WO2020071347A1

WO2020071347A1 - 鉄道車両用のブレーキディスクの取付構造、及びこれを用いたブレーキディスクユニット

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Publication number: WO2020071347A1
Application number: PCT/JP2019/038695
Authority: WO
Inventors: 加藤　孝憲; 坂口　篤司; 成央宮部
Original assignee: 日本製鉄株式会社
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2020-04-09
Also published as: JP7156384B2; US20210396287A1; CN112789427B; TWI727445B; CN112789427A; JPWO2020071347A1; TW202024502A

Abstract

締結部材によって被取付部材に締結される鉄道車両用のブレーキディスクにおいて、締結部材の疲労強度を向上させる。取付構造（３０）は、鉄道車両の車輪又はディスク体である被取付部材（２０）に、環状のブレーキディスク（１０）を取り付ける構造である。取付構造（３０）は、締結部材（３０１）と、弾性部材（３０２）と、を備える。弾性部材（３０２）は、締結部材（３０１）のナット（３０１１）とブレーキディスク（１０）との間に配置される。弾性部材（３０２）は、筒状の部材本体（３０２４）と、フランジ（３０２５）と、を有する。フランジ（３０２５）は、部材本体（３０２４）の両端部のうちナット（３０１１）側の端部に接続される。フランジ（３０２５）は、部材本体（３０２４）から外側に突出してナット（３０１１）の外周部に接触する。

Description

鉄道車両用のブレーキディスクの取付構造、及びこれを用いたブレーキディスクユニット

　本開示は、ブレーキディスクの取付構造に関し、より詳細には、鉄道車両の車輪に、又は鉄道車両の車軸に固定されるディスク体に、環状のブレーキディスクを取り付ける構造に関する。また、本開示は、当該取付構造を用いたブレーキディスクユニットに関する。

　従来、鉄道車両の制動装置として、ディスクブレーキが使用されている。ディスクブレーキは、環状のブレーキディスクと、ブレーキライニングと、を備える。ブレーキディスクは、鉄道車両の車輪に締結され、あるいは、車軸に固定されたディスク体に締結される。ブレーキディスクの摺動面には、ブレーキライニングが押し付けられる。ブレーキディスクとブレーキライニングとの摩擦により、車輪が制動される。

　特許文献１は、ボルト及びナットによって車輪の各側面に締結されるブレーキディスクを開示する。当該ブレーキディスクと、ボルトの頭部又はナットとの間には、皿ばね等の弾性体が配置されている。特許文献１によれば、弾性体の弾性係数を適正化することで、ボルトへの曲げ負荷及び引っ張り負荷を低減することができる。

　特許文献２は、車輪又はディスク体と、ブレーキディスクとの締結構造を開示する。当該締結構造では、ブレーキディスクとナットとの間に皿ばねが配置される。車輪又はディスク体とブレーキディスクとの締結状態において、皿ばねは、その凹面がナットの座面に対向するように配置され、ナットの座面の外周部に接触する。特許文献２によれば、ナットの座面の外周部に皿ばねを接触させることにより、ボルトのねじ底のＲ部での応力集中を低減させることができる。

　部材間に配置される弾性体としては、種々のものが提案されている。例えば、特許文献３は、第１部材及び第２部材をボルトで締結するに際し、第１部材の上下に配置される弾性体を開示する。特許文献３において、上下の弾性体の各々は、皿ばねとして機能する円すい部を有する。上側の弾性体は、ボルトの頭部及び第１部材に固定される。

　また、例えば、特許文献４は、被締結物とボルトの頭部又はナットとの間に介在させるワッシャ（皿ばね）を開示する。この皿ばねは、押圧部と、ばね部と、を有する。押圧部は、ボルトの頭部又はナットの座面に接触する。ばね部は、被締結物に対向する凹面を有し、押圧部から被締結物に向かって拡径する。押圧部の最大外径は、ばね部の最大外径よりも小さい。特許文献４によれば、この構成により、押圧部に作用する荷重をばね部の中心部に集中させることができ、ばね部を確実に圧縮変形することができる。

特許第４３０５２９６号公報特許第４７４８３９０号公報特開２０１０－０６００３１号公報特開２００２－３２３０２９号公報

　特許文献１及び２に開示されるような鉄道車両用のブレーキディスクは、車輪の制動中、ブレーキライニングとの間で発生する摩擦熱によって熱変形する。これにより、ブレーキディスクを車輪又はディスク体に締結する締結部材への負荷が増加する。締結部材への負荷を軽減するため、各特許文献に開示されているような皿ばね（弾性体）を利用することができる。しかしながら、例えば、摺動面の中央に締結部が設けられる中央締結型のブレーキディスクでは、皿ばねを配置するスペースが限られているため、皿ばねのばね定数を十分に小さくすることができない場合がある。その結果、締結部材への負荷の低減が不十分となり、締結部材の疲労強度が低下する可能性がある。

　本開示は、締結部材によって被取付部材に締結される鉄道車両用のブレーキディスクにおいて、締結部材の疲労強度を向上させることを課題とする。

　本開示に係る取付構造は、被取付部材に、環状のブレーキディスクを取り付ける構造である。被取付部材は、鉄道車両の車輪であってもよいし、鉄道車両の車軸に固定されるディスク体であってもよい。取付構造は、締結部材と、弾性部材と、を備える。締結部材は、ブレーキディスクを被取付部材に締結する。締結部材は、ボルトと、ナットと、を有する。ボルトは、軸部を含む。軸部は、ブレーキディスク及び被取付部材を貫通する。ナットは、ブレーキディスク側で軸部の端部に取り付けられる。弾性部材は、ナットとブレーキディスクとの間に配置される。弾性部材は、筒状の部材本体と、第１フランジと、を有する。部材本体には、軸部が挿入される。第１フランジは、部材本体の両端部のうちナット側の端部に接続される。第１フランジは、部材本体から外側に突出してナットの外周部に接触する。

　本開示によれば、締結部材によって被取付部材に締結される鉄道車両用のブレーキディスクにおいて、締結部材の疲労強度を向上させることができる。

図１は、第１実施形態に係るブレーキディスクユニットの平面図である。図２は、図１に示すブレーキディスクユニットのＩＩ－ＩＩ断面図である。図３は、図１に示すブレーキディスクユニットに含まれる弾性部材の斜視図である。図４は、図３に示す弾性部材の縦断面図である。図５は、第２実施形態に係るブレーキディスクユニットの一部を示す断面図である。図６は、図５に示すブレーキディスクユニットに含まれる弾性部材の縦断面図である。図７は、図３及び図４に示す弾性部材の変形例を示す縦断面図である。図８は、図６に示す弾性部材の変形例を示す縦断面図である。図９は、実施例に係る弾性部材のフランジ高さと、締結部材に生じる最大応力との関係を示すグラフである。

　実施形態に係る取付構造は、被取付部材に、環状のブレーキディスクを取り付ける構造である。被取付部材は、鉄道車両の車輪であってもよいし、鉄道車両の車軸に固定されるディスク体であってもよい。取付構造は、締結部材と、弾性部材と、を備える。締結部材は、ブレーキディスクを被取付部材に締結する。締結部材は、ボルトと、ナットと、を有する。ボルトは、軸部を含む。軸部は、ブレーキディスク及び被取付部材を貫通する。ナットは、ブレーキディスク側で軸部の端部に取り付けられる。弾性部材は、ナットとブレーキディスクとの間に配置される。弾性部材は、筒状の部材本体と、第１フランジと、を有する。部材本体には、軸部が挿入される。第１フランジは、部材本体の両端部のうちナット側の端部に接続される。第１フランジは、部材本体から外側に突出してナットの外周部に接触する（第１の構成）。

　第１の構成において、締結部材のナットとブレーキディスクとの間には、部材本体及び第１フランジを有する弾性部材が配置されている。この弾性部材は、ボルトの軸部に取り付けられるナットとブレーキディスクとの間に介在し、ブレーキディスクの変形に伴う締結部材の変形を吸収する。すなわち、ブレーキディスクとブレーキライニングとの間の摩擦熱等によってブレーキディスクが変形して弾性部材に圧縮荷重が作用したとき、第１フランジがたわみ、弾性部材が全体として大きく変形する。これにより、ブレーキディスクの変形に伴う締結部材の変形が弾性部材に吸収されるため、締結部材への負荷を低減させることができる。

　第１の構成において、締結部材のナットには、弾性部材の第１フランジが接触する。第１フランジは、筒状の部材本体から外側に突出して、ナットの外周部に接触する。このため、締結部材では、ナットの内周部、つまりナットとボルトの軸部との接続部が弾性部材によって拘束されず、ナット及び軸部の変形が許容されることとなる。よって、締結部材に生じる応力が緩和され、締結部材への負荷を低減させることができる。

　このように、第１の構成によれば、締結部材によって被取付部材に締結される鉄道車両用のブレーキディスクにおいて、締結部材への負荷を低減させることができるため、締結部材の疲労強度を向上させることができる。

　上記取付構造において、弾性部材の外周面は、弾性部材の縦断面視で、第１曲線部を含むことができる。第１曲線部は、部材本体と、第１フランジとを接続する（第２の構成）。

　第２の構成によれば、弾性部材の外周面において、部材本体と、第１フランジとが第１曲線部によって接続される。このため、弾性部材に圧縮荷重が作用して第１フランジがたわんだとき、第１フランジの基部（部材本体との接続部分）で応力集中が発生するのを防止することができる。

　上記取付構造において、弾性部材は、さらに、第２フランジを有することができる。第２フランジは、部材本体の両端部のうち第１フランジと反対側の端部に接続される。第２フランジは、部材本体から外側に突出してブレーキディスクに接触する（第３の構成）。

　第３の構成によれば、弾性部材において、筒状の部材本体の両端部に、それぞれ第１及び第２フランジが設けられる。これにより、ブレーキディスクの変形による圧縮荷重が弾性部材に作用したとき、第１フランジに加えて第２フランジもたわむため、弾性部材がより大きく変形する。よって、ブレーキディスクの変形に伴う締結部材の変形をより確実に弾性部材に吸収させることができ、締結部材への負荷をより低減させることができる。

　第３の構成において、弾性部材の外周面は、弾性部材の縦断面視で、第２曲線部を含むことができる。第２曲線部は、部材本体と、第２フランジとを接続する（第４の構成）。

　第４の構成によれば、弾性部材の外周面において、部材本体と、第２フランジとが第２曲線部によって接続される。このため、弾性部材に圧縮荷重が作用して第２フランジがたわんだとき、第２フランジの基部（部材本体との接続部分）で応力集中が発生するのを防止することができる。

　実施形態に係るブレーキディスクユニットは、鉄道車両用のブレーキディスクユニットである。ブレーキディスクユニットは、上記ブレーキディスクと、上記被取付部材と、第１から第４の構成のうちいずれか１つの取付構造と、を備える。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

　＜第１実施形態＞
　［ブレーキディスクユニットの構成］
　まず、本開示の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るブレーキディスクユニット１００の平面図である。ブレーキディスクユニット１００は、鉄道車両に使用される。

　図１に示すように、ブレーキディスクユニット１００は、ブレーキディスク１０と、被取付部材２０と、複数の取付構造３０と、を備える。

　ブレーキディスク１０は、環状をなす。ブレーキディスク１０は、取付構造３０によって被取付部材２０に取り付けられる。取付構造３０は、ブレーキディスク１０の周方向に沿って配置されている。

　本実施形態において、被取付部材２０は、鉄道車両の車輪である。被取付部材２０は、鉄道車両の車軸に固定されるディスク体であってもよい。ブレーキディスク１０は、被取付部材２０と実質的に同軸となるように設けられる。ブレーキディスク１０は、被取付部材２０の両面上に配置される。

　ブレーキディスク１０及び被取付部材２０の材質は、特に限定されるものではない。ブレーキディスク１０の材質として、例えば、鉄鋼や、アルミ複合材料等、ブレーキディスクに一般に使用されているものを採用することができる。被取付部材２０の材質も、鉄道車両用の車輪又はディスク体に一般に使用されているものを採用することができる。

　図２は、図１に示すブレーキディスクユニット１００のＩＩ－ＩＩ断面図である。図２では、被取付部材２０の両面に取り付けられるブレーキディスク１０のうち、一方のみを示し、他方を省略している。

　図２を参照して、ブレーキディスク１０は、表面１０１及び裏面１０２を有する。表面１０１は、ブレーキディスクユニット１００の厚み方向で外向きの面である。表面１０１は、ブレーキライニング（図示略）が押し付けられる摺動面である。裏面１０２は、被取付部材２０の側面に対向する。ブレーキディスク１０が径方向に延びる複数の縦フィンを有する場合、裏面１０２は、縦フィンの頂面である。

　ブレーキディスクユニット１００の厚み方向は、ブレーキディスク１０及び被取付部材２０の積層方向であり、ブレーキディスク１０及び被取付部材２０の各厚み方向と一致する。以下、ブレーキディスクユニット１００、ブレーキディスク１０、又は被取付部材２０の厚み方向を、単に厚み方向という場合がある。また、ブレーキディスクユニット１００、ブレーキディスク１０、又は被取付部材２０の径方向を、単に径方向という場合がある。

　ブレーキディスク１０は、複数の締結孔１０３を含む。複数の締結孔１０３は、ブレーキディスク１０の周方向に沿って、間隔を空けて配置されている。締結孔１０３の各々は、ブレーキディスク１０を厚み方向に貫通する貫通孔である。

　各締結孔１０３は、大径部１０３１と、小径部１０３２と、を含む。大径部１０３１の直径は、小径部１０３２の直径よりも大きい。大径部１０３１及び小径部１０３２は、ブレーキディスク１０の表面１０１から裏面１０２に向かって、この順で配置されている。大径部１０３１は、表面１０１に開口する。小径部１０３２は、裏面１０２に開口する。

　被取付部材２０は、複数の締結孔２０３を有する。複数の締結孔２０３は、ブレーキディスク１０の複数の締結孔１０３に対応して、被取付部材２０に形成される。ブレーキディスク１０は、被取付部材２０の両面に取り付けられる。このため、厚み方向において、一方のブレーキディスク１０の締結孔１０３、被取付部材２０の締結孔２０３、及び他方のブレーキディスクの締結孔（図示略）が順に並ぶことになる。

　取付構造３０は、ブレーキディスク１０を被取付部材２０に取り付けるための構造である。取付構造３０は、ブレーキディスク１０の締結孔１０３ごとに設けられる。取付構造３０は、締結部材３０１と、弾性部材３０２と、を備える。

　締結部材３０１は、ブレーキディスク１０を被取付部材２０に締結する。締結部材３０１は、ブレーキディスク１０の締結孔１０３、及び被取付部材２０の締結孔２０３に挿入される。締結部材３０１は、ナット３０１１と、ボルト３０１２と、を有する。

　ナット３０１１は、ブレーキディスク１０の締結孔１０３内に収容される。より詳細には、ナット３０１１は、締結孔１０３の大径部１０３１内に配置される。

　ボルト３０１２は、軸部３０１２ａを含む。軸部３０１２ａは、ナット３０１１から被取付部材２０側に延びる。軸部３０１２ａは、ブレーキディスク１０及び被取付部材２０を厚み方向に貫通して延びている。

　軸部３０１２ａは、ブレーキディスク１０の締結孔１０３、及び被取付部材２０の締結孔２０３に挿入される。より詳細には、軸部３０１２ａは、当該ブレーキディスク１０の締結孔１０３、被取付部材２０の締結孔２０３、及び他のブレーキディスクの締結孔（図示略）に挿入される。

　軸部３０１２ａの一端部には、ナット３０１１が取り付けられる。ボルト３０１２は、軸部３０１２ａの他端部に頭部（図示略）を有する。軸部３０１２ａは、少なくとも、ナット３０１１側の端部にねじ部を有する。ナット３０１１は、軸部３０１２ａのねじ部と対応するねじ部を有する。軸部３０１２ａのねじ部は、ナット３０１１のねじ部と嵌まり合う。

　弾性部材３０２は、締結部材３０１のナット３０１１とブレーキディスク１０との間に配置される。弾性部材３０２は、ブレーキディスク１０の締結孔１０３に重ねて配置される。本実施形態において、弾性部材３０２は、締結孔１０３内に収容される。

　弾性部材３０２は、天面３０２１と、底面３０２２と、外周面３０２３と、を含む。天面３０２１は、締結部材３０１のナット３０１１の座面に対向する。底面３０２２は、締結孔１０３の大径部１０３１の底面に対向する。外周面３０２３は、大径部１０３１の内壁面に対向する。外周面３０２３は、天面３０２１の外周縁と、底面３０２２の外周縁とを接続する。

　弾性部材３０２は、部材本体３０２４と、部材本体３０２４から外側に突出するフランジ３０２５，３０２６と、を有する。

　部材本体３０２４は、筒状をなす。部材本体３０２４には、締結部材３０１の軸部３０１２ａが挿入される。

　フランジ３０２５は、部材本体３０２４の両端部のうち、締結部材３０１のナット３０１１側の端部に設けられる。フランジ３０２５は、部材本体３０２４から外側に延びる。フランジ３０２５は、弾性部材３０２の外周側に向かうにつれて、ナット３０１１の座面に接近する。フランジ３０２５は、ナット３０１１の座面の外周部に接触する。

　フランジ３０２６は、部材本体３０２４の両端部のうち、フランジ３０２５と反対側の端部に設けられる。フランジ３０２６は、部材本体３０２４から、弾性部材３０２の外周側に延びる。フランジ３０２６は、弾性部材３０２の外周側に向かうにつれて、締結孔１０３の大径部１０３１の底面に接近する。フランジ３０２６は、大径部１０３１の底面の外周部に接触する。

　以下、図３及び図４を参照しつつ、弾性部材３０２についてより詳細に説明する。

　図３は、弾性部材３０２の斜視図である。図４は、中心軸Ｘを含む平面で弾性部材３０２を切断した断面図である。以下、弾性部材３０２において、中心軸Ｘを含む平面で切断した断面を縦断面、中心軸Ｘに直交する平面で切断した断面を横断面という。また、弾性部材３０２において、中心軸Ｘが延びる方向を軸方向、中心軸Ｘと直交する方向を径方向又は横方向といい、天面３０２１側を上、底面３０２２側を下という。

　図３及び図４を参照し、弾性部材３０２は、例えば、概略円筒状をなす。本実施形態において、弾性部材３０２の外径は、軸方向の両端部から中央部に向かうにつれて小さくなる。すなわち、図４に示すように、弾性部材３０２は、軸方向の両端部において最大外径ＯＤａを有し、軸方向の中央部において最小外径ＯＤｂを有する。弾性部材３０２は、軸方向の全体にわたって実質的に一定の内径ＩＤを有する。

　弾性部材３０２の最大外径ＯＤａは、締結部材３０１のナット３０１１（図２）の座面の直径以下である。ナット３０１１の座面の形状が円形でない場合、弾性部材３０２の最大外径ＯＤａは、ナット３０１１の座面の差渡し長さ以下である。ナット３０１１の座面の差渡し長さとは、ナット３０１１の座面の最大寸法をいう。弾性部材３０２の形状が多角筒状等である場合は、弾性部材３０２の横方向の最大寸法をナット３０１１の座面の直径又は差渡し長さ以下とする。

　弾性部材３０２において、部材本体３０２４及びフランジ３０２５，３０２６は、一体的に形成されている。図４において、部材本体３０２４とフランジ３０２５，３０２６との境界を二点鎖線Ｂで示す。弾性部材３０２のうち、二点鎖線Ｂで囲まれた円筒部分が部材本体３０２４であり、当該円筒部分の外側に突出する部分がフランジ３０２５，３０２６である。部材本体３０２４は、軸方向の全体にわたって実質的に一定の外径ＯＤｂ及び内径ＩＤを有する。フランジ３０２５，３０２６は、それぞれ、概略円環状をなし、外径ＯＤａを有する。

　フランジ３０２５は、部材本体３０２４の上部に接続されている。フランジ３０２５は、弾性部材３０２の径方向で部材本体３０２４の外側に向かって突出し、やや上方に延びている。フランジ３０２５の天面３０２５ａは、部材本体３０２４の天面３０２４ａとともに、弾性部材３０２の天面３０２１を構成する。部材本体３０２４の天面３０２４ａは、弾性部材３０２の径方向で外側に向かうにつれて上昇する。フランジ３０２５の天面３０２５ａは、部材本体３０２４の天面３０２４ａに連続し、弾性部材３０２の径方向で外側に向かうにつれて上昇する。すなわち、弾性部材３０２の天面３０２１は、径方向の内側から外側に向かって緩やかに上昇傾斜するテーパ面である。ただし、天面３０２１の形状は、これに限定されるものではない。天面３０２１においては、径方向の外側部分が内側部分よりも上方に位置していればよく、例えば、径方向の外側部分（外周部分）に、上方に突出する凸部が設けられていてもよい。

　フランジ３０２６は、部材本体３０２４の下部に接続されている。フランジ３０２６は、弾性部材３０２の径方向で部材本体３０２４の外側に向かって突出し、やや下方に延びている。フランジ３０２６の底面３０２６ｂは、部材本体３０２４の底面３０２４ｂとともに、弾性部材３０２の底面３０２２を構成する。部材本体３０２４の底面３０２４ｂは、弾性部材３０２の径方向で外側に向かうにつれて下降する。フランジ３０２６の底面３０２６ｂは、部材本体３０２４の底面３０２４ｂに連続し、弾性部材３０２の径方向で外側に向かうにつれて下降する。すなわち、弾性部材３０２の底面３０２２は、径方向の内側から外側に向かって緩やかに下降傾斜するテーパ面である。ただし、底面３０２２の形状は、これに限定されるものではない。底面３０２２においては、径方向の外側部分が内側部分よりも下方に位置していればよく、例えば、径方向の外側部分（外周部分）に、下方に突出する凸部が設けられていてもよい。

　弾性部材３０２の外周面３０２３は、弾性部材３０２の縦断面視で、曲線部３０２３ａ，３０２３ｂを含む。曲線部３０２３ａは、外周面３０２３の上部に配置されている。曲線部３０２３ａは、部材本体３０２４と上側のフランジ３０２５とを滑らかに接続する。曲線部３０２３ｂは、外周面３０２３の下部に配置されている。曲線部３０２３ｂは、部材本体３０２４と下側のフランジ３０２６とを滑らかに接続する。

　本実施形態では、外周面３０２３は、弾性部材３０２の縦断面視において、同一の曲率半径を有する曲線部３０２３ａ，３０２３ｂのみで構成されている。すなわち、外周面３０２３は、全体として、弾性部材３０２の径方向で内側に凹の単一円弧面である。ただし、外周面３０２３は、曲線部３０２３ａ，３０２３ｂのみで構成される必要はなく、弾性部材３０２の縦断面視で直線部を含んでいてもよい。また、曲線部３０２３ａ，３０２３ｂの曲率半径は、互いに異なっていてもよい。曲線部３０２３ａ，３０２３ｂの各々は、本実施形態のように単一の円弧であってもよいが、異なる曲率半径を有する複数の円弧で構成されていてもよい。

　フランジ３０２５，３０２６は、それぞれ、フランジ幅Ｗａ，Ｗｂを有する。フランジ幅Ｗａは、フランジ３０２５の外周縁部の軸方向の寸法である。フランジ幅Ｗｂは、フランジ３０２６の外周縁部の軸方向の寸法である。フランジ幅Ｗａ，Ｗｂは、ブレーキディスクユニット１００（図２）の使用条件等にもよるが、例えば、２ｍｍ～４ｍｍとすることができる。

　フランジ３０２５，３０２６は、フランジ高さＨを有する。本実施形態において、フランジ３０２５，３０２６は、同一のフランジ高さＨを有するが、互いに異なるフランジ高さを有していてもよい。フランジ高さＨは、部材本体３０２４の外側へのフランジ３０２５，３０２６の突出高さであり、弾性部材３０２の径方向におけるフランジ３０２５，３０２６の最大寸法である。フランジ高さＨは、ブレーキディスクユニット１００（図２）の使用条件等にもよるが、５ｍｍ以下であることが好ましい。フランジ高さＨを５ｍｍ以下にすることで、締結部材３０１（図２）に生じる応力を確実に低減させることができる。フランジ高さＨは、弾性部材３０２のばね定数が大きくならないよう、１ｍｍ以上であることが好ましい。

　部材本体３０２４の肉厚、すなわち外径ＯＤｂと内径ＩＤとの差は、例えば、５ｍｍ～１５ｍｍとすることができる。また、例えば、弾性部材３０２の軸方向における最大長さＬａは、６ｍｍ～２０ｍｍ、最小長さＬｂは、２ｍｍ～１６ｍｍとすることができる。

　［効果］
　本実施形態に係るブレーキディスクユニット１００では、締結部材３０１のナット３０１１とブレーキディスク１０との間に弾性部材３０２が配置されている。この弾性部材３０２に対してブレーキディスク１０の熱変形による圧縮荷重が作用したとき、弾性部材３０２では、フランジ３０２５，３０２６が軸方向の中央側にたわんで、ブレーキディスク１０の変形に伴う締結部材３０１の変形が吸収される。よって、締結部材３０１への負荷を低減させることができ、締結部材３０１の疲労強度を向上させることができる。

　弾性部材３０２は、フランジ３０２５で締結部材３０１のナット３０１１の外周部に接触する。弾性部材３０２は、ナット３０１１の内周部には接触しない。このため、締結部材３０１において、ナット３０１１とボルト３０１２の軸部３０１２ａとの接続部が弾性部材３０２で拘束されず、ナット３０１１及び軸部３０１２ａの変形が許容される。よって、締結部材３０１に生じる応力が緩和され、締結部材３０１への負荷を低減させることができる。

　本実施形態に係る取付構造３０は、表面（摺動面）１０１の中央に締結部が設けられる中央締結型のブレーキディスク１０に採用されている。中央締結型のブレーキディスク１０では、締結孔１０３の大径部１０３１内に締結部材３０１のナット３０１１及び弾性部材３０２が収容される。このため、弾性部材３０２の最大外径ＯＤａは、必然的に、ナット３０１１の座面の直径又は差渡し長さ以下となる。このように外径の制約がある場合、一般的な皿ばねでは、低ばね定数を実現することが難しいため、締結部材３０１への負荷を十分に低減させることができない場合がある。これに対して、本実施形態の弾性部材３０２は、軸方向の両端部にフランジ３０２５，３０２６を有するため、同一外径を有する一般的な皿ばねと比較して変形量が大きく、低ばね定数を有することができる。よって、弾性部材３０２の外径の制約が生じる中央締結型のブレーキディスク１０においても、締結部材３０１への負荷を十分に低減させることができる。

　中央締結型のブレーキディスク１０の場合、締結部材３０１が締結孔１０３内に収容されるため、締結部材３０１の寸法には制約があり、締結部材３０１自身の強度を高めることは難しい。また、中央締結型のブレーキディスク１０では、入熱がある表面（摺動面）１０１に締結孔１０３が配置されるため、ブレーキディスク１０の熱変形に起因する締結部材３０１への負荷が増大する傾向がある。そのため、本実施形態に係る取付構造３０は、中央締結型のブレーキディスク１０に適用されることが特に好ましい。すなわち、取付構造３０によれば、フランジ３０２５，３０２６のたわみによって弾性部材３０２を大きく変形させることができるため、ブレーキディスク１０の熱変形を吸収し、締結部材３０１への負荷の増大を防止することができる。ただし、中央締結型以外のブレーキディスクに取付構造３０を適用することもできる。

　本実施形態において、弾性部材３０２の軸方向の両端部には、それぞれフランジ３０２５，３０２６が設けられている。すなわち、弾性部材３０２は、実質的に上下対称となるように形成されている。このため、ブレーキディスクユニット１００の組立てに際し、作業者が弾性部材３０２の上下を意識する必要がなく、作業性を向上させることができる。

　本実施形態において、弾性部材３０２は、縦断面視で、曲線部３０２３ａ，３０２３ｂを外周面３０２３に含む。曲線部３０２３ａ，３０２３ｂは、フランジ３０２５，３０２６と部材本体３０２４とを滑らかに接続する。よって、圧縮荷重によってフランジ３０２５，３０２６がたわんだとき、フランジ３０２５，３０２６の基部に応力集中が発生するのを抑制することができ、フランジ３０２５，３０２６の破損を防止することができる。

　＜第２実施形態＞
　次に、本開示の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係るブレーキディスクユニット２００の取付構造４０を示す断面図である。図６は、取付構造４０に含まれる弾性部材４０２の縦断面図である。第２実施形態に係るブレーキディスクユニット２００は、取付構造４０の弾性部材４０２の形状において、第１実施形態に係るブレーキディスクユニット１００（図２）と異なる。

　図５に示すように、弾性部材４０２は、第１実施形態と同様、天面４０２１と、底面４０２２と、外周面４０２３と、を含む。弾性部材４０２は、第１実施形態と同様、筒状の部材本体４０２４と、天面４０２１側のフランジ４０２５と、を有する。弾性部材４０２は、第１実施形態と異なり、底面４０２２側にフランジを有しない。

　フランジ４０２５は、部材本体４０２４の両端部のうち、締結部材３０１のナット３０１１側の端部に設けられる。フランジ４０２５は、部材本体４０２４から、弾性部材４０２の外周側且つナット３０１１側に延び、ナット３０１１の座面の外周部に接触する。

　図６を参照して、弾性部材４０２の上部のフランジ４０２５は、第１実施形態のフランジ３０２５（図３及び図４）と同様の構成を有する。フランジ４０２５は、弾性部材４０２の径方向で部材本体４０２４の外側に突出する。フランジ４０２５の天面４０２５ａは、部材本体４０２４の天面４０２４ａとともに、テーパ状の天面４０２１を構成する。一方、弾性部材４０２の下部にはフランジが存在しないため、弾性部材４０２の底面４０２２は、部材本体４０２４の底面のみで構成される。底面４０２２は、弾性部材４０２の径方向に概ね平行な環状面である。

　外周面４０２３は、弾性部材４０２の縦断面視で、曲線部４０２３ａと、直線部４０２３ｃと、を含む。曲線部４０２３ａは、外周面４０２３の上部に配置されている。曲線部４０２３ａは、部材本体４０２４とフランジ４０２５とを滑らかに接続する。曲線部４０２３ａは、単一の円弧であってもよいが、異なる曲率半径を有する複数の円弧で構成されていてもよい。直線部４０２３ｃは、弾性部材４０２の軸方向に沿い、曲線部４０２３ａから底面４０２２に向かってまっすぐに延びる。

　このように、本実施形態では、弾性部材４０２の軸方向の両端部のうち、一方のみにフランジ４０２５が設けられている。よって、ブレーキディスク１０が変形して弾性部材４０２に圧縮荷重が作用したとき、フランジ４０２５が軸方向の中央側にたわんで、ブレーキディスク１０の変形が吸収される。このため、締結部材３０１への負荷を低減させることができる。

　弾性部材４０２は、フランジ４０２５で締結部材３０１のナット３０１１の外周部に接触し、ナット３０１１の内周部には接触しない。弾性部材４０２は、ナット３０１１とボルト３０１２の軸部３０１２ａとの接続部を拘束せず、ナット３０１１及び軸部３０１２ａの変形を許容する。よって、締結部材３０１に生じる応力を緩和することができ、締結部材３０１への負荷を低減させることができる。

　このように、本実施形態においても、第１実施形態と同様、締結部材３０１への負荷を低減させて、締結部材３０１の疲労強度を向上させることができる。

　以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

　例えば、上記第１実施形態において、弾性部材３０２は、軸方向の全体にわたって実質的に一定の内径ＩＤを有している。しかしながら、弾性部材３０２の内径ＩＤは、一定でなくてもよい。

　図７は、第１実施形態における弾性部材３０２（図４）の変形例に係る弾性部材５０２の縦断面図である。図７に示すように、弾性部材５０２の内径及び外径は、軸方向の両端部から中央部に向かうにつれて小さくなる。すなわち、弾性部材５０２は、軸方向の両端部において最大内径ＩＤａを有し、軸方向の中央部において最小内径ＩＤｂを有する。また、弾性部材５０２は、第１実施形態における弾性部材３０２と同様に、軸方向の両端部において最大外径ＯＤａを有し、軸方向の中央部において最小外径ＯＤｂを有する。

　弾性部材５０２において、一方のフランジ５０２５は、部材本体５０２４から外側且つ上方に向かって延びている。そのため、フランジ５０２５の天面５０２５ａは、図２に示すブレーキディスクユニット１００において、ナット３０１１の座面の外周部に接触する。図７に示す例では、天面５０２５ａは、弾性部材５０２の径方向に対して実質的に平行である。ただし、天面５０２５ａは、第１実施形態と同様、弾性部材５０２の径方向で外側に向かうにつれて上昇するように傾斜していてもよい。

　他方のフランジ５０２６は、部材本体５０２４から外側且つ下方に向かって延びている。そのため、フランジ５０２６の底面５０２６ｂは、図２に示すブレーキディスクユニット１００において、締結孔１０３の大径部１０３１の底面の外周部に接触する。図７に示す例では、底面５０２６ｂは、弾性部材５０２の径方向に対して実質的に平行である。ただし、底面５０２６ｂは、第１実施形態と同様、弾性部材５０２の径方向で外側に向かうにつれて下降するように傾斜していてもよい。

　部材本体５０２４とフランジ５０２５，５０２６とは、弾性部材５０２の外周面５０２３及び内周面５０２７にそれぞれ設けられた曲線部５０２３ａ，５０２７ａにより、滑らかに接続されている。

　また、例えば、上記各実施形態において、弾性部材３０２，４０２のフランジ３０２５，４０２５は、部材本体３０２４，４０２４から外側に延びている。ただし、フランジ３０２５，４０２５は、部材本体３０２４，４０２４から突出してナット３０１１の外周部に接触することができればよく、上記各実施形態で説明したものに限定されるものではない。

　図８は、第２実施形態における弾性部材４０２（図６）の変形例に係る弾性部材６０２の縦断面図である。図８に示すように、弾性部材６０２において、フランジ６０２５は、部材本体６０２４から外側に突出している。フランジ６０２５は、概ね部材本体６０２４の軸方向に延びている。フランジ６０２５は、弾性部材６０２の径方向で部材本体６０２４よりも外側に配置されているため、図２に示すブレーキディスクユニット１００において、ナット３０１１の座面の外周部に接触する。図８に示す例では、フランジ６０２５の天面６０２５ａは、弾性部材６０２の径方向に対して実質的に平行である。ただし、天面６０２５ａは、第２実施形態と同様、弾性部材６０２の径方向で外側に向かうにつれて上昇するように傾斜していてもよい。部材本体６０２４とフランジ６０２５とは、弾性部材６０２の外周面６０２３及び内周面６０２７にそれぞれ設けられた曲線部６０２３ａ，６０２７ａにより、滑らかに接続されている。

　上記各実施形態に係るブレーキディスクユニット１００，２００では、被取付部材２０に対して図２及び図５に示すブレーキディスク１０と反対側に取り付けられるブレーキディスク（図示略）と、ボルト３０１２の頭部（図示略）との間にも、弾性部材３０２，４０２，５０２，６０２のいずれかを配置することができる。弾性部材４０２又は弾性部材６０２は、フランジ４０２５，６０２５をボルト３０１２の頭部に向けて配置されてもよいが、フランジ４０２５，６０２５をブレーキディスク側に向けて配置されてもよい。すなわち、弾性部材４０２又は弾性部材６０２は、ボルト３０１２の頭部の座面の内周部に、底面で接触していてもよい。ブレーキディスクとボルト３０１２の頭部との間には、弾性部材３０２，４０２，５０２，６０２ではなく、一般的な皿ばねを配置することもできる。

　以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

　新幹線用中央締結型のブレーキディスクと、このブレーキディスクを被取付部材に取り付けるための取付構造とを有するモデルを作製し、有限要素法による解析（ＦＥＭ解析）を行った。当該モデルは、図２に示すブレーキディスクユニット１００と同一の構成を有する。

　ＦＥＭ解析において、鉄道車両が３６０ｋｍ／ｈで走行しているときに停止ブレーキをかけた場合を想定して、締結部材３０１に生じる最大応力を算出した。ＦＥＭ解析では、弾性部材３０２のフランジ幅Ｗａ，Ｗｂを一定とした上で、フランジ高さＨを２．３ｍｍ、２．９ｍｍ、４．８ｍｍと変化させ、フランジ高さＨごとに最大応力を算出した。

　図９は、フランジ高さＨと、締結部材３０１に生じる最大応力との関係を示すグラフである。図９のグラフにおいて、弾性部材３０２に代えて皿ばねを使用したときの最大応力を破線で示す。

　図９に示すように、ブレーキディスク１０を被取付部材２０に取り付けるための取付構造３０において、フランジ３０２５，３０２６を有する弾性部材３０２を使用すると、皿ばねを使用した場合と比較して、締結部材３０１に生じる最大応力が小さくなる。つまり、弾性部材３０２により、締結部材３０１への負荷を低減できることがわかる。

　本実施例により、フランジ高さＨが５ｍｍ以下であれば、締結部材３０１に生じる最大応力が皿ばね使用時よりも小さくなることが確認された。よって、締結部材３０１への負荷を確実に低減させるためには、フランジ高さＨを５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。なお、低ばね定数の実現という観点から、フランジ高さＨは１ｍｍ以上であることが好ましい。

　１００，２００：ブレーキディスクユニット
　１０：ブレーキディスク
　２０：被取付部材
　３０，４０：取付構造
　３０１：締結部材
　３０１１：ナット
　３０１２：ボルト
　３０１２ａ：軸部
　３０２，４０２，５０２，６０２：弾性部材
　３０２３，４０２３：外周面
　３０２３ａ，３０２３ｂ，４０２３ａ，５０２３ａ，６０２３ａ：曲線部
　３０２４，４０２４，５０２４，６０２４：部材本体
　３０２５，３０２６，４０２５，５０２５，５０２６，６０２５：フランジ

Claims

　鉄道車両の車輪、又は前記鉄道車両の車軸に固定されるディスク体である被取付部材に、環状のブレーキディスクを取り付ける構造であって、
　前記ブレーキディスクを前記被取付部材に締結する締結部材であって、前記ブレーキディスク及び前記被取付部材を貫通する軸部を含むボルトと、前記ブレーキディスク側で前記軸部の端部に取り付けられるナットと、を有する前記締結部材と、
　前記ナットと前記ブレーキディスクとの間に配置される弾性部材と、
を備え、
　前記弾性部材は、
　前記軸部が挿入される筒状の部材本体と、
　前記部材本体の両端部のうち前記ナット側の端部に接続され、前記部材本体から外側に突出して前記ナットの外周部に接触する第１フランジと、
を有する、取付構造。
　請求項１に記載の取付構造であって、
　前記弾性部材の外周面は、前記弾性部材の縦断面視で、前記部材本体と前記第１フランジとを接続する第１曲線部を含む、取付構造。
　請求項１又は２に記載の取付構造であって、
　前記弾性部材は、さらに、
　前記部材本体の両端部のうち前記第１フランジと反対側の端部に接続され、前記部材本体から外側に突出して前記ブレーキディスクに接触する第２フランジ、
を有する、取付構造。
　請求項３に記載の取付構造であって、
　前記弾性部材の外周面は、前記弾性部材の縦断面視で、前記部材本体と前記第２フランジとを接続する第２曲線部を含む、取付構造。
　鉄道車両用のブレーキディスクユニットであって、
　環状のブレーキディスクと、
　前記鉄道車両の車輪、又は前記鉄道車両の車軸に固定されるディスク体である被取付部材と、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の取付構造と、
を備える、ブレーキディスクユニット。