JP2010270826A - ディスクブレーキ用摩擦材組立て体 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの低減や組立性の向上を図ることができ、しかも、ディスクロータの周方向及び半径方向の変形に対して優れた追従性を有するディスクブレーキ用摩擦材組立て体を得る。
【解決手段】アンカプレート５に固定されるサポートプレート７上にロータ周方向に並べて配置される複数個の摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、裏板２１上に固着される摩擦材２３がロータ周方向に延びるスリットＳ１によって複数個の単位摩擦材ブロック３１に分割され、且つ、各セグメントの内周側及び外周側の単位摩擦材ブロック３１が、サポートプレート７上に隆起形成された着座部１１に固着され、着座部１１以外では、各セグメントの裏板２１がサポートプレート７から浮いた状態に保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば鉄道車両用のディスクブレーキ装置に使用されるディスクブレーキ用摩擦材組立て体に関し、特に、ディスクロータの周方向及び半径方向の変形（うねり、熱膨張変形）に対して優れた追従性を発揮して、安定した制動性能を得るための改良に関する。

ディスクブレーキ装置は、車軸に固定されるディスクロータと、このディスクロータに対峙して配置されるアンカプレートと、このアンカプレートをディスクロータに向かって進退駆動するアクチュエータを内蔵して車体フレームに固定されるブレーキキャリパと、アンカプレートのディスクロータ側の面に組み付けられるライニング組立て体から構成され、アンカプレートをディスクロータ側に進出させてライニング組立て体上の摩擦材をディスクロータに押圧させた時の摺動摩擦により、制動トルクを発生する。

鉄道車両用のディスクブレーキ装置では、ディスクロータやライニング組立て体が大型になるため、ディスクロータに押圧させる摩擦材を一体部品で形成すると、摩擦熱等でディスクロータに発生するうねり等に追従できずに非接触の領域が多くなり、安定した制動特性が得られない。

そこで、下記特許文献１では、ライニング組立て体は、アンカプレートに支持されるサポートプレート（文献では、「支持プレート」と呼称している）上に複数個の摩擦材セグメント（文献では、「摩擦エレメント」と呼称している）を配置した構成とし、各摩擦材セグメントとサポートプレートとの結合部には球面継手構造や板ばねを使って、各摩擦材セグメントをサポートプレートに対し個別に揺動（旋回）自在に取り付けた構造のディスクブレーキ用摩擦材組立て体を提案している。

また、下記特許文献２では、ライニング組立て体は、アンカプレートに支持されるサポートプレート（文献では、「基板」（ベースプレート）と呼称している）のロータ半径方向及びロータ周方向のそれぞれに複数個の摩擦材セグメントを配置した構成とし、各摩擦材セグメントは一つの裏板上に２つの摩擦材ブロック（文献では、「摩擦要素」と呼称している）をロータ周方向に並べた形態で、２つの摩擦材ブロック間をサポートプレートにリベット止めする構造のディスクブレーキ用摩擦材組立て体を提案している。

特表２００５−５３０９６３号公報 特開２００６−１９４４２９号公報

ところが、上記特許文献１に記載されたディスクブレーキ用摩擦材組立て体は、摩擦材セグメントをサポートプレートに結合する球面継手構造に高度な加工精度が必要とされ、部品の加工が難しいため、加工コストが嵩むという問題が生じた。また、板ばね等も組み込むため構成部品点数が多くなり、構成部品点数や組立て工程数の増加がコストアップを招くという問題も生じた。

一方、上記特許文献２に記載されたディスクブレーキ用摩擦材組立て体は、摩擦材セグメントのサポートプレートへの結合にリベット止めを採用しており、球面継手構造に比べ、特に高度な加工精度が要求される部品がなく、加工コストを低減することができる。
しかし、ロータ周方向だけでなく、ロータ半径方向にも複数個の摩擦材セグメントを配列する構成で、サポートプレート上での摩擦材セグメントの配列がロータ周方向に複数列になり、配列する摩擦材セグメントの数量自体が多くなる。そして、各摩擦材セグメント毎にサポートプレートへのリベット止めを行う構成のため、摩擦材セグメント及びリベットなどの部品点数が非常に多くなり、部品点数や組立て工程数の増加がコストアップを招くという問題が生じた。
また、ロータ半径方向に並ぶ複数の摩擦材セグメントは、ロータ半径方向の線状でリベットにより強固に固定する構造で、各摩擦材セグメント自体にはロータ半径方向に撓み変形を生じる自由度がないため、ディスクロータに装備されるベンチレートフィンによる部分的な肉厚変化等に起因してディスクロータの半径方向に生じる凸曲面状の熱膨張変形には追従できないという問題もあった。

本発明の目的は上記課題を解消することに係り、コストの低減や組立性の向上を図ることができ、しかも、ディスクロータの周方向及び半径方向の変形に対しても優れた追従性を発揮して、安定した制動性能を得ることのできるディスクブレーキ用摩擦材組立て体を提供することにある。

上記目的は下記構成により達成される。
（１）本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体は、制動トルクを受けるアンカプレートに固定されるサポートプレートと、前記サポートプレート上にロータ周方向に一列に並べて配置される複数個の摩擦材セグメントとを備え、
前記各摩擦材セグメントは、前記サポートプレートの着座部に固着される裏板と、この裏板上に固着される摩擦材とを備えると共に、前記摩擦材が、ロータ周方向に延びるスリットによってロータ半径方向に複数個の単位摩擦材ブロックに区画され、
前記各摩擦材セグメントは、ロータ半径方向の内周側に位置する前記単位摩擦材ブロックと外周側に位置する前記単位摩擦材ブロックとを前記着座部に固着させることで前記サポートプレートへ固定され、
前記着座部は周囲より裏板側に隆起して、前記着座部以外では、前記裏板が前記サポートプレートから浮いた状態に保持されていることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の構成で、前記摩擦材セグメントは、摩擦材が、ロータ周方向に延びる少なくとも２本以上のスリットによって、ロータ半径方向に３個以上の前記単位摩擦材ブロックに区画されていることを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）に記載の構成で、前記着座部の位置が、前記各摩擦材セグメントにおけるロータ半径方向の内周側に位置する前記単位摩擦材ブロック及び外周側に位置する前記単位摩擦材ブロックのロータ周方向の各中間部に対応した位置に設定されていることを特徴とする。

（４）上記（１）乃至（３）の何れか１つに記載の構成で、前記各摩擦材セグメントは、前記各単位摩擦材ブロックがロータ半径方向に一列に並んだ構成を成し、且つ、前記各単位摩擦材ブロックのロータ周方向の長さがディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィンの配列ピッチ程度またはそれ以下の大きさに設定されていることを特徴とする。

上記のディスクブレーキ用摩擦材組立て体では、各摩擦材セグメントのサポートプレートへの結合は、例えばリベット止めや、溶接を利用した固着構造でよく、高精度な加工が必要となる球面継手構造に比べ、加工コストを低減することができる。
また、各摩擦材セグメントは、ロータ半径方向の内周側及び外周側に位置する単位摩擦材ブロックの２箇所をサポートプレートに固着させることでサポートプレートへの固定を果たすが、ロータ周方向に複数列に摩擦材セグメントを並べる従来のディスクブレーキ用摩擦材組立て体と比較すると、摩擦材セグメントの配列がロータ周方向に一列になっているため、リベット等の締結手段などの構成部品点数を大幅に削減できる。

更に、複数個の摩擦材セグメントが、ロータ周方向に並べて配置されていて、摩擦熱等でディスクロータの周方向に発生するうねりに対して独立に追従動作をすることができる。
また、各摩擦材セグメントは、サポートプレートの着座部への固着箇所が、ロータ半径方向の内周側及び外周側の２箇所になっている。即ち、各摩擦材セグメントにおいて、２箇所の固着箇所間に位置するロータ半径方向の中間部は、摩擦材を支持している裏板がサポートプレートから浮いた状態になっている。そのため、各摩擦材セグメントは、ロータ半径方向の中間部がディスクロータの半径方向の凸形状との摺接によって押圧を受けたとき、サポートプレート側に撓み変形することができ、例えばディスクロータに装備されるベンチレートフィンによる部分的な肉厚変化等に起因してディスクロータの半径方向に生じる凸曲面状の熱膨張変形にも、良好な追従性を発揮することができる。

本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体の一実施の形態における組立て前の正面図である。 ディスクブレーキ用摩擦材組立て体の斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 １つの摩擦材セグメントを示す斜視図である。 （ａ）はサポートプレートの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。 図２のＣ矢視図である。 図２のＤ−Ｄ断面図である。 図７のＥ部の拡大図である。 図８に示した摩擦材セグメントの変形を説明する断面図である。 図９に示した摩擦材セグメントが、ディスクロータの周方向のうねりに追従している状態の説明図である。 図１に示したディスクブレーキ用摩擦材組立て体が、ディスクロータの半径方向の熱膨張変形に追従している状態の説明図である。

以下、本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体の一実施の形態における組立て前の正面図、図２はディスクブレーキ用摩擦材組立て体の斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４はディスクブレーキ用摩擦材組立て体に使用されている１つの摩擦材セグメントの斜視図、図５（ａ）は組立て体半体に使用されているサポートプレートの斜視図、図５（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図、図６は図２の一部破断したＣ矢視図、図７は図２のＤ−Ｄ断面図、図８は図７のＥ部の拡大図である。

この一実施の形態のディスクブレーキ用摩擦材組立て体１は、鉄道車両用のディスクブレーキ装置に使用されるもので、ロータ周方向（図１の矢印Ｘ方向）に端部を突き合わせて配列される一対の組立て体半体３Ａ，３Ｂで構成されている。

一対の組立て体半体３Ａ，３Ｂは、いずれも、制動トルクを受けるアンカプレート５に固定されるサポートプレート７と、サポートプレート７上にロータ周方向に並べて配置される複数個（図１の図示例では４個）の摩擦材セグメント９ａ〜９ｄとを備える。

一対の組立て体半体３Ａ，３Ｂは、それぞれの組立て体半体に使用されるアンカプレート５，サポートプレート７，摩擦材セグメント９ａ〜９ｄが、各組立て体半体で左右勝手反対の形状になっている。

図示はしていないが、一対の組立て体半体３Ａ，３Ｂのアンカプレート５は、互いに突き合される端部とは逆側の端部が、車体に固定されているサポートにロータ軸方向にのみ移動可能に支持される。また、各アンカプレート５のサポートプレート７側とは逆の面には、ブレーキキャリパに収容されているピストンが当接される。

各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、いずれも基本的な構成は同一で、図３に示すように、サポートプレート７の着座部１１に固着される裏板２１と、この裏板２１上に固着されてロータ表面に押圧される摩擦材２３とを備えている。

各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄにおいて、摩擦材２３は、図４に示すように、ロータ周方向（図４では、矢印Ｘ１方向）に延びるスリットＳ１によって、ロータ半径方向（図４では、矢印Ｙ１方向）に３個の単位摩擦材ブロック３１に区画されている。
なお、スリットＳ１は、各セグメントのロータ周方向の全範囲に及ぶものではなく、ロータ周方向の中間部領域Ｍを残して設けられている。そのため、スリットＳ１により区画された単位摩擦材ブロック３１の相互が分割されてない。

また、本実施の形態の場合、スリットＳ１は、摩擦材２３と一緒に、裏板２１にも形成されている。
裏板２１に形成するスリットＳ１は、裏板２１をロータ半径方向に一続きにするために、中間部領域Ｍを残して形成するが、摩擦材２３に形成するスリットＳ１はロータ周方向の全長を横断するように（即ち、中間部領域Ｍを残さずに）形成しても良い。

前述のサポートプレート７に形成する着座部１１の位置は、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄにおけるロータ半径方向の内周側の単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の中間部に対応した位置、及びロータ半径方向の外周側の単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の中間部に対応した位置に設定されている。

各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄの固定は、図３に示すように、単位摩擦材ブロック３１の裏板２１をサポートプレート７の着座部１１にリベット３５により固着することで達成している。

なお、サポートプレート７は、図９に示すように、リベット４７によって、アンカプレート５に固着される。

サポートプレート７に形成した着座部１１は、図５（ｂ）にも示しているように、プレス成形による押し出しにより、周囲より高さ寸法ｈだけ裏板２１側に隆起している。そのため、着座部１１に固着された各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、着座部１１以外では、図８に示すように、裏板２１がサポートプレート７から寸法ｈだけ浮いた状態に保持されている。

また、本実施の形態において、着座部１１の大きさは、固着力を確保する必要最小限の大きさに設定されている。
本実施の形態の場合は、着座部１１への摩擦材セグメント９ａ〜９ｄの固着は、使用するリベット３５の寸法に相応する必要最小限に設定されている。

また、本実施の形態の場合、ロータ周方向の端部の摩擦材セグメント９ａ以外のセグメント９ｂ〜９ｄは、ロータ周方向に延びるスリットＳ１が２本装備されていて、摩擦材２３がロータ半径方向に３個の単位摩擦材ブロック３１に分割されている。
端部の摩擦材セグメント９ａは、ロータ半径方向の長さが短いため、ロータ周方向に延びる１本のスリットＳ１により、摩擦材２３がロータ半径方向に２個の単位摩擦材ブロック３１に分割されている。

以上に説明した各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、ロータ周方向に延びるスリットＳ１によって区画された単位摩擦材ブロック３１がロータ半径方向に並んだ構成（図４参照）を成している。そして、各単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の長さＬ（図４，９参照）が、図１０に示すようにディスクロータ４１の背面に設けられるベンチレートフィン４１ａの配列ピッチＬｆ程度または、それ以下の大きさに設定されている。

通常、ディスクロータ４１のベンチレートフィン４１ａは、ロータ中心側から放射状に、ロータ半径方向に延びるリブ状に形成されているため、ベンチレートフィン４１ａの配列ピッチＬｆはロータ外径側ほど大きくなる。
そのため、各単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の長さＬは、ロータ内径側よりもロータ外径側の方が大きくなり、各単位摩擦材ブロック３１の外郭形状は、図４に示したような略扇形になっている。

なお、ディスクロータ４１は、摺動摩擦による摩擦熱によって図１０に示したようにロータ周方向にうねり４３が発生するが、更に、図１１に示すように、ベンチレートフィン４１ａによる部分的な肉厚変化等に起因してディスクロータ４１の半径方向の中間部が、板厚方向に凸曲面状の熱膨張変形４５を生じる。

以上に説明したディスクブレーキ用摩擦材組立て体１では、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄのサポートプレート７への結合は、リベット止めを利用した固着構造で、高精度な加工が必要となる球面継手構造を使っていない。即ち、特に高度な加工精度が要求される部品がないため、加工コストを低減することができる。
また、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、サポートプレート７上への摩擦材セグメント９ａ〜９ｄの配列がロータ周方向に一列（単列）になっているため、ロータ周方向に複数列に摩擦材セグメントを並べる従来のディスクブレーキ用摩擦材組立て体と比較すると、摩擦材セグメント及びリベット等の構成部品点数を大幅に削減することもでき、コストの低減や組立性の向上を図ることができ。

更に、複数個の摩擦材セグメント９ａ〜９ｄが、ロータ周方向に並べて配置されていて、ディスクロータの周方向に発生するうねりに対し、独立に追従動作をすることができる。しかも、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、図９にも示したように、ロータ周方向の長さの中間部がサポートプレート７の着座部１１に固着されていて、着座部１１以外では、単位摩擦材ブロック３１を支持している裏板２１がサポートプレート７から浮いた状態に保持されている。

そのため、着座部１１からロータ周方向に離れた裏板２１の両側縁部３１ａは、ディスクロータとの摺接で押圧力を受けたときに、サポートプレート７から浮いている裏板２１が図９に矢印Ｆで示すように、サポートプレート７側に弾性変位する。従って、図１０に示すように、ディスクロータ４１の周方向のうねり４３に対して優れた追従性を得ることができる。

また、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、図４にも示したように、摩擦材２３が、ロータ周方向に延びるスリットＳ１により複数個の単位摩擦材ブロック３１に区画されると共に、サポートプレート７の着座部１１への固着箇所が、ロータ半径方向の内周側及び外周側の２箇所になっている。
即ち、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄにおいて、２箇所の固着箇所間に位置するロータ半径方向の中間部は、裏板２１がサポートプレート７から浮いた状態になっている。そのため、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、熱膨張変形４５によりロータ半径方向に形成される凸形状にの押圧を受けたとき、図１１に示すように、ロータ半径方向の中間部がサポートプレート７側に撓み変形することができて、良好な追従性を発揮することができる。
従って、上記のディスクブレーキ用摩擦材組立て体１では、ディスクロータの周方向及び半径方向の双方の変形に対して追従性を発揮して、安定した制動性能を得ることができる。
また、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄが単位摩擦材ブロック３１をロータ半径方向に並べた構成であるため、摩擦材セグメント９ａ〜９ｄのロータ周方向の長さは、ロータ周方向に並ぶ単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の長さに一致したものとなり、この長さがディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィン４１ａの配列ピッチＬｆ（図１０参照）程度に設定されることで、ディスクロータの半径方向に生じる凸曲面状の熱膨張変形４５に対する追従性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄにおいて、摩擦材２３を区画するスリットは、ロータ周方向に沿って延びるスリットＳ１だけであった。換言すれば、各摩擦材セグメント９ａ〜９ｄは、ロータ半径方向に単位摩擦材ブロック３１が並ぶブロック列が、図４に示したように、単列であった。
しかし、本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体では、各摩擦材セグメントは、ロータ半径方向に単位摩擦材ブロックが並ぶブロック列が、ロータ半径方向に延びるスリットを介在して、複数列に配列された構成としても良い。
その場合に、ロータ半径方向に延びる各ブロック列における各単位摩擦ブロックのロータ周方向の長さは、ディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィンの配列ピッチ程度または、それ以下の大きさに設定すると良い。

このような構成のディスクブレーキ用摩擦材組立て体では、摩擦材セグメントのロータ周方向の長さは、ディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィンの配列ピッチよりも大きくなるが、ロータ半径方向に延びるスリットによって、ロータ周方向の長さが複数のブロック列に区画される。そして、ロータ半径方向に単位摩擦材ブロック３１を配置した各ブロック列相互は、ロータ半径方向に介在するスリットにより互いに独立的にサポートプレート７側に弾性変位可能で、ロータ周方向に並ぶ各単位摩擦材ブロック３１のロータ周方向の長さがディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィン４１ａの配列ピッチ程度に設定されることで、先のディスクブレーキ用摩擦材組立て体１の場合と同様、ディスクロータの半径方向に生じる凸曲面状の熱膨張変形にも追従性させることができる。

なお、本発明に係る摩擦材セグメントにおいて、ロータ周方向に延びるスリットＳ１の装備本数は、好ましくは、上記実施の形態の摩擦材セグメント９ｂ〜９ｄのように、２本以上とすると良い。

また、本発明に係るディスクブレーキ用摩擦材組立て体において、各摩擦材セグメントをサポートプレートに固着する手段は、上記実施の形態に示したリベット止めに限らない。例えば、スポット溶接や、ねじ止めを採用することも可能である。

また、上記実施の形態では、サポートプレート７の着座部１１は、プレス成形により周囲から隆起した形状に成形しているが、平ワッシャ等の別部材をサポートプレート７に溶接することで、周囲から隆起した着座部を形成するようにしても良い。

１ ディスクブレーキ用摩擦材組立て体
３Ａ，３Ｂ 組立て体半体
５ アンカプレート
７ サポートプレート
９ａ〜９ｄ 摩擦材セグメント
１１ 着座部
２１ 裏板
２３ 摩擦材
３１ 単位摩擦材ブロック
３１ａ 側縁部
３５ リベット
４１ ディスクロータ
４１ａ ベンチレートフィン
４３ うねり
４５ 凸曲面状の変形
Ｓ１ スリット

Claims (4)

1. 制動トルクを受けるアンカプレートに固定されるサポートプレートと、前記サポートプレート上にロータ周方向に一列に並べて配置される複数個の摩擦材セグメントとを備え、
   前記各摩擦材セグメントは、前記サポートプレートの着座部に固着される裏板と、この裏板上に固着される摩擦材とを備えると共に、前記摩擦材が、ロータ周方向に延びるスリットによってロータ半径方向に複数個の単位摩擦材ブロックに区画され、
   前記各摩擦材セグメントは、ロータ半径方向の内周側に位置する前記単位摩擦材ブロックと外周側に位置する前記単位摩擦材ブロックとを前記着座部に固着させることで前記サポートプレートへ固定され、
   前記着座部は周囲より裏板側に隆起して、前記着座部以外では、前記裏板が前記サポートプレートから浮いた状態に保持されていることを特徴とするディスクブレーキ用摩擦材組立て体。
2. 前記摩擦材セグメントは、摩擦材が、ロータ周方向に延びる少なくとも２本以上のスリットによって、ロータ半径方向に３個以上の前記単位摩擦材ブロックに区画されていることを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ用摩擦材組立て体。
3. 前記着座部の位置が、前記各摩擦材セグメントにおけるロータ半径方向の内周側に位置する前記単位摩擦材ブロック及び外周側に位置する前記単位摩擦材ブロックのロータ周方向の各中間部に対応した位置に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のディスクブレーキ用摩擦材組立て体。
4. 前記各摩擦材セグメントは、前記各単位摩擦材ブロックがロータ半径方向に一列に並んだ構成を成し、且つ、前記各単位摩擦材ブロックのロータ周方向の長さがディスクロータ背面に設けられるベンチレートフィンの配列ピッチ程度またはそれ以下の大きさに設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のディスクブレーキ用摩擦材組立て体。

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