JPH03505249A - 摩擦対偶の摩擦対偶要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は機械装置の摩擦対偶に関し、一層詳しくは摩擦対偶の摩擦対偶要素に関 する。

当該技術分野では、組立体摩擦ディスクとして、外側部品を鋼から製造し、その コアを波形アルミニウム板から形成したものが知られている（米国特許第３．７ ７３，１５３号）。

このディスクの外側部品を鋼材から製造してその全摩擦面に同一の物理的および 機械的特性を与えても、高温および高応力の作用下で該摩擦面上の個々の領域に 対する均一な磨滅抵抗は保証されず、また機械装置に対して悪影響を与えるファ クタ、すなわちブレーキ作動中の振動やガタッキの減衰および排除にも寄与し得 ない。

軽合金がその低強度および低剛性のために支持構造に適用されないことが知られ ている（Ｐ、１．オルロフ“０ｒｌｏｖ”の設計の基本“Ｆ：ｕｎｄａｍｅｎｔ ａｌ　ｏｆ　Ｄｅｓｉｇｎ”　、第１巻、１９８８年、頁１３１）。

例えば、機械装置に組み込まれる転がり軸受を軽合金から作る場合、鋼製の中間 スリーブを用いることが推奨されている。

しかしながら、補強スリーブを使用した場合には、材料費も構造重量も増し、ま た摩擦面の最適な支持能力、結合の緊密性ならびに軸受の押出し力に対する抵抗 性も保証される訳ではなく、かくして摩擦ディスクの寿命は短くなる。

一方、摩擦対偶の摩擦対偶要素として、三次元のフレーム構造体からなるブレー キディスクであって、高熱伝導率材料から形成されたマトリックス中に埋め込ま れたブレーキディスクも知られている（米国特許第８４６．８７５号）。このデ ィスクの各摩擦面は耐磨耗性材料層でもって被覆される。

ブレーキ作動中に熱が発生するが、その熱はフレーム構造体内を循環する液体の 熱伝達媒体によってディスクの摩擦面から除去される。

しかしながら、作動中に摩擦面の個々の領域に及ぼされる負荷および熱応力は均 一ではないのに摩擦材料の特性は上述の全面に亘って同一となっているために、 摩擦面の個々の領域に対する均一な耐磨滅抵抗は保証され得す、またガタッキも 回避され得す、その結果ディスクは早期に破損することになる。

ディスクの摩擦面に耐磨耗被覆が施されても、それにより最適支承能力が保証さ れる訳ではない。

発明の詳細な説明 本発明は、本質的には、作動中に摩擦面の異なった領域に対する均一な耐磨滅抵 抗を保証する共に最適な支持能力を与えるように構成された摩擦対偶の摩擦対偶 要素を提供することを目的とする。

本発明によれば、かかる目的は高熱伝導率材料からなるマトリックスに埋め込ま れた三次元のフレーム構造体と、摩擦面とからなる摩擦対偶の摩擦対偶要素にお いて、フレーム構造体が耐磨耗性材料から形成され、しかも少なくとも摩擦面の 領域に配置されて、該摩擦表面にはマトリックスの表面から上方に盛り上がった フレーム構造体の正面と該マトリックスとによって規則的な微細な隆起が形成さ れることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素によって達成される。

このような摩擦対偶表面は互いに最も盛り上がった部分で係合することになる。

特許請求の範囲に記載された摩擦対偶要素においては、かかる部分はマトリック スから上方に盛り上がったフレーム構造体の部分とされ、これら部分は摩擦面上 に不連続的にかつ規則的に配置されるので、該摩擦面は実際の接触面積に対応す る。このため耐磨耗性材料の費用は最少で済ませられるので、摩擦対偶要素が安 価に製造されることになる。

更に、かかる構成の摩擦対偶要素にあっては、全体的な構造上の剛性および強度 が改善されて、その質量が低減される。

摩擦対偶要素の摩擦面は高熱伝導率材料からなるマトリックスによって部分的に 形成されるので、該摩擦面からの熱除去効率が改善され、かくして機械装置の全 体的な寿命が延ばされることになる。

フレーム構造体をセル構造の形態で構成することが有利である。

このような構成によれば、摩擦面に最適な支持能力か得られ、その機能性および 寿命が改善される。

摩擦面の規則的な隆起をセル形状とすることが非常に得策であり、これにより摩 擦対偶要素の機能性および寿命に有利な結果が得られる。

二のような摩擦対偶要素の実施例については、自動車のブレーキドラム、段付き 軸受等に使用するとよい。

本発明の好適な実施例においては、マトリックスの表面から上方に盛り上がった フレーム構造体の正面側表面の面積は最大負荷領域から最小負荷領域に向かう方 向に沿って比例的に減少させらる。

フレーム構造体の正面側表面の面積については、セルの寸法を変動させることに よっておよび／またはそのセル構造の肉厚を変動させることによっておよび／ま たはセルの密度を変動させることによって変化させ得る。

フレーム構造体の正面側表面の面積の増大させる犠牲を払って最大負荷領域での 摩擦対偶要素表面を強化するとにより、摩擦対偶要素の作動中での該最大負荷領 域の磨耗速度が遅くなる。か（して、不規則な熱的および機械的応力を受ける摩 擦面は均一な磨耗を受けて、摩擦対偶要素の寿命が延びることになる。

摩擦対偶要素のフレーム構造体の最大負荷領域をその最小負荷領域よりも大きな 耐磨耗性材料から形成することが有利である。

このような利点に加えて、かかる異なった耐磨耗性材料の使用のために摩擦対偶 要素を低コストで製造し得るという利点も得られる。

摩擦対偶要素が２つの摩擦面を備えて自動車のブレーキディスクとして使用され るような場合には、一方の摩擦面の規則的な微細な隆起の形態を他方の摩擦面の 規則的な微細な隆起の形態とは異なるようにされるべきである。

このような構成によれば、自励振動、共振波形、ガタッキおよび騒音の発生が最 少にされることになる。

フレーム構造体のセル間にプレートを配置することが有利である。

このようなプレートも上述の欠点を阻止するように寄与することになる。

本発明の一実施例にあっては、摩擦対偶要素のフレーム構造体は波形ストリップ から構成される。

このような摩擦対偶要素を自動車のブレーキドラムに用いる場合、該ストリップ は螺旋状に巻かれるべきである。

このような構成の摩擦対偶要素の利点としては、波形ストリップの製作が効率的 であり、かつ多くの労力を必要としないので、その摩擦対偶要素の製造が容易に 行い得る点が挙げられる。

また、波形ストリップの巻き間に平坦ストリップの巻きを介在させるべきである 。

このような構成によれば、ストリップの片寄りが排除され、これにより磨耗対偶 要素の製造品質が向上される。

フレーム構造体を少なくとも２つの共軸に配置されかつ反対方向に巻かれた部分 から構成することが更に有利である。

このような構成によれば、構成要素が軸線方向にバランスされて振動が減衰され 、これにより摩擦対偶要素の寿命が延ばされることになる。

摩擦対偶要素が自動車のブレーキディスク、タラッチデイスクに用いられる場合 、波形ストリップは半径方向周囲側に向かって増大するピッチでもって螺旋状に 巻かれるべきである。

かかる摩擦材料の巻き位置が摩擦面に作用する熱的および機械的応力に対応させ られるので、すなわちディスクの最大負荷領域では高密度にされ、その最少負荷 領域では低密度にされるので、摩擦面の磨滅に対して均一な抵抗力が与えらえる ことになる。

これは波形ストリップを半径方向周囲側に向かって増大するピッチおよび高さで 構成することによって達成される。

フレーム構造体を構成するストリップには溝が付けられるべきである。このよう な溝によってフレーム構造体の表面が増大されて、その剛性および強度が改善さ れる。

また、フレーム構造体を構成するストリップの少なくとも１つに穿孔を形成する ことが有利である。

このような穿孔はマトリックス中でのストリップの固着性を改善し、また熱発散 を促進させるので、摩擦対偶要素の寿命が延ばされることになる。

螺旋状の巻き方向については、摩擦対偶要素例えばブレーキディスクの回転方向 と一致させて、摩擦対偶要素に作動時に圧縮応力を及ぼすようにすることが特に 有利である。

図面の簡単な説明 本発明のその他の目的および利点については添付図面を参照する以下の実施例の 記載により明らかにされる。

第１図は本発明によるディスクブレーキを示し、第２図はディスクブレーキの平 面図、 第３図は摩擦面の部分断面図、 第４図はセル構造のフレーム構造体の斜視図、第５図は六角形状のセルを持つフ レーム構造体の摩擦面の部分平面図、 第６図は摩擦対偶要素の部分斜視図であって、その摩擦面上の微細な隆起を示す 図、 第７図は格子構造のフレーム構造体を持つ摩擦対偶要素の部分平面図、 第８図は格子構造のフレーム構造体を持つ摩擦対偶要素の部分断面図、 第９図は摩擦面の別の実施例を示す部分平面図、第１０図は三次元格子の形態に 構成されたフレーム構造体を持つ摩擦対偶要素の部分断面図、 第１１図は摩擦面上に異なったセル密度を有するフレーム構造体を持つブレーキ ディスクの平面図、第１２図は摩擦面上に異なった大きさのセルを有しかつその セル間にプレートを配置したフレーム構造体を持つブレーキディスクの平面図、 第１３図は両側の摩擦面上に異なった形態のセルを有するフレーム構造体を持つ ブレーキディスクの平面図、第１４図は第１３図のブレーキディスクの左側面図 、第１５図は第１３図のブレーキディスクの右側面図、第１６図は波形フレーム から構成されるフレーム構造体を持つブレーキドラム示し、 第１７図は２つの部分からなるフレーム構造体を示し、第１８図は反対方向に巻 かれた複数対のストリップから構成されるフレーム構造体を示し、 第１９図は平坦ストリップの巻きに巻かれた波形ストリップから構成されるフレ ーム構造体を示し、第２０図は穿孔を形成しかつ溝を付けたスロットからなるフ レーム構造体を持つ摩擦対偶要素の部分斜視図である。

発明を実施する最良の実施例 摩擦対偶の摩擦対偶要素は三次元のフレーム構造体１からなり（第１図、第２図 、第３図、第４図）、このフレーム構造体ｌは高熱伝導性を持つ材署から形成さ れたマトリックス２中に埋め込まれる。

フレーム構造体ｌはハニカム構造（第２図、第４図、第５図）、格子構造（第７ 図、第８図）あるいは三次元ネットワーク構造（第７図、第８図）等の形態とし て構成され得る。

また、フレーム構造体１は耐磨耗性材料から形成されるが、その強度、熱安定性 および磨耗抵抗は該フレーム構造体ｌを組み込むマトリックス２となる熱発散性 材料の強度、熱安定性および磨耗抵抗よりも大きなものとされる。

フレーム構造体ｌが自動車のブレーキドラムに用いられる場合には、それは鋼材 から形成されてよく、またマトリックス２はアルミニウムから形成され得る。

重負荷摩擦装置の場合には、フレーム構造体１およびマトリックス２はそれぞれ Ｍｏ−、Ｗ−系合金および銅から形成される。

フレーム構造体１は被覆３を存し、この被覆３はフレーム構造体１およびマトリ ックス２に対して充分な相容性を持ちしかも高熱伝導性を特徴とする材料から形 成される。

Ｆｅを基材とするフレーム構造体１とＡ１を基材とするマトリックス２との被覆 に対しては、銅の使用が有利である。

フレーム構造体１の正面側表面はマトリックス２から上方に部分的に盛り上がっ て該マトリックス２と共に摩擦面４を形成し、そこには耐磨耗材料の領域部分が 不連続に配置され、それら領域部分が摩擦対偶の作動時にその係合部分と接触さ せられる。

摩擦対偶要素に剛性を与えるために、フレーム構造体ｌを摩擦面に隣接して延在 させるだけでなく該摩擦対偶要素の全容積に亘って延在させてもよい。

フレーム構造体１によって占められる摩擦面４の面積はその全面積の３ないし７ ０％に亘り、それは実際上の保合面積に対応する。

好ましくは、摩擦対偶要素は強化鋳造物の形態で製造されるべきである。

また、摩擦対偶要素は焼結法あるいは溶射法によっても製造され得る。

フレーム構造体１にマトリックス２となる熱発散材料が充填された後、摩擦面４ は最終的な形状、寸法および粗さに仕上げ加工されるべきである。

その結果、摩擦面４は規則的な微細な隆起（ｍｉｃｒｏｒｅｌｉｅｆ）を持つ表 面形態となる。

ハニカム構造の形態とされたフレーム構造体ｌが用いラレる場合、摩擦面４は完 全に規則的な微細な隆起、例えば六角形の隆起を持つ表面形態となる（第２図、 第５図、第６図、第１１図、第１２図）。

自動車のブレーキディスクあるいはクラッチディスクに用いられる摩擦対偶要素 については、フレーム構造体１の正面側表面の面積が最大負荷領域から最小負荷 領域に向かう方向において比例的に減少するような構成とすることが最も有利で ある（第２図、第１１図、第１２図、第１３図、第１４図、第１５図、第１９図 ）。

周知のように、摩擦ディスクの磨耗面には双曲線形状が与えられ、このため圧力 が次第に減少することから、その摩擦面の保合箇所が回転軸線から遠のけば遠の く程、その変形および磨耗は減少することになる。

かくして、これらディスクにあっては、作動中に生じる応力はディスクの周囲方 向に向かって徐々に減少する。

フレーム構造体ｌの正面側表面の面積はかかる応力変動に応じて変化させてもよ く、このような面積変化については、フレーム構造体のセル５の寸法を変化させ ることによって、および／またはその肉厚６を変化させることによって、および ／またはセル５の密度を変化によって行われる。

２つの摩擦面４を備えた自動車用ブレーキディスクにあっては（第１３図）、各 摩擦面は規則的な微細な隆起に異なりた輪郭を与えるような異なった形状（例え ば、四角形および六角形）のセル５を持つフレーム構造体１によって補強される か（第１４図、第１５図）、あるいは振動を阻止すべくフレーム構造体１のセル ５間に半径方向に配置させられたプレート５によって付加的に補強される。

フレーム構造体１は耐磨耗性の異なった材料から構成されてもよい。すなわち、 最大負荷領域では、フレーム構造体１は最小領域と比較して一層大きな物理的か つ機械的特性を持つ材料から形成され得る。

また、フレーム構造体ｌは波形ストリップ８から構成されてもよい。摩擦対偶要 素がブレーキドラムに用いられるような場合、波形ストリップ８は通常は螺旋形 に巻かれ、その巻き間には平坦ストリップ９の巻きが介在させられる。

ストリップ８．９はその正面側表面が摩擦対偶要素の摩擦面４に向かうように配 向され、これにより該摩擦面上には規則的な微細な隆起が形成され、このとき該 隆起の幾何学的形状は上述のストリップ８．９によって画定される。

ブレーキドラムの場合、かかるフレーム構造体１は互いに共軸に配置されかつ反 対方向に巻かれた少なくとも２つの部分から構成される（第１７図、第１８図） 。

当該技術分野の当業者には容易に理解されるように、特許請求の範囲に記載され た摩擦対偶要素の構成はその使用条件によって決まり、この使用条件によりスト リップ８．９の肉厚およびその波形部分の寸法の選択が左右される。

摩擦対偶要素がブレーキディスクに用いられるような場合にも、波形ストリップ ８は螺旋状に巻かれるが、そのピッチは摩擦面４の種々の負荷領域の位置に対応 するようにその半径方向周囲側に向かって増大させられる（第１９図）。波形ス トリップ８０巻き方向は摩擦対偶要素の回転方向に一致すると共にその波形部の ピッチおよび高さは半径方向周囲側に向かって螺旋長に沿って増大する。波形ス トリップ８の巻き間には平坦ストリップ９の巻きが介在させられる。ストリップ ８．９はその正面側表面が摩擦面４に向かうように配向され、これにより該摩擦 面上には規則的な微細な隆起が形成され、このとき該隆起の幾何学的形状はスト リップ８．９で形成されたセル５の幾何学的形状によって画定される。

ストリップ８．９が螺旋状に巻かれる場合、それらの密度は半径方向において減 少させられる。

かくして、摩擦材料は摩擦面の負荷に応じて該摩擦面上に配分されることになる 。すなわち、最大負荷領域では一層大きな密度が与えられ、最小負荷領域では一 層小さな密度か与えられる。

マトリックス２中でのストリップ８．９の固定効果を改善するために該ストリッ プ８．９には孔が形成され、その穿孔１０はまた摩擦面４からマトリックス２の 材料中への熱除去過程を助長する（第２０図）。

ストリップ８．９の表面には溝１１が付けられ、これら溝１１によって補強フレ ーム構造体１の表面が拡大されて、その剛性および強度が改善される。

一例として、自動車のブレーキドラムすなわち２つの摩擦面４を有するディスク を用いた場合の作動について以下に説明する。これら摩擦面はブレーキブロック の圧力Ｐに相当する力の作用を受ける。２つの摩擦面４はその最も盛り上がった 部分でもってブレーギブロックと係合する。特許請求の範囲に記載された摩擦対 偶要素では、それら最も盛り上がった部分はフレーム構造体１の正面側表面に相 当し、これら正面側表面はマトリックス２０表面から上方に不連続に盛り上がっ て規則的な微細な隆起を形成する。

ブレーキ作動中、摩擦面４には熱が発生するが、この熱はマトリックス２の熱発 散材料を通してフレーム構造体１から除去される。このような過程はマトリック ス２の熱伝導材料との相容性と高熱伝導性とを特徴としかつフレーム構造体１に 適用し得る被覆３によって助長される。被覆３はフレーム構造体ｌとマトリック ス２との間の熱的障壁を排除し、これにより摩擦対偶要素の全容積を通して熱が 発散されることになる。

以上に提案された摩擦対偶要素は支持構造物としても用いられ得るものであり、 例えば上述のように構成されかつ機能する摩擦面を持つ軸受スリーブとして利用 可能である。

摩擦材料を摩擦面上に不連続にしかも規則的に配置することによって、またマト リックスの熱発散材料を通して熱伝導冷却を行うことによって、温度パターンお よび耐磨耗性が安定化され、これにより摩擦対偶要素の寿命が延ばされることに なる。

産業上の利用可能性 本発明は特に自動車のブレーキ機構、クラッチディスク、種々の支持構造物等に 用いられる。

剛 ｍ５ １１（Ｊ、１２ ｆｆ７：１４　　　　　　ｆｌｊｊ、１３　　　　　ｆＴｊ、１５ｆｌ（Ｊ、１ ７ Ｆｌ（１１Ｂ ＦＩｆ３．ＩＱ ／１１１１ａ７ 国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．高熱伝導率材料からなるマトリックス（２）に埋め込まれた三次元のフレー ム構造体（１）と、摩擦面（４）とからなる摩擦対偶の摩擦対偶要素において、 前記フレーム構造体（１）が耐磨耗性材料から形成され、しかも少なくとも前記 摩擦面の領域に配置されて、該摩擦表面には前記マトリックスの表面から上方に 盛り上がった前記フレーム構造体の正面と該マトリックスとによって規則的な微 細な隆起が形成されることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
2. ２．請求項１に記載に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記フレー ム構造体（１）がセル構造の形態に構成されることを特徴とする摩擦対偶の摩擦 対偶要素。
3. ３．請求項２に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記摩擦面（４） の規則的な微細な隆起がセル形状を呈することを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶 要素。
4. ４．請求項１から３のいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、 前記フレーム構造体（１）の正面側表面の面積が最大負荷領域から最小負荷領域 に向かう方向に沿って比例的に減少させられることを特徴とする摩擦対偶の摩擦 対偶要素。
5. ５．請求項４に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記フレーム構造 体（１）のセル（５）の寸法が最大負荷領域から最小負荷領域に向かう方向に沿 って比例的に減少させられることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
6. ６．請求項４に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記フレーム構造 体（１）の正面側表面が最大負荷領域から最小負荷領域に向かう方向に沿って変 化した肉厚を持つように形成されることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
7. ７．請求項４に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記フレーム構造 体（１）のセル（５）が最大負荷領域から最小負荷領域に向かう方向に沿って比 例的に変化する密度でもって配置されることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要 素。
8. ８．請求項１から８までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素におい て、上述の第１の摩擦面（４）の規則的な微細な隆起とは異なった形態の規則的 な微細な隆起を持つ付加的な摩擦面（４）が設けられることを特徴とする摩擦対 偶の摩擦対偶要素。
9. ９．請求項８に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記摩擦面（４） 上で前記フレーム構造体（１）のセル（５）間にプレート（７）が設けられるこ とを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
10. １０．請求項１から９までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素にお いて、前記フレーム構造体（１）が耐磨耗性の異なった材料から形成され、最大 負荷領域での材料が最小負荷領域での材料よりも大きな耐磨耗性を持つことを特 徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
11. １１．請求項１から８および１０までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対 偶要素において、前記フレーム構造体（１）が波形ストリップ（８）からなるこ とを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
12. １２．請求項１１に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記波形スト リップ（８）が螺旋状に巻かれることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
13. １３．請求項１２に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記波形スト リップ（８）の巻き間に平坦ストリップ（９）の巻きが介在されることを特徴と する摩擦対偶の摩擦対偶要素。
14. １４．請求項１１から１３までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素 において、前記フレーム構造体（１）が少なくとも２つの共軸に配置されかつ反 対方向に巻かれた部分から構成されることを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素 。
15. １５．請求項１１に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記波形スト リップ（８）が螺旋状に巻かれ、その巻きピッチがその半径方向周囲側に向かっ て増大することを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
16. １６．請求項１５に記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素において、前記波形スト リップ（８）の波形部のピッチおよび高さがその螺旋周囲に向かう半径方向にお いてその長さに沿って増大することを特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
17. １７．請求項１５および１６のいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素に おいて、螺旋巻き方向が摩擦対偶要素の回転方向に一致することを特徴とする摩 擦対偶の摩擦対偶要素。
18. １８．請求項１１から１７までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素 において、前記ストリップ（８、９）には溝（１１）が付けられることを特徴と する摩擦対偶の摩擦対偶要素。
19. １９．請求項１１から１９までのいずれかに記載された摩擦対偶の摩擦対偶要素 において、前記ストリップ（８、９）の少なくとも一方に穿孔が形成されること を特徴とする摩擦対偶の摩擦対偶要素。
20. ２０．請求項１から１１および１５から１９までのいずれかに記載された摩擦対 偶の摩擦対偶要素から構成された自動車のブレーキディスク。
21. ２１．請求項１から７および１１から１４までのいずれかに記載された摩擦対偶 の摩擦対偶要素から構成された自動車のブレーキドラム。
22. ２２．請求項１から１１および１５から１９までのいずれかに記載された摩擦対 偶の摩擦対偶要素からなる摩擦ディスクを用いる摩擦クラッチ。