JPH0127144B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般的には粉末金属摩擦材に係り、
更に詳細には鉄道車輌のブレーキシユーの如き用
途に適した鉄基焼結粉末金属摩擦材に係る。 鉄道車輌のトレツドブレーキ用のブレーキシユ
ー材料としては長年に亙り鋳鉄が使用されてい
る。鉄道車輌のブレーキシユーの摩耗寿命が改善
すべく合成材よりなるブレーキシユーが開発され
た。 合成材よりなるブレーキシユーを使用すれば、
特定の用途の要件に適合するようブレーキシユー
の摩擦係数を調整することができる。しかし、合
成材よりなるブレーキシユーのなかには、濡れる
とその機能を喪失し、その結果車輌の制動距離が
長くなつてしまうものがある。また合成材よりな
るブレーキシユーは、機関車、特に転轍用機関車
の如き高エネルギー制動用途に使用される場合に
は、その寿命が非常に短いことが解つている。 また合成材よりなるブレーキシユーの他の一つ
の問題は、分解により生じたもの、即ち破片、特
に黒鉛が車輪やレールを汚染し、これによりそれ
らの摩擦係数を減少させるということである。 また高摩擦合成材ブレーキシユーの他の一つの
問題は、金属ピツクアツプ、即ち車輪を構成する
鋼の裂片が合成材ブレーキシユーへ移転される現
象が生じ易いことである。かくしてブレーキシユ
ーに移転された金属によりその後の制御作動中に
車輪のガウジングが惹き起こされる。かかるガウ
ジンクによりその車輪は早期にその公差を越えて
しまい、また高さの高いフランジが形成されてし
まう。これらの問題の故に、車輪を早期に交換し
なければならず、従つてコストが増大する。 上述の如き現状の鉄道車輌用ブレーキシユーに
は上述の如き種々の問題があるので、新たな型式
の鉄道車輌用ブレーキシユーが開発される必要の
あることが痛感されていた。この場合ブレーキシ
ユーの摩擦材としては、焼結粉末金属材が、湿潤
によつては殆どその機能を喪失することがないの
で適当であるものと考えられていた。 焼結粉末金属ブレーキシユーは航空機用デイス
クブレーキに使用されるために開発された。航空
機用のブレーキも高エネルギー用ブレーキである
が、航空機用ブレーキは鉄道車輌用ブレーキとは
全く異なるものである。即ち航空機用ブレーキは
一般にはデイスクブレーキであるのに対し、鉄道
車輌用ブレーキは鋳鋼製車輪それ自身の回転面又
はトレツドにブレーキシユーを係合させる型式の
ものである。かかる相違から、航空機用ブレーキ
の摩擦材は従来より鉄道車輌用ブレーキの摩擦材
とは全く異なるものであつた。また焼結粉末金属
摩擦材は近年デイスクパツドとして自動車にも導
入されている。自動車用デイスクブレーキもその
エネルギーレベルが異なるので、鉄道車輌用トレ
ツドブレーキとは全く異なるものであり、従つて
自動車用ブレーキに使用される摩擦材を鉄道車輌
用ブレーキに使用することは適当ではない。 従つて、本発明の目的は、鉄道車輌用のブレー
キに適した焼結粉末金属摩擦材を提供することで
ある。かかる目的で、鉄、炭素、イオウの粉末を
含む焼結材の組成が決定され、それらの焼結材が
UIC試験法及びAAR試験法に従つてダイナモメ
ータによる試験が行なわれた。上述の試験された
摩擦材の中には、摩耗寿命、摩擦係数、制動距
離、湿潤特性などは極めて良好であるが、そのブ
レーキシユーに金属ピツクアツプが発生している
ものがあつた。従つて金属ピツクアツプを排除す
べくある種の成分を添加したり除去したりするこ
とにより、その成分の調整が行なわれた。 広範囲に亙る試験の結果、鉄道車輌用ブレーキ
に適した摩擦材は鉄、炭素、及び銅、マンガン、
フエロクロム、クロムカーバイド化合物よりなる
群より選択された粉末金属添加物よりなる焼結粉
末混合物にて形成され得ることが解つた。イオウ
が添加されてもよく、また銅又はマンガンの粉末
が使用される場合にはアルミナが添加される。こ
れらの材料にて形成されたブレーキシユーは良好
な摩耗特性を呈し、また殆ど又は全然金属ピツク
アツプを生じない。 以下に本発明を実施例について詳細に説明す
る。 上述の各摩擦材を評価すべく、UCI（欧州法）
及びAAR（米国法）の２つのダイナモメータ試験
法が使用された。種々の混合物が実際のブレーキ
シユーに形成され、実際の鋳鋼製車輪と組合わさ
れてダイナモメータ試験が行なわれた。 UIC試験法は以下の如くである。 １ 摩耗試験：60Km／hrより3752lb（1702Kg）
BSL（ブレーキシユー荷重）にて停止 ２ 停止試験：それぞれ160、120、100、90、60、
50、40、30、15Km／hrの速度より7505（3404）、
5628（2553）、3752（1702）、1876（851）lb（Kg）
BSLにて停止 ３ 抗力試験：60Km／hrにて37KWの荷重を20分
間付与 60Km／hrにて55KWの荷重を１分間付与 またAAR試験法は以下の如くである。 １ 摩耗試験：20ｍ／hrにて1450lb（658Kg）の
BSLを付与する抗力試験を45分間実施 ２ 停止試験：それぞれ90、70、50、30、10ｍ／
hrの速度より2000lb（907Kg）のBSLにて３回停
止 それぞれ90、70、50、30、10ｍ／hrの速度よ
り6000lb（2722Kg）のBSLにて３回停止 ３ 抗力試験：20ｍ／hrにて925lb（420Kg）の
BSLを45分間付与 20ｍ／hrにて1450lb（658Kg）のBSLを45分間
付与 尚摩擦材の性能を評価するために使用された基
準は摩擦係数、制動距離、摩耗量であつた。 全ての混合物は9TSIにて予め冷間成形され、
次いで1600〜2000〓（871〜1093℃）に加熱し
9TSIにて加圧することにより焼結された。そし
て各混合物は上述のUIC試験法又はAAR試験法
の何れか又は全てについて試験された。尚本明細
書に於ける焼結法は、融点以下の温度に加熱する
ことにより成形し且つ部分的に溶融させることを
意味する。 ベース混合物 試験された最初の混合物は以下の組成（体積
％）を有していた。 含有物質 混合物Ａ 鉄 50.8 炭素（黒鉛） 46.7 イオウ 2.5 摩擦係数、制動距離、摩耗率は極めて良好であ
つた。しかし５回の試験のうちの２回の試験に於
て金属ピツクアツプ（ブレーキシユーがホイール
より金属をピツクアツプすること）が観察され
た。金属ピツクアツプは車輪のガウジングを惹き
起こし、その車輪が早期に公差を越えるものとな
るので、上述の混合物は拒絶された。そして金属
ピツクアツプを除去すべく種々の添加粉末を添加
する試みを行なうこととした。 イオウ混合物 まずイオウ含有量を増大すれば金属ピツクアツ
プがなくなるものと考えられた。下記の組成（体
積％）を有するイオウ含有量の高い２つの混合物
が試験された。

【表】 38の試験のうち18の試験に於て金属ピツクアツ
プが観察されたので、上述の混合物は拒絶され
た。 リン混合物 フエロリンを使用することにより故意にリンが
添加され且酸化アルミニウムが添加された２つの
混合物が試験された。上述のイオウ混合物につい
て試験結果に鑑み、この試験に於てはイオウが除
去された。上述の２つの混合物の組成（体積％）
は以下の如くであつた。

【表】 29回の試験のうち26回の試験に於て金属ピツク
アツプが観察され、従つて上述の混合物は拒絶さ
れた。 銅混合物 1.4〜35体積％にて銅を添加された多数の混合
物が試験された。試験された銅含有混合物の組成
（体積％）は以下の如くであつた。

【表】 4.0体積％以下の銅を含有する混合物について
は20回の試験中12回の試験に於て金属ピツクアツ
プが観察され、4.0体積％以上の銅を含有する混
合物については、96回の試験中５回の試験に於て
のみ金属ピツクアツプが観察され、銅含有量が11
体積％以上の混合物の場合には金属ピツクアツプ
は全然観察されなかつた。またイオウ及び酸化ア
ルミニウムは銅を含む混合物に於ける金属ピツク
アツプに影響を及ぼすことはないものと考えられ
る。 マンガン混合物 添加粉末としてマンガンを含有する幾つかの混
合物が試験された。それらの混合物は1.0〜37.5
体積％のマンガンを含有していた。これらの混合
物の組成（体積％）は以下の如くであつた。

【表】 マンガン含有量が9.0体積％以下の混合物に於
ては19回の試験中７回の試験に於て金属ピツクア
ツプが観察されたのに対し、マンガン含有量が
9.0〜37.5体積％である混合物に於ては113回の試
験中１回の試験に於てのみ金属ピツクアツプが観
察された。また混合物Ｌに於てはイオウが含まれ
ていないことによる影響は認められなかつた。 フエロクロム混合物 クロムを含有する幾つかの粉末金属混合物が試
験された。クロムは約半分のクロムカーバイトと
約半分の鉄・クロム・カーバイドとよりなるフエ
ロクロムの形で導入された。フエロクロムの添加
量は1.0〜39.0体積％であつた。代表的なフエロ
クロム含有混合物の組成（体積％）は以下の如く
であつた。

【表】 鉄と炭素とフエロクロムの比率が異なる種々の
組成の混合物が形成され且試験された。イオウは
金属ピツクアツプを防止するのに必須の成分では
ないことが認められた。233回の試験が上述の材
料について行なわれた。その233回の試験のうち
２回の試験に於てのみ金属ピツクアツプが観察さ
れた。従つて黒鉛の代わりにコークスの形態で炭
素を含有する混合物について試験を行なうことに
した。その混合物の組成（体積％）は以下の如く
であつた。 含有物質 混合物Ｓ 鉄 45 炭素（コークス） 40 フエロクロム 15 上述の混合物Ｓの試験に於ては金属ピツクアツ
プは観察されず、黒鉛を含有する混合物Ｐと同等
の性能を有するものであることが認められた。従
つて黒鉛の代わりにそれよりも低廉なコークスが
使用されてよいことが解る。 要 約 鉄及び黒鉛を含有する鉄基焼結粉末金属摩擦材
について行なわれた広範囲に亙る試験により、
銅、マンガン、又はフエロクロムを故意に添加す
ることにより、制動中に摩擦材によつて車輪鋼の
金属ピツクアツプを大きく低減し又は排除し得る
ことが解つた。また銅又はマンガンを含有する混
合物に酸化アルミニウムの如き摩擦剤を添加する
ことは、摩擦レベルを高めるために有効である
が、金属ピツクアツプの低減には必須でないこと
が解つた。かかる添加物は、フエロクロムが使用
される場合には、そのフエロクロム中にクロムカ
ーバイドや鉄・クロム・カーバイドが含まれてい
るので、必ずしも必要でないことが解つた。イオ
ウは当初より混合物中に含まれていた成分であつ
たが、実験によりイオウが含まれていないことは
金属ピツクアツプに全然影響しないことが解つ
た。 以上のことから、最も好ましくは体積％で９％
以上のマンガン、４％以上の銅、又は１％以上の
フエロクロムを使用することによつて金属ピツク
アツプを防止又は低減し得ることが解つた。上述
の添加物の好ましい範囲は、２〜８体積％の酸化
アルミニウムとの組合せに於ける９〜15体積％の
マンガン、５〜10体積％の酸化アルミニウムとの
組合せに於ける11〜25体積％の銅、又は５〜20体
積％のフエロクロムであると決定された。炭素は
黒鉛又はコークスの形態で10〜70体積％の量にて
使用されれば有効であり、その好ましい範囲はマ
ンガンと共に使用される場合には30〜40体積％で
あり、銅と共に使用される場合には15〜30体積％
であり、フエロクロムと共に使用される場合には
29〜70体積％であることが解つた。 以上に於ては本発明を幾つかの実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄道車輌の車輪外周面に直接接触するブレー
   キシユーのための鉄基焼結粉末金属摩擦材にし
   て、実質的に体積率で10〜70％の炭素と、金属ピ
   ツクアツプ抑制成分として４〜40％の銅、９〜40
   ％のマンガン、１〜40％のフエロクロムの何れか
   を含み、残部が鉄及び不純物よりなつていること
   を特徴とする鉄基焼結粉末金属摩擦材。