JPS5835550B2 - 耐摩耗性、耐寒性および耐雪性のすぐれた摩擦材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐摩耗性、耐寒性および耐雪性に優れた、
鉄道車両等の列車の制輪子として用いられる摩擦材およ
びその製造方法に関する。

制輪子用の磨擦材としては以下の如き性質が一般に要求
されるものである。

（１）摩擦特性に優れ最短制動距離を確保し得ること。

すなわち、耐熱性を有し、高速域からのブレーキでもフ
ェードせず、また耐寒、耐雪性を有し低温等の雪中ブレ
ーキにおいてもノンブレーキにならない、つまり磨擦特
性が安定していること。

（２）耐摩耗性が良好であり、長時間の使用が可能で、
しかも製造コストが安い等経済的であること。

（３）相手材たる車輪に対し攻撃性が少ない。

つまり、車輪に損傷を与えたり、電気抵抗を高めたり、
スリップしやすくないこと。

（４）機械的強度が充分であること。

（５）制輪子とした場合に重量が軽く取替作業が簡便で
あること。

（６）制動時に火花の発生がなく、車両の運行に支障の
ないこと。

（７）制動時に騒音、発臭等のいわゆる公害を発生しな
いこと。

しかして、従来、種々摩擦材を使用した制輪子として、
例れば鉄道用車両制輪子は以下の４種に大別できる。

すなわち、（イ）鋳鉄制輪子、（ロ）合金鋳鉄制輪子、
（ハ）焼結合金制輪子、に）合成制輪子である○ しかしこれら従来の摩擦材を用いた制輪子は夫夫上記箇
条書きした７つのいずれかの長所を有しつつも以下の如
き欠点を有していた。

つまり（イ）の鋳鉄制輪子、及び（ロ）の合金鋳鉄制輪
子においては、その材質的特徴から摩擦特性、耐摩耗性
が悪く、しかも大重量、火花の発生、公害を惹起する。

また、（ハ）の焼結合金制輪子は、粘結材に含有される
有機溶剤のため作業者が溶剤中毒になる等衛生上の問題
と共に、溶剤の有する引火性のため火災の危険が犬であ
る等作業性が不良である。

更にまた、に）の合成制輪子は、相手材に対する攻撃性
、機械的強度および騒音等の公害発生を来す。

また作業工程において粉塵公害を発生するし、粘結材を
使用する場合は該粘結材に含有される有機溶剤のため作
業者が溶剤中毒になる等衛生上の問題と共に、溶剤の有
する引火性により火災の危険が犬である等作業を非常に
困難にする。

また、溶剤や硬化剤を含むので成形中にガスワレ等の不
都合を来し作業性が劣るものである。

この発明は上記従来摩擦材による制輪子の欠点を除去し
たもので、合成制輪子の長所たる良好な摩擦特性と、犬
なる耐摩耗性および火花の発生が無い特徴を有し、更に
鋳鉄および焼結合金制輪子の長所たる良好な耐雪性と相
手材への非攻撃性とを有するし、特に作業工程において
作業性に良好な影響を与える無溶剤液状フェノール樹脂
（商品の普通名称、例えばカシュー株式会社製）即ちア
ルコール、アセトン、ドルオール等の揮発性溶剤を含ま
ず室温で液状のフェノール樹脂を使用し、加圧加熱して
成形した摩擦材およびその製造方法に関する。

まずこの発明の摩擦材において、銅は摩擦係数を高める
のに有効な添加物であるが、２０％を越える場合は摩擦
材の硬度を低め、著しく摩耗を促進させるから不適当で
ある。

しかし１％未満では必要な摩擦係数を得ることができず
、１％以上の銅は必要である。

タングステンは、硬度を高め耐摩耗性に寄与する点より
すれば有効な添加物であるが、この発明の摩擦材の場合
、１０％を越える添加は被摩擦体たる相手材を損傷せし
める程の硬度となるため使用目的に副い得ない。

しかし、５％未満では摩擦材としての硬度が低すぎ、摩
耗を促進させるので、５％は最小必要量である。

コバルトは、靭性におよぼす影響度が犬である。

しかし４％未満では靭性を改善し得ず脆弱さが残り、そ
して添加量が増すにつれ摩擦材の靭性を改善する効果も
増大するが、７％を越えると、添加量に比例する程の効
果も期待できないところの頭打ち現象を生ずるので、効
果と経済性のバランスを考慮して最高７％までである。

黒鉛は、潤滑性を与え焼付現象を防止するすぐれた効果
を示す。

しかし３０％を越える場合は摩擦係数を低下せしめ滑り
現象を惹起するので不適当であり、また３％未満では潤
滑性が悪く焼付現象を惹起したり、耐摩耗性も乏しくな
るので、この発明の摩擦材としては最高３０％、最低３
％の黒鉛は必要である。

鉛丹又はシリカ、あるいは鉛丹とシリカの混合物は、摩
擦係数の安定性を高めるのに有効な添加物であるが、５
％未満ではこの効果が少なく、１５％を越えると摩擦材
として使用した際に相手材を引掻作用により損傷せしめ
るので、この発明の添加物としては最低５％は必要で、
最高１５％までである。

アスベスト又は岩綿、あるいはアスベストと岩綿の混合
物は、加圧特性及び機械的強度を改善する効果が大きい
が、３％未満では機械的強度を欠くことになり、１０％
を越える添加は加圧特性の悪化を招き、いわゆる「しま
り」がなくなる。

次にこの発明に係る摩擦材の製造方法について説明する
。

まず、重量％で銅１〜２０％、タングステン５〜１０％
、コバルト４〜７％、黒鉛３〜３０％および、鉛丹、シ
リカの１種または２種５〜１５％および、アスベスト、
岩綿の１種または２種３〜１０％、鉄３０〜７０％の各
粉体としたものを混合する。

なお、この鉄分としては海綿鉄粉、鋳鉄粉、リン鉄の１
種または２種以上を混で合わせて使用し得る。

次いで上記各材料の混合体７０〜９５％に、溶剤を含ま
ないところの無溶剤液状フェノール樹脂５〜３０％を結
合材として除々に混入して粘性のある混合物とする。

この様に、結合材を加えれば、各材料の粉体のみを混合
した場合と異り、一度均一に混練した各材料は完全に均
一に分散きれ、粘性を有する混線物となり、再び分離拡
散することはない。

しかして、結合材を使用しているので粉塵の飛散が防止
され、また無溶剤液状フェノール樹脂は、溶剤を少しも
含まないので作業者はアルコール中毒等になる虞れもな
く、引火性もなく火災の危険が無く安全且つ衛生的に作
業をなし得る。

次いで、該混合物を制輪子等の摩擦材として成形すべく
型に詰め、常温において１５００〜６０００ｋｇ７／Ｃ
ＴＬで１５〜３０分間加圧した後、アンモニア分解ガス
等の還元雰囲気中で温度８００〜１５００℃、圧力４〜
１０ ｋｇ／ｃｒｉで２０〜１２０分加圧焼成し摩擦材
たる制輪子を完成する。

なお、前記混合物を制輪子等の摩擦材として成形すべき
加圧加熱条件は、前記加圧加熱条件に限らないが、前記
加圧加熱条件によれば、特に高速域及び低温散水時にお
いて摩擦係数が大きく、摩擦特性も安定し、摩耗量も極
めて少ないものである。

つぎに、第１表にこの発明の組成を有する高摩擦及び低
摩擦係数を有する２種の摩擦材からなる制輪子の実施例
を挙げ、同時にこの発明の組成に属さない従来の摩擦材
からなる制輪子を比較のために挙げ、実物大ブレーキ試
験機による試験やその他の性能試験条件およびその結果
を以下に記す。

なお、この発明に係る実施例の摩擦材１および２は、第
１表に掲げた組成を有するものを混練後、制輪子とすべ
く型に詰め、常温において２０００ｋｇ／Ｃ１１１で２
０分間加圧した後、アンモニア分解ガス雰囲気中におい
て温度１１００℃、圧力ｓｋｙ／ｆｆｌで４０分間加圧
焼成し摩擦材１および２の制輪子としたものである。

また、以下に示す本発明の摩擦材１は新型の電車等の制
動押付力が比較的小さなもの用に適する高摩擦係数を有
する材として、また本発明の摩擦材２は旧型の電車等の
押付力が比較的太なるもの用の低摩擦係数を有する材の
夫々良好な状態を示す一実施例を挙げたものである。

実物大ブレーキ試験機による摩擦摩耗特性試験は以下の
如き条件によって行った。

すなわち、慣性モーメントが１２０ｋｇ、 ｍ 、５ｅ
ｃ２、つまり現車で等価慣性重量としては５０．８ ｔ
ｏｎ相当である。

常温乾燥状態で２４回の制動を行うが、各場合の初速度
（Ｋｍ／ｈ ）は６５−３５−９５−１２５Ｅ６５−１
２５−３５Ｂ−９５−９５−１２５Ｅ３５−１２５Ｌ９
５Ｂ−６５−６５−１２５Ｂ−９５−１２５−１２５−
６５Ｂ−３５−３５１２５Ｂ−６５であり、また制輪子
の車輪に対する押付力は、常用の場合は１．５ｔｏｎで
あり（上記初速度の無印）、非常（上記初速度の数字に
付した「Ｅ」）の場合は３．５ｔｏｎで両場合とも片押
しで行った。

また、面積は２．５２ Ｘ １０”ｒ／Ｌ１Ｎであり、
試験開始時の車輪温度は約６０℃である。

この試験結果を第２表に示す。

また、前記常温乾燥試験とは逆に降雪・荒天時におけろ
水膜による制動効果の変化を知るため低温散水試験を行
ったが、その条件は以下の如くである。

すなわち、低速連続２０回くりかえしの制動に際し、各
初速度は３５ Ｋｍ／ｈとし、温度Ｏ℃の水を１０００
ｃｃ／ｍｉｎ制動摺面に対し散水し、車輪に対する制
輪子の押付力は常用の１．５ｔｏｎで片押しとし、摩擦
面積は２．５２ Ｘ １０’ｍｍとし、２０回の各試験
開始時の車輪温度は一３℃とし、制動試験を行う雰囲気
温度は一５℃とした。

この散水試験の実験結果は第３表に示す。

以上説明した如く、この発明は制輪子用の摩擦材として
、あるいはその製造に際し以下の如き頗る有用な効果を
奏するものである。

（１）摩擦材の粘結材として無溶剤の液状フェノール樹
脂を使用したので、摩擦材の原料の混合に際し粉塵の飛
散がなく、作業者の呼吸器障害を防止し得て極めて衛生
的であるし、また溶剤を含まないのでアルコール等の溶
剤中毒をも防止し得るし、火災の危険をも回避し得る。

また、溶剤や硬化剤を含まないので制輪子としての成形
中のガスワレ等の不都合を回避し得て作業性が良い。

（２）第２表の常温乾燥時の試験結果から明らかなよう
に、本発明の摩擦材またる高摩擦係数を有する材は、同
様高摩擦係数を有する従来摩擦材１よりも平均摩擦係数
が犬で特に高速域においても良好な値を示し、摩擦特性
が安定し、停止寸前の摩擦係数の上昇が小さく停止時の
ショックが少なく運転が容易であり、且つ摩耗量も極め
て少なく優秀な摩擦材であることを示している。

また同様に低摩擦係数を有する本発明の摩擦材２も、同
様旧型車両用の低摩擦係数を有する従来の摩擦材２より
も、更には参考的に示した鋳鉄の制輪子たる摩擦材３よ
りも良好な摩擦係数を有し、且つ摩耗量も極めて小であ
ることがわかり、優秀な摩擦材であることが明らかであ
る。

（３）第３表から明らかなように、この発明に係る摩擦
材を使った制輪子の低温散水試験での平均摩擦係数ｆｍ
は、本発明の摩擦材１でｆｍ＝０．３８、摩擦材２でｆ
ｍ＝０．２０であり、この発明に係る摩擦材による制輪
子は、制動摺面への氷雪水からなる低温水分の進入によ
っても、常温乾燥時と略同等の優秀な制動効果を奏し、
第５表に示す如き従来摩擦材１および２の低温散水試験
結果のような氷雪水の進入によるノンブレーキ状態とな
ることはない。

（４）第４表から明らかなように本発明の高摩擦および
低摩擦係数を有する夫々の摩擦材は、従来の夫々の摩擦
材よりも機械的な緒特性も優れている。

すなわち、本発明に係る摩擦材は摩擦係数が犬であり、
耐摩耗性に優れており、また機械的強度も犬なので低温
時においても摩擦材としての強度を維持し、氷雪水の存
在にも摩擦係数の低下を来さないので雪中ブレーキも良
好である。

また原材料の特質から熱の伝導も良好で制動時の放熱効
果が高く、相手材への攻撃性が少いし、制動時の火花騒
音、異臭の発生が無く、製造に際しても優れた作業性を
有するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、銅１〜２０％、タングステン５〜１０％
   、コバルト４〜７％、黒鉛３〜３０％、鉛丹及びシリカ
   の１種または２種を５〜１５％、アスベスト及び岩綿の
   １種または２種を３〜１０％。 鉄３０〜７０％とよりなる混合体７０〜９５％に無溶剤
   液状フェノール樹脂５〜３０％を加えた均質な混練物を
   加圧加熱して成形した耐摩耗性、耐寒性および耐雪性の
   すぐれた摩擦材。 ２ 重量％で、銅１〜２０％、タングステン５〜１０％
   、コバルト４〜７％、黒鉛３〜３０％、鉛丹及びシリカ
   の１種または２種を５〜１５％、アスベスト及び岩綿の
   １種または２種を３〜１０％、鉄３０〜７０％よりなる
   混合体７０〜９５％に結合材として無溶剤液状フェノー
   ル樹脂５〜３０％を加えた均質な混線物を、圧力１５Ｏ
   ＮＯＯＯｋｇ／ｃＩＩＬで１５〜３０分間加圧した後、
   還元性雰囲気中において温度８００〜１５００°ＣＡ圧
   力４〜１０にり／ｃＩ？Ｌで２０〜１２０分加圧焼成す
   る耐摩耗性、耐寒性および耐雪性のすぐれた摩擦材の製
   造方法。