JP2020076470A - 鉄道車両用ブレーキライニングおよび鉄道車両用ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両用ディスクブレーキの耐久性を向上できるブレーキライニングおよびそれを備えた鉄道車両用ディスクブレーキを提供する。【解決手段】ブレーキライニングは、基板１６と、それぞれ頭部１８ｂおよび胴部１８ａを有する複数の締結部材１８と、基板１６の厚み方向Ｘにおける一方側に設けられかつ複数の締結部材１８によって基板１６に取り付けられる複数の摩擦部材２０とを備える。各摩擦部材２０に、締結部材１８の胴部１８ａが挿通される第１孔部２０ａ、および締結部材１８の頭部１８ｂが配置される第２孔部２０ｂが形成されている。厚み方向Ｘに直交する方向において、摩擦部材２０の第２孔部２０ｂと締結部材１８の胴部１８ａとの隙間は、１．０ｍｍ以上である。【選択図】 図３

Description

本発明は、鉄道車両用のブレーキライニングおよびそれを備えたディスクブレーキに関する。

新幹線等の鉄道車両では、従来、ディスクブレーキが用いられている。ディスクブレーキは、例えば、車輪または車軸に固定されるブレーキディスクと、摩擦材を有するブレーキライニングと、ブレーキライニングを移動させるブレーキキャリパとを備えている。

図１は、特許文献１に開示された従来のディスクブレーキを示す図であり、（ａ）はブレーキライニングを示す平面図であり、（ｂ）はディスクブレーキのうち（ａ）のＡ−Ａ部分に対応する部分を示す断面図である。

図１に示す従来のディスクブレーキ１００は、図示しない車輪または車軸に固定されたブレーキディスク１０２と、図示しないブレーキキャリパによってブレーキディスク１０２の摺動面１０２ａに押し付けられるブレーキライニング１０４とを備えている。

ブレーキライニング１０４は、基板１０６と、複数のリベット１０８と、複数の摩擦材１１０と、複数の裏金１１２と、複数のばね部材１１４とを有している。図１のブレーキライニング１０４では、１つの裏金１１２に対して、２つの摩擦材１１０が固定されている。

複数の摩擦材１１０はそれぞれ、リベット１０８によって裏金１１２とともに基板１０６に固定されている。各摩擦材１１０の中心部には、リベット１０８を通すための貫通孔１１０ａが形成されている。複数の摩擦材１１０にそれぞれ対応するように、複数のばね部材１１４が設けられている。各ばね部材１１４は、基板１０６と裏金１１２との間に設けられ、摩擦材１１０を弾性的に支持している。

特許文献１には、上記のような構成により、制動中のブレーキライニングおよびブレーキディスクの接触面圧の均一化と、それらの間の摩擦係数の安定化とを両立させるとともに、耐久性と信頼性を向上させることができることが開示されている。

特開２０１２−２５１５９７号公報

ところで、近年、鉄道車両のメンテナンスコストを抑制するために、ディスクブレーキの耐久性の更なる向上が求められている。

そこで、本発明は、鉄道車両用ディスクブレーキの耐久性を向上できるブレーキライニングおよびそれを備えた鉄道車両用ディスクブレーキを提供することを目的としている。

図１のディスクブレーキ１００において、摩擦材１１０とブレーキディスク１０２との接触面積を小さくすると、摩擦材１１０とブレーキディスク１０２との間の摩擦係数が低下する。このため、ディスクブレーキ１００の制動力を向上させる観点からは、摩擦材１１０とブレーキディスク１０２との接触面積を十分に確保することが好ましい。そこで、図１のディスクブレーキ１００においては、摩擦材１１０の貫通孔１１０ａは可能な限り小さく形成されている。具体的には、貫通孔１１０ａの直径がリベット１０８の頭部１０８ａの直径と略等しくなるように、貫通孔１１０ａが形成されている。これにより、摩擦材１１０とブレーキディスク１０２との接触面積を十分に確保することができる。

一方、図１のディスクブレーキ１００において、頭部１０８ａと貫通孔１１０ａとの隙間の大きさが、ディスクブレーキ１００の耐久性に対してどのように影響するのかについては、これまで研究されていなかった。そこで、本発明者らは、頭部１０８ａと貫通孔１１０ａとの隙間がディスクブレーキ１００の耐久性に与える影響について調査した。その結果、頭部１０８ａと貫通孔１１０ａとの隙間を適切な大きさに設定することによって、ディスクブレーキ１００を繰り返し使用した際における制動力の低下を抑制できることが分かった。すなわち、頭部１０８ａと貫通孔１１０ａとの隙間を適切な大きさに設定することによって、ディスクブレーキ１００の耐久性が向上することが分かった。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、下記の鉄道車両用ブレーキライニングおよび鉄道車両用ディスクブレーキを要旨とする。

（１）鉄道車両の車輪または車軸に固定されたブレーキディスクに、ブレーキキャリパによって押し付けられるブレーキライニングであって、
基板と、
それぞれ胴部および頭部を有する複数の締結部材と、
前記基板の厚み方向における一方側に設けられかつ前記複数の締結部材によって前記基板に取り付けられる複数の摩擦部材と、を備え、
前記複数の摩擦部材それぞれに、前記締結部材の前記胴部が挿通される第１孔部、および前記第１孔部よりも前記厚み方向における前記一方側に設けられかつ前記締結部材の前記頭部が配置される第２孔部が形成されており、
前記厚み方向に直交する方向において、前記摩擦部材の前記第２孔部と前記締結部材の頭部との隙間は、１．０ｍｍ以上である、鉄道車両用ブレーキライニング。

（２）前記摩擦部材は、前記第１孔部が形成された板状の裏金と、前記厚み方向における前記一方側において前記裏金に固定されかつ前記第２孔部が形成された摩擦材とを含み、
前記裏金は、前記第１孔部において前記締結部材に固定されている、上記（１）に記載の鉄道車両用ブレーキライニング。

（３）前記厚み方向の反発力が生じるように前記複数の摩擦部材と前記基板との間に設けられた複数の弾性部材をさらに備える、上記（１）または（２）に記載の鉄道車両用ブレーキライニング。

（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の鉄道車両用ブレーキライニングを備えた、鉄道車両用ディスクブレーキ。

本発明によれば、鉄道車両用ディスクブレーキの耐久性を向上させることができる。

図１は、従来の鉄道車両用ディスクブレーキを示す概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用ディスクブレーキを示す概略図である。 図３は、締結部材およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。 図４は、ディスクブレーキの他の例を示す図である。 図５は、ディスクブレーキのその他の例を示す図である。 図６は、ディスクブレーキのさらに他の例を示す図である。 図７は、実施例および比較例の試験結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る鉄道車両用のブレーキライニングおよびそれを備えたディスクブレーキについて図面を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係るディスクブレーキを示す図であり、（ａ）は本発明の一実施形態に係るブレーキライニングを示す平面図であり、（ｂ）はディスクブレーキのうち（ａ）のＡ−Ａ部分に対応する部分を示す断面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）においてブレーキライニングをブレーキディスク側から見た図である。

図２を参照して、本実施形態に係る鉄道車両用のディスクブレーキ１０は、図示しない鉄道車両の車輪または車軸に固定された円環状のブレーキディスク１２と、ブレーキライニング１４と、図示しないブレーキキャリパとを備える。

ブレーキライニング１４は、ブレーキキャリパに取り付けられており、ディスクブレーキ１０による制動時に、ブレーキキャリパによってブレーキディスク１２の摺動面１２ａに押し付けられる。これにより、ブレーキディスク１２とブレーキライニング１４との間に摺動による摩擦が生じ、制動力が発生する。その結果、車輪または車軸の回転が制動され、車両の速度が制御される。なお、ブレーキディスク１２およびブレーキキャリパとしては、公知の種々のブレーキディスクおよびブレーキキャリパを用いることができるので、詳細な説明は省略する。

ブレーキライニング１４は、基板１６と、複数の締結部材１８と、複数の摩擦部材２０と、複数の弾性部材２２とを有している。なお、図２（ａ）においては、７個の摩擦部材２０を示しているが、摩擦部材の数および配置は図２（ａ）に示す例に限定されず、適宜変更することができる。

複数の摩擦部材２０は、基板１６の厚み方向Ｘにおける一方側（ブレーキディスク１２側）に設けられている。本実施形態では、各摩擦部材２０は、板状の裏金２４と、一対の筒状の摩擦材２６とを有している。

摩擦材２６は、例えば、接着剤等によって裏金２４に固定されている。裏金２４は、例えば、鋼からなる。摩擦材２６は、例えば、銅の焼結材または樹脂系材料等からなる。なお、裏金２４および摩擦材２６の素材としては、公知の裏金および摩擦材と同様の材料を用いることができる。

各裏金２４は、一対の締結部材１８によって基板１６に固定されている。すなわち、一対の摩擦材２６は、裏金２４および一対の締結部材１８を介して基板１６に固定されている。本実施形態では、摩擦材２６ごとに締結部材１８が設けられている。各締結部材１８は、基板１６、裏金２４および摩擦材２６を貫通するように設けられている。

弾性部材２２は、厚み方向Ｘの反発力が生じるように、基板１６と裏金２４との間に設けられている。具体的には、基板１６と摩擦部材２０とによって弾性部材２２が挟まれた際に、弾性部材２２は、基板１６および摩擦部材２０を互いに離れる方向に付勢する。これにより、ディスクブレーキ１０による制動時にブレーキディスク１２が変形したとしても、その変形に追従して摩擦部材２０をブレーキディスク１２の摺動面１２ａに接触させることができる。その結果、ブレーキディスク１２とブレーキライニング１４との間の摩擦係数が低下することを抑制することができる。なお、本実施形態では、弾性部材２２として、皿ばねが用いられている。弾性部材２２は、摩擦材２６ごとに設けられている。

図３は、締結部材１８およびその周辺の構成を示す拡大断面図である。図３を参照して、締結部材１８は、基板１６の厚み方向Ｘに延びる胴部１８ａと、胴部１８ａの両端に設けられる一対の頭部１８ｂ，１８ｃとを有している。厚み方向Ｘに直交する方向において、頭部１８ｂ，１８ｃの長さは、胴部１８ａの長さよりも長い。本実施形態では、締結部材１８として、例えば、公知のリベットを用いることができる。

各摩擦部材２０には、締結部材１８の胴部１８ａが挿通される第１孔部２０ａと、締結部材１８の頭部１８ｂが配置される第２孔部２０ｂとが形成されている。第２孔部２０ｂは、第１孔部２０ａよりも厚み方向Ｘにおける一方側（ブレーキディスク１２側）に設けられている。本実施形態では、第１孔部２０ａは裏金２４に形成され、第２孔部２０ｂは摩擦材２６に形成されている。また、本実施形態では、第１孔部２０ａにおいて、摩擦部材２０（裏金２４）が締結部材１８の胴部１８ａに固定されている。

厚み方向Ｘに直交する方向において、摩擦部材２０の第２孔部２０ｂと締結部材１８の頭部１８ｂとの隙間は、１．０ｍｍ以上である。なお、本実施形態において、第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間は、厚み方向Ｘに直交する任意の方向において、第２孔部２０ｂの長さＬ２から頭部１８ｂの長さＬ１を減算することによって算出される。

なお、厚み方向Ｘに直交する方向における第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間は、例えば、１．５ｍｍ以上に設定してもよく、２．０ｍｍ以上に設定してもよい。また、厚み方向Ｘに直交する方向における第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間は、８．０ｍｍ以下であることが好ましい。

（本実施形態の効果）
本発明者らの研究によって、摩擦部材２０の第２孔部２０ｂと締結部材１８の頭部１８ｂとの間に上記のように１．０ｍ以上の隙間を設けた場合には、ディスクブレーキ１０を繰り返し使用することによって摩擦部材２０の摩耗粉が発生したとしても、その摩耗粉が上記隙間に堆積することを抑制できることが分かった。そこで、本実施形態に係るブレーキライニング１４では、上記のように、第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間が、１．０ｍｍ以上に設定される。これにより、締結部材１８に対して摩擦部材２０が摩耗粉によって必要以上に強固に固定されることを防止できる。その結果、ブレーキディスク１２の摺動面１２ａに対する摩擦部材２０の追従性が低下することを抑制でき、ブレーキディスク１２とブレーキライニング１４との間の摩擦係数が低下することを抑制できる。したがって、ディスクブレーキ１０を繰り返し使用した際における制動力の低下を抑制できる。すなわち、ディスクブレーキ１０の耐久性を向上させることができる。

なお、本発明者らによる研究の結果、厚み方向Ｘに直交する方向における第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間を、１．５ｍｍ以上、好ましくは２．０ｍｍ以上に設定することによって、摩耗粉の堆積を十分に抑制できることが分かっている。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、全ての摩擦部材２０が、裏金２４と、裏金２４に固定された一対の摩擦材２６とを備える場合について説明したが、摩擦部材２０が備える摩擦材２６の数は上述の例に限定されない。

例えば、図４に示すように、ブレーキライニング１４が、裏金２４と、裏金２４に固定された３つの摩擦材２６とを有する摩擦部材２０を備えていてもよい。なお、図４に示すディスクブレーキ１０では、１つの摩擦部材２０のみが、３つの摩擦材２６を有しているが、各摩擦部材２０がそれぞれ３つの摩擦材２６を有していてもよい。

また、例えば、図５に示すように、各摩擦部材２０が有する摩擦材２６の数が１つであってもよい。この場合、１つの摩擦材２６に対して１つの裏金２４が設けられる。

上述の実施形態では、摩擦部材２０が裏金２４を備える場合について説明したが、摩擦部材２０が裏金２４を備えていなくてもよい。この場合、例えば、図６に示すように、摩擦材２６に第１孔部２０ａを形成して、第１孔部２０ａにおいて摩擦材２６を締結部材１８に固定してもよい。

また、上述の実施形態では、ブレーキディスク１２側から見て各摩擦材２６が円形の外周面を有する場合について説明したが、摩擦材の形状は上述の例に限定されず、摩擦材が多角形の外周面を有していてもよく、楕円形の外周面を有していてもよい。同様に、ブレーキディスク１２側から見て、第２孔部２０ｂは、円形であってもよく、多角形であってもよく、楕円形であってもよい。

以下、実施例によって本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例として、図５に示した構成を有するブレーキライニングを作製し、実体ブレーキ試験を行い、制動回数（試験回数）と制動距離との関係を調べた。なお、実施例のブレーキライニングでは、外径が４５ｍｍの摩擦材２６を１２個設けた。各摩擦材２６の第２孔部２０ｂの直径は、１６．０ｍｍとし、頭部１８ｂの直径は１２．０ｍｍとした。すなわち、実施例のブレーキライニングでは、第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間を４．０ｍｍとした。また、比較例として、第２孔部２０ｂの直径を１２．５ｍｍとした点を除いて実施例と同様の構成を有するブレーキライニングを作製し、実体ブレーキ試験を行った。すなわち、比較例のブレーキライニングでは、第２孔部２０ｂと頭部１８ｂとの隙間を０．５ｍｍとした。

実体ブレーキ試験では、実施例および比較例のブレーキライニングを、新幹線に使用されているディスクブレーキに設けて、初速３００ｋｍ／ｈからの停止ブレーキを２０回繰り返した。試験結果を図７に示す。

実施例のブレーキライニングでは、比較例のブレーキライニングに比べて第２孔部２０ｂの直径が大きいので、摩擦材２６とブレーキディスクとの接触面積が小さくなると考えられる。しかしながら、図７に示すように、制動を繰り返し行った際の制動距離は、実施例のブレーキライニングを用いた場合の方が、比較例のブレーキライニングを用いた場合に比べて短くなった。特に、実施例のブレーキライニングを用いた場合には、制動を繰り返し行った場合でも、制動距離が延伸せず、約３４５０ｍ程度に維持された。この結果から、本発明によれば、ディスクブレーキの耐久性を向上できることが分かる。

本発明によれば、鉄道車両用ディスクブレーキの耐久性を向上することができる。

１０ ディスクブレーキ
１２ ブレーキディスク
１２ａ 摺動面
１４ ブレーキライニング
１６ 基板
１８ 締結部材
１８ａ 胴部
１８ｂ，１８ｃ 頭部
２０ 摩擦部材
２０ａ 第１孔部
２０ｂ 第２孔部
２２ 弾性部材
２４ 裏金
２６ 摩擦材

Claims (4)

1. 鉄道車両の車輪または車軸に固定されたブレーキディスクに、ブレーキキャリパによって押し付けられるブレーキライニングであって、
   基板と、
   それぞれ胴部および頭部を有する複数の締結部材と、
   前記基板の厚み方向における一方側に設けられかつ前記複数の締結部材によって前記基板に取り付けられる複数の摩擦部材と、を備え、
   前記複数の摩擦部材それぞれに、前記締結部材の前記胴部が挿通される第１孔部、および前記第１孔部よりも前記厚み方向における前記一方側に設けられかつ前記締結部材の前記頭部が配置される第２孔部が形成されており、
   前記厚み方向に直交する方向において、前記摩擦部材の前記第２孔部と前記締結部材の頭部との隙間は、１．０ｍｍ以上である、鉄道車両用ブレーキライニング。
2. 前記摩擦部材は、前記第１孔部が形成された板状の裏金と、前記厚み方向における前記一方側において前記裏金に固定されかつ前記第２孔部が形成された摩擦材とを含み、
   前記裏金は、前記第１孔部において前記締結部材に固定されている、請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキライニング。
3. 前記厚み方向の反発力が生じるように前記複数の摩擦部材と前記基板との間に設けられた複数の弾性部材をさらに備える、請求項１または２に記載の鉄道車両用ブレーキライニング。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の鉄道車両用ブレーキライニングを備えた、鉄道車両用ディスクブレーキ。

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