JP6732125B2 - ブレーキライニング - Google Patents

Description

この発明は、電動モータなどの回転機器のブレーキ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、エレベータの巻上機などの回転機器におけるブレーキは、回転するディスクに対して、ばねの力によって押し当てられるブレーキライニングまたはブレーキパッドを有する。ライニングがディスクに押し当てられることによって、ディスクは静止状態を保持される。ディスクを制動しない場合、またはディスクの静止状態を保持しない場合には、ばねの力より大きい電磁力によって、ライニングは、ディスクから引き離される。ライニングにおいては、制動力を安定に保つことが求められる。

特許文献１に記載されたブレーキパッドでは、ディスクに対するパッドの摩擦係数を安定に保つために、パッドの中央部および縁部は、それぞれ材質が異なる摩擦材で構成されている。使用時の温度に変化が生じた場合には、パッドの形状を凸形状から凹形状へと変化させる。これによって、ディスクに対するパッドの接触を安定に保ち、温度によるパッドの摩擦係数の変動を抑制している。

また、特許文献２に記載されたディスクブレーキでは、ピストンは、ディスクに対して、パッドを押圧しており、ディスクに対して押圧されるパッドの面圧に応じて、ディスクの表面粗さが変化されている。すなわち、ディスクに対するパッドの面圧が高い部分では、ディスクの表面粗さを大きくし、パッドの面圧が低い部分では、ディスクの表面粗さを小さくされている。その結果、パッドに対する面内でのディスクの摩擦係数の変化は小さくなるようにされている。

特開平８−１３５６９８号公報 実開昭６１−６０３９号公報

ブレーキライニングに、所定の制動トルクを得るためには、ディスクに対するライニングの接触面積をある程度以上確保する必要がある。通常は、出荷前に、制動トルクが所定の値以上になるまでディスクおよびライニングを摺合せる。特許文献１に記載されたブレーキパッドでは、温度による摩擦係数の変化を抑制している。また、特許文献２に記載されたディスクブレーキでは、面内での摩擦係数の変化を抑制している。特許文献１のブレーキパッドおよび特許文献２のディスクブレーキのいずれの場合も、制動力を安定に保つことができる。しかしながら、ライニングおよびディスクの加工誤差が大きい場合には、摺合せの工程が長くなり、生産性が低下するという問題点があった。

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、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮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ものである。

この発明によるブレーキライニングは、制動部材を制動し、第１の領域と、制動部材に対する接触面圧が、第１の領域における接触面圧より低い、第２の領域とを有し、第２の領域における表面粗さは、第１の領域における表面粗さより大きい。

このようにすることによって、接触面圧が低い第２の領域において、制動部材に対するブレーキライニングの接触面積を大きくすることができる。そのため、制動トルクを大きくすることができる。また、接触面積を大きくすることによって、短時間でブレーキライニングおよび制動部材の摺合せを行うことができる。

これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

この発明の実施の形態１によるライニングを備えたブレーキを搭載したエレベータの巻上機の概略側面図である。 ライニングがディスクに接触している場合の概略図である。 ライニングにおいてディスクに対する接触面圧の分布を示す図である。 実施の形態１によるライニングの表面状態を示す模式図である。 図４におけるＶ−Ｖ線に沿った模式的な断面図である。 実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態２におけるライニング周辺の構成を示す模式図である。 図１１のライニングの表面状態を示す模式図である。 実施の形態３によるライニングの表面状態を示す模式図である。 実施の形態３の変形例によるライニングの模式的な断面図である。 実施の形態４によるライニングの表面状態を示す模式図である。 図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。

以下、この発明のブレーキライニングの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるブレーキライニングを備えたブレーキを搭載したエレベータの巻上機の概略側面図である。

図１に示すように、巻上機５０は、円筒形の巻上機本体５１を備えている。巻上機本体５１には、回転する回転軸５２が貫通しており、巻上機本体５１の両端から突出している。回転軸５２は、巻上機本体５１内にある、磁石である回転子５３および電磁コイルである固定子５４の作用によって、回転する。巻上機本体５１の片側には、回転軸５２の回転を止めるブレーキ６０が設けられている。ブレーキ６０は、制動部材としてのディスク２０を備えている。円盤状のディスク２０は、回転軸５２の片側に取り付けられている。ディスク２０の外周側には、ディスク２０を両面から挟むように、ブレーキライニングとしてのライニング１０が設けられている。ライニング１０は、摩擦材および結合剤からなる樹脂製で長方形の平板である。ライニング１０において、ディスク２０と反対側には、金属製で円柱形の押付部材３０が設けられている。また、ブレーキ６０は、ブレーキ駆動部６１を備えている。ブレーキ駆動部６１は、信号を送ることによって、押付部材３０を動作させる。この信号によって、押付部材３０は、ライニング１０を、ディスク２０の両面から押付ける。これによって、ディスク２０の回転を止められ、回転軸５２は停止する。また、回転軸５２において、ディスク２０と反対側には、図示しないロープがかけられるシーブ５５が設けられている。

図２は、図１におけるライニング１０周辺の拡大図である。ディスク２０は、ライニング１０によって挟まれている。ライニング１０において、ディスク２０と接している側と反対側には、金属製の裏板３１が設けられている。裏板３１およびライニング１０は、金属製の押付部材３０によって、ディスク２０に押付けられている。押付部材３０による押付力は、押付部材３０から裏板３１およびライニング１０に向かって、破線で示されるように、角度θで及ぶ。角度θは、おおむね４５度である。

図３は、ディスク２０に対する、ライニング１０の接触面圧の分布を示している。押付部材３０は断面が円形である。したがって、図３に示すように、ハッチングで示した中心部の円形領域４１は、押付部材３０が押付けられており、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧は高い。一方、円形領域４１の外側にある周辺領域４２では、円形領域４１から離れるにしたがって、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧は低くなる。

図４は、ライニング１０の表面状態を示す模式図である。ライニング１０の長手方向の中央側には、表面粗さＲａが小さい低表面粗さ域１が設けられている。また、ライニング１０において、長手方向の両端側には、表面粗さＲａが大きい高表面粗さ域２が設けられている。高表面粗さ域２の表面粗さＲａ２は、低表面粗さ域１の表面粗さＲａ１より大きい。図４においては、線の間隔の粗密によって、表面粗さＲａの大きさを示している。線の間隔が比較的広い方が、表面粗さＲａが小さい。すなわち、線の間隔が広い領域が、低表面粗さ域１である。一方、線の間隔が狭い領域が、高表面粗さ域２である。低表面粗さ域１は第１の領域を、高表面粗さ域２は第２の領域を、それぞれ構成する。

図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った模式的な断面図である。図５において、低表面粗さ域１における粗さ波形の振幅の中心の高さＲｍ１は、高表面粗さ域２における粗さ波形の振幅の中心の高さＲｍ２と、ほぼ等しい。

ライニング１０の作用について、図２〜図４を用いて説明する。
図２に示すように、ライニング１０は、ディスク２０に押付けられている。これにより、ライニング１０およびディスク２０の間に摩擦が生じ、ディスク２０の回転は止められる。

以下に、図３および図４における領域の対応関係を説明する。
まず、図３における、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧が高い円形領域４１においては、図４に示すように、ライニング１０において、表面粗さＲａが小さい低表面粗さ域１が設けられている。この円形領域４１においては、接触面圧が高いため、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積は大きく、制動トルクは大きい。

一方、図３における、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧が低い周辺領域４２においては、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積は小さく、制動トルクは減少する場合がある。この周辺領域４２に対応する領域には、図４に示すように、ライニング１０において、表面粗さＲａが大きい高表面粗さ域２が設けられている。

周辺領域４２に対応する高表面粗さ域２においては、表面粗さＲａ２が大きくされることによって、低い接触面圧で接触しても、突起が塑性変形する。そのため、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積を大きくすることができる。その結果、高表面粗さ域２において、制動トルクを大きくすることができる。これにより、安定した制動力を確保することができる。

以上のことから、接触面圧が低い周辺領域４２において、表面粗さＲａが大きい高表面粗さ域２が設けられることによって、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積を大きくすることができる。その結果、周辺領域４２において、制動トルクを大きくすることができ、安定した制動力を確保することができる。

通常のブレーキの製造においては、ライニング１０の加工直後では、ライニング１０をディスク２０に押付けた場合に、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積は小さく、制動力は安定しない。このため、ブレーキを出荷する前には、ディスク２０を所定の速度で回転させた状態で、ライニング１０をディスク２０に押付けて、ライニング１０およびディスク２０を摺合せる作業が行われる。このようにすることで、接触面積を大きくする。所定の制動トルクが得られるまで、摺合せは行われ、その後、ブレーキは出荷される。加工直後において、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積が大きい方が、摺合せ時間は短い。したがって、周辺領域４２に、高表面粗さ域２を設けることによって、摺合せ時間は短くなる。

このように、実施の形態１によるライニング１０では、低表面粗さ域１と、ディスク２０に対する接触面圧が、低表面粗さ域１における接触面圧より低い、高表面粗さ域２とを有し、高表面粗さ域２における表面粗さは、低表面粗さ域１における表面粗さと異なっている。

これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

高表面粗さ域２における表面粗さＲａ２は、低表面粗さ域１における表面粗さＲａ１より大きい。ライニング１０の両端部の高表面粗さ域２においては、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧は低い。この高表面粗さ域２において、表面粗さＲａ２を大きくすることによって、低い接触面圧で接触しても、突起が塑性変形する。そのため、ディスク２０に対するライニング１０の接触面積を大きくすることができる。その結果、ライニング１０の両端部においても、制動トルクを大きくすることができる。これにより、安定した制動力を確保することができる。また、短時間の摺合せ作業においても、ライニング１０をほぼ全領域にわたってディスク２０と接触させることができる。これにより、摺合せ工程を短縮することができる。

第１の領域である低表面粗さ域１における粗さ波形の振幅の中心の高さＲｍ１は、第２の領域である高表面粗さ域２における粗さ波形の振幅の中心の高さＲｍ２とほぼ等しい。このようにすることにより、接触面圧が低い高表面粗さ域２における接触面積を大きくすることができる。これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

ライニング１０は、押付部材３０によって、ディスク２０に押付けられ、押付部材３０に押付けられた領域の周辺領域４２におけるライニング１０の表面粗さは、押付部材３０に押付けられた円形領域４１におけるライニング１０の表面粗さより大きい。そのため、周辺領域４２に対応する高表面粗さ域２における表面粗さを大きくすることによって、接触面積を大きくすることができる。これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

図６は、実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図６に示すライニング１１においては、低表面粗さ域１における振幅の中心の高さＲｍ１が、高表面粗さ域２における振幅の中心の高さＲｍ２より小さい。接触面圧の差が大きい場合には、このように、低表面粗さ域１の振幅の中心の高さＲｍ１を、高表面粗さ域２の振幅の中心の高さＲｍ２より小さくなるようにする。このようにすることで、高表面粗さ域２において、ディスク２０に対するライニング１１の接触面積を、より大きくすることができる。これにより、高表面粗さ域２および低表面粗さ域１における接触面積の差を、さらに小さくすることができる。

図７は、実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図７に示すライニング１２においては、低表面粗さ域１が円形である。図２に示したライニング１０では、低表面粗さ域１がライニング１０の長辺の端部にも及んでいる。押付部材３０の断面が円形の場合には、接触面圧によっては、図７に示すように、ライニング１２において、低表面粗さ域１を円形にしてもよい。これにより、ライニング１２の長辺部分でも接触面積を大きくすることができるので、安定した制動力を得ることができる。

図８は、実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図８に示すライニング１３においては、低表面粗さ域１が楕円形状である。図２に示したライニング１０、および図６に示したライニング１２では、成型時にライニング表面全体を高表面粗さ域２と同等の粗さに加工しておき、その後、例えば、低表面粗さ域１を研磨して、ライニング１０または１２を得ることができる。したがって、加工の方法によっては、図８に示すライニング１３のように、低表面粗さ域１の形状が楕円形になる場合がある。しかしながら、この場合においても、長辺側端部における接触面積を大きくすることができるので、安定した制動力を確保することができる。

図９は、実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図９に示すライニング１４においては、低表面粗さ域１は、角が丸い長方形である。押付部材３０の断面形状が四角形の場合には、低表面粗さ域１の形状を、四角形が基本である形状にしてもよい。例えば、図９に示すように、角の丸い長方形とすることができる。このようにすることによって、ディスク２０との初期当りが良好で、所望の制動トルクを得られることできる。このように、低表面粗さ域１の形状を、押付部材３０の形状に応じて変化させる。これによって、中心部での接触面積を大きくすることができる。

図１０は、実施の形態１の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図１０に示すライニング１５においては、低表面粗さ域１の四隅に高表面粗さ域２が設けられている。通常、ライニング１０の形状が四角形の場合には、ディスク２０に対するライニング１０の接触面圧は、ライニング１０の四隅で小さくなる。したがって、ディスク２０の形状によらず、接触面積を大きくするためには、図１０に示すように、ライニング１５の四隅に高表面粗さ域２を設けてもよい。これにより、接触面積を増やして、安定な制動力を得ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるブレーキライニングについて図１１および図１２を用いて説明する。実施の形態２では、制動部材であるディスクに対して、ブレーキライニングが片側の面からのみ押し当てられる。

図１１は、実施の形態２におけるブレーキライニング周辺の構成を示す模式図である。図１１に示すように、ディスク２０に対して、ブレーキライニングとしてのライニング１６は、ディスク２０の片側にのみ設けられている。
図１２は、図１１のブレーキライニングの表面状態を示す模式図である。図１２に示すように、ライニング１６においては、上部半分に低表面粗さ域１が設けられ、下部半分に高表面粗さ域２が設けられている。

ライニング１６がディスク２０に押し当てられた場合には、ディスク２０は端部２０ａにおいて、大きく変形する場合がある。この場合には、端部２０ａにおいて、ディスク２０に対するライニング１６の接触面圧が低下する。したがって、接触面圧が低下するライニング１６の下部に、高表面粗さ域２が設けられることによって、接触面積を大きくすることができる。これにより、制動力を安定に保つことができる。

また、ディスク２０が変形する場合には、摺合せの工程が長くなり、歩留りが低下することがある。しかしながら、高表面粗さ域２を設けておくことによって、短時間で接触面積を大きくでき、短時間で性能の良いライニングを得ることができる。

ライニング１６が、ディスク２０と接触する場合、ディスク２０において、変形する量が他の領域より大きい端部２０ａにおけるライニング１０の表面粗さは、他の領域におけるライニング１０の表面粗さより大きい。ディスク２０が変形する量が大きい端部２０ａにおいては、ディスク２０に対するライニング１６の接触面積が小さい。端部２０ａにおける表面粗さを大きくすることによって、接触面積を大きくすることができる。これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３によるブレーキライニングについて図１３および図１４を用いて説明する。実施の形態３では、ブレーキライニングの表面粗さの変化に加えて、硬さに差異を設けている。

図１３は、実施の形態３によるブレーキライニングの表面状態を示す模式図である。図１３において、ブレーキライニングとしてのライニング１７の長手方向の両端側には、表面粗さが大きく、柔らかい、高粗さ低硬さ域４が設けられている、両端側の高粗さ低硬さ域４に挟まれた中央側には、表面粗さが小さく、硬い、低粗さ高硬さ域３が設けられている。硬さの違いは、例えば、部分的に加熱を施すことで作製することができる。低粗さ高硬さ域３は第１の領域を、高粗さ低硬さ域４は第２の領域を、それぞれ構成する。

ライニングの中央側および両端側において、接触面圧の差が大きい場合には、表面粗さの調整だけでは、両端側における接触面積を十分に大きくできない場合がある。この場合、両端側における接触面圧が低い領域において、表面粗さＲａを大きくすることによって接触面積を大きくする作用に加え、ライニングの材料を柔らかくすることによって、ライニングを変形しやすくして接触面積を大きくする作用を利用する。このように、ディスク２０に対するライニング１７の接触面圧の面内における差異が大きい場合においても、両端側の接触面積をさらに大きくして、制動力を確保することができる。

また、図１３に示したライニング１７を用いることによって、例えば、ライニング１７およびディスク２０の加工面の仕上げを粗くすることができる。これにより、ライニング１７の加工時間を短縮し、ブレーキの製造コストを低減することができる。

第２の領域である高粗さ低硬さ域４における硬さは、第２の領域である低粗さ高硬さ域３における硬さより柔らかい。このようにすることによって、高粗さ低硬さ域４において、ディスク２０に対するライニング１７の接触面積をさらに大きくすることができる。これにより、ブレーキライニングの制動力を安定に保ちつつ、摺合せの工程を短縮できるブレーキライニングを提供することができる。

図１４は、実施の形態３の変形例によるライニングの模式的な断面図である。図１４に示すライニング１８においては、下部半分に高粗さ低硬さ域４が設けられ、上部半分に低粗さ高硬さ域３が設けられている。図１４に示したライニング１８は、例えば、図１１で説明したように、ディスク２０に対して、ライニング１８がディスク２０の片側にのみ設けられている場合に用いられる。ディスク２０の変形量が大きい場合であっても、図１４に示すように、変形量が大きい端部２０ａに対応して、高粗さ低硬さ域４を設けることによって、接触面積を大きくすることができるため、安定した制動力を確保することができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４によるブレーキライニングについて図１５および図１６を用いて説明する。実施の形態４では、ブレーキライニングの摩耗粉を排出する溝が設けられている。

図１５は、実施の形態４によるブレーキライニングの表面状態を示す模式図である。図１６は、図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。図１５に示したライニング１９は、図１０に示したライニング１５において、低表面粗さ域１に、摩耗粉排出用溝９が２つ設けられたものである。摩耗粉排出用溝９は、ライニング１９の短辺側を横断する凹部である。ライニング１９は、ブレーキライニングを構成する。

エレベータにおいては、停電などの非常時において、制動部材が回転中にライニングを押し当てて制動する場合がある。エレベータの仕様によっては、非常時のディスク２０とライニング１９とが接触することによって、摩耗粉が発生する場合がある。この場合、摩耗粉がライニング１９およびディスク２０の接触面に侵入すると、制動力を安定に保つことが困難になる場合がある。摩耗粉排出用溝９を設けておくことによって、ライニング１９に摩耗粉が発生した場合においては、摩耗粉排出用溝９を通して、摩耗粉は速やかに排出される。したがって、接触面に摩耗粉は侵入しない。これにより、安定した制動力を保つことができる。

実施の形態４によるライニング１９は、発生する摩耗粉を排出する摩耗粉排出用溝９を備えている。そのため、摩耗粉が発生した場合においても、速やかに排出され、ライニング１９およびディスク２０の接触面に摩耗粉は侵入しない。これにより、安定した制動力を保つことができる。

１ 低表面粗さ域（第１の領域）、２ 高表面粗さ域（第２の領域）、３ 低粗さ高硬さ域（第１の領域）、４ 高粗さ低硬さ域（第２の領域）、９ 摩耗粉排出用溝、１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９ ライニング（ブレーキライニング）、２０ ディスク（制動部材）、２０ａ 端部（変形する量が大きい領域）、３０ 押付部材。

Claims (6)

1. 制動部材を制動するブレーキライニングであって、
   第１の領域と、
   前記制動部材に対する接触面圧が、第１の領域における接触面圧より低い、第２の領域とを有し、
   前記第２の領域における表面粗さは、
   前記第１の領域における表面粗さより大きいブレーキライニング。
2. 前記第１の領域における粗さ波形の振幅の中心の高さは、
   前記第２の領域における粗さ波形の振幅の中心の高さ以下である請求項１に記載のブレーキライニング。
3. 前記第２の領域における硬さは、
   前記第１の領域における硬さより柔らかい請求項１に記載のブレーキライニング。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブレーキライニングであって、
   前記ブレーキライニングは、押付部材によって、前記制動部材に押付けられ、
   前記押付部材に押付けられた領域の周辺領域における前記ブレーキライニングの表面粗さは、前記押付部材に押付けられた領域における前記ブレーキライニングの表面粗さより大きいブレーキライニング。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載のブレーキライニングであって、
   前記ブレーキライニングが、前記制動部材と接触する場合、
   前記制動部材において、変形する量が他の領域より大きい領域における前記ブレーキライニングの表面粗さは、前記他の領域における前記ブレーキライニングの表面粗さより大きいブレーキライニング。
6. 発生する摩耗粉を排出する摩耗粉排出用溝を、さらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキライニング。

Images