(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属のマトリックスと硬質粒子とからなる磁気レールブレーキ用摩擦材または電磁クラッチ用摩擦材において、Ｃｕ：１〜５質量％と、Ｐ：０．１〜１．０質量％と、ＢｉまたはＢｉとＳｂとＡｇとからなる軟質金属：１〜５質量％と、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）またはジルコン（ＺｒＳｉＯ４）とジルコニア（ＺｒＯ２）とからなる硬質粒子：１〜６質量％と、Ｆｅおよび不可避的不純物：残部とからなる摩擦材。
【請求項２】
軟質金属がＢｉからなる請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
磁場の強さが５０ｋＡ／ｍのとき、磁束密度が１．３８〜１．４２Ｔである請求項１または２に記載の摩擦材。
【請求項４】
磁場の強さが４００ｋＡ／ｍのとき、磁束密度が２．０５〜２．０９Ｔである請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機械の回転あるいは移動を任意に制御する手段、具体的にはクラッチあるいはブレーキ、に使用する摩擦材に関するものである。本発明は、その中でも特に磁気レールブレーキまたは電磁クラッチに使用すると好適な摩擦材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に磁気レールブレーキに使用される摩擦材は、マトリックスを形成する金属粉末と硬質粒子とを混合し焼結して得られる。従来の磁気レールブレーキ用摩擦材としては、Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2，Ａｌ2ＴｉＯ5，Ｙ2Ｏ3，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4，ＷＣ，Ｃｒ3Ｃ2，ＴｉＣの中の１種または数種からなる摩耗抑制材と、ノジュラー鋳鉄、黒鉛、硫化鉄、硫化マンガン、鉛、硫化モリブデンの中の１種または数種からなる粉末とからなる焼結材料がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気レールブレーキが作動すると、摩擦材がレールに押し付けられると同時に磁力によって摩擦材とレールとの間に引張力が生じ、摩擦材とレールが摩擦して列車が減速する。磁気レールブレーキ内の電磁石が発生する磁場において、摩擦材の磁束密度が高いほど、磁力が増し、摩擦材とレールとの間の引張力が増大して磁気レールブレーキの制動力が増す。また摩擦材は高い摩擦係数を有し溶着しにくいほど高い摩擦力が得られ制動力が増す。さらに摩擦材は耐摩耗性に優れると交換回数を減らすことができる。したがって、磁気レールブレーキに用いられる摩擦材は、耐摩耗性および摩擦係数で評価される摩擦特性、耐溶着性、磁束密度で評価される磁気特性において優れていることが好ましい。そこで本発明は、摩擦特性、耐溶着性、磁気特性に優れた摩擦材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、摩擦材に関する研究を重ねたところ、摩擦特性、耐溶着性、磁気特性に優れた摩擦材を得ることができた。すなわち、本発明は、金属のマトリックスと硬質粒子とからなる磁気レールブレーキ用摩擦材または電磁クラッチ用摩擦材において、Ｃｕ：１〜５質量％と、Ｐ：０．１〜１．０質量％と、Ｂｉ，ＳｂおよびＡｇの中の少なくとも１種の軟質金属：１〜５質量％と、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）またはジルコン（ＺｒＳｉＯ4）とジルコニア（ＺｒＯ2）とからなる硬質粒子：１〜６質量％と、Ｆｅおよび不可避的不純物：残部とからなる摩擦材である。
【０００６】
本発明の摩擦材は、Ｃｕ，Ｐ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ａｇなどを含むＦｅを主成分とした金属のマトリックスと、ジルコンおよびジルコニアの少なくとも１種の硬質粒子とからなる。
【０００７】
本発明の摩擦材は、Ｃｕの含有量が１質量％未満になると耐溶着性が低下し、５質量％を超えて多くなると、摩擦係数が低下するとともに、相対的にＦｅが減少するので磁束密度が低下する。そのため、Ｃｕの含有量を１〜５質量％とした。その中でもＣｕの含有量は２〜４質量％であることがより好ましい。
【０００８】
本発明の摩擦材は、Ｐの含有量が０．１質量％未満になると耐溶着性が低下し、１．０質量％を超えて多くなると、摩擦係数が低下するとともに、相対的にＦｅが減少するので磁束密度が低下する。そのため、Ｐの含有量を０．１〜１．０質量％とした。その中でもＰの含有量は０．３〜０．５質量％であることがより好ましい。
【０００９】
本発明の摩擦材は、ＢｉまたはＢｉとＳｂとＡｇとからなる軟質金属の含有量が１質量％未満になると耐溶着性が低下し、５質量％を超えて多くなると、摩擦係数が低下するとともに、相対的にＦｅが減少するので磁束密度が低下する。そのため、軟質金属の含有量を１〜５質量％とした。その中でも軟質金属の含有量は１．５〜３．０質量％であることがより好ましい。
【００１０】
本発明の摩擦材は、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）またはジルコン（ＺｒＳｉＯ4）とジルコニア（ＺｒＯ2）とからなる硬質粒子の含有量が１質量％未満になると摩擦係数と耐溶着性が低下し、６質量％を超えて多くなると相対的にＦｅが減少し磁束密度が低下する。そのため、硬質粒子の含有量を１〜６質量％とした。その中でも硬質粒子の含有量は２〜４質量％であることがより好ましい。
【００１１】
本発明の摩擦材を製造する方法としては、以下の方法を挙げることができる。市販されている平均粒径６０〜１４０μｍのＦｅ粉末、平均粒径３０〜７０μｍのＣｕ粉末、平均粒径６０〜１４０μｍのＦｅ−Ｐ粉末、平均粒径６０〜１４０μｍのＣｕ−Ｐ粉末、平均粒径４０〜１００μｍのＢｉ粉末、平均粒径４０〜１００μｍのＳｂ粉末、平均粒径５０〜１５０μmのＩｎ粉末、平均粒径５〜１５μｍのＡｇ粉末、平均粒径１００〜４００μｍのＺｒＳｉＯ4粉末、平均粒径４００〜８００μｍのＺｒＯ2粉末、平均粒径３〜１０μｍのＭｏＳ2粉末、平均粒径５０〜３５０μｍのＣ粉末、平均粒径２〜８μｍのＳｉＣ粉末を用意する。これらの粉末を所望の組成になるように秤量し混合する。得られた混合物を圧力１９６〜４９０ＭＰａで冷間成形する。冷間成形した後の混合物を焼結炉に装入し、水素雰囲気中で、焼結温度：９００〜１１００℃、焼結時間：０．５〜２．０時間という条件で焼結すると、本発明の摩擦材を製造することができる。なお、焼結時に圧力０．４９〜３．９２ＭＰａの一軸加圧を行うと、摩擦材の耐摩耗性が向上するので、さらに好ましい。
【００１２】
本発明の摩擦材は、磁場の強さが５０ｋＡ／ｍのとき、磁束密度が１．３８〜１．４２Ｔであると、摩擦材とレールとの間の引張力が強くなるため好ましい。また、本発明の摩擦材は、磁場の強さが４００ｋＡ／ｍのとき、磁束密度が２．０５〜２．０９Ｔであると、摩擦材とレールとの間の引張力がより強くなるため好ましい。
【００１３】
本発明の摩擦材の用途としては、工作機械、建設機械、農業機械、自動車、二輪車、鉄道、航空機、船舶などの、各種機械の回転あるいは移動を任意に制御する手段、いわゆるクラッチ、ブレーキなどを挙げることができる。その中でも、磁束密度が高いという優れた磁気特性を生かして、磁気レールブレーキ、電磁クラッチなどがさらに好ましく、その中でもさらに磁気レールブレーキが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の摩擦材は、耐摩耗性、摩擦係数などの摩擦特性、耐溶着性、磁束密度などの磁気特性に優れる。本発明の摩擦材は、工作機械、建設機械、農業機械、自動車、二輪車、鉄道、航空機、船舶などの各種機械のクラッチあるいはブレーキの摩擦材として使用すると、優れた制動性能を発揮するとともに長寿命を実現する。本発明の摩擦材は、磁気特性に優れるため、磁気レールブレーキまたは電磁クラッチの摩擦材として使用すると、特に優れた制動性能を発揮するとともに長寿命化を実現する。
【実施例１】
【００１５】
市販されている平均粒径１００μｍのＦｅ粉末、平均粒径４９μｍのＣｕ粉末、平均粒径１００μｍのＦｅ−Ｐ粉末、平均粒径１００μｍのＣｕ−Ｐ粉末、平均粒径７０μｍのＢｉ粉末、平均粒径７０μｍのＳｂ粉末、平均粒径１０μｍのＡｇ粉末、平均粒径２００μｍのＺｒＳｉＯ4粉末、平均粒径６００μｍのＺｒＯ2粉末、平均粒径７μｍのＭｏＳ2粉末、平均粒径２００μｍのＣ粉末、平均粒径５μｍのＳｉＣ粉末を用意した。これらの原料粉末を表１に示す組成になるように秤量し混合した。得られた混合物を圧力３９２ＭＰａで冷間成形した後、焼結炉に入れた。混合物は水素雰囲気中、焼結温度：１０００℃、焼結時間：１時間、一軸加圧の圧力：１．５ＭＰａのホットプレスにて焼結した。
【００１６】
【表１】
0005228358.tif 000002
【００１７】
焼結によって得られた試料を試験片形状：１０ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍに加工して、磁気特性検査機（ＢＨアナライザー）を用いて試料の磁束密度を測定した。その結果は表２に記載した。さらに下記の摩擦試験を行って、摩擦係数、摩耗量および溶着量を測定した。その結果は表２に併記した。
【００１８】
［摩擦試験］
試験装置：慣性式摩擦試験機
慣性モーメント：７．３５ｋｇｍ2
速度：３３ｍ／ｓ
面圧：９８０ｋＰａ
試験片形状：２５ｍｍ×２５ｍｍ×１０ｍｍ
ブレーキ開始温度：１００℃以下
【００１９】
【表２】
0005228358.tif 000003
【００２０】
表２では、磁束密度が高いほど磁気特性に優れていることを示し、摩擦係数が高いほど、摩擦量が少ないほど、摩擦特性に優れていることを示し、溶着量が少ないほど耐溶着性に優れていることを示している。表２に示すように、実施例は、磁気特性、摩耗特性、耐溶着性がバランスよく優れているため、総合評価では比較例よりも良い評価を得た。