JP2012189175A - 車両用制輪子及び摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 制動摩擦面を有する鋳鉄製の制輪子本体と、前記制輪子本体に埋め込まれており、一部が前記制動摩擦面に露出する制動ブロックとを有する、車両用制輪子において、前記制動ブロックが、セラミックス及び炭素材料を含有することを特徴とする、車両用制輪子。
【選択図】 図1
Description
本発明は、上記の問題を解決するために、摩擦特性が高く、更に、車輪への攻撃性の低い制動ブロック及び車両用制輪子を提供することを目的とする。
前記制輪子本体に埋め込まれており、一部が前記制動摩擦面に露出する制動ブロックとを有する、車両用制輪子において、
前記制動ブロックが、セラミックス及び炭素材料を含有することを特徴とする、車両用制輪子である。
前記炭素材料が、前記骨格の中に分散していることを特徴とする、前記発明(8)〜(10)のいずれか一つの摩擦材料である。
図1は、本発明に係る制輪子の概略構成図であり、(a)は正面図、(b)は側面断面図を示す。制輪子100は、制動摩擦面111を有する鋳鉄製の制輪子本体110と、一部が前記制動摩擦面に露出する制動ブロック120とを有する。制輪子本体110は、円弧状の曲面形状を有し、円弧の内面側が制動摩擦面111である。一方、外面側にはコッタ部113が設けられている。
本発明に用いられる摩擦材料は、セラミックス及び炭素材料を含有する。本発明に係る摩擦材料は、多孔質ブロックであることが好適であり、より詳細には多孔質ブロックを形成する骨格の主成分がアルミナであることが好適である。尚、ここで主成分とは、50質量%以上を含有する成分を意味する。多孔質ブロックを用いることにより、当該孔内に合金鋳鉄などの他の材料を充填することができ、前記材料と当該ブロックとを一体化することができる。したがって、摩擦面が削れて消耗することによって、摺動面において均一に分散した状態で露出するため、セラミックス及び炭素材料が摩擦境界面に定量的に供給される。
下記の表1の配合比に従って、アルミナ(大明化学工業(株)製、TM‐DAR)とカーボンナノチューブ(ナノカーボンテクノロジーズ製、(MWNT7)、チューブ径40〜90nm)が3質量%分散された水分散液とを混ぜ合わせこれにより得られたスラリーをサンプルサイズΦ75mm、厚み25mmのポリウレタンフォーム(イノアックコーポレーション製、MF−7)たてスキサンプルへ含浸させた。ここで、添着量は1個のサンプルあたり、50gであった。続いて50℃にて乾燥した後、酸化雰囲気にて25〜400℃、20℃/hの昇温スピードで加熱した後、400℃で3.5h保持し、窒素雰囲気にて400〜1450℃、200℃/hの昇温スピードで加熱して、1450℃で一時間保持することにより酸素雰囲気下で脱脂及び焼結工程を行なった。その後、自然冷却によって、常温に戻した。これにより、アルミナ−カーボンナノチューブ多孔質ブロックを得ることができた。得られたアルミナ−カーボンナノチューブ多孔質ブロックの写真を図2に示した。また、得られた多孔質ブロックの走査型電子顕微鏡(SEM)写真を図3〜図5に示した。これらの写真から、カーボンナノチューブが均一に分散している様子が観測された。
実施例1のアルミナ−カーボンナノチューブ多孔質ブロックを2個鋳ぐるんだ合金鋳鉄制輪子を製造した。ここで使用した合金鋳鉄の組成は、表2の合金鋳鉄に示した。以下、当該組成の合金鋳鉄を単に「合金鋳鉄」とする。製造した合金鋳鉄制輪子の写真を図7に示した。
制輪子に用いた合金鋳鉄の組成を、表2の低合金鋳鉄に示したものに変更した以外は、実施例2と同様の方法で低合金鋳鉄制輪子を製造した。以下、表2の低合金鋳鉄の組成の合金鋳鉄を、「低合金鋳鉄」とする。尚、ここで、低合金鋳鉄とは、Cr、Mo及びNiなどのレアメタルの含有率が低い合金鋳鉄を意味する。
上記当該鋳鉄制輪子について実物大ブレーキ試験を行った。この試験機では、実際の車両と同等の慣性モーメントを持った車輪が所定の速度で回転しているところに左右から2個の制輪子を押しつけ、停止するまでの各種性質を所定のブレーキ初速度毎に5回測定した。試験条件を表3に示す。尚、試験は、「JIS E 7501鉄道車両用鋳鉄制輪子の性能試験及び検査方法」の手順に一部準拠して行った。
初速度135km/hのブレーキ初速度から押付圧力40kNの条件で制輪子によりブレーキをかけて車両が停止するまでの距離を測定した。初速度125km/hで押付圧力40kNの条件、初速度95km/hで押付圧力25kNの条件に変更して前記の制動距離試験を行った。
上記制動距離試験において車両を停止させる動作一回あたりに対して、単位制輪子あたりの制輪子摩耗量を測定した。
(車輪温度)
上記制動距離試験において車両を停止させた際の車輪温度を測定した。車輪温度は、外側面(反フランジ側)から10mm、40mm、70mm、踏面から深さ10mmの位置で測定した。
上記制動距離試験において車両を停止させた際の左右2個の制輪子の温度を測定した。温度の測定点は、制輪子の進入端面からの距離を40mm、摩擦面からの深さ10mmとした。
135km/hからのブレーキ試験に用いた、比較例3に係る制動ブロックがアルミナを含有する制輪子(以下、単に「アルミナ制輪子」とする)と、実施例2に係る制動ブロックとしてアルミナとカーボンナノチューブを含有する制輪子(以下、単にCNT制輪子とする)を調査対象とした。ブレーキ試験は両抱きのため、試験には制輪子を2個使用したが、左側に取り付けられていた制輪子のみを調査した。調査位置を図10に示す。
これらの結果を図11〜18に示した。尚、これらの写真は全て、左から右への方向が摩擦方向である。
110:制輪子本体
111:制動摩擦面
113:コッタ部
120:制動ブロック
130:バックメタル
131:板状体
132:連結体
Claims (12)
- 制動摩擦面を有する鋳鉄製の制輪子本体と、
前記制輪子本体に埋め込まれており、一部が前記制動摩擦面に露出する制動ブロックとを有する、車両用制輪子において、
前記制動ブロックが、セラミックス及び炭素材料を含有することを特徴とする、車両用制輪子。 - 前記セラミックスが、アルミナを含有することを特徴とする、請求項1記載の車両用制輪子。
- 前記炭素材料が、カーボンナノチューブ又はグラフェンであることを特徴とする、請求項1又は2記載の車両用制輪子。
- 前記鋳鉄が、合金鋳鉄であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項記載の車両用制輪子。
- 前記合金鋳鉄は、Mo含有量が0.3質量%以下、Ni含有量が0.3質量%以下であることを特徴とする、請求項4記載の車両用制輪子。
- 前記合金鋳鉄は、P含有量が、0.3〜2.0質量%である、請求項4又は5記載の車両用制輪子。
- 前記制動ブロックが、多孔質ブロックであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項記載の車両用制輪子。
- セラミックス及び炭素材料を含有する骨格を有する多孔質ブロックであることを特徴とする、摩擦材料。
- 前記セラミックスが、アルミナを含有することを特徴とする、請求項8記載の摩擦材料。
- 前記炭素材料が、カーボンナノチューブ又はグラフェンであることを特徴とする、請求項8又は9記載の摩擦材料。
- 前記多孔質ブロックが、セラミックスを主成分とする骨格を有し、
前記炭素材料が、前記骨格の中に分散していることを特徴とする、請求項8〜10のいずれか一項記載の摩擦材料。 - 前記多孔質ブロックが、鋳型として用いる発泡高分子材料に対して、セラミックス及び炭素材料を含むスラリーを含浸し乾燥させて、当該発泡高分子を取り除く脱脂を行い、更に、セラミックスを焼結することにより得られることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか一項記載の摩擦材料。
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