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，将环形圆板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阻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。利用这样的结构，能够抑制自激振动而抑制制动噪声。
在专利文献2中公开有一种具备基板和多个摩擦构件的制动衬片。各摩擦构件隔着弹性构件安装于基板。弹性构件的支承刚度根据基板上的摩擦构件的位置不同而不同。利用这样的结构，能够抑制制动噪声。
在专利文献3中公开有一种具备基板和多个摩擦构件的制动衬片。图1是表示专利文献3所公开的制动衬片的构造的俯视图。各摩擦构件3隔着弹性构件安装于基板6。相邻的两个摩擦构件3由板状的构件4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
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，甚至需要变更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，需要根据基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能够容易地降低制动噪声的制动衬片和盘式制动器。
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，其各自的表面与所述制动盘的所述滑动面相对，该多个摩擦构件分别相互隔开间隙地配置；
背板，其固着于各摩擦构件的背面；
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；以及
弹性构件，其在各摩擦构件的背面侧夹装于所述基板与所述背板之间，
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，
在任一组所述摩擦构件中，两个所述摩擦构件都沿着所述制动盘的周向排列。
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。另外，本发明的制动衬片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2是表示以往的制动衬片在制动时产生的振幅的分布的立体图。
图3a是本发明的一实施方式的制动衬片的俯视图。
图3b是图3a的b-b剖视图。
图4a是用于说明一组摩擦构件的倾斜角的俯视图。
图4b是表示制动衬片的按压压力所施加的范围的俯视图。
图4c是用于说明配置于制动衬片端部附近的一组摩擦构件的倾斜角的俯视图。
图5a是设置于本发明例的盘式制动器的制动衬片的俯视图。
图5b是设置于比较例1的盘式制动器的制动衬片的俯视图。
图5c是设置于比较例2的盘式制动器的制动衬片的俯视图。
图6是针对分别设置于本发明例、实施例1、以及实施例2的盘式制动器的制动衬片表示最大噪声指标之比的图。
具体实施方式
本发明人等发现了如下内容：对于图1所示的以往的制动衬片，根据一组摩擦构件3中的两个摩擦构件3的排列方向的不同，而摩擦构件3的不稳定振动模式的振幅不同。
图2是表示以往的制动衬片在制动时产生的振幅的分布的立体图。该振幅的分布是通过基于fem(有限元法)的分析求出的。在图2中，越接近黑的(颜色越浓的)部分，不稳定振动模式的振幅越大。
根据图2可知：若两个摩擦构件3的排列方向沿着制动盘的周向(在图2中以虚线表示。)，则不稳定振动模式的振幅较小，若两个摩擦构件3的排列方向沿着制动盘的径向，则不稳定振动模式的振幅较大。在摩擦构件3的振动的不稳定振动模式下的、这样的振动成为制动噪声的主要的主要原因。在该制动衬片中，沿着制动盘的周向的方向的中间部(将制动衬片沿着其长度方向等分的中心线上)配置有一组摩擦构件3，以集中于该一组摩擦构件的方式产生过大的振动。
本发明的铁道车辆用制动衬片和盘式制动器是基于这样的见解完成的。如上述那样，本发明的制动衬片具备：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配置；背板，其固着于各摩擦构件的背面；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；以及弹性构件，其在各摩擦构件的背面侧夹装于基板与背板之间。以彼此相邻的两个摩擦构件为一组，固着于该一组摩擦构件的背板是一体的。在任一组摩擦构件中，两个摩擦构件都沿着制动盘的周向排列。
本发明的盘式制动器具备：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，其被按压于制动盘的滑动面。
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3a和图3b是表示设置于本发明的铁道车辆用盘式制动器的制动衬片的一个例子的图。在图3a中示出制动衬片的俯视图，在图3b中示出图3a的b-b剖视图。图3a表示从成为表面侧的制动盘侧观察制动衬片的状态。
如图3b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在俯视时是环形圆板状。制动盘1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。
制动衬片2包括多个摩擦构件3、背板4、弹性构件5以及保持全部这些构件的基板6。多个摩擦构件3相互隔开间隙地配置。各摩擦构件3的表面与制动盘1的滑动面1a相对。
摩擦构件3由铜烧结材料、树脂系材料等构成。在图3a所示的实施方式中，摩擦构件3的俯视形状是圆形，相互具有大致相同的直径。在摩擦构件3的中心部形成有小孔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跨构成该一组摩擦构件3的两个摩擦构件3而使该两个摩擦构件3一体。成为一组摩擦构件3由背板4连结起来的状态。摩擦构件3的组数并没有特别限定。任一组摩擦构件3都由两个摩擦构件3构成，因此，摩擦构件3的总个数是偶数。
在该实施方式中，背板4具有：在俯视时与一组摩擦构件3各自的大小和形状大致相同的大小和形状的圆板部；以及连结部，其将这两个圆板部连结(参照图3a)。连结部的宽度(与背板4的长度方向正交的方向的长度)比圆板部的宽度小。因而，背板4整体上具有在长度方向中间部缩颈而成的形状。
在任一组摩擦构件3中，两个摩擦构件3都沿着制动盘的周向(在图3a以虚线表示。)排列。不存在沿着制动盘1的径向排列的组的摩擦构件3。
在此，成组的两个摩擦构件3的排列方向也可以不与制动盘1的周向严密地一致，可容许相对于该周向的稍微的倾斜。本发明中，“摩擦构件3沿着制动盘的周向排列”是指，以下所定义的倾斜角θ是45°以下。
图4a是用于说明一组摩擦构件的倾斜角的俯视图。在一组摩擦构件3中，将通过各摩擦构件3的中心的直线设为l1，将两摩擦构件3的中心的中点设为p。直线l1与摩擦构件3的排列方向相对应。将以制动盘1的中心c为中心且通过中点p的圆设为a。将圆a在中点p处的切线设为l2。切线l2与中点p处的制动盘1的周向相对应。将直线l1与切线l2所成的角度θ设为倾斜角。其中，将l1和l2一致时的倾斜角θ设为0°。在摩擦构件3的俯视形状不是圆形的情况下，在上述定义中，“中心”是“重心”。
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，在背板4与基板6之间夹装有弹性构件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，作为弹性构件5，在图3b中，例示了碟形弹簧，但也可以采用板簧、螺旋弹簧。
背板4在施加有外力时可变形。因此，在制动时，各摩擦构件3独立地可动。由此，能够使制动中的制动衬片2与制动盘1之间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被两根铆钉7紧固于基板6，因此，在制动中，不会绕一组摩擦构件3的中心旋转，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。
另外，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接触并运动，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。
如上述那样，在任一组摩擦构件3中，两个摩擦构件3的排列方向和两个铆钉7(紧固构件)的排列方向都沿着制动盘1的周向，不存在沿着制动盘1的径向排列的组的摩擦构件3。因此，对于任一摩擦构件3，在制动时发生了振动的时候，不稳定振动模式的振幅都较小。由此，能够降低制动噪声。为了起到这样的效果，优选倾斜角θ是25°以下，进一步优选是15°以下。
一般而言，倾斜角θ越接近0°，越能够降低制动噪声。不过，在特定的情况下，将倾斜角θ设为不是0°的特定的大小的角度的做法能够降低制动噪声。以下，对这样的情况进行说明。
图4b是表示制动衬片的按压压力所施加的范围的俯视图。利用制动钳将按压压力施加于基板6的背面(与设置有摩擦构件3的面相反的一侧的面)。在图4b中加阴影的部分是按压压力所施加的区域(以下，称为“按压区域”。)p的一个例子。在该制动衬片2中，摩擦构件大体上沿着同心状的两个圆排列。沿着外侧的圆排列有3组(6个)摩擦构件3out，沿着内侧的圆排列有3组摩擦构件3in。
任一摩擦构件3(摩擦构件3out和摩擦构件3in)均具有不进入按压区域p内的部分。对于外侧的摩擦构件3out中的配置于基板6的长度方向两端侧的1组摩擦构件3out，不进入按压区域p内的部分较小。另外，对于内侧的摩擦构件3in中的配置于基板6的长度方向中央部的1组摩擦构件3in，不进入按压区域p内的部分虽然比上述的1组摩擦构件3out多，但大部分进入按压区域p内。
另一方面，在除了上述以外的摩擦构件3中，不进入按压区域p的部分较多。对于内侧的摩擦构件3in中的配置于基板6的长度方向两端侧的两组摩擦构件3in，不进入按压区域p内的部分最多。在摩擦构件3中，不进入按压区域p内的部分比进入按压区域p内的部分易于振动。这样的振动能成为制动噪声的原因。
图4c是用于说明在制动衬片中配置于内侧端部的一组摩擦构件的倾斜角的俯视图。在使该一组摩擦构件3in绕两摩擦构件3in的中心的中点旋转而将倾斜角θ设为0°的情况下，该一组摩擦构件3in如在图4c中以虚线所示那样定位。在该情况下，该一组摩擦构件3in中的基板6的长度方向端部侧的摩擦构件3in的大部分、具体而言、面积的约70％不进入按压区域p内。由此，该摩擦构件3in易于振动，能使制动噪声增大。
在图4c所示的实施方式中，内侧端部的一组摩擦构件3in以这些摩擦构件3in的相对方向与横穿这些摩擦构件3in的按压区域p的缘部所成的角度变小的方式带有倾斜角θ。倾斜角θ是10°～20°，例如是15°。利用这样的结构，对于该一组摩擦构件3in中的任一摩擦构件3in，不进入按压区域p的部分的比例以面积计均成为60％以下。因而，与倾斜角θ是0°的情况相比，整体上振动被抑制，能够降低制动噪声。
参照图3a，在基板6中，在制动盘1的沿着周向的方向的中间部未配置摩擦构件3。由此，摩擦构件3的不稳定振动模式的振幅也变小，制动噪声被降低。
在将该制动衬片的结构适用于现有的车辆的情况下，例如只要仅使摩擦构件的排列方向以成为适当的方向的方式变更就足矣，无需变更制动钳等。另外，在该制动衬片中，弹性构件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容易适用于现有的车辆，并且，制造管理容易。
实施例
为了确认本发明的效果，针对3种制动衬片(本发明例、比较例1以及比较例2的制动衬片)的每一种，评价了噪声指标。噪声指标是从基于fem(有限元法)的分析结果求出的。具体而言，首先，利用fem复特征值分析，按照频率算出来振动的阻尼比。将其中的负值的阻尼比、即、不稳定的阻尼比在每个1/3倍频带的频率范围内合计，求出来其绝对值。将各频带的值中的、最大绝对值提取出来，将该最大绝对值设为噪声指标。噪声指标的值越小，越难以产生制动噪声，意味着即使是产生了制动噪声的情况下，其声音也较小。
图5a～图5c是作为分析的对象的各制动衬片的俯视图。任一制动衬片都具备6组摩擦构件(12个摩擦构件)。
图5a是设置于本发明例的盘式制动器的制动衬片的俯视图。在该制动衬片中，全部的组的摩擦构件沿着制动盘的周向排列。
图5b是设置于比较例1的盘式制动器的制动衬片的俯视图。该制动衬片包括沿着制动盘的周向排列的4组摩擦构件和沿着制动盘的径向排列的两组摩擦构件。
图5c是设置于比较例2的盘式制动器的制动衬片的俯视图。在该制动衬片中，全部的组的摩擦构件沿着制动盘的径向排列。
在图6中示出这些制动衬片的最大噪声指标之比。在图6中，表示以比较例1的噪声指标的值为基准的1时的相对的值。如图6所示，最大噪声指标的大小在本发明例中相对于比较例1降低约20％，而在比较例2中，成为比较例1的约3倍。
最大噪声指标的大小与沿着制动盘的径向排列的(未沿着周向排列的)组的摩擦构件的数量存在相关性，该组摩擦构件的数量越多，最大噪声指标越大。即，确认到：通过排除未沿着制动盘的周向排列的组的摩擦构件，能够降低制动噪声。
产业上的可利用性
本发明的铁道车辆用制动衬片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、背板；5、弹性构件；6、基板；7、铆钉。