JPH09112612A - 制輪子用埋め込みブロック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦特性を従来よりも大幅に改善した車両ブ
レーキ用制輪子を提供する。より具体的には、そのよう
な制輪子用の、強度が大で信頼性の向上した制輪子用埋
め込みブロックを提供する。 【解決手段】 本発明の制輪子用埋め込みブロック７
は、鋳鉄製の制輪子１の摩擦面９にその一部を露出して
埋め込まれる。同埋め込みブロック７は、セラミックス
粒子と金属系バインダーの焼結体からなる。この埋め込
みブロック７からは、ブレーキ動作時に、セラミックス
粒子が分離してブレーキ摩擦面に適度に供給され、制輪
子と車輪との間の摩擦係数上昇に寄与するとともに、制
輪子の耐久性と耐摩耗性向上に寄与する。この焼結体ブ
ロックは、車輪との強い衝撃を伴うブレーキ動作の回数
が増加しても、金属系バインダーのもつ靭性により、ク
ラックが発生することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の制輪子
（ブレーキパッド）用の埋め込みブロックに関する。こ
の埋め込みブロックは、セラミックス粒子を含んでお
り、制輪子の摩擦面に該ブロックの一部を露出して埋め
込まれる。そして、このブロックが車輪と接触する際に
同ブロックより脱落するセラミックス粒子が上記摩擦面
に供給され、制輪子と車輪との間の摩擦係数上昇に寄与
する。本発明は、特には、そのような埋め込みブロック
の強度向上を目的とした改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】地上を移動する車両には、その運動を停
止または減速させるために何らかの形で摩擦を利用した
ブレーキ装置が装備されている。鉄道車両にも。踏面制
輪子式ブレーキかディスクブレーキが取り付けられてい
る。踏面制輪子式ブレーキは、車輪の踏面に制輪子を押
し付けてブレーキ力を得る方式のブレーキである。

【０００３】踏面制輪子方式は、ＪＲ各社の在来線車両
で採用されている。在来線においては、どの様な場合に
も、ブレーキをかけ始めてから走行距離６００ｍ以内で
車両が停止するという条件を満足させる必要がある。在
来線の列車高速化が推進されている今日、ブレーキ性能
の優れた制輪子の開発が求められているが、目的とする
材料が製造できていない。

【０００４】本発明者らは、先に特願平４−５６３９６
で、新方式の高性能ブレーキを提案した。この方式は、
ブレーキの制輪子と車輪の摩擦面に、セラミックス粒子
を外部から供給して、同面の摩擦係数を上げるというも
のである。しかしこの方式では、セラミックス粒子の供
給装置を別途に設けなければならず、ブレーキ装置全体
が複雑になる。また、レジン系の耐雪制輪子の開発も行
われてきているが、十分な性能が得られていない。

【０００５】また、本発明者らは、先に特願平５−２７
４７８５で、新方式の高性能ブレーキを提案した。この
方式のブレーキの制輪子には、ガラス、セメント等の素
材と共に成形されたセラミックスブロックが埋め込まれ
ている。ブレーキ中に、このセラミックスブロックと車
輪との接触により同ブロックから脱落するセラミックス
粒子が上記摩擦面に供給され、制輪子と車輪との間の摩
擦係数上昇に寄与する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
においては、セラミックスブロックを形成する際、セラ
ミックス粒子を固めるためのバインダーとして、ガラ
ス、セメント等の素材を使用しているため、セラミック
スブロックの材質が脆かった。そのため、ブレーキ動作
時におけるブロックと車輪との強い衝撃を伴う接触に起
因して、セラミックスブロックにクラックが入りやすか
った。その結果、ブレーキ動作回数の増加に伴い、ブロ
ックの一部又は全部の過剰な脱落を起こし、セラミック
ス粒子による摩擦力伝達の効果が持続できないという問
題点があった。同時に制輪子の定常的摩擦量を減少させ
るための対策も求められていた。

【０００７】本発明は、摩擦特性を従来よりも大幅に改
善した車両ブレーキ用制輪子を提供することを基本目的
とし、そのような制輪子用の、強度が大で信頼性の向上
した制輪子用埋め込みブロックを提供することを直接の
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の制輪子用埋め込みブロックは、鉄道車両の
車輪に押し付けられる鋳鉄製の制輪子の摩擦面にその一
部を露出して埋め込まれる制輪子用埋め込みブロックで
あって；セラミックス粒子と金属系バインダーの焼結体
からなることを特徴とする制輪子用埋め込みブロック。

【０００９】すなわち、セラミックスブロックを形成す
る際、従来は硬質物質としてのセラミックス粒子を固め
るためのバインダーとしてカラス、セメント等の素材を
使用していたため、セラミックスブロックにクラックが
入りやすいという問題点があったのに対して、本発明で
は、金属系バインダーを使用して焼結成形して埋め込み
ブロックを形成し、これを鋳鉄制輪子中に埋め込むこと
とした。この埋め込みブロックからは、ブレーキ動作時
に、セラミックス粒子が分離してブレーキ摩擦面に適度
に供給され、制輪子と車輪との間の摩擦係数上昇に寄与
するとともに、制輪子の耐久性と耐摩耗性向上に寄与す
る。この焼結体ブロックは、車輪との強い衝撃を伴うブ
レーキ動作の回数が増加しても、金属系バインダーのも
つ靭性により、クラックが発生することがなく、同ブロ
ックから脱落するセラミックス粒子が上記摩擦面に一定
量ずつ供給される。これにより、湿潤条件、特に降積雪
条件下でのブレーキ性能が安定している鋳鉄制輪子の特
徴を生かしながら、さらに摩擦性能と耐摩耗性を向上さ
せることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態及び実施例】以下、図面及び実施例
を交えつつより具体的に説明する。図１は、本発明の一
実施例に係る車両ブレーキ用制輪子を示す図である。
（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。図２は、図１
（Ｂ）に対応する、実物制輪子のブレーキ試験後の様子
を示す写真である。この実施例の制輪子１は、バックメ
タル３と、制輪子本体５と、埋め込みブロック７とから
構成されている。バックメタル３は、軟鋼板（ＳＳ４０
０等）で、制輪子本体５の反摩擦面９側を覆い、制輪子
本体５を支える。というのは、制輪子本体５は高硬度鋳
鉄製なので、摩擦面９の摩擦熱クラック等を起点として
割れが入りやすいため、なんらかの保持体が必要とされ
るのである。

【００１１】制輪子本体５は、バックメタル３及び埋め
込みブロック７を鋳ぐるむように鋳造される。制輪子本
体５の湾曲凹面は、車輪の踏面（図示されず）に押し付
けられてブレーキ力を得る摩擦面９となっている。制輪
子本体５の上下端部には、埋め込みブロック７が２個ず
つ埋め込まれている。埋め込みブロック７は、円柱状の
ブロックであり、摩擦面９にその一面を露出させてい
る。埋め込みブロック７が車輪に押し付けられると、埋
め込みブロック７を構成するセラミックス粒子の一部が
脱落して、摩擦面９に供給され、同面と車輪との摩擦係
数を高める。そのためブレーキ性能が向上する。なお、
埋め込みブロック７が制輪子本体５の両端部に配置され
ているのは、車輪の正逆転両方の時にも、脱落したセラ
ミックス粒子が摩擦面９に供給されるようにするためで
ある。

【００１２】この実施例の制輪子本体５は、特殊鋳鉄
（ＮＨＦ）製である。ちなみに、製造・試験に供したＮ
ＨＦの成分の一例は以下である。 Ｃ：３．２２ Ｓ：２．０２ Ｍｎ：１．２２ Ｐ：１．８６ Ｓ：０．０２ Ｎｉ：０．５１ Ｃｕ：０．５０ Ｍｏ：１．０２ Ｃｕ：０．８１

【００１３】本発明の制輪子用埋め込みブロックにおい
ては、上記金属系バインダーが、銅、アルミニウム、
錫、鉄及びニッケルよりなる群から選択された一種又は
二種以上を含む金属又は合金からなることが好ましい。
これらは、以下の３条件を備えているからである。 融点が比較的低いため焼結温度も低くてすむ。 使用後の摩耗した制輪子は、スクラップ（リターン
材）として再び制輪子の鋳造に用いられる。このとき埋
め込みブロックも一緒に溶解されるため、埋め込みブロ
ックの材質は、溶解炉の炉壁を侵食しないようなもので
なければならない。 コストが低い。

【００１４】この実施例の埋め込みブロック７は、Ｓｉ
Ｃとの銅粉の焼結体（径２６×４５ｍｍ）である。この
セラミックスの銅焼結ブロックの成形条件は以下であ
る。 ＳｉＣの平均粒度：１００μ 銅の平均粒度：１０μ ＳｉＣと銅の混合割合：２対３（重量比） 焼結条件：１０５０℃、６０分保持、常圧 空隙率：７５％

【００１５】埋め込みブロック（セラミックスと銅の焼
結ブロック）が車輪と接触する際に、適度にセラミック
ス粒子が脱落することが本発明の一つのポイントであ
る。それに適したブロックは、この実施例のような低密
度焼結体の他に、例えば黄銅、青銅等の金属により成形
する方法が考えられる。

【００１６】埋め込みブロック中の銅バインダーの含有
率（気孔除く）は、３０〜５０体積％が好ましい。すな
わち、銅含有率４９％、３４％で実際にブロックを作成
したところ、良好なブロックが得られた。また、気孔率
は２６〜３６％が好ましい。この範囲で、強度とセラミ
ックス粒子の放出特性のバランスが良いからである。

【００１７】上述のようにして製造した制輪子を用いて
実物大ブレーキ試験を行った。この試験では、実際の車
両と同等の慣性モーメントを持った車輪が所定の速度で
回転しているところに制輪子を押しつけ、瞬間摩擦係
数、ブレーキ距離（停止するまでの回転距離）や時間を
測定した。供試した制輪子は現在実用されている高速車
両用合金鋳鉄制輪子（ＮＨＦ）と、その中に実施例の銅
バインダーＳｉＣブロックを鋳ぐるんた制輪子（ＮＨＦ
／ＣｕＳｉＣ）である。

【００１８】図３は、ブレーキ初速度１５５km／h から
ブレーキをかけて車輪が停止するまでの速度（横軸）と
瞬間摩擦係数（縦軸）との関係を示すグラフである。ブ
ロックを埋め込んだ制輪子の摩擦係数が、ブレーキのか
け始めの高速域から停止直前の低速域までほぼ全域で高
くなっているのが分かる。この試験では、ブレーキをか
け始めてから車輪が停止するまでのブレーキ距離も測定
した。このブレーキ距離も、従来ＮＨＦ品と比較して本
発明品の方が３０％以上も短くなった。

【００１９】図４は、各ブレーキ初速度（横軸）と摩耗
率（縦軸）との関係を示すグラフである。本実施例のブ
ロックを埋め込んだ制輪子（ＮＨＦ／ＣｕＳｉＣ）の摩
耗率が、各ブレーキ初速度のほぼ全域で低くなっている
のが分かる。制輪子の摩耗量は、従来ＮＨＦ品と比較し
て本発明品の方が２０％程度少くなった。

【００２０】以上説明したように、本発明の車両ブレー
キ用制輪子は、ブレーキ装置に何の改造を加えること
も、付加的な装置を取付けることもなしに、制輪子本体
中に埋め込まれているセラミックと金属系バインダーの
焼結ブロックから供給されるセラミックス粒子の働きに
より、従来の制輪子のブレーキ性能の耐久性と耐摩耗性
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車両ブレーキ用制輪子
を示す図である。（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図であ
る。

【図２】図１（Ｂ）に対応する実物制輪子のブレーキ試
験後の様子を示す写真である。

【図３】ブレーキ初速度１４０ｋｍ／ｈからブレーキを
かけて車輪が停止するまでの速度（横軸）と瞬間摩擦係
数（縦軸）との関係を示すグラフである。

【図４】各ブレーキ初速度（横軸）と摩耗率（縦軸）と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 制輪子 ３ バックメタル ５ 制輪子本体 ７ 埋め込みブロ
ック ９ 摩擦面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 淳一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 渡 純二 北海道江別市緑が丘43番地７号 (72)発明者 青山 俊彦 北海道札幌市東区北38条東18丁目１−４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道車両の車輪に押し付けられる鋳鉄製
   の制輪子の摩擦面にその一部を露出して埋め込まれる制
   輪子用埋め込みブロックであって；セラミックス粒子と
   金属系バインダーの焼結体からなることを特徴とする制
   輪子用埋め込みブロック。
2. 【請求項２】 上記金属系バインダーが、銅、アルミニ
   ウム、錫、鉄及びニッケルよりなる群から選択された一
   種又は二種以上を含む金属又は合金からなる請求項１記
   載の制輪子用埋め込みブロック。
3. 【請求項３】 上記金属系バインダーが、銅又は銅合金
   からなり、該金属系バインダーの上記ブロック中の含有
   率（気孔除く）が３０〜５０体積％である請求項１記載
   の制輪子用埋め込みブロック。