JP4766925B2 - 摩擦材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は摩擦材の製造方法に関し、特に、熱硬化性樹脂を含む摩擦材の硬化時間を短縮する方法に関する。

ブレーキライニングやクラッチフェーシング等の摩擦材は摩擦材のみで製品となるが、ディスクパッドのように摩擦材に裏金（バックプレート）と称する金属板を貼り付けたものや、ブレーキシューのように摩擦材にブレーキシュー本体を貼りつけてて製品とするものもある。

図４は、従来の摩擦材のバックプレートを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。この摩擦材は、ディスクブレーキのディスクパッドに用いられるものである。同図に示すバックプレート１は、自動車構造用鋼板、又は、機械用構造用鋼板であり、をプレス機により打ち抜き加工して所定の形状に成形し、同時に、２つの結着孔２，２を貫通形成している。

バックプレート１はプレス機による打ち抜き加工の後、表面の油を取り除く脱脂行程を経て、サンドブラスト等で表面仕上げされ、摩擦材との結合力を上げるために熱硬化性接着剤を塗布される。

一方、摩擦材原料は、繊維材と充填材と結合材とを混合したものであるが、繊維材としては、セルロースパルプやアラミドなどの有機繊維、チップ状の金属片あるいはスチールウール等の金属繊維、ロックウールなどの無機繊維、が使用される。充填材は、増量目的や、潤滑特性を付与して安定した摩擦を得られるようにするためのもので、たとえば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、グラファイトなどが使用される。結合材は、繊維材や充填材を結びつけるもので、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。摩擦材原料から摩擦材ができるまでには、以下の各工程を経由する。

〔予備成形工程〕
前記の各素材が混合された摩擦材原料は、計量されて一定量が金型に投入され、プレス機で加圧され、予備成形品となる。予備成形の際は、原則的には加圧のみで成形し、加熱しないが、場合によっては結合材が反応しない程度の温度まで加熱する場合もある。

図５は、予備成形品の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。予備成形品３は、形状は完成品と同じであるが、密度は粗く、その厚さＴは、バックプレート１に加圧接着されて所定の密度に圧縮された完成品の厚さのほぼ２倍となっている。また、予備成形品３には、結着孔２に対応した盛上部４，４が形成されている。盛上部４，４は裾野部分は広がっているが、先端部の直径ｄ１は、結着孔２の径Ｄ１より小さく、結着孔２に進入し易くなっている。

〔成形工程〕
こうして成形された予備成形品３は、別のプレス機でバックプレート１に重ねられ、加圧・加熱されて接着成形される。

図６は、上記により形成された摩擦材１３とバックプレート１が貼り付けられたディスクパッド１０を示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。摩擦材１３はバックプレート１に接着されると共に、結着孔２に強力に結合している。

なお、予備成形品を経ないで摩擦材を形成する場合もある。その場合は、バックプレート上に粉体状の接着層原料を載せ、その上に前記の粉体状の摩擦材原料あるいは、粉体状の摩擦材原料を造粒した造粒物を積層し、プレス機にて加圧、加熱をして成形するのと同時に摩擦材をバックプレートに貼り付ける。

バックプレートに貼り付けないタイプの摩擦材の場合も、予備成形品を経て成形される場合と予備成形品を経ないで直接金型内に粉末状原料あるいは、造粒物を投入して加圧・加熱して成形する方法とがある。

〔熱処理工程〕
バックプレートに貼り付けられた摩擦材は、バックプレートとの結合はされているが、摩擦材の全体に含まれる熱硬化性樹脂が硬化を完了していない。同様に摩擦材単独の場合も熱硬化樹脂の硬化は完了していない。そこで、通常、熱処理炉に入れて２００〜３００℃の雰囲気温度で１５０〜３００分の時間をかけて完全硬化させている。この工程を熱処理工程と言う。

〔塗装工程〕
熱処理が完了した摩擦材は、塗装工程に送られるが、ここでは、液体塗料のスプレー塗装や、静電粉体塗装がされる。静電粉体塗装は、静電気を帯びた粉体状の塗料を噴霧して、摩擦材又は摩擦材とバックプレートの張り合わされた物に塗料を塗布し、２００℃程度に加熱して焼き付ける塗装法である。

〔研磨工程〕
塗装された摩擦材は、次に、摩擦材の表面を研磨することで、摩擦面を形成したり、摩擦面にスリットを入れたり、摩擦面の両側に傾斜面（チャンファ）を形成したりする。

〔ヒートシア工程〕
そして、ヒートシア工程で、摩擦面の表面を３８０℃程度の高温で焼き、新品時のブレーキの効きを確保する。

〔検査工程〕
その後、検査を受けて出荷されることになる。
以上の工程において、熱処理工程以外の工程における所用時間は、すべて１〜２分程度であるのに対し、熱処理工程は数時間と他の工程に比べて非常に時間がかかり、摩擦材の製造工程のネックとなっていた。また、そのため、コストダウンの障害ともなっていた。

この時間を短縮する方法として、特許文献１（特開平１０−２０４１８７号）が提案されている。ここでは、摩擦材を多孔板で加圧しながら加熱炉内で熱処理をする方法を提示している。樹脂の熱硬化時に発生するガスは、多孔板の気孔を通って外部に排出されるようになる。ガス抜きが容易にできることから、摩擦材にフクレや亀裂が発生するのを防止して短時間で熱処理ができる、というものである。しかし、この方法は、温度は従来通りとしており、時間も２時間以上を要している。

また、特許文献２（特開昭６２−２１５２８号）では、３５０〜１０００℃の高温の非酸化性雰囲気中で熱処理する。高温にすることで樹脂の硬化を促進し、非酸化性雰囲気によって樹脂の劣化を防止できるというものである。非酸化性雰囲気には窒素ガスを使用している。しかし、加熱炉の容積は大きいので、必要な窒素ガスが膨大な量になることから、製造コストが上がってしまう。
特開平１０−２０４１８７号 特開昭６２−２１５２８号

本発明は、このような実情から考えられたもので、熱硬化性樹脂を含む摩擦材において、熱硬化性樹脂が完全に硬化するための熱処理時間を短縮できる摩擦材の製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の摩擦材の製造方法は、熱硬化性樹脂を含む摩擦材原料とバックプレートとを重ね、金型内で加圧・加熱して摩擦材を成形し、摩擦材をバックプレートに貼り付ける成形工程と、その後加熱下で摩擦材を硬化させる熱処理工程とを含む摩擦材の製造方法において、前記摩擦材を硬化させる熱処理工程が、前記バックプレートと該バックプレートに貼り付けた摩擦材との両面から熱板を圧接する工程であって、摩擦材側の熱板の温度が３３０〜５２０℃で、バックプレート側の熱板の温度が２００〜３００℃であり、且つ熱処理時間が４〜１５分であることを特徴としている。

摩擦材原料には、粉末状のものと、造粒物と、粉末状摩擦材原料または、造粒物を予備成形したものが含まれる。

熱板の圧接するときの押圧力は、０．１ＭＰａ以上としたり、前記熱板には、溝が形成されている構成としたり、前記摩擦材又は摩擦材とバックプレートの張り合わせたものを両面から挟む熱板を１の熱板対とし、複数の熱板対を並べ、前記摩擦材又はバックプレートに摩擦材を貼付したものを順次送りながら摩擦材を硬化させる構成としたり、前記複数の熱板対はそれぞれ温度が異なり、前記摩擦材又はバックプレートに摩擦材を貼付したものを順次送る毎に、温度が段階的に高くなるように設定したり、成形工程、熱処理工程、塗装工程、研磨工程を連続して行う構成としたりすることができる。

本発明によれば、以下のような作用が得られる。
予備成形品とバックプレートを重ね、加圧と加熱を加えることで、予備成形品はその厚さが１／２程度に圧縮されバックプレートに固着される。あるいは、粉状体または粉状体をタブレット状にした造粒物の摩擦材原料を直接金型に入れてバックプレートと重ね、加圧と加熱を加えることで、摩擦材とバックプレートとを結合させる。

この状態になったものに、摩擦材側からとバックプレート側との両面から熱板を押し当てる。摩擦材単独のものの場合は、摩擦材の両面から熱板を押し当てる。熱板の温度は、バックプレートが金属製で熱伝導が高いので低くし、摩擦材側は熱伝導が低いので高く設定される。その結果、摩擦材は両側から同程度の温度で加熱されるようになる。温度は従来の熱処理温度でも可能であるが、温度をより高くして、摩擦材の硬化を促進するのが好ましい。硬化する際に、摩擦材から大量のガスが発生するが、このガスは摩擦材の側面から外部に速やかに放出でき、内部に蓄積されて摩擦材を膨らませたり、変形させたりすることがない。

本発明の摩擦材の製造方法によれば、熱板を使用するので、熱処理炉を使用する場合のように雰囲気温度を上昇させる時間が不要となる。また、熱板の温度は、従来の熱処理温度よりずっと高温なので、熱硬化性樹脂の硬化は促進され、熱処理時間は、従来１５０分程度であったものを、数十分から数分程度にまで短縮することが可能になる。

熱板が摩擦材に圧接する圧力は、０．１ＭＰａ以上あれば摩擦材の変形を抑えることができる。熱板に溝を形成することで、ガスの放出をさらに速やかにできる。

熱処理を複数対の熱板対で行うことによって、１の熱板対あたりの熱処理時間を短縮できるので、摩擦材の成形から研磨までの複数工程を、連続化することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の熱処理を行っている状態を示す図である。同図に示すディスクパッド１０は、図６に示すものと同じものである。摩擦材１３は、その厚さが予備成形品３の高さＴの１／２程度に圧縮されている。また、図１では１つのディスクパッド１０を挟んでいるが、大きな熱板を使用して複数のディスクパッド１０を挟む構成としてもよい。

ディスクパッド１０は、両面を摩擦材１３側の熱板２１ａと、バックプレート１側の熱板２１ｂとで挟まれている。熱板２１ａ，２１ｂは、耐熱性が必要なので金属製がよく、特に鋼板が適しているが、その他の素材でもよい。熱板２１ａは３００〜６５０℃に設定されている。バックプレート１側の熱板２１ｂは、バックプレート１が金属性で熱伝導率が高いことから、１８０〜３５０℃の範囲に設定されている。このように摩擦材１３側の熱板２１ａとバックプレート１側の熱板２１ｂとの温度に差を設けることで、摩擦材１３の両面に伝わる温度をほぼ同一にすることができ、摩擦材１３全体を短時間で均一の温度にすることができる。

また、従来の熱処理温度は、２００〜３００℃であり、かつ、熱板ではなく雰囲気温度であったが、本発明では、熱板による熱の伝導を利用し、かつ、高温にしたことに特徴がある。

熱板２１ａの温度の上限を６５０℃としたのは、この温度を越えると、完成した摩擦材１３に大きなフクレやクラックができ、要求される耐摩耗性を持つ摩擦材１３を得ることができないからである。熱板２１ａの下限を３００℃としたのは、この温度未満では、熱処理時間の短縮があまりないからである。この温度は、好ましくは３３０℃以上で５２０℃以下、より好ましくは、３８０℃以上で４７０℃以下である。３８０℃以上にすると、熱処理と同時にヒートシア工程も実施することができる。

バックプレート１側の熱板２１ｂの温度は、１８０℃以上あれば、剪断強度が良好なディスクパッド１０を得ることができる。３５０℃を越えると、接着剤層が熱により劣化し、要求される剪断強度を確保できなくなる。この温度は、好ましくは２００℃以上で３００℃以下、より好ましくは、２２０℃以上で２５０℃以下である。

一般に熱処理温度を高温にすると、硬化は促進されるが、摩擦材１３に含まれる結合材が酸化劣化し、耐摩耗性が低下する。この問題に対し、本願の発明者は、熱処理時間を短縮することで結合材の酸化劣化を防止することができることを見いだし、本発明に至ったものである。また、本発明の方法は、熱処理炉で雰囲気温度を上げるのではなく、熱板を圧接する方法を採用することで、熱処理時間の短縮が可能になったものである。

すなわち、本発明では、前記のようにディスクパッド１０を、摩擦材１３側の熱板２１ａと、バックプレート１側の熱板２１ｂとの間に挟み、上記の温度範囲で、２〜７０分間、好ましくは３〜５０分、より好ましくは４〜１５分保持することによって、熱処理を完了している。熱板２１ａ，２１ｂの温度が高いほど時間を短くすることになる。この時間で結合材としての熱硬化性樹脂はすべて硬化を完了し、酸化劣化も生じていない。熱板２１ａ，２１ｂの加熱方法は、特に限定されない。

熱板２１ａ，２１ｂが圧接する圧力であるが、本発明は、この圧力でディスクパッド１０の成形をするわけではない。熱板２１ａ，２１ｂの熱を摩擦材１３に効果的に伝達できればよいのである。あるいは、熱により摩擦材１３の変形を押さえることができればよいのである。このような観点から、本発明の実施例では、熱板２１ａ，２１ｂの押圧力は、０．１ＭＰａ以上あればよいことが分かった。

この熱処理の間、摩擦材１３からは大量のガスが発生する。本発明では、２枚の熱板２１ａ，２１ｂでディスクパッド１０を摩擦材１３側とバックプレート１側から挟むので、２枚の熱板２１ａ，２１ｂの間にディスクパッド１０の厚さだけの隙間が確保できる。そのため、摩擦材１３側面の周囲には何もないので、摩擦材１３から発生したガスは、摩擦材１３の側面から外部に速やかに放出され、内部に溜まって摩擦材１３を膨らませたり、変形させたりすることはない。

熱板２１ａの温度を３８０℃以上にしておくと、熱処理と同時にヒートシアもできるようになり、従来研磨工程の後に別工程として設けていたヒートシア工程を省略することができる。

図２は、摩擦材１３側の熱板２１ｃに溝２１ｄを形成した実施例である。このように熱板２１ｃにも溝２１ｄを形成することで、この溝２１ｄからもガスの排出ができるようになり、より外観の良い摩擦材を得ることができる。

図３は、複数の熱板対を使用する実施例を示す例である。図１では熱板２１ａ，２１ｂの一対のみを使用したが、この実施例では、第１熱板対２２ａ，２２ｂ、第２熱板対２３ａ，２３ｂ、第３熱板対２４ａ，２４ｂ、他合計で６対を使用している（３対のみを図示する）。熱板対の数はタクトタイムにより選択することができ、各熱板対の間は図示しないベルトコンベアなどで接続し、連続的に熱処理を行うことが望ましい。

摩擦材の製造工程は、前記したように、成形、熱処理、塗装、研磨、の各工程が必須である。各工程の時間は、成形が１〜１．５分、熱処理が本発明では８分程度、塗装及び研磨が各１分程度である。成形から研磨までを連続化すると、熱処理時間がタクトタイムとなり、８分以下にはならない。

そこで、図３のように熱板を複数対設けたのである。そして、複数の熱板対の温度をすべて同じ温度にしておく。こうすると、各熱板対における熱処理時間を図示の実施例では１／ｎ（ｎは熱板対の数）に短縮できるので、タクトタイムを熱処理時間の１／ｎに短縮することができる。熱板対の数を増減することによって、タクトタイムを前後の工程の所用時間に合わせることが可能となる。また、第１熱板対２２ａ，２２ｂの温度を低く、第２、第３熱板対……第６熱板対へと行くに連れて段階的に高温にしてもよい。最初から高い温度をかけると、摩擦材が急激に加熱され、微小なクラックが発生する場合があるが、低い温度から徐々に温度を上げるので、微小なクラックが発生しなくなり、より外観の良好な摩擦材を得ることができる。

このように成形から研磨までを連続化すると、別の効果も出てくる。従来は、各工程が別個であり、次の工程に送るまでに摩擦材は待機しているので、室温まで冷却されていた。そのため、各工程では、室温から各工程に必要な温度まで再度上げる時間が必要となり、加熱エネルギーも加熱時間も掛かっていた。これに対し、本発明では、成形工程、熱処理工程、塗装工程、研磨工程を連続させるので、前の工程で加熱されたときの熱を次の工程で利用することができる。前の工程の温度が高すぎる場合は、所望の温度まで冷却させて行えばよく、室温まで下げることがなくなるので、加熱のためのエネルギーや加熱時間をなくすことができ、省エネルギーとコストダウンの両方を得ることができるようになった。

〔実施例〕
表１に本発明の実施例を、表２に比較例を示す。実施例、比較例のすべてにおいて、摩擦材の組成は次の通りである。
フェノール樹脂 ２０重量部
スチール繊維 ８重量部
セラミック繊維 ５重量部
アラミド繊維 ５重量部
人造黒鉛 ３重量部
二硫化モリブデン ２重量部
カシューダスト １５重量部
炭酸カルシウム ２０重量部
消石灰 ２重量部
硫酸バリウム ２０重量部
合計 １００重量部
実施例、比較例のすべてで、熱処理直前の加熱加圧成形品（摩擦材）の温度は常温とした。

上記表における評価の欄の記号の意味は以下の通りである。
製品外観：製品にフクレやクラックが無いか目視で判断した。
◎ フクレ、クラック無し、
〇 フクレ無し、微細なクラック有り
△ 微細なフクレ、微細なクラック有り
× 大きなフクレ、クラック有り

耐摩耗性：ＪＡＳＯ Ｃ４０６に準拠し、摩耗量を測定した
◎ １．０ｍｍ未満、
〇 １．０ｍｍ以上、１．２ｍｍ未満
△ １．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ未満
× １．５ｍｍ以上

剪断強度：ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠し、剪断強度を測定した
◎ ５ＭＰａ以上、
〇 ５ＭＰａ未満、４ＭＰａ以上
△ ４ＭＰａ未満、３ＭＰａ以上
× ３ＭＰａ未満

製品規格に対する寸法誤差：ノギスにて摩擦材の寸法を測定した
◎ ±０．１０ｍｍ未満、
〇 ±０．１０ｍｍ以上、０．１２ｍｍ未満
△ ±０．１２ｍｍ以上、０．１５ｍｍ未満
× ±０．１５ｍｍ以上

初期フェード性能：ＪＡＳＯ Ｃ４０６に準拠し、第１フェードテスト時の最小摩擦係数μを測定した
◎ μ＝０．２５以上、
〇 μ＝０．２５未満、０．２０以上
△ μ＝０．２０未満、０．１５以上
× μ＝０．１５未満

上記の実施例はすべてバックプレートに摩擦材を貼り付けたものであるが、バックプレートに貼りつけない摩擦材単独の場合は、両側の熱板の温度は同一にすることになる。

本発明の熱処理を行っている状態を示す図である。 摩擦材側の熱板に溝を形成した実施例である。 複数の熱板対を使用する実施例を示す例である。 従来のディスクパッドのバックプレートを示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 予備成形品の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 摩擦材とバックプレートが貼り付けられた状態を示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ バックプレート
３ 予備成形品
１０ （バックプレートが貼り付けられた）摩擦材
１３ 摩擦材
２１ａ 摩擦材側の熱板
２１ｂ バックプレート側の熱板

Claims (6)

1. 熱硬化性樹脂を含む摩擦材原料とバックプレートとを重ね、金型内で加圧・加熱して摩擦材を成形し、摩擦材をバックプレートに貼り付ける成形工程と、その後加熱下で摩擦材を硬化させる熱処理工程とを含む摩擦材の製造方法において、
   前記摩擦材を硬化させる熱処理工程が、前記バックプレートと該バックプレートに貼り付けた摩擦材との両面から熱板を圧接する工程であって、摩擦材側の熱板の温度が３３０〜５２０℃で、バックプレート側の熱板の温度が２００〜３００℃であり、且つ熱処理時間が４〜１５分であることを特徴とする摩擦材の製造方法。
2. 熱板の圧接するときの押圧力は、０．１ＭＰａ以上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。
3. 前記熱板には、溝が形成されてい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。
4. 前記摩擦材又は摩擦材とバックプレートの張り合わせたものを両面から挟む熱板を１の熱板対とし、複数の熱板対を並べ、前記摩擦材を順次送りながら摩擦材を硬化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摩擦材の製造方法。
5. 前記複数の熱板対はそれぞれ温度が異なり、前記摩擦材を順次送る毎に、温度が段階的に高くなるように設定されてい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。
6. 成形工程、熱処理工程、塗装工程、研磨工程を連続して行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の摩擦材の製造方法。

Images