特許 7373910 ブレーキディスク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-26

(45)【発行日】2023-11-06

(54)【発明の名称】ブレーキディスク

(51)【国際特許分類】

   F16D 65/12 20060101AFI20231027BHJP

   B61H 5/00 20060101ALI20231027BHJP

【ＦＩ】

F16D65/12 U

B61H5/00

F16D65/12 P

F16D65/12 B

F16D65/12 R

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019063070

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020159543

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中野 勝啓

(72)【発明者】

【氏名】谷田 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】原田 尚紀

【審査官】久慈 純平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０７１１６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０９９０７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２０５４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ４９／００ ー ７１／０４

Ｂ６１Ｈ １／００ ー １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面側を摺動面とするドーナツ形円板状の板部と、
上記板部の裏面に互いに間隔を空けて放射状に延びるように突設され、長手方向中間に設けたボルト挿通孔に締結用ボルトを挿通して車輪に締結される複数のボルト締結用フィン部と、
上記板部の裏面に突設され、上記ボルト締結用フィン部を、隣り合う上記ボルト締結用フィン部とスリットなく連続して上記車輪の円板部に接するように接続する、円周方向に延びるリブ部とを備え、
上記リブ部は、該リブ部の径方向に見た幅方向中心が、上記ボルト挿通孔の中心から半径方向外側に１１ｍｍ以上２１ｍｍ未満の範囲に配置されるように形成されている
ことを特徴とするブレーキディスク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両などの車両に用いるブレーキディスクに関し、特に、制動中の摩擦熱によって、ブレーキディスクに生じる応力を低減する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両、自動車などの制動に用いられるディスクブレーキは、車軸や車輪とともに回転するブレーキディスクにブレーキパッドを押し付けて制動力を発生させ、これにより車軸又は車輪の回転を制動して車両の速度を制御することが知られている。

【0003】

新幹線などの高速鉄道車両は、高速化が推進されて時速３００ｋｍを超える速度での運転が行われている。

【0004】

特許文献１のブレーキディスクは、制動中の摩擦熱によって発生する反りなどの変形を低減する目的で、被締結部材（車輪など）に設けた凸部と嵌合する凹部を、その締結面に有している。

【0005】

また、特許文献２のブレーキディスクでは、締結部と非締結部の合計体積の比を規定し、一部にひずみが集中するのを防いで、反りやうねりを抑制するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００１－３１１４４１号公報

【文献】特開２００５－３２１０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

このように、上記特許文献１及び２のブレーキディスクでは、発生する熱応力に対処する方法が明記されているが、応力の発生要因である熱を低減し、ブレーキディスクの熱変形を抑制するまでには到っていない。

【0008】

本発明は、上記の問題に着目し、制動時における熱分散性能を向上させ、かつ制動中の摩擦熱によるブレーキディスクに発生する応力を低減できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、この発明では、ボルト締結用フィン部間に円周方向に延びるリブ部を、リブ部の径方向に見た幅方向中心が半径方向の最適な位置にくるように設けた。

【0010】

具体的には、第１の発明では、
表面側を摺動面とするドーナツ形円板状の板部と、
上記板部の裏面に互いに間隔を空けて放射状に延びるように突設され、長手方向中間に設けたボルト挿通孔に締結用ボルトを挿通して車輪に締結される複数のボルト締結用フィン部と、
上記ボルト締結用フィン部を隣り合う上記ボルト締結用フィン部と接続する円周方向に延びるリブ部とを備え、
上記リブ部は、該リブ部の径方向に見た幅方向中心が、上記ボルト挿通孔の中心から半径方向内側に１９ｍｍ以内かつ上記ボルト挿通孔の中心から半径方向外側に２１ｍｍ以内の範囲に配置されるように形成されている。

【0011】

上記の構成によると、ボルト締結用フィン部間を円周方向に延びるリブ部を最適な範囲内に配置することで、ブレーキ時に発生する摩擦熱を分散させ、熱変形が抑制される。

【0012】

第２の発明では、第１の発明において、
上記板部の裏面に上記複数のボルト締結用フィン部の間に間隔を空けて放射状に延びるように突設された複数の放射状フィン部をさらに備え、
上記リブ部は、上記ボルト締結用フィン部と上記放射状フィン部と接続する円周方向に延びている。

【0013】

上記の構成によると、放熱状フィン部をさらに設けることで、放熱効果が向上し、熱変形がさらに抑制される。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、ボルト締結用フィン部間を円周方向に延びるリブ部を、ボルト挿通孔の半径方向内側及び外側の所定範囲内に形成したことにより、制動中の摩擦熱によるブレーキディスクの締結用ボルトに発生する応力を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図４のＩ部拡大正面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るブレーキディスクが締結された車輪を示す正面図である。

【図3】図２のIII－III線断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係るブレーキディスクの裏面を示す背面図である。

【図5】リブ部の位置を変化させたときの実施例１と比較例１に係るブレーキディスクの温度解析結果を示す表である。

【図6】リブ部の位置を変化させたときの実施例１と比較例１に係るブレーキディスクの応力解析結果を示す表である。

【図7】リブ部の太さを変化させたときの実施例２と比較例２に係るブレーキディスクに加わる応力の解析結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

図１～図４は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用のブレーキディスク１を示し、このブレーキディスク１は、鉄道車両の車輪２０の円板部２０ａの表裏両面に、例えば締結用ボルトとしての締結用ボルト２１と締結用ナット２２とによってそれぞれ着脱可能に取り付けられるものである。ブレーキディスク１は、例えば、鋳鋼よりなる。

【0018】

ブレーキディスク１は、表面側（外側面側）を摺動面とする、中央に円形開口が設けられたドーナツ形板状の板部１ａを備えている。この板部１ａの裏面（内側面）には、互いに間隔を空けて複数のボルト締結用フィン部２が一体に突設されている。各ボルト締結用フィン部２の長手方向中間に設けたボルト挿通孔２ａに締結用ボルト２１を挿通して締結することで、ブレーキディスク１が車輪２０に締結されるようになっている。本実施形態では、３０°ずつ間隔を空けて合計１２本のボルト締結用フィン部２が設けられている。なお、この本数は、１２本に必ずしも限定されず、多くても少なくてもよい。

【0019】

本実施形態では、一対のボルト締結用フィン部２の間に例えば１本ずつ、合計１２本の放射状フィン部３が放射状に延びるように円板部２０ａに一体に突設されている。放射状フィン部３の太さは、ボルト締結用フィン部２の太さと同等としているが、ボルト締結用フィン部よりも細くても太くてもよい。また、その本数は本実施形態に必ずしも限定されず、多くても少なくてもよく、場合によっては放射状フィン部３はなくてもよい。

【0020】

さらに、板部１ａの裏面には、ボルト締結用フィン部２と放射状フィン部３と接続する円周方向に延びるリブ部４がそれぞれ突設されている。

【0021】

そして、一対のブレーキディスク１は、図３に示すように、車輪２０の円板部２０ａを、その厚さ方向両側から挟み込んだ状態で、ボルト挿通孔２ａに挿通した締結用ボルト２１に締結用ナット２２を締結することで、車輪２０に脱着可能に固定されるようになっている。

【0022】

本実施形態では、図１にも拡大して示すように、リブ部４は、リブ部４の径方向に見た幅方向中心が、ボルト挿通孔２ａの中心から半径方向内側に１９ｍｍ以内かつボルト挿通孔２ａの中心から半径方向外側に２１ｍｍ以内の範囲に配置されるように形成されている。

【0023】

－実施例１－
上記実施形態のブレーキディスク１で、車輪径８６０ｍｍ、ブレーキディスク１の外径７２０ｍｍを実施例１として想定する。実施例１では、図１に示すように、リブ部４の径方向に見た幅方向中心位置とボルト挿通孔２ａの中心との間の距離ｒを変化させた場合について解析した。

【0024】

比較例１として、実施例１と同サイズであるが、リブ部４を有さないブレーキディスクを想定する。

【0025】

これらの実施例１及び比較例１を有する車両が速度３００ｋｍ／ｈから非常ブレーキを１回制動させたときにブレーキディスク１の温度及びブレーキディスク１に発生する応力を有限要素法で解析した結果を図５及び図６に示す。距離ｒを、ボルト挿通孔２ａの中心から半径方向内側へ２９ｍｍの位置から半径方向外側４１ｍｍの位置まで変化させた場合について解析した。

【0026】

図５及び図６における「表面」とは、摺動面のことを指し、「裏面」とは、摺動面と反対側でボルト締結用フィン部２と放射状フィン部３が存在する面を示す。表中の（）で示す値は、比較例１に対する実施例１の低下率（％）を示す。ｒの値は、半径方向外側（外周側）がプラスで、半径方向内側（内周側）がマイナスで示されている。

【0027】

図５に示す、温度解析結果によると、ｒ＝－２９ｍｍでは比較例１に対する温度の低下率平均が１％程度であり、十分な低下率が得られないことがわかった。

【0028】

一方、図６に示す応力解析結果によると、ｒ＝３１ｍｍ、４１ｍｍで比較例１に対して発生する応力の低下率が十分ではないことがわかった。

【0029】

このことから、温度及び応力のいずれも低減できるｒが半径方向内側に０以上１９ｍｍ以下で、半径方向外側に０以上２１ｍｍ以下の範囲にリブ部４を設けるのが望ましいことがわかった。

【0030】

－実施例２－
実施例２としては、上記実施例１と同じサイズのブレーキディスク１でｒ＝－９ｍｍのものを想定し、リブ部４の太さ（径方向に見た幅）を５ｍｍ，７ｍｍ，９ｍｍに変えた場合について解析した。比較例２は、比較例１と同様にリブ部４のないものを使用した。その結果を図７に示す。

【0031】

図７を見てわかるように、太さを変化させてもそれほどブレーキディスク１に発生する応力について変化はないことがわかった。

【0032】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0033】

１ ブレーキディスク
１ａ 板部
２ ボルト締結用フィン部
２ａ ボルト挿通孔
３ 放射状フィン部
４ リブ部
２０ 車輪
２０ａ 円板部
２１ 締結用ボルト
２２ 締結用ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】