KR20180091888A - 철도 차량용의 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크 - Google Patents

Abstract

철도 차량용의 브레이크 라이닝(10)은, 제1 및 제2의 마찰 부재(11, 12)와 기판(20)을 포함한다. 마찰 부재(11)는, 마찰 부재(11)와 기판(20) 사이에 스프링 부재가 배치되어 탄성적으로 기판(20)에 부착되어 있다. 마찰 부재(12)는 기판(20)에 고정되어 있다. 마찰 부재(11, 12)와 철도 차량의 차축 중심 사이의 최단 거리를 r1로 하고, 마찰 부재(11, 12)와 차축 중심 사이의 최장 거리를 r2로 한다. 차축 중심으로부터의 거리가 {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2(r2-r1)/3}인 범위에 중심이 존재하는 마찰 부재(11)가 1개 이상 있다. 마찰 부재(11)의 슬라이딩 면적의 합계 T1과 마찰 부재(12)의 슬라이딩 면적의 합계 T2가, 2/25≤T2/(T1＋T2)의 관계를 만족한다. 이로 인해, 고속 운전으로부터의 급제동시에 있어서도, 브레이크 디스크와 마찰 부재(11, 12)의 양호한 접촉이 유지된다.

Description

철도 차량용의 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크

본 발명은, 철도 차량용의 브레이크 라이닝, 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 관한 것이다.

근래, 철도 차량의 고속화에 따라, 철도 차량의 제동 장치에는 디스크 브레이크가 다용되고 있다. 디스크 브레이크는, 브레이크 라이닝의 마찰 부재와 브레이크 디스크의 마찰에 의해 제동력을 얻는 장치이다.

브레이크 라이닝에 대해서는, 종래부터 여러가지 제안이 이루어져 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 2011-214628호 공보(특허 문헌 1) 및 일본국 특허공개 2011-214629호 공보(특허 문헌 2)는, 철도 차량용 브레이크 라이닝를 개시하고 있다.

종래의 브레이크 라이닝의 일례의 평면도를 도 8a에 나타내고, 도 8a의 선 VIIIB-VIIIB에 있어서의 단면도를 도 8b에 나타낸다. 도 8a 및 도 8b에 나타내는 브레이크 라이닝(202)은, 복수장의 폭넓은 판 형상의 마찰 부재(203)와, 각 마찰 부재(203)의 이면에 고착된 배판(204)과, 각 마찰 부재(203)를 이면측으로부터 배판(204)과 함께 유지하는 기판(206)에 의해 구성되어 있다. 각 마찰 부재(203)는, 배판(204)과 함께, 도시하지 않는 리벳에 의해 기판(206)에 강고하게 부착되어 있다. 브레이크 라이닝(202)은, 각 마찰 부재(203)의 표면이 브레이크 디스크(201)의 슬라이딩면(201a)과 대향하도록 배치된다.

브레이크 라이닝(202)의 기판(206)은, 도시하지 않는 브레이크 캘리퍼에 부착된다. 제동시에 있어서, 브레이크 캘리퍼는, 브레이크 라이닝(202)을 브레이크 디스크(201)에 누른다. 마찰 부재(203)가 브레이크 디스크(201)와 접촉함으로써, 차량이 제동된다. 브레이크 캘리퍼로부터 브레이크 라이닝(202)에 부여되는 가압력은, 양자의 부착부의 구조상, 브레이크 라이닝(202)의 전역에 균등하게 작용하는 것이 아니라, 어느 특정의 부분에 집중하여 작용한다.

반복 제동을 행함으로써, 디스크 브레이크의 마찰 부재는 마모한다. 제동시에 마찰 부재에 균일하게 하중이 더해지지 않으면, 마찰 부재의 편마모가 커진다. 마찰 부재의 편마모가 커지면, 브레이크 라이닝의 성능 및 수명이 저하한다. 그러한 편마모를 막기 위해서는, 모든 마찰 부재와 브레이크 디스크가 균일하게 접촉하는 것이 바람직하다. 또, 제동시에 있어서 마찰 부재와 디스크 브레이크의 접촉 면적이 작으면, 제동의 능력이 저하하거나, 편마모가 커지거나 한다. 그 때문에, 마찰 부재와 디스크 브레이크의 접촉 면적이 큰 것이 요구된다.

상기 종래의 브레이크 라이닝(202)에서는, 판 형상의 마찰 부재(203)가 기판(206)에 강고하게 고정되어 있다. 그 때문에, 종래의 브레이크 라이닝(202)을 이용한 경우, 마찰 부재의 편마모가 커지기 쉽고, 또한, 제동시에 있어서 마찰 부재와 디스크 브레이크의 접촉 면적이 불충분해지는 경우가 있었다.

일본국 특허공개 2011-214628호 공보 일본국 특허공개 2011-214629호 공보

상기의 상황에 있어서, 본 발명의 목적 중 하나는, 고속 운전으로부터의 급제동시에 있어서도, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉이 불균일해지는 것, 및, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉 면적이 크게 감소하는 것을 억제할 수 있는 브레이크 라이닝를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 형태에 의한 브레이크 라이닝은, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크에 상기 철도 차량의 제동을 위해서 눌러지는, 철도 차량용의 브레이크 라이닝이다. 이 브레이크 라이닝은, 복수의 마찰 부재와, 복수의 스프링 부재와, 기판을 포함한다. 상기 복수의 마찰 부재는, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와 적어도 1개의 제2의 마찰 부재를 포함한다. 상기 제1의 마찰 부재는, 상기 제1의 마찰 부재와 상기 기판 사이에 상기 스프링 부재가 배치되어 탄성적으로 상기 기판에 부착되어 있다. 상기 제2의 마찰 부재는 상기 기판에 고정되어 있다. 상기 복수의 마찰 부재와 상기 차축의 중심 사이의 최단 거리를 r1로 하고, 상기 복수의 마찰 부재와 상기 차축의 중심 사이의 최장 거리를 r2로 했을 때에, 상기 차축의 중심으로부터의 거리가 {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}인 범위에 중심이 존재하는 상기 제1의 마찰 부재가 1개 이상 있다. 상기 제1의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T1과, 상기 제2의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T2가, 2/25≤T2/(T1＋T2)의 관계를 만족한다.

본 발명의 한 실시 형태에 의한 디스크 브레이크는, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크와, 상기 철도 차량의 제동을 위해서 상기 브레이크 디스크에 눌러지는 브레이크 라이닝를 포함하는, 철도 차량용의 디스크 브레이크이다. 상기 브레이크 라이닝은, 본 발명의 브레이크 라이닝이다.

본 발명에 의하면, 고속 운전으로부터의 급제동시에 있어서도, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉이 불균일해지는 것, 및, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉 면적이 크게 감소하는 것을 억제할 수 있는 브레이크 라이닝이 얻어진다.

도 1은, 급제동시에 있어서의 브레이크 디스크의 변위에 대해 해석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 브레이크 라이닝의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 브레이크 라이닝에 이용되는 제1의 마찰 부재(가동 마찰 부재)의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 브레이크 라이닝에 이용되는 제2의 마찰 부재(고정 마찰 부재)의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는, 마찰 부재의 배치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는, 발명예 1의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6b는, 발명예 2의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6c는, 발명예 3의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6d는, 발명예 4의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6e는, 발명예 5의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6f는, 발명예 6의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6g는, 발명예 7의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6h는, 발명예 8의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6i는, 발명예 9의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6j는, 발명예 10의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6k는, 발명예 11의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7a는, 비교예 1의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7b는, 비교예 2의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7c는, 비교예 3의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8a는, 종래의 브레이크 라이닝의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8b는, 도 8a의 선 VIIIB-VIIIB에 있어서의 단면 등을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 본 발명의 실시 형태에 대해 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이하에서 설명하는 예로 한정되지 않는다. 이하의 설명에서는, 구체적인 수치나 재료를 예시하는 경우가 있지만, 본 발명의 효과가 얻어지는 한, 다른 수치나 재료를 적용해도 된다.

본원 발명자들은, 여러가지 조건화에 있어서의 브레이크 라이닝의 성능에 대해 평가했다. 그 결과, 본원 발명자들은, 종래의 브레이크 라이닝에서는, 마찰 부재와 브레이크 디스크의 접촉이 불균일해지고, 접촉 면적이 크게 감소할 가능성이 있는 것을 알아냈다. 발명자들은, 360km/h의 주행 상태로부터 비상 정지 브레이크를 걸었을 때의 브레이크 디스크 표면의 변위에 대해 유한 요소 해석을 행했다. 그 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1의 횡축은, 차축의 중심으로부터의 거리를 나타낸다. 횡축이 235㎜인 위치는 브레이크 디스크의 내주단의 위치이다. 횡축이 360㎜인 위치는, 브레이크 디스크의 외주단의 위치이다. 이 내주단으로부터 외주단의 사이에서 마찰 부재와 브레이크 디스크가 접촉한다. 도 1의 종축은, 차축의 축방향의 변위를 나타내고, 변위가 제로인 위치는, 제동 전의 신품의 디스크 표면의 위치를 나타낸다. 변위가 플러스인 것은, 디스크 표면이 브레이크 라이닝측으로 이동하고 있는 것을 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 고속 운전으로부터의 급제동에서는, 디스크의 위치에 따라 거동이 크게 다른 결과가 되었다. 구체적으로는, 디스크의 내주측이 팽창하여 브레이크 라이닝측에 가까워지는 반면, 디스크의 외주측은 브레이크 라이닝으로부터 멀어지는 방향으로 변위하고 있다. 이 새로운 지견에 의거하여, 발명자들은, 브레이크 디스크와 균일하게 접촉하기 쉽고 또한 브레이크 디스크와의 접촉 면적이 큰 브레이크 라이닝에 대해 검토하고, 이하의 발명에 이르렀다.

(브레이크 라이닝)

본 발명의 브레이크 라이닝은 철도 차량용의 브레이크 라이닝이다. 이 브레이크 라이닝은 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크에, 철도 차량의 제동을 위해 눌러진다. 이 브레이크 라이닝은, 복수의 마찰 부재와, 복수의 체결 부재와, 복수의 스프링 부재와, 기판을 포함한다.

브레이크 캘리퍼에 의해 직접 또는 간접적으로 기판이 눌림으로써, 브레이크 라이닝의 마찰 부재가 브레이크 디스크에 눌러지고, 차량의 제동이 행해진다. 일례에서는, 기판이 안내판에 부착되고, 그 안내판이 브레이크 캘리퍼로 눌림으로써, 마찰 부재가 브레이크 디스크에 눌러진다.

마찰 부재, 체결 부재, 스프링 부재, 및 기판에 특별히 한정은 없고, 공지의 것을 이용해도 된다. 마찰 부재의 재료의 예에는, 동(銅)계의 소결재나 수지계 재료가 포함된다. 마찰 부재의 평면 형상의 예에는, 원형 및 다각형(사각형 및 육각형 등)이 포함된다. 체결 부재의 예에는, 리벳이 포함된다. 스프링 부재의 예에는, 접시 스프링, 판 스프링, 및 코일 스프링이 포함된다. 기판의 예에는, 금속판이 포함된다.

복수의 마찰 부재는, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와 적어도 1개의 제2의 마찰 부재를 포함한다. 제1의 마찰 부재와 제2의 마찰 부재는 같아도 되고 달라도 된다. 전형적인 일례에서는, 제1의 마찰 부재와 제2의 마찰 부재는, 같은 재료로 형성되고, 같은 평면 형상을 갖는다. 제1 및 제2의 마찰 부재의 수에 한정은 없고, 각각, 1~50개(예를 들어 2~30개)의 범위에 있어도 된다.

제1의 마찰 부재는, 제1의 마찰 부재와 기판 사이에 스프링 부재가 배치되어 탄성적으로 기판에 부착되어 있다. 제1의 마찰 부재는, 통상, 배판에 고착되어 있다. 그 경우, 제1의 마찰 부재는, 배판과 기판 사이에 스프링 부재가 배치되어 탄성적으로 기판에 부착된다. 기판에 제1의 마찰 부재를 부착하기 위해, 리벳 등의 체결 부재가 이용된다. 제2의 마찰 부재는 기판에 고정되어 있다. 제1의 마찰 부재와는 달리, 제2의 마찰 부재는, 스프링 부재를 개재하지 않고 기판에 부착된다. 또한, 제2의 마찰 부재가 기판에 고정되는 형태의 예에는, 리벳 등의 체결 부재를 이용하여 제2의 마찰 부재가 회전 가능하게 기판에 고정되는 형태가 포함된다. 이하에서는, 제1의 마찰 부재를 「가동 마찰 부재」라고 칭하고, 제2의 마찰 부재를 「고정 마찰 부재」라고 칭하는 경우가 있다.

각 마찰 부재의 슬라이딩 면적은, 같아도 되고 달라도 된다. 여기서, 「슬라이딩 면적」이란, 마찰 부재의 표면 중 브레이크 디스크에 대향하고 있는 표면으로서 브레이크 디스크와 접촉하도록 설계되어 있는 표면의 면적을 말한다. 일례에서는, 모든 마찰 부재(제1 및 제2의 마찰 부재)의 하나 당 슬라이딩 면적은 같다. 전형적인 일례에서는, 모든 마찰 부재는 같은 평면 형상을 갖는다.

제1의 마찰 부재는, 탄성적으로 기판에 부착되어 있기 때문에, 브레이크 디스크의 변위에 추종하기 쉽다. 한편으로, 제1의 마찰 부재는, 스프링 부재를 개재하여 기판에 부착되기 때문에, 제1의 마찰 부재를 이용하는 것은, 제조 공정의 복잡화 및 제조 코스트의 상승을 초래한다. 그 때문에, 경제성의 점에서는, 마찰 부재 모두를 제1의 마찰 부재로 하는 것은 바람직하지 않다.

여기서, 복수의 마찰 부재와 차축의 중심 사이의 최단 거리를 r1로 한다. 보다 구체적으로는, 모든 마찰 부재의 슬라이딩면 중 차축의 중심에 가장 가까운 부분과 차축의 중심의 거리를 r1로 한다. 또, 모든 마찰 부재의 슬라이딩면 중 차축의 중심으로부터 가장 먼 부분과 차축의 중심의 거리를 r2로 한다. 여기서, 「마찰 부재의 슬라이딩면」이란, 마찰 부재의 표면 중, 디스크 브레이크와 접촉하도록 설계되어 있는 면을 말한다. 또, 「디스크 브레이크의 슬라이딩면」이란, 디스크 브레이크의 표면 중, 마찰 부재와 접촉하도록 설계되어 있는 면을 말한다. 또, 「차축의 중심」이란, 마찰 부재의 슬라이딩면을 포함하는 면 상에 존재하는 차축의 중심을 말한다.

본 발명의 브레이크 라이닝에서는, 차축의 중심으로부터의 거리가 {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}인 범위에 중심이 존재하는 제1의 마찰 부재가 1개 이상 있다. 또한, 제1의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T1과, 제2의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T2가, 2/25≤T2/(T1＋T2)의 관계를 만족한다. 이 구성에 의하면, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉이 불균일해지는 것, 및, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉 면적이 크게 감소하는 것을 억제할 수 있다.

이 명세서에서는, 복수의 마찰 부재가 배치되는 영역을, 내주부(S1), 중앙부(S2), 및 외주부(S3)의 3개의 영역으로 나누어 생각한다. 내주부(S1)는, 차축의 중심으로부터의 거리가 r1~{r1＋(r2-r1)/3}의 범위에 있는 영역이다. 중앙부(S2)는 상술한 바와 같이, 차축의 중심으로부터의 거리가 {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}의 범위에 있는 영역이다. 외주부(S3)는, 차축의 중심으로부터의 거리가 {r1＋2×(r2-r1)/3}~r2의 범위에 있는 영역이다.

또한, 마찰 부재의 평면 형상이 원형인 경우에는, 당해 원형의 중심이 마찰 부재의 중심이다. 또, 마찰 부재의 평면 형상이 원형 이외의 형상(다각형 등)인 경우에는, 당해 평면 형상의 중심의 위치를 마찰 부재의 중심으로 한다. 인접하는 2개의 영역의 경계선 상에 마찰 부재의 중심이 존재하는 경우에는, 그 2개의 영역의 각각에 중심이 0.5개씩 존재한다고 간주한다.

상기의 중앙부(S2)에 중심이 존재하는 제1의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계를 t1_(S2)로 하고, 중앙부(S2)에 중심이 존재하는 제2의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계를 t2_(S2)로 한다. 본 발명의 브레이크 라이닝에서는, t1_(S2)과 t2_(S2)가, 4/9≤t1_(S2)/(t1_(S2)＋t2_(S2))≤1을 만족해도 된다. 예를 들면, 상기의 범위(중앙부(S2))에 중심이 존재하는 마찰 부재 모두가 제1의 마찰 부재여도 된다.

차축의 중심으로부터의 거리가 r1~{r1＋2×(r2-r1)/3}의 범위(내주부(S1) 및 중앙부(S2))에 중심이 존재하는 제1의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계를 t1_(S1-S2)로 하고, 당해 범위에 중심이 존재하는 제2의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계를 t2_(S1-S2)로 한다. 본 발명의 브레이크 라이닝에서는, t1_(S1-S2)과 t2_(S1-S2)가, 9/17≤t1_(S1-S2)/(t1_(S1-S2)＋t2_(S1-S2))≤1을 만족해도 된다. 예를 들면, 내주부(S1) 및 중앙부(S2)에 중심이 존재하는 마찰 부재 모두가 제1의 마찰 부재여도 된다.

전형적인 예에서는, 내주부(S1), 중앙부(S2) 및 외주부(S3)의 각각에 복수의 마찰 부재의 중심이 배치된다. 예를 들면, 내주부(S1)에 배치된 복수의 마찰 부재의 중심은, 차축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 배치된다. 마찬가지로 중앙부(S2)에 배치된 복수의 마찰 부재의 중심은, 차축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 배치된다. 마찬가지로 외주부(S3)에 배치된 복수의 마찰 부재의 중심은, 차축을 중심으로 하는 동일 원주 상에 배치된다. 또, 모든 마찰 부재가 배치되어 있는 영역의 둘레 방향의 중심과 차축의 중심을 연결하는 직선을 대칭축으로 하여 마찰 부재의 배열이 좌우 대칭(선대칭)이다. 즉, 그들 마찰 부재는, 기판의 둘레 방향의 중심과 차축의 중심을 연결하는 선을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치된다. 이 경우, 브레이크 라이닝의 조립이 용이해진다. 또, 정회전하는 브레이크 디스크에 대한 마찰 부재의 접촉 상태와, 역회전하는 브레이크 디스크에 대한 마찰 부재의 접촉 상태가 동등해지고, 브레이크 라이닝의 성능이 안정된다.

(디스크 브레이크)

본 발명의 디스크 브레이크는, 브레이크 디스크와, 철도 차량의 제동을 위해 브레이크 디스크에 눌러지는 브레이크 라이닝을 포함한다. 브레이크 라이닝은, 본 발명의 브레이크 라이닝이다. 본 발명의 브레이크 라이닝에 대해서는 다른 개소에서 설명했기 때문에, 중복되는 설명을 생략한다.

브레이크 라이닝 이외의 구성(브레이크 디스크, 브레이크 캘리퍼 등)에 특별히 한정은 없고, 공지의 구성을 적용해도 된다. 브레이크 라이닝은 브레이크 캘리퍼에 의해 브레이크 디스크에 눌러지고, 그에 따라 차륜이 제동된다. 브레이크 디스크는 철도 차량의 차륜의 차축의 회전에 따라 회전하는 디스크이다. 브레이크 디스크는 통상, 차륜 또는 차축에 고정된다. 원판 형상 또는 링 형상의 브레이크 디스크의 회전 중심은 차축의 중심과 일치하기 때문에, 이 명세서에 있어서, 「차축의 중심」을 「브레이크 디스크의 회전 중심」으로 치환하는 것이 가능하다.

(실시 형태)

이 실시 형태에서는, 본 발명의 브레이크 라이닝 및 디스크 브레이크의 일례에 대해 설명한다. 이 실시 형태의 브레이크 라이닝(10)을 브레이크 디스크측에서 보았을 때의 도를 도 2에 나타낸다. 또한, 참고를 위해 도 2에는 안내판(101)도 도시하고 있다. 브레이크 라이닝(10)은, 복수의 마찰 부재와 기판(20)을 포함한다. 복수의 마찰 부재는, 적어도 1개의 가동 마찰 부재(제1의 마찰 부재)(11)와, 적어도 1개의 고정 마찰 부재(제2의 마찰 부재)(12)로 이루어진다. 가동 마찰 부재(11) 및 고정 마찰 부재(12)는 각각, 중앙에 관통 구멍이 형성된 원판 형상의 형상을 갖는다. 가동 마찰 부재(11) 근방의 단면도를, 도 3에 나타낸다. 또, 고정 마찰 부재(12) 근방의 단면도를 도 4에 나타낸다.

가동 마찰 부재(11)의 이면은 배판(11a)에 고착되어 있다. 가동 마찰 부재(11) 및 배판(11a)의 중앙에는, 체결 부재(14)가 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 가동 마찰 부재(11)는, 체결 부재(14)에 의해, 이동 가능하게 기판(20)에 부착되어 있다. 체결 부재(14)는 리벳이다. 배판(11a)과 기판(20)의 사이에는, 스프링 부재(13)가 배치되어 있다. 그 때문에, 가동 마찰 부재(11)는, 탄성적으로 기판(20)에 부착되어 있고, 가동 마찰 부재(11)에 더해지는 힘에 따라 변위한다.

고정 마찰 부재(12)의 이면은, 배판(12a)에 고착되어 있다. 배판(11a)과 배판(12a)은 같아도 되고 달라도 된다. 고정 마찰 부재(12)는, 스프링 부재를 개재하지 않고 비탄성적으로 기판(20)에 부착된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 고정 마찰 부재(12)는, 체결 부재(14)에 의해 기판(20)에 고정되어도 된다. 그 경우, 고정 마찰 부재(12) 및 배판(12a)의 중앙에는, 체결 부재(14)가 통과하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 고정 마찰 부재(12)는, 스프링 부재를 개재하지 않고 기판(20)에 고정되기 때문에, 가동 마찰 부재(11)보다 두껍게 하는 것이 가능하다.

기판(20)은, 브레이크 캘리퍼(도시 생략)에 의해 지지된다. 보다 구체적으로는, 기판(20)은, 안내판(101)을 개재하여 브레이크 캘리퍼에 지지되고, 제동시에는 브레이크 캘리퍼에 의해 하중이 더해진다. 가동 마찰 부재(11) 및 고정 마찰 부재(12)는, 브레이크 디스크(103)의 슬라이딩면(103a)에 대향하도록 배치된다. 이 실시 형태의 디스크 브레이크는, 브레이크 라이닝(10), 안내판(101), 브레이크 캘리퍼, 및 브레이크 디스크(103)를 포함한다. 또한, 기판(20)은, 안내판(101)을 개재하지 않고 직접 브레이크 캘리퍼에 지지되어도 된다.

상술한 내주부(S1), 중앙부(S2), 및 외주부(S3)에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에는, 마찰 부재의 일부만을 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 마찰 부재는 마찰 부재(11 및 12) 중 어느 하나이며, 도 5에서는 그것들을 구별하고 있지 않다.

도 5를 참조하여, 차축의 중심을 중심(C)으로 한다. 마찰 부재(11, 12)의 슬라이딩면 중 차축 중심(C)에 가장 가까운 부분과 차축 중심(C) 사이의 거리를 r1로 한다. 마찰 부재(11, 12)의 슬라이딩면 중 차축 중심(C)으로부터 가장 먼 부분과 차축 중심(C) 사이의 거리를 r2로 한다. 그리고, r1와 r2 사이에 끼워진 영역을, 차축 중심(C)으로부터의 거리에 따라 3 분할한다. 구체적으로는, 내주부(S1)는, 차축 중심(C)로부터의 거리가 r1~{r1＋(r2-r1)/3}의 범위에 있는 영역이다. 중앙부(S2)는, 차축 중심(C)으로부터의 거리가{r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}의 범위에 있는 영역이다. 외주부(S3)는, 차축 중심(C)으로부터의 거리가 {r1＋2×(r2-r1)/3}~r2의 범위에 있는 영역이다. 본 발명의 브레이크 라이닝에서는, 마찰 부재(11 및 12)가 상술한 조건을 만족하도록 마찰 부재(11 및 12)가 배치된다.

실시예

본 발명에 대해서, 실시예에 의해 더 상세하게 설명한다. 이하의 실시예에서는, 유한 요소 해석에 따라, 본 발명 및 비교예의 브레이크 라이닝에 대해 평가했다. 해석에서는, 열변형한 형상의 디스크를 브레이크 디스크로서 이용했다. 또, 브레이크 라이닝의 누름 하중을 7.2kN로 했다.

발명예 1~11의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 도 6a~도 6k로 나타낸다. 비교예 1~3의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재의 배치를 도 7a~도 7c에 모식적으로 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 이해를 용이하게 하기 위해, 고정 마찰 부재(12)를 전부 칠했다. 또, 부호는, 도 6a의 발명예 1의 일부에만 부여했다.

각 가동 마찰 부재(11) 및 각 고정 마찰 부재(12)의 재질 및 평면 형상은 같게 했다. 그 때문에, 각 마찰 부재의 슬라이딩 면적은 동일하다. 또한, 이 실시 예의 유한 요소 해석에서는, 도면에 나타낸 브레이크 라이닝을 절반으로 분할한 모델을 작성하고, 그 모델을 이용하여 해석을 행했다. 즉, 이 실시예의 마찰 부재는, 대칭축을 중심으로 좌우 대칭(선대칭)으로 배치되어 있다.

발명예 및 비교예의 브레이크 라이닝에 대해서, 내주부(S1), 중앙부(S2), 및 외주부(S3)에 중심이 존재하는 마찰 부재의 수를 표 1에 나타낸다. 구체적으로는, 각 영역에 있어서, (그 영역에 중심이 존재하는 가동 마찰 부재(11)의 수)/(그 영역에 중심이 존재하는 마찰 부재(11, 12)의 수의 합계)의 비를 표 1에 나타낸다. 또한, 각 마찰 부재의 슬라이딩 면적은 동일하기 때문에, 표 1의 수의 비는 슬라이딩 면적의 비와 동일하다.

발명예 1~11의 브레이크 라이닝은, 중앙부 S2에 중심이 존재하는 가동 마찰 부재(11)가 1개 이상 있다. 또한, 발명예 1~11의 브레이크 라이닝은, 2/25≤T2/(T1＋T2)의 관계를 만족한다. 또한, 비교예 1 및 2의 브레이크 라이닝은, 중앙부(S2)에 중심이 존재하는 가동 마찰 부재(11)의 수가 제로이다. 또, 비교예 3의 브레이크 라이닝은, T2/(T1＋T2)=1/25이다.

해석의 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2의 접촉 면적은, 제동시에 있어서의 마찰 부재와 브레이크 패드의 접촉 면적을 나타낸다. 표 2의 표준 편차는, 25개의 마찰 부재에 걸리는 하중의 편차의 크기를 나타낸다. 제동력의 관점 및 편마모를 방지하는 관점에서, 접촉 면적이 크고 표준 편차가 작은 것이 바람직하다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 1~3의 브레이크 라이닝에 비해, 발명예 1~11의 브레이크 라이닝은 표준 편차가 작았다. 또, 비교예 1의 브레이크 라이닝에 비해, 발명예 1~11의 브레이크 라이닝은 접촉 면적이 컸다. 이와 같이, 발명예 1~11의 브레이크 라이닝은, 접촉 면적이 크고 표준 편차가 작았다.

중앙부(S2)에 중심이 존재하는 마찰 부재가 모두 가동 마찰 부재(11)인 발명예 1~5 및 8의 브레이크 라이닝은, 표준 편차가 215N 이하라고 하는 양호한 결과를 나타냈다. 또, 내주부(S1) 및 중앙부(S2)에 중심이 존재하는 마찰 부재가 모두 가동 마찰 부재(11)인 발명예 1~4의 브레이크 라이닝은 접촉 면적이 1296㎟ 이상이고 또한 표준 편차가 215N 이하라는 특별히 양호한 결과를 나타냈다.

본 발명의 브레이크 라이닝에 의해 좋은 결과가 얻어지는 이유는 현재로서는 명확하지 않다. 그러나, 도 1에 나타낸 바와 같이, 브레이크 디스크 중 중앙부(S2)에 대응하는 부분은, 열팽창에 의한 변위가 크고 또한 변위에 따른 표면의 경사가 커진다. 그 때문에, 중앙부(S2)에 가동 마찰 부재(11)를 배치하는 것이 중요하다고 생각된다. 또, 브레이크 디스크 중 내주부(S1)에 대응하는 부분은 열팽창에 의한 변위가 특별히 커진다. 그 때문에, 내주부(S1) 및 중앙부(S2)의 양쪽에 가동 마찰 부재(11)를 배치함으로써, 보다 양호한 특성이 얻어질 가능성이 있다고 생각된다.

본 발명은, 철도 차량용의 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 이용할 수 있다.

10: 브레이크 라이닝 11: 가동 마찰 부재(제1의 마찰 부재)
12: 고정 마찰 부재(제2의 마찰 부재) 13: 스프링 부재
14: 체결 부재 20: 기판
100: 디스크 브레이크 101: 안내판
103: 브레이크 디스크

Claims (6)

1. 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크에 상기 철도 차량의 제동을 위해서 눌러지는, 철도 차량용의 브레이크 라이닝으로서,
   복수의 마찰 부재와, 복수의 스프링 부재와, 기판을 포함하고,
   상기 복수의 마찰 부재는, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와 적어도 1개의 제2의 마찰 부재를 포함하고,
   상기 제1의 마찰 부재는, 상기 제1의 마찰 부재와 상기 기판 사이에 상기 스프링 부재가 배치되어 탄성적으로 상기 기판에 부착되어 있고,
   상기 제2의 마찰 부재는 상기 기판에 고정되어 있고,
   상기 복수의 마찰 부재와 상기 차축의 중심 사이의 최단 거리를 r1로 하고, 상기 복수의 마찰 부재와 상기 차축의 중심 사이의 최장 거리를 r2로 했을 때에,
   상기 차축의 중심으로부터의 거리가 {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}인 범위에 중심이 존재하는 상기 제1의 마찰 부재가 1개 이상 있고,
   상기 제1의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T1과, 상기 제2의 마찰 부재의 슬라이딩 면적의 합계 T2가, 2/25≤T2/(T1＋T2)의 관계를 만족하는, 브레이크 라이닝.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 범위에 중심이 존재하는 상기 마찰 부재 모두가 상기 제1의 마찰 부재인, 브레이크 라이닝.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차축의 중심으로부터의 거리가 r1~{r1＋2×(r2-r1)/3}인 범위에 중심이 존재하는 상기 마찰 부재 모두가 상기 제1의 마찰 부재인, 브레이크 라이닝.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   r1~{r1＋(r2-r1)/3}의 범위, {r1＋(r2-r1)/3}~{r1＋2×(r2-r1)/3}의 범위, 및 {r1＋2×(r2-r1)/3}~r2의 범위의 각각에 복수의 상기 마찰 부재의 중심이 배치되는, 브레이크 라이닝.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   모든 상기 마찰 부재가 배치되어 있는 영역의 둘레 방향의 중심과 상기 차축의 중심을 연결하는 직선을 대칭축으로 하여 상기 마찰 부재의 배열이 선대칭인, 브레이크 라이닝.
6. 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크와, 상기 철도 차량의 제동을 위해 상기 브레이크 디스크에 눌러지는 브레이크 라이닝을 포함하는, 철도 차량용의 디스크 브레이크로서,
   상기 브레이크 라이닝이 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 라이닝인, 디스크 브레이크.

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