JP7201097B2 - 鉄道車両用ブレーキディスクユニット - Google Patents

Description

本開示は、鉄道車両用のブレーキディスクユニットに関する。

鉄道車両の制動装置として、ディスクブレーキ装置が広く使用されている。ディスクブレーキ装置は、環状のブレーキディスクと、ブレーキライニングと、を備える。ブレーキディスクは、例えば、車輪に締結され、車輪とともに回転する。ブレーキディスクには、ブレーキライニングが押し付けられる。ブレーキライニングとブレーキディスクとの摩擦により、ブレーキディスク及び車輪が制動される。

例えば新幹線等、高速で走行する鉄道車両において、ディスクブレーキ装置のブレーキディスクには、その耐久性を確保する観点から、十分な冷却性能を有することが要求される。特に、高速鉄道車両が下り勾配区間を走行している間は、ブレーキディスクの制動が間欠的に行われる。このとき、ブレーキディスクの冷却性能が不十分であれば、ブレーキディスクが高温になり、結果としてブレーキディスクの耐久性が損なわれる。さらに、高温によりブレーキディスクが熱膨張することで、ブレーキディスクを車輪と締結するボルトへの負荷が増大する。

一般に、ブレーキディスクの裏面には、制動時における冷却性能を確保するため、複数のフィンが放射状に形成されている。各フィンは、車輪に接触し、ブレーキディスクの裏面と車輪との間に通気路を形成する。当該通気路は、ブレーキディスクが車輪とともに回転するとき、ブレーキディスクの内周側から外周側に向かって空気を通過させ、ブレーキディスクを冷却する。しかしながら、通気路内を空気が流れることにより、空力音が発生する。特に、鉄道車両が高速で走行する場合、通気路内の通気量が増加して大きな空力音が発生する。

近年における環境規制の強化に伴い、鉄道車両では、高速走行時における静音性が重視されるようになっている。そのため、ディスクブレーキ装置でも、鉄道車両の走行時に発生する空力音を可能な限り低減することが必要である。

例えば、特許文献１には、ディスクブレーキ装置において、周方向に隣り合うフィン同士を連結する連結部を設ける技術が提案されている。この連結部により、隣り合うフィンによって画定される各通気路に、断面積が最小となる部分が形成される。特許文献１によれば、通気路の最小断面積の総和を１８０００ｍｍ^２以下とすることで、高速走行時における空力音を低減することができる。

特開２００７－２０５４２８号公報

特許文献１では、フィン同士を連結部で連結することにより、通気路の断面積を部分的に減少させ、通気路内の通気量を制限する。しかしながら、通気量を制限すると、ブレーキディスクの外面に沿って流れる空気の流速が小さくなるため、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能が低下する。また、特許文献１では、ブレーキディスクの裏面側に連結部を設けているため、車輪側に通気路の断面積最小部分が形成される。よって、断面積最小部分を通過した空気は、ブレーキディスクから遠ざかり、車輪の表面に沿って流れるように誘導される。その結果、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能がさらに低下する可能性がある。

本開示は、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減しつつ、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能を確保することができる鉄道車両用ブレーキディスクユニットを提供することを課題とする。

本開示に係るブレーキディスクユニットは、鉄道車両用のブレーキディスクユニットである。ブレーキディスクユニットは、回転部材と、ブレーキディスクと、制御部材と、を備える。回転部材は、鉄道車両の車軸に取り付けられる。ブレーキディスクは、環状のディスク本体と、複数のフィンと、複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部と、を含む。ディスク本体は、回転部材に対向する裏面を有する。複数のフィンは、裏面上に放射状に配置される。複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部は、ブレーキディスクの外面に形成される。制御部材は、板状の支持部と、突出部と、を含む。支持部は、回転部材と複数のフィンとの間に挟まれる。突出部の少なくとも一部は、複数のフィンのうちブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に配置される。突出部は、支持部からディスク本体に向かって突出する。制御部材は、隣り合うフィンの間の通気量を制御する。突出部とブレーキディスクとの間には隙間が形成される。第１凸部及び／又は第１凹部は、ブレーキディスクの外面において、最小開口部よりも外周側に設けられる。最小開口部は、上記隙間のうち、周方向に沿う断面の面積が最小となる部分である。

本開示に係る鉄道車両用ブレーキディスクユニットによれば、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減しつつ、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能を確保することができる。

図１は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキディスクユニットの概略構成を示す縦断面図である。 図２は、図１に示すブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスク及び制御部材の裏面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。 図５は、第２実施形態に係るブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスク及び制御部材を径方向及び軸方向に沿って切断した断面図である。 図６は、第３実施形態に係るブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスク及び制御部材を径方向及び軸方向に沿って切断した断面図である。 図７は、図６に示すブレーキディスク及び制御部材の裏面図である。 図８は、第４実施形態に係るブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスクの裏面図である。 図９は、第５実施形態に係るブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスクの裏面図である。 図１０は、第６実施形態に係るブレーキディスクユニットに含まれるブレーキディスク及び制御部材の裏面図である。 図１１は、図１０に示すブレーキディスク及び制御部材を径方向及び軸方向に沿って切断した断面図である。 図１２は、第１実施形態に係るブレーキディスクユニットの変形例を説明するための図である。 図１３は、第２実施形態に係るブレーキディスクユニットの変形例を説明するための図である。

実施形態に係るブレーキディスクユニットは、鉄道車両用のブレーキディスクユニットである。ブレーキディスクユニットは、回転部材と、ブレーキディスクと、制御部材と、を備える。回転部材は、鉄道車両の車軸に取り付けられる。ブレーキディスクは、環状のディスク本体と、複数のフィンと、複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部と、を含む。ディスク本体は、回転部材に対向する裏面を有する。複数のフィンは、裏面上に放射状に配置される。複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部は、ブレーキディスクの外面に形成される。制御部材は、板状の支持部と、突出部と、を含む。支持部は、回転部材と複数のフィンとの間に挟まれる。突出部の少なくとも一部は、複数のフィンのうちブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に配置される。突出部は、支持部からディスク本体に向かって突出する。制御部材は、隣り合うフィンの間の通気量を制御する。突出部とブレーキディスクとの間には隙間が形成される。第１凸部及び／又は第１凹部は、ブレーキディスクの外面において、最小開口部よりも外周側に設けられる。最小開口部は、上記隙間のうち、周方向に沿う断面の面積が最小となる部分である（第１の構成）。

第１の構成に係るブレーキディスクユニットによれば、制御部材により、周方向に隣り合うフィンの間の通気量を制御することができる。すなわち、第１の構成によれば、隣り合うフィンの間に制御部材の突出部の少なくとも一部が配置されているため、これらのフィンがディスク本体及び回転部材とともに形成する通気路の開口面積が部分的に小さくなる。これにより、通気路内の通気量を制限することができ、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減することができる。

一方、第１の構成では、ブレーキディスクと別体の制御部材を回転部材とフィンとの間に挟み、回転部材側からディスク本体に向かって突出部を突出させている。そのため、制御部材の突出部とブレーキディスクとの隙間は、回転部材側ではなく、ディスク本体側及びフィン側に形成される。これにより、当該隙間の最小開口部を通過した空気がブレーキディスクに沿って流れるため、ブレーキディスクの外面近傍の空気の流速を高めることができる。よって、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能の低下を抑制することができる。

しかも、第１の構成では、ブレーキディスクの外面のうち、制御部材の突出部とブレーキディスクとの隙間の最小開口部よりも外周側に、複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部が設けられている。これにより、最小開口部よりも後流側の領域、つまりブレーキディスクの外面近傍の空気の流速が高い領域において、ブレーキディスクの外面に形成される温度境界層を薄くすることができ、空気とブレーキディスクとの熱伝達率を上昇させることができる。そのため、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能を高く維持することができる。

このように、第１の構成によれば、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減しながら、制動時におけるブレーキディスクの冷却性能を確保することができる。

第１凸部及び／又は第１凹部は、好ましくは、ディスク本体の裏面に設けられる（第２の構成）。

ブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの各々には、当該フィンを周方向に横断する溝が形成されていてもよい。この場合、突出部は、隣り合うフィンの一方から他方にわたり、溝を通って周方向に延びることができる（第３の構成）。

例えば、ブレーキディスクの周方向で隣り合うフィンの間に突出部の全体が配置される場合には、ブレーキディスクと別体の制御部材を製造する際、突出部がフィンと干渉しないよう、周方向における突出部の位置や寸法等を厳密に調整する必要がある。これに対して、第３の構成では、隣り合うフィンの各々において、突出部の一部を収容することが可能な溝が形成されている。そのため、制御部材を製造する際、突出部とフィンとの干渉をあまり考慮する必要がなく、周方向における突出部の位置や寸法等の厳密な調整が不要となる。よって、制御部材の製造を比較的簡素に行うことができ、制御部材の加工に要する労力及びコストを低減することができる。

ブレーキディスクの外面には、第１凸部が設けられることが好ましい（第４の構成）。

ブレーキディスクは、さらに、複数の第２凸部及び／又は複数の第２凹部を含んでいてもよい。複数の第２凸部及び／又は複数の第２凹部は、ブレーキディスクの外面に形成される。これらの第２凸部及び／又は第２凹部は、ブレーキディスクの外面において、最小開口部よりも内周側に設けることができる（第５の構成）。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

＜第１実施形態＞
［ブレーキディスクユニットの構成］
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両用ブレーキディスクユニット１００の概略構成を示す縦断面図である。縦断面とは、中心軸Ｘを含む平面でブレーキディスクユニット１００を切断した断面をいう。中心軸Ｘは、鉄道車両の車軸２００の軸心である。以下、中心軸Ｘが延びる方向を軸方向という。

図１に示すように、ブレーキディスクユニット１００は、回転部材１０と、ブレーキディスク２０と、制御部材３０と、を備える。

回転部材１０は、車軸２００に取り付けられ、車軸２００と一体で中心軸Ｘ周りに回転する。本実施形態の例では、回転部材１０は、鉄道車両の車輪である。ただし、回転部材１０は、車輪以外のディスク体であってもよい。

ブレーキディスク２０は、回転部材１０の両側面に設けられている。これらのブレーキディスク２０は、例えば、ボルト及びナットで構成される締結部材４０により、車輪である回転部材１０の板部１１に締結される。軸方向において各ブレーキディスク２０の外側には、ブレーキライニング５０が設けられる。制御部材３０は、回転部材１０と各ブレーキディスク２０との間に配置されている。

図２は、回転部材１０の両側面に設けられたブレーキディスク２０及び制御部材３０のうち、一方のブレーキディスク２０及び制御部材３０を回転部材１０側から見た図（裏面図）である。図２では、ブレーキディスク２０及び制御部材３０の１／４周部分を示す。以下、ブレーキディスク２０及び制御部材３０の周方向及び径方向を単に周方向及び径方向という。

図２を参照して、ブレーキディスク２０は、ディスク本体２１と、複数のフィン２２と、複数の凸部２３と、を含む。

ディスク本体２１は、環状をなす。ディスク本体２１は、実質的に、中心軸Ｘを軸心とする円環板状を有する。ディスク本体２１は、摺動面（表面）２１１及び裏面２１２を有する。摺動面２１１は、ディスク本体２１において軸方向の一方側に設けられた面である。摺動面２１１には、制動力を発生させるためにブレーキライニング５０（図１）が押し付けられる。裏面２１２は、ディスク本体２１において軸方向の他方側に設けられた面であり、回転部材１０（図１）に対向する。

複数のフィン２２は、ディスク本体２１の裏面２１２上に放射状に配置されている。これらのフィン２２は、ディスク本体２１の内周側から外周側に延びている。各フィン２２は、裏面２１２から回転部材１０（図１）側に突出する。これにより、回転部材１０と、周方向において隣り合うフィン２２と、ディスク本体２１との間に空間が形成される。これらの空間は、ブレーキディスク２０が回転部材１０とともに回転する際に空気が通過する通気路となる。

本実施形態において、一部のフィン２２には、当該フィン２２及びディスク本体２１を貫通する締結孔２４が形成されている。その他のフィン２２の頂面２２１には、凹状のキー溝２５が形成されている。各締結孔２４には、締結部材４０（図１）が挿入される。キー溝２５には、ブレーキディスク２０と回転部材１０（図１）との相対回転を規制するためのキー（図示略）が嵌め込まれる。フィン２２の数、締結孔２４の数、及びキー溝２５の数は、適宜設定することができる。本実施形態の例では、全てのフィン２２に締結孔２４又はキー溝２５が形成されているが、締結孔２４及びキー溝２５が形成されていないフィン２２が存在してもよい。

周方向に隣り合うフィン２２の間には、それぞれ、複数の凸部２３が設けられている。複数の凸部２３は、ディスク本体２１の裏面２１２上に形成されている。凸部２３の各々は、例えば、半球状、又は半回転楕円体状を有する。各凸部２３は、他の凸部２３と同一の形状を有していてもよいし、他の凸部２３と異なる形状を有していてもよい。

制御部材３０は、ブレーキディスク２０とは別の部材であり、周方向に隣り合うフィン２２の間の通気量を制御する。制御部材３０は、板状の支持部３１と、複数の突出部３２と、を含む。

本実施形態の例では、支持部３１は、概略円環板状をなし、ディスク本体２１と実質的に同軸に配置されている。この支持部３１は、回転部材１０（図１）と複数のフィン２２との間に挟まれる。例えば、フィン２２の頂面２２１に支持部３１に対応する凹みを形成し、この凹み内に支持部３１を配置することができる。あるいは、非加工のフィン２２の頂面２２１と回転部材１０との間に、支持部３１を配置するだけでもよい。本実施形態の例において、径方向における支持部３１の長さは、フィン２２の頂面２２１の長さよりも短い。ただし、径方向における支持部３１の長さは、フィン２２の頂面２２１の長さよりも長くてもよいし、フィン２２の頂面２２１の長さと同程度であってもよい。

支持部３１には、締結部材４０（図１）を挿通させるため、ブレーキディスク２０の締結孔２４に対応して、複数の開口３３が形成されている。また、支持部３１には、上述したキー（図示略）を挿通させるため、ブレーキディスク２０のキー溝２５に対応して、複数の開口３４が形成されている。

板状の支持部３１の両面のうち、ブレーキディスク２０側の面には、複数の突出部３２が形成されている。複数の突出部３２は、周方向に間隔を空けて設けられている。これにより、周方向において隣り合うフィン２２の間に、突出部３２が１つずつ配置される。突出部３２の各々は、支持部３１からディスク本体２１に向かって突出する。これらの突出部３２は、支持部３１と一体形成されていてもよい。例えば、１．０ｍｍ～３．０ｍｍの板厚を有する金属の薄肉材をプレス加工することにより、支持部３１及び突出部３２が一体化された制御部材３０を成形することができる。ただし、突出部３２は、支持部３１と別体で形成された後、溶接等で支持部３１に固定されていてもよい。

図３は、図２に示すブレーキディスク２０及び制御部材３０のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。すなわち、図３は、ブレーキディスク２０及び制御部材３０の一部を周方向及び軸方向に沿って切断した部分断面図である。図４は、図３に示すブレーキディスク２０及び制御部材３０のＩＶ－ＩＶ断面図であり、ブレーキディスク２０及び制御部材３０を径方向及び軸方向に沿って切断した断面図である。図３及び図４では、ブレーキディスク２０及び制御部材３０の特徴を模式的に示している。

図３を参照して、突出部３２の各々は、支持部３１からディスク本体２１の裏面２１２に向かって突出している。突出部３２の先端は、ディスク本体２１の裏面２１２には接触しない。本実施形態の例では、突出部３２の周方向の両端も、フィン２２の側面２２２に接触していない。そのため、各突出部３２とブレーキディスク２０との間には、径方向視で概略Ｕ字状の隙間Ｇが形成されている。

図４を参照して、隙間Ｇは、最小開口部Ａ_ｍｉｎを有する。最小開口部Ａ_ｍｉｎは、各突出部３２とブレーキディスク２０との間に形成される隙間Ｇのうち、周方向及び軸方向に沿った断面の面積が最小となる部分である。すなわち、最小開口部Ａ_ｍｉｎでは、回転部材１０（図１）と、周方向において隣り合うフィン２２と、ディスク本体２１とで画定される通気路の開口面積が最小となる。最小開口部Ａ_ｍｉｎの面積の和（総面積）は、例えば、１８０００ｍｍ^２以下とすることができる。最小開口部Ａ_ｍｉｎの総面積は、例えば、２５００ｍｍ^２以上とすることができる。

ブレーキディスク２０の外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１には、上述した複数の凸部２３が設けられている。本実施形態の例では、凸部２３は、ディスク本体２１の裏面２１２上に設けられている。

各凸部２３の大きさは、適宜決定することができる。特に限定されるものではないが、各凸部２３の高さ（軸方向の寸法）は、例えば、２ｍｍ～５ｍｍとすることができる。各凸部２３が半球状、又は半回転楕円体状を有する場合、各凸部２３の直径又は長径（径方向の寸法）は、例えば、４ｍｍ～５０ｍｍとすることができる。

凸部２３の数も、適宜決定することができる。例えば、周方向に隣り合うフィン２２の間において、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１には、少なくとも５個ずつの凸部２３を設けることができる。

［効果］
本実施形態に係るブレーキディスクユニット１００では、周方向において隣り合う各フィン２２の間に、制御部材３０の突出部３２が配置されている。これにより、回転部材１０と、フィン２２と、ディスク本体２１とで画定される通気路の断面積が部分的に小さくなる。すなわち、制御部材３０の突出部３２が通気路内に配置されることにより、通気路において最小開口部Ａ_ｍｉｎが形成される。そのため、通気路内の通気量を制限することができ、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減することができる。

一方、本実施形態において、制御部材３０の突出部３２は、回転部材１０側からディスク本体２１に向かって突出し、ディスク本体２１及びフィン２２に沿って最小開口部Ａ_ｍｉｎを形成する。これにより、図４において矢印Ｆで示すように、最小開口部Ａ_ｍｉｎを通過した空気がブレーキディスク２０に沿って流れるため、ブレーキディスク２０の外面近傍の空気の流速を高めることができる。よって、制動時におけるブレーキディスク２０の冷却性能の低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、ブレーキディスク２０の外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側（後流側）に位置し、空気の流速が高い領域Ｒ１において、複数の凸部２３が設けられている。これにより、ブレーキディスク２０の外面に形成される温度境界層を薄くすることができ、通気路を通過する空気とブレーキディスク２０との熱伝達率を上昇させることができる。また、複数の凸部２３により、ブレーキディスク２０の表面積が拡大する。そのため、制動時におけるブレーキディスク２０の冷却性能を高く維持することができる。よって、空力音の低減のために通気路内の通気量を制限しているにもかかわらず、ブレーキディスク２０の冷却性能を確保することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ａを径方向及び軸方向に沿って切断した、模式的な断面図である。ただし、図５では、ブレーキディスク２０ａ及び制御部材３０のみを示し、回転部材１０を省略している。

図５に示すように、本実施形態では、ブレーキディスク２０ａの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１に、複数の凹部２６が設けられている。凹部２６は、ディスク本体２１の裏面２１２に形成されている。凹部２６は、周方向に隣り合うフィン２２の間に複数個ずつ配置されている。

凹部２６の各々は、例えば、半球状、又は半回転楕円体状を有する。各凹部２６は、他の凹部２６と同一の形状を有していてもよいが、他の凹部２６と異なる形状を有していてもよい。凹部２６の数及び大きさは、第１実施形態で説明した凸部２３（図４）と同様に、適宜設定することができる。

本実施形態のように、ディスク本体２１に複数の凹部２６が設けられる場合も、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１で、ブレーキディスク２０ａの外面に形成される温度境界層が薄くなる。よって、通気路を通過する空気とブレーキディスク２０ａとの熱伝達率を上昇させることができる。また、複数の凹部２６により、ブレーキディスク２０ａの表面積が拡大する。そのため、制動時におけるブレーキディスク２０ａの冷却性能を高く維持することができる。

ただし、製造上は、第１実施形態のように、ブレーキディスクの外面に凸部２３を設けることが好ましい。すなわち、例えば、ブレーキディスクを鍛造で製造する場合、ブレーキディスクの外面に凹部２６を形成するとすれば、鍛造用の金型に凹部２６に対応する凸部を形成する必要がある。しかしながら、この金型の凸部は、繰り返しの鍛造によって比較的早く消耗又は破損すると考えられる。一方、ブレーキディスクの外面に凸部２３を設ける場合、鍛造用の金型には凸部が存在しないため、金型の消耗又は破損が生じにくい。よって、金型の寿命の観点から、ブレーキディスクの外面には、凸部２３のみが設けられていることが好ましい。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｂを径方向及び軸方向に沿って切断した、模式的な断面図である。ただし、図６では、ブレーキディスク２０ｂ及び制御部材３０のみを示し、回転部材１０を省略している。図７は、ブレーキディスク２０ｂ及び制御部材３０の裏面図である。

図６及び図７を参照して、本実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｂは、ディスク本体２１の裏面２１２ではなく、フィン２２に複数の凸部２３が設けられる点で第１実施形態と異なる。凸部２３は、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１において、各フィン２２の両側面２２２に複数個ずつ形成されている。

本実施形態のように、フィン２２に複数の凸部２３が設けられる場合も、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１で、ブレーキディスク２０ｂの外面に形成される温度境界層が薄くなる。よって、通気路を通過する空気とブレーキディスク２０ｂとの熱伝達率を上昇させることができる。また、複数の凸部２３により、ブレーキディスク２０ｂの表面積が拡大する。そのため、制動時におけるブレーキディスク２０ｂの冷却性能を高く維持することができる。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｃに含まれるブレーキディスク２０ｃを模式的に示す裏面図である。図８では、ブレーキディスク２０ｃの各フィン２２を、軸方向に垂直な平面で切断した断面で示している。

図８を参照して、本実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｃでは、第３実施形態の複数の凸部２３に代えて、複数の凹部２６がフィン２２に設けられている。凹部２６は、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１において、各フィン２２の側面２２２に複数個ずつ形成されている。

本実施形態のように、フィン２２に複数の凹部２６が設けられる場合も、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１で、ブレーキディスク２０ｃの外面に形成される温度境界層が薄くなる。よって、通気路を通過する空気とブレーキディスク２０ｃとの熱伝達率を上昇させることができる。また、複数の凹部２６により、ブレーキディスク２０ｃの表面積が拡大する。そのため、制動時におけるブレーキディスク２０ｃの冷却性能を高く維持することができる。

第３及び第４実施形態では、ディスク本体２１の裏面２１２ではなく、フィン２２の各側面２２２に凸部２３又は凹部２６が形成されている。ただし、製造容易性の観点からは、第１及び第２実施形態のように、ディスク本体２１の裏面２１２に凸部２３又は凹部２６が形成されることが好ましい。

＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｄに含まれるブレーキディスク２０ｄを模式的に示す裏面図である。

図９に示すように、本実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｄでは、フィン２２に溝状の凹部２７が形成されている。これらの凹部２７は、フィン２２の頂面２２１からディスク本体２１側に凹の形状を有するとともに、フィン２２を周方向に横断する。本実施形態の例では、凹部２７は、締結孔２４よりも外周側に配置されている。ただし、凹部２７の位置は、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側であればよく、制御部材３０の突出部３２の位置に応じて適宜調整することができる。

本実施形態のように、各フィン２２に溝状の凹部２７が形成されている場合も、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１で、ブレーキディスク２０ｄの外面に形成される温度境界層が薄くなる。よって、通気路を通過する空気とブレーキディスク２０ｄとの熱伝達率を上昇させることができる。また、溝状の凹部２７であれば、ブレーキディスク２０ｄの表面積をより拡大することができる。よって、制動時におけるブレーキディスク２０ｄの冷却性能を向上させることができる。

＜第６実施形態＞
図１０は、第６実施形態に係るブレーキディスクユニット１００ｅに含まれるブレーキディスク２０ｅ及び制御部材３０ｅを模式的に示す裏面図である。図１１は、図１０に示すブレーキディスク２０ｅ及び制御部材３０ｅを径方向及び軸方向に沿って切断した、模式的な断面図である。

図１０を参照して、ブレーキディスク２０ｅに設けられたフィン２２の各々には、制御部材３０ｅの突出部３２ｅの一部を収容するため、溝２２３が形成されている。各フィン２２の溝２２３は、当該フィン２２を周方向に横断する。

本実施形態の例において、各フィン２２の溝２２３は、ディスク本体２１の内周側に配置されている。より具体的には、各溝２２３は、フィン２２に設けられた締結孔２４又はキー溝２５と重ならないよう、締結孔２４又はキー溝２５よりも内周側に配置されている。ただし、キー溝２５を有するフィン２２において、キー溝２５に嵌め込まれるキー（図示略）が溝２２３内の突出部３２ｅと干渉しない場合には、溝２２３がキー溝２５と部分的に重なっていてもよい。

制御部材３０ｅにおいて、突出部３２ｅは、隣り合うフィン２２の一方から他方にわたり、溝２２３を通って周方向に延びている。本実施形態の例では、突出部３２ｅは、全ての溝２２３を通り、周方向に延びている。すなわち、突出部３２ｅは、ディスク本体２１と実質的に同心の円環状を有する。突出部３２ｅは、他の実施形態と同様、支持部３１と一体形成されていてもよいし、支持部３１と別体で形成された後、溶接等で支持部３１に固定されていてもよい。

図１１を参照して、上述した通り、ブレーキディスク２０ｅの各フィン２２には、溝２２３が設けられている。溝２２３は、フィン２２の頂面２２１からディスク本体２１側に陥没する部分である。ただし、ディスク本体２１の熱容量を確保するため、溝２２３は、ディスク本体２１には侵入しない。すなわち、溝２２３の底面は、ディスク本体２１の裏面２１２と実質的に同一平面上にあるか、軸方向において裏面２１２よりも内側に位置している。

制御部材３０ｅの突出部３２ｅは、他の実施形態と同様、支持部３１からディスク本体２１の裏面２１２に向かって突出する。ただし、突出部３２ｅは、他の実施形態と異なり、隣り合うフィン２２に跨って周方向に延びている。突出部３２ｅの一部は、周方向に隣り合うフィン２２の間に配置される。突出部３２ｅの他の部分は、各フィン２２の溝２２３内に配置される。突出部３２ｅのうち隣り合うフィン２２の間に配置された部分と、ブレーキディスク２０ｅとの間には、隙間Ｇが形成される。隙間Ｇは、周方向に隣り合うフィン２２の間において、突出部３２ｅとディスク本体２１の裏面２１２との間に形成され、例えば、径方向視で概ね直線状を有する。隙間Ｇは、他の実施形態と同様、最小開口部Ａ_ｍｉｎを有している。

最小開口部Ａ_ｍｉｎは、フィン２２同士の間に形成された、突出部３２ｅとディスク本体２１の裏面２１２との隙間Ｇのうち、周方向及び軸方向に沿った断面が最小となる部分である。突出部３２ｅの先端からディスク本体２１の裏面２１２までの軸方向の距離は、例えば、０．５ｍｍ～４．５ｍｍとなっている。ブレーキディスク２０ｅの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１には、凸部２３が複数設けられている。凸部２３は、第１実施形態と同様、ディスク本体２１の裏面２１２上に配置されている。ディスク本体２１の裏面２１２には、凸部２３に代えて、第２実施形態と同様の凹部２６が複数設けられていてもよい。

本実施形態では、制御部材３０ｅの突出部３２ｅが周方向に隣り合うフィン２２に跨って配置されているため、隣り合うフィン２２の間において、ディスク本体２１に沿った最小開口部Ａ_ｍｉｎが形成される。この最小開口部Ａ_ｍｉｎを通過して流速が増加した空気は、ディスク本体２１の裏面２１２に沿って流れることとなる。最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側（後流側）の領域Ｒ１では、ディスク本体２１の裏面２１２に凸部２３又は凹部２６が形成されている。よって、ブレーキディスク２０ｅの外面に形成される温度境界層を薄くすることができ、空気とブレーキディスク２０ｅとの熱伝達率を上昇させることができる。また、凸部２３又は凹部２６によって、ブレーキディスク２０ｅの表面積を拡大することができる。これらの結果、制動時におけるブレーキディスク２０ｅの冷却性能を向上させることができる。

上記第１～第５実施形態では、周方向に隣り合うフィン２２の間に、制御部材３０の突出部３２が１つずつ配置されている。この場合、制御部材３０を製造する際、突出部３２が各フィン２２と干渉しないように、周方向における突出部３２の位置や寸法等を比較的厳密に調整する必要がある。一方、本実施形態では、周方向に隣り合うフィン２２の間に、制御部材３０ｅの突出部３２ｅの一部が配置されている。すなわち、突出部３２ｅは、各フィン２２を通過して周方向に延びている。各フィン２２には、突出部３２ｅが各フィン２２に実質的に干渉しないよう、突出部３２ｅに対応する溝２２３が形成されている。そのため、制御部材３０ｅを製造する際、周方向における突出部３２ｅの位置や寸法等を厳密に調整する必要がない。よって、制御部材３０ｅの製造を比較的簡素に行うことができ、制御部材３０ｅの加工に要する労力及びコストを低減することができる。

例えば、制御部材３０ｅが金属の薄肉材で構成される場合、鉄道車両の高速走行中、遠心力及び気流の影響によって突出部３２ｅがブレーキディスク２０ｅの外周側に変形し、最小開口部Ａ_ｍｉｎが拡大して、空力音の低減効果を安定して得られない可能性がある。しかしながら、本実施形態では、各フィン２２の溝２２３内に突出部３２ｅの一部が配置されているため、溝２２３によって突出部３２ｅの変形を拘束することができる。よって、制御部材３０ｅが薄肉材で構成されている場合であっても、鉄道車両の走行中の最小開口部Ａ_ｍｉｎの変動が抑制され、安定して空力音を低減することができる。また、制御部材３０ｅを薄肉材で構成することにより、重量の増大を防止し、良好な製作性を確保することができる。

本実施形態において、ブレーキディスク２０ｅの各フィン２２には、突出部３２ｅを配置するための溝２２３が設けられている。これにより、ブレーキディスク２０ｅの表面積が拡大するため、ブレーキディスク２０ｅの冷却性能を向上させることができる。さらに、突出部３２ｅの先端と各溝２２３の底面との間に入り込む空気の流速は大きいため、径方向における突出部３２ｅの先端の長さをある程度確保すれば、空気の流速が大きい領域が径方向に広がることになる。そのため、空気と各溝２２３の底面との熱交換量を高めることができる。すなわち、各溝２２３の底面から空気への抜熱量を高めることができる。よって、ブレーキディスク２０ｅの冷却性能をより向上させることができる。径方向における突出部３２ｅの先端の長さは、例えば、径方向におけるフィン２２の長さ（ディスク本体２１側）の１／２０以上であることが好ましい。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、ブレーキディスクの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１において、凸部２３、凹部２６、及び凹部２７のいずれかが設けられている。しかしながら、領域Ｒ１では、凸部２３、凹部２６、及び凹部２７のうち２種以上が混在していてもよい。

上記第１～第４実施形態、及び第６実施形態では、ディスク本体２１の裏面２１２及びフィン２２の側面２２２のいずれか一方に、凸部２３又は凹部２６が設けられている。しかしながら、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１において、ディスク本体２１の裏面２１２及びフィン２２の側面２２２の双方に、凸部２３及び凹部２６の少なくとも一方が設けられていてもよい。

上記第１～第４実施形態、及び第６実施形態では、ブレーキディスクの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも外周側の領域Ｒ１にのみ、凸部２３又は凹部２６が設けられている。しかしながら、領域Ｒ１以外の領域にも、凸部又は凹部を設けることができる。例えば、図１２に示すように、ブレーキディスク２０ｆの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも内周側の領域Ｒ２において、ディスク本体２１の裏面２１２上に複数の凸部２８が設けられていてもよい。すなわち、ディスク本体２１の裏面２１２の全体にわたり、制御部材３０の突出部３２と干渉しないように、凸部を形成することができる。凸部２８の構成は、凸部２３の構成と実質的に同一とすることができる。また、例えば、図１３に示すように、ブレーキディスク２０ｇの外面のうち、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも内周側の領域Ｒ２において、ディスク本体２１の裏面２１２上に複数の凹部２９が設けられてもよい。すなわち、ディスク本体２１の裏面２１２の全体にわたり、凹部を形成することができる。凹部２９の構成は、凹部２６の構成と実質的に同一とすることができる。

図１２及び図１３に示す例では、最小開口部Ａ_ｍｉｎよりも内周側の領域Ｒ２において、ディスク本体２１の裏面２１２に凸部２８又は凹部２９が形成されている。しかしながら、内周側の領域Ｒ２では、ディスク本体２１の裏面２１２に代えて又は加えて、各フィン２２の側面に凸部２８又は凹部２９を形成することもできる。また、内周側の領域Ｒ２においても、外周側の領域Ｒ１と同様、凸部２８及び凹部２９が混在していてもよい。

上記各実施形態において、制御部材３０，３０ｅの突出部３２，３２ｅの形状は、適宜変更することができる。例えば、突出部３２，３２ｅは、ディスク本体２１に近づくにつれて外周側に傾倒していてもよいし、先端部分が外周側に向かって湾曲していてもよい。あるいは、突出部３２，３２ｅは、径方向及び軸方向に沿った断面で見て、概略三角形状又は概略四角形状等であってもよい。この場合、突出部３２，３２ｅは、中空に形成されていてもよいし、中実に形成されていてもよい。

上記第１～第５実施形態では、ディスク本体２１の径方向の中央付近に制御部材３０の各突出部３２が配置されているが、突出部３２の位置はこれに限定されるものではない。突出部３２は、ディスク本体２１の外周側に配置されていてもよいし、ディスク本体２１の内周側に配置されていてもよい。

上記第６実施形態では、制御部材３０ｅの突出部３２ｅがディスク本体２１の内周側に配置され、突出部３２ｅに対応する溝２２３が各フィン２２の頂面２２１に形成されている。しかしながら、突出部３２ｅ及び溝２２３の位置はこれに限定されるものではない。例えば、突出部３２ｅをさらに内周側に配置する場合には、溝２２３の一部又は全部がフィン２２の頂面２２１よりも内周側に位置するように、各フィン２２に溝２２３を形成することができる。また、例えば、各フィン２２において、締結孔２４又はキー溝２５よりも外周側に溝２２３を形成することにより、複数のフィン２２に跨って周方向に延びる突出部３２ｅをディスク本体２１の外周側に配置することもできる。

上記第１～第５実施形態において、制御部材３０の支持部３１は、実質的に円環板状をなす。しかしながら、支持部３１は、周方向において複数に分割されていてもよい。すなわち、各々１つ以上の突出部３２を有する複数の円弧状部品により、支持部３１が構成されていてもよい。同様に、第６実施形態における制御部材３０ｅでは、支持部３１を突出部３２ｅとともに周方向において複数に分割することにより、複数の円弧状部品を形成することができる。これらの円弧状部品は、回転部材１０とブレーキディスクとの間において、互いに接触して又は間隔を空けて周方向に配列される。

１００，１００ａ～１００ｅ：ブレーキディスクユニット
１０：回転部材
２０，２０ａ～２０ｇ：ブレーキディスク
２１：ディスク本体
２２：フィン
２２３：溝
２３，２８：凸部
２６，２７，２９：凹部
３０，３０ｅ：制御部材
３１：支持部
３２，３２ｅ：突出部

Claims (5)

1. 鉄道車両用のブレーキディスクユニットであって、
   前記鉄道車両の車軸に取り付けられる回転部材と、
   前記回転部材に対向する裏面を有する環状のディスク本体と、前記裏面上に放射状に配置される複数のフィンと、外面に形成される複数の第１凸部及び／又は複数の第１凹部と、を含むブレーキディスクと、
   前記回転部材と前記複数のフィンとの間に挟まれる板状の支持部と、前記複数のフィンのうち前記ブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に少なくとも一部が配置され、前記支持部から前記ディスク本体に向かって突出する突出部と、を含み、前記隣り合うフィンの間の通気量を制御する制御部材と、
   を備え、
   前記突出部と前記ブレーキディスクとの間には隙間が形成され、
   前記第１凸部及び／又は前記第１凹部は、前記ブレーキディスクの前記外面において、前記隙間のうち前記周方向に沿う断面の面積が最小となる部分である最小開口部よりも外周側に設けられる、ブレーキディスクユニット。
2. 請求項１に記載のブレーキディスクユニットであって、
   前記第１凸部及び／又は前記第１凹部は、前記ディスク本体の前記裏面に設けられる、ブレーキディスクユニット。
3. 請求項２に記載のブレーキディスクユニットであって、
   前記隣り合うフィンの各々には、当該フィンを前記周方向に横断する溝が形成され、
   前記突出部は、前記隣り合うフィンの一方から他方にわたり、前記溝を通って前記周方向に延びている、ブレーキディスクユニット。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブレーキディスクユニットであって、
   前記ブレーキディスクの前記外面には、前記第１凸部が設けられる、ブレーキディスクユニット。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のブレーキディスクユニットであって、
   前記ブレーキディスクは、さらに、前記外面に形成される複数の第２凸部及び／又は複数の第２凹部を含み、
   前記第２凸部及び／又は前記第２凹部は、前記ブレーキディスクの前記外面において、前記最小開口部よりも内周側に設けられる、ブレーキディスクユニット。
   

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