JPWO2010146649A1 - 制動装置 - Google Patents

Abstract

摩擦面１０１を有するパッド１００ａと、摩擦面１０１に対して摺動する摩擦面２０１を有するディスク２００ａとを備えた制動装置において、摩擦面１０１は、摩擦面２０１の垂直方向ｙに対して弾性的に支持された硬質粒子１０２を含み、摩擦面２０１は、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の摺動方向に沿って配置された複数の凸部２０２を含み、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１の垂直方向ｙに変位しつつ凸部２０２それぞれに連続的に当接する。このため、アブレーシブ摩擦を主とする制動装置と比較して耐磨耗性を向上させることができる。硬質粒子１０２は、１つの凸部２０２に当接した後に次の凸部２０２に当接するときに、凸部２０２の頂点よりも低い位置に当接する。このため、硬質粒子１０２が凸部２０２それぞれに追従して連続的に当接し、より高い摩擦力を得ることができる。

Description

本発明は制動装置に関し、特に、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。しかしながら、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摩擦力（摩擦係数）は必ずしも高くされていない。

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、耐磨耗性を犠牲にすることなく、より高い摩擦力を得ることができる制動装置を提供することにある。

本発明は、第１の摩擦面を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面を有する第２の摩擦材とを備え、第１の摩擦面は、第２の摩擦面の垂直方向に対して弾性的に支持された第１の凸部を含み、第２の摩擦面は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿って配置された複数の第２の凸部を含み、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、第２の摩擦面の垂直方向に変位しつつ第２の凸部それぞれに連続的に当接し、１つの第２の凸部に当接した後に次の第２の凸部に当接するときに、第２の凸部の頂点よりも低い位置に当接する制動装置である。

この構成によれば、第１の摩擦面を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面を有する第２の摩擦材とを備えた制動装置において、第１の摩擦面は、第２の摩擦面の垂直方向に対して弾性的に支持された第１の凸部を含み、第２の摩擦面は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿って配置された複数の第２の凸部を含み、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、第２の摩擦面の垂直方向に変位しつつ第２の凸部それぞれに連続的に当接するため、アブレーシブ摩擦を主とする制動装置と比較して耐磨耗性を向上させることができる。また、第１の凸部は、１つの第２の凸部に当接した後に次の第２の凸部に当接するときに、第２の凸部の頂点よりも低い位置に当接するため、第１の凸部が第２の凸部それぞれに追従して連続的に当接することになり、より高い摩擦力を得ることができる。

この場合、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、１つの第２の凸部に当接した後に次の第２の凸部に当接するまでに、１つの第２の凸部と次の第２の凸部との間の第２の摩擦面に当接することが好適である。

この構成によれば、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、１つの第２の凸部に当接した後に次の第２の凸部に当接するまでに、１つの第２の凸部と次の第２の凸部との間の第２の摩擦面に当接するため、第１の凸部と、１つの第２の凸部と次の第２の凸部との間の第２の摩擦面との間でも摩擦力が生じることになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

また、第１の凸部は、第２の摩擦面の平行方向に対して弾性的に支持されており、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、前記第２の摩擦面の平行方向に変位しつつ第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接し、１つの第２の凸部の側面に当接した後に次の第２の凸部の側面に当接するときに、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向と垂直な方向における第２の凸部の側端よりも中心に近い位置に当接することが好適である。

この構成によれば、第１の凸部は、第２の摩擦面の平行方向に対して弾性的に支持されており、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、前記第２の摩擦面の平行方向に変位しつつ第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接し、１つの第２の凸部の側面に当接した後に次の第２の凸部の側面に当接するときに、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向と垂直な方向における第２の凸部の側端よりも中心に近い位置に当接するため、第２の摩擦面の平行方向においても、第１の凸部が第２の凸部それぞれに追従して連続的に当接することになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

この場合、第２の摩擦面は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿ってジグザグに列をなして配置された複数の第２の凸部を含み、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、ジグザグに列をなして配置された第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接することが好適である。

この構成によれば、第２の摩擦面は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿ってジグザグに列をなして配置された複数の第２の凸部を含み、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動するときに、第１の凸部は、ジグザグに列をなして配置された第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接するため、第２の摩擦面の平行方向において、さらに効率良く第１の凸部は第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接することになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

本発明の制動装置によれば、耐磨耗性を犠牲にすることなく、より高い摩擦力を得ることができる。

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。 第１実施形態に係るパッドとディスクとの接触状態を示す側面図である。 第１実施形態に係るパッドとディスクとの接触状態を示す側面図である。 パッドの減衰定数に対する追従性と熱交換効率との関係を示す表である。 ディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 ディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 パッドの減衰定数及びばね定数を表すモデルを示す図である。 硬質粒子の摩擦面を摺動する際の損失エネルギーを示す図である。 パッドの減衰定数及びばね定数を表すモデルによる硬質粒子の追従性を示す図である。 減衰定数とばね定数とが適当な場合のディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 ばね定数を大きくして完全追従に近づけた場合のディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 減衰定数が大き過ぎてディスクの摩擦面の凹凸に追従しない場合のディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 硬質粒子の比重が大き過ぎてディスクの摩擦面の凹凸に追従しない場合のディスクの摩擦面に対する硬質粒子の質点の変位を示すグラフである。 第２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２実施形態に係るパッドとディスクとの接触状態と、パッドの減衰点数及びばね定数を表すモデルとを示す平面図である。 第２実施形態に係るパッドとディスクとの接触状態と、パッドの減衰定数及びばね定数を表すモデルとを示す正面図である。

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、パッド１００ａに対してディスク２００ａが摺動する方向に沿って、複数の硬質粒子１０２が複数列に配列されている。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。また、一列に配列された硬質粒子１０２の間隔ｐは、５０〜１５０μｍであり、より好ましくは９０〜１１０μｍである。硬質粒子１０２は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等のセラミックスからなる。

図１のｚ方向から見たパッド１００ａ及びディスク２００ａの側面視である図３に示すように、ディスク２００ａの摩擦面２０１にも、パッド１００ａに対してディスク２００ａが摺動する方向に沿って、複数の凸部２０２が複数列に配列されている。硬質粒子１０２と凸部２０２とは、互いに同様の大きさ及び間隔を有する。パッド１００ａに対してディスク２００ａが摺動するときは、硬質粒子１０２と凸部２０２とは、その中央部同士が互いに当接し合うように配置されている。

パッド１００ａの硬質粒子１０２及びディスク２００ａの凸部２０２は、制動時に摩耗しない硬度を有するか、モース硬度が９以上であることが好ましい。また、パッド１００ａの硬質粒子１０２及びディスク２００ａの凸部２０２は同種の材質からなるか、モース硬度が同じ材質からなることが好ましい。

硬質粒子１０２は、有機化合物（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）等の弾性支持体により、パッド１００ａに所定のばね定数と減衰定数とを有するように弾性的に支持されている。そのため、図４に示すように、パッド１００ａに対してディスク２００ａが摺動するときは、硬質粒子１０２は、ディスク２００ａの摩擦面２０２の垂直方向（図中ｙ方向）に変位しつつ、凸部２０２それぞれに連続的に当接する。また、このとき、硬質粒子１０２は、１つの凸部２０２に当接した後に次の凸部２０２に当接するときに、凸部２０２の頂点よりも低い位置に当接する。

以下、本実施形態の制動装置の作用効果について説明する。一般的に、硬度に差が少ない硬質部材同士の乾燥摩擦現象は、凝着摩擦と減衰による熱変換との２種類の影響が大きい。なお、上述のアブレーシブ摩擦は、一方の硬い摩擦材がもう一方のより柔らかい摩擦材を削る原理であり、硬度差が少ない硬質部材同士の乾燥摩擦現象における影響は少ない。

減衰による熱変換の原理は、弾性的に支持された硬質粒子１０２が凸部２０２によって変位するため、硬質粒子１０２を所定の減衰定数を有するように支持すれば、それによりディスク２００ａの運動エネルギーを熱変換し減速できるというものである。図５に示すように、減衰定数が大きいと、凸部２０２への追従性は悪くなるが、熱交換効率は良好となる。一方、減衰定数が小さいと、凸部２０２への追従性は良くなるが、熱交換効率は悪くなる。

そこで、本実施形態では、自動車の使用車速を例えば２２０ｋｍ／ｈの仮定し、２２０ｋｍ／ｈまでは、硬質粒子１０２が凸部２０２に追従して変位することと、減衰による熱交換により大きな制動力が得られることを条件とした。本実施形態では、硬質粒子１０２を支持する適当な減衰定数Ｃを有する弾性部材が決定されたと仮定し、摩擦面１０１，２０１の凹凸形状を最適化した。硬質粒子１０２の場合は、硬質粒子１０２の直径や粒子間の距離が条件となる。

図６に示すように、自動車が使用車速の上限の２２０ｋｍ／ｈで走行している場合に、実線で示すディスク２００ａの隣接する凸部２０２同士の間で、破線で示す硬質粒子１０２の軌跡が凸部２０２の頂部から底部まで変位し、十分に減衰機構を使い切る必要がある。この場合、凸部２０２同士の間隔は、９０μｍ以上の間隔が必要である。一方、図７に示すように、自動車の車速が４０ｋｍ／ｈの場合は、同じ減衰定数を有する弾性部材で支持された硬質粒子１０２の軌跡は、より凸部２０２に追従したものとなる。

以下、硬質粒子１０２の軌跡について考察する。図８に示すように、振幅Ａ、波長Ｂの正弦波状の凸部２０２に硬質粒子１０２が追従して変位すると仮定する。質量ｍを有する硬質粒子１０２は、ばね定数Ｋ及び減衰定数Ｃを有する弾性部材により、凸部２０２に押し付け力Ｗで押し付けられるように支持されていると仮定する。

振幅Ａ、波長Ｂの正弦波状の凸部２０２については、下式（１）が成立する。

また、凸部２０２の表面が水平面となす角度θについて、下式（２）が成立する。

硬質粒子１０２についての運動方程式は、下式（３）（４）が成立する。

式（３）より、下式（５）が成立する。

式（５）を式（４）に代入すると、下式（６）が成立する。

硬質粒子１０２が１つの凸部２０２を超えたときのエネルギー損失を、ｘ’＝２πｘ／Ｂとすると、下式（７）が成立する。

一方、図９に示すように、摩擦係数μの平らな面を硬質粒子１０２が距離Ｂだけ移動したときの損失エネルギー（仕事量）は、下式（８）となる。

式（７）（８）より、摩擦力について下式（９）が成立する。

すなわち、1つの凸部２０２の乗り越えだけで考えるだけでは、摩擦力は押し付け力Ｗに比例しないことが判る。パッド１００ａ全体の摩擦力について、下式（１０）が成立する。

よって、全体の見かけの摩擦係数μについて、下式（１１）が成立する。

つまり、摩擦力は、凸部２０２の高さ及び幅と、硬質粒子１０２を支持する弾性体の減衰定数によって決まることが判る。

以下、硬質粒子１０２の凸部２０２への追従性について考える。図１０に示すような硬質粒子１０２の各状態において、ディスク２００ａがパッド１００ａに対して摺動する速度Ｖが一定であるとすると、下式（１２）が成立する。

（１）追従
硬質粒子１０２が凸部２０２に追従しているときは、下式（１３）にしたがって硬質粒子１０２のｙ方向の変位が決まるとすると、追従の条件は、下式（１４）となる。

したがって、上述した下式（２）（３）が成り立つ。

また、式（３）より、下式（５）が成立する。

（２）非追従
非追従の条件は、下式（１５）である。

したがって、下式（１６）が成立する。

（３）非追従で（ばね力＋Ｗ）と減衰力とが釣り合う
非追従で（ばね力＋Ｗ）と減衰力とが釣り合う条件は、下式（１７）である。

したがって、下式（１８）が成立する。

（４）着地条件（その後は（１）追従となる）
硬質粒子１０２が凸部２０２の底部に着地する条件は、下式（１９）である。

本発明者らは、以上のモデルで数値計算を実施した。硬質粒子１０２の質点質量を４．１×１０^−１２ｋｇ、比重を硬質粒子１０２の直径が１０μｍと仮定して、７．８５ｇ／ｃｍ^３と仮定する。比重７．８５ｇ／ｃｍ^３は、鉄の比重に相当する。ディスク２００ａの摩擦面２０１の摺動する速度Ｖは、５．５６ｍ／ｓと仮定する。速度Ｖ＝５．５６ｍ／ｓは、自動車の車速が４０ｋｍ／ｈである場合に相当する。荷重Ｗは、４．７×１０^−４Ｎと仮定する。荷重Ｗ＝４．７×１０^−４Ｎは、１ＭＰａで、密度（比）が０．１に相当する。

以上の条件で、ばね定数Ｋを０．１Ｎ／ｍと仮定する。減衰定数Ｃを０．０００５Ｎ／（ｍ／ｓ）と仮定する。なお、ばね定数Ｋが１ｍｍ^２につき１０００Ｎ／ｍｍのばねの１０×１０μｍ分であると仮にすると、ばね定数Ｋは１００Ｎ／ｍとなる。減衰定数Ｃ＝０．０００５Ｎ／（ｍ／ｓ）は、弾性体がゴムの場合は、減衰定数Ｃがばね定数Ｋの０．２〜０．３％程度となるため、ゴムブッシュの特性から引用したものである。この場合、ばね定数Ｋと減衰定数Ｃとのバランスが適当である。そのため、図１１に示すように、硬質粒子１０２は凸部２０２に完全に追従しないが、1つの凸部２０２から次の凸部２０２までの間隔を最適にとれば、減衰を十分活用することができる。すなわち、硬質粒子１０２が、ｙ方向の上下にストロークする。

ばね定数Ｋをより大きくして１００Ｎ／ｍと仮定する。減衰定数Ｃを０．０００５Ｎ／（ｍ／ｓ）と仮定する。なお、ばね定数Ｋが１ｍｍ^２につき１０００Ｎ／ｍｍのばねの１０×１０μｍ分であると仮にすると、ばね定数Ｋは１００Ｎ／ｍとなる。減衰定数Ｃ＝０．０００５Ｎ／（ｍ／ｓ）は、弾性体がゴムの場合は、減衰定数Ｃがばね定数Ｋの０．２〜０．３％程度となる。この場合、図１２に示すように、硬質粒子１０２は凸部２０２により完全に追従するようになる。

ばね定数Ｋをより大きくして１００Ｎ／ｍと仮定する。減衰定数Ｃもより大きくして０．２Ｎ／（ｍ／ｓ）と仮定する。減衰定数Ｃ＝０．２Ｎ／（ｍ／ｓ）は、弾性体がゴムの場合は、減衰定数Ｃがばね定数Ｋの０．２〜０．３％程度となるため、ゴムブッシュの特性から引用したものである。この場合、図１３に示すように、減衰定数Ｃが大き過ぎるため、硬質粒子１０２が凸部２０２に追従しないようになる。

硬質粒子１０２の質点質量をより大きい５．２×１０^−１０ｋｇ、比重を硬質粒子１０２の直径が１０μｍと仮定して、１０００ｇ／ｃｍ^３と仮定する。比重７．８５ｇ／ｃｍ^３が鉄の比重であるから、極めて大きな値となる。この場合、硬質粒子１０２の質点質量を４．１×１０^−１２ｋｇのときに完全追従に近づく、ばね定数ＫをＫ＝１００Ｎ／ｍ、減衰定数ＣをＣ＝０．０００５Ｎ／（ｍ／ｓ）と仮定した場合でも、硬質粒子１０２の比重が大きすぎるため、図１４に示すように、凸部２０２に追従しないようになる。

以上のように、各値を調整することにより、減衰を十分活用することができる。

本実施形態では、摩擦面１０１を有するパッド１００ａと、摩擦面１０１に対して摺動する摩擦面２０１を有するディスク２００ａとを備えた制動装置において、摩擦面１０１は、摩擦面２０１の垂直方向ｙに対して弾性的に支持された硬質粒子１０２を含み、摩擦面２０１は、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の摺動方向に沿って配置された複数の凸部２０２を含み、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１の垂直方向ｙに変位しつつ凸部２０２それぞれに連続的に当接するため、アブレーシブ摩擦を主とする制動装置と比較して耐磨耗性を向上させることができる。また、硬質粒子１０２は、１つの凸部２０２に当接した後に次の凸部２０２に当接するときに、凸部２０２の頂点よりも低い位置に当接するため、硬質粒子１０２が凸部２０２それぞれに追従して連続的に当接することになり、より高い摩擦力を得ることができる。

また、本実施形態では、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、１つの凸部２０２に当接した後に次の凸部２０２に当接するまでに、１つの凸部２０２と次の凸部２０２との間の摩擦面２０１に当接するため、硬質粒子１０２と、１つの凸部２０２と次の凸部２０２との間の摩擦面２０１との間でも摩擦力が生じることになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

（実験例）
面積６０００ｍｍ^２のパッド１００ａと、ディスク２００ａの回転方向に沿って１００μｍ間隔で図６及び７に示す形状の凸部２０２を有するディスク２００ａとからなる制動装置において、制動力が測定された。硬質粒子１０２の質点質量は４．１×１０^−１２ｋｇ、直径が１０μｍ、比重が７．８５ｇ／ｃｍ^３である。ディスク２００ａの摩擦面２０１の摺動する速度Ｖは、５．５６ｍ／ｓ又は３０．５６ｍ／ｓである。速度Ｖ＝５．５６ｍ／ｓは自動車の車速が４０ｋｍ／ｈである場合に相当し、速度Ｖ＝３０．５６ｍ／ｓは自動車の車速が２２０ｋｍ／ｈである場合に相当する。荷重Ｗは、４．７×１０^−４Ｎである。荷重Ｗ＝４．７×１０^−４Ｎは、１ＭＰａで、密度（比）が０．１に相当する。ばね定数Ｋは０．１Ｎ／ｍである。減衰定数Ｃは０．０００２Ｎ／（ｍ／ｓ）である。

制動力を測定した結果、自動車の車速が４０ｋｍ／ｈの状況で、パッド１００ａの１枚当たりで約１２００Ｎの制動力が得られた。また、自動車の車速が２２０ｋｍ／ｈの状況で、パッド１００ａの１枚当たりで約１０００Ｎの制動力が得られた。これらの制動力の値は、従来の摩耗の多い制動装置と同等の値であり、十分な制動力が得られた。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、摩擦面１０１，２０１に垂直な方向ｙの運動におけるばね特性及び減衰特性についてのみ説明したが、実際には、摩擦面１０１，２０１は３次元空間に構成される。そのため、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１に平行な方向にも弾性的に支持されていれば、３次元空間で変位する。そこで、本実施形態では、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１に平行な方向にも弾性的に支持されている。

図１５に示すように、本実施形態でもディスクブレーキは、パッド１００ｂが回転するディスク２００ｂに押圧されることにより摩擦力を生じる。

図１５のｙ方向から見たディスクパッド１００ｂ及びディスク２０ｂの平面視である図１６に示すように、パッド１００ｂの摩擦面１０１には、パッド１００ａに対してディスク２００ａが摺動する方向に沿って、上記第１実施形態と同様の複数の硬質粒子１０２が複数列に配列されている。本実施形態では、図１６中右側のモデルに示すように、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１に平行な方向にも、ばね定数Ｋ及び減衰定数Ｃを有するように弾性的に支持されている。

摩擦面２０２は、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の摺動方向に沿ってジグザグに列をなして配置された複数の凸部２０２を含んでいる。摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、ジグザグに列をなして配置された凸部２０２の側面それぞれに連続的に当接する。摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１の平行方向に変位しつつ凸部２０２の側面それぞれに連続的に当接し、凸部２０２の側面に当接した後に次の凸部２０２の側面に当接するときに、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の摺動方向と垂直な方向における凸部２０２の側端よりも中心に近い位置に当接する。

なお、本実施形態では、摩擦面２０１の垂直方向ｙへの押し付け力が、摩擦面２０１の平行方向ｚへ弾性力によって硬質粒子１０２が垂直方向ｙに押し上げられる力よりも大きい必要がある。

図１７に示すように、硬質粒子１０２が、摩擦面２０１の垂直方向ｙにばね定数Ｋｍ及び減衰定数Ｃｍを有し、摩擦面２０１の平行方向ｚにばね定数Ｋｈ及び減衰定数Ｃｈを有するように弾性的に支持されているモデルを仮定する。凸部２０２の高さはＨであり、幅はＬである。

ここで、硬質粒子１０２と凸部２０２とが互いに当接する面と、摩擦面２０１とのなす角度θは、θ≒４５と仮定する。硬質粒子１０２がｚ方向にＬ／２分ストロークすると仮定する。硬質粒子１０２がｙ方向にＨ／１０以上変位しない設計条件は、下式（２０）となる。

硬質粒子１０２がｚ方向に最もストロークしたときは、下式（２１）が成立する。

式（２１）を式（２０）に代入すると、下式（２２）が成立する。

よって、ｙ＜Ｈ／１０の十分条件は、下式（２３）となる。したがって下式（２３）が所望の設計条件となる。

本実施形態では、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１の平行方向に対して弾性的に支持されており、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、摩擦面２０１の平行方向に変位しつつ凸部２０２の側面それぞれに連続的に当接し、１つの凸部２０２の側面に当接した後に次の凸部２０２の側面に当接するときに、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の移動方向と垂直な方向における凸部２０２の側端よりも中心に近い位置に当接するため、摩擦面２０１の平行方向においても、硬質粒子１０２が凸部２０２それぞれに追従して連続的に当接することになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

また、本実施形態では、摩擦面２０１は、摩擦面１０１に対する摩擦面２０１の摺動方向に沿ってジグザグに列をなして配置された複数の凸部２０２を含み、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動するときに、硬質粒子１０２は、ジグザグに列をなして配置された凸部２０２の側面それぞれに連続的に当接するため、摩擦面２０１の平行方向において、さらに効率良く硬質粒子１０２は凸部２０２の側面それぞれに連続的に当接することになり、さらに高い摩擦力を得ることができる。

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。例えば、上記実施形態においては、本発明の制動装置をディスクブレーキに適用する例について中心に説明したが、本発明はドラムブレーキについても適用可能である。

本発明は、耐磨耗性を犠牲にすることなく、より高い摩擦力を得ることができる制動装置を提供することができる。

１００ａ〜１００ｂ パッド
１０１ 摩擦面
１０２ 硬質粒子
２００ａ〜２００ｂ ディスク
２０１ 摩擦面
２０２ 凸部

Claims (4)

1. 第１の摩擦面を有する第１の摩擦材と、
   前記第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面を有する第２の摩擦材と、
   を備え、
   前記第１の摩擦面は、前記第２の摩擦面の垂直方向に対して弾性的に支持された第１の凸部を含み、
   前記第２の摩擦面は、前記第１の摩擦面に対する前記第２の摩擦面の移動方向に沿って配置された複数の第２の凸部を含み、
   前記第１の摩擦面に対して前記第２の摩擦面が移動するときに、前記第１の凸部は、前記第２の摩擦面の垂直方向に変位しつつ前記第２の凸部それぞれに連続的に当接し、１つの前記第２の凸部に当接した後に次の前記第２の凸部に当接するときに、前記第２の凸部の頂点よりも低い位置に当接する、制動装置。
2. 前記第１の摩擦面に対して前記第２の摩擦面が移動するときに、前記第１の凸部は、１つの前記第２の凸部に当接した後に次の前記第２の凸部に当接するまでに、１つの前記第２の凸部と次の前記第２の凸部との間の前記第２の摩擦面に当接する、請求項１記載の制動装置。
3. 前記第１の凸部は、前記第２の摩擦面の平行方向に対して弾性的に支持されており、
   前記第１の摩擦面に対して前記第２の摩擦面が移動するときに、前記第１の凸部は、前記第２の摩擦面の平行方向に変位しつつ前記第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接し、１つの前記第２の凸部の側面に当接した後に次の前記第２の凸部の側面に当接するときに、前記第１の摩擦面に対する前記第２の摩擦面の移動方向と垂直な方向における前記第２の凸部の側端よりも中心に近い位置に当接する、請求項１又は２に記載の制動装置。
4. 前記第２の摩擦面は、前記第１の摩擦面に対する前記第２の摩擦面の移動方向に沿ってジグザグに列をなして配置された複数の前記第２の凸部を含み、
   前記第１の摩擦面に対して前記第２の摩擦面が移動するときに、前記第１の凸部は、ジグザグに列をなして配置された前記第２の凸部の側面それぞれに連続的に当接する、請求項３に記載の制動装置。

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