WO2010146648A1

WO2010146648A1 - 制動装置及び摩擦材の製造方法

Info

Publication number: WO2010146648A1
Application number: PCT/JP2009/060868
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: CN102265054A; DE112009004944T5; US20120037465A1; JP5141821B2; JPWO2010146648A1

Abstract

　波状摩擦面１０１に硬質粒子１０２を有するパッド１００ａと、波状摩擦面１０１に対して摺動する波状摩擦面２０１に硬質層２０３を有するディスク２００ａとを備えた制動装置において、波状摩擦面２０１は、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に沿った溝部となり、波状摩擦面１０１は当該溝に当接する凸部となる。そのため、硬質部材を有する摩擦面同士の真実の接触面積が大きくなり、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。

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当該制動装置に用いられ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、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の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか一方は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか他方は、溝部に当接する凸部を含む制動装置である。

　この構成によれば、第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材とを備えた制動装置において、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか一方は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか他方は、溝部に当接する凸部を含むため、硬質部材を有する摩擦面同士の真実の接触面積が大きくなり、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。

　この場合、溝部と凸部との当接部位に働く力には、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直であって、第１の摩擦面及び第２の摩擦面のいずれかに平行な方向の成分を含むことが好適である。

　この構成によれば、溝部と凸部との当接部位に働く力には、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直であって、第１の摩擦面及び第２の摩擦面のいずれかに平行な方向の成分を含むため、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直であって、第１の摩擦面及び第２の摩擦面のいずれかに垂直な方向の成分（第１の摩擦材と第２の摩擦材とを互いに押し付け合う力）との合力により、溝部と凸部との当接部位の単位面積当たりに働く力が従来の平坦な摩擦面と同じとなり、当接部位の面積が増大したことにより、より高い摩擦力を得ることができる。

　また、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか一方は、複数の溝部を含み、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか他方は、複数の溝部それぞれに当接する凸部を含むことが好適である。

　この構成によれば、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか一方は、複数の溝部を含み、第１の硬質部材及び第２の硬質部材のいずれか他方は、複数の溝部それぞれに当接する凸部を含むため、複数の溝部及び凸部により、より高い摩擦力を得ることができる。

　また、溝部及び凸部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、互いに当接する波状をなすことが好適である。

　この構成によれば、溝部及び凸部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、互いに当接する波状をなすため、摩擦面同士の真実の接触面積が大きくなり、より高い摩擦力を得ることができる。

　この場合、溝部及び凸部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、互いに振幅の異なる波状をなすことが好適である。

　この構成によれば、溝部及び凸部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、互いに振幅の異なる波状をなすため、溝部と凸部とが当接する部位が限定される。そのため、摩擦面同士の真実の接触面積が安定化し、安定した摩擦力を得ることができる。

　また、凸部は、球体及び球体の一部からなることが好適である。

　この構成によれば、凸部は、球体及び球体の一部からなるため、溝部と凸部とが当接する部位が限定される。そのため、摩擦面同士の真実の接触面積が安定化し、安定した摩擦力を得ることができる。

　この場合、溝部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、凸部の球体と２点で当接するＶ字状をなすことが好適である。

　この構成によれば、溝部は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に垂直な断面による断面視において、凸部の球体と２点で当接するＶ字状をなすため、溝部と凸部とが当接する部位がさらに限定される。そのため、摩擦面同士の真実の接触面積がさらに安定化し、さらに安定した摩擦力を得ることができる。

　また、第２の摩擦材が回転することにより、第２の摩擦面は第１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、第１の硬質部材及び第２の硬質部材の少なくともいずれかに、溝部と凹部との間に入った異物を排出するための異物除去部を含むことが好適である。

　この構成によれば、第１の硬質部材及び第２の硬質部材の少なくともいずれかに、溝部と凹部との間に入った異物を排出するための異物除去部を含むため、長時間の使用においても、溝部と凹部との間に入った異物を排出して、安定した摩擦力を得ることができる。

　また、第１の硬質部材及び第２の硬質部材は、第２の摩擦面が第１の摩擦面に対して移動するときに摩耗しない硬さの材質及びモース硬度が９以上の材質のいずれかからなることが好適である。

　この構成によれば、第１の硬質部材及び第２の硬質部材は、第２の摩擦面が第１の摩擦面に対して移動するときに摩耗しない硬さの材質及びモース硬度が９以上の材質のいずれかからなるため、摩擦材の耐磨耗性を高くすることができる。

　また、第１の硬質部材及び第２の硬質部材は、同種の材質及びモース硬度が同じ材質のいずれかからなることが好適である。

　この構成によれば、第１の硬質部材及び第２の硬質部材は、同種の材質及びモース硬度が同じ材質のいずれかからなるため、互いに摩耗しにくくなり、摩擦材の耐磨耗性を高くすることができる。

　一方、本発明は、第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、第２の硬質部材は第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材は溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における第１の摩擦材の製造方法であって、球状の硬質部材を第１の摩擦面に、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った列を成すように配置する工程と、硬質部材を第１の摩擦面に固定する工程と、を含む摩擦材の製造方法である。

　この構成によれば、第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材とを備え、第２の硬質部材は第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材は溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における第１の摩擦材の製造方法において、球状の硬質部材を第１の摩擦面に、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った列を成すように配置し、硬質部材を第１の摩擦面に固定するため、所望の摩擦材を比較的容易に低コストで製造することができる。

　また、本発明は、第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、第２の硬質部材は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材は、溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における第２の摩擦材の製造方法であって、第２の硬質部材を研削することが可能な研削部材を、第１の摩擦材の凸部に替えて、第１の摩擦材の凸部と同じ位置に配置する工程と、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、第２の摩擦面を第１の摩擦面に対して移動させて、第２の硬質部材を研削部材で研削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、第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、第２の硬質部材は、第１の摩擦面に対する第２の摩擦面の移動方向に沿った溝部を含み、第１の硬質部材は、溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における第２の摩擦材の製造方法であって、第２の硬質部材を研削することが可能な研削部材を、第１の摩擦材の凸部に替えて、第１の摩擦材の凸部と同じ位置に配置し、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、第２の摩擦面を第１の摩擦面に対して移動させて、第２の硬質部材を研削部材で研削するため、第２の摩擦材の溝部を第１の摩擦材の凸部にさらに高精度で対応した状態で製造することができる。

　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、高い摩擦力を得ることができ、本発明の摩擦材の製造方法によれば、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摩擦材を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における図１のＡ－Ａ線による断面視である。（Ｘ）は従来のディスクの摩擦面に作用する力を示し、（Ｙ）は本実施形態のディスクの摩擦面に作用する力を示す断面図である。第２実施形態に係るパッドとディスクとにおける図１のＡ－Ａ線による断面視である。第３実施形態に係るパッドとディスクとにおける図１のＡ－Ａ線による断面視である。第４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５実施形態に係るパッドとディスクとにおける図１のＡ－Ａ線による断面視である。図７の拡大図である。（Ｘ）（Ｙ）は第５実施形態のパッドの製造工程を示す図である。従来のパッドとディスクとに加わる力を示す斜視図である。従来のパッドに加わる力を示す図である。従来のパッドに加わる力を示す図である。第１実施形態のパッドとディスクとに加わる力を示す斜視図である。第１実施形態のパッドに加わる力を示す図である。第６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７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８実施形態のパッドの製造工程を示す斜視図である。第８実施形態のパッドの製造工程を示す斜視図である。第８実施形態のパッドの製造工程を示す斜視図である。第８実施形態のパッドの摩擦面を示す斜視図である。第９実施形態に係るディスクの製造工程を示すフロー図である。第９実施形態に係る研削器具を示す斜視図である。第１０実施形態に係るディスクの製造工程を示すフロー図である。第１１実施形態に係るパッドとドラムとを示す斜視図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る制動装置及び摩擦材の製造方法を説明する。

　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、２個のパッド１００ａが回転するディスク２００ａの両面に押圧されることにより摩擦力を生じる。図２に示すように、ディスク２００ａの回転方向に垂直な面における断面視（図１のＡ－Ａ線における断面視）において、パッド１００ａは波状摩擦面１０１を有する。ディスク２００ａは、パッド１００ａの波状摩擦面１０１に対応した波状摩擦面２０１を有する。そのため、図１に示すように、ディスク２００ａは、両面に、同心円上に波状の溝が設けられた形状となる。なお、波状摩擦面１０１，２０１は、ディスク２００ａの回転方向に垂直な面における断面視において、正弦波及び鋸歯状波のいずれの形状ともすることができる。

　パッド１００ａの波状摩擦面１０１には、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等のセラミックスからなる硬質粒子１０２が埋め込まれている。硬質粒子１０２の直径は０．１ｍｍ～数ｍｍである。また、ディスク２００ａの波状摩擦面２０１の表層部は、溶射等による窒化処理や接着等により形成された硬質層２０３を有する。波状摩擦面１０１，２０１の波長及び振幅は、１個以上の硬質粒子１０２が入る程度の大きさであり、０．１ｍｍ～５ｍｍ程度である。パッド１００ａの硬質粒子１０２及びディスク２００ａの硬質層２０３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の硬質層２０３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。

　凝着摩擦は、硬質部材同士の物質間に働く引力、例えば分子間力によるものである。凝着摩擦による摩擦力は、（１）物質自体の結晶構造などに依存する分子間力の大小、（２）物質（例えば分子）間の距離（距離が近いほど摩擦力が大きい）、及び（３）硬質部材同士の真の接触面積に大きく依存する。（３）の真の接触面積については、硬質部材同士で物質（例えば、分子）間の距離が近い部分が多いことは、真の接触面積が大きいことを意味し、摩擦力が大きくなる。

　ところが、ディスクブレーキにおいて単にパッドの面積を増やしても、パッドをディスクに押し付けるピストンからの力が同じであれば、単位面積当たりの押し付ける力（圧力）は減少するため、摩擦力は増大しない。そこで、本実施形態では、パッド１００ａ及びディスク２００ａの摩擦面をそれぞれ波状摩擦面１０１，２０１とすることにより、ピストンからの力が同じでも、単位面積当たり押し付ける力が変わらないように、真の接触面積を増やす。

　図３（Ｘ）に示すように、従来型の平坦摩擦面１０４，２０４をそれぞれ有するパッド１０及びディスク２０において、パッド１０がディスク２０を摩擦面の垂直方向Ｖに押す力が、単位面積ＡあたりＦとする。一方、図３（Ｙ）に示すように、本実施形態のパッド１００ａ及びディスク２００ａにおいて、波状摩擦面１０１，２０１に投影される単位面積Ａの面積は、Ａ／ｃｏｓαである。ここでαは、波状摩擦面１０１，２０１の法線が垂直方向Ｖとなす角度である。

　パッド１００ａ全体がディスク２００ａを垂直方向Ｖに押す力（ピストンの押す力）が、パッド１０全体がディスク２０を垂直方向Ｖに押す力と変わらなければ、面積がＡ／ｃｏｓαである部分の垂直方向Ｖに働く力の成分は同じくＦである。このとき、波状摩擦面１０１，２０１において、摩擦面に平行な方向Ｈに働く力の成分は、波状摩擦面１０１，２０１同士で反力ｆを得て釣り合う。したがって、面積がＡ／ｃｏｓαである部分の波状摩擦面１０１，２０１に真に垂直な方向の荷重は、Ｆとｆとの合力となり、Ｆ／ｃｏｓαとなる。

　この場合、面積Ａ／ｃｏｓαに働く力がＦ／ｃｏｓαとなるため、単位面積Ａ当りの力はＦであり、従来型の平坦摩擦面１０４，２０４をそれぞれ有するパッド１０及びディスク２０と同じとなる。したがって、本実施形態のパッド１００ａ及びディスク２００ａにおいては、単位面積当たり押し付ける力が変わらないにも関わらず、波状摩擦面１０１，２０１により真の接触面積が増大するため、摩擦力を増大させることができる。

　本実施形態では、波状摩擦面１０１に硬質粒子１０２を有するパッド１００ａと、波状摩擦面１０１に対して摺動する波状摩擦面２０１に硬質層２０３を有するディスク２００ａとを備えた制動装置において、波状摩擦面２０１は、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に沿った溝部となり、波状摩擦面１０１は当該溝に当接する凸部となる。そのため、硬質部材を有する摩擦面同士の真実の接触面積が大きくなり、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。

　また、本実施形態では、波状摩擦面１０１，２０１同士の当接する面積が従来の平坦摩擦面１０４，２０４に比べて増大することに加えて、波状摩擦面１０１，２０１同士の当接部位に働く力には、波状摩擦面１０１，２０１に平行な方向Ｈの成分の力ｆを含むため、波状摩擦面１０１，２０１に垂直な方向Ｖの成分の力Ｆとの合力により、波状摩擦面１０１，２０１同士の当接部位の単位面積当たりに働く力が同じとなり、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、波状摩擦面１０１，２０１は複数の溝部及び凸部をなし、互いに当接し合うため、より高い摩擦力を得ることができる。特に、本実施形態では、波状摩擦面１０１，２０１は、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に垂直な断面による断面視において、互いに当接する波状をなすため、摩擦面同士の真実の接触面積が大きくなり、より高い摩擦力を得ることができる。加えて、本実施形態では、パッド１００ａ及びディスク２００ａを備えた自動車用の制動装置とできる。

　また、本実施形態では、硬質粒子１０２及び硬質層２０３は、制動時に摩耗しない硬さの材質及びモース硬度が９以上の材質のいずれかからなるため、摩擦材の耐磨耗性を高くすることができる。また、本実施形態では、硬質粒子１０２及び硬質層２０３は、同種の材質及びモース硬度が同じ材質のいずれかからなるため、互いに摩耗しにくくなり、摩擦材の耐磨耗性を高くすることができる。

　また、図３（Ｙ）に示す波状摩擦面１０１，２０１の深さが０．５ｍｍ～１．５ｍｍで、α＝６０°とすることにより、図３（Ｘ）に示す平坦摩擦面１０４，２０４に比べて全体で２倍の摩擦力が得られる。図４の第２実施形態のパッド１００ｂ及びディスク２００ｂに示すように、α＝６０°の場合は、単位面積Ａでの押す力はＦであり、摩擦係数μは従来と同じであるとする。この場合、ディスクの回転方向に垂直な長さＬにおける摩擦力は、平坦摩擦面１０４，２０４における摩擦力＝μＦ／Ａ×Ｌ＝μＦＬ／Ａであるのに対し、波状摩擦面１０１，２０１における摩擦力＝μＦ／Ａ×Ｌ／ｃｏｓ６０°＝２μＦＬ／Ａとなり、２倍の摩擦力を得ることができる。

　なお、図４に示すように、波状摩擦面１０１，２０１同士が食い込むことによって離れなくなることを防止するために、波状摩擦面１０１，２０１の角部には、Ｒ部１０５，２０５をそれぞれ設けることが好ましい。Ｒ部１０５，２０５の部分は摩擦力が減少するため、Ｒ部１０５，２０５の大きさは必要最小限とすることが好ましい。具体的には、硬質粒子１０２の半径よりも、Ｒ部１０５，２０５の曲率半径が大きいことが好ましい。Ｒ部１０５，２０５の曲率半径が、硬質粒子１０２の半径の１．５倍以上であることがより好ましい。

　以下、本発明の第３実施形態について説明する。図５に示すように、本実施形態では、ディスク２００ｃの波状摩擦面２０１の溝部それぞれに丁度入り当接する大きさの球状の硬質粒子１１２を、パッド１００ｃの平坦摩擦面１０４に配置している。球状の硬質粒子１１２は、ディスク２００ｃの波状摩擦面２０１の溝に沿うように整列して配置されている。ディスク２００ｃの波状摩擦面は、ディスク２００ｃの回転方向に垂直な面における断面視において、鋸歯状波の形状をとることが好ましい。上記第１実施形態と同様に、波状摩擦面２０１の角度αを６０°とすることにより、従来の平坦摩擦面１０４に同じ数の硬質粒子１１２を配置し、平坦摩擦面２０４を有するディスク２０に当接させた場合に比べて２倍の摩擦力を得ることができる。

　本実施形態では、パッド１００ｃの平坦摩擦面１０４に配置された硬質粒子１１２それぞれは、ディスク２００ｃの鋸歯状波状（V字状）の波状摩擦面２０１と必ず２点で接する。そのため、パッド１００ｃ全体では、硬質粒子１１２の数の倍の点で安定してディスク２００ｃと接することになる。そのため、摩擦力を安定させることが可能となる。

　特に、本実施形態では、ディスク２００ｃの波状摩擦面２０１は、平坦摩擦面１０４と波状摩擦面２０１との摺動方向に垂直な断面による断面視において、球状の硬質粒子１１２と２点で当接するＶ字状をなすため、硬質粒子１１２と波状摩擦面２０１とが当接する部位がさらに限定される。そのため、摩擦面同士の真実の接触面積がさらに安定化し、さらに安定した摩擦力を得ることができる。

　また、図６に示す第４実施形態のパッド１００ｄ及びディスク２００ｄでは、硬質粒子１１２をパッド１００ｄ側に固定しない。本実施形態では、パッド１００ｄ側に硬質粒子１１２よりもやや大きいか、やや小さいサイズの半球状又は円錐状の穴部１０６を有する。硬質粒子１１２は、パッド１００ｄの穴部１０６とディスク２００ｄの波状摩擦面２０１との間で挟み込まれる。本実施形態では、硬質粒子１１２のパッド１００ｄへの固定や、パッド１００ｄからの脱離を問題にしなくとも良いという利点がある。

　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、本実施形態では、パッド１００ｅの波状摩擦面１０１及びディスク２００ｅの波状摩擦面２０１は、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に垂直な断面による断面視において、互いに振幅の異なる波状をなす。すなわち、本実施形態では、パッド１００ｅ側とディスク２００ｅ側とで波状摩擦面１０１，２０１の凹凸形状を若干変える。パッド１００ｅの波状摩擦面１０１の頂部１０７は、ディスク２００ｅの波状摩擦面２０１の溝部よりも、曲率が小さくされている。波状摩擦面１０１，２０１の表層部には、溶射等による窒化処理や接着等により形成された硬質層１０３，２０３を有する。

　図８に示すように、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に垂直な断面による断面視において、波状摩擦面１０１，２０１同士は1つの凹凸ごとに２箇所の摩擦力発生部Ｆｌで接触する。波状摩擦面１０１，２０１の少なくとも片方は、弾性体の表面に少なくとも一部が弾性変形することができる程度の厚みの硬質層１０３，２０３を形成した構造とする。波状摩擦面１０１，２０１間には、潤滑材３００が介在している。

　上記のようなパッド１００ｅを製造する際は、図９（Ｘ）に示すように、ディスク２００ｅの波状摩擦面２０１と同様の波状摩擦面１０１をパッド１００ｅに形成する。波状摩擦面１０１には、硬質層１０３を溶射による窒化処理や接着等の手法により等厚に設ける。次に、図９（Ｙ）に示すように、研削器具４００により、頂部１０７の硬質層１０３を研削することにより、ディスク２００ｅの波状摩擦面２０１と凹凸形状が異なる波状摩擦面１０１を有するパッド１００ｅを製造することができる。

　本実施形態では、パッド１００ｅの波状摩擦面１０１及びディスク２００ｅの波状摩擦面２０１は、波状摩擦面１０１，２０１同士の摺動方向に垂直な断面による断面視において、互いに振幅の異なる波状をなす。そのため、波状摩擦面１０１，２０１同士が当接する部位が限定される。そのため、波状摩擦面１０１，２０１同士の真実の接触面積が安定化し、安定した摩擦力を得ることができる。また、本実施形態では、波状摩擦面１０１，２０１間の距離が安定するため、安定した摩擦力を得ることができる。さらに、本実施形態のパッド１００ｅ及びディスク２００ｅは、製造が比較的容易であるという利点も有する。

　上記第１～５実施形態の制動装置は、さらに副次的な作用も奏する。図１０に示すように、従来の平坦摩擦面１０４，２０４を有するパッド１０及びディスク２０では、制動時に制動力Ｂとキャリパの反力受け部での反力ｆとの作用から、パッド１０をディスク２０の半径方向に回転させようとする回転力Ｒが働く。例えば、図１１に示すように、キャリパ５００ａの反力受け部５０１が一箇所である場合も、図１２に示すように、キャリパ５００ｂの反力受け部５０１が二箇所である場合も、同様にパッド１０には回転力Ｒが働く。

　この回転力Ｒは、例えば自動車の旋回時や、走行履歴に影響される偏摩耗等によって変動する不安定な力である。そのため、キャリパ５００ａ，５００ｂとパッド１０との間で、パッド１０の回転を抑える部分の接触状態が不安定に変化する。このようにキャリパ５００ａ，５００ｂとパッド１０との接触状態が変化すると、鳴き（キー音：squeal）の低減のためにチューニングされた共振周波数が変化し、鳴きが発生する恐れがある。

　一方、図１３に示すように、上記第１実施形態等では、パッド１００ａ及びディスク２００ａが、摩耗が少ない波状摩擦面１０１，２０１を備えているため、パッド１００ａに従来のパッド１０のような回転力Ｒが働かない。そのため、上記第１実施形態等では、図１４に示すように、キャリパ５００ｃから反力受け部５０１を廃止し、パッド１００ａをディスク２００ａの半径方向に拘束しない遊動受け部５０２とする。

　遊動受け部５０２は、パッド１００ａのキャリパ５００ｃからの脱落防止のため、パッド１００ａとのクリアランスが大きな凹部となっているが、常用時には、パッド１００ａがディスク２００ａの半径方向に動いて遊動受け部５０２の凹部の側面に接触することはない。すなわち、遊動受け部５０２の凹部の側面は、常用事は作用せず、パッド１００ａが脱落するような異常時にのみ、パッド１００ａの脱落を防止するように作用する。

　上記のように、第１～５実施形態の制動装置においては、遊動受け部５０２の荷重が制動力Ｂによって変化することはあるが、キャリパ５００ｃとパッド１００ａとの間に条件によって接触状態が大きく変化する部位が無くなるため、鳴きを防止する性能がチューニングされた状態から変化しない。その結果、第１～５実施形態の制動装置においては、鳴きが発生し難いものとできる。

　以下、本発明の第６及び第７実施形態について説明する。ディスク２００ａ等の波状摩擦面２０１に粉塵等の異物が詰まると、異物へパッド１００ａ等の波状摩擦面１０１が乗り上げてしまう。そのため、真実の接触面積の低下が低下することや、パッド１００ａとディスク２００ａとの距離が拡がることが生じる。その結果、所望の制動力を得られない可能性がある。

　そこで、図１５に示すように、本実施形態では、パッド１００ｆの摺動方向の端部に波状摩擦面２０１の形状に沿って突出し、波状摩擦面２０１に付着した異物を波状摩擦面２０１から剥離させることが可能なスクレイパー１０８ａを備える。本実施形態では、スクレイパー１０８ａにより、ディスク２００ｆの回転時には、ディスク２００ｆの波状摩擦面２０１に詰まった異物を、ディスク２００ｆの波状摩擦面２０１の上方に除去することができる。

　また、図１６に示す第７実施形態のパッド１００ｇでは、パッド１００ｇの摺動方向の端部に波状摩擦面２０１の形状に沿って突出し、波状摩擦面２０１に詰まった異物を波状摩擦面に平行な方向に掻き分けることが可能なスクレイパー１０８ｂを備える。本実施形態では、スクレイパー１０８ｂにより、ディスク２００ｇの回転時には、ディスク２００ｇの波状摩擦面２０１に詰まった異物を、ディスク２００ｇの波状摩擦面２０１に平行な方向に掻き分けて除去することができる。

　上記第６及び第７実施形態によれば、パッド１００ｆ，１００ｇに波状摩擦面１０１，２０１の間に入った異物を排出するためのスクレイパー１０８ａ，１０８ｂを含むため、長時間の使用においても、波状摩擦面１０１，２０１の間に入った異物を排出して、安定した摩擦力を得ることができる。

　以下、本発明の第８実施形態における上記第３実施形態のパッド１００ｃの製造方法について説明する。図１７に示すように、まず、ディスク２００ｃ側の同心円状の波状摩擦面２０１に従い、ディスク２００ｃ側の波状摩擦面２０１の溝部が溝部１１０となるようなベース１０９が製作される。次に、図１８に示すように、ベース１０９の溝部１１０に硬質粒子１１２が並べて配置される。次に、図１９に示すように、溝部１１０に樹脂（樹脂系の有機成分を５０％以上とする混合材）１１１が流し込まれる。寸法精度を向上させるための冶具６００が硬質粒子１１２に押し付けられ、固められる。

　実際には、パッド１００ｃの平坦摩擦面１０４において、硬質粒子１１２は、ディスク２００ｃ側の波状摩擦面２０１の同心円と同じ曲率の円弧上に並ぶように配置される。また、図１９の工程においては、冶具６００とベース１０９との距離を制御し、樹脂１１１を半硬化状態で圧入することで、ベース１０９と硬質粒子１１２との距離を制御することができる。また、冶具６００とベース１０９との距離を制御し、樹脂１１１を半硬化状態で圧入することで、弾性体となる樹脂１１１の部分の特性を制御することができる。

　本実施形態によれば、硬質粒子１１２を平坦摩擦面１０４に平坦摩擦面１０４と波状摩擦面２０１との摺動方向に沿った列を成すように配置し、硬質粒子１１２を平坦摩擦面に固定するため、所望の摩擦材を比較的に低コストで製造することができる。

　以下、本発明の第９実施形態における上記第１～７実施形態のディスク２００ａ～２００ｇの製造方法の例について説明する。例えば、パッド１００ａ側の波状摩擦面１０１の凹凸形状と、ディスク２００ａ側の波状摩擦面２０１との凹凸形状のずれが大きすぎると、パッド１００ａ及びディスク２００ａの弾性変形ではずれに対応できず、波状摩擦面１０１，２０１同士の接触点が減り、摩擦力が不足する可能性がある。

　そこで、本実施形態では、以下の手法でディスク２００ａ～２００ｇを製造する。図２１に示すように、パッド１００ａ以外のキャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａが自動車のサスペンションに組み付けられる（Ｓ１１）。

　次に図２２に示すようなパッド１００ａの波状摩擦面１０１の形状に合わせた研削器具７００が自動車のサスペンションのパッド１００ａの部位に組み付けられる（Ｓ１２）。研削器具７００は、具体的にはパッド１００ａの波状摩擦面１０１の表面にダイヤモンド研削粉等が配置されているものである。次に、ブレーキ圧をかけて研削器具７００がディスク２００ａに押し付けられ、ディスク２００ａが回転させられることにより、ディスク２００ａの最終研削が行なわれる（Ｓ１３）。研削器具７００が取り外され、正規のパッド１００ａが組み付けられる（Ｓ１４）。キャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａを組み立てた状態で出荷される（Ｓ１５）。

　本実施形態によれば、ディスク２００ａの波状摩擦面２０１を研削することが可能な研削器具７００を、パッド１００ａに替えて、パッド１００ａと同じ位置に配置し、波状摩擦面１０１，２０１の摺動方向に沿って、ディスク２００ａをディスク１００ａに対して摺動させて、ディスク２００ａを研削器具７００で研削するため、ディスク２００ａの波状摩擦面２０１の溝部をパッド１００ａの凸部にさらに高精度で対応した状態で製造することができる。また、研削器具７００を自動車の販売店で使うことで、顧客の自動車のディスク２００ａの波状摩擦面２０１のリフレッシュが実施できる。

　第１０実施形態のディスク２００ａの製造方法として、以下の手法も挙げられる。図２３に示すように、パッド１００ａが取り付けられたキャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａが自動車のサスペンションに組み付けられる（Ｓ２１）。この場合、自動車の販売店においては、キャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａの全てがすでに組み付けられた状態である。

　ディスク２００ａの波状摩擦面２０１に研磨剤が塗布される（Ｓ２２）。ブレーキ圧をかけてパッド１００ａがディスク２００ａに押し付けられ、ディスク２００ａが回転させられることにより、ディスク２００ａの研削が行なわれる（Ｓ２３）。研磨剤が洗い流されるか、研磨剤が走行中に数十回の制動動作で飛散して消滅させられる（Ｓ２４）。未だ販売点に自動車が納入されていない場合には、パッド１００ａが取り付けられたキャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａが自動車のサスペンションに組み付けられた状態で出荷される。

　本実施形態によれば、パッド１００ａが取り付けられたキャリパ５００ｃ、ナックル、ハブ及びディスク２００ａが自動車のサスペンションに組み付けられた状態で最終研削が行なわれることで、波状摩擦面１０１，２０１同士の凹凸のずれを無くすことができる。また、自動車の販売店で使うことで、顧客の自動車のディスク２００ａの波状摩擦面２０１のリフレッシュが実施できる。

　以下、本発明の第１１実施形態について説明する。本発明は、上記第１～１０実施形態で説明したようなディスクブレーキのみならず、図２４に示すようなドラムブレーキにも適用可能である。この場合、パッド１００ｈがドラム８００の内面に押し付けられることにより、制動力が発生する。パッド１００ｈ及びドラム８００は、図２４のＡ－Ａ線における断面視において、図２～８、１５及び１６に示した形状とすることができる。

　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、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及び摩擦材の製造方法を提供することができる。

１０　パッド
２０　ディスク
１００ａ～１００ｈ　パッド
１０１　波状摩擦面
１０２　硬質粒子
１０３　硬質層
１０４　平坦摩擦面
１０５　Ｒ部
１０６　穴部
１０７　頂部
１０８ａ，１０８ｂ　スクレイパー
１０９　ベース
１１０　溝部
１１１　樹脂
１１２　硬質粒子
２００ａ～２００ｇ　ディスク
２０１　波状摩擦面
２０３　硬質層
２０４　平坦摩擦面
２０５　Ｒ部
３００　潤滑材
４００　研削器具
５００ａ，５００ｂ，５００ｃ　キャリパ
５０１　反力受け部
５０２　遊動受け部
６００　冶具
７００　研削器具
８００　ドラム

Claims

　第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、
　前記第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、
を備え、
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材のいずれか一方は、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た溝部を含み、
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材のいずれか他方は、前記溝部に当接する凸部を含む、制動装置。
　前記溝部と前記凸部との当接部位に働く力には、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垂直であって、前記第１の摩擦面及び前記第２の摩擦面のいずれかに平行な方向の成分を含む、請求項１に記載の制動装置。
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材のいずれか一方は、複数の前記溝部を含み、
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材のいずれか他方は、複数の前記溝部それぞれに当接する凸部を含む、請求項１又は２に記載の制動装置。
　前記溝部及び前記凸部は、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垂直な断面による断面視において、互いに当接する波状をなす、請求項１～３のいずれか１項に記載の制動装置。
　前記溝部及び前記凸部は、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垂直な断面による断面視において、互いに振幅の異なる波状をなす、請求項４に記載の制動装置。
　前記凸部は、球体及び球体の一部からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の制動装置。
　前記溝部は、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垂直な断面による断面視において、前記凸部の球体と２点で当接するＶ字状をなす、請求項６に記載の制動装置。
　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１～７のいずれか１項に記載の制動装置。
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材の少なくともいずれかに、前記溝部と前記凹部との間に入った異物を排出するための異物除去部を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の制動装置。
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材は、前記第２の摩擦面が前記第１の摩擦面に対して移動するときに摩耗しない硬さの材質及びモース硬度が９以上の材質のいずれかからなる、請求項１～９のいずれか１項に記載の制動装置。
　前記第１の硬質部材及び前記第２の硬質部材は、同種の材質及びモース硬度が同じ材質のいずれかからなる、請求項１～１０のいずれか１項に記載の制動装置。
　第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、前記第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、前記第２の硬質部材は前記第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た溝部を含み、前記第１の硬質部材は前記溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における前記第１の摩擦材の製造方法であって、
　球状の硬質部材を前記第１の摩擦面に、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に沿った列を成すように配置する工程と、
　前記硬質部材を前記第１の摩擦面に固定する工程と、
を含む摩擦材の製造方法。
　第１の摩擦面に第１の硬質部材を有する第１の摩擦材と、前記第１の摩擦面に対して移動する第２の摩擦面に第２の硬質部材を有する第２の摩擦材と、を備え、前記第２の硬質部材は、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た溝部を含み、前記第１の硬質部材は、前記溝部に当接する凸部を含む制動用摩擦材における前記第２の摩擦材の製造方法であって、
　前記第２の硬質部材を研削することが可能な研削部材を、前記第１の摩擦材の前記凸部に替えて、前記第１の摩擦材の前記凸部と同じ位置に配置する工程と、
　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、前記第２の摩擦面を前記第１の摩擦面に対して移動させて、前記第２の硬質部材を前記研削部材で研削する工程と、
を含む摩擦材の製造方法。