TW201309520A - 鐵道車輛用剎車襯及具備其的碟剎 - Google Patents

Abstract

鐵道車輛用碟剎，是具備：被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤、及藉由剎車鉗被壓在此剎車盤的滑動面的剎車襯，剎車襯，是由：各表面是分別與剎車盤的滑動面相面對且彼此隔有間隙地被配列的複數個摩擦構件、及被固定在各摩擦構件的背面的金屬墊片、及將各摩擦構件從背面側透過彈簧構件支撐並被安裝於剎車鉗的基板所構成，將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，此一組的摩擦構件的金屬墊片是一體形成。這種構成的碟剎，是可以兩立：制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓的均一化、及那些之間的摩擦係數的穩定化，並且提高耐久性及信賴性。

Description

鐵道車輛用剎車襯及具備其的碟剎

本發明，是有關作為鐵道車輛的制動裝置使用的碟剎，特別是，有關於被推壓至被固定於車輪或是車軸的剎車盤的滑動面的鐵道車輛用剎車襯、及具備其的鐵道車輛用碟剎。

近年來，鐵道車輛和汽車和機車等的陸上運送車輛的制動裝置，是伴隨車輛的高速化和大型化，而多用碟剎。碟剎，是藉由剎車盤及剎車襯的滑動所產生的摩擦來獲得制動力裝置。

鐵道車輛用的碟剎的情況，將甜甜圈形圓盤狀的剎車盤安裝固定在車輪或車軸，藉由剎車鉗將剎車襯壓住此剎車盤的滑動面使發生制動力。由此，將車輪或車軸的旋轉制動，控制車輛的速度。

此時，車輛的減速速度是依存於碟剎的制動力，其制動力是大大地依存於剎車盤及剎車襯之間的摩擦係數。在實際行走中，期望可以確實地控制制動中的車輛的減速速度，因此，制動開始時點的行走速度即使相異，剎車盤及剎車襯之間的摩擦係數也可以穩定地保持一定較佳。

且制動中，彼此之間接觸的剎車襯及剎車盤的滑動面，會因為摩擦熱溫度而上昇。此溫度上昇，是在制動器負荷變大的條件，具體而言，車輛的行走速度為高速的條件 和車輛重量大的條件時會有變顯著的傾向。在實際行走中，期望防止碟剎的熱的損傷，提高耐久性，因此，有需要將制動中的剎車襯及剎車盤的接觸儘可能均一化，減少的摩擦熱的發生。

第1圖，是顯示習知的一般的鐵道車輛用碟剎的圖，第1圖(a)是顯示剎車襯的俯視圖，第1圖(b)是顯示第1圖(a)的A-A剖面的放大圖。在第1圖(a)中，顯示將剎車襯從成為表面側的剎車盤側所見的狀態。

第1圖所示的習知的一般的剎車襯(以下稱為「習知型剎車襯」)102，是由：複數枚的寬度寬的板狀的摩擦構件103、及將這些各摩擦構件103的背面固定的金屬墊片104、及與金屬墊片104一起從背面側將各摩擦構件103保持的基板106所構成。各摩擦構件103，是與金屬墊片104一起，藉由無圖示的鉚釘被強力地安裝於在基板106。這種構成的習知型剎車襯102，是在無圖示的剎車鉗安裝基板106，使各摩擦構件103的表面成為與剎車盤101的滑動面101a相面對的狀態。

剎車鉗，是在制動時將油壓和空壓等作為驅動源作動，將剎車襯102壓在剎車盤101。此時，從剎車鉗朝剎車襯102被負荷的壓力，因為兩者的安裝部的構造，所以不會均等地作用在剎車襯102的全域，而是集中作用在某特定的部分。

因此，使用習知型剎車襯102的碟剎的情況，因為摩擦構件103是形成某程度寬的板狀，且強力地固定於在基 板106，所以在制動中，剎車盤101及剎車襯102的接觸面壓會局部地變高。其結果，由制動中的摩擦所產生的溫度上昇會成為局部地過大，由此溫度上昇的過大的部分會使剎車襯102(摩擦構件103)及剎車盤101的磨耗量增大，且在剎車盤101會發生龜裂。因為此熱的損傷，所以碟剎的耐久性會減損。

對於這種問題，近年來，將制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓均一化作為目的，已被提案各種改良構造的剎車襯。例如，在專利文獻1~3中，記載了將習知型剎車襯的摩擦構件分割成小尺寸，將該被分割的複數個摩擦構件彼此隔有間隙地配列的剎車襯。

在前述專利文獻1所揭示的剎車襯中，在各摩擦構件的背面各別固定有金屬墊片。各摩擦構件，是與金屬墊片一起從背面側分別透過彈簧構件藉由鉚釘被安裝於基板，而分別被彈性支撐。

在前述專利文獻2所揭示的剎車襯中，將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，在此一組的摩擦構件的背面橫跨其兩者固定有一體形成的彈性片。各彈性片，是相當於被固定於該彈性片的摩擦構件彼此之間隙的部分是藉由2條的鉚釘被強力地安裝於基板，由此，各摩擦構件，是以該摩擦構件彼此之間的2處的鉚釘位置作為支點彈性地被支撐。

在前述專利文獻3所揭示的剎車襯中，將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，一體形成的金屬薄層是橫跨 其兩者被固定在此一組的摩擦構件的背面。各金屬薄層，雖是相當於被固定在該金屬薄層的摩擦構件彼此之間隙的部分，但是透過彈性要素藉由2條的鉚釘被安裝於基板，由此，各摩擦構件，是以該摩擦構件彼此之間的2處的鉚釘位置作為支點彈性地被支撐。

前述專利文獻1~3所揭示的剎車襯，因為皆是使摩擦構件彈性地被支撐在基板，所以在制動中可以期待剎車盤及接觸面壓的均一化。

但是在前述專利文獻1所揭示的剎車襯中，因為摩擦構件可分別獨立動作的構造，所以剎車盤及剎車襯之間的摩擦係數，會具有依據制動開始時點的行走速度而變動的情況。這種摩擦係數的變動，也會發生前述專利文獻2、3所揭示的剎車襯。因為各摩擦構件是將一組的摩擦構件彼此之間作為支點，透過彈性片或金屬薄層彈性被支撐，所以摩擦構件是分別獨立可動的構造並沒任何改變。

摩擦係數是依據制動開始時點的行走速度而變動的話，欲確實地控制制動中的車輛的減速速度會成為困難，就無法確保所需要的制動器性能。特別是，新幹線等的高速鐵道車輛的情況，因為行走速度成為從低速至高速的廣範圍，所以摩擦係數的變動被視為問題。

且前述專利文獻1的剎車襯的情況，因為各摩擦構件，是由1根鉚釘被結合在基板，所以在制動中會原地旋轉。伴隨反覆的制動，如此反覆摩擦構件的旋轉的話，在摩擦構件及基板的結合部會產生鬆緩，最終會導致摩擦構件 落失。因此，無法確保充分的耐久性及信賴性。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-151188號公報

[專利文獻2]國際公開WO2002/073059號刊物

[專利文獻3]日本特開2006-194429號公報

本發明，是有鑑於上述的問題，其目的是提供一種鐵道車輛用剎車襯及碟剎，可以兩立：制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓的均一化、及那些之間的摩擦係數的穩定化，並且提高耐久性及信賴性。

本發明人等，為了達成上述目的，實施各種的試驗及解析並專心重疊檢討之結果，獲得下述(a)~(c)。

(a)如上述，在達成制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓的均一化中，有需要分別將複數個小尺寸的摩擦構件彈性地支撐，使各摩擦構件成為分別可動的構造。但是，在達成剎車盤及剎車襯之間的摩擦係數的穩定化中，有需要使各摩擦構件的動作成為某程度被拘束的構造。

(b)對於上述(a)所示的接觸面壓的均一化及摩擦係數的穩定化，只要藉由將彼此相鄰接的2個的摩擦構件 作為一組，在此一組的摩擦構件的背面橫跨其兩者將一體形成的金屬墊片固定，將各摩擦構件從背面側分別透過彈簧構件藉由鉚釘安裝在基板的構造，就可兩立。因為藉由將各摩擦構件分別透過彈簧構件藉由鉚釘安裝在基板，就可使各摩擦構件分別可動。且，藉由將一體形成的金屬墊片固定在一組的摩擦構件的背面，使一組的摩擦構件由金屬墊片被連結，使其動作需要最小限度地被拘束。

(c)，且成為上述(b)所示的構造的話，因為各摩擦構件對於基板實質上成為由2條的鉚釘被結合，所以在制動中不會原地旋轉，可以防止在摩擦構件及基板的結合部發生鬆緩，即使1處的結合部破損的情況，摩擦構件也不會立即落失。

本發明，是依據上述(a)~(c)所示的技術而完成者，其實質是下述(I)所示的鐵道車輛用剎車襯、及下述(II)所示的鐵道車輛用碟剎。

(I)一種鐵道車輛用剎車襯，是在被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤的滑動面，藉由剎車鉗被壓住的剎車襯，其特徵為，由：各表面是分別與剎車盤的滑動面相面對且彼此隔有間隙地被配列的複數個摩擦構件、及被固定在各摩擦構件的背面的金屬墊片、及將各摩擦構件由其中心部從背面側透過彈簧構件被支撐並被安裝於剎車鉗的基板所構成，將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，此一組的摩擦構件的金屬墊片是一體形成。

對於上述(I)的剎車襯，前述金屬墊片，其相當於 被固定於該金屬墊片的摩擦構件彼此之間隙的部分是形成頸部較佳。此情況，前述金屬墊片的頸部的最小寬度，是被固定在該金屬墊片的摩擦構件的最大幅度的1/3~2/3較佳。

且對於上述(I)的剎車襯，前述金屬墊片，是其相當於被固定於該金屬墊片的摩擦構件彼此之間隙的部分的最小長度是2~7mm較佳。

(II)一種鐵道車輛用碟剎，其特徵為，具備：被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤、及安裝有上述的其中任一的剎車襯的剎車鉗。

依據本發明的鐵道車輛用剎車襯及碟剎的話，藉由將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，在此一組的摩擦構件的背面橫跨其兩者將一體形成的金屬墊片固定，將各摩擦構件從背面側分別透過彈簧構件藉由鉚釘安裝在基板的構造的話，制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓的均一化、及那些之間的摩擦係數的穩定化就可兩立，並且可以提高耐久性及信賴性。

以下，對於本發明的鐵道車輛用剎車襯及碟剎，詳述其實施例。

第2圖，是顯示本發明的鐵道車輛用碟剎的一例的圖 ，第2圖(a)是顯示剎車襯的俯視圖，第2圖(b)是顯示一組的摩擦構件的擴大俯視圖，第2圖(c)是顯示第2圖(a)的B-B剖面的放大圖。在第2圖(a)、(b)中，顯示將各剎車襯、一組的摩擦構件，從成為表面側的剎車盤側所見的狀態。

本發明的碟剎，是如第2圖(c)所示，具備：剎車盤1、及剎車襯2、及安裝此剎車襯2的無圖示的剎車鉗。剎車盤1是甜甜圈形圓盤狀，藉由螺栓等被安裝在無圖示的車輪或車軸，並被強力地固定。剎車鉗，是在制動時作動，將剎車襯2壓在剎車盤1的滑動面1a。由此，在剎車盤1及剎車襯2之間會產生由滑動所產生的摩擦，使制動力發生。如此的話，碟剎，是將車輪或車軸的旋轉制動，控制車輛的速度。

第2圖所示的本發明的剎車襯2，是由：複數個摩擦構件3、及金屬墊片4、及彈簧構件5、及將這些的全部保持的基板6所構成。摩擦構件3，各表面是與剎車盤1的滑動面1a相面對，且彼此之間隔有間隙地被配列。例如，如第2圖(a)所示，摩擦構件3，可以採用了在剎車盤1的徑方向配列2個，在剎車盤1的圓周方向配列7個的合計14個的態樣。此摩擦構件3的配列和個數無特別限定。

摩擦構件3，是由銅燒結材和樹脂系材料等所構成，將前述第1圖所示的習知型剎車襯102中的寬度寬的板狀的摩擦構件103分割成小尺寸的小塊狀。摩擦構件3，是 如第2圖(a)、(b)所示，其平面形狀為圓形，在其中心部具有小孔3a。在此小孔3a中，將摩擦構件3安裝在基板6時***鉚釘7。摩擦構件3的平面形狀，不限定於圓形，四角形和六角形等的多角形也無妨。

在各摩擦構件3的背面中，為了維持其強度和剛性，固定有由鋼等的薄的金屬板所構成的金屬墊片4。金屬墊片4，是將彼此相鄰接的2個的摩擦構件3作為一組，橫跨此一組的摩擦構件3的兩者地一體形成者。由此，一組的摩擦構件3，是成為由金屬墊片4被連結的狀態。由金屬墊片4連結的一組的摩擦構件3，不限定於相鄰接的方向，在剎車盤1的徑方向相鄰接，在圓周方向相鄰接，在那些以外的方向相鄰接也可以。

各摩擦構件3，是與金屬墊片4一起分別藉由將各中心部的小孔3a插通的鉚釘7被安裝於基板6。在此，各摩擦構件3，是背面側的金屬墊片4及基板6之間各別配設有彈簧構件5，由此，成為分別被彈性地支撐的狀態。又，彈簧構件5，在第2圖中雖例示碟形彈簧，但是採用板彈簧和捲簧也可以。

依據具備這種構成的剎車襯2的碟剎的話，各摩擦構件3分別透過彈簧構件5藉由鉚釘7被安裝於基板6，由此，因為成為分別被彈性支撐的狀態，所以成為可分別動作。因此，制動中的剎車襯2及剎車盤1的接觸面壓可以均一化。

且在一組的摩擦構件3的背面橫跨其兩者固定有一 體形成的金屬墊片4，由此，因為一組的摩擦構件3是成為由金屬墊片4被連結的狀態，所以與未由金屬墊片被連結的情況相比較，其動作成為需要最小限度被拘束。因此，不依存於制動開始時點的行走速度，剎車盤1及剎車襯2之間的摩擦係數可以穩定化。

且各摩擦構件3，因為實質上由2條的鉚釘7被結合於基板6，所以在制動中不會原地旋轉，可防止在與基板6的結合部發生鬆緩。假設，即使在那些的結合部發生鬆緩的情況，只要2處的結合部不是同時破損，摩擦構件3就不會立即落失。因此，可以確保碟剎的充分的耐久性及信賴性。

不過，因為各摩擦構件3，是將其中心部正下方的鉚釘7的位置作為支點被彈性支撐，所以在制動中即使與剎車盤1接觸而可動，也不會大傾斜，其接觸面可橫跨全域均一地磨耗，不會發生偏磨耗。

在這種本發明的剎車襯2中，如第2圖(a)、(b)所示，金屬墊片4，其相當於被固定在此的一組的摩擦構件3彼此之間隙的部分4a即摩擦構件3彼此的連結部分4a是形成頸部較佳。因為可以實現輕量化的點是有利的。此情況，金屬墊片4，是連結部分4a(頸部)的最小寬度w，是被固定在此的摩擦構件3的最大幅度D的1/3~2/3，板厚t(第2圖(c)參照)是1.5~4mm較佳。因為可以有效地實現上述的接觸面積的均一化及摩擦係數的穩定化。又，在此的摩擦構件3的最大幅度D，是指與連結部 分4a的最小寬度w平行的方向中的摩擦構件3的最大的寬度意思。

且在本發明的剎車襯2，如第2圖(a)、(b)所示，金屬墊片4，是連結部分4a的最小長度1，即摩擦構件3彼此的最小間隙1是2~7mm較佳，更佳是3~5mm。連結部分4a的最小長度1是過短的話，摩擦構件3的動作會過度被拘束，上述的接觸面積的均一化就會成為困難。相反地其是過長的話，摩擦構件3的動作無法充分地被拘束，上述的摩擦係數的穩定化成為困難。

又，將摩擦構件3彈性支撐並使可動用的彈簧構件5的彈簧常數，在實用上，4~10kN/mm程度較佳。

[實施例]

為了確認本發明的效果，實施下述的FEM解析(有限要素法解析)及制動器試驗。

[解析及試驗的概要]

為了評價制動中的剎車襯及剎車盤的接觸面壓的均一化，進行FEM解析。在解析中，將剎車襯及剎車盤由彈性體模型化，從剎車襯的背面給與相當於由剎車鉗所產生的壓力的負荷。評價此時作用於各摩擦構件的負荷。

與主要為了評價制動中的剎車盤及剎車襯之間的摩擦係數的穩定化，進行制動器試驗。在試驗中，將安裝了剎車盤的車輪原地旋轉，將安裝於剎車鉗的剎車襯壓住於其 剎車盤使被制動。此時從作用於剎車襯的壓住負荷、及所測量的制動器扭矩求得摩擦係數。

由FEM解析及制動器試驗的其中任一，皆以在新幹線所使用的碟剎為對象。

[實施條件]

將FEM解析及制動器試驗的主要的實施條件整理顯示如下述的表1。

在FEM解析中，採用前述第2圖所示的碟剎，對於本發明例1~3的3條件實施解析。其中任一，金屬墊片的板厚皆為2.3mm，將一組的摩擦構件連結的金屬墊片的連結部分的最小寬度皆為21mm。對於將一組的摩擦構件連結的金屬墊片的連結部分的最小長度，本發明例1變更為2mm、本發明例2變更為3mm、及本發明例3變更為5mm。

且與本發明例1~3共通，基板的長度方向長度(相 當於剎車盤的圓周方向的長度)為400mm、寬度方向長度(相當於剎車盤的徑方向的長度)為130mm。對於構成剎車襯的各構件的材料，摩擦構件是銅燒結材，其以外全部為鐵鋼材料。摩擦構件是14個，其平面形狀是直徑45mm的圓形。摩擦構件及基板之間所配置的碟形彈簧的彈簧常數為7kN/mm。剎車盤，是內徑476mm、外徑724mm的大致圓盤狀，與剎車襯接觸的滑動面的半徑方向長度為120mm。

且FEM解析，是以壓力為14kN，剎車盤及剎車襯的接觸面的摩擦係數為0.3進行。

進一步，在FEM解析中，為了比較，對於比較例1、2的2條件實施解析。在比較例1中，在上述本發明例1的諸條件之中，採用不將一組的摩擦構件由金屬墊片連結，而在各摩擦構件的背面個別固定金屬墊片的碟剎(如前述專利文獻1)，在比較例2中，採用前述第1圖所示的習知型碟剎。

另一方面，在制動器試驗中，對於上述的本發明例1及比較例1的2條件實施試驗。各試驗，初速度是從30~330km/h之間選用不同的8種類的速度，並從各初速度緊急停止地剎車。

[評價方法]

本發明的目的，是兩立：上述的接觸面積的均一化及摩擦係數的穩定化，進一步確保碟剎的耐久性。在制動器 試驗中，為了評價摩擦係數的穩定化及耐久性，對應各的指標，調査摩擦係數的變異性，並且調査各摩擦構件是否原地旋轉。在此，在由從各初速度的制動器試驗所獲得的平均摩擦係數中，將最大值及最小值抽出，將其差作為摩擦係數變異性。

另一方面，在FEM解析中，為了評價接觸面積的均一化，對應其的指標，調査作用於各摩擦構件的負荷的變異性。在此，在給與壓力時作用於各摩擦構件的負荷的中，將最大值及最小值抽出，將其差作為負荷的變異性。

[結果]

將FEM解析及制動器試驗的結果整理顯示如下述的表2。

從同表所示的結果可知，在本發明例1中，因為將一組的摩擦構件由金屬墊片連結，所以摩擦係數的變異性較小，摩擦構件的旋轉也不會產生。且，依據由碟形彈簧所產生的摩擦構件的彈性支撐的效果可知，在本發明例1~3 中，負荷的變異性變小。由此明顯可知，具備本發明的剎車襯的碟剎，可兩立接觸面積的均一化及摩擦係數的穩定化，進一步可以確保耐久性。

另一方面，在比較例1中可知，因為未將一組的摩擦構件由金屬墊片連結，所以摩擦係數的變異性比較大，複數摩擦構件有旋轉。且，在比較例2中可知，因為是習知型剎車襯，所以負荷的變異性較大。

[產業上的可利用性]

本發明的鐵道車輛用剎車襯及碟剎，是可以有效利用在任何鐵道車輛，其中，對於行走速度是從低速至高速的廣範圍的高速鐵道車輛也有用。

1‧‧‧剎車盤

1a‧‧‧滑動面

2‧‧‧剎車襯

3‧‧‧摩擦構件

3a‧‧‧小孔

4‧‧‧金屬墊片

4a‧‧‧連結部分

5‧‧‧彈簧構件

6‧‧‧基板

7‧‧‧鉚釘

第1圖，是顯示習知的一般的鐵道車輛用碟剎的圖，第1圖(a)是顯示剎車襯的俯視圖，第1圖(b)是顯示第1圖(a)的A-A剖面的放大圖。

第2圖，是顯示本發明的鐵道車輛用碟剎的一例的圖，第2圖(a)是將剎車襯的俯視圖，第2圖(b)是顯示一組的摩擦構件的擴大俯視圖，第2圖(c)是顯示第2圖(a)的B-B剖面的放大圖。

1‧‧‧剎車盤

1a‧‧‧滑動面

2‧‧‧剎車襯

3‧‧‧摩擦構件

3a‧‧‧小孔

4‧‧‧金屬墊片

4a‧‧‧連結部分

5‧‧‧彈簧構件

6‧‧‧基板

7‧‧‧鉚釘

Claims (6)

1. 一種鐵道車輛用剎車襯，是在被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤的滑動面，藉由剎車鉗被壓住的剎車襯，其特徵為，由：各表面是分別與剎車盤的滑動面相面對且彼此隔有間隙地被配列的複數個摩擦構件、及被固定在各摩擦構件的背面的金屬墊片、及將各摩擦構件由其中心部從背面側透過彈簧構件被支撐並被安裝於剎車鉗的基板所構成，將彼此相鄰接的2個的摩擦構件作為一組，此一組的摩擦構件的金屬墊片是一體形成。
2. 如申請專利範圍第1項的鐵道車輛用剎車襯，其中，前述金屬墊片，其相當於被固定於該金屬墊片的摩擦構件彼此之間隙的部分是形成頸部。
3. 如申請專利範圍第2項的鐵道車輛用剎車襯，其中，前述金屬墊片的頸部的最小寬度，是被固定在該金屬墊片的摩擦構件的最大幅度的1/3~2/3。
4. 申請專利範圍第1~3項中任一項的鐵道車輛用剎車襯，其中，前述金屬墊片，是其相當於被固定於該金屬墊片的摩擦構件彼此之間隙的部分的最小長度是2~7mm。
5. 一種鐵道車輛用碟剎，其特徵為，具備： 被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤、及安裝有申請專利範圍第1~3項中任一項的剎車襯的剎車鉗。
6. 一種鐵道車輛用碟剎，其特徵為，具備：被固定於鐵道車輛的車輪或車軸的剎車盤、及安裝有如申請專利範圍第4項的剎車襯的剎車鉗。