JPH0443155A

JPH0443155A - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置

Info

Publication number: JPH0443155A
Application number: JP15034890A
Authority: JP
Inventors: Zenzo Tsuji; 辻　善造; Hideo Tamamori; 玉森　秀男
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1992-02-13
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551496B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄道車両用ディスクブレーキ装置に係り、特
に、鉄道車両の車軸に回転を伝達付与する駆動用電動機
の回転子軸の端部に備えられるディスクブレーキ装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来における鉄道車両用ディスクブレーキ装置の構成と
して、例えば実開昭６４−４９３３号公報に開示された
ものは、第６図に示すように、車輪１００゜１００を軸
支する車軸１０１の一側方に誘導電動機（駆動用電動機
）１０２を設置すると共に、該誘導電動機１０２の回転
子軸１０３の一端部にディスク１０４を固着し、且つ、
キャリパ−１０５に取り付けられた一対のパッド１０６
．１０６間に前記ディスク１０４を介在せしめたもので
ある。尚、前記誘導電動機１０２は台車等の車両側部材
に固定設置され、またキャリパ−１０５は車両側部材や
誘導電動機１０２に保持されるものである。そして、前
記回転子軸１０３の他端部には可ｌ！継手１０７を介し
て駆動ギヤ１０８が取り付けられ、且つ、前記車軸１０
１の対応する端部には前記駆動ギヤ１０８に噛合される
従動ギヤ１０９が取り付けられている。このような構成
によれば、当該車両の走行時には誘導電動機１０２の回
転子軸１０３の回転に伴って車軸１０１及び車輪１００
．１００が回転駆動されるが、ブレーキ指令が発せられ
た場合には、キャリパー１０５のバッド１０６．１０６
がディスク１０４の両面に圧接することにより、ブレー
キ作用が行われて、回転子軸１０３及び車軸１０１ひい
ては車輪１００．１００の回転が止まることになる。

しかるに、上記公報に開示されたディスクブレーキ装置
は、−枚のディスク１０４を用いたものであり而も該デ
ィスク１０４は鉄系の金属材料で構成されるのが通例で
あるため、その熱容量は小さく、制動時に高温状態にな
り易いという特性を有している。これに加えて、前記鉄
系の金属材料は、高温状態の下では極めて強度が低いと
いう特性を有しているため、制動時においては、ディス
ク１０４の強度が熱により急激に低下して該ディスク１
０４に偏摩耗や亀裂が生じ、ディスク１０４の寿命が短
くなるばかりでなく、例えばディスク１０４の釣り合い
が悪くなって振動が発生し、誘導電動機１０２の回転子
軸１０３の軸受が早期に損傷するといった問題を生せし
めることとなる。

このような問題に対処すべく、例えば実開平１−１）７
９７２号公報によれば、第７図に示すように、誘導電動
機１０２の回転子軸（中空電機子軸）１０３の両端に夫
々ディスク１０４．１０４を固着し且つこの二枚のディ
スク１０４．１０４を挟持する二個のキャリパ−１０５
，１０５を備えた構成が開示されている。これによれば
、制動時におけるディスク１０４．１０４の高温化及び
偏摩耗等の問題に対しては、幾分かは解消されることが
期待できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の実開平１−１）７９７２号公報に
開示のディスクブレーキ装置によるにしても、近年にお
ける鉄道車両の高速化に対しては充分に対処できるもの
ではない、即ち、ディスクを単に二枚備えるといった手
法のみによっては、当該ディスクの材質が鉄系の金属材
料である以上、熱容量を大きくするにも限界があり、高
速走行からの制動が続けばディスク１０４が高温状態に
なるのは当然の事であり、ディスク１０４の高温化に伴
う既述の問題を生ずるのは勿論のこと、ディスク及びキ
ャリパ−を夫々誘導電動機本体を挟んでその両側に配設
せねばならないため、当該ディスク装置を取り付けるた
めのレイアウト面での困難化を余儀無くされるという問
題をも生ぜしめることとなる。

本発明は、上記諸事情に鑑みてなされたものであり、デ
ィスクの構成自体及びその材質に改良を加えて、発熱量
の軽減を実現した上で当該装置のコンパクト化及び取付
性の容易化を図ると共に、高速走行からの制動時に高温
化現象が発生してもこの高温化現象に確実に対処するこ
とを可能ならしめることを技術的課題とするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記技術的課題を達成するための具体的手段とするとこ
ろは、鉄道車両の車軸と回転伝達可能に接続された駆動
用電動機の回転子軸の端部に、該回転子軸と共に回転し
且つ該回転子軸の軸方向に摺動自在な複数枚のロータ部
材と、これら複数枚のロータ部材の各相互間に配設され
且つキー部材に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられた
複数枚のステータ部材と、前記ロータ部材及びステータ
部材に制動力を作用させる押圧部材とを備えた多板式の
ディスクブレーキ装置を設け、前記ロータ部材及びステ
ータ部材をＣ／Ｃコンボジフトより構成したところにあ
る。

〔作用〕

上記手段によると、多板式のディスクブレーキ装置は、
押圧部材による制動力の非作用時においては、駆動用電
動機の回転子軸と共に回転する複数枚のロータ部材が、
キー部材に取り付けられた複数枚のステータ部材に対し
て自由に回転することとなるが、その一方において、押
圧部材による制動力の作用時においては、ロータ部材及
びステータ部材が軸方向一方側に摺動し且つ押し集めら
れて該各部材間は圧接した状態となり、この時に生じる
摩擦によってロータ部材のステータ部材に対する相対回
転が阻止される。つまり、ステータ部材が取り付けられ
ているキー部材は、駆動用電動機ひいては車両側部材に
固定状態とされるものであるため、上記のようにロータ
部材のステータ部材に対する相対回転が阻止された場合
には、ロータ部材と共に回転する回転子軸に接続されて
いる車軸ひいては車輪の回転が止まることになる。

そして、本発明は、複数枚のロータ部材と複数枚のステ
ータ部材と押圧部材とからなる多板式のディスクブレー
キ装置を鉄道車両に採用したことにより、当該車両の高
速走行からの制動時に発生する熱は前記複数枚のロータ
部材及びステータ部材の各相互間の摩擦熱に分散されて
、個々の部材についての発熱量が大幅に軽減されるばか
りでなく、その取付性の容易化や装置のコンパクト化が
図られることとなる。

更に、前記ロータ部材及びステータ部材の材質であるＣ
／Ｃコンポジットは、高温状態の下においても極めて高
い強度を有するものであるため、仮に当該車両の高速走
行からの制動時に前記各部材が高温状態となったとして
も、該各部材に偏摩耗が生じる等の不具合は可及的回避
されることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第５図に基づいて説
明する。

先ず、第１図に示す概略構成に基づいて、本発明に係る
ディスクブレーキ装置１の取付状態を説明すると、空気
バネ５０．５０を介して車体５１を支持する台車５２の
下方には駆動用電動機２が取り付けられており、該駆動
用電動機２の回転子軸３の一端部に固着された駆動ギヤ
４と、車輪５３．５３を軸支する車軸５に固着された従
動ギヤ６とが噛合されていると共に、前記駆動用電動機
２の反ギヤ側端部（左端部）には、本発明に係るディス
クブレーキ装置１が取り付けられている。従って、当該
車両５１の走行時には、駆動用電動機２の回転子軸３の
回転が、駆動ギヤ４及び従動ギヤ６を介して車軸５及び
車輪５３．５３に伝達される一方、ブレーキ指令が発せ
られた時には、前記ディスクブレーキ装置１の動作によ
り回転子軸３の回転が止まり、これに伴って車軸５及び
車輪５３．５３の回転が止まることにより制動作用が行
われる構成である。尚、前記車軸５をその両端において
回動自在に保持する車軸ケース５４．５４と前記台車５
２との間には、軸バネ５５．５５が介設されている。

次に、前記ディスクブレーキ装置１の細部にわたる構造
を、第２図及び第３図に基づいて説明する。

このディスクブレーキ装置１は、前記駆動用電動ＩｊＩ
＆２の反ギヤ側端部にボルト５６．５６を用いて固定さ
れたドラム状のケース７を有し、該ケース７の内周面部
には複数のキー部材８・・・８が固定されていると共に
、該ケース７の内方中心部には前記駆動用電動機２の回
転子軸３に結合された中空軸９が該回転子軸３と一体回
転可能に保持されている。そして、前記中空軸９の外周
には、該中空軸９ひいては回転子軸３と共に回転し且つ
軸方向（第３図ａ−ｂ方向）に摺動自在な二枚のロータ
部材１０．１０が取り付けられ、また前記キー部材８・
・・８の内周には、軸方向にのみ摺動自在な三枚のステ
ータ部材１）・・・１）が取り付けられている。詳述す
れば（第２図参照）、前記中空軸９には等角度間隔で外
方に突出する複数の凸条９ａ・・・９ａが軸方向に沿う
ように一体形成されていると共に該中空軸９の外径と同
形状の貫通孔１０ａが前記ロータ部材１０の中心部に形
成され且つこの両者が嵌合されることによりロータ部材
１０が中空軸９と共に回転し而も軸方向に摺動自在とさ
れているのに対し、前記キー部材８・・・８は等角度間
隔毎に配設されてケース７に固定支持されていると共に
これらのキー部材８・・・８の軸直角輪郭形状と同形状
の切欠部１）ａ・・・ｌｌａがステータ部材１）の外周
縁に形成され且つこの両者が嵌合されることによりステ
ータ部材１）がキー部材８・・・８に対して軸方向にの
み摺動自在とされている。この場合、前記ロータ部材１
０とステータ部材１）とは軸方向に交互に配設されてお
リ、ロータ部材１０の外周面１０ｂとキー部材８・・・
８の内周面との間、及びステータ部材１）の内周面１）
ｂと中空軸９の外周面との間には、僅かな隙間が存在し
ている。尚、前記ロータ部材１０及びステータ部材１）
の枚数は、第３図示のものに限定されるものではなく、
これ以上或いはこれ以下の枚数であっても差し支えない
。

そして、前記ロータ部材１０及びステータ部材１）は双
方共に、Ｃ／Ｃコンポジットで構成されている。このＣ
／Ｃコンポジット（Ｃａｒｂｏｎ　／　ＣａｒｂｏｎＣ
ｏｌＩｐｏｓ逼ｔｅｓ）は、炭素繊維をレジン、ピッチ
等で結合強化した後に炭化及び黒鉛化熱処理を行って製
造された炭素繊維／炭素複合材料である。そして、第４
図に示すように、その温度特性は、鋼が符号（イ）で示
す特性曲線を有するのに対し、Ｃ／Ｃコンポジットは符
号（ロ）で示す特性曲線を有スる。つまり、Ｃ／Ｃコン
ポジットは、高温状態にある場合においても常温と変わ
らぬ或いはそれ以上の引張強度を有するのである。これ
以外にも、Ｃ／Ｃコンポジフトの特性としては、軽量、
高弾性、異方性の少ない微細組織、優れた摺動性及び耐
摩耗性等が挙げられる。

更に、第３図に示すように、前記Ｃ／Ｃコンポジットで
なる各部材のうちの左端に配設されたステータ部材１）
の左側方には熱強度、伝導性の良い金属材料でなるリン
グ状の加圧プレート１２が近接配置されており、この加
圧プレート１２は前記ステータ部材１）と同様にしてキ
ー部材８・・・８に軸方向に摺動自在に嵌合されている
と共に、前記各部材のうちの右端に配設されたステータ
部材１）の右側方には前記加圧プレート１２と同様の金
属材料でなるリング状のストッパプレート１３が配置さ
れており、このストッパプレート１３はその右側面がケ
ース７の右側壁７ａ内面に当接した状態で前記キー部材
８・・・８に堅固に固定され且つ該ストッパプレート１
３の右側面部には径方向に延びる複数のスリット１４・
・・１４が放射状に形成されている。

一方、前記ケース７の左側壁７ｂには、その先端が前記
加圧プレート１２に当接する複数個のピストン（押圧部
材）１５・・・１５が軸方向に摺動自在に嵌合保持され
ていると共に、該ピストン１５の後面に液圧（油圧）を
作用させる液圧室１６が形成されており、且つ該液圧室
１６は第２図示のように液圧通路１７を介して液圧供給
口１８（液圧源に通じている）に連通されている。

更に、前記ケース７の左側壁部７ｂには、複数の隙間調
整機構１９・・・１９が設けられている。この隙間調整
機構１９は、第３図に示すように、圧縮コイルバネ２０
により左方に付勢されたピストンロフト２１と、該ピス
トンロフト２１の段付面が当接してその左動を規制する
ストッパ板２２と、該ストッパ板２２に固定されたリテ
ーナ２３の右動を規制するフリクシランリング２４とを
有する。そして、前記ピストンロフト２１の右端部は前
記加圧プレート１２に固定されており、従って加圧プレ
ート１２は前記圧縮コイルバネ２０により左方に付勢さ
れた状態にある。

また、前記フリクシランリング２４は所定力以上の力が
作用することにより左右動じ、この左右動に応じて、前
記ピストンロッド２１に嵌着された鍔部材２５と前記リ
テーナ２３との間の隙間Ｘつまりピストンロフト２１の
移動範囲が変化するようになっている。

以上の構成によれば、当該車両の走行時には、駆動用電
動機２の回転子軸３の回転に伴っ°ζ、中空軸９及びロ
ータ部材１０．１０が回転することになるが、この場合
には、ピストン１５の後面の液圧室１６が無圧状態とな
っているため、該ピストン１５が加圧プレート１２を右
方へ押圧するための力は発生せず、従って前記ロータ部
材１０．１０はステータ部材１）・・・１）に対して自
由に回転できることとなる。

一方、ブレーキ指令が発せられた時には、前記液圧室１
６が加圧状態となり、これに伴ってピストン】５が右方
へ移動して加圧プレート１２を押圧し且つロータ部材１
０．１０及びステータ部材１）・・・１）をスｉ・フパ
プレート１３に対して押し付け、この時に生じるロータ
部材１０．１０とステータ部材１）・・・１）との各相
互間の摩擦によって、ロータ部材１０．１０ひいては中
空軸９及び回転子軸３の回転が止まる。この場合におい
て、前記車両の制動時に発生する熱量は、ロータ部材１
０．１０とステータ部材１）・・・１）との各相互間に
発生する複数箇所の摩擦熱として分散されることになる
ので、個々の部材１０．１０．１）・・・１）について
の発熱量は大幅に軽減されることになる。

また、前記ロータ部材１０．１０及びステータ部材１）
・・・１）はｃ／Ｃコンポジットで構成されているので
、仮に当該車両の高速走行からの制動時に前記各部材１
０．１０．１）・・・１）が高温状態となった場合にお
いても、Ｃ／Ｃコンポジットは第４図に符号（ロ）で示
すように高温状態の下では高強度を有するため、偏摩耗
やブレーキ力の変化等の不具合は生じなくなる。そして
、ブレーキ指令が解除された場合には、加圧プレート１
２は隙間調整機構１９の圧縮コイルバネ２０のバネ力に
より左方へ移動して当初の位置に復帰する。

尚、当該車両の制動時に発生した熱量はロータ部材１０
．１０及びステータ部材１）・・・１）に蓄熱されるこ
とになるが、この熱量は以下に示す構成により好適に放
熱される。

即ち、中空軸９の内孔６０の左端は開口され且つこの開
口部が空気導入口６１とされており、該空気導入口６１
の左側方にはフィルター６２が装着されていると共に、
前記複数のキー部材８・・・８には、ロータ部材１０．
１０及びステータ部材１）−・・１）の外周部を全周に
わたって覆うように薄肉の金属環板６３（ステンレス製
）が取り付けられている。そして、前記空気導入口６１
より取り入れられた空気は、中空軸９の左右両端部に穿
設された通孔６４及び６５を通過して、矢印Ｘ及びｙで
示すように、加圧プレー目２とケース左側壁部７ｂとの
間の隙間及びストッパプレート１３とケース右側壁部７
ａとの間の隙間（スリン）１４）に流入し、更に前記金
属環板６３とケース内周面との間の隙間Ｗを通過して空
気排出口６６より外方に排出される。このように冷却用
の空気が通過していくことにより、加圧プレート１２、
ストッパプレート１３及び金属環板６３より放熱が行わ
れて、ロータ部材１０．１０及びステータ部材１）・・
・１）の過度な温度上昇が防止されるのである。

また、当該車両の制動時に発生した熱が前記中空軸９か
ら回転子軸３に直接的に伝導されると、該回転子軸３の
軸受を早期に摩耗させるといった不具合を招（ことにな
るが、本実施例においては、上記の熱伝導を可及的抑制
するために以下に示すような構成が採用されている。

即ち、第５図に示すように、中空軸９と回転子軸３とは
別体で構成されており、且つこの両者間には断熱カンプ
リング７０が介設されている。具体的には、中空軸９の
右端部には噛合凹凸面９ａが形成されており、この噛合
凹凸面９ａと断熱カンプリング７０の左端部に形成され
た噛合凹凸面７０ａとが噛み合って結合されていると共
に、回転子軸３の左端部にも噛合凹凸面３ｂが形成され
ており、この噛合凹凸面３ｂと断熱カップリング７０の
右端部に形成された噛合凹凸面７０ｂとが噛み合って結
合されているのである。このような構成によれば、中空
軸９から回転子軸３への熱伝導が好適に軽減されて、当
該車両の制動に起因して回転子軸３が温度上昇するとい
った不具合が効果的に防止されることとなる。

以上のように本発明によれば、鉄道車両用ブレーキ装置
として、複数枚のロータ部材と複数枚のステータ部材と
を有してなる多板式のディスクブレーキ装置を用いたこ
とにより、当該車両の制動時に発生する熱が、前記各部
材相互間の複数箇所にて生しる摩擦熱となって分散され
ることになり、各部材の発熱量が軽減されて、偏摩耗の
発生や寿命の低下等の不具合が回避されると共に、当該
装置のコンパクト化や取付性の容易化等をも図り得ると
いう利点が得られることとなる。

更に、前記ロータ部材及びステータ部材をＣ／Ｃコンポ
ジットで構成したことにより、仮に当該車両の高速走行
からの制動時に前記各部材が高温状態となっても、Ｃ／
Ｃコンポジットは高温雰囲気中において高強度を示すも
のであるために、他の材質を用いた場合と比較して温度
上昇の如何に拘わらず高強度を維持できることとなり、
耐摩耗性に優れたディスクブレーキ装置が実現されるこ
ととなる。

〔発明の効果〕【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置の取付状態を示す
概略正面図、第２図は鉄道車両用ディスクブレーキ装置
の内部構造を示す要部縦断側面図、第３図は鉄道車両用
ディスクブレーキ装置の内部構造を示す要部縦断正面図
、第４図はＣ／Ｃコンポジットの特性を示すグラフ、第
５図は回転子軸と中空軸との結合状態を示す部品分解配
列斜視図である。また、第６図は−の従来例を示す概略
平面図、第７図は他の従来例を示す概略平面図である。１・・・ディスクブレーキ装置２・・・駆動用電動機３・・・回転子軸５・・・車軸８−・・キー部材９・・・中空軸１０・・・ロータ部材１）・・・ステータ部材１５・・・押圧部材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄道車両の車軸と回転伝達可能に接続された駆動
用電動機の回転子軸の端部に、該回転子軸と共に回転し
且つ該回転子軸の軸方向に摺動自在な複数枚のロータ部
材と、これら複数枚のロータ部材の各相互間に配設され
且つキー部材に軸方向にのみ摺動自在に取り付けられた
複数枚のステータ部材と、前記ロータ部材及びステータ
部材に制動力を作用させる押圧部材とを備えた多板式の
ディスクブレーキ装置を設け、前記ロータ部材及びステ
ータ部材をＣ／Ｃコンポジットより構成したことを特徴
とする鉄道車両用ディスクブレーキ装置。