JP2017082983A - 鉄道車両用摩擦材 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで本発明者は鋭意研究を重ねた結果、チタン酸カリウム及びゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子を併用することで、鉄繊維または鉄粉を用いずとも耐摩耗性及び耐フェード性を従来品と同等以上に確保することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1)繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含有し、前記摩擦調整材がチタン酸カリウムとゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子を含有し、且つ、鉄繊維または鉄粉を含有しないことを特徴とする鉄道車両用摩擦材。
(2)前記チタン酸カリウムの含有量が9〜20体積%であることを特徴とする前記(1)に記載の鉄道車両用摩擦材。
(3)前記ゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子の含有量が6〜12体積%であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の鉄道車両用摩擦材。
(4)さらに弾性黒鉛を含有することを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1つに記載の鉄道車両用摩擦材。
(5)前記弾性黒鉛の含有量が4〜12体積%であることを特徴とする前記(4)に記載の鉄道車両用摩擦材。
本発明の鉄道車両用摩擦材は、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含有し、前記摩擦調整材がチタン酸カリウムとゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子を含有する。また、本発明の鉄道車両用摩擦材は、鉄繊維や鉄粉を含有しない。前記構成を備えることで、本発明の鉄道車両用摩擦材は、重量が従来のものより軽くなり、交換時の作業性が向上するとともに、摩擦材の寿命が長くなるため交換頻度を減らすことができる。
本発明で使用されるチタン酸カリウムは、従来から公知のものを使用することができ、その形状としては、特に制限されないが、例えば、板状、繊維状、不定形状等のチタン酸カリウムを使用することができる。鉄道車両用摩擦材にチタン酸カリウムを含有させることで、摩擦材に耐熱性が付与され、耐フェード性を向上させることができる。
本発明において、特に人体への影響といった作業環境対応という観点から、繊維状のチタン酸カリウムよりも不定形状または板状のチタン酸カリウムを用いるのが好ましい。
なお、本発明において、平均粒径は、複数の粒子を、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定し求めることができる。
本発明で使用されるゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子は、従来から公知のものを使用することができる。鉄道車両用摩擦材にゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子を含有させることで、耐熱性が付与され、高速運転時の摩擦係数の低下を抑制することができ、耐フェード性を向上させることができる。
特に、ゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子は、Ca6Si6O17(OH)2で表され、その内部に針状の結晶が存在するものが好ましい。このようなゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子は、市販されているものを使用することができ、例えばプロマット社製「プロマクソン」(商品名、平均粒径35〜85μm)が挙げられる。
弾性黒鉛の平均粒径は、0.1〜1.0mmが好ましい。また、弾性黒鉛の回復率は、10〜90%の範囲内の圧縮率において50%以上であることが好ましい。
本発明において、銅の含有量は、鉄道車両用摩擦材全体に対し、2〜8体積%が好ましく、3〜5体積%がより好ましい。
具体的には、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を混練機によって均一に混合して混合物を生成し、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製し、次に、この予備成形体を加圧しながら加熱し、所定の形状の成形物が生成される。最後に、この成形物を熱処理することによって鉄道車両用摩擦材が製造される。
<鉄道車両用摩擦材の作製>
表1に示す配合材料を、混合攪拌機に一括して投入し、混合を行い、混合物を得た。
その後、得られた混合物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて15MPaで2秒間、成形を行い予備成形体を作製した。続いて、予備成形体を熱成形型に投入し、温度150℃、成形面圧40MPaで15分間加熱圧縮成形を行った。
得られた加熱圧縮成形体に200℃で5時間の熱処理を実施した後、研摩工程を経て鉄道車両用摩擦材を得た。
上記作製した実施例1〜8及び比較例1の鉄道車両用摩擦材について重量を測定し、一般性能試験及びフェード試験を行い、各速度における摩擦係数、摩耗量、フェード時における摩擦係数の低下率を求めた。結果を表1に併せて示す。
・制動初速度:20km/h、40km/h、60km/h
・試験面圧:1.4MPa
・軸重(空車試験):7.1t
・軸重(満車試験):10.6t
・試験開始温度:60℃以下
・ブレーキ有効径:0.249m
・車軸直径:0.86m
JIS E4309に準じて、上記の条件で、ダイナモメーター試験機を用いて試験(17回制動)を行い、満車条件の軸重における摩擦係数μを測定した。
JIS E4309に準じて、上記(1)一般性能試験の条件で、ダイナモメーター試験機を用いて試験(17回制動)を行い、空車条件と満車条件の軸重における制動試験後の摩擦材摩耗量を測定した。
・初速度:60km/h
・試験面圧:1.4MPa
・軸重:10.6t
・試験条件:120sインターバル試験
・ブレーキ有効径:0.249m
・車軸直径:0.86m
上記の条件で、ダイナモメーター試験機を用いて試験(72回制動)を行い、摩擦係数μを測定した。
得られた摩擦係数より、下記式よりフェード時摩擦係数低下率(%)を求めた。
フェード時摩擦係数低下率(%)={(初期摩擦係数−最低摩擦係数)/初期摩擦係数)×100
具体的には、実施例1〜8の鉄道車両用摩擦材は、比較例1の鉄道車両用摩擦材に対して13〜25%程度の重量減であり、これらを用いることにより交換時の作業性が改善されることがわかった。また、比較例1の鉄道車両用摩擦材が初速度60km/hにおいて初速度20km/hの結果よりも0.03低くなったのに対し、実施例1〜8の鉄道車両用摩擦材は初速度60km/hにおいても初速度20km/hの結果と同じであるか、比較例1の結果と比べて摩擦係数の低下が少なかった。
また、フェード時の摩擦係数低下率についても、比較例1に比べて実施例1〜8は低下率が低かった。
そして、鉄道車両用摩擦材の摩耗量試験においても、比較例1に対して実施例1〜8は摩耗量が非常に少なく、耐摩耗性に優れることがわかり、摩擦材の寿命を延ばすことができることがわかった。
Claims (5)
- 繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含有し、前記摩擦調整材がチタン酸カリウムとゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子を含有し、且つ、鉄繊維または鉄粉を含有しないことを特徴とする鉄道車両用摩擦材。
- 前記チタン酸カリウムの含有量が9〜20体積%であることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用摩擦材。
- 前記ゾノトライト型合成含水ケイ酸カルシウム粒子の含有量が6〜12体積%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両用摩擦材。
- さらに弾性黒鉛を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉄道車両用摩擦材。
- 前記弾性黒鉛の含有量が4〜12体積%であることを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両用摩擦材。
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