WO2010146647A1

WO2010146647A1 - 制動装置及び摩擦材の製造方法

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Publication number: WO2010146647A1
Application number: PCT/JP2009/060866
Authority: WO
Inventors: 健司阿部; 宏磯野; 美朝出納
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-23
Also published as: CN102301151A; JPWO2010146647A1; JP5152411B2; US20120103735A1

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、パッド１００ａは、摩擦面１０１に、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動する方向とは逆方向に傾斜した複数の硬質粒子１０２を含み、ディスク２００ａは、摩擦面２０１に、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動する方向に傾斜した複数の硬質粒子２０２を含む。これにより、硬質粒子１０２，２０２同士が押し付け合う力が増大する。また、硬質粒子１０２，２０２同士が押し付け合う力が増大する結果、摩擦面１０１，２０１同士の距離が近くなる。そのため、より高い摩擦力を得ることができる。

Description

制動装置及び摩擦材の製造方法

　本発明は制動装置及び摩擦材の製造方法に関し、特に、摩擦面を有する一対の摩擦材を備えた制動装置及び摩擦面を有する摩擦材の製造方法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、摩擦材と相手材とを有し、これら摩擦材と相手材との間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦材セットが開示されている。摩擦材は、繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤とを有している。摩擦材は、摩擦調整剤としてＳｉＣ繊維を含んでいる。ＳｉＣ繊維の８０体積％以上は、相手材に対して４０°～１４０°の角度にて配向されている。相手材は、表面にサーメット層を有している。

特開２００７－３９５５６号公報

　上記のように摩擦材と相手材との両方に硬質材を配置した制動装置では、摩擦材と相手材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、上記のように摩擦材と相手材との両方に硬質材を配置した制動装置では、摩擦材と相手材との摩擦力（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、より高い摩擦力を得ることができる制動装置及び摩擦材の製造方法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の摩擦材は、第１の摩擦面に、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動する方向とは逆方向に傾斜した複数の突起を含み、第２の摩擦材は、第２の摩擦面に、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動する方向に傾斜した複数の突起を含む制動装置である。

　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の摩擦材は、第１の摩擦面に、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動する方向とは逆方向に傾斜した複数の突起を含み、第２の摩擦材は、第２の摩擦面に、第１の摩擦面に対して第２の摩擦面が移動する方向に傾斜した複数の突起を含むため、突起同士が押し付け合う力が増大する。また、突起同士が押し付け合う力が増大する結果、摩擦面同士の距離が近くなる。そのため、より高い摩擦力を得ることができる。

　この場合、第２の摩擦材が回転することにより、第２の摩擦面は第１の摩擦面に対して移動することが好適である。

　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、他の摩擦材に対して相対的に移動する摩擦面を有し、摩擦面に、他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した複数の突起を含む摩擦材の製造方法であって、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように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する工程と、硬質部材の長手方向が、他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した方向となるように、連結材により固定された硬質部材を露出させ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、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置し、枠内に配置された硬質部材を連結材により固定し、硬質部材の長手方向が、他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した方向となるように、連結材により固定された硬質部材を露出させて摩擦面を形成するため、他の摩擦材に対して相対的に移動する摩擦面を有し、摩擦面に、他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した複数の突起を含む高い摩擦力を生じる摩擦材を容易に製造することができる。

　この場合、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程では、無重力下で枠内の硬質部材に加圧することにより、硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置することが好適である。

　この構成によれば、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程で、無重力下で枠内の硬質部材に加圧することにより、硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置するため、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置することが容易となる。

　また、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程では、枠内の硬質部材に磁力を加えることにより、硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置することが好適である。

　この構成によれば、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程で、枠内の硬質部材に磁力を加えることにより、硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置するため、枠内に複数の棒状の硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置することが容易となる。

　本発明の制動装置によれば、より高い摩擦力を得ることができる。また、本発明の摩擦材の製造方法によれば、より高い摩擦力を得ることができる摩擦材をより容易に製造することができる。

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とディスクとを示す側面図である。第１実施形態に係る図２の部位Ａの拡大図である。第２実施形態に係る図２の部位Ａの拡大図である。第３実施形態に係る図２の部位Ａの拡大図である。第４実施形態に係る図２の部位Ａの拡大図である。第５実施形態に係るパッドとディスクとを示す側面図である。（Ａ）～（Ｃ）は、第６実施形態に係るパッドの製造工程を示す図である。第７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ｚ方向からの側面視である図２に示すように、パッド１００ａの摩擦面１０１とディスク２００ａの摩擦面２０１とが当接する。図２の部位Ａの拡大図である図３に示すように、本実施形態では、摩擦面１０１，２０１に複数の板状又は棒状の硬質粒子１０２，２０２が弾性的に支持されている。パッド１００ａの摩擦面１０１の硬質粒子１０２は、ディスク２００ａの摩擦面２０１がパッド１００ａの摩擦面１０１に対して摺動する方向（自動車の前進時）とは、逆方向にその長手方向が傾斜して支持されている。一方、ディスク２００ａの摩擦面２０１の硬質粒子２０２は、ディスク２００ａの摩擦面２０１がパッド１００ａの摩擦面１０１に対して摺動する方向にその長手方向が傾斜して支持されている。

　硬質粒子１０２，２０２の長手方向の長さは１０～４０μｍ程度であり、幅方向の長さは５～２０μｍである。硬質粒子１０２，２０２は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等のセラミックスからなる。また、硬質粒子１０２，２０２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、硬質粒子１０２，２０２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。

　以下、本実施形態の制動装置の作用について説明する。上記特許文献１に示したように、摩擦面に弾性的に支持された硬質部材同士が互いに押し付け合うことにより摩擦力を生じさせる場合、硬質部材が振動してしまい、摩擦面同士の間の距離が安定せず、平均的に離れてしまう恐れがある。そのため、上記特許文献１のような制動装置では、摩擦力が不安定で低い。

　上記課題に対する対策としては、硬質部材同士が押し付け合う力を増大させることと、硬質部材が振動し難いようにすることが挙げられる。

　そこで本実施形態では、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、パッド１００ａは、摩擦面１０１に、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動する方向とは逆方向に傾斜した複数の硬質粒子１０２を含み、ディスク２００ａは、摩擦面２０１に、摩擦面１０１に対して摩擦面２０１が摺動する方向に傾斜した複数の硬質粒子２０２を含むため、硬質粒子１０２，２０２同士が押し付け合う力が増大する。また、硬質粒子１０２，２０２同士が押し付け合う力が増大する結果、摩擦面１０１，２０１同士の距離が近くなる。そのため、より高い摩擦力を得ることができる。

　なお、図４に示す第２実施形態のパッド１００ｂ及びディスク２００ｂのように、パッド１００ｂにのみ、ディスク２００ｂの摩擦面２０１の摺動方向とは反対方向に傾斜した硬質粒子１０２が配置された構成も考えられる。また、図５に示す第３実施形態のパッド１００ｃ及びディスク２００ｃのように、パッド１００ｃにのみ、ディスク２００ｃの摩擦面２０１の摺動方向に傾斜した硬質粒子１０２が配置された構成も考えられる。

　さらに、図６に示す第４実施形態のパッド１００ｄ及びディスク２００ｄのように、パッド１００ｄは、摩擦面１０１に、摩擦面２０１が摺動する方向に傾斜した複数の硬質粒子１０２が配置され、ディスク２００ｄは、摩擦面２０１に、摩擦面２０１が摺動する方向とは反対方向に傾斜した複数の硬質粒子２０２が配置された構成も考えられる。

　以下、本発明の第５実施形態について説明する。図７に示すように、本実施形態のパッド１００ｅ及びディスク２００ｅでは、パッド１００ｅに複数の硬質粒子１０２が埋め込まれている他に、金属系ファイバーからなる複数の形状記憶物体１０３が埋め込まれている。形状記憶物体１０３は、制動装置の使用時における温度域において、やや高めの温度を超えると反応して復元するような材質である。具体的には、形状記憶物体１０３は、摩擦面１０１，２０１から深さ１ｍｍの部位で１００～２００℃を超えると反応して復元するような材質である。

　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。上記特許文献１に示したように、摩擦面に弾性的に支持された硬質部材同士が互いに押し付け合うことにより摩擦力を生じさせる場合、硬質部材同士が互いの凹凸形状に追従するようにするためには、硬質部材を支持する弾性体はある程度柔らかい材質となる。しかし、柔らかい材質だけでは、硬質部材を支持するには強度が不足する場合がある。特に、摩擦面に一時的に砂等の異物が入る等の事情により、摩擦面の一部に大きな荷重がかかると、その部分が塑性変形し凹んでしまう。その結果、摩擦面同士の距離が遠くなり、摩擦力が低下する。

　そこで、本実施形態では、パッド１００ｅに形状記憶物体１０３を埋め込むことにより、摩擦面１０１が塑性変形しても、元の形状に戻る。特に、形状記憶物体１０３は、制動装置の使用時における温度域において、やや高めの温度を超えると反応して復元するような材質であるため、特にブレーキの利きが要求されるやや強め以上の温度が高くなる制動時に、形状記憶物体１０３は形状が復元する。そのため、ブレーキの利きが特に要求されるときに、パッド１００ｅとディスク１００ｅとの距離が戻り、摩擦力が戻る。

　以下、本発明の第６実施形態について説明する。上記第１実施形態のパッド１００ａ等を製造するときは、図８（Ａ）に示すように、高温である粘度に液化した弾性体又は粉状の弾性体である例えば樹脂１０４に棒状の硬質粒子１０２が均等に混合される。

　図８（Ｂ）に示すように、硬質粒子１０２と樹脂１０４との混合物が型３０１に入れられ、例えば、型３０１を回転させる等の方法により、無重力状態で一方向に加圧される。これにより、硬質粒子１０２の長手方向が一方向に向く。硬質粒子１０２の長手方向が一方向に向いた硬質粒子１０２と樹脂１０４との混合物が、静かに焼結されるか、冷却されることにより固められる。質粒子１０２と樹脂１０４との混合物が型３０１に入れられる際に、振動が与えられながら、質粒子１０２と樹脂１０４との混合物が型３０１に流し込まれるようにしても良い。これにより、硬質粒子１０２の長手方向を揃えることができる。

　図８（Ｃ）に示すように、硬質粒子１０２を含む固まった樹脂１０４を、硬質粒子１０２の長手方向が摩擦面１０１に対して所望の方向に傾斜するように切り出される。この場合、型３０１から複数のパッド１００ａが切り出されるようにすることが、効率的である。

　本実施形態では、型３０１内に複数の棒状の硬質粒子１０２をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置し、型３０１内に配置された硬質粒子１０２を樹脂１０４により固定し、硬質粒子１０２の長手方向が、ディスク２００ａに対して相対的に移動する方向に傾斜した方向となるように、樹脂１０４により固定された硬質粒子１０２を露出させて摩擦面１０１を形成するため、ディスク２００ａに対して相対的に移動する摩擦面１０１を有し、摩擦面１０１に、ディスク２００ａに対して相対的に移動する方向に傾斜した複数の突起を含む高い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３０１内に複数の棒状の硬質粒子１０２をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程で、無重力下で型３０１内の硬質粒子１０２に加圧することにより、硬質粒子１０２の長手方向が一方向を向くように配置するため、型３０１内に複数の棒状の硬質粒子１０２をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置することが容易となる。

　なお、図９に示す本発明の第７実施形態に示すように、硬質粒子１０２が金属系の場合には、型３０１内の硬質粒子１０２に磁石３１０により磁力を加えることにより、硬質粒子１０２が、その長手方向が一方向を向くように配置されても良い。これにより、複数の棒状の硬質粒子１０２をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置することが容易となる。

　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、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。また、本発明は、より高い摩擦力を得ることができる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。

１００ａ～１００ｅ　パッド
１０１　摩擦面
１０２　硬質粒子
１０３　形状記憶物体
１０４　樹脂
２００ａ～２００ｅ　ディスク
２０１　摩擦面
２０２　硬質粒子
３０１　容器
３１０　磁石

Claims

　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の摩擦材は、前記第１の摩擦面に、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方向とは逆方向に傾斜した複数の突起を含み、
　前記第２の摩擦材は、前記第２の摩擦面に、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方向に傾斜した複数の突起を含む、制動装置。
　前記第２の摩擦材が回転することにより、前記第２の摩擦面は前記第１の摩擦面に対して移動する、請求項１に記載の制動装置。
　他の摩擦材に対して相対的に移動する摩擦面を有し、前記摩擦面に、前記他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した複数の突起を含む摩擦材の製造方法であって、
　枠内に複数の棒状の前記硬質部材をその長手方向が一方向を向くように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する工程と、
　前記硬質部材の長手方向が、前記他の摩擦材に対して相対的に移動する方向に傾斜した方向となるように、連結材により固定された前記硬質部材を露出させ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。
　前記枠内に複数の棒状の前記硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程では、無重力下で前記枠内の前記硬質部材に加圧することにより、前記硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置する、請求項３に記載の摩擦材の製造方法。
　前記枠内に複数の棒状の前記硬質部材をその長手方向が一方向を向くように分散させて配置する工程では、前記枠内の前記硬質部材に磁力を加えることにより、前記硬質部材の長手方向が一方向を向くように配置する、請求項４に記載の摩擦材の製造方法。