JP2008309174A - 摩擦材表面焼き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本来的な初期フェード防止機能を損なうことなく、摩擦材表面を焼き処理しても良好な平面度を確保できる摩擦材表面焼き方法を提供する。
【解決手段】摩擦材２の表面２ａをバーナー８の放射熱を与えて焼く摩擦材表面焼き方法であって、摩擦材２の表面２ａを焼く前に、該摩擦材表面２ａを、これの周縁部２ｃを中央部２ｂよりも沈降させた形状に予め研磨しておくことを特徴とする。表面２ａを焼く前の中央部２ｂと周縁部２ｃとの高低差は、１０μｍ以上としておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の各種車両や産業機械等のブレーキやクラッチなどに使用される摩擦材の表面を焼く摩擦材表面焼き方法に関し、詳しくは、表面に焼きを入れても平面度の高い摩擦材を得られる摩擦材表面焼き方法に関する。

車両の制動時にブレーキパッドの摩擦材がディスクロータと摺接すると、その摩擦熱によって摩擦材の温度が上昇する。ここで、摩擦材は繊維基材と充填材とを熱硬化性樹脂からなる結合剤で決着して成形されている。したがって、摩擦材の温度が上昇すると、有機物である結合剤が分解してガスが発生することがある。この分解ガスは、元の原料に対しての体積変化が大きく逃げ場もないため、摩擦材とディスクロータとの間に介在することで摩擦係数が低下しブレーキの効きが急激に悪化するフェード現象が生じる。そこで、ブレーキ性能としての初期フェード防止と効き向上を図るために、摩擦材の表面に焼きを入れることで、表層部分からガス発生成分である有機物を予め燃焼除去しておく所謂スコーチ処理を施すことがある。そのスコーチ処理方法としては、摩擦材表面に火炎を直接当てる、放射熱を当てる、熱盤に摩擦材表面を押し付けるなどの方法があり、このような技術として例えば特許文献１や特許文献２がある。

特許文献１では、熱盤に摩擦材を押し付けてスコーチ処理した場合は摩擦材表面にタールが残存する問題があることから、ガスバーナーの火炎を直接当てる方法を採用しており、摩擦材をベルトコンベアで移送しながら順次火炎の下方を通過させて表面を焼いている。特許文献２は放射熱方式であり、摩擦材を載置する昇降可能なテーブルに、摩擦材と同等の比熱を有する物質で覆われた温度センサを装着しており、その温度検出面が摩擦材の表面と一致する高さに設定されている。そして、温度センサで摩擦材表面の温度を検出しながらテーブルの位置やサブバーナーの火力を制御することで、加熱炉内の雰囲気等が変化しても摩擦材の表面焼き状態を均一化できるようになっている。放射熱方式は、バーナーからの放射熱によって摩擦材表面を熱し、これにより有機物が分解されて発生した分解ガスが着火することで焼きが入るようになっている。

特開平２−２９２５３４号公報 特開２００１−５０６７１号公報

ところで、摩擦材表面において部分的に焼き度合いが異なると、スコーチ処理前では摩擦材表面の平面度が高くても、スコーチ処理により摩擦材の表面に凸凹が生じて平面度が低下してしまう。この点に関して、特許文献１では火炎を摩擦材表面に直接当ててそのまま焼いているのみであり、摩擦材表面を全体的に均一な焼き度合いとすることには限界があり、摩擦材表面の平面度の制御は困難である。

これに対し、放射熱方式では摩擦材表面に対して全体的に均一な熱の供与が可能ではある。しかし、摩擦材表面をスコーチ処理する際、摩擦材周辺部は空気という断熱材で覆われているため、周辺部は中央部よりも温度上昇が早くなる。これは、図４に示すように、摩擦材２の表面２ａにバーナーからの放射熱が供与さると、摩擦材２の中央部２ｂに与えられた熱は、縦断面にて摩擦材２内を１８０°の範囲で均等に伝達していく。一方、摩擦材２の外周部２ｃに与えられた熱は、その外側が熱伝導率の悪い空気で覆われているため、空気層へ伝達される破線で示す熱よりも、空気層に沿って摩擦材２の外周部２ｃ部分に篭もる実線で示す熱の方が多く、実質的には縦断面にて摩擦材２内を９０°の範囲内でしか伝達しないからである。このように、周辺部２ｃが中央部２ｂよりも温度上昇が早くなることに伴い、周辺部２ｃにおいて発生した分解ガスへの着火も早くなる。すると、周辺部２ｃでは着火してからの燃焼時間が長くなるので摩擦材表面２ａの周辺部２ｃと中央部２ｂとでは焼き度合いが異なることになり、図４に示すように摩擦材表面２ａの平面度が悪化することになる。

特許文献２では、摩擦材を均一に焼き処理できるような構成となっているが、これは加熱炉の雰囲気等に応じて摩擦材全体の焼き度合いを均一化することを目的としており、摩擦材表面における焼き斑を防止しているわけではない。したがって、特許文献２の表面焼き方法では、摩擦材の中央部と外周部とで焼き度合いが異なるため摩擦材表面の平面度が悪化してしまう。これでは、スコーチ処理により初期フェード現象を防止できても、摩擦材表面の平面度が悪化することで引きずり増大による燃費の悪化やブレーキ鳴きなど別の問題を引き起こすことが懸念される。

これを解決するための方策として、スコーチ処理後に再度研磨する方法が考えられるが、余分に研磨工程が増えることによるコストアップと、摩擦材周辺部の表層（スコーチ処理層）が削られることでスコーチ処理による本来の初期フェード防止機能が得られ難くなる。係る問題に関して鋭意検討の結果、本発明者らはスコーチ処理前に予め摩擦材の周囲を中央部よりも多く研磨しておけば、スコーチ処理本来の機能を維持しつつ摩擦材平面度が悪化することのないスコーチ処理ができることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明の目的は、本来的な初期フェード防止機能を損なうことなく、摩擦材表面を焼き処理しても良好な平面度を確保できる摩擦材表面焼き方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、摩擦材の表面をバーナーの放射熱を与えて焼く摩擦材表面焼き方法であって、前記摩擦材の表面を焼く前に、該摩擦材表面を、これの周縁部を中央部よりも沈降させた形状に予め研磨してあることを特徴とする摩擦材表面焼き方法。なお、本発明における摩擦材の表面とは、摩擦材の外面を意味するものではなく、裏板と反対側の制動時にディスクロータと摺接する面を意味する。

このとき、表面を焼く前の前記摩擦材表面の中央部と周縁部との高低差は、１０μｍ以上としておく。

本発明によれば、摩擦材の表面を焼く前に周縁部を中央部よりも沈降させた形状に予め研磨してあることによって、摩擦材表面における中央部と周辺部との焼き斑に起因する形状変化を許容できるので、最終的な摩擦材表面の平面度を良好にすることができる。換言すれば、摩擦材を焼く前は平面度が悪いが、表面を焼くことによって平面度が良くなる方向へ変形していくのである。しかも、せっかく有機物を除去したスコーチ処理層を削ることがないので、確実に本来的な初期フェード防止機能を維持することができる。また、余分に研磨工程が増えることによるコストアップの問題もない。

表面を焼く前の摩擦材表面の中央部と周縁部との高低差が１０μｍ以上であれば、制動時に少なくとも平面度不良に起因するノイズの発生を低減することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、これに限られることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本実施形態における摩擦材２は、自動車のブレーキに使用されるブレーキパッド１の摩擦材であって、成形工程において金型内で加熱加圧されることで、図１に示すように裏板３に接着されている。成形工程で摩擦材２を裏板３に接着できたら、次いで研磨工程にて所定形状に研磨し、その後スコーチ処理工程にて摩擦材表面が焼かれることになる。

図１に、スコーチ処理前（上段）とスコーチ処理後（下段）の摩擦材２の形状を示す。なお、図１の下段には、スコーチ処理後の理想的な摩擦材２の形状を示している。研磨工程では、摩擦材表面２ａの周縁部２ｃを中央部２ｂよりも多く研磨することで、図１に良く示されるように、摩擦材表面２ａは周縁部２ｃが中央部２ｂよりも沈降した断面円弧状となっている。換言すれば、摩擦材表面２ａの中央部２ｂは周縁部２ｃよりも隆起した形状に研磨する。摩擦材２の表面２ａをこのような形状に研磨しておくことで、図１に示すように、後のスコーチ処理工程にて摩擦材２を焼いたときの周辺部２ｃと中央部２ｂとの焼き度合いの相違による、周辺部２ｃが隆起してくる形状変化を許容できる。そのため、研磨後であってスコーチ処理前の摩擦材２の中央部２ｂと周縁部２ｃとの高低差Ｔ（厚みの違い）は、少なくとも１０μｍ以上としておく。好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、さらに好ましくは１７０μｍ以上である。研磨後であってスコーチ処理前の中央部２ｂと周辺部２ｃとの高低差Ｔが１０μｍ未満であれば、スコーチ処理後の摩擦材２の平面度が極めて悪く、制動時のノイズの発生頻度が高くなる。研磨後であってスコーチ処理前の中央部２ｂと周辺部２ｃとの高低差Ｔが３０μｍ以上であれば、制動時のノイズの発生は殆どない。研磨後であってスコーチ処理前の中央部２ｂと周辺部２ｃとの高低差Ｔが１００μｍ以上１７０μｍ未満程度であれば、スコーチ処理後の摩擦材表面２ａの高低差ｔが極めて小さく、高い平面度を達成できる。なお、スコーチ処理後の摩擦材表面２ａの高低差ｔとは、図１の下段に示すように必ずしも中央部２ｂと周辺部２ｃとの高低差に限らず、摩擦材表面２ａにおいて最も隆起した部位と最も沈降した部位との高低差を意味する。研磨後であってスコーチ処理前の中央部２ｂと周辺部２ｃとの高低差Ｔが１７０μｍ以上であれば、スコーチ処理後でも摩擦材２は中央部２ｂが周辺部２ｃよりも隆起した凸形状となっている。スコーチ処理後でも摩擦材２が中央部２ｂが周辺部２ｃよりも隆起した凸形状となっていれば、制動時のノイズの中でも特に不快感の強い鳴きが発生し難い。研磨後であってスコーチ処理前の摩擦材２の中央部２ｂと周縁部２ｃとの高低差Ｔの上限は特に限定されることはないが、３００μｍ程度が好ましい。この範囲であれば、摩擦係数を高水準で確保できる。なお、研磨前の摩擦材２の厚みに対する、研磨後であってスコーチ処理前の摩擦材２の中央部２ｂと周縁部２ｃとの高低差Ｔの相対的な目安としては、（高低差／厚み）×１００＝０．１％以上、好ましくは０．３％以上、より好ましくは０．８％以上、さらに好ましくは１．４％以上である。

図２に、研磨方法の一例を示す。研磨方法としては、最終的に摩擦材２を周辺部２ｃが中央部２ｂよりも沈降した形状にできる方法であれば特に限定されることはないが、例えば図２に示すごとく、中央部５ｂが周辺部５ｃよりも凹んだ逆お椀型の円形砥石５で研磨すればよい。なお、図２では、砥石５のみを断面図で示している。逆お椀型の円形砥石５で研磨すれば、該砥石５またはブレーキパッド１を上下に昇降させるだけで研磨できる。または、回転軌跡が逆お椀型となるような、円弧状の長細砥石で研磨でもよい。また、砥石の角度調節機構を有する研磨装置であれば、周知の平板砥石で研磨することもできる。

上記のようにしてブレーキパッド１の摩擦材２を研磨できたら、次いで摩擦材２の表面２ａを焼くスコーチ処理工程へ移行する。図３にスコーチ処理工程の一例を示す。本実施形態では、摩擦材２を加熱炉７内に配したマットバーナー８によって焼いている。図３に示すように、マットバーナー８は加熱炉７内に長手方向両端に亘って配されており、加熱炉７の下部にはコンベア８が内外へ連通している。マットバーナー８は高放射型ガスバーナーであって、ガスと空気の混合気体が供給される混合気室と、混合気室の下面に配設されるマットを有している。混合気室においてガスを燃焼させてマットを熱し、熱せられたマットから高い放射熱（輻射熱）を発する。同時にマットの下方に１０００℃程度の燃焼ガスを排出する。したがって、マットバーナー８は、放射熱と燃焼ガスによる熱とを発する。コンベア９は、マットバーナー８の下方にて駆動し、コンベア９上に載置された複数のブレーキパッド１を順次マットバーナー８の下方に搬送する。

コンベア９によって加熱炉７内を搬送されるブレーキパッド１の摩擦材２は、マットバーナー８からの熱を受けて表面温度が徐々に上昇していく。摩擦材２の表面２ａの温度が一定温度（２５０℃程度）を超えると、摩擦材２中の有機成分が分解して分解ガスが発生し、加熱炉内の１０００℃を超える雰囲気によって分解ガスが着火し燃焼が開始することで、スコーチ処理層２ｄが形成されていく。このとき、摩擦材２の周辺部２ｃの方が中央部２ｂよりも温度上昇が早いので、摩擦材２の周辺部２ｃの方が中央部２ｃよりも早く着火する。これにより、周辺部２ｃの方が中央部２ｂよりも隆起するように変形してしまう。このように、摩擦材２の表面２ａにおいて焼き斑が生じることで、摩擦材２の表面２ａの平面度が悪化し得る。しかし、前述のように本発明ではスコーチ処理前に摩擦材２の形状を周辺部２ｃが中央部２よりも沈降した凸形状に研磨しているので、平面度が悪化することを防ぐことができる。

（実施例）
厚み１２ｍｍの摩擦材と、厚み５．５ｍｍの裏板を有する複数のブレーキパッドを製造し、これらの摩擦材を種々の高低差を有する凸形状に研磨した場合、及び従来のように水平に研磨した場合それぞれの、制動時のノイズ評価と効きの評価をした。各実施例と比較例の摩擦材表面の高低差と、摩擦材の形状、及び各試験結果を表１に示す。なお、摩擦材表面の高低差が小さいほど、摩擦材表面の平面度が高いことになる。

＜摩擦材の形状と高低差＞
摩擦材の形状は、キーエンス社製 ダブルスキャン 高精度レーザー測定器ＬＴ−９０００シリーズによって測定した。
＜ノイズ評価試験＞
実車にて種々の速度、ロータ温度、ペダル踏力にて１０回制動操作し、そのときのノイズの発生回数を計測した。その評価基準は次のとおりである。
○：ノイズ発生無し
△：ノイズ発生少（１０制動中１〜２回発生）
×：ノイズ発生多（１０制動中５回以上発生）
なお、ここでのノイズとは制動時のブレーキ異音全体を意味し、一般的によく問題視される高周波の鳴きのほか、これよりも低周波の異音も含めた概念である。
＜効き評価試験＞
ＪＡＳＯ Ｃ４８６−８７に従い、フルサイズダイナモテスタにて摩擦係数を測定した。キャリパにはアイシン精機製 ＰＥ５７型ディスクブレーキキャリパを使用した。タイヤ有効半径：２９３ｍｍ、ロータ有効半径：１００ｍｍ、イナーシャ５９ｋｇｍ^２で実施し、第二効力の制動前速度５０ｋｍ／ｈでの平均摩擦係数を記した。

表１の結果より、従来のように摩擦材を水平に研磨しただけの比較例１では、スコーチ処理後の摩擦材表面の平面度が極めて悪く、制動時のノイズの発生も多かった。また、中央部よりも周辺部を多く研磨して摩擦材表面を凸形状とした比較例２であっても、周辺部と中央部との高低差が小さいことから、比較例１と同様にスコーチ処理後の摩擦材表面の平面度は極めて悪く、制動時のノイズの発生も多かった。これに対し、スコーチ処理前に周辺部と中央部とに適度な高低差を有する実施例１〜６は、スコーチ処理後の摩擦材表面の平面度が良好であり、制動時のノイズの発生も確認されなかった。また、実施例１〜６では、比較例１〜２と比べて遜色ない効き機能を発揮していた。

表１の結果を詳しく見ると、スコーチ前の周辺部と中央部との高低差が最も小さい実施例１でも、最低限のスコーチ処理後の摩擦材表面の平面度を有し、かつ不快感を感じない程度のノイズの発生率であった。実施例２〜６であれば、スコーチ処理後の摩擦材表面の平面度、及び制動時のノイズの発生共に問題ないことがわかる。また、各実施例の中でも実施例５がスコーチ処理後の摩擦材表面の平面度が最も高く、実施例４から実施例６にかけてスコーチ処理後の摩擦材表面の平面度が高くなっていることがわかる。また、スコーチ処理前の周辺部と中央部との高低差の最も大きい実施例６では、スコーチ処理後でも摩擦材表面は凸形状となっていた。また、周辺部を深く研磨するにつれて、制動時の摩擦係数（効き）が低くなる傾向にあることがある。このことから、スコーチ処理前にあまり深く摩擦材の周辺部を研磨しすぎると、ブレーキ効きに対して悪影響となり得ることがわかった。

スコーチ処理前後の摩擦材の形状を示すブレーキパッドの正面図である。 摩擦材の研磨工程を示す一部断面正面図である。 加熱炉の断面図である。 従来のブレーキパッドの正面図である。

符号の説明

１ ブレーキパッド
２ 摩擦材
２ａ 表面
２ｂ 中央部
２ｃ 周辺部
２ｄ スコーチ処理層
３ 裏板
５ 砥石
７ 加熱炉
８ マットバーナー
９ コンベア
Ｔ スコーチ処理前の中央部と周辺部との高低差
ｔ スコーチ処理後の摩擦材表面の高低差

Claims (2)

1. 摩擦材（２）の表面（２ａ）をバーナー（８）の放射熱を与えて焼く摩擦材表面焼き方法であって、
   前記摩擦材（２）の表面（２ａ）を焼く前に、該摩擦材表面（２ａ）を、これの周縁部（２ｃ）を中央部（２ｂ）よりも沈降させた形状に予め研磨してあることを特徴とする摩擦材表面焼き方法。
2. 表面（２ａ）を焼く前の前記摩擦材表面（２ａ）の中央部（２ｂ）と周縁部（２ｃ）との高低差が、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材表面焼き方法。
   
   

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