JP3792839B2

JP3792839B2 - 造粒物及び摩擦材の製造方法

Info

Publication number: JP3792839B2
Application number: JP16281097A
Authority: JP
Inventors: 謙之助飯田
Original assignee: 株式会社曙ブレーキ中央技術研究所
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: JPH115966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種車両や産業機械等のブレーキやクラッチ等に使用される摩擦材の製造に適した造粒物及びそれを用いた摩擦材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種車両や産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニングやクラッチフェーシング等に広く使用される摩擦材は、耐熱性有機繊維や無機繊維、金属繊維等の繊維原料と、無機・有機充填材、摩擦調整剤及び熱硬化性樹脂バインダー等の粉末原料とを混合してなる出発原料を常温にて所定圧力で成形（予備成形）し、次いで所定温度にて熱成形し、硬化（アフタキュア）及び仕上げ処理して得られる。
【０００３】
得られる摩擦材の性能や機械的強度等の面で、配合される各種原料は摩擦材中に均一に分布していることが望ましく、従って出発原料の調製に際して各種原料はより均一に混合されなければならない。
しかしながら、繊維原料と粉末原料とは形状が大きく異なり、また粉末原料同士でも粒子径や比重が異なるため、これらを均一に混合するのにはかなりの混合時間を要する。更に、粉末原料の種類により繊維原料との付着性が異なり、出発原料の分散性を低下させている。
また、繊維材料は在庫や輸送、工場内での手扱い等の面で嵩が小さい方が有利であることから、通常は圧密状態となっている。そして、他の原料とともに混合機に投入されて混練される過程で圧密状態が解かれ、出発原料中に分散する。しかし、有機繊維は一般的に解繊性が悪く、出発原料中に塊のまま偏在することがあり、出発原料の分散性を低下させている。
更に、混合に際して混合機のタイプや容量等による影響を受けることもある。
【０００４】
摩擦材の製造においては、摩擦材の種類に応じてその都度出発原料の配合を変えて混合を行っているのが現状であり、上記したような問題を解消して混合時間を短縮する要望が高い。
また、各配合別、各混合工程別のトライ、及び日常の細かい管理が必要であり、結果として製造コスト増を招いている。
【０００５】
更に、上記した出発原料の混合過程終了から、計量、そして熱成形の成形型に計量された混合物を投入する迄の過程は、不定形の粉体（混合物）を取り扱うことになるが、摩擦特性上の理由から粉末原料は粒径数十μｍオーダーの微粒子で構成されることが多く、これらの各工程における手扱い時に粉塵が生じ易く、遮蔽板を設置する等の粉塵対策が必要となり、コスト増の一要因となっている。
また、微粒子であるため比表面積が大きく、接触する相手への付着が生じ易いため、成形型の壁面に付着して出発原料の均一な充填を困難にする。
【０００６】
上記のような出発原料の調製に関する問題点を解決するために、出発原料を造粒することが行われている。即ち、出発原料である各種粉末原料と繊維原料とをバインダーを加えながら転動させて２〜５ｍｍ程度の造粒物とし、これを摩擦材原料とするものである。
造粒物とすることにより、上記したような手扱い時における粉塵の問題や成形型への充填時における成形型の壁面への付着の問題を解決できる。
更に、造粒物は粉末原料の種類毎に作成できるため、成形時に成形体の厚さ方向に造粒物組成を変えて配置することで、摩擦材に組成勾配を持たせることもできる。一般に、摩擦材の使用初期は相手材（ディスクブレーキの場合はロータ）摩擦面との接触が均一にならないため、摩擦力も小さいという問題がある。制動回数が進んで接触面同士の摺り合わせがつくに従って摩擦力も増大して本来のブレーキ効果を得られるようになるものの、この問題を解決するために摩擦材表面をバーナで焼く等の特別な処理を実施する例もある。そこで、摩擦材表層部に比較的柔らかく（摩耗が早く）、摩擦係数の高い原材料からなる造粒物を配置することにより、特殊な処理を施さなくとも使用初期から安定した、目標通りのブレーキの効きを得ることが可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
繊維材料は本来摩擦材の全体に渡って分布し、かつ相互に絡み合うことで摩擦材の機械的強度を増強させるために配合されるものである。しかしながら、造粒物とする方法では、繊維原料が造粒物中に取り込まれて造粒物毎に分断された状態となり、繊維材料相互の絡み合いが出来なくなり、肝心の補強効果が減少したり、場合によっては補強効果が得られないこともある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、摩擦材原料として好適で、しかも短い混合・造粒時間で得られる造粒物を提供するとともに、出発原料を造粒物とすることによる効果を享受しつつ、摩擦材の機械的強度を従来以上に高めることができる摩擦材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明の、
（１）放射状もしくは多方向に突出する複数の突起物を有する核粒子に、摩擦材の粉末原料をバインダとともに保持させてなることを特徴とする造粒物、並びに、
（２）上記（１）に記載の造粒物を含む出発原料を加熱成形することを特徴とする摩擦材の製造方法、
により達成される。
【０００９】
本発明に係る造粒物は、繊維原料に代えて、放射状もしくは多方向に突出する複数本の突起物を有する核粒子を使用するとともに、前記核粒子に摩擦調整材や充填剤等の粉末原料をバインダとともに保持させたものである。従って、従来の造粒物と同様に、粉塵の発生や成形型壁面への付着等の問題が解消されるとともに、従来の造粒物に見られた繊維原料の分断による補強性能の減少という問題が無い。また、繊維原料の解繊が不要になるため、混合工程や造粒工程が短時間で済み、製造コストの面ても有利である。
また、本発明の造粒物を摩擦材の出発原料とすることにより、隣接する造粒物の核粒子の突起物同士が絡み合い、得られる摩擦材は機械的強度に優れたものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る造粒物並びにこの造粒物を用いた摩擦材の製造方法に関して詳細に説明する。
本発明の造粒物は、放射状もしくは多方向に突出する複数本の突起物を有する核粒子を中心とし、この核粒子に擦調整材や充填剤等の粉末原料をバインダとともに保持させたものである。
【００１１】
核粒子は、造粒物として摩擦材に加工された際に、隣接する造粒物の核粒子の突起物が絡み合うことで摩擦材の機械的強度を高める作用を有する。
従って、核粒子の形状は突起物を備える形状であれば特に制限されるものではないが、例えば図１に示すように、核粒子１は複数本の針状の突起１ａが放射状に密に突出した、略ウニ状の外観形状を呈する。また、図２に示すように、核粒子１は柱状の突起１ｂが所定の角度をもって多方向に分岐して突出したような外観を呈してもよい。更に、図３に示すように、核粒子１は長さや形状の異なる突起１ｃが略枝状に任意の多方向に分岐したような外観を呈していてもよい。
【００１２】
上記したような形状の核粒子１を得る方法は特に制限されるものではないが、例えば図１に示したようなウニ状の核粒子１を得るには、既に得られている分岐モデル高分子の一つである星型ポリマーの製造方法を応用したり、グラフト接合と呼ばれるシリカ等の無機粉末の表面にポリマーを重合させる方法等が好適である。
また、ポリマーを発泡成形して海綿状とし、これを所定寸法に裁断することにより、図３に示すような枝状に分岐した突起１ｃを有する核粒子１を得ることができる。
更に、星形状に開口されたダイを用いてポリマーを押し出しまたは引き抜くことにより断面星形の棒状物を作製し、これを輪切りにすることで星形の薄片としたものを核粒子１とすることも可能である。この場合は、造粒物とした時に扁平粒子となるが、突起物を備える形状であることには変わりなく、他の形状の核粒子１と同等の補強効果が得られる。
【００１３】
核粒子１は小さい方が摩擦材に加工する際の充填密度を高めることができるため好ましいが、余り小さすぎても粉末原料を保持できなかったり、上記したような形状に加工するのが困難となる。
従って、核粒子１の大きさは、突起物を外寸とした粒径で０．５〜数ｍｍ程度、特に０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
また、核粒子を形成する材料は、上記したような形状に加工でき、且つ摩擦材とする時の加熱成形温度に耐え得る材料であれば特に制限されるものではない。勿論、従来の繊維原料を形成する材料を転用することができ、特に上記した製造方法への適用の観点から芳香族ポリアミドや耐炎化アクリル樹脂等の耐熱性合成樹脂を好適に使用できる。
無機繊維材料であるセラミックスやガラス等も使用可能であり、その場合は主に上記したグラフト接合における粉体材料として使用される。
【００１５】
上記した核粒子１には、摩擦材の粉末原料がバインダとともに保持される。
粉末原料は従来より摩擦材の原料として使用されているものであり、具体的には、カシューダストやゴムダスト等からなるフリクションパーティクル、銅や硫黄、アルミニウム、亜鉛等の金属もしくはアルミナやシリカ、ジルコニア等の金属酸化物等の摩擦調整材、グラファイトや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤、バーミキュライトやマイカ等の鱗片状無機物、硫酸バリウムや炭酸カルシウム等の充填材である。
【００１６】
また、バインダも従来より摩擦材に使用されるものであり、例えばフェノール樹脂（ストレートフェノール樹脂及びゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなるバインダが挙げられる。
これらバインダは、固体（粉末）であっても液体であっても構わない。
【００１７】
そして、上記核粒子１、粉末原料及びバインダを規定量に計量した後、公知の造粒機に投入してこれらを転動させることにより本発明の造粒物が得られる。
この時の核粒子１、粉末原料及びバインダの配合割合は特に制限されるものではなく、所望する摩擦材の組成に応じて適宜選択されるが、その際従来の繊維原料を核粒子１で置き換えた配合割合となる。例えば、従来の一般的な摩擦材原料の配合割合は摩擦調整剤５〜１０容量％、充填剤５０〜６０容量％、バインダ２０〜３０容量％及び繊維原料１０〜２０容量％の範囲とされているが、本発明では前記の繊維原料をそのまま核粒子１に置き換えて造粒物とする。
また、粉末原料の種類毎に核粒子１と造粒して粉末原料別の、またはそのいくつかの組み合わせ別の造粒物を作製してもよい。そして、この粉末原料別の造粒物１を用い、成形型中に前記造粒物１毎の層を成すように充填することにより、厚さ方向に組成勾配を持った摩擦材１を得ることができる。
【００１８】
図４は得られた造粒物の一例として、図１に示すウニ状を呈する核粒子１を用いた場合の外観を示す概略図であるが、この造粒物３は粉末原料２が核粒子１を取り囲むように付着し、かつ核粒子１の突起１ａの先端が粉末原料２の表面から突出した外観を呈している。そして、摩擦材の製造に際して、この突出した突起１ａが隣接する造粒物３の突起１ａと絡み合い（図５参照）、摩擦材の強度を高める。
また、粉末原料２はバインダにより核粒子１に固着されているため、摩擦材に加工する際に、手取扱い時に粉塵が発生することも無く、また成形型の壁面に付着することも無い。
【００１９】
尚、造粒に関する処理条件は、核粒子１及び粉末原料２、バインダの種類や投入量、所望する造粒物３の粒径等を考慮して適宜選択される。また、バインダの種類によっては加熱して若干反応（硬化）させながら転動させることで、造粒を促進させることができる場合もある。
本発明の造粒物３はその構成成分が全て粒子であるため、従来の繊維原料を含む場合における圧密状態の繊維原料を解す過程が不要となり、混合工程並びに造粒工程が著しく容易になり、両工程ともに短時間の内に完了する。
【００２０】
本発明は、更に、上記の造粒物３を出発原料として摩擦材を製造することを特徴とする。以下に、その製造工程を説明する。
先ず、上記の如く核粒子１と、粉末原料２及びバインダとを計量し、造粒機に投入して造粒物３を作成する。そして、この造粒物３からなる出発原料を成形型に充填し、熱成形する。この時、プレッシャープレートも同時に成形型に投入され、一体的に接着される。更にアフターキュア、仕上げ加工を経て摩擦材が完成する。
【００２１】
これら一連の工程は、常法に従って行うことができ、例えば予備成形は面圧１００〜５００Ｋｇｆ／ｃｍ²で行い、熱成形は温度１３０〜１８０℃、面圧２００〜１０００Ｋｇｆ／ｃｍ²で３〜１５分間程度行い、アフターキュアは温度１５０〜３００℃で１〜１５時間程度行う。
【００２２】
図５は得られた摩擦材を示す概略図（但し、図１に示す核粒子１を使用）であるが、摩擦材４はその部分拡大図に示されるように、造粒物３同士がそれぞれの核粒子１の突起１ａを相互に絡ませ合って結合しているとともに、粉末原料２である摩擦材原料が互いに結着した状態で硬化している。従って、この摩擦材４は、核粒子１の突起１ａの絡み合いにより機械的強度の増強が図れており、また摩擦材原料が均一に分散して摩擦特性に優れたものとなっている。
尚、図中の符号５はプレッシャープレートである。
【００２３】
また、上記の製造工程において、粉末原料２の種類毎に作製した複数種の造粒物１を成形型中に造粒物１毎の層を成すように充填することにより、厚さ方向に組成勾配を持った摩擦材１を得ることができる。
【００２４】
〔実施例〕
以下に、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。
グラファイト５重量％、硫酸バリウム２５重量％、炭酸カルシウム２０重量％、フリクションパーティクル１０重量％からなる粉末原料７０重量％と、芳香族ポリアミド製で、図１に示されるような形状の核粒子２０重量％と、フェノール樹脂１０重量％とを造粒機に投入して造粒物Ａを作製した。この造粒物Ａをプレッシャープレートとともに熱プレスにセットし、温度１５０℃、面圧５００ｋｇｆ／ｃｍ² で１０分間熱成形した。次いで、この熱成形品を２００℃で３時間アフターキュア処理して摩擦材Ａを作製した。
また、比較のために、上記核粒子に代えて同量のアラミド繊維を造粒機に投入し、造粒物Ｂを作製した。
そして、造粒物Ｂを造粒物Ａと同様に処理して摩擦材Ｂを作製した。
【００２５】
得られた摩擦材Ａ及び摩擦材Ｂを曲げ試験、成分分析に供した。曲げ試験の結果、摩擦材Ａは摩擦材Ｂに比べて優れた値が得られた。また、成分分析は各摩擦材の任意の複数箇所から試験片を採取し、それを顕微鏡で観察することを行った。摩擦材Ａ、Ｂとも採取箇所に係わらず各構成材料が良く分散していた。一方、摩擦材Ｂでは繊維、その他の原材料は摩擦材Ａと同様に良く分散していたが、曲げ試験における数値は摩擦材Ａを大きく下回った。これは、繊維の絡み合いが造粒単位に分断された結果と解釈される。摩擦材Ａにおいては、核粒子の突起物同士の絡み合いによって強度が大きくなったと考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る造粒物は、繊維原料に代えて、放射状もしくは多方向に突出する複数本の突起物を有する核粒子を使用するとともに、前記核粒子に摩擦調整材や充填剤等の粉末原料をバインダとともに保持させたものである。従って、従来の造粒物と同様に、粉塵の発生や成形型壁面への付着等の問題が解消されるとともに、従来の造粒物に見られた繊維原料の分断による補強性能の減少という問題が無い。また、繊維原料の解繊が不要になるため、混合工程や造粒工程が短時間で済み、製造コストの面ても有利である。
また、本発明の造粒物を摩擦材の出発原料とすることにより、隣接する造粒物の核粒子の突起物同士が絡み合い、得られる摩擦材は機械的強度に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る造粒物に使用される核粒子の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る造粒物に使用される核粒子の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明に係る造粒物に使用される核粒子の更に他の例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る造粒物の一例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る摩擦材の一例を示す概略図（一部拡大図）である。
【符号の説明】
１核粒子
１ａ，１ｂ，１ｃ突起
２粉末原料
３造粒物
４摩擦材
５プレッシャープレート

Claims

放射状もしくは多方向に突出する複数の突起物を有する核粒子に、摩擦材の粉末原料をバインダとともに保持させてなることを特徴とする造粒物。
請求項１に記載の造粒物を含む出発原料を加熱成形することを特徴とする摩擦材の製造方法。