JP2002501189A - 摩擦材料試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 こすれ部材３４の表面３３とこすれ接触する摩擦材料３１，３２の試料を試験する装置１０が、こすれ部材を支持するテーブル１２と、摩擦接続されて回転する試料により加えられる荷重を検出するロードセル１６とを含んでいる。この荷重によって、摩擦係数が決定される。試験を迅速に反復し、かつ等しい初期条件を造出するために、冷却装置４０が、こすれ部材とテーブルとの間に冷却装置４０を間挿されている。冷却装置４０は、好ましくは、地域の給水本管からの自然温度の水により冷却される流体冷却式熱交換装置４１と、熱電冷却装置７５とを含んでいる。熱電冷却装置は、一連の平面的なペルチエ冷却素子からなり、該冷却素子は、それら素子の前後に温度勾配を生じさせ、熱交換装置に関しては、こすれ部材を数分以内に−２５℃程度の低温に冷却および再冷却が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ブレーキ、クラッチ、その他に使用される摩擦材料の試験装置に係
わり、特に、摩擦対内部の摩擦材料の、すなわち相対運動するこすれ部材との圧
接による摩擦接触時の摩擦材料の働きの試験に関するものである。 本発明は、事実上不変の条件で最小の遅れで反復的に簡単な試験を行うことの
できる装置を得ることに係わる。更に、本発明は、摩擦対の動作をシミュレート
可能な装置に係わるものであり、この装置では、低い、できるだけ零下の状態が
反復可能でなければならず、かつまた最小の遅れで試験の反復が可能な速度を有
していなければならない。 車両のブレーキ装置用の摩擦材料を、その使用を特定する前に試験することは
周知であり、その場合、通常、表面積４cm²未満の比較的小さい材料試料に、摩 擦対内で一連の模擬制動動作を行わせ、言い換えると該材料試料を、制御された
「制動圧」のもとで、車両のブレーキ自体に使用されている材料、通常は鋳鉄等
の金属製の、相対運動するこすれ部材に対し反復的に圧接することで、前記制動
動作と、その結果生じる減速力と、摩擦熱とをシミュレートする。こすり接触の
面積が比較的小さいため、相対速度、制動の使用（圧接）圧、減速力は、相応に
縮小され、工場や実験室環境内で使用される試験装置に適当なものにされる。

【０００２】 こすり摩擦が摩擦材料とこすれ部材との間に生じると、熱が発生し、こすれ部
材の温度が高まることが分かるだろう。車両のブレーキ装置の場合、通常、運動
と時折のブレーキ使用により、こすれ部材内の熱が放散できるが、工場や実験室
の環境内では、条件が、そのようには好都合ではない。工場や実験室では、その
ような運動や周囲温度が欠けているため、実行可能な短い時間内に反復的に制動
をシミュレートする能力が低下することになる。なぜなら、等しい摩擦材料また
は異なる比較試験用摩擦材料に対する次の各試験のため、等しい開始条件を再設
定する前に、各試験時に発生する熱を放散せねばならないからである。言い換え
ると、試験プログラムの持続時間は、初期温度条件を再設定し得る速度に直接に
関係している。実際には、それぞれが僅か数秒続くだけの何百回、何千回の模擬
制動動作を含む試験プログラムは、公知の試験装置を用いて工場や実験室では実
行不可能だろう。

【０００３】 また、氷点下の制動動作環境での車両制動動作をシミュレートすることも要求
されている。この種の車両制動は、蒸気状または液体状の水を含まないという意
味での乾性の環境で行われる。しかし、このことは、前記環境内では周囲温度お
よび大気湿度が比較的高いことと、随意に全く等しい条件を作り出す必要がある
こととの双方のため、前記工場または実験室の環境で実施できるような平凡なこ
とではない。 摩擦材料を試験するために、こすり摩擦を造出することによって摩擦対をシミ
ュレートする試験装置の場合、装置の形式は比較的簡単だが、摩擦熱の発生によ
り、商業的に実施可能な形式で前記シミュレーションを行うための条件を再現す
ることは、実際には困難である。同じようなことは、非車両用のブレーキや乾板
式クラッチに使用される摩擦材料にも妥当する。前記のことに関して、本発明が
目的とするところは、摩擦対を用いてこすり摩擦動作を実際に迅速に反復できる
コンパクトで簡単な構成の摩擦材料試験装置を得ることにある。更に、本発明の
目的は、工場または実験室内で、商業的に実施可能な反復により零下温度で摩擦
対を用いたこすり摩擦をシミュレートし得るコンパクトで簡単な構成の摩擦材料
試験装置を得ることにある。

【０００４】 本発明によれば、反復的に押し付けられる相対運動可能なこすれ面と摩擦対を
なす乾性摩擦材料の摩擦挙動を試験する装置には、(i)前記こすれ面を有する熱 伝導性材料製こすれ部材を支持するように構成された部材キャリアが備えられ、
該部材キャリアがこすれ面の平面内を可動であり、また(ii)前記部材キャリアに
対向配置され、前記摩擦材料の少なくとも１つの試料用の試料キャリアが備えら
れ、前記部材キャリアと試料キャリアの一方が、限定された範囲内で回転可能な
テーブルを含み、前記キャリアの他方がテーブルに対して回転可能であり、更に
(iii)前記他方のキャリアおよびそれに取り付けた摩擦対構成材を、前記テーブ ルに対し直角および平行に運動させて、摩擦対構成材が、こすれ面と各接触試料
との間の摩擦接触を発生または中断させるように運動するよう構成されたキャリ
ア駆動装置が含まれており、(iv)こすれ部材の温度を検出し、こすれ面と摩擦材
料との間の摩擦に応じて、テーブルの回転を制限し、こすれ部材により前記テー
ブルに加えられる力を測定するように操作可能な測定装置と、(v)予め定めたト リガ温度未満のこすれ部材温度に応じてキャリア駆動装置を制御し、摩擦接続を
生じさせるように操作可能な制御装置と、(vi)前記予め定めたトリガ温度へこす
れ部材温度を降下させるために、こすれ部材から強制的に除熱するように操作可
能な冷却装置とを特徴としている。

【０００５】 前記冷却装置が熱交換装置を含み、該熱交換装置内で、冷却流体が、こすれ部
材を含む熱伝導経路内の熱伝導体のところを強制的に通過させられる。好ましく
は、前記熱交換装置は、こすれ部材と熱接触する少なくとも１つの壁部を有する
壁付き容器と、前記冷却流体をそれぞれ送入・送出するように操作可能な入口お
よび出口と、予め定めた速度で容器入口へ前記冷却流体送るように構成された冷
却流体源とを含んでいる。 前記冷却装置は、熱交換装置とこすれ部材との間に配置され、かつ熱交換装置
およびこすれ部材と熱接触する少なくとも１つの熱電冷却素子を有する熱電冷却
装置と、各熱電冷却素子へ予め定めたレベルの電流を供給するように構成された
給電装置とを含んでいる。

【０００６】 以下で本発明の実施例を添付図面につき説明する。 図１〜図４では、全体を符号１０で示す試験装置が、静止機械ベッド１１を含
み、該ベッドは、事実上垂直の軸線１３を中心として回転可能なテーブル１２を
支持している。該テーブルは、事実上水平な上面１４と、半径方向に延在する突
出部１５とを有し、この突出部が、ロードセル等の力測定装置１６と接触するよ
うに配置されている。この突出部は、また力測定装置１６と永久接触はしていな
いが、装置１６との隙間は小さいため、軸線１３を中心としてテーブルが回転駆
動される場合、力測定装置に接触して回転が阻止される前に運動できる自由度は
小さい。該装置により測定された力は、テーブルに作用する回転トルクを表すこ
とができる。

【０００７】 垂直に延在する駆動軸２１を有する試料キャリア２０が、テーブル上方に、か
つまたテーブルと同心的に、配置されている。該駆動軸は、モータ２２によって
垂直軸線１３を中心として回転可能であり、ラム２３によってテーブルに対し接
近・離間の往復動が可能である。モータは、何らかの適当なエネルギー源により
駆動でき、種々の形式で駆動軸に接続できる。同じく、ラムは、流体により駆動
されるか、または機械式に、すなわちカムおよび／または歯車によりモータに接
続できる。略示したように、この実施例の場合、モータ２２は電動式であり、ラ
ム２３は空気式である。 駆動軸２１と試料キャリア２０とは、回転可能に取り付けられたシュラウド２
４によって部分的に取り囲まれており、該シュラウドは、駆動軸を軸受け２５そ
の他を介して同心的かつ回転可能に保持している。 試料キャリア２０は、テーブル１２上方に位置し、テーブルの上面１４に対向
する面２６を有している。表面２６と上面１４とは、全体を符号３０で示した摩
擦対の構成材を保持し、該摩擦対は、摩擦材料３１，３２の試料と環状こすれ部
材３４のこすれ面３３とを含み、摩擦材料とこすれ部材材料とは、提案するブレ
ーキ装置に用いられる材料だが、寸法は縮小されている。こすれ部材は鋳鉄であ
る。

【０００８】 摩擦材料の試料３１，３２は、回転可能の試料キャリアの表面２６の固定され
、こすれ部材３４は、全体を符号４０で示した後述する冷却装置を間挿の上、テ
ーブル１２の上面１４に対し固定されており、該テーブルは、部材キャリアを含
んでいる。 摩擦係数、あるいはまた摩耗率に対する摩擦材料の特性試験のため、または試
料とこすれ面との間のこすれ摩擦で熱が発生することにより、どのように摩擦接
続度が低下または消失してゆくかを試験するため、装置は、制御装置５０を備え
ている。制御装置は、ラム２３に接続された出力部を有し、ラムは、軸線１３に
沿って試料キャリアを移動させ、制動圧を模して予め定めた圧力、例えば試料キ
ャリアと駆動軸の重量により、試料３１，３２をこすれ面に圧接させる。制御装
置は、また駆動モータ２２に接続された出力部を有し、該モータは、試料キャリ
ア２０をこすれ面に対して回転させ、ブレーキ使用時の圧力、こすれ摩擦、減速
をシミュレートする。

【０００９】 このこすれ摩擦により、摩擦材料がこすれ部材に接続され、こすれ部材と、軸
線１３を中心としてこすれ部材を支持するテーブル１２とが回転させられる。し
かし、テーブル１２とこすれ部材とは、突出部１５と力測定装置１６とによって
大きな回転は阻止されるので、力測定装置１６に加わる荷重は、摩擦対の駆動側
構成材と被駆動側構成材とを接続する摩擦の係数を表すものとなる。力測定装置
１６は、ライン５１を介して制御装置５０および／または外部記録装置（図示せ
ず）へ供給される電気信号を発生させる。 装置１０は、また温度センサ５２を含み、該温度センサは、こすれ部材と熱接
触し、かつライン５３を介して制御装置に接続されている。温度センサは、好ま
しくはこすれ面３３に隣接配置され、摩擦対内に発生する温度に、こすれ部材材
料の熱インピーダンスとは無関係に、直接応答する。 制御装置５０は、摩擦対の構成材間の相対運動および模擬制動圧が得られるよ
うに、かつまた連成合力／合トルクおよび温度上昇を反復的にモニタするように
、プログラムされている。摩擦対の構成材は、予め定められたこすり間隔後に、
通常は１０〜１５秒後に、または温度センサが、予め定められた温度を記録する
か、ここでは好ましくはトリガ温度と呼ばれる初期温度からの所望通りの温度上
昇を記録した後に、互いに分離され、こすれ部材がトリガ温度に戻ると、再び接
触せしめられる。つまり、模擬各制動動作の開始条件を確実に等しくするために
、制御装置は、こすれ部材が前記トリガ温度に冷却されたことを温度センサによ
り確認する必要がある。

【００１０】 摩擦で発生する熱がこすれ部材から放散される速度が、明らかに、前記模擬制
動動作を反復できる頻度を決定し、この目的のために、冷却装置４０が備えられ
、こすれ部材から強制的に熱を吸収するようにされている。 冷却装置は、壁付き容器４２の形式の熱交換装置４１を含み、該容器は、テー
ブル１２の上面１４に支持され、該上面に固定された第１壁部４３と、詳しくは
後述する熱電冷却装置７５を介してこすれ部材と間接的に熱接触している第２壁
部４４とを有している。熱交換装置には、また容器の両側に入口４５または出口
４６が設けられ、それぞれ、管４８を介して流体源４７から冷却流体を流入させ
るか、また管４９を介して冷却流体を排出するように構成されている。流体源４
７および／または弁装置（図示せず）は、予め定めた速度で入口へ冷却流体を送
入させるように構成されており、該速度は、容器の第２壁部と容器内の冷却流体
との間の熱伝達が適切な速度で行われるように選択されている。また流れスイッ
チ４９₁が備えられ、この流れスイッチが、ライン４９₂を介して制御装置に接続
され、適切な流体流が欠けている場合には作業を阻止するようになっている。

【００１１】 容器のすべての壁部が、特に第２壁部４４が、熱伝導性で、冷却流体と接触す
ることが好ましいが、この目的のために、熱交換装置は、容器に対する事実上水
平の基部を形成する第１壁部４３と、該基部上方に設けられた入口および出口と
共に使用され、冷却流体が液体の場合には、排出されない液体プールが容器内に
形成される。この液体プールが例えば水であって、環境に無害であれば、流体源
が故障した緊急時には、かなりの熱を蒸発により放散し、同時に蒸気の排出によ
り可視信号を発することになる。 熱交換効率を最大化するために、第２壁部４４は、容器内で入口と出口との間
に延在している一体の２Ｎ個の複数フィン４４_A1，４_A2．．．４４_AN，４４_B1，
４４_B2．．．４４_BNを有している。 図３に示されているように、前記フィンのそれぞれは、前記第２壁部４４に沿
って事実上対向縁部４４_A，４４_B間に、かつまた入口４５および出口４６間の方
向に対し事実上直角に延在している。

【００１２】 Ｎ個のフィン４４_A1，４_A2．．．４４_ANは、それぞれ縁部４４Ａから延びてい
るが、縁部４４Ｂの手前で先端が終わっており、Ｎ個のフィン４４_B1，４_B2．．
．４４_BNも、同じように縁部４４Ｂから延びているが、縁部４４_Aの手前で終わ っている。交互に配置されたこれらのフィンは、入口・出口間に隣接するフィン
の先端を除去された端部により蛇行経路を画設している。これらのフィンは、チ
ャンバ内へ延びて、反対側の第１壁部４３にほとんど接触しているが、少なくと
も、前記冷却流体プール内に浸る程度まで延びている。 既述のように、満たす必要のある１つの要求は、摩擦対を用いて使用環境で模
擬制動を行うことであり、この使用環境とは、装置が置かれている工場または実
験室の通常の周囲温度と、大気湿分が凝結して摩擦対の構成材を事実上汚染させ
得る温度との双方の温度以下の環境である。 そのような状況で、こすれ部材を、前記の低トリガ温度に、特に、熱を発生す
る各反復模擬制動試験の間の事実上短い時間で冷却することが要求されるのみで
なく、この冷却は、周囲の水による摩擦対の構成材の汚染なしに、また該構成材
の動作の相互関係を損なうことなしに、実施可能でなければならない。

【００１３】 冷却装置４０は、低熱伝導性の可とう性材料製の囲いもしくはテント状スリー
ブ６１の形式での、摩擦対構成材用の囲み部材６０を含んでいる。スリーブは、
囲いを形成し、シュラウド２４に締め付け固定された一端６１₁を有し、該端部 から熱交換装置方向へ軸方向に延在し、他方の端部６１₂も、同じように固定さ れ囲いを形成し、この囲いの側壁が、試料とこすれ部材を接触させる場合には、
弾性変形する。シュラウド２４を貫通するダクト６２が、たわみ管６３の一端を
シュラウドに結合し、たわみ管の他端は、圧縮ガス源６５の圧力調整器６４に接
続されている。ガスは、適当な低熱伝導性の不活性アルゴンが好ましい。 スリーブと、シュラウドと、熱交換装置との間は十分に締め付け固定がなされ
ているにも拘わらず、囲い周囲の環境との間には、例えば試料キャリアに沿って
漏れが避けがたい。漏れを防止するために、ガス圧調整器６４は、周囲の大気圧
より僅かだけ高い圧力のガス、すなわち約１．１〜１．２バールの圧力のガスを
供給するように構成されている。この値の圧力で、囲い内の雰囲気と周囲環境と
の間に正差圧が十分に維持される。また、スリーブによって形成される前記可と
う性側壁は、適当な前記正差圧が生じた場合、膨らむ傾向があり、それにより前
記適当な差圧の存在を迅速に可視的に指示する点で有益である。所望とあれば、
適当な雰囲気条件が囲い内に存在することを検出するために、センサ６６を圧力
調整器６４と（囲い６０自体とも）組み合わせ、かつ適当な圧力差が欠けている
場合には、模擬制動動作のを阻止するように、センサ６６を制御装置５０と接続
しておくことができる。

【００１４】 前述のように、試験で満たされねばならない１つの特定の要求は、氷点よりか
なり低い、できるだけ−２５°未満の模擬使用環境での摩擦対による模擬制動動
作である。各模擬制動動作と動作との間に、こすれ部材を正確にトリガ温度まで
冷却する必要があり、しかも実際に可能な短い時間で、費用効果よく冷却せねば
ならない。こすれ部材の温度を有意かつ迅速に、大きい固有熱慣性を有する簡単
な熱交換装置４１によって降下させることは、冷却流体に対する入念の準備に頼
ることなしには、実際には難しいことが理解されよう。 冷却装置４０は、更に、熱交換容器の第２壁部４４を備えた、平らな面を有す
る熱伝導性第１体部と、こすれ部材を支持し平らな面を有する熱伝導性第２体部
７０、例えばアルミニウム板または類似の金属板とを含み、かつまた固有の低熱
慣性を有する全体を符号７５で示された熱電冷却装置を含んでいる。熱電冷却装
置は、双方の体部間に延びるボルト形式のクランプ部材７７によって、第１と第
２の体部４４，７０間にサンドイッチ状に挟み付けられた複数の熱電（ペルチエ
）冷却素子７６₁，７６₂，７６₃．．．と、制御装置５０の制御下で各熱電冷却 素子に対し予め定めたレベルの電流を供給するように構成された給電源７８とを
含んでいる。

【００１５】 この実施例では、図４に見られるように、熱電冷却装置が、環状のこすれ部材
とほぼ整合する第１と第２の体部４４，７０間にサンドイッチ状に挟み付けられ
た事実上平面的な熱電冷却素子配列を含んでいる。 適当な熱電冷却素子は、米国テキサス州ダラスのマーロー・インダストリー社
（Marlow Industries Inc.）製造のデュラテック^TM（DuraTEC^TM）である。製造 者リスト番号ＤＴ１２〜６を有する素子は、約４４×４０×４ｍｍの寸法を有し
、２つの体部間にクランプするのに適する平らなセラミック面を有しており、熱
交換装置からこすれ部材を分離した場合、わずかに増大するだけである。 熱電素子の面がセラミックで平らであるため、体部４４，７０の表面は、相応
に平らで、素子をサンドイッチ状にクランプした場合にも平らなままで、それに
よって良好な熱接触が生じるようでなければならない。このことは、原則として
、クランプ時の変形を避けるため、かなりの厚さを有する金属板製の前記体部を
形成することによって達せられるが、個々の素子が僅かに厚さが異なるため、双
方の体部を一緒にクランプした場合、結果的に体部相互の、また体部と素子との
適正な熱接触が行われない。したがって、適正な熱接触を可能にするために、半
導体デバイスのヒートシンクと共に使用される、市販されている種類の弾性的に
圧縮可能な熱伝導性ダイアフラムが、第２体部７０と熱電冷却素子との間に間挿
されている。第２体部７０と第１体部４４との間に残る隙間には、防湿性のワッ
クス、ゲル、その他類似材料が充填されている。

【００１６】 熱電冷却素子のそれぞれ７６₁．．．が通電される場合、電流の働きとしてデ バイスの面間に温度差が発生する。第２体部に隣接する面は、第２体部およびこ
すれ部材の熱を冷却し吸収する一方、第１体部に隣接する面は、前記吸収された
熱とデバイス自体内で消費された電力との双方の働きとして熱をもつことになる
。この熱は、熱交換装置によって吸収される。熱交換装置の熱慣性は、実際には
、熱交換装置の流体温度に対して規定されるべき第２体部／こすれ部材温度であ
る。 製造者は、前記製造者リスト番号を有する各素子に対し、熱ポンプ容量を５４
Ｗ、面間の最大温度差ΔＴを６８℃、最大電流を５．６Ａ、最大電圧を１４．６
Ｖとしている。 この実施例では、８個の前記デバイス７６₁〜７６₈の配列は、それぞれが１４
Ｖで約４Ａの電流を通電されるように直列接続された素子と共に使用される。熱
交換装置は、既述のように、地域の給水本管に接続され、約２リッター毎分の供
給速度で約１１℃の水を冷却流体として受け取り、それによって、通常、室温よ
り低い、熱電冷却装置の第１体部４４に対するほぼ一定の温度が設定される。

【００１７】 第２プレートはアルミニウム製であり、１６０×１６０×１２ｍｍの寸法を有
し、環状のこすれ部材は、外径１３５ｍｍ、半分がこすれ面３３の厚さである半
径方向厚１３ｍｍ、軸方向厚６．５ｍｍ、重量１７２グラムを有しており、鋳鉄
製である。 第１体部４４が、熱交換装置を通過する冷却水により約１１℃に冷却された場
合、＋２０℃の初期温度のこすれ部材は、表１の記載通りに、熱電冷却装置の働
きにより冷却されることが判明した。 表１ こすれ部材温度（℃） 熱電冷却時間（秒） ＋２０ ０ ＋１０ ３５ ＋５ ６０ ０ ９０ −５ １２０ −１０ １８０ −１５ ２７０ −２０ ４２０ −２３ ６００ −２５ ８５０ ある模擬制動試験の場合、こすれ接触をトリガ温度−２３℃で開始し、約１５
秒間、接触を維持した。接触を断つ前、前記時間の間、力測定装置１６により、
試料とこすれ面との間の摩擦係数を規定する摩擦接続荷重を測定した。こすれ部
材は、次いで、前記トリガ温度に達するまで冷却され、摩擦接触が再設定された
。このサイクルを、各摩擦材料ごとに、かつまた異なる摩擦材料ごとに、多数回
反復した。

【００１８】 模擬制動動作中、熱電冷却装置を動作させ続けた場合、温度は、こすれ部材に
発生した熱により、試験の終期には約−１０℃に上昇した。こすれ部材を−１０
℃から−２３℃へ冷却するのに要する時間は、僅か約６０秒であり、これによっ
て試験と試験との間の間隔が決められる。 表１は、こすれ部材の前記再冷却が約４２０秒（＝６００−１８０）かかる筈
であることを示唆しているが、これは、こすれ部材／第２体部７０全体が、こす
れ面３３と等温に上昇すると仮定した場合である。こすれ面（センサが配置され
ている）の温度は、数秒以内に、かつまた熱がこすれ部材および第２体部の嵩全
体に分配される前に、ピークに上昇することが分かるだろう。発生熱量は、熱電
冷却装置によって計算される値よりはるかに低い全温度上昇に対応し、したがっ
て熱の再分布および放散が、このはるかに短い時間で達せられる。 こすり摩擦を中止した後にのみ熱電冷却装置を動作させた場合には、こすれ部
材は、約＋１０℃の測定温度まで上昇し、こすれ部材を−２３℃まで再冷却する
までに約９０秒かかったが、これに比して、表の予測は５６５秒（６００−３５
）である。

【００１９】 前記の値は、例として引用しただけであり、装置や配置は別のものにすること
も考えられる。しかし、それらによっても、既述の条件を反復的に造出する速度
と簡単さは証明されよう。どのような操作方針を使用するかは、各模擬制動試験
が、固定的な制動間隔、発生温度のいずれに基づいて行われるかによって決めら
れる。 こすれ部材は、冷却時間間隔を延長することで、いくぶん、より低いトリガ温
度まで冷却でき、それには一連の模擬制動試験の全実施時間を長くする以外の付
加的変更は伴わないことが分かるだろう。 あるいはまた、複数熱電冷却素子の表面間の温度差は、熱伝達面の内部設計、
流量、冷却流体の供給温度、冷却流体自体の性質のいずれか、またはすべてによ
る熱交換装置内での熱伝達と関連して、より多量の電力を費する熱電冷却素子を
有するようにすることで、増すことができる。既述のように、冷却流体として水
を使用することには、経済面、環境面での利点があり、この水、または不凍剤を
添加された水を、０℃近くまで、もしくは０℃未満にまで前冷却された熱交換装
置に供給できる。しかし、適当な熱伝導性と氷点とを有する何らかの別の液体も
使用でき、あるいはまた、冷却流体は、熱交換装置のフィン（図示の通りの、ま
たは適当に変更された形式の）によって流れるようにされた気体、例えば再循環
され、外部冷却される熱伝導性のガスまたは空気でもよい。空気の場合は、出来
るだけ大気を用いて熱交換装置を通過させ、排出する。

【００２０】 コンパクトな熱電冷却装置は、それ自体の電力消費による熱発生にもかかわら
ず、こすれ部材温度を十分に氷点下まで引き下げることができ、それによって費
用効果を高めるだけではなく、模擬制動試験を十分に迅速に反復可能にし、この
種の試験を工業環境内で実施可能にすることが分かるだろう。 冷却装置は、必要とされる試験の厳密度に応じて、図１〜図４に示したものよ
り簡単なものでもよい。例えば、こすれ部材は、直接に第１体部、すなわち熱交
換容器の壁部４４にクランプしてもよく、また熱電冷却装置内の第２体部７０は
省いてもよい。同じように、第１体部は、容器壁部とは別個のプレート（図示せ
ず）で形成して、容器壁部に結合してもよい。そうすることにより、熱電冷却装
置は、より容易にユニットとして熱交換装置から分離することができる。 こすれ部材の極端な冷却および／または冷却速度が要求されない場合には、図
５に示した装置１００に見られるように、熱電冷却装置全体を除去してもよく、
その場合には、冷却装置４０は、前記除去により既述の冷却装置４０とは異なり
、こすれ部材３４が、直接に熱交換装置に結合され、適当な冷却流体が、適当な
供給温度で熱交換装置を通過せしめられる。図５の実施例のすべての構成要素が
装置１０に備わっているので、同じ参照符号を用い、詳細な説明は行わない。

【００２１】 実施例１００の場合、囲い６０は、摩擦対構成材の所要冷却度が、装置の配置
されている工場または実験室の周囲環境の露点以下ではない場合、省くことがで
きる。 以上の説明は模擬制動試験に集中したが、同じような試験は、より熱発生は少
ないが、出来るだけトリガ温度を低くすることが要求される乾式クラッチ装置の
摩擦対構成材にも適用できる。 以上の説明で、こすれ部材に熱が発生し、それを放散させねばならない場合に
、装置を次のように構成することが理解されよう。すなわち摩擦材料の試料を、
事実上定置のこすれ部材に対して運動させ、冷却装置に対し種々の電気接続およ
び流体接続を容易に造出できるようにするのである。所望とあれば、摩擦材料の
試料をテーブル１２（次いで試料キャリアになる）により支持し、こすれ部材を
試料キャリア２０に相当する部材キャリア上で回転させることができるが、その
場合には、冷却装置に対する適当な用意が必要であり、冷却装置は、こすれ部材
と共に少なくとも部分的に回転可能でなければならない。 こすれ部材の寸法、形状、材料は、既述のものとは別のものであってもよい。
同じように、摩擦材料の試料の寸法および数も、種々の選択が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 制動の構成を模した、本発明による摩擦材料試験装置の断面図。模擬制動の構
成は、摩擦材料試料の回転可能なキャリアと、定置のこすれ部材とを含み、かつ
冷却流体熱交換装置と熱電冷却装置とからなるこすれ部材用冷却装置を有してい
る。

【図２】 図１のII-II線に沿って切断した断面図で、２個の試料が載置された回転可能 な試料キャリアを示す図。

【図３】 図１のIII-III線に沿って切断した断面図で、熱交換装置の内部構成と、熱交 換装置に対するこすれ部材の配置を示す図。

【図４】 図１のIV-IV線に沿って切断した断面図で、こすれ部材に対する熱電冷却装置 の配置を示す図。

【図５】 摩擦材料試験装置の簡単化した形式を示す断面図で、図１の装置と類似してい
るが、冷却装置に熱電冷却装置が備えられていない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーシャル、ジェームズ、バーリイ イギリス国 シフィールド、 ドロンフィ ールド、ホルベイン クロース ３ (72)発明者 デブンポート、アラン イギリス国 ハイピーク、 チャペル − エン − ル − フリス、 プロット ４ オフ レーンサイド クロース

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乾性摩擦材料が反復的に押し付けられ、相対運動するこすれ
   面（３３）と摩擦対（３０）をなす乾性摩擦材料（３１，３２）の摩擦挙動を試
   験する装置（１０；１００）であって、前記装置に (i) 前記こすれ面を有する熱伝導性材料製こすれ部材（３４）を支持するよ うに構成された部材キャリア（１２）が備えられ、該部材キャリアがこすれ面の
   平面内で可動であり、また (ii) 前記摩擦材料のうちの少なくとも１つの試料用の、前記部材キャリアに
   対向配置された試料キャリア（２０）が備えられ、 前記部材キャリアおよび試料キャリアのうちの一方（１２）が、限定された範
   囲内で回転可能なテーブル（１２）を含み、前記部材キャリアおよび試料キャリ
   アのうちの他方（２０）がテーブルに対して回転可能であり、更に (iii) 前記部材キャリアおよび試料キャリアのうちの他方および取り付けら れた摩擦対構成材を、前記テーブルに対し直角および平行に運動させ、更に、摩
   擦対構成材をこすれ面と各接触試料との間の摩擦接触を発生または中断させるよ
   うに運動させるよう構成されたキャリア駆動装置（２２，２３）が含まれている
   形式のものにおいて、 (iv) こすれ部材の温度を検出し、こすれ面と摩擦材料との間の摩擦に応じて
   テーブルの回転を制限し、こすれ部材により前記テーブルに加えられる力を測定
   するように操作可能な測定装置（５２，１６）と、 (v) 予め定めたトリガ温度未満のこすれ部材温度に応じて摩擦接続を生じさ せるようにキャリア駆動装置を制御可能な制御装置（５０）と、 (vi) 前記予め定めたトリガ温度へ降下させるために、こすれ部材から強制的
   に除熱するように操作可能な冷却装置（４０；４００）とを特徴とする、乾性摩
   擦材料の摩擦挙動を試験する装置。
2. 【請求項２】 前記冷却装置（４０；４００）が熱交換装置（４１）を含み
   、該熱交換装置内で、冷却流体が、こすれ部材を含む熱伝導経路内の熱伝導体（
   ４４）を強制的に通過させられることを特徴とする、請求項１に記載された装置
   。
3. 【請求項３】 熱交換装置（４１）が、こすれ部材と熱接触する少なくとも
   １つの壁部（４４）を有する壁付き容器（４２）と、前記冷却流体をそれぞれ送
   入・送出するように操作可能な入口および出口（４５，４６）と、予め定めた速
   度で容器入口（４５）へ前記冷却流体（４７）送るように構成された冷却流体源
   とを含むことを特徴とする、請求項２に記載された装置。
4. 【請求項４】 容器の少なくとも１つの壁部（４４）が、該壁部から入口と
   出口との間で容器内へ延びる複数のフィン（４４_A1．．４４_BN）を有することを
   特徴とする、請求項２または請求項３に記載された装置。
5. 【請求項５】 前記フィン（４４_A1．．４４_BN）のそれぞれが、前記１つの
   壁部に沿ってフィンの対向縁（４４_A，４４_B）のほぼ間に、かつまた前記入口・
   出口間の方向に対しほぼ直角に延在し、その場合、続くフィン（４４_A1，４４_B1 ）が、交互に反対側の端部を除去されて前記壁部の縁部から離れており、それに
   よって入口・出口間に、したがって先端を除去された前記フィン端部間に、かつ
   また該端部により、蛇行経路が画設されることを特徴とする、請求項４に記載さ
   れた装置。
6. 【請求項６】 前記冷却流体が液体であることを特徴とする、請求項２から
   請求項５までのいずれか１項に記載された装置。
7. 【請求項７】 前記液体が水であることを特徴とする、請求項６に記載され
   た装置。
8. 【請求項８】 前記冷却流体源（４７）が、地域の給水本管であり、その水
   が前記給水本管の周囲温度で容器（４２）に供給されることを特徴とする、請求
   項３に従属する請求項７に記載された装置。
9. 【請求項９】 前記容器（４２）が、内部に液体を貯留するように構成され
   ていることを特徴とする、請求項４または請求項５に従属する請求項６から請求
   項８までのいずれか１項に記載された装置。
10. 【請求項１０】 前記冷却装置（４０；４００）が、事実上水を含まないこ
    すれ部材および摩擦材料試料用の雰囲気空間を画設するように操作可能な囲み装
    置（６０）を有することを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１
    項に記載された装置。
11. 【請求項１１】 前記囲み装置（６０）が、こすれ部材と摩擦材料試料との
    間および周囲に配置された可とう性の囲い（６１）と、周囲大気圧を超えた圧力
    に内圧を維持するために囲い内へ、摩擦対のいずれの構成材とも不反応の事実上
    乾性のガスを供給するように構成されガス供給源（６４，６５）とを含むことを
    特徴とする、請求項１０に記載された装置。
12. 【請求項１２】 前記ガスがアルゴンであることを特徴とする、請求項１１
    に記載された装置。
13. 【請求項１３】 熱交換装置（４１）とこすれ部材（３４）との間に配置さ
    れ、かつ熱交換装置とこすれ部材とに熱接触している少なくとも１つの熱電冷却
    素子（７６₁）を有する熱電冷却装置（７５）と、各熱電冷却素子へ予め定めた レベルの電流を供給するように構成された電源装置（７８）とを、前記冷却装置
    （４０）が含む、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された装置
    （１０）。
14. 【請求項１４】 前記熱電冷却装置（７５）が、熱交換装置を含むか熱交換
    装置に接続されるかした第１体部（４４）と、こすれ部材を含むかこすれ部材に
    熱接続されるかした第２体部（７０）と、各熱電冷却素子を間にサンドイッチ状
    に挟みつけるため、第１と第２の体部をクランプするように構成されたクランプ
    部材（７７）とを含む、請求項１３に記載された装置。
15. 【請求項１５】 前記第２体部（７０）が、事実上平らな面を有する剛性の
    高い金属板を含み、該金属板が、一方の面によりこすれ部材（３４）を支持し、
    他方の面が各前記熱電冷却素子に当接されるように構成されていることを特徴と
    する、請求項１４に記載された装置。
16. 【請求項１６】 前記第２体部と各熱電冷却素子の表面との間に配置された
    弾性的に圧縮可能な熱伝導性材料（７９）の層を特徴とする、請求項１４または
    請求項１５に記載された装置。
17. 【請求項１７】 前記熱電冷却装置（７５）が、こすれ部材とほぼ整合する
    ほぼ平面的な配列で配置された複数の熱電冷却素子（７６₁〜７６₈）を含むこと
    を特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された装置
    。
18. 【請求項１８】 前記熱電冷却装置（７５）が、こすれ部材と摩擦材料との
    接触なしで、冷却流体供給温度と解離したこすれ部材との間の温度差を２０℃を
    超える値に限定するように構成されていることを特徴とする、請求項１３から請
    求項１８までのいずれか１項に記載された装置。
19. 【請求項１９】 前記熱電冷却装置（７５）が、冷却流体供給温度と、解離
    したこすれ部材との間の温度差が３０℃〜５０℃の範囲に限定されるように構成
    されていることを特徴とする、請求項１８に記載された装置。
20. 【請求項２０】 前記熱電冷却装置（７５）が、こすれ部材に対する前記温
    度差を１０分未満に形成するように構成されていることを特徴とする、請求項８
    に従属する請求項１８または請求項１９に記載された装置。