(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子の振動を低減する制輪子の振動低減構造であって、
前記制輪子の背面と複数箇所で接触する接触部と、
前記制輪子を保持する制輪子頭の質量を増加させる重り部とを備え、
前記制輪子は、鉄道車両の車輪の踏面に押し付けられる踏面ブレーキ装置の制輪子であり、
前記重り部は、前記制輪子が首振り運動して振動するときの回転中心よりも下側に配置されており、前記制輪子頭の側面に固定されていること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項２】
請求項１に記載の制輪子の振動低減構造において、
前記重り部は、前記制輪子頭の側面に装着又は側面に一体形成されていること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制輪子の振動低減構造において、
前記接触部は、前記制輪子の背面上端及び背面下端とそれぞれ接触すること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項４】
請求項３に記載の制輪子の振動低減構造において、
前記接触部は、前記制輪子の背面中央から前記背面上端寄りに離間した箇所、及び背面中央から前記背面下端寄りに離間した箇所とそれぞれ接触すること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項５】
制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子の振動を低減する制輪子の振動低減構造であって、
前記制輪子を保持する制輪子頭の質量を増加させる重り部を備え、
前記制輪子は、鉄道車両の車輪の踏面に押し付けられる踏面ブレーキ装置の制輪子であり、
前記重り部は、前記制輪子が首振り運動して振動するときの回転中心よりも下側に配置されており、前記制輪子頭の側面に固定されていること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項６】
請求項５に記載の制輪子の振動低減構造において、
前記重り部は、前記制輪子頭の側面に装着又は側面に一体形成されていること、
を特徴とする制輪子の振動低減構造。
【請求項７】
走行する車両を制動させるブレーキ装置であって、
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の制輪子の振動低減構造と、
前記制輪子頭を駆動する駆動力を発生する駆動力発生部と、
前記制輪子頭に前記駆動力を伝達する駆動力伝達機構部と、
を備えるブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子の振動を低減する制輪子の振動低減構造、及び走行する車両を制動させるブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両のブレーキ装置では、ブレーキ時に車輪の踏面に押し付けられる制輪子付近から耳障りな大きなブレーキ鳴き音（ブレーキノイズ）が発生することがある。特に、地下ホームなどの地下区間では、騒音が閉空間で発生するため騒音が大きく反響し拡散され難い。従来の制輪子の振動低減構造（従来技術１）は、マグネタイトを主成分とするフェライト粉末を樹脂中に混入して固形化したフェライト複合材層によって、制輪子を保持する制輪子頭の一部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、適度の剛性と振動減衰特性を有しブレーキ時に発生する振動音の伝播を有効に阻止している。また、従来の制輪子の振動低減構造（従来技術２）は、制輪子と制輪子頭との間に制振材を備えている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、ブレーキ時に発生する制輪子の振動を制振材が減衰させている。さらに、従来の制輪子の振動低減構造（従来技術３）は、自動車のドラムブレーキ装置のブレーキライニングを保持する押圧材に重りが装着されている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、ブレーキ時に発生する振動を重りによって抑えている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭61-027321号公報
【０００４】
【特許文献２】特開昭53-035872号公報
【０００５】
【特許文献３】特開2000-088016号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術１では、制輪子頭の一部をフェライト複合材層によって形成する必要があるため、制輪子頭の製造工程が複雑になって製造に手間がかかり制輪子頭の製造コストが高くなってしまう問題がある。また、従来技術２では、制輪子と保持部との間に制振材を配置する必要があるため、ブレーキ装置の構造が複雑になり整備や点検が困難になるとともに、部品点数が増加するためコストが高くなってしまう問題がある。さらに、従来技術３では、トラックなどの自動車のドラムブレーキ装置に発生するブレーキ鳴きを重りによって抑えることができるが、鉄道車両の運動エネルギは他の陸上交通機関に比べて非常に大きいため停止時の騒音も非常に大きくなる。このため、従来技術３では、鉄道車両のブレーキ時に発生する騒音を十分に低減することができない可能性がある。
【０００７】
この発明の課題は、既存の装置の構造を大規模に変更することなく簡単な構造によってブレーキ時の騒音を低減することができる制輪子の振動低減構造及びブレーキ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子（１３）の振動を低減する制輪子の振動低減構造であって、前記制輪子の背面（１３ｂ）と複数箇所で接触する接触部（１６）と、前記制輪子を保持する制輪子頭（１４）の質量を増加させる重り部（１７）とを備え、前記制輪子は、鉄道車両（２）の車輪（４ａ）の踏面（４ｃ）に押し付けられる踏面ブレーキ装置（５）の制輪子であり、前記重り部は、前記制輪子が首振り運動して振動するときの回転中心（１１）よりも下側に配置されており、前記制輪子頭の側面に固定されていることを特徴とする制輪子の振動低減構造（１５）である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の制輪子の振動低減構造において、前記重り部は、前記制輪子頭の側面に装着又は側面に一体形成されていることを特徴とする制輪子の振動低減構造である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の制輪子の振動低減構造において、前記接触部は、前記制輪子の背面上端及び背面下端とそれぞれ接触することを特徴とする制輪子の振動低減構造である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載の制輪子の振動低減構造において、前記接触部は、前記制輪子の背面中央から前記背面上端寄りに離間した箇所、及び背面中央から前記背面下端寄りに離間した箇所とそれぞれ接触することを特徴とする制輪子の振動低減構造である。
【００１２】
請求項５の発明は、制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子（１３）の振動を低減する制輪子の振動低減構造であって、前記制輪子を保持する制輪子頭（１４）の質量を増加させる重り部（１７）を備え、前記制輪子は、鉄道車両（２）の車輪（４ａ）の踏面（４ｃ）に押し付けられる踏面ブレーキ装置（５）の制輪子であり、前記重り部は、前記制輪子が首振り運動して振動するときの回転中心（１１）よりも下側に配置されており、前記制輪子頭の側面に固定されていることを特徴とする制輪子の振動低減構造(１５)である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５に記載の制輪子の振動低減構造において、前記重り部は、前記制輪子頭の側面に装着又は側面に一体形成されていることを特徴とする制輪子の振動低減構造である。
【００１４】
請求項７の発明は、走行する車両（２）を制動させるブレーキ装置であって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の制輪子の振動低減構造（１５）と、前記制輪子頭を駆動する駆動力を発生する駆動力発生部（６）と、前記制輪子頭に前記駆動力を伝達する駆動力伝達機構部（７）とを備えるブレーキ装置（５）である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によると、既存の装置の構造を大規模に変更することなく簡単な構造によってブレーキ時の騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置を台車に装着した状態を示す側面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置の側面図である。
図１に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）であり、車両２を支持し案内するレール１ａなどから構成されている。レール１ａは、図２に示すように、車輪４ａを直接支持する頭頂面（頭部上面）１ｂを備えている。車両２は、電車や気動車などの鉄道車両であり、車体３と、台車４と、ブレーキ装置５などを備えている。車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物であり、台車４は車体３を支持して走行する装置である。台車４は、レール１ａと転がり接触する車輪４ａと、この車輪４ａを支持する台車枠４ｂなどから構成されている。車輪４ａは、図２に示すように、レール１ａの頭頂面１ｂと接触して摩擦抵抗を受ける踏面４ｃと、この踏面４ｃの外側に連続して形成されたフランジ４ｄとを備えている。
【００１７】
図２及び図３に示すブレーキ装置５は、走行する車両２を制動させる基礎ブレーキ装置（踏面ブレーキ装置）である。ブレーキ装置５は、図３に示すように、駆動力発生部６と、駆動力伝達機構部７と、制輪子吊り８と、収容部９と、ピン１０，１１と、傾き止め部１２と、制輪子１３と、制輪子頭１４と、振動低減構造１５などを備えている。ブレーキ装置５は、駆動力発生部６が発生する駆動力をてこの原理によって制輪子１３に伝達して踏面４ｃに制輪子１３を押し付け、踏面４ｃと制輪子１３との間に発生する摩擦力によって車輪４ａの回転を抑える。ブレーキ装置５は、図３に示すように、各構成要素がユニット化されたユニットブレーキであり、図１に示すように車輪４ａ毎（１台車当たり合計４個で１両当たり合計８個）に設置されており、図示しないボルトなどの固定部材によって台車枠４ｂに固定されている。図１及び図２に示すブレーキ装置５は、踏面４ｃに対して片側から押し付ける踏面片押式のユニットブレーキ装置であり、保守性の向上と小型軽量化が図られている。
【００１８】
駆動力発生部６は、制輪子頭１４を駆動する駆動力を発生するブレーキシリンダ装置である。駆動力発生部６は、図３に示すように、圧縮空気が供給されるシリンダ６ａと、圧縮空気の空気圧に応じてシリンダ６ａ内を前進するピストン６ｂと、ピストン６ｂを後退する方向に付勢するばね６ｃなどを備えている。
【００１９】
駆動力伝達機構部７は、制輪子頭１４に駆動力を伝達する梃子装置などである。駆動力伝達機構部７は、梃子レバー７ａと、連結ピン７ｂと、支点７ｃと、連結ピン７ｄと、押棒７ｅと、隙間調整部７ｆなどを備えている。梃子レバー７ａは、ピストン６ｂの直線運動を回転運動に変換するリンク部材であり、梃子レバー７ａには支点７ｃに近い側に凹状の球面貫通孔７ｇが形成されている。連結ピン７ｂは、ピストン６ｂの先端部と梃子レバー７ａの一端部とを回転自在に連結する軸部材であり、支点７ｃは梃子レバー７ａを支持する部分であり、連結ピン７ｄは梃子レバー７ａの他端部と支点７ｃとを回転自在に連結する軸部材である。押棒７ｅは、梃子レバー７ａの回転運動を直線運動に変換する軸部材であり、ピストン６ｂが前進すると制輪子１３を踏面４ｃに押し付け、ピストン６ｂが後退すると制輪子１３を踏面４ｃから離間させる。押棒７ｅの先端部は、略Ｌ字状に屈曲して形成されており、押棒７ｅの他端部には雄ねじ部７ｈが形成されている。隙間調整部７ｆは、制輪子１３と踏面４ｃとの間の間隔を調整する筒状部材であり、隙間調整部７ｆの内周部には、押棒７ｅの雄ねじ部７ｈと噛み合う雌ねじ部７ｉが形成されており、隙間調整部７ｆの外周部には梃子レバー７ａの球面貫通孔７ｇと嵌合する凸状の球面軸受部７ｊが形成されている。隙間調整部７ｆは、雄ねじ部７ｈと雌ねじ部７ｉとのねじ込み量が調整されると、押棒７ｅに対する球面軸受部７ｊの前後方向の位置が変化するため、押棒７ｅのストロークが変化して制輪子１３と踏面４ｃとの間の間隔を可変する。
【００２０】
制輪子吊り８は、制輪子１３及び制輪子頭１４を進退自在に支持する支持部材（ハンガ）である。収容部９は、駆動力伝達機構部７を収容するケーシングであり、制輪子吊り８をＣ1，Ｃ2方向に回転自在に支持する支持部９ａを備えている。収容部９には駆動力発生部６が取り付けられている。ピン１０は、制輪子吊り８の一端部を支持部９ａに回転自在に連結する軸部材である。ピン１１は、制輪子吊り８の他端部を回転自在に連結するとともに、押棒７ｅと制輪子頭１４とが一体となって進退可能なように押棒７ｅの屈曲部を制輪子頭１４に固定する軸部材（シューヘッドピン）である。傾き止め部１２は、ブレーキ緩解時などに制輪子頭１４の傾きを防止する部分であり、押棒７ｅと制輪子頭１４とが一体となって進退可能なように押棒７ｅの先端部を制輪子頭１４に固定する連結ピン１２ａを備えている。
【００２１】
制輪子１３は、車輪４ａの踏面４ｃに押し付けられて制動力を発生するブレーキ摩擦材（シュー）である。制輪子１３は、一般鋳鉄で製造された鋳鉄制輪子、りんやマンガンなどを一定量以上含有する鋳鉄で製造された合金鋳鉄制輪子、合成樹脂を主体とする合成制輪子、金属粉末を基材にして所定の制輪子特性を有する粉末成分を添加して焼結成形した焼結合金制輪子などである。制輪子１３は、図３に示すように、外観形状が略円弧状の板状部材であり、踏面４ｃと摩擦接触する摩擦面（ライニング面）１３ａと、制輪子頭１４と接触する制輪子背面（背板）１３ｂとを備えている。制輪子１３は、図示しない制輪子キー（制輪子コッタ）によって制輪子頭１４に固定されており、ブレーキ作用時にはＡ1方向に前進して踏面４ｃに押し付けられブレーキ緩解時にはＡ2方向に後退して踏面４ｃから離間する。
【００２２】
制輪子頭１４は、制輪子１３を保持する保持部材（シューヘッド）である。制輪子頭１４は、制輪子１３と同様に外観形状が略円弧状に鋳造などによって成形された金属であり、制輪子１３を先端面に取り付け支持している。制輪子頭１４は、振動低減構造１５を備えている。
【００２３】
図４は、この発明の第１実施形態に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の外観図であり、図４（Ａ）は側面図であり、図４（Ｂ）は正面図である。
振動低減構造１５は、制動時に発生する騒音を低減するためにこの騒音の原因となる制輪子１３の振動を低減する構造である。振動低減構造１５は、図３及び図４に示すように、接触部１６と重り部１７とから構成されている。振動低減構造１５は、制輪子１３の拘束力を増加させるとともに制輪子頭１４の重量を増加させて制輪子１３の振動を抑え、ブレーキ作用時に発生する騒音を低減する。
【００２４】
接触部１６は、制輪子背面１３ｂと複数箇所で接触する部分である。接触部１６は、制輪子１３に対する制輪子頭１４の押付けバランスを安定させて制輪子１３に発生するがたつきを抑える機能を有する。接触部１６は、図３及び図４に示すように、制輪子背面１３ｂと接触する側の制輪子頭１４の表面（保持部分）を凸状に加工して形成した凸部１６ａ〜１６ｄを備えている。図３に示すように、凸部１６ａは制輪子背面１３ｂの上端と接触し、凸部１６ｂは制輪子背面１３ｂの下端と接触し、凸部１６ｃは制輪子背面１３ｂの中央から上端寄りに離間した箇所と接触し、凸部１６ｄは制輪子背面１３ｂの中央から下端寄りに離間した箇所と接触する。接触部１６は、凸部１６ａ〜１６ｄを制輪子背面１３ｂと４箇所で接触させて制輪子１３を支持する。
【００２５】
重り部１７は、制輪子頭１４の重量を増加させる部分である。重り部１７は、ブレーキ装置５が制輪子１３と共振して騒音が増幅されるのを抑えるために、制輪子頭１４の質量を増加させて振動の発生を低減する機能を有する。重り部１７は、図３及び図４に示すように、外観形状が円柱状に鋳造などによって成形された金属である。重り部１７は、図３に示す制輪子吊り８と干渉しないように制輪子頭１４の下側に配置されており、車輪４ａのフランジ４ｄとは反対側（車両２の幅方向の外側）の制輪子頭１４の側面にボルトなどの固定部材によって装着されている。
【００２６】
次に、この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置の動作を説明する。
ブレーキ作用時には、図３に示すシリンダ６ａ内に圧縮空気が供給されると、ばね６ｃの付勢力に抗してピストン６ｂがＡ1方向に前進し、支点７ｃを回転中心として梃子レバー７ａがＢ1方向に回転する。梃子レバー７ａの球面貫通孔７ｇには球面軸受部７ｊが嵌合している。このため、梃子レバー７ａがＢ1方向に回転すると、ピン１０を回転中心として制輪子吊り８がＣ1方向に回転するとともに押棒７ｅがＡ1方向に前進する。その結果、制輪子１３及び制輪子頭１４が押棒７ｅとともにＡ1方向に前進して、制輪子１３の摩擦面１３ａが踏面４ｃに押し付けられて車両２が制動される。凸部１６ａ〜１６ｄが制輪子背面１３ｂと接触しているため、制輪子１３の上部と下部の押付けバランスが安定し、制輪子１３と制輪子頭１４との間のがたつきが抑えられる。また、重り部１７が制輪子頭１４に装着されているため、制輪子頭１４の質量が増加され制輪子頭１４の振動が抑えられる。その結果、ブレーキ作用時に踏面４ｃと制輪子１３とが接触したときに発生する摩擦振動が抑えられるため、制輪子１３の振動がブレーキ装置５に伝わりブレーキ装置５が振動するのを防ぎ、ブレーキ時に発生する騒音が抑えられる。
【００２７】
ブレーキ緩解時には、図３に示すシリンダ６ａ内に圧縮空気が排出されるとばね６ｃの付勢力によってピストン６ｂがＡ2方向に後退し、支点７ｃを回転中心として梃子レバー７ａがＢ2方向に回転する。梃子レバー７ａがＢ2方向に回転すると、ピン１０を回転中心として制輪子吊り８がＣ2方向に回転するとともに押棒７ｅがＡ2方向に後退する。その結果、制輪子１３及び制輪子頭１４が押棒７ｅとともにＡ2方向に後退して、制輪子１３の摩擦面１３ａが踏面４ｃから離れて車両２の制動が解除される。
【００２８】
この発明の第１実施形態に係る制輪子の振動低減構造及びブレーキ装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、制輪子背面１３ｂと複数箇所で接触部１６が接触し、制輪子１３を保持する制輪子頭１４の質量を重り部１７が増加させる。このため、制輪子１３の押付けバランスが安定して拘束力が増し、制輪子１３と制輪子頭１４との間の接触部分のがたつきが抑えられて両者の運動が安定化する。また、振動入力に対する感度が低下するために、制輪子１３の摩擦振動によりブレーキ装置５に入力する力の伝達が低下し制輪子頭１４の振動が抑えられる。その結果、ブレーキ時に発生する騒音の発生頻度と騒音レベルとを低下させることができる。
【００２９】
(2) この第１実施形態では、制輪子頭１４の下側に重り部１７が配置されており、この重り部１７が制輪子頭１４の側面に装着されている。このため、図３に示す制輪子吊り８と重り部１７とが干渉するのを防止することができるとともに、ブレーキ装置５の構造上及び艤装上の制約を受けずに制輪子頭１４に重り部１７を簡単に取り付けることができる。また、ブレーキ装置５の構造を大幅に変更することなく、既存の制輪子頭１４に重り部１７を後から簡単に装着することができる。また、全ての車両２の制輪子頭１４に重り部１７を装着する必要がなく、騒音の発生する制輪子１３を保持する制輪子頭１４のみに重り部１７を個別に装着すれば足りるため低コストで騒音低減効果を図ることができる。
【００３０】
(3) この第１実施形態では、制輪子背面１３ｂの上端及び下端と凸部１６ａ，１６ｂがそれぞれ接触する。また、この第１実施形態では、制輪子背面１３ｂの中央から上端寄りに離間した箇所、及び制輪子背面１３ｂの中央から下端寄りに離間した箇所と凸部１６ｃ，１６ｄがそれぞれ接触する。その結果、制輪子背面１３ｂと制輪子頭１４とが面接触する場合に比べて、制輪子背面１３ｂと制輪子頭１４とが点接触するため、制輪子頭１４が制輪子１３を押し付ける押付けバランスを安定化させることができる。
【００３１】
(4) この第１実施形態では、振動低減構造１５を備える制輪子頭１４を駆動力発生部６が駆動し、制輪子頭１４にこの駆動力を駆動力伝達機構部７が伝達する。その結果、ブレーキ作用時に発生するブレーキ装置５の振動を低減して騒音の発生を抑えることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
図５は、この発明の第２実施形態に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の外観図であり、図５（Ａ）は側面図であり、図５（Ｂ）は正面図である。図５では、図３及び図４に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示す振動低減構造１５は、図３及び図４に示す制輪子背面１３ｂと全面で接触する接触部１８と、制輪子頭１４の質量を増加させる重り部１７とを備える。この第２実施形態では、図３及び図４に示す接触部１６のような凹凸の加工をする必要がないため、制輪子頭１４の構造が簡単になり制輪子頭１４の振動を低コストで抑えることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、この発明の実施例について説明する。
（騒音発生原理の検証）
ブレーキ作用時の騒音の発生原理を解明するために、現車走行試験を実施して騒音発生時のブレーキ装置及び制輪子の各部の状態及び騒音を測定した。また、ブレーキ装置の各部及び車輪を打撃することによってこれらが振動を起こしやすい周波数を測定し騒音との関連性を解明した。振動については、３方向振動加速度計（ピックアップ）を使用して制輪子の上下部、制輪子頭の下部及び制輪子吊りなどの合計５箇所を測定し、騒音については騒音計を使用してブレーキ装置の上部及び車輪上部の２箇所を測定した。
【００３４】
（騒音と振動との関係）
その結果、騒音の周波数と騒音発生時の制輪子頭付近の振動周波数とがともに1.8kHz付近で略一致しており、制輪子の振動と騒音との間に相関性があると推定された。また、騒音が発生しなかったときにはブレーキ装置の振動レベルが低く、制輪子頭付近が激しく振動したときだけ騒音が発生した。次に、ブレーキ装置を金属ハンマで加振したときの振動周波数を測定したところブレーキ装置が振動を起こしやすい周波数が約1.8kHz付近であり、騒音や制輪子の振動周波数と略一致した。その結果、制輪子の振動がブレーキ装置と共振し振動が増幅されることによって騒音が発生していると推定された。なお、車輪を加振したときの振動周波数を測定したところこの振動周波数が約1.8kHz付近ではないため、騒音と車輪との間の相関性は低いと推定された。
【００３５】
（制輪子の挙動）
振動周波数の測定結果から騒音発生時の制輪子の上部と下部の振動を比較すると、下部に比べて上部が大きく振動しており両者の振動の位相は逆向きであった。一般に、一定速度で回転している車輪の踏面に制輪子が押し付けられるとブレーキ装置にはがたつきがあるため制輪子は車輪と同じ方向に動き出す。しかし、ある点に達するとそれ以上車輪に制輪子が追従できなくなるため、踏面との間にすべりを生じながらもとの位置に制輪子が戻り、以降はこのサイクルを繰り返すことによって制輪子が振動し騒音が発生する。このため、回転中の車輪に制輪子を押し付けると、制輪子が首振り運動をともなって振動し、この振動がブレーキ装置に伝達されると考えられる。また、ブレーキ装置が振動を起こしやすい周波数が制輪子の振動と略一致するため、制輪子が振動するとブレーキ装置が共振して騒音を発生すると考えられる。
【００３６】
（制輪子の状態調査）
首振り運動の原因として、制輪子背面と制輪子頭との接触状態が不安定であるため制輪子の拘束力が不足していることが推定される。例えば、制輪子と制輪子頭との接触面の曲率が一致していない場合や制輪子背面に凹凸がある場合には、制輪子と制輪子頭とが均一に接触せずこれらの接触面が定まらずに、拘束力が不安定になる可能性がある。制輪子の拘束状態が騒音に対してどのような影響を及ぼしているかを確認するために、制輪子背面と制輪子頭との接触状態を調査し、過去に実施した営業線での騒音測定データとの相関性について検討した。先ず、制輪子背面を156エリアに区分けして、制輪子と制輪子頭との接触状態をエリア毎に接触痕などから目視で確認し接触又は非接触の２段階で評価した。制輪子のサンプル数は、騒音レベルの大小についてそれぞれ30個ずつとし、騒音レベルの大きなものと小さなものとに分けて統計し、それぞれの接触状態の分布を比較した。その結果、騒音レベルの大きな制輪子の接触部の分布について上部と下部とを比較すると、明らかに接触状態に違いがあり制輪子の拘束力が不安定になっていることが判明した。一方、騒音レベルの小さい制輪子の接触部の分布については、上部と下部とを比較すると接触状態の違いが少なく、制輪子の拘束力が安定していることが判明した。
【００３７】
（対策品の検討）
制輪子背面の接触状態から押付けバランスと騒音との間に関連性があり、走行試験の結果から制輪子の押付けバランスが悪いと制輪子にがたつきが発生し首振り運動を起こすことが判明した。このため、第１の対策として、制輪子背面と接触する制輪子頭の表面を凹状に加工して制輪子を４点で支持し、押し付けバランスを安定させることにした。また、走行試験の結果からブレーキ装置が制輪子と共振して騒音が増幅されることが判明した。このため、第２の対策として、ブレーキ装置の中で最も振動の影響を受けやすい制輪子頭の構造を変更し質量を増加させることにした。
【００３８】
（改善策の効果確認試験）
図６は、この発明の実施例に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の設置個所と従来の制輪子頭の設置箇所とを示す試験車両の外観図である。
図６に示す台車１９は、従来例、比較例及び実施例１，２の制輪子頭が試験条件毎に取り替えて装着される１位台車であり、台車２０は従来例の制輪子頭が常に装着される２位台車である。騒音測定装置２１は、台車１９側のブレーキ装置の騒音を測定する騒音計であり、騒音測定装置２２は台車２０側のブレーキ装置の騒音を測定する騒音計である。ここで、従来例は、制輪子背面と面接触する制輪子頭（現行品）である。比較例は、制輪子背面と接触する側の表面を凹状に加工して制輪子背面と点接触する制輪子頭（対策品）である。実施例１は、比較例の構造に加えて、質量を増加させるための重りを装着した制輪子頭（対策品）である。実施例２は、従来例の構造に加えて、質量を増加させるための重りを装着した制輪子頭であり、実施例２は重りの質量が3.0kgである。従来例、比較例及び実施例１，２の効果を確認するために構内走行試験を実施し、従来例、比較例及び実施例１，２の効果を比較した。なお、重りの取り付け位置については、現車でのスペース上の制約から車輪のフランジ側とは反対側の上下、上側のみ、下部のみと変化させ、重りの質量については1.5kg、3.0kg、7.0kgと変化させて試験を実施した。
【００３９】
（従来例の測定結果）
図７は、従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。図８は、従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
図７に示すブレーキノッチは、ブレーキ装置の操作量（刻み）を示し、BC圧はブレーキシリンダ内の圧力（ブレーキ装置の押付力)(kPa)であり、実線は台車１９側のブレーキ装置の騒音レベル(dB)の時間変化であり、点線は台車２０側のブレーキ装置の騒音レベル(dB)の時間変化である。図８に示す横軸は、ブレーキノッチの段数であり、縦軸は試験回数である。図７に示す台車１９，２０に従来例の制輪子頭を取り付けて、初速度40km/hでブレーキノッチを5Nに投入したまま停車まで継続させて騒音測定装置２１，２２によって騒音を測定した。その結果、図７に示すように、速度が20km/hから徐々に低下してBC圧が200kPaに上昇すると同時に騒音レベルが約110dB程度に上昇しており、台車１９，２０側のいずれのブレーキ装置からも騒音が発生し車両が停止するまで騒音が継続している。また、図８に示すように、ブレーキノッチが3N以上の場合には騒音発生率が100％であった。
【００４０】
（比較例の測定結果）
図９は、比較例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。図１０は、比較例に係る制輪子を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
図６に示す台車１９に比較例の制輪子頭を取り付け、台車２０に従来例の制輪子頭を取り付けて、初速度40km/hでブレーキノッチを5Nに投入したまま停車まで継続させて騒音測定装置２１，２２によって騒音を測定した。その結果、図９に示すように、速度が20km/hから徐々に低下してBC圧が上昇を開始した瞬間に騒音レベルが僅かに上昇し、台車１９側のブレーキ装置から騒音が発生しているがこの騒音は直ちに終息している。また、図１０に示すようにブレーキノッチが3N以上の場合には騒音の発生率が44％まで下がっている。
【００４１】
（実施例１の測定結果）
図１１は、この発明の実施例１に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。図１２は、この発明の実施例１に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
図６に示す台車１９に実施例１の制輪子頭を取り付け、台車２０に従来例の制輪子頭を取り付けて、初速度40km/hでブレーキノッチを5Nに投入したまま停車まで継続させて騒音測定装置２１，２２によって騒音を測定した。その結果、図１１に示すように、速度が20km/hから徐々に低下してBC圧が上昇を開始しても騒音レベルが下降し、台車１９側のブレーキ装置からは騒音が発生していない。また、図１２に示すように、ブレーキノッチが3N以上の場合には騒音の発生率が22％まで下がっている。この実施例１では、制輪子頭の上下及び下側に質量3.0kgの重りを取り付けた場合に最も騒音低減効果が大きかった。
【００４２】
図１３は、この発明の実施例１、比較例及び従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音のピーク値をノッチ毎に平均化したグラフである。
図１３に示す縦軸は騒音レベル(dB)であり、横軸はブレーキノッチの段数である。図１３に示すように、比較例では従来例に比べて6.6dBの騒音レベルの低減が確認され、実施例１では従来例に比べて19.6dBの騒音レベルの大幅な低減が確認され騒音の音質も変化した。
【００４３】
（実施例２の測定結果）
図１４は、この発明の実施例２及び従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音のピーク値をノッチ毎に平均化したグラフである。
図６に示す台車１９に実施例２の制輪子頭を取り付け、台車２０に従来例の制輪子頭を取り付けて、ブレーキ初速度15km/hでブレーキノッチを1N〜8Nに投入したまま停車まで継続させて騒音測定装置２１，２２によって騒音を測定した。その結果、図１４に示すように、実施例２では実施例１に比べると騒音レベルの低減効果が低いが、従来例に比べて5〜10dB程度の騒音レベルの低減が確認された。
【００４４】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1)  この実施形態では、鉄道車両のブレーキ装置５に適用する場合を例に挙げて説明したが、自動車などの他の交通輸送手段のブレーキ装置についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、踏面ブレーキ装置を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、ディスクに制輪子１３を押し付けて制動させるディスクブレーキ装置やレール１ａの頭頂面１ｂに制輪子１３を押し付けて制動させるレールブレーキ装置などについてもこの発明を適用することができる。
【００４５】
(2) この実施形態では、制輪子１３と制輪子頭１４とが別部材である場合を例に挙げて説明したが、これらが一体である頭付き制輪子についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、凸部１６ａ〜１６ｄを制輪子背面１３ｂと４点で接触させる場合を例に挙げて説明したが、凸部１６ａ，１６ｂのみを制輪子背面１３ｂと２点で接触させることもできる。
【００４６】
(3) この実施形態では、制輪子頭１４の側面に重り部１７を取り付けた場合を例に挙げて説明したが、制輪子頭１４の側面に重り部１７を鋳造などによって一体形成することもできる。また、この実施形態では、制輪子頭１４の下部に重り部１７を配置した場合を例に挙げて説明したが、制輪子頭の上部及び下部に重り部１７を配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置を備える鉄道車両の側面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置を台車に装着した状態を示す側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係るブレーキ装置の側面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の外観図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は正面図である。
【図５】この発明の第２実施形態に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の外観図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は正面図である。
【図６】この発明の実施例に係る制輪子の振動低減構造を備える制輪子頭の設置個所と従来の制輪子頭の設置箇所とを示す試験車両の外観図である。
【図７】従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。
【図８】従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
【図９】比較例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。
【図１０】比較例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施例１に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音測定結果を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施例１に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音発生頻度を示すグラフである。
【図１３】この発明の実施例１、比較例及び従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音のピーク値をノッチ毎に平均化したグラフである。
【図１４】この発明の実施例２及び従来例に係る制輪子頭を備えるブレーキ装置の騒音のピーク値をノッチ毎に平均化したグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１  軌道
２  車両
３  車体
４  台車
４ａ  車輪
４ｃ  踏面
５  ブレーキ装置
６  駆動力発生部
７  駆動力伝達機構部
１３  制輪子
１３ｂ  制輪子背面
１４  制輪子頭（保持部）
１５  振動低減構造
１６  接触部
１６ａ〜１６ｄ  凸部
１７  重り部
１８  接触部
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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