JPH10141403A - ブレーキディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブレーキディスクとブレーキシューとの相対
軸方向位置の変動により、摩耗が発生した場合でも、ブ
レーキの効力が失われないようなブレーキディスクを提
供するものである。 【解決手段】 回転機械を制動するため、回転機械に取
り付けられるブレーキディスク（１０）は、回転機械に
取り付けるためのハブ部分（１２）を備える。ハブ部分
（１２）は、軸方向に互いに離隔される２つの環状部分
（１６、１８）を有するリム部分（１４）に構造的に連
結されており、この環状部分（１６、１８）は、その間
に少なくとも１つの開口（２０）を有すると共に、互い
に逆方向に傾斜してブレーキシューと接触する軸対称的
な摩擦表面（２２、２４）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械を制動す
るブレーキディスク、特に、鉄道車両用のブレーキディ
スクに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道ブレーキの技術には、２つの鉄道車
両制動方法がある。１つの方法は、ブレーキシューを鉄
道車両の車輪に押し付けることにより、車輪を制動する
摩擦力を得るものである。第２の方法は、ブレーキディ
スクを車両の車輪または車軸に取り付けて、ブレーキシ
ューをそのブレーキディスクに押し付けることにより、
ブレーキディスクを制動すると共に、それにより車輪を
制動する摩擦力を得るものである。これらの方法の第１
のものでは、熱は、車輪の熱質量によって吸収され、そ
れから、車輪から伝導、対流または放射によって周囲に
放散される。これらの方法の第２のものでは、熱は、ブ
レーキディスクの熱質量によって吸収され、それから、
ブレーキディスクから伝導、対流または放射によって周
囲に放散される。

【０００３】いずれの場合も、吸収できるエネルギーの
量は、発生した温度によって限定されるので、高温にな
ると、ブレーキシューを破損させるか、あるいは、熱応
力を発生して車輪またはブレーキシューにクラックを生
じさせる。一部の装置では、これら２つの方法を結合し
て、熱の一部を車輪で吸収し、一部をブレーキディスク
で吸収するようにしている。２つの方法を結合すること
によって、いずれか一方だけの方法で吸収できる熱より
も多くの熱を吸収することができる。

【０００４】そのような装置は、一般に、レバー構造を
用いて、車輪に適用されたブレーキシューまたはブレー
キディスクに適用されたブレーキシューに等しいか、比
例した力を与える。これらの装置の幾つかのものでは、
ブレーキシューは、ブレーキディスクのリムに押し付け
られる。他のものでは、ブレーキシューは、ブレーキデ
ィスクの表面に押し付けられる。摩擦力が発生する半径
は、リムに押し付けた時の方が表面に押し付けた時より
大きくなるため、リムに押し付けた方が表面に押し付け
るよりも利点がある。このため、ブレーキディスクに及
ぼされる制動トルクは、ブレーキシューをある力でリム
に押し付けた時の方が、ブレーキシューを同じ力で表面
に押し付けた時よりも大きくなる。

【０００５】鉄道車両の場合、ブレーキディスクの半径
が所定軌道間隙によって限定されるため、ブレーキシュ
ーをできる限り大きい半径で押し付けることが特に重要
である。米国では、これが６．９８５センチ（２．７５
インチ）であるため、ブレーキディスクの半径は、車輪
の踏面の半径より少なくとも６．９８５センチ（２．７
５インチ）小さくなければならない。

【０００６】ブレーキ系統では、ブレーキシューに圧力
を加える装置を設けることが一般的に望ましく、それに
よってブレーキシューと被制動表面との間の合計法線力
を増幅する機械的利点が得られる。ブレーキシューをブ
レーキディスクのリムに押し付ける場合、従来はブレー
キシューの制動表面をウェッジ形にして、それをブレー
キディスクのリムの溝に押し付けることによってこれを
行うようにしていた。この構造では、ブレーキシューと
ブレーキディスクとの間の合計法線力が、ブレーキシュ
ーに加えられる内向きの半径方向力より大きくなる。こ
の例が、米国特許第２，４２２，００４号明細書に記載
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような構
造は、ブレーキディスクの軸線方向における、ブレーキ
ディスクに対するブレーキシューの位置の許容誤差によ
る悪影響を受ける。ブレーキシューとブレーキディスク
との正確な相対軸方向位置の変動により、摩耗が発生す
るので、ウェッジの頂部やブレーキディスクの溝の底部
が丸くなる。このため、半径に対して傾斜していない、
ウェッジの頂部や溝の底部に、ある表面が形成される。
その時、ブレーキシューに加えられる内向きの半径方向
力の一部は、この表面により支持されるが、ブレーキシ
ューに加えられる力のこの部分については、法線力が増
幅されない。従って、ある程度摩耗が生じると、そのよ
うなブレーキは、効力を失うという問題点があった。

【０００８】また、一般に、ブレーキシューをリムに押
し付ける構造のブレーキディスクにおいて、ブレーキシ
ューで発生した熱を放散させるためには、熱が半径方向
内向きに、ある程度進んだ後でなければ、空気と接触す
るブレーキディスク構造の十分な表面積は得られないと
いう問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転機械を制
動するために、その回転機械に取り付けるためのハブを
設けたブレーキディスクを提供するものである。このハ
ブは、軸方向に互いに離隔される２つの環状部分を有す
るリムに構造的に連結されており、この環状部分は、そ
の間に少なくとも１つの開口を有すると共に、互いに逆
方向に傾斜してブレーキシューと接触する軸対称的な摩
擦表面を有している。

【００１０】従って、本発明の主目的の一つは、回転機
械を制動するために、その回転機械に取り付けるための
ブレーキディスクであって、このブレーキディスクのリ
ムに摩擦表面を設けて、それにより、ブレーキシューを
それらに押し付けた時、ブレーキディスクとブレーキシ
ューとの間の合計法線力が機械的利点を得て、ブレーキ
シューに加わる力よりも大きくなるようにし、その機械
的利点が、摩擦表面の摩耗またはブレーキシューの摩耗
によって低下しないようにしたブレーキディスクを提供
することである。

【００１１】本発明の別の目的は、制動半径を、従って
摩擦表面に押し付けられるブレーキシューによって生じ
る制動トルクを最大にするため、ブレーキディスクのリ
ムに摩擦表面を有するブレーキディスクを提供すること
である。

【００１２】本発明のさらなる目的は、冷却用空気との
接触を改善するため、空気通路によって分離された１対
の摩擦表面を備えるブレーキディスクを提供することで
ある。

【００１３】本発明の関連する目的は、冷却用空気との
接触を改善するための羽根に密着状に取り付けられた摩
擦表面を有するブレーキディスクを提供することであ
る。

【００１４】以上に記載した本発明の様々な目的及び利
点に加えて、本発明の以下の詳細な説明から、特に、そ
のような詳細な説明を添付の図面及び添付の請求項と関
連させる時、本発明の様々な他の目的及び利点が、制動
技術の専門家には明らかになるであろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明をさらに詳細に説明する前
に、本発明を分かり易くして理解を助けるため、幾つか
の図面を通して同一機能を有する同一部材には、同一参
照番号を付けて示すことに注意されたい。

【００１６】図１及び図２は、本発明の現時点で最も好
ましい実施態様を示している。図２は、ブレーキディス
クの軸線に平行に見た図である。この図のＡ−Ａ線に沿
った断面が、図１に示されている。ブレーキディスク全
体は、１０で示されている。それは、ハブ部分１２とリ
ム部分１４とを含み、それらはスポーク２８で連結され
ている。ハブ部分１２には、ブレーキディスクが制動し
ようとする回転機械に取り付けるためのボルト穴１３が
設けられている。

【００１７】リム部分１４は、第１環状部分１６と第２
環状部分１８とを備えている。第１環状部分１６と第２
環状部分１８との間には、隙間２０及び半径方向空気通
路２１が設けられている。第１環状部分１６は、傾斜し
た第１摩擦表面２２を備えており、第２環状部分１８
は、傾斜した第２摩擦表面２４を備えている。隙間２０
内には、羽根２６が配置されており、それらは第１環状
部分１６を第２環状部分１８に連結している。羽根２６
と、第１環状部分１６と、そして、第２環状部分１８と
の冷却は、空気通路２１を通る半径方向の空気流によっ
て行われる。羽根２６からスポーク２８に伝導した熱
は、スポークを通過する空気流と、スポークからの放射
によって除去される。ブレーキディスク１０の軸線２９
は、図１に示されている。

【００１８】図３は、ブレーキディスク１０の外側部分
及びそれに取り付けられるブレーキシュー３０の半径方
向断面を示している。第１摩擦表面２２を備えた第１環
状部分１６は、第２摩擦表面２４を備えた第２環状部分
１８と共に示されている。この断面は、スポーク２８及
び羽根２６を通っている。第１環状部分１６と第２環状
部分１８との間の隙間２０の一部分が、示されている。

【００１９】ブレーキシュー３０は、第１ブレーキパッ
ド３２と第２ブレーキパッド３３とを備えている。第１
ブレーキパッド３２は、第１パッド摩擦表面３４を備
え、第２ブレーキパッド３３は、第２パッド摩擦表面３
６を備えている。ブレーキパッド３２及び３３は、側部
分４２及び取付手段４４を含むパッド支持構造体４０に
よって支持されている。

【００２０】ブレーキシュー３０を半径方向内向きに押
し付けると、第１パッド摩擦表面３４が第１摩擦表面２
２と接触し、第２パッド摩擦表面３６が第２摩擦表面２
４と接触する。摩擦表面２２及び２４とパッド摩擦表面
３４及び３６とは、図示のように傾斜しているため、接
触している傾斜表面全体を合わせた法線圧力が、ブレー
キシュー３０を内向きに押し付ける力を超える。このよ
うに法線力の方が大きくなることによって、ブレーキシ
ュー３０とブレーキディスク１０との間の摩擦力が増大
する。従って、この傾斜構造により、ブレーキディスク
１０がそれを取り付けた回転機械（図示せず）に加える
制動トルクは、増大する。傾斜した摩擦表面２２、２
４、３４及び３６によってブレーキディスク１０とブレ
ーキシュー３０との間に生じる軸方向力は、摩擦表面２
２及び３４が、摩擦表面２４及び３６と逆方向に傾斜し
ているために相殺される。

【００２１】この現時点で最も好ましい実施態様に設け
られたリム部分１４において、摩擦表面２２及び２４
は、全体でリッジを形成するように傾斜し、それの中心
に隙間２０が切り欠かれている。このブレーキディスク
に押し付けるブレーキシュー３０は、全体が溝形になっ
て、その中心に隙間３８が切り欠かれている。

【００２２】図４は、本発明の代替可能な実施態様を示
している。ブレーキディスク５０は、先行実施態様のハ
ブ部分１２と同様なハブ部分（図示せず）を備えてい
る。同様に、それは先行実施態様のものと同様なスポー
ク２８を備えている。しかし、ブレーキディスク５０
は、傾斜した代替型第１環状部分５４と代替型第２環状
部分５６とを備えており、それにより、代替型第１摩擦
表面６０と代替型第２摩擦表面６２とが、中央切欠部５
８を設けた溝を形成している。代替型第１環状部分５４
と代替型第２環状部分５６とは、羽根６４によってスポ
ーク２８に連結されている。

【００２３】図４は、また、ブレーキディスク５０を制
動するため、ブレーキディスク５０に押し付る代替型ブ
レーキシュー７０を示している。代替型ブレーキシュー
７０は、代替型第１ブレーキパッド７２と代替型第２ブ
レーキパッド７４とを備えている。代替型第１ブレーキ
パッド７２は、代替型第１パッド摩擦表面７６を備え、
代替型第２ブレーキパッド７４は、代替型第２パッド摩
擦表面７８を備えている。代替型ブレーキパッド７２及
び７４は、内側部分８２及び取付手段８４を含む代替型
パッド支持構造体８０によって保持されている。傾斜し
た摩擦表面６０、６２、７６及び７８によって、ブレー
キディスク５０とブレーキシュー７０との間に生じる軸
方向力は、摩擦表面６０及び７６が、摩擦表面６２及び
７８と逆方向に傾斜しているために相殺される。

【００２４】次に、本発明をもっと広い範囲で説明する
と、少なくとも軸線２９に関して対称的な部分２２及び
２４または５４及び５６を有するブレーキディスクが開
示されている。ブレーキディスクは、ハブ部分１２と、
第１環状部分１６または５４及び第２環状部分１８また
は５６を有するリム部分１４または５２とを備えてい
る。第１環状部分１６または５４と第２環状部分１８ま
たは５６との間には、少なくとも１つの開口２０または
５８が設けられている。第１環状部分１６または５４
は、軸線２９に関して軸対称的な第１摩擦表面２２また
は６０を備え、第２環状部分１８または５６は、軸線２
９に関して軸対称的な第２摩擦表面２４または６２を備
えている。ハブ部分１２をリム部分１４または５２に連
結するため、スポーク２８等の手段が設けられている。

【００２５】第１摩擦表面２２または６０と第２摩擦表
面２４または６２とは、ブレーキシュー３０または７０
と接触するためのものである。第１摩擦表面２２または
６０は、第２摩擦表面２４または６２と逆方向に傾斜し
ている。ブレーキディスク１０または５０は、制動しよ
うとする回転機械にブレーキディスクを取り付けるた
め、ボルト穴１３等の取付手段を備えている。

【００２６】ブレーキディスク１０は、円錐形表面とし
て形成された摩擦表面２２及び２４を備えることがで
き、ブレーキディスク５０は、円錐形表面として形成さ
れた摩擦表面６０及び６２を備えることができる。ブレ
ーキディスク１０の摩擦表面２２及び２４は、開口２０
を有する円周方向リッジを形成するように相対配置され
ており、ブレーキディスク５０の摩擦表面６０及び６２
は、開口５８を有する円周方向溝を形成するように相対
配置されている。

【００２７】ハブ部分１２をリム部分１４または５２に
取り付ける手段に弾性を持たせて、不当な応力を生じさ
せないで、リム部分１４または５２が、熱膨張できるよ
うにしてもよい。これは、スポーク２８を軸線２９から
半径方向に引いた線に対して傾斜させることによって行
うことができる。スポーク２８は、均等に間隔を開ける
ことができる。

【００２８】ハブ部分１２に中央開口１１を設けて、ハ
ブ部分を取り付ける回転機械のシャフトまたは車軸を挿
通させることができるようにしてもよい。ハブ部分１２
には、回転機械に取り付けるためのボルト穴１３を設け
てもよい。

【００２９】ブレーキディスク１０の羽根２６は、第１
環状部分１６及び第２環状部分１８を冷却するための空
気通路２１を形成している。これらは、リム部分１４の
内径側から外径側へ流れる空気通路を提供することがで
きる。ブレーキディスク１０は、複数のスポーク２８と
複数の羽根２６とを備えて、これらの羽根が第１環状部
分１６及び第２環状部分１８を冷却するための空気通路
２１を形成するようにしてもよい。

【００３０】個々のスポーク２８は、１つまたは複数の
羽根２６か、あるいは、第１環状部分１６または第２環
状部分１８かに連結することができる。スポーク２８
は、幾つかの羽根２６に取り付けるか、それらと一体成
形とすることができる。羽根２６の数は、スポーク２８
の数を所定整数倍した数にすることができる。羽根２６
は、ほぼ均等に間隔を開けることができる。

【００３１】スポーク２８は、軸線２９から半径方向に
引いた線に対して非ゼロ角度でハブ部分１２と合流する
ことができる。スポーク２８は、ハブ部分１２の外側表
面に対してほぼ正接することができる。

【００３２】スポーク２８は、リム部分１４または５２
の内表面とほぼ直交する角度でリム部分１４または５２
と合流することができる。スポークは、幅より長さ方向
に長く、また厚さより幅を大きくし、幅方向寸法を軸線
２９とほぼ平行にすることができる。スポークの相対寸
法をこのように選択することによって機械的可撓性が得
られるため、ブレーキディスク１０または５０は、ハブ
部分１２及びリム部分１４または５２のわずかな相対的
角変位により、リム部分１４または５２の熱膨張に適応
することができる。

【００３３】以上に本発明の現時点で最も好ましい実施
態様及び様々な代替型実施態様を特許法に従って詳細に
説明してきたが、当該分野の専門家であれば添付の請求
項の精神または範囲のいずれからも逸脱しない本発明の
様々な変更及び応用を加えることができることを理解さ
れたい。従って、本発明は、添付の請求項だけでなく、
下記の項目に記載の概念も、その保護の対象とすること
ができる。

【００３４】（１）前記スポークは、ほぼ均等に間隔を
開けられる請求項６に記載のブレーキディスク。 （２）前記空気通路は、前記リム部分の内径側から前記
リム部分の外径側へ流れる空気通路を提供する請求項９
に記載のブレーキディスク。 （３）ブレーキディスクは、さらに、前記第１環状部分
及び前記第２環状部分を連結する複数の羽根を備えてお
り、該羽根は、前記第１環状部分及び前記第２環状部分
を冷却するための複数の空気通路を画成する請求項６に
記載のブレーキディスク。 （４）前記スポークの夫々は、羽根と、前記第１環状部
分及び前記第２環状部分との少なくとも１つに連結する
上記（３）項に記載のブレーキディスク。 （５）複数の前記スポークの夫々は、前記羽根の１つに
連結されているか、羽根の一つと一体成形される上記
（３）項に記載のブレーキディスク。 （６）前記羽根の数は、前記スポークの数を所定整数倍
した数である上記（３）項に記載のブレーキディスク。 （７）前記羽根は、ほぼ均等に間隔を開けられる上記
（５）項に記載のブレーキディスク。 （８）前記スポークは、前記軸線から半径方向に引いた
線に対して非ゼロ角度で前記ハブ部分と合流している請
求項６に記載のブレーキディスク。 （９）前記スポークは、前記ハブの外側表面に対してほ
ぼ正接する角度で前記ハブ部分と合流している上記
（８）項に記載のブレーキディスク。 （１０）前記スポークは、前記環状リム部分の内表面と
ほぼ直交する角度で前記環状リム部分と合流している請
求項６に記載のブレーキディスク。 （１１）前記スポークの夫々は、長さ方向寸法、幅方向
寸法及び厚さ寸法を有し、前記幅方向寸法は前記長さ方
向寸法より短く、前記厚さ寸法は前記幅方向寸法より短
く、そして、前記幅方向寸法は前記軸線とほぼ平行であ
る請求項６に記載のブレーキディスク。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のブレーキディスクの、ほぼ直径に沿
った断面図である。

【図２】 ブレーキディスクの軸方向の図であって、図
１の断面位置を示す図である。

【図３】 ブレーキディスクの外側部分と、それに押し
付けることができるブレーキシューとを示す図である。

【図４】 本発明の代替可能な実施態様の外側部分と、
それに押し付けることができるブレーキシューとを示す
図である。

【符号の説明】

１０，５０…ブレーキディスク、１１…中央開口、１２
…ハブ部分、１３…ボルト穴、１４，５２…リム部分、
１６，５４…第１環状部分、１８，５６…第２環状部
分、２０…隙間、２１…空気通路、２２，６０…第１摩
擦表面（摩擦表面）、２４，６２…第２摩擦表面（摩擦
表面）、２６，６４…羽根、２８…スポーク、２９…軸
線、３０，７０…ブレーキシュー、３２，７２…第１ブ
レーキパッド、３３，７４…第２ブレーキパッド、３
４，７６…第１パッド摩擦表面（摩擦表面）、３６，７
８…第２パッド摩擦表面（摩擦表面）、４０，８０…パ
ッド支持構造体、４２…側部分、４４，８４…取付手
段、５８…中央切欠部（開口）、８２…内側部分。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸線に関して軸対称的な部分を少なくと
   も備え、回転機械を制動するために回転機械に取り付け
   られるブレーキディスクにおいて、 （ａ）前記回転機械に取り付けるためのハブ部分と、 （ｂ）軸方向に離隔された第１環状部分及び第２環状部
   分を含み、該第１環状部分及び該第２環状部分間に少な
   くとも１つの開口を有し、前記第１環状部分に、ブレー
   キシューと接触するための第１摩擦表面を前記軸線に関
   して軸対称に備え、前記第２環状部分に、ブレーキシュ
   ーと接触するための第２摩擦表面を前記軸線に関して軸
   対称に備え、該第１摩擦表面及び該第２摩擦表面を互い
   に逆方向に傾斜させているリム部分と、 （ｃ）前記ハブ部分を前記リム部分に構造的に連結する
   手段とを備えるブレーキディスク。
2. 【請求項２】 前記第１摩擦表面及び前記第２摩擦表面
   は円錐形表面である請求項１に記載のブレーキディス
   ク。
3. 【請求項３】 前記第１摩擦表面及び前記第２摩擦表面
   は、前記リム部分の外側部分において、円周方向溝を形
   成するように相対配置されており、該溝の底部に切り欠
   きを有する請求項１に記載のブレーキディスク。
4. 【請求項４】 前記第１摩擦表面及び前記第２摩擦表面
   は、前記リム部分の外側部分にリッジを形成するように
   相対配置されており、該リッジの上部に切り欠きを有す
   る請求項１に記載のブレーキディスク。
5. 【請求項５】 前記ハブ部分を前記リム部分に構造的に
   連結する前記手段は、前記リム部分の熱膨張によって生
   じる応力を制限するため、弾性的である請求項１に記載
   のブレーキディスク。
6. 【請求項６】 前記ハブ部分を前記リム部分に構造的に
   連結する前記手段は、複数のスポークを含み、該スポー
   クの少なくとも一部分は、前記軸線から半径方向に引い
   た線に対して傾斜する請求項５に記載のブレーキディス
   ク。
7. 【請求項７】 前記ハブ部分は、前記回転機械のシャフ
   ト及び車軸の一方を挿通させる中央開口を備える請求項
   １に記載のブレーキディスク。
8. 【請求項８】 前記ハブ部分は、前記回転機械に取り付
   けるためのボルト用穴を備える請求項１に記載のブレー
   キディスク。
9. 【請求項９】 前記第１環状部分及び前記第２環状部分
   は、羽根で連結されており、該羽根は、前記第１環状部
   分及び前記第２環状部分を冷却するための複数の空気通
   路を画成する請求項１に記載のブレーキディスク。