キャリパブレーキ装置
【課題】ピストン等の耐熱性を確保できるキャリパブレーキ装置を提供する。
【解決手段】車輪５と共に回転するディスク６を挟んで摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、車体（台車）に支持されるキャリパ本体１０と、ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、この制輪子７をディスク６に流体圧力によって押付けるピストン６５と、を備え、制輪子７は、ピストン６５によって押圧されるライニング背板１９と、ディスク６に摺接するライニング９と、ライニング背板１９とライニング９の間に介装されるバネ２３と、を備え、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離される構成とした。
【解決手段】車輪５と共に回転するディスク６を挟んで摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、車体（台車）に支持されるキャリパ本体１０と、ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、この制輪子７をディスク６に流体圧力によって押付けるピストン６５と、を備え、制輪子７は、ピストン６５によって押圧されるライニング背板１９と、ディスク６に摺接するライニング９と、ライニング背板１９とライニング９の間に介装されるバネ２３と、を備え、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離される構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪と共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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両のブレーキ装置には、ピストンが制輪子（ライニング）を直接押圧するキャリパ式（直動型）のもの（キャリパブレーキ装置）と、ピストンがリンク機構を介して制輪子を押圧する梃子式のものがある。
【０００３】
キャリパブレーキ装置として、例えば特許文献１、２には、油圧によってピストンが制輪子を直接押圧する油圧式のものが開示されている。
【０００４】
この油圧式キャリパブレーキ装置は、空気圧源から供給される空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、この空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧によりピストンを作動させるようになっている。
【０００５】
近年、鉄道車両に空気圧源から供給される空気圧によって作動する空気圧式キャリパブレーキ装置を搭載し、上記の空油変換器と油圧配管を廃止することが望まれている。
【０００６】
特許文献３に開示された空気圧式キャリパブレーキ装置は、駆動圧力室を画成する弾性膜と、この弾性膜と制輪子の間に介装されるピストンとを備え、制動時に駆動圧力室に導かれる空気圧力により弾性膜が膨らんでピストンが制輪子をディスクに押付けるようになっている。
【特許文献１】特開平８−２２６４６９号公報
【特許文献２】特開平８−２２６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１６２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
梃子式ブレーキ装置は、ピストンが制輪子から離れているため、制輪子に生じる摩擦熱が、ピストンに伝わりにくく、ピストン等の耐熱性を確保することが容易である。
【０００８】
これに対して、上記の油圧式、空気圧式のキャリパブレーキ装置にあっては、ピストンが制輪子の背面を押圧する構造のため、制輪子に生じる摩擦熱が、制輪子からピストンに伝わり、ピストン等の耐熱性を確保することが難しいという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ピストン等の耐熱性を確保できるキャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する車両用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、ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、この制輪子をディスクに流体圧力によって押付けるピストンと、を備え、制輪子は、ピストンによって押圧されるライニング背板と、ディスクに摺接するライニングと、ライニング背板とライニングの間に介装されるバネと、を備え、ライニングがバネを介してライニング背板から離されるものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、制動時にライニングがバネを圧縮しながらディスクに押し付けられることにより、ライニングがバネを介してライニング背板から離されることより、ディスクとの摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板を介してピストンに伝達されることを抑えられる。これにより、ライニングやディスクの偏摩耗を防止できるとともに、ピストン等の耐熱性が十分に確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示すキャリパブレーキ装置の平面図。
【図２】同じくキャリパブレーキ装置の縦断面図。
【図３】同じくキャリパブレーキ装置の側面図。
【図４】同じく（ａ）はピストンの側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図５】同じく制輪子の側面図。
【図６】同じく図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図７】同じく実験結果を示すグラフ。
【図８】本発明の他の実施形態を示すキャリパブレーキ装置の縦断図面。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜３は、本発明の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置１の三面図でありる。図３はキャリパブレーキ装置１を車両の右側から見た側面図である。図１は図３の矢印Ｂ方向から見た平面図である。図２は図３のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定と、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。
【００１５】
図１に示すように、鉄道車両に搭載されるキャリパブレーキ装置１は、左右の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動する。
【００１６】
図２において、Ｏは車輪５の回転中心軸であり、Ｈは回転中心軸Ｏに直交する車輪５の中心線である。図１、図３において、２０は鉄道車両の図示しない台車（車体）上に固定される支持枠であり、１０はこの支持枠２０に支持されるキャリパ本体である。
【００１７】
図２に示すように、制輪子７は、ディスク６に摺接する摩擦材として複数枚に分割されたライニング９と、これらのライニング９が取付けられる金属製のライニング背板１９と、このライニング背板１９の背後に皿型リベット１７を介して取り付けられる連結プレート１８とを備える。
【００１８】
案内板８にはＹ軸方向に延びるアリ溝８ｃ（図１参照）が形成され、このアリ溝８ｃに制輪子７の連結プレート１８のエッジ部１８ａ（図１参照）が差し込まれる。これにより、キャリパアーム１２に案内板８を介して制輪子７の連結プレート１８が支持される。
【００１９】
上下のアンカピン４３には環状段部４３ｂがそれぞれ形成される。案内板８の上端部には環状段部４３ｂに係合する係合穴８ａが形成される。案内板８の下端部には環状段部４３ｂに係合する係合凹部８ｂが形成される（図２参照）。
【００２０】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アンカピン４３の環状段部４３ｂに係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持され、ライニング背板１９の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、その制動反力が支持される。
【００２１】
アジャスタ４１にはアンカピン４３の露出部を覆うゴム製のブーツ４６が介装され、このブーツ４６によってダストから保護される。
【００２２】
制輪子７の交換時には、まず、下側のアジャスタ４１がキャリパアーム１２から取り外され、制輪子７のライニング背板１９に対するアンカピン４３の係合が解除される。次に、案内板８のアリ溝８ｃに沿って制輪子７が下方に抜き取られる。次に、新しい制輪子７が案内板８のアリ溝８ｃに差し込まれる。次に、下側のアジャスタ４１がキャリパアーム１２に取付けられ、案内板８がアンカピン４３に係合して支持されるとともに、ライニング背板１９がアンカピン４３に係合して制輪子７の抜け止めが行われる。こうして、制輪子７を着脱する作業が案内板８を介して行われる。
【００２３】
アジャスタ４１はアンカピン４３を介して制輪子７をディスク６から離す方向に付勢する戻しバネ４４と、制動解除時に制輪子７とディスク６の隙間を略一定に調整する隙間調整機構４５を備える。制動解除時に制輪子７は戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離され、隙間調整機構４５によってディスク６との隙間Ｗが略一定に調整される。
【００２４】
右のキャリパアーム１２に案内板８を介して制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０が設けられる。アクチュエータ６０は、各アジャスタ４１の間に配置される。
【００２５】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される空気圧源からこの駆動圧力室６３に供給される空気圧力（流体圧力）によって弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７を押圧作動する。
【００２６】
アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に形成される収容壁１２ｂと、この収容壁１２ｂに取付けられる弾性膜５０と、収容壁１２ｂに締結されるカバー６１と、収容壁１２ｂとこの弾性膜５０とこのカバー６１の間に画成される駆動圧力室６３と、弾性膜５０と制輪子７の間に介装されるピストン６５とを備える。
【００２７】
キャリパアーム１２は、収容壁１２ｂの開口縁部のまわりに延びる環状の取付座１２ａを有する。取付座１２ａには複数のネジ穴が所定の間隔を持って形成され、各ネジ穴に螺合するボルト６２を介してカバー６１が締結される。取付座１２ａとカバー６１との間に弾性膜５０の周縁部５０ａが挟持される。
【００２８】
カバー６１は、駆動圧力室６３を画成する部位が凹状に窪む皿状に形成される。
【００２９】
弾性膜５０は、樹脂製弾性材によって形成される。なお、弾性膜５０は、樹脂製弾性材に限らず、例えばカーボン繊維、ケブラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズを形成しても良い。また、弾性膜を金属薄板からなるベローズやゴム製チューブやダイヤフラムを用いて形成しても良い。
【００３０】
弾性膜５０は、取付座１２ａとカバー６１との間に挟持される周縁部５０ａと、収容壁１２ｂに沿って伸縮するベローズ部５０ｂと、制輪子７に対峙する押圧膜部５０ｃとを有する。
【００３１】
弾性膜５０の押圧膜部５０ｃと制輪子７の間にピストン６５が介装される。弾性膜５０は、駆動圧力室６３に導かれる空気圧力によりピストン６５を介して制輪子７をＸ軸方向に押圧し、制輪子７をディスク６に押付ける。
【００３２】
ピストン６５は、樹脂を射出成形することによって形成される。図３に示すように、ピストン６５及び駆動圧力室６３の断面形状は、略長円形に形成される。収容壁１２ｂは、キャリパアーム１２を貫通する長円筒面状に形成される。図２に示す取付座１２ａは、同じく略長円形の内形及び外形を有する。カバー６１は、取付座１２ａと同じく略長円形の外形を有する。
【００３３】
弾性膜５０は、略長円形のピストン６５及び収容壁１２ｂに沿って張設されることにより、屈曲部を持たないため、十分な耐久性が確保される。
【００３４】
なお、これに限らず、ピストン６５及び収容壁１２ｂの断面形状は、楕円または他の形状に形成される構成としてもよい。
【００３５】
ピストン６５は、案内板８に連結され、上下のアンカピン４３を介して案内される案内板８とともにＸ軸方向に変位し、弾性膜５０の動きを制輪子７に伝達する。
【００３６】
ピストン６５を案内板８に結合する結合手段として、ピストン６５は、図示しない複数のボルトを介して案内板８に締結される。
【００３７】
なお、この結合手段は、これに限らず、ピストン６５が例えばキー等の結合部材または他の手段を介して案内板８に結合される構成としてもよい。
【００３８】
キャリパ本体１０は、支持枠２０に上下スライドピン３１、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持される。
【００３９】
キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる左右のキャリパアーム１２と、左右のキャリパアーム１２を結ぶヨーク部１３とを有する。
【００４０】
左のキャリパアーム１２の上下端部にアンカブロック４８がボルト４２を介してそれぞれ締結される（図１参照）。左のキャリパアーム１２には、支持レール（図示せず）が一体形成される。この支持レールにはアリ溝が形成され、このアリ溝に左の制輪子７のライニング背板（図示せず）が差し込まれる。制輪子７は、支持レールに差し込まれるとともに、その上下端がアンカブロック４８に設けられるアンカピン４３に係合することによって抜け止めされ、左のキャリパアーム１２に固定される（図１参照）。
【００４１】
右のキャリパアーム１２の上下端部にアジャスタ４１がボルト４２を介してそれぞれ締結される。上下のアジャスタ４１はＸ軸方向に突出するアンカピン４３を備える。上下のアンカピン４３を介して制輪子７及びその案内板８の両端部がそれぞれ支持される。
【００４２】
図４の（ａ）はピストン６５をディスク６側から見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００４３】
ピストン６５は、樹脂を射出成形することによってその断面が略長円形をしたブロック状に形成される。ピストン６５は、案内板８に当接するピストン押圧面６５ａと、弾性膜５０の押圧膜部５０ｃに当接するピストン背面６５ｂと、収容壁１２ｂに対峙するピストン側面６５ｃとを有する。
【００４４】
ピストン６５は、そのピストン背面６５ｂが略長円形に形成され、そのピストン側面６５ｃが略長円筒面状に形成される。
【００４５】
図５は制輪子７をディスク６側から見た側面図である。制輪子７は、摩擦材として１４枚の円盤状のライニング９を備え、各ライニング９がディスク６の周方向に沿って２列に並んで配置される。なお、ライニング９の枚数と配置は、これに限らず、要求される条件に応じて任意に設定される。
【００４６】
図６は図５のＤ−Ｄ線に沿う制輪子７の断面図である。制輪子７は、ライニング９が結合されるライニング取付板２２と、このライニング取付板２２がリベット（支持部材）１６を介して結合されるライニング背板１９と、ライニング取付板２２とライニング背板１９の間に介装されるバネ２３とを備える。
【００４７】
摩擦材料からなるライニング９は、その背面９ａが金属製のライニング取付板２２に結合される。
【００４８】
ライニング取付板２２は、ライニング９が結合される円盤状のライニング結合部２２ｃと、リベット１６を介してライニング背板１９に結合される円盤状の中央取付部２２ｄとを有する。中央取付部２２ｄには貫通穴２２ｅが形成され、この貫通穴２２ｅにリベット１６が摺動可能に挿入される。
【００４９】
リベット１６は、中央取付部２２ｄに着座する鍔状の頭部１６ａと、貫通穴２２ｅに挿入される円柱状の支持柱部１６ｂと、ライニング背板１９の穴１９ａに挿入される円柱状の締結柱部１６ｃと、穴１９ａの開口縁部に係合するカシメ部１６ｄとを有する。リベット１６は、ライニング背板１９にカシメ固定される。
【００５０】
ライニング取付板２２は、リベット１６の軸方向（Ｘ軸方向）について摺動可能に支持される。リベット１６の支持柱部１６ｂは、ライニング取付板２２の貫通穴２２ｅに摺動可能に挿入される。リベット１６は、ライニング取付板２２をライニング背板１９に対して移動可能に支持する支持部材を構成する。
【００５１】
ライニング取付板２２は、バネ２３に係合する凹部２２ｆが形成される。この凹部２２ｆは、ライニング取付板２２の外周端部から突出するＣ字形の外周凸部２２ｂと、円錐状のテーパ部２２ｈとの間に画成される。
【００５２】
ライニング取付板２２は、テーパ部２２ｈがライニング結合部２２ｃと中央取付部２２ｄを曲折して結ぶ断面形状を持ち、中央取付部２２ｄがライニング結合部２２ｃよりライニング背板１９から離れる形状を有する。
【００５３】
ライニング背板１９には、バネ２３に係合する環状の凹部１９ｂが形成される。この凹部１９ｂはライニング取付板２２の凹部２２ｆに対峙する。
【００５４】
バネ２３は、円錐状に形成されるいわゆる皿バネとする。バネ２３は、凹部１９ｂと凹部２２ｆの間に収容され、両者の間で圧縮される。
【００５５】
なお、バネ２３は、これに限らず、他の形状を持つものを介装してもよい。
【００５６】
ライニング取付板２２とライニング背板１９とは、バネ２３の弾性復元力によって互いに離され、リベット１６のまわりにはライニング取付板２２の中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が画成される。
【００５７】
ライニング取付板２２がライニング背板１９に対して回動することを係止する回り止め機構２４として、ライニング取付板２２の突起２２ａが形成される一方、ライニング背板１９にこの突起２２ａを係合させる係止溝１９ｃが形成される。
【００５８】
図３に示すように、キャリパアーム１２にはインレット部１４が設けられ、このインレット部１４には図示しない空気圧源に連通する空気圧配管が接続される。空気圧源と駆動圧力室６３の間には、図示しないコントローラによって作動する切換弁が設けられる。切換弁は、制動解除時に大気圧を駆動圧力室６３に導くポジションに保持される一方、制動時に空気圧源からの加圧空気を駆動圧力室６３に導くポジションに保持される。
【００５９】
次に、キャリパブレーキ装置１の作動について説明する。
【００６０】
制動解除時にインレット部１４から駆動圧力室６３に導かれる圧力が下げられることにより、駆動圧力室６３の空気がインレット部１４から排出され、ベローズ部５０ｂが収縮し、制輪子７が戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離される。このとき、ディスク６との隙間Ｗが隙間調整機構４５によって略一定に調整される。
【００６１】
制動時に駆動圧力室６３に導かれる空気圧力が高められることにより、弾性膜５０が膨らみ、弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪の回転を制動する。
【００６２】
ピストン６５は、案内板８を介してライニング背板１９の広い範囲を押圧するため、ライニング背板１９の弾性変形が抑えられ、弾性膜５０の動きをライニング９に伝達する機械効率が損なわれない。さらに、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化される。
【００６３】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アジャスタ４１から突出するアンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持されるとともに、制輪子７の制動反力が支持される。
【００６４】
ピストン６５は、複数のボルト（図示せず）によって案内板８に締結され、案内板８によってディスク６に対して進退可能に支持されるため、キャリパ本体１０にピストン６５のピストン側面６５ｃを摺接させて支持するガイドを設ける必要がない。これにより、ピストン６５は、ガイド（キャリパ本体１０）に対する摺動抵抗が生じることがなく、駆動圧力室６３に導かれる空気圧力を効率良く案内板８に伝えられる。ライニング９の磨耗が進むのに伴って、ピストン６５がキャリパアーム１２に押出される量が変わっても、十分な機械効率が得られる。
【００６５】
制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、ピストン６５の押圧力をライニング９に伝え、ライニング９がディスク６に摩擦力を付与する。
【００６６】
ディスク６の熱変形に対応し、ライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６の摺接部に追従し、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化される。
【００６７】
こうして制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化されることにより、制輪子７の摩擦係数が高く保たれ、制輪子７が持つ本来の制動力が発揮されるとともに、制輪子７やディスク６の局部的な温度上昇が抑えられることによって制輪子７やディスク６の偏摩耗が生じることを防止できる。
【００６８】
制動時、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、制輪子７から案内板８、ピストン６５、弾性膜５０に伝わるが、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００６９】
これについて詳述すると、制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、中央取付部２２ｄがライニング背板１９に当接しており、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、ライニング取付板２２を介してライニング背板１９に直接伝わるが、ライニング取付板２２がライニング背板１９に接触する面積が中央取付部２２ｄとライニング背板１９との当接部に限定されるため、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００７０】
緩制動時または制動解除時に、ピストン６５が案内板８を押圧する力が小さくなると、図６に示すように、バネ２３の付勢力によって中央取付部２２ｄがライニング背板１９から離れて間隙２８が生じる。この間隙２８によって、ディスク６の熱がライニング取付板２２からライニング背板１９に直接伝わらず、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００７１】
こうして、樹脂製の弾性膜５０及びピストン６５は、耐熱性が十分に確保される。
【００７２】
図７は、実験によって制輪子７の温度分布を測定した結果を示し、（ａ）は、本発明のキャリパブレーキ装置１のものであり、（ｂ）はライニングの背後のバネを持たない現行形状のライニングを用いたキャリパブレーキ装置（従来装置）のものである。このグラフは、所定の条件で車両の制動を始める初速度を変えてライニング９と案内板８のピーク温度をそれぞれ測定した結果を示している。このグラフから、本発明のキャリパブレーキ装置１は、ライニング９のピーク温度が案内板８のピーク温度に比べて１／３以下に低下する。これに対して、従来装置では、ライニング９のピーク温度が案内板８のピーク温度に比べて１／２以上にある。すなわち、本発明のキャリパブレーキ装置１は従来装置に比べて、案内板８のピーク温度が、大幅に低下することがわかる。
【００７３】
アクチュエータ６０が空気圧力によって作動するため、鉄道車両に搭載される空油変換器（油圧源）や油圧配管が不要になり、鉄道車両の軽量化がはかれる。
【００７４】
なお、これに限らず、弾性膜型キャリパブレーキ装置のアクチュエータとして、駆動圧力室に油圧力（流体圧力）が導かれる油圧ピストンを設けてもよい。この場合、従来の油圧ピストン型キャリパブレーキ装置に比べてアクチュエータの受圧面積が拡大するため、低い油圧力で必要な押圧力を確保でき、空油変換器による増圧が不要になり、空油変換器の小型化がはかれる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、車輪５と共に回転するディスク６を挟んで摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、車体（台車）に支持されるキャリパ本体１０と、ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、この制輪子７をディスク６に流体圧力によって押付けるピストン６５と、を備え、制輪子７は、ピストン６５によって押圧されるライニング背板１９と、ディスク６に摺接するライニング９と、ライニング背板１９とライニング９の間に介装されるバネ２３と、を備え、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離される構成とした。
【００７６】
上記構成に基づき、制動時にライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６に押し付けられることにより、ディスク６の熱変形に対応してディスク６に対するライニング９の面圧を均一化するとともに、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、ディスク６との摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板１９を介してピストン６５に伝達されることを抑えられる。これにより、ライニング９やディスク６の偏摩耗を防止できるとともに、樹脂製の弾性膜５０及びピストン６５の耐熱性が十分に確保される。
【００７７】
本実施形態では、制輪子７は、ライニング９が結合されるライニング取付板２２と、このライニング取付板２２をライニング背板１９に対して移動可能に支持する支持部材（リベット１６）と、を備え、ライニング取付板２２は、ライニング９が結合される円盤状のライニング結合部２２ｃと、支持部材（リベット１６）を介してライニング背板１９に結合される円盤状の中央取付部２２ｄとを有し、この中央取付部２２ｄには支持部材（リベット１６）に摺動可能に嵌合する貫通穴２２ｅが形成され、ライニング取付板２２がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることによって中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が画成される構成とした。
【００７８】
上記構成に基づき、バネ２３の付勢力によってライニング取付板２２がライニング背板１９から離れる方向に移動して中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が生じ、ディスク６の熱がライニング取付板２２からライニング背板１９に直接伝わらず、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることを抑えられ、ピストン６５に対するライニング９の断熱性が十分に確保される。
【００７９】
本実施形態では、ライニング取付板２２がライニング背板１９に対して回動することを係止する回り止め機構２４を備える構成とした。
【００８０】
上記構成に基づき、ライニング取付板２２の回動が止められため、ライニング取付板２２等の磨耗が抑えられるとともに、制動時におけるライニング取付板２２の姿勢が一定に保たれ、ピストン６５に対するライニング９の断熱性が維持される。
【００８１】
本実施形態では、キャリパ本体１０に取付けられる弾性膜５０と、この弾性膜５０によって画成され制動時に流体圧力（気体圧力）が供給される駆動圧力室６３と、弾性膜５０と制輪子７の間に介装されるピストン６５と、を備え、制動時に駆動圧力室６３に導かれる流体圧力（気体圧力）により弾性膜５０が膨らんでピストン６５が制輪子７をディスク６に押付ける構成とした。
【００８２】
上記構成に基づき、制動時に駆動圧力室６３に導かれる流体圧力が高められることにより、弾性膜５０が膨らみ、弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、ピストン６５は、ライニング背板１９の広い範囲を押圧するため、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化され、制動力が高められる。
【００８３】
次に図８に示す他の実施の形態を説明する。これはアクチュエータ６０が油圧力によって作動するピストン３５を備えるものであり、基本的には図１〜６の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００８４】
右のキャリパアーム１２には、その中央部に２つのアジャスタ４１が設けられ、このアジャスタ４１を挟むようにして２つのピストン３５が設けられ、その両端部に上下のアンカピン４３が設けられる。
【００８５】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持されるとともに、制輪子７の制動反力が支持される。
【００８６】
キャリパ本体１０にシリンダ部３４が形成され、このシリンダ部３４にピストン３５が摺動可能に収容され、シリンダ部３４とピストン３５の間に駆動圧力室３３が画成される。シリンダ部３４にはシールリング３６が介装され、このシールリング３６がピストン３５に摺接することによって駆動圧力室３３が密封される。
【００８７】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される油圧源からこの駆動圧力室３３に供給される油圧力（流体圧力）によってピストン３５が制輪子７を押圧作動する。
【００８８】
制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、ピストン６５の押圧力をライニング９に伝え、ライニング９がディスク６に摩擦力を付与する。
【００８９】
制動時、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、制輪子７から案内板８、ピストン３５に伝わるが、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、制輪子７の熱がピストン３５に伝達されることが抑制され、ピストン３５に摺接するシールリング３６等の耐熱性が確保される。
【００９０】
本実施形態では、キャリパ本体１０に設けられるシリンダ部３４と、このシリンダ部３４に摺動可能に収容されるピストン３５と、シリンダ部３４とピストン３５の間に画成される駆動圧力室３３と、を備え、制動時に駆動圧力室３３に導かれる流体圧力（油圧力）によりピストン３５が制輪子７をディスク６に押付ける構成とした。
【００９１】
上記構成に基づき、制動時に駆動圧力室３３に導かれる流体圧力が高められることにより、ピストン３５が移動して制輪子７をディスク６に押付ける。
【００９２】
この場合にも、制動時にライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６に押し付けられることにより、ディスク６の熱変形に対応してディスク６に対するライニング９の面圧を均一化するとともに、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、ディスク６との摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板１９を介してピストン３５に伝達されることを抑えられる。これにより、ライニング９やディスク６の偏摩耗を防止できるとともに、ピストン３５の耐熱性が十分に確保される。
【００９３】
本発明は上記の実施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。
【符号の説明】
【００９４】
１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
８ 案内板
９ ライニング
１０ キャリパ本体
１２ キャリパアーム
１９ ライニング背板
１６ リベット（支持部材）
１９ ライニング背板
２２ ライニング取付板
２２ｄ 中央取付部
２３ バネ
２４ 回り止め機構
２８ 間隙
５０ 弾性膜
６０ アクチュエータ
６３ 駆動圧力室
６５ ピストン
３３ 駆動圧力室
３４ シリンダ部
３５ ピストン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪と共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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両のブレーキ装置には、ピストンが制輪子（ライニング）を直接押圧するキャリパ式（直動型）のもの（キャリパブレーキ装置）と、ピストンがリンク機構を介して制輪子を押圧する梃子式のものがある。
【０００３】
キャリパブレーキ装置として、例えば特許文献１、２には、油圧によってピストンが制輪子を直接押圧する油圧式のものが開示されている。
【０００４】
この油圧式キャリパブレーキ装置は、空気圧源から供給される空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、この空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧によりピストンを作動させるようになっている。
【０００５】
近年、鉄道車両に空気圧源から供給される空気圧によって作動する空気圧式キャリパブレーキ装置を搭載し、上記の空油変換器と油圧配管を廃止することが望まれている。
【０００６】
特許文献３に開示された空気圧式キャリパブレーキ装置は、駆動圧力室を画成する弾性膜と、この弾性膜と制輪子の間に介装されるピストンとを備え、制動時に駆動圧力室に導かれる空気圧力により弾性膜が膨らんでピストンが制輪子をディスクに押付けるようになっている。
【特許文献１】特開平８−２２６４６９号公報
【特許文献２】特開平８−２２６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１６２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
梃子式ブレーキ装置は、ピストンが制輪子から離れているため、制輪子に生じる摩擦熱が、ピストンに伝わりにくく、ピストン等の耐熱性を確保することが容易である。
【０００８】
これに対して、上記の油圧式、空気圧式のキャリパブレーキ装置にあっては、ピストンが制輪子の背面を押圧する構造のため、制輪子に生じる摩擦熱が、制輪子からピストンに伝わり、ピストン等の耐熱性を確保することが難しいという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ピストン等の耐熱性を確保できるキャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する車両用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、ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、この制輪子をディスクに流体圧力によって押付けるピストンと、を備え、制輪子は、ピストンによって押圧されるライニング背板と、ディスクに摺接するライニングと、ライニング背板とライニングの間に介装されるバネと、を備え、ライニングがバネを介してライニング背板から離されるものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、制動時にライニングがバネを圧縮しながらディスクに押し付けられることにより、ライニングがバネを介してライニング背板から離されることより、ディスクとの摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板を介してピストンに伝達されることを抑えられる。これにより、ライニングやディスクの偏摩耗を防止できるとともに、ピストン等の耐熱性が十分に確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示すキャリパブレーキ装置の平面図。
【図２】同じくキャリパブレーキ装置の縦断面図。
【図３】同じくキャリパブレーキ装置の側面図。
【図４】同じく（ａ）はピストンの側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図５】同じく制輪子の側面図。
【図６】同じく図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図７】同じく実験結果を示すグラフ。
【図８】本発明の他の実施形態を示すキャリパブレーキ装置の縦断図面。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜３は、本発明の実施の形態を示すキャリパブレーキ装置１の三面図でありる。図３はキャリパブレーキ装置１を車両の右側から見た側面図である。図１は図３の矢印Ｂ方向から見た平面図である。図２は図３のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定と、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。
【００１５】
図１に示すように、鉄道車両に搭載されるキャリパブレーキ装置１は、左右の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動する。
【００１６】
図２において、Ｏは車輪５の回転中心軸であり、Ｈは回転中心軸Ｏに直交する車輪５の中心線である。図１、図３において、２０は鉄道車両の図示しない台車（車体）上に固定される支持枠であり、１０はこの支持枠２０に支持されるキャリパ本体である。
【００１７】
図２に示すように、制輪子７は、ディスク６に摺接する摩擦材として複数枚に分割されたライニング９と、これらのライニング９が取付けられる金属製のライニング背板１９と、このライニング背板１９の背後に皿型リベット１７を介して取り付けられる連結プレート１８とを備える。
【００１８】
案内板８にはＹ軸方向に延びるアリ溝８ｃ（図１参照）が形成され、このアリ溝８ｃに制輪子７の連結プレート１８のエッジ部１８ａ（図１参照）が差し込まれる。これにより、キャリパアーム１２に案内板８を介して制輪子７の連結プレート１８が支持される。
【００１９】
上下のアンカピン４３には環状段部４３ｂがそれぞれ形成される。案内板８の上端部には環状段部４３ｂに係合する係合穴８ａが形成される。案内板８の下端部には環状段部４３ｂに係合する係合凹部８ｂが形成される（図２参照）。
【００２０】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アンカピン４３の環状段部４３ｂに係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持され、ライニング背板１９の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、その制動反力が支持される。
【００２１】
アジャスタ４１にはアンカピン４３の露出部を覆うゴム製のブーツ４６が介装され、このブーツ４６によってダストから保護される。
【００２２】
制輪子７の交換時には、まず、下側のアジャスタ４１がキャリパアーム１２から取り外され、制輪子７のライニング背板１９に対するアンカピン４３の係合が解除される。次に、案内板８のアリ溝８ｃに沿って制輪子７が下方に抜き取られる。次に、新しい制輪子７が案内板８のアリ溝８ｃに差し込まれる。次に、下側のアジャスタ４１がキャリパアーム１２に取付けられ、案内板８がアンカピン４３に係合して支持されるとともに、ライニング背板１９がアンカピン４３に係合して制輪子７の抜け止めが行われる。こうして、制輪子７を着脱する作業が案内板８を介して行われる。
【００２３】
アジャスタ４１はアンカピン４３を介して制輪子７をディスク６から離す方向に付勢する戻しバネ４４と、制動解除時に制輪子７とディスク６の隙間を略一定に調整する隙間調整機構４５を備える。制動解除時に制輪子７は戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離され、隙間調整機構４５によってディスク６との隙間Ｗが略一定に調整される。
【００２４】
右のキャリパアーム１２に案内板８を介して制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０が設けられる。アクチュエータ６０は、各アジャスタ４１の間に配置される。
【００２５】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される空気圧源からこの駆動圧力室６３に供給される空気圧力（流体圧力）によって弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７を押圧作動する。
【００２６】
アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に形成される収容壁１２ｂと、この収容壁１２ｂに取付けられる弾性膜５０と、収容壁１２ｂに締結されるカバー６１と、収容壁１２ｂとこの弾性膜５０とこのカバー６１の間に画成される駆動圧力室６３と、弾性膜５０と制輪子７の間に介装されるピストン６５とを備える。
【００２７】
キャリパアーム１２は、収容壁１２ｂの開口縁部のまわりに延びる環状の取付座１２ａを有する。取付座１２ａには複数のネジ穴が所定の間隔を持って形成され、各ネジ穴に螺合するボルト６２を介してカバー６１が締結される。取付座１２ａとカバー６１との間に弾性膜５０の周縁部５０ａが挟持される。
【００２８】
カバー６１は、駆動圧力室６３を画成する部位が凹状に窪む皿状に形成される。
【００２９】
弾性膜５０は、樹脂製弾性材によって形成される。なお、弾性膜５０は、樹脂製弾性材に限らず、例えばカーボン繊維、ケブラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズを形成しても良い。また、弾性膜を金属薄板からなるベローズやゴム製チューブやダイヤフラムを用いて形成しても良い。
【００３０】
弾性膜５０は、取付座１２ａとカバー６１との間に挟持される周縁部５０ａと、収容壁１２ｂに沿って伸縮するベローズ部５０ｂと、制輪子７に対峙する押圧膜部５０ｃとを有する。
【００３１】
弾性膜５０の押圧膜部５０ｃと制輪子７の間にピストン６５が介装される。弾性膜５０は、駆動圧力室６３に導かれる空気圧力によりピストン６５を介して制輪子７をＸ軸方向に押圧し、制輪子７をディスク６に押付ける。
【００３２】
ピストン６５は、樹脂を射出成形することによって形成される。図３に示すように、ピストン６５及び駆動圧力室６３の断面形状は、略長円形に形成される。収容壁１２ｂは、キャリパアーム１２を貫通する長円筒面状に形成される。図２に示す取付座１２ａは、同じく略長円形の内形及び外形を有する。カバー６１は、取付座１２ａと同じく略長円形の外形を有する。
【００３３】
弾性膜５０は、略長円形のピストン６５及び収容壁１２ｂに沿って張設されることにより、屈曲部を持たないため、十分な耐久性が確保される。
【００３４】
なお、これに限らず、ピストン６５及び収容壁１２ｂの断面形状は、楕円または他の形状に形成される構成としてもよい。
【００３５】
ピストン６５は、案内板８に連結され、上下のアンカピン４３を介して案内される案内板８とともにＸ軸方向に変位し、弾性膜５０の動きを制輪子７に伝達する。
【００３６】
ピストン６５を案内板８に結合する結合手段として、ピストン６５は、図示しない複数のボルトを介して案内板８に締結される。
【００３７】
なお、この結合手段は、これに限らず、ピストン６５が例えばキー等の結合部材または他の手段を介して案内板８に結合される構成としてもよい。
【００３８】
キャリパ本体１０は、支持枠２０に上下スライドピン３１、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持される。
【００３９】
キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる左右のキャリパアーム１２と、左右のキャリパアーム１２を結ぶヨーク部１３とを有する。
【００４０】
左のキャリパアーム１２の上下端部にアンカブロック４８がボルト４２を介してそれぞれ締結される（図１参照）。左のキャリパアーム１２には、支持レール（図示せず）が一体形成される。この支持レールにはアリ溝が形成され、このアリ溝に左の制輪子７のライニング背板（図示せず）が差し込まれる。制輪子７は、支持レールに差し込まれるとともに、その上下端がアンカブロック４８に設けられるアンカピン４３に係合することによって抜け止めされ、左のキャリパアーム１２に固定される（図１参照）。
【００４１】
右のキャリパアーム１２の上下端部にアジャスタ４１がボルト４２を介してそれぞれ締結される。上下のアジャスタ４１はＸ軸方向に突出するアンカピン４３を備える。上下のアンカピン４３を介して制輪子７及びその案内板８の両端部がそれぞれ支持される。
【００４２】
図４の（ａ）はピストン６５をディスク６側から見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００４３】
ピストン６５は、樹脂を射出成形することによってその断面が略長円形をしたブロック状に形成される。ピストン６５は、案内板８に当接するピストン押圧面６５ａと、弾性膜５０の押圧膜部５０ｃに当接するピストン背面６５ｂと、収容壁１２ｂに対峙するピストン側面６５ｃとを有する。
【００４４】
ピストン６５は、そのピストン背面６５ｂが略長円形に形成され、そのピストン側面６５ｃが略長円筒面状に形成される。
【００４５】
図５は制輪子７をディスク６側から見た側面図である。制輪子７は、摩擦材として１４枚の円盤状のライニング９を備え、各ライニング９がディスク６の周方向に沿って２列に並んで配置される。なお、ライニング９の枚数と配置は、これに限らず、要求される条件に応じて任意に設定される。
【００４６】
図６は図５のＤ−Ｄ線に沿う制輪子７の断面図である。制輪子７は、ライニング９が結合されるライニング取付板２２と、このライニング取付板２２がリベット（支持部材）１６を介して結合されるライニング背板１９と、ライニング取付板２２とライニング背板１９の間に介装されるバネ２３とを備える。
【００４７】
摩擦材料からなるライニング９は、その背面９ａが金属製のライニング取付板２２に結合される。
【００４８】
ライニング取付板２２は、ライニング９が結合される円盤状のライニング結合部２２ｃと、リベット１６を介してライニング背板１９に結合される円盤状の中央取付部２２ｄとを有する。中央取付部２２ｄには貫通穴２２ｅが形成され、この貫通穴２２ｅにリベット１６が摺動可能に挿入される。
【００４９】
リベット１６は、中央取付部２２ｄに着座する鍔状の頭部１６ａと、貫通穴２２ｅに挿入される円柱状の支持柱部１６ｂと、ライニング背板１９の穴１９ａに挿入される円柱状の締結柱部１６ｃと、穴１９ａの開口縁部に係合するカシメ部１６ｄとを有する。リベット１６は、ライニング背板１９にカシメ固定される。
【００５０】
ライニング取付板２２は、リベット１６の軸方向（Ｘ軸方向）について摺動可能に支持される。リベット１６の支持柱部１６ｂは、ライニング取付板２２の貫通穴２２ｅに摺動可能に挿入される。リベット１６は、ライニング取付板２２をライニング背板１９に対して移動可能に支持する支持部材を構成する。
【００５１】
ライニング取付板２２は、バネ２３に係合する凹部２２ｆが形成される。この凹部２２ｆは、ライニング取付板２２の外周端部から突出するＣ字形の外周凸部２２ｂと、円錐状のテーパ部２２ｈとの間に画成される。
【００５２】
ライニング取付板２２は、テーパ部２２ｈがライニング結合部２２ｃと中央取付部２２ｄを曲折して結ぶ断面形状を持ち、中央取付部２２ｄがライニング結合部２２ｃよりライニング背板１９から離れる形状を有する。
【００５３】
ライニング背板１９には、バネ２３に係合する環状の凹部１９ｂが形成される。この凹部１９ｂはライニング取付板２２の凹部２２ｆに対峙する。
【００５４】
バネ２３は、円錐状に形成されるいわゆる皿バネとする。バネ２３は、凹部１９ｂと凹部２２ｆの間に収容され、両者の間で圧縮される。
【００５５】
なお、バネ２３は、これに限らず、他の形状を持つものを介装してもよい。
【００５６】
ライニング取付板２２とライニング背板１９とは、バネ２３の弾性復元力によって互いに離され、リベット１６のまわりにはライニング取付板２２の中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が画成される。
【００５７】
ライニング取付板２２がライニング背板１９に対して回動することを係止する回り止め機構２４として、ライニング取付板２２の突起２２ａが形成される一方、ライニング背板１９にこの突起２２ａを係合させる係止溝１９ｃが形成される。
【００５８】
図３に示すように、キャリパアーム１２にはインレット部１４が設けられ、このインレット部１４には図示しない空気圧源に連通する空気圧配管が接続される。空気圧源と駆動圧力室６３の間には、図示しないコントローラによって作動する切換弁が設けられる。切換弁は、制動解除時に大気圧を駆動圧力室６３に導くポジションに保持される一方、制動時に空気圧源からの加圧空気を駆動圧力室６３に導くポジションに保持される。
【００５９】
次に、キャリパブレーキ装置１の作動について説明する。
【００６０】
制動解除時にインレット部１４から駆動圧力室６３に導かれる圧力が下げられることにより、駆動圧力室６３の空気がインレット部１４から排出され、ベローズ部５０ｂが収縮し、制輪子７が戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離される。このとき、ディスク６との隙間Ｗが隙間調整機構４５によって略一定に調整される。
【００６１】
制動時に駆動圧力室６３に導かれる空気圧力が高められることにより、弾性膜５０が膨らみ、弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪の回転を制動する。
【００６２】
ピストン６５は、案内板８を介してライニング背板１９の広い範囲を押圧するため、ライニング背板１９の弾性変形が抑えられ、弾性膜５０の動きをライニング９に伝達する機械効率が損なわれない。さらに、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化される。
【００６３】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アジャスタ４１から突出するアンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持されるとともに、制輪子７の制動反力が支持される。
【００６４】
ピストン６５は、複数のボルト（図示せず）によって案内板８に締結され、案内板８によってディスク６に対して進退可能に支持されるため、キャリパ本体１０にピストン６５のピストン側面６５ｃを摺接させて支持するガイドを設ける必要がない。これにより、ピストン６５は、ガイド（キャリパ本体１０）に対する摺動抵抗が生じることがなく、駆動圧力室６３に導かれる空気圧力を効率良く案内板８に伝えられる。ライニング９の磨耗が進むのに伴って、ピストン６５がキャリパアーム１２に押出される量が変わっても、十分な機械効率が得られる。
【００６５】
制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、ピストン６５の押圧力をライニング９に伝え、ライニング９がディスク６に摩擦力を付与する。
【００６６】
ディスク６の熱変形に対応し、ライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６の摺接部に追従し、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化される。
【００６７】
こうして制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化されることにより、制輪子７の摩擦係数が高く保たれ、制輪子７が持つ本来の制動力が発揮されるとともに、制輪子７やディスク６の局部的な温度上昇が抑えられることによって制輪子７やディスク６の偏摩耗が生じることを防止できる。
【００６８】
制動時、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、制輪子７から案内板８、ピストン６５、弾性膜５０に伝わるが、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００６９】
これについて詳述すると、制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、中央取付部２２ｄがライニング背板１９に当接しており、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、ライニング取付板２２を介してライニング背板１９に直接伝わるが、ライニング取付板２２がライニング背板１９に接触する面積が中央取付部２２ｄとライニング背板１９との当接部に限定されるため、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００７０】
緩制動時または制動解除時に、ピストン６５が案内板８を押圧する力が小さくなると、図６に示すように、バネ２３の付勢力によって中央取付部２２ｄがライニング背板１９から離れて間隙２８が生じる。この間隙２８によって、ディスク６の熱がライニング取付板２２からライニング背板１９に直接伝わらず、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることが抑制される。
【００７１】
こうして、樹脂製の弾性膜５０及びピストン６５は、耐熱性が十分に確保される。
【００７２】
図７は、実験によって制輪子７の温度分布を測定した結果を示し、（ａ）は、本発明のキャリパブレーキ装置１のものであり、（ｂ）はライニングの背後のバネを持たない現行形状のライニングを用いたキャリパブレーキ装置（従来装置）のものである。このグラフは、所定の条件で車両の制動を始める初速度を変えてライニング９と案内板８のピーク温度をそれぞれ測定した結果を示している。このグラフから、本発明のキャリパブレーキ装置１は、ライニング９のピーク温度が案内板８のピーク温度に比べて１／３以下に低下する。これに対して、従来装置では、ライニング９のピーク温度が案内板８のピーク温度に比べて１／２以上にある。すなわち、本発明のキャリパブレーキ装置１は従来装置に比べて、案内板８のピーク温度が、大幅に低下することがわかる。
【００７３】
アクチュエータ６０が空気圧力によって作動するため、鉄道車両に搭載される空油変換器（油圧源）や油圧配管が不要になり、鉄道車両の軽量化がはかれる。
【００７４】
なお、これに限らず、弾性膜型キャリパブレーキ装置のアクチュエータとして、駆動圧力室に油圧力（流体圧力）が導かれる油圧ピストンを設けてもよい。この場合、従来の油圧ピストン型キャリパブレーキ装置に比べてアクチュエータの受圧面積が拡大するため、低い油圧力で必要な押圧力を確保でき、空油変換器による増圧が不要になり、空油変換器の小型化がはかれる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、車輪５と共に回転するディスク６を挟んで摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、車体（台車）に支持されるキャリパ本体１０と、ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、この制輪子７をディスク６に流体圧力によって押付けるピストン６５と、を備え、制輪子７は、ピストン６５によって押圧されるライニング背板１９と、ディスク６に摺接するライニング９と、ライニング背板１９とライニング９の間に介装されるバネ２３と、を備え、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離される構成とした。
【００７６】
上記構成に基づき、制動時にライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６に押し付けられることにより、ディスク６の熱変形に対応してディスク６に対するライニング９の面圧を均一化するとともに、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、ディスク６との摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板１９を介してピストン６５に伝達されることを抑えられる。これにより、ライニング９やディスク６の偏摩耗を防止できるとともに、樹脂製の弾性膜５０及びピストン６５の耐熱性が十分に確保される。
【００７７】
本実施形態では、制輪子７は、ライニング９が結合されるライニング取付板２２と、このライニング取付板２２をライニング背板１９に対して移動可能に支持する支持部材（リベット１６）と、を備え、ライニング取付板２２は、ライニング９が結合される円盤状のライニング結合部２２ｃと、支持部材（リベット１６）を介してライニング背板１９に結合される円盤状の中央取付部２２ｄとを有し、この中央取付部２２ｄには支持部材（リベット１６）に摺動可能に嵌合する貫通穴２２ｅが形成され、ライニング取付板２２がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることによって中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が画成される構成とした。
【００７８】
上記構成に基づき、バネ２３の付勢力によってライニング取付板２２がライニング背板１９から離れる方向に移動して中央取付部２２ｄとライニング背板１９との間に間隙２８が生じ、ディスク６の熱がライニング取付板２２からライニング背板１９に直接伝わらず、制輪子７の熱がピストン６５と弾性膜５０に伝達されることを抑えられ、ピストン６５に対するライニング９の断熱性が十分に確保される。
【００７９】
本実施形態では、ライニング取付板２２がライニング背板１９に対して回動することを係止する回り止め機構２４を備える構成とした。
【００８０】
上記構成に基づき、ライニング取付板２２の回動が止められため、ライニング取付板２２等の磨耗が抑えられるとともに、制動時におけるライニング取付板２２の姿勢が一定に保たれ、ピストン６５に対するライニング９の断熱性が維持される。
【００８１】
本実施形態では、キャリパ本体１０に取付けられる弾性膜５０と、この弾性膜５０によって画成され制動時に流体圧力（気体圧力）が供給される駆動圧力室６３と、弾性膜５０と制輪子７の間に介装されるピストン６５と、を備え、制動時に駆動圧力室６３に導かれる流体圧力（気体圧力）により弾性膜５０が膨らんでピストン６５が制輪子７をディスク６に押付ける構成とした。
【００８２】
上記構成に基づき、制動時に駆動圧力室６３に導かれる流体圧力が高められることにより、弾性膜５０が膨らみ、弾性膜５０がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、ピストン６５は、ライニング背板１９の広い範囲を押圧するため、制輪子７のディスク６に対する面圧が均一化され、制動力が高められる。
【００８３】
次に図８に示す他の実施の形態を説明する。これはアクチュエータ６０が油圧力によって作動するピストン３５を備えるものであり、基本的には図１〜６の実施の形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００８４】
右のキャリパアーム１２には、その中央部に２つのアジャスタ４１が設けられ、このアジャスタ４１を挟むようにして２つのピストン３５が設けられ、その両端部に上下のアンカピン４３が設けられる。
【００８５】
制輪子７は、案内板８の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持されるとともに、制輪子７の制動反力が支持される。
【００８６】
キャリパ本体１０にシリンダ部３４が形成され、このシリンダ部３４にピストン３５が摺動可能に収容され、シリンダ部３４とピストン３５の間に駆動圧力室３３が画成される。シリンダ部３４にはシールリング３６が介装され、このシールリング３６がピストン３５に摺接することによって駆動圧力室３３が密封される。
【００８７】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される油圧源からこの駆動圧力室３３に供給される油圧力（流体圧力）によってピストン３５が制輪子７を押圧作動する。
【００８８】
制動時、ライニング取付板２２は、バネ２３を圧縮しながらリベット１６に対して摺動し、ピストン６５の押圧力をライニング９に伝え、ライニング９がディスク６に摩擦力を付与する。
【００８９】
制動時、ディスク６とライニング９の摺接部に生じる摩擦熱が、制輪子７から案内板８、ピストン３５に伝わるが、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、制輪子７の熱がピストン３５に伝達されることが抑制され、ピストン３５に摺接するシールリング３６等の耐熱性が確保される。
【００９０】
本実施形態では、キャリパ本体１０に設けられるシリンダ部３４と、このシリンダ部３４に摺動可能に収容されるピストン３５と、シリンダ部３４とピストン３５の間に画成される駆動圧力室３３と、を備え、制動時に駆動圧力室３３に導かれる流体圧力（油圧力）によりピストン３５が制輪子７をディスク６に押付ける構成とした。
【００９１】
上記構成に基づき、制動時に駆動圧力室３３に導かれる流体圧力が高められることにより、ピストン３５が移動して制輪子７をディスク６に押付ける。
【００９２】
この場合にも、制動時にライニング９がバネ２３を圧縮しながらディスク６に押し付けられることにより、ディスク６の熱変形に対応してディスク６に対するライニング９の面圧を均一化するとともに、ライニング９がバネ２３を介してライニング背板１９から離されることより、ディスク６との摺接部に生じる摩擦熱がライニング背板１９を介してピストン３５に伝達されることを抑えられる。これにより、ライニング９やディスク６の偏摩耗を防止できるとともに、ピストン３５の耐熱性が十分に確保される。
【００９３】
本発明は上記の実施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。
【符号の説明】
【００９４】
１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
８ 案内板
９ ライニング
１０ キャリパ本体
１２ キャリパアーム
１９ ライニング背板
１６ リベット（支持部材）
１９ ライニング背板
２２ ライニング取付板
２２ｄ 中央取付部
２３ バネ
２４ 回り止め機構
２８ 間隙
５０ 弾性膜
６０ アクチュエータ
６３ 駆動圧力室
６５ ピストン
３３ 駆動圧力室
３４ シリンダ部
３５ ピストン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する車両用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、
前記ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、
この制輪子を前記ディスクに流体圧力によって押付けるピストンと、を備え、
前記制輪子は、
前記ピストンによって押圧されるライニング背板と、
前記ディスクに摺接するライニングと、
前記ライニング背板と前記ライニングの間に介装されるバネと、を備え、
前記ライニングが前記バネを介して前記ライニング背板から離される構成としたことを特徴とするキャリパブレーキ装置。
【請求項２】
前記制輪子は、
前記ライニングが結合されるライニング取付板と、
このライニング取付板を前記ライニング背板に対して移動可能に支持する支持部材と、を備え、
前記ライニング取付板は、
前記ライニングが結合される円盤状のライニング結合部と、
前記ライニング背板に前記支持部材を介して結合される円盤状の中央取付部と、を有し、
この中央取付部には前記支持部材に摺動可能に嵌合する貫通穴が形成され、
前記ライニング取付板が前記バネを介して前記ライニング背板から離されることによって前記中央取付部と前記ライニング背板との間に間隙が画成される構成としたことを特徴とする請求項２に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項３】
前記ライニング取付板が前記ライニング背板に対して回動することを係止する回り止め機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項４】
前記キャリパ本体に取付けられる弾性膜と、
この弾性膜によって画成され制動時に流体圧力が供給される駆動圧力室と、
前記弾性膜と前記制輪子の間に介装されるピストンと、を備え、
制動時に前記駆動圧力室に導かれる流体圧力により前記弾性膜が膨らんで前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに押付ける構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項５】
前記キャリパ本体に設けられるシリンダ部と、
このシリンダ部に摺動可能に収容されるピストンと、
前記シリンダ部と前記ピストンの間に画成される駆動圧力室と、を備え、
制動時に前記駆動圧力室に導かれる流体圧力により前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに押付ける構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項１】
車輪と共に回転するディスクを挟んで摩擦力を付与する車両用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、
前記ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、
この制輪子を前記ディスクに流体圧力によって押付けるピストンと、を備え、
前記制輪子は、
前記ピストンによって押圧されるライニング背板と、
前記ディスクに摺接するライニングと、
前記ライニング背板と前記ライニングの間に介装されるバネと、を備え、
前記ライニングが前記バネを介して前記ライニング背板から離される構成としたことを特徴とするキャリパブレーキ装置。
【請求項２】
前記制輪子は、
前記ライニングが結合されるライニング取付板と、
このライニング取付板を前記ライニング背板に対して移動可能に支持する支持部材と、を備え、
前記ライニング取付板は、
前記ライニングが結合される円盤状のライニング結合部と、
前記ライニング背板に前記支持部材を介して結合される円盤状の中央取付部と、を有し、
この中央取付部には前記支持部材に摺動可能に嵌合する貫通穴が形成され、
前記ライニング取付板が前記バネを介して前記ライニング背板から離されることによって前記中央取付部と前記ライニング背板との間に間隙が画成される構成としたことを特徴とする請求項２に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項３】
前記ライニング取付板が前記ライニング背板に対して回動することを係止する回り止め機構を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項４】
前記キャリパ本体に取付けられる弾性膜と、
この弾性膜によって画成され制動時に流体圧力が供給される駆動圧力室と、
前記弾性膜と前記制輪子の間に介装されるピストンと、を備え、
制動時に前記駆動圧力室に導かれる流体圧力により前記弾性膜が膨らんで前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに押付ける構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のキャリパブレーキ装置。
【請求項５】
前記キャリパ本体に設けられるシリンダ部と、
このシリンダ部に摺動可能に収容されるピストンと、
前記シリンダ部と前記ピストンの間に画成される駆動圧力室と、を備え、
制動時に前記駆動圧力室に導かれる流体圧力により前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに押付ける構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のキャリパブレーキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３７１６０（Ｐ２０１２−１３７１６０Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０８０１（Ｐ２０１０−２９０８０１）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２２０４３５）株式会社ファインシンター (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００２２０４３５）株式会社ファインシンター (27)
【Ｆターム（参考）】
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