本发明涉及用作铁道车辆的制动装置的盘式制动器，尤其是涉及被按压于固定到车轮或车轴的制动盘的滑动面的铁道车辆用制动衬片和具备该铁道车辆用制动衬片的铁道车辆用盘式制动器。
背景技术：
近年来，作为铁道车辆、汽车、摩托车等陆上输送车辆的制动装置，随着车辆的高速化和大型化，大多使用盘式制动器。盘式制动器是利用由制动盘与制动衬片之间的滑动带来的摩擦获得制动力的装置。
在铁道车辆用的盘式制动器的情况下，将环形圆盘状的制动盘安装固定于车轮或车轴，通过利用制动钳将制动衬片按压于该制动盘的滑动面，从而产生制动力。由此，对车轮或车轴的旋转进行制动而使运动着的车辆减速。
在盘式制动器中，在制动时制动盘振动而产生被称为“制动噪声”的噪音。认为制动噪声是由于制动单元整体产生被称为“自激振动”的不稳定的振动而产生的。这样的振动在制动时由于将制动衬片按压到制动盘时的摩擦力而产生。自激振动是如下这样的振动：来自外部的稳定的能量在系统内部改变成激振能量，对本身进行激振，从而振幅增大。为了降低制动噪声，需要抑制由于制动时的摩擦力而产生的自激振动。
在专利文献1中公开有一种盘式制动器，其构成为，借助活塞将制动块按压于制动盘。在该盘式制动器中，制动块在被按压于制动盘时的摩擦力的作用下向作为制动盘的旋转方向下游侧的退离侧(接触结束侧)移动。由此，活塞与制动块的接触面积在退离侧比作为制动盘的旋转方向上游侧的引导侧大。由此，能够抑制自激振动而抑制制动噪声。
图1是专利文献2所公开的制动衬片的俯视图。制动衬片11具备基板13和沿着制动盘的周向和半径方向分割配置的多个摩擦构件12。各摩擦构件12隔着弹性构件(未图示)安装于基板13。弹性构件的支承刚度根据基板13上的摩擦构件12的位置不同而不同。利用这样的结构，能够抑制制动噪声。
在专利文献3公开有一种制动衬片，该制动衬片具有与专利文献2所公开的构造同样的构造，相邻的两个摩擦构件由板状的构件连结起来。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-340056号公报
专利文献2：日本特开2011-214629号公报
专利文献3：日本特开2012-251597号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
不过，为了将专利文献1所公开的技术适用于现有的车辆，不仅需要更换制动衬片，甚至需要更换对其赋予按压力的制动钳，对盘式制动器整体的设计造成影响。因此，将该技术适用到现有的车辆是非常困难的。
另外，在专利文献2的制动衬片的结构中，需要根据背板上的位置变更弹性构件的支承刚度，因此，其制造管理变得烦杂。
在专利文献3的制动衬片中，两个摩擦构件由板状的构件连结的目的在于抑制各摩擦构件的旋转和各摩擦构件的摩擦系数的变动。在专利文献3中，未进行为了降低制动噪声的研究。
因此，本发明的目的在于提供一种制动衬片和具备这样的制动衬片的盘式制动器，该制动衬片是能够降低制动噪声的制动衬片，容易适用于现有的车辆，并且，制造管理容易。
用于解决问题的方案
本实施方式的制动衬片是铁道车辆用制动衬片，其是被按压于固定到铁道车辆的车轮或车轴的制动盘的滑动面的制动衬片，其具备：
多个摩擦构件，其各自的表面与制动盘的滑动面相对，该多个摩擦构件分别相互隔开间隙地排列；
背板，其固着于各摩擦构件的背面；
以及基板，其在包括各摩擦构件的中心部在内的区域中支承各摩擦构件，并且，在其与各摩擦构件的背面侧的所述背板之间夹装有弹簧构件，
以彼此相邻的两个所述摩擦构件为一组，固着于该一组摩擦构件的所述背板是一体的，
所述背板在所述一组摩擦构件中的所述摩擦构件彼此的间隙处的宽度比所述摩擦构件的宽度大。
本实施方式的盘式制动器具备：制动盘，其固定到铁道车辆的车轮或车轴；以及
上述制动衬片，其被按压于所述制动盘的滑动面。
发明的效果
本发明的制动衬片和盘式制动器能够降低制动噪声，容易适用于现有的车辆，制造管理容易。
附图说明
图1是以往的制动衬片的俯视图。
图2a是本发明的一实施方式的制动衬片的俯视图。
图2b是设置于本发明的一实施方式的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图2c是图2a的b-b剖视图。
图2d是设置于本发明的另一实施方式的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图2e是设置于本发明的又一实施方式的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图3a是设置于本发明的实施例(w/d＝1.32)的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图3b是设置于比较例(w/d＝0.40)的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图3c是设置于比较例(w/d＝0.55)的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图3d是设置于比较例(w/d＝0.67)的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图3e是设置于比较例(w/d＝1)的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。
图4a是表示w/d与噪声指标之间的关系的图。
图4b是表示弯曲刚度与噪声指标之间的关系的图。
图5a是针对本发明的实施例的制动衬片表示制动时的振幅的分布的立体图。
图5b是针对w/d＝0.55的比较例的制动衬片表示制动时的振幅的分布的立体图。
具体实施方式
以下，针对本发明的铁道车辆用制动衬片和盘式制动器，详细论述其实施方式。
图2a～图2c是表示本发明的铁道车辆用盘式制动器的一个例子的图。在图2a中示出制动衬片的俯视图，在图2b中示出一组摩擦构件的俯视图，在图2c中示出图2a的b-b剖视图。图2a和图2b分别表示从成为表面侧的制动盘侧观察制动衬片、一组摩擦构件的状态。
如图2c所示，本发明的盘式制动器具备制动盘1和制动衬片2。制动衬片2安装于未图示的制动钳。制动盘1是环形圆盘状，被螺栓等安装于未图示的车轮或车轴，并牢固地固定。制动钳在制动时工作，将制动衬片2按压于制动盘1的滑动面1a。由此，在制动盘1与制动衬片2之间产生由滑动带来的摩擦，产生制动力。这样一来，盘式制动器对车轮或车轴的旋转进行制动，对运动着的车辆进行减速。
图2a～图2c所示的制动衬片2包括多个摩擦构件3、背板4、弹簧构件5、以及保持全部这些构件的基板6。摩擦构件3各自的表面与制动盘1的滑动面1a相对，分别相互隔开间隙地排列。摩擦构件3的具体的排列和个数并没有特别限定。
摩擦构件3由铜烧结材料、树脂系材料等构成。如图2a和图2b所示，摩擦构件3的俯视形状是圆形，在其中心部形成有小孔3a。铆钉7插入该小孔3a，利用该铆钉7，摩擦构件3安装于基板6。摩擦构件3的俯视形状并不限于圆形，也可以是例如四边形、六边形等多边形。
在各摩擦构件3的背面固着有由钢等的较薄的金属板构成的背板4，以便维持其强度和刚度。以彼此相邻的两个摩擦构件3为一组，针对该一组摩擦构件3设置有1个背板4。背板4是跨该一组摩擦构件3的两者而使该两者成为一体的板。由此，一组摩擦构件3成为由背板4连结起来的状态。
在该实施方式中，背板4是椭圆形。在一组摩擦构件3的每一个中，在与两摩擦构件3的相对部相反的一侧的部分，背板4具有与摩擦构件3的曲率半径大致相同的曲率半径，摩擦构件3的缘部和背板4的缘部大致重叠。由背板4连结的一组摩擦构件3的排列方向并没有特别限定，既可以沿着制动盘1的径向排列，也可以沿着周向排列，也可以沿着除了这些之外的方向排列。
各摩擦构件3与背板4一起利用贯穿各摩擦构件3的中心部的小孔3a的铆钉7安装于基板6。即，各摩擦构件3在包括各摩擦构件3的中心部在内的区域中由铆钉7支承于基板6。在各摩擦构件3的背面侧的背板4与基板6之间夹装有弹簧构件5。由此，多个摩擦构件3成为分别被弹性地支承的状态。此外，作为弹簧构件5，在图2c中，例示了碟形弹簧，但也可以采用板簧、螺旋弹簧。
根据具备这样的结构的制动衬片2的盘式制动器，各摩擦构件3独立地可动。因此，能够使制动中的制动衬片2与制动盘1的接触面压力均匀化。
另外，通过成为一组摩擦构件3由一体的背板4连结起来的状态，与未由背板连结的情况相比，其运动被约束。因此，无论制动开始时刻的行驶速度如何，都能够使制动盘1与制动衬片2之间的摩擦系数稳定化。
而且，一组摩擦构件3由作为紧固构件的两根铆钉7紧固于基板6，因此，在制动中，在此处不会旋转，能够防止在与基板6之间的紧固部产生松弛。即使是在这些紧固部产生了松弛的情况下，只要两处紧固部不同时破损，摩擦构件3就不会立即遗失。因而，能够确保盘式制动器的充分的耐久性和可靠性。
话虽如此，各摩擦构件3以其中心部正下方的铆钉7的位置为支点被弹性支承，因此，即使在制动中与制动盘1接触并可动，也不会大幅度倾斜，其接触面在整个区域中均匀地磨损，不会产生不均匀磨损。
在这样的本发明的制动衬片2中，如图2a和图2b所示，背板4的相当于固着于该背板4的一组摩擦构件3彼此间的间隙的部分(即，摩擦构件3彼此的连结部分)4a的宽度(以下，称为“连结部宽度”。)w比摩擦构件3的宽度d大。即，1＜w/d。在该实施方式中，摩擦构件3的宽度d与摩擦构件3的直径相等。在此，“宽度”是指与一组摩擦构件3的排列方向垂直的方向的长度。
通过设为1＜w/d，背板4的弯曲刚度变高，一组摩擦构件3难以分别独立地运动。其结果，制动衬片的自激振动被抑制，制动噪声降低。为了充分地起到这样的效果，优选1.1≤w/d，更优选1.2≤w/d。另外，各摩擦构件3在包括其中心部在内的区域中被支承，从而例如与一组摩擦构件仅在其中间部借助背板支承的情况相比，制动衬片的自激振动被抑制，制动噪声降低。
在将该制动衬片的结构适用于现有的车辆的情况下，例如只要仅变更背板(背衬)就足矣，无需变更制动钳等。另外，在该制动衬片中，弹簧构件5的支承刚度无需根据基板6上的位置而变更。因而，该制动衬片2容易适用现有的车辆，并且，制造管理容易。
与摩擦构件3的宽度d相比，若背板4的连结部宽度w过大，则为了避免安装于相邻的组的各摩擦构件3的背板4的干涉，需要增大基板6。因此，优选背板4的连结部宽度w相对于摩擦构件3的宽度d之比是2以下(1＜w/d≤2)，更优选是1.5以下(1＜w/d≤1.5)。
优选背板的缘部平滑地连续。在此，“平滑地连续”是指切线方向不急剧地变化。例如，若在背板的缘部存在缺口等不平滑地连续的部分，则刚度变低，另外，应力集中于缺口等部分，因此，并不优选。背板缘部的形状也可以仅由曲线构成，也可以局部是直线状。
图2d和图2e是设置于本发明的另一实施方式和又一实施方式的制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。在图2d和图2e的实施方式中，分别设置有背板4a和背板4b而替代图2b所示的背板4。
背板4a和4b的形状大致上与图2b所示的背板4同样地是椭圆形。不过，在图2d所示的背板4a中，宽度方向的端部附近呈直线状延伸。由此，背板4a与图2b所示的背板4相比，向侧方的突出量被抑制，易于避免相邻的背板4a彼此的干涉。另外，在图2e所示的背板4b中，侧部中的长度方向中间部附近与长度方向的端部附近之间的部分呈直线状延伸。在该实施方式中，与图2b所示的背板4相比，也能利用轮廓是直线状的部分抑制突出量，易于避免相邻的背板4a彼此的干涉。
实施例
将摩擦构件的宽度d设为恒定，利用基于fem(有限元法)的分析求出使背板的连结部宽度w变化了时的制动衬片的噪声指标。“噪声指标”是指这样的值：将利用fem复特征值分析求出的阻尼(日文：ダンピング)中的负值的阻尼、即不稳定的阻尼在1/3倍频带的频率范围中进行合计，求出其绝对值，从各频带的值提取的最大的绝对值。噪声指标的值越小，意味着制动噪声的声音越小。
图3a～图3e是设置于作为分析的对象的各制动衬片的一组摩擦构件和背板的俯视图。在图3a～图3e的各图中，以细线的双向箭头表示摩擦构件的宽度d，以粗线的双向箭头表示背板的连结部宽度w。
在图3a中示出设置于作为本发明的实施例的制动衬片的一组摩擦构件和背板。在该制动衬片中，1＜w/d(w/d＝1.32)，背板在摩擦构件彼此的连结部分处向侧方突出。除了图3a所示的形状的背板以外，设置有w/d是1.1、1.2以及1.5的椭圆形的背板的制动衬片也准备为本发明的实施例。
在图3b～图3e中示出设置于作为比较例的制动衬片的一组摩擦构件和背板。在图3b～图3d的制动衬片中，w/d＜1，背板在摩擦构件彼此的连结部分处缩颈。在图3e的制动衬片中，w/d＝1，背板的缘部在摩擦构件彼此的连结部分处呈直线状。
在图4a中示出w/d与噪声指标之间的关系。在图4b中示出背板的弯曲刚度与噪声指标之间的关系。在图4a和图4b中，涂黑的圆表示本发明的实施例的数据，空心的四边形表示比较例的数据。
从图4a大致可知：w/d越大，噪声指标的值越小。w/d＝1的制动衬片(参照图3e)的噪声指标与w/d＝0.67的制动衬片(参照图3d)的噪声指标同等。为了获得更加降低后的噪声指标，需要1＜w/d(参照图3a)。换言之，与背板在一组摩擦构件中的摩擦构件彼此的间隙处缩颈的情况相比，为了降低噪声指标，仅消除背板的缩颈而使背板的侧部呈直线状是不行的，需要使背板向侧方突出。
根据图4b大致可知：弯曲刚度越大，噪声指标的值越小。弯曲刚度与噪声指标之间的关系呈现同w/d与噪声指标之间的关系同样的倾向。由此，认为若增大w/d、则噪声指标被降低的原因在于，由于增大w/d，弯曲刚度变高。
在图5a和图5b中示出制动时的制动衬片产生的振幅的分布。图5a是针对本发明的上述实施例中的w/d＝1.32的实施例的图，图5b是针对w/d＝0.55的比较例(参照图3c)的图。在图5a和图5b中均是，越接近黑的(较浓的)部分，振幅都越大。在实施例的制动衬片中，与w/d＝0.55的比较例相比，振幅较大的区域明显变少。
对于图3a～图3e的各个制动衬片，利用基于fem的分析，求出等压性能(摩擦构件相对于制动盘的抵接面内的压力的均匀性)。其结果弄清楚如下内容：等压性能几乎不因w/d的不同而变化。
产业上的可利用性
本发明的铁道车辆用制动衬片和盘式制动器能够有效地利用于所有的铁道车辆，其中，对行驶速度从低速到高速处于大范围的高速铁道车辆也是有用的。
附图标记说明
1、制动盘；1a、滑动面；2、制动衬片；3、摩擦构件；4、4a、4b、背板；4a、连结部分；5、弹簧构件；6、基板；7、铆钉。