JP2016037969A - ブレーキライニング - Google Patents

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。

特開２０００−１０４７６５（段落００１５、００２３参照）

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。

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。

この発明の実施の形態１に係るブレーキライニングの底面模式図と、ブレーキライニングとブレーキディスクの断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係るブレーキライニングの他の例を示す底面模式図である。 この発明の実施の形態１に係るブレーキライニングの他の例を示す底面模式図である。 この発明の実施の形態１に係るブレーキライニングの他の例を示す底面模式図である。 この発明の実施の形態２に係るブレーキライニングの底面模式図と、ブレーキライニングとブレーキディスクの断面模式図と、溝に捕捉された塵埃分を示す模式図である。 この発明の実施の形態３に係るブレーキライニングに設けた溝の他の例を示す底面模式図と、ディスクの回転方向と溝中での流体面圧の分布関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態４に係るブレーキライニングの底面模式図と、ブレーキライニングとブレーキディスクの断面模式図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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