JPH0454330A - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置 - Google Patents

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、駆動車両により牽引される車両に取り付けら
れる鉄道車両用ディスクブレーキ装置に係り、特に、当
該ディスクブレーキ装置にて発生する熱に対処するため
の技術に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、駆動車両により牽引される車両（以下、
牽引車両という）は、駆動用電動機を有していないため
、そのブレーキ装置の研究開発の途は当然の事ながら駆
動車両とは異なっている。

具体的には、駆動車両については、例えば実開昭６４−
４９３３号や実開平１−１）７９７２号に示されている
ように、車軸に回転を付与する駆動用電動機の回転子軸
にディスクを固着し且つ該ディスクの両側面を圧接挟持
するキャリバーを備えてなる構成が公知となっているの
に対し、牽引車両については、第９図及び第１０図に示
す型式のブレーキ装置を採用しているのが一般的である
。

即ち、第９図に示す型式のものは、牽引車両の車軸１０
０にディスク１０２を固着し、リンク機構でなるキャリ
バー１０３をブレーキシリンダ１０４が連係作動させる
ことにより、一対のライニング１０５゜１０５が前記デ
ィスク１０２の両側面を圧接挟持する構成としたもので
ある。

また、第１０図に示す型式のものは、牽引車両の車輪１
）１の両側面１）１ａ、　１ｌｌｂに直接ディスクを取
り付け、リンク機構でなるキャリバー１）２を油圧シリ
ンダ１）３が連係作動させることにより、一対のライニ
ング１）４．１）４が前記車輪１）１の両側面（両ディ
スク）　１）１ａ、１）１ｂを圧接挟持する構成とした
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記第９図に示す型式のブレーキ装置は
、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、制動時特に高速走行からの
制動が続いた時には、ディスク１０２と一対のライニン
グ１０５．１０５との摺動部に多量の摩擦熱が発生し、
ディスク１０２の強度が熱により惣激に低下して該ディ
スク１０２に偏摩耗や亀裂が生じ、寿命の低下を余儀無
くされるという難点がある。これに加えて、高温状態の
ディスク１０２カラ車軸１００に多量の熱が伝導されて
、車軸１００の強度及び耐久性が低下する共に、車軸１
００と車輪１０１との結合部が損傷するといった不具合
をも生ぜしめる。

一方、第１０図に示す型式のブレーキ装置によるにして
も、ディスクｌ１ｌａ、１ｌｌｂ及び車輪１）１が高温
状態となることに起因して、上記と同様に、ディスクｌ
１ｌａ、　ｌ１ｌｂの寿命の低下、車軸！１０への多量
の熱伝導による車軸強度の低下、車軸１）０と車輪１）
１との結合部の損傷等の不具合を住することとなる。

本発明は、上記諸事情に鑑みてなされたものであり、デ
ィスクの構成自体に改良を加えて当該ブレーキ装置の高
温化をできるだけ防止するのはもとより、高速走行から
の制動時に当該ブレーキ装置の構成要素が高温状態とな
っても他の部位への熱伝導を可及的軽減させ得るように
す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、駆動車両により牽引される車両に取り付けられる
鉄道車両用ディスクブレーキ装置であって、車軸の回転
が伝達装置を介して伝達される回転軸部と、該回転軸部
と共に回転し且つ該回転軸部を内孔に嵌入してなる中空
状のブレーキ軸と、該ブレーキ軸と共に回転し且つ該ブ
レーキ軸の軸方向に摺動自在に取り付けられた複数枚の
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廿る押圧部材とを有する
と共に、前記ブレーキ軸の内孔と前記回転軸部の外周と
の間に冷却空間を形成し、且つ、該冷却空間に対して冷
却用空気を導入する空気連通路を形成したところにある
。

Ｃ作用〕 上記手段によると、当該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、車軸の回転が
伝達装置を介して伝達される回転軸部ひいてはブレーキ
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−大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、台車に支持される伝達装置等の車両側部材に対し
て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ブレーキ軸ひいては
回転軸部に伝達装置を介して回転伝達可能に接続されて
いる車軸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
キ装置を牽引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Ｑ熱量が大幅に軽減される。

更に、本発明は、前記多板式のディスクブレーキ装置の
ブレーキ軸に内孔を形成すると共に、車軸に伝達装置を
介して回転伝達可能に接続された回転軸部を前記ブレー
キ軸の内孔に嵌入し、且つ該内孔と前記回転軸部外周と
の間に冷却空間を形成するように構成したので、近年に
おける鉄道車両の高速化に伴って、仮に当該車両の高速
走行からの制動時に前記ブレーキ装置のロータ部材及び
ステータ部材が高温状態となったとしても、ロータ部材
が取り付けられているブレーキ軸は、空気連通路を介し
て前記冷却空間に導入される冷却用空気の作用によって
好適に冷却される（この時、回転軸部についても同様の
作用により冷却される）。

尚・前記冷却空間に導入された冷却用空気は、別途設け
られた排出通路から大気中に排出される。

これにより、ロータ部材とステータ部材との間で発生し
た摩擦熱がブレーキ軸及び回転軸部に伝導されるといっ
た事態は可及的軽減され、これらの軸を回動自在に保持
している軸受の損傷等が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８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、牽引
車両における台車５０の下方には軸バネ（不図示）を介
して軸箱５１，５１が取り付けられていると共に、この
軸箱５１，５１に車軸２の両端が回動自在に保持され、
且つこの車軸２に一対の車輪５３．５３が圧入されてい
る。そして、台車５０の突出フレーム５０ａと車輪２と
にまたがって伝達装置３が保持されており、この伝達装
置３の一側面（当該装置３のケースの一側面）にはブラ
ケット４．４を介してディスクブレーキ装置１が固設さ
れている。前記伝達装置３は、ディスクブレーキ装置１
の構成要素であるブレーキ軸９（後述する）と共に回転
する回転軸部３０に車軸２の回転を伝達させるための歯
車伝達機構を内蔵している。

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、前記伝達装置３にブラ
ケット４．４を介し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
には前記回転軸部３０が挿入されている。そして、この
回転軸部３０は、内孔９０を有するブレーキ軸９に嵌入
され且つビン９１を用いて固定されており、該内孔９０
と回転軸部３０外周との間には冷却空間９２が形成され
ている。更に、前記回転軸部３０は、左端が開口する小
径内孔３１を有しており、該小径内孔３１はフィルター
６２を介して大気に連通され且つ通孔３２・・・３２を
介して前記冷却空間９２に連通されている。従って、こ
の実施例においては、前記回転軸部３０の小径内孔３１
と通孔３２とが、冷却空間９２に冷却用空気を導入する
ための空気連通路とされている。

一方、前記ブレーキ軸９の外周には、該ブレーキ軸９と
共に回転し且つ軸方向（第２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３図参照）、前記ブレーキ軸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
ブレーキ軸９の外形と同形状の貫通孔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がブレーキ軸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の外形と同形状の切欠部１）ａ・・・Ｉｌａ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１０とステータ部材１）とは
軸方向に交互に配設されており、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２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。

更に、第２図に示すように、前記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、この加圧プレー目２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
ている。また、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
（例えばステンレス１！１）が取り付けられている。

従って、ロータ部材１０．１０及びステータ部材１）・
・・１）の両側方及び外周は、前記加圧プレート１２と
ストンバブレート１３と金属環板６３とにより覆われた
状態となっている。この場合、前記加圧プレート１２に
は、第４図に示すように、その−側面に多数の溝１２ｘ
−・・１２χが放射状に形成されている（符号１２ｙ・
・・１２ｙは凸部、符号１２ａ・・・１２ａはピストン
１５先端が当接する平坦部、符号１２ｂ・・・１２ｂは
ピストンロッド２１が嵌入される孔部、符号１２ｃ・・
・１２ｃはキー部材８が嵌合される切欠部を示す）。ま
た、前記ストッパプレート１３にも、第５図に示すよう
に、多数の溝１３ｘ・・・１３ｘが放射状に形成されて
いる（符号１３ｙ・・・１３ｙは凸部、符号１３ｃ・・
・１３ｃはキー部材８が嵌合される切欠部を示す）。更
に、前記金属環板６３には、第６図に示すように、多数
の貫通孔６３ｘ・・・６３ｘが形成されている（符号６
３ｙ・・・６３ｙはリベフト等の固定部材を示す）、そ
して、第２図に示すように、ケース７の右側壁７ａとス
トッパプレート１３との間の隙間（溝１３ｘ）は、ブレ
ーキ軸９の右端部に穿設された通孔９３を介して前記冷
却空間９２に通じていると共に、ケース７の左側壁７ｂ
と加圧プレート１２との間の隙間１４ｘは、ブレーキ軸
９の左端部に穿設された通孔９４を介して前記冷却空間
９２に通じている。また、前記金属環板６３とケース７
内周面との間の隙間Ｗは、空気排出口６６を介して大気
に通じており、この空気排出口６６の内方にはフィルタ
ー６６ａが装着されている。

一方、前記ケース７の左側壁７ｂはボルト５７・・・５
７を用いて取り外し可能に固定されており、該左側壁７
ｂ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（例えば油圧）を作用させる液圧室１６が
形成されている。そして、該液圧室１６は第３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２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、該ストツバ板２２に固定されたリテー
ナ２３の右動を規制するフリクションリング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
加圧プレー目２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、前記フリクションリング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、前記ピストンロフト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
口。

ド２Ｉの移動範囲が変化するようになっているゆ尚、こ
の実施例においては、第１図に示すように、当該ディス
クブレーキ装置ｌの重量を受止している伝達装置３が台
車５０と車軸２とにまたがって保持されている関係上、
台車５０（突出フレーム５０ａ）と伝達装置３との連結
支点Ｚから車軸２までの寸法を１）、連結支点Ｚからブ
レーキ軸９までの寸法を１２とすれば、車軸２に対する
ディスクブレーキ装置１の重量の負担Ｗ工は１２　／　
ｌ　ｔとなる。この場合、ディスクブレーキ装置１は、
その重量が比較的軽い場合には上記のように伝達装置３
に固設すればよいが、その重量が重い場合には台車５０
（突出フレーム５０ａ）に固設することも可能である。

また、この実施例においては、第２図及び第３図に示す
ロータ部材１０及びステータ部材１）が双方共に、Ｃ／
Ｃコンポジットで構成されている。このＣ／Ｃコンボシ
フト　（Ｃａｒｂｏｎ／　Ｃａｒｂｏｎ　　Ｃｏｍｐｏ
ｓｉ　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７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する。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コンポジットの特性としては、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。

次に、上記実施例の作用を説明する。

当該牽引車両の走行時には、車軸２の回転が伝達装置３
（歯車伝達機構）を介して回転軸部３０及びブレーキ軸
９に伝達されて、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Ｉ５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を第２図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１５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）をストッパプ
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　、ブレーキ
軸９、回転軸部３０及び車軸２０回転が止まる。そして
、ブレーキ指令が解除された場合には、前記液圧室１６
が無圧状態となり、加圧プレート１２は隙間調整機Ｎ１
）９の圧縮コイルバネ２０のバネ力により左方へ移動し
て当初の状態に復帰する。

この場合において、前記車両の制動時に発生する熱は、
ロータ部材１０．１０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。

更に、この場合において、ケース７の左側壁７ｂに装着
されたフィルター６２を介して回転軸部３０の小径内孔
３１に流入した冷却用空気は、第２図に矢印で示すよう
に通孔３２を通過して冷却空間９２に導入され、この冷
却空間９２にてブレーキ軸９及び回転軸部３０に対して
所要の冷却作用を行った後、通孔９３，９４を通過して
隙間１３ｘ、１４ｘに流入し、更に隙間Ｗに流入した後
にフィルター６６ａを介して空気排出口６６より大気中
に排出される。このように、冷却用空気が前記冷却空間
９２においてブレーキ軸９及び回転軸部３０を冷却する
ことにより、仮に高速走行からの制動時にロータ部材１
０．１０及びステータ部材１）・・・１）が高温状態と
なったとしても・回転軸部３０への熱伝導は可及的抑制
される。これにより、回転軸部３０の高温化に伴う種々
の弊害、例えば回転軸部３０の左端部を回動自在に保持
している軸受９５の早期損傷や、該回転軸部３０の右端
部を回動自在に保持している伝達装置３内の軸受（不図
示）の早期損傷等が効果的に防止される。

尚、上記のようにして冷却用空気がケース７内を流れる
際には、既述のように表面積が広くなっている加圧プレ
ート１２及びストッパプレート１３と金属環板６３とか
ら放熱が行われて、ロータ部材１０゜１０及びステータ
部材ＩＩ・・・１）の過度な温度上昇が防止されると共
に、ロータ部材１０．１０及びステータ部材１）・・・
１）がＣ／Ｃコンポジットで構成される場合には、各部
材相互間の摺動により発生した粉塵が金属環板６３の貫
通孔６３ｘ・・・６３ｘを介して隙間Ｗに流出し且つ空
気排出口６６内方のフィルター６６ａにより捕集される
。

第８図は、本発明の他の実施例を示すものであり、既述
の実施例と共通の構成要件については同一符号を付して
その説明を省略する。

同図に示すように、当該他の実施例が既述の実施例と異
なるところは、ブレーキ軸９と回転軸部３０とを固定す
るビン９１の配設位置を変更した点と、ブレーキ軸９が
軸受９５により保持されている点（既述の実施例では回
転軸部３０が軸受９５に保持されている）と、ブレーキ
軸９の内孔を大径内孔９゜ａと小径内孔９０ｂとから構
成した点と、回転軸部３０の左端面とブレーキ軸９の内
端面との間に隙間を形成し且つこの隙間を空気通路とし
た点とである。従って、フィルター６２を介してブレー
キ軸９の小径内孔９０ｂに流入した冷却用空気は、矢印
で示す経路を通過して冷却空間９２に導入されると共に
、通孔９３，９４を介して隙間１３ｘ、　１４ｘに流出
していくことになる。そして、この実施例においても、
冷却用空気が冷却空間９２を通過する際にブレーキ軸９
及び回転軸部３０を好適に冷却することになるので、ロ
ータ部材１０．１０及びステータ部材１）・・・１）相
互間で発生した摩擦熱がブレーキ軸９及び回転軸部３０
に伝導される度合が可及的軽減され、この両軸９，３０
の高温化に伴う種々の弊害が効果的に防止されることと
なる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、牽引車両に取り付けられ
る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じる摩擦熱と
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、当該装置のレイアウトの簡素化や取付性の容
易化等をも図り得るという利点が得られることとなる。

そして、特に本発明によれば、前記ロータ部材が取り付
けられているブレーキ軸の内孔に、車軸の回転が伝達装
置を介して伝達される回転軸部を嵌入すると共に、前記
ブレーキ軸の内孔と回転軸部の外周との間に冷却空間を
形成し、且つ該冷却空間に対して冷却用空気を導入する
空気連通路を形成したから、前記冷却空間に導入される
冷却用空気の作用によりブレーキ軸及び回転軸部が好適
に冷却されることになり、これによりロータ部材及びス
テータ部材相互間で発生した摩擦熱の他の部位への伝導
が可及的軽減されると共に、前記ブレーキ軸及び回転軸
部の高温化に伴う種々の弊害（例えば軸受の損傷等）が
回避される。また、従来のように摩擦熱が車軸に伝導さ
れるといった不具合は確実に回避されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の一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
す概略平面図、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正面図、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側面
図、第４図は加圧プレートの単体側面図、第５図はスト
ッパプレートの単体側面図、第６図はキー部材に金属環
板が取り付けられた状態を示す斜視図、第７図はＣ／Ｃ
コンボジントの特性を示すグラフである。 また、第８図は本発明の他の実施例を示すもので、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
正面図である。更に、第９図は−の従来例を示す概略平
面図、第１０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・・・車軸 ３・・・伝達装置 ８・・・キー部材 ９・・・ブレーキ軸 １０・・・ロータ部材 １）・・・ステータ部材 １５・・・押圧部材（ピストン） ３０・・・回転軸部 ９０−・・内孔 ９０ａ・・・内孔（大径内孔） ９２・・・冷却空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動車両により牽引される車両に取り付けられる
   鉄道車両用ディスクブレーキ装置であって、車軸の回転
   が伝達装置を介して伝達される回転軸部と、該回転軸部
   と共に回転し且つ該回転軸部を内孔に嵌入してなる中空
   状のブレーキ軸と、該ブレーキ軸と共に回転し且つ該ブ
   レーキ軸の軸方向に摺動自在に取り付けられた複数枚の
   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有する
   と共に、前記ブレーキ軸の内孔と前記回転軸部の外周と
   の間に冷却空間を形成し、且つ、該冷却空間に対して冷
   却用空気を導入する空気連通路を形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。