JP2019196456A - 摩擦材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者は、これら種々含まれる摩擦材原料の中で黒色系原料がレーザのエネルギーを吸収しやすいことに着目して鋭意検討を重ねた結果、摩擦材の表面をレーザによりスコーチ処理する方法において、摩擦材に1種以上の黒色系原料を特定量添加するとともに、スコーチ処理する前の摩擦材表面の色調を特定の範囲とすることにより、短時間のうちに摩擦材の表層深くまで均一にスコーチ処理できることを知見し、発明を完成させた。
摩擦材組成物を構成する原料として、結合材、繊維基材、潤滑材、無機摩擦調整材、有機摩擦調整材、pH調整材、充填材等を含み、少なくとも黒色系原料を含む。
結合材としては、ストレートフェノール樹脂や、フェノール樹脂をカシューオイルやシリコーンオイル、アクリルゴム等の各種エラストマーで変性した樹脂、フェノール類とアラルキルエーテル類とアルデヒド類とを反応させて得られるアラルキル変性フェノール樹脂、フェノール樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた熱硬化性樹脂等の摩擦材に通常用いられる結合材が挙げられ、これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
繊維基材としては、金属繊維や、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維や、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール等の無機繊維が挙げられ、これらを単独又は2種以上組み合わせて使用できる。
潤滑材としては、二硫化モリブデン、硫化亜鉛、硫化スズ、複合金属硫化物等の金属硫化物系潤滑材や、人造黒鉛、天然黒鉛、薄片状黒鉛、活性炭、酸化ポリアクリロニトリル繊維粉砕粉、コークス、弾性黒鉛化カーボン等の炭素質系潤滑材等の摩擦材に通常使用される潤滑材が挙げられ、これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することもできる。
無機摩擦調整材としては、四三酸化鉄、ケイ酸カルシウム水和物、ガラスビーズ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、γ―アルミナ、α―アルミナ、炭化ケイ素、鱗片状チタン酸塩、板状チタン酸塩、柱状チタン酸塩、不定形状チタン酸塩(チタン酸塩は、チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム等)、マイカ、バーミキュライト、タルク等の粒子状無機摩擦調整材や、ウォラストナイト、セピオライト、バサルト繊維、ガラス繊維、生体溶解性人造鉱物繊維、ロックウール等の繊維状無機摩擦調整材が挙げられ、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できる。
有機摩擦調整材として、カシューダスト、タイヤトレッドゴム粉砕粉や、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム等の加硫ゴム粉末又は未加硫ゴム粉末等の摩擦材に通常使用される有機摩擦調整材が挙げられ、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できる。
pH調整材として水酸化カルシウム等の通常摩擦材に使用されるpH調整材を使用することができる。
摩擦材組成物の残部としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の充填材を使用する。
黒色系原料とはレーザを吸収しやすい性質の黒に近い色(暗い色)を有する原料であり、例えば炭素質(カーボン繊維、人造黒鉛、天然黒鉛、薄片状黒鉛、活性炭、酸化ポリアクリロニトリル繊維粉砕粉、コークス、弾性黒鉛化カーボン等)、二硫化モリブデン、四三酸化鉄、フルフラールを硬化剤として製造された黒色のカシューダスト、タイヤトレッドゴムの粉砕粉等が挙げられ、これら黒色の原料のうち少なくとも1種または2種以上を組み合わせて摩擦材に含有させる。
本発明ではスコーチ処理する前の摩擦材表面のLab値のL*を20〜60の範囲とする。
つぎに図3を参照しながら摩擦材の製造方法について詳しく説明する。
少なくとも1種の黒色系原料を含む摩擦材原料を所定量配合した摩擦材組成物を、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機に投入し、均一に分散するまで撹拌混合し、摩擦材原料混合物を得る。
混合工程で得られた摩擦材原料混合物を予備成型金型に投入し、プレス装置を用いて加圧成型し予備成型品を得る。
予備成型工程の前に摩擦材原料混合物を加圧ニーダーで混練し摩擦材原料混練物を得る混練工程、または摩擦材原料混合物を造粒し摩擦材原料造粒物を得る造粒工程を設ける場合もある。
予備成型工程で得られた予備成型品を熱成型金型に投入し、プレス装置を用いて温度140〜200℃、圧力20〜80MPaの条件下で1〜10分間加熱加圧成型する。
ディスクブレーキパッドを製造する場合は、予備成型品と、予め洗浄、表面処理を施し、接着剤を塗布した鋼鉄製のバックプレートを重ねて熱成型金型に投入し加熱加圧成型する。
ドラムブレーキ用のブレーキライニングを製造する場合は、予備成型品のみを熱成型金型に投入し加熱加圧成型する。
予備成型工程を省略し、前記摩擦材原料混合物、前記摩擦材原料混練物、前記摩擦材原料造粒物のいずれかを熱成型金型に投入し、加熱加圧成型する場合もある。
砥石を具備する研摩装置を用いて摩擦材の表面を研摩して摩擦面を形成し、必要に応じてチャンファーやスリットを加工する。
ディスクブレーキパッドを製造する場合、摩擦材の摩擦面を除く部位にスプレー塗装や静電粉体塗装等により塗料を塗装する。
塗料の焼き付けは後述する熱処理工程と同時に行う。
摩擦材成型品を熱処理炉にて180〜250℃で1〜5時間加熱して、摩擦材に結合材として含まれる熱硬化性樹脂の硬化反応を完了させると同時に塗装工程で塗装した塗料を焼き付ける。
スコーチ処理工程は特許文献1や特許文献2に記載の方法を使用することもできるが、垂直共振器型面発光レーザモジュールを使用したスコーチ処理例を以下に示す。
垂直共振器型面発光レーザモジュールとは、1つの平面上に複数の垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)素子を配置してモジュール化したものであり、例えば特表2015−510279に記載の方法等により製造されたPhilips Photonics社の垂直共振器型面発光レーザモジュールを使用することができる。
垂直共振器型面発光レーザ素子の寿命は約19,000時間であり、特許文献1に記載の赤外線ランプの寿命約5,000時間と比べて長寿命である。
摩擦材10をスコーチ処理するときの面発光レーザ素子21のエネルギー密度は150〜2000kW/m2、好ましくは300〜1000kW/m2、より好ましくは400〜800kW/m2である。
面発光レーザ素子21のエネルギー密度が150kW/m2を下回ると加熱温度が不足し、2000kW/m2を越えると摩擦材の表面が加熱され過ぎて摩擦材の表面にクラックが発生するという問題が生じる。
摩擦材をスコーチ処理するときの面発光レーザ素子21の照射面と摩擦材10の表面との距離(照射距離)Gは15〜300mmであり、好ましくは50〜200mm、より好ましくは80〜150mmである。
面発光レーザ素子21の照射面と摩擦材10の表面との距離Gが15mmを下回ると面発光レーザ素子21による照射範囲が狭くなり、面発光レーザ素子21の照射面と摩擦材10の表面との距離Gが300mmを越えると加熱温度が不足する。
摩擦材10をスコーチ処理する時間は0.5〜60秒であり、好ましくは3〜10秒、より好ましくは4〜8秒である。
スコーチ処理する時間が60秒を超えると摩擦材10の表面が加熱され過ぎて耐摩耗性が低下するという問題が生じる。
図4,5を参照しながら、面発光レーザ20から摩擦材10の表面にレーザを照射して行うスコーチ処理時における摩擦材10の表層変化について詳しく説明する。
図4はレーザの照射開始前における摩擦材10の表層断面を示し、図5はレーザの照射開始直後における摩擦材10の表層断面を示している。
黒色系原料11は所定の温度に加熱されると焼失する。
非黒色系原料12にもレーザエネルギーが吸収されるが、黒色系原料11の加熱度に達しないため非黒色系原料12は焼失しない。
この黒色系原料11の加熱温度は摩擦材10の表面から深さ方向に素早く伝播するので、短時間のうちに摩擦材10の表面から所定の深さに位置する黒色系原料11を焼失させることができる。
そのため、摩擦材10の表層には黒色系原料11の燃焼跡が微孔13として残り、摩擦材10の表層にポーラス構造のスコーチ処理層14が形成される。
摩擦材10に対する面発光レーザ20の配置形態は、図1に示した摩擦材10と平行に横向きに配置した形態に限定されず、面発光レーザ20を摩擦材10の向きに合せて縦向きに配置してもよいし、摩擦材10を囲むように面発光レーザ20をハ字形に傾斜させて配置してもよい。
摩擦材10に対するスコーチ処理の形態は、面発光レーザ20に対向配置した摩擦材10を静止状態でスコーチ処理を行ってもよいし、面発光レーザ20または摩擦材10の何れか一方を可動させてスコーチ処理を行ってもよい。
例えば、摩擦材10を搬送手段に載置してその搬送経路の一部に面発光レーザ20を配置して行う際の搬送手段としては、直線的に搬送するコンベア方式、または円運動で回転するロータリー搬送方式等を適用できる。
更に、スコーチ処理工程の直前に摩擦材の予熱工程を設けると、摩擦材のスコーチ処理時間をより短縮することができる。
表1、表2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、成型金型内で30MPaにて10秒間加圧して予備成型をした。
この予備成型物を、予め洗浄、表面処理、接着材を塗布した鋼鉄製のバックプレート上に重ね、熱成型型内で成型温度150℃、成型圧力40MPaの条件下で10分間成型した後、静電粉体塗装し、200℃で5時間塗料焼付けを兼ねた熱処理(後硬化)を行い、研摩して摩擦面を形成した。
<1>製品外観
スコーチ処理後の摩擦材表面の状態を目視で確認した。評価基準は以下のとおりである。
○:クラック無し
×:クラック有り
JASO C427 「自動車−ブレーキライニング及びディスクブレーキパッド−ダイナモメータ摩耗試験方法」に準拠し、制動初速度50km/h、制動減速度0.3G、制動回数適宜、制動前ブレーキ温度200℃の条件で、摩擦材の摩耗量(mm)を測定し、制動回数1000回あたりの摩耗量に換算後、下記基準にて評価した。
◎:0.15mm未満
○:0.15mm以上 0.20mm未満
△:0.20mm以上 0.50mm未満
×:0.50mm以上
−:製品外観「×」につき未評価
JASO C406「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に準拠し、第1フェード試験での最少摩擦係数μを計測した。評価基準は以下のとおりである。
◎:0.3以上
○:0.25以上 0.30未満
△:0.20以上 0.25未満
×:0.20未満
−:製品外観「×」につき未評価
11 摩擦材の黒色系原料
12 摩擦材の非黒色系原料
13 摩擦材の微孔
14 摩擦材のスコーチ処理層
20 面発光レーザ
21 面発光レーザ素子
Claims (5)
- 摩擦材の表面をレーザにより加熱処理するスコーチ処理工程を含む摩擦材の製造方法において、
摩擦材が1種以上の黒色系原料を摩擦材組成物全量に対し5〜25重量%含有しており、
スコーチ処理する前の摩擦材表面のLab値のL*が20〜60であることを特徴とする摩擦材の製造方法。 - スコーチ処理工程におけるレーザのエネルギー密度が150〜2000kW/m2であり、レーザの照射面と摩擦材の表面との距離が15〜300mmであり、スコーチ処理の時間が0.5〜60秒であることを特徴とする請求項1に記載の摩擦材の製造方法。
- レーザの光源が垂直共振器型面発光レーザモジュールであることを特徴とする請求項1又は2に記載の摩擦材の製造方法。
- スコーチ処理工程の直前に予熱工程が行われることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の摩擦材の製造方法。
- 前記予熱工程が熱処理工程であることを特徴とする請求項4に記載の摩擦材の製造方法。
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