JP2016037969A - ブレーキライニング - Google Patents
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Abstract
【課題】温度、湿度など、周囲の環境変化に影響を受けず、常に安定したブレーキライニングとディスク間の摩擦係数を得ることができる信頼性の高いブレーキライニングを提供する。【解決手段】この発明に係る、ブレーキライニング100は、ブレーキディスク4に押圧することにより、ブレーキディスク4の運動を制動するブレーキライニング100であって、ブレーキディスク4に対する押圧方向Yに、柱状の研磨材2が、ブレーキディスク4に接触する側の接触面100aと面一に露出して埋め込まれている。【選択図】図1
Description
この発明は、電動モータなどの回転機器に使用されるブレーキライニングに関するものである。
従来、ディスクを旋盤などにより加工することにより、ディスクとブレーキライニングとの間で高い摩擦係数を得るブレーキが提案されている。例えば特許文献1では、ディスクがブレーキライニングに対して相対的に滑る方向を横切る方向にディスクの表面に加工目を設けることにより、加工目へのディスクの摩耗粒子の堆積を促進し、ディスクへライニング材を移着させることによって、ディスクの摩耗を低減している。
例えば、回転電機の一種であるサーボモータのブレーキは、ディスクの回転が停止している状態で制動するようになっている。制動時は、バネでブレーキライニングをディスクに押し付ける一方、開放時は、バネ力よりも大きい電磁吸引力でブレーキライニングを引きつけてディスクを開放するようにブレーキが構成されている。ブレーキライニングとディスク間の摩擦係数が大きければ、バネ力及び電磁吸引力を小さくできるので、ブレーキ装置を小型にすることができる。
ところで、特許文献1のようにディスクに加工目を設けて、当該部分へ摩耗粒子の堆積を促進させ、パッド材のディスクへの移着を発生させる場合、温湿度など周囲の環境変化によって、ディスクまたはパッド材の表面状態が変化して摩擦係数が変動し、安定した制動力を確保できないという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、常に安定したブレーキライニングとブレーキディスク間の摩擦係数を得ることができるブレーキライニングを提供することを目的とする。
この発明に係るブレーキライニングは、
ブレーキディスクに押圧することにより、前記ブレーキディスクの運動を制動するブレーキライニングであって、
前記ブレーキディスクに対する押圧方向に、柱状の研磨材が、前記ブレーキディスクに接触する側の接触面と面一に露出して埋め込まれているものである。
ブレーキディスクに押圧することにより、前記ブレーキディスクの運動を制動するブレーキライニングであって、
前記ブレーキディスクに対する押圧方向に、柱状の研磨材が、前記ブレーキディスクに接触する側の接触面と面一に露出して埋め込まれているものである。
この発明に係るブレーキライニングは、
前記ブレーキディスクに対する押圧方向に、柱状の研磨材が、前記ブレーキディスクに接触する側の接触面と面一に露出して埋め込まれているので、ブレーキライニング中の硬い研磨材が常にディスクの表面を引っかき、ブレーキライニングとブレーキディスク間の安定した摩擦係数を得ることができる。
前記ブレーキディスクに対する押圧方向に、柱状の研磨材が、前記ブレーキディスクに接触する側の接触面と面一に露出して埋め込まれているので、ブレーキライニング中の硬い研磨材が常にディスクの表面を引っかき、ブレーキライニングとブレーキディスク間の安定した摩擦係数を得ることができる。
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1を図を用いて説明する。
図1(a)は、ブレーキライニング100(以下、単にライニング100という)の底面模式図である。
図1(b)は、図1(a)に示すライニング100のA−A線における断面とブレーキディスク4(以下、単にディスク4という)の断面を示す断面模式図である。図1(a)に示すライニング100の底面は、図1(b)の紙面下側になり、ディスク4に正対している。
本明細書において、摺動方向Xとは、ライニング100がディスク4に対して相対的に移動する方向をいう。
ライニング100は、回転するディスク4に、押圧方向Yに押し当てて、ディスク4を制動するための部材である。図1(a)に示すように、ライニング100の中には、柱状の研磨材2が、ディスク4に対する押圧方向Yに、ライニング100のディスク4に接触する側の接触面100aと面一になるように露出して埋め込まれている。ここで、面一とは、二つの面の間に実質的な段差が無くフラットな状態を指す。そして、研磨材2の露出面が、後述する接触面2aとなる。ライニング100をディスク4に押し当てると、研磨材2が、ディスク4の表面と摩擦することにより、ディスク4に対して制動力を加えることができる。この研磨材2としては、アルミナやボロンナイトライド、シリコンカーバイトなどの砥石を所定の形状に加工して用いることができる。
以下、本発明の実施の形態1を図を用いて説明する。
図1(a)は、ブレーキライニング100(以下、単にライニング100という)の底面模式図である。
図1(b)は、図1(a)に示すライニング100のA−A線における断面とブレーキディスク4(以下、単にディスク4という)の断面を示す断面模式図である。図1(a)に示すライニング100の底面は、図1(b)の紙面下側になり、ディスク4に正対している。
本明細書において、摺動方向Xとは、ライニング100がディスク4に対して相対的に移動する方向をいう。
ライニング100は、回転するディスク4に、押圧方向Yに押し当てて、ディスク4を制動するための部材である。図1(a)に示すように、ライニング100の中には、柱状の研磨材2が、ディスク4に対する押圧方向Yに、ライニング100のディスク4に接触する側の接触面100aと面一になるように露出して埋め込まれている。ここで、面一とは、二つの面の間に実質的な段差が無くフラットな状態を指す。そして、研磨材2の露出面が、後述する接触面2aとなる。ライニング100をディスク4に押し当てると、研磨材2が、ディスク4の表面と摩擦することにより、ディスク4に対して制動力を加えることができる。この研磨材2としては、アルミナやボロンナイトライド、シリコンカーバイトなどの砥石を所定の形状に加工して用いることができる。
ライニング100の母材3は、基材となる繊維31と調合材料32で構成される。この調合材料32は、摩擦調整剤、充填剤、結合剤などで構成される。例えば、繊維31としては、ガラス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムなどを用いる。また、調合材料32の摩擦調整剤としては、カシューダスト、ゴムダスト、銅、亜鉛、アルミナ、ジルコニアなどを用いる。また、充填剤としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫化スズなどを用い、結合剤としては、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ポリイミドなどを用いる。研磨材2は、母材3中に、その長手方向がディスク4への押圧方向Yと一致するように埋め込まれて支持されている。
ライニング100中に配置する研磨材2のディスク4に対する接触面2aの面積の総和は、ライニング100がディスク4に接触する側の接触面100aの表面積の内、10〜35%に研磨材2が露出する程度とする。接触面100aにおける研磨材2の領域がこれより増えると、ディスク4の摩耗量が増加してブレーキ機器の寿命が短くなり、これより減るとディスク4に対する制動力を十分に確保できなくなるため、上述の表面積の範囲内になるように研磨材2を配置する。
ところで、ライニング100とディスク4が接触して摺動方向Xに摺動(ライニング100とディスク4が接触しながら相対的に移動)するとき、ライニング100中の研磨材2がディスク4の表面を引っかき、ディスク4から摩耗粉5が発生する。発生した摩耗粉5は、図1(b)に示すようにライニング100とディスク4の間に侵入する。
摩耗粉5がディスク4やライニング100に付着すると、通常、摩耗粉5は、周囲の大気中で酸化して、ディスク4とは異質な物質となる。異質な物体間での摩擦係数は、同質の物体間の摩擦係数より小さくなるので、ライニング100のディスク4に対する押圧力の大半が、摩耗粉5とディスク4間での摩擦に消費され、結果として、ディスク4とライニング100間での摩擦係数が小さくなる。また、母材3が硬いと、摩耗粉5が研磨材2に付着する場合があり、研磨材2の引っかき性が低下して、研磨材2とディスク4間の摩擦係数が小さくなることがある。
そこで、ライニング100の母材3を柔らかくしておくことにより、図1(c)に示すように、ディスク4から発生した摩耗粉5がライニング100の母材3に埋没して捕捉されるようにする。このとき、研磨材2、ディスク4、母材3のそれぞれの硬度は、研磨材2>ディスク4>母材3となるように構成する。
このように母材3の硬度を一番小さくしておくことにより、母材3に摩耗粉5が捕捉されて、研磨材2の引っかき性を損なうことなくライニング100とディスク4間の摩擦係数の変動を抑制することができ、ライニング100を使用するブレーキの信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の形態1にかかるライニング100によれば、常に硬い研磨材2がディスク4の表面を引っかくので、ライニング100とディスク4間の安定した摩擦係数を得ることができる。また、ライニング100がディスク4に接触する側の接触面100aに露出する研磨材2の表面積を、接触面100aの10%〜35%とすることにより、ディスク4の摩耗量を適度に維持できる。
図2は、ライニング101の底面模式図である。
図1(a)〜(c)に示したライニング100の研磨材2は、ディスク4に対する接触面2aの形状が四角形状で、外周が、摺動方向Xに対して平行又は垂直となるように埋め込まれていたが、例えば、図2に示すように、研磨材21のディスク4との接触面21aが三角形状で頂部21bがディスク4に対して相対的に対向して摺動方向Xを向くように構成しても良い。そして、頂部21bによりディスク4に対する研磨材21の引っかき性を高めて、ライニング101とディスク4間の摩擦係数を大きくすることもできる。
図1(a)〜(c)に示したライニング100の研磨材2は、ディスク4に対する接触面2aの形状が四角形状で、外周が、摺動方向Xに対して平行又は垂直となるように埋め込まれていたが、例えば、図2に示すように、研磨材21のディスク4との接触面21aが三角形状で頂部21bがディスク4に対して相対的に対向して摺動方向Xを向くように構成しても良い。そして、頂部21bによりディスク4に対する研磨材21の引っかき性を高めて、ライニング101とディスク4間の摩擦係数を大きくすることもできる。
また、摺動方向Xが図1の紙面における左右両方向となる場合には、頂部21b、21cを摺動方向Xの左右両方に対向するように研磨材21を配置して、頂部21b、21cのいずれかが、ディスク4を引っかくようにする。なお、研磨材21は、三角形でなくても、頂部があれば良い。例えば、図1の研磨材2を、その長手方向の中心軸を中心に90度回転させても良い。このように、研磨材21に頂部21b、21cを設け、摺動方向Xに向けて配置することによって、ライニング101とディスク4間の摩擦係数を大きくし、ライニング100を使用するブレーキの小型化を図ることができる。
図3は、ライニング102の底面模式図である。
ブレーキの制動力が大きく、ライニング100とディスク4の接触面圧が大きい場合には、研磨材の頂部に応力が集中して、研磨材が破損したり、脱落する可能性がある。このような場合は、図3に示すようにディスク4に対する接触面の形状が円形である研磨材22を使用しても同様の効果を得ることができる。研磨材22の断面形状(ライニングの押圧方向Yに対して垂直な断面)を円形にしておくことにより、研磨材22に頂部が存在しないため、応力が集中することがなく、接触面圧が部分的に高い箇所がなくなって、研磨材22の破損、脱落を防止し、信頼性が高いライニング102を得ることができる。
ブレーキの制動力が大きく、ライニング100とディスク4の接触面圧が大きい場合には、研磨材の頂部に応力が集中して、研磨材が破損したり、脱落する可能性がある。このような場合は、図3に示すようにディスク4に対する接触面の形状が円形である研磨材22を使用しても同様の効果を得ることができる。研磨材22の断面形状(ライニングの押圧方向Yに対して垂直な断面)を円形にしておくことにより、研磨材22に頂部が存在しないため、応力が集中することがなく、接触面圧が部分的に高い箇所がなくなって、研磨材22の破損、脱落を防止し、信頼性が高いライニング102を得ることができる。
図4は、ライニング103の底面模式図である。
図4に示すように断面長方形(ライニング103の押圧方向Yに対して垂直な断面)の研磨材23を摺動方向Xに対して千鳥状に配置すれば、研磨材23が、ディスク4上の摺動面4aを広範囲に引っかくようにすることができる。これによりライニング103とディスク4間の摩擦係数を大きくできる。
図4に示すように断面長方形(ライニング103の押圧方向Yに対して垂直な断面)の研磨材23を摺動方向Xに対して千鳥状に配置すれば、研磨材23が、ディスク4上の摺動面4aを広範囲に引っかくようにすることができる。これによりライニング103とディスク4間の摩擦係数を大きくできる。
このように、研磨材23の形状と配置を工夫することにより、研磨材23がディスク4を引っかく領域を増やしてライニング103とディスク4間の摩擦係数を大きくすることにより、ライニング103を使用するブレーキの小型化を図ることができる。また、研磨材23がディスク4を引っかく面積が大きいので、ライニング103を使用するブレーキを搭載した機器の試運転開始後の慣らし運転の時間を短縮でき、当該機器の製造、運用コストを低減することができる。なお、ライニング100〜103を使用するブレーキは、ドラムブレーキでも、ディスクブレーキでも良い。
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図5(a)は、ブレーキライニング200(以下、ライニング200という)の底面模式図である。
図5(b)は、図5(a)のライニング200をB−B線で切断した断面とディスク4の断面を示す断面模式図であり、ライニング200のディスクへの接触面200a(底面)が紙面下側になる。
実施の形態1のライニング100では、ライニング100の接触面100aの形状は、平坦な形状を有していたが、本実施の形態では、図5(a)、図5(b)に示すように、ライニング200の接触面200aには、摺動方向Xに並んだ研磨材23の間に、摺動方向Xに対して交差する方向に延びる溝M(第一溝)を設けている。図では、溝Mは摺動方向Xに対して直交しているが、斜めであっても良い。
以下、本発明の実施の形態2に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図5(a)は、ブレーキライニング200(以下、ライニング200という)の底面模式図である。
図5(b)は、図5(a)のライニング200をB−B線で切断した断面とディスク4の断面を示す断面模式図であり、ライニング200のディスクへの接触面200a(底面)が紙面下側になる。
実施の形態1のライニング100では、ライニング100の接触面100aの形状は、平坦な形状を有していたが、本実施の形態では、図5(a)、図5(b)に示すように、ライニング200の接触面200aには、摺動方向Xに並んだ研磨材23の間に、摺動方向Xに対して交差する方向に延びる溝M(第一溝)を設けている。図では、溝Mは摺動方向Xに対して直交しているが、斜めであっても良い。
例えば、ライニング200を使用するブレーキを備えた機器の周囲に塵埃が多い場合には、図5(b)に示すように、ディスク4の摩耗粉5の他に、塵埃粉7がライニング200とディスク4の摺動面4aに噛み込まれる可能性がある。
図5(c)は、溝M内に捕捉された塵埃粉7を示す断面模式図である。
ライニング200に溝Mを設けておくことによって、図5(c)に示すように、塵埃粉7は溝M内に捕捉される。これにより、ライニング200とディスク4間の摩擦係数を安定的に保つことができ、あまり清浄な環境ではない場所に当該機器が設置されていても、所定のブレーキ性能を発揮する信頼性の高いライニング200を提供することができる。
図5(c)は、溝M内に捕捉された塵埃粉7を示す断面模式図である。
ライニング200に溝Mを設けておくことによって、図5(c)に示すように、塵埃粉7は溝M内に捕捉される。これにより、ライニング200とディスク4間の摩擦係数を安定的に保つことができ、あまり清浄な環境ではない場所に当該機器が設置されていても、所定のブレーキ性能を発揮する信頼性の高いライニング200を提供することができる。
実施の形態3.
以下、本発明の実施の形態3に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
図6(a)は、ヘリングボーン形状をした溝M2を備えたライニング300の底面模式図である。
図6(b)は、溝M2における流体面圧を示す模式図である。
実施の形態2の図5(a)〜図5(c)に示した例では、ストレートな形状をした溝Mを示したが、本実施の形態では、図6に示すように、溝M2をヘリングボーン形状に形成する。
以下、本発明の実施の形態3に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
図6(a)は、ヘリングボーン形状をした溝M2を備えたライニング300の底面模式図である。
図6(b)は、溝M2における流体面圧を示す模式図である。
実施の形態2の図5(a)〜図5(c)に示した例では、ストレートな形状をした溝Mを示したが、本実施の形態では、図6に示すように、溝M2をヘリングボーン形状に形成する。
例えば、ライニングとディスク4の間に水分が侵入した場合には、ライニングとディスク4の間に流体面圧が発生するため、ライニングとディスク4間の摩擦係数は極端に低下する。
そこで、図6(b)に示すように、溝M2をヘリングボーン形状にすると、ディスク4が紙面の右側に回転する場合、ライニング300とディスク4間に挟まれた水は、まず溝M2内に集まり、次にディスク4の表面動作に追従して溝M2内で右側、すなわち、溝M2の右方向に閉じるV形状になった頂部M2V1近傍部分に集まる。このときの水の流体面圧分布が図6(b)の左端のグラフである。頂部M2V1の流体面圧が最高になり、水が偏って存在しない部分では流体面圧は0になる。
反対にディスク4が紙面の左側に回転する場合、ライニング300とディスク4間に挟まれた水は、まず溝M2内に集まり、次にディスク4の表面動作に追従して溝M2内で左側、すなわち、溝M2の左方向に閉じるV形状になった頂部M2V2近傍部分に集まる。このとき、頂部M2V2の流体面圧が最高になり、水が偏って存在しない部分では流体面圧は0になる。流体面圧が0の部分では研磨材302を十分にディスク4に押圧できるので、所定の制動力を確保できる。
このように、溝M2をヘリングボーン形状(摺動方向Xに開放する連続するW形状)にしておくことにより、溝M2内に流れ込んだ水の流体面圧が小さくなる部分を設けて、ライニング300とディスク4間の摩擦係数の低下を抑制することができる。
また、従来、ライニングを使用するブレーキを備えた機器の設置環境によっては、ディスクが結露する場合もあり、結露した水分がライニングとディスクの表面を完全に覆ってしまい、ライニングとディスクが接触して摺動すると、水の膜が接触面全面に形成されて潤滑膜のくさび効果が生じ、流体潤滑されて摩擦係数が小さくなる場合もある。このような場合においても、ライニング300を使用することにより、水の膜による流体圧力を小さくすることができる。このように、環境変化に順応して、ライニング300とディスク4間の摩擦係数の低下を抑制でき、ライニング300を使用するブレーキを備えた機器の信頼性を高めることができる。なお、上述では、ヘリングボーン形状の溝M2について説明したが、ディスク4が動く方向に閉じるV字形状や、摺動方向に開放するW字形状だけでも良い。
実施の形態4.
以下、本発明の実施の形態4に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図7(a)は、ライニング400の底面図である。
図7(b)は、図7(a)のライニング400をC−C線で切断した断面とディスク4の断面を示す断面模式図であり、ライニング400のディスク4への接触面400a(底面)が紙面下側になる。
以下、本発明の実施の形態4に係るブレーキライニングを、図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図7(a)は、ライニング400の底面図である。
図7(b)は、図7(a)のライニング400をC−C線で切断した断面とディスク4の断面を示す断面模式図であり、ライニング400のディスク4への接触面400a(底面)が紙面下側になる。
実施の形態2では、ライニング200に溝Mを形成することによって、ディスク4の摩耗粉5や塵埃粉7を捕捉する例を示したが、本実施の形態では、図7(a)、(b)に示すように、ライニング400の接触面400aの摺動方向Xの両側の最も外側の研磨材23より更に外側に、摺動方向Xに対して交差する方向に延在するワイプ部材8を配置し、ワイプ材8により塵埃粉7や摩耗粉5を堰き止めるようにする。図では、ワイプ部材8は、摺動方向Xに対して直交しているが、斜めであっても良い。
ワイプ部材8は、ゴムやウレタンなど柔らかい材料で構成され、塵埃粉7や摩耗粉5を集中的に捕捉されるようにしておく。ワイプ部材8は、図7(b)に示すように、摺動方向Xに対して交差する方向に形成した溝M3(第二溝)に埋め込んでおくことによって交換可能にしておき、定期的にワイプ部材8を交換して、長期にわたるライニング400の信頼性を確保することができる。
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
本発明は、産業用の電動モータのみならず、ホイスト、農機具などに用いられる回転機器、電動モータ、自動車などのブレーキに活用できる。
100,101,102,103,200,300,400 ブレーキライニング、
100a,200a,400a 接触面、2,21,22,23,302 研磨材、
2a,21a 接触面、21b,21c 頂部、3 母材、31 繊維、
32 調合材料、4 ブレーキディスク、4a 摺動面、5 摩耗粉、7 塵埃粉、
8 ワイプ部材、M,M2,M3 溝、M2V1,M2V2 頂部、X 摺動方向、
Y 押圧方向。
100a,200a,400a 接触面、2,21,22,23,302 研磨材、
2a,21a 接触面、21b,21c 頂部、3 母材、31 繊維、
32 調合材料、4 ブレーキディスク、4a 摺動面、5 摩耗粉、7 塵埃粉、
8 ワイプ部材、M,M2,M3 溝、M2V1,M2V2 頂部、X 摺動方向、
Y 押圧方向。
Claims (10)
- ブレーキディスクに押圧することにより、前記ブレーキディスクの運動を制動するブレーキライニングであって、
前記ブレーキディスクに対する押圧方向に、柱状の研磨材が、前記ブレーキディスクに接触する側の接触面と面一に露出して埋め込まれているブレーキライニング。 - 複数の前記研磨材を備え、
すべての前記研磨材の、前記ブレーキディスクに対する接触面の面積の総和は、前記ブレーキライニングが前記ブレーキディスクに接触する面積の10%〜35%の範囲内である請求項1に記載のブレーキライニング。 - 前記研磨材は、前記ブレーキライニングと前記ブレーキディスクとが相対的に対向して摺動する摺動方向を向いた頂部を有する請求項1又は請求項2に記載のブレーキライニング。
- 複数の前記頂部が、前記摺動方向の両方向に向かって配置されている請求項3に記載のブレーキライニング。
- 前記ブレーキライニングが前記ブレーキディスクに接触する側の接触面には、前記ブレーキライニングと前記ブレーキディスクとが相対的に摺動する摺動方向に対して交差する方向に延在する第一溝が形成されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のブレーキライニング。
- 前記研磨材と、前記ブレーキディスクと、前記ブレーキライニングの前記研磨材を支持する母材の硬度は、前記研磨材>前記ブレーキディスク>前記母材の順である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のブレーキライニング。
- 前記第一溝は、前記ブレーキディスクが動く方向に閉じるV字状に形成されている請求項5に記載のブレーキライニング。
- 前記第一溝は、前記摺動方向に開放するW字状に形成されている請求項5に記載のブレーキライニング。
- 前記ブレーキライニングが前記ブレーキディスクに接触する側の接触面の前記ブレーキライニングと前記ブレーキディスクとが相対的に摺動する摺動方向の両側の最も外側の前記研磨材より更に外側に、前記摺動方向と交差する方向に延在し、前記研磨材を支持する母材よりも柔らかい材料からなるワイプ部材を備えた請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のブレーキライニング。
- 前記ワイプ部材は、前記摺動方向と交差する方向に延在する第二溝内に固定されている請求項9に記載のブレーキライニング。
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