JPH0454332A - 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、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９図に示すように、車輪ｉｏｏ。

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１
０２の回転子軸１０３の一端部にディスク１゜４を固着
し・且つ、キャリバー１０５に取り付けらレタ一対のパ
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、またキャリバー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の他端部には可撓継手１０
７を介して駆動ギヤ１０８が取り付けられ、且つ、前記
車軸１０１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１
０２の回転子軸１０３の回転に伴って車軸１０１及び車
輪１０ｏ、　ｉｏｏ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、キャリバー１０５のバンド１０
６．１０６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の強度が熱により惣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ぜし
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１−１１７
９７２号公報によれば、第１０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バー１０
５．１０５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１−１１７９７２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、熱容量を太き（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
ャリバー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す付けるた
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、鉄道車両の車軸と接続される回転軸の端部に、こ
の回転軸と共に回転し且つ軸方向に摺動自在な複数枚の
ロータ部材と、このロータ部材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付けられる複数枚のステ
ータ部材と、このロータ部材及びステータ部材に両側面
に設けられるプレート部材と、これらプレート部材を介
して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、前記ロータ部材、ステータ部材を包含する
ケース部材と、このロータ部材及びステータ部材の外周
と前記ケース部材との間の円周上に設けられる金属環板
とを備え、前記金属環板と前記ケース部材との間の円周
上に通路室を形成するとともに、前記回転軸の端部を中
空状に形成して前記プレート部材の外側面方向に開口す
る空気供給孔を形成し、冷却空気をこの回転軸よりプレ
ート部材の外側面を通して通路室に排出させるところに
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、鉄道車両
の車軸と接続される回転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、キー部材によりス
テータ部材は軸方向にのみ摺動できるだけであるので、
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外周と前記ケ
ース部材との間の円周上に設けられる金属環板とケース
部材との間の円周上に通路室を形成し、前記回転軸の端
部を中空状に形成して前記プレート部材の外側面方向に
開口する空気供給孔を形成し、冷却空気をこの回転軸よ
りプレート部材の外側面を通して通路室に排出させる構
造であるために、制動時に生ずるロータ部材とステータ
部材との摩擦により生ずる高温度の熱がプレート部材に
伝達されても、回転軸より採入れられた冷却空気により
速やかに放熱して通路室へ排出される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第７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ｌ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
２０反ギヤ側端ＷＩ（左端部ンには、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
Ｍ５３．５３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５２
との間には、軸ハネ５５．５５が介設されている。

次に、前記ディスクブレーキ装置ｌの細部にわたる構造
を、第２図及び第７図に基づいて説明する。

このディスクブレーキ装置１は、前記駆動用電動機２の
反ギヤ側端部にポル１−５６．５６を用いて固定された
ドラム状のケース部材７を有し、該ケース部材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、該ケース部材７の内方中心部には前記駆動用電動
機２０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１１・・・１１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ＩＯ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部材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１１ａ・・・ｌｌａがステータ部
材１１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１１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ｌＯとステータ部材１１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１１
の内周面１１ｂ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１１の枚数は、第３図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３図に示すように、左端に配設されたステータ
部材１１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が近接配置されている
。この加圧プレー）１２は、第４図に示すように、中心
部に中空軸９を挿入する挿入穴１２ａが設けられ、ステ
ータ部材１１に面する側面は平担に形成され、ステータ
部材１１と反対側の側面すなわちケース部材７側の外側
面には前記挿入穴１２ａから少し間隔を開けた位置から
外周方向に向って放射状に通路溝１２ｂと突起１２ｃが
交互に多数設けられている。又、その外周には、前記キ
ー部材８を嵌め込むキー穴１２ｄが所定のピンチで複数
個形成され、更に、前記突起１２ｃには所定のピンチで
平担部１２ｅ、　１２ｆが形成され、このうちの平担部
１２ｅには、隙間調整機構１９のピストンロッド２１（
後述する）が嵌入される孔部１２ｇが設けられている。

そして、この加圧プレート１２は、前記ステータ部材１
１と同様にして中空軸９に挿入穴１２ａが嵌め込まれ、
且つ、キー穴１２ｄにはキー部材８が嵌め込まれること
によって軸方向に摺動自在に嵌合されている。前記各部
材のうちの右端に配設されたステータ部材１１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が配置されている。このス
トッパプレー目３は、第５図に示すように、中心部に中
空軸９を挿入する挿入穴１３ａが設けられ、ステータ部
材１１に面する側面は平担に形成され、ステータ部材１
１と反対側の側面すなわちケース部材７例の外側面には
前記挿入穴１３ａから少し間隔を開けた位置から外周方
向に向って放射状に通路溝１３ｂと突起１３ｃが交互に
多数設けられている。又、その外周には、前記キー部材
８を嵌め込むキー穴１３ｄが所定のピッチで複数個形成
されている。そして、このストンパブレート１３は中空
軸９に挿入穴１２ａが嵌め込まれ、溝１３ｂと突起１３
ｃを設けた外側面がケース部材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
ることによって、ケース部材７の右側壁７ａ内面とスト
ンパブレート１３の間に通路１１３ｂと突起１３ｃによ
って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、前記ケース部材７の左側壁７ｂには、その先端が
前記加圧プレート１２の平担部１２ｆ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図のように液圧通路１
７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、前記ケース部材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
するストツパ板２２と・該ストフバ板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
は前記加圧プレート１２の平担部１２ｅに設けた孔部１
２ｇ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により左方すなわちステータ部材１
１から離れる方向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
ロッド２工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つまりピストンロッド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の回転に伴って、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１１・・・１１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）１２を押圧し且つロータ部材１
０．１０及びステータ部材１１・・・１１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１１・・・１１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１０
．１０とステータ部材１１・・・１１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１０，１０．１１・・・１１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１１
−１１をＣ／Ｃコンボジフト（Ｃａｒｂｏｎ　／　Ｃａ
ｒｂｏｎ　Ｃｏｗｐｏｓｉｔｅｓ　）で構成した場合に
は、仮に当該車両の高速走行からの制動時に前記各部材
１０．１０．１１・−・１１が高温状態となった場合に
おいても、Ｃ／Ｃコンボジフトは、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から、第
８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、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しなくなる。

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１２は隙間調整機構１９の圧縮コイルバネ２０のパ
ネカにより左方へ移動して当初の位置に復帰する。

当該車両の制動時に発生した熱量はロータ部材１０、１
０及びステータ部材１１・・・１１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
口部が空気供給孔６１とされており、該空気供給孔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１１・・・１１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
レス製）が取り付けられている。

この金属環板６３は、第６図に示すように、金属板を環
状に形成し、必要に応じてロータ部材１０とステータ部
材１１の摩擦によって生ずる粉塵を通過させる細孔６３
ａを多数形成したものである。尚、図示のものは、キー
部材８をリベット６３ｂによって固定した状態を示して
いる。そして、前記空気供給孔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
レート１２の外側面とケース左側壁部７ｂとの間の隙間
と加圧プレート１２の通路溝１２ｂと突起１２ｃによっ
て形成されたスリット１４ａ、及びストッパプレート１
３の外側面に形成した通路溝１３ｂと突起１３ｃによっ
てできるケース右側壁部７ａとの間の隙間（スリット１
４）に流入し、更に前記金属環板６３とケース内周面と
の間の円周上に形成された通路室６６を通過して、この
通路室６６の下部に設けた排出室６７の蓋部材６８にあ
るフィルター６９付の空気排出口６８ａ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ＩＩ・・・１１の過度な温度上昇が防
止されるのである。

また、前記中空軸９と回転子軸３とが一体になった回転
軸であるような場合には、車両の制動時に発生した熱は
軸受へ直接的に伝導されるので、該回転子軸３の軸受を
早期に損傷させるといった不具合を招くことになるが、
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、！＠７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フ
ブリング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と断熱カンプリング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。

〔発明の効果〕

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、前記中空軸の空気導入口から導入した冷却空気を
前記加圧プレート及びストッパプレートの外側面を通し
て、前記金属環板とケース部材との間の円周上に設けた
通路室に導いて排出するので、制動時に生じたロータ部
材とステータ部材の摩擦熱は加圧プレート及びストッパ
プレートを通じても吸収され、ケース部材内が高温度に
なるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８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図は加圧プレートの説明図、第５図はスト７バプ
レートの説明図、第６図は金属環板の斜視説明図、第７
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、第８図はＣ／Ｃコンポジットの特性を示すグラ
フである。また、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 ３・・・回転子軸（回転軸） ５・・・車軸 ７・・・ケース部材 ８・・・キー部材 ９・・・中空軸（回転軸） １０・・・ロータ部材（プレート部材）１１・・・ステ
ータ部材（プレート部材）１５・・・押圧部材（ピスト
ン） ６１・・・空気供給孔 ６３・・・金属環板 ６６・・・通路室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄道車両の車軸と接続される回転軸の端部に、こ
   の回転軸と共に回転し且つ軸方向に摺動自在な複数枚の
   ロータ部材と、このロータ部材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付けられる複数枚のステ
   ータ部材と、このロータ部材及びステータ部材に両側面
   に設けられるプレート部材と、これらプレート部材を介
   して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、前記ロータ部材、ステータ部材を包含する
   ケース部材と、このロータ部材及びステータ部材の外周
   と前記ケース部材との間の円周上に設けられる金属環板
   とを備え、前記金属環板と前記ケース部材との間の円周
   上に通路室を形成するとともに、前記回転軸の端部を中
   空状に形成して前記プレート部材の外側面方向に開口す
   る空気供給孔を形成し、冷却空気をこの回転軸よりプレ
   ート部材の外側面を通して通路室に排出させることを特
   徴とする鉄道車両用ディスクブレーキ装置。