KR20120099754A - 철도 차량용 브레이크 라이닝 - Google Patents

Abstract

(과제) 등면압 기능을 발휘함과 더불어 탄성 부재를 보호한다.
(해결 수단) 차축에 부착한 디스크체 또는 차륜에 볼트 체결되는 브레이크 디스크의 슬라이딩면에, 브레이크 캘리퍼에 의해 가압되는 철도 차량용 브레이크 라이닝이다. 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 가압하는 마찰 부재(11)와, 브레이크 캘리퍼에 부착되어, 마찰 부재(11)를 지지하는 후면판(12)을 구비한다. 마찰 부재(11)는, 브레이크 디스크의 반경 방향 및 둘레 방향으로 분할 배치한다. 각각의 마찰 부재(11)와 후면판(12)의 사이에 접시 스프링(13)을 개재시킨다. 마찰 부재(11)의 후면판(12)과 상대되는 면을 구면형상으로 형성한다. 경가압 시에는 후면판(12)으로부터 접시 스프링(13)을 통해 마찰 부재(11)에 가압력을 전달한다. 중가압 시에는 후면판(12)과 구면부(11a)가 접촉하여 마찰 부재(11)에 직접 가압력을 전달한다.
(효과) 등면압을 발휘함과 더불어 탄성 부재의 변형, 열화를 방지할 수 있다.

Description

철도 차량용 브레이크 라이닝{BRAKE LINING FOR ROLLING STOCK}

본 발명은, 브레이크 디스크와의 마찰에 의한 열에너지를 효과적으로 분산시켜, 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 내구성을 모두 향상시키는 것이 가능한 철도 차량용 브레이크 라이닝에 관한 것이다.

철도 차량이나 자동차 및 자동 이륜차 등의 육상 운송 기계에서는, 차량의 고속화나 대형화에 수반하여, 그 제동 장치로서 디스크 브레이크가 많이 이용되도록 되어져 오고 있다.

이하, 일례로서 철도 차량용 디스크 브레이크에 대해 설명한다.

디스크 브레이크는, 브레이크 캘리퍼를 작동시켜, 차축 또는 차륜에 부착한 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 브레이크 라이닝을 가압하여 제동력을 얻고, 차축 또는 차륜의 회전을 제동하여 차량의 속도를 제어한다.

그 때, 마찰열에 의해 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 접촉면의 온도가 상승하지만, 이 접촉면의 온도는 차량의 고속화에 수반되는 브레이크 부하의 증대에 의해 높아지고 있다.

또, 종래형의 디스크 브레이크의 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 브레이크 라이닝(1)은, 브레이크 디스크(2)의 슬라이딩면(2a)와 접촉하는 마찰 부재(1a)를, 리벳(도시 생략)이나 접착제 등에 의해 후면판(1b)에 부착한 구성이다.

브레이크 캘리퍼로부터 이 브레이크 라이닝에 부하되는 가압력은, 부착부의 구조상, 브레이크 라이닝의 전체에는 작용하지 않으며, 어느 특정한 부분에 집중되어 작용한다. 예를 들면 유압식 캘리퍼의 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가압 하중의 중심 위치(3)는 가압 피스톤의 위치에 존재한다. 레버식 캘리퍼의 경우도 유압식 캘리퍼의 경우와 동일하게, 가압 하중은 캘리퍼의 아암과 라이닝 홀더가 접속하는 위치에 부하된다.

상기와 같이, 종래의 디스크 브레이크는, 구조상, 브레이크 캘리퍼로부터의 가압력이 브레이크 라이닝의 일부분에만 작용한다. 따라서, 가압력이 작용하는 바로 그 아래에서는, 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 접촉 면압이 높아져 국부적인 온도 상승이 발생한다.

그래서, 상기 국부적인 온도 상승을 완화하기 위해, 등(等)면압 라이닝이 필요해진다.

예를 들면 특허 문헌 1에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 체결 구멍(21)을 피하도록 배치한 마찰 부재(11)를, 탄성 부재(13)를 개재시켜 후면판(12)에 부착한 브레이크 라이닝이 개시되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 접촉 면압을 균등하게 하여, 국부적인 온도 상승이 발생하는 것을 억제하고 있다.

그러나, 특허 문헌 1에서 개시된 기술은, 마찰 부재의 후면판에 대한 부착에 탄성 부재를 개재시키고 있으므로, 가압력이 작용하여 마찰 부재가 고온이 되면, 탄성 부재가 항복하여, 그 이후는, 본래의 등면압 기능을 유효하게 발휘할 수 없게 된다.

또, 특허 문헌 2, 3에서는, 복수개로 분할한 마찰 부재를, 구면좌(球面座)를 통해 부착함으로써, 브레이크 캘리퍼로부터의 가압력을 균등하게 부하하여, 국부적인 온도 상승이 발생하는 것을 억제하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이들 특허 문헌 2, 3에서 개시된 기술의 경우, 가압력에 의해 구면좌의 구성 부분이 소성 변형되면, 등면압 기능이 소실된다.

일본국 특허공개 2008-151188호 공보 일본국 특허공표 평10-507250호 공보 일본국 특허공개 2008-223852호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 문제점은, 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 접촉 면압을 균등하게 하여 국부적인 온도 상승을 억제하는 종래 기술의 경우, 등면압 기능을 발휘하는 구성 부분을 보호하는 배려가 없다는 점이다.

본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝은,

등면압 기능을 발휘하는 탄성 부재를 보호하기 위해,

브레이크 디스크의 슬라이딩면에, 브레이크 캘리퍼에 의해 가압되는 철도 차량용 브레이크 라이닝으로서,

브레이크 디스크의 상기 슬라이딩면에 가압하는 마찰 부재와,

상기 브레이크 캘리퍼에 부착되어, 상기 마찰 부재를 지지하는 후면판을 구비하고,

상기 마찰 부재는, 상기 브레이크 디스크의 반경 방향 및 둘레 방향으로 2개 이상으로 분할 배치함과 더불어, 이들 각각의 마찰 부재와 상기 후면판의 사이에는 탄성 부재를 개재시키고, 또한, 각각의 마찰 부재의 상기 후면판과 상대되는 면의 탄성 부재로부터 외부 가장자리측을 볼록 만곡형상으로 형성하며,

경가압 시에는 후면판으로부터 탄성 부재를 통해 마찰 부재에 가압력을 전달함으로써 등면압을 달성하고, 중가압 시에는 후면판과 볼록 만곡형상부가 접촉하여 볼록 만곡형상부에서 가능한 한 등면압을 유지하면서 마찰 부재에 직접 가압력을 전달하도록 한 것을 가장 주요한 특징으로 하고 있다.

본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝은, 마찰 부재의 후면판과 상대되는 면을 볼록 만곡형상으로 형성함으로써, 중가압 시에는, 후면판과 볼록 만곡형상부가 접촉하여 볼록 만곡형상부에서 가능한 한 등면압을 유지하면서 마찰 부재에 직접 가압력을 전달하는 것이다.

따라서, 등면압을 발휘하는 탄성 부재는, 중가압력과 고온이 겹치는 것에 의한 항복을 방지할 수 있어, 탄성 부재의 보호가 도모된다.

본 발명에서는, 마찰 부재의 후면판과 상대되는 면을 볼록 만곡형상으로 형성하고, 중가압 시에는, 후면판과 볼록 만곡형상부가 접촉하여 마찰 부재에 직접 가압력을 전달하므로, 마찰 부재와 후면판의 사이에 개재되어 등면압을 발휘하는 탄성 부재의 변형, 열화를 방지할 수 있다.

또, 마찰 부재의 후면판과 상대되는 면의 탄성 부재로부터 외부 가장자리측을 볼록 만곡형상으로 형성하고 있으므로, 중가압 시에도, 이 볼록 만곡형상부에서 하중을 넓게 분산시켜 가능한 한 등면압을 유지할 수 있다.

도 1(a)는, 본 발명의 브레이크 라이닝의 제1 예의 주요부를 도시한 단면도, (b)는, (a)도의 A부 확대도이다.
도 2는, 본 발명의 브레이크 라이닝의 제1 예를 도시한 평면도이다.
도 3은, 경가압 시에 있어서의 본 발명의 각 마찰 부재의 온도를 도시한 도면이다.
도 4는, 중가압 시에 있어서의 본 발명의 각 마찰 부재의 온도를 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 브레이크 라이닝의 제2 예의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 6은, 종래형의 철도 차량용 디스크 브레이크를 구성하는 브레이크 라이닝 및 브레이크 디스크를 도시한 도면이며, (a)는, 브레이크 라이닝을 마찰 부재측에서 본 평면도, (b)는, (a)도의 A-B 단면도이다.
도 7은, 종래형의 철도 차량용 디스크 브레이크를 구성하는 브레이크 라이닝을 도시한 도면이며, (a)는, 브레이크 라이닝을 마찰 부재측에서 본 평면도, (b)는, (a)도의 A-B 단면도이다.

본 발명에서는, 마찰 부재와 후면판의 사이에 개재되는 탄성 부재의 보호와 등면압 유지라는 목적을, 마찰 부재의 후면판과 상대되는 면을 볼록 만곡형상으로 형성하고, 중가압 시에는, 탄성 부재의 외측에 위치하는 볼록 만곡형상부와 후면판이 접촉하여 마찰 부재에 직접 가압력을 전달함으로써 실현하였다.

실시예

이하, 본 발명의 착상으로부터 과제 해결에 도달할 때까지의 과정과 함께, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해 설명한다.

발명자들은, 중가압 시에는 마찰 부재가 고온이 되어 마찰 부재와 후면판의 사이에 개재되는 탄성 부재가 항복하므로, 탄성 부재가 장기간에 걸쳐 등면압 기능을 유지하기 위해서는, 중가압 시에 있어서의 탄성 부재의 사용을 제한하여 극도의 변형을 방지하는 것이 효과적이다고 생각하였다.

또, 중가압 시에는, 탄성 부재의 기능을 사용하지 않아도, 마찰 부재 자체의 탄성 및 라이닝 장치 전체의 탄성에 의해, 충분한 등면압을 달성할 수 있는 것이 판명되었다.

본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝은, 이상의 생각에 의거한 검토의 결과 성립된 것이다.

즉, 본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝은, 예를 들면, 차축에 부착한 디스크체 또는 차륜에 볼트 체결되는 브레이크 디스크의 슬라이딩면에, 브레이크 캘리퍼에 의해 가압되는 것이며, 이하의 구성을 채용하고 있다.

도 1에 있어서, 11은 브레이크 디스크의 상기 슬라이딩면에 가압되는 마찰 부재이며, 상기 브레이크 캘리퍼에 부착된 후면판(12)에 의해 예를 들면 접시 스프링(13)을 통해 탄성 지지되어 있다. 이 접시 스프링(13)의 스프링 상수는, 상용 최대 브레이크 시에, 마찰 부재(11)의 후술하는 구면부(11a)와 후면판(12)의 간극 정도 휘어지는 것으로 한다.

이 마찰 부재(11)는, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 브레이크 디스크의 반경 방향으로 2개로 분할되어 있다. 그리고, 그 둘레 방향 외주측에서는 6개, 둘레 방향 내주측에서는 4개의 합계 10개로 분할되어, 후면판(12)의 둘레 방향 중앙선(12b)과 선대칭이 되도록 배치되어 있다.

본 발명에서는, 상기 각각의 마찰 부재(11)의, 상기 후면판(12)과 상대되는 면을 예를 들면 구면형상으로 형성함과 더불어, 그 중심부를 후면판(12)을 향해 돌출시키고, 또한 이 중심부의 둘레에 상기 접시 스프링(13)을 수납하는 오목부(11c)를 형성하고 있다. 또한, 도 1 중의 11a는 상기 구면형상으로 형성한 구면부, 11b는 후면판(12)을 향해 돌출시킨 돌기를 나타낸다.

한편, 마찰 부재(11)의 상기 돌기(11b)와 상대되는 후면판(12)부에는, 상기 돌기(11b)의 외주측 및 돌출 높이 방향으로 소정의 간극(d1)을 가진 상태로 상기 돌기(11b)를 끼워넣는 오목부(12a)를 형성하고 있다.

상기 소정의 간극(d1)은, 상기 마찰 부재(11)의 구면부(11a)와 후면판(12)의 간극(d2)보다 크면 된다.

상기 구성으로 함으로써, 마찰 부재(11)가 후면판(12)에 대해 평행한 수평 방향으로 이동한 경우에는, 돌기(11b)가 오목부(12a)에 접촉함으로써 상기 이동을 억제하여, 후면판(12)으로 힘을 전달한다. 한편, 마찰 부재(11)가 후면판(12)에 대해 접근하는 방향으로 이동한 경우에는, 상기 마찰 부재(11)의 구면부(11a)가 후면판(12)에 접촉할 때까지는 접시 스프링(13)이 수축되고, 접촉 후에는 접시 스프링(13)에는 그 이상의 하중이 작용하지 않는다.

또, 도 1의 예에서는, 마찰 부재(11)에 형성한 플랜지부(11d)에 걸어맞춰지는 누름판(14)과 후면판(12)을 관통하는 리벳(15)에 의해, 누름판(14)을 후면판(12)측으로 끌어당겨, 접시 스프링(13)을 조금 가압한 상태가 되도록 하여, 상기 마찰 부재(11)를 후면판(12)에 부착하고 있다.

상기 구성의 본 발명의 철도 차량용 브레이크 라이닝에서는, 빈번하게 사용되는 경가압 시에는, 후면판(12)으로부터 접시 스프링(13)을 통해 마찰 부재(11)에 가압력을 전달함으로써 등면압을 달성한다.

한편, 거의 사용하지 않는 중가압 시에는, 접시 스프링(13)이 소정 치수 가압된 후에는 후면판(12)과 구면부(11a)가 접촉하여 구면부(11a)에서 가능한 한 등면압을 유지하면서 마찰 부재(11)에 직접 가압력을 전달한다. 따라서, 중가압에 의해 고온 또한 고가압의 환경이 되어도 접시 스프링(13)이 영구 변형되지 않으며, 기능이 영속적으로 유지된다. 또, 구면부(11a)가 접시 스프링(13)으로부터 외부 가장자리측(외주측)에 설치되어 있으므로, 구면부(11a)를 접시 스프링(13)으로부터 내측(중앙측)에 설치하는 경우에 비해, 하중이 외부 가장자리측으로 넓게 분산되어, 보다 등면압이 된다.

도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 브레이크 라이닝에 있어서, 마찰 부재(소결 합금제, 외경 60mm, 두께 15mm)가 후면판(강제, 두께 4.5mm)과 접촉하지 않을 정도의 가압력(5~10kN)으로 브레이크 시험을 하였을 때의 각 마찰 부재의 온도를 나타낸 것이다.

한편, 도 4는 마찰 부재가 후면판과 접촉하는 가압력(12~22kN)으로 브레이크 시험을 하였을 때의 각 마찰 부재의 온도를 나타낸 것이다.

또한, 도 3, 도 4에 있어서의 No.1~5가 어느 마찰 부재인지는, 도 2에 나타낸다.

어느 경우나 각 마찰 부재에 있어서의 온도의 편차가 적고, 본 발명에 의해 등면압의 효과로 나타나 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 사용한 브레이크 디스크는, 단강제(鍛鋼製)로, 내경이 425mm, 외경이 715mm이며, 브레이크 라이닝과 접촉하는 슬라이딩면의 내경은 428mm, 외경은 702mm이다.

본 발명은 상기의 예에 한정되지 않으며, 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범주이면, 적절히 실시 형태를 변경해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 마찰 부재(11)의 후면판(12)에 대한 부착은, 도 1에 나타낸 구성에 한정되지 않으며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 마찰 부재(11)의 중심부와, 이 중심부와 상대되는 후면판(12)에 형성한 관통 구멍에 리벳(15)을 통과시킨 구성이어도 된다.

또, 마찰 부재(11)와 후면판(12)의 사이에 개재시키는 탄성 부재는, 접시 스프링(13) 대신에 코일 스프링을 사용해도 된다.

또한, 마찰 부재(11)의 후면판(12)과 상대되는 면에 형성하는 형상은, 가능한 한 등면압을 유지하면서 직접 마찰 부재(11)에 가압력을 전달할 수 있으면, 볼록 만곡형상이면 구면형상에 한정되지 않는다.

[산업상의 이용 가능성]

상기 구성의 본 발명은, 철도 차량용 브레이크 디스크에 한정되지 않으며, 자동차나 자동 이륜차 등의 브레이크 디스크여도 적용할 수 있다.

11 : 마찰 부재
11a : 구면부
11b : 돌기
11d : 플랜지부
12 : 후면판
12a : 오목부
13 : 접시 스프링
14 : 누름판
15 : 리벳
21 : 체결 구멍

Claims (4)

1. 브레이크 디스크의 슬라이딩면에, 브레이크 캘리퍼에 의해 가압되는 철도 차량용 브레이크 라이닝으로서,
   브레이크 디스크의 상기 슬라이딩면에 가압하는 마찰 부재와,
   상기 브레이크 캘리퍼에 부착되어, 상기 마찰 부재를 지지하는 후면판을 구비하고,
   상기 마찰 부재는, 상기 브레이크 디스크의 반경 방향 및 둘레 방향으로 2개 이상으로 분할 배치함과 더불어, 이들 각각의 마찰 부재와 상기 후면판의 사이에는 탄성 부재를 개재시키고, 또한, 각각의 마찰 부재의 상기 후면판과 상대되는 면의 상기 탄성 부재로부터 외부 가장자리측을 볼록 만곡형상으로 형성하며,
   경가압 시에는 후면판으로부터 탄성 부재를 통해 마찰 부재에 가압력을 전달함으로써 등(等)면압을 달성하고, 중가압 시에는 후면판과 볼록 만곡형상부가 접촉하여 볼록 만곡형상부에서 가능한 한 등면압을 유지하면서 마찰 부재에 직접 가압력을 전달하도록 한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 부재의 후면판에 대한 부착은, 마찰 부재에 형성한 플랜지부에 걸어맞춰지는 누름판을 후면판측으로 끌어당김으로써 행하는 것임을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 마찰 부재의 볼록 만곡형상부측의 중심부에 돌기를 형성하고, 이 돌기와 상대되는 상기 후면판부에, 상기 돌기의 외주부 및 돌출 높이부에 소정의 간극을 가진 상태로 끼워넣는 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 부재의 후면판에 대한 부착은, 마찰 부재의 중심부와, 이 중심부와 상대되는 후면판에 형성한 관통 구멍에 설치하는 접속 부재에 의해 행하는 것임을 특징으로 하는 철도 차량용 브레이크 라이닝.

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