JP2008051306A - ブレーキシュー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をライニングの結合材として用いて耐熱性を確保したブレーキシューを、従来は不可欠と考えられていたライニングの予備成形工程を省いて安価に製造できるようにすることを課題としている。
【解決手段】可塑剤を含有した熱硬化性樹脂を結合材として使用した摩擦材組成物をロール成形してライニング用素材シートを造る。その素材シートを所定長さに切断してシュー本体２上に重ね、シュー本体と一体で成形接着してライニング３の両端に型抜き用のテーパ４が形成され、さらに、ライニング３の気孔率が５％以下となったブレーキシュー１を得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、量産性とコストに優れたブレーキシューと、そのブレーキシューの製造方法に関する。

車両用のドラムブレーキなどに採用されるブレーキシューにシュー本体と組み合わせて用いるライニング材は、基材、摩擦調整剤、結合材及び充填材などからなる。そのライニング材は、結合材として耐熱性に優れるフェノール樹脂を通常使用し、乾式混合した後に円弧状に予備成形及び熱成形し、次いで、硬化のための熱処理工程、仕上げのための研磨工程を経てライニングのみを製作している。そして、このライニングを接着剤を介してシュー本体の円弧状をなす外周面に加圧・接着し、さらに、硬化のための熱処理を施してブレーキシューを製作するのが一般的である。

ライニングを予め円弧状に成形しておいてこれを後からシュー本体に接着する上記の一般的なブレーキシューの製造方法は、下記特許文献１などに開示されている。

また一方で、摩擦材の構成材料を混合した後に押し出し加工して帯状素材シートを作り、これを所定長さに切断して円弧状に仮成形し、これを金型で再成形してシュー本体に接着・一体化する方法も考えられている（下記特許文献２参照）。
特許第３６７７２３５号公報 特開２００３−１５６０９０号公報

上述した一般的なブレーキシューの製造方法は、ライニングのみでの予備成形・熱処理を行った後に、再度シュー本体との加圧接着・熱処理を行うため、圧力や熱をかける量が多くなり、処理の工程も増えてコスト高となる。

特許文献２が開示している方法も、押し出し成形した素材シートを所定長さに切断した後に円弧状に仮成形（これも予備成形）し、その後、金型で再成形してシュー本体に接着・一体化するので、仮成形のためのプレス工程が多くなって製造コストが高くつく。

ライニングの結合材としてフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて良好な耐熱性を確保したブレーキシューを一般的な方法で製造する場合、歩留り低下を避けるために、ライニングのみを予め円弧状に成形する予備成形が不可欠になる。

結合材として例えばフェノール樹脂を採用した摩擦材の構成材料は、材料のまとまり性が悪く、シート化すること自体が難しい。特許文献２が開示しているような方法を用いることでシート状にすることは可能であるが、この場合も得られる素材シートが脆いものになる。その脆い素材シートは、所定のサイズに切断するときに形が崩れ易い。また、切断した素材シートを円弧状に予備成形せずにシュー本体の外周面に沿わせて成形と接着を同時に行うと、素材シートが曲げに耐えられずに形崩れし、そのために不良発生率が高まって生産の歩留りが低下する。この不具合を回避するために従来は予備成形を行っており、それがコストを高める原因になっている。

そこで、この発明は、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂をライニングの結合材として用いて耐熱性を確保したブレーキシューを、従来は不可欠とされていたライニングの予備成形工程を省いて安価に製造できるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ブレーキシューを以下のように構成する。即ち、可塑剤を含有した熱硬化性樹脂を結合材として用いてロール成形されたライニング用素材シートを所定長さに切断して円弧状をなすシュー本体上に重ね、シュー本体と一体で成形接着してライニングが作られており、円弧状に成形されたそのライニングの両端に型抜き用のテーパが形成され、さらに、ライニングの気孔率が５％以下になっているブレーキシューとなした。

前記結合材を構成する樹脂は、フェノール樹脂が好ましく、このフェノール樹脂を使用するときには、前記可塑剤としてグリコール化合物を含有させる。そのグリコール化合物は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを代表として挙げることができる。そのグリコール化合物は、ベースのフェノール樹脂が軟化、或いは溶融する温度（溶融する温度は、通常、８０℃〜１３０℃）で液状、或いはゲル状になるものが好ましく、前掲の各グリコール化合物はその要求に応えることができる。

グリコール化合物の添加量は、ライニングを構成する摩擦材組成物全体を１００として、１〜５重量％の範囲に設定すると好ましい。

なお、この発明のブレーキシューは、可塑剤を含有した熱硬化性樹脂を結合材として用いた原料を混合し、混合済みの原料（摩擦材組成物）をロール成形してライニング用素材シートを形成し、次いで、このライニング用素材シートを所定長さに切断してシュー本体上に重ね、これを、シュー本体を成形型にして成形機の上金型と下金型で締付けて円弧状、かつ、両端に型抜き用のテーパが存在する形状に成形し、その成形と同時にシュー本体に接着し、引き続いて結合材の硬化熱処理を施してシュー本体の円弧をなす外周にライニングを接着する方法で製造する。この発明においては、かかるブレーキシューの製造方法も併せて提供する。

この発明のブレーキシュー及びそのブレーキシューの製造方法は、ライニングの結合材として熱硬化性樹脂を使用しており、耐熱性と耐摩耗性に優れたブレーキシューを実現できる。

また、ライニングの結合材として熱硬化性樹脂を使用すると、材料のまとまりが悪くてロール成形して得るライニング用素材シートが脆くなるが、この発明で採用した熱硬化性樹脂は、可塑剤を添加しているため適度な温度を加えることによって流動性が向上し、これにより、材料のまとまりが良くなる。また、混合後の摩擦材組成物をロール成形して作られた素材シートに屈曲性が付与され、そのために、素材シートを曲げてシュー本体の円弧をなす外周に沿わせることが可能になり、加熱加圧による成形と同時に素材シートをシュー本体を成形型にしてそのシュー本体に接着することが可能になる。

従って、ライニングを円弧状に予備成形する必要がなく、従来法に比べて成形工程が減少し、生産性が向上する。また、工程削減により、労力と消費エネルギーが減少してコストが低減される。

なお、フェノール樹脂は特に耐熱性に優れており、このフェノール樹脂を結合材として使用することでライニングの良好な耐熱性を確保することができる。また、グリコール化合物は、フェノール樹脂との相溶性がよく、これを可塑剤として添加混合することで、フェノール樹脂を結合材にして耐熱性を確保した摩擦材組成物をシート化してシュー本体と一体成形することが可能になる。

グリコール化合物が、フェノール樹脂が軟化、或いは溶融する温度で液状又はゲル状になるものであると、フェノール樹脂の硬化が進行する前に素材シートに屈曲性が付与され、素材シートの加熱加圧による曲げ成形と接着を支障なく行うことができる。

また、ライニングを構成する摩擦材組成物全体を１００としたときのグリコール化合物の添加量は、素材シートの屈曲性を不足なく確保するために１重量％よりも多くするのがよい。さらに、その添加量が５重量％を超えるとライニングの摩擦係数が低下するので、添加量の上限は５重量％とするのがよい。

この発明の方法で製造されたブレーキシューは、ライニングの両端に型抜き用のテーパが形成されており、また、ライニングの気孔率（ライニングの全体に占める気孔の割合）が５％以下になっており、この２つの構成が一般的な従来法で製造されるブレーキシューと異なったものになる。このうち、ライニングの両端の型抜き用のテーパは、特許文献２が開示している方法で製造されたブレーキシューにもできるが、ライニングの気孔率は明らかに異なったものになる。

この発明の方法で製造されたブレーキシューは、ライニングの気孔率が５％よりも小さくなる。従来の方法で製造されたブレーキシューはその気孔率が１０％以上あり、その気孔率の違いによってこの発明のブレーキシューであることを知ることができる。また、ライニング中の可塑剤は基本的には製造過程で無くなるが、製造の条件によっては完成した製品のライニング中に可塑剤が残存することがあり、この残存した可塑剤によってもこの発明のブレーキシューを特定することができる。

以下、この発明のブレーキシューとそのシューの製造方法の実施の形態について説明する。図１及び図２は、ドラムブレーキに採用するブレーキシューの一例を示している。このブレーキシュー１は、シュー本体２と、このシュー本体２の外周に接着された円弧状のライニング３からなる。シュー本体２は、円弧状に曲げ加工されたリム２ａと、そのリムの内周に接合したウェブ２ｂとで構成され、リム２ａの外周にライニング３が接着されている。

ライニング３は、基材、摩擦調整剤、充填材及び結合材を混合した摩擦材組成物によって形成されている。基材、摩擦調整剤及び充填材は、一般的な摩擦材用組成物に採用される材料でよい。一般的な摩擦材用組成物では、基材として金属繊維、合成樹脂繊維、無機材料繊維などの繊維基材や金属チップが用いられ、また、摩擦調整剤や充填材としてはマグネシアなどの金属酸化物や金属塩、カシューダストなどの有機物粉末などがそれぞれ用いられ、必要に応じてグラファイトなどの潤滑剤も用いられている。この発明のブレーキシューに採用するライニング３の材料もそのようなものでよい。

結合材は、ここではグリコール化合物を添加したフェノール樹脂を使用している。グリコール化合物は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどでよい。

フェノール樹脂が溶融する温度は８０℃〜１３０℃である。一方、ポリエチレングリコールは、その溶融温度が、分子量２００のもので−５０℃、分子量４００のもので６℃、分子量６００のもので２０℃、分子量１０００のもので３７℃、分子量２０００のもので５２℃である。また、ポリプロピレングリコールはその溶融温度が−５０℃〜−３０℃、ジエチレングリコールはその溶融温度が−６．５℃、ポリテトラメチレンエーテルグリコールはその溶融温度が１５℃〜３０℃であり、いずれの化合物もフェノール樹脂が溶融する温度で溶けて樹脂中に混ざる。これにより、フェノール樹脂の流動性が改善されてこの発明の製造方法によるシュー本体との一体成形接着が可能になる。

グリコール化合物の添加量は、ライニングを構成する摩擦材組成物全体を１００として、１〜５重量％の範囲に設定するとよい。

このブレーキシュー１の製造方法を以下に記載する。図３に示すように、シュー本体２は、前処理として洗浄、化成処理、プライマー塗布の各工程を経て自然乾燥させておく（この工程は従来のブレーキシューの製造工程と同じ）。

一方、ライニングの材料となす摩擦材組成物は、ミキサ５などで原料を混合した後にロール成形を行って一定厚みの素材シート３Ａを得る。原料の混合は、ゴム練りの一般的な工法を利用できる。例えば、オープンロールやバンバリーミキサ、加圧ニーダ、エクストルーダなどによる混合が可能である。

摩擦材組成物のシート化のための成形は、図５に示すようなロール成形機６を用いて行う。図５のロール成形機６はオープンロールであり、混合した摩擦材組成物を並行配置の２本のロール６ａ、６ａ間に通して一定厚みのライニング用素材シート３Ａを得る。この素材シート３Ａを切断機７で所定長さの短冊状に切断し、シュー本体２との成形接着部に向けて送り出す。

次に、成形接着部においては、前処理を終えたシュー本体２を、リム２ａの外周面に接着剤を塗布してプレス成形機８の下金型８ａ上にセットしておき、そのシュー本体２のリム２ａの外周面上に所定長さに切断した素材シート３Ａを載せて加圧、加熱成形を行う。素材シート３Ａは、この成形工程において加熱されて軟化し、屈曲性を発現して円滑な曲げ加工が可能になる。プレス成形機８の下金型８ａと上金型８ｂでシュー本体２とその上に重ねた素材シート３Ａを締付けると、シュー本体２が成形型になって素材シート３Ａがリム２ａの外周面に沿って円弧状に屈曲してリムに密着する。また、成形時の加熱により、シュー本体２に対する素材シート３Ａの接着も同時になされる。プレス成形機８による加圧は、常用されている８〜２０ＭＰａ程度の成形圧を加えて行うことができる。これにより、素材シート３Ａが押し固められて気孔率が５％以下のライニングが得られる。

以上の工程を経たら、成形後のシュー本体と素材シート３Ａを加熱炉９に導入してライニングの硬化のための熱処理を施す。そして最後に、ライニング３を研磨機１０で研磨して仕上げ、完成した製品となす。

図４は、比較のために示した従来の一般的なブレーキシューの製造方法である。シュー本体の前処理の工程については、この発明の方法はこの図４の従来法と全く差が無いが、ライニングの製造工程については明らかな違いが生じている。従来法では、プレス成形機８_−１によるライニングの予備成形、プレス成形機８_−２による加熱しながらの本成形、及び焼付け機１１によるシュー本体への加熱焼付け接着のそれぞれを行う必要があり、プレス工程が全部で３回になる。また、研磨機１０_−１によるライニング単体での内外面の研磨と、研磨機１０_−２による最終仕上げの研磨が必要であり、研磨工程も２回必要になる。

これに対し、この発明の製造方法は、ライニングの曲げ成形とシュー本体への接着を同時に行うことに成功しており、プレス工程が１回に削減される。また、接着前のライニングの研磨が省かれて研磨工程も１回に減少する。

なお、この発明の方法で製造されるこの発明のブレーキシューは、駐車専用のブレーキであるドラムインディスクブレーキのドラムブレーキ、駐車ブレーキとサービスブレーキを兼用したドラムブレーキのどちらにも使用することができる。
図１に示すように、ライニング３の両端に金型で成形された型抜き用のテーパ４が形成されるので、駐車ブレーキとサービスブレーキを兼用した後者のドラムブレーキに利用するときには、サービスブレーキで制動を行うときの所謂鳴きの抑制効果も期待できるものになる。ブレーキシューの両端のエッジを面取りして除去することが制動時の所謂鳴きの抑制に有効なことはよく知られていることであり、型抜き用のテーパ４によってライニングの両端のエッジを面取したのと等価な状態が作り出される。

以下に、より詳細な実施例と比較例を示す。
表１に示す原料を表１の配合割合で混合した摩擦材組成物を使用して摩擦材の素材シートを製作した。表１の実施例１〜６は結合材として可塑剤を添加したフェノール樹脂を、比較例１はゴム（ＮＢＲ）を、比較例２は可塑剤を添加していないフェノール樹脂をそれぞれ使用した。実施例１〜３及び５，６の可塑剤は分子量１０００のポリエチレングリコール、実施例４の可塑剤はジエチレングリコールである。

摩擦材組成物のシート化は、図５に示すようなオープンロールを使用して行った。ロール成形時の摩擦材組成物の温度は１００℃とした。
ロール成形された一定厚みの素材シートは所定サイズに切断し、切断後の素材シートを１３０℃の温度で３分間加熱し、これをプレス成形機の金型にセットされたシュー本体のリム上に重ね１５ＭＰａの成形圧で加圧、接着した。加熱は熱風循環槽や高周波加熱装置などの一般的な設備で行うことができる。

結合材のフェノール樹脂に可塑剤を添加した実施例の素材シートのうち、実施例１〜４と実施例６の素材シートは、材料にまとまりができてシート化後に形崩れなく所定サイズに円滑に切断して安定して取り扱うことができ、また、加熱したことによって柔らかくなり、シュー本体の円弧の外周に円滑に沿わせて成形することができた。

これに対し、比較例１，２は、ロール成形でシート状にすることはできたが材料のまとまりが悪く、所定サイズに切断するときや、ハンドリング時、成形時に形崩れを起こし、シート成形性が良くなかった。実施例５も比較例ほどではないが、シート成形性が良くなかった。実施例５は可塑剤の添加量が不足していると考えられる。

シート成形性は、シート化後の円滑な切断、安定したハンドリング、安定した成形ができたものを○、できなかったものを×とした。

次に、得られたブレーキシュー（各ライニングの気孔率は約２％)のブレーキ性能を以下の試験によって評価した。比較例１，２と実施例５のライニングを用いたブレーキシューは、この発明の方法によるライニングとシュー本体の一体成形接着ができなかったので、評価試験は表１の実施例１〜４及び実施例６のみについて行った。

ブレーキ性能の評価は、以下の方法で行った。
即ち、上記のライニングを有するブレーキシューを、内径φ１７３ｍｍ×幅３０ｍｍのサイズのドラムインディスクブレーキ用ドラムブレーキに取り付け、ブレーキレバーによるケーブル引き力５７２Ｎでブレーキをかけたときに発生する最大トルクからライニングの摩擦係数を調べた。

ブレーキをかけていない初期（温度５０℃以下）の摩擦係数と、制動を繰り返してロータ（ドラム）の温度を２５０℃に上昇させたときの摩擦係数を調べた結果、実施例１〜４のライニングは、初期の摩擦係数だけでなく高温時の摩擦係数も高いことを確認した。なお、実施例６のライニングは、実施例１〜４のライニングと比較すると初期の摩擦係数が低い。その原因は、可塑剤の添加量が多すぎて添加した可塑剤が完成した製品に残留したからであろうと推測される。

ライニングの初期の摩擦係数は、０．３０以上、好ましくは余裕をもって０．３５以上確保するのがよい。実施例６のライニングはその要求に応えきれていないが、実施例１〜４のライニングは、その要求を余裕を持ってクリアできたものになっている。

この発明のブレーキシューの一例を示す側面図 図１のブレーキシューの正面図 この発明のブレーキシューの製造工程を示す図 ブレーキシューの従来法による製造工程を示す図 ロール成形の概要を示す図

符号の説明

１ ブレーキシュー
２ シュー本体
２ａ リム
２ｂ ウェブ
３ ライニング
３Ａ ライニング用素材シート
４ 型抜きテーパ
５ ミキサ
６ ロール成形機
６ａ ロール
７ 切断機
８，８_−１，８_−２ プレス成形機
８ａ 下金型
８ｂ 上金型
９ 加熱炉
１０，１０_−１，１０_−２ 研磨機
１１ 焼付け機

Claims (4)

1. 円弧状をなすシュー本体（２）の外周に円弧状のライニング（３）が接着されたブレーキシューであって、前記ライニング（３）が、可塑剤を含有した熱硬化性樹脂を結合材として用いてロール成形されたライニング用素材シート（３Ａ）を所定長さに切断してシュー本体（２）上に重ね、シュー本体と一体で成形接着して作られており、そのライニング（３）の両端に型抜き用のテーパ（４)が形成され、さらに、ライニング（３）の気孔率が５％以下であることを特徴とするブレーキシュー。
2. 前記可塑剤がグリコール化合物であり、前記結合材がそのグリコール化合物を含有したフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキシュー。
3. 前記グリコール化合物の添加量を、ライニング（３）を構成する摩擦材組成物全体を１００としたときの割合で１〜５重量％にしたことを特徴とする請求項２に記載のブレーキシュー。
4. 可塑剤を含有した熱硬化性樹脂を結合材として用いた原料を混合し、混合済みの原料をロール成形してライニング用素材シート（３Ａ）を形成し、次いで、このライニング用素材シート（３Ａ）を所定長さに切断してシュー本体（２）上に重ね、これを、前記熱硬化性樹脂が軟化する温度でシュー本体（２）を成形型にして成形機の上金型と下金型で締付けて円弧状かつ両端に型抜き用のテーパ（４）が存在する形状に成形し、その成形と同時にシュー本体（２）に接着し、引き続いて結合材の硬化熱処理を施して円弧状をなすシュー本体（２）の外周に円弧状のライニング（３）が接着されたブレーキシュー（１）を得るブレーキシューの製造方法。

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