JP2007015125A - 摩擦材の熱成形方法及び熱成形用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱成形中に発生するガスを、効率よく排出できる摩擦材の熱成形方法と、この方法に使用する摩擦材の成形金型とを提供する。
【解決手段】 貫通した中空部６ａを有する枠型６と、該中空部の一方側に配置された押し型５と、他方側に配置された受け型７とを有し、押し型５と受け型７の少なくとも一方が前記枠型６の中空部６ａ内を摺動自在な熱成形用金型を用い、摩擦材原料を前記枠型内に投入し、該摩擦材に前記押し型と受け型とにより圧力を加え、加熱して成形する。枠型６は複数個に分割され、熱成形中に前記押し型と受け型とにより加える圧力を減圧するとともに、前記複数個に分割された枠型を離反し、該離反した枠型の隙間から熱成形中に発生したガスを排出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの摩擦材に関し、特に、摩擦材の熱成形方法と成形用金型とに関する。

摩擦材は、たとえば、有機繊維、無機繊維、金属繊維などの繊維材と、グラファイト、硫酸バリウムなどの摩擦調整材と、天然ゴム或いは合成ゴムなどの充填材とをフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を結合材として混合した粉末状の原料から成形される。

ディスクブレーキパッドは、前記粉末状の摩擦材原料を加圧及び加熱して成形すると同時に鋼鉄製のバックプレートに貼り付けることによって形成される。あるいは、ブレーキライニングのように、前記粉末状の摩擦材原料を加圧及び加熱して成形しただけで、成形と同時にバックプレートに貼付しないものもある。

摩擦材を成形する方法としては、主として上型（押し型）、中型（枠型）、下型により構成され、所要の温度に加温された熱成形金型を使用する。枠型は筒状で下型が底部となっている。下型は、枠型の筒状の内部を昇降可能となっており、筒状の内部に摩擦材の原料を投入する。そして、バックプレートに貼りつける場合は、枠型の上面にバックプレートを載せ、その上から押し型で押圧する。バックプレートに貼付しない場合は、押し型は直接摩擦材を押圧することになる。摩擦材は、固定された押し型に対し下型が上昇することで加圧され、金型で加熱されることで摩擦材の熱硬化性樹脂が溶融し硬化する。

摩擦材の原料として粉末状の摩擦材原料を造粒した造粒物や、粉末状の摩擦材原料または造粒物を加熱せずに加圧して固めた予備成形品を使用することもある。この場合、枠型の空間内に、この造粒物や予備成形品を投入することになる。

いずれの方法でも、摩擦材原料を加圧し、かつ、加熱して摩擦材にすることは同じで、この工程中に、結合材として混入されたフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が溶融して硬化するが、このとき、大量のガスが発生する。このガスを適切に抜いておかないと、成形後にフクレや亀裂が発生したり、ブレーキパッドとして使用しているとき、摩擦熱により亀裂が発生する原因となる。

摩擦材の成形時に発生するガスを、成形中の摩擦材から抜く方法として、押し型を上昇させる方法がある。この方法によれば、押し型と摩擦材との間に隙間ができるので、摩擦面からのガスが抜け易い。しかし、摩擦材の側面は枠型に密着しているので、側面からはガスが抜けにくく、側面にクラックが発生し易い。

このような問題を解決するために特許文献１では、押し型と枠型とにガス抜きの溝として、縦方向溝と横方向溝とを設けている。成形時に発生するガスをこれらの縦横方向の溝で排出できるようにしている。

また、特許文献２では、枠型を上下に分割し、中間に１枚以上のインサート板を挿入し、このインサート板にガス抜き孔を設けている。

しかし、特許文献１及び２に記載のものは、ガス抜きの通路は金型等に形成するので、熱成形中に溶融した結合材が、このガス抜き通路内に流れ込み、通路を塞いだり、流れ込んだ結合材が固まって形成された摩擦材にバリなどとして残ったりすることになる。そのため、ガス抜き通路を広げることはできず、狭い通路となる。すると、ガス抜きも不十分になり、通路はさらに塞がれ易くなる、という問題があった。
特開平１０−１２２２８４号 特開２００３−２１１４７４号

本発明は、このような問題の解決を図ったもので、熱成形中に発生するガスを、効率よく排出できる摩擦材の熱成形方法と、この方法に使用する摩擦材の成形金型とを提供しようとするものである。

前記の目的を達成するために本願の請求項１の摩擦材の熱成形方法は、貫通した中空部を有する枠型と、該中空部の一方側に配置された押し型と、他方側に配置された受け型とを有し、押し型と受け型の少なくとも一方が前記枠型の中空部内を摺動自在な熱成形用金型を用い、摩擦材原料を前記枠型内に投入し、該摩擦材に前記押し型と受け型とにより圧力を加え、加熱して成形する摩擦材の熱成形方法において、前記枠型を中空部の貫通方向に沿った分割線で複数個に分割し、熱成形中に前記押し型と受け型とにより加える圧力を減圧するとともに、前記複数個に分割された枠型を離反し、該離反した枠型の隙間から熱成形中に発生したガスを排出することを特徴としている。

前記枠型の中空部が枠型を上下方向に貫通し、前記押し型が枠型の上方に配置され、前記受け型が枠型の下方に配置され、前記押し型と受け型の加圧が垂直方向に加えられることとしたり、前記垂直方向に加わる圧力を減圧する工程が、摩擦材原料に加わる圧力を前記押し型の重量による圧力まで減圧する工程であることとしたり、前記枠型の一端にバックプレートを載置し、該バックプレートを前記押し型が押圧してバックプレートに熱成形された摩擦材を貼付することとしたりすることができる。

また、本発明の摩擦材の熱成形用金は、貫通した中空部を有する枠型と、該中空部の一方側に配置される押し型と、他方側に配置された受け型とを有し、押し型と受け型の少なくとも一方が前記枠型の中空部内を摺動自在な熱成形用金型であることを特徴としている。前記枠型が、分割状態と結合状態との間で移行するためのガイド部材を有する構成としてもよい。

粉末状あるいは造粒物又はこれらから予備成形した摩擦材原料を枠型の中空部に投入し、押し型と受け型とにより圧力を加え、同時に加熱する。この加熱により、摩擦材に混入されている熱硬化性樹脂などの結合材が溶融し、固化し始める。このとき、大量のガスが発生するので、押し型と受け型とに加えた圧力を減圧し、かつ、分割された枠型を分離して若干の隙間ができるようにする。摩擦材内部に発生したガスは、この隙間から外部に排出され、ガス抜きがされることになる。

なお、摩擦材を加圧・加熱する際、結合材は溶融し、加圧によって流動するが、枠型を開いているときに摩擦材は加圧されていないので、結合材は流動しない。従ってこの状態で枠型を開いても溶融した物質が開いた枠型の隙間に進入することはない。

本発明によれば、摩擦材を加圧・加熱して成形するとき、枠型が開いて内部に溜まったガスを効果的に排出することができるので、摩擦材側面からのガスの抜けがよくなる。また、ガス抜き用の溝ではないので、溶融物によりガス抜き用の通路を塞がれることもない。

枠型の中空部が枠型を上下方向に貫通し、前記押し型が枠型の上方に配置され、前記受け型が枠型の下方に配置され、前記押し型と受け型の加圧が垂直方向に加えられる構成とすれば、粉末状の摩擦材原料を、枠型内に水平に投入することができ、摩擦材の厚さを一定に保ち易くなる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の摩擦材を熱成形する装置の構成を示す図である。熱成形装置は、押し型５と枠型６及び受け型７とを有する。押し型５及び受け型７は上下方向に移動可能な構成であるが、枠型６は上下方向には移動せずに固定されている。

図２は、枠型６の上面図である。枠型６は、中央に摩擦材と同じ形状の中空部６ａがある。この中空部６ａは、枠型６を直線的に貫通している。枠型６の上面にはいくつかの位置決め部材６ｂが設けられている。この位置決め部材６ｂは、バックプレート１の位置決め用のものである。位置決め部材６ｂの個数や場所は、図示の例に限定されるものではないが、位置決め部材６ｂがバックプレート１に引っ掛かり、枠型の離反を妨げることのない場所に設けるのが必須である。

受け型７は、枠型６の中空部６ａ内を昇降可能で、受け型７の上面は平面で、中空部６ａの底面となっている。押し型５には、２つの突起５ａ，５ａが形成されている。突起５ａ，５ａの径ｄ２は、後述するバックプレート１の結着孔２の径Ｄより小さく、遊嵌できるようになっている。

本発明の枠型６は、中空部６ａが貫通する図１の上下方向に沿って分割線６ｃ，６ｃで枠型６１と枠型６２の２つに分割されている。これらは、分離手段７０により分割状態と密着状態とに変化することが可能である。図２は密着状態を示す。

図３は、枠型６の分割状態を示す図である。分離手段７０のシリンダロッドを伸縮することで、枠型６１と枠型６２は矢印ａの方向に分割したり結合したりする。分割されたとき枠型６１と６２との間には、隙間ｓができる。分離手段７０としては、ソレノイド、エアーシリンダ、オイルシリンダ、カム等種々のものを使用できるが、押し型５と受け型７とで加圧したとき、枠型６が閉じた状態を保持できる構成でればよい。また、上記のような強制的に枠型を分離する分離手段を用いなくとも、発生したガスの内圧で枠型を分離させることもできるので、ガス抜き時にのみ枠型６が分離方向に自由に離反できるようにし、押し型と受け型で加圧したとき、枠型６が閉じた状態に保持する構成にすることも可能である。ガイド部材として、枠型６１にはガイドピン６１ａがあり、枠型６２にはガイドピン６１ａが進入する穴６２ａが穿設されている。これによって、枠型６の分割時に枠型６１と６２とが水平面内で動き、再度閉じるときにずれが生じるのを防止することができる。

図４は、従来の摩擦部材の一例としてのディスクブレーキのディスクパッドに用いられるバックプレートを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIV−IV断面図である。同図に示すバックプレート１は、自動車用鋼板、又は、機械用構造用鋼板をプレス機により打ち抜き加工して所定の形状に成形し、同時に、２つの結着孔２，２を貫通させている。

バックプレート１はプレス機による打ち抜き加工の後、表面の油を取り除く脱脂行程を経て、サンドブラスト等で表面仕上げされ、摩擦材との結合力を上げるために熱硬化性接着剤を塗布される。

一方、摩擦材は、繊維材と充填材と結合材とを混合した素材から製造される。繊維材としては、有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用され、有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維などがあり、無機繊維としては、ロックウール、ガラス繊維、セピオライトなどがあり、金属繊維としてはステンレススチール繊維、スチール繊維、銅繊維、真鍮繊維、青銅繊維などが挙げられる。

充填材は、増量目的や、潤滑特性を付与して安定した摩擦を得られるようにするためのもので、金属片/金属粉、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、グラファイト、粘着性有機充填材としてＮＢＲなどの合成ゴムや天然ゴムなどが使用される。

結合材は、繊維材や充填材を結びつけるもので、フェノール樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。

原料の混合が終わった摩擦材は、所定の重量に計量され、図示しない金型に入れられ、加圧され、「素押し」と言われる予備成形品となる。予備成形の際は、原則的には加圧のみで成形し、加熱しないが、場合によっては結合材が反応しない程度の温度まで加熱する場合もある。

図５は摩擦材の予備成形品を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。予備成形品３は、形状は完成品と同じであるが、密度は粗く、その厚さＴは、バックプレート１に加圧接着されて所定の密度に圧縮された完成品の厚さｔ（図７）のほぼ２倍となっている。また、予備成形品３には、結着孔２に対応した盛上部４，４が形成されている。盛上部４は、裾野部分は広がっているが、先端部の直径ｄ１は結着孔２の直径Ｄ（図４）より小さく、容易に結着孔２内に進入できるような関係にある。

こうしてバックプレート１と摩擦材の予備成形品３とができると、これらは図１に示す熱成形装置に送られる。

図６は、予備成形品をバックプレートに貼付するための熱成形加工を開始する状態を示す図である。同図に示すように、受け型７の上に予備成形品３を載せ、枠型６の上にバックプレート１を置く。枠型６には位置決め部材６ｂ（図２）があり、それによってバックプレート１の位置決めがされる。その後、受け型７が上昇して盛上部４，４が結着孔２，２の下方から進入し、同時に押し型５が下降して結着孔２，２の上方から突起５ａ，５ａが進入し、バックプレート１と予備成形品３とが重なり、加熱され、熱成形加工が行われる。

加熱により結合材として含まれていた熱硬化性樹脂が溶融し、硬化を始めると、ガスが発生する。そこで、押し型５と受け型７とに加えられていた加圧力をほぼ０まで減少させる。それと同時または少し遅いタイミングで、枠型６１と６２とを図３に示すように発生ガスの内圧により自然に、または強制的に開く。すると、内部に溜まっていたガスが、隙間ｓから外部に排出される。

隙間ｓの幅は、１ｍｍ程度あれば十分と考えられる。ガス抜きが完了したら、また、枠型６を閉じ、押し型５と受け型７とにより加圧を加え、加熱して熱成形を再開する。必要に応じて、複数回枠型６を開いてもよい。なお、摩擦材の形状が枠型の離反を妨げるような形状の場合、摩擦材原料の硬化が進むと、枠型を開くことができなくなるか、開くことができても摩擦材にクラックが発生してしまうことがある。この場合は、枠型６を開くのは摩擦材原料が溶融して流動する状態の時だけとし、摩擦材原料の硬化が進み、流動性が無くなったら、枠型６は開かずに、押し型５、受け型７の減圧によりガスを排出する。

図７は熱成形加工が終了した状態を示す図である。同図に示すように、摩擦材の予備成形品３は、加熱により結合材が反応し、加圧を受けて密度が高くなってその厚さがＴからｔへと半分程度に減じ、所定の密度の摩擦材９になりバックプレート１と接着している。さらに、結着孔２内に進入した盛上部４，４は、頂部から突起５ａ，５ａで押さえられ、結着孔２内で広がり、内壁とほぼ密着する。

図８は上記により形成された摩擦部材Ｂを示す図である。こうして、摩擦材９は、バックプレート１の下面と結着孔２の内面との双方で接着され、強力な結合力を得ることになる。摩擦材９は、熱成形中に十分なガス抜きがされているので、クラックは入っておらず、かつ、自動車のブレーキとして取り付けて使用した場合、ブレーキ時の摩擦力で温度が上昇してもクラックが入ることがなくなる。

以上の実施例では、予備成形品３を使用したが、粉末状の摩擦材原料や造粒物を予備成形せずにそのまま中空部６ａに投入し、加熱、加圧する熱成形を行うこととしてもよい。また、予備成形を使用する場合、押し型５と受け型７とを枠型６の上下に配置したが、枠型６の中空部６ａを横方向に置き、押し型５と受け型７とを水平方向に配置することも可能である。

図９は、本発明の第２実施例の枠型８を示す平面図である。この実施例では、中央に中空部８ａを有する枠型８を、４本の分割線６ｃにより４つの枠型８１，８２，８３，８４に分割している。ガイド部材として、枠型８１は９０゜で交差する方向に２本のガイドピン８１ａ，８１ｂを有し、枠型８２は９０゜で交差する方向にガイドピン８２ａと穴８２ｂとを有する。同様に枠型８３は、９０゜で交差する方向に２つの穴８３ａ，８３ｂを有し、枠型８４は、９０゜で交差する方向にガイドピン８４ａと穴８４ｂとを有する。４つの枠型８１〜８４は、矢印ａ方向に分離する分離手段７０，７２と、矢印ｂ方向に分離する分離手段７３，７４とを有し、枠型８１と８２は、枠型８３と８４に対して矢印ａ方向に分離し、枠型８２と８３は、枠型８１と８４に対して矢印ｂ方向に分離する。分離してできる隙間ｓの幅は、１ｍｍ前後あればよい。

また、上記の実施例では、枠型６，８の分割をガイドするガイド手段として、ガイドピンと穴とを例示しているが、この構成に限定されない。

本発明の摩擦材を熱成形する装置の構成を示す図である。 枠型の上面図である。 枠型の分割状態を示す図である。 従来の摩擦部材の一例としてのディスクブレーキのディスクパッドに用いられるバックプレートを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV断面図である。 摩擦材の予備成形品を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 予備成形品をバックプレートに貼付するための熱成形加工を開始する状態を示す図である。 熱成形加工が終了した状態を示す図である。 上記により形成された摩擦部材Ｂを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のIIX-IIX断面図である。 本発明の第２実施例の枠型を示す平面図である。

符号の説明

１バックプレート
３予備成形品
５押し型
６，８枠型
６ａ，８ａ中空部
６ｃ分割線
７受け型
９摩擦材
６１枠型
６２枠型
８１，８２，８３，８４枠型
ｓ隙間

Claims (6)

1. 貫通した中空部を有する枠型と、該中空部の一方側に配置された押し型と、他方側に配置された受け型とを有し、押し型と受け型の少なくとも一方が前記枠型の中空部内を摺動自在な熱成形用金型を用い、摩擦材原料を前記枠型内に投入し、該摩擦材に前記押し型と受け型とにより圧力を加え、加熱して成形する摩擦材の熱成形方法において、
   前記枠型を中空部の貫通方向に沿った分割線で複数個に分割し、熱成形中に前記押し型と受け型とにより加える圧力を減圧するとともに、前記複数個に分割された枠型を離反し、該離反した枠型の隙間から熱成形中に発生したガスを排出することを特徴とする摩擦材の熱成形方法。
2. 前記枠型の中空部が枠型を上下方向に貫通し、前記押し型が枠型の上方に配置され、前記受け型が枠型の下方に配置され、前記押し型と受け型の加圧が垂直方向に加えられることを特徴とする請求項１記載の摩擦材の熱成形方法。
3. 前記垂直方向に加わる圧力を減圧する工程が、摩擦材原料に加わる圧力を前記押し型の重量による圧力まで減圧する工程であることを特徴とする請求項２記載の摩擦材の熱成形方法。
4. 前記枠型の一端にバックプレートを載置し、該バックプレートを前記押し型が押圧してバックプレートに熱成形された摩擦材を貼付することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摩擦材の熱成形方法。
5. 貫通した中空部を有する枠型と、該中空部の一方側に配置される押し型と、他方側に配置された受け型とを有し、押し型と受け型の少なくとも一方が前記枠型の中空部内を摺動自在で、前記枠型を中空部の貫通方向に沿った分割線で複数個に分割されていることを特徴とする摩擦材の熱成形用金型。
6. 前記枠型が、分割状態と結合状態との間で移行するためのガイド部材を有することを特徴とする請求項５記載の摩擦材の熱成形用金型。

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