JPWO2010146646A1 - 摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置 - Google Patents

摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置 Download PDF

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Abstract

硬質粒子102の移動を抑制する型302内に、複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置し、型302内に配置された硬質粒子102を樹脂103により固定して摩擦面101を形成する。このため、摩擦面101に複数の硬質粒子102が配列されたパッド100aをより容易に製造することができる。

Description

本発明は摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置に関し、特に、摩擦面を有する摩擦材の製造方法、摩擦面を有する摩擦材及び摩擦面を有する一対の摩擦材を備えた制動装置に関するものである。
従来の自動車用ブレーキのパッド及びロータ(ディスク)からなる制動装置は、相対的に硬いものと柔らかいものとの組合せである。そのため、従来の制動装置は、ブレーキの効きが悪いか、どちらかが摩耗し易いという問題がある。例えば、柔らかい樹脂系成分からなるノンスチールパッドと、より硬い鋳鉄ロータとを組み合わせて、凝着摩擦により摩擦力を発生させる制動装置では、ブレーキの効きが悪いという問題がある。また、硬いスチール繊維からなるロースチールパッドと、より柔らかい鋳鉄ロータとを組み合わせて、アブレーシブ摩擦により摩擦力を発生させる制動装置では、ロータの摩耗が多いという問題がある。
そこで、例えば、特許文献1には、耐磨耗性を向上させるために、複合炭素繊維であるC/Cコンポジットの母材の表面に、少なくとも炭化珪素と金属珪素とからなり、耐磨耗性に優れる複合材部を所定の割合で配置させて形成することにより製造されたブレーキ用パッド、ブレーキ用ディスク及び同パッドからなるブレーキが開示されている。
特開2002−257168号公報
上記のようにパッドとディスクとの両方に硬質材を配置した制動装置では、パッドとディスクとの両方共に摩耗が非常に少ない利点がある。そのため、上記のような摩擦材をより容易に製造する方法が望まれている。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、摩擦面に硬質部材を配置した摩擦材をより容易に製造することができる摩擦材の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、摩擦面に硬質部材が配置されており、より容易に製造することができる摩擦材及び制動装置を提供することにある。
本発明は、摩擦面に複数の硬質部材が配列された摩擦材の製造方法であって、硬質部材の移動を抑制する枠内に、複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程と、枠内に配置された硬質部材を連結材により固定して摩擦面を形成する工程とを含む摩擦材の製造方法である。
この構成によれば、硬質部材の移動を抑制する枠内に、複数の硬質部材を互いに接触するように配置し、枠内に配置された硬質部材を連結材により固定して摩擦面を形成するため、摩擦面に複数の硬質部材が配列された摩擦材をより容易に製造することができる。
この場合、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、同じ大きさの球状をなす硬質部材を、少なくとも2層の六方格子状の配列となるように配置することが好適である。
この構成によれば、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程で、同じ大きさの球状をなす硬質部材を、少なくとも2層の六方格子状の配列となるように配置するため、硬質部材を最も高い密度で複数層にわたり配置することが容易である。そのため、大きな摩擦力を生じる摩擦材を容易に製造することができる。
また、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、表面に所定の厚さの被膜が設けられた同じ大きさの球状をなす硬質部材を互いに接触するように配置するものとできる。
この構成によれば、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程で、表面に所定の厚さの被膜が設けられた同じ大きさの球状をなす硬質部材を互いに接触するように配置するため、硬質部材を被膜の厚さの2倍の間隔で配置することが容易となる。そのため、所定の間隔をおいて硬質部材が配置された摩擦面を有する摩擦材をより容易に製造することができる。
また、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、枠内に流体と硬質部材とを混合しつつ入れた後に、流体を加圧し、流体の少なくとも一部を枠内より排出することにより、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置することが好適である。
この構成によれば、枠内に複数の硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、枠内に流体と硬質部材とを混合しつつ入れた後に、流体を加圧し、流体の少なくとも一部を枠内より排出するため、流体による潤滑作用により、硬質部材を互いに接触するように配置することが容易となる。
この場合、流体は連結材であることが好適である。
この構成では、硬質部材同士の潤滑性を高めるための流体を連結材と兼ねることができるため、工程が簡略化され、摩擦材の製造がより容易となる。
また、本発明は、摩擦面に複数の硬質部材が配列された摩擦材の製造方法であって、枠内に複数の硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程と、枠内に配置された硬質部材を連結材により固定して摩擦面を形成する工程とを含む摩擦材の製造方法である。
この構成によれば、枠内に複数の硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置し、枠内に配置された硬質部材を連結材により固定して摩擦面を形成するため、硬質部材が所望の密度で不規則に分散されて配置された摩擦面を有する摩擦材をより容易に製造することができる。
この場合、枠内に複数の硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程では、硬質部材を入れた枠を回転させることにより、枠内に硬質部材を分散させて配置することが好適である。
この構成によれば、枠内に複数の硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程で、硬質部材を入れた枠を回転させることにより、枠内に硬質部材を分散させて配置するため、重力の影響による移動量を低減して硬質部材を分散させることを容易に実施できる。
また、上記本発明の製造方法により製造された摩擦材は、摩擦面に硬質部材が配置されており、より容易に製造することができる。
また、上記本発明の製造方法により製造された第1の摩擦材と第2の摩擦材とを備え、第1の摩擦材の摩擦面に対して第2の摩擦材の摩擦面が移動する制動装置は、摩擦面に硬質部材が配置されており、より容易に製造することができる。
この場合、第2の摩擦材が回転することにより、第2の摩擦材の摩擦面は第1の摩擦材の摩擦面に対して移動するものとできる。
この構成によれば、例えば、第1の摩擦材をブレーキパッド、第2の摩擦材をブレーキディスクあるいはブレーキドラムとして、本発明の制動装置を自動車用として適用することができる。
また、本発明は、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた摩擦材である。
この構成によれば、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれているため、硬質部材の配置が容易であり、より容易に製造することができる。
この場合、摩擦面において、硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されていることが好適である。
この構成によれば、摩擦面において、硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されているため、硬質部材を最も高い密度で配置することが容易である。そのため、容易に製造することができ、大きな摩擦力を生じる摩擦材とできる。
また、本発明は、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第1の摩擦材と、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第2の摩擦材とを備え、第1の摩擦材の摩擦面に対して第2の摩擦材の摩擦面が移動する制動装置である。
この構成によれば、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第1の摩擦材と、摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第2の摩擦材とを備え、第1の摩擦材の摩擦面に対して第2の摩擦材の摩擦面が移動するため、容易に製造することができ、大きな摩擦力を生じる制動装置とできる。
この場合、摩擦面において、硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されていることが好適である。
この構成によれば、擦面において、硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されているため、硬質部材を最も高い密度で配置することが容易である。そのため、容易に製造することができ、大きな摩擦力を生じる摩擦材とできる。
また、第2の摩擦材が回転することにより、第2の摩擦材の摩擦面は第1の摩擦材の摩擦面に対して移動するものとできる。
この構成によれば、例えば、第1の摩擦材をブレーキパッド、第2の摩擦材をブレーキディスクあるいはブレーキドラムとして、本発明の制動装置を自動車用として適用することができる。
本発明の摩擦材の製造方法によれば、摩擦面に硬質部材を配置した摩擦材をより容易に製造することができる。また、本発明の摩擦材及び制動装置は、摩擦面に硬質部材が配置されており、より容易に製造できる。
第1実施形態に係るパッドとディスクとを示す斜視図である。 第1実施形態に係るパッドの摩擦面を示す平面図である。 (A)〜(E)は、第1実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。 (A)〜(C)は、第2実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。 (A)〜(D)は、第3実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。 (A)〜(C)は、第4実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。 (A)〜(F)は、第5実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る制動装置を説明する。
本発明の第1実施形態では、本発明に係る制動装置を、自動車のディスクブレーキに適用する。図1に示すように、ディスクブレーキは、パッド100aが回転するディスク200aに押圧されることにより摩擦力を生じる。
図1のy方向から見たパッド100aの平面視である図2に示すように、パッド100aの摩擦面101には、複数の同じ大きさの球状の硬質粒子102が六方格子状に配列されている。硬質粒子は、樹脂等により弾性的に摩擦面101に支持されている。硬質粒子102は、少なくともその一部が摩擦面101から露出している。
硬質粒子102の直径は5〜20μmであり、より好ましくは8〜15μmである。硬質粒子102は、Si、Al、ZrO等のセラミックスからなる。また、ディスク200aにおいても、摩擦面201上に同様の硬質粒子102が配列されている。
以下、本実施形態のパッド100aの製造方法について説明する。図3(A)に示すように、容器301内において、高温で液化した樹脂(ゴム又は樹脂等の樹脂系の有機成分を50%以上含む混合材)103と硬質粒子102とが混合される。
図3(B)(C)に示すように、硬質粒子102の直径よりも小さな穴が複数設けられた穴部303を有する型302に、硬質粒子102と樹脂103との混合物が流し込まれる。型302の底面積と容積は、硬質粒子102の数量に応じて、硬質粒子102が型302内において2層以上に積層するように設定されている。
図3(D)に示すように、樹脂103がある程度の粘度を持つ温度に制御されながら、加圧シリンダー304により、硬質粒子102と樹脂103との混合物に高圧がかけられる。その結果、穴部303より余分な樹脂103が排出される。
図3(E)に示すように、最終的に硬質粒子102が最も密度の高くなる六方格子状に整列し、硬質粒子102それぞれの間に樹脂103が残る。樹脂103が冷却された後、熱処理等が施され、樹脂103が完全に硬化される。
本実施形態では、硬質粒子102の移動を抑制する型302内に、複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置し、型302内に配置された硬質粒子102を樹脂103により固定して摩擦面101を形成するため、摩擦面101に複数の硬質粒子102が配列されたパッド100aをより容易に製造することができる。
また、本実施形態によれば、型302内に複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置する工程で、同じ大きさの球状をなす硬質粒子102を、少なくとも2層の六方格子状の配列となるように配置するため、硬質粒子102を最も高い密度で複数層にわたり配置することが容易である。そのため、大きな摩擦力を生じるパッド100aを容易に製造することができる。
また、本実施形態によれば、型302内に複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置する工程で、型302内に液化した樹脂103と硬質粒子102とを混合しつつ入れた後に、樹脂103を加圧し、樹脂103の一部を型302内より排出するため、液化した樹脂103による潤滑作用により、硬質粒子102を互いに密接するように配置することが容易となる。
また、本実施形態によれば、硬質粒子102同士の潤滑性を高めるための樹脂103を硬質粒子102同士を連結するためにも用いるため、工程が簡略化され、パッド100aの製造がより容易となる。
特に、本実施形態では、パッド100aの摩擦面101に同じ大きさの球状の硬質粒子102が互いに密接するように配置され、硬質粒子102それぞれの一部が摩擦面101から露出している。そのため、同様の凹凸を有するディスク200aと組み合わせることにより、摩耗が少なく、且つ制動力を有する制動装置を形成することができる。
例えば、ディスク200aの回転時に、パッド100a側の硬質粒子102の凹凸と、ディスク200a側の摩擦面201の凹凸とが互いに追従し合うように、硬質粒子102を弾性的に支持するばね係数、減衰係数、硬質粒子102の直径、間隔、摩擦面201の形状等を設定することにより、高い摩擦力を有する制動装置とできる。あるいは、ディスク200aの回転時に、パッド100a側の硬質粒子102の頂部近傍及びディスク200a側の摩擦面201の凸部近傍のみが互いに当接するように、硬質粒子102を弾性的に支持するばね係数、減衰係数、硬質粒子102の直径、間隔、摩擦面201の形状等を設定することにより、硬質粒子102の振動を防ぎ、安定して制動力を生じる制動装置とできる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。図4(A)の平面図に示すように、本実施形態では、ディスク200aの形状又は自動車のドラムの形状の鋳型305の導入口306に、潤滑用液体309と硬質粒子200aとの混合物が、高圧をかけて流し込まれる。鋳型305の排出口307には、硬質粒子102が通過不可能な網部308が設けられている。そのため、排出口307から、余分な潤滑用液体309のみが排出される。潤滑用液体309は、水や気化し易く粘性の少ない液体を適用することができる。鋳型305の底面積と容積は、硬質粒子102の数量に応じて、硬質粒子102が鋳型305内において2層以上に積層するように設定されている。
図4(B)に示すように、鋳型305内に十分な数の硬質粒子が配列されたときは、鋳型305は高温で熱せられ、潤滑用液体309が気化する。気化した潤滑用液体309は十分に送風排出され、乾燥させられる。鋳型305内には、六方格子状に密接して配列された硬質粒子102が残る。
図4(C)に示すように、鋳型305の導入口306から、湯鉄109が流し込まれ、鋳型305内で固められる。これにより、ディスク200aやドラムが製造される。
本実施形態では、硬質粒子102の移動を抑制する鋳型305内に、複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置し、鋳型305内に配置された硬質粒子102を湯鉄109により固定して摩擦面201を形成するため、摩擦面201に複数の硬質粒子102が配列されたディスク200aやドラムをより容易に製造することができる。
また、本実施形態によれば、鋳型305内に複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置する工程で、同じ大きさの球状をなす硬質粒子102を、少なくとも2層の六方格子状の配列となるように配置するため、硬質粒子102を最も高い密度で複数層にわたり配置することが容易である。そのため、大きな摩擦力を生じるディスク200aやドラムを容易に製造することができる。
以下、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、摩擦面において、硬質粒子が不規則に所望の平均密度で配置されたパッドが製造される。図5(A)(B)に示すように、上記第1実施形態における図3(A)(B)と同様の工程が実施される。
図5(C)に示すように、型302が低速回転されて、型302内が攪拌されている状態とされる。硬質粒子102が樹脂103内で所望の密度となるように決定された圧力で、加圧シリンダー304により、硬質粒子102と樹脂103との混合物に圧力がかけられる。その結果、穴部303より余分な樹脂103が排出される。なお、上記の型302内に複数の硬質粒子102を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程では、型302を回転させる他の方法で、重力の影響を低減しても良い。
図5(D)に示すように、型302の回転数が徐々に減少され、攪拌状態を解除されながら、樹脂103が冷却されて硬化する。最後に、樹脂103が熱処理等されて、完全に固められる。
本実施形態では、型302内に複数の硬質粒子102を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置し、型302内に配置された硬質粒子102を樹脂103により固定して摩擦面101を形成するため、硬質粒子102が所望の密度で不規則に分散されて配置された摩擦面101を有するパッド100bをより容易に製造することができる。
また、本実施形態では、型302内に複数の硬質粒子102を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程で、硬質粒子102を入れた型302を回転させることにより、型302内に硬質粒子102を分散させて配置するため、重力の影響による移動量を低減して硬質粒子102を分散させることを容易に実施できる。
以下、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態では、硬質粒子が一定間隔で六方格子状に配列されたパッドが製造される。図6(A)に示すように、硬質粒子102を配置する所望の間隔Lについて、硬質粒子102を厚さL/2の樹脂層104で被覆する。
図6(B)に示すように、樹脂層104が硬化した状態で、容器301内において、高温で液化した樹脂103と硬質粒子102とが混合される。なお、このときの樹脂103の温度Tは、樹脂103の融点B<T<樹脂層104の融点A、となるようにされる。以下、上記第1実施形態における図3(C)〜(E)に示した工程が同様に行われ、図6(C)に示すように硬質粒子102が所望の一定間隔Lで六方格子状に配列されたパッド100cが製造される。
本実施形態によれば、型302内に複数の硬質粒子102を互いに密接するように配置する工程で、表面に所定の厚さL/2の樹脂層104が設けられた同じ大きさの球状をなす硬質粒子102を互いに密接するように配置するため、硬質粒子102を樹脂層104の厚さの2倍の一定間隔Lで配置することが容易となる。そのため、所定の間隔をおいて硬質粒子102が配置された摩擦面101を有するパッド100cをより容易に製造することができる。
以下、本発明の第5実施形態について説明する。摩擦面101に硬質粒子102が配置されたパッド100a等は、最低限、摩擦面101に一層のみ硬質粒子102が配置されていれば良い。そのため、本実施形態では、摩擦面に一層のみ硬質粒子が配置されたパッドが製造される。
図7(A)に示すように、容器301内において、高温で液化した樹脂103と硬質粒子102とが混合される。図7(B)(C)に示すように、硬質粒子102の直径よりも小さな穴が複数設けられた穴部303を有する型302に、硬質粒子102と樹脂103との混合物が流し込まれる。型302に流し込まれる硬質粒子102と樹脂103との混合物の量は、型302の底面積に応じて、型302の底面に硬質粒子102が一層だけ密接して配列する量とする。
図7(D)に示すように、樹脂103がある程度の粘度を持つ温度に制御されながら、加圧シリンダー304により、硬質粒子102と樹脂103との混合物に高圧がかけられる。その結果、穴部303より余分な樹脂103が排出される。図7(E)に示すように、最終的に硬質粒子102が最も密度の高くなる六方格子状に1層に整列し、硬質粒子102それぞれの間に樹脂103が残る。樹脂103が冷却された後、樹脂103が予備成形される。
図7(F)に示すように、高温で液化した樹脂又は金属からなるベース材310が型302に注ぎ込まれる。ベース材310は熱成形等により完全に硬化される。あるいは、図7(F)の工程は、ベース材310が固体の樹脂又は金属からなり、樹脂103で六方格子状に1層に配列した硬質粒子102がベース材310に接着される工程としても良い。
本実施形態では、摩擦面101に一層のみ硬質粒子102が六方格子状に配置されたパッド100dをより容易に製造することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。
本発明は、摩擦面に硬質部材を配置した摩擦材をより容易に製造することができる摩擦材の製造方法を提供することができる。また、本発明は、摩擦面に硬質部材が配置されており、より容易に製造できる摩擦材及び制動装置を提供することができる。
100a〜100d パッド
101 摩擦面
102 硬質粒子
103 樹脂
104 樹脂層
109 湯鉄
200a〜200b ディスク
201 摩擦面
202 凸部
301 容器
302 型
303 穴部
304 加圧シリンダー
305 鋳型
306 導入口
307 排出口
308 網部
309 潤滑用液体
301 ベース材

Claims (15)

  1. 摩擦面に複数の硬質部材が配列された摩擦材の製造方法であって、
    前記硬質部材の移動を抑制する枠内に、複数の前記硬質部材を互いに接触するように配置する工程と、
    前記枠内に配置された前記硬質部材を連結材により固定して前記摩擦面を形成する工程と、
    を含む摩擦材の製造方法。
  2. 前記枠内に複数の前記硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、同じ大きさの球状をなす前記硬質部材を、少なくとも2層の六方格子状の配列となるように配置する、請求項1に記載の摩擦材の製造方法。
  3. 前記枠内に複数の前記硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、表面に所定の厚さの被膜が設けられた同じ大きさの球状をなす前記硬質部材を互いに接触するように配置する、請求項1又は2に記載の摩擦材の製造方法。
  4. 前記枠内に複数の前記硬質部材を互いに接触するように配置する工程では、前記枠内に流体と前記硬質部材とを混合しつつ入れた後に、前記流体を加圧し、前記流体の少なくとも一部を前記枠内より排出することにより、前記枠内に複数の前記硬質部材を互いに接触するように配置する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の摩擦材の製造方法。
  5. 前記流体は前記連結材である、請求項4に記載の摩擦材の製造方法。
  6. 摩擦面に複数の硬質部材が配列された摩擦材の製造方法であって、
    枠内に複数の前記硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程と、
    前記枠内に配置された前記硬質部材を連結材により固定して前記摩擦面を形成する工程と、
    を含む摩擦材の製造方法。
  7. 前記枠内に複数の前記硬質部材を重力の影響による移動量を低減しつつ分散させて配置する工程では、前記硬質部材を入れた前記枠を回転させることにより、前記枠内に前記硬質部材を分散させて配置する、請求項6に記載の摩擦材の製造方法。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項の製造方法により製造された摩擦材。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項の製造方法により製造された第1の摩擦材と第2の摩擦材とを備え、
    前記第1の摩擦材の摩擦面に対して前記第2の摩擦材の摩擦面が移動する、制動装置。
  10. 前記第2の摩擦材が回転することにより、前記第2の摩擦材の摩擦面は前記第1の摩擦材の摩擦面に対して移動する、請求項7に記載の制動装置。
  11. 摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた摩擦材。
  12. 前記摩擦面において、前記硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されている、請求項11に記載の摩擦材。
  13. 摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第1の摩擦材と、
    摩擦面に複数の球状の硬質部材が部分的に露出するように埋め込まれた第2の摩擦材と、
    を備え、
    前記第1の摩擦材の摩擦面に対して前記第2の摩擦材の摩擦面が移動する、制動装置。
  14. 前記摩擦面において、前記硬質部材が、六方格子状の配列により互いに接触して配置されている、請求項13に記載の制動装置。
  15. 前記第2の摩擦材が回転することにより、前記第2の摩擦材の摩擦面は前記第1の摩擦材の摩擦面に対して移動する、請求項13又は14に記載の制動装置。
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