JP5154485B2 - 焼結合金制輪子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両用制輪子のような、焼結摩擦材ブロックを備える焼結合金制輪子の製造方法に関する。

従来、鉄道車両をはじめとする軌道車両には、車輪の踏面に摩擦係合する制輪子と当該制輪子を作動させる作動機構とを備えた制動装置が設けられており、作動機構の作動によって制輪子を車輪の踏面に押し付けることで、軌道車両に制動力を得ている。

焼結合金制輪子は、ブレーキライニングとしての焼結摩擦材ブロックと、当該摩擦材ブロックを支持する受け金とを備えている。焼結合金制輪子を構成する摩擦材ブロックは、予備成形体と補強板とを接着層を介して接着されている。

現行の摩擦材ブロックの一例が、図３、図４に模式的に示されている。即ち、図３は、現行の焼結合金制輪子の製造方法の一例を示す概略工程図であり、図４は現行の焼結合金制輪子の側面図である。図３、図４に示すように、現行の焼結合金制輪子２０は、焼結摩擦材ブロック２１と受け金２２とを備えており、焼結摩擦材ブロック２１は焼結摩擦材２５と補強板２４とを備えており、その踏面Ｒ寸法が４３０であり、補強板２４の背面Ｒ寸法が４７２（単位；ｍｍ、以下同じ。）である。また、図４に示すように、焼結合金制輪子２０としての背面Ｒ寸法（受け金２２の背面Ｒ寸法）は４８０である。即ち、受け金２２の厚さは８ｍｍである。

焼結合金からなる予備成形体２３の作製工程では、摩擦材の踏面側を定める上パンチ１のＲ寸法を焼結摩擦材ブロック２１の踏面Ｒ寸法と同じの４３０とし、予備成形体２３の補強板側を定める下パンチ２のＲ寸法を４６６として、摩擦材の予備成形が行われる。予備成形体２３は、次に焼結工程において、板厚６ｍｍの補強板２４とともに接着焼結がなされて摩擦材としての焼結摩擦材２５となる。焼結条件は、図示のとおり、温度７５０〜９００℃、圧力０．３〜１ＭＰａ、上パンチ５のＲ寸法は４３０であり、補強板２４と下パンチ６のＲ寸法は仕上がりの焼結摩擦材ブロック２１の背面Ｒ寸法と同じ４７２である。

しかしながら、現行の制輪子の寸法は、多くのユーザが使用しているブレーキ装置に合致するが、一部のブレーキ装置はこの寸法の限りではない。そうした一部のブレーキ装置のための制輪子の製作は新規形状の制輪子の作製で対応する必要がある。

背面Ｒ寸法が変更となるときの従来の考え方が、図５に示されている。即ち、摩擦材ブロック３１の踏面Ｒ寸法は４３０で変わりはないが、背面Ｒ寸法が４７２から例えば４５７に変更されている制輪子を作製する場合には、従来、次のような考えで制輪子を作製している。まず、予備成形体３３の作製工程において、成形金型として、踏面Ｒ寸法を４３０とした上パンチ１と、Ｒ寸法を４６６ではなく補強板３４の板厚を考慮して４５１とした下パンチ３とを用いる。また、焼結工程においては、温度、圧力の各条件と上パンチ５のＲ寸法については現行の上パンチ５と変更が無いが、補強板３４のＲ寸法をその板厚６ｍｍを加味して４５７に変更し、更に、焼結金型の下パンチ７としては、この補強板３４のＲ寸法に合わせてＲ寸法を４５７としたものを用いている。予備成形体３３を焼結することで得られる焼結摩擦材３５と、この焼結摩擦材３５に接着された補強板３４とによって摩擦材ブロック３１が作製される。このように、新規形状に制輪子を作製するには、予備成形体用金型（上記例では下パンチ３）、焼結用金型（上記例では下パンチ７）、及び補強板３４について、それぞれＲ寸法に新規設定が必要であり、多くの費用と工数が必要である。

焼結合金制輪子の製造として、制輪子受け金を略同形をなす左右一体の各片に分割し、これら各片にそれぞれ摩擦材ブロックを直接に加圧焼結した後、分割した端面を突合わせ溶接して製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。この製造方法によれば、従来の受け金と補強板とを用いていた方法に対して、補強板が受け金各片にて兼用されるため、部品点数、工程数の削減、及び重量の軽減、或いは過剰な取り付け強度の適正化、摩擦材の摩擦代の増加などを図っている。

特開昭５３−８３２１８号公報

そこで、鉄道車両等に用いられる焼結合金制輪子において、作製すべき焼結摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法を変更する場合に、焼結金型を用いた焼結工程においては、当該変更に対応して、摩擦材ブロックの予備成形体については変更せず、焼結時の温度と圧力とで所定の背面Ｒ寸法の焼結摩擦材ブロックを作製する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、上記課題を解決することであり、作製すべき焼結摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法と異なっていても、焼結金型を用いて、摩擦材ブロックの予備成形体から所定の背面Ｒ寸法を有する焼結摩擦材ブロックを作製するのを可能にする焼結合金制輪子の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による焼結合金制輪子の製造方法は、予備成形体を含む焼結前の摩擦材ブロックを、焼結金型を用いて加圧・加熱することにより背面Ｒ形状を有する焼結合金制輪子を製造する方法であって、前記焼結金型の内面のＲ寸法を、前記焼結前の摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法と異なる寸法とし、当該焼結中の熱及び圧力を利用して前記摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法を変化させて、前記焼結金型の内面に合致した形状の焼結摩擦材ブロックを作製することを特徴としている。

この焼結合金制輪子の製造方法によれば、焼結金型の内面が作製すべき焼結摩擦材ブロックの形状に合わされているので、予備成形体を含む焼結前の摩擦材ブロックとして、例えば寸法変更前の従来の背面Ｒ寸法を有する摩擦材ブロックを用いていながら、焼結金型を用いた摩擦材ブロックの焼結工程において、焼結中の熱と圧力とを利用してその背面Ｒ寸法が焼結金型の内面に倣うように変化され、焼結金型の内面に合致した所定の背面Ｒ寸法を有する焼結摩擦材ブロックが作製される。

この焼結合金制輪子の製造方法において、前記摩擦材ブロックの予備成形体の前記背面Ｒ寸法を変えずに、前記焼結金型の内面Ｒ寸法のみを変更することで、背面Ｒ寸法の異なる焼結摩擦材ブロックを作製することができる。背面Ｒ寸法は作動機構側の寸法であり、設計等によって変更され得ることがある。本焼結合金制輪子の製造方法は、こうした変更に対処し得るものである。

この焼結合金制輪子の製造方法において、前記摩擦材ブロックの予備成形体は、その背面側に、当該予備成形体の前記背面Ｒ寸法に合致するＲ寸法を有する補強板が積層された状態で、焼結することができる。即ち、この製造方法によれば、補強板については、焼結前の摩擦材ブロックの予備成形体に積層される従前のＲ寸法をそのまま有する補強板を用いて、焼結中の熱と圧力とを利用して摩擦材ブロックの予備成形体とともに焼結金型の寸法に変化させることで、摩擦材に接着焼結して新規寸法を有する焼結摩擦材ブロックを製造することができる。

この発明による焼結合金制輪子の製造方法は、上記のように構成されているので、焼結金型の内面のＲ寸法を、焼結前の摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法と異なる寸法とし、この焼結金型を用いて、当該焼結中の熱及び圧力を利用して摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法を変化させて、前記焼結金型の内面に合致した形状の焼結摩擦材ブロックを作製しているので、所定の背面Ｒ寸法を有する焼結摩擦材ブロックが作製される。したがって、製造中に用いられる構成部品である予備成形体及び補強板については現行品をそのまま利用することができ、新規の金型等の製作の回避、及び金型等の段取り工数を削減することが可能である。

本発明による焼結合金制輪子の製造方法の一例を示す概略工程図。 本発明による製造方法で製造される焼結合金制輪子の一例を示す側面図。 現行の焼結合金制輪子の製造方法の一例を示す概略工程図。 現行の製造方法で製造される焼結合金制輪子の一例を示す側面図。 摩擦材ブロックの背面Ｒが変更となるときの従来の考え方による製法を示す概略工程図。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による焼結合金制輪子の製造方法の実施例を説明する。図１はこの発明による焼結合金制輪子の製造方法の概略を示す工程図であり、図２はこの発明による焼結合金制輪子の製造方法によって製造された焼結合金制輪子（完成品）の一例を示す側面図である。

鉄道車両の制動装置におけるブレーキライニングとして用いられる焼結摩擦材ブロックであって、新規の構成部品を使用せず、寸法形状、特に背面Ｒ寸法の異なる焼結ブロックを作製することを目的として試作を行った。その結果、焼結後の摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法が４５７である焼結摩擦材ブロックを作製することができた。その結果、図２に一例として示すように、ブレーキ装置と制輪子との合わせ面Ｒ寸法（受け金１２の背面Ｒ寸法）は４６５であり、その形状に合致する制輪子の作製が可能になった。

試作条件としては、以下のとおりである。
焼結温度パターンは、試作炉での焼結条件として、窒素雰囲気中において８５０℃で６０〜１２０分焼結した。加圧条件は、面圧０．４ＭＰａである。焼結金型寸法は、Ｒ４５７（Ｒ４６５対応形状）である。なお、現行品の焼結金型寸法は、Ｒ４７２であるが、これは制輪子寸法Ｒ４８０への対応形状である。更に、Ｒ寸法の確認方法は、Ｒ４５７のＲゲージを作製し、隙間の有無確認にて判断した。

本発明による焼結合金制輪子の製造方法によれば、図１の概略工程図に示すように、焼結摩擦材ブロックの踏面Ｒ寸法は４３０で変わりはないが、背面Ｒ寸法が４７２から例えば４５７に変更されている焼結合金制輪子１０（図２）を作製する場合に適用される。この場合には、まず、予備成形体１３の作製工程においては、上パンチ１のＲ寸法を４３０とするのみならず、下パンチ２のＲ寸法をも４６６とした現行の予備成形金型を用いて作製している。また、焼結工程においては、温度、圧力の各条件と上パンチ５のＲ寸法を４３０とするのみならず、補強板１４のＲ寸法についても４７２として設定しており、現行の焼結金型と変更はない。ただし、焼結工程における下パンチ７のＲのみが現行の４７２から４５７に変更（制輪子のサイズ変更に対応する際の従来の考え方で用いる下パンチ７と同じ）されている。

本発明による焼結合金制輪子の製造方法では、新規に作製すべき焼結摩擦材ブロック１１の背面Ｒ寸法（焼結後の補強板１４の背面Ｒ寸法４５７）が、現行の焼結摩擦材ブロック２１の背面Ｒ寸法（補強板２４の背面Ｒ寸法４７２）と異なっていても、摩擦材ブロック１１の予備成形工程としては、現行の予備成形工程をそのまま踏襲している。それゆえ、摩擦材ブロック１１の予備成形体１３（背面Ｒ寸法がＲ４６６）、及びその背面側に配置される焼結前の補強板１４（背面Ｒ寸法がＲ４７２）は、現行の予備成形体２３及び補強板２４と変わりはない。しかしながら、次工程である摩擦材ブロックの焼結工程においては、焼結金型（上パンチ５，下パンチ７）のうち、踏面側のＲ４３０の上パンチ５については変更がないが、背面側の下パンチ７についてはその内面Ｒ寸法は新規に作製すべき焼結摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法である４５７としている。そして、焼結時には焼結中の熱と圧力とが利用されて、予備成形体１３及び補強板１４は、その背面Ｒ寸法が焼結金型（下パンチ７）の内面Ｒ寸法４５７に倣うように変化される。その結果、所定の背面Ｒ寸法４５７を有する焼結摩擦材ブロック１１（予備成形体１３から焼結された摩擦材と、接着された補強板１４とから成る）が作製される。

このように、本実施例では、新規形状の制輪子を作製する際に、予備成形体用金型（上記例では上下のパンチ１，２）、焼結・接着層用金型（上記例では上パンチ３）、及び補強板１４について、それぞれ現行の寸法設定で良く、製造コストと工数の低減を図ることができる。

上記の実施例では、背面Ｒ寸法が従来寸法と異なった場合について説明したが、これに限ることなく、車輪の踏面Ｒ寸法が異なる場合、或いは背面Ｒ寸法と踏面Ｒ寸法とが異なる場合についても、適用可能であることは明らかであろう。

１ 予備成形体用金型の上パンチ ２ 予備成形体用金型の下パンチ
３ 従来の考え方で用いる下パンチ
５ 焼結・接着層用金型の上パンチ ６ 焼結・接着層用金型の下パンチ（現行）
７ 焼結・接着層用金型の下パンチ
１０ 制輪子 １１ 焼結摩擦材ブロック
１２ 受け金 １３ 予備成形体
１４ 補強板

Claims (4)

1. 予備成形体を含む焼結前の摩擦材ブロックを、焼結金型を用いて加圧・加熱することにより背面Ｒ形状を有する焼結合金制輪子を製造する方法において、
   前記焼結金型の内面のＲ寸法を、前記焼結前の摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法と異なる寸法とし、当該焼結中の熱及び圧力を利用して前記摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法を変化させて、前記焼結金型の内面に合致した形状の焼結摩擦材ブロックを作製することを特徴とする焼結合金制輪子の製造方法。
2. 前記摩擦材ブロックの予備成形体の前記背面Ｒ寸法を既存の予備成形体から変えることなく、前記焼結金型の内面Ｒ寸法のみを変更することで、既存の焼結摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法と異なる背面Ｒ寸法を備えた焼結摩擦材ブロックを作製することを特徴とする請求項１に記載の焼結合金制輪子の製造方法。
3. 前記摩擦材ブロックは、前記予備成形体の背面側に前記摩擦材ブロックの背面Ｒ寸法を定める補強板が積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結合金制輪子の製造方法。
4. 前記焼結合金制輪子は、鉄道車輪用制輪子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結合金制輪子の製造方法。

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