JP2006273968A - 摩擦材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦材の品質を維持することが出来、かつ導入設備のコストを抑えつつ、予熱工程及び加熱加圧成形工程の時間短縮が実現可能な摩擦材の製造方法を提供する。
【解決手段】 繊維基材、結合材、充填材を主成分とする摩擦材の製造方法において、成形型への投入物を高周波誘電加熱により予備加熱し、その後、加熱加圧成形をおこなうことを特徴とする摩擦材の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、自動車、大型トラック、鉄道車両、各種産業用機械等のディスクパッド、ブレーキライニング等に好適に使用される摩擦材の製造方法に関する。

摩擦材の製造は通常、成形型への投入物（原料混合物、予備成型品等）を熱風乾燥機等にて５０〜８０℃、１〜３時間予熱した予備加熱工程後、成形温度１３０〜１８０℃、成形圧力１５〜５０ＭＰａで、約１０分間成形する加熱加圧成形工程が実施される。これらは摩擦材の品質維持に必要不可欠な工程であるが、両工程の時間短縮が望まれている現状がある。

特許文献１には、原料混合物又は予備成形品をマイクロ波で予熱することで、含水分の調整及びプレヒート（予備加熱）管理を効率よく行う事により、品質を維持しながら予熱工程（予備加熱工程）に要する時間を大幅に短縮するという発明が開示されている。しかしこの発明はマイクロ波を使用するため、原料の加熱効果については次のような問題があると思われる。
即ち、マイクロ波は周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚであり、水分の損失係数が特に高く、水分の存在により温度が上昇するという特性を有している。しかし、原料混合物又は予備成形品の含有水分率は摩擦材原料のロット、混合方法、季節的要因等により変動するのが普通である。それ故、量産工程において加熱加圧工程の時間短縮を実現するための原料混合物又は予備成形品等の安定したプレヒートの時間短縮効果には疑問がある。
特許文献２には摩擦材原料を投入したテフロン系樹脂からなる仮成形型を加圧して仮成形した摩擦材原料を仮成形型ごとマイクロ波で予熱した後、直ぐに熱成形型に投入、熱成形することで加熱成形時間を短縮する発明の記載がある。しかしこれではテフロン系樹脂の仮成形型が新規設備として必要となり、またマイクロ波を使用するので摩擦材原料の含有水分率による影響を受けやすく、加熱加圧成形時の時間短縮効果が安定しない恐れがある。

特開平１０−１７６７７号公報 特開２００２−９８１８１号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、摩擦材の品質を保持し、かつ導入設備のコストを抑えつつ、製造工程の時間短縮を実現する摩擦材の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は上記目的を達成するため加熱加圧成形工程直前の投入物（原料混合物、予備成型品等）の予熱法につき検討したところ、通常は周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚで、水分の損失係数が特に高い（即ち水分の存在により急激な温度上昇がおこる）マイクロ波を使用することが時間短縮には効果的と考えるところ、むしろ周波数１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで水分の損失係数は落ちる（即ち水分による温度上昇速度は遅くなる）が、フェノール樹脂等の摩擦材原料に対しても一定の損失係数を有する高周波を使用した方が、摩擦材原料の含有水分率に左右されず、原料を安定して予熱可能ではないかとの着想を得た。
この着想を元にさらに検討をすすめると、マイクロ波は、電力半減深度が浅い（水分の損失係数が高すぎるため電波エネルギーの減衰が大きく、表層近くで発熱され深くまで加熱できない）ことから被加熱体が厚かったりすると均一加熱が難しいのに対し、高周波は電力半減深度が深いので被加熱物が厚くても特に問題がなく均一な加熱が可能であり、自動車の車種により材質、形状等異なる摩擦材を使用する現状から、摩擦材の加熱加圧成形型への投入物の予熱にはむしろ適していることを理解した。そしてフェノール樹脂等の摩擦材原料全体に対しても一定の損失係数を有する高周波を使用することで、予備加熱の時間はマイクロ波加熱と同等であること、さらに予備加熱効果が摩擦材原料のロット、混合方法、季節等の含有水分率変動に対して安定することもあり、量産時においても加圧加熱成形工程にかかる時間を安定して大幅に短縮することが可能であることを知覚し本発明を完成させた。

即ち、本発明は下記の摩擦材を提供する。
（１）繊維基材、結合材、充填材を主成分とする摩擦材の製造方法において、成形型への投入物を高周波誘電加熱により予備加熱し、その後、加熱加圧成形をおこなうことを特徴とする摩擦材の製造方法。
（２）該投入物が原料混合物である（１）記載の摩擦材の製造方法。
（３）該投入物が原料混合物の造粒物である（１）記載の摩擦材の製造方法。
（４）該投入物が予備成形品である（１）記載の摩擦材の製造方法。
（５）該高周波誘電加熱の周波数は６〜１００ＭＨｚである（１）〜（４）記載の摩擦材の製造方法。

本発明の製造方法により、摩擦材の量産時における品質を維持することが出来、かつ導入設備のコストを抑えつつ、予熱工程及び加熱加圧成形工程の大幅な時間短縮が実現可能となる。

本発明は、繊維基材、結合材、充填材を主成分とする摩擦材の製造方法において、加熱加圧成形工程直前に成形型に投入する投入物に対し高周波誘電加熱をおこなうことを特徴とする摩擦材の製造方法である。

高周波誘電加熱とはマイクロ波（周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ、波長１ｍ〜１ｍｍ）と同じ電磁波である高周波（周波数１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、波長３０ｍ〜１ｍ）を使う加熱法である。これは物体内部から加熱されていくものであり、熱風等を利用した「外部加熱」に対し「内部加熱」と呼ばれるもので、外部加熱に比べ非常に効率よく短時間で物体を加熱できると言われているものである。ただし水分に対する損失係数の値の高い（損失係数が高ければ高いほど発熱量は大きくなる）マイクロ波に比べ高周波の損失係数は、たとえば１ＭＨｚの高周波と２４５０ＭＨｚ（電子レンジで使用）のマイクロ波とを比べると、２５℃の水においては約３０分の１となり、水分を含む原料を加熱する場合、効率面でかなり落ちるものである。
しかし損失係数が低いということは逆に、電波エネルギーの減衰が小さくなり、厚い材料でも表層だけでなく深くまで加熱が可能となる特徴をもっており、またその周波数からフェノール樹脂等の摩擦材原料自身に対しても加熱効果があり、それ故に季節、ロット、原料種類、原料混合方法等により、一定しない水分率に左右されず安定した加熱が可能であるという特徴を持っている。
さらにマイクロ波は人体（たとえば眼球）への影響が大きく、かつそのシールが難しいため、どうしても出力を上げる必要がある工業的には、大きな装置を使用せざるを得ない。これに対し高周波は工業的に使用可能な大出力装置においても、比較的シールが簡単なので、コスト面で有利である。

本発明で使用する高周波の周波数は、摩擦材原料の組み合わせにもよるが、好ましくは６〜１００ＭＨｚ、より好ましくは３０〜８０ＭＨｚである。この範囲内であれば予熱物が、原料混合物、原料混合物の造粒物、予備成型品のいずれの場合でも、安定した予備加熱効果が得られる。
なお、高周波誘電加熱装置としては、電極の間に高周波電界を印加させる電極方式が可能な装置であれば特に限定されず、オーブン形式によるバッチ式でも、コンベア等による連続式であってもよい。

摩擦材原料については摩擦材に通常用いられる原料が用いられる。
繊維基材としては、たとえばスチール、ステンレス、銅、真鍮、青銅、アルミニウム等の金属繊維；チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール、ウォラストナイト等の無機繊維；アラミド繊維、炭素繊維、ポリイミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維等の有機繊維；等である。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることが出来る。繊維基材全体の添加量は、摩擦材組成物全量に対して好ましくは２０〜６０体積％、より好ましくは２５〜５０体積％である。これらは本発明の効果を維持できる範囲で、適宜添加することができる。

充填材としては、有機充填材と無機充填材が挙げられる。有機充填材として、たとえばカシューダスト、加硫済みの天然・合成ゴム粉末、タイヤリク、アクリルゴムダスト等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることが出来る。一方無機充填材としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、消石灰、人造黒鉛、硫化錫、マイカ、コークス、アルミナ、シリカ等の他、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム等の金属粉が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることが出来る。これらの充填材の添加量は、摩擦材組成物全量に対して好ましくは２０〜６０体積％、より好ましくは３０〜５０体積％である。

結合材としては、通常摩擦材に用いられる公知のものを使用することができる。たとえば、フェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ＮＢＲ、アクリルゴム（未加硫品）等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることが出来る。この結合材の添加量は本発明では通常より少なく、摩擦材組成物全量に対して好ましくは１０〜３５体積％、より好ましくは１２〜２０体積％である。

摩擦材の製造方法は、まず上記の摩擦材原料成分をレディゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合する。
次に本発明の第１の製造方法として、この原料混合物に対して、高周波誘電加熱し８０〜１３０℃に予備加熱し、その後、成形型に投入、加熱加圧成形する。
また本発明の第２の製造方法として、この混合原料を、その偏析防止のためさらに造粒して使用する場合がある。造粒物の作製は、粉体の原料を造粒するのに使用される方法であればどのような方法でも可能であるが、混合原料に溶剤を無添加もしくは０．１〜５．０質量％添加し、無加熱状態で金型や加圧ロールにて圧縮、粉砕することで造粒物を作製する方法が、原料の変質を防止する意味から好ましく用いられる。この原料混合物の造粒物に対して高周波誘電加熱し８０〜１３０℃に予備加熱し、その後、成形型に投入、加熱加圧成形する。
さらに本発明の第３の製造方法として、原料混合物、もしくはその原料混合物を造粒したものを金型内で予備成形し、この予備成形したものに対して高周波誘電加熱し８０〜１３０℃に予備加熱し、その後、成形型に投入、加熱加圧成形する方法もある。
上記３つの製造方法において、予備加熱後の成形型への投入は、予備加熱後、直ちに投入、もしくは熱風乾燥炉等にて保温したものを加熱圧縮成形することが、成形時間短縮のため望ましい。
なお高周波誘電による予備加熱時間としては、摩擦材原料の構成、量等により変動するが、１０秒〜２０分、好ましくは２０秒〜１０分、より好ましくは２０秒〜１８０秒間である。またそれに続く加圧加熱成形時間は１０秒〜２０分、好ましくは２０秒〜５分、より好ましくは３０秒〜９０秒である。

次に、上記により得られた成形品を熱処理（後硬化）した後、必要に応じて塗装、焼き付け、研磨処理を施して摩擦材の完成品が得られる。
なお自動車等のディスクパッドを製造する場合には、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鉄またはアルミ製のバックプレートを別途準備し、投入物（原料混合物、混合物の造粒物、予備成型品等）と合わせて成形用金型で成形、熱処理、塗装、焼き付け、研磨することにより作製することができる。

本発明の摩擦材の製造方法は、自動車用として好適なものであるが、大型トラック、鉄道車両、各種産業機械等の制動用ブレーキにも用いることが出来る。

以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

まず表１に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーにて５分間混合し、原料混合物Ａ（含有水分率１．１質量％）、原料混合物Ｂ（含有水分率０．２質量％）を用意した。原料混合物Ｂは原料混合物Ａを８０℃の熱風乾燥機にて１８０分間加熱乾燥させたものである。含有水分率は、京都電子社の水分気化装置ＡＤＰ−３５０に前記各原料混合物１ｇをセットし、同社のカール・フィッシャー式水分率計ＭＫＣ−２１０で測定することにより求めた。
次に下記の工程によりサンプルを作製した。
実施例１；原料混合物Ａを富士電波工機社の周波数６２ＭＨｚ、出力５ＫＷの高周波誘電加熱装置（ＦＤＰ−５２０Ｍ）にて３０秒間加熱した。予備加熱品の表面温度は９８℃で内部温度は１０１℃であった。これを直ちに成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で６０秒間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作製した。
実施例２；原料混合物Ａに溶剤を３質量％添加し、無加熱状態で金型にて５０ＭＰａで圧縮、粉砕することで造粒物を作製した。この造粒物を上記高周波誘電加熱装置にて３０秒間加熱した。予備加熱品の表面温度は１０７℃、内部温度は１０９℃であった。これを直ちに成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で６０秒間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作製した。
実施例３；原料混合物Ａを加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を上記高周波誘電加熱装置にて３０秒間加熱した。予備加熱品の表面温度は８９℃、内部温度は９３℃であった。これを直ちに成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で６０秒間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作製した。
実施例４；原料混合物Ｂを加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を上記高周波誘電加熱装置にて３０秒間加熱した。予備加熱品の表面温度は８７℃、内部温度は９０℃であった。これを直ちに成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で６０秒間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作製した。

比較例１；原料混合物Ａを加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を熱風乾燥炉にて８０℃、２時間加熱した。予備加熱品の表面温度は７２℃、内部温度は６４℃であった。これを成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で１０分間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作成した。
比較例２；原料混合物Ｂを加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波加熱装置にて３０秒間加熱した。予備加熱品の表面温度は４８℃、内部温度は５１℃であった。これを直ちに成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で６０秒間成形した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、厚さ１０ｍｍの摩擦材を作製した。
なお、予備加熱品の表面温度は、安立計器社の温度計測器ＨＡ−１００Ｅと静止表面用温度センサを組合せ、予備加熱品の表面にセンサを接触させて測定することにより求めた。内部温度は前記温度計測器と突き刺し形温度センサを組合せ、予備加熱品の内部にセンサを挿入して測定することにより求めた。

上記の摩擦材について、製品外観、耐摩耗性を評価した。
（１）製品外観
製品表面のフクレの有無を目視にて確認し、製品外観を下記判定基準に基づき評価した。
○：フクレ無し
×：フクレ有り
（２）耐摩耗性
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 一般摩耗試験に準拠し、制動初速度３０〜８０ｋｍ／ｈ、制動減速度２ｍ／ｓ²、制動前ブレーキ温度５０〜２００℃、制動回数合計１，６００回の試験条件で、摩擦材の摩耗を下記判定基準に基づき評価した。
○：０．６ｍｍ未満
×：０．６ｍｍ以上
結果を表１にに示す。

表１

Claims (5)

1. 繊維基材、結合材、充填材を主成分とする摩擦材の製造方法において、成形型への投入物を高周波誘電加熱により予備加熱し、その後、加熱加圧成形をおこなうことを特徴とする摩擦材の製造方法。
2. 該投入物が原料混合物である請求項１記載の摩擦材の製造方法。
3. 該投入物が原料混合物の造粒物である請求項１記載の摩擦材の製造方法。
4. 該投入物が予備成形品である請求項１記載の摩擦材の製造方法。
5. 該高周波誘電加熱の周波数は６〜１００ＭＨｚである請求項１〜４記載の摩擦材の製造方法。