JP2020060386A - 粉塵測定装置および粉塵測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブレーキ装置から発生する摩耗粉の観察が容易な粉塵測定装置を提供すること。【解決手段】分級器内に配置される捕集盤６１における少なくとも表面を構成する第１物質が、計測対象のブレーキ摩耗粉に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なるように構成する。前記第１物質としてニッケル、クロム、コバルト等のようにめっき処理に適した材料を用いる。基材６１ａにより強度を確保し、その表面にめっきにより薄膜６１ｂを形成する。走査電子顕微鏡で観察する際に、基材６１ａの物質の影響を減らすため薄膜６１ｂの厚みを十分に大きくする。表面を鏡面研磨して凹凸をなくし、捕集された摩耗粉の位置を揃えた状態で観察する。摩耗粉以外の塵や埃が捕集されないように、ブレーキ試験装置のフードの圧力を制御する。【選択図】図１
Description
本発明は、制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体から前記粉塵を捕集して測定するための粉塵測定装置および粉塵測定方法に関する。
例えば、自動車などに搭載されるディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ装置が作動する際には、ブレーキパッドやロータの摩耗に伴って摩耗粉が発生する。したがって、例えばブレーキ装置における実際の制動状態や、挙動、各部材の摩耗状況が、各摩耗粉の形状、大きさ、摩耗粉発生量などに反映されると考えられる。
そのため、ブレーキ装置において実際に発生した各摩耗粉の材質、形状、大きさ、摩耗粉発生量などを解析すれば、ブレーキ装置の改良や性能向上が可能になる。
例えば、特許文献１は、微粒子トナーの製造に用いる気流分級機において、被分級原料の衝突による融着が生じにくく、装置稼働率、生産性及び分級精度を向上させるための技術を示している。また、被分級原料の粒子が衝突する気流分級機内の部材の表面に、微粒子を分散含有させた複合メッキ被膜を設けた気流分級機を示している。また、分級エッジ２及び３により分岐された複数の分級用排気流路７、８及び９が出口側に開設され、入気流路１１及び１２が入口側に開設された原料選別室１４と、入気流路１１及び１２から各分級用排気流路７、８及び９に向かって流れる気流を生じさせる気流形成手段と、圧縮気体を用いて原料選別室１４内に被分級原料１５を圧送・噴射する原料供給ノズル１６とを備え、原料選別室１４内に圧送・噴射された被分級原料１５の粒子を、コアンダ効果による粒径に対応した湾曲線状の飛散降下作用により、各分級用排気流路７、８及び９に分級する態様を示している。
また、特許文献２の粒子捕集装置は、クリーンルーム内などの浮遊塵埃の少ない場所で塵埃を捕集した場合でも、数の評価、形状、成分などについての分析を行い、又、任意のサイズの衝突板の使用を可能にするための技術を示している。また、清浄な鏡面仕上げした衝突板を用いることを示している。
例えば、特許文献２に示されたような衝突板に衝突して捕集された塵埃等の粒子は、例えば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することが可能である。すなわち、走査電子顕微鏡で得られる画像から粒子の形状、大きさ、材質などを観察者が視覚的に把握することが可能である。
しかしながら、ブレーキ装置から発生する摩耗粉はサブミクロン程度と非常に小さく、しかも様々な材質の成分を含んでいる。そのため、実際には摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察することが難しい。具体的には、摩耗粉を捕集した捕集盤の表面における凹凸形状と、摩耗粉とを区別することが困難になる場合がある。また、材質の共通性に起因して摩耗粉の材質毎の外形形状や、摩耗粉と捕集盤との境界、すなわち摩耗粉の輪郭形状が不明瞭になる場合がある。また、捕集盤の表面がメッキ処理されている場合には、捕集盤の表面に形成された被膜の後方の地肌材質の影響を受けて、摩耗粉の形状等が視認しにくい状態になる場合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブレーキ装置から発生する摩耗粉の観察が容易な粉塵測定装置および粉塵測定方法を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係る粉塵測定装置および粉塵測定方法は、下記（１）〜（７）を特徴としている。
（１） 摩擦材により発生する粉塵を含む気体が衝突可能な位置に配置された捕集盤を含み、前記粉塵の慣性力により前記捕集盤が捕集した前記粉塵を計測する粉塵測定装置であって、
前記捕集盤における少なくとも表面を構成する第１物質が、計測対象の前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる、
ことを特徴とする粉塵測定装置。
（１） 摩擦材により発生する粉塵を含む気体が衝突可能な位置に配置された捕集盤を含み、前記粉塵の慣性力により前記捕集盤が捕集した前記粉塵を計測する粉塵測定装置であって、
前記捕集盤における少なくとも表面を構成する第１物質が、計測対象の前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる、
ことを特徴とする粉塵測定装置。
（２） 前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする上記（１）に記載の粉塵測定装置。
ことを特徴とする上記（１）に記載の粉塵測定装置。
（３） 前記捕集盤は、基材と、前記基材の表面部に形成された薄膜とを有し、
前記薄膜が前記第１物質により構成される、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の粉塵測定装置。
前記薄膜が前記第１物質により構成される、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の粉塵測定装置。
（４） 前記捕集盤上の前記粉塵を観察する走査電子顕微鏡を含み、
前記薄膜の厚みが、前記走査電子顕微鏡の観察において前記粉塵に対する前記基材の影響を低減するために必要な所定以上の寸法を有する、
ことを特徴とする上記（３）に記載の粉塵測定装置。
前記薄膜の厚みが、前記走査電子顕微鏡の観察において前記粉塵に対する前記基材の影響を低減するために必要な所定以上の寸法を有する、
ことを特徴とする上記（３）に記載の粉塵測定装置。
（５） 摩擦材により発生する粉塵を測定する粉塵測定方法であって、
少なくとも計測対象の前記粉塵が衝突する表面を構成する第１物質が、前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる捕集盤を用意し、
測定対象の粉塵を含む気体が衝突可能な位置に前記捕集盤を配置し、
制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体を前記捕集盤の近傍に導入し、
前記粉塵の慣性力により前記捕集盤で前記粉塵を捕集する、
ことを特徴とする粉塵測定方法。
少なくとも計測対象の前記粉塵が衝突する表面を構成する第１物質が、前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる捕集盤を用意し、
測定対象の粉塵を含む気体が衝突可能な位置に前記捕集盤を配置し、
制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体を前記捕集盤の近傍に導入し、
前記粉塵の慣性力により前記捕集盤で前記粉塵を捕集する、
ことを特徴とする粉塵測定方法。
（６）前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする上記（５）に記載の粉塵測定方法。
ことを特徴とする上記（５）に記載の粉塵測定方法。
（７） 基材の表面部に薄膜を形成して前記捕集盤を構成し、
前記薄膜を前記第１物質により構成する、
ことを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の粉塵測定方法。
前記薄膜を前記第１物質により構成する、
ことを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の粉塵測定方法。
上記（１）の構成の粉塵測定装置によれば、第１物質の材質と第２物質の材質とが異なるので、これらを区別することが容易であり、計測対象の粉塵の計測を高精度で実施できる。例えば、走査電子顕微鏡を用いて捕集盤の表面を画像として観察する場合に、捕集盤の表面とそこに付着した粉塵とを材質の違いにより区別し、粉塵の形状や大きさなどを明確に特定できる。
上記（２）の構成の粉塵測定装置によれば、第１物質を構成する材質は、一般的なブレーキ装置の摩擦材やロータを構成する材質とは異なるので、計測対象の粉塵に含まれる第２物質の含有成分と区別することが容易である。また、第１物質を構成する材質は、不純物の含有量を減らすことが容易であり、第２物質の含有成分と不純物との区別も容易になる。
上記（３）の構成の粉塵測定装置によれば、捕集盤の基材が薄膜（電子顕微鏡による観測に影響がでない程度の膜厚）で覆われるので、基材を構成する材質の自由度が高まる。したがって、捕集盤の強度を基材により十分に確保しつつ、薄膜は第１物質を構成する材質により形成されるので、計測対象の粉塵に含まれる第２物質の含有成分と区別することが容易である。
上記（４）の構成の粉塵測定装置によれば、基材の材質が計測対象の粉塵に含まれる第２物質の含有成分と同じ場合であっても、薄膜の裏側に存在する基材の影響を受けることなく、粉塵を走査電子顕微鏡で観察できる。したがって、基材により捕集盤の強度を確保することも容易である。
上記（５）の構成の粉塵測定方法によれば、第１物質の材質と第２物質の材質とが異なるので、例えば走査電子顕微鏡等を用いて捕集盤の表面を画像として観察する場合に、捕集盤の表面とそこに付着した粉塵とを材質の違いにより区別し、粉塵の形状や大きさなどを明確に特定できる。したがって、粉塵の計測を高精度で実施できる。
上記（６）の構成の粉塵測定方法によれば、第１物質を構成する材質は、一般的なブレーキ装置の摩擦材やロータを構成する材質とは異なるので、計測対象の粉塵に含まれる第２物質の含有成分と区別することが容易である。また、第１物質を構成する材質は、不純物の含有量を減らすことが容易であり、第２物質の含有成分と不純物との区別も容易になる。
上記（７）の構成の粉塵測定方法によれば、捕集盤の基材を薄膜（電子顕微鏡による観測に影響がでない程度の膜厚）で覆うので、基材を構成する材質の自由度が高まる。したがって、捕集盤の強度を基材により十分に確保しつつ、薄膜は第１物質を構成する材質により形成されるので、計測対象の粉塵に含まれる第２物質の含有成分と区別することが容易である。
本発明の粉塵測定装置および粉塵測定方法によれば、ブレーキ装置から発生する摩耗粉の観察が容易になる。すなわち、第１物質の材質と第２物質の材質とが異なるので、走査電子顕微鏡等を用いて捕集盤の表面を画像として観察する場合に、捕集盤の表面とそこに付着した粉塵とを材質の違いにより区別し、粉塵の形状や大きさなどを明確に特定できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
＜捕集盤の外観＞
本発明の実施形態における捕集盤６１の外観の具体例を図１（ａ）および図１（ｂ）に示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
本発明の実施形態における捕集盤６１の外観の具体例を図１（ａ）および図１（ｂ）に示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した捕集盤６１は、薄い円盤形状に形成されている。この捕集盤６１は、基材６１ａとその表面に形成された薄膜６１ｂとで構成されている。基材６１ａの材料として、本実施形態ではアルミニウムが採用されている。また、薄膜６１ｂは無電解ニッケルめっき処理により基材６１ａの表面に形成されている。
基材６１ａの材質及び厚みは、捕集盤６１が十分な強度を確保できるように決定される。薄膜６１ｂの材質については、測定対象のブレーキ摩耗粉と薄膜６１ｂとの区別が容易になるように、ブレーキ摩耗粉に含まれていない物質が選択される。また、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてブレーキ摩耗粉を観察する場合には、観察の際にブレーキ摩耗粉の像に影響を与えにくい物質が薄膜６１ｂの材質として選択される。
例えば、ニッケルはブレーキ摩耗粉に含まれていないので、無電解ニッケルめっき処理により形成された薄膜６１ｂを用いる場合には、捕集盤６１上の薄膜６１ｂとブレーキ摩耗粉とを区別することが容易になる。また、走査電子顕微鏡を用いてブレーキ摩耗粉を観察する場合に、例えばニッケルはブレーキ摩耗粉の観察に影響を及ぼしにくいことが確認されている。
薄膜６１ｂの厚みは、走査電子顕微鏡を用いてブレーキ摩耗粉を観察する場合に、下地の基材６１ａの材料の影響が現れないように制限することが望ましく、例えば５［μｍ］以上の厚みに規定すると好適である。
また、薄膜６１ｂの表面の状態については、傷などが存在すると、サブミクロンサイズの摩耗粉が傷の内部に入り込み観測しにくい状態になる可能性がある。したがって、薄膜６１ｂの表面は鏡面研磨して平滑にすることが望ましい。すなわち、少なくとも観測対象のブレーキ摩耗粉の粒子径以下になるように、薄膜６１ｂの表面粗さを規定する。
＜分級器の構成例および動作原理＞
摩耗粉を捕集するために利用可能な分級器６２の外観の例を図２（ａ）に示す。また、図２（ａ）の分級器６２の一部分の縦断面を拡大した状態を図２（ｂ）に示す。また、図２（ｂ）の一部分を図２（ｃ）に示す。
摩耗粉を捕集するために利用可能な分級器６２の外観の例を図２（ａ）に示す。また、図２（ａ）の分級器６２の一部分の縦断面を拡大した状態を図２（ｂ）に示す。また、図２（ｂ）の一部分を図２（ｃ）に示す。
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した分級器６２は、低圧カスケードインパクタとよばれる公知の装置である。この分級器６２は、例えば自動車などのブレーキ装置で発生した摩耗粉を含む空気流を導入することにより、この空気流の中から摩耗粉をサイズ毎に分類して捕集することができる。但し、捕集した摩耗粉の成分、形状、サイズ等を走査電子顕微鏡などで観測する場合には、一般的な捕集盤では成分分析等が困難になる可能性が高い。そのため、例えば図１（ａ）および図１（ｂ）に示す特別な捕集盤６１を利用する。
図２（ａ）に示した分級器６２は、１０個の捕集段を縦方向に積み重ね、これらを気流の流れの方向に直列に接続した構造を有している。図２（ｂ）に示した例では、３個の捕集段が連続的に上下方向に並んでいる。図２（ｂ）に示したように、分級器６２の各捕集段はノズル６２ａを含む気流６２ｃの流路と、捕集部６２ｂとを有している。各捕集部６２ｂは、ノズル６２ａの開口と対向する位置に平板状に配置されている。各捕集段の捕集部６２ｂに、捕集盤６１が配置される。
図２（ｂ）に示したように、分級器６２の複数の捕集段のノズル６２ａの径は、上段側から下段側に向かって徐々に小さくなるように形成されている。つまり、上側の捕集段は大きな粒径の固体粒子を捕集できるように構成され、下側の捕集段は小さい粒径の固体粒子を捕集できるように構成されている。
図２（ｃ）に示したように、各捕集段において、気流６２ｃはノズル６２ａを通過してその高速で前方の捕集盤６１に向かう。そして、気流６２ｃに含まれている摩耗粉６３等の粒子は、慣性衝突により捕集盤６１に捕集される。捕集された粒子以外の気流６２ｃは、更に下流側に向かう。
なお、分級器６２に用いられる一般的な捕集盤は、材質としてアルミニウム、ガラス繊維などが用いられる。また、電子顕微鏡においてはカーボン製の試料台が一般的に用いられる。
＜ブレーキ摩耗粉に含まれない物質の一覧＞
ブレーキ摩耗粉に含まれない物質、且つめっき可能な素材の一覧を図３に示す。すなわち、自動車などの一般的なブレーキ装置に用いられる摩擦材やロータの摩耗によって発生するブレーキ摩耗粉に含まれる可能性のある成分以外で、めっき可能な物質が図３に示されている。
ブレーキ摩耗粉に含まれない物質、且つめっき可能な素材の一覧を図３に示す。すなわち、自動車などの一般的なブレーキ装置に用いられる摩擦材やロータの摩耗によって発生するブレーキ摩耗粉に含まれる可能性のある成分以外で、めっき可能な物質が図３に示されている。
つまり、図３に示したアルミニウム、クロム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、タングステン、イリジウム、白金、および金のいずれかの物質を用いて捕集盤６１の少なくとも表面を構成することが想定される。これにより、捕集盤６１で捕集された摩耗粉６３を走査電子顕微鏡などで観測する際に、物質の違いにより捕集盤６１と摩耗粉６３とを区別することが可能になる。
また、図３に示したいずれの物質もめっき処理可能なので、図１（ａ）に示した捕集盤６１の薄膜６１ｂをめっきにより形成することができる。これにより、基材６１ａだけで捕集盤６１に必要とされる強度を十分に確保すれば、薄膜６１ｂの物質を選択する際の自由度が高まる。
＜システムの構成例＞
摩耗粉捕集装置を含むシステムの構成例を図４に示す。図４に示したシステムは、自動車などに用いられるブレーキ１１が作動する際に、キャリパ１２内のブレーキパッドやディスク状のロータ１４の摩耗に伴って発生する摩耗粉を捕集して、その成分、形状、大きさなどを分析できるよう構成されている。実際に摩耗粉を分析する際には、例えば図４に示されていない走査電子顕微鏡を用いて捕集盤６１上の摩耗粉を観察することが想定される。
摩耗粉捕集装置を含むシステムの構成例を図４に示す。図４に示したシステムは、自動車などに用いられるブレーキ１１が作動する際に、キャリパ１２内のブレーキパッドやディスク状のロータ１４の摩耗に伴って発生する摩耗粉を捕集して、その成分、形状、大きさなどを分析できるよう構成されている。実際に摩耗粉を分析する際には、例えば図４に示されていない走査電子顕微鏡を用いて捕集盤６１上の摩耗粉を観察することが想定される。
図４に示したブレーキ１１は、後述するブレーキ試験装置１０に連結され、ロータ１４の回転やキャリパ１２の動作が可能な状態で保持されている。このブレーキ１１は、図４に示すようにブレーキフード５０の内空間に配置されている。すなわち、摩耗粉が発生する部位や発生した摩耗粉が飛散する部位は、それらの周囲全体がブレーキフード５０で密封した状態で覆われている。
これにより、ブレーキフード５０の外側の埃等がブレーキフード５０の内側に侵入するのを避けることもできる。但し、ブレーキ１１を試験する場合には軸などの回転する部位をブレーキフード５０の内外で接続する必要があるので、シールを施してもブレーキフード５０の内外を連通する隙間を完全になくすことは困難である。そこで、摩耗粉や埃がこの隙間を通らないように、後述する圧力制御を実施する。この圧力制御により、摩耗粉以外の外部からの埃等が摩耗粉に混入するのを防止できる。
図４に示したように、ブレーキフード５０の右側にＨＥＰＡ（High Efficiency Particulate Air Filter）フィルタ７２が配置され、その更に右側に送風機７１が配置されている。送風機７１は、外側の空気をブレーキフード５０の内空間に送り込むことができる。送風機７１の送風量は可変であり、制御信号ＳＧ１により制御される。ＨＥＰＡフィルタ７２は、送風機７１が送り込む空気から埃などを取り除き清浄化する。
一方、ブレーキフード５０の先端部５０ａにエアサンプラ６０が連結されている。エアサンプラ６０は、ブレーキフード５０の内空間と連通する箇所から気流５８を吸引し、気流５８に含まれる浮遊した状態の摩耗粉を捕集することができる。エアサンプラ６０は、例えば５００［リットル／分］程度の吸引能力を有しているが、吸引流量は可変である。なお、送風機７１の送風量を制御する場合は、エアサンプラ６０の吸引流量を固定にしてもよい。
また、ブレーキフード５０の内空間と連通可能な状態で、連通部５５が設けてある。連通部５５の一端には前述の分級器６２が接続してある。この分級器６２は、空気動力学径の原理に基づき、例えば２．５［μｍ］未満、２．５［μｍ］、１０［μｍ］等の各粒子サイズの摩耗粉を個別に捕集盤６１で捕集して分析できる。
図４に示したように、ブレーキフード５０の内部に圧力センサ７３が設置してある。圧力センサ７３の設置位置は、例えば、気流５８の向きに対してブレーキ１１よりも上流側であり、且つ上方であれば、ブレーキ１１の発熱に起因して圧力センサ７３の特性が変動するのを避けることが容易になる。一方、ブレーキフード５０の外側の空間に、圧力センサ７４が設置してある。したがって、圧力センサ７４は外気圧Ｐｏｕｔを検知することができる。また、圧力センサ７３はブレーキフード５０内の内気圧Ｐｉｎを検知することができる。差圧計７５は、圧力センサ７３が検知した内気圧Ｐｉｎと圧力センサ７４が検知した外気圧Ｐｏｕｔとの差圧を表す差圧信号ΔＰを出力する。
制御部８０は、差圧計７５が出力する差圧信号ΔＰに基づいて、制御信号ＳＧ１を生成し、内気圧Ｐｉｎと外気圧Ｐｏｕｔとの間の差圧がなくなるように送風機７１を制御する。例えば、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔよりも低い状態を制御部８０が差圧信号ΔＰにより検知すると、送風機７１の単位時間あたりの送風量を増やすように制御信号ＳＧ１を調整する。つまり、エアサンプラ６０による空気の吸引によってブレーキフード５０の内空間の圧力が低下するが、この低下分を、送風機７１がブレーキフード５０内に供給する空気の圧力により補い、送風量の調整により内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔと同じになるように制御できる。
なお、図１に示したシステムにおいては、内気圧Ｐｉｎと外気圧Ｐｏｕｔの差圧がなくなるように制御部８０が送風機７１の送風量を制御しているが、エアサンプラ６０の吸引流量を制御してもよいし、両方を制御してもよい。エアサンプラ６０の吸引流量を制御する場合には、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔよりも低い状態を制御部８０が差圧信号ΔＰにより検知すると、単位時間あたりの吸引流量を減らすように制御する。また、内気圧Ｐｉｎが外気圧Ｐｏｕｔよりも高い状態を制御部８０が差圧信号ΔＰにより検知すると、単位時間あたりの吸引流量を増やすように制御する。
上記のように差圧を制御すると、内気圧Ｐｉｎと外気圧Ｐｏｕｔの差圧がなくなるので、差圧に起因する空気の流れが発生しなくなる。つまり、ブレーキフード５０の内外を連通する隙間が存在する場合であっても、その隙間を通る空気の流れが存在しないので、ブレーキフード５０内の空気中に浮遊している摩耗粉が隙間から外部に漏出することがなくなる。同時に、ブレーキフード５０の外側の埃等が隙間から内部に侵入することもなくなる。その結果、捕集した摩耗粉の中に埃が混入することがなくなる。
＜ブレーキ試験装置の構成例＞
図４に示した摩耗粉捕集装置を含むブレーキ試験装置の構成例を縦断面図として図５に示す。なお、図５に示したブレーキ試験装置１０の基本的な構成は、例えば特開平１０−３００５９７号公報のような公知技術と同じであり、更に、摩耗粉を捕集するためにブレーキ１１を覆うブレーキフード（カバー）５０や、隙間から外部の埃の流入を防止するためのシール構造が追加されている。
図４に示した摩耗粉捕集装置を含むブレーキ試験装置の構成例を縦断面図として図５に示す。なお、図５に示したブレーキ試験装置１０の基本的な構成は、例えば特開平１０−３００５９７号公報のような公知技術と同じであり、更に、摩耗粉を捕集するためにブレーキ１１を覆うブレーキフード（カバー）５０や、隙間から外部の埃の流入を防止するためのシール構造が追加されている。
このブレーキ試験装置１０は、ブレーキ１１のロータ１４が取り付けられた低速回転軸１５と、この低速回転軸１５と平行に配置された高速回転軸１６と、この高速回転軸１６に取り付けられた慣性体であるフライホイール１７とを備えている。また、ブレーキ試験装置１０は、高速回転軸１６の回転数を減速して低速回転軸１５に伝達する減速手段１８と、高速回転軸１６を駆動するモータ１９と、各部を支持するベース１３と、各部を制御する制御手段及びブレーキ１１の各種のデータを測定する測定手段（いずれも図示せず）を備えている。
低速回転軸１５は、ユニバーサルジョイント２２で連結された第１回転軸２１及び第２回転軸２３を備えている。第２回転軸２３の図中左端には大径の円板部２４が設けられ、この円板部２４にロータ１４が嵌合されている。この低速回転軸１５は、ベース１３に取り付けられたベアリング２５、２６によって支持されている。また、低速回転軸１５のベアリング２５、２６の間の部分には、上述の減速手段１８の大歯車２７が取り付けられている。
低速回転軸１５の左側の部分には、ベース１３に固定されたスリーブ２０が配置されている。スリーブ２０には、ベアリングを介してハウジング２８が取り付けられている。そして、このハウジング２８のフランジ部分２９に、プレート３０を介して上述のブレーキ１１のキャリパ１２が取り付けられている。
高速回転軸１６は、ベース１３に取り付けられたベアリング３１、３２、３３によって支持されている。また、この高速回転軸１６の中央より図中左側には小歯車３４が形成されている。小歯車３４には、低速回転軸１５に取り付けられた大歯車２７が噛合されている。この大歯車２７と小歯車３４とによって減速手段１８が構成されている。高速回転軸１６には、上述のフライホイール１７が取り付けられ、フライホイール１７は、ベース１３に設けられた凹部３５内に配置されている。また、高速回転軸１６の図中左端にはプーリ３６が嵌合されている。
一方、ベース１３の下端に設けられた凹溝３７内には上述のモータ１９が配置され、その回転軸にプーリ３８が取り付けられている。そして、高速回転軸１６のプーリ３６と、モータ１９の回転軸のプーリ３８とにベルト３９が巻装されている。これにより、高速回転軸１６がモータ１９で駆動される。
なお、図５に示した構成においては、減速手段１８を利用する場合を想定しているが、これを省略し、モータ１９の駆動力を直接第１回転軸２１に伝達するように構成してもよい。但し、ブレーキ１１が搭載される車両の重量を模擬した慣性力を発生させる必要があるので、フライホイール１７は必要不可欠である。
図５に示したブレーキ試験装置１０においては、モータ１９によって高速回転軸１６が駆動されると、高速回転軸１６の回転力が減速手段１８を介して低速回転軸１５に伝達される。低速回転軸１５が回転すると、この低速回転軸１５に取り付けられたロータ１４が回転する。この状態で、ロータ１４にキャリパ１２内の摩擦材４０が押し付けられる。このときに低速回転軸１５の歪みや、その他の各種のデータを測定することにより、ブレーキ１１のブレーキ特性を判断することができる。
図５に示したブレーキ試験装置１０においては、ブレーキフード５０は、回転しないハウジング（キャリパ保持手段）２８の外側に固定してある。そして、ブレーキフード５０はブレーキ１１のキャリパ１２およびロータ１４を含むブレーキ取り付け部１０ｂの全体の外側を覆いそれらを内部に収容している。
ロータ１４にキャリパ１２内の摩擦材４０が押し付けられると、摩擦力によりロータ１４および摩擦材４０の押圧面が摩耗する。また、この摩耗に伴ってロータ１４および摩擦材４０が摩耗粉をそれぞれ発生し、これらの摩耗粉の一部は空気中を浮遊した状態になる。したがって、発生した空気中の摩耗粉を捕集し計測することが可能である。
＜捕集盤の製造工程＞
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した捕集盤６１の製造工程の概要を図６に示す。図６の製造工程について以下に説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示した捕集盤６１の製造工程の概要を図６に示す。図６の製造工程について以下に説明する。
材料としてアルミニウムの薄板を用意し、捕集盤６１の基材６１ａを形成する。例えば、直径が２５［ｍｍ］、厚みが０．５５［ｍｍ］で表面形状が平坦な円盤形状の基材６１ａを形成する（Ｓ１１）。
基材６１ａを無電解ニッケルめっき処理して、表面にニッケルの薄膜６１ｂを形成する（Ｓ１２）。薄膜６１ｂの膜厚は５［μｍ］以上とする。膜厚を５［μｍ］以上とすることで、走査電子顕微鏡で摩耗粉６３を観察する際に、薄膜６１ｂで覆われた地肌、すなわち基材６１ａのアルミニウムの影響が現れるのを無視できる。
薄膜６１ｂが形成された捕集盤６１の表面を、表面研磨処理して、表面の凹凸や傷を除去する（Ｓ１３）。この研磨により、捕集盤６１の表面の粗さを摩耗粉６３の粒子径以下にする。これにより、摩耗粉６３が捕集盤６１表面の傷や窪みに埋もれる事がなくなり、更に摩耗粉６３の粒子毎の位置（観察側から各粒子までの距離）の違いもなくなり、走査電子顕微鏡で摩耗粉６３を観察する際に粒子形状等の把握が容易になる。
＜ブレーキ摩耗粉を測定する手順＞
ブレーキ摩耗粉を測定する手順を図７に示す。図７の手順について以下に説明する。
図６に示した製造工程（Ｓ１０）により製造した捕集盤６１を用意して、これを分級器６２の所定位置に設置する（Ｓ２１）。すなわち、観察対象とする粒径の摩耗粉６３を捕集可能な捕集段の捕集部６２ｂに、薄膜６１ｂの表面が気流６２ｃの吹き出すノズル６２ａの開口と対向するように、すなわち図２（ｃ）のように配置する。
ブレーキ摩耗粉を測定する手順を図７に示す。図７の手順について以下に説明する。
図６に示した製造工程（Ｓ１０）により製造した捕集盤６１を用意して、これを分級器６２の所定位置に設置する（Ｓ２１）。すなわち、観察対象とする粒径の摩耗粉６３を捕集可能な捕集段の捕集部６２ｂに、薄膜６１ｂの表面が気流６２ｃの吹き出すノズル６２ａの開口と対向するように、すなわち図２（ｃ）のように配置する。
上記の手順により捕集盤６１を設置した分級器６２を図４および図５に示したブレーキ試験装置１０に接続した状態で、このブレーキ試験装置１０を動作させてブレーキ１１の試験を実施する（Ｓ２２）。これにより、ブレーキ１１で発生する摩耗粉６３を含む気流がブレーキフード５０の先端部５１ａおよび連通部５５を経由して分級器６２の流入口に導入される。したがって、摩耗粉６３は捕集盤６１で捕集される。
ブレーキ１１の試験が終了した後、摩耗粉６３を捕集した捕集盤６１を、例えば作業者の手作業により、あるいは所定のロボットを利用して分級器６２から取り出し、図示しない走査電子顕微鏡の試料台上に配置する（Ｓ２３）。これにより、走査電子顕微鏡で捕集盤６１上の摩耗粉６３を観察し、摩耗粉６３の成分分析、形状や大きさの特定などを行うことが可能になる。
＜観察状態の具体例＞
＜実施形態の捕集盤６１を用いた場合の画像＞
本発明の実施形態の捕集盤６１を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察した場合の画像の例を図８に示す。すなわち、捕集された各摩耗粉６３とこれを捕集した捕集盤６１の表面とが図８の画像に現れている。
＜実施形態の捕集盤６１を用いた場合の画像＞
本発明の実施形態の捕集盤６１を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察した場合の画像の例を図８に示す。すなわち、捕集された各摩耗粉６３とこれを捕集した捕集盤６１の表面とが図８の画像に現れている。
図８に示した画像は、ブレーキ装置から発生した摩耗粉６３を走査電子顕微鏡で観察する場合の例を示している。
図８の画像において、０．１〜数［μｍ］程度の粒子径の摩耗粉６３が明確に区別可能な状態で現れている。したがって、摩耗粉６３の成分分析や、粒子毎の形状の特定、粒子径の特定などの測定を容易に実施できる。
図８の画像において、０．１〜数［μｍ］程度の粒子径の摩耗粉６３が明確に区別可能な状態で現れている。したがって、摩耗粉６３の成分分析や、粒子毎の形状の特定、粒子径の特定などの測定を容易に実施できる。
すなわち、図８の画像において、各摩耗粉６３の背景に存在する薄膜６１ｂは、それを構成する物質が摩耗粉６３とは明確に異なっているので、各画像中の摩耗粉６３と背景の薄膜６１ｂとを区別することができる。また、薄膜６１ｂの厚みが十分に大きいので、地肌の基材６１ａを構成するアルミニウムの影響は各画像に現れていない。また、鏡面研磨により薄膜６１ｂ表面の傷や凹凸などが事前に除去されているので、各摩耗粉６３が凹部に埋もれることがなく、しかも観察側から各粒子までの距離が同一であるため、摩耗粉６３が明瞭に画像中に現れている。
＜比較例：フッ素樹脂処理ガラス繊維の捕集盤を用いた場合＞
本実施形態に係る捕集盤６１の代わりに、一般的なフッ素樹脂処理ガラス繊維の捕集盤を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察した場合の画像の例を図９（ａ）、図９（ｂ）、および図９（ｃ）に示す。
本実施形態に係る捕集盤６１の代わりに、一般的なフッ素樹脂処理ガラス繊維の捕集盤を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察した場合の画像の例を図９（ａ）、図９（ｂ）、および図９（ｃ）に示す。
図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、捕集された摩耗粉６３と考えられるナノサイズの粒子が含まれていることが画像から確認されるものの、各粒子の形状は不明瞭であり、多数の繊維の中に粒子が埋もれた状態で存在しているので、分析が困難となる。
＜比較例：アルミニウムで構成された捕集盤を用いた場合＞
本実施形態に係る捕集盤６１の代わりに、一般的なアルミニウムで構成された捕集盤を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察する場合の画像の例を図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）に示す。
本実施形態に係る捕集盤６１の代わりに、一般的なアルミニウムで構成された捕集盤を用いて捕集した摩耗粉を走査電子顕微鏡で観察する場合の画像の例を図１０（ａ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）に示す。
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示したように、捕集された摩耗粉６３と考えられるナノサイズの粒子が含まれていることが画像から確認されるものの、各粒子を含む画像全体が何かに覆われた状態で現れているので、分析が困難となる。
つまり、一般的な捕集盤で捕集された摩耗粉６３を走査電子顕微鏡を利用して計測する場合には、図９（ａ）〜図９（ｃ）又は図１０（ａ）〜図１０（ｃ）のような画像になるため摩耗粉６３の成分分析、形状、大きさ等の把握が困難になる。しかし、図１（ａ）、図１（ｂ）に示したような特別な捕集盤６１を使用することにより、図８に示した画像のように摩耗粉６３を粒子毎に計測することが容易になる。
ここで、上述した本発明の実施形態に係る粉塵測定装置および粉塵測定方法の特徴をそれぞれ以下［１］〜［７］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 摩擦材により発生する粉塵を含む気体が衝突可能な位置に配置された捕集盤を含み、前記粉塵の慣性力により前記捕集盤が捕集した前記粉塵を計測する粉塵測定装置であって、
前記捕集盤（６１）における少なくとも表面を構成する第１物質（薄膜６１ｂ）が、計測対象の前記粉塵（摩耗粉６３）に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる、
ことを特徴とする粉塵測定装置。
［１］ 摩擦材により発生する粉塵を含む気体が衝突可能な位置に配置された捕集盤を含み、前記粉塵の慣性力により前記捕集盤が捕集した前記粉塵を計測する粉塵測定装置であって、
前記捕集盤（６１）における少なくとも表面を構成する第１物質（薄膜６１ｂ）が、計測対象の前記粉塵（摩耗粉６３）に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる、
ことを特徴とする粉塵測定装置。
［２］ 前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする上記［１］に記載の粉塵測定装置。
ことを特徴とする上記［１］に記載の粉塵測定装置。
［３］ 前記捕集盤は、基材（６１ａ）と、前記基材の表面部に形成された薄膜（６１ｂ）とを有し、
前記薄膜が前記第１物質により構成される、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の粉塵測定装置。
前記薄膜が前記第１物質により構成される、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の粉塵測定装置。
［４］ 前記捕集盤上の前記粉塵を観察する走査電子顕微鏡を含み、
前記薄膜の厚みが、前記走査電子顕微鏡の観察において前記粉塵に対する前記基材の影響を低減するために必要な所定以上の寸法を有する、
ことを特徴とする上記［３］に記載の粉塵測定装置。
前記薄膜の厚みが、前記走査電子顕微鏡の観察において前記粉塵に対する前記基材の影響を低減するために必要な所定以上の寸法を有する、
ことを特徴とする上記［３］に記載の粉塵測定装置。
［５］ 摩擦材により発生する粉塵を測定する粉塵測定方法であって、
少なくとも計測対象の前記粉塵が衝突する表面を構成する第１物質が、前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる捕集盤（６１）を用意し（Ｓ１０）、
測定対象の粉塵を含む気体（気流６２ｃ）が衝突可能な位置に前記捕集盤を配置し（Ｓ２１）、
制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体を前記捕集盤の近傍に導入し（Ｓ２２）、
前記粉塵の慣性力により前記捕集盤で前記粉塵を捕集する（Ｓ２３）、
ことを特徴とする粉塵測定方法。
少なくとも計測対象の前記粉塵が衝突する表面を構成する第１物質が、前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる捕集盤（６１）を用意し（Ｓ１０）、
測定対象の粉塵を含む気体（気流６２ｃ）が衝突可能な位置に前記捕集盤を配置し（Ｓ２１）、
制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体を前記捕集盤の近傍に導入し（Ｓ２２）、
前記粉塵の慣性力により前記捕集盤で前記粉塵を捕集する（Ｓ２３）、
ことを特徴とする粉塵測定方法。
［６］ 前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする上記［５］に記載の粉塵測定方法。
ことを特徴とする上記［５］に記載の粉塵測定方法。
［７］ 基材（６１ａ）の表面部に薄膜（６１ｂ）を形成して前記捕集盤を構成し、
前記薄膜を前記第１物質により構成する、
ことを特徴とする上記［５］又は［６］に記載の粉塵測定方法。
前記薄膜を前記第１物質により構成する、
ことを特徴とする上記［５］又は［６］に記載の粉塵測定方法。
１０ ブレーキ試験装置
１０ａ 試験器本体
１０ｂ ブレーキ取り付け部
１１ ブレーキ
１２ キャリパ
１３ ベース
１４ ロータ
１５ 低速回転軸
１６ 高速回転軸
１７ フライホイール
１８ 減速手段
１９ モータ
２０ スリーブ
２１ 第１回転軸
２２ ユニバーサルジョイント
２３ 第２回転軸
２４ 円板部
２５，２６ ベアリング
２７ 大歯車
２８ ハウジング（キャリパ保持手段）
３１，３２，３３ ベアリング
３４ 小歯車
３６，３８ プーリ
３７ 凹溝
３９ ベルト
４０ 摩擦材
５０ ブレーキフード
５５ 連通部
５８ 気流
６０ エアサンプラ
６１ 捕集盤
６１ａ 基材
６１ｂ 薄膜
６２ 分級器
６２ａ ノズル
６２ｂ 捕集部
６２ｃ 気流
６３ 摩耗粉
７１ 送風機
７２ ＨＥＰＡフィルタ
７３，７４ 圧力センサ
７５ 差圧計
８０ 制御部
ＳＧ１ 制御信号
Ｐｉｎ 内気圧
Ｐｏｕｔ 外気圧
ΔＰ 差圧信号
１０ａ 試験器本体
１０ｂ ブレーキ取り付け部
１１ ブレーキ
１２ キャリパ
１３ ベース
１４ ロータ
１５ 低速回転軸
１６ 高速回転軸
１７ フライホイール
１８ 減速手段
１９ モータ
２０ スリーブ
２１ 第１回転軸
２２ ユニバーサルジョイント
２３ 第２回転軸
２４ 円板部
２５，２６ ベアリング
２７ 大歯車
２８ ハウジング（キャリパ保持手段）
３１，３２，３３ ベアリング
３４ 小歯車
３６，３８ プーリ
３７ 凹溝
３９ ベルト
４０ 摩擦材
５０ ブレーキフード
５５ 連通部
５８ 気流
６０ エアサンプラ
６１ 捕集盤
６１ａ 基材
６１ｂ 薄膜
６２ 分級器
６２ａ ノズル
６２ｂ 捕集部
６２ｃ 気流
６３ 摩耗粉
７１ 送風機
７２ ＨＥＰＡフィルタ
７３，７４ 圧力センサ
７５ 差圧計
８０ 制御部
ＳＧ１ 制御信号
Ｐｉｎ 内気圧
Ｐｏｕｔ 外気圧
ΔＰ 差圧信号
Claims (7)
- 摩擦材により発生する粉塵を含む気体が衝突可能な位置に配置された捕集盤を含み、前記粉塵の慣性力により前記捕集盤が捕集した前記粉塵を計測する粉塵測定装置であって、
前記捕集盤における少なくとも表面を構成する第１物質が、計測対象の前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる、
ことを特徴とする粉塵測定装置。 - 前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の粉塵測定装置。 - 前記捕集盤は、基材と、前記基材の表面部に形成された薄膜とを有し、
前記薄膜が前記第１物質により構成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉塵測定装置。 - 前記捕集盤上の前記粉塵を観察する走査電子顕微鏡を含み、
前記薄膜の厚みが、前記走査電子顕微鏡の観察において前記粉塵に対する前記基材の影響を低減するために必要な所定以上の寸法を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の粉塵測定装置。 - 摩擦材により発生する粉塵を測定する粉塵測定方法であって、
少なくとも計測対象の前記粉塵が衝突する表面を構成する第１物質が、前記粉塵に含まれる第２物質の含有成分を構成する材質と異なる捕集盤を用意し、
測定対象の粉塵を含む気体が衝突可能な位置に前記捕集盤を配置し、
制動力を発生する摩擦材により発生する粉塵を含む気体を前記捕集盤の近傍に導入し、
前記粉塵の慣性力により前記捕集盤で前記粉塵を捕集する、
ことを特徴とする粉塵測定方法。 - 前記第１物質が、ニッケル、クロム、およびコバルトのいずれか１つの材質を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の粉塵測定方法。 - 基材の表面部に薄膜を形成して前記捕集盤を構成し、
前記薄膜を前記第１物質により構成する、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の粉塵測定方法。
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