JP2010071774A - 摩擦材の強度評価試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦材に対して圧縮荷重とせん断荷重とを同時に付与して評価試験を行うことが可能とされ、当該摩擦材の使用条件と評価試験時の条件とを合致させてその評価を精度よく行わせることができる摩擦材の強度評価試験装置を提供する。
【解決手段】摩擦材Ｗを所定角度で載置する載置面２が形成された第１保持手段１と、載置面２と略同一角度とされて当該載置面２と対峙した挟持面７が形成され、当該挟持面７と載置面２との間に摩擦材Ｗを挟持させて当該摩擦材Ｗを保持可能な第２保持手段６と、第１保持手段１と第２保持手段６とで摩擦材Ｗを保持した状態で当該第１保持手段１及び第２保持手段６とが互いに離間する方向へ荷重を付与し、当該摩擦材Ｗに対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段４、９とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の動力伝達手段に用いられる摩擦材の評価試験を行うための摩擦材の強度評価試験装置に関するものである。

車両等の輸送機器における動力伝達手段に使用される摩擦材（摩擦紙）は、繰り返し圧縮及びせん断負荷を受けることによって破損してしまうことは一般に知られている。然るに、摩擦材は車両の動力伝達手段に配設されて使用される際、圧縮荷重とせん断荷重との両者を受けることとなるため、従来、当該摩擦材の評価試験を行うには、摩擦材に対し専ら圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与試験と、専らせん断荷重を付与するせん断荷重付与試験との両方の試験を順次行っていた。尚、かかる先行技術は、文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

しかしながら、上記従来の摩擦材の強度評価試験装置は、摩擦材に対して圧縮荷重とせん断荷重とが別々に付与されていたため、その試験結果が実際の車両の動力伝達手段に用いられた場合の評価と著しく相違してしまう虞があった。即ち、実際の動力伝達手段に適用された場合、摩擦材には圧縮荷重と同時にせん断荷重が付与されるのに対し、従来技術においては、これら圧縮荷重による評価試験とせん断荷重による評価試験とを別個に行うこととなり、精度のよい評価を行うことができない場合があった。然るに、クラッチ等、動力伝達手段用の摩擦材においては、通常、種々の繊維を樹脂で結合させた一種の複合材料であることから、その破壊挙動は極めて複雑であり、従来よりその疲労特性についての試験及び研究は不十分なものとなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、摩擦材に対して圧縮荷重とせん断荷重とを同時に付与して評価試験を行うことが可能とされ、当該摩擦材の使用条件と評価試験時の条件とを合致させてその評価を精度よく行わせることができる摩擦材の強度評価試験装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、車両の動力伝達手段に用いられる摩擦材の評価試験を行うための摩擦材の強度評価試験装置において、摩擦材を所定角度で載置する載置面が形成された第１保持手段と、前記載置面と略同一角度とされて当該載置面と対峙した挟持面が形成され、当該挟持面と前記載置面との間に前記摩擦材を挟持させて当該摩擦材を保持可能な第２保持手段と、前記第１保持手段と第２保持手段とで摩擦材を保持した状態で当該第１保持手段及び第２保持手段とが互いに離間する方向へ荷重を付与し、当該摩擦材に対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の摩擦材の強度評価試験装置において、前記第１保持手段の載置面及び第２保持手段の挟持面の角度は、任意調整可能とされたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の摩擦材の強度評価試験装置において、前記駆動手段は、その駆動形態が、第１保持手段と第２保持手段とで保持された摩擦材が破壊されるまで荷重を付与する圧縮せん断強度試験用制御と、第１保持手段と第２保持手段とを所定の振動数で振動させる圧縮せん断疲労試験用制御とで任意選択可能とされたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、摩擦材に対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段を具備したので、摩擦材に対して圧縮荷重とせん断荷重とを同時に付与して評価試験を行うことが可能とされ、当該摩擦材の使用条件と評価試験時の条件とを合致させてその評価を精度よく行わせることができる。

請求項２の発明によれば、第１保持手段の載置面及び第２保持手段の挟持面の角度は、任意調整可能とされたので、摩擦材に付与すべき圧縮荷重とせん断荷重との割合を種々変更することができ、適用される動力伝達手段における使用条件や摩擦材の特性に応じた評価試験を行うことができる。

請求項３の発明によれば、駆動手段は、その駆動形態が、第１保持手段と第２保持手段とで保持された摩擦材が破壊されるまで荷重を付与する圧縮せん断強度試験用制御と、第１保持手段と第２保持手段とを所定の振動数で振動させる圧縮せん断疲労試験用制御とで任意選択可能とされたので、圧縮せん断強度試験と圧縮せん断疲労試験とを任意選択して所望の評価試験を行わせることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る摩擦材の強度評価試験装置は、二輪車や自動車等の車両の動力伝達手段（クラッチ装置）に用いられる摩擦材の評価試験を行うためのもので、図１〜３に示すように、第１保持手段１と、第２保持手段６と、第１保持手段１に連結された駆動手段４及び第２保持手段６に連結された駆動手段９とから主に構成されている。

評価対象の摩擦材Ｗは、所謂「乾式」のものから成り、平面視が矩形状とされた厚さ０．５±０．０２（ｍｍ）のものから成る。かかる摩擦材Ｗは、例えばアラミド繊維、セルロース繊維、フィラー及び炭素繊維等の材料を抄紙法によりペーパー状のものとし、さらにフェノール樹脂を用いて硬化させたものから成るものとされ、アルミニウム平板から成るタブ５、１０にて表面Ｗａ及び裏面Ｗｂが挟持されつつ所定の接着剤にて固定されている。尚、評価対象の摩擦材として、湿式（潤滑オイル存在下）のものを用いてもよい。

第１保持手段１は、タブ５、１０で挟持された摩擦材Ｗを所定角度で載置する載置面２が形成されたもので、全体として「く」の字形状とされている。かかる第１保持手段１は、アーム部１ａが延設された基端部１ａｂ（図２参照）と、アーム１ｂが延設された基端部１ａａ（図３参照）とを組み付けて成るものであり、基端部１ａａには基端部１ｂａを挿通させ得る切欠きＥが形成されている。

アーム部１ａには、タブ５、１０で挟持された摩擦材Ｗを載置させる載置面２が形成されるとともに、アーム部１ｂには、駆動手段４を連結させるための連結ピン３が形成されている。而して、基端部１ａａの切欠きＥに基端部１ｂａを挿通させた状態とするとともに、孔Ｃ及び孔Ａに軸Ｌ１を挿通させつつ複数の孔Ｄ及びそれと対応する複数の孔Ｂにボルト（不図示）を挿通させナット（不図示）で固定させれば、基端部１ａａと基端部１ａｂとが所定角度を有しつつ連結した状態とされる。

ここで、複数の孔Ｄと孔Ｂとを選択的に対応させて基端部１ａａと基端部１ａｂとを固定させることにより、アーム部１ａの延設方向が任意調整されることとなり、これにより載置面２上の摩擦材Ｗが所望の角度（図４、５においては、角度θ１）で載置されることとなる。アーム部１ａの延設方向は、上述の如く基端部１ａａと基端部１ａｂとの固定角度により調整可能とされ、これにより載置面２の角度が調整可能とされているのである。

第２保持手段６は、第１保持手段１の載置面２と略同一角度とされて当該載置面２と対峙した挟持面７が形成され、当該挟持面７と載置面２との間にタブ５、１０で挟持された摩擦材Ｗを挟持させて当該摩擦材Ｗを保持可能なものである。かかる第２保持手段６は、第１保持手段１と同様、アーム部６ａが延設された基端部６ａｂと、アーム６ｂが延設された基端部６ａａとを組み付けて成るものであり、アーム部６ａに挟持面７が形成されている。尚、アーム部６ｂには、連結ピン３と同様の連結ピン８が形成されている。

然るに、基端部６ａａの切欠きＥに基端部６ｂａを挿通させた状態とするとともに、孔Ｃ及び孔Ａに軸Ｌ２を挿通させつつ複数の孔Ｄ及びそれと対応する複数の孔Ｂにボルト（不図示）を挿通させナット（不図示）で固定させれば、基端部６ａａと基端部６ａｂとが所定角度を有しつつ連結した状態とされる。アーム部６ａの延設方向は、既述の如く基端部６ａａと基端部６ａｂとの固定角度により調整可能とされるのである。かかる構成により、第１保持手段１の載置面２及び第２保持手段６の挟持面７の角度は、任意調整可能とされ、例えば図６で示す如く角度θ２（角度θ１より小さい角度）や図７で示す角度θ３（角度θ１より大きい角度）とすることができる。

本実施形態においては、第１保持手段１及び第２保持手段６が略同一形状のものとされているため、それぞれの保持手段を具備するものに比べ、製造コストを低減させることができる。また、これら第１保持手段１及び第２保持手段６は、通常は金型用に使用される材料であるＳＭＣ４３５とされ、熱処理（例えば、８５０℃にて１時間半保持、油冷、５８０℃にて１時間半保持、水冷の順で行われる熱処理工程）が施されている。

駆動手段４、９は、第１保持手段１と第２保持手段６とで摩擦材Ｗを保持した状態で当該第１保持手段１及び第２保持手段６とが互いに離間する方向（図１においては、駆動手段４は上方、駆動手段９は下方）へ連結ピン３、８を介して荷重を付与し、当該摩擦材Ｗに対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能なものである。而して、第１保持手段１及び第２保持手段６を同時に離間する方向（図中、上下方向）へ荷重Ｐで引っ張ることにより、図５に示すように、その間に保持された摩擦材Ｗに対して荷重Ｐの分力である圧縮荷重Ｐσ、及びせん断荷重Ｐτを同時に生じさせることができるのである。

また、駆動手段４、９は、その駆動形態が、第１保持手段１と第２保持手段６とで保持された摩擦材Ｗが破壊されるまで荷重を付与する圧縮せん断強度試験用制御と、第１保持手段１と第２保持手段６とを所定の振動数で振動させる圧縮せん断疲労試験用制御とで任意選択可能とされている。即ち、駆動手段４、９の駆動形態を不図示の操作手段等で選択することにより、圧縮せん断強度試験（静的一発破壊）と、圧縮せん断疲労試験（繰り返し疲労破壊）との両方を行うことができるのである。

圧縮せん断強度試験用制御においては、主に第１保持手段１及び第２保持手段６の変位及び離間速度（クロスヘッドスピード）が制御され、摩擦材Ｗが破壊（摩擦材Ｗがタブ５、１０から剥離）した時点の荷重（破壊荷重）を検出及び記録し得るものである。例えば、本実施形態においては、室温大気中条件下、０．５（ｍｍ／ｍｉｎ）の離間速度（クロスヘッドスピード）となるよう制御される。

また、圧縮せん断疲労試験用制御においては、第１保持手段１及び第２保持手段６を振動させる際の振動数（繰り返し速度）や応力比（応力比Ｒ＝Ｐｍｉｎ／Ｐｍａｘ）等が制御され、繰り返し疲労破壊特性（繰り返し荷重が付与された際の疲労によって摩擦材Ｗがタブ５、１０から剥離する特性）を評価することができる。例えば、本実施形態においては、室温大気中条件下、振動数（繰り返し速度）が１０（Ｈｚ）、応力比が０．１の正弦波荷重を付与するよう制御される。

上記実施形態によれば、摩擦材Ｗに対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段４、９を具備したので、摩擦材Ｗに対して圧縮荷重とせん断荷重とを同時に付与して評価試験を行うことが可能とされ、当該摩擦材Ｗの使用条件（適用されるクラッチ等の動力伝達手段における使用条件）と評価試験時の条件とを合致させてその評価を精度よく行わせることができる。

また、第１保持手段１の載置面２及び第２保持手段６の挟持面７の角度は、任意調整可能とされたので、摩擦材Ｗに付与すべき圧縮荷重とせん断荷重との割合を種々変更することができ、適用されるクラッチ等の動力伝達手段における使用条件や摩擦材の特性に応じた評価試験を行うことができる。更に、駆動手段は４、９、その駆動形態が、圧縮せん断強度試験用制御と圧縮せん断疲労試験用制御とで任意選択可能とされたので、圧縮せん断強度試験と圧縮せん断疲労試験とを任意選択して所望の評価試験を行わせることができる。

次に、本実施形態に係る摩擦材の強度評価試験装置にて摩擦材の評価試験を行った際の実験結果について説明する。
以下の表１に示す如き配合の摩擦材Ａ、Ｃ、ＡＦ、ＡＦＣｆを用意し、これらを第１保持手段１と第２保持手段６とで保持させるとともに、各摩擦材が破壊されるまで荷重を付与する圧縮せん断強度試験用制御にて強度評価試験を行った。その結果を図８（σ−τ線図）に示す。尚、同図において、１６°、３２°、４９°は、それぞれθを示している。

上記実験結果によれば、どの摩擦材も角度θが増すほど（即ち、圧縮成分が大きくなるほど）破壊強度が高くなっていることが分かるが、少なくともセルロース繊維を含む摩擦材Ｃは、せん断応力の比率が高い場合でも破壊強度が高くなっていることが分かる。一方、アラミド繊維を含むＡ、ＡＦ、ＡＦＣｆ材の強度は、せん断応力が支配的な領域においては低いものの、圧縮成分が大きくなるにつれ急激に高くなっていることが分かる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１保持手段１又は第２保持手段６の何れか一方のみ駆動させつつ他方を固定させるものとしてもよい。この場合であっても、１保持手段１と第２保持手段６とで摩擦材Ｗを保持した状態で当該第１保持手段１及び第２保持手段６とが互いに離間する方向へ荷重を付与し、当該摩擦材Ｗに対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能とされる。

また、第１保持手段１の載置面２及び第２保持手段６の挟持面７の角度は、他の構成及び手段によって任意調整可能とされたものであってもよく、例えば無段階調整のものとしてもよい。更には、当該角度が調整されず第１保持手段１の載置面２及び第２保持手段６の挟持面７の角度が一定とされたものであってもよい。

第１保持手段と第２保持手段とで摩擦材を保持した状態で当該第１保持手段及び第２保持手段とが互いに離間する方向へ荷重を付与し、当該摩擦材に対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段を具備した摩擦材の強度評価試験装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたものにも適用することができる。

本発明の実施形態に係る摩擦材の強度評価試験装置を示す全体模式図 同摩擦材の強度評価試験装置における第１保持手段（第２保持手段も同様）の構成部品を示す正面図及び側面図 同摩擦材の強度評価試験装置における第１保持手段（第２保持手段も同様）の他の構成部品を示す正面図及び側面図 同摩擦材の強度評価試験装置における第１保持手段と第２保持手段とで挟持されて保持された状態の摩擦材を示す拡大模式図 同摩擦材の強度評価試験装置における第１保持手段と第２保持手段とで挟持されて保持された状態の摩擦材であって付与される荷重を示す拡大模式図 同摩擦材の強度評価試験装置において第１保持手段の載置面及び第２保持手段の挟持面の角度がθ２に調整された状態を示す模式図 同摩擦材の強度評価試験装置において第１保持手段の載置面及び第２保持手段の挟持面の角度がθ３に調整された状態を示す模式図 同摩擦材の強度評価試験装置における実験結果を示すグラフ

符号の説明

１…第１保持手段
２…載置面
３…連結ピン
４…駆動手段
５…タブ
６…第２保持手段
７…挟持面
８…連結ピン
９…駆動手段
１０…タブ
Ｗ…摩擦材

Claims (3)

1. 車両の動力伝達手段に用いられる摩擦材の評価試験を行うための摩擦材の強度評価試験装置において、
   摩擦材を所定角度で載置する載置面が形成された第１保持手段と、
   前記載置面と略同一角度とされて当該載置面と対峙した挟持面が形成され、当該挟持面と前記載置面との間に前記摩擦材を挟持させて当該摩擦材を保持可能な第２保持手段と、
   前記第１保持手段と第２保持手段とで摩擦材を保持した状態で当該第１保持手段及び第２保持手段とが互いに離間する方向へ荷重を付与し、当該摩擦材に対して圧縮荷重と同時にせん断荷重を付与可能な駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする摩擦材の強度評価試験装置。
2. 前記第１保持手段の載置面及び第２保持手段の挟持面の角度は、任意調整可能とされたことを特徴とする請求項１記載の摩擦材の強度評価試験装置。
3. 前記駆動手段は、その駆動形態が、第１保持手段と第２保持手段とで保持された摩擦材が破壊されるまで荷重を付与する圧縮せん断強度試験用制御と、第１保持手段と第２保持手段とを所定の振動数で振動させる圧縮せん断疲労試験用制御とで任意選択可能とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摩擦材の強度評価試験装置。

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