JP2021081039A - 鉄道車両用ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通気路内の通気量を制御するための制御部材が設けられた鉄道車両用ディスクブレーキ装置において、制御部材に対する負荷を低減する。【解決手段】ディスクブレーキ装置（１００）は、回転部材（１０）と、ブレーキディスク（２０）と、制御部材（３０）と、締結部材（４０）とを備える。ブレーキディスク（２０）は、環状のディスク本体（２１）と、複数のフィン（２２）とを有する。制御部材（３０）は、ベースプレート（３１）と、突出部（３２）とを有し、隣り合うフィン（２２）の間の通気量を制御する。フィン（２２）の少なくとも１つは、小径部（２２２ｂ）を含む締結孔（２２２）を有する。ベースプレート（３１）は、貫通孔（３１１）を有する。小径部（２２２ｂ）及び貫通孔（３１１）には、締結部材（４０）の軸部（４２）が挿通される。貫通孔（３１１）の周縁は、小径部（２２２ｂ）の周縁の外周側に配置される。【選択図】図４

Description

本開示は、鉄道車両用のディスクブレーキ装置に関する。

鉄道車両の制動装置として、ディスクブレーキ装置が広く使用されている。ディスクブレーキ装置は、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、例えば、車輪に締結され、車輪とともに回転する。ブレーキディスクには、ブレーキライニングが押し付けられる。ブレーキライニングとブレーキディスクとの摩擦により、ブレーキディスク及び車輪が制動される。

鉄道車両に用いられるディスクブレーキ装置のブレーキディスクには、その耐久性を確保する観点から、十分な冷却性能が要求される。制動時における冷却性能を確保するため、一般に、ブレーキディスクの裏面には、複数のフィンが放射状に形成されている。各フィンは、車輪に接触し、ブレーキディスクの裏面と車輪との間に通気路を形成する。当該通気路は、ブレーキディスクが車輪とともに回転するとき、ブレーキディスクの内周側から外周側に向かって空気を通過させる。通気路内を流れる空気により、ブレーキディスクが冷却される。

しかしながら、鉄道車両の走行中、ブレーキディスクと車輪との間の通気路内を空気が流れることにより、空力音が発生する。特に、鉄道車両が高速で走行する場合、通気路内の通気量が増加して大きな空力音が発生する。

これに対して、特許文献１には、周方向に隣り合うフィン同士を連結部で連結したディスクブレーキ装置が開示されている。このディスクブレーキ装置では、連結部により、フィン間の通気路各々において断面積が最小となる部分が形成される。特許文献１によれば、通気路の最小断面積の総和を１８０００ｍｍ^２とすることで、高速走行時における空力音を低減することができる。

特許文献１において、空力音を低減するための連結部は、ブレーキディスクのディスク本体及びフィンと一体的に形成されている。そのため、ブレーキディスクのうち、連結部の近傍部分の剛性が他の部分の剛性と比較して大きくなっている。よって、制動時においてブレーキライニングがブレーキディスクに対して摺動し、摩擦熱が発生したとき、連結部の近傍部分が他の部分よりも熱変形しにくく、ブレーキディスクに反りが発生する。その結果、ブレーキディスクを車輪に締結する締結部材への負荷が増大する。

そこで、特許文献２では、ブレーキディスクとは別体の空力音低減部材（制御部材）をディスクブレーキ装置に設ける技術が提案されている。特許文献２によれば、制御部材に設けられた突出部によって通気路の一部を塞ぐことで、通気路内の空気の流れを抑制し、鉄道車両の走行中に発生する空力音を低減することができる。また、ブレーキディスクと制御部材とが別個の部品であるため、制御部材の突出部がブレーキディスクの剛性に影響しない。

特開２００７−２０５４２８号公報 国際公開第２０１９／１９４２０３号

ところで、特許文献２のディスクブレーキ装置において、制御部材は、車輪等の回転部材とブレーキディスクとの間に配置され、締結部材によってブレーキディスクとともに回転部材に締結される。締結部材の軸部は、制御部材に設けられた貫通孔を介し、ブレーキディスクから回転部材へと延びている。このディスクブレーキ装置によって回転部材を制動する際、ブレーキディスクとブレーキライニングとの摩擦熱により、ブレーキディスクに熱変形が発生する。ブレーキディスクは、まず軸方向の外側（ブレーキライニング側）に熱膨張し、制動開始からある程度時間が経過すると径方向の外側にも熱膨張する。一方、制動部材は、ブレーキディスクとブレーキライニングとの摺動部から離れているため、ほとんど熱変形しない。そのため、ブレーキディスクが熱膨張し、これに伴って締結部材が移動したとき、制御部材の貫通孔の周縁に締結部材の軸部が干渉し、制御部材に過大な負荷がかかる可能性がある。

本開示は、通気路内の通気量を制御するための制御部材が設けられた鉄道車両用ディスクブレーキ装置において、制御部材に対する負荷を低減することを課題とする。

本開示に係るディスクブレーキ装置は、鉄道車両用のディスクブレーキ装置である。ディスクブレーキ装置は、回転部材と、ブレーキディスクと、制御部材と、締結部材と、を備える。回転部材は、鉄道車両の車軸に取り付けられる。ブレーキディスクは、環状のディスク本体と、複数のフィンと、を有する。ディスク本体は、回転部材に対向する裏面を有する。フィンは、当該裏面上に放射状に配置される。制御部材は、ベースプレートと、突出部と、を有する。ベースプレートは、回転部材とフィンとの間に挟まれる。突出部は、ベースプレートからディスク本体に向かって突出して、フィンのうちブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に位置付けられる。制御部材は、隣り合うフィンの間の通気量を制御する。締結部材は、ブレーキディスク及び制御部材を回転部材に締結する。フィンの少なくとも１つは、第１締結孔を有する。第１締結孔は、大径部と、小径部と、を含む。大径部には、締結部材の頭部が配置される。小径部は、大径部の直径よりも小さい直径を有する。小径部には、締結部材の軸部が挿通される。ベースプレートは、貫通孔を有する。貫通孔は、第１締結孔に対応してベースプレートに設けられる。貫通孔には、締結部材の軸部が挿通される。貫通孔の周縁は、対応する第１締結孔の小径部の周縁の外周側に配置される。

本開示によれば、通気路内の通気量を制御するための制御部材が設けられた鉄道車両用ディスクブレーキ装置において、制御部材に対する負荷を低減することができる。

図１は、実施形態に係る鉄道車両用ディスクブレーキ装置の概略構成を示す縦断面図である。 図２は、図１に示すディスクブレーキ装置に含まれるブレーキディスク及び制御部材の裏面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図４は、図１に示すディスクブレーキ装置の部分拡大図である。 図５は、一実施例に係る制御部材について、径方向位置と、制動時における軸方向変位との関係を示すグラフである。 図６は、別の実施例に係る制御部材について、径方向位置と、制動時における軸方向変位との関係を示すグラフである。 図７は、各実施例で用いた解析モデルの制御部材を模式的に示す斜視図である。

実施形態に係るディスクブレーキ装置は、鉄道車両用のディスクブレーキ装置である。ディスクブレーキ装置は、回転部材と、ブレーキディスクと、制御部材と、締結部材と、を備える。回転部材は、鉄道車両の車軸に取り付けられる。ブレーキディスクは、環状のディスク本体と、複数のフィンと、を有する。ディスク本体は、回転部材に対向する裏面を有する。フィンは、当該裏面上に放射状に配置される。制御部材は、ベースプレートと、突出部と、を有する。ベースプレートは、回転部材とフィンとの間に挟まれる。突出部は、ベースプレートからディスク本体に向かって突出して、フィンのうちブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に位置付けられる。制御部材は、隣り合うフィンの間の通気量を制御する。締結部材は、ブレーキディスク及び制御部材を回転部材に締結する。フィンの少なくとも１つは、第１締結孔を有する。第１締結孔は、大径部と、小径部と、を含む。大径部には、締結部材の頭部が配置される。小径部は、大径部の直径よりも小さい直径を有する。小径部には、締結部材の軸部が挿通される。ベースプレートは、貫通孔を有する。貫通孔は、第１締結孔に対応してベースプレートに設けられる。貫通孔には、締結部材の軸部が挿通される。貫通孔の周縁は、対応する第１締結孔の小径部の周縁の外周側に配置される（第１の構成）。

第１の構成に係るディスクブレーキ装置によれば、制御部材により、ブレーキディスクのディスク本体の裏面上で周方向に隣り合うフィンの間の通気量を制御することができる。すなわち、上記ディスクブレーキ装置では、隣り合うフィンの間に制御部材の突出部が位置付けられているため、これらのフィンがディスク本体及び回転部材とともに形成する通気路の開口面積が部分的に小さくなる。これにより、通気路内の通気量を制限することができ、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減することができる。

第１の構成において、ブレーキディスクに設けられたフィンのうち少なくとも１つは、第１締結孔を有する。第１締結孔は、締結部材の軸部が挿通される小径部を含む。一方、制御部材のベースプレートには、締結部材の軸部を挿通するための貫通孔が形成されている。この貫通孔の周縁は、第１締結孔の小径部の周縁の外周側に配置されている。すなわち、制御部材の貫通孔の周縁は、ブレーキディスクの第１締結孔の小径部の周縁と比較し、締結部材の軸部から離れて配置されている。これにより、制動時におけるブレーキディスクの熱膨張に伴って締結部材が移動したとき、制御部材の貫通孔の周縁に締結部材の軸部が干渉するのを予防することができる。よって、制御部材に対する負荷を低減することができる。

回転部材は、第２締結孔を有することができる。第２締結孔は、ブレーキディスクの第１締結孔及び制御部材の貫通孔に対応して、回転部材に設けられる。第２締結孔には、締結部材の軸部が挿通される。貫通孔の周縁は、対応する第２締結孔の周縁の外周側に配置されることが好ましい（第２の構成）。

第２の構成によれば、制御部材のベースプレートに形成された貫通孔の周縁は、回転部材に形成された第２締結孔の周縁の外周側に配置される。これにより、制御部材のベースプレートのうち貫通孔の近傍部分は、回転部材とフィンとによって挟持されることになる。そのため、制御部材のベースプレートにおいて、締結部材の頭部からの軸方向の負荷等により、貫通孔の近傍部分が回転部材の第２締結孔内に落ち込むのを抑制することができる。すなわち、制御部材の軸方向の変位を低減することができる。

貫通孔の周縁と、対応する第２締結孔の周縁との距離は、２．０ｍｍよりも大きいことが好ましい（第３の構成）。

第３の構成によれば、制御部材の貫通孔の周縁が回転部材の第２締結孔の周縁から２．０ｍｍ超離れている。これにより、制御部材のベースプレートにおいて、貫通孔の近傍部分が回転部材の第２締結孔内に落ち込むのをより確実に抑制することができる。

ブレーキディスクの周方向における貫通孔の幅は、第１締結孔を有するフィンの頂面の最大幅よりも小さいことが好ましい（第４の構成）。

第４の構成によれば、制御部材のベースプレートに形成された貫通孔の幅は、フィンの頂面の最大幅よりも小さい。これにより、制御部材の貫通孔内にフィンが落ち込む変形が生じるのを防止することができる。

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。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る鉄道車両用ディスクブレーキ装置１００の概略構成を示す縦断面図である。縦断面とは、中心軸Ｘを含む平面でディスクブレーキ装置１００を切断した断面をいう。中心軸Ｘは、鉄道車両の車軸２００の軸心である。以下、中心軸Ｘが延びる方向を軸方向という。

図１に示すように、ディスクブレーキ装置１００は、回転部材１０と、ブレーキディスク２０と、制御部材３０と、締結部材４０と、を備える。

回転部材１０は、車軸２００に取り付けられ、車軸２００と一体で中心軸Ｘ周りに回転する。本実施形態の例では、回転部材１０は、鉄道車両の車輪であり、板部１１を有する。ただし、回転部材１０は、車輪以外のディスク体であってもよい。回転部材１０は、締結部材４０を通すための締結孔１２を有する。締結孔１２は、回転部材１０を軸方向に貫通する。

ブレーキディスク２０は、ディスク状の回転部材１０の両面に設けられている。制御部材３０は、回転部材１０と各ブレーキディスク２０との間に配置されている。これらのブレーキディスク２０及び制御部材３０は、締結部材４０によって回転部材１０の板部１１に締結される。締結部材４０は、典型的にはボルト及びナットで構成される。軸方向において各ブレーキディスク２０の外側には、ブレーキライニング５０が設けられている。

［細部の構成］
図２は、回転部材１０の両面上に配置されたブレーキディスク２０及び制御部材３０のうち、一方のブレーキディスク２０及び制御部材３０を回転部材１０側から見た図（裏面図）である。図２では、ブレーキディスク２０及び制御部材３０の１／４周部分を示している。以下、ブレーキディスク２０の周方向及び径方向を単に周方向及び径方向という。

図２を参照して、ブレーキディスク２０は、ディスク本体２１と、複数のフィン２２と、を有する。

ディスク本体２１は、環状をなす。ディスク本体２１は、実質的に、中心軸Ｘを軸心とする円環板状を有する。ディスク本体２１は、摺動面２１１及び裏面２１２を有する。摺動面２１１は、ディスク本体２１において軸方向の一方側に設けられた面である。摺動面２１１には、制動力を発生させるためにブレーキライニング５０（図１）が押し付けられる。裏面２１２は、ディスク本体２１において軸方向の他方側に設けられた面であり、回転部材１０（図１）に対向する。

複数のフィン２２は、ディスク本体２１の裏面２１２上に放射状に配置されている。これらのフィン２２は、径方向においてディスク本体２１の内側から外側に延びている。各フィン２２は、裏面２１２から回転部材１０（図１）側に突出する。これにより、回転部材１０と、周方向において隣り合うフィン２２と、ディスク本体２１との間に空間が形成される。これらの空間は、ブレーキディスク２０が回転部材１０とともに回転する際に空気が通過する通気路となる。

ディスク本体２１に設けられた複数のフィン２２のうち、一部のフィン２２は、締結部材４０（図１）を通すための締結孔２２２を有する。各締結孔２２２は、回転部材１０の締結孔１２（図１）に対応して設けられる。各締結孔２２２は、ディスク本体２１及びフィン２２を貫通する。その他のフィン２２の頂面２２１には、凹状のキー溝２２３が形成されている。キー溝２２３には、ブレーキディスク２０と回転部材１０（図１）との相対回転を規制するためのキー（図示略）が嵌め込まれる。フィン２２の数、締結孔２２２の数、及びキー溝２２３の数は、適宜設定することができる。本実施形態の例では、全てのフィン２２に締結孔２２２又はキー溝２２３が形成されているが、締結孔２２２及びキー溝２２３が形成されていないフィン２２が存在してもよい。

図２に示すように、制御部材３０は、ブレーキディスク２０とは別の部材である。制御部材３０は、周方向に隣り合うフィン２２の間の通気量を制御する。制御部材３０は、ベースプレート３１と、複数の突出部３２と、を有している。

ベースプレート３１は、概略円環板状をなし、ディスク本体２１と実質的に同軸に配置されている。ベースプレート３１は、回転部材１０（図１）と複数のフィン２２との間に挟まれる。すなわち、ベースプレート３１の一方面に回転部材１０が接触し、ベースプレート３１の他方面にフィン２２の頂面２２１が接触する。

本実施形態の例では、径方向におけるベースプレート３１の長さは、径方向におけるフィン２２の頂面２２１の長さと概ね等しい。ただし、径方向におけるベースプレート３１の長さは、フィン２２の頂面２２１の長さよりも長くてもよいし、フィン２２の頂面２２１の長さよりも短くてもよい。ベースプレート３１の長さがフィン２２の頂面２２１の長さよりも短い場合、フィン２２の頂面２２１には、ベースプレート３１を収容するための凹部が形成されていてもよい。

ベースプレート３１には、締結部材４０（図１）を挿通させるため、回転部材１０の締結孔１２（図１）及びブレーキディスク２０の締結孔２２２に対応して、複数の貫通孔３１１が形成されている。また、ベースプレート３１には、上述したキー（図示略）を挿通させるため、ブレーキディスク２０のキー溝２２３に対応して、複数の開口３１２が形成されている。

貫通孔３１１の各々は、周方向における幅Ｗを有する。貫通孔３１１の幅Ｗは、締結孔２２２を有するフィン２２の頂面２２１の最大幅Ｗ_Ｆよりも小さい。幅Ｗは、各貫通孔において周方向の端同士を結ぶ直線の長さである。最大幅Ｗ_Ｆは、フィン２２の頂面２２１の両側縁を結び、且つ径方向に直交する直線の長さの最大値である。フィン２２の頂面２２１は、例えば、締結孔２２２が開口する領域において最大幅Ｗ_Ｆを有する。

フィンの最大幅Ｗ_Ｆと貫通孔３１１の幅Ｗとの差は、３．０ｍｍよりも大きいことが好ましく（Ｗ_Ｆ−Ｗ＞３．０ｍｍ）、４．０ｍｍよりも大きいことがより好ましい（Ｗ_Ｆ−Ｗ＞４．０ｍｍ）。特に限定されるものではないが、貫通孔３１１の幅Ｗは、例えば４７．０ｍｍ未満であり、好ましくは４４．０ｍｍ未満、より好ましくは４３．０ｍｍ未満である。

貫通孔３１１は、種々の形状に形成することができる。本実施形態の例において、貫通孔３１１は、制御部材３０の平面視又は裏面視で円形状をなす。貫通孔３１１が円形状の場合、貫通孔３１１の幅Ｗは、貫通孔３１１の直径である。ただし、貫通孔３１１は、例えば、制御部材３０の平面視又は裏面視で楕円形状であってもよい。貫通孔３１１が径方向に長軸を有する楕円形状である場合、貫通孔３１１の幅Ｗは、貫通孔３１１の短径となる。貫通孔３１１が径方向に短軸を有する楕円形状である場合、貫通孔３１１の幅Ｗは、貫通孔３１１の長径となる。

ベースプレート３１の両面のうち、ブレーキディスク２０側の面には、複数の突出部３２が形成されている。突出部３２は、周方向に間隔を空けて設けられている。突出部３２の各々は、ベースプレート３１からディスク本体２１に向かって突出して、周方向に隣り合うフィン２２の間に位置付けられる。すなわち、周方向において隣り合うフィン２２の間に、突出部３２が１つずつ配置される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３に示すように、突出部３２の各々は、ベースプレート３１からディスク本体２１の裏面２１２に向かって突出する。突出部３２の先端は、ディスク本体２１の裏面２１２には接触しない。また、突出部３２の両側縁は、フィン２２の側面２２５に接触しない。そのため、突出部３２とブレーキディスク２０との間には、径方向視で概略Ｕ字状の空間が形成されている。

各突出部３２とブレーキディスク２０との間に形成される概略Ｕ字状の空間の断面積の総和は、例えば、１８０００ｍｍ^２以下とすることができる。当該断面積の総和は、例えば、２５００ｍｍ^２以上とすることができる。概略Ｕ字状の空間の断面積とは、各突出部３２とブレーキディスク２０との間に形成される概略Ｕ字状の空間の周方向に沿った断面の最小面積である。断面積の総和とは、各空間の断面積を周方向に全て足し合わせて算出した値である。

本実施形態において、突出部３２は、概略三角形状の縦断面（径方向に沿った断面）を有する。すなわち、径方向で内向きの突出部３２の表面は、径方向で外側に向かうにつれてディスク本体２１に近づくように傾倒する。ただし、突出部３２の形状は、これに限定されるものではない。突出部３２は、中空に形成されていてもよいし、中実に形成されていてもよい。通気路内の空気を円滑に案内する観点から、突出部３２の表面は、角部を有しない滑らかな形状であることが好ましい。

制御部材３０は、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの板厚を有する金属の薄肉材で構成することができる。制御部材３０は、例えば、この薄肉材をプレス加工することによって成形される。この場合、ベースプレート３１及び複数の突出部３２は、一体的に形成される。ただし、ベースプレート３１と、突出部３２とを別体で形成した後、突出部３２をベースプレート３１に対して溶接等で固定することもできる。

以下、図４を参照して、回転部材１０、ブレーキディスク２０、制御部材３０、及び締結部材４０を含むディスクブレーキ装置１００についてさらに詳細に説明する。図４は、図１の部分拡大図である。

図４に示すように、ブレーキディスク２０及び制御部材３０は、締結部材４０によって回転部材１０に締結されている。締結部材４０は、ブレーキディスク２０に設けられた締結孔２２２、制御部材３０に設けられた貫通孔３１１、及び回転部材１０に設けられた締結孔１２に挿入される。

ブレーキディスク２０において、締結孔２２２は、大径部２２２ａと、小径部２２２ｂとを含む。小径部２２２ｂは、締結孔２２２において、フィン２２の頂面２２１側の端部を構成する。小径部２２２ｂは、大径部２２２ａの直径Ｄ_ＢＬよりも小さい直径Ｄ_ＢＳを有する。大径部２２２ａと小径部２２２ｂとの径差により、小径部２２２ｂの周囲に環状の底部２２４が形成されている。

大径部２２２ａには、締結部材４０の頭部４１が配置される。頭部４１は、ボルトの頭部又はナットである。大径部２２２ａ内の頭部４１は、底部２２４によって直接又は間接的に支持される。本実施形態の例では、頭部４１と底部２２４との間に、１枚以上の皿ばね６０が配置されている。すなわち、頭部４１は、皿ばね６０を介して底部２２４に支持されている。底部２２４の厚み（軸方向の長さ）は、強度確保の観点から、１．０ｍｍ以上であることが好ましく、２．０ｍｍ以上であることがより好ましい。底部２２４の厚みは、例えば、６．０ｍｍ以下である。

小径部２２２ｂには、締結部材４０のうち、ボルトの軸部４２が挿通される。軸部４２は、大径部２２２ａ内の頭部４１から軸方向に延び、小径部２２２ｂ、制御部材３０の貫通孔３１１、及び回転部材１０の締結孔１２に挿通される。

制御部材３０において、ベースプレート３１に設けられた各貫通孔３１１は、最小差渡し長さＬを有する。本実施形態の例では、貫通孔３１１が円形状であるため、長さＬは、貫通孔３１１の直径であり、幅Ｗ（図２）と等しい。貫通孔３１１が楕円形状である場合、長さＬは、貫通孔３１１の短径である。

貫通孔３１１の長さＬは、ブレーキディスク２０に設けられた締結孔２２２の小径部２２２ｂの直径Ｄ_ＢＳよりも大きい。言い換えると、貫通孔３１１の開口面積は、小径部２２２ｂの開口面積よりも大きい。そのため、貫通孔３１１の周縁は、小径部２２２ｂの周縁の外周側に配置される。貫通孔３１１の長さＬと小径部２２２ｂの直径Ｄ_ＢＳとの差は、好ましくは６．０ｍｍ以上である（Ｌ−Ｄ_ＢＳ≧６．０ｍｍ）。小径部２２２ｂの直径Ｄ_ＢＳは、回転部材１０に設けられた締結孔１２の直径Ｄ_Ｗよりも小さい。

貫通孔３１１の長さＬは、さらに、回転部材１０の締結孔１２の直径Ｄ_Ｗよりも大きい。言い換えると、貫通孔３１１の開口面積は、締結孔１２の開口面積よりも大きい。そのため、貫通孔３１１の周縁は、締結孔１２の周縁の外周側に配置される。貫通孔３１１の長さＬと締結孔１２の直径Ｄ_ｗとの差は、４．０ｍｍよりも大きいことが好ましい（Ｌ−Ｄ_ｗ＞４．０ｍｍ）。すなわち、貫通孔３１１の周縁と締結孔１２の周縁との距離ｄは、２．０ｍｍよりも大きいことが好ましい。

特に限定されるものではないが、貫通孔３１１の長さＬは、例えば、１８．５ｍｍよりも大きく、４７．０ｍｍ未満である。長さＬは、２４．５ｍｍ以上であることが好ましく、２６．０ｍｍよりも大きいことがより好ましい。また、長さＬは、好ましくは４４．０ｍｍ未満であり、より好ましくは４３．０ｍｍ未満である。

［効果］
本実施形態に係るディスクブレーキ装置１００では、周方向において隣り合う各フィン２２の間に、制御部材３０の突出部３２が配置されている。これにより、回転部材１０と、フィン２２と、ディスク本体２１とで画定される各通気路の断面積が部分的に小さくなる。よって、通気路内の通気量を制限することができ、鉄道車両の走行時に発生する空力音を低減することができる。

本実施形態に係るディスクブレーキ装置１００において、制御部材３０のベースプレート３１には、締結部材４０の軸部４２を挿通するための貫通孔３１１が設けられている。この貫通孔３１１の周縁は、ブレーキディスク２０に設けられた締結孔２２２の小径部２２２ｂの周縁の外周側に配置されている。すなわち、貫通孔３１１の周縁は、小径部２２２ｂの周縁と比較し、締結部材４０の軸部４２から離れて配置されている。そのため、制動時におけるブレーキディスク２０の熱膨張に伴って締結部材４０が移動したとき、貫通孔３１１の周縁に締結部材４０の軸部４２が干渉するのを予防することができる。よって、制御部材３０に対する負荷を低減することができる。

本実施形態において、制御部材３０の貫通孔３１１の周縁は、回転部材１０に設けられた締結孔１２の周縁の外周側に配置されている。これにより、制御部材３０のうち貫通孔３１１の近傍部分が、回転部材１０の実体部分とフィン２２とによって挟持されることになる。そのため、制動時において、例えば、ブレーキディスク２０の締結孔２２２の底部２２４が皿ばね６０を介して締結部材４０の頭部４１から負荷を受けたとしても、制御部材３０の貫通孔３１１の近傍部分は、回転部材１０の実体部分によって支持され、締結孔１２内に落ち込みにくい。よって、制御部材３０の軸方向の変位を低減することができる。

本実施形態において、制御部材３０の貫通孔３１１の周縁と締結孔１２の周縁との距離ｄは、好ましくは２．０ｍｍよりも大きい。これにより、制御部材３０において貫通孔３１１の近傍部分が回転部材１０の締結孔１２内に落ち込むのをより確実に抑制することができる。

本実施形態において、制御部材３０の貫通孔３１１の幅Ｗは、フィン２２の頂面２２１の最大幅Ｗ_Ｆよりも小さい。これにより、制御部材３０の貫通孔３１１内にフィン２２が落ち込む変形が生じるのを抑制することができる。

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、上記実施形態では、ディスク本体２１の径方向において中央付近に制御部材３０の突出部３２が配置されているが、突出部３２の位置はこれに限定されるものではない。突出部３２は、ディスク本体２１の外周寄りに配置されていてもよいし、ディスク本体２１の内周寄りに配置されていてもよい。

上記実施形態において、制御部材３０のベースプレート３１は、実質的に円環板状をなす。しかしながら、ベースプレート３１は、周方向において複数に分割されていてもよい。すなわち、複数の円弧状部品によってベースプレート３１が構成されていてもよい。これらの円弧状部品は、回転部材１０とブレーキディスク２０との間において、互いに接触して又は間隔を空けて周方向に配列される。円弧状部品は、それぞれ、複数の突出部３２を有することが好ましい。

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。

制御部材３０のベースプレート３１に設けられた貫通孔３１１の適切な大きさを検証するため、汎用の解析ソフトウェア（ＡＢＡＱＵＳ，Ｖｅｒｓｉｏｎ ６．１４−３、ダッソー・システムズ社製）を用い、貫通孔３１１の最小差渡し長さ（直径）Ｌを変更しながら、有限要素法による数値解析を実施した。

解析では、周方向の対称性を考慮し、回転部材（車輪）１０、ブレーキディスク２０、制御部材３０、締結部材４０、及び皿ばね６０を含むディスクブレーキ装置１００の１５°領域をモデル化した。材料は、ブレーキディスク２０を弾塑性体、その他を弾性体とし、材料物性値として実験で予め測定されたデータを与えた。ただし、制御部材３０については、一般構造用鋼の材料物性値を使用した。

解析モデルの主な寸法条件は、以下の通りである。
・ブレーキディスクの内径：４６６．０ｍｍ
・ブレーキディスクの外径：７２０．０ｍｍ
・ブレーキディスクの全厚み：４３．５ｍｍ
・ディスク本体の厚み：２２．０ｍｍ

解析は、最も厳しい地震検知ブレーキ条件で実施した。すなわち、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、制御部材３０の貫通孔３１１の直径Ｌごとに、制御部材３０と締結部材４０との接触、及び制御部材３０の軸方向における変位を評価した。表１に、各解析モデルの制御部材３０の貫通孔３１１の直径Ｌを示す。

制御部材３０の貫通孔３１１の直径Ｌがブレーキディスク２０の締結孔２２２の小径部２２２ｂの直径Ｄ_ＢＳと等しい場合（表１：Ｎｏ．１）、制動中に締結部材４０の軸部４２が制御部材３０に接触し、制御部材３０に過大な応力が発生した。一方、直径Ｌが直径Ｄ_ＢＳよりも大きい場合（表１：Ｎｏ．２〜４）、制動時において制御部材３０と締結部材４０の軸部４２との接触は発生しなかった。よって、Ｌ＞Ｄ_ＢＳとし、貫通孔３１１の周縁が締結孔２２２の小径部２２２ｂの周縁の外周側に配置されるようにすることで、制御部材３０と締結部材４０の軸部４２との接触を回避でき、制御部材３０の負荷を低減できるといえる。

制御部材３０と締結部材４０の軸部４２との接触をより確実に回避するためには、制動時におけるブレーキディスク２０及び締結部材４０の径方向の移動量を考慮する必要がある。解析では、ブレーキ開始から７３．６秒後において、２．９ｍｍの径方向の移動量が確認された。この結果より、貫通孔３１１の周縁は、小径部２２２ｂの周縁から３．０ｍｍ以上離れていることが好ましい。すなわち、貫通孔３１１の直径Ｌと小径部２２２ｂの直径Ｄ_ＢＳとの差は、６．０ｍｍ以上であることが好ましい（Ｌ−Ｄ_ＢＳ≧６．０ｍｍ）。

図５及び図６は、それぞれ、Ｎｏ．３及びＮｏ．４に係る制御部材３０について、径方向位置と、制動時における軸方向変位との関係を示すグラフである。図７に示すように、ここでの径方向位置は、径方向における貫通孔３１１の内端を原点（ｘ＝０）とし、径方向外側を正とした。また、図５及び図６において、軸方向変位は、回転部材１０側を負、ブレーキディスク２０側を正とし、同一径方向位置における最小値（負の方向に最も変位した点の値）をプロットした。

図５に示すように、制御部材３０の貫通孔３１１の直径Ｌが回転部材１０の締結孔１２の直径Ｄ_Ｗに等しい場合（表１：Ｎｏ．２）、ｘ＝２２．０ｍｍの位置では、制御部材３０が軸方向に大きく変位している。しかしながら、ｘ＝２４．０ｍｍを超えると、制御部材３０の軸方向変位（絶対値）は、０．１ｍｍ以内となる。一方、図６に示すように、直径Ｌが直径Ｄ_Ｗよりも大きい場合（表１：Ｎｏ．３）、制御部材３０の軸方向変位はほとんど発生しなかった。ただし、貫通孔３１１の直径Ｌ（幅Ｗ）がフィン２２の頂面２２１の最大幅Ｗ_Ｆと等しい場合（表１：Ｎｏ．４）、フィン２２が貫通孔３１１内に落ち込む変形が発生した。

この結果より、Ｌ＞Ｄ_Ｗとし、貫通孔３１１の周縁が締結孔１２の周縁の外周側に配置されるようにすることで、制御部材３０の軸方向変位を抑制できるといえる。特に、締結孔１２の周縁から貫通孔３１１の周縁までの距離ｄが２．０ｍｍよりも大きい場合、制御部材３０の軸方向変位をより確実に抑制することができる。

また、貫通孔３１１の幅Ｗをフィン２２の頂面２２１の最大幅Ｗ_Ｆよりも小さくしておけば（Ｗ_Ｆ＞Ｗ）、フィン２２が貫通孔３１１内に落ち込む変形を抑制することができる。当該変形をより確実に抑制するためには、制動時におけるブレーキディスク２０の径方向の移動量を考慮して、Ｗ_Ｆ−Ｗ＞３．０とすることが好ましく、Ｗ_Ｆ−Ｗ＞４．０とすることがさらに好ましい。

１００：ディスクブレーキ装置
１０：回転部材
１２：締結孔
２０：ブレーキディスク
２１：ディスク本体
２１２：裏面
２２：フィン
２２１：頂面
２２２：締結孔
２２２ａ：大径部
２２２ｂ：小径部
３０：制御部材
３１：ベースプレート
３１１：貫通孔
３２：突出部
４０：締結部材
４１：頭部
４２：軸部

Claims (4)

1. 鉄道車両用のディスクブレーキ装置であって、
   前記鉄道車両の車軸に取り付けられる回転部材と、
   前記回転部材に対向する裏面を有する環状のディスク本体と、前記裏面上に放射状に配置される複数のフィンと、を有するブレーキディスクと、
   前記回転部材と前記フィンとの間に挟まれるベースプレートと、前記ベースプレートから前記ディスク本体に向かって突出して前記フィンのうち前記ブレーキディスクの周方向において隣り合うフィンの間に位置付けられる突出部と、を有し、前記隣り合うフィンの間の通気量を制御する制御部材と、
   前記ブレーキディスク及び前記制御部材を前記回転部材に締結する締結部材と、
   を備え、
   前記フィンの少なくとも１つは、前記締結部材の頭部が配置される大径部と、前記大径部の直径よりも小さい直径を有し、前記締結部材の軸部が挿通される小径部と、を含む第１締結孔を有し、
   前記ベースプレートは、前記第１締結孔に対応して設けられ、前記軸部が挿通される貫通孔を有し、
   前記貫通孔の周縁は、対応する前記第１締結孔の前記小径部の周縁の外周側に配置される、ディスクブレーキ装置。
2. 請求項１に記載のディスクブレーキ装置であって、
   前記回転部材は、前記第１締結孔及び前記貫通孔に対応して設けられ、前記軸部が挿通される第２締結孔を有し、
   前記貫通孔の前記周縁は、対応する前記第２締結孔の周縁の外周側に配置される、ディスクブレーキ装置。
3. 請求項２に記載のディスクブレーキ装置であって、
   前記貫通孔の前記周縁と、対応する前記第２締結孔の前記周縁との距離は、２．０ｍｍよりも大きい、ディスクブレーキ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置であって、
   前記周方向における前記貫通孔の幅は、前記第１締結孔を有する前記フィンの頂面の最大幅よりも小さい、ディスクブレーキ装置。

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