JPH0463255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工業用ミシンなどに使用される電磁ク
ラツチ・ブレーキ付きモータにおいて、特に電磁
クラツチ・ブレーキ等にクラツチライニング、ブ
レーキライニングに用いられる摩擦材と、その支
持鉄心である可動鉄心とを一体化した電磁クラツ
チ・ブレーキ可動板に関するものである。

従来例の構成とその問題点 先ず、摩擦材と可動鉄心を一体化した電磁クラ
ツチ・ブレーキ可動板が使用される電磁クラツ
チ・ブレーキ付きモータの構成を第１図を参照し
て説明する。

第１図は、電磁クラツチ・ブレーキ付きモータ
の要部の構成を示すもので、駆動用モータの回転
軸１の一端にクラツチ構成体の一つであるクラツ
チ盤２を固定した慣性体であるフライホイール３
が固定されている。フライホイール３に対向する
位置にあるエンドブラケツト４はクラツチ巻線５
ａを有するクラツチヨーク５、ブレーキ巻線６ａ
を有するブレーキヨーク６、ブレーキシュ７を保
持しており、一方、軸受８を介して出力を取り出
すプーリ９を有し、他端には摺動軸（スプライ
ン）１０を有するクラツチ軸１１を支持してい
る。クラツチライニング（摩擦材）１２、ブレー
キライニング（摩擦材）１３を保持したクラツチ
リング（可動鉄心）１４及びブレーキリング（可
動鉄心）１５は、摺動軸１０上を軸方向に移動可
能で回転方向の相対運動不可に支持され、両者は
Ｏリング１６とカツプリング１７で連結されてい
る。

次に電磁クラツチ・ブレーキの動作について説
明する。

回転軸１は連続回転しており、その軸端に固定
されたフライホイール３で回転エネルギーを蓄積
した状態にある。従つて、クラツチ巻線５ａに通
電すると、その電磁力５ｂが発生し、クラツチリ
ング（可動鉄心）１４は、クラツチ盤２に吸引さ
れ、クラツチライニング（摩擦材）１２を介して
回転動力が摺動軸１０、クラツチ軸１１を通じて
プーリ９に取り出される。停止させる場合はブレ
ーキ巻線６ａに通電すると、電磁力６ｂが生じて
ブレーキリング（可動鉄心）１５がブレーキシュ
７に吸引され、ブレーキライニング（摩擦材）１
３を介して摺動軸１０、クラツチ軸１１を通じて
エンドブラケツト４に固定されたブレーキシュ７
との間で制動力が生じ制動される。

上記のような構造を有す電磁クラツチ・ブレー
キ付きモータは、一般に高頻度の起動停止が行な
われる工業用ミシンの駆動用として広く用いられ
ており、モータには400W程度のものが使用され
る。特にミシン駆動用の電磁クラツチ・ブレーキ
付きモータとしては、１日１万回程度のクラツ
チ・ブレーキ動作が行なわれるので、摩擦材とし
て長寿命のものが要求され、且つ動作時の音の静
かなものが望まれていた。

従来、上記のような電磁クラツチ・ブレーキ付
きモータの摩擦材としては米国特許第3016119号
明細書、同第3073424号明細書および同第3231058
号明細書に記載の如く柔細胞構造を有する乾燥し
たコルク樹皮を粉砕して得たコルク粒子とフエノ
ール樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、ポリ
酢酸ビニル樹脂などの結合剤とを混合し、加熱圧
縮して成る圧搾コルクや焼成コルクなど柔かい多
孔性物質が使用される。

上記摩擦材としてコルクのような柔かい多孔性
物質が用いられる理由としては、例えばコルクが
天然植物製産物であるにも抱らず油脂類、有機
酸、石鹸、アルカリ、塩類などに対して化学的に
安定であり、且つ摩擦面の温度が概ね80℃までの
電磁クラツチ・ブレーキの摩擦材としては実用的
に十分な耐熱性を有しているからである。また微
細な空気充満細胞構造に由来する柔かく、且つダ
ンピング性（tanδ）が大きく、気孔率が大きい等
の特色は、クラツチ・ブレーキ動作時の当り音を
柔らげ、また摩擦特性以外では、前記性質によつ
てクラツチ・ブレーキ動作時に鳴きにくい材料と
しての性質を基本的に携えているからである。

反面、コルクのような柔い多孔性物質は、一般
に摩擦面に潤滑膜が存在しないと摩擦係数が温度
や摺動速度などクラツチ・ブレーキ動作時の外的
要因によつて変化し易すく、これによりトクル伝
達或いは制動能力が不安定となる。更にコルクの
ような柔かい多孔性物質は熱放散性が悪いのでク
ラツチ・ブレーキ動作時の摩擦熱が摩擦面に蓄積
し易すく、その結果、該コルクの一部が相手材へ
転移したり、或いはまたコルクの一部が脱落して
ゆくという異常摩耗が生じる。この様にコルクの
ような柔かい多孔性物質が潤滑膜を介さず、直接
相手材と摩擦する場合、クラツチ・ブレーキ動作
時に鳴きが発生したり、或いはまた摩耗が著しく
促進されて摩擦材が早期に寿命に至るという結果
になるのである。

従つて、上記コルクのような柔かい多孔性物質
を摩擦材とする場合、摩擦面に潤滑膜を形成する
ことにより摩擦特性を改良することが肝要であ
る。

上記摩擦面に潤滑膜を形成させる手段として
は、例えば米国特許第3777864号明細書に記載さ
れた摩擦材のようにコルクに油或いはグリースを
含浸するのが効果的である。潤滑膜の効果によつ
てクラツチ・ブレーキ動作時の温度、面圧、摺動
速度などに対して格段に安定な摩擦係数を確保す
ることができ、しかも潤滑膜を形成する油剤の粘
度を調整することにより所望のトルク伝達や制動
特性とすることも可能である。更に摩擦面に潤滑
膜が存在し、その機能を果たす限り摩擦材の異常
摩耗を防止することができ、定性的に長寿命化が
図れることが知られている。

しかし、コルクに油或いはグリースを含浸する
場合、その含浸量や、その機能的役割、さらには
摩擦材と可動鉄心とを一体化した電磁クラツチ・
ブレーキ可動板としての具備すべき点に関しては
何等明らかにされておらず、このため、例えば摩
擦材の摩耗寿命が大いに変動し易すい等の欠点が
あつた。

発明の目的 本発明は、上記コルクのような柔かい多孔性物
質に油、或いはグリースを含浸してなる摩擦材と
可動鉄心とを一体化した電磁クラツチ・ブレーキ
可動板の長寿命化と、その信頼性を高めることを
目的とする。

発明の構成 本発明は、摩擦材と可動鉄心を一体化したもの
で、第２図に示すように摩擦材ａと可動鉄心ｄと
の接合部分の断面構成が摩擦材ａ側から下記ｂ，
ｃ，ｄの順としたものである。

(a) コルク粒子１ａ、結合剤２ａ、液状潤滑剤３
ａから成る摩擦材。

(b) 液状潤滑剤３ａと溶媒和したエポキシ樹脂の
硬化膜。

(c) エポキシ樹脂の硬化膜。

(d) 可動鉄心。

更に、摩擦材ａの液状潤滑剤３ａ含有量が、少
なくとも18wt％であつて、しかもエポキシ樹脂
硬化膜ｂ，ｃの膜厚の和が20μｍ以上となるよう
にしたものである。

実施例の説明 本発明で言う摩擦材とはコルク粒子、結合剤お
よび液状潤滑剤から成る。コルク粒子は乾燥した
コルク樹皮を粉砕して得たもので、その粒子径は
一般に６〜60meshのものが好ましい。粒径が大
きいと液状潤滑剤の含有量が不足し、小さいと摩
擦材を製造する際の作業性が低下する。（コルク
は防水材やコルク栓として使用されるようにコル
ク自身の樹皮状物質や均一性細胞構造のため、コ
ルク自身の細胞内に液状潤滑剤を浸透させること
は極めて困難であり、液状潤滑剤はコルク粒子間
に存在する。）結合剤としては、コルク粒子を原
料として圧搾コルクや焼成コルクを製造する際に
一般に使用するフエノール樹脂、ポリウレタン樹
脂、ポリ酢酸ビニル樹脂等が使用できる。また結
合剤の量は、コルク粒子の粒度並びに分布によつ
て異なるが、一般にはコルク粒子100重量部に対
して、10〜30重量部使用する。結合剤が少量であ
るとコルク粒子間の結合力が不足し、多量である
と液状潤滑剤がコルク粒子間に浸透し難くなる。
本発明で言う液状潤滑剤とは鉱油、α−オレフイ
ン及びその共重合体、ポリアルキレングリコー
ル、ポリアルキレンオキサイド、二塩基酸エステ
ル、ヒンダードエステルなどの天然または合成油
の一種または二種以上の混合物である。また、そ
れ等は必要に応じて各種添加剤を加えたものであ
つても差支えない。例えば高級アルコール、ケト
ン、エステルアミン或いは高級脂肪酸および金属
石鹸や油脂などの極性基を有する長鎖化合物であ
る油性剤、ポリメチルシロキサンのような消泡
剤、スルホン酸塩、アミン、有機酸或いはその
塩、エステル等の極性基を有する有機化合物であ
る防錆剤、有機シリコン化合物、高級脂肪族アミ
ン等の発水剤、ポリイソブチレン、ポリメタクリ
レート、不飽和脂肪酸のアルミニウム石鹸等の粘
着剤、更には遊離脂肪酸グリセリド、ナフテン酸
のアルカリ土類塩やリチウム塩、亜鉛石鹸、ペト
ロラクタム等の離しよう防止剤、グラフアイト、
二硫化モリブデンポリテトラフルオロエチレンの
ような固体潤滑剤などである。上記のような液状
潤滑剤の含有量は摩擦材の少なくとも8wt％以上
とする。

次に、本発明で言う上記液状潤滑剤と溶媒和し
たエポキシ樹脂の硬化膜とは未硬化状態のエポキ
シ樹脂が液状潤滑剤の極性を高め、液状潤滑剤の
層を突破してコルク粒子或いは結合剤へ浸透した
後、硬化した膜を言う。このような機能を発見す
るエポキシ樹脂としてはポリグリコール型エポキ
シオリゴマー、或いはまた、エポキシ樹脂硬化剤
として例えばポリアミドがあり、このような液状
循環剤を溶媒和する成分を主剤（エポキシ・オリ
ゴマー）もしくは硬化剤の少なくとも一方の必須
成分としておく必要がある。

次に本発明で言うエポキシ樹脂の硬化膜とは上
記液状潤滑剤と溶媒和したエポキシ樹脂の硬化膜
と可動鉄心とを強固に接合するものであり、エポ
キシ樹脂の種別に関しては特に制限はない。勿
論、液状潤滑剤と溶媒和するエポキシ樹脂と同一
組成のものであつても差し支えない。尚、両者の
エポキシ樹脂硬化膜の形成は別々に行なわれて
も、また同時に行なわれるものであつても差し支
えない。

更に、本発明で言う可動鉄心とは軟磁性体であ
り、且つ、機械加工し易い炭素鋼が通常使用され
る。

次に本発明の効果を実施例を用いて説明する。

〔液状潤滑剤と摩擦材の摩耗〕

先ずコルク粒子14〜35mesh100重量部、ポリウ
レタン樹脂20重量部をよく混合した後、賦形し
て、見かけ密度約0.5ｇ／c.c.の圧搾コルクを得た。
これに40℃での動粘度約80cstの液状潤滑剤を含
浸し、外径112mm、内径69mm、厚さ4.5mmのドーナ
ツ状の摩擦材ａを得た。但しここで用いた液状潤
滑剤は合成油（ヒソダードエステル）をベース
に、その添加剤としてポリイソブチレン、４，
4′−ブチリデン・ピス6.t−ブチル3.メチルフエノ
ールを使用したものである。

上記摩擦材中の液状潤滑剤の含有量は０、２〜
５、８〜10、12〜14、18〜20重量％とし、別に摩
擦面から液状潤滑剤を塗布したものを用意した。
次に、エポキシ樹脂Ａとしてビスフエノール型エ
ポキシオリゴマー50重量部、ポリグリコール型エ
ポキシオリゴマー50重量部、ジシアンジアミド20
重量部を混合し、摩擦材の反摩擦面に室温で塗布
し、加熱硬化することにより、約50μｍの膜厚を
有する摩擦材中の液状潤滑油と溶媒和したエポキ
シ樹脂の硬化膜ｂを形成した。

次にエポキシ樹脂Ｂとして、ビスフエノール型
エポキシオリゴマー100重量部、ジシアンジアミ
ド20重量部を混合し、前述した液状潤滑剤と溶媒
和したエポキシ樹脂の硬化膜を介して摩擦材との
可動鉄心の間に約10μｍの膜厚を有するエポキシ
樹脂の硬化膜ｃを設け電磁クラツチ・ブレーキ可
動板とした。

第３図は上記摩擦材中の液状潤滑剤看有量を異
にする各電磁クラツチ・ブレーキ可動板を第１図
のような電磁クラツチ・ブレーキ付きモータに実
装し、クラツチ・ブレーキ動作を各1secずつ行な
つたときの動作回数と摩擦材の摩耗量との関係を
示す特性図である。

第３図から明らかなように摩擦面に液状潤滑剤
が存在しないと摩耗は急速に進み、摩擦材中の液
状潤滑剤の含有量が２〜5wt％では、摩擦面に液
状潤滑剤を塗布したものと同程度の摩耗特性しか
得られない。即ち、摩擦材中に液状潤滑剤を含浸
させた効果を発現させるためには概して8wt％以
上の液状潤滑剤を摩擦材中に含有させる必要があ
り、更に摩擦材の摩擦寿命を長くさせるために望
ましくは、18wt％以上の含有量を要する。

第４図は摩擦材と、可動鉄心を接合して電磁ク
ラツチ・ブレーキ可動板とする際の液状潤滑剤流
出量と摩擦材中の液状潤滑材含有量との関係を示
す特性図である。

液状潤滑剤の流出量は、接合部分に瀘紙を挿入
し、加熱時の摩擦材の自由膨張による変形を抑え
るため、先ず室温で任意の圧力で摩擦材を締め付
けた後、そのまま150℃で加熱したときの瀘紙の
重量増加で推定した。

第４図から明らかなように摩擦材中の液状潤滑
剤の接合操作時を仮定した流出量は摩擦材中の液
状潤滑剤含有量が概ね18wt％以上で急激に増加
する傾向を示している。

以上のように摩擦材中の液状潤滑剤含有量が
18wt％以上の場合は、時に摩擦寿命に効果があ
るが、一方可動鉄心との接合力を十分に確保する
技術を確立しなければ電磁クラツチ・ブレーキ可
動板として実用に供することは難しい。

〔摩擦材と可動鉄心の接合〕

前項と同じく液状潤滑剤の含有量を異にする摩
擦材と可動鉄心、及びエポキシ樹脂Ａ，Ｂを用意
した。またエポキシ樹脂硬化物の膜厚を一定にす
るために、厚さの異なるガラス不織布を用意し
た。

先ず、可動鉄心にエポキシ樹脂Ａ，Ｂを塗布し
膜厚規制のためのガラス不織布を敷き、摩擦材を
合わせた後、任意の圧力で摩擦材を圧縮し、その
まま加熱することによつてエポキシ樹脂を硬化し
電磁クラツチ・ブレーキ可動板とした。この電磁
クラツチ・ブレーキ可動板の摩擦材を堀り起こし
たとき全く接合していないものやエポキシ樹脂の
硬化膜と可動鉄心の界面ではく離したものをＸと
し、摩擦材のみの堀り起こされ、エポキシ樹脂の
硬化膜と可動鉄心が強固に接合したものをＯとし
て、その接合面の信頼性を評価した。一方、別に
用意した瀘紙をエポキシ樹脂の変わりに使用して
電磁クラツチ・ブレーキ可動板とする操作を行な
ったときの摩擦材中に含有された液状潤滑剤の流
出量を推定した。

第５図、第６図は上記の結果を一括して示す特
性図である。

第５図のように摩擦材と可動鉄心とを組み合わ
せて、電磁クラツチ・ブレーキ可動板とする際の
液状潤滑剤の接合面側への流出量は、液状潤滑剤
の含有量に最も依存する。一方、第６図における
接合状態はエポキシ樹脂が液状潤滑剤と溶媒和し
たのちに硬化膜を形成したもので、且つ十分な膜
厚によりエポキシ樹脂単一の硬化膜が可動鉄心面
に存在する場合に、限り良好なものとなつてい
る。

上記接合状態は更に詳しく下記のように説明で
きる。摩擦材中の液状潤滑剤と溶媒和しにくいエ
ポキシ樹脂Ｂは摩擦材と接合しない。一方、液状
潤滑剤と溶媒和するエポキシ樹脂Ａは摩擦材と接
合する。しかし、前記液状潤滑剤と溶媒和して硬
化したエポキシ樹脂Ａの硬化膜が、そのまま可動
鉄心と接すると、硬化膜と可動鉄心との界面に硬
化膜を突き破って逆浸透した液状潤滑剤が、ちな
みに成形材料中の内部離型剤が金型壁面に作用す
るのと同様な役割を演じて十分な接合状態になり
得ない。従つて、このような場合に十分な接合状
態が発見するのは摩擦材中の液状潤滑剤含有量が
18〜20wt％のときの、前記液状潤滑剤と溶媒和
したエポキシ樹脂の硬化膜と、エポキシ樹脂単一
の硬化膜との膜厚の和が少なくとも20μｍ以上あ
ることが必要であることは明白である。

発明の効果 以上のように本発明は、工業用ミシンなどに使
用される電磁クラツチ・ブレーキ付きモータに関
し、特に長寿命化への要求が望まれていた電磁ク
ラツチ・ブレーキ等のクラツチライニング、ブレ
ーキライニングに用いられる摩擦材の寿命を著し
く延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電磁クラツチ・ブレーキ付きモータの
要部断面図、第２図は、本発明に係る電磁クラツ
チ・ブレーキ可動板の要部断面図、第３図は電磁
クラツチ・ブレーキ可動板の摩耗を示す特性図、
第４図は、液状潤滑剤の含有量と接合操作時の流
出量との関係を示す特性図、第５図は接合条件と
液状潤滑剤流出量との関係を示す特性図、第６図
は接合状態とエポキシ樹脂硬化膜の厚さとの関係
を示す特性図である。 ａ……摩擦材、ｂ，ｃ……エポキシ樹脂の硬化
膜、ｄ……可動鉄心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 摩擦材と可動鉄心との接合部分の断面構成を
   摩擦材側から、ａ：コルク粒子、結合剤、液状潤
   滑剤から成る摩擦材、ｂ：前記液状潤滑剤と溶媒
   和したポリグリコール型エポキシオリゴマーまた
   はポリアミドを有効成分としたエポキシ樹脂の硬
   化膜、ｃ：エポキシ樹脂硬化膜、ｄ：可動鉄心の
   順に設けた電磁クラツチ・ブレーキ可動板。 ２ 摩擦材ａの液状潤滑剤含有量が、少なくとも
   18wt％であつて、しかもエポキシ樹脂硬化膜、
   ｂ，ｃの膜厚の和が20μｍ以上である特許請求の
   範囲第１項記載の電磁クラツチ・ブレーキ可動
   板。