(57)【要約】  鉄道車両用のブレーキライニング（１０）は、第１および第２の摩擦部材（１１、１２）と基板（２０）とを含む。摩擦部材（１１）は、摩擦部材（１１）と基板（２０）との間にばね部材が配置されて弾性的に基板（２０）に取り付けられている。摩擦部材（１２）は基板（２０）に固定されている。摩擦部材（１１、１２）と鉄道車両の車軸中心との間の最短距離をｒ１とし、摩擦部材（１１、１２）と車軸中心との間の最長距離をｒ２とする。車軸中心からの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２（ｒ２−ｒ１）／３｝である範囲に中心が存在する摩擦部材（１１）が１つ以上ある。摩擦部材（１１）の摺動面積の合計Ｔ１と、摩擦部材（１２）の摺動面積の合計Ｔ２とが、２／２５≦Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）の関係を満たす。これにより、高速運転からの急制動時においても、ブレーキディスクと摩擦部材（１１、１２）との良好な接触が維持される。
2017110637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車輪の車軸と共に回転するブレーキディスクに前記鉄道車両の制動のために押しつけられる、鉄道車両用のブレーキライニングであって、
複数の摩擦部材と、複数のばね部材と、基板とを含み、
前記複数の摩擦部材は、少なくとも１つの第１の摩擦部材と少なくとも１つの第２の摩擦部材とを含み、
前記第１の摩擦部材は、前記第１の摩擦部材と前記基板との間に前記ばね部材が配置されて弾性的に前記基板に取り付けられており、
前記第２の摩擦部材は前記基板に固定されており、
前記複数の摩擦部材と前記車軸の中心との間の最短距離をｒ１とし、前記複数の摩擦部材と前記車軸の中心との間の最長距離をｒ２としたときに、
前記車軸の中心からの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝である範囲に中心が存在する前記第１の摩擦部材が１つ以上あり、
前記第１の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ１と、前記第２の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ２とが、２／２５≦Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）の関係を満たす、ブレーキライニング。
【請求項２】
前記範囲に中心が存在する前記摩擦部材のすべてが前記第１の摩擦部材である、請求項１に記載のブレーキライニング。
【請求項３】
前記車軸の中心からの距離がｒ１〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝である範囲に中心が存在する前記摩擦部材のすべてが前記第１の摩擦部材である、請求項１に記載のブレーキライニング。
【請求項４】
ｒ１〜｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲、｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲、および｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝〜ｒ２の範囲のそれぞれに複数の前記摩擦部材の中心が配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレーキライニング。
【請求項５】
すべての前記摩擦部材が配置されている領域の周方向の中心と前記車軸の中心とを結ぶ直線を対称軸として前記摩擦部材の配列が線対称である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキライニング。
【請求項６】
鉄道車両の車輪の車軸と共に回転するブレーキディスクと、前記鉄道車両の制動のために前記ブレーキディスクに押しつけられるブレーキライニングとを含む、鉄道車両用のディスクブレーキであって、
前記ブレーキライニングが請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキライニングである、ディスクブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用のブレーキライニング、およびそれを用いた鉄道車両用ディスクブレーキに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両の高速化に伴い、鉄道車両の制動装置にはディスクブレーキが多用されている。ディスクブレーキは、ブレーキライニングの摩擦部材とブレーキディスクとの摩擦によって制動力を得る装置である。【０００３】
ブレーキライニングについては、従来から様々な提案がなされている。たとえば、特開２０１１−２１４６２８号公報（特許文献１）および特開２０１１−２１４６２９号公報（特許文献２）は、鉄道車両用ブレーキライニングを開示している。【０００４】
従来のブレーキライニングの一例の平面図を図８Ａに示し、図８Ａの線VIIIＢ−VIIIＢにおける断面図を図８Ｂに示す。図８Ａおよび図８Ｂに示すブレーキライニング２０２は、複数枚の幅広い板状の摩擦部材２０３と、各摩擦部材２０３の裏面に固着された裏金２０４と、各摩擦部材２０３を裏面側から裏金２０４とともに保持する基板２０６とによって構成されている。各摩擦部材２０３は、裏金２０４ととともに、図示しないリベットによって基板２０６に強固に取り付けられている。ブレーキライニング２０２は、各摩擦部材２０３の表面がブレーキディスク２０１の摺動面２０１ａと対向するように配置される。【０００５】
ブレーキライニング２０２の基板２０６は、図示しないブレーキキャリパに取り付けられる。制動時において、ブレーキキャリパは、ブレーキライニング２０２をブレーキディスク２０１に押しつける。摩擦部材２０３がブレーキディスク２０１と接触することによって、車両が制動される。ブレーキキャリパからブレーキライニング２０２に与えられる押しつけ力は、両者の取付け部の構造上、ブレーキライニング２０２の全域に均等に作用するわけではなく、ある特定の部分に集中して作用する。【０００６】
繰り返し制動を行うことによって、ディスクブレーキの摩擦部材は摩耗する。制動時に摩擦部材に均一に荷重が加わらないと、摩擦部材の偏摩耗が大きくなる。摩擦部材の偏摩耗が大きくなると、ブレーキライニングの性能および寿命が低下する。そのような偏摩耗を防ぐためには、すべての摩擦部材とブレーキディスクとが均一に接触することが好ましい。また、制動時において摩擦部材とディスクブレーキとの接触面積が小さいと、制動の能力が低下したり、偏摩耗が大きくなったりする。そのため、摩擦部材とディスクブレーキとの接触面積が大きいことが求められる。【０００７】
上記従来のブレーキライニング２０２では、板状の摩擦部材２０３が基板２０６に強固に固定されている。そのため、従来のブレーキライニング２０２を用いた場合、摩擦部材の偏摩耗が大きくなりやすく、さらに、制動時において摩擦部材とディスクブレーキとの接触面積が不充分となることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２１４６２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の状況において、本発明の目的の１つは、高速運転からの急制動時においても、ブレーキディスクと摩擦部材との接触が不均一になること、および、ブレーキディスクと摩擦部材との接触面積が大きく減少すること、を抑制できるブレーキライニングを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態によるブレーキライニングは、鉄道車両の車輪の車軸と共に回転するブレーキディスクに前記鉄道車両の制動のために押しつけられる、鉄道車両用のブレーキライニングである。このブレーキライニングは、複数の摩擦部材と、複数のばね部材と、基板とを含む。前記複数の摩擦部材は、少なくとも１つの第１の摩擦部材と少なくとも１つの第２の摩擦部材とを含む。前記第１の摩擦部材は、前記第１の摩擦部材と前記基板との間に前記ばね部材が配置されて弾性的に前記基板に取り付けられている。前記第２の摩擦部材は前記基板に固定されている。前記複数の摩擦部材と前記車軸の中心との間の最短距離をｒ１とし、前記複数の摩擦部材と前記車軸の中心との間の最長距離をｒ２としたときに、前記車軸の中心からの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝である範囲に中心が存在する前記第１の摩擦部材が１つ以上ある。前記第１の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ１と、前記第２の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ２とが、２／２５≦Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）の関係を満たす。【００１１】
本発明の一実施形態によるディスクブレーキは、鉄道車両の車輪の車軸と共に回転するブレーキディスクと、前記鉄道車両の制動のために前記ブレーキディスクに押しつけられるブレーキライニングとを含む、鉄道車両用のディスクブレーキである。前記ブレーキライニングは、本発明のブレーキライニングである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速運転からの急制動時においても、ブレーキディスクと摩擦部材との接触が不均一になること、および、ブレーキディスクと摩擦部材との接触面積が大きく減少すること、を抑制できるブレーキライニングが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、急制動時におけるブレーキディスクの変位について解析した結果を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明のブレーキライニングの一例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明のブレーキライニングに用いられる第１の摩擦部材（可動摩擦部材）の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のブレーキライニングに用いられる第２の摩擦部材（固定摩擦部材）の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、摩擦部材の配置について説明するための図である。
【図６Ａ】図６Ａは、発明例１のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、発明例２のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、発明例３のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、発明例４のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、発明例５のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、発明例６のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、発明例７のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、発明例８のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、発明例９のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｊ】図６Ｊは、発明例１０のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図６Ｋ】図６Ｋは、発明例１１のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、比較例１のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、比較例２のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、比較例３のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を模式的に示す平面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、従来のブレーキライニングの一例を模式的に示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの線VIIIＢ−VIIIＢにおける断面等を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。
【００１５】
本願発明者らは、様々な条件化におけるブレーキライニングの性能について評価した。その結果、本願発明者らは、従来のブレーキライニングでは、摩擦部材とブレーキディスクとの接触が不均一となり、接触面積が大きく減少する可能性があることを見出した。発明者らは、３６０ｋｍ／ｈの走行状態から非常停止ブレーキをかけた際のブレーキディスク表面の変位について有限要素解析を行った。その結果を図１に示す。図１の横軸は、車軸の中心からの距離を表す。横軸が２３５ｍｍである位置はブレーキディスクの内周端の位置である。横軸が３６０ｍｍである位置は、ブレーキディスクの外周端の位置である。この内周端から外周端の間で摩擦部材とブレーキディスクとが接触する。図１の縦軸は、車軸の軸方向の変位を示し、変位がゼロの位置は、制動前の新品のディスク表面の位置を表す。変位がプラスであることは、ディスク表面がブレーキライニング側に移動していることを示す。
【００１６】
図１に示すように、高速運転からの急制動では、ディスクの位置によって挙動が大きく異なる結果となった。具体的には、ディスクの内周側が膨張してブレーキライニング側に近づく反面、ディスクの外周側はブレーキライニングから遠ざかる方向に変位している。この新たな知見に基づき、発明者らは、ブレーキディスクと均一に接触しやすく且つブレーキディスクとの接触面積が大きいブレーキライニングについて検討し、以下の発明に至った。
【００１７】
（ブレーキライニング）
本発明のブレーキライニングは、鉄道車両用のブレーキライニングである。このブレーキライニングは、鉄道車両の車輪の車軸と共に回転するブレーキディスクに、鉄道車両の制動のために押しつけられる。このブレーキライニングは、複数の摩擦部材と、複数の締結部材と、複数のばね部材と、基板とを含む。
【００１８】
ブレーキキャリパによって直接または間接的に基板が押されることによって、ブレーキライニングの摩擦部材がブレーキディスクに押しつけられ、車両の制動が行われる。一例では、基板が案内板に取り付けられ、その案内板がブレーキキャリパで押されることによって、摩擦部材がブレーキディスクに押しつけられる。
【００１９】
摩擦部材、締結部材、ばね部材、および基板に特に限定はなく、公知のものを用いてもよい。摩擦部材の材料の例には、銅系の焼結材や樹脂系材料が含まれる。摩擦部材の平面形状の例には、円形および多角形（四角形および六角形など）が含まれる。締結部材の例には、リベットが含まれる。ばね部材の例には、皿ばね、板ばね、およびコイルばねが含まれる。基板の例には、金属板が含まれる。
【００２０】
複数の摩擦部材は、少なくとも１つの第１の摩擦部材と少なくとも１つの第２の摩擦部材とを含む。第１の摩擦部材と第２の摩擦部材とは同じであってもよいし異なってもよい。典型的な一例では、第１の摩擦部材と第２の摩擦部材とは、同じ材料で形成され、同じ平面形状を有する。第１および第２の摩擦部材の数に限定はなく、それぞれ、１〜５０個（たとえば２〜３０個）の範囲にあってもよい。
【００２１】
第１の摩擦部材は、第１の摩擦部材と基板との間にばね部材が配置されて弾性的に基板に取り付けられている。第１の摩擦部材は、通常、裏金に固着されている。その場合、第１の摩擦部材は、裏金と基板との間にばね部材が配置されて弾性的に基板に取り付けられる。基板に第１の摩擦部材を取り付けるために、リベットなどの締結部材が用いられる。第２の摩擦部材は基板に固定されている。第１の摩擦部材とは異なり、第２の摩擦部材は、ばね部材を介さずに基板に取り付けられる。なお、第２の摩擦部材が基板に固定される形態の例には、リベットなどの締結部材を用いて第２の摩擦部材が回転可能に基板に固定される形態が含まれる。以下では、第１の摩擦部材を「可動摩擦部材」と称し、第２の摩擦部材を「固定摩擦部材」と称する場合がある。
【００２２】
各摩擦部材の摺動面積は、同じであってもよいし異なってもよい。ここで、「摺動面積」とは、摩擦部材の表面のうちブレーキディスクに対向している表面であってブレーキディスクと接触するように設計されている表面の面積をいう。一例では、すべての摩擦部材（第１および第２の摩擦部材）の１つ当たりの摺動面積は、同じである。典型的な一例では、すべての摩擦部材は同じ平面形状を有する。
【００２３】
第１の摩擦部材は、弾性的に基板に取り付けられているため、ブレーキディスクの変位に追従しやすい。一方で、第１の摩擦部材は、ばね部材を介して基板に取り付けられるため、第１の摩擦部材を用いることは、製造工程の複雑化および製造コストの上昇を招く。そのため、経済性の点では、摩擦部材のすべてを第１の摩擦部材とすることは好ましくない。
【００２４】
ここで、複数の摩擦部材と車軸の中心との間の最短距離をｒ１とする。より具体的には、すべての摩擦部材の摺動面のうち車軸の中心に最も近い部分と車軸の中心との距離をｒ１とする。また、すべての摩擦部材の摺動面のうち車軸の中心から最も遠い部分と車軸の中心との距離をｒ２とする。ここで、「摩擦部材の摺動面」とは、摩擦部材の表面のうち、ディスクブレーキと接触するように設計されている面をいう。また、「ディスクブレーキの摺動面」とは、ディスクブレーキの表面のうち、摩擦部材と接触するように設計されている面をいう。また、「車軸の中心」とは、摩擦部材の摺動面を含む面上に存在する車軸の中心をいう。
【００２５】
本発明のブレーキライニングでは、車軸の中心からの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝である範囲に中心が存在する第１の摩擦部材が１つ以上ある。さらに、第１の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ１と、第２の摩擦部材の摺動面積の合計Ｔ２とが、２／２５≦Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）の関係を満たす。この構成によれば、ブレーキディスクと摩擦部材との接触が不均一になること、および、ブレーキディスクと摩擦部材との接触面積が大きく減少こと、を抑制できる。
【００２６】
この明細書では、複数の摩擦部材が配置される領域を、内周部Ｓ１、中央部Ｓ２、および外周部Ｓ３の３つの領域に分けて考える。内周部Ｓ１は、車軸の中心からの距離がｒ１〜｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲にある領域である。中央部Ｓ２は、上述したように、車軸の中心からの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲にある領域である。外周部Ｓ３は、車軸の中心からの距離が｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝〜ｒ２の範囲にある領域である。
【００２７】
なお、摩擦部材の平面形状が円形である場合には、当該円形の中心が摩擦部材の中心である。また、摩擦部材の平面形状が円形以外の形状（多角形など）である場合には、当該平面形状の重心の位置を摩擦部材の中心とする。隣接する２つの領域の境界線上に摩擦部材の中心が存在する場合には、その２つの領域のそれぞれに中心が０．５個ずつ存在するとみなす。
【００２８】
上記の中央部Ｓ２に中心が存在する第１の摩擦部材の摺動面積の合計をｔ１(S2)とし、中央部Ｓ２に中心が存在する第２の摩擦部材の摺動面積の合計をｔ２(S2)とする。本発明のブレーキライニングでは、ｔ１(S2)とｔ２(S2)とが、４／９≦ｔ１(S2)／（ｔ１(S2)＋ｔ２(S2)）≦１を満たしてもよい。たとえば、上記の範囲（中央部Ｓ２）に中心が存在する摩擦部材のすべてが第１の摩擦部材であってもよい。
【００２９】
車軸の中心からの距離がｒ１〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲（内周部Ｓ１および中央部Ｓ２）に中心が存在する第１の摩擦部材の摺動面積の合計をｔ１(S1-S2)とし、当該範囲に中心が存在する第２の摩擦部材の摺動面積の合計をｔ２(S1-S2)とする。本発明のブレーキライニングでは、ｔ１(S1-S2)とｔ２(S1-S2)とが、９／１７≦ｔ１(S1-S2)／（ｔ１(S1-S2)＋ｔ２(S1-S2)）≦１を満たしてもよい。たとえば、内周部Ｓ１および中央部Ｓ２に中心が存在する摩擦部材のすべてが第１の摩擦部材であってもよい。
【００３０】
典型的な例では、内周部Ｓ１、中央部Ｓ２および外周部Ｓ３のそれぞれに複数の摩擦部材の中心が配置される。たとえば、内周部Ｓ１に配置された複数の摩擦部材の中心は、車軸を中心とする同一円周上に配置される。同様に、中央部Ｓ２に配置された複数の摩擦部材の中心は、車軸を中心とする同一円周上に配置される。同様に、外周部Ｓ３に配置された複数の摩擦部材の中心は、車軸を中心とする同一円周上に配置される。また、すべての摩擦部材が配置されている領域の周方向の中心と車軸の中心とを結ぶ直線を対称軸として摩擦部材の配列が左右対称（線対称）である。つまり、それらの摩擦部材は、基板の周方向の中心と車軸の中心とを結ぶ線を対称軸として線対称に配置される。この場合、ブレーキライニングの組立てが容易になる。また、正回転するブレーキディスクに対する摩擦部材の接触状態と、逆回転するブレーキディスクに対する摩擦部材の接触状態とが同等になり、ブレーキライニングの性能が安定する。
【００３１】
（ディスクブレーキ）
本発明のディスクブレーキは、ブレーキディスクと、鉄道車両の制動のためにブレーキディスクに押しつけられるブレーキライニングとを含む。ブレーキライニングは、本発明のブレーキライニングである。本発明のブレーキライニングについては他の箇所で説明したため、重複する説明を省略する。
【００３２】
ブレーキライニング以外の構成（ブレーキディスク、ブレーキキャリパ等）に特に限定はなく、公知の構成を適用してもよい。ブレーキライニングはブレーキキャリパによってブレーキディスクに押しつけられ、それによって車輪が制動される。ブレーキディスクは鉄道車両の車輪の車軸の回転に伴って回転するディスクである。ブレーキディスクは通常、車輪または車軸に固定される。円板状またはリング状のブレーキディスクの回転中心は車軸の中心に一致するため、この明細書において、「車軸の中心」を「ブレーキディスクの回転中心」に置き換えることが可能である。
【００３３】
（実施形態）
この実施形態では、本発明のブレーキライニングおよびディスクブレーキの一例について説明する。この実施形態のブレーキライニング１０をブレーキディスク側から見たときの図を図２に示す。なお、参考のために図２には案内板１０１も図示している。ブレーキライニング１０は、複数の摩擦部材と基板２０とを含む。複数の摩擦部材は、少なくとも１つの可動摩擦部材（第１の摩擦部材）１１と、少なくとも１つの固定摩擦部材（第２の摩擦部材）１２とからなる。可動摩擦部材１１および固定摩擦部材１２はそれぞれ、中央に貫通孔が形成された円板状の形状を有する。可動摩擦部材１１近傍の断面図を、図３に示す。また、固定摩擦部材１２近傍の断面図を図４に示す。
【００３４】
可動摩擦部材１１の裏面は裏金１１ａに固着されている。可動摩擦部材１１および裏金１１ａの中央には、締結部材１４が通る貫通孔が形成されている。可動摩擦部材１１は、締結部材１４によって、移動可能に基板２０に取り付けられている。締結部材１４はリベットである。裏金１１ａと基板２０との間には、ばね部材１３が配置されている。そのため、可動摩擦部材１１は、弾性的に基板２０に取り付けられており、可動摩擦部材１１に加わる力に応じて変位する。
【００３５】
固定摩擦部材１２の裏面は、裏金１２ａに固着されている。裏金１１ａと裏金１２ａとは、同じであってもよいし異なってもよい。固定摩擦部材１２は、ばね部材を介さずに非弾性的に基板２０に取り付けられる。図４に示すように、固定摩擦部材１２は、締結部材１４によって基板２０に固定されてもよい。その場合、固定摩擦部材１２および裏金１２ａの中央には、締結部材１４が通る貫通孔が形成されている。固定摩擦部材１２は、ばね部材を介さずに基板２０に固定されるため、可動摩擦部材１１よりも厚くすることが可能である。
【００３６】
基板２０は、ブレーキキャリパ（図示せず）によって支持される。より具体的には、基板２０は、案内板１０１を介してブレーキキャリパに支持され、制動時にはブレーキキャリパによって荷重が加えられる。可動摩擦部材１１および固定摩擦部材１２は、ブレーキディスク１０３の摺動面１０３ａに対向するように配置される。この実施形態のディスクブレーキは、ブレーキライニング１０、案内板１０１、ブレーキキャリパ、およびブレーキディスク１０３を含む。なお、基板２０は、案内板１０１を介さずに直接ブレーキキャリパに支持されてもよい。
【００３７】
上述した内周部Ｓ１、中央部Ｓ２、および外周部Ｓ３について、図５を参照して説明する。図５には、摩擦部材の一部のみを示している。図５に示す摩擦部材は摩擦部材１１および１２のいずれかであり、図５ではそれらを区別していない。
【００３８】
図５を参照して、車軸の中心を中心Ｃとする。摩擦部材１１、１２の摺動面のうち車軸中心Ｃに最も近い部分と車軸中心Ｃとの間の距離をｒ１とする。摩擦部材１１、１２の摺動面のうち車軸中心Ｃから最も遠い部分と車軸中心Ｃとの間の距離をｒ２とする。そして、ｒ１とｒ２との間に挟まれた領域を、車軸中心Ｃからの距離に応じて３分割する。具体的には、内周部Ｓ１は、車軸中心Ｃからの距離がｒ１〜｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲にある領域である。中央部Ｓ２は、車軸中心Ｃからの距離が｛ｒ１＋（ｒ２−ｒ１）／３｝〜｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝の範囲にある領域である。外周部Ｓ３は、車軸中心Ｃからの距離が｛ｒ１＋２×（ｒ２−ｒ１）／３｝〜ｒ２の範囲にある領域である。本発明のブレーキライニングでは、摩擦部材１１および１２が上述した条件を満たすように摩擦部材１１および１２が配置される。
【実施例】
【００３９】
本発明について、実施例によってさらに詳細に説明する。以下の実施例では、有限要素解析によって、本発明および比較例のブレーキライニングについて評価した。解析では、熱変形した形状のディスクをブレーキディスクとして用いた。また、ブレーキライニングの押付荷重を７．２ｋＮとした。【００４０】
発明例１〜１１のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を図６Ａ〜図６Ｋに示す。比較例１〜３のブレーキライニングにおける摩擦部材の配置を図７Ａ〜図７Ｃに模式的に示す。これらの図において、理解を容易にするため、固定摩擦部材１２を塗りつぶした。また、符号は、図６Ａの発明例１の一部のみに付与した。【００４１】
各可動摩擦部材１１および各固定摩擦部材１２の材質および平面形状は同じとした。そのため、各摩擦部材の摺動面積は等しい。なお、この実施例の有限要素解析では、図に示したブレーキライニングを半分に分割したモデルを作成し、そのモデルを用いて解析を行った。すなわち、この実施例の摩擦部材は、対称軸を中心に左右対称（線対称）に配置されている。【００４２】
発明例および比較例のブレーキライニングについて、内周部Ｓ１、中央部Ｓ２、および外周部Ｓ３に中心が存在する摩擦部材の数を表１に示す。具体的には、各領域において、（その領域に中心が存在する可動摩擦部材１１の数）／（その領域に中心が存在する摩擦部材１１、１２の数の合計）の比を表１に示す。なお、各摩擦部材の摺動面積は等しいため、表１の数の比は摺動面積の比に等しい。【００４３】
【表１】
2017110637.tif 000003
【００４４】
発明例１〜１１のブレーキライニングは、中央部Ｓ２に中心が存在する可動摩擦部材１１が１つ以上ある。さらに、発明例１〜１１のブレーキライニングは、２／２５≦Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）の関係を満たす。一方、比較例１および２のブレーキライニングは、中央部Ｓ２に中心が存在する可動摩擦部材１１の数がゼロである。また、比較例３のブレーキライニングは、Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）＝１／２５である。【００４５】
解析の結果を表２に示す。表２の接触面積は、制動時における摩擦部材とブレーキパッドとの接触面積を表す。表２の標準偏差は、２５個の摩擦部材にかかる荷重のばらつきの大きさを表す。制動力の観点および偏摩耗を防止する観点から、接触面積が大きく標準偏差が小さいことが好ましい。【００４６】
【表２】
2017110637.tif 000004
【００４７】
表２に示すように、比較例１〜３のブレーキライニングに比べて、発明例１〜１１のブレーキライニングは標準偏差が小さかった。また、比較例１のブレーキライニングに比べて、発明例１〜１１のブレーキライニングは接触面積が大きかった。このように、発明例１〜１１のブレーキライニングは、接触面積が大きく標準偏差が小さかった。【００４８】
中央部Ｓ２に中心が存在する摩擦部材がすべて可動摩擦部材１１である発明例１〜５および８のブレーキライニングは、標準偏差が２１５Ｎ以下という良好な結果を示した。また、内周部Ｓ１および中央部Ｓ２に中心が存在する摩擦部材がすべて可動摩擦部材１１である発明例１〜４のブレーキライニングは、接触面積が１２９６ｍｍ2以上でかつ標準偏差が２１５Ｎ以下であるという特に良好な結果を示した。【００４９】
本発明のブレーキライニングによって良い結果が得られる理由は現在のところ明確ではない。しかし、図１に示したように、ブレーキディスクのうち中央部Ｓ２に対応する部分は、熱膨張による変位が大きく且つ変位による表面の傾斜が大きくなる。そのため、中央部Ｓ２に可動摩擦部材１１を配置することが重要であると考えられる。また、ブレーキディスクのうち内周部Ｓ１に対応する部分は熱膨張による変位が特に大きくなる。そのため、内周部Ｓ１および中央部Ｓ２の両方に可動摩擦部材１１を配置することによって、より良好な特性が得られる可能性があると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、鉄道車両用のブレーキライニングおよびそれを用いた鉄道車両用ディスクブレーキに利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ブレーキライニング
１１  可動摩擦部材（第１の摩擦部材）
１２  固定摩擦部材（第２の摩擦部材）
１３  ばね部材
１４  締結部材
２０  基板
１００  ディスクブレーキ
１０１  案内板
１０３  ブレーキディスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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