(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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秒であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材の製造方法。
【請求項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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国公開ＵＳ２００２／０４６７８９Ａ
【特許文献２】欧州公開ＥＰ１２６２６７９Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【００１４】
（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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の摩擦材のスコーチ処理のモデル図
【図２】スコーチ処理で使用する面発光レーザの底面図
【図３】本発明に係る摩擦材の製造方法の一例を示すフロー図
【図４】レーザによるスコーチ処理開始前における摩擦材の表層断面図
【図５】レーザによるスコーチ処理開始直後における摩擦材の表層断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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。
【００３９】
（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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
(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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【実施例】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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）。
【００５６】
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。
【００５７】
【表１】
2019196456.tif 000003
【００５８】
【表２】
2019196456.tif 000004
【００５９】
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
【００６０】
＜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
【００６１】
＜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
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
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
【図１】
2019196456.tif 000005
【図２】
2019196456.tif 000006
【図３】
2019196456.tif 000007
【図４】
2019196456.tif 000008
【図５】
2019196456.tif 000009