JPH0924827A - 鉄道車両用多板式ブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄道車両用多板式ブレーキにおいて摩擦材と
してＣ／Ｃコンポジット製のロータ、ステータを採用し
た場合に起こる摩擦係数の急激な変化を無くすることで
ある。 【構成】 車両駆動用モータ５３冷却後の風をブレーキ
ハウジング２内に吹込むヒータ内蔵の温風吹込み手段２
０を設けてハウジング２内に吹込んだ温風でＣ／Ｃコン
ポジット製のロータ１０、ステータ１１の温度を常時１
００℃以上に保つので、１００℃以下の温度域で起こる
摩擦係数の急変が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化炭素
複合材料（以下Ｃ／Ｃコンポジットと称す）から成るロ
ータとステータを交互に複数配し、摩擦部材であるこの
ロータとステータを摺接させて制動を行う鉄道車両用の
多板式ブレーキに関する。

【０００２】

【従来の技術】制動力の大きい鉄道車両用ブレーキでは
制動熱も大きくなることから、ロータとステータは熱に
強いＣ／Ｃコンポジットで形成することが多くなってき
たが、このＣ／Ｃコンポジットのロータ、ステータを用
いた多板式ブレーキにおいて従来は、ロータ、ステータ
の冷却を外気を利用して自然吸気、排気により行う方法
を採っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｃ／
Ｃコンポジットの摩擦部材（ロータ、ステータ）を用い
た多板式ブレーキの場合、摩擦材の冷却を自然吸気、排
気方式によって行うと制動力が安定しない。即ち、一般
に、Ｃ／Ｃコンポジットは、図５の摩擦係数と温度の関
係から判るように、その温度が１００℃のときを境にし
て摩擦係数が急激に変化することが知られている。とこ
ろが、従来の冷却方式ではＣ／Ｃコンポジット製のロー
タ、ステータの制動前の温度は普通２０℃〜６０℃の範
囲にある外気温度に大きく左右され、ロータ、ステータ
の温度が外気温に近い領域から制動による摩擦熱で数百
度にまで上昇するため摩擦係数の急激な変化が避けられ
ない。このことは、一定の押し付け力で制動を行っても
制動中に摩擦係数の急変による制動力の急激な変化が起
こることを意味し、Ｃ／Ｃコンポジットを用いた鉄道車
両用多板式ブレーキの技術面での課題となっている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、ブレーキハウジング内に１００℃以上の
温度の空気を吹込んでロータ、ステータを保温もしくは
冷却するヒータ内蔵の温風吹込み手段を具備させたので
ある。

【０００５】なお、その温風吹込み手段は、回転子軸が
ロータ取付軸に連結される車両駆動用モータからモータ
冷却後の風を取込むもの、更には中空にしたロータ取付
軸内に風を通してロータ取付軸の長手方向途中に設けた
孔からブレーキハウジング内に送風するものが好まし
い。

【０００６】さらに、この温風吹込み手段と合わせて、
ロータ取付軸に、ブレーキハウジング内の空気を強制循
環させるフィンを設けることも、摩擦係数変動の有効な
抑制策となる。

【０００７】

【作用】温風吹込み手段からブレーキハウジング内に吹
込む１００℃以上の温風は、ロータ、ステータの温度が
温風の温度より低ければ保温の働きをして制動前のロー
タ、ステータの温度を常時１００℃以上に保ち、一方、
ロータ、ステータの温度が制動熱で温風の温度より高く
なると冷却風となってロータ、ステータの温度を下げ
る。このため、Ｃ／Ｃコンポジットのロータ、ステータ
の制動前後の温度変化は摩擦係数の急変が回避される１
００℃以上の領域で起こり、温度の変動巾も小さくな
る。従って、制動中の摩擦係数の変化が小さく、安定し
た制動力が得られる。

【０００８】なお、モータ冷却後の温風をロータ、ステ
ータの保温、冷却に利用すれば、モータから吸収した熱
を有効に利用でき、ヒータによる熱は不足分を補うだけ
でよいのでヒータによる加熱エネルギーを節約できる。
また、その温風はモータ内のフィン（ファン）によって
強制排気されるので、送風手段を別に設ける必要もな
く、経済的である。

【０００９】また、ロータ取付軸を中空にしてその中に
温風を通し、ロータ取付軸にあけた半径方向の孔からブ
レーキハウジング内に吹込むと、ロータ、ステータに風
が直接、均一に当たり、保温、冷却の効率が良くなる。
ロータ取付軸にフィンを付けてブレーキハウジング内で
風を強制循環させると保温、冷却の効率が更に高まり、
制動力がより安定する。

【００１０】

【実施の形態】以下、本発明の具体例を図１乃至図４に
基づいて説明する。

【００１１】図１は、本発明の多板式ブレーキの使用状
態を示している。車体５０は空気バネ５１を介して台車
５２に支持されており、その車体５０の下部にモータ５
３が取付けられている。このモータ５３は、駆動ギヤ５
４、従動ギヤ５５を介して車軸５６に動力を伝え、車輪
５７を回転させる。また、このモータ５３は両軸のモー
タであり、車輪駆動側とは反対側に突き出た回転子軸５
８にその軸の回転を止めて車輪５７の回転を止める多板
式ブレーキ１が取付けられている。なお、モータ５３
は、内部冷却のため、吸気口５３ａから空気を取込み、
熱を吸収した冷却後の空気（温風）を排気口５３ｂ外部
に放出する構造になっている。

【００１２】例示の多板式ブレーキ１は、モータ５３か
らの排気を通風管２１を通じてブレーキハウジング２内
に送り込む温風吹込み手段２０を具備する構成にした。
この温風吹込み手段２０は、図２に示すように、前述の
通風管２１と、その通風管内に設けたメタルシースを有
するニクロム線ヒータ２２と、ロータ取付軸３に対する
通風管接続部に設置されるサーモスタット２３と、ロー
タ取付軸３の中心にあけた孔２４と、その孔２４からロ
ータ取付軸３の外周に抜ける吹出し口２５、２６とで構
成されており、ヒータ２２による加熱をサーモスタット
２３で調整して供給する温風の温度を１００℃〜１５０
℃の範囲に保持するようにしてある。また、サーモスタ
ット２３は、モータからの温風が１６０℃になるとモー
タ異常を知らせる信号を発するようにしてある。

【００１３】次に、多板式ブレーキ１の構造の詳細を図
２乃至図４に基づいて説明する。

【００１４】この多板式ブレーキ１は、ドラム状のブレ
ーキハウジング２をモータ５３の取付けプレート５９に
ボルトで固定し、そのブレーキハウジング２の中心に回
転可能に保持したロータ取付軸３をモータの回転子軸５
８に結合してその軸５８と一体回転させるようにしてあ
る。

【００１５】ブレーキハウジング２の一端にはキャリア
４が、他端にはプレートバック５が各々ボルト１５で着
脱自在に取付けられている。また、ロータ取付軸３の両
端は軸受６、７に支持されており、その２つの軸受のう
ち、図中左側の軸受６はキャリア４側の軸受ハウジング
８に、また、図中右側の軸受７はプレートバック５側の
軸受ハウジング９にそれぞれ密閉されて保持されてい
る。

【００１６】さらに、軸受ハウジング８はキャリア４か
ら、もう一方の軸受ハウジング９はプレートバック５か
ら各々独立させ、それ等をキャリア４とプレートバック
５に別々にボルト１６で着脱自在に取付けてある。

【００１７】一方、ロータ取付軸３の外周には、ロータ
取付軸３と一体回転させるＣ／Ｃコンポジット製のロー
タ１０がｎ枚（図はｎ＝３であるがｎの数は適宜増減さ
れる）取付けられ、また、ブレーキハウジング２の内周
には、Ｃ／Ｃコンポジット製のリング状ステータ１１が
ｍ（ｍ＝ｎ＋１）枚、ロータ１０との配列を交互にして
取付けられている。

【００１８】ロータ１０は、ロータ取付軸３の外周に軸
方向に延びる突条３ａを周方向に等間隔で複数設け、そ
の突条３ａをロータの中心孔面に対応して設けた凹部に
隙間ができるように緩く係合させて取付けられており、
従って、ロータ取付軸３との相対回転は不能であるが、
軸方向には摺動が許容される。

【００１９】ステータ１１も、ブレーキハウジング２の
内周に複数の軸方向に長い突条２ａを周方向に等間隔で
設けてステータ中心孔の孔面に対応して設けた凹部にそ
の突条２ａを緩く嵌めており、従って、その回転は阻止
され、軸方向摺動は許容される。

【００２０】このロータ１０とステータ１１は、それ等
の間に隙間をあけて配列されており、非制動時には後述
のブレーキピストン１３による押圧の解除で、その隙間
が保たれてロータ１０がロータ取付軸３と共に自由に回
転できるようになっている。

【００２１】ブレーキハウジング２内には、ロータ１０
とステータ１１の集合体を一括して両側から挾みつける
プレッシャープレート１２が突条２ａで回り止めして設
けられている。図中左側のプレッシャープレート１２
は、キャリア４内に組込んだブレーキピストン１３によ
ってプレートバック５側に押し動かされ、その加圧動作
でロータ１０とステータ１１が軸方向に押し付けられて
両者間に摩擦が起こり、ロータ１０とロータ取付軸３の
回転、即ち、モータ５３の回転子軸５８の回転が止ま
る。

【００２２】次に、温風吹込み手段２０について更に詳
述する。制動時の摩擦熱は、ロータ１０とステータ１１
に蓄積され、吹出し口２５、２６から吹込まれる風に放
散して逃がされる。図の多板式ブレーキ１においては、
通風管２１を通じてモータ５３から取込んだ温風が、ロ
ータ取付軸３の中心孔２４を通り、吹出し口２５、２６
からブレーキハウジング２内に半径方向外方に向けて吹
込まれる。

【００２３】吹出し口２５は軸方向に長いスリット状の
孔であり、ここから吹き出た温風はロータ１０、ステー
タ１１の摩擦面間の隙間を通り、ブレーキハウジング２
に周方向に間欠的に設けられている排気口１７（図４を
同時参照）から外部へ放出される。その間に移動中の温
風がロータ１０、ステータ１１の熱を吸収して両者を冷
却し、或いはロータ１０、ステータ１１の温度が温風の
温度より低ければ逆にそれ等を加温して両者の温度を１
００℃以上に保つ。

【００２４】また、吹出し口２６は、図のブレーキの場
合、ロータ取付軸３の大径部の両側に多数のフィン１４
を周方向を定ピッチで設けた関係で吹出し口２５のサイ
ズが制限され、その口２５からの風が両側にうまく回り
込まないことから、フィン１４間に抜けるこの吹出し口
２６を設け、そこからの風を両端のステータ１１とそれ
に接するロータ１０との間、ステータ１１とプレッシャ
ープレート１２との間、プレッシャープレート１２とキ
ャリア４及びプレートバック５との間に流し、熱交換後
の風を排気口１７から外部に放出するようにしている。

【００２５】フィン１４は、吹出し口２６からの風を撹
拌して排気口１７に至る間の隙間の全域に強制的に流し
入れ、従って、このフィン１４は保温、冷却の均一化に
役立ち、摩擦係数の変化巾を更に小さくするのに有効で
ある。

【００２６】図６は、例示の多板式ブレーキ内に温風を
吹込んで制動前のロータ、ステータの温度を１００℃に
保った場合と、温風吹込みを行わなかった場合（このと
きのロータ、ステータの制動前温度は３０℃）の摩擦係
数の変化を示している。

【００２７】このように、制動前のロータ、ステータの
温度を１００℃以上に保つと制動中の摩擦係数の変化は
殆ど無くなり、制動が安定する。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、鉄道車両
用多板式ブレーキにおいて、Ｃ／Ｃコンポジット製のロ
ータ、ステータ採用時の技術的課題である摩擦係数の急
激な変化を温風吹込み手段の設置によって解決したもの
であるから、多板式ブレーキの性能、信頼性が向上する
と云う効果が得られる。

【００２９】また、ロータ、ステータの保温、冷却をモ
ータ冷却後の風を利用して行うものは、特別の大がかり
な装置を必要とせず、エネルギーの節約、省スペース化
等の面で有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の鉄道車両用多板式ブレーキ
の使用状態を示す概念図

【図２】同上のブレーキの断面図

【図３】要部の拡大断面図

【図４】同上のブレーキの左側面図

【図５】Ｃ／Ｃコンポジットの摩擦係数と温度の関係を
示す図

【図６】Ｃ／Ｃコンポジット製のロータ、ステータの制
動前温度を１００℃に保った場合と３０℃まで下げた場
合の摩擦係数の変化の比較図

【符号の説明】

１ 多板式ブレーキ ２ ブレーキハウジング ２ａ 突条 ３ ロータ取付軸 ３ａ 突条 ４ キャリア ５ プレートバック ６、７ 軸受 ８、９ 軸受ハウジング １０ ロータ １１ ステータ １２ プレッシャープレート １３ ブレーキピストン １４ フィン １５、１６ ボルト １７ 排気口 ２０ 温風吹込み手段 ２１ 通風管 ２２ ニクロム線ヒータ ２３ サーモスタット ２４ 中心孔 ２５、２６ 吹出し口 ５３ 車両駆動用モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 英敏 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 小数賀 栄三 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端を軸受で支えるロータ取付軸にロー
   タを相対回転不能、軸方向移動可能に取付け、さらに、
   ブレーキハウジングにステータを回転不能、軸方向移動
   可能に取付け、炭素繊維強化炭素複合材料で形成して交
   互に複数配したそのロータとステータを摺り合わせて制
   動力を得る鉄道車両用多板式ブレーキにおいて、ブレー
   キハウジング内に１００℃以上の温度の空気を吹込んで
   ロータ、ステータを保温もしくは冷却するヒータ内蔵の
   温風吹込み手段を具備させたことを特徴とする鉄道車両
   用多板式ブレーキ。
2. 【請求項２】 温風吹込み手段を、回転子軸がロータ取
   付軸に連結される車両駆動用モータからモータ冷却後の
   風を取込む構成にした請求項１記載の鉄道車両用多板式
   ブレーキ。
3. 【請求項３】 温風吹込み手段を、中空にしたロータ取
   付軸内に風を通してロータ取付軸の長手方向途中に設け
   た孔からブレーキハウジング内に送風する構成にした請
   求項１又は２に記載の鉄道車両用多板式ブレーキ。
4. 【請求項４】 ロータ取付軸に、ブレーキハウジング内
   の空気を強制循環させるフィンを設けた請求項１乃至３
   のいずれかに記載の鉄道車両用多板式ブレーキ。