JP2905731B2 - 傾動モートル用ブレーキライニング材 - Google Patents

傾動モートル用ブレーキライニング材

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気炉又は転炉等
を傾動する傾動モートルの制動装置に用いられるブレー
キライニング材に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来から、傾動モートルのブレーキライニ
ング材として有機ライニング材とメタリックライニング
材とが使われている。有機ライニング材は樹脂を結合材
として摩擦材を固めたもので、例えば、アスベスト繊維
等の無機繊維、有機繊維、金属繊維などと炭酸カルシュ
ウム等の無機物の粉末、更には銅(Cu)、亜鉛(Z
n)、鉛(Pb)等の金属粉末、線、チップなどを混合
し、フェノール樹脂等で固められた材料が使用されてい
る。又、メタリックライニング材は、摩擦材や潤滑材を
焼結合金で固めたもので、例えば、潤滑材として10wt
% 以下の黒鉛粉末と数wt% のシリカ粉末を10wt%前後
の鉄粉末を含む銅系粉末で焼結した材料が使用されてい
る。
【0003】しかし、近年傾動装置の高速化、使用条件
の過酷化に伴い、ブレーキライニング材への要求特性は
非常にきびしくなっている。ブレーキライニング材は摺
動面に接触し、荷重が負荷された状態で摩擦により摺動
速度を減ずるものであり、しかも、数千回の繰り返し使
用に耐えなけれならない。
【0004】このため、ブレーキライニング材には、大
きな摩擦力が繰り返し掛けられてもこれに耐える耐久性
が要求される。同時に相手材の摺動面を損傷させてはな
らず、相手材を磨耗させる研削作用は極力抑制されたも
のでなければならない。
【0005】摩擦係数は、繰り返し使用による温度上昇
や負荷に耐えて大きく変化することがなく高温で安定し
ていることが要求される。又、耐久性に関しては、強
度、耐摩耗性とともに耐熱性も備えなければならない。
【0006】特に、傾動装置では、装置自体の重量が大
きく加えて多量の重量物を扱うので大きな制動力が要求
され、傾動モートル用のブレーキライニング材では、大
きな強度、耐摩耗性、耐熱性、及び安定した摩擦係数等
が要求されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来使用され
ているフェノール樹脂で固められた有機ライニング材は
安価であるが、強度が小さく、大荷重下では摩耗量も多
くすぐに摩擦係数が低下した。特に、摩擦熱により30
0℃をこえると結合剤としてのフェノール樹脂が炭化或
いは分解し、摩擦係数が急激に低下すると同時に、耐摩
耗性も大幅に低下していた。
【0008】又、従来使用されているメタリックライニ
ング材でも、大荷重がかかるブレーキライニング材では
昇温が大きく、相手の被制動材(以下、相手材と称す)
と焼き付き、自他共に損耗することがあった。
【0009】このため、従来のブレーキライニング材で
は安定した摩擦係数で使用できる期間が短く高頻度で定
期的に取り替えなければならなかった。
【0010】本発明は、上記の問題を解決するために行
われたもので、大荷重に耐えて安定した摩擦係数を維持
するとともに耐摩耗性を有し、更に相手材の摩耗を抑制
したブレーキライニング材を目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の手段は、銅または銅合金を主成分とし鉄及びチタンを
含んだ金属粉末をマトリックスとし、これに耐火材粉末
と黒鉛粉末が混在して焼結されたブレーキライニング材
であり、次の(1)乃至(3)に記す傾動モートル用ブ
レーキライニング材である。
【0012】(1)銅、銅合金、鉄及びチタンの粉末か
らなる金属粉末であって、鉄粉末とチタン粉末との合計
が該金属粉末の20wt%以上40wt%以下で、残部
が銅、銅合金又はこれらが混合された粉末である金属粉
末に、全体の10wt%以上20wt%以下の耐火材粉
末と、15wt%以上25wt%以下の黒鉛粉末と、が
均一に混在した状態で焼結されている傾動モートル用ブ
レーキライニング材である
【0013】(2)前記チタン粉末が重量比で前記鉄粉
末の0.2以上0.5以下である(1)に記した傾動モ
ートル用ブレーキライニング材である
【0014】(3)前記耐火材粉末が珪砂である(1)
又は(2)に記した傾動モートル用ブレーキライニング
材である
【0015】全文削除
【0016】 本発明において、傾動モートル用のブレ
ーキライニング材の主体は銅または銅合金(以下銅基金
属という)を主成分とする金属粉末で、これがマトリッ
クスとなり耐火材粉末と黒鉛粉末とが均一に分散した状
態で焼結されている。金属粉末マトリックスはフェノー
ル樹脂よりも格段に優れた強度を有し、耐摩耗性に優
れ、同時に耐熱性にも優れ、常温から数100℃までの
温度範囲ではその強度は殆ど変化しない。
【0017】これに加えて、銅基金属は相手材の表面形
状に追従しよく適応するので、接触面積が大きく摩擦力
が高まり制動効果が大きい。銅合金としては青銅(Cu
−Sn)、真鍮(Cu−Zn)、白銅(Cu−Ni)、
洋銀(Cu−Ni−Zn)等が使用できるが、白銅、洋
銀は高価であり青銅、真鍮が実用的である。
【0018】耐火材は、一般に金属より更に硬いので、
耐火材粉末が混在するとライニング材の摩擦係数が大き
くなる。その上、耐火材は1000℃を超える高温にお
いても化学的にも又物理的にも安定している。このた
め、耐火材粉末をマトリックスに混在させることによっ
てライニング材の摩耗が防がれ、大圧力下でも摩擦係数
を維持することができ、しかも高温下でも摩擦係数が一
定に保たれる。
【0019】耐火材粉末の含有率を変えて摩擦係数を調
べると、摩擦係数は耐火材粉末が加わるのに伴い摩擦係
数は大きくなるが、その増加は含有率が10wt%程度に
近くまでは急であり、更に含有率が大きくなるにともな
い漸増する。したがって、耐火材は含有率10wt% 以上
を必要とする。しかし、同時に耐火材粉末の含有率が大
きくなると、相手材を摩耗させる量も増えるので多くて
も含有率20wt% 以下に抑えなければならない。
【0020】黒鉛は耐火材以上に化学的に安定で反応性
に乏しい。このため、制動時にライニング材と相手材と
は極めて焼きつき易い状態となるが、黒鉛粉末が混在す
ることによって焼き付きを防止し互いの損傷を防止す
る。更に、温度変化があっても、摩擦係数が変化するこ
とを防ぎ一定に維持するように作用する。
【0021】焼き付きを防止する効果が顕著に現れる黒
鉛粉末の含有率は、ライニング材にかかる荷重によって
異なるが、荷重が大きい傾動モートル用ブレーキライニ
ング材では、少なくとも15wt% が必要である。
【0022】一方、黒鉛粉末が有する潤滑性は摩擦係数
を低下させるので、過剰に含まれることを避けその含有
率を25wt%以下にしなければならない。
【0023】黒鉛としては人造黒鉛、鱗片状黒鉛が使用
でき、粉末の平均粒度は、前者の場合500〜2000
μm、後者では50〜1000μmが適当である。
【0024】制動の相手材には鋳鉄がよく使用される
が、鋳鉄は銅基金属より硬い。マトリックスを形成する
金属粉末は、銅基金属粉末だけよりも、硬度が大きく強
度も高い金属粉末が加わると、ライニング材の耐久性は
更に向上する。このような、金属粉末として鉄粉末とチ
タン粉末がある。これらの高強度高硬度金属の粉末が金
属粉末中に20wt% 程度を占めると、高荷重下で使用し
てもライニング材の摩耗量は目立って減ってくる。
【0025】しかし、鉄粉末やチタン粉末の量が多過ぎ
ると、マトリックスの結合力を低下させるおそれがある
ので、40wt%を超えないようにし、銅基金属粉末の金
属粉末中の含有率を60wt%以上確保することが適切で
ある。
【0026】 鉄とチタンとでは、チタンの方が硬度が
大きく又高温では銅基金属によく固溶するので、マトリ
ックスの強化効果は大きい。したがって、チタン粉末を
少しでも含むことは重要であるが、多すぎるとマトリッ
クスの硬度が大きくなり過ぎ耐火材粉末や黒鉛粉末が脱
落し易くなるおそれがある。その上、高価な金属でもあ
るのでチタン粉末の量は重量比で鉄粉末の0.乃至
0.5とすることが適切である。
【0027】又、銅基金属、鉄粉末、チタン粉末等の金
属粉末の粒度は、平均粒径で50〜100μm程度のも
のが焼結性の点から望ましい。
【0028】以上の各含有率の範囲をライニング材全体
に対する含有率で図示すると図1のようになる。図の縦
軸の長さで含有率の範囲を示す。(a)は耐火材粉末の
範囲で10wt% 乃至20wt% であり、(b)は黒鉛粉末
の範囲で15wt% 〜25wt%である。(c)、(d)、
(e)は金属粉末の範囲で55wt% 〜75wt% である。
そのうち(c)は鉄粉末の範囲で全体に対する含有率で
は約7.7wt% 〜20wt% 、(d)はチタン金属粉の範
囲で約2.3wt% 乃至10wt%である。
【0029】なお、この図では、横軸の右方向で、耐火
材粉末、黒鉛粉末の含有率が増えるので、横軸右方向の
組成では耐熱性がより良い。一方、同方向で鉄粉末とチ
タン粉末の含有率は減っているので、耐摩耗性は低下す
る。
【0030】図2に、耐火材粉末及び黒鉛粉末の含有率
と摩擦係数の関係を示す。図で、それぞれAは耐火材粉
末、Bは黒鉛粉末についてのグラフで、摩擦係数に関し
てはお互いに打ち消し合うように作用する。
【0031】耐火材としては、シリカ(SiO2 )、ア
ルミナ(Al2 3 )、マグネシア(MgO)等を使用
することができるが、シリカを用いた場合が最も相手材
の摩耗量が少ない。耐火材粉末の粒度は100〜100
0μm程度が摩擦係数の点から望ましい。
【0032】上に述べてきた銅基金属を主体とするブレ
ーキライニング材は、強度が大きく、耐摩耗性、耐熱性
を備え且つ一定の摩擦係数を高温においても安定して維
持するので、傾動モートル用制動装置のブレーキライニ
ング材として用いると、耐用寿命が著しく向上する。
【0033】
【実施例】銅基金属粉に鉄粉及びチタン粉を添加し、更
に耐火材粉末、黒鉛粉末を加え、よく混合した配合物を
2t/cm2の圧力で板状に成型した後、真空中で5kg/cm2
の圧力をかけながら900℃で60分間維持して焼結
し、ライニング材を製作した。
【0034】このライニング材1を裏板2で裏打ちして
ブレーキ板とし、これを試料として試験を行い、摩擦係
数、自身の摩耗量及び相手材の摩耗量を調べ、その特性
を評価した。
【0035】試験の方法は図3に示すように、ブレーキ
板はライニング材1を裏板2で裏打ちしたもので、これ
をブレーキディスク3に押し付ける。このブレーキディ
スク3は回転軸4に取り付けたディスク固定板5を介し
て回転させる。ブレーキ板はブレーキ作動板6に取付
け、作動板軸7を通じてトルクを検出し、摩擦係数を算
出した。
【0036】 図4に用いた試験機の全体図を示す。1
1は図3に示した試料取付け部、12はトルク検出部、
13は慣性力調整部で、フライホイール14の重量で調
整する。15はモーターである。回転及び制動に関して
は次の条件で行った。 相手材 ねずみ鋳鉄FC200(JIS
G 5501) 接触面積 36.5cm 制動面初速度 120km/H 慣性力 6.0kg・m・sec 制動減速度 0.5G 繰り返し回数 50回 なお、試量取付け部の雰囲気温度を300℃にして高温
における特性を調べたが、摩擦係数については600℃
でも測定を行い、300℃の場合の摩擦係数に対する6
00℃の場合の摩擦係数の比を算出し、高温での摩擦係
数安定性を調ベた。
【0037】試験は、従来使用されていたアスベスト繊
維を使用したフェノール樹脂モールド材及びメタリック
ライニング材についても行い、この発明の実施例と比較
した。
【0038】ライニング材の組成条件及び試験結果を表
1に各々示す。
【0039】
【表1】
【0040】発明の実施例では平均摩擦係数が0.5に
近かった。又、平均摩擦係数の比は0.9前後で600
℃に加熱しても係数の変化は少なく、高温においても安
定していた。
【0041】又、発明の実施例では、自己摩耗量は10
0μm程度にしか達せず、相手材摩耗量も12μm以下
で共に満足な結果であった。
【0042】これに対して比較例では、金属粉末が銅基
金属のみの試験N0. 4では自己摩耗量が大きく、耐火材
粉末を含まない試験N0. 5では平均摩擦係数が小さ過
ぎ、黒鉛粉末を含まない試験N0. 6では300℃でも焼
き付きが起き、平均摩擦係数が大きくなり、相手材の摩
耗量が大きくなる。600℃では更に焼き付きが強く、
平均摩擦係数は極端に大きくなった。
【0043】更に、従来例では、試験N0. 7のメタリッ
クライニング材では、チタン粉末、耐火材粉末を含ま
ず、鉄粉末も少ないので300℃でも局部的に焼き付き
が起こり、平均摩雑係数が若干大きくなり、自己摩耗
量、相手材摩耗量ともに大きく、600℃では更に平均
摩擦係数が大きくなった。試験N0. 8の有機ライニング
材では、平均摩擦係数が小さ過ぎる上に、自己摩耗量が
極端に大きく、600℃では破損して測定が不能であっ
た。
【0044】なお、実際にこの発明の実施例3のライニ
ング材を電気炉で使用される100ton傾動モートル
用制動装置のブレーキライニングとして使用したとこ
ろ、制動力が安定し3カ月間の耐用期間があった。
【0045】他方、従来例のメタリックライニング材を
用いたものは、制動力が不安定で耐用期間は1.5カ月
であった。この結果から明らかなように本発明による傾
動モートル用ブレーキライニング材は高温域における制
動力の安定性及び耐用寿命が優れていた。
【0046】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係るブ
レーキライニング材は、適切な種類の金属粉末と耐火材
粉末及び黒鉛粉末が適切な割合で焼結されているので、
過酷な使用条件においても安定した制動力と耐用寿命に
優れた傾動モートル用制動材料を提供することが可能と
なった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る傾動モートル用ブレーキライニン
グの構成成分の配合を示す図である。
【図2】黒鉛と耐火物含有率と摩擦係数との関係を示す
図である。
【図3】ブレーキライニングの特性を試験する試験片の
取り付け構造を示す図である。
【図4】ブレーキライニングの特性を試験する試験装置
の全体構造を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266542(JP,A) 特開 平7−149921(JP,A) 特開 平7−53947(JP,A) 特開 昭58−79073(JP,A) 特開 昭63−30617(JP,A) 特開 昭63−186045(JP,A) 特公 昭59−4461(JP,B2) 特公 平6−45837(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16D 69/00 - 69/02 C09K 3/14 C22C 32/00 C22C 9/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅、銅合金、鉄及びチタンの粉末からな
    る金属粉末であって、鉄粉末とチタン粉末との合計が
    金属粉末の20wt%以上40wt%以下で、残部が
    銅、銅合金又はこれらが混合された粉末である金属粉末
    に、 全体の10wt%以上20wt%以下の耐火材粉末と、 15wt%以上25wt%以下の黒鉛粉末と、 が均一に混在した状態で焼結されていることを特徴とす
    る傾動モートル用ブレーキライニング材。
  2. 【請求項2】 前記チタン粉末が重量比で前記鉄粉末の
    0.3以上0.5以下である請求項1記載の傾動モート
    ル用ブレーキライニング材。
  3. 【請求項3】前記耐火材粉末がシリカである請求項1又
    は2記載の傾動モートル用ブレーキライニング材。
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