JP3004157B2 - 車両ブレーキ用制輪子 - Google Patents
車両ブレーキ用制輪子Info
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- JP3004157B2 JP3004157B2 JP5274785A JP27478593A JP3004157B2 JP 3004157 B2 JP3004157 B2 JP 3004157B2 JP 5274785 A JP5274785 A JP 5274785A JP 27478593 A JP27478593 A JP 27478593A JP 3004157 B2 JP3004157 B2 JP 3004157B2
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- Japan
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- brake
- wheel
- brake shoe
- friction surface
- ceramic
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D2069/002—Combination of different friction materials
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両に用いられる摩擦
ブレーキのブレーキ性能を向上させることができる車両
ブレーキ用制輪子に関する。
ブレーキのブレーキ性能を向上させることができる車両
ブレーキ用制輪子に関する。
【０００２】
【従来の技術】地上を移動する物体には、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、車両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。制輪
子材は、鋳鉄系、レジン系、燒結合金系の３種類に大別
される。
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、車両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。制輪
子材は、鋳鉄系、レジン系、燒結合金系の３種類に大別
される。
【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。ところ
で、鋳鉄制輪子に比較して、レジン制輪子や燒結合金制
輪子はブレーキ性能が高いが、湿潤条件、特に降積雪条
件下ではブレーキ性能を安定して確保できない場合があ
るというのが問題である。また、車輪への攻撃性（摩
耗、熱負荷）等で改善の余地がある。そのため、鋳鉄系
でブレーキ性能の高い制輪子、または、レジン系や燒結
合金系でも湿潤条件下でのブレーキ性能が安定している
制輪子の出現が望まれていた。
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。ところ
で、鋳鉄制輪子に比較して、レジン制輪子や燒結合金制
輪子はブレーキ性能が高いが、湿潤条件、特に降積雪条
件下ではブレーキ性能を安定して確保できない場合があ
るというのが問題である。また、車輪への攻撃性（摩
耗、熱負荷）等で改善の余地がある。そのため、鋳鉄系
でブレーキ性能の高い制輪子、または、レジン系や燒結
合金系でも湿潤条件下でのブレーキ性能が安定している
制輪子の出現が望まれていた。
【０００４】この改善策として、鋳鉄にＰやＣｒを添加
して、耐摩耗性や高速域でのブレーキ性能を改善した特
殊鋳鉄制輪子が開発された。合金元素の添加により、基
地組織よりも硬さの高いステダイト（Ｆｅ−Ｐ系三元共
晶）やセメンタイト、炭化物を分散析出させることによ
り、摩擦性能を改善している。しかし、この方法でも合
金添加料による性能改善の効果に上限があり、ブレーキ
開始時の車両速度１３５ｋｍ／ｈから６００ｍで停止さ
せるのが限界となっている。さらに性能を改善するため
に鋳鉄中にセラミックス粒子を分散させる方法について
も検討しているが、比重差が大きい等の理由により、目
的とする材料が製造できていない。
して、耐摩耗性や高速域でのブレーキ性能を改善した特
殊鋳鉄制輪子が開発された。合金元素の添加により、基
地組織よりも硬さの高いステダイト（Ｆｅ−Ｐ系三元共
晶）やセメンタイト、炭化物を分散析出させることによ
り、摩擦性能を改善している。しかし、この方法でも合
金添加料による性能改善の効果に上限があり、ブレーキ
開始時の車両速度１３５ｋｍ／ｈから６００ｍで停止さ
せるのが限界となっている。さらに性能を改善するため
に鋳鉄中にセラミックス粒子を分散させる方法について
も検討しているが、比重差が大きい等の理由により、目
的とする材料が製造できていない。
【０００５】さらに、本発明者らは、先に特願平４−５
６３９６に、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
装置全体が煩雑になる。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。
６３９６に、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
装置全体が煩雑になる。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。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】本発明は、従来の摩擦
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
を提供することを目的とする。
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
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の車両ブレーキ用制輪子は鉄道車両の車輪に
押し付けられる摩擦面を含む鋳鉄製の制輪子本体と、こ
の制輪子本体に埋め込まれており、一部が上記摩擦面に
露出する、セラミックスブロックと、を具備し；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ことを特
徴とする。すなわち、従来は材料中に硬い物質を均一に
分散させてブレーキ性能の向上を行っていたのに対し、
本発明では硬い物質としてのセラミックス粒子をあらか
じめブロック状に成形して鋳鉄中に埋め込んでいる。こ
のセラミックスブロックは、ブレーキ作動時に、セラミ
ックス粒子を摩擦界面に供給する働きをし、摩擦係数の
向上に寄与する。
め、本発明の車両ブレーキ用制輪子は鉄道車両の車輪に
押し付けられる摩擦面を含む鋳鉄製の制輪子本体と、こ
の制輪子本体に埋め込まれており、一部が上記摩擦面に
露出する、セラミックスブロックと、を具備し；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ことを特
徴とする。すなわち、従来は材料中に硬い物質を均一に
分散させてブレーキ性能の向上を行っていたのに対し、
本発明では硬い物質としてのセラミックス粒子をあらか
じめブロック状に成形して鋳鉄中に埋め込んでいる。こ
のセラミックスブロックは、ブレーキ作動時に、セラミ
ックス粒子を摩擦界面に供給する働きをし、摩擦係数の
向上に寄与する。
【０００８】
【作 用】特殊鋳鉄制輪子の開発過程や、レジン制輪子
及び燒結合金制輪子の実用化過程において、ブレーキ摩
擦面における硬質セラミックスの存在が、摩擦係数向上
に寄与することが明らかとなった。このようなセラミッ
クス粒子をブレーキ時に必要とされる摩擦界面に供給す
る方法として、セラミックス粒子をあらかじめブロック
状に成形して制輪子本体に埋め込み、ブレーキ中にセラ
ミックス粒子が分離して摩擦界面に供給されるようにし
ている。
及び燒結合金制輪子の実用化過程において、ブレーキ摩
擦面における硬質セラミックスの存在が、摩擦係数向上
に寄与することが明らかとなった。このようなセラミッ
クス粒子をブレーキ時に必要とされる摩擦界面に供給す
る方法として、セラミックス粒子をあらかじめブロック
状に成形して制輪子本体に埋め込み、ブレーキ中にセラ
ミックス粒子が分離して摩擦界面に供給されるようにし
ている。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。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、セラミック
スブロック７とから構成されている。バックメタル３
は、軟鋼板（ＳＳ４００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。
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、セラミック
スブロック７とから構成されている。バックメタル３
は、軟鋼板（ＳＳ４００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。
【００１０】制輪子本体５は、バックメタル３及びセラ
ミックスブロック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、セラミックスブロック７
が３個ずつ埋め込まれている。セラミックスブロック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。セラミックスブロック７が車輪に押し付
けられると、セラミックスブロック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、セラミックスブロック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。
ミックスブロック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、セラミックスブロック７
が３個ずつ埋め込まれている。セラミックスブロック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。セラミックスブロック７が車輪に押し付
けられると、セラミックスブロック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、セラミックスブロック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。
【００１１】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：３．０２ Ｓ：１．９３ Ｍｎ：１．４１ Ｐ：１．８５ Ｓ：０．０４ Ｎｉ：０．５３ Ｃｕ：０．５２ Ｍｏ：１．０１ Ｃｕ：０．８
６
（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：３．０２ Ｓ：１．９３ Ｍｎ：１．４１ Ｐ：１．８５ Ｓ：０．０４ Ｎｉ：０．５３ Ｃｕ：０．５２ Ｍｏ：１．０１ Ｃｕ：０．８
６
【００１２】この実施例のセラミックスブロック７は、
ＳｉＣの低密度燒結体（径３０×ｈ４５ｍｍ）である。
このセラミックスブロックの成形条件は以下である。 平均粒度：１００μ 成形方法：スラリー流し込み 燃成条件：９００℃，３０分保持、常圧 空隙率：３０〜４０％
ＳｉＣの低密度燒結体（径３０×ｈ４５ｍｍ）である。
このセラミックスブロックの成形条件は以下である。 平均粒度：１００μ 成形方法：スラリー流し込み 燃成条件：９００℃，３０分保持、常圧 空隙率：３０〜４０％
【００１３】セラミックス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、適したセラミックスブ
ロックは、この実施例のような低密度燒結体の他に、例
えば樹脂やセメントにより成形する方法がある。
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、適したセラミックスブ
ロックは、この実施例のような低密度燒結体の他に、例
えば樹脂やセメントにより成形する方法がある。
【００１４】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。この試験機では、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、停止するまでの回転数（ブレーキ距離）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）とその中にセラミックス
（ＳｉＣ）粒子をブロック状に成形して鋳ぐるんだ制輪
子（ＮＨＦ／ＳｉＣ）である。
実物大ブレーキ試験を行った。この試験機では、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、停止するまでの回転数（ブレーキ距離）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）とその中にセラミックス
（ＳｉＣ）粒子をブロック状に成形して鋳ぐるんだ制輪
子（ＮＨＦ／ＳｉＣ）である。
【００１５】図３は、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。
ＳｉＣ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。なお、
制輪子の摩耗量は、本発明品の方が２割程度多くなった
が、ブレーキ機能の向上から考えると問題とならない。
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。
ＳｉＣ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。なお、
制輪子の摩耗量は、本発明品の方が２割程度多くなった
が、ブレーキ機能の向上から考えると問題とならない。
【００１６】
【発明の効果】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ス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、鋳鉄製制輪子のブ
レーキ性能を大幅に向上させることができる。
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ス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、鋳鉄製制輪子のブ
レーキ性能を大幅に向上させることができる。
【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。
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。
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。
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。
１ 制輪子 ３ バックメタル ５ 制輪子本体 ７ セラミックス
ブロック ９ 摩擦面
ブロック ９ 摩擦面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 信一 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 伴 巧 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 北海道江別市緑ケ丘43番地７号 (72)発明者 藤原 直哉 北海道札幌市北区屯田３条４丁目６番25 号 (72)発明者 中山 淳一 北海道札幌市東区北５条東８丁目１番３ 号 (56)参考文献 特開 昭57−80907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−119326（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−213197（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−7202（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭17−7346（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16D 65/06 F16D 69/00
Claims (3)
- 【請求項１】 鉄道車両の車輪に押し付けられる摩擦面
を含む鋳鉄製の制輪子本体と、 この制輪子本体に埋め込まれており、一部が上記摩擦面
に露出する、セラミックスブロックと、を具備し； 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こ
とを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。 - 【請求項２】 鉄道車両の車輪に押し付けられる摩擦面
を含む高硬度鋳鉄製の制輪子本体と、制輪子本体の反摩擦面側を覆い、制輪子本体を支えるバ
ックメタルと、 制 輪子本体に埋め込まれており、一部が上記摩擦面に露
出する、セラミックスブロックと、を具備し； 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こ
とを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。 - 【請求項３】 鉄道車両の車輪に押し付けられる摩擦面
を含む鋳鉄製の制輪子本体と、 この制輪子本体に鋳くるみにより埋め込まれており、一
部が上記摩擦面に露出する、セラミックスブロックと、
を具備し； 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車
両ブレーキ用制輪子であって； 上記セラミックスブロックが制輪子本体の両端部に配置
されており、車輪の正逆転両方の時にも、脱落したセラ
ミックス粒子が制輪子摩擦面に供給されることを特徴と
する車両ブレーキ用制輪子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5274785A JP3004157B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 車両ブレーキ用制輪子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5274785A JP3004157B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 車両ブレーキ用制輪子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103267A JPH07103267A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3004157B2 true JP3004157B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=17546533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5274785A Expired - Fee Related JP3004157B2 (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 車両ブレーキ用制輪子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3004157B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275067A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Railway Technical Res Inst | 鉄道車輌用制輪子 |
| JP4705887B2 (ja) * | 2006-06-21 | 2011-06-22 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄道車輌用鋳鉄制輪子 |
| JP2012189175A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Hokkaido Railway Co | 車両用制輪子及び摩擦材料 |
| DE102011113073C5 (de) * | 2011-09-09 | 2022-03-10 | Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH | Verbesserte Bremsung für ein Schienenfahrzeug |
| JP6022626B2 (ja) * | 2015-03-20 | 2016-11-09 | 北海道旅客鉄道株式会社 | 車両用制輪子及び摩擦材料、並びにこれらの製造方法 |
| CN106763356A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 北京天宜上佳新材料股份有限公司 | 摩擦体、闸瓦及摩擦体的加工方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49119326A (ja) * | 1973-03-24 | 1974-11-14 |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP5274785A patent/JP3004157B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07103267A (ja) | 1995-04-18 |
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