JPH085400Y2 - 鉄道車両用ブレーキディスク - Google Patents
鉄道車両用ブレーキディスクInfo
- Publication number
- JPH085400Y2 JPH085400Y2 JP4672990U JP4672990U JPH085400Y2 JP H085400 Y2 JPH085400 Y2 JP H085400Y2 JP 4672990 U JP4672990 U JP 4672990U JP 4672990 U JP4672990 U JP 4672990U JP H085400 Y2 JPH085400 Y2 JP H085400Y2
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- Japan
- Prior art keywords
- wheel
- brake disc
- brake
- contact
- sliding surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、アルミ基複合材製の鉄道車両用車輪タイ
プのブレーキディスクに関する。
プのブレーキディスクに関する。
（従来の技術） 従来、鉄道車両における車輪の内外両側に円盤状のブ
レーキディスクを当接し、取付ボルトにより車輪と一体
化すると共に、各ブレーキディスクの外側面（摺動面）
にブレーキランニングを押付ける構造とした車輪タイプ
のブレーキディスクが知られている。
レーキディスクを当接し、取付ボルトにより車輪と一体
化すると共に、各ブレーキディスクの外側面（摺動面）
にブレーキランニングを押付ける構造とした車輪タイプ
のブレーキディスクが知られている。
ところで、近年鉄道車両は高速化が指向されており、
この為、車両を構成する部品の軽量化が図られている。
特にバネを経由しないで、直接レールに負荷が掛るバネ
下質量は、レールに与える振動や衝撃、更には車両性能
に大きく影響する為、軽減が求められている。
この為、車両を構成する部品の軽量化が図られている。
特にバネを経由しないで、直接レールに負荷が掛るバネ
下質量は、レールに与える振動や衝撃、更には車両性能
に大きく影響する為、軽減が求められている。
元来、鉄道車両におけるブレーキディスクは鋳鉄、鍛
鋼等の鉄系材料により製造されていたのであるが、比重
が7.9前後の鉄系材料によるブレーキディスクでは軽量
化に限界があった。
鋼等の鉄系材料により製造されていたのであるが、比重
が7.9前後の鉄系材料によるブレーキディスクでは軽量
化に限界があった。
そこで、近年では軽量材であるアルミ基複合材（アル
ミニウム金属母相にセラミック粒子等の強化粒子を分散
させた複合材を言う。比重約2.8）で製造されたブレー
キディスクが開発されるに至っている。
ミニウム金属母相にセラミック粒子等の強化粒子を分散
させた複合材を言う。比重約2.8）で製造されたブレー
キディスクが開発されるに至っている。
（考案が解決しようとする課題） 前記アルミ基複合材製のブレーキディスクを用いるこ
とにより、車両、特にバネ下質量の飛躍的な軽量化を図
ることが可能であるが、アルミ基複合材料の溶融点（66
0℃以下）が鉄系材料の溶融点（約1500℃）に比べて、
半分以下と低いため、苛酷な制動条件下では、ブレーキ
熱により、ディスク温度が上記の溶融点近くまで上昇し
てしまう問題点があった。
とにより、車両、特にバネ下質量の飛躍的な軽量化を図
ることが可能であるが、アルミ基複合材料の溶融点（66
0℃以下）が鉄系材料の溶融点（約1500℃）に比べて、
半分以下と低いため、苛酷な制動条件下では、ブレーキ
熱により、ディスク温度が上記の溶融点近くまで上昇し
てしまう問題点があった。
即ちブレーキディスクの摺動面とブレーキライニング
の摩擦によって、ブレーキ熱が発生した時、熱伝導率の
良いアルミ基複合材ディスクの場合、鉄系ディスクに比
べて簡単にディスク全体が昇温し、変形、その他の不具
合を生じ易い為である。
の摩擦によって、ブレーキ熱が発生した時、熱伝導率の
良いアルミ基複合材ディスクの場合、鉄系ディスクに比
べて簡単にディスク全体が昇温し、変形、その他の不具
合を生じ易い為である。
前記の如くの現象は、通常の車両運転速度（230Km/
h）の条件下では、ディスクの温度がアルミ基複合材料
の溶融点近くまで至ることはなく、あまり問題とならな
いが、車両運転速度を高速（350Km/h前後）とした場合
や、高速で抑速ブレーキを頻繁に使用した場合等、苛酷
な制動条件下では、発生するブレーキ熱量が多大とな
り、ディスク温度が上昇しすぎる為、溶融点直下の軟化
状態に達して、変形、傷、亀裂等の著しい損傷を生じた
り、極端な場合、摺動面が溶融してしまうということも
あった。尚、前記において抑速ブレーキとは、長い下り
坂を降りる場合に、速度を抑制する目的で掛けるブレー
キのことであり、この場合の高速とは100〜160Km/h程度
の速度である。
h）の条件下では、ディスクの温度がアルミ基複合材料
の溶融点近くまで至ることはなく、あまり問題とならな
いが、車両運転速度を高速（350Km/h前後）とした場合
や、高速で抑速ブレーキを頻繁に使用した場合等、苛酷
な制動条件下では、発生するブレーキ熱量が多大とな
り、ディスク温度が上昇しすぎる為、溶融点直下の軟化
状態に達して、変形、傷、亀裂等の著しい損傷を生じた
り、極端な場合、摺動面が溶融してしまうということも
あった。尚、前記において抑速ブレーキとは、長い下り
坂を降りる場合に、速度を抑制する目的で掛けるブレー
キのことであり、この場合の高速とは100〜160Km/h程度
の速度である。
この考案は以上のような問題点を解決するべくなされ
たもので、高速運転を可能とする鉄道車両用のブレーキ
ディスクを提供することを目的としている。
たもので、高速運転を可能とする鉄道車両用のブレーキ
ディスクを提供することを目的としている。
（課題を解決する為の手段） この考案の鉄道車両用ブレーキディスクはブレーキラ
イニングとの摩擦によって発生したブレーキ熱を車輪側
に逃がすことにより、ブレーキディスク自体の温度上昇
を抑えようとしたものである。
イニングとの摩擦によって発生したブレーキ熱を車輪側
に逃がすことにより、ブレーキディスク自体の温度上昇
を抑えようとしたものである。
即ちこの考案は、アルミ基複合材製の鉄道車両用車輪
タイプのブレーキディスクにおいて、該ブレーキディス
クの摺動面の軸方向の反対側の面である反摺動面の面積
の40〜90％を車輪の側面に当接できる形状に形成したこ
とを特徴とする鉄道車両用ブレーキディスクである。
タイプのブレーキディスクにおいて、該ブレーキディス
クの摺動面の軸方向の反対側の面である反摺動面の面積
の40〜90％を車輪の側面に当接できる形状に形成したこ
とを特徴とする鉄道車両用ブレーキディスクである。
前記反摺動面の全面積に対して40〜90％の面積を車輪
側面に当接させることで、前記目的を達成するものであ
る。前記において車輪の側面に当接する面積が40％未満
では、前記目的を達成することが期待できない為であ
り、90％を越えると車輪およびブレーキディスク夫々の
加工精度の関係で、ブレーキディスクを車輪と平行にセ
ットできないことおよび鉄製車輪よりアルミ基複合材製
のブレーキディスクの熱膨脹係数が大きい為、高温時の
ブレーキディスクの膨脹量が車輪の膨脹量に比べて大き
くなり、凹凸等の異常変形によりブレーキライニングと
均一な接触が難しくなる等の不具合が生じるおそれがあ
る為である。
側面に当接させることで、前記目的を達成するものであ
る。前記において車輪の側面に当接する面積が40％未満
では、前記目的を達成することが期待できない為であ
り、90％を越えると車輪およびブレーキディスク夫々の
加工精度の関係で、ブレーキディスクを車輪と平行にセ
ットできないことおよび鉄製車輪よりアルミ基複合材製
のブレーキディスクの熱膨脹係数が大きい為、高温時の
ブレーキディスクの膨脹量が車輪の膨脹量に比べて大き
くなり、凹凸等の異常変形によりブレーキライニングと
均一な接触が難しくなる等の不具合が生じるおそれがあ
る為である。
ブレーキディスクの内径は車輪のボス部に嵌装可能の
径としたものであるが、前記ボス部の外径より0.5〜15
％大きくするのが望ましく、更には内径内に切込みが無
く、又、内径が真円形状であることが望ましい。
径としたものであるが、前記ボス部の外径より0.5〜15
％大きくするのが望ましく、更には内径内に切込みが無
く、又、内径が真円形状であることが望ましい。
前記ブレーキディスクの内径は基本的には小さい程、
車輪との当接面積を大きくする為に望ましいのである
が、ボス部の外径に対して0.5％未満まで大きくした場
合には、高温時のブレーキディスクの膨脹量が車輪の膨
脹量より大きい為に、膨脹による応力がブレーキディス
クと車輪とを一体化したボルトの締結力を越え、ボルト
の変形、ブレーキディスクの変形等を生じる不具合があ
る為である。また、一方15％を越えて大きくした場合に
は、ブレーキディスクと車輪との当接面積が少くなり、
ブレーキディスクと車輪間の熱流束量が低下する為であ
る。
車輪との当接面積を大きくする為に望ましいのである
が、ボス部の外径に対して0.5％未満まで大きくした場
合には、高温時のブレーキディスクの膨脹量が車輪の膨
脹量より大きい為に、膨脹による応力がブレーキディス
クと車輪とを一体化したボルトの締結力を越え、ボルト
の変形、ブレーキディスクの変形等を生じる不具合があ
る為である。また、一方15％を越えて大きくした場合に
は、ブレーキディスクと車輪との当接面積が少くなり、
ブレーキディスクと車輪間の熱流束量が低下する為であ
る。
（作用） この考案の鉄道車両用ブレーキディスクによれば、ブ
レーキディスクの温度が上昇した時のブレーキディスク
から車輪への熱流束量を大きくすることができると共
に、ブレーキディスクと車輪との熱膨脹量の為に起因す
る不具合を皆無にすることができる。
レーキディスクの温度が上昇した時のブレーキディスク
から車輪への熱流束量を大きくすることができると共
に、ブレーキディスクと車輪との熱膨脹量の為に起因す
る不具合を皆無にすることができる。
アルミ基複合材製のブレーキディスクの場合、車輪と
の間の熱流束量を大きく設計することは、ブレーキディ
スクの熱伝導率が鉄系材料に比べて良好な分だけ、短時
間に車輪へ熱が逃げ易くなり、その結果、ブレーキディ
スクの最高温度をより低くすることが可能となる。
の間の熱流束量を大きく設計することは、ブレーキディ
スクの熱伝導率が鉄系材料に比べて良好な分だけ、短時
間に車輪へ熱が逃げ易くなり、その結果、ブレーキディ
スクの最高温度をより低くすることが可能となる。
（実施例） 以下この考案の実施例を図面を参照して説明する。
図において１がアルミ基複合材料を用いて、鍛造によ
り（鋳造でも良い）製造したブレーキディスクであり、
車輪２（鉄製）のボス３（外径2g）へ嵌装してボルト４
およびナット５を介して一体化可能とするべく、外径2
a、内径2fとした円環状とし、複数のボルト孔６、６を
内縁部に形成して構成してある。
り（鋳造でも良い）製造したブレーキディスクであり、
車輪２（鉄製）のボス３（外径2g）へ嵌装してボルト４
およびナット５を介して一体化可能とするべく、外径2
a、内径2fとした円環状とし、複数のボルト孔６、６を
内縁部に形成して構成してある。
車輪２と平行関係にある側面は夫々平坦な面としてあ
り、外側面はブレーキライニング（図示していない）の
摺動面７となる一方、内側面は車輪２と当接する接触面
8a、8bとなるものであり、接触面8a、8b間には、車輪２
の段部９と対応する段部10が形成されて、ブレーキディ
スク１および車輪２の加工精度によるセットガタを吸収
する領域11としてある。
り、外側面はブレーキライニング（図示していない）の
摺動面７となる一方、内側面は車輪２と当接する接触面
8a、8bとなるものであり、接触面8a、8b間には、車輪２
の段部９と対応する段部10が形成されて、ブレーキディ
スク１および車輪２の加工精度によるセットガタを吸収
する領域11としてある。
第１図において、摺動面７の軸方向の反対側の面であ
る反摺動面の面積は（a2-f2）πで求め、この反摺動面
に対して、車輪２の側面と当接する面積は、（b2-c2）
πと（d2-e2）πの和で求め、当接する面積の割合を計
算したものである。前記当接面の割合は、ブレーキディ
スク１の外縁部12を鎖線で示したように、車輪２のＲ部
13に沿う形状とし、又、ブレーキディスク１の内縁部14
を同様に車輪２のＲ部15に沿う形状とし、前記反摺動面
における車輪２と当接する面積との割合を可及的に大き
くすることがブレーキディスク１より車輪２への熱流束
量を大きくする点で望ましいのは言うまでもないが、ブ
レーキディスク１と車輪２の材質が異なることから、熱
膨脹量の差を考慮しなければならない。又、ブレーキデ
ィスク１の内径2fについても、ボス部３の外径2gに近接
し、かつ内径内に切込みを形成しないことによって車輪
２と当接する面の割合を増大するのが望ましいが、前記
と同様、熱膨脹量の差を考慮する必要がある。
る反摺動面の面積は（a2-f2）πで求め、この反摺動面
に対して、車輪２の側面と当接する面積は、（b2-c2）
πと（d2-e2）πの和で求め、当接する面積の割合を計
算したものである。前記当接面の割合は、ブレーキディ
スク１の外縁部12を鎖線で示したように、車輪２のＲ部
13に沿う形状とし、又、ブレーキディスク１の内縁部14
を同様に車輪２のＲ部15に沿う形状とし、前記反摺動面
における車輪２と当接する面積との割合を可及的に大き
くすることがブレーキディスク１より車輪２への熱流束
量を大きくする点で望ましいのは言うまでもないが、ブ
レーキディスク１と車輪２の材質が異なることから、熱
膨脹量の差を考慮しなければならない。又、ブレーキデ
ィスク１の内径2fについても、ボス部３の外径2gに近接
し、かつ内径内に切込みを形成しないことによって車輪
２と当接する面の割合を増大するのが望ましいが、前記
と同様、熱膨脹量の差を考慮する必要がある。
実施例のブレーキディスク１は、外径2aを710mmと
し、摺動面７の部分の厚さを49.5mmとしたものについ
て、車輪２と当接する面積の割合およびボス部３の外径
2gに対する内径2fの大きさを種々変化させたもの（実施
例１〜４、比較的１〜４）を準備して負荷テストを行っ
た。
し、摺動面７の部分の厚さを49.5mmとしたものについ
て、車輪２と当接する面積の割合およびボス部３の外径
2gに対する内径2fの大きさを種々変化させたもの（実施
例１〜４、比較的１〜４）を準備して負荷テストを行っ
た。
負荷テストの結果を次表に示した。
負荷テストは速度350Km/hからの制動を500回繰返す試
験で行なった。ブレーキライニングは車輪２の両側に設
置され、夫々が一方のブレーキディスクに当接するもの
で、各ブレーキライニングの材質は銅系焼結パッド、当
接面積は9508mm2、押し付け圧力は1420kgfとした。慣性
モーメント、車輪重量等の他の条件は現行の東海道新幹
線の車輪条件と同一とした。制動時間は85秒であった。
験で行なった。ブレーキライニングは車輪２の両側に設
置され、夫々が一方のブレーキディスクに当接するもの
で、各ブレーキライニングの材質は銅系焼結パッド、当
接面積は9508mm2、押し付け圧力は1420kgfとした。慣性
モーメント、車輪重量等の他の条件は現行の東海道新幹
線の車輪条件と同一とした。制動時間は85秒であった。
負荷テストの結果から、反摺動面の40〜90％を車輪２
に当接させた場合に、ブレーキディスク１から車輪２へ
の熱流束量を十分に確保し、制動時に温度上昇するブレ
ーキディスク１の最高温度を低く抑え、かつ摩耗量も少
くできるので、実際の使用に耐え得ることを確認した。
に当接させた場合に、ブレーキディスク１から車輪２へ
の熱流束量を十分に確保し、制動時に温度上昇するブレ
ーキディスク１の最高温度を低く抑え、かつ摩耗量も少
くできるので、実際の使用に耐え得ることを確認した。
又、ブレーキディスクの内径を車輪ボス部の外径より
0.5〜15％大きくすることで異常変形を回避できること
を確認した。
0.5〜15％大きくすることで異常変形を回避できること
を確認した。
（考案の効果） 以上説明したように、この考案によれば、ブレーキデ
ィスクより車輪への熱流束量を十分確保したので、鉄道
車両の高速運転における苛酷な制動条件に耐えるブレー
キディスクを提供できる効果がある。
ィスクより車輪への熱流束量を十分確保したので、鉄道
車両の高速運転における苛酷な制動条件に耐えるブレー
キディスクを提供できる効果がある。
第１図はこの考案の実施例を車輪に取付けた状態の一部
拡大断面図、第２図は同じく実施例の一部断面側面図、
第３図は同じく実施例の一部正面図である。 １……ブレーキディスク、２……車輪 ３……ボス部、６……ボルト孔 ７……摺動面、8a、8b……接触面
拡大断面図、第２図は同じく実施例の一部断面側面図、
第３図は同じく実施例の一部正面図である。 １……ブレーキディスク、２……車輪 ３……ボス部、６……ボルト孔 ７……摺動面、8a、8b……接触面
Claims (2)
- 【請求項１】アルミ基複合材製の鉄道車両用車輪タイプ
のブレーキディスクにおいて、該ブレーキディスクの摺
動面の軸方向の反対側の面である反摺動面の面積の40〜
90％を車輪の側面に当接できる形成に形状したことを特
徴とする鉄道車両用ブレーキディスク。 - 【請求項２】ブレーキディスクの内径を、車輪ボス部の
外径より0.5〜15％大きくした請求項１記載の鉄道車両
用ブレーキディスク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4672990U JPH085400Y2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 鉄道車両用ブレーキディスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4672990U JPH085400Y2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 鉄道車両用ブレーキディスク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH045534U JPH045534U (ja) | 1992-01-20 |
| JPH085400Y2 true JPH085400Y2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=31562059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4672990U Expired - Lifetime JPH085400Y2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 鉄道車両用ブレーキディスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085400Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3485817B2 (ja) * | 1998-12-10 | 2004-01-13 | 株式会社栗本鐵工所 | 鉄道車両用ブレーキディスク |
| JP4600306B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2010-12-15 | 住友金属工業株式会社 | 鉄道車両用ブレーキディスク |
-
1990
- 1990-05-01 JP JP4672990U patent/JPH085400Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH045534U (ja) | 1992-01-20 |
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