JP5160910B2

JP5160910B2 - 摩擦部材および摩擦部材の製造方法

Info

Publication number: JP5160910B2
Application number: JP2008012097A
Authority: JP
Inventors: 斉太田; 昭橋本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: JP2009173719A

Description

この発明は、例えばモータや自動車、２輪車などに搭載されるブレーキの摩擦部材として使用される摩擦部材および摩擦部材の製造方法に関し、特に摩擦係数の変動を低減するものである。

従来の炭素繊維をもちいたブレーキ用摩擦部材は、シート状の炭素繊維をもちい、シートを積層して加熱加圧成型して所定の形状に製造される。成型するときに、所定の空孔率が得られるようにスペーサを配置しておき、１０００〜３０００℃の高温に保って積層体を焼成し、高強度の複合材を得る（例えば、特許文献１参照）。また、熱硬化性樹脂の溶液に摩擦調整剤を加えて混合した混和物（スラリー）をシート状の繊維基材の背面に繊維質の補強材を配した複合繊維基材に塗布または含浸して、複合繊維基材に混和物を均一に付着させ、乾燥等により溶媒を除去してプリプレグシートとした後、所定の寸法に切断して、マンドレル等で環状に巻き上げ、これを金型等に入れて熱圧成形して摩擦部材を得る（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１８１０６４号公報特開平５−１６３３６７号公報

従来の摩擦部材の製造方法では、炭素繊維を積層したり、巻回したりして摩擦部材を製造していた。そのため、繊維の方向が一定の方向に配向されるため、製造された摩擦部材の面によって摩擦材の配合比が異なって摩擦係数が変化し、制動力が変動するという問題があった。また、長期の使用に渡って、摩擦部材が摩耗すると、炭素繊維のみが制動面と接触したり、他の摩擦材との混合比が変化する面が摺動面となるなど、時間の経過にともなって制動力が変化する問題があった。配合比が変化することに起因して、摺動面の温度が上昇したり、摺動速度が変化すると、摩擦係数が変動する問題があった。また、摩擦部材と制動面との摺動時に鳴きが発生して、騒音が大きくなるなどの問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、摩擦係数の変動を低減する摩擦部材および摩擦部材の製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、シート状の炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着し、炭素繊維部材を巻回して積層し、積層された炭素繊維部材を加熱加圧しながら矩形状に成型し、成型された炭素繊維部材の積層方向と垂直方向の面または成型された炭素繊維部材の積層方向と異なる方向に切断した切断面を摺動面として形成するものである。

また、この発明は、所望の大きさより大きな炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着し、炭素繊維部材から所望の大きさにてなる炭素繊維材を複数個形成し、各炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げ、各炭素繊維材を積層し、積層された各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型するものである。

また、この発明は、所望の大きさにてなる複数個の炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げ、折り曲げられた各炭素繊維材上に複数の摩擦材および各炭素繊維材および各摩擦材を接着するための樹脂材を配合し、各摩擦材および各樹脂材が配合された各炭素繊維材を積層し、積層された各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型するものである。

また、この発明は、複数の摩擦材が樹脂材にて接着された炭素繊維材が積層され、炭素繊維材の積層された方向とは異なる方向の面を摺動面として成るものである。

この発明の摩擦部材の製造方法は、シート状の炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着し、炭素繊維部材を積層し、積層された炭素繊維部材を加熱加圧しながら矩形状に成型し、成型された炭素繊維部材の積層方向と垂直方向の面または成型された炭素繊維部材の積層方向と異なる方向に切断した切断面を摺動面として形成するので、摺動面が摩擦材のみまたは炭素繊維材のみにて形成されることが防止されるため、摩擦係数の変動を低減する。

また、この発明の摩擦部材の製造方法は、所望の大きさより大きな炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着し、炭素繊維部材から所望の大きさにてなる炭素繊維材を複数個形成し、各炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げ、各炭素繊維材を積層し、積層された各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型するので、摩擦材と炭素繊維材とがランダムに配向される箇所を有するため、摩擦係数の変動を低減する。

また、この発明の摩擦部材の製造方法は、所望の大きさにてなる複数個の炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げ、折り曲げられた各炭素繊維材上に複数の摩擦材および各炭素繊維材および各摩擦材を接着するための樹脂材を配合し、各摩擦材および各樹脂材が配合された各炭素繊維材を積層し、積層された各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型するので、摩擦材と炭素繊維材とがランダムに配向される箇所を有するため、摩擦係数の変動を低減する。

また、この発明の摩擦部材は、複数の摩擦材が樹脂材にて接着された炭素繊維材が積層され、炭素繊維材の積層された方向とは異なる方向の面を摺動面として成るので、摺動面が摩擦材のみまたは炭素繊維材のみにて形成されることが防止されるため、摩擦係数の変動を低減する。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における摩擦部材の製造方法を示した図である。次に図１に基づいてこの発明の実施の形態１における摩擦部材の製造方法について説明する。まず、炭素繊維が平織りされシート状に形成されロール状に巻回されているシート状部材としての炭素繊維部材１上に、摩擦材２、および、炭素繊維部材１と摩擦材２とを接着させるための接着材２０を予め混合させたものをノズル９にて散布しながら所望量巻回する（図１（ａ））。このようにして炭素繊維部材１を巻回して形成することにより、炭素繊維部材１を容易に所望量積層することができる。そして、この所望量巻き上げられた炭素繊維部材１をダイ３に入れてパンチ４で加熱加圧して成型する（図１（ｃ））。そして、成型された炭素繊維部材１の積層方向と垂直方向の面、例えば巻回した端面（図１（ｃ）の正面に示した面）を摺動面（接触面）として摩擦部材を形成する。または、他の方法としては、成型された炭素繊維部材１の積層方向と異なる方向、例えば図１（ｃ）に示した、切断線Ｘ、切断線Ｙ、切断線Ｚのいずれかにて切断し、この切断面を摺動面として摩擦部材を形成する。このように切り出された面は、炭素繊維部材１と摩擦材２とが略均一な割合で表面に露出することとなる。

例えば、図２（ａ）に示すように、巻回した摩擦繊維部材１の、図中の矢印Ｗの面を摺動面Ａ（接触面）とした場合、摩擦部材の摩耗にしたがって、図２（ｂ）に示すように、摺動面Ａ’（接触面）が摩擦材のみの成分となることが考えられる。このように、時間の経過にともなって制動面と接触する摩擦部材の表面の成分が異なると、摩擦係数が変動することとなり、安定な制動力を得ることが困難となる。

したがって、本願発明の実施の形態１においては、成型された炭素繊維部材１の積層方向と垂直方向の面、例えば巻回した端面（図１（ｃ）の正面に示した面）、または、成型された炭素繊維部材１の積層方向と異なる方向に切断した切断面を、例えばブレーキの摺動面としての摩擦部材を構成することによって、摩擦部材が摩耗しても、炭素繊維部材と摩擦材との配合比は変化することなく、長期の使用に渡って安定した制動力を確保することができる。

また、炭素繊維部材を積層する方法としては、炭素繊維部材を巻回して形成する以外に、例えば図３に示すように摩擦材２および樹脂材２０が配設された所望の大きさに形成されている例えばシート状部材としての炭素繊維部材１１を複数個積層して、上記に示した場合と同様に、成型して形成する方法が考えられる。そして、成型された炭素繊維部材１の積層方向と垂直方向の面、図３の右側面または左側面を摺動面（接触面）として摩擦部材を形成する。または、他の方法としては、成型された炭素繊維部材１１の積層方向Ｂと異なる方向、例えば図３に示した、切断線Ｙ、切断線Ｚに切断し、この切断面を摺動面として摩擦部材を形成する。このように切り出された面は、炭素繊維部材１１と摩擦材２とが略均一な割合で表面に露出することとなる。

例えば、図４に示すように、摩擦材２および接着材２０を配設した複数の炭素繊維部材１１を積層した場合、図４（ａ）中の矢印Ｑ、Ｒの面を摺動面とすると、時間の経過にともなって、図４（ｂ）に示すように、摺動面が摩擦材のみの成分となる可能性がある。しかし、本願実施の形態１においては、炭素繊維部材１１の積層方向Ｂと垂直方向の面、または、成型された炭素繊維部材１１の積層方向Ｂと異なる方向を摺動面として摩擦部材を形成することにより、摩擦部材が摩耗しても炭素繊維部材１１と摩擦材２との配合比が略均一で安定した制動力を得ることができる。

尚、樹脂材２０の熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂やポリイミド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などを利用することが考えられる。また、摩擦材２の、研摩剤としては、二酸化シリコン、アルミナ、アモルファスカーボン、窒化珪素などの高硬度材料を利用することが考えられ、充填材としては、酸化亜鉛、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ベントナイトなどを利用することが考えられ、摩擦調整材としては、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎなどの金属粒子やカシューダスト、イソプレンゴム、エチレン−プロピレンゴムなどのゴム材料などを利用することが考えられる。また、これらの材質については以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態１の摩擦部材の製造方法によれば、摩擦部材の摺動面が摩耗しても、炭素繊維部材と摩擦材との配合比はほとんど変化することなく、摩擦係数の変動を低減し、長期の使用に渡って安定した制動力を確保することができる。また、炭素繊維部材の積層を、シート状の炭素繊維部材を巻回して行うと、摩擦材の配合、成形、加工を連続して工程内で処理することにより、ゴミなどの不純物の付着がない均質な摩擦部材を得ることができる。また、寸法の異なる摩擦部材を製造する場合には、型を寸法に応じて準備する必要があるが、加熱成形前の炭素繊維部材を巻回する工程において、その直径を変える（巻回数を変更する）ことにより、型を変えることなく、異なる寸法に炭素繊維部材を積層させることができる。

また、積層された炭素繊維部材を積層方向と異なる方向に切り出した切断面を摺動面とする場合には、例えば、１つの摩擦部材の軸方向に対称に切り出すことにより、同一の２つの摩擦部材を同時に作成することができるため、製造コストを低減することができる。

さらに、炭素繊維部材の炭素繊維間のすき間を調整する。すなわち炭素繊維部材の比重を調整することによって、摩擦材との配合比率や摩擦材の粒径を自由に変化させることができ、粒径が大きな摩擦材であっても、炭素繊維部材中にほぼ均一に分散させることができる。また、この炭素繊維部材の比重を調整することにより、摩擦部材の空孔率を調整することが可能となり、炭素繊維部材の比重を所望の値にすることにより、摩擦部材の所望の空孔率を容易に得ることができる。よって、空孔率によって調整される機器の性能を容易に向上することができる。このことが以下の実施の形態においても同様のことが言えるため、その説明は適宜省略する。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における摩擦部材の製造方法を示した図である。次に図５に基づいてこの発明の実施の形態２における摩擦部材の製造方法について説明する。まず、炭素繊維が平織りされシート状に形成されロール状に巻回されている所望の大きさ（ここで言う”所望の大きさ”とは後述にて形成する炭素繊維材１００の大きさを示すものである）より大きな炭素繊維部材１を、例えば、櫛歯状の上型７と下型８とをもちいて、炭素繊維部材１を挟み込んでジグザグ状に折り曲げる。そして、例えば裁断装置にて図５（ａ）に示す点線箇所にて切断して所望の大きさの例えばシート状部材としての炭素繊維材１００を形成する（図５（ａ））。次に、ジグザグ状の炭素繊維材１００上に摩擦材２および樹脂材２０を所定の量だけ散布して、炭素繊維材１００を積層する（図５（ｂ））。所定の枚数だけ炭素繊維材１００を積層した後、ダイ３に配置して、パンチ４で加熱加圧して成型して摩擦部材を製造する（図５（ｃ））。尚、ここでは所望の大きさの炭素繊維材１００上に摩擦材２および樹脂材２０を配設する例を示したが、これに限られることはなく、所望の大きさより大きな炭素繊維部材１に予め摩擦材２および樹脂材２０を配設しておいて、それを切断して所望の大きさの炭素繊維材１００を複数形成しても良いことは言うまでもない。
なお、図５には、炭素繊維部材を櫛歯状の上型７と下型８で１回折り曲げているが、炭素繊維部材のコシが強い場合など、複数回折り曲げても良い。

上記のように構成された実施の形態２の摩擦部材の製造方法によれば、摩擦部材の摺動面が摩耗しても、炭素繊維材が折り曲げられたジグザグの面が摺動面となるため、摩擦部材が摩耗しても炭素繊維材と摩擦材との混合比はほとんど変化しないので、長期の使用に渡って安定な制動性を得ることができる。このように、炭素繊維材を折り曲げて積層させることにより、炭素繊維材と摩擦材との割合が略均一となり、例えば摩擦部材をブレーキにもちいた場合、ブレーキの性能を安定に保つことができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３における摩擦部材の製造方法を示した図である。次に図６に基づいてこの発明の実施の形態３における炭素繊維部材上に摩擦材および樹脂材を配設する方法について説明する。他の方法は上記実施の形態１および２と同様であるためその説明は適宜省略する。まず、炭素繊維部材１上に、例えば、摩擦材２および樹脂材２０を配合してノズル９に入れておき、このノズル９を炭素繊維部材１上を所定の速度で幅方向に往復動Ｃさせ、複数の摩擦材２および複数の樹脂材２０を散布する。この際、例えばヒータにて形成される加熱手段１０にて、炭素繊維部材１を樹脂材２０が軟化する程度の温度にまで加熱しておく。すると、炭素繊維部材１上に散布された樹脂材２０が軟化して、摩擦材２が炭素繊維部材１上に樹脂材２０によって捕捉される。よって、炭素繊維部材２０上の摩擦材２がほぼ均一に散布され接着材２０にて捕捉することができるため、炭素繊維部材１上の摩擦材２の配合比を均一にすることができる。

また、炭素繊維部材１上に摩擦材２を捕捉させる他の方法としては、図７に示すように、誘導加熱を行うことができる誘導加熱手段１１１をもちいる。摩擦材２に金属材を含む場合、誘導加熱手段１１１を炭素繊維部材１の下側に配置し、摩擦材２を散布しながら、誘導加熱手段１１１に通電して、摩擦材２中の金属材成分を樹脂材２０が軟化する程度の温度にまで加熱することによって、樹脂材２０を軟化させて摩擦材２を炭素繊維部材１上に捕捉することができる。この方法によれば、炭素繊維部材１全体を加熱する必要がなくなる。また、加熱手段１０にて炭素繊維部材１の全体を過熱すると、樹脂材２０の充填量が多い場合には、軟化時に樹脂材２０が炭素繊維部材１からはみ出して、結果的に配合比が不均一になる可能性が生じる。よって、誘導加熱により、局所的に加熱することにより、より一層配合比が均一な摩擦部材を得ることができる。

そしていずれかの方法にて、予め、炭素繊維部材１に摩擦材２を散布して樹脂材２０にて捕捉させておき、以下は上記各実施の形態と同様に形成する。

上記のように構成された実施の形態３の摩擦部材の製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、炭素繊維片上の摩擦材の配合比を均一にすることができるため、摩擦部材としての制動性が向上する。また、加熱加圧成型までの工程を１つのラインで行うことができるので、製造コストを安価にすることができる。また、摩擦材中の金属材を加熱して行う場合には、摩擦材の配合比をより一層均一に炭素繊維片上に固着させることができるので、摩擦部材としてより一層制動性が良好となる。
また、面上で摩擦材の配合比を均一にできるため、摺動面が磨耗しても摩擦材の配合比が変わらない摺動面を得ることができる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４における摩擦部材の製造方法を示した図である。次に図８に基づいてこの発明の実施の形態４における炭素繊維部材上に摩擦材および樹脂材を配設する方法について説明する。他の工程は上記実施の形態１および２と同様であるためその説明は適宜省略する。上記各実施の形態においては、摩擦材２と樹脂材２０とを混合したもの（粒状）を散布した例を示したが、これに限られることはなく、樹脂材を溶剤に溶解させて、それに摩擦材を分散させた、液状の溶剤・樹脂材・摩擦材１２を、図７に示すように、ノズル９から噴出して、ノズル９を炭素繊維部材１の幅方向に往復動Ｃさせる。このようにして、溶剤・樹脂材・摩擦材１２を散布することにより、簡便に摩擦材は溶解された樹脂材の表面張力で捕捉され、配合比が均一な炭素繊維部材１を得ることができる。

また、図９に示すように、溶剤・樹脂材・摩擦材１２を散布する場合、ノズル９を炭素繊維部材１の表裏面に配置しておいても良い。例えば、厚い炭素繊維部材をもちいて摩擦部材を製造する場合、片側から溶剤・樹脂材・摩擦材１２を散布しただけでは、炭素繊維部材１中に均一に配合されないことがあるが、表裏面から散布することによって、炭素繊維部材１が厚くても均一に摩擦材２を配合でき、配合比が均一な炭素繊維部材１を得ることができる。また、表面、裏面と２回にわけて溶剤・樹脂材・摩擦材１２を散布する場合と比較して、製造コストを低減することができる。

さらに、図１０に示すように、加熱手段１０で炭素繊維部材１を加熱して、溶剤・樹脂材・摩擦材１２を散布することにより、溶剤・樹脂材・摩擦材１２の溶剤を瞬時に気化させ乾燥される、このため、短時間で摩擦部材が製造でき、安価に配合比が均一な摩擦部材を得ることができる。

そしていずれかの方法にて、予め、炭素繊維部材１に摩擦材２を散布して樹脂材２０にて捕捉させておき、以下は上記実施の形態１および２と同様にして摩擦部材を形成する。

上記のように構成された実施の形態４の摩擦部材の製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、炭素繊維片上の摩擦材の配合比をより一層均一にすることができるため、摩擦部材としての制動性がより一層向上する。また、加熱加圧成型までの工程を１つのラインで行うことができるので、製造コストを安価にすることができる。

この発明の実施の形態１の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態１の摩擦部材を説明するための図である。この発明の実施の形態１の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態１の摩擦部材を説明するための図である。この発明の実施の形態２の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態３の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態３の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態４の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態４の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。この発明の実施の形態４の摩擦部材の製造方法の構成を示す図である。

１，１１炭素繊維部材、２摩擦材、１２溶剤・樹脂材・摩擦材、２０樹脂材、１００炭素繊維材、Ｂ積層方向。

Claims

シート状の炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着する工程と、上記炭素繊維部材を巻回して積層する工程と、上記積層された炭素繊維部材を加熱加圧しながら矩形状に成型する工程と、上記成型された炭素繊維部材の積層方向と垂直方向の面または上記成型された炭素繊維部材の積層方向と異なる方向に切断した切断面を摺動面として形成する工程とを備えたことを特徴とする摩擦部材の製造方法。
所望の大きさより大きな炭素繊維部材上に複数の摩擦材を樹脂材にて接着する工程と、上記炭素繊維部材から所望の大きさにてなる炭素繊維材を複数個形成する工程と、上記各炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げる工程、上記各炭素繊維材を積層する工程と、積層された上記各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型する工程とを備えたことを特徴とする摩擦部材の製造方法。
上記接着する工程は、上記樹脂材を溶剤に溶解した状態にて上記各摩擦材を混合して、上記炭素繊維部材上に混合された上記樹脂材および上記各摩擦材を吹き付けて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摩擦部材の製造方法。
上記接着する工程は、上記炭素繊維部材を加熱しながら行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摩擦部材の製造方法。
上記摩擦材に金属材を含み、上記接着する工程は上記金属材を誘導加熱して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の摩擦部材の製造方法。
所望の大きさにてなる複数個の炭素繊維材をそれぞれジグザグ状に折り曲げる工程、折り曲げられた上記各炭素繊維材上に複数の摩擦材および上記各炭素繊維材および上記各摩擦材を接着するための樹脂材を配合する工程、上記各摩擦材および上記各樹脂材が配合された上記各炭素繊維材を積層する工程と、積層された上記各炭素繊維材を加熱加圧しながら矩形状に成型する工程とを備えたことを特徴とする摩擦部材の製造方法。