JPH0747389B2 - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置 - Google Patents

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
の回転式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1
01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、キャリパー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107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のパ
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、一枚のディスク104を用いたものであるため、制動
時に高温状態になり易く、このため、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104に偏摩耗が生じ、ディスク104の寿命が短くな
るという難点を有している。これに加えて、前記ディス
ク104は誘導電動機102の回転子軸103に直接固着される
ものであるため、制動時に高温状態となったディスク10
4から回転子軸103に多量の熱が伝導されて、誘導電動機
102内部の温度を上昇させ、限界温度を超えてしまうと
いう事態を招き、誘導電動機102内部に装備されている
コイル線が焼損したり或いは回転子軸103の軸受を焼付
かせたり等の不具合を生じる。

このような問題に対処すべく、例えば実開平１−117972
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1
04,104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ー105,105を備えた構成が開示され
ている。これによれば、制動時における個々のディスク
104,104の高温化を抑制できることに起因して、上記の
問題が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、ディスクを二枚備えるといった単純な手法の
みによっては、高速走行からの制動が続けばディスク10
4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
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。

更に、この公報に開示されたディスクブレーキ装置によ
るにしても、誘導電動機102の回転子軸103に二枚のディ
スク104,104が直接固着されているため、ディスク104,1
04から多量の熱が誘導電動機102内部に伝導され、既述
のように、コイル線の焼損や軸受の焼付き等の不具合を
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
ィスクの構成自体に改良を加えると共に当該ブレーキ装
置の回転軸と駆動用電動機の回転子軸との結合状態に改
良を加えて、発熱量の軽減を実現した上で当該ブレーキ
装置のレイアウトの簡素化及び取付性の容易化を図り、
且つ、高速走行からの制動時に当該ブレーキ装置に高温
化現象が発生しても駆動用電動機の回転子軸への熱伝導
を軽減させ、電動機内部のコイルの焼損や回転子軸受の
早期損傷を防止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、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、このディスクブレーキ装置
の回転軸と前記駆動用電動機の回転子軸とを分離して構
成し且つこの両者を噛み合い結合により接続したところ
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レイアウトの
簡素化が図られることとなる。

更に、本発明は、前記多板式のディスクブレーキ装置の
回転軸と駆動用電動機の回転子軸とを分離して構成して
いるので、仮に当該車両の高速走行からの制動時に前記
ブレーキ装置の各部材が高温状態となったとしても、当
該ブレーキ装置の回転軸から駆動用電動機の回転子軸に
伝導される熱量は少なくなる。更に又、分離されたディ
スクブレーキ装置の回転軸と駆動用電動機の回転子軸と
を噛み合い結合により接続して構成しているので、前記
回転軸の回転子軸方向への熱膨張をこの結合部分により
回避することができ、結果として、ベアリングに対する
スラスト力の発生を防止することとなる。言い換えれ
ば、噛み合い結合により接続する場合に通常生じる隙
間、即ち、前記回転軸と回転子軸との間の隙間により、
熱膨張した回転軸がこの隙間を埋める方向に滑りながら
移動し、ベアリングに対して発生するスラスト力が防止
されることとなる。加えて、回転軸と回転子軸との軸芯
調整を行う場合にも、前記のように両軸芯間に隙間が介
在することにより、両軸芯のずれに対する許容幅が大き
く容易に調整を行い得ることとなる。また、前記両軸は
噛み合い結合により接続されているので、両軸間の回転
伝達は良好に行われる。

〔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52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、前記駆動用電動機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（回転軸）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11a…11a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10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３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
配置されており、この加圧プレート12は前記ステータ部
材11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13
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ッド21と、該ピストンロッド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
フリクションリング24とを有する。そして、前記ピスト
ンロッド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
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
右動し、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。

以上の構成に加えて、前記ディスクブレーキ装置１の中
空軸９と、駆動用電動機２の回転子軸３とは分離して構
成されており、この両軸9,3間の結合状態は以下に示す
構成とされている。

即ち、第４図に示すように、中空軸９と回転子軸３との
間には断熱カップリング30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と断熱カップリング30の左端部に
形成された噛合凹凸面30a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30の
右端部に形成された噛合凹凸面30bとが噛み合って結合
されているのである。この場合において、前記中空軸９
と回転子軸３との間には必ずしも断熱カップリング30を
介設する必要はなく、中空軸９の噛合凹凸面9aと回転子
軸３の噛合凹凸面3bとを噛み合い可能に形成して、この
両軸9,3を直接的に噛み合い結合させるようにしてもよ
い。

尚、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11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/Carbon Composite
s）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５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。

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16
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10,10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10,1
0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。更に、前記中空軸９と回転子
軸３とは分離して構成され且つ両軸9,3は噛み合い結合
により接続されているので（特に本実施例においては断
熱カップリング30が介設されているので）、前記各部材
10,10,11…11に生じる摩擦熱により温度上昇した中空軸
９から回転子軸３への熱伝導が少なくなり、これに伴っ
て駆動用電動機２内部の高温化が阻止され、仮に当該車
両の高速走行からを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、中空軸９から回転子
軸３に伝導される熱量は比較的少ないものとなり、駆動
用電動機２の内部保護が良好に行われる。更に、中空軸
９の回転子軸３方向への熱膨張が、両軸を噛み合い結合
により接続することで回避することができる。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10,1
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（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、加圧プレート12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7aとの間の隙間（スリット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11…11の過度
な温度上昇が防止されるのである。

〔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。

更に、前記多板式のディスクブレーキ装置の回転軸と駆
動用電動機の回転子軸とを分離して構成し且つこの両軸
を噛み合い結合によって接続したことにより、制動時に
前記ブレーキ装置にて発生した熱が回転軸から回転子軸
に伝導される度合が少なくなり、これにより、駆動用電
動機内部の温度が限界温度を超えて上昇するといった事
態が回避され、当該電動機のコイル線の焼損や回転子軸
の軸受の早期損傷等の不具合が生じなくなるという利点
が得られることとなる。又、前記回転軸と回転子軸との
間の隙間により、熱膨張した回転軸がこの隙間を埋める
方向に滑りながら移動し、ベアリングに対して発生する
スラスト力が防止されることとなる。加えて、回転軸と
回転子軸との軸芯調整を行う場合にも、両軸芯間に隙間
が介在することにより両軸芯のずれに対する許容幅が大
きく、容易に調整を行い得ることとなる。

【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５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６図は一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……回転軸（中空軸） 10……ロータ部材 11……ステータ部材 15……押圧部材（ピストン）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、このディスクブレ
   ーキ装置の回転軸と前記駆動用電動機の回転子軸とを分
   離して構成し且つこの両者を噛み合い結合により接続し
   たことを特徴とする鉄道車両用ディスクブレーキ装置。