JP2007071320A - 摩擦部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 摩擦部材の品質を保持しつつ、特殊な成形型を使用せず、成形工程の大幅な時間短縮を実現出来る摩擦部材の製造方法を提供する。
【解決手段】 摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、該成形工程の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】 摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、該成形工程の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、自動車、大型トラック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部材の製造方法に関する。
摩擦部材には、ディスクパッドのように摩擦材に裏金（バックプレート）を貼り付けて製品となるものや、ブレーキライニングのように摩擦材のみで製品になるものがある。
一般に摩擦部材は、繊維基材、充填材、樹脂（結合材）等からなる「摩擦材原料」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「混合工程」、混合された各素材を一定量金型に投入しプレス機で加圧し予備成形品とする「予備成形工程」、予備成形品を別のプレス機で加圧・加熱する「成形工程」（なおディスクパッドの場合はこの「成形工程」時に前もって打ち抜き加工され、脱脂処理、ブラスト処理、化成処理、プライマー処理等を施したバックプレートと接着成形されることとなる）、摩擦部材全体の熱硬化性樹脂の反応を完結させ摩擦性能の安定化と機械的強度を確保するための「熱処理工程」、その後「塗装工程」、摩擦材面の研磨や溝入れ面取りをおこなう「研磨工程」、摩擦材表面を軽く焦がし新品時のブレーキの効きを確保する「ヒートシア工程」、「検査工程」を経て作製される。
一般に摩擦部材は、繊維基材、充填材、樹脂（結合材）等からなる「摩擦材原料」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「混合工程」、混合された各素材を一定量金型に投入しプレス機で加圧し予備成形品とする「予備成形工程」、予備成形品を別のプレス機で加圧・加熱する「成形工程」（なおディスクパッドの場合はこの「成形工程」時に前もって打ち抜き加工され、脱脂処理、ブラスト処理、化成処理、プライマー処理等を施したバックプレートと接着成形されることとなる）、摩擦部材全体の熱硬化性樹脂の反応を完結させ摩擦性能の安定化と機械的強度を確保するための「熱処理工程」、その後「塗装工程」、摩擦材面の研磨や溝入れ面取りをおこなう「研磨工程」、摩擦材表面を軽く焦がし新品時のブレーキの効きを確保する「ヒートシア工程」、「検査工程」を経て作製される。
「成形工程」で使用される金型の一例を図１に示す。１は上型、２は上下に貫通孔を有する中型、３はこの中型２の貫通孔に挿入する下型であり、これら上型１，中型２，下型３により本発明を実施するための熱プレス装置を構成する。４はこの熱プレス装置で成形する摩擦部材であり、５はこの摩擦部材４のバックプレートである。なお、図１では摩擦部材４にバックプレート５を貼り付けたディスクパッドを製造する例を示しているが、ブレーキライニングのようにバックプレートを付けない摩擦部材４のみの場合も、本発明の適用対象となる。
「成形工程」は、特許文献１に記載されているように、一般的に圧力３０〜５０ＭＰａ、型温１３０〜１８０℃の状態で５〜１５分加圧・加熱する。そして特許文献２に記載されているように摩擦材原料中に結合材として熱硬化性樹脂を含有していることより、加圧・加熱途中に数回程度除圧し、いわゆるガス抜きを行っている。これらの条件は摩擦部材の品質維持に必要不可欠なものではあるが、摩擦部材のコストダウンを考えたとき「成形工程」のさらなる短時間化が望まれている。
これに対応するべく特許文献３には発生するガスを、予備成形体の最終硬化部に接する位置から、中型内面に開口するガス抜き路を通して成形型外部へ排出する製法が記載されており、短時間化が達成されている。しかしこれには特殊な金型が必要であり、コスト面で問題が生じる。
これに対応するべく特許文献３には発生するガスを、予備成形体の最終硬化部に接する位置から、中型内面に開口するガス抜き路を通して成形型外部へ排出する製法が記載されており、短時間化が達成されている。しかしこれには特殊な金型が必要であり、コスト面で問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、摩擦部材の品質を保持しつつ、特殊な成形型を使用せず、成形工程の大幅な時間短縮を実現出来る摩擦部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まず型温に着目し、現行成形型において、その型温を上げ、摩擦材原料樹脂の反応時間を短縮しようと試みた。しかし単に型温を上げただけでは、樹脂が摩擦材全体に行き渡らず、摩擦材原料同士の結合力が弱い部分が生じ、また摩擦材の内部で急激に大量のガスが発生し、ガス抜き処理時に除圧すると圧縮された摩擦材原料が厚み方向に開放されスプリングバックが生じる。これにより最悪の場合、摩擦材にクラックが発生することがわかった。
そこで型温を上げる事に加え、成形圧力を従来より大幅に上げてみた。すると驚くべきことに型温を１９０℃以上に、かつ成形圧力を１００ＭＰａ以上にすると、成形時間を従来の５〜１５分から２分以下と大幅に短縮してもスプリングバックが起こらなくなることを知覚した。
これは摩擦材原料中の樹脂のフロー（流れ）が関係していると考えられる。すなわち従来の型温、圧力のバランスにおける樹脂のフローに比し、型温を上げかつ大幅に高い成形圧力における樹脂のフローはかなり大きく（早く）なる。樹脂のフローが大きい（早い）と、樹脂が摩擦材原料（繊維基材、充填材等）の隙間に行き渡りやすくなるので、短時間で摩擦材原料同士の結合力の弱い部分が無くなり、また樹脂がガスを摩擦材の外部に押し出しながら摩擦材全体に行き渡るので、摩擦材の内部にガスが残留しなくなるという効果をもっているのではと推測される。
そこで型温を上げる事に加え、成形圧力を従来より大幅に上げてみた。すると驚くべきことに型温を１９０℃以上に、かつ成形圧力を１００ＭＰａ以上にすると、成形時間を従来の５〜１５分から２分以下と大幅に短縮してもスプリングバックが起こらなくなることを知覚した。
これは摩擦材原料中の樹脂のフロー（流れ）が関係していると考えられる。すなわち従来の型温、圧力のバランスにおける樹脂のフローに比し、型温を上げかつ大幅に高い成形圧力における樹脂のフローはかなり大きく（早く）なる。樹脂のフローが大きい（早い）と、樹脂が摩擦材原料（繊維基材、充填材等）の隙間に行き渡りやすくなるので、短時間で摩擦材原料同士の結合力の弱い部分が無くなり、また樹脂がガスを摩擦材の外部に押し出しながら摩擦材全体に行き渡るので、摩擦材の内部にガスが残留しなくなるという効果をもっているのではと推測される。
即ち、本発明は下記の摩擦部材の製造方法を提供する。
（１）摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、該成形工程の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
（２）摩擦材原料からなる成形材料を、上型，中型，下型を備えた成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、前記成形工程の上型，下型の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
（３）中型は、多孔質材により形成されたものである（２）記載の摩擦部材の製造方法。
（４）成形材料は、造粒物である（１）〜（３）記載の摩擦部材の製造方法。
（５）成形材料は、予備加熱したものである（１）〜（４）記載の摩擦部材の製造方法。
（１）摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、該成形工程の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
（２）摩擦材原料からなる成形材料を、上型，中型，下型を備えた成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、前記成形工程の上型，下型の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
（３）中型は、多孔質材により形成されたものである（２）記載の摩擦部材の製造方法。
（４）成形材料は、造粒物である（１）〜（３）記載の摩擦部材の製造方法。
（５）成形材料は、予備加熱したものである（１）〜（４）記載の摩擦部材の製造方法。
本発明の製造方法により、摩擦部材の品質を保持しつつ、特殊な成形型を使用せず、成形工程の大幅な時間短縮を実現出来る摩擦部材の製造方法を提供することが可能となる。
本発明は、摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱して摩擦部材を成形する成形工程において、該成形工程が１９０〜２３０℃、かつ圧力１００〜２００ＭＰａの条件でおこなわれることを特徴とする摩擦部材の製造方法である。
成形型の型温は１９０〜２３０℃、好ましくは２００〜２１０℃の範囲である。これよりも型温が低いと摩擦材原料の熱硬化性樹脂の粘性が高すぎ摩擦材原料全体に樹脂が行き渡らず摩擦材の強度が低下する恐れがあり。逆にこれよりも型温が高いと樹脂の硬化速度が速くなり過ぎ、樹脂から発生するガスが摩擦部材内に閉じ込められ、フクレが発生する恐れがある。また、成形圧力は１００〜２００ＭＰａ、好ましくは１３０〜１７０ＭＰａである。これよりも圧力が低いと樹脂が摩擦材原料の隙間に行き渡らないまま硬化してしまい、摩擦材の強度が低下する恐れがあり、また圧力が高いと、ガス抜けの時間的余裕が少なくなり、ガスが摩擦部材内に閉じ込められ、フクレが発生する恐れがある。
成形型が上型，中型，下型を備えている場合、中型の型温は、上型と下型の型温の熱伝導により成形材料に含まれる樹脂の融点以上で硬化温度未満、一例としてフェノール樹脂を使用した場合、８０〜１３０℃に調整することが望ましい。中型には、ダイス鋼ＳＫＤ１１などの金属製のものを使用することができるが、中型を多孔質材、例えば、多孔質セラミック材や、熱伝導率調整用フィラー含有材料等の熱伝導率を調整したもので形成することも可能である。これにより中型の型温が上型、下型に比べやや低めに（樹脂の軟化温度範囲）にコントロール出来るので発生ガスの逃げ道を形成することが可能となる。
また成形時間は本発明の目的より１０〜３００秒、好ましくは１０〜１８０秒、より好ましくは３０〜１２０秒である。このような短い成形時間でも摩擦部材の品質は保持される。
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。
樹脂（結合材）としては、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。
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。
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。
樹脂（結合材）としては、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。
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。
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。
なお、本発明に用いる摩擦材原料からなる成形材料は、通常予備成形されたものを使用するが、「予備成形」なしで粉末状の摩擦材原料混合物そのものを使用しても良く、また摩擦材原料混合物の造粒物であっても良い。この中でも造粒物を使用すると粒子同士の摩擦による圧力伝達のロスが小さくなり、すなわち樹脂が摩擦材原料中に行き渡りやすくなるので、「予備成形」を省略できるばかりでなく「成形工程」においてもより短時間で加圧・加熱成形することができ好ましい。
成形材料は予備加熱なしでもよいが、予備加熱したものを使用しても良い。予備加熱をおこなう場合、通常、熱処理炉等を使用した外部加熱によるが、高周波、マイクロ波誘電加熱を使用した内部加熱であれば時間短縮になり好ましい。
上記の成形工程を経た後、摩擦部材は、熱処理工程に移行するが、熱処理は、熱処理炉で高温雰囲気中に熱処理する方法と、高温の熱板に挟んで熱処理する方法で実施することができる。高温の熱板で挟む方法が時間短縮になり好ましい。
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。
実施例１〜９、比較例１〜９
表１に示す組成の摩擦材原料をレディゲミキサーにて５分間混合し、加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を成形温度、成形圧力、成形時間、中型材質、成形材料、予備加熱を表２、表３の条件下でおこなった後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、摩擦部材を作製した。
実施例１０、１１
表１に示す組成の摩擦材原料をレディゲミキサーにて５分間混合し、摩擦材原料全量にに対し３重量％の水を加え、ターボ工業株式会社製のローラーコンパクターで圧接力２．４×１０4Ｎ／ｃｍにて圧接、粉砕し造粒物を得た。この造粒物を成形温度、成形圧力、成形時間、中型材質、成形材料、予備加熱（予熱）を表２の条件下でおこなった後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、摩擦部材を作製した。
表１に示す組成の摩擦材原料をレディゲミキサーにて５分間混合し、加圧型内で１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形をした。この予備成形品を成形温度、成形圧力、成形時間、中型材質、成形材料、予備加熱を表２、表３の条件下でおこなった後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、摩擦部材を作製した。
実施例１０、１１
表１に示す組成の摩擦材原料をレディゲミキサーにて５分間混合し、摩擦材原料全量にに対し３重量％の水を加え、ターボ工業株式会社製のローラーコンパクターで圧接力２．４×１０4Ｎ／ｃｍにて圧接、粉砕し造粒物を得た。この造粒物を成形温度、成形圧力、成形時間、中型材質、成形材料、予備加熱（予熱）を表２の条件下でおこなった後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行ない、摩擦部材を作製した。
上記の摩擦部材について、製品外観、剪断強度、摩擦係数を評価した。
（１）製品外観
製品表面のフクレ、クラック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、クラック無し
○：フクレ無し、微細なクラック有り
△：微細なフクレ、微細なクラック有り
×：フクレ、クラック有り
（２）剪断強度
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 準拠
◎：５ＭＰａ以上
○：５ＭＰａ未満、４ＭＰａ以上
△：４ＭＰａ未満、３ＭＰａ以上
×：３ＭＰａ未満
（３）摩擦係数
ＪＡＳＯ Ｃ４０６ 準拠
結果を表２、表３に示す。
（１）製品外観
製品表面のフクレ、クラック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、クラック無し
○：フクレ無し、微細なクラック有り
△：微細なフクレ、微細なクラック有り
×：フクレ、クラック有り
（２）剪断強度
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 準拠
◎：５ＭＰａ以上
○：５ＭＰａ未満、４ＭＰａ以上
△：４ＭＰａ未満、３ＭＰａ以上
×：３ＭＰａ未満
（３）摩擦係数
ＪＡＳＯ Ｃ４０６ 準拠
結果を表２、表３に示す。
１ 上型
２ 中型
３ 下型
４ 摩擦材
５ バックプレート
２ 中型
３ 下型
４ 摩擦材
５ バックプレート
Claims (5)
- 摩擦材原料からなる成形材料を、成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、該成形工程の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
- 摩擦材原料からなる成形材料を、上型，中型，下型を備えた成形型内で加圧・加熱する成形工程を経て成形する摩擦部材の製造方法において、前記成形工程の上型，下型の型温を１９０〜２３０℃に、かつ圧力を１００〜２００ＭＰａにすることを特徴とする摩擦部材の製造方法。
- 中型は、多孔質材により形成されたものである請求項２記載の摩擦部材の製造方法。
- 成形材料は、造粒物である請求項１〜３記載の摩擦部材の製造方法。
- 成形材料は、予備加熱したものである請求項１〜４記載の摩擦部材の製造方法。
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