KR20180120762A - 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크 - Google Patents

철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크 Download PDF

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KR20180120762A
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유이코 사카야마
다카히로 후지모토
다카노리 가토
아쓰시 사카구치
유키 이치카와
다케시 나카노
하지메 다카미
가즈야 구시마
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

개시되는 브레이크 라이닝은, 제1 및 제2의 마찰 부재 블록(21 및 22), 체결 부재(31), 체결 부재(31)에 배치된 스프링 부재(32), 및 기판(41)을 포함한다. 마찰 부재(20)를 포함하는 제1의 마찰 부재 블록(21)은, 스프링 부재(32)와 제1의 백 플레이트(21a)를 통과하는 2개의 체결 부재(31)에 의해서 탄성적으로 기판(41)에 체결되어 있다. 당해 2개의 체결 부재(31)는, 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다. 마찰 부재(20)를 포함하는 제2의 마찰 부재 블록(22)은, 스프링 부재(32)와 제2의 백 플레이트(22a)를 통과하는 3개의 체결 부재(31)에 의해서 탄성적으로 기판(41)에 체결되어 있다. 제2의 마찰 부재 블록(22)에 있어서 양옆에 존재하는 2개의 체결 부재(31)는 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다.

Description

철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크
본 발명은, 철도 차량용 브레이크 라이닝, 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 관한 것이다.
근년, 철도 차량의 고속화에 따라, 철도 차량의 제동 장치에는 디스크 브레이크가 다용되고 있다. 디스크 브레이크는, 브레이크 디스크와 브레이크 라이닝의 마찰에 의해서 제동력을 얻는 장치이다.
특허 문헌 1(일본국 특허 공개 2012-251597호 공보)은, 브레이크 라이닝의 일례를 개시하고 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 1은, 서로 인접하는 2개의 마찰 부재를 1세트로 하고, 이 1세트의 마찰 부재의 백 플레이트가 일체인 것을 특징으로 하는 브레이크 라이닝을 개시하고 있다. 특허 문헌 1에는, 이 브레이크 라이닝에 의해서, 「제동 중의 브레이크 라이닝과 브레이크 디스크의 접촉면압의 균일화와, 그들 사이의 마찰 계수의 안정화를 양립시킴과 더불어, 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.」라고 기재되어 있다.
디스크 브레이크를 이용한 제동에서는, 브레이크 라이닝을 브레이크 디스크에 대고 눌렀을 때, 브레이크 디스크가 진동하여 브레이크 스퀼이라 불리는 소음이 발생하는 경우가 있다. 이 브레이크 스퀼은, 브레이크 라이닝을 브레이크 디스크에 눌렀을 때 발생하는 자려 진동에 의해서 발생한다고 생각되고 있다. 이 브레이크 스퀼을 억제하기 위한 기술이, 종래부터 개시되어 있다.
특허 문헌 2(일본국 특허 공개 2011-214629호 공보)는, 마찰 부재와, 마찰 부재를 지지하는 이면판을 구비하는 브레이크 라이닝을 개시하고 있다. 그들 마찰 부재는, 브레이크 디스크의 반경방향 및 둘레방향으로 복수로 분할 배치된다. 각각의 마찰 부재는 이면판과의 사이에 탄성 부재를 개재시켜 지지되고 있다. 특허 문헌 2의 브레이크 라이닝에서는, 브레이크 라이닝을 대차에 설치한 상태에 있어서의, 라이닝의 연직방향 중심선 H부에 존재하는 마찰 부재의 지지 강성보다, 당해 중심선 H부 이외의 부분에 존재하는 상기 마찰 부재의 지지 강성을 크게 하고 있다. 이 구성에 의하면, 브레이크 스퀼이 저감되는 것이 특허 문헌 2에 기재되어 있다.
디스크 브레이크를 이용하여 제동이 반복해서 행해지면 브레이크 라이닝의 마찰 부재가 마모된다. 그 때, 일부의 마찰 부재만이 집중적으로 브레이크 디스크와 접촉하여 편마모가 발생하는 경우가 있다. 편마모가 발생하면, 브레이크 성능 및 마찰 부재의 수명이 저하한다. 그러한 편마모를 방지하기 위해서는, 브레이크 디스크와 브레이크 라이닝이 균일하게 접촉하는 것이 바람직하다. 또한, 브레이크 스퀼을 효과적으로 억제할 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.
일본국 특허 공개 2012-251597호 공보 일본국 특허 공개 2011-214629호 공보
상기 상황에 있어서, 본 발명은, 브레이크 스퀼 및 편마모를 효과적으로 억제할 수 있는 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 디스크 브레이크를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 브레이크 라이닝은, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 브레이크 캘리퍼에 의해서 눌리는 철도 차량용 브레이크 라이닝이다. 이 브레이크 라이닝은, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재 블록과, 적어도 1개의 제2의 마찰 부재 블록과, 복수의 체결 부재와, 상기 복수의 체결 부재의 각각에 배치된 스프링 부재와, 상기 브레이크 캘리퍼에 장착되는 기판을 포함한다. 상기 제1의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와, 상기 적어도 1개의 제1의 마찰 부재의 이면이 고착된 제1의 백 플레이트를 포함한다. 상기 제1의 마찰 부재 블록은, 상기 스프링 부재와 상기 제1의 백 플레이트를 통과하는 2개의 상기 체결 부재에 의해서 탄성적으로 상기 기판에 체결되어 있다. 상기 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 상기 체결 부재가 상기 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다. 상기 제2의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제2의 마찰 부재와, 상기 적어도 1개의 제2의 마찰 부재의 이면이 고착된 제2의 백 플레이트를 포함한다. 상기 제2의 마찰 부재 블록은, 상기 스프링 부재와 상기 제2의 백 플레이트를 통과하는 3개의 상기 체결 부재에 의해서 탄성적으로 상기 기판에 체결되어 있다. 상기 제2의 마찰 부재 블록에 있어서 양옆에 존재하는 2개의 상기 체결 부재가 상기 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의한 철도 차량용 디스크 브레이크는, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크와, 브레이크 캘리퍼와, 상기 브레이크 캘리퍼에 장착된 본 발명의 브레이크 라이닝을 포함한다.
본 발명에 의하면, 브레이크 스퀼 및 편마모를 효과적으로 억제할 수 있는 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 디스크 브레이크를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 브레이크 라이닝의 일례를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 브레이크 라이닝의 일부의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재 블록의 배치의 일례에 대해서 설명하는 도면이다.
도 4a는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 정면도이다.
도 4b는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 배면도이다.
도 4c는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 우측면도이다.
도 4d는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 좌측면도이다.
도 4e는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 평면도이다.
도 4f는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 바닥면도이다.
도 4g는, 실시형태 1의 브레이크 라이닝의 사시도이다.
도 5a는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 정면도이다.
도 5b는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 배면도이다.
도 5c는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 우측면도이다.
도 5d는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 좌측면도이다.
도 5e는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 평면도이다.
도 5f는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 바닥면도이다.
도 5g는, 실시형태 2의 브레이크 라이닝의 사시도이다.
도 6a는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 정면도이다.
도 6b는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 배면도이다.
도 6c는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 우측면도이다.
도 6d는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 좌측면도이다.
도 6e는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 평면도이다.
도 6f는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 바닥면도이다.
도 6g는, 실시형태 3의 브레이크 라이닝의 사시도이다.
도 7a는, 발명예 1의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재 블록의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7b는, 비교예 1의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재 블록의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7c는, 비교예 2의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재 블록의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 실시예에 있어서의 브레이크 스퀼의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
예의 검토한 결과, 본원 발명자들은, 복수의 체결 부재를 특정의 구성으로 배치한 특정의 브레이크 라이닝을 이용함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 알아냈다. 이 발명은, 이 새로운 지견에 의거하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 본 발명의 실시형태에 대해서 예를 들어 설명하는데, 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.
(브레이크 라이닝)
본 발명의 브레이크 라이닝은, 철도 차량용 브레이크 라이닝이다. 이 브레이크 라이닝은, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 브레이크 캘리퍼에 의해서 눌린다. 이 브레이크 라이닝은, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재 블록과, 당해 적어도 1개의 제2의 마찰 부재 블록과, 복수의 체결 부재와, 복수의 체결 부재의 각각에 배치된 스프링 부재와, 브레이크 캘리퍼에 장착되는 기판을 포함한다. 기판은, 브레이크 캘리퍼에 직접 장착되어도 되고, 다른 부재를 통해 브레이크 캘리퍼에 장착되어도 된다. 브레이크 라이닝에 포함되는 제1 및 제2의 마찰 부재 블록의 수에 한정은 없고, 각각, 예를 들어 1~6의 범위에 있어도 된다.
제1의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와, 당해 적어도 1개의 제1의 마찰 부재의 이면이 고착된 제1의 백 플레이트를 포함한다. 제1의 마찰 부재 블록이 복수의 제1의 마찰 부재를 포함하는 경우, 그러한 마찰 부재의 이면이 1개의 제1의 백 플레이트에 고착된다. 제1의 마찰 부재 블록은, 스프링 부재와 제1의 백 플레이트를 통과하는 2개의 체결 부재에 의해서 기판에 탄성적으로 체결되어 있다. 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 체결 부재는, 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다. 환언하면, 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 체결 부재가 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되도록, 제1의 마찰 부재 블록이 배치되어 있다.
제2의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제2의 마찰 부재와, 당해 적어도 1개의 제2의 마찰 부재의 이면이 고착된 제2의 백 플레이트를 포함한다. 제2의 마찰 부재 블록이 복수의 제2의 마찰 부재를 포함하는 경우, 그들 마찰 부재의 이면이 1개의 제2의 백 플레이트에 고착된다. 제2의 마찰 부재 블록은, 스프링 부재와 제2의 백 플레이트를 통과하는 3개의 체결 부재에 의해서 기판에 탄성적으로 체결되어 있다. 제2의 마찰 부재 블록에 있어서, 3개의 체결 부재는 통상, 간격을 두고 직선상(또는 거의 직선상)에 배치된다. 제2의 마찰 부재 블록에 있어서 양옆에 존재하는 2개의 체결 부재는, 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있다. 환언하면, 제2의 마찰 부재 블록에 있어서 양옆에 존재하는 2개의 체결 부재가 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되도록, 제2의 마찰 부재 블록이 배치된다.
체결 부재에 특별히 한정은 없고, 리벳을 이용해도 된다. 스프링 부재에 특별히 한정은 없고, 접시 스프링, 판 스프링, 또는 코일 스프링을 이용해도 된다. 기판에 특별히 한정은 없고, 금속판을 이용해도 된다.
제1 및 제2의 마찰 부재 블록의 각각은, 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 대향하도록 배치된 마찰 부재를 포함한다. 마찰 부재(제1 및 제2의 마찰 부재)에 특별히 한정은 없고, 공지의 마찰 부재를 이용해도 된다. 마찰 부재의 재료의 예에는, 구리계의 소결재나 수지계 재료가 포함된다. 마찰 부재의 평면 형상에 한정은 없다. 마찰 부재의 평면 형상의 예에는, 원형, 타원형 및 다각형(사각형 및 육각형 등)이 포함된다. 또한, 제1 및 제2의 마찰 부재는 각각, 복수의 마찰 부재가 연결된 형상을 가져도 된다. 예를 들어, 제1의 마찰 부재는 2개의 마찰 부재(원 판형상 그 외의 형상의 마찰 부재)가 연결된 형상을 가져도 되고, 제2의 마찰 부재는 3개의 마찰 부재(원판형상 그 외의 형상의 마찰 부재)가 연결된 형상을 가져도 된다. 본 발명의 브레이크 라이닝의 전형적인 일례에서는, 마찰 부재를 포함하는 구성 요소가, 제1의 마찰 부재 블록과 제2의 마찰 부재 블록뿐이다.
1개의 제1의 마찰 부재 블록에 있어서, 복수의 제1의 마찰 부재가 분리되어 있는 경우, 제1의 백 플레이트의 평면 형상에 특별히 한정은 없다. 예를 들면, 제1의 백 플레이트에 있어서, 인접하는 마찰 부재의 사이에 상당하는 부분은, 가늘게 잘록해져 있어도 된다. 또, 제1의 백 플레이트에 있어서, 인접하는 마찰 부재 사이에 상당하는 부분은, 일정한 폭의 띠형상이어도 되고, 부풀어 있어도 된다.
마찰 부재 블록과 기판을 체결하는 체결 부재의 각각에는, 스프링 부재가 배치되어 있다. 또, 체결 부재는, 마찰 부재 블록을 이동 가능하게 기판에 체결한다. 이 구성에 의하면, 마찰 부재 블록을 탄성적으로 기판에 장착할 수 있다. 이 구성에서는, 브레이크 디스크의 표면에 따라 마찰 부재가 이동하기 때문에, 제동시에 있어서 브레이크 디스크와 브레이크 라이닝의 접촉면압의 불균일을 억제할 수 있다.
1개의 관점에서는, 본 발명의 브레이크 라이닝은, 마찰 부재 블록을 기판에 탄성적으로 체결하는 탄성 체결 부재를 포함한다. 탄성 체결 부재는, 체결 부재와 스프링 부재를 포함한다. 제1의 마찰 부재 블록은 2개의 탄성 체결 부재에 의해서 기판에 탄성적으로 체결되고, 제2의 마찰 부재 블록은 3개의 탄성 체결 부재에 의해서 기판에 탄성적으로 체결된다.
복수의 마찰 부재 블록의 각각의 배치의 기준이 되는 원주는, 동일해도 되고 상이해도 된다. 예를 들어, 복수의 마찰 부재 블록의 체결 부재는, 다른 원주를 따라서 배치되어도 되고, 1개의 원주를 따라서 배치되어도 된다.
여기서, 「2개의 체결 부재가 원주를 따라서 배치된다」라는 의미에 대해서 설명한다. 2개의 체결 부재 중, 한쪽의 체결 부재의 중심을 점 A로 하고, 다른쪽의 체결 부재의 중심을 점 B로 하고, 그들을 연결하는 선 AB, 및 그 선 AB의 중점 M을 가정한다. 또한, 차축의 중심 C를 중심으로 하고 중점 M을 통과하는 원 R을 가정하고, 중점 M에 있어서의 원 R의 접선 S를 가정한다. 그리고, 선 AB와 접선 S가 이루는 각도(90°가 아닌 경우에는 예각의 각도)를 각도 α로 한다. 이 명세서에 있어서 「2개의 체결 부재가 원주를 따라서 배치된다」라는 것은, 각도 α가, 0~30°의 범위(예를 들어 0~20°, 0~10°, 또는 0~5°의 범위)에 있는 것을 의미한다. 또한, 각도 α가 0°라는 것은, 선 AB가 접선 S와 평행인 것을 의미한다. 전형적인 일례에서는, 점 A 및 점 B가 둘 다, 차축을 중심으로 하는 1개의 원의 원주 상에 배치된다. 이 경우, 각도 α는 0°가 된다. 각도 α의 구체적인 예에 대해서는, 도 3에서 설명한다.
적어도 1개의 제1의 마찰 부재와 적어도 1개의 제2의 마찰 부재는, 동일한 마찰 부재여도 되고, 상이한 마찰 부재여도 된다. 예를 들면, 브레이크 라이닝에 포함되는 모든 마찰 부재의 재질 및 형상이 동일해도 된다. 제1 및 제2의 마찰 부재는, 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 대향하도록 배치된다. 제1 및 제2의 마찰 부재 블록의 적어도 한쪽이 복수의 마찰 부재를 포함하는 경우, 당해 복수의 마찰 부재는, 서로 간격을 두도록 배치된다.
본 발명의 브레이크 라이닝은, 이하의 구성 (1) 및 (2)를 가져도 되고, 구성 (1)~(4)를 가져도 되고, 구성 (1)~(5)를 가져도 된다.
(1) 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 제1의 마찰 부재의 수가 2이다. 2개의 제1의 마찰 부재는, 간격을 두고 배치된다.
(2) 제2의 마찰 부재 블록에 포함되는 제2의 마찰 부재의 수가 3이다. 3개의 제2의 마찰 부재는 통상, 간격을 두고 직선상(또는 거의 직선상)에 배치된다.
(3) 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 제1의 마찰 부재의 각각의 중심부에, 체결 부재가 배치되어 있다. 또한, 마찰 부재가 원형이 아닌 경우, 마찰 부재의 중심부란, 그 평면 형상의 무게 중심의 위치를 의미한다.
(4) 제2의 마찰 부재 블록에 포함되는 3개의 제2의 마찰 부재의 각각의 중심부에, 체결 부재가 배치되어 있다.
(5) 제1 및 제2의 마찰 부재가, 원판형상의 마찰 부재이다.
구성 (1)의 제1의 마찰 부재 블록은, 기판에 탄성적으로 체결되어 독립적으로 이동하는 2개의 마찰 부재를 포함한다. 구성 (2)의 제2의 마찰 부재 블록은, 기판에 탄성적으로 체결되어 독립적으로 이동하는 3개의 마찰 부재를 포함한다. 구성 (1) 및 (2)에서는, 복수의 마찰 부재가 개개로 브레이크 디스크와 접촉하기 때문에, 제동시에 있어서 브레이크 디스크와 브레이크 라이닝의 접촉면압의 불균일을 특히 억제할 수 있다. 구성 (3)~(5)에 의하면, 마찰 부재의 편마모를 방지할 수 있음과 더불어, 마찰 부재의 회전의 영향을 억제할 수 있다.
본 발명의 브레이크 라이닝의 일례(이하, 「예 (A)」라고 하는 경우가 있다)에서는, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재 블록과 적어도 1개의 제2의 마찰 부재 블록이, 차축을 중심으로 하는 원의 경(徑)방향의 선(기판의 둘레방향의 중심과 차축의 중심을 연결하는 선)을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있다. 즉, 모든 마찰 부재 블록이 배치되어 있는 영역의 둘레방향의 중심과 차축의 중심을 연결하는 직선을 대칭축으로 하여 마찰 부재 블록의 배열이 좌우 대칭(선대칭)이다. 이 구성에 의하면, 브레이크 라이닝의 조립이 간이해지므로, 조립 시의 공정 수를 저감할 수 있다. 또한, 차륜의 정회전 시 및 역회전 시에, 동일한 브레이크 성능을 제공할 수 있다.
상기 예 (A)의 브레이크 라이닝에서는, 제2의 마찰 부재 블록을 중앙에 배치하고, 그것을 사이에 두도록 제1의 마찰 부재 블록을 배치해도 된다. 예를 들어, 2개의 제2의 마찰 부재 블록과, 그들을 사이에 두도록 배치된 4개의 제1의 마찰 부재 블록이, 상기 경방향의 선을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있어도 된다. 또, 상기 예 (A)의 브레이크 라이닝에서는, 제1의 마찰 부재 블록을 중앙에 배치하고, 그것을 사이에 두도록 제2의 마찰 부재 블록을 배치해도 된다. 또, 상기 예 (A)의 브레이크 라이닝에서는, 상기 경방향의 외측의 중앙에 1개의 제2의 마찰 부재 블록을 배치하고, 상기 경방향의 내측의 중앙에 1개의 제1의 마찰 부재 블록을 배치해도 된다. 이 경우, 상기 외측의 1개의 제2의 마찰 부재 블록을 사이에 두도록 2개의 제1의 마찰 부재 블록을 배치하고, 상기 내측의 1개의 제1의 마찰 부재 블록을 사이에 두도록 2개의 제1의 마찰 부재 블록을 배치해도 된다.
(디스크 브레이크)
본 발명의 디스크 브레이크는, 철도 차량용 디스크 브레이크이다. 이 디스크 브레이크는, 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크와, 브레이크 캘리퍼와, 브레이크 캘리퍼에 장착된 본 발명의 브레이크 라이닝을 포함한다. 브레이크 캘리퍼 및 브레이크 디스크에 특별히 한정은 없고, 공지의 것을 이용해도 된다. 브레이크 캘리퍼는, 유압 또는 공압 등에 의해서 브레이크 라이닝을 브레이크 디스크에 누르고, 그것에 의해서 차륜를 제동한다. 브레이크 디스크는 철도 차량의 차륜의 차축의 회전에 수반해 회전하는 디스크이다. 브레이크 디스크는 통상, 차륜 또는 차축에 고정된다. 브레이크 디스크의 중심은, 차축의 중심과 일치한다. 그 때문에, 이 명세서에 있어서, 「주축을 중심으로 하는 원주」를, 「브레이크 디스크의 중심을 중심으로 하는 원주」라고 대체하는 것이 가능하다.
(실시형태)
본 발명의 실시형태의 일례에 대해서 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는, 제1의 마찰 부재 블록이 2개의 마찰 부재를 포함하고, 제2의 마찰 부재 블록이 3개의 마찰 부재를 포함하는 일례에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 브레이크 라이닝(10)을 도 1에 나타낸다. 도 1은, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 봤을 때의 정면도이다. 또, 도 1의 선 II-II에 있어서의 제1의 마찰 부재 블록(21)의 단면도를 도 2에 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 2에는, 브레이크 디스크(100)의 배치를 나타낸다.
브레이크 라이닝(10)은, 4개의 제1의 마찰 부재 블록(21)과, 2개의 제2의 마찰 부재 블록(22)과, 복수의 체결 부재(리벳)(31)와, 복수의 스프링 부재(접시 스프링)(32)와, 1장의 기판(41)을 포함한다. 기판(41)의 형상은 가로가 긴 대체로 장방형이다.
제1의 마찰 부재 블록(21)은, 원판형상의 2개의 마찰 부재(제1의 마찰 부재)(20)와, 1장의 백 플레이트(21a)에 의해서 구성되어 있다. 2개의 마찰 부재(20)의 이면은 백 플레이트(21a)에 고착되어 있다. 백 플레이트(21a)에는, 체결 부재(31)가 통과하는 2개의 관통 구멍이 형성되어 있다. 백 플레이트(21a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은 가늘게 잘록해져 있다. 마찰 부재(20)의 각각의 중심부에는, 백 플레이트(21a)의 관통 구멍 및 스프링 부재(32)를 통과하는 체결 부재(31)가 배치되어 있다. 제1의 마찰 부재 블록(21)과 체결 부재(31)는 고정되어 있지 않고, 마찰 부재 블록(21)은, 체결 부재(31) 및 스프링 부재(32)에 의해서 탄성적으로 기판(41)에 체결되어 있다.
제2의 마찰 부재 블록(22)은, 원판형상의 3개의 마찰 부재(제2의 마찰 부재)(20)와, 1장의 백 플레이트(22a)에 의해서 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 제2의 마찰 부재 블록(22)에 포함되는 마찰 부재(20)와 제2의 마찰 부재 블록(21)에 포함되는 마찰 부재(20)가 동일한 일례에 대해서 설명한다. 마찰 부재 블록(22)에 있어서, 3개의 마찰 부재(20)는, 1개의 직선상에 일정한 간격을 두고 배치된다. 마찬가지로, 3개의 체결 부재(31)는, 1개의 직선상에 일정한 간격을 두고 배치된다. 백 플레이트(22a)에는, 체결 부재(31)가 통과하는 3개의 관통 구멍이 형성되어 있다. 백 플레이트(22a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은 가늘게 잘록해져 있다. 마찰 부재(20)의 각각의 중심부에는, 백 플레이트(22a)의 관통 구멍 및 스프링 부재(32)를 통과하는 체결 부재(31)가 배치되어 있다. 제2의 마찰 부재 블록(22)과 체결 부재(31)는 고정되어 있지 않고, 마찰 부재 블록(22)은, 체결 부재(31) 및 스프링 부재(32)에 의해서 탄성적으로 기판(41)에 체결되어 있다. 3개의 체결 부재(31)에 의해서 탄성적으로 기판에 체결된 제2의 마찰 부재 블록(22)을 이용함으로써, 브레이크 스퀼을 특히 억제할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 마찰 부재(20)는, 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 또, 마찰 부재(20)는, 브레이크 디스크(100)의 슬라이딩면(100a)에 대향하도록 배치되어 있다. 브레이크 라이닝(10)의 기판(41)은, 일례에서는, 안내판(도시하지 않음)을 통해 브레이크 캘리퍼(도시하지 않음)에 장착된다. 본 발명의 디스크 브레이크는, 브레이크 라이닝(10), 브레이크 캘리퍼, 및 브레이크 디스크(100)를 포함한다. 도 1에 나타낸 브레이크 라이닝(10)에서는, 2개의 제2의 마찰 부재 블록(22)이 중앙에 배치되어 있고, 그들을 사이에 두도록 4개의 제1의 마찰 부재 블록(21)이 배치되어 있다. 이들 4개의 마찰 부재 블록(21)과 2개의 마찰 부재 블록(22)은, 차축을 중심으로 하는 원의 경방향의 선 T를 대칭축으로 하여 대칭(선대칭)으로 배치되어 있다.
마찰 블록의 배치의 일례를 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 일례에서는, 제1의 마찰 부재 블록인 제1의 마찰 부재 블록(121a)이 차축을 중심으로 하는 원 주로부터 약간 기울어져 배치되어 있다. 또, 제2의 마찰 부재 블록인 제2의 마찰 부재 블록(122a)이, 상기 각도 α가 0°가 되도록 배치되어 있다.
제1의 마찰 부재 블록(121a)의 배치에 대해서 설명한다. 제1의 마찰 부재 블록(121a)의 2개의 체결 부재(31) 중, 한쪽의 체결 부재(31)의 중심을 점 A1로 하고, 다른쪽의 체결 부재(31)의 중심을 점 B1로 한다. 점 A1과 점 B1을 연결하는 선 A1B1의 중점을 중점 M1로 한다. 차축의 중심 C를 중심으로 하고 중점 M1을 통과하는 원을 원 R1로 한다. 또한, 중점 M1에 있어서의 원 R1의 접선을 접선 S1로 한다. 선 A1B1과 접선 S1이 이루는 각도 α1이, 상술한 각도 α가 된다. 각도 α1(각도 α)은, 상술한 범위에 있다. 점 A1 및 점 B1이 모두, 차축을 중심으로 하는 1개의 원의 원주 상에 존재하는 경우에는, 각도 α1은 0°가 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 체결 부재(31)의 중심은, 마찰 부재(20)의 중심과 동일하다. 그 때문에, 본 실시형태의 브레이크 라이닝(10)은, 상기 구성 (1)~(5)를 갖는다.
도 3에 나타낸 제2의 마찰 부재 블록(122a)은, 각도 α가 0°가 되도록 배치되어 있다. 제2의 마찰 부재 블록(122a)의 3개의 체결 부재(31) 중 양옆에 존재하는 2개의 체결 부재(31)에 대해서, 한쪽 끝의 체결 부재(31)의 중심을 점 A2로 하고, 다른쪽 끝의 체결 부재(31)의 중심을 점 B2로 한다. 점 A2와 점 B2를 연결하는 선 A2B2의 중점을 중점 M2로 한다. 차축의 중심 C를 중심으로 하고 중점 M2를 통과하는 원을 원 R2로 한다. 또한, 중점 M2에 있어서의 원 R2의 접선을 접선 S2로 한다. 도 3의 예에서는, 선 A2B2와 접선 S2는 겹쳐진다. 그로 인해, 상술한 각도 α는 0°이다.
(다른 실시형태)
다른 실시형태 1~3의 브레이크 라이닝을 이하에 나타낸다.
실시형태 1의 브레이크 라이닝(10)을 도 4a~4g에 나타낸다. 도 4a는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 봤을 때의 정면도이다. 도 4b는 배면도이다. 도 4c는 우측면도이다. 도 4d는 좌측면도이다. 도 4e는 평면도이다. 도 4f는 바닥면도이다. 도 4g는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 비스듬하게 봤을 때의 사시도이다.
실시형태 1의 브레이크 라이닝(10)은, 도 1 및 2에 나타낸 브레이크 라이닝(10)과 비교해 이하와 같은 점에서 상이하다. 도 4a~4g를 참조해, 브레이크 라이닝(10)은, 5개의 제1의 마찰 부재 블록(21)과, 1개의 제2의 마찰 부재 블록(22)을 포함한다.
실시형태 1의 브레이크 라이닝(10)에서는, 1개의 제1의 마찰 부재 블록(21)과 1개의 제2의 마찰 부재 블록(22)이 중앙에 배치되어 있다. 그 1개의 제2의 마찰 부재 블록(22)은, 차축을 중심으로 하는 원의 경방향의 외측에 배치되어 있다. 그 1개의 제1의 마찰 부재 블록(21)은, 상기 경방향의 내측에 배치되어 있다. 상기 외측의 1개의 제2의 마찰 부재 블록(22)을 사이에 두도록 2개의 제1의 마찰 부재 블록(21)이 배치되어 있다. 상기 내측의 1개의 제1의 마찰 부재 블록(21)을 사이에 두도록 2개의 제1의 마찰 부재 블록(21)이 배치되어 있다. 이들 5개의 마찰 부재 블록(21)과 1개의 마찰 부재 블록(22)은, 상기 경방향의 선 T를 대칭축으로 하여 대칭(선대칭)으로 배치되어 있다.
제1의 마찰 부재 블록(21)의 백 플레이트(21a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭보다 가늘게 잘록해져 있다. 제2의 마찰 부재 블록(22)의 백 플레이트(22a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭보다 가늘게 잘록해져 있다.
실시형태 2의 브레이크 라이닝(10)을 도 5a~5g에 나타낸다. 도 5a는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 봤을 때의 정면도이다. 도 5b는 배면도이다. 도 5c는 우측면도이다. 도 5d는 좌측면도이다. 도 5e는 평면도이다. 도 5f는 바닥면도이다. 도 5g는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 비스듬하게 봤을 때의 사시도이다.
실시형태 2의 브레이크 라이닝(10)은, 도 4a~4g에 나타낸 실시형태 1의 브레이크 라이닝(10)과 비교해 이하와 같은 점에서 상이하다. 도 5a~5g를 참조해, 제1의 마찰 부재 블록(21)의 백 플레이트(21a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭과 동일한 일정폭의 띠형상이다. 제2의 마찰 부재 블록(22)의 백 플레이트(22a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭과 동일한 일정폭의 띠형상이다.
실시형태 3의 브레이크 라이닝(10)을 도 6a~6g에 나타낸다. 도 6a는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 봤을 때의 정면도이다. 도 6b는 배면도이다. 도 6c는 우측면도이다. 도 6d는 좌측면도이다. 도 6e는 평면도이다. 도 6f는 바닥면도이다. 도 6g는, 브레이크 디스크측으로부터 브레이크 라이닝(10)을 비스듬하게 봤을 때의 사시도이다.
실시형태 3의 브레이크 라이닝(10)은, 도 4a~4g에 나타낸 실시형태 1의 브레이크 라이닝(10)과 비교해 이하와 같은 점에서 상이하다. 도 6a~6g를 참조해, 제1의 마찰 부재 블록(21)의 백 플레이트(21a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭보다 두껍게 부풀어 있다. 제2의 마찰 부재 블록(22)의 백 플레이트(22a)에 있어서, 인접하는 마찰 부재(20) 사이에 상당하는 부분은, 마찰 부재(20)의 폭보다 두껍게 부풀어 있다.
실시예
본 발명에 대해서, 실시예에 의해서 더욱 상세하게 설명한다. 이하의 실시예에서는, 유한 요소 해석에 의해서, 본 발명 및 비교예의 브레이크 라이닝에 대해서 평가했다. 해석에서는, 신칸센(등록 상표)에 사용되고 있는 디스크 브레이크를 모델로 했다.
이 해석에서는, 브레이크 디스크로서, 신품의 디스크, 휨 형상을 갖는 디스크, 열 변형한 디스크의 3종류를 이용한 경우에 대해서 해석을 행했다. 신품의 디스크는, 슬라이딩면이 평면인 디스크이다. 휨 형상을 갖는 디스크는, 브레이크의 부하가 반복해서 걸림으로써 디스크의 외주 부분이 브레이크 라이닝측을 향해 휘어져 있는 디스크이다. 열 변형한 디스크는, 브레이크 중에 디스크 중앙부의 영역이 브레이크 라이닝측을 향해 부풀은 상태를 재현한 디스크이다.
발명예 1, 비교예 1, 및 비교예 2의 브레이크 라이닝에 있어서의 마찰 부재 블록의 배치를 각각, 도 7a, 7b 및 7c에 나타낸다. 도 7a~7c에 나타낸 발명예 및 비교예의 브레이크 라이닝에 있어서, 마찰 부재 블록(제1의 마찰 부재 블록 및 제2의 마찰 부재 블록)은, 경방향의 선을 중심으로 하여 선대칭으로 배치했다. 제1 및 제2의 마찰 부재 블록은 각각, 상기 실시형태에서 설명한 제1 및 제2의 마찰 부재 블록의 구성을 갖는다. 발명예 및 비교예는, 마찰 부재 블록의 개수 및 배치가 상이한 것을 제외하고 동일한 것으로 했다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 발명예 1의 브레이크 라이닝은, 4개의 제1의 마찰 부재 블록(마찰 부재 블록(121a 및 121b)과 그들의 대칭)과, 2개의 제2의 마찰 부재 블록(마찰 부재 블록(122a 및 122b))을 포함한다. 마찰 부재 블록(122a 및 122b)의 각도 α는 0°로 했다. 마찰 부재 블록(121a 및 121b)의 각도 α는 각각, 2.5° 및 8.3°로 했다. 즉, 발명예 1에 있어서의 각도 α는 모두 0~30°의 범위(보다 상세하게는 0~10°의 범위)로 했다.
도 7b에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 브레이크 라이닝은, 7개의 제1의 마찰 부재 블록(마찰 부재 블록(121c, 121d~121f)과 그들의 대칭)을 포함한다. 마찰 부재 블록(121c, 121d, 121e, 및 121f)의 각도 α는 각각, 90°, 11.1°, 47°, 및 0.2°로 했다.
도 7c에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 브레이크 라이닝은, 6개의 제1의 마찰 부재 블록(마찰 부재 블록(121g, 121h, 121i 및 121j)과 그들의 대칭)을 포함한다. 마찰 부재 블록(121g, 121h, 121i, 및 121j)의 각도 α는, 각각, 0°, 0°, 1.6°, 및 2.1°로 했다.
발명예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에 포함되는 마찰 부재의 총 수(체결 부재의 총 수)는 각각, 14개, 14개, 및 12개로 했다. 또, 발명예 1, 비교예 1, 및 비교예 2에 포함되는 마찰 부재의 슬라이딩 면적(마찰 부재의 브레이크 디스크측의 면의 면적의 합계)은 각각, 27552mm2, 27552mm2, 및 23616mm2로 했다.
이 해석에서는, 브레이크 캘리퍼에 의해서, 브레이크 라이닝의 배면측으로부터 소정의 하중을 브레이크 라이닝에 부여했다. 구체적으로는, 신품 디스크의 경우에는 13.65kN, 휨 형상 디스크의 경우에는 6.8kN, 열 변형 디스크의 경우에는 6.2kN의 하중을 부여했다. 그리고, 그 하중에 의한 브레이크 스퀼에 대해서 평가를 행했다. 또, 그 하중에 의한 접촉 면적(브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉 면적의 합계), 및 최대 접촉면압에 대해서 평가를 행했다.
브레이크 스퀼에 대한 평가 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8의 그래프의 종축은, 최대 스퀼 지표를 나타낸다. 스퀼 지표는, 비교예 1의 해석 모델에서 발생하는 자려 진동의 감쇠비를 1로 했을 때의 비로 나타냈다. 도 8로부터 분명한 바와 같이, 마찰 부재 블록이 원주를 따라서 배치되어 있지 않은 비교예 1의 브레이크 라이닝에 비해, 마찰 부재 블록이 원주를 따라서 배치되어 있는 발명예 1 및 비교예 2의 브레이크 라이닝에서는, 브레이크 스퀼이 저감되었다. 특히, 제1의 마찰 부재 블록(21)과 제2의 마찰 부재 블록(22)이 혼재하고 있는 발명예 1의 브레이크 라이닝에서는, 브레이크 스퀼의 억제 효과가 매우 높았다. 도 8에 나타낸 그래프에 있어서, 스퀼 지표가 0.1 내려가는 것은 음압이 50% 저하하는 것에 상당한다. 그 때문에, 도 8의 결과는, 발명예 1의 브레이크 라이닝에 의해서, 매우 높은 브레이크 스퀼 억제 효과가 얻어지는 것을 나타내고 있다.
브레이크 디스크와 마찰 부재의 접촉 면적에 대한 해석 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 브레이크 디스크와 마찰 부재의 최대 접촉면압에 대한 해석 결과를 표 2에 나타낸다. 접촉 면적이 크다는 것은, 브레이크 디스크와 마찰 부재가 균일하게 접촉하고 있는 것, 즉, 마찰 부재의 편마모가 적은 것을 의미한다. 마찬가지로, 최대 접촉면압이 작은 것은, 마찰 부재의 편마모가 적은 것을 의미한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1에 있어서, 신품 디스크의 접촉 면적이 발명예 1과 비교예 1에서 상이한 것은, 브레이크 캘리퍼의 피스톤으로 눌리는 위치와 마찰 부재의 배치의 관계에 의한 것이다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 발명예 1의 브레이크 라이닝은, 마찰 부재의 수가 동일한 비교예 1의 브레이크 라이닝에 비해, 접촉 면적이 1~5% 컸다. 또, 발명예 1의 브레이크 라이닝은, 비교예 1 및 2의 브레이크 라이닝에 비해, 최대 접촉면압이 작았다. 이 결과는, 발명예 1의 브레이크 라이닝을 이용함으로써, 마찰 부재의 편마모를 억제할 수 있음을 나타내고 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이 브레이크 스퀼을 억제하려면, 마찰 부재 블록을 원주를 따라서 배치하는 것이 중요하다. 비교예 2의 브레이크 라이닝에서는 제1의 마찰 부재 블록(21)이 원주를 따라서 배치되어 있지만, 제1의 마찰 부재 블록(21)만을 이용하여 14개의 마찰 부재를 배치하는 것은 사이즈 관계로 곤란하다. 한편, 제1의 마찰 부재 블록(21)만을 이용하여 접촉 면적을 크게 하려면, 비교예 1과 같은 배치로 할 필요가 있다. 그러나, 비교예 1의 배치로 하면, 도 8에 나타낸 바와 같이 브레이크 스퀼이 커진다. 이에 대해, 마찰 부재 블록(21)과 마찰 부재 블록(22)을 조합한 발명예 1의 브레이크 라이닝에서는, 브레이크 스퀼의 억제와 편마모의 억제를 동시에 달성하는 것이 가능하다.
본 발명은, 철도 차량용 브레이크 라이닝 및 그것을 이용한 철도 차량용 디스크 브레이크에 이용할 수 있다.
10: 브레이크 라이닝
20: 마찰 부재(제1 및 제2의 마찰 부재)
21, 121a~121j: 제1의 마찰 부재 블록 21a: 제1의 백 플레이트
22, 122a, 122b: 제2의 마찰 부재 블록 22a: 제2의 백 플레이트
31: 체결 부재(리벳) 32: 스프링 부재(접시 스프링)
41: 기판 100: 브레이크 디스크
100a: 슬라이딩면

Claims (7)

  1. 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크의 슬라이딩면에 브레이크 캘리퍼에 의해서 눌리는 철도 차량용 브레이크 라이닝으로서,
    적어도 1개의 제1의 마찰 부재 블록과, 적어도 1개의 제2의 마찰 부재 블록과, 복수의 체결 부재와, 상기 복수의 체결 부재의 각각에 배치된 스프링 부재와, 상기 브레이크 캘리퍼에 장착되는 기판을 포함하고,
    상기 제1의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와, 상기 적어도 1개의 제1의 마찰 부재의 이면이 고착된 제1의 백 플레이트를 포함하고,
    상기 제1의 마찰 부재 블록은, 상기 스프링 부재와 상기 제1의 백 플레이트를 통과하는 2개의 상기 체결 부재에 의해서 탄성적으로 상기 기판에 체결되어 있으며,
    상기 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 상기 체결 부재가 상기 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있고,
    상기 제2의 마찰 부재 블록은, 적어도 1개의 제2의 마찰 부재와, 상기 적어도 1개의 제2의 마찰 부재의 이면이 고착된 제2의 백 플레이트를 포함하고,
    상기 제2의 마찰 부재 블록은, 상기 스프링 부재와 상기 제2의 백 플레이트를 통과하는 3개의 상기 체결 부재에 의해서 탄성적으로 상기 기판에 체결되어 있으며,
    상기 제2의 마찰 부재 블록에 있어서 양옆에 존재하는 2개의 상기 체결 부재가 상기 차축을 중심으로 하는 원주를 따라서 배치되어 있는, 브레이크 라이닝.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 1개의 제1의 마찰 부재와 상기 적어도 1개의 제2의 마찰 부재가 동일한 마찰 부재인, 브레이크 라이닝.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 상기 제1의 마찰 부재의 수가 2이며,
    상기 제2의 마찰 부재 블록에 포함되는 상기 제2의 마찰 부재의 수가 3이며,
    상기 제1의 마찰 부재 블록에 포함되는 2개의 상기 제1의 마찰 부재의 각각의 중심부에 상기 체결 부재가 배치되어 있고,
    상기 제2의 마찰 부재 블록에 포함되는 3개의 상기 제2의 마찰 부재의 각각의 중심부에 상기 체결 부재가 배치되어 있는, 브레이크 라이닝.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 1개의 상기 제1의 마찰 부재 블록과 적어도 1개의 상기 제2의 마찰 부재 블록이, 상기 차축을 중심으로 하는 원의 경(徑)방향의 선을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있는, 브레이크 라이닝.
  5. 청구항 4에 있어서,
    2개의 상기 제2의 마찰 부재 블록과, 그들을 사이에 두도록 배치된 4개의 상기 제1의 마찰 부재 블록이, 상기 경방향의 선을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있는, 브레이크 라이닝.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 경방향의 외측의 중앙에 1개의 상기 제2의 마찰 부재 블록이 배치되고, 상기 경방향의 내측의 중앙에 1개의 상기 제1의 마찰 부재 블록이 배치되며, 또한, 상기 외측의 상기 1개의 제2의 마찰 부재 블록을 사이에 두도록 2개의 상기 제1의 마찰 부재 블록이 배치되고, 상기 내측의 상기 1개의 제1의 마찰 부재 블록을 사이에 두도록 2개의 상기 제1의 마찰 부재 블록이 배치되어 있는, 브레이크 라이닝.
  7. 철도 차량의 차륜의 차축과 함께 회전하는 브레이크 디스크와,
    브레이크 캘리퍼와,
    상기 브레이크 캘리퍼에 장착된 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 라이닝을 포함하는, 철도 차량용 디스크 브레이크.
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