ヘッド部２９ｂは、制輪子１４の裏板１４ａに形成した嵌合用板部１４ｂを差し込むというワンタッチ操作で簡単に制輪子１４との連結を達成することのできる略Ｕ字状のクリップ構造に形成されている。 【００１７】以上の本実施形態のエアディスクブレーキ１２では、各エアチャンバ１７の圧力室２５に空気圧が供給されると、各エアチャンバ１７内のダイヤフラム２
７が空所１６内をロータ３側に変位し、ダイヤフラム２
７に基端部が接触しているピストン２９を介して、ダイヤフラム２７の変位が直接的に制輪子１４に伝達されて、両端部をガイドピンとガイド孔からなるガイド部３
５によってロータ軸方向に摺動案内されている制輪子１
４がロータ３に押し付けられた制動状態になる。 また、
圧力室２５への空気圧の供給が解除されると、戻しばね３１の付勢力によってダイヤフラム２７が初期位置に戻されるため、制輪子１４がロータ３から離れて、非制動状態になる。 このように、本実施形態のエアディスクブレーキ１２は、エアチャンバ１７内のダイヤフラム２７
の膨出変位を直接各制輪子１４に伝達する構成で、てこ部材やてこ部材を回動自在に支持する機構を有した従来のエアディスクブレーキ１（図４）と比較すると、てこ部材やてこ部材を支持する機構の省略によって部品点数を低減することができ、小型化や軽量化、更にはコスト低減を図ることができる。 【００１８】また、エアチャンバ１７の膨出変位を直接各制輪子１４に伝達するため、エアチャンバ１７への空気圧の供給制御を高速化することで、応答性を向上させることができる。 更には、制動時の車軸移動をエアチャンバ１７のピストン２９を支持しているダイヤフラム２
７や戻しばね３１の弾性変形によって許容して、制動時の車軸移動やによって作用する衝撃荷重を緩和することができるため、制輪子１４に連結したピストン２９等の構成部品の衝撃荷重による疲労を低減させることができる。 【００１９】また、戻しばね３１が渦巻型の圧縮コイルばねであるため、ダイヤフラムの膨出変位によって圧縮変形した場合に、小径の巻き線が大径の巻き線の内側に収まり、軸方向の占有スペースが極めて小さくなる。 従って、キャリパボディ１５の脚部１５ａの空所１６へも省スペースで設置できて、更にブレーキ装置の小型化を図ることが可能になる。 【００２０】また、本実施形態の場合、エアチャンバ１
７のピストン２９は、少なくともヘッド部２９ｂを熱伝導性の低い材料で形成しているため、制動時の摩擦熱が、制輪子１４からピストン２９を介してエアチャンバ１７に伝達されることを防止でき、エアチャンバ１７内の空気圧の温度上昇によって制輪子１４の押圧力が変動することを防止すると共に、ダイヤフラム２７の熱変形等の悪影響を防止できる。 【００２１】さらに、本実施形態では、エアチャンバ１
７のピストン２９が挿通する脚部１５ａ上の開口部３３
は、ピストン２９の適度の首振り挙動を許容するように、開口部３３の径を、挿通するピストン２９径よりも大きく設定しているため、制動時にロータ３が半径方向へ偏心移動しても、制輪子１４はピストン２９の首振り挙動により安定した押圧力でロータ３に押し付けた状態を維持することができ、ロータ３に対する制輪子１４の追従性を向上させることができる。 【００２２】なお、本発明のエアディスクブレーキの各種構成部品の具体的形状や装備数などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更可能であることは言うまでもない。 また、上記実施形態では、本発明のエアディスクブレーキを鉄道車両用として説明したが、本発明は、エアディスクブレーキを装備するためのスペースが確保できれば、大型自動車等に適用することも勿論できる。 【００２３】 【発明の効果】本発明の鉄道車両用エアディスクブレーキによれば、エアチャンバの膨出変位を直接各制輪子に伝達する構成で、てこ部材やてこ部材を回動自在に支持する機構を有した従来のエアディスクブレーキと比較すると、てこ部材やてこ部材を支持する機構の省略によって部品点数を低減することができ、小型化や軽量化、更にはコスト低減を図ることができる。 また、エアチャンバ膨出変位を直接各制輪子に伝達するため、エアチャンバへの空気圧の供給制御を高速化することで、応答性を向上させることができる。 更には、制動時の車軸移動をエアチャンバのピストンを支持しているダイヤフラムや戻しばねの弾性変形によって許容して、制動時の車軸移動やによって作用する衝撃荷重を緩和することができるため、制輪子に連結したピストン等の構成部品の衝撃荷重による疲労を低減させることができる。 また、戻しばねとして、ばね線材の巻き径を一端側から他端側に向けて徐々に縮径させた渦巻型の圧縮コイルばねを使用した場合には、戻しばねは、ダイヤフラムの膨出変位によって圧縮変形した場合に、小径の巻き線が大径の巻き線の内側に収まり、軸方向の占有スペースが極めて小さくなる。 従って、キャリパボディの脚部の空所へも省スペースで設置できて、更にブレーキ装置の小型化を図ることが可能になる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るエアディスクブレーキの一実施形態の要部の平面図である。 【図２】図１のＣ矢視図である。 【図３】図１に示したエアディスクブレーキの一部断面図で、中心線（ア）より下の範囲は図２にＡ−Ａ線で示したガイド部の断面図、中心線（ア）より上の範囲は図２にＢ−Ｂ線で示したエアチャンバの断面図である。 【図４】従来の鉄道車両用エアディスクブレーキの要部の平面図である。 【符号の説明】 ３ ロータ ７ 台車枠 １２ エアディスクブレーキ １４ 制輪子 １５ キャリパボディ １５ａ 脚部 １６ 空所 １７ エアチャンバ ２０ ハウジング用板材 ２５ 圧力室 ２７ ダイヤフラム ２９ ピストン ２９ａ プレート ２９ｂ ヘッド部 ３１ 戻しばね ３３ 開口部 ３５ ガイド部 |
