JP2018179211A - 車両用制輪子 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）を抑えることができる車両用制輪子を提供する。【解決手段】鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子１であって、台金（背板）５の前面に摺動材本体２又は摺動材本体２と防振材３、及びリベット材や変形させた台金が配置され、台金５の後面の少なくとも一部には防振パッド４ａ，４ｂが配置され、防振パッド４ａ，４ｂと摺動材本体２又は摺動材本体２と防振材３とは台金５の一部に開けた孔１５の部分で一体化されている。これにより、制輪子ホルダーと制輪子の直接触を防ぎ、間に前述の緩衝材を１種類または複数の組み合わせで配置する事により、ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）を抑えることができ、かつ耐久性が高く、使用中に剥がれたり壊れるおそれが少ない。【選択図】図１

Description

本発明は鉄道車両等に組み込む車両用制輪子に関する。

従来から、鉄道車両用摩擦ブレーキの機構には、踏面方式とディスク方式があり、在来線には踏面方式が多く採用されている。踏面方式は、鉄道車輪の車輪踏面に制輪子の摩擦面を押付けることで、ブレーキ力を発生させるものである。制輪子には、鋳鉄制輪子や焼結制輪子等の金属素材からなる摺動材で構成されるもの、あるいは熱硬化性合成樹脂を結合材とし、これに炭素粉、鉄粉等の摩擦調整材を混合して成形した摩擦体を有する合成制輪子も用いられている。

特許文献１〜２には、ブロックを埋め込んだ合成制輪子が提案され、本出願人らは特許文献３において、摩擦材層の中央部の幅方向に開けた開口部に露出する位置に弾性体を扇状に設けた合成制輪子を提案している。

特開２００５−３０８２１３号公報 特開２０００−２３０５８９号公報 特許第５８１８６２７号公報

しかし、従来の合成制輪子は、ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）が発生する事があった。ブレーキ音が高いと、乗客、プラットホームにいる客、鉄道沿線住民等にとって不快感となる。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）を抑えることができる車両用制輪子を提供する。

本発明の第１の車両用制輪子は、鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子であって、前記制輪子は、台金の前面に摺動材本体又は摺動材本体と防振材が配置され、前記台金の後面の少なくとも一部には防振パッドが配置され、前記台金の後面の防振パッドと、前記台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは前記台金の一部に開けた孔の部分で連続していることを特徴とする。

本発明の第２の車両用制輪子は、鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子であって、前記制輪子は、台金の前面に摺動材本体又は摺動材本体と防振材が配置され、前記台金の外側部分にはリベットが固定され、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触することを特徴とする。

本発明の第１の車両用制輪子は、台金（背板）の後面の少なくとも一部には防振パッドが配置され、台金の後面の防振パッドと、台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは台金の一部に開けた孔の部分で連続していることにより、ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）を抑えることができる。この理由は定かではないが、台金（背板）とホルダーの緩衝材となり、共鳴を防止し、異音の発生を防止することによると推認される。加えて、本発明の車両用制輪子に配置する防振パッドは、摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは台金の一部に開けた孔の部分で連続していることにより、耐久性が高く、使用中に剥がれたり壊れるおそれが少ない。

本発明の第２の車両用制輪子は、台金の外側部分にはリベットが固定され、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触することにより、ブレーキをかけた際にブレーキ音（鳴き）を抑えることができる。

図１は本発明の第１発明の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図である。 図２は同、台金側から見た平面図である。 図３は同、車両用制輪子の成形方法を示す断面図である。 図４は同、車両用制輪子をホルダーに取り付けた正面図である。 図５Ａは同、別の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図、図５Ｂは同車両用制輪子の台金側から見た平面図、図５Ｃは同車両用制輪子の部分断面図、図５Ｄは同車両用制輪子をホルダーに取り付けた部分断面図である。 図６Ａは同、さらに別の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図、図６Ｂは同車両用制輪子の台金側から見た平面図、図６Ｃは同車両用制輪子の部分断面図、図６Ｄは同車両用制輪子をホルダーに取り付けた部分断面図である。 図７Ａは同、さらに別の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図である。 図７Ｂは同、車両用制輪子をホルダーに取り付けた部分断面図である。 図８Ａは本発明の第２発明の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図で ある。 図８Ｂは同、車両用制輪子をホルダーに取り付けた部分断面図である。

本発明の第１の合成制輪子は、鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子である。この制輪子は、台金の前面に摺動材本体又は摺動材本体と防振材を配置する。好ましくは、車輪踏面に摺接する側から順番に摺動材本体と防振材を配置する。前記台金の後面の少なくとも一部には防振パッドを配置する。防振パッドと、台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは台金の一部に開けた孔の部分で連続している。これにより、台金（背板）の後面にホルダーが応力がかかった状態で組み込まれても耐久性は高く、使用中に剥がれたり壊れるおそれが少ない。

これに対して、接着剤を用いて台金の後面に防振パッドを貼り付けることも考えられるが、防振パッドは接着しにくい性質があり、接着による一体化は難しい。また台金（背板）の後面にはホルダーが、応力をかけた状態で一体化されているため、使用中に剥がれたり、壊れるおそれがある。

前記防振パッドと前記防振材とは前記台金の一部に開けた孔の部分で連続している。これにより、台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは台金の一部に開けた孔の部分で効率よくかつ強固に一体化される。

前記防振パッドは、台金の両端部の受け部の内側であって且つ台金の幅方向にベルト状で２か所配置されているのが好ましい。これにより、台金とホルダーの間の緩衝材となり、両者の共鳴を防止し、異音の発生を防止できる。

前記防振パッドの幅は１０〜３０ｍｍ、厚さは１〜３ｍｍであるのが好ましい。前記の大きさであれば、本発明の合成制輪子を車体に取り付ける際に取り付け具の邪魔にならず、既存の取り付け具をそのまま利用できる。

前記台金の外側背面曲線は内側背面曲線より高い形状とするのが好ましい。これにより、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、台金の背面とホルダーの接触部は、前記台金の外側に位置するようになり、防振パッドの保護になるとともに異音の発生は抑制される。

前記防振パッドの近辺の台金にはリベットが固定されてもよい。これにより、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触するようになり、防振パッドの保護になるとともに異音の発生は抑制される。リベットがホルダーと接触する部分は樹脂製とするのが好ましい。

前記防振パッドと、前記台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材は、粉体圧縮成形され、台金に対して加熱加圧一体成形されていることが好ましい。これにより、摺動材本体と防振材は効率よく一体化され、且つ防振パッドと、摺動材本体又は摺動材本体と防振材も効率よく一体化される。

前記摺動材本体（摩擦材層）と防振材は粉体圧縮成形され、台金に対して加熱加圧一体成形されているのが好ましい。具体的には、下金型内にまず上から摺動材本体（摩擦材層）となる原料粉体を入れ、次に防振材となる原料粉体を入れ、上から台金と上金型をのせて粉体を圧縮するとともに加熱加圧して一体成形する。このとき、台金の一部には孔を開けておき、且つ上金型には凹部を形成しておき、防振パッド成形部とする。粉体圧縮成形及び加熱加圧一体成形の圧力、及び温度条件などは従来からの条件と同様である。

前記摺動材本体（摩擦材層）には、金属ブロック又はセラミックブロックを含んでいてもよい。

以下、摺動材本体（摩擦材層）と防振材及び防振パッドの原料について説明する。
（１）摺動材本体（摩擦材層）の原料の一例
摺動材本体（摩擦材層）は、バインダー材（結合材とも称される）と硬質粒子（摩擦調整剤とも称される）からなり、バインダー材としては、ストレートフェノール樹脂、変性フェノール樹脂又はこれらの混合物など、耐熱性に優れる熱硬化性合成樹脂が好ましい。硬質粒子としては、鉄粉、合金粉、他の金属粉、炭素粉、無機材料（Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂，ＣａＣＯ₃など）や繊維片があり、これらのうち２種以上を混合して含有させても良い。繊維片としては、ロックウール繊維、アクリル繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維、スチール繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維が用いられる。摺動材本体（摩擦材層）原料の好ましい配合割合は表１に示すとおりである。

（２）防振材及び防振パッドの原料の一例
防振材及び防振パッドの原料は、バインダー材とゴムからなり、バインダー材としては、ストレーロフェノール樹脂、変性フェノール樹脂又はこれらの混合物など、耐熱性に優れた熱硬化性合成樹脂が好ましい。ゴム材料としては、主にブタジェンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ニトリル・ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタンジエンゴム、シリコーンゴムなどを利用することができる。防振材及び防振パッド原料の好ましい配合割合は表２に示すとおりである。

（３）摺動材本体（摩擦材層）と防振材及び防振パッドの関係
防振材及び防振パッドの硬度が摺動材本体（摩擦材層）の硬度より小さいことが好ましい、より好ましくは防振材及び防振パッドの硬さは摩擦材層の硬度の０％〜５０％の範囲であり、さらに好ましくはそれ以下である。また、防振材及び防振パッドの圧縮弾性率が摺動材本体（摩擦材層）の圧縮弾性率より小さいことが好ましく、より好ましくは防振材及び防振パッドの圧縮弾性率が摺動材本体（摩擦材層）の圧縮弾性率の５％〜８０％の範囲にあり、さらに好ましくは１０％〜７０％の範囲であり、さらに好適には１５％〜６０％の範囲である。

本発明の第２の合成制輪子は、台金の外側部分にリベットが固定され、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触する状態とする。すなわち、防振パッドを配置しなくてもリベットのみで異音発生を抑制できる。リベットがホルダーと接触する部分は樹脂製とするのが好ましい。樹脂はナイロン樹脂（６ナイロン，６６ナイロン等）、ポリエステル樹脂（ＰＥＴ，ＰＢＴ）、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等様々な樹脂を使用できる。これは第１の合成制輪子においても同じである。

以下図面を用いて説明する。以下の図面において、同一符号は同一部品又は同一物を示す。図１は本発明の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図である。この車両用制輪子１は、台金（背板）５の前面に摺動材本体（摩擦材層）２及び防振材３が配置され、台金５の後面の一部には防振パッド４ａ，４ｂが配置され、防振パッド４ａ，４ｂと防振材３は台金５の一部に開けた孔（貫通穴部）１５の部分で連続している。摺動材本体（摩擦材層）２と防振材３及び防振パッド４ａ，４ｂは、台金５に対して一体成形されている。６は補強用切り起こし、７は取り付け部、８は受け部である。

図２は同、台金側から見た平面図である。防振パッド４ａ，４ｂは、台金５の両端部の受け部８の内側であって且つ台金５の幅方向にベルト状で２か所配置されている。

図３は同、車両用制輪子の成形方法を示す断面図である。下金型９内にまず上から摺動材本体（摩擦材層）２となる摩擦材用原料粉体１２を入れ、次に防振材３となる防振材用原料粉体１３を入れ、上から台金５と上金型１０を配置し、矢印１４方向に粉体を圧縮するとともに加熱加圧して一体成形する。このとき、台金５の一部には孔（貫通穴部）１５を開けておき、且つ上金型１０には凹部を形成しておき、防振パッド成形部１１とする。

図４は同、車両用制輪子１をホルダー１６に取り付けた正面図である。車両用制輪子１の台金（背板）の後面にホルダー１６が、応力がかかった状態で組み込まれている。防振パッド４ａ，４ｂは台金（背板）５とホルダー１６の間に圧縮された状態で介在し、台金（背板）とホルダーの緩衝材となり、共鳴を防止し、異音の発生を防止する作用をする。また、防振パッド４ａ，４ｂは、孔（貫通穴部）１５により防振材３と連続一体化されているので、応力がかかった状態であっても耐久性は高く、使用中に剥がれたり、壊れるおそれが少ない。

図５Ａは同、別の一実施形態における車両用制輪子１７の部分断面図、図５Ｂは同車両用制輪子１７の台金側から見た平面図、図５Ｃは同車両用制輪子１７の部分断面図、図５Ｄは同車両用制輪子１７をホルダー１６に取り付けた部分断面図である。防振パッド４ａの近辺の台金にリベット１８を固定している。リベット１８の厚さは２ｍｍである。これにより、台金の背面にホルダー１６が組み込まれたとき、ホルダー１６はリベット１８に接触し、防振ゴムは保護される。

図６Ａは同、さらに別の一実施形態における車両用制輪子１９の部分断面図、図６Ｂは同車両用制輪子１９の台金側から見た平面図、図６Ｃは同車両用制輪子１９の部分断面図、図６Ｄは同車両用制輪子１９をホルダー１６に取り付けた部分断面図である。台金の外側背面曲線は内側背面曲線より高い形状としている。すなわち、図６Ｃに示すＬ２：２ｍｍとなるように変曲点から台金の外側背面曲線を高くしている。変曲点は中央部から２２０ｍｍとした。これにより、台金の背面にホルダー１６が組み込まれたとき、台金５の背面とホルダー１６の接触部は、前記台金の外側に位置する状態となり、内側の防振ゴムは保護される。

図７Ａは同、さらに別の一実施形態における車両用制輪子２０の部分断面図、図７Ｂは車両用制輪子２０をホルダー１６に取り付けた部分断面図である。台金は図６Ａと同じであり、段付きの金型１０を使用して防振ゴムの内側を厚く、外側を薄く成形することにより、防振ゴムを保護している。Ｌ４：４７０ｍｍ、Ｌ５：４７０ｍｍ（中心点を外側にずらせている）、Ｌ６：２ｍｍ、Ｌ７：５０ｍｍとしている。

図８Ａは本発明の第２発明の一実施形態における車両用制輪子の部分断面図、図８Ｂは車両用制輪子をホルダーに取り付けた部分断面図である。台金の外側部分にリベット１８が固定され、台金の背面にホルダー１６が組み込まれたとき、ホルダー１６はリベット１８に接触する状態とする。リベット１８の厚さは２ｍｍである。これによっても異音発生を防止できる。

以下実施例を用いて本発明を説明する。本発明は以下の実施例に限定して解釈されるものではない。

（実施例１）
（１）摺動材本体（摩擦材層）
摺動材本体（摩擦材層）の材料は次のとおりである。
・バインダー材樹脂：１４〜２０重量％の熱硬化性フェノール樹脂
・鉄粉・合金粉：１４〜２０重量％の鉄粉（平均粒子径１０６〜４５μｍ（ふるい分け法））
・黒鉛：３〜１５重量％の黒鉛粉
・補強材：２〜６重量％のアラミド繊維（平均長さ０．７５〜１．２ｍｍ 平均粒子０．１ｍｍ以下）
・摩擦調整材：ゴム粉、Ｆｅ、Ｃ、無機材料Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂，ＣａＣＯ₃などや繊維片、Ｂａの化合物
このような材料構成により、加圧、加熱成形後のロックウェル硬度（ＨＲＲ）を５０〜９０とした。
（２）防振材及び防振パッド
防振材及び防振パッドの材料は次のとおりである。
・バインダー材樹脂：３〜５重量％の熱硬化性フェノール樹脂
・ゴム：１５〜２０重量％のアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）混合ゴム材
・強磁性体セラミックス：２０〜６０重量％の酸化鉄系セラミックス（平均粒子径７５〜２５０μｍ（ふるい分け法））
・金属粉（＃80〜200）
・他の添加剤は表２に示すとおり。
このような材料構成により、加圧、加熱成形後のデュロメーター硬さ（タイプＤ）２０〜５０とした。
（３）成形
以上の材料を用いて、図３に示す成形方法を使用し、図１〜２に示す合成制輪子を製作した。加圧加熱条件は１５０〜１７０℃、約４０〜６０ton/個、約２０分とした。得られた合成制輪子の全体の大きさは、側面から見た直線長さ３２０ｍｍ，幅７８ｍｍである。防振パッド４ａ，４ｂの幅２０ｍｍ、厚さ２ｍｍとした。
（４）評価
得られた合成制輪子１をホルダー１６と一体化し、実物車輪を使用したブレーキ試験機に取り付け、時速２０〜６５ｋｍ／ｈからブレーキをかけた時のブレーキ音（鳴き）を官能試験により測定した。試験数は２０回、測定者は２名とした。その結果、実施例１の合成制輪子は不快感となるブレーキ音（鳴き）は感じられなかった。また、この防振パッドは、防振材とは台金の一部に開けた孔の部分で一体化されていることにより、耐久性が高く、使用中に剥がれたり壊れるおそれが少ないことも確認できた。

（比較例１）
防振パッドを配置していない以外は図１−２と同様の合成制輪子を使用して実施例１と同様に試験をした。その結果、試験実施者によって比較例１の合成制輪子は大きなブレーキ音（鳴き）が発生したことが確認された。

本発明の車両用制輪子は、防振パッドの耐久性が良いことから、高速鉄道や通常の鉄道車両に好適なほか、地下鉄車両や路面電車車両などにも好適である。

１，１７，１９，２０ 車両用制輪子
２ 摺動材本体（摩擦材層）
３ 防振材
４ａ，４ｂ 防振パッド
５ 台金（背板）
６ 補強用切り起こし
７ 取り付け部
８ 受け部
９ 下金型
１０ 上金型
１１ 防振パッド成形部
１２ 摩擦材用原料粉体
１３ 防振材用原料粉体
１４ 圧縮方向
１５ 台金の一部に開けた孔（貫通穴部）
１６ ホルダー
１８ リベット

Claims (9)

1. 鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子であって、
   前記制輪子は、台金の前面に摺動材本体又は摺動材本体と防振材が配置され、
   前記台金の後面の少なくとも一部には防振パッドが配置され、
   前記台金の後面の防振パッドと、前記台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材とは前記台金の一部に開けた孔の部分で連続していることを特徴とする車両用制輪子。
2. 前記防振パッドは、台金の両端部の受け部の内側であって且つ台金の幅方向にベルト状で２か所配置されている請求項１に記載の車両用制輪子。
3. 前記防振パッドの幅は１０〜３０ｍｍである請求項１又は２に記載の車両用制輪子。
4. 前記防振パッドの厚さ１〜３ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の車両用制輪子。
5. 前記防振パッドと、前記台金の前面の摺動材本体又は摺動材本体と防振材は、粉体圧縮成形され、台金に加熱加圧一体成形されている請求項１〜４のいずれかに記載の車両用制輪子。
6. 前記台金の外側背面曲線は内側背面曲線より高い形状とし、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、台金の背面とホルダーの接触部は、前記台金の外側に位置する請求項１〜５のいずれかに記載の車両用制輪子。
7. 前記防振パッドの近辺の台金にはリベットが固定され、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触する請求項１〜６のいずれかに記載の車両用制輪子。
8. 鉄道車両の車輪踏面に摺接して車輪にブレーキをかけるための車両用制輪子であって、
   前記制輪子は、台金の前面に摺動材本体又は摺動材本体と防振材が配置され、
   前記台金の外側部分にはリベットが固定され、台金の背面にホルダーが組み込まれたとき、ホルダーはリベットに接触することを特徴とする車両用制輪子。
9. 前記リベットがホルダーと接触する部分は樹脂製である請求項７又は８に記載の車両用制輪子。

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