JPH11303914A

JPH11303914A - 摩擦ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH11303914A
Application number: JP10790098A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yoshikawa; 英夫吉川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】回転運動又は直線運動をする金属製制動対象
物と、金属製ブレーキシューと、同ブレーキシューの上
記制動対象物の側に密着させてある耐摩擦材からなるラ
イニングとを備え、ブレーキシューを制動対象物の方へ
押し、ライニングを制動対象物に当接させて、制動対象
物の回転運動又は直線運動を止める摩擦ブレーキ装置に
おいて、ブレーキ鳴きと呼ばれる高周波騒音を防止す
る。【解決手段】上記ライニングの中に金属又は非金属の
板状、棒状、線状、又は繊維状等の熱伝導体を埋設し、
これらの熱伝導体の端部を、ライニングの制動対象物側
及びブレーキシュー側の両方又は一方の表面に同一表面
的に露出させ、作動時に発生しライニングに蓄積される
熱を、上記熱伝導体及びその露出端を介して制動対象物
或いはブレーキシューへ放散させて、ブレーキ鳴きの原
因と考えられるライニングの温度上昇を抑制し、ブレー
キ鳴きを防止する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、車
両、特殊車両、自転車などの交通機械、或いは産業機
械、事務機械に用いられるドラムブレーキ、ディスクブ
レーキ、帯ブレーキ、ネジブレーキ等の摩擦ブレーキ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は一般的なドラムブレーキの断面
図である。図において、１は車軸と共に回転するドラム
であり、回転方向は右回りあるいは左回りのいずれの場
合もある。２はブレーキシューであり、その一端部のア
ンカピン６によって、固定部に対して回動可能に支持さ
れている。３は上記ブレーキシューの上記ドラム側の表
面に取り付けられているライニングであり、上記ドラム
の内面に接触する部分である。４はブレーキシュー２と
ライニング３とが一体となったものをドラム１の内面に
押し付けるための油圧シリンダである。油圧シリンダの
代わりに空気圧シリンダを用いる場合もある。５は油圧
シリンダの押圧がない時にブレーキシュー２を引きライ
ニング３をドラム１から引き離すためのスプリングであ
る。

【０００３】上記ブレーキ装置において、油圧シリンダ
４が作動すると、ブレーキシュー２はアンカピン６を支
点として回動し、ライニング３がドラム１の内面に接触
して制動作用が発揮される。油圧シリンダ４の作動が中
止されると、スプリング５の作用によってライニング３
はドラム１の内面から離れ、制動作用がなくなる。

【０００４】従来のブレーキ装置ではその作動中に、い
わゆる「ブレーキの鳴き」と呼ばれる高周波騒音を発し
ていた。これを防止するために、多くの研究がなされて
きた。この研究は、ライニングの摺動速度ｖに対する摩
擦係数μの変化率が負になる時、即ちライニングの摺動
速度ｖが大になるにつれて摩擦係数μが減少する時に自
励振動により高周波音が発生するという、学界で広く認
められている前提で進められている。このため、ブレー
キシューの材質や表面粗さの選択に主眼をおいて研究が
進められてきた。

【０００５】図１４は、従来の研究成果を盛り込んで実
用されているブレーキシュー及びライニングの例であ
り、図１３のＺ部の部分拡大断面図である。図におい
て、ブレーキシュー２は鋼板製又は鋳造品である。ライ
ニング３はアラミド繊維、アスベスト、グラファイト粒
子、ガラス繊維等を混合し、アラミド繊維等の有機繊維
と複合させて成形されている。ライニングはブレーキシ
ューに、ボルト７等接合材で取り付けるか、または接着
材で貼り付けてある。

【０００６】また上記の研究のほか、ライニング及びシ
ューの構造体とが連成振動するとしてモデル化した解析
によって、これら各部の剛性を変化させたブレーキ装置
も用いられている。しかし、上記の種々の研究結果やそ
れらの組み合わせによっても、未だこの「ブレーキの鳴
き」を防止する完全な手段は得られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ライニングは、アラミ
ド繊維、アスベスト、グラファイト粒子、ガラス繊維等
からなる複合材である。個々の構成成分によって熱伝導
率がそれぞれ異なり、放熱量も異なるので、微細に見る
と局部的な温度の分布が異なる。その結果、局部的な異
常高温が発生した微細な部分が局部的に溶融し或いは剥
離が起こる。そこで摺動速度の増加に対する固体摩擦係
数の減少が起こる。即ち、ライニングの表層の一部が局
部的に溶融或いは剥離し、完全な固体摩擦ではなく、部
分的に溶融物が介在した摩擦、あるいは固体剥離片が介
在した摩擦となるため、摩擦係数が減少する。したがっ
て、ライニングの表層部に熱の蓄積が生じないようにす
れば、溶融・剥離が起こらず、摩擦係数の減少もなくな
り、ブレーキ鳴きも防止されることになる。

【０００８】本発明は、従来のブレーキ装置の欠点を解
消するために成されたものであって、ブレーキドラムと
ライニングとの間に発生し、特にライニングの表層部に
蓄積される熱が「ブレーキの鳴き」の原因であるという
見解に基づいてなされたものである。即ち、ライニング
表層の熱を熱伝導によって、ブレーキシュー、ブレーキ
ドラムの一方又は両方へ伝達し拡散させ、ライニング表
層部の熱の蓄積を低減させて、温度の低下を図り、局部
溶融或いは剥離を防止し、摺動速度に対する摩擦係数の
減少を防ぐことによって、「ブレーキ鳴き」を防止しよ
うとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したものであって、回転運動又は直線運動をする金属製
制動対象物と、金属製ブレーキシューと、同ブレーキシ
ューの上記制動対象物の側に密着させてある耐摩擦材か
らなるライニングとを備え、ブレーキシューを制動対象
物の方へ押し、ライニングを制動対象物に当接させて、
制動対象物の回転運動又は直線運動を止める摩擦ブレー
キ装置において、次の特徴を有する摩擦ブレーキ装置に
関するものである。

【００１０】（１）上記ライニングの中に金属又は非
金属の板状、棒状、線状、又は繊維状等の熱伝導体を埋
設し、これらの熱伝導体の端部を、ライニングの制動対
象物側及びブレーキシュー側の両方又は一方の表面に同
一表面的に露出させ、作動時に発生しライニングに蓄積
される熱を、上記熱伝導体及びその露出端を介して制動
対象物或いはブレーキシューへ放散させてライニングの
温度上昇を抑制し、ブレーキ鳴きと呼ばれる高周波騒音
を防止する。

【００１１】（２）上記（１）項に記載の摩擦ブレー
キ装置において、上記ライニングの本体部の材料はアス
ベスト材、有機材、又は焼結材に、グラファイト粒子又
はガラス繊維の両方または一方を混入したものから成
り、上記の埋設する熱伝導体は板状、棒状、線状、繊維
状、もしくはフエルト状の鋼、アルミニウム合金、銅、
もしくはチタン、又はフエルト状、もしくはマット状の
炭素繊維から成り、同熱伝導体は予め埋設状態にしてか
らライニング本体部材料を固形化して成形するか、既に
固形化し成形されたライニング本体部材料の中に熱伝導
体を埋設する孔を設け熱伝導材を挿入し接着材を用いて
固着する。

【００１２】上記装置において、熱伝導体は当接する相
手側の金属製制動対象物又は金属製ブレーキシューへラ
イニングの熱を放散してライニングの温度上昇を抑制
し、ライニングの溶融・剥離を防止する。その結果、溶
融・剥離によって生じていた摺動速度に対する摩擦係数
の減少を防ぎ、これによってブレーキ鳴きと呼ばれる高
周波騒音を防止する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の第１形態に
係る摩擦ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）
は図１３のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＩ
−Ｉ断面図である。図において、１は従来技術と同じ金
属製のブレーキドラム、２は従来技術と同じ金属製のブ
レーキシュー、３０は従来技術と同じ材料で製作されて
いるライニングの本体部である。３１は同ライニング本
体部に埋設された板状の熱伝導体である。ライニング本
体部３０と熱伝導体３１とからライニング３が形成され
ている。熱伝導体３１としては、鉄系金属、非鉄系金
属、または炭素繊維が用いられる。鉄系金属板として
は、鋼板、ステンレス鋼板が用いられ、非鉄系金属とし
ては、アルミ合金、銅またはチタンの板が用いられる。
炭素繊維としては、フェルト状のもの、又はマット状の
ものが用いられる。

【００１４】これらの熱伝導体を埋設する手段として
は、予め埋設状態にしてからライニングを固形化し成形
するか、既に固形化し成形されたライニングの中に熱伝
導体を埋設する孔を穿設し、その中へ熱伝導体を接着材
を用いて埋設固着する。このようにして形成されたライ
ニング３をブレーキシュー２に接着材を用いて貼り付け
る。ボルト等で取り付けてもよい。熱伝導体３１はライ
ニング３の表層部の熱をブレーキシュー２及びブレーキ
ドラム１へ放散させるために埋設するものであるから、
熱伝導体３１の端面とブレーキシュー２及びブレーキド
ラム１とが確実に接触していることが必要である。この
目的を達成するため、熱伝導体３１の端面がライニング
のブレーキシュー側及びドラム側の表面に同一表面的に
露出するよう埋設する。この実施形態では、熱伝導体は
ブレーキシュー側及びドラム側の両側へ露出するものを
示したが、一方の側にのみ露出させてあってもよい。

【００１５】図２は本発明の実施の第２形態に係る摩擦
ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）は図１３
のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のII−II断面
図である。図において、３２はライニング本体部３０に
埋設された板状の熱伝導体であり、板を折り曲げた形状
のものである。ライニング本体部３０と熱伝導体３２と
からライニング３が形成されている。熱伝導体３２とし
ては、第１実施形態と同様の鉄系金属、非鉄系金属、ま
たは炭素繊維が用いられる。これらの熱伝導体の埋設手
段も第１実施形態と同様である。板状の熱伝導体３２を
折り曲げ形状としている理由は、ライニング本体部３０
と熱伝導体３２との接触面積の増加を図るためである。
上記以外の部分の構成及び製作法は第１実施形態と同じ
である。

【００１６】図３は本発明の実施の第３形態に係る摩擦
ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）は図１３
のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）の III−III
断面図である。図において、３３は板状の熱伝導性連結
体である。これは熱の放散部において、熱を均一に放散
させるために設けられたものであり、熱伝導体３１と同
様の材料で製作されたものである。上記以外の部分の構
成及び製作法は第１実施形態と同じである。

【００１７】図４は本発明の実施の第４形態に係る摩擦
ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）は図１３
のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面
図である。図において、３４は第３実施形態の熱伝導性
連結体３３と同様のものであるが、その位置が変更され
ている。また形状は、板状であっても棒状であってもよ
い。これは、熱蓄積部における熱の蓄積のアンバランス
を解消して、均一な放熱を行わせるために設けられたも
のである。上記以外の部分の構成及び製作法は第１実施
形態と同じである。

【００１８】図５は本発明の実施の第５形態に係る摩擦
ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）は図１３
のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面
図である。図において、３５は棒状の熱伝導体である。
棒の代わりに針金を用いてもよい。その場合は熱伝導体
の数を増やすとよい。上記以外の部分の構成及び製作法
は第１実施形態と同じである。特に本実施形態の場合
は、予め固形化されたライニングに、熱伝導体を挿入す
る孔を穿設し、そこに熱伝導体を接着材を介して挿入・
固定することができる。

【００１９】図６は本発明の実施の第６形態に係る摩擦
ブレーキ装置の部分断面図であり、図の（ａ）は図１３
のＺ部相当部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）のVI−VI断面
図である。図において、３６は熱伝導体の金属・非金属
の細線或いは繊維である。上記以外の部分の構成は第１
実施形態と同じである。本実施形態の場合の熱伝導体埋
設方法は、固形化していないライニングの中に埋設状態
にした後、ライニングを固形化し成形するものである。

【００２０】以上６種類の実施形態について述べた。し
かしながら、本発明は上記の実施形態に限定されるもの
ではなく、ライニングに蓄積される熱を放散させるとい
う本発明の基本精神を逸脱しない範囲で、例えば上記の
各実施形態に示した個々の要素を組み合わせるなどし
て、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【００２１】次に従来の摩擦ブレーキ装置と本発明の摩
擦ブレーキ装置との実験による高周波騒音発生比較試験
の結果について述べる。図７は摩擦力測定装置の正面図
である。図において５０は回転軸によって回転可能に保
持された鋼製円筒、５１は同円筒の外周に当接する試験
片、５２は鋼製の試験片ホルダ、５３は同試験片ホルダ
の下面に取り付けられているナイフエッジ、５４はナイ
フエッジに上向きの荷重を加える負荷レバー、５５は摩
擦力測定レバー、５６は同摩擦力測定レバーに設けられ
上記の負荷レバーを支えるナイフエッジ、５７は摩擦力
測定レバーの調節用分銅、５８は負荷レバー５４の端部
に吊り下げられた荷重設定用重錘、５９は摩擦力測定レ
バー５５の端部に吊り下げられた摩擦力測定用重錘であ
る。

【００２２】この装置において、鋼製円筒が回転し、荷
重設定用重錘によって試験片に荷重がかけられると、試
験片接触部に生じた摩擦力Ｆはナイフエッジ及び負荷レ
バーを介して摩擦力測定レバーに伝わる。摩擦力測定レ
バーはナイフエッジ５６の下端を中心として左右の釣合
いを調節用分銅５７によって調節して取り付けられてい
るが、鋼製円筒の回転によって生じた摩擦力Ｆによっ
て、負荷レバーに横方向の力ｆがかかり、摩擦力測定レ
バー５５は重錘側が持ち上がる方に傾く。この時、摩擦
力測定用重錘に図示していない別の重錘を追加し、摩擦
力測定レバーが逆方向に傾いた瞬間の重錘の数値で摩擦
力を知ることができる。

【００２３】図８は上記測定装置の試験片付近の拡大図
である。この装置では、直径２９．２ｍｍの鋼製円筒５
０をブレーキドラムと見做して４８０ｒｐｍで回転させ
摺動面速度が１．２４ｍ／ｓとなるようにし、これにラ
イニングの試験片５１を５６ｋｇの荷重を掛けて押し付
けて平均面圧０．２２ｋｇ／ｍｍ²を実現し、実物とほ
ぼ同じ条件で試験ができるようにしたものである。温度
は試験片の中央部の温度測定点６０で測定するようにし
た。実物のドラムブレーキは、ドラムの内面にライニン
グを押しつけるが、実験ではドラムの外面にライニング
を押しつけるようにしている。このようにしても試験片
の表面に摺動摩擦が生ずればよいのであるから、摺動面
の湾曲方向の違いは問題ではなく、実物を模擬している
ことには変わりはない。

【００２４】図９はこの試験に使用した試験片Ａの２面
図である。これはアラミド繊維にグラファイト粉とガラ
ス繊維片とを混入して接着材で固めて製作された現在実
用されているライニングより切り出したものであり、従
来技術を模擬したものである。試験片の寸法は図示のよ
うに、高さ１２．５ｍｍ、幅１２．５ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍである。

【００２５】図１０はこの試験に使用した試験片Ｂの２
面図である。これは上記と同じく現在実用されているラ
イニングより切り出したものに、１ｍｍ径の針金６１を
８本埋設したものである。埋設方法は上記切り出したラ
イニングに埋設用の孔を穿設し針金を挿入し接着材を用
いて固着した。これは本発明の第５実施形態のライニン
グを模擬したものである。試験片Ｂの寸法は試験片Ａの
寸法と同じである。

【００２６】図１１は上記試験片Ａ，Ｂを用いて行った
試験における、経過時間と試験片温度との関係図であ
る。試験片Ａ（従来型）は音圧レベル１１５ｄＢで高周
波騒音を伴う騒音を発生しブレーキ鳴きが有った。ま
た、２２０°Ｃのほぼ平衡温度に達するまでに約５０分
を要し、局部温度の変動の振幅も大きかった。

【００２７】一方、試験片Ｂ（本発明）は音圧レベルは
６５ｄＢであり、高周波騒音の発生は無かった。また、
最大温度１６５°Ｃの平衡温度に達するまでに約２０分
しかかからず、局部温度の変動振幅も比較的小さく、温
度の均一性が保たれることが明らかとなった。

【００２８】図１２は上記試験による摺動速度に対する
摩擦係数μの関係図である。試験片Ａにおいては、速度
増加に対する摩擦係数の減少があり、ブレーキ鳴きが生
じていたが、試験片Ｂにおいては、速度増加につれて摩
擦係数も増加し、かつブレーキ鳴きも生じなかった。

【００２９】以上に述べた試験結果を検討した結果、次
の結論に達した。即ち、試験片Ａ（従来型）において
は、図１１に見られるように、温度の変動が大きいとい
う現象によって、ライニングの表面に局部的な異常高温
による局部的溶融や剥離が生じ、その際間欠的な物体移
動による局部的熱放散が起こっていると推測された。こ
の局部的溶融や剥離が、図１２に見られるような摺動速
度に対する摩擦係数の減少の原因であることは容易に推
定されることである。この摩擦係数の減少によってブレ
ーキ鳴きが生じているものと推測された。

【００３０】一方試験片Ｂ（本発明）においては、熱伝
導体（針金６１）の作用によって定常的に熱が放散され
るため、局部的異常高温が発生せず、局部的溶融や剥離
が起こらず、その結果、図１１にみるように、温度変化
がなだらかであり、従って図１２にみるように、局部的
溶融や剥離に起因して起こる摺動速度に対する摩擦係数
の減少も生じておらず、従って、ブレーキ鳴きも生じな
かったと推測された。

【００３１】この検討結果によって、熱伝導体はライニ
ングの熱の放散に効果があり、熱を放散させることによ
って局部的溶融や剥離、及びそれに起因する摺動速度に
対する摩擦係数の減少も防止できるので、「ブレーキ鳴
き」を止める手段として有効であるとの結論が得られ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明の摩擦ブレーキ装置においては、
ライニングの中に金属又は非金属の板状、棒状、線状、
又は繊維状等の熱伝導体を埋設し、これらの熱伝導体の
端部を、ライニングの制動対象物側及びブレーキシュー
側の両方又は一方の表面に同一表面的に露出させ、作動
時に発生しライニングに蓄積される熱を、上記熱伝導体
及びその露出端を介して制動対象物或いはブレーキシュ
ーへ放散させてライニングの温度上昇を抑制しているの
で、ブレーキ鳴きと呼ばれる高周波騒音を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図４】本発明の実施の第４形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図５】本発明の実施の第５形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図６】本発明の実施の第６形態に係る摩擦ブレーキ装
置の部分断面図である。

【図７】本発明の有効性を確認するために用いた摩擦力
測定装置の正面図である。

【図８】上記測定装置の試験片付近の拡大図である。

【図９】上記試験に使用した試験片Ａ（従来型）の２面
図である。

【図１０】上記試験に使用した試験片Ｂ（本発明）の２
面図である。

【図１１】上記試験片Ａ，Ｂを用いて行った試験におけ
る、経過時間と試験片温度との関係図である。

【図１２】上記試験による摺動速度に対する摩擦係数μ
の関係図である。

【図１３】一般的なドラムブレーキ装置の断面図であ
る。

【図１４】従来の摩擦ブレーキ装置の部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１回転ドラム２ブレーキシュー３ライニング４油圧シリンダ５スプリング６アンカピン７ボルト３０ライニング材本体部３１板状の熱伝導体３２折り曲げた板状の熱伝導体３３熱伝導性連結体３４熱伝導性連結体３５棒状の熱伝導体３６線状の熱伝導体５０鋼製円筒５１試験片５２試験片ホルダ５３ナイフエッジ５４負荷レバー５５摩擦力測定レバー５６ナイフエッジ５７調節用分銅５８荷重設定用重錘５９摩擦力測定用重錘６０温度測定点６１針金

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転運動又は直線運動をする金属製制動
対象物と、金属製ブレーキシューと、同ブレーキシュー
の上記制動対象物の側に密着させてある耐摩擦材からな
るライニングとを備え、ブレーキシューを制動対象物の
方へ押し、ライニングを制動対象物に当接させて、制動
対象物の回転運動又は直線運動を止める摩擦ブレーキ装
置において、上記ライニングの中に金属又は非金属の板
状、棒状、線状、又は繊維状等の熱伝導体を埋設し、こ
れらの熱伝導体の端部を、ライニングの制動対象物側及
びブレーキシュー側の両方又は一方の表面に同一表面的
に露出させ、作動時に発生しライニングに蓄積される熱
を、上記熱伝導体及びその露出端を介して制動対象物或
いはブレーキシューへ放散させてライニングの温度上昇
を抑制し、ブレーキ鳴きと呼ばれる高周波騒音を防止す
ることを特徴とする摩擦ブレーキ装置。
【請求項２】上記ライニングの本体部の材料はアスベ
スト材、有機材、又は焼結材に、グラファイト粒子又は
ガラス繊維の両方または一方を混入したものから成り、
上記の埋設する熱伝導体は板状、棒状、線状、繊維状、
もしくはフエルト状の鋼、アルミニウム合金、銅、もし
くはチタン、又はフエルト状、もしくはマット状の炭素
繊維から成り、同熱伝導体は予め埋設状態にしてからラ
イニング本体部材料を固形化して成形するか、既に固形
化し成形されたライニング本体部材料の中に熱伝導体を
埋設する孔を設け熱伝導材を挿入し接着材を用いて固着
することを特徴とする請求項１に記載の摩擦ブレーキ装
置。