鉄道車両用ブレーキ装置
【課題】本発明は、劣化により制振能力が低下することなく、制輪子頭の振動を抑制し「鳴き」の発生を防止することが可能な鉄道車両用ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】鉄道車両用ブレーキ装置には、鉄道車両の車輪の踏面に押し当てる制輪子１１を支持する制輪子頭１２の下端にダンパ機構１５が設けられている。ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａと、流体室１５ａ内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材１５ｂと、流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間の隙間に収容される粘性流体１５ｃ流体とを有する。
【解決手段】鉄道車両用ブレーキ装置には、鉄道車両の車輪の踏面に押し当てる制輪子１１を支持する制輪子頭１２の下端にダンパ機構１５が設けられている。ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａと、流体室１５ａ内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材１５ｂと、流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間の隙間に収容される粘性流体１５ｃ流体とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制輪子を押し当てることにより鉄道車両の車輪の回転を制動するトレッドブレーキ型やディスクブレーキ型の鉄道車両用ブレーキ装置の自励振動を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用ブレーキ装置としては、回転している車輪の踏面に制輪子頭に支持される制輪子を押し当てることにより制動力を発揮するものが知られている。このようなブレーキ装置においては、従来、制輪子が車輪に押し当てられる際、制輪子と車輪の摩擦によって負の減衰が生じて自励振動が発生し、不快な振動音であるいわゆる「鳴き」を発生させていた。
特許文献１に記載のブレーキ装置は、制輪子頭の一部にマグネタイトを主成分とするフェライト粉末を樹脂中に混入して固形化したフェライト複合材層を設けることにより、ブレーキ時に生じる振動をフェライト複合材層中に吸収することで制輪子頭の振動を低減し、「鳴き」を抑制している。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−０２７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたブレーキ装置は、制輪子頭の一部に固形化された樹脂を用いるため、当該樹脂部分が振動による変形を繰り返すことにより劣化しやすく、劣化した場合に十分な振動の抑制効果を発揮できない虞がある。また、劣化した場合に制輪子だけでなく制輪子頭も交換する必要があり、コストも増加するし、複合材を含むため、リサイクルもしにくい。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、劣化により制振能力が低下することなく制輪子頭（制輪子保持部材）の振動を抑制し「鳴き」の発生を防止することが可能な鉄道車両用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及び効果】
【０００６】
本発明は、制輪子を押し当てることにより鉄道車両の車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置に関する。
そして、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の鉄道車両用ブレーキ装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第１の特徴は、鉄道車両の車輪、または、当該車輪の回転に連動して回転する回転体に制輪子を押し当てることにより当該車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置において、前記制輪子を支持する制輪子保持部材と、前記制輪子保持部材に設けられたダンパ機構と、を備え、前記ダンパ機構は、円筒形状の流体室と、前記流体室内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材と、前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間に収容される粘性流体と、を有することである。
【０００８】
この構成によると、制輪子の振動が伝達され制輪子保持部材が振動するとき、制輪子保持部材と独立した部材である錘部材はその慣性により制輪子保持部材に対して相対的に逆方向に振動するとともに、流体室内の粘性流体は、流体室内壁と錘部材との隙間を移動する。この隙間を粘性流体が急速に流れることにより、粘性流体と流体室内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。したがって、特定の使用条件に限らずに制輪子保持部材に減衰を与えることができ、それに伴ってブレーキ装置全体の振動安定性が上昇する結果、「鳴き」の発生を有効に抑制することができる。また、粘性流体を用いたダンパ機構であるため、部材の変形による劣化も少なく、制振能力が低下することを抑制できる。
また、制輪子から伝達される振動の周期によらず、ダンパ機構により減衰力を制輪子保持部材に作用させることが可能であるため、鉄道車両への乗車人数、積載量、車輪の表面状態等によって変化する様々な使用条件において振動抑制効果を発揮できる。したがって、例えば制輪子保持部材に錘をつけて共振点をずらして振動を抑制する方法等、特定の条件に対してのみ効果を発揮する振動抑制方法に比べてより有効である。
【０００９】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第２の特徴は、前記車輪の踏面に前記制輪子を押し当てることにより、前記車輪の回転を制動することである。
【００１０】
この構成によると、制輪子を車輪の踏面に押し当てることにより制動するため、車輪の回転軸方向においてブレーキ装置をより小型に形成することができるとともに、踏面の表面状態が変化して振動の周期等が変化するような場合であってもダンパ機構によって効果的に振動を減衰することができる。
【００１１】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第３の特徴は、前記回転体は当該回転体の回転軸に直交するように配置される直交面を有する円板状に形成されており、前記制輪子が当該直交面に押し当てられることにより、前記車輪の回転が制動されることである。
【００１２】
この構成によると、鉄道車両の車輪と制輪子が押し当てられる回転体とが別部材で形成されているため、回転体の材質、形状等の選定の幅が広がり走行条件に適した構成とすることができる。また、円板状の回転体を用いることで、回転体と制輪子との接触面積を大きくすることが可能となり、回転体の回転の制動を安定させることができるとともに、回転軸と略平行な方向から制輪子を押し当てる際に発生する振動をダンパ機構によって効果的に減衰させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第４の特徴は、前記ダンパ機構は、前記錘部材の外周に沿って配置され前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間を確保するスペーサ部材を更に有することである。
【００１４】
この構成によると、流体室内壁と錘部材との間の隙間を常に確保することができ、錘部材の周囲全体に粘性流体を充填することができる。したがって、粘性流体が当該隙間を通過して流動可能となるため、制輪子保持部材の振動開始時における粘性流体の流動が促進され、振動エネルギーを有効に吸収することが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第５の特徴は、前記流体室は、前記制輪子保持部材と一体に形成されていることである。
【００１６】
この構成によると、取付部材等を用いることなく流体室を制輪子保持部材に設けることができる。したがって、鉄道車両の走行時の振動等による取付部材の緩み等が発生することはなく、制輪子保持部材から流体室部分が外れる虞がなくなる。また、当該流体室を別途制輪子保持部材に取り付ける工程を削減することができ、ダンパ機構の形成が容易に可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第６の特徴は、前記ダンパ機構は、前記制輪子保持部材の側面から突出して設けられていることである。
【００１８】
この構成によると、ダンパ機構が突出することにより、突出方向を半径方向として制輪子保持部材を回転させるため要するモーメントは大きくなる。そのため、当該突出方向を半径方向とする制輪子保持部材の回転振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。
【００１９】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第７の特徴は、前記粘性流体は、加圧状態で収容されていることである。
【００２０】
この構成によると、粘性流体のキャビテーションの発生が防止され、制輪子保持部材の振動に対して、より確実な振動抑制効果を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るトレッドブレーキ型の鉄道車両用ブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。図２は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置を台車に装着した状態を示す側面図である。図３は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の断面図である。
図１に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）であり、車両２を支持し案内するレール１ａなどから構成されている。レール１ａは、図２に示すように、車輪４ａを直接支持する頭頂面（頭部上面）１ｂを備えている。車両２は、電車や気動車などの鉄道車両であり、車体３と、台車４と、ブレーキ装置５などを備えている。車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物であり、台車４は車体３を支持して走行する装置である。台車４は、レール１ａと転がり接触する車輪４ａと、この車輪４ａを支持する台車枠４ｂなどから構成されている。車輪４ａは、図２に示すように、レール１ａの頭頂面１ｂと接触して摩擦抵抗を受ける踏面４ｃと、この踏面４ｃの外側に連続して形成されたフランジ４ｄとを備えている。
【００２２】
図２及び図３に示すブレーキ装置５は、走行する車両２を制動させるトレッドブレーキ型の基礎ブレーキ装置である。ブレーキ装置５は、図３に示すように、制輪子１１と、制輪子頭１２（制輪子保持部材）と、制輪子頭吊り１４と、駆動力発生部２０と、駆動力伝達機構部６とを備えている。ブレーキ装置５は、駆動力発生部２０が発生する駆動力をてこの原理によって制輪子１１に伝達して踏面４ｃに制輪子１１を押し当てることにより、踏面４ｃと制輪子１１との間に発生する摩擦力によって車輪４ａの回転を抑える。ブレーキ装置５は、図３に示すように、各構成要素がユニット化されたユニットブレーキであり、図１に示すように車輪４ａ毎に設置されており（１台車当たり合計４個で１両当たり合計８個）、図示しないボルトなどの固定部材によって台車枠４ｂに固定されている。ブレーキ装置５は、踏面４ｃに対して片側から押し当てる踏面片押式のユニットブレーキ装置であり、保守性の向上と小型化が図られている。
【００２３】
駆動力発生部２０は、制輪子頭１２を駆動する駆動力を発生するブレーキシリンダ装置である。駆動力発生部２０は、図３に示すように、圧縮空気が供給口２０ｄから供給されるシリンダ２０ｃと、圧縮空気の空気圧により付勢されてシリンダ２０ｃ内をＡ１方向（図中矢印で示す）に前進するピストン２０ａと、ピストン２０ａを後退する方向（Ａ２方向）に付勢するバネ２０ｂなどを備えている。
【００２４】
駆動力伝達機構６は、制輪子頭１２に駆動力を伝達する梃子装置などである。駆動力伝達機構６は、梃子レバー１８と、連結ピン２１と、支点ピン１９と、押棒１３と、隙間調整部１７などを備えている。梃子レバー１８は、ピストン２０ａの直線運動を回転運動に変換するリンク部材であり、梃子レバー１８には支点ピン１９に近い側に凹状の球面貫通孔１８ａが形成されている。連結ピン２１は、ピストン２０ａの先端部と梃子レバー１８の一端部とを回転自在に連結する軸部材であり、支点ピン１９は梃子レバー１８を支持する部分である。押棒１３は、梃子レバー１８の回転運動を直線運動に変換する軸部材であり、ピストン２０ａが前進すると制輪子１１を踏面４ｃに押し当て、ピストン２０ａが後退すると制輪子１１を踏面４ｃから離間させる。押棒１３の先端部は、略Ｌ字状に屈曲して形成されており、押棒１３の他端部には雄ねじ部１３ａが形成されている。隙間調整部１７は、制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔を調整する筒状部材であり、隙間調整部１７の内周部には、押棒１３の雄ねじ部１３ａと噛み合う雌ねじ部１７ａが形成されており、隙間調整部１７の外周部には梃子レバー１８の球面貫通孔１８ａと嵌合する凸状の球面軸受部１７ｂが形成されている。制輪子１１の磨耗により押棒１３のストロークが足りなくなった場合は、隙間調整部１７によって雄ねじ部１３ａと雌ねじ部１７ａとのねじ込み量が調整され、押棒１３のストロークが変化して制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔を近づけることができる。尚、本実施形態においては、押棒１３のストロークが足りなくなると、梃子レバー１８の突起部１８ｂが回転機構２５を押込むことにより隙間調整部１７が回転し、自動的に制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔が調整される。
【００２５】
制輪子頭吊り１４は、制輪子１１及び制輪子頭１２を車輪４ａの回転軸を法線とする面内において回動自在に保持する部材（ハンガ）である。駆動力伝達機構６を収容するケーシング７は、制輪子頭吊り１４を回動自在に支持する支持部７ａを備えている。また、ケーシング７には駆動力発生部２０が取り付けられている。連結ピン１６は、制輪子頭吊り１４の一端部を支持部７ａに回動自在に連結する軸部材である。連結ピン２４は、制輪子頭吊り１４の他端部を回動自在に連結するとともに、押棒１３と制輪子頭１２とが一体となって進退可能なように押棒１３の屈曲部を制輪子頭１２に固定する軸部材（制輪子頭ピン）である。
押棒１３に形成された貫通孔である傾き調整孔１３ｂは、ブレーキ緩解時などに制輪子頭１２の過度の傾きを防止する部分であり、一定角度の傾きを許容できるように長穴状に形成されている。制輪子頭１２の取付孔１２ｄ（図４参照）に固定されたピン２３が制輪子頭１２の傾きに対応して変位し、傾き調整孔１３ｂの内壁に当接することで制輪子頭１２の傾きが規制される。
【００２６】
制輪子１１は、車輪４ａの踏面４ｃに押し当てられて制動力を発生するブレーキ摩擦材である。制輪子１１は、一般鋳鉄で製造された鋳鉄制輪子、りんやマンガンなどを一定量以上含有する鋳鉄で製造された合金鋳鉄制輪子、合成樹脂を主体とする合成制輪子、金属粉末を基材にして所定の制輪子特性を有する粉末成分を添加して焼結成形した焼結合金制輪子などである。制輪子１１は、図３に示すように、外観形状が略円弧状の板状部材であり、踏面４ｃと摩擦接触する摩擦面（ライニング面）１１ａと、制輪子頭１２と接触する背板１１ｂとを備えている。制輪子１１は、図示しない制輪子キー（制輪子コッタ）によって制輪子頭１２に固定されており、ブレーキ作用時には車輪４ａ側に向かって前進して踏面４ｃに押し当てられ、ブレーキ緩解時には後退して踏面４ｃから離間する。
【００２７】
制輪子頭１２は、制輪子１１と同様に外観形状が略円弧状に鋳造や板金などによって成形された金属であり、車輪４ａ側の端面において制輪子１１を支持している。制輪子頭１２の下端にはダンパ機構１５が設けられている。
【００２８】
図４は、制輪子頭１２の外観の側面図であり、図５は、図４に示す制輪子頭１２の正面図（押棒１３側から見た図）である。図６は、制輪子頭１２の下端に設けられたダンパ機構１５の拡大斜視図である。ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａと、鉄などの金属からなる円柱形状の錘部材１５ｂと、油などの粘性流体１５ｃとを有している。流体室１５ａは、制輪子頭１２に形成された貫通孔１２ｂと、溶接等により接合されて貫通孔１２ｂの両端を閉塞する蓋部１２ｃとによって形成され、連結ピン２４が貫通する貫通孔である連結孔１２ａの軸と平行な方向を軸とする円筒形状に形成されている。錘部材１５ｂは、外径が流体室１５ａの径よりも小さく、全長は流体室１５ａの長手方向の長さよりも短くなるように形成されており、流体室１５ａ内で径方向又は長手方向に変位可能となるように収容されている。粘性流体１５ｃは流体室１５ａの内壁と錘部材１５ｂとの間の隙間に収容されている。
なお、図４から図６は重力が下方向に作用しており、停車時など静止しているときを表した図である。このとき錘部材１５ｂは、図示しているように流体室１５ａの下方に位置しているが、ほとんどの場合、錘部材１５ｂと流体室１５ａの内壁の間に、粘性流体１５ｃが膜状に介在しており直接接触しないようになっている。
【００２９】
次に、ブレーキ装置５の動作について説明する。
ブレーキ作用時には、図３に示す駆動力発生部２０のシリンダ２０ｃ内に圧縮空気が供給されると、バネ２０ｂの付勢力に抗してピストン２０ａがＡ１方向に前進し、支点ピン１９を回転中心として梃子レバー１８がＢ１方向に回転する。梃子レバー１８の球面貫通孔１８ａには球面軸受部１７ｂが嵌合しているため、梃子レバー１８がＢ１方向に回転すると、連結ピン１６を回転中心として制輪子頭吊り１４がＣ１方向に回転するとともに押棒１３がＤ１方向に前進する。その結果、制輪子１１及び制輪子頭１２が押棒１３とともにＤ１方向に前進して、制輪子１１の摩擦面１１ａが踏面４ｃに押し当てられて車輪４ａの回転が制動される。
【００３０】
ブレーキ緩解時には、図３に示す駆動力発生部２０のシリンダ２０ｃ内の圧縮空気が排出されるとバネ２０ｂの付勢力によってピストン２０ａがＡ２方向に後退し、支点ピン１９を回転中心として梃子レバー１８がＢ２方向に回転するとともに、押棒１３がＤ２方向に後退して、制輪子１１の摩擦面１１ａが踏面４ｃから離れて車輪４ａの回転の制動が解除される。
【００３１】
次に、ブレーキ作用時におけるダンパ機構５の動作について説明する。
図７はブレーキ作用前のダンパ機構５における流体室１５ａを示す概念図である。図８は、ブレーキ作用による制輪子頭１２の振動を減衰させているときのダンパ機構５における流体室１５ａを示す概念図である。図７、図８はダンパ機構５の振動時の状態を説明するため、大きさを誇張して描いた図である。ブレーキ作用時において制輪子頭１２が制輪子ともに振動しようとすると（制輪子頭１２の移動方向は図８中矢印Ａで示す）、流体室１５ａ内において制輪子頭１２に形成された流体室１５ａとは独立した部材である錘部材１５ｂは慣性により元の位置（図７に示す位置）に留まろうとする。例えば制輪子頭１２が下方に移動するときは、錘部材１５ｂの周囲に充填されている粘性流体１５ｃが、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された上方の隙間を急速に流れる（図８に矢印で粘性流体１５ｃの流動方向を示す）。また逆に制輪子頭１２が上方に移動するときは、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された下方の隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れる。このように流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れることにより、粘性流体１５ｃと流体室１５ａ内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。この減衰力は、実使用条件下において制輪子頭１２の振動周波数が高いほど大きくなる。
【００３２】
また、ダンパ機構１５が制輪子頭１２の連結孔１２ａから離れた下端に設置されることで、連結孔１２ａの軸を回転軸とする回転を抑制するように働く力のモーメントは大きくなり、当該回転方向における制輪子頭１２の振動を抑制する効果を大きくすることが可能となる。
【００３３】
また、ダンパ機構１５を制輪子頭１２の下端における幅方向（図５の左右方向）の中央に設けることで、ダンパ機構１５を有する制輪子頭１２をコンパクトに構成することができ、幅方向の外側に十分な取り付けスペースがない場合においても取り付けることができる。
【００３４】
したがって、このようなダンパ機構１５により吸収可能な振動エネルギーが、制輪子１１から発生する振動エネルギーよりも大きい場合は、車両への乗車人数、積載量、車輪の表面状態等の使用条件によらず制輪子頭１２の振動を抑制できる。更に、制輪子頭１２の振動を抑えることによりブレーキ装置５全体の振動も抑えられ、「鳴き」の発生を有効に抑制することができる。また、ダンパ機構１５を設けることで振動抑制が可能であるため、制輪子頭１２の材料として振動を吸収可能な低剛性材料を用いる必要はなく、剛性の高い高強度材料を用いて劣化を抑制することも可能である。また、繰り返し変形による劣化の影響を受けにくい粘性流体１５ｃを用いた構成であり、経年劣化による制振能力の低下も抑制できる。
【００３５】
また、車輪４ａの踏面４ｃに制輪子１１を押し当てることにより、車輪４ａの回転を制動する構成とすることで、車輪４ａの回転軸方向においてブレーキ装置をより小型に形成することができるとともに、踏面４ｃの表面状態が変化して摩擦による振動の周期等が変化するような場合であってもダンパ機構１５によって効果的に振動を減衰することができる。
【００３６】
また、流体室１５ａが制輪子頭１２と一体に形成されているため、鉄道車両の走行時の振動等により制輪子頭１２から流体室１５ａ部分が外れる虞がなくなる。また、流体室１５ａを別途制輪子頭に取り付ける工程を削減することができ、ダンパ機構１５の形成が容易に可能となる。
【００３７】
本実施形態の変形例として、図９に示すように錘部材１５ｂの外周に沿ってＯリングなど弾性部材であって、ダンパ機構の共振点が減衰させたい振動の周波数帯よりも低い周波数帯になるようなスペーサ部材１５ｄを取り付けることができる。スペーサ部材１５ｄにより、ブレーキ緩解時において流体室１５ａの内径の略中心に錘部材１５ｂを配置させることができる。従って車両２が長時間停止していても、重力により錘部材１５ｂが降下して流体室１５ａの内壁に接触することが無く、錘部材１５ｂの全周囲に粘性流体１５ｃを充填することができる。スペーサ部材１５ｄが弾性変形することにより、粘性流体１５ｃは当該隙間を通過して流動することが可能であり、制輪子頭１２の振動開始時における粘性流体１５ｃの流動が促進され、振動エネルギーを有効に吸収することが可能となる。
【００３８】
更に図１０に示すようにスペーサ部材１５ｄを錘部材１５ｂの長手方向端部に設けることにより、スペーサ部材１５ｄは粘性流体１５ｃを流体室１５ａに密封するためのシールとしても利用することができ、部品点数や組立工数を低減することができる。更に長手方向端部に確実に隙間を形成することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係るブレーキ装置における制輪子頭２２の外観の側面図であり、図１２は、図１１に示す制輪子頭２２の正面図（押棒１３側から見た図）である。図１３は、制輪子頭２２の下端に設けられたダンパ機構１５の拡大斜視図である。第２実施形態に係るブレーキ装置は制輪子頭２２に設けられたダンパ機構１５の位置が第１実施形態と異なるものである。第１実施形態で示した部分と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。当該ダンパ機構１５は第１実施形態と同形状の流体室１５ａ、錘部材１５ｂ、粘性流体１５ｃを備える。ダンパ機構１５は、制輪子頭２２の側面にボルトなどの固定部材（図示せず）を用いて制輪子頭２２の側面から突出した状態で装着されている。尚、第１実施形態と同様に流体室１５ａを制輪子頭２２と一体に形成して落下等を確実に防止することも可能である。
【００４０】
このように、ダンパ機構１５を側面から突出した状態とすることにより、ダンパ機構１５の突出方向を半径方向として制輪子頭２２を回転させるため要するモーメントは大きくなる。そのため、当該突出方向を半径方向とする制輪子頭２２の回転振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。すなわち、ダンパ機構１５の位置は、ダンパ機構１５を除く制輪子頭２２本体の幅方向（図１２の左右方向）の中心から離れた位置となるため、例えば制輪子頭２２の幅方向の中心を通り流体室１５ａの中心軸Ｘと交わる鉛直軸Ｙ（図１３参照）を回転軸とした制輪子頭２２の回転振動を抑制するように働く力のモーメントは大きくなり、当該振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。
【００４１】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係るブレーキ装置３５の側面図であり、図１５は当該ブレーキ装置３５の平面図である。また、図１６は、図１５に示すバックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）の側面概略図（図１５中のＺ軸方向にブレーキディスク１１１側から見た図）であり、図１７は、当該バックプレート１０９ｂの正面概略図である。
第３実施形態に係るブレーキ装置３５はディスクブレーキ型のブレーキ装置であり、鉄道車両の車輪（図示せず）の回転に連動して回転する円板状のブレーキディスク１１１（回転体）に制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てることによりブレーキディスク１１１を制動し、鉄道車両の車輪の回転を制動するブレーキ装置である。ブレーキディスク１１１は回転軸と直交するように配置される面１１１ａ、１１１ｂ（直交面）を有する円板状に形成されており、制輪子３１ａ、３１ｂは直交面に対して、ブレーキディスク１１１の回転軸方向（図１４中のＺ軸方向）と略平行な方向から押し当てられる。なお、第１実施形態及び第２実施形態に示した部分と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。
【００４２】
図１４に示すように、ブレーキ装置を支持する支持部材１０３は、鉄道車両の進行方向（図１４中のＸ軸方向）と平行に伸びるように鉄道車両の車体１０１に固定された支軸１０２を中心として揺動可能に鉄道車両に取り付けられている。支持部材１０３は、鉄道車両の進行方向からみた左右の両端部においてそれぞれ、鉛直方向に伸びる支点軸１０４ａ、１０４ｂを備えている（図１５参照）。
【００４３】
梃子１０６ａは、支点軸１０４ａを支点として揺動可能に取り付けられている。梃子１０６ａのブレーキディスク１１１側の端部には、バックプレート１０９ａ（制輪子保持部材）が、支点軸１０４ａと平行に配置される作用点軸１０７ａを中心に揺動可能に取り付けられている。バックプレート１０９ａにおけるブレーキディスク１１１に対向する面には、制輪子３１ａが図示しない取付部材により取り付けられている。制輪子３１ａは、第１実施形態で示した制輪子１１と同様の材質で形成したものを用いることができる。また梃子１０６ａにおける作用点軸１０７ａと反対側の端部は、支軸１０８ａを介して駆動力発生部３０が設けられている。
【００４４】
また、図１５に示すように、ブレーキディスク１１１を挟んで対称に、梃子１０６ａと同形状の梃子１０６ｂが設けられている。梃子１０６ｂは、支点軸１０４ｂを支点として揺動可能に取り付けられており、一端には作用点軸１０７ｂを介してバックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）と制輪子３１ｂとが設置され、他端は支軸１０８ｂを介して駆動力発生部３０に連結されている。バックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）及び制輪子３１ｂはバックプレート１０９ａ及び制輪子３１ａとブレーキディスク１１１を挟んで対称な形状である。
【００４５】
駆動力発生部３０は、供給経路１１３を介して供給口１１２から圧縮空気が供給されることによりブレーキディスク１１１の回転軸方向（図１５中のＺ軸方向）において支軸１０８ａと支軸１０８ｂとを離間させるように駆動するブレーキシリンダ装置である。駆動力発生部３０が発生するブレーキディスク１１１の法線方向の駆動力が、支軸１０８ａを介して梃子１０６ａに作用し、支点軸１０４ａを支点として、てこの原理によってバックプレート１０９ａに設けられた制輪子３１ａは、ブレーキディスクの表面１１１ａにブレーキディスク１１１の回転軸方向から押し当てられる。一方、制輪子３１ａがブレーキディスクの表面１１１ａから受ける反力を利用して、駆動力発生部３０から支軸１０８ｂを介して梃子１０６ｂの端部に駆動力が作用することにより、支点軸１０４ｂを支点としてバックプレート１０９ｂに設けられた制輪子３１ｂは、ブレーキディスクの表面１１１ｂにブレーキディスク１１１の回転軸方向から押し当てられる。これにより、ブレーキディスク１１１を制輪子３１ａと制輪子３１ｂとで挟み込んで、直交面１１１ａと制輪子３１ａ、直交面１１１ｂと制輪子３１ｂとの間に発生する摩擦力によってブレーキディスク１１１の回転が制動され、ブレーキディスク１１１と同軸に設けられている鉄道車両の車輪の回転が制動される。
【００４６】
ダンパ機構１５は、バックプレート１０９の下端付近に設けられており、第１実施形態で示したダンパ機構と同形状の流体室１５ａ、錘部材１５ｂ、粘性流体１５ｃを備える（図１４、図１６参照）。ダンパ機構１５は、バックプレート１０９の側面にボルトなどの固定部材（図示せず）を用いて、バックプレート１０９の側面から、制輪子３１が設けられていない側に突出した状態で装着されている（図１５、図１７参照）。言い換えれば、ダンパ機構１５は、当該ダンパ機構１５が装着されていない状態のバックプレート１０９における鉛直方向に伸びる重心軸から水平方向に離れた位置に設置されている。尚、図１４、図１６に示すように、ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａの円筒軸方向および円柱形上の錘部材１５ｂの円柱軸方向を進行方向に向けて設置する場合に限らず、設置する向きを走行条件に合わせて変更することも可能である。
【００４７】
ブレーキ作用時においてバックプレート１０９ａ、１０９ｂが制輪子３１ａ、３１ｂともに自励振動し始めると、第１実施形態で説明したのと同様に、流体室１５ａ内において制輪子頭１２に形成された流体室１５ａとは独立した部材である錘部材１５ｂは慣性により元の位置に留まろうとする。そのため、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れることにより、粘性流体１５ｃと流体室１５ａ内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。この減衰力は、実使用条件下において制輪子頭１２の振動周波数が高いほど大きくなる。
【００４８】
このように、制輪子３１ａ、３１ｂが鉄道車両の車輪に接触して制動させる構成ではなく、当該車輪と別部材であるブレーキディスク１１１に制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てて制動する構成となっているため、制輪子３１ａ、３１ｂが押し当てられるブレーキディスク１１１の材質、形状等の選定の幅が広がり走行条件に適したものを用いることができる。例えば、熱伝導性の高い材料を用いて放熱性を高めることもでき、また、放熱しやすい形状にすることも可能である。
【００４９】
また、ブレーキディスク１１１に、当該ブレーキディスク１１１の回転軸方向から制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てることで、ブレーキディスク１１１と制輪子３１ａ、３１ｂとの接触面積を大きくすることができるため、ブレーキディスク１１１の回転の制動を安定させることができるとともに、ディスクブレーキ型のブレーキ装置による車輪の回転制動時において発生しやすい振動をバックプレート１０９の下端付近に設けられたダンパ機構１５により効果的に減衰させることができる。
【００５０】
更に上記の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態のダンパ機構１５において、粘性流体１５ｃを加圧して流体室１５ａに封入することもできる。無加圧の場合は、自励振動の周波数や粘性流体１５ｃの粘度などによっては、粘性流体１５ｃ内にキャビテーションが発生し、減衰特性に影響を与えるが、加圧することによりキャビテーションの発生を抑制することができる。なお加圧する圧力は、粘性流体１５ｃの粘度や対象とする振動の周波数帯によって定めることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。
【図２】図１における台車部分の拡大図である。
【図３】第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の側面図である。
【図４】図３に示す制輪子頭の側面図である。
【図５】図３に示す制輪子頭の正面図である。
【図６】図３に示す制輪子頭におけるダンパ機構部分の拡大斜視図である。
【図７】ブレーキ作用前のダンパ機構における流体室を示す概念図である。
【図８】ブレーキ作用により振動時のダンパ機構における流体室を示す概念図である。
【図９】第１実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図１０】第１実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子頭の側面図である。
【図１２】図１１に示す制輪子頭の正面図である。
【図１３】図１１に示す制輪子頭におけるダンパ機構部分の拡大斜視図である。
【図１４】第３実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の側面図である。
【図１５】第３実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の平面図である。
【図１６】図１４に示す制輪子頭の側面図である。
【図１７】図１４に示す制輪子頭の正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 軌道
２ 車両
３ 車体
４ 台車
４ａ 車輪
４ｃ 踏面
５、３５ ブレーキ装置
６ 駆動力伝達機構
１１ 制輪子
１２、２２ 制輪子頭（制輪子保持部材）
１３ 押棒
１４ 制輪子頭吊り
１５ ダンパ機構
１５ａ 流体室
１５ｂ 錘部材
１５ｃ 粘性流体
１５ｄ スペーサ部材
１６、２４ 連結ピン
２０、３０ 駆動力発生部
１０３ 支持部材
１０６ａ、１０６ｂ 梃子
１０９ バックプレート（制輪子保持部材）
１１１ ブレーキディスク（回転体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制輪子を押し当てることにより鉄道車両の車輪の回転を制動するトレッドブレーキ型やディスクブレーキ型の鉄道車両用ブレーキ装置の自励振動を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用ブレーキ装置としては、回転している車輪の踏面に制輪子頭に支持される制輪子を押し当てることにより制動力を発揮するものが知られている。このようなブレーキ装置においては、従来、制輪子が車輪に押し当てられる際、制輪子と車輪の摩擦によって負の減衰が生じて自励振動が発生し、不快な振動音であるいわゆる「鳴き」を発生させていた。
特許文献１に記載のブレーキ装置は、制輪子頭の一部にマグネタイトを主成分とするフェライト粉末を樹脂中に混入して固形化したフェライト複合材層を設けることにより、ブレーキ時に生じる振動をフェライト複合材層中に吸収することで制輪子頭の振動を低減し、「鳴き」を抑制している。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−０２７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたブレーキ装置は、制輪子頭の一部に固形化された樹脂を用いるため、当該樹脂部分が振動による変形を繰り返すことにより劣化しやすく、劣化した場合に十分な振動の抑制効果を発揮できない虞がある。また、劣化した場合に制輪子だけでなく制輪子頭も交換する必要があり、コストも増加するし、複合材を含むため、リサイクルもしにくい。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、劣化により制振能力が低下することなく制輪子頭（制輪子保持部材）の振動を抑制し「鳴き」の発生を防止することが可能な鉄道車両用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及び効果】
【０００６】
本発明は、制輪子を押し当てることにより鉄道車両の車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置に関する。
そして、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の鉄道車両用ブレーキ装置は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第１の特徴は、鉄道車両の車輪、または、当該車輪の回転に連動して回転する回転体に制輪子を押し当てることにより当該車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置において、前記制輪子を支持する制輪子保持部材と、前記制輪子保持部材に設けられたダンパ機構と、を備え、前記ダンパ機構は、円筒形状の流体室と、前記流体室内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材と、前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間に収容される粘性流体と、を有することである。
【０００８】
この構成によると、制輪子の振動が伝達され制輪子保持部材が振動するとき、制輪子保持部材と独立した部材である錘部材はその慣性により制輪子保持部材に対して相対的に逆方向に振動するとともに、流体室内の粘性流体は、流体室内壁と錘部材との隙間を移動する。この隙間を粘性流体が急速に流れることにより、粘性流体と流体室内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。したがって、特定の使用条件に限らずに制輪子保持部材に減衰を与えることができ、それに伴ってブレーキ装置全体の振動安定性が上昇する結果、「鳴き」の発生を有効に抑制することができる。また、粘性流体を用いたダンパ機構であるため、部材の変形による劣化も少なく、制振能力が低下することを抑制できる。
また、制輪子から伝達される振動の周期によらず、ダンパ機構により減衰力を制輪子保持部材に作用させることが可能であるため、鉄道車両への乗車人数、積載量、車輪の表面状態等によって変化する様々な使用条件において振動抑制効果を発揮できる。したがって、例えば制輪子保持部材に錘をつけて共振点をずらして振動を抑制する方法等、特定の条件に対してのみ効果を発揮する振動抑制方法に比べてより有効である。
【０００９】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第２の特徴は、前記車輪の踏面に前記制輪子を押し当てることにより、前記車輪の回転を制動することである。
【００１０】
この構成によると、制輪子を車輪の踏面に押し当てることにより制動するため、車輪の回転軸方向においてブレーキ装置をより小型に形成することができるとともに、踏面の表面状態が変化して振動の周期等が変化するような場合であってもダンパ機構によって効果的に振動を減衰することができる。
【００１１】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第３の特徴は、前記回転体は当該回転体の回転軸に直交するように配置される直交面を有する円板状に形成されており、前記制輪子が当該直交面に押し当てられることにより、前記車輪の回転が制動されることである。
【００１２】
この構成によると、鉄道車両の車輪と制輪子が押し当てられる回転体とが別部材で形成されているため、回転体の材質、形状等の選定の幅が広がり走行条件に適した構成とすることができる。また、円板状の回転体を用いることで、回転体と制輪子との接触面積を大きくすることが可能となり、回転体の回転の制動を安定させることができるとともに、回転軸と略平行な方向から制輪子を押し当てる際に発生する振動をダンパ機構によって効果的に減衰させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第４の特徴は、前記ダンパ機構は、前記錘部材の外周に沿って配置され前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間を確保するスペーサ部材を更に有することである。
【００１４】
この構成によると、流体室内壁と錘部材との間の隙間を常に確保することができ、錘部材の周囲全体に粘性流体を充填することができる。したがって、粘性流体が当該隙間を通過して流動可能となるため、制輪子保持部材の振動開始時における粘性流体の流動が促進され、振動エネルギーを有効に吸収することが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第５の特徴は、前記流体室は、前記制輪子保持部材と一体に形成されていることである。
【００１６】
この構成によると、取付部材等を用いることなく流体室を制輪子保持部材に設けることができる。したがって、鉄道車両の走行時の振動等による取付部材の緩み等が発生することはなく、制輪子保持部材から流体室部分が外れる虞がなくなる。また、当該流体室を別途制輪子保持部材に取り付ける工程を削減することができ、ダンパ機構の形成が容易に可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第６の特徴は、前記ダンパ機構は、前記制輪子保持部材の側面から突出して設けられていることである。
【００１８】
この構成によると、ダンパ機構が突出することにより、突出方向を半径方向として制輪子保持部材を回転させるため要するモーメントは大きくなる。そのため、当該突出方向を半径方向とする制輪子保持部材の回転振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。
【００１９】
また、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置における第７の特徴は、前記粘性流体は、加圧状態で収容されていることである。
【００２０】
この構成によると、粘性流体のキャビテーションの発生が防止され、制輪子保持部材の振動に対して、より確実な振動抑制効果を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るトレッドブレーキ型の鉄道車両用ブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。図２は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置を台車に装着した状態を示す側面図である。図３は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の断面図である。
図１に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）であり、車両２を支持し案内するレール１ａなどから構成されている。レール１ａは、図２に示すように、車輪４ａを直接支持する頭頂面（頭部上面）１ｂを備えている。車両２は、電車や気動車などの鉄道車両であり、車体３と、台車４と、ブレーキ装置５などを備えている。車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物であり、台車４は車体３を支持して走行する装置である。台車４は、レール１ａと転がり接触する車輪４ａと、この車輪４ａを支持する台車枠４ｂなどから構成されている。車輪４ａは、図２に示すように、レール１ａの頭頂面１ｂと接触して摩擦抵抗を受ける踏面４ｃと、この踏面４ｃの外側に連続して形成されたフランジ４ｄとを備えている。
【００２２】
図２及び図３に示すブレーキ装置５は、走行する車両２を制動させるトレッドブレーキ型の基礎ブレーキ装置である。ブレーキ装置５は、図３に示すように、制輪子１１と、制輪子頭１２（制輪子保持部材）と、制輪子頭吊り１４と、駆動力発生部２０と、駆動力伝達機構部６とを備えている。ブレーキ装置５は、駆動力発生部２０が発生する駆動力をてこの原理によって制輪子１１に伝達して踏面４ｃに制輪子１１を押し当てることにより、踏面４ｃと制輪子１１との間に発生する摩擦力によって車輪４ａの回転を抑える。ブレーキ装置５は、図３に示すように、各構成要素がユニット化されたユニットブレーキであり、図１に示すように車輪４ａ毎に設置されており（１台車当たり合計４個で１両当たり合計８個）、図示しないボルトなどの固定部材によって台車枠４ｂに固定されている。ブレーキ装置５は、踏面４ｃに対して片側から押し当てる踏面片押式のユニットブレーキ装置であり、保守性の向上と小型化が図られている。
【００２３】
駆動力発生部２０は、制輪子頭１２を駆動する駆動力を発生するブレーキシリンダ装置である。駆動力発生部２０は、図３に示すように、圧縮空気が供給口２０ｄから供給されるシリンダ２０ｃと、圧縮空気の空気圧により付勢されてシリンダ２０ｃ内をＡ１方向（図中矢印で示す）に前進するピストン２０ａと、ピストン２０ａを後退する方向（Ａ２方向）に付勢するバネ２０ｂなどを備えている。
【００２４】
駆動力伝達機構６は、制輪子頭１２に駆動力を伝達する梃子装置などである。駆動力伝達機構６は、梃子レバー１８と、連結ピン２１と、支点ピン１９と、押棒１３と、隙間調整部１７などを備えている。梃子レバー１８は、ピストン２０ａの直線運動を回転運動に変換するリンク部材であり、梃子レバー１８には支点ピン１９に近い側に凹状の球面貫通孔１８ａが形成されている。連結ピン２１は、ピストン２０ａの先端部と梃子レバー１８の一端部とを回転自在に連結する軸部材であり、支点ピン１９は梃子レバー１８を支持する部分である。押棒１３は、梃子レバー１８の回転運動を直線運動に変換する軸部材であり、ピストン２０ａが前進すると制輪子１１を踏面４ｃに押し当て、ピストン２０ａが後退すると制輪子１１を踏面４ｃから離間させる。押棒１３の先端部は、略Ｌ字状に屈曲して形成されており、押棒１３の他端部には雄ねじ部１３ａが形成されている。隙間調整部１７は、制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔を調整する筒状部材であり、隙間調整部１７の内周部には、押棒１３の雄ねじ部１３ａと噛み合う雌ねじ部１７ａが形成されており、隙間調整部１７の外周部には梃子レバー１８の球面貫通孔１８ａと嵌合する凸状の球面軸受部１７ｂが形成されている。制輪子１１の磨耗により押棒１３のストロークが足りなくなった場合は、隙間調整部１７によって雄ねじ部１３ａと雌ねじ部１７ａとのねじ込み量が調整され、押棒１３のストロークが変化して制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔を近づけることができる。尚、本実施形態においては、押棒１３のストロークが足りなくなると、梃子レバー１８の突起部１８ｂが回転機構２５を押込むことにより隙間調整部１７が回転し、自動的に制輪子１１と踏面４ｃとの間の間隔が調整される。
【００２５】
制輪子頭吊り１４は、制輪子１１及び制輪子頭１２を車輪４ａの回転軸を法線とする面内において回動自在に保持する部材（ハンガ）である。駆動力伝達機構６を収容するケーシング７は、制輪子頭吊り１４を回動自在に支持する支持部７ａを備えている。また、ケーシング７には駆動力発生部２０が取り付けられている。連結ピン１６は、制輪子頭吊り１４の一端部を支持部７ａに回動自在に連結する軸部材である。連結ピン２４は、制輪子頭吊り１４の他端部を回動自在に連結するとともに、押棒１３と制輪子頭１２とが一体となって進退可能なように押棒１３の屈曲部を制輪子頭１２に固定する軸部材（制輪子頭ピン）である。
押棒１３に形成された貫通孔である傾き調整孔１３ｂは、ブレーキ緩解時などに制輪子頭１２の過度の傾きを防止する部分であり、一定角度の傾きを許容できるように長穴状に形成されている。制輪子頭１２の取付孔１２ｄ（図４参照）に固定されたピン２３が制輪子頭１２の傾きに対応して変位し、傾き調整孔１３ｂの内壁に当接することで制輪子頭１２の傾きが規制される。
【００２６】
制輪子１１は、車輪４ａの踏面４ｃに押し当てられて制動力を発生するブレーキ摩擦材である。制輪子１１は、一般鋳鉄で製造された鋳鉄制輪子、りんやマンガンなどを一定量以上含有する鋳鉄で製造された合金鋳鉄制輪子、合成樹脂を主体とする合成制輪子、金属粉末を基材にして所定の制輪子特性を有する粉末成分を添加して焼結成形した焼結合金制輪子などである。制輪子１１は、図３に示すように、外観形状が略円弧状の板状部材であり、踏面４ｃと摩擦接触する摩擦面（ライニング面）１１ａと、制輪子頭１２と接触する背板１１ｂとを備えている。制輪子１１は、図示しない制輪子キー（制輪子コッタ）によって制輪子頭１２に固定されており、ブレーキ作用時には車輪４ａ側に向かって前進して踏面４ｃに押し当てられ、ブレーキ緩解時には後退して踏面４ｃから離間する。
【００２７】
制輪子頭１２は、制輪子１１と同様に外観形状が略円弧状に鋳造や板金などによって成形された金属であり、車輪４ａ側の端面において制輪子１１を支持している。制輪子頭１２の下端にはダンパ機構１５が設けられている。
【００２８】
図４は、制輪子頭１２の外観の側面図であり、図５は、図４に示す制輪子頭１２の正面図（押棒１３側から見た図）である。図６は、制輪子頭１２の下端に設けられたダンパ機構１５の拡大斜視図である。ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａと、鉄などの金属からなる円柱形状の錘部材１５ｂと、油などの粘性流体１５ｃとを有している。流体室１５ａは、制輪子頭１２に形成された貫通孔１２ｂと、溶接等により接合されて貫通孔１２ｂの両端を閉塞する蓋部１２ｃとによって形成され、連結ピン２４が貫通する貫通孔である連結孔１２ａの軸と平行な方向を軸とする円筒形状に形成されている。錘部材１５ｂは、外径が流体室１５ａの径よりも小さく、全長は流体室１５ａの長手方向の長さよりも短くなるように形成されており、流体室１５ａ内で径方向又は長手方向に変位可能となるように収容されている。粘性流体１５ｃは流体室１５ａの内壁と錘部材１５ｂとの間の隙間に収容されている。
なお、図４から図６は重力が下方向に作用しており、停車時など静止しているときを表した図である。このとき錘部材１５ｂは、図示しているように流体室１５ａの下方に位置しているが、ほとんどの場合、錘部材１５ｂと流体室１５ａの内壁の間に、粘性流体１５ｃが膜状に介在しており直接接触しないようになっている。
【００２９】
次に、ブレーキ装置５の動作について説明する。
ブレーキ作用時には、図３に示す駆動力発生部２０のシリンダ２０ｃ内に圧縮空気が供給されると、バネ２０ｂの付勢力に抗してピストン２０ａがＡ１方向に前進し、支点ピン１９を回転中心として梃子レバー１８がＢ１方向に回転する。梃子レバー１８の球面貫通孔１８ａには球面軸受部１７ｂが嵌合しているため、梃子レバー１８がＢ１方向に回転すると、連結ピン１６を回転中心として制輪子頭吊り１４がＣ１方向に回転するとともに押棒１３がＤ１方向に前進する。その結果、制輪子１１及び制輪子頭１２が押棒１３とともにＤ１方向に前進して、制輪子１１の摩擦面１１ａが踏面４ｃに押し当てられて車輪４ａの回転が制動される。
【００３０】
ブレーキ緩解時には、図３に示す駆動力発生部２０のシリンダ２０ｃ内の圧縮空気が排出されるとバネ２０ｂの付勢力によってピストン２０ａがＡ２方向に後退し、支点ピン１９を回転中心として梃子レバー１８がＢ２方向に回転するとともに、押棒１３がＤ２方向に後退して、制輪子１１の摩擦面１１ａが踏面４ｃから離れて車輪４ａの回転の制動が解除される。
【００３１】
次に、ブレーキ作用時におけるダンパ機構５の動作について説明する。
図７はブレーキ作用前のダンパ機構５における流体室１５ａを示す概念図である。図８は、ブレーキ作用による制輪子頭１２の振動を減衰させているときのダンパ機構５における流体室１５ａを示す概念図である。図７、図８はダンパ機構５の振動時の状態を説明するため、大きさを誇張して描いた図である。ブレーキ作用時において制輪子頭１２が制輪子ともに振動しようとすると（制輪子頭１２の移動方向は図８中矢印Ａで示す）、流体室１５ａ内において制輪子頭１２に形成された流体室１５ａとは独立した部材である錘部材１５ｂは慣性により元の位置（図７に示す位置）に留まろうとする。例えば制輪子頭１２が下方に移動するときは、錘部材１５ｂの周囲に充填されている粘性流体１５ｃが、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された上方の隙間を急速に流れる（図８に矢印で粘性流体１５ｃの流動方向を示す）。また逆に制輪子頭１２が上方に移動するときは、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された下方の隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れる。このように流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れることにより、粘性流体１５ｃと流体室１５ａ内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。この減衰力は、実使用条件下において制輪子頭１２の振動周波数が高いほど大きくなる。
【００３２】
また、ダンパ機構１５が制輪子頭１２の連結孔１２ａから離れた下端に設置されることで、連結孔１２ａの軸を回転軸とする回転を抑制するように働く力のモーメントは大きくなり、当該回転方向における制輪子頭１２の振動を抑制する効果を大きくすることが可能となる。
【００３３】
また、ダンパ機構１５を制輪子頭１２の下端における幅方向（図５の左右方向）の中央に設けることで、ダンパ機構１５を有する制輪子頭１２をコンパクトに構成することができ、幅方向の外側に十分な取り付けスペースがない場合においても取り付けることができる。
【００３４】
したがって、このようなダンパ機構１５により吸収可能な振動エネルギーが、制輪子１１から発生する振動エネルギーよりも大きい場合は、車両への乗車人数、積載量、車輪の表面状態等の使用条件によらず制輪子頭１２の振動を抑制できる。更に、制輪子頭１２の振動を抑えることによりブレーキ装置５全体の振動も抑えられ、「鳴き」の発生を有効に抑制することができる。また、ダンパ機構１５を設けることで振動抑制が可能であるため、制輪子頭１２の材料として振動を吸収可能な低剛性材料を用いる必要はなく、剛性の高い高強度材料を用いて劣化を抑制することも可能である。また、繰り返し変形による劣化の影響を受けにくい粘性流体１５ｃを用いた構成であり、経年劣化による制振能力の低下も抑制できる。
【００３５】
また、車輪４ａの踏面４ｃに制輪子１１を押し当てることにより、車輪４ａの回転を制動する構成とすることで、車輪４ａの回転軸方向においてブレーキ装置をより小型に形成することができるとともに、踏面４ｃの表面状態が変化して摩擦による振動の周期等が変化するような場合であってもダンパ機構１５によって効果的に振動を減衰することができる。
【００３６】
また、流体室１５ａが制輪子頭１２と一体に形成されているため、鉄道車両の走行時の振動等により制輪子頭１２から流体室１５ａ部分が外れる虞がなくなる。また、流体室１５ａを別途制輪子頭に取り付ける工程を削減することができ、ダンパ機構１５の形成が容易に可能となる。
【００３７】
本実施形態の変形例として、図９に示すように錘部材１５ｂの外周に沿ってＯリングなど弾性部材であって、ダンパ機構の共振点が減衰させたい振動の周波数帯よりも低い周波数帯になるようなスペーサ部材１５ｄを取り付けることができる。スペーサ部材１５ｄにより、ブレーキ緩解時において流体室１５ａの内径の略中心に錘部材１５ｂを配置させることができる。従って車両２が長時間停止していても、重力により錘部材１５ｂが降下して流体室１５ａの内壁に接触することが無く、錘部材１５ｂの全周囲に粘性流体１５ｃを充填することができる。スペーサ部材１５ｄが弾性変形することにより、粘性流体１５ｃは当該隙間を通過して流動することが可能であり、制輪子頭１２の振動開始時における粘性流体１５ｃの流動が促進され、振動エネルギーを有効に吸収することが可能となる。
【００３８】
更に図１０に示すようにスペーサ部材１５ｄを錘部材１５ｂの長手方向端部に設けることにより、スペーサ部材１５ｄは粘性流体１５ｃを流体室１５ａに密封するためのシールとしても利用することができ、部品点数や組立工数を低減することができる。更に長手方向端部に確実に隙間を形成することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係るブレーキ装置における制輪子頭２２の外観の側面図であり、図１２は、図１１に示す制輪子頭２２の正面図（押棒１３側から見た図）である。図１３は、制輪子頭２２の下端に設けられたダンパ機構１５の拡大斜視図である。第２実施形態に係るブレーキ装置は制輪子頭２２に設けられたダンパ機構１５の位置が第１実施形態と異なるものである。第１実施形態で示した部分と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。当該ダンパ機構１５は第１実施形態と同形状の流体室１５ａ、錘部材１５ｂ、粘性流体１５ｃを備える。ダンパ機構１５は、制輪子頭２２の側面にボルトなどの固定部材（図示せず）を用いて制輪子頭２２の側面から突出した状態で装着されている。尚、第１実施形態と同様に流体室１５ａを制輪子頭２２と一体に形成して落下等を確実に防止することも可能である。
【００４０】
このように、ダンパ機構１５を側面から突出した状態とすることにより、ダンパ機構１５の突出方向を半径方向として制輪子頭２２を回転させるため要するモーメントは大きくなる。そのため、当該突出方向を半径方向とする制輪子頭２２の回転振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。すなわち、ダンパ機構１５の位置は、ダンパ機構１５を除く制輪子頭２２本体の幅方向（図１２の左右方向）の中心から離れた位置となるため、例えば制輪子頭２２の幅方向の中心を通り流体室１５ａの中心軸Ｘと交わる鉛直軸Ｙ（図１３参照）を回転軸とした制輪子頭２２の回転振動を抑制するように働く力のモーメントは大きくなり、当該振動に対してより大きな振動抑制効果を発揮することが可能である。
【００４１】
（第３実施形態）
図１４は、第３実施形態に係るブレーキ装置３５の側面図であり、図１５は当該ブレーキ装置３５の平面図である。また、図１６は、図１５に示すバックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）の側面概略図（図１５中のＺ軸方向にブレーキディスク１１１側から見た図）であり、図１７は、当該バックプレート１０９ｂの正面概略図である。
第３実施形態に係るブレーキ装置３５はディスクブレーキ型のブレーキ装置であり、鉄道車両の車輪（図示せず）の回転に連動して回転する円板状のブレーキディスク１１１（回転体）に制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てることによりブレーキディスク１１１を制動し、鉄道車両の車輪の回転を制動するブレーキ装置である。ブレーキディスク１１１は回転軸と直交するように配置される面１１１ａ、１１１ｂ（直交面）を有する円板状に形成されており、制輪子３１ａ、３１ｂは直交面に対して、ブレーキディスク１１１の回転軸方向（図１４中のＺ軸方向）と略平行な方向から押し当てられる。なお、第１実施形態及び第２実施形態に示した部分と同一部分には、同一符号を付し説明を省略する。
【００４２】
図１４に示すように、ブレーキ装置を支持する支持部材１０３は、鉄道車両の進行方向（図１４中のＸ軸方向）と平行に伸びるように鉄道車両の車体１０１に固定された支軸１０２を中心として揺動可能に鉄道車両に取り付けられている。支持部材１０３は、鉄道車両の進行方向からみた左右の両端部においてそれぞれ、鉛直方向に伸びる支点軸１０４ａ、１０４ｂを備えている（図１５参照）。
【００４３】
梃子１０６ａは、支点軸１０４ａを支点として揺動可能に取り付けられている。梃子１０６ａのブレーキディスク１１１側の端部には、バックプレート１０９ａ（制輪子保持部材）が、支点軸１０４ａと平行に配置される作用点軸１０７ａを中心に揺動可能に取り付けられている。バックプレート１０９ａにおけるブレーキディスク１１１に対向する面には、制輪子３１ａが図示しない取付部材により取り付けられている。制輪子３１ａは、第１実施形態で示した制輪子１１と同様の材質で形成したものを用いることができる。また梃子１０６ａにおける作用点軸１０７ａと反対側の端部は、支軸１０８ａを介して駆動力発生部３０が設けられている。
【００４４】
また、図１５に示すように、ブレーキディスク１１１を挟んで対称に、梃子１０６ａと同形状の梃子１０６ｂが設けられている。梃子１０６ｂは、支点軸１０４ｂを支点として揺動可能に取り付けられており、一端には作用点軸１０７ｂを介してバックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）と制輪子３１ｂとが設置され、他端は支軸１０８ｂを介して駆動力発生部３０に連結されている。バックプレート１０９ｂ（制輪子保持部材）及び制輪子３１ｂはバックプレート１０９ａ及び制輪子３１ａとブレーキディスク１１１を挟んで対称な形状である。
【００４５】
駆動力発生部３０は、供給経路１１３を介して供給口１１２から圧縮空気が供給されることによりブレーキディスク１１１の回転軸方向（図１５中のＺ軸方向）において支軸１０８ａと支軸１０８ｂとを離間させるように駆動するブレーキシリンダ装置である。駆動力発生部３０が発生するブレーキディスク１１１の法線方向の駆動力が、支軸１０８ａを介して梃子１０６ａに作用し、支点軸１０４ａを支点として、てこの原理によってバックプレート１０９ａに設けられた制輪子３１ａは、ブレーキディスクの表面１１１ａにブレーキディスク１１１の回転軸方向から押し当てられる。一方、制輪子３１ａがブレーキディスクの表面１１１ａから受ける反力を利用して、駆動力発生部３０から支軸１０８ｂを介して梃子１０６ｂの端部に駆動力が作用することにより、支点軸１０４ｂを支点としてバックプレート１０９ｂに設けられた制輪子３１ｂは、ブレーキディスクの表面１１１ｂにブレーキディスク１１１の回転軸方向から押し当てられる。これにより、ブレーキディスク１１１を制輪子３１ａと制輪子３１ｂとで挟み込んで、直交面１１１ａと制輪子３１ａ、直交面１１１ｂと制輪子３１ｂとの間に発生する摩擦力によってブレーキディスク１１１の回転が制動され、ブレーキディスク１１１と同軸に設けられている鉄道車両の車輪の回転が制動される。
【００４６】
ダンパ機構１５は、バックプレート１０９の下端付近に設けられており、第１実施形態で示したダンパ機構と同形状の流体室１５ａ、錘部材１５ｂ、粘性流体１５ｃを備える（図１４、図１６参照）。ダンパ機構１５は、バックプレート１０９の側面にボルトなどの固定部材（図示せず）を用いて、バックプレート１０９の側面から、制輪子３１が設けられていない側に突出した状態で装着されている（図１５、図１７参照）。言い換えれば、ダンパ機構１５は、当該ダンパ機構１５が装着されていない状態のバックプレート１０９における鉛直方向に伸びる重心軸から水平方向に離れた位置に設置されている。尚、図１４、図１６に示すように、ダンパ機構１５は、円筒形状の流体室１５ａの円筒軸方向および円柱形上の錘部材１５ｂの円柱軸方向を進行方向に向けて設置する場合に限らず、設置する向きを走行条件に合わせて変更することも可能である。
【００４７】
ブレーキ作用時においてバックプレート１０９ａ、１０９ｂが制輪子３１ａ、３１ｂともに自励振動し始めると、第１実施形態で説明したのと同様に、流体室１５ａ内において制輪子頭１２に形成された流体室１５ａとは独立した部材である錘部材１５ｂは慣性により元の位置に留まろうとする。そのため、流体室１５ａ内において流体室１５ａ内壁と錘部材１５ｂとの間に形成された隙間を粘性流体１５ｃが急速に流れることにより、粘性流体１５ｃと流体室１５ａ内壁の壁面との粘性摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて散逸することによって減衰力が発生する（スクィーズフィルムダンピング）。この減衰力は、実使用条件下において制輪子頭１２の振動周波数が高いほど大きくなる。
【００４８】
このように、制輪子３１ａ、３１ｂが鉄道車両の車輪に接触して制動させる構成ではなく、当該車輪と別部材であるブレーキディスク１１１に制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てて制動する構成となっているため、制輪子３１ａ、３１ｂが押し当てられるブレーキディスク１１１の材質、形状等の選定の幅が広がり走行条件に適したものを用いることができる。例えば、熱伝導性の高い材料を用いて放熱性を高めることもでき、また、放熱しやすい形状にすることも可能である。
【００４９】
また、ブレーキディスク１１１に、当該ブレーキディスク１１１の回転軸方向から制輪子３１ａ、３１ｂを押し当てることで、ブレーキディスク１１１と制輪子３１ａ、３１ｂとの接触面積を大きくすることができるため、ブレーキディスク１１１の回転の制動を安定させることができるとともに、ディスクブレーキ型のブレーキ装置による車輪の回転制動時において発生しやすい振動をバックプレート１０９の下端付近に設けられたダンパ機構１５により効果的に減衰させることができる。
【００５０】
更に上記の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態のダンパ機構１５において、粘性流体１５ｃを加圧して流体室１５ａに封入することもできる。無加圧の場合は、自励振動の周波数や粘性流体１５ｃの粘度などによっては、粘性流体１５ｃ内にキャビテーションが発生し、減衰特性に影響を与えるが、加圧することによりキャビテーションの発生を抑制することができる。なお加圧する圧力は、粘性流体１５ｃの粘度や対象とする振動の周波数帯によって定めることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。
【図２】図１における台車部分の拡大図である。
【図３】第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の側面図である。
【図４】図３に示す制輪子頭の側面図である。
【図５】図３に示す制輪子頭の正面図である。
【図６】図３に示す制輪子頭におけるダンパ機構部分の拡大斜視図である。
【図７】ブレーキ作用前のダンパ機構における流体室を示す概念図である。
【図８】ブレーキ作用により振動時のダンパ機構における流体室を示す概念図である。
【図９】第１実施形態の第１の変形例を示す図である。
【図１０】第１実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の制輪子頭の側面図である。
【図１２】図１１に示す制輪子頭の正面図である。
【図１３】図１１に示す制輪子頭におけるダンパ機構部分の拡大斜視図である。
【図１４】第３実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の側面図である。
【図１５】第３実施形態に係る鉄道車両用ブレーキ装置の平面図である。
【図１６】図１４に示す制輪子頭の側面図である。
【図１７】図１４に示す制輪子頭の正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 軌道
２ 車両
３ 車体
４ 台車
４ａ 車輪
４ｃ 踏面
５、３５ ブレーキ装置
６ 駆動力伝達機構
１１ 制輪子
１２、２２ 制輪子頭（制輪子保持部材）
１３ 押棒
１４ 制輪子頭吊り
１５ ダンパ機構
１５ａ 流体室
１５ｂ 錘部材
１５ｃ 粘性流体
１５ｄ スペーサ部材
１６、２４ 連結ピン
２０、３０ 駆動力発生部
１０３ 支持部材
１０６ａ、１０６ｂ 梃子
１０９ バックプレート（制輪子保持部材）
１１１ ブレーキディスク（回転体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車輪、または、当該車輪の回転に連動して回転する回転体に制輪子を押し当てることにより当該車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置において、
前記制輪子を支持する制輪子保持部材と、
前記制輪子保持部材に設けられたダンパ機構と、
を備え、
前記ダンパ機構は、円筒形状の流体室と、前記流体室内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材と、前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間に収容される粘性流体と、を有することを特徴とする鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項２】
前記車輪の踏面に前記制輪子を押し当てることにより、前記車輪の回転を制動することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項３】
前記回転体は当該回転体の回転軸に直交するように配置される直交面を有する円板状に形成されており、前記制輪子が当該直交面に押し当てられることにより、前記車輪の回転が制動されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項４】
前記ダンパ機構は、前記錘部材の外周に沿って配置され前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間を確保するスペーサ部材を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項５】
前記流体室は、前記制輪子保持部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項６】
前記ダンパ機構は、前記制輪子保持部材の側面から突出して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項７】
前記粘性流体は、加圧状態で収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項１】
鉄道車両の車輪、または、当該車輪の回転に連動して回転する回転体に制輪子を押し当てることにより当該車輪の回転を制動する鉄道車両用ブレーキ装置において、
前記制輪子を支持する制輪子保持部材と、
前記制輪子保持部材に設けられたダンパ機構と、
を備え、
前記ダンパ機構は、円筒形状の流体室と、前記流体室内で変位可能に収容される円柱形状の錘部材と、前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間に収容される粘性流体と、を有することを特徴とする鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項２】
前記車輪の踏面に前記制輪子を押し当てることにより、前記車輪の回転を制動することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項３】
前記回転体は当該回転体の回転軸に直交するように配置される直交面を有する円板状に形成されており、前記制輪子が当該直交面に押し当てられることにより、前記車輪の回転が制動されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項４】
前記ダンパ機構は、前記錘部材の外周に沿って配置され前記流体室内壁と前記錘部材との間の隙間を確保するスペーサ部材を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項５】
前記流体室は、前記制輪子保持部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項６】
前記ダンパ機構は、前記制輪子保持部材の側面から突出して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項７】
前記粘性流体は、加圧状態で収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の少なくともいずれか１項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−２８５４５８（Ｐ２００７−２８５４５８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４８５０（Ｐ２００６−１１４８５０）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０３４０５６８９）ナブテスコ株式会社 (737)
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０３４０５６８９）ナブテスコ株式会社 (737)
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
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