KR101570632B1

KR101570632B1 - 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 구비한 디스크 브레이크

Info

Publication number: KR101570632B1
Application number: KR1020147024172A
Authority: KR
Inventors: 유이코 사카야마; 다카노리 가토우; 아츠시 사카구치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2015-11-19
Also published as: EP2816250A1; US20150001015A1; WO2013121731A1; JP5682580B2; US9212712B2; TW201402968A; CN104114895A; EP2816250A4; KR20140117655A; CN104114895B; TWI510726B; BR112014017995A2; ES2767700T3; EP2816250B1; BR112014017995A8; JP2013167263A

Abstract

플로팅식 브레이크 캘리퍼를 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서, 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 캘리퍼 암에 유지되는 라이닝은, 철도 차량의 차륜 또는 차축에 고정된 디스크의 슬라이딩면과 대향하는 마찰 부재와, 마찰 부재를 정면에 유지하는 기판과, 기판의 배면의 중앙에 고정 설치되고, 캘리퍼 암의 오목부에 수용되는 안내판으로 구성되고, 기판의 정면이 마찰 부재의 슬라이딩면과 평행이며, 기판의 두께가, 외주측보다도 내주측에서 두껍게 되어 있으며, 안내판의 두께가 캘리퍼 암의 오목부의 깊이보다도 얇게 되어 있으며, 마찰 부재의 슬라이딩면이 디스크의 슬라이딩면과 평행하게 대향한 상태로, 안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된다. 이에 의해, 반누름 구동원측에서, 디스크 브레이크의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 구비한 디스크 브레이크{BRAKE LINING FOR RAILWAY VEHICLE, AND DISC BRAKE WITH SAME}

본 발명은, 철도 차량의 제동 장치로서 플로팅식 브레이크 캘리퍼를 이용한 디스크 브레이크에 관한 것이며, 특히, 차륜 또는 차축에 고정된 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 눌러지는 철도 차량용 브레이크 라이닝, 및 그것을 구비한 철도 차량용 디스크 브레이크에 관한 것이다.

철도 차량이나 자동차나 자동 이륜차 등의 육상 운송 차량에 있어서는, 차량의 고속화나 대형화에 따라, 그 제동 장치로서 디스크 브레이크가 다용되고 있다. 디스크 브레이크는, 브레이크 디스크(이하, 단순히 「디스크」라고도 함)와 브레이크 라이닝(이하, 단순이 「라이닝」이라고도 함)의 슬라이딩에 의한 마찰에 의해 제동력을 얻는 장치이다. 철도 차량용 디스크 브레이크의 경우, 디스크를 차륜 또는 차축에 부착하여 고정하고, 이 디스크의 슬라이딩면에, 브레이크 캘리퍼(이하, 단순히 「캘리퍼」라고도 함)에 의해서 라이닝을 누름으로써 제동력을 발생시킨다.

이에 의해, 차륜 또는 차축의 회전을 제동하여, 차량의 속도를 제어한다.

통상, 라이닝의 마찰 부재는, 제동을 반복함으로써 점차 마모된다. 단, 마찰 부재가 편마모되면 브레이크 성능이 불안정해지므로, 편마모를 방지하기 위해서, 제동중에는 마찰 부재의 전역에 걸쳐서 균일하게 누름 하중이 걸리는 것이 좋다.

또, 제동중, 라이닝과 디스크의 슬라이딩면은, 마찰열에 의해 온도가 상승한다. 이 온도 상승은, 브레이크 부하가 커지는 조건, 구체적으로는, 차량의 주행 속도가 고속인 조건이나 차량 중량이 큰 조건일 때에 현저해지는 경향이 있다. 실 주행에서는, 라이닝 및 디스크의 열적인 손상을 방지하여, 내구성을 향상시키는 것이 요망되며, 그러기 위해서는, 제동중의 라이닝과 디스크의 접촉을 가능한 한 균일화하여, 발생하는 마찰열을 저감할 필요가 있다.

여기서, 캘리퍼는, 디스크를 사이에 두도록 연장하는 캘리퍼 암을 갖고, 캘리퍼 암에 각각 라이닝이 유지되고 있다. 캘리퍼는, 주로, 라이닝을 디스크에 누르기 위한 구동원인, 예를 들면 피스톤이나 다이어프램 등의 배치 형태로부터, 플로팅 방식과 어포즈드 방식으로 크게 구별된다. 플로팅 방식에서는, 라이닝을 유지하는 캘리퍼 암의 편측에만 피스톤이나 다이어프램 등의 누름 구동원이 설치되고, 어포즈드 방식에서는, 캘리퍼 암의 양측에 피스톤이나 다이어프램 등의 누름 구동원이 설치된다.

철도 차량의 경우, 플로팅식 캘리퍼를 이용한 디스크 브레이크가 자주 이용된다. 이하에서는, 플로팅 방식인 것에 한정하여 설명한다.

도 1은, 종래의 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 구성의 일례를 나타내는 도면이며, 동 도면 (a)는 라이닝을 정면측에서 보았을 때의 평면도를, 동 도면 (b)는 라이닝을 배면측에서 보았을 때의 평면도를, 동 도면 (c)는 동 도면 (a)의 A-A단면의 확대도를, 동 도면 (d)는 동 도면 (c)의 라이닝을 캘리퍼 암으로부터 떼어낸 상태의 단면도를 각각 나타낸다.

도 1에 나타내는 종래의 라이닝(이하, 「종래형 라이닝」이라고 함)(12)은, 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 대향하는 마찰 부재(3)와, 두께가 일정하고 마찰 부재(3)를 정면(14a)에 유지하는 기판(14)과, 기판(14)의 배면(14b)의 중앙에 고정 설치된 안내판(15)으로 구성된다. 도 1에서는, 복수의 소괴의 마찰 부재(3)를, 디스크(1)의 반경방향으로 2개, 디스크(1)의 둘레방향으로 7개, 합계 14개를 배열한 것을 나타내고 있다. 마찰 부재(3)는, 각각 리벳(6)에 의해서 기판(14)에 부착되어 있다. 또한, 마찰 부재(3)와 기판(14) 사이에 스프링 부재를 설치하는 경우도 있다.

종래형 라이닝(12)은, 캘리퍼 암에 장착된 라이닝 홀더(이하, 단순히 「홀더」라고도 함)에 부착되고, 각 마찰 부재(3)의 슬라이딩면(3a)이 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 평행하게 대향한 상태가 된다. 여기서, 도 1(c), (d)에 나타낸 바와 같이, 피스톤 등의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측(이하, 「반(反)누름 구동원측」이라고도 함)에 있어서는, 홀더(8)가 캘리퍼 암(7)과 일체적으로 장착되어 있으며, 이 홀더(8)에는 라이닝(12)의 안내판(15)을 수용하는 오목부(8b)가 형성되어 있다. 라이닝(12)의 안내판(15)은, 그 배면(라이닝을 기준으로 하여 배면측이 되는 면)(15a)이 홀더(8)의 오목부(8b)의 바닥면(라이닝을 기준으로 하여 정면측이 되는 면)(8c)에 밀접하면서, 그 상하의 각 가장자리부(15b, 15c)가 홀더(8)의 오목부(8b)의 상하의 각 가장자리부(8d, 8e)와 걸어맞춰진 상태가 된다. 이러한 안내판(15)과 홀더(8)의 오목부(8b)의 강고한 결합에 의해, 반누름 구동원측의 라이닝(12)은, 캘리퍼 암(7)에 직접 장착된 홀더(8)에 강고하게 유지된다.

한편, 누름 구동원이 설치되어 있는 측(이하, 「누름 구동원측」이라고도 함)에 있어서는, 누름 구동원에 홀더가 부착되고, 이 홀더에, 반누름 구동원측과 동일한 오목부가 형성되어 있다. 누름 구동원측의 라이닝(12)은, 반누름 구동원측과 동일하게 하여, 안내판과 홀더의 오목부의 강고한 걸어맞춰짐에 의해, 캘리퍼 암에 누름 구동원을 통해 장착된 홀더에 강고하게 유지된다.

이러한 구성의 종래의 디스크 브레이크에 있어서, 제동시, 누름 구동원측에서는, 누름 구동원의 작동에 의해, 누름 구동원으로부터의 누름력이 라이닝(12)에 부하되어, 라이닝(12)이 디스크에 눌러진다. 한편, 반누름 구동원측에서는, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 캘리퍼 암(7)이 누름 구동원측에서의 누름력의 반력을 받아 디스크(1)를 향해 슬라이드 이동하고(도 1(c) 중의 흰색 화살표 참조), 라이닝(12)이 디스크(1)에 눌러진다. 이 때, 누름 구동원측, 반누름 구동원측 어디에서나, 라이닝(12)에 부하되는 누름력은, 직접적으로는, 캘리퍼 암(7)의 홀더(8)를 통해 라이닝(12)의 안내판(15)에 작용한다. 즉, 라이닝(12)에 부하되는 누름력은, 캘리퍼 암(7)으로의 라이닝(12)의 설치부의 구조상, 라이닝(12)의 기판(14)에 직접 작용하는 것이 아니라, 라이닝(12)의 안내판(15)에 집중하여 작용한다.

그런데, 플로팅 방식의 캘리퍼를 이용한 디스크 브레이크의 경우, 반누름 구동원측에서는, 제동시에 라이닝(12)이 디스크(1)에 눌러짐에 따라, 캘리퍼 암(7)이 벌어지듯이 휘는 현상이 발생한다. 이에 의해, 반누름 구동원측의 마찰 부재(3)에는, 디스크(1)의 내주측에 대응하는 영역(이하, 「내주측 영역」이라고도 함)보다도, 외주측에 대응하는 영역(이하, 「외주측 영역」이라고도 함)에 높은 하중이 작용하는 경향이 있다. 이 때문에, 특히 마찰 부재(3)의 외주측 영역에서 마모가 촉진되어, 마찰 부재(3)의 편마모, 또한 디스크(1)의 편마모가 조장될 가능성이 있다.

이러한 문제에 대해, 근년, 제동시의 라이닝과 디스크의 접촉면압을 균일화하는 것을 목적으로 하여, 구조를 개량한 디스크 브레이크가 다양하게 제안되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1, 2에는, 누름 구동원인 피스톤이 설치되어 있지 않은 측에서 제동시에 캘리퍼 암이 벌어지듯이 휘는 것을 예상하고, 미리, 마찰 부재의 슬라이딩면을 디스크의 슬라이딩면에 대해 소정의 각도로 경사지게 한 상태로, 마찰 부재를 캘리퍼 암의 홀더에 부착한 디스크 브레이크가 개시되어 있다. 특허 문헌 1의 경우, 라이닝의 구조는 그대로 홀더의 형상을 변경하여 마찰 부재의 슬라이딩면을 디스크의 슬라이딩면에 대해 경사지게 하고 있다. 특허 문헌 2의 경우, 홀더의 구조는 그대로 라이닝의 마찰 부재의 두께를 변경하여 마찰 부재의 슬라이딩면을 디스크의 슬라이딩면에 대해 경사지게 하고 있다. 이러한 디스크 브레이크에 의하면, 제동시에 마찰 부재가 내주측 영역으로부터 디스크에 접촉하고, 또한 하중의 부하에 수반하여 캘리퍼 암이 휨으로써, 마찰 부재의 슬라이딩면과 디스크의 슬라이딩면이 실질적으로 평행한 상태로 접촉하고, 그 결과, 마찰 부재의 전역에 걸쳐서 등면압이 되는 것으로 되어 있다.

그러나, 상기 특허 문헌 1, 2에 기재되는 디스크 브레이크에서는, 제동의 초기에, 마찰 부재의 내주측 영역이 디스크에 접촉하고, 그 외주측 영역이 디스크에 접촉하지 않는다. 이 때문에, 마찰 부재의 편마모는 여전히 일어날 수 있다

일본국 특허 공개 2008-281156호 공보 일본국 특허 공개 2008-267527호 공보

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 플로팅식 브레이크 캘리퍼를 이용한 디스크 브레이크의 반누름 구동원측에 있어서, 제동 초기부터 마찰 부재를 브레이크 디스크와 전역에 걸쳐서 접촉시킴과 더불어, 제동시에 마찰 부재의 전역에 걸쳐서 균일하게 누름 하중을 부여하는 것이 가능하며, 그 결과, 내구성을 향상시킬 수 있는 철도 차량용 브레이크 라이닝, 및 이것을 구비한 철도 차량용 디스크 브레이크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 요지는, 하기 (I)에 나타내는 철도 차량용 브레이크 라이닝, 및 하기 (II)에 나타내는 철도 차량용 디스크 브레이크에 있다.

(I) 철도 차량의 차륜 또는 차축에 고정된 브레이크 디스크를 사이에 둔 캘리퍼 암과, 캘리퍼 암에 각각 유지된 브레이크 라이닝과, 브레이크 라이닝을 유지하는 캘리퍼 암의 편측에만 설치된 누름 구동원으로 이루어지는 플로팅식 브레이크 캘리퍼를 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 구비되는 브레이크 라이닝에 있어서,

누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 캘리퍼 암에 유지되는 브레이크 라이닝은,

브레이크 디스크의 슬라이딩면과 대향하는 마찰 부재와, 마찰 부재를 정면에 유지하는 기판과, 기판의 배면의 중앙에 고정 설치되고, 캘리퍼 암의 오목부에 수용되는 안내판으로 이루어지고,

기판의 정면이 마찰 부재의 슬라이딩면과 평행이며, 기판의 두께가, 브레이크 디스크의 외주측에 대응하는 측보다도 브레이크 디스크의 내주측에 대응하는 측에서 두껍게 되어 있으며, 안내판의 두께가 캘리퍼 암의 오목부의 깊이보다도 얇게 되어 있으며,

마찰 부재의 슬라이딩면이 브레이크 디스크의 슬라이딩면과 평행하게 대향한 상태로, 안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝이다.

상기 (I)의 브레이크 라이닝은, 기판의 배면이 정면에 대해 경사진 경사면인 것이 바람직하다.

이들 브레이크 라이닝은, 기판의 두께가, 브레이크 디스크의 외주측에 대응하는 측보다도 브레이크 디스크의 내주측에 대응하는 측에서 0.25~2.0mm 두꺼운 것이 바람직하다.

이들 브레이크 라이닝에 있어서, 안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판의 배면과 홀더의 오목부 사이에 간극이 존재함과 더불어, 기판의 배면과 캘리퍼 암 사이에 간극이 존재한다.

(II) 상기의 브레이크 라이닝을 구비한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 디스크 브레이크이다.

본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 디스크 브레이크에 의하면, 반누름 구동원측에 있어서, 마찰 부재의 슬라이딩면이 디스크의 슬라이딩면과 평행하게 대향 배치되어 있으므로, 제동 초기부터 마찰 부재를 전역에 걸쳐서 디스크에 접촉시킬 수 있다. 게다가, 안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입됨으로써 라이닝이 캘리퍼 암에 대해 가동 가능하게 되고, 또, 안내판의 두께가 캘리퍼 암의 오목부의 깊이보다도 얇게 되어 있으므로, 제동시에, 반누름 구동원측에서는, 캘리퍼 암이 휨에 따라 기판과 캘리퍼 암이 광범위하게 접촉한다. 이에 의해, 라이닝에 부하되는 누름력은, 안내판에 작용하지 않고, 기판에 직접 작용하여, 마찰 부재의 전역에 걸쳐서 균일하게 누름 하중을 부여할 수 있다. 따라서, 마찰 부재의 편마모를 방지할 수 있어, 내구성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은, 종래의 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 구성의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 디스크 브레이크에 대해서, 그 실시형태를 상술한다.

도 2는, 본 발명의 철도 차량용 디스크 브레이크에 있어서의 누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 구성의 일례를 나타내는 도면이며, 동 도면 (a)는 단면도를, 동 도면 (b)는 동 도면(a)의 라이닝을 캘리퍼 암으로부터 떼어낸 상태의 단면도를 각각 나타낸다. 또한, 도 2(a), (b)는, 각각 상기 도 1(c), (d)에 대응하는 도면이다. 본 발명의 디스크 브레이크에 있어서의 반누름 구동원측에 대해서, 라이닝을 정면측에서 보았을 때의 구성은, 상기 도면 1(a)에 나타낸 것과 동일하고, 배면측에서 보았을 때의 구성은, 상기 도면 1(b)에 나타낸 것과 동일하다.

본 발명의 디스크 브레이크는, 브레이크 디스크(1)와, 브레이크 라이닝과, 이 라이닝이 부착된 브레이크 캘리퍼를 구비한다. 디스크(1)는 도너츠형 원반형상이며, 도시하지 않은 차륜 또는 차축에 볼트 등에 의해서 부착되어, 강고하게 고정되어 있다.

캘리퍼는, 디스크(1)를 사이에 두도록 연장하는 캘리퍼 암을 갖고, 캘리퍼 암에 각각 라이닝이 유지되어 있다. 본 발명에서 이용하는 캘리퍼는, 플로팅 방식이므로, 라이닝을 유지하는 캘리퍼 암 중, 도 2에 나타나 있지 않은 편측에만 피스톤 등의 누름 구동원이 설치되어 있다. 누름 구동원은, 유압이나 공기압에 의해서 작동한다.

누름 구동원측에 있어서는, 캘리퍼 암에 장착된 누름 구동원에 라이닝 홀더가 부착되고, 이 홀더에, 상기 도면 1에 나타낸 종래형 라이닝(12)과 같은 것이, 종래와 동일하게 하여 강고하게 유지되고 있다. 한편, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 반누름 구동원측에 있어서는, 상기 도면 1에 나타낸 것과 동일하게, 라이닝 홀더(8)가 캘리퍼 암(7)과 일체적으로 장착되어 있다. 이 홀더(8)에는, 후술하는 본 발명의 브레이크 라이닝(2)의 안내판(5)을 수용하는 오목부(8b)가 형성되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 반누름 구동원측의 캘리퍼 암(7)에 유지되는 본 발명의 라이닝(2)은, 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 대향하는 마찰 부재(3)와, 마찰 부재(3)를 정면(4a)에 유지하는 기판(4)과, 기판(4)의 배면(4b)의 중앙에 고정 설치된 안내판(5)으로 구성된다. 도 2에서는, 도 1에 나타내는 것과 동일하게, 복수의 소괴의 마찰 부재(3)를 배열한 것을 나타내고 있다.

마찰 부재(3)는, 동소결재나 수지계 재료 등으로 이루어지고, 평면형상이 원형이며, 그 중심부에 삽입된 리벳(6)에 의해서 기판(4)에 부착되어 있다. 마찰 부재(3)의 평면형상은, 원형에 한정되지 않고, 사각형이나 육각형 등의 다각형이어도 상관없다. 마찰 부재(3)와 기판(4) 사이에는, 마찰 부재(3)를 탄성적으로 지지하기 위해서, 스프링 부재를 설치해도 된다. 스프링 부재로는, 접시 스프링을 적용할 수 있고, 판 스프링이나 코일 스프링을 적용할 수도 있다.

기판(4)은, 그 정면(4a)이 마찰 부재(3)의 슬라이딩면(3a)과 평행하게 되어 있다. 또한, 기판(4)은, 그 두께가, 디스크(1)의 외주측에 대응하는 측(도 2에서는 상방측에 상당하고, 이하, 단순히 「외주측」이라고도 함)보다도 디스크(1)의 내주측에 대응하는 측(도 2에서는 하방측에 상당하고, 이하, 단순히 「내주측」이라고도 함)에서 두껍게 되어 있다.

이 기판(4)의 배면(4b)은, 실용성의 관점으로부터, 그 정면(4a)에 대해 경사진 경사면인 것이 바람직하다. 또, 기판(4)은, 외주측의 두께 4to와 내주측의 두께 4ti의 차가 0.25~2.0mm의 범위 내인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.5~1.0mm이다. 기판(4)의 외주측과 내주측의 두께차가 0.25mm 미만에서는, 후술하는 바와 같이, 제동시에, 마찰 부재(3)가 디스크(1)에 접촉하면서, 캘리퍼 암(7)이 휨에 따라서 기판(4)의 배면(4b)과 홀더(8)의 정면(8a)이 접촉한 경우, 마찰 부재(3)의 외주측 영역에 높은 하중이 작용하기 쉬워지기 때문이다. 한편, 그 두께차가 2.0mm를 넘으면, 반대로 마찰 부재(3)의 내주측 영역에 높은 하중이 작용하기 쉬워지기 때문이다. 이러한 기판(4)의 두께차의 범위는, 기판(4)의 정면(4a)에 대한 배면(4b)의 경사 각도로 말하면, 0.1~1.0° 정도에 상당한다.

안내판(5)은, 그 두께 5t가, 홀더(8)(캘리퍼 암(7))의 오목부(8b)의 깊이보다도 얇게 되어 있다. 즉, 안내판(5)의 두께 5t는, 상기 도면 1에 나타낸 종래형 라이닝(12)의 안내판(15)의 두께보다도 얇게 되어 있다. 또한, 도 2에서는, 안내판(5)의 두께 5t가 일정하고, 안내판(5)의 배면(5a)이 기판(4)의 배면(4b)과 평행인 양태를 나타내고 있다. 단, 안내판(5)의 두께 5t가 홀더(8)의 오목부(8b)의 깊이보다도 얇게 되어 있는 한, 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 안내판(5)의 배면(5a)과 기판(4)의 정면(4a)이 평행하게 되도록, 안내판(5)의 두께 5t가 외주측보다도 내주측에서 얇게 되어 있어도 상관없다.

이러한 구성의 라이닝(2)은, 반누름 구동원측에 있어서, 각 마찰 부재(3)의 슬라이딩면(3a)이 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 평행하게 대향한 상태로, 안내판(5)의 상하의 각 가장자리부(5b, 5c)만이, 캘리퍼 암(7)의 홀더(8)에 형성된 오목부(8b)의 상하의 각 가장자리부(8d, 8e)와 걸어맞춰져 있다. 즉, 반누름 구동원측의 라이닝(2)은, 안내판(5)이 홀더(8)의 오목부(8b)에 헐겁게 삽입되고, 이에 의해, 캘리퍼 암(7)에 가동 가능하게 부착된다. 이 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판(5)의 배면(5a)과 홀더(8)의 오목부(8b)의 바닥면(8c) 사이에 간극(c1)이 존재함과 더불어, 기판(4)의 배면(4b)과 홀더(8)(캘리퍼 암(7))의 정면(8a) 사이에 간극(c2)이 존재하고 있다. 홀더(8)의 정면(8a)은, 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 평행하게 되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 디스크 브레이크는, 반누름 구동원측의 캘리퍼 암(7)에 본 발명의 라이닝(2)을 구비함과 더불어, 누름 구동원측의 캘리퍼 암에 종래형 라이닝(12)을 구비한다. 제동시, 누름 구동원측에서는, 누름 구동원의 작동에 의해, 누름 구동원으로부터의 누름력이 라이닝(12)에 부하되고, 라이닝(12)이 디스크에 눌러진다.

한편, 반누름 구동원측에서는, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 캘리퍼 암(7)이 누름 구동원측에서의 누름력의 반력을 받아 디스크(1)를 향해 슬라이드 이동하고(도 2(a) 중의 흰색 화살표 참조), 라이닝(2)이 디스크(1)에 눌러진다. 그 때, 마찰 부재(3)의 슬라이딩면(3a)이 디스크(1)의 슬라이딩면(1a)과 평행하게 대향 배치되어 있으므로, 마찰 부재(3)는, 제동 초기보다, 내주측 영역에서 외주측 영역까지의 전역에 걸쳐서 디스크(1)에 접촉한다. 또한, 마찰 부재(3)가 디스크(1)에 눌러짐에 따라, 캘리퍼 암(7)이 그 반력을 받아 벌어지듯이 휜다.

이에 수반하여, 기판(4)의 배면(4b)과 홀더(8)의 정면(8a) 사이의 간극(c2)이 막힘과 동시에, 안내판(5)의 배면(5a)과 홀더(8)의 오목부(8b)의 바닥면(8c) 사이의 간극(c1)이 좁아진다. 이것은, 안내판(5)이 홀더(8)의 오목부(8b)에 헐겁게 삽입됨으로써 라이닝(2)이 캘리퍼 암(7)에 대해 가동 가능하고, 또, 안내판(5)의 두께 5t가 홀더(8)의 오목부(8b)의 깊이보다도 얇게 되어 있기 때문이다.

이와 같이 하여, 제동시에, 반누름 구동원측에서는, 안내판(5)의 배면(5a)과 홀더(8)의 오목부(8b)의 바닥면(8c)이 비접촉 상태인 채로, 기판(4)의 배면(4b)과 홀더(8)의 정면(8a)이 광범위하게 접촉하므로, 라이닝(2)에 부하되는 누름력은, 라이닝(2)의 안내판(5)에 작용하지 않고, 라이닝(2)의 기판(4)에 직접 작용한다. 이에 의해, 제동시에 마찰 부재(3)의 전역에 걸쳐서 균일하게 누름 하중을 부여하는 것, 즉 등압성을 확보하는 것이 가능해진다. 그 결과, 상기한 바와 같이, 마찰 부재(3)가 제동 초기부터 전역에 걸쳐서 디스크(1)에 접촉하는 것도 합쳐져, 마찰 부재(3)의 편마모를 방지할 수 있어, 내구성을 향상시킬 수 있다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 하기의 FEM 해석(Finit Element Method 해석)을 실시했다.

[해석의 개요]

제동시에, 반누름 구동원측에 있어서의 마찰 부재의 등압성을 평가하기 위해서, FEM 해석을 행했다. 해석에서는, 캘리퍼 암, 라이닝 및 디스크를 탄성체로 모델화하고, 캘리퍼 암에 누름력 상당의 하중을 부여했다. 이 때, 마찰 부재에 작용하는 하중을 평가했다. 해석은, 신칸센(고속 철도 차량)에 사용되고 있는 디스크 브레이크를 대상으로 했다.

[실시 조건]

FEM 해석의 주요한 실시 조건을 하기의 표 1에 정리하여 나타낸다.

FEM 해석에서는, 상기 도면 2에 나타낸 디스크 브레이크를 채용하고, 본 발명예 1~3의 3개의 양태에 대해서 해석을 실시했다. 어느 양태에서나, 기판의 두께를 외주측보다도 내주측에서 두껍게 하고, 그 두께의 차는, 본 발명예 1에서 1.0mm, 본 발명예 2에서 0.75mm, 및 본 발명예 3에서 0.5mm로 변경했다. 또, 어느 양태에서나, 홀더의 오목부의 깊이는 7.8mm, 안내판의 두께는 홀더의 오목부의 깊이보다도 얇은 7mm로 하고, 제동시에 누름 하중이 기판에 직접 작용하도록 했다.

또, 본 발명예 1~3에 공통적으로, 기판의 길이 방향 길이(디스크의 둘레방향에 상당하는 길이)는 400mm, 폭방향 길이(디스크의 반경방향에 상당하는 길이)는 141mm로 했다. 라이닝을 구성하는 각 부재의 재료에 대해서, 마찰 부재는 동소결재로 하고, 그 이외에는 모두 철강 재료로 했다. 마찰 부재는 14개로 하고, 그 평면형상은 직경 45mm인 원형으로 했다. 마찰 부재와 기판 사이에는, 스프링 부재로서 접시 스프링을 설치했다. 마찰 부재와 기판, 및 기판과 안내판은, 각각 리벳에 의해 체결했다. 디스크는, 내경 476mm, 외경 724mm인 대략 원반형상으로 했다.

그리고, FEM 해석은, 8kN, 10kN, 및 12kN의 3조건의 누름력을 부여하여 행했다.

또한, 비교를 위해서, 비교예 1~3의 세 가지 양태에 대해서 해석을 실시했다. 비교예 1에서는, 본 발명예 1~3과 동일하게, 제동시에 누름 하중이 기판에 직접 작용하도록 했는데, 본 발명예 1~3과는 달리, 기판의 두께를 일정하게 했다. 비교예 2에서는, 종래의 디스크 브레이크를 상정하고, 기판의 두께를 일정하게 함과 더불어, 제동시에 누름 하중이 안내판에 작용하도록 했다. 비교예 3에서는, 본 발명예 1~3과 동일하게, 기판의 두께를 외주측보다도 내주측에서 두껍게 했는데, 본 발명예 1~3과는 달리, 제동시에 누름 하중이 안내판에 작용하도록 했다.

[평가 방법]

본 발명의 목적은, 반누름 구동원측에 있어서의 마찰 부재의 등압성을 확보하는 데 있다. 그래서, 그것에 대응하는 지표로서, FEM 해석에 의해, 개개의 마찰 부재에 작용하는 하중을 추출하고, 추출한 각 하중치로부터 그 표준 편차를 산출했다. 그리고, 표준 편차가 작을수록, 마찰 부재의 등압성이 높다고 평가했다.

[결과]

FEM 해석의 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

이 표에 나타낸 결과를 보면, 본 발명예 1~3은, 비교예 1~3에 비해, 마찰 부재에 작용하는 하중의 표준 편차가 작게 되어 있으며, 기판의 두께 형상, 및 안내판의 두께 형상을 모두 변경함으로써, 등압성이 높아짐을 알 수 있다.

본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 디스크 브레이크는, 모든 철도 차량에 유효하게 이용할 수 있으며, 그 중에서도, 주행 속도가 저속에서 고속까지 광범위하게 고속 철도 차량에 유용하다.

1:브레이크 디스크
1a:슬라이딩면
2:브레이크 라이닝
3:마찰 부재
3a:슬라이딩면
4:기판
4a:정면
4b:배면
4to:외주측의 두께
4ti:내주측의 두께
5:안내판
5t:두께
5a:배면
5b:상측 가장자리부
5c:하측 가장자리부
6:리벳
7:캘리퍼 암
8:라이닝 홀더
8a:정면
8b:오목부
8c:바닥면
8d:상측 가장자리부
8e:하측 가장자리부
c1:간극
c2:간극
12:종래형 브레이크 라이닝
14:기판
14a:정면
14b:배면
15:안내판
15a:배면
15b:상측 가장자리부
15c:하측 가장자리부

Claims

철도 차량의 차륜 또는 차축에 고정된 브레이크 디스크를 사이에 둔 캘리퍼 암과, 캘리퍼 암에 각각 유지된 브레이크 라이닝과, 브레이크 라이닝을 유지하는 캘리퍼 암의 편측에만 설치된 누름 구동원으로 이루어지는 플로팅식 브레이크 캘리퍼를 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 구비되는 브레이크 라이닝에 있어서,
누름 구동원이 설치되어 있지 않은 측의 캘리퍼 암에 유지되는 브레이크 라이닝은,
브레이크 디스크의 슬라이딩면과 대향하는 마찰 부재와, 마찰 부재를 정면에 유지하는 기판과, 기판의 배면의 중앙에 고정 설치되고, 캘리퍼 암의 오목부에 수용되는 안내판으로 이루어지고,
기판의 정면이 마찰 부재의 슬라이딩면과 평행이며, 기판의 두께가 브레이크 디스크의 외주측에 대응하는 측보다도 브레이크 디스크의 내주측에 대응하는 측에서 두껍게 되어 있으며, 안내판의 두께가 캘리퍼 암의 오목부의 깊이보다도 얇게 되어 있으며,
마찰 부재의 슬라이딩면이 브레이크 디스크의 슬라이딩면과 평행하게 대향한 상태로, 안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 1에 있어서,
기판의 배면이 정면에 대해 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 1에 있어서,
기판의 두께가, 브레이크 디스크의 외주측에 대응하는 측보다도 브레이크 디스크의 내주측에 대응하는 측에서 0.25~2.0mm 두꺼운 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 2에 있어서,
기판의 두께가, 브레이크 디스크의 외주측에 대응하는 측보다도 브레이크 디스크의 내주측에 대응하는 측에서 0.25~2.0mm 두꺼운 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 1에 있어서,
안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판의 배면과 홀더의 오목부 사이에 간극이 존재함과 더불어, 기판의 배면과 캘리퍼 암 사이에 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 2에 있어서,
안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판의 배면과 홀더의 오목부 사이에 간극이 존재함과 더불어, 기판의 배면과 캘리퍼 암 사이에 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 3에 있어서,
안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판의 배면과 홀더의 오목부 사이에 간극이 존재함과 더불어, 기판의 배면과 캘리퍼 암 사이에 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 4에 있어서,
안내판이 캘리퍼 암의 오목부에 헐겁게 삽입된 상태에서는, 안내판의 배면과 홀더의 오목부 사이에 간극이 존재함과 더불어, 기판의 배면과 캘리퍼 암 사이에 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 라이닝을 구비한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 디스크 브레이크.