JP2011016877A - Friction material and brake shoe of brake device - Google Patents
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Description
この発明は、被接触部と接触して摩擦力を発生させる摩擦材、及び制動力を発生させるブレーキ装置の制輪子に関する。 The present invention relates to a friction material that generates a frictional force in contact with a contacted portion, and a brake device for a brake device that generates a braking force.
従来の摩擦材は、繊維基材としてセラミックス繊維などを含有し、結合剤としてフェノール樹脂を含有している（例えば、特許文献１参照）。このような従来の摩擦材は、セラミックス繊維などの特性によってブレーキパッドの強度及び耐熱性を保持しつつブレーキ音の発生を抑制している。 Conventional friction materials contain ceramic fibers or the like as a fiber base material, and contain a phenol resin as a binder (see, for example, Patent Document 1). Such a conventional friction material suppresses the generation of brake noise while maintaining the strength and heat resistance of the brake pad by the characteristics of ceramic fibers and the like.
従来の摩擦材は、繊維基材としてセラミックス繊維を使用しているが、セラミックス繊維は市場への供給量の低下が将来予測されており、入手が困難になる可能性があるという問題点がある。このため、セラミックス繊維と同等の機能を有し、代替可能な他の繊維基材が求められている。例えば、鉄道車両では、ディスクブレーキと制輪子との間の摩擦係数に合わせて車両が製造されている。このため、鉄道車両のブレーキ装置では、セラミックス繊維を含有する摩擦材が制輪子に使用されている場合に、セラミックス繊維の代替物として他の繊維基材に変更したときには、制輪子を変更する前の摩擦係数と制輪子を変更した後の摩擦係数とがほぼ同一であることが望ましい。また、鉄道車両のブレーキ装置では、ブレーキ作動時に発生する熱によって摩擦係数が急激に低下する現象(以下、フェードという)や、停止直前に摩擦係数が急激に上昇する現象(以下、ビルドアップという)などが問題となる。このため、セラミックス繊維の代替物として他の繊維基材に変更したときには、フェードやビルドアップの発生を抑える必要がある。 Conventional friction materials use ceramic fibers as the fiber base material, but ceramic fibers are predicted to decline in the future supply to the market, which may be difficult to obtain. . For this reason, the other fiber base material which has a function equivalent to a ceramic fiber and can be substituted is calculated | required. For example, in a railway vehicle, a vehicle is manufactured in accordance with a friction coefficient between a disc brake and a control device. For this reason, in a brake device for a railway vehicle, when a friction material containing ceramic fibers is used in the brake, when the fiber material is changed to another fiber base material as a substitute for ceramic fibers, the brake is not changed. It is desirable that the coefficient of friction and the coefficient of friction after changing the brake are almost the same. In brake equipment for railway vehicles, the friction coefficient suddenly decreases due to heat generated during braking (hereinafter referred to as fade), and the friction coefficient increases rapidly immediately before stopping (hereinafter referred to as build-up). Etc. becomes a problem. For this reason, when it changes to another fiber base material as a substitute of ceramic fiber, it is necessary to suppress generation | occurrence | production of fade and buildup.
この発明の課題は、代替可能な繊維基材によって摩擦係数を安定化させフェードやビルドアップの発生を抑えることができる摩擦材及びブレーキ装置の制輪子を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a friction material and a brake device brake device capable of stabilizing the coefficient of friction and suppressing the occurrence of fading and buildup by using an alternative fiber base material.
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、被接触部（３ａ）と接触して摩擦力を発生させる摩擦材であって、繊維基材として生体溶解性繊維を含有することを特徴とする摩擦材（４ｂ）である。
The present invention solves the above-mentioned problems by the solving means described below.
In addition, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this embodiment.
The invention of
請求項２の発明は、請求項１に記載の摩擦材において、前記生体溶解性繊維は、シリカ‐マグネシア‐カルシア系の繊維であることを特徴とする摩擦材である。 According to a second aspect of the present invention, in the friction material according to the first aspect, the biosoluble fiber is a silica-magnesia-calcia fiber.
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の摩擦材において、前記生体溶解性繊維の配合量が8mass%以上10mass%以下であることを特徴とする摩擦材である。
The invention according to
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の摩擦材において、前記生体溶解性繊維の平均繊維径が3.5μm以上4.0μm未満であることを特徴とする摩擦材である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the friction material according to any one of the first to third aspects, an average fiber diameter of the biosoluble fiber is 3.5 μm or more and less than 4.0 μm. It is a friction material.
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の摩擦材において、前記生体溶解性繊維のかさ密度が280kg/m3を超え372 kg/m3未満であることを特徴とする摩擦材である。
A fifth aspect of the present invention, in the friction material according to any one of
請求項６の発明は、制動力を作用させるブレーキ装置の制輪子であって、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の摩擦材（４ｂ）を備えることを特徴とするブレーキ装置の制輪子（４）。
The invention of claim 6 is a brake device of a brake device for applying a braking force, and includes the friction material (4b) according to any one of
この発明によると、代替可能な繊維基材によって摩擦係数を安定化させフェードやビルドアップの発生を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to stabilize the coefficient of friction by the substitutable fiber base material and suppress the occurrence of fading and buildup.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る摩擦材が使用されるブレーキ装置の模式図であり、図１（Ａ）は非制動時の状態を示す模式図であり、図１（Ｂ）は制動時の状態を示す模式図である。
図１に示す車軸１は、車両の車輪を取り付ける部材であり、図示しないレール上を転がり接触する車輪が両端部にそれぞれ取り付けられており、これらの車輪と一体となって回転する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a brake device in which a friction material according to an embodiment of the present invention is used. FIG. 1 (A) is a schematic diagram showing a non-braking state, and FIG. It is a schematic diagram which shows the state of time.
An
ブレーキ装置２は、制動力を作用させる装置であり、ブレーキディスク３と制輪子４などを備えている。ブレーキ装置２は、ブレーキディスク３の摩擦面(摺動面)３ａに発生する摩擦力によって制動させるディスクブレーキ装置であり、図示しないブレーキシリンダが発生する駆動力を制輪子４に伝達して摩擦面３ａに制輪子４を圧着させブレーキ力を発生させる。図１に示すブレーキ装置２は、車軸１にブレーキディスク３が取り付けられた軸ディスク式のディスクブレーキ装置であり、例えば在来線の付随車(Ｔ車)などに使用されている。
The
ブレーキディスク３は、制動時（ブレーキ時）に制輪子４が摩擦面３ａに押し付けられる部材であり、車軸１の左右の車輪寄りにそれぞれ固定されており、車軸１と一体となって回転する円板状の摩擦材である。ブレーキディスク３の材質は、例えば、熱伝導性及び耐摩耗性から鋳鉄、鋳鋼又は鍛鋼などである。ブレーキディスク３は、摩擦面３ａを備えており、この摩擦面３ａは制輪子４と接触するブレーキ面でありブレーキディスク３の両面に形成されている。
The
制輪子４は、ブレーキディスク３の摩擦面３ａに押し付けられてブレーキ力を発生する部材であり、取付部４ａと摩擦材(摩擦部材)４ｂなどを備えている。制輪子４は、図１に示すように、ブレーキディスク３を挟み込むように対向して一対配置されており、合成樹脂(レジン)を主体として成形された合成制輪子(レジン制輪子)である。取付部４ａは、摩擦材４ｂを取り付ける部材であり、ブレーキシリンダが発生する駆動力によって摩擦材４ｂと一体となって往復移動する。取付部４ａは、摩擦材４ｂの裏面と密着して支持可能なように板状に形成された金属製の裏金(裏板)である。
The
摩擦材４ｂは、ブレーキディスク３の摩擦面３ａと接触して摩擦力を発生させる部材であり、ブレーキディスク３の摩擦面３ａに押し付けられてブレーキ力を発生するブレーキライニング(表張り)である。摩擦材４ｂは、ブレーキディスク３の摩擦面３ａと対向する側の取付部４ａの表面に固定されており、ブレーキシリンダが発生する駆動力によって摩擦面３ａと接触及び離間する。図１に示す摩擦材４ｂは、繊維基材、結合剤及び摩擦調整剤などを含有する複合摩擦材(レジンブロック)である。摩擦材４ｂは、摩擦係数の速度特性を材料の組成によって調整可能であるとともに、降雪時や降雨時の湿潤条件にも対応可能であり、摩耗が少なく軽量であるため在来線の電車の制輪子などに使用される。
The
繊維基材としては、生体溶解性繊維（バイオソルブルファイバー）、ロックウール繊維、アクリル繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維、スチール繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維、チタン酸カリウム又はこれらの２種以上の混合物などであり、代替可能で作業安全性を考慮すると耐熱性に優れた生体溶解性繊維が好ましい。繊維基材としては、現行品の摩擦材の一部であるセラミックス繊維を代替品である生体溶解性繊維に変更したものであり、アラミド繊維、生体溶解性繊維及びチタン酸カリウムの混合物である。生体溶解性繊維としては、低熱伝導率で優れた断熱効果を発揮し、柔軟性及び耐熱衝撃性に優れ、軽量で取り扱いが容易なシリカ(SiO2)−マグネシア(MgO)−カルシア(CaO)系生体溶解性繊維が好ましい。生体溶解性繊維は、8mass%を下回ると摩擦材としての効果が小さくなり、10mass%を超えると摩擦係数が安定化しないおそれがあるとともにフェード及びビルドアップが発生するおそれがあるため、8〜10mass%であることが好ましい。生体溶解性繊維の平均繊維径は、3.5μm未満であると摩擦材としての性能が期待できず、4.0μm以上であると同様に摩擦材としての性能が期待できないため、3.5μm以上4.0μmであることが好ましい。生体溶解性繊維のかさ密度は、280kg/m3以下であると製造時に繊維が十分にほぐれず、372kg/m3以上であると摩擦係数が安定化しないおそれがあるため、280kg/m3を超え372kg/m3未満であることが好ましい。 Examples of the fiber base material include biosoluble fibers (biosolvable fibers), rock wool fibers, acrylic fibers, alumina fibers, carbon fibers, steel fibers, aramid fibers, ceramic fibers, potassium titanate, or a mixture of two or more of these. In view of work safety, a biosoluble fiber excellent in heat resistance is preferable. As the fiber base material, ceramic fibers which are part of the current friction material are changed to biosoluble fibers which are alternatives, and a mixture of aramid fibers, biosoluble fibers and potassium titanate. Silica (SiO 2 ) -magnesia (MgO) -calcia (CaO) system that exhibits excellent heat insulation effect with low thermal conductivity, excellent flexibility and thermal shock resistance, lightweight and easy to handle as biosoluble fiber Biosoluble fibers are preferred. If the biosoluble fiber is less than 8 mass%, the effect as a friction material is reduced, and if it exceeds 10 mass%, the friction coefficient may not be stabilized and fade and buildup may occur, so 8 to 10 mass % Is preferred. If the average fiber diameter of the biosoluble fiber is less than 3.5 μm, the performance as a friction material cannot be expected, and if it is 4.0 μm or more, the performance as a friction material cannot be expected. Preferably there is. The bulk density of the biosoluble fiber, 280 kg / m fiber is not loosened sufficiently at the time of manufacture with 3 or less, the frictional coefficient is 372kg / m 3 or more may not stabilize, the 280 kg / m 3 It is preferably more than 372 kg / m 3 and less.
結合剤としては、シリコン変性フェノール樹脂、フェノール樹脂、ゴム又はこれらの２種以上の混合物などであり、現行品の摩擦材で使用されているフェノール樹脂及びゴムが好ましい。ゴムとしては、ニトリルゴム又はアクリルゴムなどが好ましく、耐熱性及び耐摩耗性に優れ比較的安価なニトリルゴムが特に好ましい。 Examples of the binder include silicon-modified phenolic resin, phenolic resin, rubber, or a mixture of two or more thereof, and phenolic resin and rubber used in current friction materials are preferable. As the rubber, nitrile rubber or acrylic rubber is preferable, and nitrile rubber having excellent heat resistance and wear resistance and relatively inexpensive is particularly preferable.
摩擦調整剤としては、鉄粉、カシューダスト、黒鉛又はこれらの２種以上の混合物などが好ましい。鉄粉の配合量は、20mass%程度が好ましく、カシューダストの配合量は12mass%程度が好ましく、黒鉛の配合量は23mass%程度が好ましい。 As the friction modifier, iron powder, cashew dust, graphite, or a mixture of two or more thereof is preferable. The amount of iron powder is preferably about 20 mass%, the amount of cashew dust is preferably about 12 mass%, and the amount of graphite is preferably about 23 mass%.
次に、この発明の実施形態に係る摩擦材の製造方法について説明する。
先ず、繊維基材、結合剤及び摩擦調整剤などを混練機によって均一に混合して混合物が生成される。次に、この混合物を所定の形状に成型するために、この混合物を成形金型に投入して加圧しながら加熱し、所定の形状の成型物が生成される。最後に、この成型物を熱処理することによって摩擦材４ｂが生成される。
Next, a method for manufacturing the friction material according to the embodiment of the present invention will be described.
First, a fiber base material, a binder, a friction modifier and the like are uniformly mixed by a kneader to produce a mixture. Next, in order to mold the mixture into a predetermined shape, the mixture is put into a molding die and heated while being pressurized, so that a molded product having a predetermined shape is generated. Finally, the
この発明の実施形態に係る摩擦材には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、繊維基材として生体溶解性繊維を含有する。このため、代替可能な生体溶解性繊維を使用することによって、現状の鉄道車両のディスクブレーキ装置に使用される摩擦材とほぼ同一の摩擦係数を維持しつつ、フェードやビルドアップの発生を抑えることができる。また、将来的に入手が困難になる可能性があるセラミックス繊維に代えて、代替可能な生体溶解性繊維を使用することによって、セラミックス繊維を含有する摩擦材とほぼ同一の摩擦係数を維持しつつ摩擦材４ｂを製造することができる。
The friction material according to the embodiment of the present invention has the following effects.
(1) In this embodiment, a biosoluble fiber is contained as a fiber base material. For this reason, by using substitutable bio-soluble fibers, the occurrence of fading and build-up can be suppressed while maintaining the same friction coefficient as the friction material used in the current disc brake device of railway vehicles. Can do. In addition, by using a replaceable biosoluble fiber instead of ceramic fiber, which may be difficult to obtain in the future, while maintaining almost the same coefficient of friction as the friction material containing ceramic fiber The
(2) この実施形態では、制動力を作用させるブレーキ装置２の制輪子４が摩擦材４ｂを備えている。このため、現状の鉄道車両のディスクブレーキと制輪子との間の摩擦係数にほぼ合致した制輪子４に交換することができる。このため、車両の基本構造を変更せずに、現状の制輪子に使用されているセラミックス繊維を代替可能な生体溶解性繊維に置き換えて、フェードやビルドアップの発生を抑えることができる。
(2) In this embodiment, the
次に、この発明の実施例について説明する。
（試料）
摩擦材の摩擦係数とフェード及びビルドアップの発生とを確認するために、ブレーキライニングの試料(試験片)を複数作製し、これらの試料をブレーキ試験によって評価した。ブレーキ試験に使用した試料を以下の表１に示す。表１に示す試料Ａ〜Ｄは、結合剤及び摩擦調整剤の組成及び配合量が全て同じである。
Next, examples of the present invention will be described.
(sample)
In order to confirm the friction coefficient of the friction material and the occurrence of fading and buildup, a plurality of brake lining samples (test pieces) were prepared, and these samples were evaluated by a brake test. Samples used for the brake test are shown in Table 1 below. Samples A to D shown in Table 1 have the same composition and blending amount of the binder and the friction modifier.
表１に示す試料Ａ（実施例）は、繊維基材としてアラミド繊維を5mass%、生体溶解性繊維を10mass%、チタン酸カリウムを15mass%含有し、結合材としてフェノール樹脂を5mass%、ニトリルゴムを10mass%含有し、摩擦調整剤として鉄粉を20mass%、カシューダストを12mass%、黒鉛を23mass%含有する。試料Ａは、シリカ(SiO2)−マグネシア(MgO)−カルシア(CaO)系の生体溶解性繊維（ニチアス株式会社製の商品名：ファインフレックス-Eファイバー）を含有し、この生体溶解性繊維は化学成分としてSiO2を76mass%、MgO＋CaOを22mass%、Al203を2mass%含有し、色調が白色、平均繊維径が3.5μm、かさ密度が282kg/m3、耐熱温度が1260℃、ショット含有率が0.29%である。試料Ａは、繊維基材の組成が試料Ｄとは異なり、試料Ｄのセラミックス繊維を生体溶解性繊維に置き換えている。ここで、「平均繊維径」とは、走査型電子顕微鏡によって生体溶解性繊維を撮影して、100〜5000倍の写真上でこの生体溶解性繊維径を測定し、100ヶ所の平均により求めた値である。「かさ密度」とは、体積が既知の容器に粉体を充填して質量を測定したときにこの質量を体積で除した値であり、単位かさ体積当りの粉体質量である。「ショット含有率」とは、繊維になりきれないで粒子のまま残るものをショット(非繊維状粒子)としたときにこのショットの製品中の重量百分率である。
Sample A (Example) shown in Table 1 contains 5 mass% aramid fiber as a fiber base material, 10 mass% biosoluble fiber, 15 mass% potassium titanate, 5 mass% phenol resin as a binder, and nitrile rubber. 10 mass%, 20 mass% iron powder as a friction modifier, 12 mass% cashew dust, and 23 mass% graphite. Sample A contains silica (SiO 2 ) -magnesia (MgO) -calcia (CaO) -based biosoluble fiber (trade name: Fineflex-E fiber manufactured by NICHIAS Corporation). It contains 76 mass% of SiO 2 as chemical components, 22 mass% of MgO + CaO, 2 mass% of
表１に示す試料Ｂ（比較例１）は、繊維基材、結合剤及び摩擦調整剤の組成及び配合量が試料Ａと同じであり、試料Ａと同じ化学成分の生体溶解性繊維（ニチアス株式会社製の商品名：ファインフレックス-Eファイバー）を含有し、色調及び耐熱温度も試料Ａと同じであるが、この生体溶解性繊維は試料Ａとは異なり、平均繊維径が4.0μm、かさ密度が280kg/m3、ショット含有率が0.13%である。試料Ｂは、試料Ａよりも平均繊維径が大きく、かさ密度が小さい。 Sample B (Comparative Example 1) shown in Table 1 has the same composition and blending amount of the fiber base material, binder and friction modifier as sample A, and biosoluble fiber (Nichias stock) having the same chemical components as sample A The product name: Fineflex-E fiber) and the color tone and heat-resistant temperature are the same as sample A, but this biosoluble fiber is different from sample A, the average fiber diameter is 4.0μm, bulk density Is 280 kg / m 3 and the shot content is 0.13%. Sample B has a larger average fiber diameter and a lower bulk density than sample A.
試料Ｃ（比較例２）は、繊維基材、結合剤及び摩擦調整剤の組成及び配合量が試料Ａ，Ｂと同じであり、試料Ａ，Ｂと同じ化学成分の生体溶解性繊維（ニチアス株式会社製の商品名：ファインフレックス-Eファイバー）を含有し、色調及び耐熱温度も試料Ａと同じであるが、この生体溶解性繊維は試料Ｂとは異なり、平均繊維径が3.5μm、かさ密度が372kg/m3、ショット含有率が0.26%である。試料Ｃは、試料Ａと平均繊維径が同じであるが、かさ密度が大きい。 Sample C (Comparative Example 2) has the same composition and blending amounts of the fiber base material, binder and friction modifier as Samples A and B, and biosoluble fiber (Nichias stock) having the same chemical components as Samples A and B. The product name: Fineflex-E fiber) and the color tone and heat-resistant temperature are the same as sample A, but this biosoluble fiber is different from sample B, with an average fiber diameter of 3.5 μm and bulk density. Is 372 kg / m 3 and the shot content is 0.26%. Sample C has the same average fiber diameter as Sample A, but has a large bulk density.
試料Ｄ（現行品）は、結合剤及び摩擦調整剤の組成及び配合量が試料Ａ〜Ｃと同じであるが、繊維基材としてアラミド繊維を5mass%、セラミックス繊維を10mass%、チタン酸カリウムを15mass%含有する。試料Ｄは、鉄道車両のディスクブレーキ装置の制輪子に現在使用されている摩擦材(現行品)である。 Sample D (current product) has the same composition and blending amount of binder and friction modifier as Samples A to C, but the fiber base material is 5 mass% aramid fiber, 10 mass% ceramic fiber, and potassium titanate. Contains 15mass%. Sample D is a friction material (current product) that is currently used for a wheel brake of a disc brake device of a railway vehicle.
（試料の製造方法）
表１に示す繊維基材、結合剤及び摩擦調整剤を計量して混練機によって均一に混合した後に、各混合物を成型金型に投入し、加圧圧力20MPa、温度130℃で25分間成型した。その後、さらに150℃で7時間熱処理して所定の形状に切削加工し試料Ａ〜Ｄのブレーキライニングを得た。
(Sample manufacturing method)
After the fiber base material, binder and friction modifier shown in Table 1 were weighed and mixed uniformly by a kneader, each mixture was put into a molding die and molded at a pressure of 20 MPa and a temperature of 130 ° C. for 25 minutes. . Then, it further heat-processed at 150 degreeC for 7 hours, and cut it into the defined shape, and obtained the brake lining of samples AD
（攪拌性の評価結果）
試料Ａ〜Ｃを製造するときにこれらの試料Ａ〜Ｃの攪拌性を評価した。ここで、「攪拌性」とは、材料の混ざりやすさを意味し、攪拌性が悪いと繊維が十分にほぐれずダマ状になり、このようなダマ状になると繊維材料の性能が発揮されず、結果としてライニングの耐熱性が低下して、高速でのブレーキ時にフェードが起こる。表１に示すように、試料Ａ〜Ｃのいずれについても攪拌性は良好であった。
(Evaluation result of stirring properties)
When samples A to C were produced, the stirrability of these samples A to C was evaluated. Here, “stirability” means ease of mixing of the materials. If the stirrability is poor, the fibers will not be sufficiently loosened and become damped, and if such damped, the performance of the fiber material will not be demonstrated. As a result, the heat resistance of the lining is reduced, and fading occurs during braking at high speed. As shown in Table 1, the stirrability was good for any of the samples A to C.
（ブレーキ試験）
表１に示す試料Ａ〜Ｄを実物大ブレーキ試験機によって以下の試験条件及びすり合わせ条件で試験を実施し、各試料Ａ〜Ｄの摩擦係数を測定項目として測定した。試験条件は、ブレーキディスクに鋳鉄材(NCM)を使用し、慣性モーメントを1270.0kg・m2、ブレーキ初速度を35 km/h, 65km/h,95km/h,125km/h、ブレーキ押付け力を15kN,25kN、ブレーキ押付け力毎にブレーキ回数を４通りのブレーキ初速度の組み合わせで各5回、ブレーキ開始時のブレーキディスク温度を60℃とした。すり合わせ条件は、ブレーキディスクに鋳鉄材(NCM)を使用し、慣性モーメントを1270.0kg・m2、ブレーキ初速度を65km/h、ブレーキ押付け力を15kN、ブレーキ回数を100回、ブレーキ開始温度を60℃とした。ここで、ブレーキ初速度とは、ブレーキ動作開始時の車両換算速度であり、すり合わせ条件とは摩擦係数を安定化させるために、ブレーキディスクの摩擦面と試料Ａ〜Ｄの摩擦面とを予め接触させるときの条件である。
(Brake test)
Samples A to D shown in Table 1 were tested using a full-size brake tester under the following test conditions and rub conditions, and the friction coefficients of the samples A to D were measured as measurement items. The test conditions, using the brake disk cast iron material the (NCM), 1270.0kg · m 2 the moment of inertia, brake initial velocity of 35 km / h, 65km / h , 95km / h, 125km / h, the brake pressing force For each 15kN, 25kN, brake pressing force, the number of brakes was set to 4 combinations of 4 brake initial speeds, and the brake disc temperature at the start of the brake was set to 60 ° C. Break-conditions, using a cast iron material (NCM) to the brake disk, 1270.0kg · m 2 the moment of inertia, brake initial velocity of 65km / h, 15kN a brake pressing force, 100 times the number of times brakes, the
（摩擦係数の評価結果）
ブレーキ試験の結果から試料Ａ〜Ｄの摩擦係数を評価した。ここで、「摩擦係数」とは、初速度125km/hからブレーキ押付け力25kNでブレーキをかけたときに、ブレーキディスクが停止するまでの平均摩擦係数である。表１に示すように、試料Ａ（実施例）については、試料Ｄ（現行品）と同様の摩擦係数であったが、試料Ｂ，Ｃ（比較例１，２）については試料Ａ，Ｄよりも摩擦係数が劣っていた。このため、生体溶解性繊維の平均繊維径が4μm以上である場合には摩擦係数が劣り、生体溶解性繊維のかさ密度が372kg/m3以上である場合にも摩擦係数が劣ることが確認された。その結果、生体溶解性繊維の平均繊維径としては3.5μm以上4μm未満であることが好ましく、生体溶解性繊維のかさ密度としては282kg/m3以上372kg/m3未満であることが好ましい。
(Friction coefficient evaluation results)
The friction coefficients of samples A to D were evaluated from the results of the brake test. Here, the “friction coefficient” is an average friction coefficient until the brake disc stops when the brake is applied with an initial speed of 125 km / h and a brake pressing force of 25 kN. As shown in Table 1, the friction coefficient of sample A (example) was the same as that of sample D (current product), but samples B and C (comparative examples 1 and 2) were from samples A and D. Also the coefficient of friction was inferior. Therefore, when the average fiber diameter of the biosoluble fiber is 4 μm or more, the friction coefficient is inferior, and when the bulk density of the biosoluble fiber is 372 kg / m 3 or more, the friction coefficient is confirmed to be inferior. It was. As a result, the average fiber diameter of the biosoluble fiber is preferably 3.5 μm or more and less than 4 μm, and the bulk density of the biosoluble fiber is preferably 282 kg / m 3 or more and less than 372 kg / m 3 .
図２は、平均摩擦係数比とブレーキ初速度との関係を示すグラフであり、図２（Ａ）はブレーキ押付け力が15kNであるときのグラフであり、図２（Ｂ）はブレーキ押付け力が25kNであるときのグラフである。
図２に示す縦軸は、平均摩擦係数比であり、横軸はブレーキ初速度(km/h)である。ここで、平均擦係数比は、試料Ａの摩擦係数／試料Ｄの摩擦係数である。図２（Ａ）に示すように、実際の鉄道車両の常用ブレーキに相当するブレーキ押付け力が15kNであるときのブレーキ初速度が35 km/h, 65km/h,95km/h,125km/hにおける摩擦係数比がほぼ1.00でばらつきが少なく、常用ブレーキ作動時の試料Ａの性能が試料Ｄの性能とほぼ同一であることが確認された。また、図２（Ｂ）に示すように、実際の鉄道車両の非常ブレーキに相当するブレーキ押付け力が25kNであるときのブレーキ初速度が35 km/h, 65km/h,95km/h,125km/hにおける摩擦係数比も略1.00でばらつきが少なく、非常ブレーキ作動時の試料Ａの性能が試料Ｄの性能とほぼ同一であることが確認された。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the average friction coefficient ratio and the initial brake speed. FIG. 2 (A) is a graph when the brake pressing force is 15 kN, and FIG. 2 (B) is the graph showing the brake pressing force. It is a graph when it is 25kN.
The vertical axis shown in FIG. 2 is the average friction coefficient ratio, and the horizontal axis is the brake initial speed (km / h). Here, the average friction coefficient ratio is the friction coefficient of sample A / the friction coefficient of sample D. As shown in Fig. 2 (A), when the brake pressing force corresponding to the service brake of an actual railway vehicle is 15kN, the initial brake speed is 35km / h, 65km / h, 95km / h, 125km / h. The coefficient of friction ratio was almost 1.00, showing little variation, and it was confirmed that the performance of Sample A during normal brake operation was almost the same as that of Sample D. In addition, as shown in Fig. 2 (B), when the brake pressing force corresponding to the emergency brake of an actual railway vehicle is 25 kN, the initial brake speed is 35 km / h, 65 km / h, 95 km / h, 125 km / The coefficient of friction ratio at h was also approximately 1.00, showing little variation, and it was confirmed that the performance of Sample A during emergency braking was almost the same as that of Sample D.
図３は、速度と瞬間摩擦係数との関係を示すグラフである。
図３に示す縦軸は、瞬間摩擦係数であり、横軸は速度である。図３に示すグラフは、試料Ａの測定結果と試料Ｃの測定結果とを重ね合わせて示しており、実線はブレーキ初速度125km/h、ブレーキ押付け力25kNで試料Ａの摩擦係数を５回測定したときの測定結果の平均値であり、鎖線はブレーキ初速度125km/h、ブレーキ押付け力25kNで試料Ｄの摩擦係数を５回測定したときの測定結果の平均値である。試料Ａは、試料Ｄと同様にフェードが見られず摩擦係数も安定しており、ビルドアップも見られないことが確認された。このため、試料Ｄのセラミックス繊維を試料Ａの生体溶解性繊維に変更することによって、試料Ａ（実施例）が試料Ｄ(現行品)とほぼ同等の摩擦係数を得られ、フェード及びビルドアップについても良好になることが確認された。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between speed and instantaneous friction coefficient.
The vertical axis shown in FIG. 3 is the instantaneous friction coefficient, and the horizontal axis is the speed. The graph shown in FIG. 3 shows the measurement result of sample A and the measurement result of sample C superimposed. The solid line shows the friction coefficient of sample A five times at an initial brake speed of 125 km / h and a brake pressing force of 25 kN. The chain line is the average value of the measurement results when the friction coefficient of the sample D is measured five times at a brake initial speed of 125 km / h and a brake pressing force of 25 kN. It was confirmed that Sample A, like Sample D, did not fade and had a stable coefficient of friction and no buildup. For this reason, by changing the ceramic fiber of sample D to the biosoluble fiber of sample A, sample A (Example) can obtain a friction coefficient almost equal to that of sample D (current product). Was also confirmed to be good.
（耐摩耗性の評価結果）
図４は、耐摩耗性の評価結果を示すグラフである。
図４に示す縦軸は、ブレーキライニング側の摩耗量(mm)である。ここで、「耐摩耗性」とは、ブレーキディスクにブレーキライニングを押し付けたときにブレーキライニング側の摩耗のし難さを評価するものである。図４に示すように、ブレーキ試験後の試料Ａ，Ｄの摩耗量を比較すると、試料Ａの摩耗量のほうが試料Ｄの摩耗量よりも僅かに少なく、試料Ａ（実施例）のほうが試料Ｄ（現行品）に比べて耐摩耗性が優れていることが確認された。なお、表１に示すように、試料Ｂ，Ｃについては試料Ａに比べて摩擦係数が劣っているため耐摩耗性の評価については省略した。
(Abrasion resistance evaluation results)
FIG. 4 is a graph showing the evaluation results of wear resistance.
The vertical axis shown in FIG. 4 is the amount of wear (mm) on the brake lining side. Here, “wear resistance” is to evaluate the difficulty of wear on the brake lining side when the brake lining is pressed against the brake disc. As shown in FIG. 4, when the wear amounts of the samples A and D after the brake test are compared, the wear amount of the sample A is slightly smaller than the wear amount of the sample D, and the sample A (Example) is the sample D. It was confirmed that the wear resistance is superior to that of the current product. In addition, as shown in Table 1, since the friction coefficients of Samples B and C were inferior to those of Sample A, the evaluation of wear resistance was omitted.
（攻撃性の評価結果）
図５は、攻撃性の評価結果を示すグラフである。
図５に示す縦軸は、ブレーキディスク側の摩耗量(μm2)である。ここで、「攻撃性」とは、ブレーキディスクにブレーキライニングを押し付けたときにブレーキディスク側がどれだけ削るかを評価するものであり、攻撃性が高いとブレーキディスクの摩耗が増大する。図５に示すように、ブレーキ試験後のブレーキディスクの摩耗量を比較すると、試料Ａを押し付けたときのブレーキディスクの摩耗量のほうが試料Ｄを押し付けたときのブレーキディスクの摩耗量よりも僅かに少なく、試料Ａ（実施例）のほうが試料Ｄ（現行品）に比べて攻撃性が低いことが確認された。なお、表１に示すように、試料Ｂ，Ｃについては試料Ａに比べて摩擦係数が劣っているため攻撃性の評価について省略した。
(Aggression evaluation results)
FIG. 5 is a graph showing the evaluation result of aggression.
The vertical axis shown in FIG. 5 represents the amount of wear (μm 2 ) on the brake disc side. Here, “aggressiveness” is an evaluation of how much the brake disc side is scraped when the brake lining is pressed against the brake disc. If the aggressiveness is high, the wear of the brake disc increases. As shown in FIG. 5, when the amount of wear of the brake disc after the brake test is compared, the amount of wear of the brake disc when the sample A is pressed is slightly smaller than the amount of wear of the brake disc when the sample D is pressed. It was confirmed that the sample A (Example) was less aggressive than the sample D (current product). In addition, as shown in Table 1, since the friction coefficients of Samples B and C were inferior to those of Sample A, the evaluation of aggressiveness was omitted.
（圧縮強度の評価結果）
図６は、最大圧縮強度の評価結果を示すグラフである。
図６に示す縦軸は最大圧縮強度(N/mm2)である。ここで、「圧縮強度」とは、ブレーキライニングの強度を評価するものであり、圧縮強度が低下するとブレーキ作動時にブレーキライニングが損傷する原因となることがある。図６に示す「最大圧縮強度」とは、試料Ａ，Ｄを同一の大きさの立方体に成形し、それぞれの試料Ａ，Ｄに圧縮力を徐々に加えたときに、これらの試料Ａ，Ｄが耐えられる最大圧縮荷重をこの圧縮力に垂直な試料Ａ，Ｄの断面積で除した値である。図６に示すように、試料Ａ，Ｄの最大圧縮強度を比較すると、試料Ａの最大圧縮強度のほうが試料Ｄの最大圧縮強度よりも高く、試料Ａ（実施例）のほうが試料Ｄ（現行品）に比べて圧縮強度が優れていることが確認された。なお、表１に示すように、試料Ｂ，Ｃについては試料Ａに比べて摩擦係数が劣っているため圧縮強度の評価について省略した。
(Compression strength evaluation result)
FIG. 6 is a graph showing the evaluation results of the maximum compressive strength.
The vertical axis shown in FIG. 6 is the maximum compressive strength (N / mm 2 ). Here, the “compressive strength” is an evaluation of the strength of the brake lining. If the compressive strength is reduced, the brake lining may be damaged when the brake is operated. “Maximum compressive strength” shown in FIG. 6 indicates that when samples A and D are formed into cubes of the same size and a compressive force is gradually applied to the samples A and D, these samples A and D are used. Is the value obtained by dividing the maximum compressive load that can withstand by the cross-sectional areas of samples A and D perpendicular to the compressive force. As shown in FIG. 6, when comparing the maximum compressive strengths of the samples A and D, the maximum compressive strength of the sample A is higher than the maximum compressive strength of the sample D, and the sample A (Example) is the sample D (current product). ), It was confirmed that the compressive strength was superior. As shown in Table 1, the samples B and C were omitted from the evaluation of the compressive strength because the friction coefficient was inferior to that of the sample A.
以上の測定結果より、現行品のセラミックス繊維を生体溶解性繊維に代替可能であることが確認された。また、現行品のセラミックス繊維を生体溶解性繊維に置き換えた場合であっても、摩擦係数が安定化しフェード及びビルドアップを抑えることができるとともに、攪拌性、耐摩耗性、攻撃性及び圧縮強度のいずれについても優れていることが確認された。 From the above measurement results, it was confirmed that the present ceramic fiber can be replaced with biosoluble fiber. In addition, even when the current ceramic fibers are replaced with biosoluble fibers, the friction coefficient is stabilized, fading and build-up can be suppressed, and stirring, wear resistance, aggressiveness and compressive strength can be suppressed. It was confirmed that both were excellent.
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
この実施形態では、鉄道車両のディスクブレーキ装置を例に挙げて説明したが、自動車、自動二輪車又は自転車などのディスクブレーキ装置についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、ブレーキ装置２としてディスクブレーキ装置を例に挙げて説明したが、車輪踏面に制輪子を押し付けてこの車輪踏面に発生する摩擦力によって制動させる踏面ブレーキ装置についても、この発明を適用することができる。例えば、車輪踏面と制輪子との間の隙間がなくなる程度の弱い圧力をこれらの摩擦面に作用させて、降雪時や低温時にこの隙間に雪や氷が堆積するのを防止する耐雪ブレーキの制輪子に使用することもできる。さらに、この実施形態では、ブレーキ装置２の摩擦材４ｂを例に挙げて説明したが、駆動側から被駆動側に動力を伝達するクラッチ装置の摩擦材についても、この発明を適用することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention.
In this embodiment, the disk brake device for a railway vehicle has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a disk brake device such as an automobile, a motorcycle, or a bicycle. In this embodiment, the disc brake device is described as an example of the
１ 車軸
２ ブレーキ装置
３ ブレーキディスク
３ａ 摩擦面(被接触面)
４ 制輪子
４ａ 取付部
４ｂ 摩擦材
1
4
Claims (6)
繊維基材として生体溶解性繊維を含有すること、
を特徴とする摩擦材。 A friction material that generates frictional force in contact with the contacted part,
Containing biosoluble fibers as a fiber substrate,
Friction material characterized by
前記生体溶解性繊維は、シリカ‐マグネシア‐カルシア系の繊維であること、
を特徴とする摩擦材。 In the friction material according to claim 1,
The biosoluble fiber is a silica-magnesia-calcia fiber;
Friction material characterized by
前記生体溶解性繊維の配合量が8mass%以上10mass%以下であること、
を特徴とする摩擦材。 In the friction material according to claim 1 or 2,
The amount of the biosoluble fiber is 8 mass% or more and 10 mass% or less,
Friction material characterized by
前記生体溶解性繊維の平均繊維径が3.5μm以上4.0μm未満であること、
を特徴とする摩擦材。 In the friction material according to any one of claims 1 to 3,
The average fiber diameter of the biosoluble fiber is 3.5 μm or more and less than 4.0 μm,
Friction material characterized by
前記生体溶解性繊維のかさ密度が280kg/m3を超え372 kg/m3未満であること、
を特徴とする摩擦材。 In the friction material according to any one of claims 1 to 4,
It bulk density of the biosoluble fiber is 372 kg / m less than 3 exceed 280 kg / m 3,
Friction material characterized by
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の摩擦材を備えること、
を特徴とするブレーキ装置の制輪子。 A brake device brake device for applying a braking force,
Comprising the friction material according to any one of claims 1 to 5,
A brake device brake device characterized by
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