TW201945649A - 鐵道車輛用煞車碟盤及鐵道車輛用碟煞 - Google Patents

Abstract

煞車碟盤具備：圓環狀的本體部；和滑動部，從前述本體部朝向該煞車碟盤之軸方向的一側突出，並且在前述一側的端部具有圓環狀的滑動面；及複數個鰭片，從前述本體部朝向前述軸方向的另一側突出。複數個鰭片含有：複數個連結鰭片，具有用來***連結構件的貫穿孔；及複數個卡止鰭片，具有鍵槽。在前述卡止鰭片之前述另一側的端部，於前述鍵槽的周圍設有：接觸於｢與前述車軸一體轉動之轉動構件｣的接觸面。在該煞車碟盤的徑向中，從該煞車碟盤的中心到前述貫穿孔的中心為止的距離，大於從該煞車碟盤的前述中心到前述接觸面之中心為止的距離。

Description

鐵道車輛用煞車碟盤及鐵道車輛用碟煞

本發明關於：鐵道車輛用的煞車碟盤、以及具備該鐵道車輛用煞車碟盤的碟煞。

新幹線等的鐵道車輛，傳統以來採用碟煞(disk brake)。碟煞，譬如具有：煞車碟盤，被固定在與車軸一體轉動之圓板狀的轉動構件(車輪、或者被固定於車輪之外的車軸的碟盤體)；和煞車襯，具有摩擦構件；及煞車卡鉗，促使煞車襯移動。

在具有上述構造的碟煞中，能藉由煞車卡鉗促使煞車襯移動，進而將煞車襯的摩擦構件壓附於煞車碟盤的表面(滑動面)而產生制動力。如此一來，能使鐵道車輛減速。

此外，當欲使高速行駛的鐵道車輛減速時，摩擦構件與煞車碟盤之間的接觸部因摩擦而變熱，因此煞車碟盤的滑動面形成高溫。如此一來，使滑動面、與滑動面之相反側的面(亦即，轉動構件側的面)之間的溫度差變大。

一旦滑動面、與轉動構件側的面之間的溫度差變大，煞車碟盤中，在｢滑動面側的部分｣與｢轉動構件側的部分｣，熱膨脹量的差異將變大。其結果，煞車碟盤的滑動面側形成壓縮降伏(compressive yielding)，有時會產生塑性變形。在此之後，一旦煞車碟盤冷卻，將在煞車碟盤產生翹曲。具體地說，在煞車碟盤產生翹曲，而使煞車碟盤的外周側從轉動構件分離。一旦在煞車碟盤產生上述的翹曲，大量的負荷將作用於｢用來將轉動構件固定於煞車碟盤｣的連結構件(螺栓等)，恐有緊固構件損傷之虞。

有鑑於此，傳統以來已提出了用來抑制上述煞車碟盤之翹曲的技術。舉例來說，專利文獻1所揭示的煞車碟盤，在煞車碟盤的滑動部(由滑動面的內周與外周所圍繞之環狀的部分)，形成有用來安裝連結構件的連結孔。在該煞車碟盤中，能藉由使用連結構件將滑動部固定於車輪，而抑制翹曲的產生。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2001-311441號公報

[發明欲解決之問題]

此外，近年來基於高速行駛及降低電力消耗等的觀點，而期待鐵道車輛的輕量化。伴隨著上述的需求，煞車碟盤的輕量化也受到期待。為了使煞車碟盤輕量化，而考慮減少煞車碟盤的體積。然而，倘若單純地減少煞車碟盤的體積，煞車碟盤的熱容量(thermal capacity)將下降，使熱膨脹量變大。其結果，恐有煞車碟盤的翹曲變大之虞。

有鑑於此，本發明的目的是提供：能抑制翹曲的產生並可輕量化的鐵道車輛用煞車碟盤及鐵道車輛用碟煞。

[解決問題之手段]

本案的發明人，針對能抑制翹曲的產生並可輕量化之煞車碟盤的構造，進行了各種的研究。具體地說，本案的發明人，著重於｢設在煞車碟盤之背面側(上述的轉動構件側)的鰭片｣的形狀並進行了研究。

再者，如以上所述，傳統以來，已知在煞車碟盤產生翹曲，恐有導致｢用來將煞車碟盤固定於車輪等之轉動構件的連結構件｣產生損傷的疑慮。因此，本案的發明人，一開始對於｢針對可供連結構件***的鰭片(以下，記載為連結鰭片)的構造進行研究｣的這一點進行了檢討。同時，針對連結鰭片的構造，本案的發明人以外的研究者也進行了各種的研究。

有鑑於此，本案的發明人，針對以下的構造進行的各種的研究：形成有用來嵌入｢使煞車碟盤與轉動構件(車輪等)彼此卡止的鍵｣之鍵槽的鰭片(以下，記載為卡止鰭片)。首先，本案的發明人，針對卡止鰭片的形狀、與冷卻後的煞車碟盤所產生之翹曲間的關係進行了調查。具體地說，相對於傳統的煞車碟盤，本案的發明人，針對具有｢已對卡止鰭片的外側(以下，記載為煞車碟盤之徑向的外側)的部分進行了切削之構造｣的煞車碟盤(以下，記載為第1形狀的煞車碟盤)，調查了翹曲的產生樣態。除此之外，相對於傳統的煞車碟盤，本案的發明人，針對具有｢已對卡止鰭片的內側(以下，記載為煞車碟盤之徑向的內側)的部分進行了切削之構造｣的煞車碟盤(以下，記載為第2形狀的煞車碟盤)，調查了翹曲的產生樣態。其結果，得知第1形狀的煞車碟盤，較第2形狀的煞車碟盤更能有效地抑制翹曲的產生。

根據上述的調查結果，本案的發明人，為了使煞車碟盤形成輕量化的同時，抑制煞車碟盤的翹曲，而對｢切削卡止鰭片的外側部分，減少卡止鰭片的體積｣進行了檢討。然而，在已切削了卡止鰭片之外側部分的場合，卡止鰭片中較鍵槽更外側的部分、與轉動構件(車輪等)之間的接觸面積變小。本案的發明人更進一步進行研究時得知：如以上所述，由於接觸面積的變小，當鐵道車輛制動時，有時在較鍵槽更外側，於卡止鰭片與轉動構件之間無法產生充分的摩擦力。在該場合中，卡止鰭片中較鍵槽更外側的部分，相對於轉動構件容易形成滑動。其結果，可得知在卡止鰭片的外側部分與鍵之間產生極大的力，鍵變得容易損傷。卡止鰭片的外側部分相較於內側部分，周方向的速度變大。因此，特別是在｢卡止鰭片的外側部分，相對於轉動構件容易形成滑動｣的場合中，從卡止鰭片的外側部分對鍵施加了極大的力，使鍵變得容易損傷。

有鑑於此，本案的發明人，針對｢用來降低車輛制動時施加於鍵的負荷｣的構造進行了更進一步的研究。然後，本案的發明人發現：藉由適當地設定連結構件於煞車碟盤之徑向的位置，即使是已切削了卡止鰭片之外側部分的場合，也能在卡止鰭片中較鍵槽更外側的部分與轉動構件之間，產生充分的摩擦力。本發明，是基於上述研究結果所發展的技術，將以下所述的鐵道車輛用煞車碟盤及鐵道車輛用碟煞作為發明的要旨。

(1)一種鐵道車輛用煞車碟盤，是在鐵道車輛中，固定在與車軸一體轉動之圓板狀的轉動構件之圓環狀的煞車碟盤，具備：
圓環狀的本體部；和
滑動部，從前述本體部朝向該煞車碟盤之軸方向的一側突出，並且在前述一側的端部具有圓環狀的滑動面；及
複數個鰭片，從前述本體部朝向前述軸方向的另一側突出，並且從前述軸方向觀視，相對於該煞車碟盤的中心延伸成放射狀，
前述複數個鰭片含有：複數個連結鰭片，具有用來***連結構件的貫穿孔；及複數個卡止鰭片，具有從前述軸方向之另一側的端部朝向前述軸方向的一側凹陷的鍵槽，
在前述卡止鰭片之前述另一側的端部，於前述鍵槽的周圍設有：當將該煞車碟盤固定於前述轉動構件時，接觸於前述轉動構件的接觸面，
在該煞車碟盤的徑向中，從該煞車碟盤的中心到前述貫穿孔的中心為止的距離，大於從該煞車碟盤的前述中心到前述接觸面之中心為止的距離。

(2)上述(1)記載的鐵道車輛用煞車碟盤，在前述徑向中，前述滑動面的外緣，位在較前述接觸面的外緣更外側，前述滑動面的內緣，位在較前述接觸面的內緣更內側，前述滑動面的外緣與前述接觸面的外緣之間的距離，大於前述滑動面的內緣與前述接觸面的內緣之間的距離。

(3)上述(1)或(2)記載的鐵道車輛用煞車碟盤，在前述徑向中，前述接觸面的外緣與前述鍵槽的外緣之間的距離，小於前述接觸面的內緣與前述鍵槽的內緣之間的距離。

(4)上述(1)~(3)的其中任一個記載的鐵道車輛用煞車碟盤，在前述徑向中，在將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的內緣為止的距離設為L1，將從前述中心到前述滑動面的外緣為止的距離設為L2，將從前述中心到前述接觸面的內緣為止的距離設為D1，將從前述中心到前述接觸面的外緣為止的距離設為D2的場合中，符合以下的算式(i)、算式(ii)及算式(iii)的關係。

其中，距離D1大於距離L1，距離L2大於距離D2。

(5)上述(1)~(4)的其中任一個記載的鐵道車輛用煞車碟盤，從前述軸方向觀視，前述複數個連結鰭片之各自的前述貫穿孔，配置在以該煞車碟盤的前述中心作為中心之虛擬圓的圓周上，
在將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的內緣為止之前述徑向的距離設為L1，將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的外緣為止之前述徑向的距離設為L2，將從該煞車碟盤的前述中心到前述接觸面的外緣為止之前述徑向的距離設為D2，將前述虛擬圓的半徑設為R的場合中，符合以下的算式(iv)的關係。

其中，距離D2大於半徑R。

(6)一種鐵道車輛用碟煞，具備上述(1)~(5)之其中任一個記載的煞車碟盤。

[發明的效果]

根據本發明，可抑制鐵道車輛用的煞車碟盤中翹曲的產生，並且煞車碟盤的輕量化變得可能。

以下，參考圖面說明本發明實施形態的鐵道車輛用的煞車碟盤、以及具備該鐵道車輛用煞車碟盤的碟煞。

第1圖，是顯示本實施形態之鐵道車輛用碟煞的示意圖，第2圖，是顯示本實施形態之鐵道車輛用煞車碟盤的示意圖，第3圖，是顯示本實施形態之鐵道車輛用煞車碟盤的端面圖。在第2圖中，(a)為顯示煞車碟盤之周方向中1/4領域的前視圖，(b)為顯示煞車碟盤之周方向中1/4領域的後視圖。此外，在第1圖及第3圖中，顯示第2圖(b)之I-I線切斷部的煞車碟盤的端面。

參考第1圖，鐵道車輛用碟煞100(以下，簡稱為碟煞100)，具備一對煞車碟盤10、及一對煞車襯12。一對煞車碟盤10，是採包夾著｢固定於鐵道車輛(圖面中未顯示)的車軸101之中空圓板狀的轉動構件102｣的方式，固定於轉動構件102。煞車碟盤10及轉動構件102，與車軸101一體轉動，並且設在與車軸101相同的軸上。在本實施形態中，轉動構件102為車輪。因此，在本實施形態中，煞車碟盤10，是直接安裝於車輪的輪載碟盤(wheel mounted disk)。在以下的說明中，將轉動構件102記載為車輪102。

一對煞車襯12，在車輪102軸方向上，設在一對煞車碟盤10的外側。在本實施形態中，能藉由圖面中未顯示的煞車卡鉗，使煞車襯12朝車輪102的軸方向移動。如此一來，可將煞車襯12(摩擦構件)壓附於煞車碟盤10之後述的滑動面16a，能產生制動力。車輪102、煞車襯12及煞車卡鉗，由於可採用習知的各種車輪、煞車襯及煞車卡鉗，故省略詳細的說明。

參考第1圖~第3圖，煞車碟盤10具有：本體部14、滑動部16、複數個連結鰭片18、複數個卡止鰭片20。在第2圖中，虛擬圓50的一部份是由一點鏈線所表示，在第3圖中，虛擬圓50在煞車碟盤10之徑向上的位置是由一點鏈線所表示。虛擬圓50的圓周，從煞車碟盤10的軸方向觀視，通過後述之各貫穿孔60的中心。換言之，從煞車碟盤10的軸方向觀視，複數個貫穿孔60的每一個，形成其中心位在虛擬圓50的圓周上。從煞車碟盤10的軸方向觀視，虛擬圓50的中心，與煞車碟盤10的中心10a(本體部14的中心)一致。此外，中心10a，與煞車碟盤10的轉動中心一致。在以下的說明中，將煞車碟盤10的軸方向，簡略地記載為軸方向。此外，將煞車碟盤10的徑向，簡略地記載為徑向。

本體部14具有圓環形狀。滑動部16，從本體部14朝向軸方向的一側突出。滑動部16，在軸方向的一側的端部，具有圓環狀的滑動面16a。滑動面16a對軸方向形成略垂直。滑動面16a，在碟煞100中，為了產生制動力，是煞車襯12可按壓的面。

連結鰭片18及卡止鰭片20，分別從本體部14朝向軸方向的另一側突出。連結鰭片18及卡止鰭片20，分別作為散熱部發揮作用。在本實施形態中，複數個連結鰭片18及複數個卡止鰭片20形成：從軸方向觀視，對煞車碟盤10的中心10a延伸成放射狀。換言之，複數個連結鰭片18及複數個卡止鰭片20分別形成：從軸方向觀視，朝徑向延伸。

複數個連結鰭片18及複數個卡止鰭片20，保持間隔且交互排列地設於煞車碟盤10的周方向。在本實施形態中，12個連結鰭片18及12個卡止鰭片20設成交互地排列。連結鰭片18及卡止鰭片20的數量並不侷限於第2圖所示的例子，連結鰭片18的數量及卡止鰭片20的數量，分別可為不滿12個，亦可為13個以上。

朝軸方向貫穿煞車碟盤10的複數個貫穿孔60，保持間隔地形成於煞車碟盤10的周方向。各貫穿孔60，以通過連結鰭片18的方式形成。貫穿孔60，是為了可***｢用來將煞車碟盤10固定於車輪102之圖面中未顯示的連結構件(螺栓等)｣所形成。

在各卡止鰭片20形成有：從軸方向之另一側的端部朝向軸方向的一側凹陷的鍵槽20a。參考第1圖，在鍵槽20a嵌入有：安裝於車輪102的鍵70。如此一來，在煞車碟盤10的周方向，煞車碟盤10與車輪102透過鍵70而彼此卡止。而鍵70、以及用來將鍵70安裝於車輪102的構造，由於可採用習知的各種構造，故省略詳細的說明。

參考第1圖~第3圖，在各卡止鰭片20於軸方向之另一側的端部，在鍵槽20a的周圍，形成有略垂直於軸方向的接觸面20b。在本實施形態中，接觸面20b，從軸方向觀視，具有圍繞鍵槽20a的環形狀。參考第1圖，接觸面20b，是將煞車碟盤10固定於車輪102時接觸於車輪102的面。

參考第3圖，在徑向上，滑動面16a的外緣較接觸面20b的外緣位於更外側，滑動面16a的內緣較接觸面20b的內緣位在更內側。在本實施形態中，藉由在卡止鰭片20中，使徑向外側的部分的體積變小，使煞車碟盤10形成輕量化，並能抑制煞車碟盤10的翹曲。具體地說，譬如在徑向上設定成：滑動面16a的外緣與接觸面20b的外緣之間的距離，大於滑動面16a的內緣與接觸面20b的內緣之間的距離。此外，譬如在徑向上設定成：接觸面20b的外緣與鍵槽20a的外緣之間的距離，小於接觸面20b的內緣與鍵槽20a的內緣之間的距離。

參考第2圖及第3圖，本實施形態，在徑向中，從煞車碟盤10的中心10a到各貫穿孔60的中心為止的距離，大於從煞車碟盤10的中心10a到卡止鰭片20之接觸面20b的中心(徑向中接觸面20b的外緣與內緣之間的中心)為止的距離。換言之，在徑向中，虛擬圓50的圓周，較接觸面20b的中心位於更外側。

在本實施形態中，如以上所述，在徑向上，各貫穿孔60的中心，較接觸面20b的中心位在更外側。在該場合中，即使接觸面20b中徑向外側的部分的面積小於鍵槽20a，也能藉由***各貫穿孔60的連結構件，使接觸面20b的外側部分以充分的力量接觸於車輪102。亦即，即使是｢在卡止鰭片20中，使徑向外側部分的體積小於鍵槽20a｣的場合，也能使卡止鰭片20的外側部分與車輪102之間產生充分的摩擦力。如此一來，能夠抑制卡止鰭片20中較鍵槽20a更外側的部分對車輪102形成滑動。其結果，當鐵道車輛制動時，可抑制大量的力產生於卡止鰭片20的外側部分與鍵70之間，能抑制鍵70的損傷。

在本實施形態中，煞車碟盤10最好是構成符合以下的算式(i)、算式(ii)及算式(iii)的關係。參考第3圖，在以下的算式中，L1為從煞車碟盤10的中心10a(請參考第2圖)到滑動面16a的內緣為止之徑向的距離，L2為從中心10a到滑動面16a的外緣為止之徑向的距離。此外，D1為從中心10a到接觸面20b的內緣為止之徑向的距離，D2為從中心10a到接觸面20b的外緣為止之徑向的距離。此外，距離D1大於距離L1，距離L2大於距離D2。

在本實施形態中，藉由煞車碟盤10符合上述算式(i)及算式(ii)的關係，能使滑動面16a的外緣與接觸面20b的外緣之間的徑向的距離(L2-D2)，大於滑動面16a的內緣與接觸面20b的內緣之間的距離(D1-L1)。具體地說，能使滑動面16a的外緣與接觸面20b的外緣之間的徑向的距離(L2-D2)，較滑動面16a之徑向的長度(L2-L1)的1/4更大，並且，能使滑動面16a的內緣與接觸面20b的內緣之間的距離(D1-L1)，成為滑動面16a之徑向的長度(L2-L1)的1/4以下。不僅如此，藉由煞車碟盤10符合上述算式(iii)的關係，能使接觸面20b之徑向的長度(D2-D1)，未達到滑動面16a之徑向的長度(L2-L1)的1/2。這些結果，即使在煞車碟盤10反覆地受到加熱及冷卻的場合，也能抑制在煞車碟盤10的外周部產生翹曲的情形。此外，相較於傳統的煞車碟盤，能使煞車碟盤10的體積減少。這些結果，可抑制煞車碟盤10之翹曲的產生，並且煞車碟盤10的輕量化變得可能。

此外，在本實施形態中，煞車碟盤10最好是構成符合以下的算式(iv)的關係。在以下的算式(iv)中，R為虛擬圓50的半徑。其中，距離D2大於半徑R。

藉由符合上述算式(iv)的關係，能抑制在煞車碟盤10的外周部產生翹曲，並且能使煞車碟盤10充分地輕量化。

雖然上述的實施形態，在各鰭片至少形成有鍵槽20a及貫穿孔60中的至少其中一種，但亦可在複數個鰭片之中的任一個鰭片，不形成鍵槽及貫穿孔。

雖然在上述的實施形態中，是針對煞車碟盤10為輪載碟盤(wheel mounted disk)的場合進行說明，但是煞車碟盤10也可以是軸載碟盤(axle mounted disk)。具體地說，煞車碟盤10，除了車輪之外，亦可固定在｢被固定於車軸101之圓板狀的轉動構件(碟盤體)｣。該碟盤體，和車輪相同，與車軸101一體轉動，並且設在與車軸101相同的軸上。即使在煞車碟盤10為軸載碟盤的場合中，也和輪載碟盤的場合相同，煞車碟盤10是採用連結構件及鍵而安裝於碟盤體。在本案的說明書中，所謂圓板狀的轉動構件，是意味著具有用來固定煞車碟盤之圓板狀部分的轉動構件。因此，如同第1圖所示的車輪102，亦可在轉動構件的內周部及外周部設有筒狀部。

[產業上的利用性]

根據本發明，可抑制鐵道車輛用的煞車碟盤中翹曲的產生，並且煞車碟盤的輕量化變得可能。

10‧‧‧煞車碟盤

10a‧‧‧中心

12‧‧‧煞車襯(brake lining)

14‧‧‧本體部

16‧‧‧滑動部

16a‧‧‧滑動面

18‧‧‧連結鰭片

20‧‧‧卡止鰭片

20a‧‧‧鍵槽

20b‧‧‧接觸面

50‧‧‧虛擬圓

60‧‧‧貫穿孔

70‧‧‧鍵

100‧‧‧碟煞

101‧‧‧車軸

102‧‧‧轉動構件

第1圖：第1圖為顯示本實施形態之鐵道車輛用碟煞的示意圖。

第2圖：第2圖為顯示本實施形態之鐵道車輛用煞車碟盤的示意圖。

第3圖：第3圖為顯示本實施形態之鐵道車輛用煞車碟盤的端面圖。

Claims (6)

1. 一種鐵道車輛用煞車碟盤，是在鐵道車輛中，固定在與車軸一體轉動之圓板狀的轉動構件之圓環狀的煞車碟盤， 具備： 圓環狀的本體部；和 滑動部，從前述本體部朝向該煞車碟盤之軸方向的一側突出，並且在前述一側的端部具有圓環狀的滑動面；及 複數個鰭片，從前述本體部朝向前述軸方向的另一側突出，並且從前述軸方向觀視，相對於該煞車碟盤的中心延伸成放射狀， 前述複數個鰭片含有：複數個連結鰭片，具有用來***連結構件的貫穿孔；及複數個卡止鰭片，具有從前述軸方向之另一側的端部朝向前述軸方向的一側凹陷的鍵槽， 在前述卡止鰭片之前述另一側的端部，於前述鍵槽的周圍設有：當將該煞車碟盤固定於前述轉動構件時，接觸於前述轉動構件的接觸面， 在該煞車碟盤的徑向中，從該煞車碟盤的中心到前述貫穿孔的中心為止的距離，大於從該煞車碟盤的前述中心到前述接觸面之中心為止的距離。
2. 如請求項1所記載的鐵道車輛用煞車碟盤，其中在前述徑向中，前述滑動面的外緣，較前述接觸面的外緣位在更外側，前述滑動面的內緣，較前述接觸面的內緣位在更內側，前述滑動面的外緣與前述接觸面的外緣之間的距離，大於前述滑動面的內緣與前述接觸面的內緣之間的距離。
3. 如請求項1或請求項2所記載的鐵道車輛用煞車碟盤，其中在前述徑向中，前述接觸面的外緣與前述鍵槽的外緣之間的距離，小於前述接觸面的內緣與前述鍵槽的內緣之間的距離。
4. 如請求項1至請求項3之其中任一項所記載的鐵道車輛用煞車碟盤，其中在前述徑向中，在將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的內緣為止的距離設為L1，將從前述中心到前述滑動面的外緣為止的距離設為L2，將從前述中心到前述接觸面的內緣為止的距離設為D1，將從前述中心到前述接觸面的外緣為止的距離設為D2的場合中，符合以下的算式(i)、算式(ii)及算式(iii)的關係， 其中，距離D1大於距離L1，距離L2大於距離D2。
5. 如請求項1至請求項4之其中任一項所記載的鐵道車輛用煞車碟盤，其中從前述軸方向觀視，前述複數個連結鰭片之各自的前述貫穿孔，配置在以該煞車碟盤的前述中心作為中心之虛擬圓的圓周上， 在將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的內緣為止之前述徑向的距離設為L1，將從該煞車碟盤的前述中心到前述滑動面的外緣為止之前述徑向的距離設為L2，將從該煞車碟盤的前述中心到前述接觸面的外緣為止之前述徑向的距離設為D2，將前述虛擬圓的半徑設為R的場合中，符合以下的算式(iv)的關係， 其中，距離D2大於半徑R。
6. 一種鐵道車輛用碟煞，具備請求項1至請求項5之其中任一項所記載的煞車碟盤。