(57)【要約】【課題】優れた摩擦性能および強度特性を備え、安定した品質を有する摩擦材料の製造方法を提供すること。【解決手段】摩擦材原料を造粒し、得られた造粒物を成形型に充填して熱圧成形する摩擦材料の製造方法において、造粒バインダーとして摩擦材原料を４日間浸漬した際の重量変化率が２％以下である溶剤を用いることを特徴とする摩擦材料の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦材原料を造粒し、得られた造粒物を成形型に充填して熱圧成形する摩擦材料の製造方法において、造粒バインダーとして摩擦材原料を４日間浸漬した際の重量変化率が２％以下である溶剤を用いることを特徴とする摩擦材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、鉄道車両などの各種車両や各種産業機械のブレーキ、クラッチ等に使用される摩擦材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦材料は、有機繊維や無機繊維および金属繊維などの繊維材、ゴムダストやセラミックスおよび銅、亜鉛などの金属あるいは金属酸化物などの摩擦調整材、黒鉛や二硫化モリブデンなどの潤滑材、硫酸バリウムや炭酸カルシウムなどのフィラー材、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなる結合材を目的に応じて成分および組成（配合比）を調整して混合し、混合原料粉末を所望形状の成形型に入れて熱圧成形することにより製造されている。
【０００３】
これらの繊維材、摩擦調整材、潤滑材、フィラー材および結合材などの摩擦材原料を混合して混合原料粉末を調製する場合、原料粉末は均一に混合されていることが摩擦材の摩擦性能や機械的強度の面で重要となる。
【０００４】
しかし、これらの原料成分は短繊維状や粉末粒子状など形状が著しく異なるばかりか、粉末粒子状でも粒径が異なり、更に比重も大きく相違するため、乾式による単純な攪拌混合法では原料成分が均一に混合された混合原料粉末を調製することは極めて困難である。原料粉末が均一に混合されていないと、成形した摩擦材の組織が不均質化するので摩擦係数や耐摩耗性などの摩擦材の性能が低下し、品質が不安定化する難点がある。
【０００５】
そこで、均一に混合された混合原料粉末を調製する手段として原料粉末を湿式造粒する方法が知られており、所望する原料成分および組成に調整した原料粉末を造粒して原料粉末が均一に混合した造粒物を調製することにより、摩擦材の性能の安定、向上を図るものであり、更に成形型への充填も容易となる利点がある。
【０００６】
例えば、特許文献１には熱硬化性樹脂結合材、繊維基材および摩擦調整剤を主体とする原料を乾式混合しながら、水−アルコール混合溶媒からなる粘結凝集剤を添加、混合して原料混合物を湿潤化すると共に粘性を付与し、次いでこの湿潤原料混合物を造粒して顆粒物を形成し、乾燥した後、この顆粒物を加熱・加圧成形することを特徴とする摩擦材の製造方法が提案されている。この方法はフェノール樹脂やメラミン樹脂などの熱硬化性樹脂をアルコールに溶解した水−アルコール混合溶媒で原料混合物を湿潤化して造粒するものであり、有機溶剤の使用による作業環境上の問題を解消しようとするものである。
【０００７】
特許文献１は造粒バインダーとして水−アルコール混合溶媒を用いるものであるが、特許文献２には特別な造粒バインダーを用いることなく摩擦材原料を造粒する方法として、硬化剤を含まないフェノール樹脂単体を他の摩擦材成分と共に加熱、攪拌混合し、フェノール樹脂単体を溶融して摩擦材組成物を造粒し、次いで硬化剤を添加して造粒物の表面に付着させることを特徴とする摩擦材用造粒物の製造方法が開示されている。これは硬化剤を含まないフェノール樹脂単体を７０〜１７０℃に加熱溶融して造粒するもので、溶融フェノール樹脂を造粒バインダーとして使用するものである。
【特許文献１】特開平６−１３６１４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２では造粒後に、造粒物の表面に硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンを付着させるものであるので、造粒物表面に均一にヘキサメチレンテトラミンを付着させることが困難であり、更に硬化剤の多くは造粒物の表面およびその近傍に存在することになり、造粒物内部への侵入量は相対的に少なくなる。そのため、造粒物を加熱してフェノール樹脂を硬化させる際に硬化反応が均等に進行し難く、造粒物が不均一化することになり易く、結果的に摩擦材の強度や摩擦性能の低下を招くことになる。
【０００９】
そこで、本発明者は摩擦材原料の造粒に用いるバインダーについて検討を進めた結果、造粒バインダーとして摩擦材原料の各成分と相互に反応し難く、各成分を溶解したり吸収することが少ない造粒バインダーを選定することにより、均質で摩擦材製造用に好適な造粒物を調製し得ることを確認した。
【００１０】
すなわち、本発明はこの知見に基づいて開発されたもので、摩擦材原料を特定の造粒バインダーにより造粒することにより均質な造粒物を調製し、この造粒物を用いることにより成形型に充填する際の不均等性が排除され、優れた摩擦性能および強度特性を備え、安定した品質を有する摩擦材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するための本発明による摩擦材料の製造方法は、摩擦材原料を造粒し、得られた造粒物を成形型に充填して熱圧成形する摩擦材料の製造方法において、造粒バインダーとして摩擦材原料を４日間浸漬した際の重量変化率が２％以下である溶剤を用いることを構成上の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、摩擦材原料の各成分と相互に反応し難く、原料成分を溶解したり、吸収することが少ない、すなわち摩擦材原料を４日間浸漬した際の重量変化率が２％以下である溶剤を造粒バインダーとして摩擦材原料を造粒し、得られた均質な造粒物を成形型に充填して熱圧成形することにより、摩擦性能および強度特性に優れ、安定した品質を有する摩擦材料を製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明において使用される摩擦材原料は、断熱有機繊維、無機繊維、金属繊維などの繊維材、ゴムダストやセラミックスおよび銅、亜鉛などの金属あるいは金属酸化物などの摩擦調整材、黒鉛や二硫化モリブデンなどの潤滑材、硫酸バリウムや炭酸カルシウムなどのフィラー材、およびフェノール樹脂やメラミン樹脂をベースとした熱硬化性樹脂からなる結合材、など常用される各種の原料が用いられる。
【００１４】
これらの摩擦材原料は目的とする用途に応じて成分を選定し、配合比を調整して攪拌して解繊、混合し、次いで、この摩擦材原料の混合物を造粒して造粒物を形成する。造粒方法は、攪拌混合法、転動造粒法、押出し造粒法、破砕造粒法、流動層造粒法、打錠造粒法などの公知の適宜な造粒法が適用でき、球状、円柱状、角柱状などの形状の造粒物が調製される。
【００１５】
本発明は、この造粒する時の造粒バインダーとして摩擦材原料を４日間浸漬した際の重量変化率が２％以下である溶剤を用いることが主要な要件となる。造粒バインダーが摩擦材原料の各成分と反応すると、製造した摩擦材料の摩擦性能や強度特性が低下して安定した品質の摩擦材を製造することが困難となる。
【００１６】
本発明はこの造粒バインダーと摩擦材原料との反応性を評価する指標として、摩擦材原料を造粒バインダーに浸漬した際に、原料成分を溶解したり吸収することの少ない溶剤を選定するものであり、その評価指標として摩擦材原料を４日間浸漬した際の摩擦材原料の重量変化率が２％以下の溶剤を造粒バインダーとするものである。
【００１７】
重量変化率の測定は、摩擦材原料を所定の配合比で成分、組成を調整した混合原料を試料として、常温の溶剤中に４日間浸漬し、浸漬前後の試料の重量を測定して重量変化率を下記式にて算出する。
重量変化率（％）＝〔（浸漬前の試料重量）−（浸漬後の試料重量）〕÷（浸漬前の試料重量）×１００
【００１８】
この重量変化率が、±２％を越える場合には摩擦材の混合原料の溶剤中への溶解量、あるいは、溶剤の吸収量が多くなり、この溶剤を造粒バインダーとして造粒した造粒物を成形型に充填して熱圧成形した摩擦材料は均質性に欠け、摩擦性能や強度特性が劣るものとなる。
【００１９】
造粒バインダーには、混合原料の付着性を高めて原料相互間の結合性を大きくするために、溶剤に増粘剤を添加することもできる。増粘剤としてはポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの有機化合物溶液、アルミナゾル、シリカゾル、水ガラスなどの無機化合物溶液、等が例示される。
【００２０】
この造粒バインダーを用いて造粒した摩擦材原料の造粒物を、所望形状の成形型に充填して１〜１００ＭＰａの圧力で予備成形した後、１００〜２００℃の温度、１〜１００ＭＰａの圧力で熱圧成形し、更に２００〜３００℃まで加熱して、樹脂成分を硬化して摩擦材料が製造される。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。
【００２２】
表１に示した成分、組成となるように摩擦材用の各原料を配合し、アイリッヒミキサーで均一に混合して摩擦材の混合原料Ａ、Ｂを調製した。
【００２３】
【表１】
2007099853.tif 000002
【００２４】
造粒バインダーとして、水、メタノール、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を用い、摩擦材原料Ａ、Ｂそれぞれ１０ｇを溶剤５０ｇに入れて、常温で４日間静置して浸漬した。この浸漬処理による重量変化を測定して、重量変化率（％）を求め、表２に示した。
【００２５】
【表２】
2007099853.tif 000003
【００２６】
実施例１
トルエンを造粒バインダーとして、摩擦材原料Ａ１００重量部に対してトルエン３０重量部の割合で加えて、攪拌型混合機で攪拌混合して摩擦材原料Ａを粒状化した。次いで、熱風乾燥機により６０℃の温度でトルエンを揮散除去した後、造粒物を成形用の金型に充填し、室温で２０ＭＰａの圧力で予備成形した。次に、この予備成形体を鉄製の裏板と共に成形治具へセットして、１５０℃の温度、４０ＭＰａの圧力で５分間、熱圧成形を行って成形体と裏板を接着した。その後、熱硬化炉で２５０℃の温度に加熱して硬化処理を行って、摩擦材を製造した。
【００２７】
実施例２
摩擦材原料Ｂおよび造粒バインダーにトルエンを用いて、摩擦材原料Ｂ１００重量部に対してトルエン５５重量部の割合で加え、攪拌型混合機で攪拌混合して摩擦材原料Ｂを粒状化した。その後は実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。
【００２８】
比較例１
造粒バインダーに水を使用し、摩擦材原料Ａ１００重量部に対して水を３０重量部の割合で加えて攪拌型混合機で摩擦材原料Ａを粒状化した他は、実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。なお、この摩擦材は摩擦材として強度が低く、脆いために摩擦係数の測定はできなかった。また、摩擦中の磨耗量も測定できなかった。
【００２９】
比較例２
造粒バインダーにメタノールを使用し、摩擦材原料Ａ１００重量部に対してメタノールを３０重量部の割合で加えて攪拌型混合機で摩擦材原料Ａを粒状化した他は、実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。
【００３０】
比較例３
造粒バインダーにメチルエチルケトン（ＭＥＫ）を使用し、摩擦材原料Ｂ１００重量部に対してメチルエチルケトンを５５重量部の割合で加えて攪拌型混合機で摩擦材原料Ｂを粒状化した他は、実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。
【００３１】
比較例４
摩擦材原料Ａを造粒せずに、そのまま成形用の金型に充填した他は、実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。
【００３２】
比較例５
摩擦材原料Ｂを造粒せずに、そのまま成形用の金型に充填した他は、実施例１と同様の方法により摩擦材を製造した。
【００３３】
これらの摩擦材について比重、強度を測定し、また下記の方法で摩擦特性を測定して、得られた結果を表３に示した。
【００３４】
摩擦特性の測定；
ＳＵＳディスクを相手材としてダイナモ試験を行った。試験条件は摩擦材とＳＵＳディスクとを十分に擦り合わせた後、イナーシャ１２．５ｋｇｍ2とし、初速度と減速度を変えて摩擦特性を評価した。摩擦係数は５０〜１５０ｋｍ／ｈ、０．４９〜３．９２ＭＰａの条件における測定値を記録した。
【００３５】
【表３】
2007099853.tif 000004
【００３６】
本発明に基づく造粒物より作製された摩擦材（実施例１、実施例２）は、比重、強度が良好で、かつ、バラつきがなく品質が安定していた。また磨耗量や摩擦係数といった摩擦性能も良好な性能を有している。一方、本発明に基づく造粒物を用いないで作製された摩擦材（比較例１、比較例２、比較例３）では比較例に見られるように、選択した造粒バインダーによる原料の劣化があり、摩擦材の強度が低下している。また、磨耗量や摩擦係数も実施例と比べると悪くなっている。比較例１では、摩擦材の強度が著しく低いことから、摩擦係数の評価が行えなかった。また、造粒をせずに摩擦材を作製した場合は（比較例４、比較例５）、比重のバラつきが大きく、摩擦材を品質の安定した状態で作製できなかった。このように、本発明に基づく造粒物を用いて作製された摩擦材は、構造や品質が安定しており、また、耐磨耗性や摩擦係数が良好という特性を有している。