(57)【要約】【課題】  造粒後に予備成形が可能な摩擦材の造粒方法と、摩擦材予備成形品の製造方法とを提供する。【解決手段】  少なくとも粘着性物質を含む複数の物質を混合してなる摩擦材の粉末状原料ａをホッパー１１０に投入し、溶剤を５重量％以下（無添加を含む）添加し、かつ、加熱しない状態で加圧ロール１３０で圧縮して帯状原料ｂとして固める。次に、帯状原料ｂを粉砕機１４０で粉砕して粒子状原料ｃ化する。粒子状原料ｃは、化学的な変質をすることなく粒子化されているので、粉末状原料の場合と同様に予備成形品を製造することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の物質を混合してなる摩擦材の粉末状原料に、溶剤を０．１〜５．０重量％添加して無加熱状態で圧縮する工程と、圧縮され固まった原料を粉砕する工程とを有することを特徴とする摩擦材の造粒方法。
【請求項２】
少なくとも粘着性物質を含む複数の物質を混合してなる摩擦材の粉末状原料に、溶剤を５重量％以下添加して無加熱状態で圧縮する工程と、圧縮され固まった原料を粉砕する工程とを有することを特徴とする摩擦材の造粒方法。
【請求項３】
前記圧縮行程は、粉末状原料が加圧ローラ間を通過することによって行われることを特徴とする請求項１又は２記載の摩擦材の造粒方法。
【請求項４】
前記圧縮行程における圧力が、５０〜３００ＭＰａであることを特徴とする請求項１又は２記載の摩擦材の造粒方法。
【請求項５】
前記加圧ローラに加わる圧縮力が、５×１０３〜３×１０４Ｎ／ｃｍであることを特徴とする請求項３記載の摩擦材の造粒方法。
【請求項６】
前記摩擦材の粉末状原料を組成の異なる複数種類の粉末状原料とし、複数種類のそれぞれを別個に造粒することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の摩擦材の造粒方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法により造粒された摩擦材を金型内に投入し、無加熱で加圧して形成することを特徴とする摩擦材予備成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等のブレーキパッドやクラッチフェーシングなどの摩擦材に関し、特に、摩擦材の造粒方法と摩擦材予備成形品の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦材は、有機繊維、無機繊維、金属繊維などの繊維材と、グラファイト、硫酸バリウムなどの摩擦調整材と、天然ゴム或いは合成ゴムなどの充填材とをフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を結合材として混合した粉末状の原料から成形される。
【０００３】
ディスクブレーキパッドは、鋼鉄製のバックプレートに前記粉末状の摩擦材原料を加圧及び加熱して固めたものを貼り付けることによって形成される。
【０００４】
図２は、従来のディスクブレーキパッドに用いられるバックプレートを示す。同図に示すバックプレート１は、自動車用鋼板、又は、機械用構造用鋼板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、２つの結着孔２，２を貫通させている。
【０００５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、バックプレート１に摩擦材を貼り付けるプレス機の構成を示す図である。プレス機は、上型５と枠型６及びプランジャ７とを有する。枠型６は固定され、上型５及びプランジャ７は上下方向に移動可能な構成となっている。また、上型５には、バックプレート１の結着孔２に対応する２つの突起８がある。
【０００６】
バックプレート１に摩擦材を貼り付けるには、主として２通りの方法がある。第１の方法は、粉末状原料とバックプレート１とを直接重ねて加圧及び加熱を加えて貼り付ける方法である。すなわち、図３（ａ）に示すように、プランジャ７を所定の高さに保持し、枠型６内に粉末状の原料ａを投入し、上を平らに擦り切る。図３（ｂ）に示すように、鋼鉄製のバックプレート１を枠型６の上にセットし、図３（ｃ）に示すように、上型５を降下させ、同時にプランジャ７を上昇させて加熱する。粉末状の原料ａに含まれる熱硬化性樹脂が溶融・硬化することで、バックプレート１に摩擦材Ａが貼り付けられる。このとき、結着孔２，２内にも摩擦材Ａが進入し、結合力を上げている。突起８は、結着孔２，２内に進入した摩擦材Ａを結着孔２，２内にほぼ均等に拡げるためのものである。
【０００７】
第２の方法は、粉末状の摩擦材原料ａを、金型内に投入して加熱しない状態で加圧して予備成形し、予備成形品を別の金型においてバックプレート１と重ねて、加圧、加熱して貼り付ける方法である。
【０００８】
図４は摩擦材の予備成形品の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。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は、裾野部分は広がっているが、先端部の直径は結着孔２の直径より小さく、容易に結着孔２内に進入できるようになっている。
【０００９】
この予備成形品３を図３に示す枠型６内に入れ、枠型６の上にバックプレート１を置き、上型５を降下させ、プランジャ７を上昇させ、加圧と加熱とを加えて摩擦材Ａをバックプレート１に貼り付ける。盛上部４，４が結着孔２，２内に入って固化し、結合力を上げるようになっている。
【００１０】
第１の方法は、予備成形の工程が省略できるという利点はあるが、多面取りには向いていない。多面取りとは、複数個のバックプレートと、それぞれのバックプレート上に枠金型を載せ、枠金型内に摩擦材原料を投入し、加圧と加熱を加えてバックプレートに貼り付ける製造方法で、一度に複数のディスクブレーキパッドを製造する方法である。したがって、第１の方法で多面取りをすると、複数の金型に摩擦材原料を投入するため、投入装置を多数設けなくてはならない。また、原料を投入後に、平らに均らす必要があり時間が掛かる、そのため、金型が冷えてしまう。といった問題がある。
【００１１】
これに対し、第２の予備成形する方法であれば、予備成形品を作り貯めすることができ、投入装置も平らに均す作業も不要となる。一方、一度に多数のディスクブレーキパッドを製造できるので、作業効率が上がる。
【００１２】
しかし、粉末状原料内には、未加硫のＮＢＲなどの粘着性の高い原料が含まれており、予備成形時にそのような原料が金型の壁面に貼り付き、金型から予備成形品を取り出すとき、予備成形品が崩れ易いという問題があった。これは、摩擦材の原料に含まれている粘着性物質が金型表面の粗さよりも細かくなるため、金型表面の凹部に入り込み、加圧によってその粘着性物質が延伸されるためと考えられる。
【００１３】
ところで、ディスクブレーキパッドは、車両の高性能化に伴いブレーキ性能も高度化され、広い温度領域に安定した制動能力を要求される。これに対し、熱伝導性の高い金属繊維を基材とした摩擦材は、摩擦材自体の熱伝導性が高くなるので、摩擦摺動面に発生する熱は、容易に摩擦材を経由してプレートとの接着面に達し、熱によって接着力が低下する。
【００１４】
そこで、摩擦摺動面側には摩擦性能を重視した材料を用い、接着面側にはプレートとの密着性と断熱性とを重視した材料を用いる等の摩擦材の２層化或いは多層化が進んでいる。このような多層化されたディスクブレーキパッドとしては、たとえば、特許文献１（特許第３，４０９，４２６号）が知られている。ここには、摩擦材を造粒材料と造粒していない材料とで層分けしたり、あるいは、熱圧縮成形後におけるバックプレート側の気孔率を、摩擦面側の層よりも小さくすることで層分けすることが記載されている。
【００１５】
また、摩擦材の粉末状の原料は、前述のように、繊維材、摩擦調整材、充填材、熱硬化性樹脂など比重の異なる各種の素材を混合したものである。そのため、放置しておくと、比重の大きいものが沈み、小さいものが浮くという現象が生じやすく、偏析し易い。偏析は、摩擦材の品質におけるバラツキの原因となる。
【００１６】
このような偏析を防止するために、粉末状の原料をタブレット状に一次成形する造粒という加工方法が知られている。すなわち、粉末状の原料を偏析しないうちに小さな粒状にするものである。造粒方法としては、たとえば、特許文献２（特開昭５４−１３８０５３号）に記載されている。ここでは、石綿とフェノール樹脂粉末を混合し、これにフェノール樹脂をあまり溶かさない溶剤を添加して湿気を与え、これを加圧して押出孔から押し出した後、切断してペレットにするものである。こうしてペレット状にすることで、偏析を防止し、均一な品質の摩擦材原料とすることができる。
【００１７】
別の造粒方法として、特許文献３（特許第２，９９３，３６２号）では、粉末状原料を、熱硬化性樹脂の溶融温度以上で硬化温度以下に加熱し、圧力を加えて押出孔から押し出し、押し出されたものを所望のサイズに切断することでペレット状に造粒する方法が記載されている。
【００１８】
しかし、特許文献２及び３に記載のものは、いずれの場合も、造粒された原料を予備成形することができない。すなわち、造粒された材料に圧力を加えても、結合力が弱くて所望の形状を維持することができないのである。
【００１９】
予備成形品の形状を維持するためには、摩擦材に含まれている繊維質同士の交絡が必要であるが、その繊維質が樹脂やゴムにコーティングされてしまい、繊維質同士の交絡が阻害されるためである。
【特許文献１】特許第３，４０９，４２６号
【特許文献２】特開昭５４−１３８０５３号
【特許文献３】特許第２，９９３，３６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、このような事実から考えられたもので、造粒後に予備成形が可能な摩擦材の造粒方法と、摩擦材予備成形品の製造方法とを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記の目的を達成するために本願の請求項１の摩擦材の造粒方法は、複数の物質を混合してなる摩擦材の粉末状原料に、溶剤を０．１〜５．０重量％添加して無加熱状態で圧縮する工程と、圧縮され固まった原料を粉砕する工程とを有することを特徴としている。
【００２２】
又、本願の請求項２の摩擦材の造粒方法は、少なくとも粘着性物質を含む複数の物質を混合してなる摩擦材の粉末状原料に、溶剤を５重量％以下添加して無加熱状態で圧縮する工程と、圧縮され固まった原料を粉砕する工程とを有することを特徴としている。
【００２３】
複数の物質を混合してなる摩擦材は、０．１〜５．０重量％の微量の溶剤を添加することで、圧力が加わると、固まった状態になる。これを粉砕して粒子状にすることで造粒することができる。
【００２４】
粉末状原料内にＮＢＲなどの粘着性物質を加えると、溶剤を全く添加しなくても、圧力を加えるだけで固化する。５．０重量％の微量の溶剤を添加すると、さらに固化し易くなる。これは粘着性物質が、圧力を加えられることによって、柔らかな粘土のようになり、他の物質間に拡がって接着剤のように作用して粉末状原料を固化するためである。これを適当な手段で粉砕することで造粒されることになる。本願では、このとき、粉末状原料への溶剤の添加を０．１〜５重量％以下（粘着性物質を含む場合は、無添加を含む）とし、金型を加熱したりせずに無加熱の状態で造粒をするので化学的な変化もしていない。繊維質は、粘着性物質でコーティングされるが、このコーティングは固定的なものではなく、粘着性物質と繊維質との結合は弱いので、造粒後でも繊維質同士の交絡が可能となり、予備成形が可能となる。また、粘着性物質は、繊維質などの他の物質に拡がるので、層が薄くなり、金型の壁面の凹凸に入り込むことがなくなって、予備成形品の形状を保つことができる。
【００２５】
請求項３の発明では、前記圧縮行程は、粉末状原料が加圧ロール間を通過することによって行われることを特徴としている。
【００２６】
加圧方法としては、金型内に粉末状原料を投入してプレスで加圧する方法でもよい。しかし、加圧ロールの間を通過させる場合、大きな圧縮力を容易に加えることができ、生産性も高い。また、造粒された摩擦材が、鱗片状になり、粒が揃い易く、微粉末が少なくなるという特徴がある。
【００２７】
請求項３の発明は、前記圧縮行程における圧力が、５０〜３００ＭＰａであることを特徴としている。
【００２８】
請求項４の発明は、前記加圧ロールに加わる圧縮力が、５×１０３〜３×１０４Ｎ／ｃｍであることを特徴としている。
【００２９】
粉末状原料に加わる圧縮力としては、請求項３はプレスなどで圧縮される場合で、圧力で表示され、請求項４は加圧ロールなどで圧縮される場合で、単位長さ当たりの力で表示されるが、実質的には、同じ程度の圧縮力と考えられる。この圧縮力又は圧力は、粉末状原料から予備成形品を成形する場合に加える圧力よりも数倍大きいものとなっている。
【００３０】
請求項５の発明は、前記摩擦材の粉末状原料を組成の異なる複数種類の粉末状原料とし、複数種類のそれぞれを別個に造粒することを特徴としている。
【００３１】
粉末状原料を、バックプレート側のインシュレータ用として、接着力と断熱性に優れた組成のものと、摩擦面側の摩擦特性に優れた組成のものとに分けておき、別々に造粒すると、インシュレータ用の予備成形品と、摩擦面側の予備成形品とを別々に予備成形することができる。こうしてできたインシュレータ用予備成形品と摩擦面側用の予備成形品とを重ねてバックプレートに貼り付けることができることになる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、造粒することで、摩擦材の素材を均一にすることができる。また、粉末状原料や粒子状原料を金型に投入する場合、一定の量にするために金型の上面を板などによって擦り切るが、粉末状原料の場合は流動性が悪く、混入している繊維成分が擦り切り板に引っかかって原料を平らに擦り切りにくい。これに対し、本発明では造粒することで、繊維成分が粒子の中に入り込み、流動性が良くなって、擦り切り板に引っかかることがなくなり、一定量を容易に確保することができる。
【００３３】
また、粉末状原料の場合、繊維成分は横に並び易い傾向があり、摩擦材全体で一定の方向に向き易い。そのため、強度的には低下する。これに対し、本発明によれば、粒子１つの中では、繊維の向きが揃っていても、粒子の並びはランダムになるので、全体として繊維の向きはランダムとなって強度及び耐摩耗性が向上する。また、造粒されることによって、粉塵が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
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。
【００３５】
図１は、本発明による摩擦材の造粒方法を実施するための造粒装置の構成を示す図である。この造粒装置１００は、ターボ工業株式会社製の商品名「ローラーコンパクター」を使用している。造粒装置１００は、円筒形状のホッパ１１０、このホッパ１１０の下部に設けられたスクリューフィーダ１２０、スクリューフィーダ１２０の出口に設けられた上下一対の加圧ロール１３０、加圧ロール１３０の出口下方に配置された粉砕機１４０、粉砕機１４０の下部に連結された整粒機１５０とから構成される。
【００３６】
ホッパ１１０内には、螺旋状の撹拌体１１２が回転自在に設けられている。この撹拌体１１２が軸１１４を中心に回転することで、ホッパ１１０内の粉末状原料を撹拌して詰まりを防止し、スムーズにスクリューフィーダ１２０に供給できるようにしている。
【００３７】
スクリューフィーダ１２０は、水平な回転軸１２１に螺旋状の搬送翼１２２を取り付けたもので、ホッパ１１０から投下された粉末状原料ａを撹拌しながら次の加圧ロール１３０に送り込む。
【００３８】
加圧ロール１３０は、上下一対の平行に配置された鋼鉄製のロールからなり、一方のローラが他方のローラに向けて弾性体により圧接され線接触となっており、圧接力は、調整可能で、実施例では、２．４×１０４Ｎ／ｃｍにセットされていた。そして、物質が加圧ロール１３０を通過すると、板状に圧縮されるようになっている。
【００３９】
粉砕機１４０は、予備粉砕機１４２と本粉砕機１４４の２つの粉砕機を備えている。予備粉砕機１４２は、３枚の粉砕翼を取り付けた回転円板を多数枚回転軸１４２ａに取り付け、粉砕翼が回転軸１４２ａ回りに３重の螺旋を構成するように配置されている。本粉砕機１４４も３枚の粉砕翼に代えて８枚の小さい粉砕翼を有し、各粉砕翼が回転軸１４４ａの回りに８重の螺旋を形成するように構成されている。これらの粉砕翼が、回転することで物体を細かな粒子状に粉砕するのである。
【００４０】
整粒機１５０は、６角柱の各辺に押圧板１５２を取り付けたもので、押圧板１５２の外側に金網１５４を設けている。粉砕機１４０で粉砕された粒子状物を、押圧板１５２で金網１５４に押しつけ、粒子を破砕しながら金網の目を通過させ、一定の粗さの粒子状物体にする。
【００４１】
次に、摩擦材の造粒方法を説明する。
ホッパ１１０内には、粉末状原料ａが投入される。粉末状原料ａは、繊維材、充填材、結合材等を混合したものである。粉末状原料ａには、０．１〜５．０重量％以下の溶剤を添加する。溶剤としては水を使用している。粉末状原料ａに粘着性物質を加えると、添加量は、５重量％以下であればよく、下限としては０重量％、すなわち無添加でもよい。粘着性物質の有無に関わりなく最も好ましい添加量は、２〜３重量％である。
【００４２】
なお、溶剤として水を使用する場合、粉末状原料ａの各素材に含まれている水との関係が問題となる。ここで、粉末状原料ａに含まれる水分は２０℃、関係湿度６５％において、平衡状態となったときの水分率とし、ここで添加する水は、２０℃、関係湿度６５％において、平衡状態となったときの水分率を含有する粉末状原料ａに添加される量を示すものとする。
【００４３】
繊維材としては、有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用され、有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維などがあり、無機繊維としては、ロックウール、ガラス繊維、セピオライトなどがあり、金属繊維としてはステンレススチール繊維、スチール繊維、銅繊維、真鍮繊維、青銅繊維などが挙げられる。
【００４４】
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、金属片/金属粉、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、グラファイト、粘着性有機充填材としてＮＢＲなどの合成ゴムや天然ゴムなどが使用される。
【００４５】
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、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。
【００４６】
このような素材を混合した粉末状原料ａをホッパ１１０内に投入する。ホッパ１１０内に投入された粉末状原料ａは、多量に空気を含んでおり、この粉末状原料ａは、緩やかにホッパ１１０内を降下していく。この過程で上部に堆積する原料の圧力を受けて脱気される。
【００４７】
脱気された粉末状原料ａは、途中でアーチ状に固まってしまうことがあるので、撹拌体１１２が撹拌することでこれを防止している。粉末状原料ａはホッパ１１０内を降下して、スクリューフィーダ１２０に達する。
【００４８】
ホッパ１１０内の粉末状原料ａの量が一定量以上あれば、スクリューフィーダ１２０に供給される粉末状原料ａも一定量となる。スクリューフィーダ１２０は粉末状原料ａを加圧ロール１３０に向けて撹拌しながら搬送し、加圧ロール１３０の入口に設けられた供給箱１３２に押し込まれる。
【００４９】
供給箱１３２に押し込まれた粉末状原料ａは、加圧ロール１３０の間に入り、脱気され、帯状原料ｂとなる。帯状原料ｂは、加圧ロール１３０を出ると、下方にある粉砕機１４０に入る。粉砕機１４０に入った帯状原料ｂは、予備粉砕機１４２で目の粗い粒子状となり、本粉砕機１４４でさらに細かく粉砕される。
【００５０】
そして、整粒機１５０に入り、押圧板１５２で金網１５４に押し付けられ、網目の大きさに粒の揃った粒子状原料ｃとなる。この造粒装置１００で形成された粒子状原料ｃは、鱗片状になっている。ここで、鱗片状とは、中央が厚く、周辺が薄くなった平らな板状を指している。
【００５１】
前記の造粒装置１００では、加熱装置が無く、加熱は一切していない。加圧ロール１３０で加圧されることによって、若干の熱が発生するが、６０℃程度が限度であり、熱硬化性樹脂を溶融させることはない。
【００５２】
粉末状原料ａ内には、ＮＢＲ等の粘着性物質が含まれている。粉末状原料ａが圧縮されるとき、この粘着性物質が他の物質にくっついて固体状の帯状原料ｂになる。粘着性物質は、軟らかい粘度のような感じで他の物質に貼り付き、接着剤的な機能を果たすが、加熱を受けていないので、粒子状原料ｃは粉末状原料ａと同様に予備成形が可能となる。
【００５３】
また、粒子状原料ｃになると、ＮＢＲなどの粘着性物質は単独で存在せずに他の物質に貼り付いた状態となっている。そのため、金型の内壁に貼り付くことがなくなり、予備成形時の型崩れが生じなくなるものと考えられる。
【００５４】
前記実施例は、加圧ロール１３０の間に粉末状原料ａを通過させることとしたが、粉末状原料ａをプレス用金型内に投入し、プレス機で圧力を加えることで、帯状原料ｂのような固化された原料を作成し、これを適当な手段によって粉砕して造粒することも可能である。この場合も、溶剤は無添加ないし５重量％以下の微量の添加であり、かつ、加熱もしない。通常の予備成形品の製造の場合、粉末状原料ａに加える圧力は、２０〜７０ＭＰａであるが、造粒する場合は、これの数倍高い圧力で５０〜３００ＭＰａである。この圧力は、前記加圧ロール１３０に加わる圧縮力の、５×１０３〜３×１０４Ｎ／ｃｍと実質的に同程度と考えられる。
【００５５】
本発明の造粒方法で形成される粒子は、径が１〜４ｍｍ程度が望ましい。４ｍｍを越えると擦り切り性が低下し、１ｍｍ未満であると、繊維成分が切断されてしまうからである。
【００５６】
上記の実施例は粘着性物質を含むものであるが、粘着性物質を添加しない粉末状原料についても造粒をしたところ、０．１〜５．０重量％の溶剤が添加されれば、粘着性物質を添加した場合と同様に造粒することができた。これは、上述したように、本発明の造粒方法では、通常の予備成形より数倍高い圧力を加えるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による摩擦材の造粒方法を実施するための造粒装置の構成を示す図である。
【図２】従来のディスクブレーキパッドに用いられるバックプレートを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図３】（ａ）はバックプレートに摩擦材を貼り付けるプレス機の構成を示す図、（ｂ）は枠型内に粉末状原料を投入し、鋼鉄製のバックプレートを枠型の上にセットした図、（ｃ）上型を降下させ、同時にプランジャを上昇させて加圧しながら加熱する状態を示す図である。
【図４】摩擦材の予備成形品の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
【００５８】
ａ      粉末状原料
ｃ      粒子状原料
１００  造粒装置
１３０  加圧ロール
【図１】
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【図２】
2005207581.tif 000004
【図３】
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【図４】
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