車両用キャリパブレーキ装置
【課題】振動によるキャリパブレーキ装置の摩耗や破損を防止する車両用キャリパブレーキ装置を提供する。
【解決手段】
ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、車両に支持されるキャリパ本体１０と、制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０と、を備え、アクチュエータ６０は、キャリパ本体１０に固定される弾性膜７５と、弾性膜７５によって画成され、流体が供給される駆動圧力室６３と、駆動圧力室６３に流体を導くバルブ３０と、弾性膜７５と制輪子７との間に介装されるピストン６５と、を有し、駆動圧力室６３に流体が供給され弾性膜７５が制輪子７側に膨らむことによってピストン６５が制輪子７をディスク６に摺接させ、バルブ３０は、制動時に、駆動圧力室６３へと流体を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室６３から流体が排出されることを制限する。
【解決手段】
ディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、車両に支持されるキャリパ本体１０と、制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０と、を備え、アクチュエータ６０は、キャリパ本体１０に固定される弾性膜７５と、弾性膜７５によって画成され、流体が供給される駆動圧力室６３と、駆動圧力室６３に流体を導くバルブ３０と、弾性膜７５と制輪子７との間に介装されるピストン６５と、を有し、駆動圧力室６３に流体が供給され弾性膜７５が制輪子７側に膨らむことによってピストン６５が制輪子７をディスク６に摺接させ、バルブ３０は、制動時に、駆動圧力室６３へと流体を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室６３から流体が排出されることを制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与して制動するキャリパブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等に用いるブレーキ装置として、油圧ブレーキ装置が用いられている。油圧ブレーキ装置は、空気圧源から供給される空気によって発生させた空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧によってブレーキを作動させる（特許文献１、２参照）。
【０００３】
油圧ブレーキ装置は、空油変換器や油圧配管の存在により重量やコストが増加する。そのため、油圧を用いず空気圧によってブレーキを作動させる空気圧ブレーキを鉄道車両に搭載することが望まれている。
【０００４】
このような要望に対して、ダイアフラムを用いたアクチュエータに供給される空気圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用空気圧ブレーキ装置が開発されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２２６４６９号公報
【特許文献２】特開平８−２２６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１６２２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の空気圧式キャリパブレーキ装置では、制動時には、空気をダイアフラムに供給して空気圧によりピストンを押圧することで制輪子をディスクに摺接させ、制動解除時には、ダイアフラムから空気を排出して空気圧を減じて、戻しバネの付勢力によってピストンを後退させていた。
【０００６】
このような空気圧式キャリパブレーキ装置は、制動解除時にダイアフラムの空気圧を減少させるので、ピストンを支持するものがバネとピストンを囲繞する支持部位のみとなる。この場合、車両の走行時に発生する振動によりキャリパブレーキ装置内部でピストンが振動することによって、摩耗が発生する可能性があるという問題があった。
【０００７】
このような不具合を防止するために、制動解除時にもダイアフラムに微少の空気圧を残留させるように空気圧の制御系統を変更することも考えられるが、この変更によって、コストの増加や重量の増加の要因となるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コストや重量を増加させることなく、振動による摩耗を防止する車両用キャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、車両に支持されるキャリパ本体と、制輪子をディスクに押圧するアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、キャリパ本体に固定される弾性膜と、弾性膜によって画成され、流体が供給される駆動圧力室と、駆動圧力室に流体を導くバルブと、弾性膜と制輪子との間に介装されるピストンと、を有し、駆動圧力室に流体が供給されて弾性膜が制輪子側に膨らむことによってピストンが制輪子をディスクに摺接させるときを制動時とし、駆動圧力室への流体の供給が停止されて弾性膜が萎むことによってピストンが制輪子を前記ディスクから離間させるときを制動解除時としたとき、バルブは、制動時に、駆動圧力室へと流体を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室から流体が排出されることを制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制動解除時に、駆動圧力室から流体の排出を制限するので、駆動圧力室に残留する流体によって駆動圧力室の流体圧力を保持して、弾性膜の膨らみを、ピストンが制輪子をディスクに摺接させない程度の膨らみに維持する。これにより、弾性膜がピストンを押圧することによりピストンの振動を抑えることができ、振動によりピストン及び他の構成部品に摩耗が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置の側面図である。
【図２】本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置の断面図である。
【図３】本発明の実施形態の残圧バルブの断面図である。
【図４】本発明の実施形態の制動時の残圧バルブの断面図である。
【図５】本発明の実施形態の制動解除時の残圧バルブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置１の側面図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。ここで、互いに直行するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。なお、図２において、Ｈは車輪５の中心線である。
【００１４】
鉄道車両に搭載されるキャリパブレーキ装置１は、対の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動する。
【００１５】
キャリパ本体１０は、鉄道車両の図示しない台車（車体）に固定される支持枠２０に、上下スライドピン３１、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持される。
【００１６】
キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる対のキャリパアーム１２と、左右のキャリパアーム１２を結ぶヨーク部１３とを有する。
【００１７】
右のキャリパアーム１２の上下端部にアジャスタ４１がアンカボルト４２を介してそれぞれ締結される。上下のアジャスタ４１はＸ軸方向に突出するアンカピン４３を備える。アンカピン４３を介して制輪子７及びその支持板８の両端部がそれぞれ支持される。
【００１８】
制輪子７は、ディスク６に摺接する摩擦材としてライニング９を備えるとともに、このライニング９の背部が取付けられる金属製のライニング背板１９を備える。
【００１９】
制輪子７は、アンカピン４３を介して支持板８に支持されている。制輪子７は、支持板８の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持され、ライニング背板１９の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、その制動反力が支持される。
【００２０】
なお、アジャスタ４１はアンカピン４３の露出部を覆うゴム製のブーツ（図示せず）が介装され、このブーツによってダストから保護される。
【００２１】
アジャスタ４１はアンカピン４３を介して制輪子７をディスク６から離す方向に付勢する戻しバネ４４と、制動解除時に制輪子７とディスク６との隙間Ｓを略一定に調整する隙間調整機構４５とを備える。
【００２２】
制動解除時に制輪子７は戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離され、隙間調整機構４５によってディスク６との隙間Ｓが略一定に保たれる。
【００２３】
図示しない左のキャリパアームには、支持レールが一体形成される。この支持レールにはアリ溝が形成され、このアリ溝に左の制輪子のライニング背板が差し込まれる。制輪子は、支持レールに差し込まれるとともに、その上下端がアンカブロックに係合することによって抜け止めされ、左のキャリパアームに固定される。
【００２４】
右のキャリパアーム１２に支持板８を介して制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０が設けられる。アクチュエータ６０は、各アジャスタ４１の間に配置される。
【００２５】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される空気圧源から駆動圧力室６３に流体としての空気が供給されて、流体の圧力としての空気圧によって弾性膜７５がピストン６５を介して制輪子７を押圧作動する。
【００２６】
アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に形成される収容壁１２ｂと、この収容壁１２ｂに取付けられる弾性膜７５と、収容壁１２ｂに締結されるカバー９２と、収容壁１２ｂとこの弾性膜７５とこのカバー９２の間に画成される駆動圧力室６３と、弾性膜７５と制輪子７の間に介装されるピストン６５とを備え、駆動圧力室６３に導かれる空気によって空気圧が高められて、弾性膜７５が制輪子７をＸ軸方向に押圧し、制輪子７をディスク６に押付ける。
【００２７】
図１に示すように、収容壁１２ｂは、キャリパアーム１２を貫通する長円筒面状に形成される。収容壁１２ｂは、ライニング９の広い範囲に対峙する略長円形の断面をもって形成される。
【００２８】
なお、これに限らず、収容壁１２ｂは、ライニング９に沿った円弧状の断面をもつ形状としてもよい。
【００２９】
キャリパアーム１２は、収容壁１２ｂの開口縁部のまわりに延びる環状の取付座１２ａを有する。取付座１２ａには複数のネジ穴が所定の間隔を持って形成され、各ネジ穴に螺合するボルト８４を介してカバー９２が締結される。取付座１２ａとカバー９２との間に弾性膜７５の周縁部７６が挟持される。
【００３０】
カバー９２は、取付座１２ａと同じく略長円形の外形を有する。カバー９２は、駆動圧力室６３を画成する部位が凹状に窪む皿状に形成される。
【００３１】
弾性膜７５は、樹脂製弾性材によって形成される。なお、弾性膜７５は、樹脂製弾性材に例えばカーボン繊維、ケプラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズを形成しても良い。また、弾性膜７５を金属薄板からなるベローズやゴム製チューブやダイアフラムを用いて形成してもよい。
【００３２】
弾性膜７５は、取付座１２ａとカバー９２との間に挟持される周縁部７６と、収容壁１２ｂに沿って伸縮するベローズ部７７と、制輪子７に対峙する押圧部７９とを有する。
【００３３】
弾性膜７５の押圧部７９と制輪子７の間にピストン６５が介装される。ピストン６５は、支持板８に形成された開口部を貫通して制輪子７に当接し、弾性膜７５の動きを制輪子７に伝達する。ピストン６５はキー６６を介して支持板８に締結される。
【００３４】
キャリパアーム１２には、インレット部１８が設けられる。インレット部１８は、図示しない空気圧源に連通する空気圧配管３５と、空気圧配管３５から供給される空気をインレット部１８に導く残圧バルブ３０とが接続される。空気圧源からの加圧空気は、図示しない切換弁を介して空気圧配管３５から、残圧バルブ３０、インレット部１８を介して駆動圧力室６３に供給される。切換弁は図示しないコントローラからの指令に応じて作動し、制動時に空気圧源からの加圧空気を駆動圧力室６３に導く一方、制動解除時に大気圧を駆動圧力室６３に導く。
【００３５】
次に、キャリパブレーキ装置１の動作を説明する。
【００３６】
制動時には、インレット部１８から駆動圧力室６３に導かれる空気によって空気圧が高められることにより、弾性膜７５が制輪子７側に膨らみ、弾性膜７５がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪５の回転を制動する。
【００３７】
制動解除時には、インレット部１８から駆動圧力室６３の空気が排出されて空気圧が制動時よりも下げられることにより、弾性膜７５が萎み、ベローズ部７７及び押圧部７９が収縮し、制輪子７が戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離間される。このとき、ディスク６との隙間Ｓが隙間調整機構４５によって略一定に調整される。
【００３８】
このように、キャリパブレーキ装置１において、制動解除時には駆動圧力室６３の空気がインレット部１８から排出され、駆動圧力室６３の空気圧が減少する。空気圧の減少に伴って、弾性膜７５のベローズ部７７及び押圧部７９が収縮し、ピストン６５の押圧が解放される。このとき、ピストン６５は、戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離反する側に移動される。
【００３９】
従来の空気圧式ブレーキでは、制動解除時に、駆動圧力室６３の空気圧は大気圧力と略等しくなり、ピストン６５は、戻しバネ４４の付勢力によって制動解放側に付勢される。
【００４０】
しかし、ピストン６５は、弾性膜７５のベローズ部７７及び押圧部７９では押圧されていないため、キャリパブレーキ装置１に振動が加わった場合はピストン６５が振動して、ピストン６５をはじめとするキャリパブレーキ装置１を構成する部品の摩耗、破損が発生する慮がある。
【００４１】
このような問題に対して、車両の空気圧源から、制動解除時にも空気圧を制御する仕組みを追加することも考えられるが、このような仕組みを追加することによりブレーキ系統の大幅な変更が必要となり、コスト増や重量増に繋がる。
【００４２】
そこで、本発明の実施形態では、次に説明するような特徴的な構成によって、コストや重量を大きく増加することなく、振動によるキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止できるように構成した。
【００４３】
本発明の実施形態では、図１に示したように、キャリパアーム１２に、空気圧配管３５から供給される空気をインレット部１８に導く残圧バルブ３０が連結される。残圧バルブ３０は、後述するような構成によって、制動解除時に空気圧配管３５から空気が供給されない場合は、駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限して駆動圧力室６５の空気圧を保持し、ピストン６５の振動を防止する。
【００４４】
図３は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０を説明する断面図である。
【００４５】
残圧バルブ３０は、略円筒形の外形を有し、空気圧配管３５に連結するインレットポート１１０と、インレット部１８に連結するキャリパ側ポート１２０とを備える。
【００４６】
残圧バルブ３０は、バルブハウジング１００と、通気口１１０ａを備えるインレットポート１１０と、通気口１２０ａを備えるキャリパ側ポート１２０とが軸方向に連結されている。インレットポート１１０とキャリパ側ポート１２０とは、それぞれ螺合によってバルブハウジング１００に固定される。
【００４７】
インレットポート１１０とバルブハウジング１００との間、及び、キャリパ側ポート１２０とバルブハウジング１００との間は、それぞれシート材２００及びパッキン２１０が介装されており、通過する空気の漏れを防止する。
【００４８】
バルブハウジング１００は、外形が円筒状の形状を有し、内部に空洞部が形成されている。バルブハウジング１００は、バルブハウジング１００の内部の空洞部を、軸方向に第１の空洞部１００ｃと第２の空洞部１００ｄとに二分する仕切壁１０１が形成されている。仕切壁１０１を境として、インレットポート１１０側に円筒状の第１の空洞部１００ｃが、キャリパ側ポート１２０側に円筒状の第２の空洞部１００ｄが、それぞれ形成される。第１の空洞部１００ｃは、通気口１１０ａ側に開放する。第２の空洞部１００ｄは、通気口１２０ａ側に開放する。
【００４９】
仕切壁１０１は、中央に第２の通気口１００ａが貫通しており、第２の通気口１００ａの周囲に複数の第１の通気口１００ｂが貫通する。
【００５０】
バルブハウジング１００には、通気口１１０ａを備えるインレットポート１１０が螺合される。第１の空洞部１００ｃの開放部がインレットポート１１０によって封止される一方、第１の空洞部１００ｃが通気口１１０ａに連通する。第１の空洞部１００ｃには、第１のバルブシート１３０が軸方向に摺動可能に設けられる。第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０によって、通気口１２０ａ側に付勢されている。
【００５１】
第１のバルブシート１３０は、その中央部に通気口１３０ａが貫通しており、この通気口１３０ａは、第２の通気口１００ａに連通する。
【００５２】
第１のバルブシート１３０は、第１の通気口１００ｂに対向する部分にシート材１８０が設けられている。このシート材１８０は、第１のバルブシート１３０が仕切壁１０１に当接しているときに、第１の通気口１００ｂを閉塞する。
【００５３】
バルブハウジング１００は、通気口１２０ａを備えるキャリパ側ポート１２０が螺合され、第２の空洞部１００ｄの開放部がキャリパ側ポート１２０によって封止される一方、第２の空洞部１００ｄが通気口１２０ａに連通する。第２の空洞部１００ｄには、第２のバルブシート１４０が軸方向に摺動可能に設けられる。第２のバルブシート１４０は、第２のスプリング１７０によって、通気口１１０ａ側に付勢されている。
【００５４】
第２のバルブシート１４０には、通気口１２０ａ側に第２のバルブシート１４０の外径よりも小径の段差部１４０ａが形成されており、段差部１４０ａの周囲にスペーサ１５０が嵌挿されている。スペーサ１５０は、第２の空洞部１００ｄにおいてバルブハウジング１００の内壁と間隙を有して取付けられている。スペーサ１５０は、通気口１５０ａが貫通する。スペーサ１５０の通気口１５０ａ又はスペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との間隙によって、第２の空洞部１００ｄにおいて、第２のバルブシート１４０の位置にかかわらず、仕切壁１０１に形成された第１の通気口１００ｂと通気口１２０ａとが連通する。
【００５５】
第２のバルブシート１４０は、第２の通気口１００ａに対向する部分にシート材１９０が設けられている。このシート材１９０は、第２のバルブシート１４０が仕切壁１０１に当接しているときに、第２の通気口１００ａを閉塞する。
【００５６】
次に、このように構成された残圧バルブ３０の動作を説明する。
【００５７】
図４は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０において、制動時の説明図である。
【００５８】
制動時には図示しない空気圧力源からの空気が、図１に示す空気圧配管３５及び残圧バルブ３０を介して、キャリパブレーキ装置１の駆動圧力室６３に供給される。
【００５９】
このとき、残圧バルブ３０において、通気口１１０ａから通気口１２０ａに向かって空気が供給される。第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０の付勢力及び供給された空気による空気圧によって仕切壁１０１に接する。
【００６０】
また、第２のバルブシート１４０は、通気口１３０ａに連通する第２の通気口１００ａから供給された空気による空気圧が、第２のスプリング１７０の付勢力を上回ったときに、通気口１２０ａ側へと摺動する。
【００６１】
空気は、第２の通気口１００ａから、スペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との間、第２のバルブシート１４０とバルブハウジング１００との隙間、及び、スペーサ１５０の通気口１５０ａを通過して、通気口１２０ａに排出される。通気口１２０ａから排出される空気は、図１に示すインレット部１８から、駆動圧力室６３に供給されてピストン６５を押圧することにより、制輪子７がディスク６に摺接して、車輪５の制動を行う。
【００６２】
図５は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０において、制動解除を開始したときの説明図である。
【００６３】
制動解除時には、図１に示したように、空気圧配管３５が大気圧に開放されて、駆動圧力室６３の空気が排出される。
【００６４】
このとき、残圧バルブ３０において、通気口１２０ａから通気口１１０ａに向かって空気が通過する。第２のバルブシート１４０は、第２のスプリング１７０の付勢力及び空気の通過による空気圧によって仕切壁１０１に接する。この状態では、第２の空洞部１００ｄと第１の通気口１００ｂとが連通しており、残圧バルブ３０を通過する空気は、第１の通気口１００ｂを通過して第１のバルブシート１３０を通気口１１０ａ側に押圧する。
【００６５】
このとき、第１の通気口１００ｂを通過する空気による空気圧が、第１のスプリング１６０の付勢力を上回っている場合は、第１のバルブシート１３０は通気口１１０ａ側へと摺動する。これにより、空気は、通気口１２０ａから、スペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との隙間、スペーサ１５０の通気口１５０ａ、第２のバルブシート１４０とバルブハウジング１００との隙間、第１の通気口１００ｂ、及び、通気口１３０ａを通過して、通気口１１０ａに出力される。この状態で、駆動圧力室６３の空気圧が残圧バルブ３０を経由して減圧される。
【００６６】
駆動圧力室６３の空気圧が減圧されて、第１の通気口１００ｂを通過する空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力以下となった場合は、第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０の付勢力によって通気口１２０ａ側に摺動し、仕切壁１０１に当接する（図３参照）。第１のバルブシート１３０が、第１のスプリング１６０の付勢力によって仕切壁１０１に当接した場合は、駆動圧力室６３の空気は排出されなくなり、駆動圧力室６３が一定の圧力に保たれる。
【００６７】
このとき、ピストン６５は、駆動圧力室６３に一定の空気が残留することによって、空気圧により制輪子７を押圧する方向に力が加わると同時に、戻しバネ４４の付勢力によって制輪子７がディスク６から離れる方向に付勢される。従って、ピストン６５は、Ｘ軸上の正方向の力と負方向の力とによって押圧されるので、キャリパブレーキ装置１が振動した場合にも、ピストン６５がキャリパアーム１２に対して振動することを抑えることができる。なお、図３に示すように、制動解除後に、残圧バルブ３０によって駆動圧力室６３の空気が排出されない状態のとき、駆動圧力室６３の空気圧は、戻しバネ４４の付勢力よりも小さく、ピストン６５が振動しない程度の圧力に設定する。このときの圧力はキャリパブレーキ装置１の構成によっても異なるが、例えば０．０２〜０．０３［Ｐａ］程度とする。
【００６８】
以上説明したように、本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置１は、車輪５と共に回転するディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、車両に支持されるキャリパアーム１２と、制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０とにより構成される。アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に固定される弾性膜７５と、弾性膜７５によって画成され、制動時に空気が供給される駆動圧力室６３と、駆動圧力室に空気を導く残圧バルブ３０と、弾性膜７５と制輪子７との間に介装されるピストン６５と、を有する。残圧バルブ３０は、制動時に、駆動圧力室６３へと空気を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限する。
【００６９】
このように構成したことによって、制動解除時に、残圧バルブ３０によって駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限して、駆動圧力室６３の内部に一定の空気圧を残すことができる。これにより、弾性膜の膨らみを、ピストンが制輪子をディスクに摺接させない程度の膨らみに維持することができ、制動解除後にも、ピストン６５が残留した空気圧によって押圧されるため、キャリパアーム１２の内部でピストン６５が振動することを防止でき、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７０】
また、残圧バルブ３０は、第１のスプリング１６０によって通気口１２０ａ側に付勢された第１のバルブシート（第１の弁体）１３０と、第２のスプリング１７０によって通気口１１０ａ側に付勢された第２のバルブシート（第２の弁体）１４０と、が設けられ、第２のバルブシート１４０を開成したときに空気が駆動圧力室６３に供給され、第１のバルブシート１３０を開成したときに空気が駆動圧力室６３から排出され、第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０を共に閉成したときに、空気が駆動圧力室６３から排出されることが制限される。
【００７１】
このような構成によって、キャリパブレーキ装置１の他の構成に変更を加えることなく残圧バルブ３０の構成のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができ、コストや重量を増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。また、残圧バルブ３０は、バルブハウジング１００内に第１のスプリング１６０及び第２のスプリング１７０によって付勢される第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０という構成であり、空気圧配管３５の径と略同程度に形成することができ、その外形が大型化しないので、既存のキャリパブレーキ装置１やその他の構成部品に変更を加えることなく、駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができる。
【００７２】
また、残圧バルブ３０は、制動解除時に、駆動圧力室６３から排出される空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力を上回った場合には、第１のバルブシート１３０を開成して駆動圧力室６３からの空気を排出し、駆動圧力室６３から排出される空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力以下となった場合には、第１のバルブシート１３０を閉成して駆動圧力室６３からの空気の排出を停止する。
【００７３】
このような構成によって、残圧バルブ３０の機械的な動作のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができ、コストを増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７４】
また、残圧バルブ３０は、第１のバルブシート１３０が閉成したときに、第２のバルブシート１４０の開閉にかかわらず閉塞される第１の通気口１００ｂと、第２のバルブシート１４０が閉成したときに、第１のバルブシート１３０の開閉にかかわらず閉塞される第２の通気口１００ａと、が形成され、制動時は、第１の通気口１００ｂを通過する空気によって第２のスプリング１７０の付勢力に抗して第２のバルブシート１４０が開成し、制動解除時は、第２の通気口１００ａを通過する空気によって第１のスプリング１６０の付勢力に抗してバルブシート１３０が開成する。
【００７５】
このような構成によって、残圧バルブ３０の機械的な動作のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができる。第２の通気口１００ａ、１００ｂはオリフィス構造となっており、オリフィス部分を空気が通過することによって空気圧を高め、第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０を開閉することができる。これにより、コストを増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７６】
また、残圧バルブ３０は、キャリパアーム１２に対して容易に取り外し可能に構成されているので、制動解除時に駆動圧力室６３に空気圧を残す必要がない場合には、残圧バルブ３０を取り外して使用することができる。
【００７７】
なお、以上説明した本発明の実施形態では、空気圧式のキャリパブレーキ装置１を例に説明したが、油圧式のキャリパブレーキ装置に本実施形態の残圧バルブを適用して、油圧式のピストン室の内圧を保持することによって、油圧式のピストンの振動を防止するように構成してもよい。
【００７８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
１２ キャリパアーム
１８ インレット部
３０ 残圧バルブ
６０ アクチュエータ
６３ 駆動圧力室
６５ ピストン
７５ 弾性膜
１００ バルブハウジング
１００ａ 第２の通気口
１００ｂ 第１の通気口
１３０ 第１のバルブシート
１３０ａ 通気口
１４０ 第１のバルブシート
１５０ スペーサ
１５０ａ 通気口
１６０ 第１のスプリング
１７０ 第２のスプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与して制動するキャリパブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両等に用いるブレーキ装置として、油圧ブレーキ装置が用いられている。油圧ブレーキ装置は、空気圧源から供給される空気によって発生させた空気圧を油圧に変換する空油変換器を搭載し、空油変換器から油圧配管を介して供給される油圧によってブレーキを作動させる（特許文献１、２参照）。
【０００３】
油圧ブレーキ装置は、空油変換器や油圧配管の存在により重量やコストが増加する。そのため、油圧を用いず空気圧によってブレーキを作動させる空気圧ブレーキを鉄道車両に搭載することが望まれている。
【０００４】
このような要望に対して、ダイアフラムを用いたアクチュエータに供給される空気圧によって制輪子を押圧作動する鉄道車両用空気圧ブレーキ装置が開発されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２２６４６９号公報
【特許文献２】特開平８−２２６４７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１６２２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の空気圧式キャリパブレーキ装置では、制動時には、空気をダイアフラムに供給して空気圧によりピストンを押圧することで制輪子をディスクに摺接させ、制動解除時には、ダイアフラムから空気を排出して空気圧を減じて、戻しバネの付勢力によってピストンを後退させていた。
【０００６】
このような空気圧式キャリパブレーキ装置は、制動解除時にダイアフラムの空気圧を減少させるので、ピストンを支持するものがバネとピストンを囲繞する支持部位のみとなる。この場合、車両の走行時に発生する振動によりキャリパブレーキ装置内部でピストンが振動することによって、摩耗が発生する可能性があるという問題があった。
【０００７】
このような不具合を防止するために、制動解除時にもダイアフラムに微少の空気圧を残留させるように空気圧の制御系統を変更することも考えられるが、この変更によって、コストの増加や重量の増加の要因となるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コストや重量を増加させることなく、振動による摩耗を防止する車両用キャリパブレーキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、車両に支持されるキャリパ本体と、制輪子をディスクに押圧するアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、キャリパ本体に固定される弾性膜と、弾性膜によって画成され、流体が供給される駆動圧力室と、駆動圧力室に流体を導くバルブと、弾性膜と制輪子との間に介装されるピストンと、を有し、駆動圧力室に流体が供給されて弾性膜が制輪子側に膨らむことによってピストンが制輪子をディスクに摺接させるときを制動時とし、駆動圧力室への流体の供給が停止されて弾性膜が萎むことによってピストンが制輪子を前記ディスクから離間させるときを制動解除時としたとき、バルブは、制動時に、駆動圧力室へと流体を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室から流体が排出されることを制限することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制動解除時に、駆動圧力室から流体の排出を制限するので、駆動圧力室に残留する流体によって駆動圧力室の流体圧力を保持して、弾性膜の膨らみを、ピストンが制輪子をディスクに摺接させない程度の膨らみに維持する。これにより、弾性膜がピストンを押圧することによりピストンの振動を抑えることができ、振動によりピストン及び他の構成部品に摩耗が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置の側面図である。
【図２】本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置の断面図である。
【図３】本発明の実施形態の残圧バルブの断面図である。
【図４】本発明の実施形態の制動時の残圧バルブの断面図である。
【図５】本発明の実施形態の制動解除時の残圧バルブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置１の側面図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。ここで、互いに直行するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が鉛直方向、Ｚ軸が水平前後方向に延びるものとし、キャリパブレーキ装置１の構成を説明する。なお、図２において、Ｈは車輪５の中心線である。
【００１４】
鉄道車両に搭載されるキャリパブレーキ装置１は、対の制輪子７の間に車輪５のディスク６を挟持し、車輪５の回転を制動する。
【００１５】
キャリパ本体１０は、鉄道車両の図示しない台車（車体）に固定される支持枠２０に、上下スライドピン３１、３２によってＸ軸方向に摺動可能にフローティング支持される。
【００１６】
キャリパ本体１０は、車輪５のディスク６に跨るようにして延びる対のキャリパアーム１２と、左右のキャリパアーム１２を結ぶヨーク部１３とを有する。
【００１７】
右のキャリパアーム１２の上下端部にアジャスタ４１がアンカボルト４２を介してそれぞれ締結される。上下のアジャスタ４１はＸ軸方向に突出するアンカピン４３を備える。アンカピン４３を介して制輪子７及びその支持板８の両端部がそれぞれ支持される。
【００１８】
制輪子７は、ディスク６に摺接する摩擦材としてライニング９を備えるとともに、このライニング９の背部が取付けられる金属製のライニング背板１９を備える。
【００１９】
制輪子７は、アンカピン４３を介して支持板８に支持されている。制輪子７は、支持板８の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、ディスク６に対して進退可能に支持され、ライニング背板１９の上下端部が各アンカピン４３に係合することにより、その制動反力が支持される。
【００２０】
なお、アジャスタ４１はアンカピン４３の露出部を覆うゴム製のブーツ（図示せず）が介装され、このブーツによってダストから保護される。
【００２１】
アジャスタ４１はアンカピン４３を介して制輪子７をディスク６から離す方向に付勢する戻しバネ４４と、制動解除時に制輪子７とディスク６との隙間Ｓを略一定に調整する隙間調整機構４５とを備える。
【００２２】
制動解除時に制輪子７は戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離され、隙間調整機構４５によってディスク６との隙間Ｓが略一定に保たれる。
【００２３】
図示しない左のキャリパアームには、支持レールが一体形成される。この支持レールにはアリ溝が形成され、このアリ溝に左の制輪子のライニング背板が差し込まれる。制輪子は、支持レールに差し込まれるとともに、その上下端がアンカブロックに係合することによって抜け止めされ、左のキャリパアームに固定される。
【００２４】
右のキャリパアーム１２に支持板８を介して制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０が設けられる。アクチュエータ６０は、各アジャスタ４１の間に配置される。
【００２５】
アクチュエータ６０は、鉄道車両に搭載される空気圧源から駆動圧力室６３に流体としての空気が供給されて、流体の圧力としての空気圧によって弾性膜７５がピストン６５を介して制輪子７を押圧作動する。
【００２６】
アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に形成される収容壁１２ｂと、この収容壁１２ｂに取付けられる弾性膜７５と、収容壁１２ｂに締結されるカバー９２と、収容壁１２ｂとこの弾性膜７５とこのカバー９２の間に画成される駆動圧力室６３と、弾性膜７５と制輪子７の間に介装されるピストン６５とを備え、駆動圧力室６３に導かれる空気によって空気圧が高められて、弾性膜７５が制輪子７をＸ軸方向に押圧し、制輪子７をディスク６に押付ける。
【００２７】
図１に示すように、収容壁１２ｂは、キャリパアーム１２を貫通する長円筒面状に形成される。収容壁１２ｂは、ライニング９の広い範囲に対峙する略長円形の断面をもって形成される。
【００２８】
なお、これに限らず、収容壁１２ｂは、ライニング９に沿った円弧状の断面をもつ形状としてもよい。
【００２９】
キャリパアーム１２は、収容壁１２ｂの開口縁部のまわりに延びる環状の取付座１２ａを有する。取付座１２ａには複数のネジ穴が所定の間隔を持って形成され、各ネジ穴に螺合するボルト８４を介してカバー９２が締結される。取付座１２ａとカバー９２との間に弾性膜７５の周縁部７６が挟持される。
【００３０】
カバー９２は、取付座１２ａと同じく略長円形の外形を有する。カバー９２は、駆動圧力室６３を画成する部位が凹状に窪む皿状に形成される。
【００３１】
弾性膜７５は、樹脂製弾性材によって形成される。なお、弾性膜７５は、樹脂製弾性材に例えばカーボン繊維、ケプラー繊維等の強化材を複合したものを用いてベローズを形成しても良い。また、弾性膜７５を金属薄板からなるベローズやゴム製チューブやダイアフラムを用いて形成してもよい。
【００３２】
弾性膜７５は、取付座１２ａとカバー９２との間に挟持される周縁部７６と、収容壁１２ｂに沿って伸縮するベローズ部７７と、制輪子７に対峙する押圧部７９とを有する。
【００３３】
弾性膜７５の押圧部７９と制輪子７の間にピストン６５が介装される。ピストン６５は、支持板８に形成された開口部を貫通して制輪子７に当接し、弾性膜７５の動きを制輪子７に伝達する。ピストン６５はキー６６を介して支持板８に締結される。
【００３４】
キャリパアーム１２には、インレット部１８が設けられる。インレット部１８は、図示しない空気圧源に連通する空気圧配管３５と、空気圧配管３５から供給される空気をインレット部１８に導く残圧バルブ３０とが接続される。空気圧源からの加圧空気は、図示しない切換弁を介して空気圧配管３５から、残圧バルブ３０、インレット部１８を介して駆動圧力室６３に供給される。切換弁は図示しないコントローラからの指令に応じて作動し、制動時に空気圧源からの加圧空気を駆動圧力室６３に導く一方、制動解除時に大気圧を駆動圧力室６３に導く。
【００３５】
次に、キャリパブレーキ装置１の動作を説明する。
【００３６】
制動時には、インレット部１８から駆動圧力室６３に導かれる空気によって空気圧が高められることにより、弾性膜７５が制輪子７側に膨らみ、弾性膜７５がピストン６５を介して制輪子７をディスク６に押圧する。これによって、制輪子７がディスク６に摩擦力を付与し、車輪５の回転を制動する。
【００３７】
制動解除時には、インレット部１８から駆動圧力室６３の空気が排出されて空気圧が制動時よりも下げられることにより、弾性膜７５が萎み、ベローズ部７７及び押圧部７９が収縮し、制輪子７が戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離間される。このとき、ディスク６との隙間Ｓが隙間調整機構４５によって略一定に調整される。
【００３８】
このように、キャリパブレーキ装置１において、制動解除時には駆動圧力室６３の空気がインレット部１８から排出され、駆動圧力室６３の空気圧が減少する。空気圧の減少に伴って、弾性膜７５のベローズ部７７及び押圧部７９が収縮し、ピストン６５の押圧が解放される。このとき、ピストン６５は、戻しバネ４４の付勢力によってディスク６から離反する側に移動される。
【００３９】
従来の空気圧式ブレーキでは、制動解除時に、駆動圧力室６３の空気圧は大気圧力と略等しくなり、ピストン６５は、戻しバネ４４の付勢力によって制動解放側に付勢される。
【００４０】
しかし、ピストン６５は、弾性膜７５のベローズ部７７及び押圧部７９では押圧されていないため、キャリパブレーキ装置１に振動が加わった場合はピストン６５が振動して、ピストン６５をはじめとするキャリパブレーキ装置１を構成する部品の摩耗、破損が発生する慮がある。
【００４１】
このような問題に対して、車両の空気圧源から、制動解除時にも空気圧を制御する仕組みを追加することも考えられるが、このような仕組みを追加することによりブレーキ系統の大幅な変更が必要となり、コスト増や重量増に繋がる。
【００４２】
そこで、本発明の実施形態では、次に説明するような特徴的な構成によって、コストや重量を大きく増加することなく、振動によるキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止できるように構成した。
【００４３】
本発明の実施形態では、図１に示したように、キャリパアーム１２に、空気圧配管３５から供給される空気をインレット部１８に導く残圧バルブ３０が連結される。残圧バルブ３０は、後述するような構成によって、制動解除時に空気圧配管３５から空気が供給されない場合は、駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限して駆動圧力室６５の空気圧を保持し、ピストン６５の振動を防止する。
【００４４】
図３は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０を説明する断面図である。
【００４５】
残圧バルブ３０は、略円筒形の外形を有し、空気圧配管３５に連結するインレットポート１１０と、インレット部１８に連結するキャリパ側ポート１２０とを備える。
【００４６】
残圧バルブ３０は、バルブハウジング１００と、通気口１１０ａを備えるインレットポート１１０と、通気口１２０ａを備えるキャリパ側ポート１２０とが軸方向に連結されている。インレットポート１１０とキャリパ側ポート１２０とは、それぞれ螺合によってバルブハウジング１００に固定される。
【００４７】
インレットポート１１０とバルブハウジング１００との間、及び、キャリパ側ポート１２０とバルブハウジング１００との間は、それぞれシート材２００及びパッキン２１０が介装されており、通過する空気の漏れを防止する。
【００４８】
バルブハウジング１００は、外形が円筒状の形状を有し、内部に空洞部が形成されている。バルブハウジング１００は、バルブハウジング１００の内部の空洞部を、軸方向に第１の空洞部１００ｃと第２の空洞部１００ｄとに二分する仕切壁１０１が形成されている。仕切壁１０１を境として、インレットポート１１０側に円筒状の第１の空洞部１００ｃが、キャリパ側ポート１２０側に円筒状の第２の空洞部１００ｄが、それぞれ形成される。第１の空洞部１００ｃは、通気口１１０ａ側に開放する。第２の空洞部１００ｄは、通気口１２０ａ側に開放する。
【００４９】
仕切壁１０１は、中央に第２の通気口１００ａが貫通しており、第２の通気口１００ａの周囲に複数の第１の通気口１００ｂが貫通する。
【００５０】
バルブハウジング１００には、通気口１１０ａを備えるインレットポート１１０が螺合される。第１の空洞部１００ｃの開放部がインレットポート１１０によって封止される一方、第１の空洞部１００ｃが通気口１１０ａに連通する。第１の空洞部１００ｃには、第１のバルブシート１３０が軸方向に摺動可能に設けられる。第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０によって、通気口１２０ａ側に付勢されている。
【００５１】
第１のバルブシート１３０は、その中央部に通気口１３０ａが貫通しており、この通気口１３０ａは、第２の通気口１００ａに連通する。
【００５２】
第１のバルブシート１３０は、第１の通気口１００ｂに対向する部分にシート材１８０が設けられている。このシート材１８０は、第１のバルブシート１３０が仕切壁１０１に当接しているときに、第１の通気口１００ｂを閉塞する。
【００５３】
バルブハウジング１００は、通気口１２０ａを備えるキャリパ側ポート１２０が螺合され、第２の空洞部１００ｄの開放部がキャリパ側ポート１２０によって封止される一方、第２の空洞部１００ｄが通気口１２０ａに連通する。第２の空洞部１００ｄには、第２のバルブシート１４０が軸方向に摺動可能に設けられる。第２のバルブシート１４０は、第２のスプリング１７０によって、通気口１１０ａ側に付勢されている。
【００５４】
第２のバルブシート１４０には、通気口１２０ａ側に第２のバルブシート１４０の外径よりも小径の段差部１４０ａが形成されており、段差部１４０ａの周囲にスペーサ１５０が嵌挿されている。スペーサ１５０は、第２の空洞部１００ｄにおいてバルブハウジング１００の内壁と間隙を有して取付けられている。スペーサ１５０は、通気口１５０ａが貫通する。スペーサ１５０の通気口１５０ａ又はスペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との間隙によって、第２の空洞部１００ｄにおいて、第２のバルブシート１４０の位置にかかわらず、仕切壁１０１に形成された第１の通気口１００ｂと通気口１２０ａとが連通する。
【００５５】
第２のバルブシート１４０は、第２の通気口１００ａに対向する部分にシート材１９０が設けられている。このシート材１９０は、第２のバルブシート１４０が仕切壁１０１に当接しているときに、第２の通気口１００ａを閉塞する。
【００５６】
次に、このように構成された残圧バルブ３０の動作を説明する。
【００５７】
図４は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０において、制動時の説明図である。
【００５８】
制動時には図示しない空気圧力源からの空気が、図１に示す空気圧配管３５及び残圧バルブ３０を介して、キャリパブレーキ装置１の駆動圧力室６３に供給される。
【００５９】
このとき、残圧バルブ３０において、通気口１１０ａから通気口１２０ａに向かって空気が供給される。第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０の付勢力及び供給された空気による空気圧によって仕切壁１０１に接する。
【００６０】
また、第２のバルブシート１４０は、通気口１３０ａに連通する第２の通気口１００ａから供給された空気による空気圧が、第２のスプリング１７０の付勢力を上回ったときに、通気口１２０ａ側へと摺動する。
【００６１】
空気は、第２の通気口１００ａから、スペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との間、第２のバルブシート１４０とバルブハウジング１００との隙間、及び、スペーサ１５０の通気口１５０ａを通過して、通気口１２０ａに排出される。通気口１２０ａから排出される空気は、図１に示すインレット部１８から、駆動圧力室６３に供給されてピストン６５を押圧することにより、制輪子７がディスク６に摺接して、車輪５の制動を行う。
【００６２】
図５は、本発明の実施形態の残圧バルブ３０において、制動解除を開始したときの説明図である。
【００６３】
制動解除時には、図１に示したように、空気圧配管３５が大気圧に開放されて、駆動圧力室６３の空気が排出される。
【００６４】
このとき、残圧バルブ３０において、通気口１２０ａから通気口１１０ａに向かって空気が通過する。第２のバルブシート１４０は、第２のスプリング１７０の付勢力及び空気の通過による空気圧によって仕切壁１０１に接する。この状態では、第２の空洞部１００ｄと第１の通気口１００ｂとが連通しており、残圧バルブ３０を通過する空気は、第１の通気口１００ｂを通過して第１のバルブシート１３０を通気口１１０ａ側に押圧する。
【００６５】
このとき、第１の通気口１００ｂを通過する空気による空気圧が、第１のスプリング１６０の付勢力を上回っている場合は、第１のバルブシート１３０は通気口１１０ａ側へと摺動する。これにより、空気は、通気口１２０ａから、スペーサ１５０とバルブハウジング１００の内壁との隙間、スペーサ１５０の通気口１５０ａ、第２のバルブシート１４０とバルブハウジング１００との隙間、第１の通気口１００ｂ、及び、通気口１３０ａを通過して、通気口１１０ａに出力される。この状態で、駆動圧力室６３の空気圧が残圧バルブ３０を経由して減圧される。
【００６６】
駆動圧力室６３の空気圧が減圧されて、第１の通気口１００ｂを通過する空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力以下となった場合は、第１のバルブシート１３０は、第１のスプリング１６０の付勢力によって通気口１２０ａ側に摺動し、仕切壁１０１に当接する（図３参照）。第１のバルブシート１３０が、第１のスプリング１６０の付勢力によって仕切壁１０１に当接した場合は、駆動圧力室６３の空気は排出されなくなり、駆動圧力室６３が一定の圧力に保たれる。
【００６７】
このとき、ピストン６５は、駆動圧力室６３に一定の空気が残留することによって、空気圧により制輪子７を押圧する方向に力が加わると同時に、戻しバネ４４の付勢力によって制輪子７がディスク６から離れる方向に付勢される。従って、ピストン６５は、Ｘ軸上の正方向の力と負方向の力とによって押圧されるので、キャリパブレーキ装置１が振動した場合にも、ピストン６５がキャリパアーム１２に対して振動することを抑えることができる。なお、図３に示すように、制動解除後に、残圧バルブ３０によって駆動圧力室６３の空気が排出されない状態のとき、駆動圧力室６３の空気圧は、戻しバネ４４の付勢力よりも小さく、ピストン６５が振動しない程度の圧力に設定する。このときの圧力はキャリパブレーキ装置１の構成によっても異なるが、例えば０．０２〜０．０３［Ｐａ］程度とする。
【００６８】
以上説明したように、本発明の実施形態のキャリパブレーキ装置１は、車輪５と共に回転するディスク６に摺接して摩擦力を付与する制輪子７と、車両に支持されるキャリパアーム１２と、制輪子７をディスク６に押圧するアクチュエータ６０とにより構成される。アクチュエータ６０は、キャリパアーム１２に固定される弾性膜７５と、弾性膜７５によって画成され、制動時に空気が供給される駆動圧力室６３と、駆動圧力室に空気を導く残圧バルブ３０と、弾性膜７５と制輪子７との間に介装されるピストン６５と、を有する。残圧バルブ３０は、制動時に、駆動圧力室６３へと空気を導く一方、制動解除時に、駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限する。
【００６９】
このように構成したことによって、制動解除時に、残圧バルブ３０によって駆動圧力室６３から空気が排出されることを制限して、駆動圧力室６３の内部に一定の空気圧を残すことができる。これにより、弾性膜の膨らみを、ピストンが制輪子をディスクに摺接させない程度の膨らみに維持することができ、制動解除後にも、ピストン６５が残留した空気圧によって押圧されるため、キャリパアーム１２の内部でピストン６５が振動することを防止でき、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７０】
また、残圧バルブ３０は、第１のスプリング１６０によって通気口１２０ａ側に付勢された第１のバルブシート（第１の弁体）１３０と、第２のスプリング１７０によって通気口１１０ａ側に付勢された第２のバルブシート（第２の弁体）１４０と、が設けられ、第２のバルブシート１４０を開成したときに空気が駆動圧力室６３に供給され、第１のバルブシート１３０を開成したときに空気が駆動圧力室６３から排出され、第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０を共に閉成したときに、空気が駆動圧力室６３から排出されることが制限される。
【００７１】
このような構成によって、キャリパブレーキ装置１の他の構成に変更を加えることなく残圧バルブ３０の構成のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができ、コストや重量を増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。また、残圧バルブ３０は、バルブハウジング１００内に第１のスプリング１６０及び第２のスプリング１７０によって付勢される第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０という構成であり、空気圧配管３５の径と略同程度に形成することができ、その外形が大型化しないので、既存のキャリパブレーキ装置１やその他の構成部品に変更を加えることなく、駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができる。
【００７２】
また、残圧バルブ３０は、制動解除時に、駆動圧力室６３から排出される空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力を上回った場合には、第１のバルブシート１３０を開成して駆動圧力室６３からの空気を排出し、駆動圧力室６３から排出される空気による空気圧が第１のスプリング１６０の付勢力以下となった場合には、第１のバルブシート１３０を閉成して駆動圧力室６３からの空気の排出を停止する。
【００７３】
このような構成によって、残圧バルブ３０の機械的な動作のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができ、コストを増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７４】
また、残圧バルブ３０は、第１のバルブシート１３０が閉成したときに、第２のバルブシート１４０の開閉にかかわらず閉塞される第１の通気口１００ｂと、第２のバルブシート１４０が閉成したときに、第１のバルブシート１３０の開閉にかかわらず閉塞される第２の通気口１００ａと、が形成され、制動時は、第１の通気口１００ｂを通過する空気によって第２のスプリング１７０の付勢力に抗して第２のバルブシート１４０が開成し、制動解除時は、第２の通気口１００ａを通過する空気によって第１のスプリング１６０の付勢力に抗してバルブシート１３０が開成する。
【００７５】
このような構成によって、残圧バルブ３０の機械的な動作のみによって駆動圧力室６３からの空気の排出を制限することができる。第２の通気口１００ａ、１００ｂはオリフィス構造となっており、オリフィス部分を空気が通過することによって空気圧を高め、第１のバルブシート１３０及び第２のバルブシート１４０を開閉することができる。これにより、コストを増加させることなく、振動によりキャリパブレーキ装置１の摩耗や破損を防止することができる。
【００７６】
また、残圧バルブ３０は、キャリパアーム１２に対して容易に取り外し可能に構成されているので、制動解除時に駆動圧力室６３に空気圧を残す必要がない場合には、残圧バルブ３０を取り外して使用することができる。
【００７７】
なお、以上説明した本発明の実施形態では、空気圧式のキャリパブレーキ装置１を例に説明したが、油圧式のキャリパブレーキ装置に本実施形態の残圧バルブを適用して、油圧式のピストン室の内圧を保持することによって、油圧式のピストンの振動を防止するように構成してもよい。
【００７８】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１ キャリパブレーキ装置
５ 車輪
６ ディスク
７ 制輪子
１２ キャリパアーム
１８ インレット部
３０ 残圧バルブ
６０ アクチュエータ
６３ 駆動圧力室
６５ ピストン
７５ 弾性膜
１００ バルブハウジング
１００ａ 第２の通気口
１００ｂ 第１の通気口
１３０ 第１のバルブシート
１３０ａ 通気口
１４０ 第１のバルブシート
１５０ スペーサ
１５０ａ 通気口
１６０ 第１のスプリング
１７０ 第２のスプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、
前記ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、
車両に支持されるキャリパ本体と、
前記制輪子を前記ディスクに押圧するアクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータは、
前記キャリパ本体に固定される弾性膜と、
前記弾性膜によって画成され、流体が供給される駆動圧力室と、
前記駆動圧力室に前記流体を導くバルブと、
前記弾性膜と前記制輪子との間に介装されるピストンと、を有し、
前記駆動圧力室に流体が供給されて前記弾性膜が前記制輪子側に膨らむことによって前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに摺接させるときを制動時とし、前記駆動圧力室への流体の供給が停止されて前記弾性膜が萎むことによって前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクから離間させるときを制動解除時としたとき、
前記バルブは、前記制動時に、前記駆動圧力室へと流体を導く一方、前記制動解除時に、前記駆動圧力室から流体が排出されることを制限することを特徴とする車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項２】
前記バルブは、
内部に空洞部を有し、前記空洞部を軸方向に第１の空洞部と第２の空洞部とに二分するとともに第１の通気口及び第２の通気口を有する仕切壁が形成され、
前記第１の空洞部には、前記仕切壁に当接することで前記第１の通気口を閉成する第１の弁体が設けられ、
前記第２の空洞部には、前記仕切壁に当接することで前記第２の通気口を閉成する第２の弁体が設けられ、
前記第２の弁体を開成したときに前記流体が前記第２の通気口を介して前記駆動圧力室に供給され、
前記第１の弁体を開成したときに前記流体が前記第１の通気口を介して前記駆動圧力室から排出され、
前記第１の弁体及び前記第２の弁体を共に閉成したときに前記流体が前記駆動圧力室から排出されることを制限することを特徴とする請求項１に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項３】
前記第１の弁体は、スプリングによって前記仕切壁側に付勢され、
前記バルブは、制動解除時に、
前記駆動圧力室から排出される流体の圧力が前記スプリングの付勢力を上回った場合は、前記第１の弁体を開成して前記駆動圧力室からの流体を排出し、
前記駆動圧力室から排出される流体の圧力が前記スプリングの付勢力以下となった場合は、前記第１の弁体を閉成して前記駆動圧力室から流体が排出されることを停止することを特徴とする請求項２に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項４】
前記バルブは、制動解除時に、前記第１の通気口を通過する流体の圧力によって、前記第１のスプリングの付勢力に抗して前記第１の弁体が開成することを特徴とする請求項３に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項１】
車輪と共に回転するディスクに摩擦力を付与する車両用キャリパブレーキ装置であって、
前記ディスクに摺接して摩擦力を付与する制輪子と、
車両に支持されるキャリパ本体と、
前記制輪子を前記ディスクに押圧するアクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータは、
前記キャリパ本体に固定される弾性膜と、
前記弾性膜によって画成され、流体が供給される駆動圧力室と、
前記駆動圧力室に前記流体を導くバルブと、
前記弾性膜と前記制輪子との間に介装されるピストンと、を有し、
前記駆動圧力室に流体が供給されて前記弾性膜が前記制輪子側に膨らむことによって前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクに摺接させるときを制動時とし、前記駆動圧力室への流体の供給が停止されて前記弾性膜が萎むことによって前記ピストンが前記制輪子を前記ディスクから離間させるときを制動解除時としたとき、
前記バルブは、前記制動時に、前記駆動圧力室へと流体を導く一方、前記制動解除時に、前記駆動圧力室から流体が排出されることを制限することを特徴とする車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項２】
前記バルブは、
内部に空洞部を有し、前記空洞部を軸方向に第１の空洞部と第２の空洞部とに二分するとともに第１の通気口及び第２の通気口を有する仕切壁が形成され、
前記第１の空洞部には、前記仕切壁に当接することで前記第１の通気口を閉成する第１の弁体が設けられ、
前記第２の空洞部には、前記仕切壁に当接することで前記第２の通気口を閉成する第２の弁体が設けられ、
前記第２の弁体を開成したときに前記流体が前記第２の通気口を介して前記駆動圧力室に供給され、
前記第１の弁体を開成したときに前記流体が前記第１の通気口を介して前記駆動圧力室から排出され、
前記第１の弁体及び前記第２の弁体を共に閉成したときに前記流体が前記駆動圧力室から排出されることを制限することを特徴とする請求項１に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項３】
前記第１の弁体は、スプリングによって前記仕切壁側に付勢され、
前記バルブは、制動解除時に、
前記駆動圧力室から排出される流体の圧力が前記スプリングの付勢力を上回った場合は、前記第１の弁体を開成して前記駆動圧力室からの流体を排出し、
前記駆動圧力室から排出される流体の圧力が前記スプリングの付勢力以下となった場合は、前記第１の弁体を閉成して前記駆動圧力室から流体が排出されることを停止することを特徴とする請求項２に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【請求項４】
前記バルブは、制動解除時に、前記第１の通気口を通過する流体の圧力によって、前記第１のスプリングの付勢力に抗して前記第１の弁体が開成することを特徴とする請求項３に記載の車両用キャリパブレーキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２５４４８（Ｐ２０１２−２２５４４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４８１２（Ｐ２０１１−９４８１２）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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