WO2019216265A1 - 摩擦材の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a friction material used for a disc brake or a drum brake of an automobile such as a passenger car or a truck.
- a disc brake or a drum brake is used as a braking device of an automobile, and a disc brake pad or a brake shoe in which a friction material is attached to a metal base member is used as the friction member.
- the friction material is a mixing step of mixing a friction material composition composed of a binder, a fiber base material, a lubricant, an organic friction modifier, an inorganic friction modifier, a pH adjuster, a filler, and the like. It is manufactured through a heat and pressure molding process for heat and pressure molding with a mold and a heat treatment process for completing the curing of the thermosetting resin as a binder.
- the entire surface of the finished friction material is subjected to a high-temperature heat treatment called a scorch process in the manufacturing process of the friction material, which causes a fade phenomenon.
- Organic substances are removed by burning.
- the scorch treatment method used was a method of pressing a hot plate against the surface of the friction material, or a method of heating the friction material surface with a direct flame such as a gas flame. Therefore, in recent years, a method of heat-treating the surface of the friction material with an infrared laser as disclosed in Patent Document 1 or a heat treatment of the surface of the friction material with a high-power diode laser as disclosed in Patent Document 2 is disclosed. Methods are being adopted.
- Patent Document 1 or Patent Document 2 requires a little time for the scorch treatment compared to the conventional method of heating by directly touching the surface of the friction material with a heat source.
- a method capable of uniformly scorching from the friction material surface to a deep position in a shorter time is a need for a method capable of uniformly scorching from the friction material surface to a deep position in a shorter time.
- the present invention relates to a method of manufacturing a friction material by scorching the surface of a friction material used for a disc brake or drum brake of a car such as a passenger car or a truck with a laser.
- An object of the present invention is to provide a method for producing a friction material, which can uniformly scorch the surface of the friction material to a deep depth.
- black materials such as carbonaceous materials such as graphite and coke, black cashew dust produced by using furfural as a curing agent, and ground powder of tire tread rubber may be added as raw materials for friction materials.
- the inventor in the method of scorching the surface of the friction material with a laser.
- the friction material can be uniformly applied to the surface of the friction material in a short time. The inventors discovered that scorch treatment can be performed and completed the invention.
- the present invention relates to a method of scorching the surface of a friction material used for a disc brake or a drum brake of an automobile such as a passenger car or a truck with a laser, and is based on the following technique.
- the friction material contains 5 to 25% by weight of one or more black-based raw materials with respect to the total amount of the friction material composition.
- the energy density of the laser in the scorch treatment step is 150 to 2000 kW / m 2 , the distance between the laser irradiation surface and the friction material surface is 15 to 300 mm, and the scorch treatment time is 0.5 to 60
- the surface of the friction material is deepened in a short time. It is possible to provide a method for manufacturing a friction material that can be uniformly scorched.
- Model diagram of scorch treatment of friction material of the present invention Bottom view of surface emitting laser used in scorch processing
- the flowchart which shows an example of the manufacturing method of the friction material which concerns on this invention
- Friction material raw material The raw material constituting the friction material composition includes a binder, a fiber base material, a lubricant, an inorganic friction modifier, an organic friction modifier, a pH adjuster, a filler, and the like, and at least a black material.
- Binder The binder is obtained by reacting a straight phenol resin, a resin obtained by modifying a phenol resin with various elastomers such as cashew oil, silicone oil, and acrylic rubber, or by reacting phenols, aralkyl ethers and aldehydes.
- elastomers such as cashew oil, silicone oil, and acrylic rubber
- examples include aralkyl-modified phenolic resins, binders commonly used in friction materials such as thermosetting resins in which various elastomers, fluoropolymers, etc. are dispersed in phenolic resins. These may be used alone or in combination of two or more. Can be used.
- Fiber base material examples include metal fibers, organic fibers such as aramid fibers and acrylic fibers, and inorganic fibers such as carbon fibers, ceramic fibers, and rock wool. These may be used alone or in combination of two or more. Can be used in combination.
- Lubricants include metal sulfide lubricants such as molybdenum disulfide, zinc sulfide, tin sulfide, and composite metal sulfides, artificial graphite, natural graphite, flake graphite, activated carbon, oxidized polyacrylonitrile fiber Lubricants usually used for friction materials such as carbonaceous lubricants such as pulverized powder, coke, and elastic graphitized carbon can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. .
- metal sulfide lubricants such as molybdenum disulfide, zinc sulfide, tin sulfide, and composite metal sulfides
- artificial graphite natural graphite, flake graphite, activated carbon
- Lubricants usually used for friction materials such as carbonaceous lubricants such as pulverized powder, coke, and elastic graphitized carbon can be mentioned, and these
- Inorganic friction modifiers include iron trioxide, calcium silicate hydrate, glass beads, magnesium oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, silicon carbide, Scale-like titanate, plate-like titanate, columnar titanate, amorphous titanate (titanate is potassium titanate, lithium potassium titanate, magnesium potassium titanate, etc.), mica, vermiculite, talc, etc.
- particulate inorganic friction modifiers such as wollastonite, sepiolite, basalt fiber, glass fiber, biosoluble artificial mineral fiber, rock wool and the like, and these may be used alone or in combination. Two or more kinds can be used in combination.
- Organic friction modifiers friction materials such as cashew dust, tire tread rubber pulverized powder, vulcanized rubber powder such as nitrile rubber, acrylic rubber, silicone rubber, butyl rubber or unvulcanized rubber powder
- the organic friction modifier generally used is mentioned, These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- pH adjuster A pH adjuster used for a normal friction material such as calcium hydroxide can be used as the pH adjuster.
- Filler A filler such as barium sulfate or calcium carbonate is used as the balance of the friction material composition.
- Black-based raw material is a raw material having a color close to black (dark color) that easily absorbs laser, such as carbonaceous material (carbon fiber, artificial graphite, natural graphite, flake graphite, activated carbon). , Oxidized polyacrylonitrile fiber pulverized powder, coke, elastic graphitized carbon, etc.), molybdenum disulfide, iron tetroxide, black cashew dust manufactured using furfural as a curing agent, tire tread rubber pulverized powder, etc.
- these black raw materials at least one kind or a combination of two or more kinds is contained in the friction material.
- the content of the black raw material is preferably 5 to 25% by weight, more preferably 10 to 20% by weight, based on the total amount of the friction material composition.
- the Lab value L * of the friction material surface before scorch treatment is set in the range of 20-60.
- the Lab value means a value using CIE (Commission Internationale de l'eclairage) L * a * b * coordinates.
- the Lab value ensures the desired performance of the above-mentioned black-based raw material and the binder, fiber base material, lubricant, inorganic friction modifier, organic friction modifier, pH adjuster, and filler normally used for friction materials. It can adjust by combining suitably.
- a friction material composition containing a predetermined amount of a friction material material containing at least one black-based material is introduced into a mixer such as a Redige mixer or an Eirich mixer, and stirred and mixed until it is uniformly dispersed. Thus, a friction material raw material mixture is obtained.
- the friction material raw material mixture obtained in the mixing process is put into a pre-molding mold, and pressure-molded using a press device to obtain a pre-molded product.
- the friction material raw material mixture is kneaded with a pressure kneader to obtain the friction material raw material kneaded before the preforming step, or the friction material raw material mixture is granulated to obtain the friction material raw material granulated product There is also.
- Heat and pressure molding process The preformed product obtained in the preforming process is put into a thermoforming mold, and a press apparatus is used at a temperature of 140 to 200 ° C. and a pressure of 20 to 80 MPa for 1 to 10 minutes.
- Heat-press molding When manufacturing a disc brake pad, a preformed product is preliminarily washed and surface-treated, and a steel back plate coated with an adhesive is layered thereon and placed in a thermoforming mold and heated and pressed.
- a brake lining for a drum brake only a preformed product is put into a thermoforming mold and heated and pressed. In some cases, the preliminary molding step is omitted, and any one of the friction material raw material mixture, the friction material raw material kneaded product, and the friction material raw material granulated material is put into a thermoforming mold and heated and pressed.
- Friction material moldings are heated in a heat treatment furnace at 180 to 250 ° C for 1 to 5 hours to complete the curing reaction of the thermosetting resin contained in the friction material as a binder and at the same time in the painting process. Bake the painted paint.
- Scorch treatment process Although the method of patent document 1 and patent document 2 can also be used for a scorch treatment process, the example of a scorch process using a vertical cavity surface emitting laser module is shown below.
- VICSEL module Vertical cavity surface emitting laser module
- the vertical cavity surface emitting laser module is a module formed by arranging a plurality of vertical cavity surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) elements on one plane.
- a vertical cavity surface emitting laser module manufactured by Philips Photonics manufactured by the method described or the like can be used.
- the lifetime of the vertical cavity surface emitting laser element is about 19,000 hours, which is longer than that of the infrared lamp described in Patent Document 1, which is about 5,000 hours.
- the energy density of the surface emitting laser element 21 when the friction material 10 is scorched is 150 to 2000 kW / m 2 , preferably 300 to 1000 kW / m 2 , more preferably 400 to 800 kW / m 2. It is.
- the energy density of the surface emitting laser element 21 is less than 150 kW / m 2 , the heating temperature is insufficient, and when it exceeds 2000 kW / m 2 , the surface of the friction material is excessively heated and cracks are generated on the surface of the friction material. Arise.
- the distance (irradiation distance) G between the irradiation surface of the surface emitting laser element 21 and the surface of the friction material 10 when scrubbing the friction material is 15 to 300 mm, preferably 50 to 200 mm, More preferably, it is 80 to 150 mm.
- the distance G between the irradiation surface of the surface emitting laser element 21 and the surface of the friction material 10 is less than 15 mm, the irradiation range by the surface emitting laser element 21 is narrowed, and the irradiation surface of the surface emitting laser element 21 and the surface of the friction material 10 are reduced. If the distance G exceeds 300 mm, the heating temperature is insufficient.
- the time for scorching the friction material 10 is 0.5 to 60 seconds, preferably 3 to 10 seconds, more preferably 4 to 8 seconds. If the scorch treatment time exceeds 60 seconds, the surface of the friction material 10 is excessively heated, resulting in a problem that the wear resistance is lowered.
- FIGS. 4 and 5 show a surface layer cross section of the friction material 10 before the start of laser irradiation
- FIG. 5 shows a surface layer cross section of the friction material 10 immediately after the start of laser irradiation.
- the surface of the friction material 10 including the black material 11 and the surface Lab value L * is 20 to 60 is irradiated with laser
- the laser energy is intensively absorbed by the system material 11, and the black system material 11 itself and the surrounding temperature rapidly increase.
- the black material 11 is burned off when heated to a predetermined temperature.
- the laser energy is also absorbed by the non-black material 12, but the non-black material 12 does not burn out because the heating degree of the black material 11 is not reached. Since the heating temperature of the black material 11 quickly propagates in the depth direction from the surface of the friction material 10, the black material 11 located at a predetermined depth from the surface of the friction material 10 is burned out in a short time. Can do. Therefore, the combustion traces of the black raw material 11 remain as micropores 13 on the surface layer of the friction material 10, and a porous scorch treatment layer 14 is formed on the surface layer of the friction material 10.
- the arrangement mode of the surface emitting laser 20 with respect to the friction material 10 is not limited to the configuration in which the surface emitting laser 20 is disposed in parallel to the friction material 10 shown in FIG.
- the surface emitting laser 20 may be arranged in a vertical shape so as to surround the friction material 10 in accordance with the direction of the friction material 10.
- the friction material 10 disposed opposite to the surface emitting laser 20 may be scorched in a stationary state, or the surface emitting laser 20 or The scorch process may be performed by moving any one of the friction materials 10.
- the conveying means when the friction material 10 is placed on the conveying means and the surface emitting laser 20 is arranged in a part of the conveying path, the conveying means rotates linearly or by a circular motion. A rotary conveyance method can be applied.
- the preheating process can employ a method of heating in a heating furnace or a method of pressing the surface of the friction material against a hot platen, etc., but by providing a scorch treatment process immediately after the above-described heat treatment process, the heat treatment process and the preheating process Can be performed simultaneously.
- Friction material compositions having the compositions shown in Tables 1 and 2 were mixed for 5 minutes with a Redige mixer, and 30 MPa in a molding die. Pre-molded by pressurizing for 10 seconds. This preform is placed on a steel back plate that has been washed, surface-treated, and coated with an adhesive, and molded in a thermoforming mold at a molding temperature of 150 ° C. and a molding pressure of 40 MPa for 10 minutes. Electropowder coating was performed, heat treatment (post-curing) was performed at 200 ° C. for 5 hours, and polishing was performed to form a friction surface.
- L * of the Lab value on the surface of the friction material was measured using a spectral color difference meter SE7700 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. The average value measured 5 times was used for the measured value.
- ⁇ 2> Abrasion resistance In accordance with JASO C427 "Automobile-brake lining and disc brake pad-dynamometer wear test method", braking initial speed 50km / h, braking deceleration 0.3G, braking frequency as appropriate, brake temperature before braking
- the wear amount (mm) of the friction material was measured under the condition of 200 ° C., converted into the wear amount per 1000 times of braking, and then evaluated according to the following criteria. ⁇ : Less than 0.15 mm ⁇ : 0.15 mm or more and less than 0.20 mm ⁇ : 0.20 mm or more and less than 0.50 mm ⁇ : 0.50 mm or more-: Not evaluated for product appearance “ ⁇ ”
- ⁇ 3> Fade resistance In accordance with JASO C406 “passenger car-brake device-dynamometer test method”, the minimum friction coefficient ⁇ in the first fade test was measured.
- the evaluation criteria are as follows. ⁇ : 0.3 or more ⁇ : 0.25 or more and less than 0.30 ⁇ : 0.20 or more and less than 0.25 ⁇ : Less than 0.20 ⁇ : Not evaluated for product appearance “x”
- the surface of a friction material used for a disc brake or drum brake of a car such as a passenger car or a truck is scorched with a laser. It is possible to provide a method for manufacturing a friction material, which can uniformly scorch to a deep surface layer of the material.
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Abstract
【課題】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を行える、摩擦材の製造方法を提供する。 【解決手段】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、摩擦材に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％含有させるとともに、スコーチ処理する前の摩擦材表面のＬａｂ値のＬ*を２０～６０となるようにする。
Description
本発明は、乗用車やトラック等の自動車のディスクブレーキやドラムブレーキに使用される摩擦材の製造方法に関する。
従来、自動車の制動装置としてディスクブレーキやドラムブレーキが使用されており、その摩擦部材として、金属製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッドやブレーキシューが使用されている。
摩擦材は、結合材、繊維基材、潤滑材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、ｐＨ調整材、充填材等から成る摩擦材組成物を混合する混合工程、摩擦材原料混合物を熱成型金型で加熱加圧成型する加熱加圧成型工程、結合材である熱硬化性樹脂の硬化を完了させる熱処理工程を経て製造される。
摩擦材が金属製のディスクロータまたはブレーキドラムと摺接する自動車の制動時において摩擦材が高温に達すると、摩擦材中の結合材や有機摩擦調整材が加熱されて分解ガスが発生する。分解ガスが摩擦材とディスクロータまたはブレーキドラムとの間に介在することが、摩擦係数が低下してブレーキの効きが急激に低下する所謂「フェード現象」の発生要因となることが知られている。
摩擦材の使用初期におけるフェード現象を防止するために、摩擦材の製造工程において、成形を終えた摩擦材の表面全面をスコーチ処理と呼ばれる高温加熱処理を行うことで、フェード現象の発生要因となる有機物等を燃焼させて除去している。
スコーチ処理の方法として従来は、摩擦材の表面に熱盤を押し当てる方法、ガスの炎などの直火で摩擦材表面を加熱する方法が使用されていたが、スコーチ処理の短時間化を図るため近年では特許文献１に開示されているような赤外線レーザで摩擦材の表面を加熱処理する方法や、特許文献２に開示されているような高出力ダイオードレーザで摩擦材の表面を加熱処理する方法が採用されるようになってきている。
特許文献１や特許文献２に開示されたレーザで摩擦材の表面を加熱処理する方法は、摩擦材の表面に熱源を直接触れさせて加熱する在来方法と比べてスコーチ処理にかかる時間を僅かに短縮できるが、更に短時間で摩擦材表面から深い位置まで均一にスコーチ処理できる方法が求められている。
本発明は乗用車やトラック等の自動車のディスクブレーキやドラムブレーキに使用される摩擦材の表面をレーザによりスコーチ処理する摩擦材の製造方法に関するものであり、本発明の目的は、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を行える、摩擦材の製造方法を提供することにある。
一般に摩擦材の原料として、黒鉛やコークス等の炭素質、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の黒色系原料を添加することがある。
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。
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。
本発明は乗用車やトラック等の自動車のディスクブレーキやドラムブレーキに使用される摩擦材の表面をレーザによりスコーチ処理する方法に関するものであり、以下の技術を基礎とするものである。
（１）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。
（２）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（１）に記載の摩擦材の製造方法。
（３）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（１）又は（２）に記載の摩擦材の製造方法。
（４）スコーチ処理工程の直前に予熱工程が行われる（１）乃至（３）の何れかに記載の摩擦材の製造方法。
（５）前記予熱工程が熱処理工程である（４）に記載の摩擦材の製造方法。
本発明によれば、乗用車やトラック等の自動車のディスクブレーキやドラムブレーキに使用される摩擦材の表面をレーザによりスコーチ処理する摩擦材の製造方法において、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を行える摩擦材の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る摩擦材の製造方法について説明する前に、摩擦材の摩擦材原料と摩擦材表面のＬａｂ値について順に説明する。
１．摩擦材原料
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。
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。
（１）結合材
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。
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。
（２）繊維基材
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。
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。
（３）潤滑材
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。
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。
（４）無機摩擦調整材
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。
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。
（５）有機摩擦調整材
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。
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。
（６）ｐＨ調整材
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。
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。
（７）充填材
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。
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。
（８）黒色系原料
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。
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。
黒色系原料の含有量は、摩擦材組成物全量に対し５～２５重量％が好ましく、１０～２０重量％とすることがより好ましい。
２．摩擦材表面のＬａｂ値
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。
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。
本発明においてＬａｂ値とは、ＣＩＥ（Commission internationale de l'eclairage：国際照明委員会）Ｌ*ａ*ｂ*座標を用いた値を意味するものである。
Ｌａｂ値は上記黒色系原料と、摩擦材に通常使用される結合材、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、充填材を所望する性能を確保しながら適宜組み合わせることにより調整することができる。
１種以上の黒色系原料を含み、表面のＬａｂ値のＬ*が２０～６０である摩擦材の表面に向けてレーザを照射すると、エネルギーが摩擦材の表面に効率的に吸収され、摩擦材の表面から深さ方向に素早く伝搬するので短時間で摩擦材表面から深い部位まで均一にスコーチ処理することができる。
３．摩擦材の製造方法
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。
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。
（１）混合工程
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。
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。
（２）予備成型工程
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。
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。
（３）加熱加圧成型工程
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。
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。
（４）研摩工程・その他の加工工程
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。
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。
（５）塗装工程
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。
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。
（６）熱処理工程
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。
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。
（７）スコーチ処理工程
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。
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。
（７．１）垂直共振器型面発光レーザモジュール（ＶＩＣＳＥＬモジュール）
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。
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。
（７．２)エネルギー密度
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。
（７．３)照射距離
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。
(７．４)処理時間
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。
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。
（７．５）黒色系原料の焼失
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。
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を含み、表面のＬａｂ値のＬ*が２０～６０である摩擦材１０の表面に対してレーザが照射されると、摩擦材１０の表面に露出する摩擦材原料のうち、黒色系原料１１にレーザエネルギーが集中的に吸収されて、黒色系原料１１そのものとその周辺温度が急上昇する。
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。
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。
（７．６）面発光レーザの配置形態
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。
（７．７）摩擦材のスコーチ処理形態
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。
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。
（８）予熱工程
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。
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。
予熱工程は、加熱炉で加熱する方法や熱盤に摩擦材の表面を押し付ける方法等を採用することができるが、前記した熱処理工程の直後にスコーチ処理工程を設けることにより、熱処理工程と予熱工程を同時に行うことができる。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
１．実施例１～２３、比較例１～５のディスクブレーキパッドの製造方法
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。
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。
スコーチ処理を行う前に日本電色工業株式会社製の分光色差計ＳＥ７７００を用いて摩擦材の表面のＬａｂ値のＬ*を測定した。測定値は５回測定した平均値を用いた。
次いで表１、表２に示す条件でスコーチ処理を行ってディスクブレーキパッドを作製した（実施例１～２３、比較例１～５）。
得られたディスクブレーキパッドにおいて、製品外観、耐摩耗性、耐フェード性を評価した。評価結果を表１、表２に示す。
２．評価
＜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
＜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
＜２＞耐摩耗性
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 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
＜３＞耐フェード性
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
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
以上説明したように本発明によれば、乗用車やトラック等の自動車のディスクブレーキやドラムブレーキに使用される摩擦材の表面をレーザによりスコーチ処理する摩擦材の製造方法において、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を行える、摩擦材の製造方法を提供することができる。
１０ 摩擦材
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
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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