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TWI694021B - 鐵道車輛用煞車片及具備該煞車片的碟煞 - Google Patents

鐵道車輛用煞車片及具備該煞車片的碟煞 Download PDF

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TWI694021B
TWI694021B TW105134079A TW105134079A TWI694021B TW I694021 B TWI694021 B TW I694021B TW 105134079 A TW105134079 A TW 105134079A TW 105134079 A TW105134079 A TW 105134079A TW I694021 B TWI694021 B TW I694021B
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坂口篤司
宮部成央
大智広
金森成志
浅野純
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日商日本製鐵股份有限公司
日商東海旅客鐵道股份有限公司
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Abstract

本發明的煞車片(2)，具備：表面與制動盤的滑動面相對的複數摩擦結構體(3)；固定於摩擦結構體(3)的各背面的背板(4)；支撐摩擦結構體(3)的基板(6)；及裝設於基板(6)與背板(4)的分別之間的彈性構件(5)。摩擦結構體(3)分別包括夾持形成於表面的溝槽(3b)而鄰接的一對摩擦部(3M)，及對應溝槽(3b)設置，厚度比摩擦部(3M)薄的薄壁部(3C)。摩擦構造部(3)分別以兩處支撐於基板(6)，摩擦結構體(3)的支撐點是分別位於一對摩擦部(3M)。摩擦部(3M)的寬方向相關的薄壁部(3C)的長度為一定，且與摩擦部(3M)的最大寬度相同。設薄壁部(3C)的長度為D，一對摩擦部(3M)的支撐點間距離為L時，L/D為1.1以上。

Description

鐵道車輛用煞車片及具備該煞車片的碟煞
本發明是關於使用作為鐵道車輛之制動裝置的碟煞。尤其是本發明是有關朝向固定於車輪或車軸的制動盤之滑動面的煞車片及具備該煞車片的鐵道車輛用碟煞。
近年來，鐵道車輛、汽車、自動兩輪車等的路上輸送車輛的高速化及大型化持續地進展。伴隨此，作為車輛的制動裝置多使用碟煞。碟煞是藉制動盤與剎車片的滑動產生的摩擦獲得制動力的裝置。
鐵道車輛用的碟煞的場合，將甜甜圈形圓板狀的制動盤安裝固定於車輪或車軸。在該制動盤的滑動面，藉制動卡盤推壓剎車片以產生制動力。藉此，制動車輪或車軸的旋轉，使移動的車輛減速。
碟煞進行制動時，發出稱為「剎車噪聲」的噪音。剎車噪聲是因以下的原理而產生。制動時剎車片推壓至制動盤時，藉煞車片與制動盤的摩擦，使得制動單元整體產生稱為「自激振動」之不穩定的振動。自激振動為 振幅增大後的振動。將來自外部的恆定能在系統的內部變化為振動能，該振動能使其本身振動。藉此，產生自激振動。在降低剎車噪聲時，有抑制因制動時的摩擦產生自激振動的必要。
日本專利特開2002-340056號公報(專利文獻1)中，揭示有藉活塞將墊片朝制動盤推壓構成的碟煞。該碟煞利用墊片推壓於制動盤時的摩擦阻力，使得墊片在制動盤之旋轉方向下游側的尾側(接觸結束側)移動。藉此，活塞朝墊片的接觸面積與位在制動盤之旋轉方向上游側的前緣側比較，制動盤之旋轉方向下游側的尾側較大。專利文獻1中，記載藉如此的構成，抑制自激振動並可抑制剎車噪聲。
日本專利特開2011-214629號公報(專利文獻2)中，揭示具備基板及複數摩擦構件的剎車片。各摩擦構件是透過彈性構件安裝於基板。彈性構件的支撐剛性是根據基板上的摩擦構件的位置有所不同。專利文獻2是記載藉如此的構成，抑制剎車噪聲。
日本專利特開2012-251597號公報(專利文獻3)中，揭示具備基板及複數摩擦構件的剎車片。第1圖是表示專利文獻3所揭示之剎車片的構造的上視圖。該剎車片32中，各摩擦構件33是透過彈性構件安裝於基板36。各摩擦構件33是以包括其中心部的區域支撐於基板36。鄰接的兩個摩擦構件33被以背板34連結。各摩擦構件33的平面形狀為圓形，複數摩擦構件33的直徑為彼此 大致相同。
背板34具備：平面顯示具有與摩擦構件33大致相同大小及形狀的圓板部，及連結該等兩個圓板部的連結部。連結部的寬度(正交於背板34的長方向的方向的長度)是比圓板部的寬小。因此，背板34整體具有在長方向的中間部縮頸形狀。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2002-340056號公報
[專利文獻2]日本特開2011-214629號公報
[專利文獻3]日本特開2012-251597號公報
將專利文獻1揭示的技術運用在具備碟煞的既有的車輛的場合，不僅是剎車片，也有更換對剎車片賦予推壓力之制動卡盤的必要，對碟煞整體的設計造成影響。因此，將此技術運用於既有的車輛是非常困難。
並且，專利文獻2的剎車片的構成中，有根據基板上的位置變更彈性構件之支撐剛性的必要。因此，製造管理變得繁雜。
專利文獻3的剎車片32，藉背板34連結兩個摩擦構件33是以抑制各摩擦構件33的旋轉，及抑制各個 摩擦構件33的摩擦係數的變動為目的。專利文獻3中，並未針對降低剎車噪聲的研討。
為此，本發明的目的為提供可使摩擦係數穩定化，可容易降低剎車噪聲的鐵道車輛用煞車片及具備該煞車片的碟煞。
本發明的實施形態的剎車片是朝固定於鐵道車輛的車輪或車軸之制動盤的滑動面推壓的剎車片。煞車片，具備：表面與制動盤的滑動面相對的複數摩擦結構體；固定於摩擦結構體的各背面的背板；支撐摩擦結構體的基板；及在摩擦結構體的背面側，裝設於基板與背板的分別之間的彈性構件。摩擦結構體分別包括夾持形成於表面的溝槽而鄰接的一對摩擦部，及對應溝槽設置，厚度比摩擦部薄的薄壁部。摩擦結構體分別以兩處支撐於基板，摩擦結構體的各支撐點是分別位於一對摩擦部。平面顯示中，背板的輪廓是與固定在該背板的摩擦結構體的輪廓重疊。摩擦部的寬方向相關的薄壁部的長度為一定，且與摩擦部的最大寬度相同。設薄壁部的長度為D，一對摩擦部的支撐點間距離為L時，L/D為1.1以上。
本發明之實施形態的碟煞具備：固定於鐵道車輛的車輪或車軸的制動盤，及推壓於制動盤的滑動面的上述剎車片。
本發明實施形態的煞車片及具備該煞車片的碟煞可以使摩擦係數穩定化，降低煞車噪聲。並且，本發明實施形態的煞車片容易運用在既有的車輛，其煞車片的製造管理容易。
1‧‧‧制動盤
1a‧‧‧滑動面
2‧‧‧剎車片
3‧‧‧摩擦結構體
3b‧‧‧溝槽
3C‧‧‧薄壁部
3M‧‧‧摩擦部
4‧‧‧背板
5‧‧‧彈性構件
6‧‧‧基板
7‧‧‧鉚釘
第1圖為習知之煞車片的上視圖。
第2A圖為本發明之一實施形態的煞車片的上視圖。
第2B圖為第2A圖表示之煞車片具備的摩擦結構體的上視圖。
第2C圖為第2A圖之IIC-IIC剖視圖。
第3圖是表示本發明例與比較例1及比較例2的最大噪聲指標的圖。
第4圖是表示比較例3及比較例4的最大噪聲指標的圖。
根據本發明人的調查，在具有第1圖表示的構造的習知的剎車片32中，可判別產生有大的煞車噪聲。並發現藉著煞車塊39整體剛性的提高，可使摩擦特性穩定化，可降低煞車噪聲。煞車塊39是由一組的摩擦構件33，及配置在該一組摩擦構件33背面的背板34所 構成。但是，藉提高剎車塊39的剛性降低煞車噪聲的效果，相對於摩擦構件33之最大寬度(直徑)的一對摩擦構件33的支撐點間距離的比僅可在某程度大小的場合獲得。
本實施形態的剎車片是根據以上的知識所完成。亦即，剎車片具備：表面與制動盤的滑動面相對的複數摩擦結構體；固定於摩擦結構體的各背面的背板；支撐摩擦結構體的基板；及在摩擦構件的背面側，裝設於基板與背板的分別之間的彈性構件。摩擦結構體分別包括夾持形成於表面的溝槽而鄰接的一對摩擦部，及對應溝槽設置，厚度比摩擦部薄的薄壁部。摩擦結構體分別以兩處支撐於基板，摩擦結構體的各支撐點是分別位於各一對摩擦部。平面顯示，背面的輪廓是與固定在該背板的摩擦結構體的輪廓重疊。摩擦部的寬方向相關的薄壁部的長度為一定，且與摩擦部的最大寬度相同。設薄壁部的上述長度為D，一對摩擦部的支撐點間距離為L時，L/D為1.1以上。
本實施形態的碟煞具備固定在鐵道車輛的車輪或車軸的制動盤，及推壓於制動盤之滑動面的上述剎車片。
以下，針對本發明的鐵道車輛用碟煞，詳述其實施形態。第2A圖~第2C圖是表示本發明之一實施形態的煞車片的圖。第2A圖表示煞車片的上視圖。第2B圖表示該煞車片具備的摩擦結構體的上視圖。第2C圖表 示第2A圖的IIC-IIC剖視圖。第2A圖是從成為表面側的制動盤側顯示剎車片的狀態。
本實施形態的碟煞是如第2C圖表示，具備制動盤1及剎車片2。剎車片2是安裝於未圖示的制動卡盤。制動盤1在平面顯示為甜甜圈形圓板狀。制動盤1是藉螺栓等牢固地固定於未圖示的車輪或車軸上。
制動卡盤在制動時作動，將剎車片2朝著制動盤的滑動面1a推壓。藉此，在制動盤1與剎車片2之間產生滑動摩擦，產生制動力。如此一來，碟煞制動車輪或車軸的旋轉，使移動中的車輛減速。
剎車片2包括：複數摩擦結構體3；對應各摩擦結構體3設置的背板4及彈性構件5；及保持該等全部的基板6。各摩擦結構體3為板狀。複數摩擦結構體3是在基板6的表面上彼此隔著間隔配置。摩擦結構體3的各表面是與制動盤1的滑動面1a相對。摩擦結構體3是例如由銅燒結材、樹脂系材料、鐵系材料所成。
如第2B圖及第2C圖表示，在摩擦結構體3的表面形成有橫剖其表面的溝槽3b。摩擦結構體3包括一對摩擦部3M及薄壁部3C。一對摩擦部3M是夾著溝槽3b鄰接。薄壁部3C是對應溝槽3b設置在一對摩擦部3M之間。薄壁部3C的厚度是比摩擦部3M的厚度薄。摩擦部3M及薄壁部3C是例如相同材料所構成。摩擦結構體3在摩擦部3M及薄壁部3C的任意部份皆固定於背板4。摩擦結構體3是藉背板4補強。
平面顯示，本實施形態的摩擦結構體3的輪廓形狀是以兩個半圓，及以該兩個半圓的端點形成共同切線的兩條平行線圍繞的橢圓形軌道形狀。因此，摩擦結構體3的側部為直線形。為此，摩擦結構體3中，薄壁部3C的長度在薄壁部3C的區域內為一定，且與摩擦部3M的最大寬度大致相同。又，摩擦部3M中鄰接於薄壁部3C的部份的寬度為大致一定，且與摩擦部3M的最大寬度大致相同。在此，摩擦部3M的寬度是意味著與一對摩擦部3M的配列方向正交之方向的長度。薄壁部3C的長度是意味著沿摩擦部3M的寬方向的長度(亦即，與一對摩擦部3M的配列方向正交之方向的長度)。長度或寬度為「一定」即實質上該等長度或寬度跨一對摩擦部3M的配列方向的全區域不會變化。
摩擦部3M的各平面形狀為組合矩形，及以該矩形的一邊的中點為中心的半圓的形狀。薄壁部3C的平面形狀，及溝槽3b的平面形狀在該實施形態為橫長的矩形。溝槽3b是與摩擦結構體3的側部大致垂直地交叉。
摩擦部3M的各平面形狀不限於如第2A圖及第2B圖表示的上述的形狀，例如，也可以是多角形。設置在基板6上的摩擦結構體3的個數尤其不加以限定。
如第2A圖及第2C圖表示，在各摩擦部3M的中央部形成有將摩擦部3M貫穿其厚度方向的小孔3a。背板4在對應小孔3a的位置形成有貫穿孔。在該小孔3a及貫穿孔插入鉚釘7。藉此鉚釘7，將摩擦部3M與背板4 安裝於基板6。亦即，摩擦結構體3是以其兩處(摩擦部3M的中央部)支撐於基板6。
於各摩擦部3M的背面側，在背板4與基板6之間，間設有彈性構件5。彈性構件5是設置在鉚釘7的周圍。藉此，各摩擦部3M成為被彈性支撐的狀態。第2C圖中，例示盤簧作為彈性構件5。彈性構件5也可採用板簧或螺旋彈簧。
參閱第2B圖，一個摩擦結構體3中，設摩擦部3M的最大寬度為D，設一對摩擦部3M的支撐點間距離為L的場合，L/D為1.1以上。在此，「支撐點」是將摩擦部3M支撐於基板6上的構件(該實施形態為鉚釘7)的摩擦部3M之表面上的中心點。最大寬度D是例如45mm，長度是例如50mm。
摩擦結構體3及背板4被施加外力時，可變形。將背板4固定於摩擦結構體3，藉此摩擦結構體3與背板4所成的剎車塊9實質上為一體變形。摩擦結構體3中，由於形成有溝槽3b，薄壁部3C與摩擦部3M比變得較薄。因此，摩擦結構體3容易在薄壁部3C彎曲而變形。藉此，制動時，可以使相對於制動盤1之剎車片2(摩擦部3M)的接觸面壓均一化。
第1圖表示的習知剎車片32中，一組摩擦構件33並未形成一體的構件。相對於此，第2A圖~第2C圖表示的摩擦結構體3是如上述，將兩個摩擦部3M藉位於該等之間的薄壁部形成一體。又，平面顯示，習知的剎 車片32中，背板34在長方向的中間部具有縮頸。相對於此，第2A圖~第2C圖表示的剎車片2中，背板4不具有如上述的縮頸。並且，摩擦結構體3也不具有縮頸。亦即，摩擦結構體3的薄壁部3C附近的部份具有大致一定的寬度。
藉以上的構造，第2A圖~第2C圖表示的剎車塊9(摩擦結構體3及背板4)的剛性與習知的剎車片32之剎車塊39的剛性比較高。其結果，不論制動開始時間點的行駛速度，皆可以使制動盤1與剎車片2之間的摩擦係數穩定化。並且，藉著高的剎車塊9的剛性，降低剎車噪聲。藉剎車塊9之剛性高的煞車噪聲降低的效果只要是L/D為1.1以上即可明確獲得。
為充分獲得使剎車片2的接觸面壓之均一化的效果，相對於摩擦部3M的厚度之溝槽3b的深度的比是以0.06以上為佳，並以0.33以上更為理想。且為充分獲得提高剎車塊9的剛性來降低煞車噪聲的效果。相對於摩擦部3M的厚度之溝槽3b的深度的比是以0.90以下為佳，並以0.84以下更為理想。在使用摩擦結構體3未磨損的初期的狀態中，摩擦部3M的厚度是例如5~15mm，溝槽3b的深度是例如1~12mm。
伴隨碟煞的使用，摩擦部3M磨損是由於摩擦部3M與制動盤1的滑動面1a摩擦。摩擦部3M一旦由其表面磨損至預定的深度位準為止(例如，比鉚釘7的上面淺1mm的位準為止)時，更換具有其摩擦部3M的摩擦結 構體3。摩擦部3M在磨損至上述預定的深度位準的時間點，相對於摩擦部3M的厚度的溝槽3b之深度的比是以滿足上述的要件為佳。
摩擦結構體3是藉兩支鉚釘7緊固於基板6。因此，在制動中摩擦結構體3不會旋轉。藉此，可抑制在摩擦結構體3與基板6的緊固部產生鬆動。假設即使在該等緊固部產生鬆動的場合，只要是兩處的緊固部不同時破損，摩擦結構體3即不會掉落。因此，可確保碟煞的充分耐久性及可靠度。
又，各摩擦部3M被以鉚釘7的位置為支點彈性支撐著。因此，制動中即使各摩擦部3M與制動盤1接觸而可動，也不致相對於基板6造成大的傾斜。因此，相對於制動盤1之摩擦部3M的接觸面跨全區域為均一的磨損。因此，在摩擦部3M不會產生偏磨損。
將該剎車片2運用於具備碟煞之既有的車輛的場合，例如，只要將摩擦結構體或剎車塊更換為滿足本實施形態的要件之物即可，無變更制動卡盤等的必要。又，該剎車片2中，彈性構件5的支撐剛性無根據基板6上的位置變更的必要。因此，容易將此煞車片2運用於既有的車輛，容易進行剎車片2的製造管理。
為確認本實施形態的效果，針對分別具備表1表示之複數形態的剎車塊(背板及摩擦結構體)的剎車片，進行噪聲指標的評估。噪聲指標是從FEM(有限元件法)的解析結果算出。具體而言，首先，藉FEM複合固有值解 析，對各頻率算出振動的衰減比。其中，將負值物，及不穩定物合計於1/3帶寬的各頻率寬，算出其絕對值。將各帶寬的值之中，抽出最大帶寬，以此作為最大噪聲指標。最大噪聲指標的值越小，則煞車噪聲的聲音越小。
Figure 105134079-A0202-12-0012-1
針對本發明例及比較例，摩擦結構體皆是成一體。在摩擦結構體中，設「無縮頸」是如上述，平面顯示中，具有直線的側部，而不具有縮頸。在摩擦結構體中，設「有縮頸」則是如第1圖表示之背板34的形狀，寬度在長方向的中間部縮頸變得最小，除此之外，與「無縮頸」的摩擦結構體具有相同的形狀及大小。
除了比較例2的任意的背板在平面顯示，也設成輪廓與摩擦結構體重疊。在背板中，設「無縮頸」是在平面顯示，具有與「無縮頸」的摩擦結構體相同的形狀及大小。背板中，設「有縮頸」是在平面顯示，具有與「有縮頸」的摩擦結構體相同的形狀及大小。比較例2的背板在平面顯示，除縮頸部之外，摩擦結構體與輪廓是成 重疊。
任意的摩擦結構體的溝槽也如第2B圖表示，平面顯示為矩形，垂直平行於摩擦構件的兩側部。
第3圖表示本發明例(L/D為1.11)與比較例1及比較例2的最大噪聲指標。但是，第3圖中，作為最大噪聲指標，設以比較例1的最大噪聲指標的值為基準1時的比表示。
比較例2的最大噪聲指標與比較例1的最大噪聲指標比較更為降低。這是由於背板無縮頸而顯示出最大噪聲指標的降低。本發明例的最大噪聲指標與比較例2的最大噪聲指標比較再更為降低。這是由於摩擦結構體無縮頸而顯示出最大噪聲指標的降低。
以上的結果在L/D為1.11(1.1以上)的場合，使背板及摩擦結構體所成的剎車塊整體的剛性增高，顯示出最大噪聲指標的降低。
第4圖表示比較例3及比較例4(L/D為1.06)的最大噪聲指標。但是，第4圖中，作為最大噪聲指標，設以比較例3的最大噪聲指標的值為基準1時的比表示。如第4圖表示，比較例4的最大噪聲指標的值大於比較例3的最大噪聲指標的值。這是由於背板及摩擦結構體即使無縮頸，顯示仍不能使最大噪聲指標降低，反而變大。其結果，顯示L/D為1.06(小於1.1)的場合，背板及摩擦結構體所成的剎車塊整體的剛性即使增高，最大噪聲指標仍不降低。
以上，已說明本發明的實施形態。但是，上述的實施形態亦僅是用於實施本發明的例示。因此，本發明不為上述的實施形態所限定，在不脫離其主旨的範圍內可適當變更實施上述的實施形態。
[產業上的可利用性]
本發明之鐵道車輛用煞車片及具備該煞車片的碟煞，可有效利用於所有的鐵道車輛。尤其是其剎車片及碟煞可有效運用於行駛速度從低速成為高速為止之廣範圍的高速鐵道車輛。
3‧‧‧摩擦結構體
3C‧‧‧薄壁部
3M‧‧‧摩擦部
L‧‧‧支撐點間距離
D‧‧‧長度

Claims (3)

  1. 一種鐵道車輛用剎車片，係朝固定於鐵道車輛的車輪或車軸之制動盤的滑動面推壓的鐵道車輛用剎車片，其特徵為，具備：複數摩擦結構體，表面與上述制動盤的上述滑動面相對；背板，固定於上述摩擦結構體的各背面；基板，支撐上述摩擦結構體；及彈性構件，在上述摩擦結構體的背面側，裝設於上述基板與上述背板的分別之間，上述摩擦結構體分別包括夾持形成於上述表面的溝槽而鄰接的一對摩擦部，及對應上述溝槽設置，厚度比上述摩擦部薄的薄壁部，上述摩擦結構體分別以兩處支撐於上述基板，上述摩擦結構體的各支撐點是分別位於上述一對摩擦部，平面顯示中，上述背板的輪廓是與固定在該背板的上述摩擦結構體的輪廓重疊，上述摩擦部的寬方向相關的上述薄壁部的長度為一定，且與上述摩擦部的最大寬度相同，設上述薄壁部的長度為D，上述一對摩擦部的支撐點間距離為L時，L/D為1.1以上。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的鐵道車輛用剎車片，其中，上述薄壁部的平面形狀為矩形。
  3. 一種碟煞，其特徵為，具備： 制動盤，固定於鐵道車輛的車輪或車軸，及申請專利範圍第1項或第2項記載的煞車片，推壓於上述制動盤的滑動面。
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