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JP2873569B2 - 鉄道車両用制輪子 - Google Patents

鉄道車両用制輪子

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Publication number
JP2873569B2
JP2873569B2 JP8203054A JP20305496A JP2873569B2 JP 2873569 B2 JP2873569 B2 JP 2873569B2 JP 8203054 A JP8203054 A JP 8203054A JP 20305496 A JP20305496 A JP 20305496A JP 2873569 B2 JP2873569 B2 JP 2873569B2
Authority
JP
Japan
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braking
brake
brake shoe
block
cast iron
Prior art date
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JP8203054A
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English (en)
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JPH1030661A (ja
Inventor
純二 渡
俊彦 青山
幸夫 増田
雄 赤城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOTSUKAIDO RYOKAKU TETSUDO KK
Original Assignee
HOTSUKAIDO RYOKAKU TETSUDO KK
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Publication date
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/002Combination of different friction materials

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の制動装
置を構成する鉄道車両用制輪子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鋳鉄制輪子のブレーキ性能を向上
させる方法として、鋳鉄の成分配合を変える方法の他
に、例えば特開平7−103267号公報に示されるよ
うに制輪子本体にセラミックスブロックを鋳込む方法が
ある。この方法による制輪子は、セラミックスブロック
を制輪子本体と一体に鋳ぐるんであり、制動時に車輪と
制輪子の摩擦界面へセラミックス粒子を供給することが
制動に有効であるとされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、制輪子本体に
セラミックスブロックを鋳込む場合にセラミックスブロ
ックをバックメタルにボルトで固定するが、セラミック
スブロックと鋳鉄の収縮率は異なり、約1,400度の
溶融鋳鉄を注いだ後の冷却時の収縮率の相違から、制輪
子本体あるいはセラミックスブロック自体に亀裂が発生
する場合があり、製品の歩留まりが悪く量産性に問題が
ある。
【0004】更に、冷却時にセラミックスブロックに亀
裂が入った場合には、ブレーキ作用時にセラミックスブ
ロックの一部が欠落してしまい、逐次定量的にセラミッ
クスが供給されないために安定したブレーキ性能が得ら
れないという未解決の問題がある。
【0005】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
なされたもので、制輪子本体に制動ブロックが実質的に
均一に分散しているので制動性に優れている鉄道車両用
制輪子を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために構成された本発明の手段は、制動摩擦面を有する
鋳鉄製の制輪子本体と、該制輪子本体より硬質の材料か
らなり、複数の空隙が実質的に均一に形成されている制
動ブロックと、該制動ブロックの後方に位置して前記制
輪子本体に鋳ぐるまれるバックメタルとから構成し、前
記制動ブロックはその一面を前記制輪子本体の制動摩擦
面に露出した状態で前記多数の連通空隙内を含む全体を
鋳ぐるむことにより、前記制輪子本体と一体化したもの
からなる。
【0007】前記制動ブロックには複数の連通気孔が形
成されている発泡体状セラミックスブロックを用いると
よい。
【0008】また、制動ブロックはクロム合金あるいは
チタン合金により成形してもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明による鉄道車両用制
輪子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づき詳
述する。図1および図2において、1は鉄道車両用制輪
子(以下制輪子1という)を示す。2は該制輪子1を構
成する鋳鉄製の制輪子本体で、該制輪子本体2は凹状に
湾曲した前側面が制動摩擦面2Aになり、凸状に湾曲し
た後面2Bの長手方向中央には略台形状のコッタ部2C
が突出した縦長の湾曲角柱状をなしている。そして、制
輪子本体2は耐熱性、耐摩耗性等を考慮してニッケル、
クロム等の合金元素を添加した合金鋳鉄により成形して
ある。
【0010】3は前記制輪子本体2に鋳ぐるまれて制輪
子1を構成するバックメタルを示す。該バックメタル3
は例えば軟鋼板を制輪子本体2の後面2B側に制輪子本
体2とほぼ同様の曲率に湾曲させて形成した縦長矩形状
の板体3Aと、該板体3Aの後部中央に一体に突出形成
され、制輪子本体2のコッタ部2Cに位置する略□型の
連結環3Bとから構成してある。
【0011】4、4は制動ブロックとしての一対のセラ
ミックスブロックを示す。該各セラミックスブロック4
は炭化ケイ素粉体を焼結し、全体に無数の気孔4A、4
A、・・・が連通した状態で形成されている発泡体状の
立方体からなっており、その開孔率は80〜83%であ
る。そして、一対のセラミックスブロック4、4は一側
面4B、4Bを制輪子本体2の制動摩擦面2Aに露出さ
せた状態で、その全体が鋳鉄により鋳ぐるまれており、
無数の気孔4A、4A、・・・内にも鋳鉄が充填した状
態になっている(図6参照)。
【0012】本実施の形態に係る制輪子1は上述の構成
からなるが、次にその製造方法を図3ないし図5を参照
しつつ説明する。11は制輪子1を成形する鋳型で、該
鋳型11は下鋳型12と上鋳型13とから構成してあ
る。そして、下鋳型12には制輪子本体2の後面2Bお
よびコッタ部2C側を成形する後側成形部12Aが凹状
に形成してあり、上鋳型13には制輪子本体2の制動摩
擦面2A側を成形する前側成形部13Aが凹状に形成し
てある。先ず、下鋳型12の後側成形部12A内にバッ
クメタル3を配置し、このバックメタル3上に一対のセ
ラミックスブロック4、4を載置する(図4参照)。
【0013】次に、図5に示すように下鋳型12の上に
上鋳型13を衝合して鋳型11とし、この鋳型11内に
溶融鋳鉄を注湯する。すると、溶融鋳鉄との比重差によ
って各セラミックスブロック4は浮き上がり、その一側
面4Aが前側成形部13Aに当接した状態になる。この
状態で溶融鋳鉄はセラミックスブロック4の気孔4A、
4A、・・・内にまで流入し、セラミックスブロック4
と一体化する。そして、溶融鋳鉄が冷却することによ
り、バックメタル3およびセラミックスブロク4を鋳ぐ
るんだ状態で制輪子本体2が固化形成され、制輪子1が
製造される。
【0014】本実施の形態による制輪子1は上述した構
成からなり、また上記の製造方法により製造することに
よって、各気孔4A内に鋳鉄が充填された状態でセラミ
ックスブロック4を制輪子本体2と一体化することがで
きる(図6参照)。従って、制輪子1の制動摩擦面2A
にはセラミックスブロック4が鋳鉄と一体化した状態で
実質的に均一に分散した状態で露出するから、制輪子1
が車輪に押圧された場合セラミックスブロック4は車輪
に平均に圧接することができ、セラミックスは車輪との
摩擦境界面に逐次定量的に供給される。
【0015】図7は、本実施の形態に係る制輪子1と従
来の合金鋳鉄製制輪子のブレーキ性能を実際の車両の慣
性モーメントを持つ実物大ブレーキ試験機により行なっ
た試験結果を示す。図から明らかなように、40〜12
0Km/hの低速域での制動においては両制輪子にブレ
ーキ性能に実質上の差はない。しかし、120Km/h
を越えた高速域での制動では従来の制輪子はブレーキ性
能が低下していくのに対し、本実施の形態に係る制輪子
1は逆にブレーキ性能が上昇しており、車両の高速化に
対応したブレーキ性能を有する制輪子であることが検証
された。
【0016】図8および図9は、本実施の形態に係る制
輪子1について、速度160Km/hから制動試験を1
0回繰り返し行なった後の制動摩擦面を示す。一般的
に、この程度の試験を行なうと制動摩擦面に熱亀裂が発
生するが、熱亀裂が極めて僅少である。これは、セラミ
ックスブロック4の無数の連通した気孔4A内に鋳鉄が
流入することにより、制輪子本体2も制動摩擦面2Aの
部分が多孔状になる結果、熱変化による膨張収縮が吸収
され易くなったことによる。
【0017】なお、本発明の制動ブロックには上述した
セラミックスブロック4の外に、制輪子本体2より硬質
のクロム合金やチタン合金により多孔ブロックに成形し
たものを用いることができる。
【0018】更に、図10ないし図13は他の実施の形
態に係る制動ブロックを示す。これら制動ブロック21
ないし24はセラミックス、または鋳鉄より硬質の合金
により形成してある。先ず、図10に示す制動ブロック
21は多数本の円柱体21A、21A、・・・を縦横に
交差させ、かつ多層に積重した構造体に構成したものか
らなる。この制動ブロック21は、円柱体21A間に連
通した状態で形成される各空隙Aに鋳鉄が充填された状
態で制輪子本体2と一体化されるものである。
【0019】図11に示す制動ブロック22は基板22
Aの上に厚板からなる複数枚の制動板22B、22B、
・・・を列設した構造体に構成したもので、隣接する制
動板22B、22B間の各空隙Aに鋳鉄が充填された状
態で制動ブロック22は制輪子本体2と一体化されるも
のである。
【0020】また、図12に示す制動ブロック23は立
方体からなる基体23Aに複数の貫通穴23B、23
B、・・・を縦横に形成して連通させた構造体に構成し
たものからなる。この制動ブロック23は、各貫通穴2
3Bに鋳鉄が充填された状態で制輪子本体2と一体化さ
れるものである。
【0021】更に、図13に示す制動ブロック24は複
数枚の矩形状板からなる制動板24A、24A、・・・
を格子状に組合わせた構造体に構成したもので、隣接す
る矩形状板24A、24A間の各間隙Aに鋳鉄が充填さ
れた状態で制動ブロック24は制輪子本体2と一体化さ
れるものである。
【0022】上述の構成からなる制動ブロック21ない
し24は鋳型を用いて鋳込まれ、比重差により浮上して
その一部を制輪子本体2の制動摩擦面2Aに露出した状
態で制輪子を構成する点は、セラミックスブロック4の
場合と同様である。
【0023】
【発明の効果】本発明は以上詳述した如く構成したか
ら、下記の諸効果を奏する。 (1)制輪子の制動摩擦面には制動ブロックが鋳鉄と一
体化した状態で実質的に均一に分散した状態で露出して
いるから、制動時に制動ブロックは車輪に対して平均的
に圧接することができるし、車輪との摩擦境界面に制動
ブロックの粒子が逐次定量的に供給されるので、優れた
ブレーキ性能を発揮することができる。 (2)制動ブロックの複数の空隙内に鋳鉄が流入固化す
ることにより、制輪子本体もこの部分では空隙状になる
結果、熱変化による膨張収縮が吸収され易くなり、制動
摩擦面に熱亀裂が発生することのない耐久性に優れた制
輪子として使用できる。 (3)制動ブロックに無数の連通気孔を有するセラミッ
クスブロックを用いることにより、制動摩擦面には鋳鉄
とセラミックスとが密に一体化した状態で露出している
から、セラミックスが車輪との摩擦境界面に逐次定量的
に供給されるし、熱亀裂も殆ど発生することがなく、優
れたブレーキ性能を安定して発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1および図2は本発明の実施の形態に係る鉄
道車両用制輪子を示し、図1は制輪子の正面図である。
【図2】図1中のII−II矢示方向断面図である。
【図3】図3ないし図5は鉄道車両用制輪子の製造工程
を示し、図3は下鋳型、上鋳型、バックメタルおよびセ
ラミックスブロックの配置順序を示す説明図である。
【図4】下鋳型にバックメタル、セラミックスブロック
を配置した状態を示す説明図である。
【図5】バックメタル、セラミックスブロックを配置し
た下鋳型に上鋳型を衝合して鋳型を形成した状態を示す
説明図である。
【図6】本発明の実施方法により製造した鉄道車両用制
輪子の一部を縦方向に切断した切断面を示す写真であ
る。
【図7】従来の制輪子と実施の形態に係る制輪子のブレ
ーキ性能を示すグラフである。
【図8】ブレーキ試験後の制動摩擦面側を示す制輪子の
写真である。
【図9】制輪子の制動摩擦面を拡大して示す写真であ
る。
【図10】図10ないし図13は他の実施の形態に係る
制動ブロックを示し、図10は複数の円柱体から構成し
た制動ブロックの斜視図である。
【図11】基板と厚板からなる複数枚の制動板から構成
した制動ブロックの斜視図である。
【図12】立方体からなる基体に複数の貫通穴を形成し
た形状からなる制動ブロックの斜視図である。
【図13】矩形状板からなる複数の制動板を格子状に構
成した制動ブロックの斜視図である。
【符号の説明】 1 制輪子 2 制輪子本体 2A 制動摩擦面 3 バックメタル 4 セラミックスブロック 4A 気孔 11 鋳型 12 下鋳型 13 上鋳型 21、22、23、24 制動ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−103267(JP,A) 特開 平9−112612(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16D 65/06 F16D 69/02 F16D 69/04 B22D 19/00 C04B 41/88

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制動摩擦面を有する鋳鉄製の制輪子本体
    と、該制輪子本体より硬質の材料からなり、複数の空隙
    が実質的に均一に形成されている制動ブロックと、該制
    動ブロックの後方に位置して前記制輪子本体に鋳ぐるま
    れるバックメタルとから構成し、前記制動ブロックはそ
    の一面を前記制輪子本体の制動摩擦面に露出した状態で
    前記複数の空隙内を含む全体を鋳ぐるむことにより、前
    記制輪子本体と一体化してなる鉄道車両用制輪子。
  2. 【請求項2】 前記制動ブロックは無数の連通空隙が形
    成されている発泡体状セラミックスブロックである請求
    項1記載の鉄道車両用制輪子。
  3. 【請求項3】 前記制動ブロックはクロム合金あるいは
    チタン合金により成形してある請求項1記載の鉄道車両
    用制輪子。
JP8203054A 1996-07-12 1996-07-12 鉄道車両用制輪子 Expired - Lifetime JP2873569B2 (ja)

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