JP5584392B2 - 摩擦部材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、産業用モータや自動車、二輪車などに搭載されるブレーキのライニングとして使用される摩擦部材の製造方法に係り、特に摩擦係数の変化が少なく、安定した制動性を得るものである。

従来の摩擦部材としての炭素繊維を用いたブレーキ用のライニングは、シート状の炭素繊維を用い、シートを積層して加熱加圧成型して所定の形状に成型され製造されていた。このように成型したときに、所定の空孔率が得られるようにスペーサが配置されている。次に、数千℃の高温に保って積層体を焼成し、高強度の複合材を得ている（例えば、特許文献１参照）。また、他の従来の摩擦部材としては、炭素繊維クロスに熱硬化性樹脂を被着して焼成炭化した炭素繊維複合炭素シートに熱硬化性樹脂を含浸し、硬化成形した炭素質摩擦材料を、ニトリルゴム、カーボンブラック、熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いて耐熱性の金属支持板に熱圧接合して、加熱保持して摩擦部材としてのライニングを製造している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１８１０６４号公報 特開平１１−３４９９２４号公報

従来の摩擦部材は上記のように形成されているため、炭素繊維が平織りされた炭素繊維クロスを用いて、この繊維に他の材料を混ぜ合わせて加熱加圧している。このため熱処理温度は、数千℃となることもあり、製造コストが高くなるという問題点があった。また、炭素繊維クロスに他の材料を塗布して摩擦部材を製造するため、繊維の厚さ方向に材料の分布が不均一になることがあり、摩擦部材の摩耗にしたがって、摩擦特性が変化し、摩擦（ブレーキ）の制動特性が劣化し、鳴きなどの騒音が発生するなどの問題点があった。また、炭素繊維クロスシートを積層したときには、繊維の方向が所定の角度に揃って配置されるため、摩擦部材が方向性を有し、摩擦部材の摺動方向に対して、摩擦特性が変化するなどという問題点があった。

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、摩擦係数の変化が少なく、安定した制動性を得る摩擦部材の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る摩擦部材の製造方法は、炭素繊維クロスを裁断して得られる所望の大きさにてなる複数の炭素繊維片と、複数の摩擦材と、上記各炭素繊維片と上記各摩擦材とを接着するための樹脂材とが混合圧着されて構成される摩擦部材の製造方法において、
所望の大きさより大きな上記炭素繊維クロス上に複数の上記摩擦材を上記樹脂材にて接着する工程と、
上記炭素繊維クロスから所望の大きさにて成る上記炭素繊維片を複数個裁断して形成する工程と、
複数の上記炭素繊維片を混合して加熱加圧して成型する工程とを備え、
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、上記炭素繊維クロスを上記樹脂材が軟化する温度に加熱しながら、上記炭素繊維クロス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ものである。
また、この発明に係る摩擦部材の製造方法は、炭素繊維クロスを裁断して得られる所望の大きさにてなる複数の炭素繊維片と、複数の摩擦材と、上記各炭素繊維片と上記各摩擦材とを接着するための樹脂材とが混合圧着されて構成される摩擦部材の製造方法において、
所望の大きさより大きな上記炭素繊維クロス上に複数の上記摩擦材を上記樹脂材にて接着する工程と、
上記炭素繊維クロスから所望の大きさにて成る上記炭素繊維片を複数個裁断して形成する工程と、
複数の上記炭素繊維片を混合して加熱加圧して成型する工程とを備え、
上記摩擦材に金属材を含み、
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、上記金属材を上記樹脂材が軟化する温度に誘導加熱しながら、上記炭素繊維クロス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ものである。

この発明の摩擦部材の製造方法は、上記のように行われているため、摩擦材と炭素繊維片とがランダムに配向され、摩擦係数の変化が少なく、安定した制動性を得る。

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ロール状に巻かれた炭素繊維クロス１を点線で示したように軸方向Ａに裁断する（図１（ａ））。次に、裁断した炭素繊維クロス１０を重ねて、点線で示したように横方向Ｂの位置でさらに細かく裁断する。そして、所望の大きさにてなる炭素繊維片１１を複数形成する（図１（ｂ））。次に、この複数の炭素繊維片１１と、研摩材、充填材、摩擦調整剤などを総称した摩擦材２と、各炭素繊維片１１と各摩擦材２とを接着するための例えば熱硬化性樹脂にて形成される樹脂材２０とを混合する。

次に、複数の炭素繊維片１１および複数の摩擦材２および樹脂材２０を混合したものをダイ３の中に投入し、パンチ４でプレスすることにより、複数の炭素繊維片１１と各摩擦材２とがランダムに配向され所定の形状に成型された摩擦部材を得る（図１（ｃ））。尚、図中における、樹脂材２０および摩擦材２の記載は発明を理解しやすいために示したものであり、例えばそれらの形状および大きさおよび分量などは適宜設定することが可能であることは言うまでない。また、このことは以下の実施の形態においても同様であるためのその説明は適宜省略する。

この成型工程では、ダイ３およびパンチ４を例えば、１５０℃〜１８０℃程度に加熱しておき、樹脂材２０にて炭素繊維片１１と摩擦材２とを結合する。このようにして成型した摩擦部材は、所定の機械強度を確保するため、ダイ３から取り出した後、さらに、数時間高温で焼成する。そして、焼成後、所定の寸法、厚さになるように切り出し、研摩などの工程を通して例えばライニングとして製造される。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、摩擦調整剤としては、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の摩擦部材によれば、裁断して所望の大きさにてなる複数の炭素繊維片および複数の摩擦材を用いることにより、炭素繊維の強度と耐熱性とが得られる摩擦部材を製造することができる。またそのことにより、各炭素繊維片と各摩擦材とがランダムに配向され、摺動速度が増加しても摩擦係数の変化を小さくして制動性を向上することができる。また、摩擦係数の変動を抑制できるため、例えばライニングなどを形成した場合、ライニングのどの面を切り出して接触面として使用しても所定の制動力を確保することができるため、制動時のブレーキの鳴きを低減し、騒音が小さなブレーキを得ることができる。

さらに、炭素繊維片の炭素繊維間のすき間を調整する、すなわち炭素繊維片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る、粒径が大きな摩擦材であっても、炭素繊維片中にほぼ均一に分散させることができる。また、この炭素繊維片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、炭素繊維片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。

尚、上記実施の形態１においては図１に示すように、軸（縦）方向Ａと横方向Ｂとの２回の裁断を行い炭素繊維片１１を製造している例を示しているが、これに限られることはなく、例えば、図２に示すように、切り出す寸法に対応した切断用パンチ５とベース６とを用いて、所望の大きさにてなる炭素繊維片１１を形成すれば、裁断に要する時間を短縮して、安価に製造することができる。

また、炭素繊維片は所望の大きさであればよく、複数の炭素繊維片が全て同じ大きさでなくても良く、所望の範囲内の大きさであればよいことは言うまでない。また、その形状も、上記実施の形態１では略矩形の形状にて示しているが、その形状は様々な形状が採用可能であることは言うまでもない。また、このこと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。

実施の形態２．
図３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３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、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片１１の大きさを示すものであり）より大きな炭素繊維クロス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を炭素繊維クロス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１００にて、炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス１上に散布された樹脂材２０が軟化して、摩擦材２が炭素繊維クロス１上に樹脂材２０によって捕捉される。よって、炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス１上に摩擦材２を捕捉させる他の方法としては、図４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を用いる。摩擦材２に金属材を含む場合、誘導加熱手段１１１を炭素繊維クロス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を炭素繊維クロス１上に捕捉することができる。この方法によれば、炭素繊維クロス１全体を加熱する必要がなくなる。また、加熱手段１００にて炭素繊維クロス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が炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス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と同様に炭素繊維クロス１を裁断して所望の大きさにてなる炭素繊維片を作成する。そして、上記実施の形態１と同様に、樹脂材によって捕捉された摩擦材を有する複数の炭素繊維片を混合したものをダイの中に投入し、パンチでプレスすることにより、複数の炭素繊維片と各摩擦材とがランダムに配向され所定の形状に成型された摩擦部材を得る。以下、上記実施の形態１と同様に形成するためその説明を適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態２の摩擦部材によれば、上記実施の形態１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。

実施の形態３．
図５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５に基づいてこの発明の実施の形態３における摩擦部材の製造方法について説明する。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、それに摩擦材分散させた、液状の溶剤・樹脂材・摩擦材１２を、図５に示すように、溶剤・樹脂材・摩擦材１２をノズル９から噴出して、ノズル９を炭素繊維クロス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クロス１を得ることができる。

また、図６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を炭素繊維クロス１の表裏面に配置しておいても良い。例えば、厚い炭素繊維クロスを用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、炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス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クロス１を得ることができる。また、表面、裏面と２回に分けて溶剤・樹脂材・摩擦材１２をわけて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７に示すように、加熱手段１１で炭素繊維クロス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、炭素繊維クロス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炭素繊維クロス１を裁断して所望の大きさにてなる炭素繊維片を作成する。そして、上記各実施の形態と同様に、樹脂材によって捕捉された摩擦材を有する複数の炭素繊維片を混合したものをダイの中に投入し、パンチでプレスすることにより、複数の炭素繊維片と各摩擦材とがランダムに配向され所定の形状に成型された摩擦部材を得る。以下、上記各実施の形態と同様に形成するためその説明を適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態３の摩擦部材によれば、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。

実施の形態４．
上記各実施の形態では、略矩形に裁断した炭素繊維片を用いて加熱加圧成型して摩擦部材を形成しているが、裁断した炭素繊維片を成型した後、例えば、図８（ａ）に示すように、偶発的に、裁断した炭素繊維片が一定の方向に揃って配置することも想定される。図８（ａ）に示した面が形成され制動面と接触して摩耗した場合、例えば、ある時間経過後には、図８（ｂ）に示すように、炭素繊維片のみ制動面と接触する形態が生じることが予測される。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。

本実施の形態４においては、このような方向性に依存する制動力の変動をさらに防止するため、上記各実施の形態において形成された炭素繊維片を（または、炭素繊維片上に樹脂材によって摩擦材が捕捉されていない場合には、炭素繊維片および樹脂材および摩擦材を）ミキシング処理する。このことによって、図９に示すように、炭素繊維片１１０は綿状、すなわち、炭素繊維片１１０の炭素繊維が３次元的にランダムとなるように形成される。よって、炭素繊維片１１０と摩擦材２と樹脂材２０とがより一層ランダムに配向される。そして、上記各実施の形態と同様に、複数の炭素繊維片を混合したものをダイの中に投入し、パンチでプレスすることにより、複数の炭素繊維片と各摩擦材とがランダムに配向され所定の形状に成型された摩擦部材を得る。以下、上記各実施の形態と同様に形成するためその説明を適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態４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、成型後の摩擦部材は、どの面を接触面として使用しても所定の制動力を確保することが可能となる。また、摩擦部材が使用により摩耗しても、炭素繊維片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。

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

１ 炭素繊維クロス、２ 摩擦材、１１，１１０ 炭素繊維片、
１２ 溶剤・樹脂材・摩擦材、２０ 樹脂材、１００ 加熱手段、
１１１ 誘導加熱手段。

Claims (2)

1. 炭素繊維クロスを裁断して得られる所望の大きさにてなる複数の炭素繊維片と、複数の摩擦材と、上記各炭素繊維片と上記各摩擦材とを接着するための樹脂材とが混合圧着されて構成される摩擦部材の製造方法において、
   所望の大きさより大きな上記炭素繊維クロス上に複数の上記摩擦材を上記樹脂材にて接着する工程と、
   上記炭素繊維クロスから所望の大きさにて成る上記炭素繊維片を複数個裁断して形成する工程と、
   複数の上記炭素繊維片を混合して加熱加圧して成型する工程とを備え、
   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、上記炭素繊維クロスを上記樹脂材が軟化する温度に加熱しながら、上記炭素繊維クロス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摩擦部材の製造方法。
2. 炭素繊維クロスを裁断して得られる所望の大きさにてなる複数の炭素繊維片と、複数の摩擦材と、上記各炭素繊維片と上記各摩擦材とを接着するための樹脂材とが混合圧着されて構成される摩擦部材の製造方法において、
   所望の大きさより大きな上記炭素繊維クロス上に複数の上記摩擦材を上記樹脂材にて接着する工程と、
   上記炭素繊維クロスから所望の大きさにて成る上記炭素繊維片を複数個裁断して形成する工程と、
   複数の上記炭素繊維片を混合して加熱加圧して成型する工程とを備え、
   上記摩擦材に金属材を含み、
   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、上記金属材を上記樹脂材が軟化する温度に誘導加熱しながら、上記炭素繊維クロス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摩擦部材の製造方法。

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