WO2019194203A1 - 空力音低減部材、鉄道車両用ブレーキディスクユニット、鉄道車両用ディスクブレーキ、鉄道車両用車輪および鉄道車両 - Google Patents

空力音低減部材、鉄道車両用ブレーキディスクユニット、鉄道車両用ディスクブレーキ、鉄道車両用車輪および鉄道車両 Download PDF

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brake
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近藤　修
隆裕 藤本
加藤　孝憲
坂口　篤司
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an aerodynamic sound reducing member for reducing aerodynamic noise generated in a disk brake for a railway vehicle, and a brake disk unit, a disk brake, a wheel, and a railway vehicle including the same.
  • disc brakes are used in railway vehicles such as the Shinkansen.
  • the disc brake has, for example, an annular brake disc fixed to a disc-like rotating member (a disc or a disc body fixed to the axle separately from the wheel) that rotates integrally with the axle, and a friction member.
  • a brake lining and a brake caliper that moves the brake lining are provided.
  • the brake disk rotates at high speed together with the wheels.
  • the air around the brake disc is sucked between the rotating member (wheel, etc.) and the brake disc from the inner circumference side of the brake disc, and then the outer circumference side of the brake disc. Released from. For this reason, when the railway vehicle travels, air flows between the brake disk and the rotating member at a high speed.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a brake disc disclosed in Patent Document 1.
  • the brake disc 1 shown in FIG. 12 has a plate portion 1a having a surface (sliding surface) against which a brake lining (not shown) is pressed, and a plurality of fin portions provided on the back side (wheel 2 side) of the plate portion 1a. 1b and a connecting portion 1c that connects adjacent fin portions 1b.
  • a predetermined number of fin portions 1b among the plurality of fin portions 1b are formed with through holes 1d for fastening.
  • a bolt 3 for attaching the brake disc 1 to the wheel 2 is passed through the through hole 1d.
  • the cross-sectional area of the space S can be partially reduced by the connecting portion 1c. Thereby, the flow of air is suppressed and aerodynamic sound is reduced.
  • the plate portion 1a, the fin portion 1b and the connecting portion 1c are integrally formed, the plate portion 1a is likely to be warped.
  • the rigidity of the portion of the brake disk 1 near the connecting portion 1c is higher than the rigidity of the other portions. .
  • the brake disc 1 becomes high temperature during braking, other portions of the brake disc 1 are more easily deformed than the portion in the vicinity of the connecting portion 1c.
  • warpage is likely to occur in the plate portion 1a.
  • bending stress is applied to the bolt 3.
  • the present invention provides an aerodynamic sound reducing member capable of suppressing the generation of aerodynamic sound while facilitating the design of a brake disk for a railway vehicle, as well as a brake disk unit for a railway vehicle, a disk brake for a railway vehicle, and a railway vehicle. It aims to provide wheels and railway vehicles.
  • the gist of the present invention is the following aerodynamic sound reducing member, railway vehicle brake disk unit, railway vehicle disk brake, railway vehicle wheel, and railway vehicle.
  • An annular plate-shaped portion having a sliding surface on one side in the thickness direction, and projecting from the plate-shaped portion toward the other side in the thickness direction and spaced in the circumferential direction of the plate-shaped portion.
  • An aerodynamic sound reducing member provided between a brake disc for a railway vehicle provided with a plurality of fins provided and a disk-like rotating member that rotates integrally with an axle of the railway vehicle, A plate-like support portion sandwiched between the plurality of fins and the rotating member; A plurality of protrusions protruding from the support portion in the thickness direction of the support portion; In a state where the support portion is sandwiched between the plurality of fins and the rotating member, the plurality of projecting portions each block a part between the fins adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the plurality of fins include a fastening fin having a first through hole into which a fastening member is inserted,
  • the plurality of fins include a locking fin having a key groove that is recessed from the other end portion in the thickness direction of the plate-shaped portion toward the one side,
  • the tip of the protruding portion is curved or inclined toward the radially outer side of the plate-like portion with respect to the axial direction of the rotating member in a cross section orthogonal to the circumferential direction of the plate-like portion.
  • a brake disk unit for railway vehicles comprising: a brake disk for railway vehicles comprising a plurality of fins provided in the above; and the aerodynamic sound reducing member according to any one of (1) to (7).
  • a railway vehicle disc brake comprising the railway vehicle brake disc unit according to (8).
  • a railway vehicle wheel comprising the railway vehicle brake disk unit according to (8).
  • a railway vehicle comprising the railway vehicle disc brake according to (9).
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a railway vehicle disc brake including a brake disc unit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a brake disc unit.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a brake disk.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view corresponding to the section cut along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the VV line cut portion of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the protruding portion.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a modification of the protruding portion.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the protruding portion.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the protruding portion.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the protruding portion.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the brake disk unit.
  • FIG. 12 is a schematic view showing
  • FIG. 1 is a schematic view showing a railway vehicle disc brake provided with a brake disc unit according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a schematic view showing a brake disc unit
  • FIG. 3 is a schematic view showing a brake disc.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view corresponding to the IV-IV line cutting portion of FIG. 2
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view corresponding to the VV line cutting portion of FIG.
  • FIG. 1 shows a cross section of the brake disk unit corresponding to the section cut along the line II in FIG. 2A is a front view showing a quarter region in the circumferential direction of the brake disc unit
  • FIG. 2B is a rear view showing a quarter region in the circumferential direction of the brake disc unit.
  • 3A is a front view showing a quarter region in the circumferential direction of the brake disc
  • FIG. 3B is a rear view showing a quarter region in the circumferential direction of the brake disc. .
  • a railway vehicle disc brake 100 (hereinafter abbreviated as “disc brake 100”) includes a pair of brake disc units 10 and a pair of brake linings 12.
  • the pair of brake disc units 10 are attached to the rotating member 102 so as to sandwich the disc portion 102a of the disc-like rotating member 102 fixed to the axle 101 of the railway vehicle.
  • the brake disk unit 10 and the rotating member 102 are provided so as to rotate integrally with the axle 101 and coaxially with the axle 101.
  • the rotating member 102 is a wheel. Therefore, in this embodiment, the brake disk unit 10 is a brake disk unit of a side disk type (wheel mounted disk type) attached to a wheel.
  • the rotating member 102 is referred to as a wheel 102.
  • the pair of brake linings 12 are provided outside the pair of brake disc units 10 in the axial direction of the wheel 102.
  • Each brake disc unit 10 includes a brake disc 20 and an aerodynamic sound reducing member 30.
  • Each of the brake disk 20 and the aerodynamic sound reducing member 30 has an annular shape.
  • the aerodynamic sound reduction member 30 is provided between the brake disc 20 and the wheel 102 (disk portion 102a).
  • the pair of brake disc units 10 are fixed to the wheel 102 by a plurality of fastening members (in this embodiment, a plurality of bolts 14 and a plurality of nuts 16).
  • the brake lining 12 can be moved in the axial direction of the wheel 102 by a brake caliper (not shown). Thereby, the brake lining 12 (friction member) can be pressed against a sliding surface 22a, which will be described later, of the brake disc 20, and a braking force can be generated.
  • a brake caliper not shown
  • the brake lining 12 (friction member) can be pressed against a sliding surface 22a, which will be described later, of the brake disc 20, and a braking force can be generated.
  • various known wheels, brake linings, and brake calipers can be used as the wheels 102, the brake lining 12, and the brake calipers, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the brake disk 20 has a plate-like portion 22, a plurality of fastening fins 24, and a plurality of locking fins 26.
  • the plate-like portion 22 has an annular shape.
  • the plate-like portion 22 has an annular sliding surface 22a on one side in the thickness direction.
  • the sliding surface 22 a is formed substantially perpendicular to the axial direction of the brake disc 20.
  • the sliding surface 22a is a surface on which the brake lining 12 is pressed in order to generate a braking force in the disc brake 100.
  • the thickness direction of the plate-like portion 22 is simply referred to as the thickness direction.
  • Each of the fastening fins 24 and the locking fins 26 protrudes from the plate-like portion 22 toward the other side in the thickness direction.
  • Each of the fastening fins 24 and the locking fins 26 functions as a heat radiating portion.
  • the plurality of fastening fins 24 and the plurality of locking fins 26 are formed so as to extend radially with respect to the center of the brake disc 20 as viewed from the thickness direction.
  • each of the plurality of fastening fins 24 and the plurality of locking fins 26 is formed to extend in the radial direction of the plate-like portion 22 when viewed from the thickness direction.
  • the radial direction of the plate-like portion 22 is simply referred to as the radial direction.
  • the plurality of fastening fins 24 and the plurality of locking fins 26 are provided so as to be alternately arranged at intervals in the circumferential direction of the plate-like portion 22.
  • twelve fastening fins 24 and twelve locking fins 26 are provided alternately.
  • the numbers of the fastening fins 24 and the locking fins 26 are not limited to the above example, and the number of the fastening fins 24 and the number of the locking fins 26 may be less than 12 or 13 or more, respectively. Good.
  • the circumferential direction of the plate-like portion 22 is simply referred to as the circumferential direction.
  • each fastening fin 24 the support part 32 mentioned later of the aerodynamic sound reduction member 30 (refer FIG. 2) is inserted in the edge part of the other side (wheel 102 side) in the thickness direction.
  • a recess 24a is formed.
  • a concave portion 26a for fitting a support portion 32 described later is formed at an end portion on the other side (wheel 102 side) in the thickness direction.
  • a plurality of first through holes 60 that penetrate the brake disc 20 in the thickness direction are formed at intervals in the circumferential direction.
  • Each first through hole 60 is formed to pass through the fastening fins 24.
  • a fastening member (bolt 14 in this embodiment) for fixing the brake disc 20 to the wheel 102 is inserted into the first through hole 60.
  • each locking fin 26 is formed with a key groove 62 that is recessed from the other end in the thickness direction toward one side in the thickness direction.
  • the keyway 62 is provided so that it may dent further toward the said one side from the recessed part 26a.
  • a key (not shown) attached to the wheel 102 is fitted in the key groove 62. Thereby, in the circumferential direction, the brake disc 20 and the wheel 102 are locked to each other via the key.
  • aerodynamic sound reduction member 30 has a plate-like support portion 32 and a plurality of protrusions 34 that protrude from support portion 32 in the thickness direction of support portion 32.
  • the support portion 32 has a ring shape. More specifically, the support portion 32 has an annular shape, like the plate-like portion 22.
  • a plurality of support portions 32 are fitted in the recesses 24a (see FIG. 3B) of the respective fastening fins 24 and the recesses 26a (see FIG. 3B) of the respective locking fins 26. Between the fins 24 and 26 and the wheel 102.
  • a plurality of second through holes 70 and a plurality of third through holes 72 are formed in the support portion 32.
  • the plurality of second through holes 70 are formed to face the plurality of first through holes 60 in a state where the support portion 32 is sandwiched between the plurality of fins 24 and 26 and the wheel 102.
  • the plurality of third through holes 72 are formed to face the plurality of key grooves 62 in a state where the support portion 32 is sandwiched between the plurality of fins 24 and 26 and the wheel 102.
  • the plurality of protrusions 34 are provided at intervals in the circumferential direction of the support portion 32.
  • Each of the plurality of projecting portions 34 is provided so as to block a part between the fins adjacent to each other in the circumferential direction in a state where the support portion 32 is sandwiched between the plurality of fins 24 and 26 and the wheel 102.
  • each protrusion 34 is provided so as to block a part between the adjacent fastening fins 24 and the locking fins 26.
  • the number of the plurality of protrusions 34 is the same as the number of the plurality of fins 24, 26 (the total number of the plurality of fastening fins 24 and the plurality of locking fins 26).
  • the length of the plurality of protrusions 34 is shorter than the length of the plurality of fins 24 and 26 in the radial direction of the plate-like portion 22. Thereby, weight reduction of the aerodynamic sound reduction member 30 is attained.
  • each of the plurality of projecting portions 34 is provided so as to project from the support portion 32 to the plate-like portion 22 side.
  • gaps are formed between the plurality of protrusions 34 and the plate-like portion 22. The Thereby, a gap is formed between the brake disc 20 and the wheel 102, and air can flow between the brake disc 20 and the wheel 102. As a result, the brake disc 20 can be appropriately cooled during braking.
  • the total area of the gaps between the plurality of projecting portions 34 and the plate-like portion 22 is set to 18000 mm 2 or less, for example. .
  • the total area is set to 2500 mm 2 or more, for example.
  • the total area can be appropriately changed depending on the size, shape, usage environment, and the like of the disc brake 100.
  • the aerodynamic sound reducing member 30 is provided between the brake disk 20 and the wheel 102. A part of the space between the adjacent fastening fins 24 and the locking fins 26 is closed by the plurality of protrusions 34 of the aerodynamic sound reducing member 30. As a result, the air flow between the brake disc 20 and the wheels 102 can be suppressed during travel of the railway vehicle, and aerodynamic noise can be reduced.
  • the aerodynamic sound can be suppressed by the projecting portion 34 of the aerodynamic sound reducing member 30 configured as a component separate from the brake disk 20.
  • the protrusion 34 does not affect the rigidity of the brake disc 20, so that the design of the brake disc 20 is facilitated. That is, the design for suppressing the warpage of the plate-like portion 22 becomes easy.
  • the shape of the protrusion part 34 is not limited to the above-mentioned example.
  • the tip portion of the protrusion 34 (the end portion on the plate-like portion 22 side) is the wheel 102 (see FIG. 1). May be curved outward in the radial direction with respect to the axial direction (thickness direction of the support portion 32).
  • air can smoothly flow from the inside of the projecting portion 34 to the outside of the projecting portion 34 in the radial direction of the plate-like portion 22 as indicated by the one-dot chain line arrow during traveling of the railway vehicle.
  • the brake disc 20 can be cooled efficiently.
  • the protruding portion 34 is radial with respect to the axial direction of the wheel 102 (see FIG. 1) (the thickness direction of the support portion 32). You may incline toward the outer side. Also in this case, the same effect as that of the protrusion 34 shown in FIGS. 6 and 7 can be obtained.
  • the radially inner surface of the tip portion of the protruding portion 34 faces radially outward with respect to the axial direction of the wheel 102. If it is curved or inclined, the same effect as described above can be obtained.
  • FIGS. 9 and 10 even when the radial dimension (dimension in the radial direction of the plate-like portion 22) of the end portion of the protruding portion 34 on the support portion 32 side is increased, FIG. The same effect as the protrusion 34 shown in FIG. 8 is obtained. 9 and FIG. 10, the rigidity can be improved compared to the protrusions 34 shown in FIGS. 6 to 8, so that the vibration of the protrusions 34 can be generated more effectively. Can be suppressed. In addition, although the cavity part is formed in the protrusion part 34 shown in FIG. 9 and FIG. 10, the cavity part does not need to be formed.
  • the plurality of protrusions 34 are provided in the central portion of the plate-like portion 22 in the radial direction, but the position of the protrusions 34 is not limited to the above example.
  • a plurality of protrusions 34 may be provided on the outer periphery of the plate-like part 22, and as shown in FIG. It may be provided on the inner peripheral portion of the shape portion 22.
  • the aerodynamic sound reducing member 30 is formed of one member having an annular shape, but the configuration of the aerodynamic sound reducing member 30 is not limited to the above example.
  • the aerodynamic sound reduction member 30 may have a configuration that is divided into a plurality of members in the circumferential direction.
  • the aerodynamic sound reducing member may not have an annular shape.
  • a plurality of arc-shaped aerodynamic sound reduction members may be provided between the brake disc 20 and the wheel 102 at intervals in the circumferential direction.
  • the number of the plurality of protrusions 34 is the same as the number of the plurality of fins 24 and 26 (the total number of the plurality of fastening fins 24 and the plurality of locking fins 26) has been described.
  • the number of the plurality of protrusions 34 may be smaller than the number of the plurality of fins 24 and 26.
  • At least one of the first through hole 60 and the key groove 62 is formed in each fin.
  • the first through hole 60 and the keyway 62 may not be formed.
  • the brake disk unit 10 may be an axis mounted disk type.
  • the brake disk unit 10 may be fixed to a disc-shaped rotating member (disk body) fixed to the axle 101 separately from the wheels.
  • the disc body is provided so as to rotate integrally with the axle 101 and coaxially with the axle 101 like the wheel.
  • the brake disk unit 10 is a shaft-mounted disk type
  • the brake disk unit 10 is attached to the disk body using a fastening member and a key as in the case of the side disk type.
  • the disc-shaped rotating member means a rotating member having a disc portion for fixing the brake disc unit 10. Therefore, like the wheel 102 shown in FIG. 1, the cylindrical part may be provided in the inner peripheral part and outer peripheral part of the rotating member.

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Abstract

空力音低減部材３０は、ブレーキディスク２０の複数のフィン２４，２６と鉄道車両の回転部材１０２とによって挟まれる板状の支持部３２と、支持部３２から突出する複数の突出部３４とを有している。支持部３２が複数のフィン２４，２６と回転部材１０２とによって挟まれた状態において、複数の突出部３４はそれぞれ、ブレーキディスク２０の周方向に隣り合う締結フィン２４と係止フィン２６との間の一部を塞ぐように設けられている。

Description

空力音低減部材、鉄道車両用ブレーキディスクユニット、鉄道車両用ディスクブレーキ、鉄道車両用車輪および鉄道車両
　本発明は、鉄道車両用のディスクブレーキにおいて発生する空力音を低減するための空力音低減部材、ならびにそれを備えたブレーキディスクユニット、ディスクブレーキ、車輪および鉄道車両に関する。
　新幹線等の鉄道車両では、従来、ディスクブレーキが用いられている。ディスクブレーキは、例えば、車軸と一体的に回転する円板状の回転部材（車輪または車輪とは別に車軸に固定されたディスク体）に固定される円環形状のブレーキディスクと、摩擦部材を有するブレーキライニングと、ブレーキライニングを移動させるブレーキキャリパとを備えている。
　上記のような構成を有するディスクブレーキでは、ブレーキキャリパによってブレーキライニングを移動させて、ブレーキディスクの表面（摺動面）にブレーキライニングの摩擦部材を押し付けることによって制動力を発生させることができる。これにより、鉄道車両を減速させることができる。
　ところで、鉄道車両の走行時には、ブレーキディスクは、車輪とともに高速回転する。ブレーキディスクが高速回転することによって、ブレーキディスクの周辺の空気は、ブレーキディスクの内周側から、上記の回転部材（車輪等）とブレーキディスクとの間に吸い込まれた後、ブレーキディスクの外周側から放出される。このため、鉄道車両の走行時には、ブレーキディスクと回転部材との間を空気が高速で流れることになる。
　この空気の流れによって、制動時にブレーキディスクを冷却することができる。一方で、時速３００ｋｍを超えるような速度で鉄道車両が走行している場合には、高速な空気の流れに伴う騒音（以下、空力音という。）が発生するという問題が生じる。そこで、このような問題を解決するために、本発明者らは、空力音を低減することができるブレーキディスクを提案している（例えば、特許文献１参照）。
　図１２は、特許文献１に開示されたブレーキディスクを示す断面図である。図１２に示すブレーキディスク１は、ブレーキライニング（図示せず）が押し付けられる表面（摺動面）を有する板部１ａと、板部１ａの裏面側（車輪２側）に設けられる複数のフィン部１ｂと、隣り合うフィン部１ｂ同士を連結する連結部１ｃとを備えている。複数のフィン部１ｂのうちの所定数のフィン部１ｂには、締結用の貫通孔１ｄが形成されている。貫通孔１ｄには、ブレーキディスク１を車輪２に取り付けるためのボルト３が通される。
　上記の構成において、ブレーキディスク１および車輪２が回転すると、ブレーキディスク１の周辺の空気は、ブレーキディスク１の内周側から空間Ｓ（板部１ａ、隣り合うフィン部１ｂおよび車輪２によって囲まれた空間）に吸い込まれ、空間Ｓを通った後、ブレーキディスク１の外周側から放出される。
　ここで、特許文献１のブレーキディスク１では、連結部１ｃによって、空間Ｓの断面積を部分的に小さくすることができる。これにより、空気の流れが抑制され、空力音が低減される。
特開２００７－２０５４２８号公報
　ところで、特許文献１に開示されたブレーキディスク１では、板部１ａの裏面においてフィン部１ｂ同士を連結するように連結部１ｃを設ける必要がある。このため、特許文献１のブレーキディスク１では、板部１ａ、フィン部１ｂおよび連結部１ｃを一体的に形成する必要がある。
　しかしながら、本発明者らの研究の結果、板部１ａ、フィン部１ｂおよび連結部１ｃを一体的に形成した場合には、板部１ａに反りが発生しやすくなることが分かった。具体的には、板部１ａ、フィン部１ｂおよび連結部１ｃを一体的に形成した場合、ブレーキディスク１のうち連結部１ｃの近傍の部分の剛性が、他の部分の剛性に比べて高くなる。このため、制動時にブレーキディスク１が高温になった場合に、ブレーキディスク１において、連結部１ｃの近傍の部分に比べて他の部分が変形しやすくなる。その結果、板部１ａに反りが発生しやすくなる。板部１ａに反りが発生すると、ボルト３に曲げ応力が付加される。このため、特許文献１の構成を採用する場合には、板部１ａに曲げが生じることを抑制できるように、一体的に形成された板部１ａ、フィン部１ｂおよび連結部１ｃの形状および剛性等を考慮して、ブレーキディスク１を適切に設計する必要がある。言い換えると、特許文献１の構成を採用する場合には、板部１ａの反りを抑制するための設計が容易ではなかった。
　そこで、本発明は、鉄道車両用ブレーキディスクの設計を容易にしつつ空力音の発生を抑制できる空力音低減部材、ならびにそれを備えた鉄道車両用ブレーキディスクユニット、鉄道車両用ディスクブレーキ、鉄道車両用車輪および鉄道車両を提供することを目的としている。
　本発明は、下記の空力音低減部材、鉄道車両用ブレーキディスクユニット、鉄道車両用ディスクブレーキ、鉄道車両用車輪および鉄道車両を要旨とする。
（１）厚み方向における一方側に摺動面を有する円環形状の板状部、および前記板状部から前記厚み方向における他方側に向かって突出しかつ前記板状部の周方向に間隔をおいて設けられる複数のフィンを備える鉄道車両用ブレーキディスクと、鉄道車両の車軸と一体的に回転する円板状の回転部材との間に設けられる空力音低減部材であって、
　前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれる板状の支持部と、
　前記支持部から前記支持部の厚み方向に突出する複数の突出部とを有し、
　前記支持部が前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において、前記複数の突出部はそれぞれ、前記周方向に隣り合う前記フィン同士の間の一部を塞ぐ、空力音低減部材。
（２）前記複数のフィンは、締結部材が挿入される第１貫通孔を有する締結フィンを含み、
　前記支持部は、前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において前記第１貫通孔に対向する第２貫通孔を有する、上記（１）に記載の空力音低減部材。
（３）前記複数のフィンは、前記板状部の前記厚み方向における前記他方側の端部から前記一方側に向かって凹むキー溝を有する係止フィンを含み、
　前記支持部は、前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において前記キー溝に対向する第３貫通孔を有する、上記（１）または（２）に記載の空力音低減部材。
（４）前記板状部の径方向において、前記複数の突出部の長さは、前記複数のフィンの長さよりも短い、上記（１）から（３）のいずれかに記載の空力音低減部材。
（５）前記支持部は環形状を有し、前記複数の突出部の数は前記複数のフィンの数と同数である、上記（１）から（４）のいずれかに記載の空力音低減部材。
（６）前記支持部が前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において、前記複数の突出部はそれぞれ、前記板状部との間に隙間が形成されるように前記支持部から前記板状部側に突出している、上記（１）から（５）のいずれかに記載の空力音低減部材。
（７）前記突出部の先端部は、前記板状部の周方向に直交する断面において、前記回転部材の軸方向に対して前記板状部の径方向外側に向かって湾曲または傾斜している、上記（６）に記載の空力音低減部材。
（８）厚み方向における一方側に摺動面を有する円環形状の板状部、および前記板状部から前記厚み方向における他方側に向かって突出しかつ前記板状部の周方向に互いに間隔をおいて設けられる複数のフィンを備える鉄道車両用ブレーキディスクと、上記（１）から（７）のいずれかに記載の空力音低減部材とを備えた、鉄道車両用ブレーキディスクユニット。
（９）上記（８）に記載の鉄道車両用ブレーキディスクユニットを備えた、鉄道車両用ディスクブレーキ。
（１０）上記（８）に記載の鉄道車両用ブレーキディスクユニットを備えた、鉄道車両用車輪。
（１１）上記（９）に記載の鉄道車両用ディスクブレーキを備えた、鉄道車両。
　本発明によれば、鉄道車両用ブレーキディスクの設計を容易にしつつ空力音の発生を抑制することができる。
図１は、本実施形態に係るブレーキディスクユニットを備えた鉄道車両用ディスクブレーキを示す概略図である。 図２は、ブレーキディスクユニットを示す概略図である。 図３は、ブレーキディスクを示す概略図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線切断部に対応する概略断面図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ線切断部に対応する概略断面図である。 図６は、突出部の変形例を示す図である。 図７は、突出部の変形例を示す図である。 図８は、突出部の変形例を示す図である。 図９は、突出部の変形例を示す図である。 図１０は、突出部の変形例を示す図である。 図１１は、ブレーキディスクユニットの他の例を示す図である。 図１２は、従来のブレーキディスクを示す概略図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る空力音低減部材、鉄道車両用のブレーキディスクユニットおよび鉄道車両用のディスクブレーキについて図面を参照しつつ説明する。なお、詳細な説明は省略するが、以下に説明する本実施形態に係るディスクブレーキは、種々の鉄道車両において利用することができる。
　図１は、本実施形態に係るブレーキディスクユニットを備えた鉄道車両用ディスクブレーキを示す概略図であり、図２は、ブレーキディスクユニットを示す概略図であり、図３は、ブレーキディスクを示す概略図である。また、図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線切断部に対応する概略断面図であり、図５は、図４のＶ－Ｖ線切断部に対応する概略断面図である。なお、図１においては、図２（ｂ）のＩ－Ｉ線切断部に対応するブレーキディスクユニットの断面が示されている。図２において（ａ）は、ブレーキディスクユニットの周方向における１／４の領域を示す正面図であり、（ｂ）は、ブレーキディスクユニットの周方向における１／４の領域を示す背面図である。また、図３において（ａ）は、ブレーキディスクの周方向における１／４の領域を示す正面図であり、（ｂ）は、ブレーキディスクの周方向における１／４の領域を示す背面図である。
　図１を参照して、鉄道車両用ディスクブレーキ１００（以下、ディスクブレーキ１００と略記する。）は、一対のブレーキディスクユニット１０と、一対のブレーキライニング１２とを備えている。一対のブレーキディスクユニット１０は、鉄道車両の車軸１０１に固定された円板状の回転部材１０２の円板部１０２ａを挟むように、回転部材１０２に取り付けられている。ブレーキディスクユニット１０および回転部材１０２は、車軸１０１と一体回転するように、かつ車軸１０１と同軸上に設けられている。本実施形態では、回転部材１０２は、車輪である。したがって、本実施形態では、ブレーキディスクユニット１０は、車輪に取り付けられる側ディスクタイプ（wheel mounted disk type）のブレーキディスクユニットである。以下においては、回転部材１０２を車輪１０２と記載する。一対のブレーキライニング１２は、車輪１０２の軸方向において一対のブレーキディスクユニット１０の外側に設けられている。
　各ブレーキディスクユニット１０は、ブレーキディスク２０と、空力音低減部材３０とを備えている。ブレーキディスク２０および空力音低減部材３０はそれぞれ円環形状を有している。空力音低減部材３０は、ブレーキディスク２０と車輪１０２（円板部１０２ａ）との間に設けられている。一対のブレーキディスクユニット１０は、複数の締結部材（本実施形態では、複数のボルト１４および複数のナット１６）によって、車輪１０２に固定されている。
　本実施形態に係るディスクブレーキ１００では、図示しないブレーキキャリパによって、ブレーキライニング１２を車輪１０２の軸方向に移動させることができる。これにより、ブレーキディスク２０の後述する摺動面２２ａにブレーキライニング１２（摩擦部材）を押し付けることができ、制動力を発生させることができる。なお、車輪１０２、ブレーキライニング１２およびブレーキキャリパとしては、公知の種々の車輪、ブレーキライニングおよびブレーキキャリパを用いることができるので、詳細な説明は省略する。
　図１～図４を参照して、ブレーキディスク２０は、板状部２２と、複数の締結フィン２４と、複数の係止フィン２６とを有する。
　板状部２２は、円環形状を有している。板状部２２は、厚み方向における一方側に、円環形状の摺動面２２ａを有している。摺動面２２ａは、ブレーキディスク２０の軸方向に対して略垂直に形成されている。摺動面２２ａは、ディスクブレーキ１００において、制動力を発生させるためにブレーキライニング１２が押し付けられる面である。以下の説明では、板状部２２の厚み方向を、単に厚み方向と記載する。
　締結フィン２４および係止フィン２６はそれぞれ、板状部２２から厚み方向における他方側に向かって突出する。締結フィン２４および係止フィン２６はそれぞれ、放熱部として機能する。本実施形態では、複数の締結フィン２４および複数の係止フィン２６は、厚み方向から見て、ブレーキディスク２０の中心に対して放射状に延びるように形成されている。言い換えると、複数の締結フィン２４および複数の係止フィン２６はそれぞれ、厚み方向から見て、板状部２２の径方向に延びるように形成されている。以下の説明では、板状部２２の径方向を、単に径方向と記載する。
　本実施形態では、複数の締結フィン２４および複数の係止フィン２６は、板状部２２の周方向に間隔をおいて交互に並ぶように設けられている。本実施形態では、１２個の締結フィン２４および１２個の係止フィン２６が交互に並ぶように設けられている。なお、締結フィン２４および係止フィン２６の数は上述の例に限定されず、締結フィン２４の数および係止フィン２６の数はそれぞれ、１２未満であってもよく、１３以上であってもよい。以下の説明では、板状部２２の周方向を、単に周方向と記載する。
　図３（ｂ）を参照して、各締結フィン２４において、厚み方向における他方側（車輪１０２側）の端部には、空力音低減部材３０（図２参照）の後述する支持部３２をはめ込むための凹部２４ａが形成されている。また、各係止フィン２６において、厚み方向における他方側（車輪１０２側）の端部には、後述する支持部３２をはめ込むための凹部２６ａが形成されている。
　図２～図４を参照して、ブレーキディスク２０を厚み方向に貫通する複数の第１貫通孔６０が、周方向に間隔をおいて形成されている。各第１貫通孔６０は、締結フィン２４を通るように形成されている。第１貫通孔６０には、ブレーキディスク２０を車輪１０２に固定するための締結部材（本実施形態では、ボルト１４）が挿入される。
　図３および図４を参照して、各係止フィン２６には、厚み方向における他方側の端部から厚み方向における一方側に向かって凹むキー溝６２が形成されている。図３（ｂ）を参照して、本実施形態では、凹部２６ａからさらに上記一方側に向かって凹むように、キー溝６２が設けられている。キー溝６２には、車輪１０２に取り付けられたキー（図示せず）が嵌め込まれる。これにより、周方向において、ブレーキディスク２０と車輪１０２とがキーを介して互いに係止される。なお、キー、およびキーを車輪１０２に取り付けるための構成としては、公知の種々の構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。
　図２、図４および図５を参照して、空力音低減部材３０は、板状の支持部３２と、支持部３２から支持部３２の厚み方向に突出する複数の突出部３４とを有している。本実施形態では、支持部３２は環形状を有している。より具体的には、支持部３２は、板状部２２と同様に、円環形状を有している。本実施形態では、支持部３２は、各締結フィン２４の凹部２４ａ（図３（ｂ）参照）および各係止フィン２６の凹部２６ａ（図３（ｂ）参照）にはめ込まれた状態で、複数のフィン２４，２６と車輪１０２とによって挟まれる。
　図２および図４を参照して、支持部３２には、複数の第２貫通孔７０および複数の第３貫通孔７２が形成されている。複数の第２貫通孔７０は、支持部３２が複数のフィン２４，２６と車輪１０２とによって挟まれた状態において、複数の第１貫通孔６０に対向するように形成されている。また、複数の第３貫通孔７２は、支持部３２が複数のフィン２４，２６と車輪１０２とによって挟まれた状態において、複数のキー溝６２に対向するように形成されている。このような構成により、ブレーキディスク２０を車輪１０２に固定するための締結部材（本実施形態では、ボルト１４）を、第２貫通孔７０に挿通することができる。また、ブレーキディスク２０と車輪１０２とを係止するためのキー（図示せず）を第３貫通孔７２に挿通することができる。これらの結果、空力音低減部材３０を、ブレーキディスク２０および車輪１０２に容易かつ適切に取り付けることができる。
　複数の突出部３４は、支持部３２の周方向に間隔をおいて設けられている。複数の突出部３４はそれぞれ、支持部３２が複数のフィン２４，２６と車輪１０２とによって挟まれた状態において、周方向に隣り合うフィン同士の間の一部を塞ぐように設けられている。本実施形態では、各突出部３４は、隣り合う締結フィン２４と係止フィン２６との間の一部を塞ぐように設けられている。本実施形態では、複数の突出部３４の数は、複数のフィン２４，２６の数（複数の締結フィン２４と複数の係止フィン２６との合計数）と同数である。
　また、本実施形態では、板状部２２の径方向において、複数の突出部３４の長さは、複数のフィン２４，２６の長さよりも短い。これにより、空力音低減部材３０の軽量化が可能になる。
　また、図４および図５を参照して、複数の突出部３４はそれぞれ、支持部３２から板状部２２側に突出するように設けられている。本実施形態では、支持部３２が複数のフィン２４，２６と車輪１０２（図１参照）とによって挟まれた状態において、複数の突出部３４と板状部２２との間には隙間が形成される。これにより、ブレーキディスク２０と車輪１０２との間に隙間が形成され、ブレーキディスク２０と車輪１０２との間を空気が流れることができる。その結果、制動時にブレーキディスク２０を適切に冷却することができる。板状部２２の径方向に垂直な断面（周方向に平行な断面）において、複数の突出部３４と板状部２２との間の隙間の総面積は、例えば、１８０００ｍｍ２以下に設定される。また、上記総面積は、例えば、２５００ｍｍ２以上に設定される。なお、上記総面積は、ディスクブレーキ１００の寸法、形状および使用環境等によって適宜変更することができる。
　以上のように、本実施形態では、ブレーキディスク２０と車輪１０２との間に空力音低減部材３０が設けられる。そして、空力音低減部材３０の複数の突出部３４によって、隣り合う締結フィン２４と係止フィン２６との間の空間の一部が塞がれる。これによって、鉄道車両の走行時に、ブレーキディスク２０と車輪１０２との間における空気の流れを抑制でき、空力音を低減することができる。
　また、本実施形態では、ブレーキディスク２０とは別個の部品として構成された空力音低減部材３０の突出部３４によって、空力音を抑制することができる。この場合、突出部３４がブレーキディスク２０の剛性に影響しないので、ブレーキディスク２０の設計が容易になる。すなわち、板状部２２の反りを抑制するための設計が容易になる。
　以上の結果、ブレーキディスク２０の設計を容易にしつつ、ディスクブレーキ１００において空力音が発生することを抑制できる。
　なお、突出部３４の形状は上述の例に限定されない。例えば、図６および図７に示すように、板状部２２の周方向に直交する断面において、突出部３４の先端部（板状部２２側の端部）が、車輪１０２（図１参照）の軸方向（支持部３２の厚み方向）に対して径方向外側に向かって湾曲していてもよい。この場合、鉄道車両の走行時に、一点鎖線の矢印で示すように、板状部２２の径方向において、突出部３４の内側から突出部３４の外側に向かって空気を円滑に流すことができる。これにより、ブレーキディスク２０を効率よく冷却することができる。また、突出部３４の先端部の近傍で気流の圧力が大きく変動することを防止することができるので、突出部３４に振動が生じることを十分に抑制できる。これにより、騒音の発生を十分に抑制することができるとともに、突出部３４の劣化を十分に抑制することができる。
　また、図８に示すように、板状部２２の周方向に直交する断面において、突出部３４が、車輪１０２（図１参照）の軸方向（支持部３２の厚み方向）に対して径方向外側に向かって傾斜していてもよい。この場合も、図６および図７に示した突出部３４と同様の効果が得られる。なお、詳細な説明は省略するが、板状部２２の周方向に直交する断面において、突出部３４の先端部の径方向内側の面が、車輪１０２の軸方向に対して径方向外側に向かって湾曲または傾斜していれば、上記と同様の効果が得られる。したがって、例えば、図９および図１０に示すように、突出部３４の支持部３２側の端部の径方向における寸法（板状部２２の径方向における寸法）を大きくした場合も、図６～図８に示した突出部３４と同様の効果が得られる。なお、図９および図１０に示した突出部３４においては、図６～図８に示した突出部３４に比べて剛性を向上させることができるので、突出部３４の振動発生をより効果的に抑制できる。なお、図９および図１０に示した突出部３４には空洞部が形成されているが、空洞部が形成されていなくてもよい。
　なお、上述の実施形態では、径方向における板状部２２の中央部に複数の突出部３４が設けられていたが、突出部３４の位置は上述の例に限定されない。例えば、図１１（ａ）に示すように、複数の突出部３４が、板状部２２の外周部に設けられてもよく、図１１（ｂ）に示すように、複数の突出部３４が板状部２２の内周部に設けられてもよい。
　また、上述の実施形態では、空力音低減部材３０が円環形状を有する一つの部材からなる場合について説明したが、空力音低減部材３０の構成は上述の例に限定されない。例えば、空力音低減部材３０が、周方向において複数の部材に分割された構成を有していてもよい。また、空力音低減部材が円環形状を有していなくてもよい。例えば、複数の円弧状の空力音低減部材を、周方向に互いに間隔をおいて、ブレーキディスク２０と車輪１０２との間に設けてもよい。
　また、上述の実施形態では、複数の突出部３４の数が複数のフィン２４，２６の数（複数の締結フィン２４と複数の係止フィン２６との合計数）と同数である場合について説明したが、複数の突出部３４の数が、複数のフィン２４，２６の数よりも少なくてもよい。
　また、上述の実施形態では、各フィンには、第１貫通孔６０およびキー溝６２のうちの少なくとも一方が形成されているが、複数のフィンのうちのいずれかのフィンにおいて、第１貫通孔６０およびキー溝６２が形成されていなくてもよい。
　また、上述の実施形態では、ブレーキディスクユニット１０が側ディスクタイプである場合について説明したが、ブレーキディスクユニット１０が軸マウントディスクタイプ（axle mounted disk type）であってもよい。具体的には、ブレーキディスクユニット１０は、車輪とは別に車軸１０１に固定された円板状の回転部材（ディスク体）に固定されてもよい。該ディスク体は、車輪と同様に、車軸１０１と一体回転するように、かつ車軸１０１と同軸上に設けられる。ブレーキディスクユニット１０が軸マウントディスクタイプである場合も、側ディスクタイプの場合と同様に、ブレーキディスクユニット１０は、締結部材およびキーを用いてディスク体に取り付けられる。なお、本明細書において円板状の回転部材とは、ブレーキディスクユニット１０を固定するための円板部を有する回転部材を意味する。したがって、図１に示した車輪１０２のように、回転部材の内周部および外周部に筒状部が設けられていてもよい。
　本発明によれば、鉄道車両用ブレーキディスクの設計を容易にしつつ空力音の発生を抑制することができる。
　１０　ブレーキディスクユニット
　１２　ブレーキライニング
　１４　ボルト
　１６　ナット
　２０　ブレーキディスク
　２２　板状部
　２２ａ　摺動面
　２４　締結フィン
　２６　係止フィン
　２４ａ，２６ａ　凹部
　３０　空力音低減部材
　３２　支持部
　３４　突出部
　６０　第１貫通孔
　６２　キー溝
　７０　第２貫通孔
　７２　第３貫通孔
　１００　ディスクブレーキ
　１０２　回転部材（車輪）
　１０２ａ　円板部

Claims (11)

  1. 　厚み方向における一方側に摺動面を有する円環形状の板状部、および前記板状部から前記厚み方向における他方側に向かって突出しかつ前記板状部の周方向に間隔をおいて設けられる複数のフィンを備える鉄道車両用ブレーキディスクと、鉄道車両の車軸と一体的に回転する円板状の回転部材との間に設けられる空力音低減部材であって、
    　前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれる板状の支持部と、
    　前記支持部から前記支持部の厚み方向に突出する複数の突出部とを有し、
    　前記支持部が前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において、前記複数の突出部はそれぞれ、前記周方向に隣り合う前記フィン同士の間の一部を塞ぐ、空力音低減部材。
  2. 　前記複数のフィンは、締結部材が挿入される第１貫通孔を有する締結フィンを含み、
    　前記支持部は、前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において前記第１貫通孔に対向する第２貫通孔を有する、請求項１に記載の空力音低減部材。
  3. 　前記複数のフィンは、前記板状部の前記厚み方向における前記他方側の端部から前記一方側に向かって凹むキー溝を有する係止フィンを含み、
    　前記支持部は、前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において前記キー溝に対向する第３貫通孔を有する、請求項１または２に記載の空力音低減部材。
  4. 　前記板状部の径方向において、前記複数の突出部の長さは、前記複数のフィンの長さよりも短い、請求項１から３のいずれかに記載の空力音低減部材。
  5. 　前記支持部は環形状を有し、前記複数の突出部の数は前記複数のフィンの数と同数である、請求項１から４のいずれかに記載の空力音低減部材。
  6. 　前記支持部が前記複数のフィンと前記回転部材とによって挟まれた状態において、前記複数の突出部はそれぞれ、前記板状部との間に隙間が形成されるように前記支持部から前記板状部側に突出している、請求項１から５のいずれかに記載の空力音低減部材。
  7. 　前記突出部の先端部は、前記板状部の周方向に直交する断面において、前記回転部材の軸方向に対して前記板状部の径方向外側に向かって湾曲または傾斜している、請求項６に記載の空力音低減部材。
  8. 　厚み方向における一方側に摺動面を有する円環形状の板状部、および前記板状部から前記厚み方向における他方側に向かって突出しかつ前記板状部の周方向に互いに間隔をおいて設けられる複数のフィンを備える鉄道車両用ブレーキディスクと、請求項１から７のいずれかに記載の空力音低減部材とを備えた、鉄道車両用ブレーキディスクユニット。
  9. 　請求項８に記載の鉄道車両用ブレーキディスクユニットを備えた、鉄道車両用ディスクブレーキ。
  10. 　請求項８に記載の鉄道車両用ブレーキディスクユニットを備えた、鉄道車両用車輪。
  11. 　請求項９に記載の鉄道車両用ディスクブレーキを備えた、鉄道車両。
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