(57)【要約】【課題】フェノール樹脂と水酸化カルシウムと水とを含む摩擦材原料の混合時の急激な粘度上昇を抑えながら、より効率的に摩擦性能の良い摩擦材を製造すること。【解決手段】フェノール樹脂、水酸化カルシウム、水、キレート化剤を含有する摩擦材原料を攪拌する混合工程と、混合工程で得られた混合粉を所望の形状に成形する成形工程とを有する摩擦材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール樹脂、水酸化カルシウム、水、キレート化剤を含有する摩擦材原料を攪拌する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合粉を所望の形状に成形する成形工程とを有する摩擦材の製造方法。
【請求項２】
前記キレート化剤が、エチレンジアミン又はエチレンジアミン四酢酸である請求項１に記載の摩擦材の製造方法。
【請求項３】
前記キレート化剤が、前記摩擦材原料に含まれる水分中に１重量％以下で含まれる請求項１又は２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、例えば車両等のディスクブレーキ用パッドに使用する摩擦材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等のブレーキパッドやブレーキシュー等に使用される摩擦材を常温プレス工法で製造するための要件の１つは、混合した摩擦材原料（粉末）を常温で押し固められるようにすることである。このため当該摩擦材原料には、水などの湿潤剤が通常３重量％〜６重量％の割合で配合される。
【０００３】
摩擦材をホットプレス工法で製造する場合も、混合した摩擦材原料（粉末）には、摩擦材原料の各成分が有する水分等の不可避な水分が最大で２重量％程度含まれる。
【０００４】
また上述のいずれの工法においても、摩擦材の耐錆性能を確保するため、前記摩擦材原料に水酸化カルシウムを配合させて、摩擦材をアルカリ性にする。
【０００５】
一方、前記摩擦材原料中に、水と水酸化カルシウムの他に、フェノール樹脂がバインダー等として共存すると、混合中にフェノール樹脂が変性して、摩擦材原料の粘度が急激に上昇してしまうことがある。特に、ホットプレス工法用の摩擦材原料の場合、当該摩擦材原料中の水分量が１重量％以上になるとこの現象が顕著に現れる。
【０００６】
これは、図１に示すように、混合中に水酸化カルシウムの一部が水に溶出してイオン化すると、そのカルシウムイオンがフェノール樹脂に作用してキレート化し、フェノール樹脂間に擬似架橋が形成され、フェノール樹脂の擬似高分子化が進むためと考えられている。
【０００７】
摩擦材原料の粘度が急激に上昇すると、摩擦材原料の一部が混合機の内壁や混合羽根に固着して歩留まりが悪化する虞がある。さらに、摩擦材原料の流動性が低下してポットライフ（可使時間）が短くなるため、成形性も悪化する。
このような問題を解決するための従来の製造方法としては、例えば、特許文献１及び２に示すものが知られている。フェノール樹脂の変性を防ぐため、特許文献１では、フェノール樹脂がゼラチンで包み込まれてマイクロカプセル化されており、特許文献２では、撥水性のあるステアリン酸化合物で水酸化カルシウムをコーティング処理することによって水酸化カルシウムが水に溶け出さないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１７７４８２号公報（図１参照）
【特許文献２】特開平３−２１０３３８号公報（特許請求の範囲参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の製造方法では、フェノール樹脂のマイクロカプセル化を別途実施する必要があり、特許文献２の製造方法においても、水酸化カルシウムのコーティングという処理を別途実施する必要がある。このため、いずれの製造方法においても作業効率の向上を図るという点において改善する余地が残されていた。
【００１０】
また、フェノール樹脂をマイクロカプセル化するために添加されるゼラチンや、水酸化カルシウムをコーティングするために添加されるステアリン酸化合物が、摩擦材の摩擦性能に悪影響を与える虞もある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、フェノール樹脂と水酸化カルシウムと水とを含む摩擦材原料の混合時の急激な粘度上昇を抑えながら、より効率的に摩擦性能の良い摩擦材を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る摩擦材の製造方法の第１特徴構成は、フェノール樹脂、水酸化カルシウム、水、キレート化剤を含有する摩擦材原料を攪拌する混合工程と、前記混合工程で得られた混合粉を所望の形状に成形する成形工程とを有する点にある。
【００１３】
〔作用及び効果〕
本構成によれば、図２に示すように、水に溶出した水酸化カルシウムのカルシウムイオンの一部がキレート化剤に捕捉される。このため、図１に示すカルシウムイオンのキレート化が抑制されてフェノール樹脂間に擬似架橋が形成され難くなり、フェノール樹脂の擬似高分子化が抑えられる。
即ち、摩擦剤原料にキレート化剤を添加するだけで、フェノール樹脂と水酸化カルシウムと水とを含む摩擦材原料の混合時の急激な粘度上昇を抑えることができ、歩留まりの悪化やポットライフの短縮化を防止することができる。
そのため、本構成によれば、従来行われていたフェノール樹脂のマイクロカプセル化や、水酸化カルシウムのコーティングといった処理を別途行う必要がなくなり、より効率的に摩擦材を製造することができる。
【００１４】
第２特徴構成は、前記キレート化剤が、エチレンジアミン又はエチレンジアミン四酢酸である点にある。
【００１５】
〔作用及び効果〕
キレート化剤として、エチレンジアミン又はエチレンジアミン四酢酸を使用すれば、少量でも確実にカルシウムイオンを捕捉することができる。このため、摩擦材におけるキレート化剤の含有量が少なくて済むので、摩擦材の摩擦性能に影響を及ぼさないように構成し易い。
【００１６】
第３特徴構成は、前記キレート化剤が、前記摩擦材原料に含まれる水分中に１重量％以下で含まれる点にある。
【００１７】
〔作用及び効果〕
本構成によれば、キレート化剤を含まない摩擦材と殆ど変わらない摩擦性能を備える摩擦材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フェノール樹脂のキレート化反応の説明図である。
【図２】エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）のキレート化状態を示す図である（Ｍは金属イオン）。
【図３】本発明の実施例に係る常温プレス工法のフロー図である。
【図４】本発明の実施例に係るホットプレス工法のフロー図である。
【図５】本発明の実施例及び比較例の組成と性能評価を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の摩擦材の製造方法によって製造された摩擦材は、例えば車両等のディスクブレーキ用パッドに適用できるが、これに限られるものではない。その他、例えば、ブレーキシュー等、従来公知の摩擦材が適用できるものに適用することができる。製造された摩擦材は、裏板としての金属板などの板状部材と一体化してブレーキパッドとして使用することができる。
【００２０】
本発明の摩擦材の製造方法は、摩擦材原料を攪拌する混合工程と、当該混合工程で得られた混合粉を所望の形状に成形する成形工程とを有するものであって、常温プレス工法及びホットプレス工法のいずれにも適用することができる。
【００２１】
摩擦材原料は、摩擦材を製造する上で混合する全ての材料をいう。摩擦材原料には、後述する繊維基材、摩擦調整材、充填材、湿潤剤、バインダー、キレート化剤等が含まれるが、この他にも摩擦材を製造する際に一般に使用されるものを含有させても良い。尚、以下本明細書において、常温プレス工法用に摩擦材原料を混合したものを常温プレス工法用混合粉といい、ホットプレス工法用に摩擦材原料を混合したものをホットプレス工法用混合粉というものとする。
【００２２】
繊維基材としては、例えば、繊維成分として使用されるものにはアラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、炭素繊維等の有機繊維、ガラス繊維、ロックウ−ル、セラミックス繊維、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維、銅、ステンレス、真鍮等の金属繊維が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合わせて使用することができる。繊維基材の配合割合は特に限定されるものではないが、摩擦材原料の３重量％〜５重量％程度となるように添加すればよい。
【００２３】
常温プレス工法用混合粉の場合、これら繊維基材は、予め含水させた状態として摩擦材原料に添加してもよい。当該含水繊維としては、含水有機繊維を使用するのが好ましい。含水繊維を摩擦材原料に添加することで噴霧する水の量を減らすことができるため、混合機の内壁に噴霧した水を付着し難くすることができる。その結果、摩擦材原料が混合機の内壁に付着し難くなり、摩擦材の収率の悪化や当該混合機の清掃に労力を要するという不都合が発生するのを未然に防止することができる。また、混合工程を行なうに際して含水繊維を添加して攪拌すると、水を噴霧したときより摩擦材原料の全体に水分を浸透させ易くなるため、摩擦材原料をより均一に混合し易くなる。その結果、より粉塵の発生を抑制でき、かつ偏析の少ない均質性に優れた摩擦材を製造することができる。
【００２４】
摩擦調整剤としては、例えばカシューダスト、ゴムダスト等のフリクションダスト、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、黒鉛、二硫化モリブデン、セラミック、銅粉、真ちゅう粉、亜鉛粉、アルミニウム粉、発泡バーミキュライト等が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合わせて使用することができる。摩擦調整剤の配合割合は特に限定されるものではないが、摩擦材原料の３重量％〜３０重量％程度となるように添加すればよい。
【００２５】
充填材としては、水酸化カルシウム（消石灰）を使用する。水酸化カルシウムは、例えばブレーキディスクロータとの錆固着対策として、摩擦材原料にｐＨ調整剤として配合される。水酸化カルシウムの配合割合は特に限定されるものではないが、摩擦材原料の２重量％〜２５重量％程度となるように添加すればよい。
【００２６】
常温プレス工法用混合粉の湿潤剤としては、好ましくは水を使用する。水の配合割合は、特に限定されるものではないが、摩擦材原料の３重量％〜６重量％程度となるように添加すればよい。尚、繊維基材として含水繊維を使用した場合は、含水繊維に含まれる水および噴霧などによって供給する水の量の総量が、摩擦材原料の３重量％〜６重量％となるようにすればよい。このとき、摩擦材原料に添加する水の全てを含水繊維によって供給するように構成してもよい。
【００２７】
水には、例えば界面活性剤や粘性付与剤などを添加してもよい。
水に界面活性剤を添加すれば、摩擦材原料を混合する際に、添加された界面活性剤の界面活性作用によって当該摩擦材原料の各成分をより確実に混合することができる。当該界面活性剤は、イオン系および非イオン系の何れを使用してもよい。界面活性剤としては、アルキル硫酸エステルナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、アルキルアミンオキシドなど、公知のものを使用することができる。これらを単独または２種類以上組み合わせて使用することができる。界面活性剤の配合割合は特に限定されるものではないが、０．２重量％〜０．５重量％程度となるように添加すればよい。
また、水に粘性付与剤を添加すれば水に粘性を付与することができるため、例えば混合工程時に摩擦材原料の粉塵が発生し、作業環境が悪化するのを確実に防止することができる。また、粘性付与剤を添加することで、摩擦材の強度を向上させることができる。当該粘性付与剤としてはポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、メチルセルローズ及びこれらの混合物等が使用できる。これらを単独または２種類以上組み合わせて使用することができる。粘性付与剤の配合割合は特に限定されるものではないが、０．２重量％〜０．５重量％程度となるように添加すればよい。
【００２８】
ホットプレス工法用混合粉には、特に具体的な湿潤剤を配合させる必要はないが、摩擦材原料の各成分が有する水分や、混合工程で偏析し易い原料（例えば、ダスト類や金属繊維等）を粘性のある水溶液で前処理することで含まれる水分といった不可避な水分が、合わせて最大で２重量％程度含まれる。
【００２９】
バインダーとしては、好ましくはフェノール樹脂を使用する。フェノール樹脂は、通常ノボラック型のフェノール樹脂を使用できる。フェノール樹脂の配合割合は特に限定されるものではないが、摩擦材原料の５重量％〜２０重量％程度となるように添加すればよい。
【００３０】
キレート化剤としては、カルシウムイオンをキレート捕捉することが可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、エチレンジアミン（ＥＤＡ）等のジアミン類、２，２´−ビピリジル等の複素環式化合物、アセチルアセトン等のβ−ジケトン類、クエン酸等のヒドロキシカルボン酸類、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）等が挙げられる。特に、エチレンジアミン（ＥＤＡ）及びエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）は、カルシウムイオンとより強く結合して確実に捕捉するため、たとえ少量でも、摩擦材原料の混合時の急激な粘度上昇を効果的に抑えることができて好適である。
【００３１】
キレート化剤の配合割合は特に限定されるものではないが、摩擦材原料の混合粉中に含まれる水分に対して最大で約１重量％となるように添加すればよい。キレート化材は、少量でもキレート化抑制機能を発揮して混合粉のポットライフを延長することができる。また、キレート化剤の添加量は多ければ良いというものではなく、多すぎると常温プレス工法の粘性流動性を阻害する上、最終製品の摩擦材の摩擦性能に影響を及ぼす虞があるため、摩擦材原料の混合粉中に含まれる水分に対して１重量％以下が好ましい。
【００３２】
以下、本発明の摩擦材の製造方法に係る常温プレス工法、及びホットプレス工法について説明する。
（常温プレス工法）
図３に示すように、先ず上述の繊維基材、摩擦調整材、充填材（水酸化カルシウム）、湿潤剤（水）、バインダー（フェノール樹脂）、キレート化剤等を含む摩擦材原料のそれぞれを計量する。次いで、計量したこれらの摩擦材原料をヘンシェルミキサあるいはレディゲミキサ等の混合機に投入し、常温にて例えば１０分程度混合して常温プレス工法用混合粉を作製する（混合工程）。このとき、当該混合機が昇温しないように公知の冷却手段によって冷却しながら混合するようにしても良い。
【００３３】
尚、水は、例えば混合が終了した後続けて一度に投入してもよいし、何度かに分割してあるいは少量ずつ連続して投入してもよい。また、水を摩擦材原料に投入して、混合する際に摩擦材原料が造粒されるようにしてもよい。また、キレート化剤は、予め水やフェノール樹脂中に混合しておいても良く、添加方法は特に限定されない。
【００３４】
裏板（金属製プレート等）については、適当な表面処理を施した後、作製した常温プレス工法用混合粉を載置する側に接着剤を塗布して乾燥させる。
【００３５】
次いで、乾燥させた裏板に、秤量した所定量の常温プレス工法用混合粉を載置して、常温プレスを実施する（成形工程）。このとき、成形圧力を５０ＭＰａ〜２００ＭＰａ（好ましくは１００ＭＰａ）とし、成形時間を５秒〜６０秒（好ましくは１５秒）とすると良い。
【００３６】
次いで、クランプ処理（例えば、１８０℃、１ＭＰａ、１０分）を行う。その後、１５０℃〜２５０℃、５分〜１８０分の熱処理（好ましくは、２３０℃、３時間）を行い、さらに研磨、ロット刻印の諸工程を行う。
【００３７】
（ホットプレス工法）
ここでは、図４に基づいて、上述の常温プレス工法と異なる工程を主として説明を行う。
図４に示すように、先ず上述の繊維基材、摩擦調整材、充填材（水酸化カルシウム）、バインダー（フェノール樹脂）、キレート化剤等を含む摩擦材原料のそれぞれを計量する。次いで、計量したこれらの摩擦材原料をヘンシェルミキサあるいはレディゲミキサ等の混合機に投入し、常温にて例えば１０分程度混合してホットプレス工法用混合粉を作製する（混合工程）。このとき、当該混合機が昇温しないように公知の冷却手段によって冷却しながら混合するようにしても良い。
【００３８】
尚、ホットプレス工法では、摩擦材原料を計量した後、必要に応じて、混合工程で偏析し易い原料（例えば、ダスト類や金属繊維等）を粘性のある水溶液で前処理するようにして良い。
【００３９】
次いで、ホットプレス工法用混合粉の所定量を秤量して予備成形（常温、１０ＭＰａ）を実施した後、裏板に載置してホットプレスを実施する（成形工程）。尚、当該裏板については、上記常温プレス工法の場合と同様に、適当な表面処理を施した後、予備成形後のホットプレス工法用混合粉を載置する側に接着剤を塗布して乾燥させたものを使用する。
【００４０】
ホットプレスを実施する際は、成形温度を１４０℃〜２００℃（好ましくは１６０℃）とし、成形圧力を１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ（好ましくは２０ＭＰａ）とし、成形時間を３分〜１５分（好ましくは１０分）とすると良い。尚、ホットプレス工法では、クランプ処理を実施する必要はない。
【実施例】
【００４１】
本発明の摩擦材の製造方法の実施例について説明する。
常温プレス用及びホットプレス用の摩擦材原料の各成分を、図５に示す配合割合で計量した後、レディゲミキサに投入して１０分間混合した（混合工程）。
【００４２】
混合後に混合粉を排出し、混合機内壁への材料固着性を評価した。評価方法はナイロンブラシで混合機内壁面を擦って固着具合を評価した。材料固着なしを「○」、若干材料固着ありを「△」、材料固着ありを「×」で示した。
【００４３】
また、混合粉のポットライフ性として混合粉を常温で保管し、８時間後及び２４時間後の粉の状態を手で揉みながら目視にて確認し、塊状になった部分がないかどうかを評価した。塊がない場合を「○」、若干の塊があれば「△」、明らかな塊があれば「×」として評価した。
【００４４】
プレス（成形工程）を実施した。ホットプレス工法用混合粉については、成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、及び成形時間１０分という条件で成形してプレス性を評価した。また常温プレス工法用混合粉については、成形圧力１００ＭＰａ、及び成形時間１５秒という条件で成形してプレス性を評価した。
【００４５】
ホットプレス工法の場合、金型から成形品を取り出し、成形品の側面にクラックが発生したものを「×」として評価した。常温プレス工法の場合、金型から成形品を取り出すときに欠け等がない状態で取り扱うことができれば「○」、少しでも欠けたりしてハンドリング性に影響がある場合は「×」とした。
【００４６】
最後に、成形品を２３０℃、３時間の条件下で硬化させた（加熱工程）。ホットプレス成形品はフリー状態で加熱処理し、常温プレス成形品はクランプで加圧（１ＭＰａ）しながら加熱処理した。
【００４７】
こうして作製した摩擦材に対して摩擦性能試験を実施した。摩擦性能試験はＪＡＳＯ  Ｃ４０６に従って実施し、一般使用温度（１００℃）における平均摩擦係数を測定した。摩擦係数の値が０．３５以上であれば、良好な摩擦力を有するものとして「○」とし、０．３５〜０．３２であれば、通常の摩擦力を有するものとして「△」とし、０．３２未満であれば、十分な摩擦力を有していないとして「×」と評価した。尚、比較例２は混合直後から混合粉の一部に塊状のものがあったため、その後のプレス、加熱処理、摩擦性能試験を実施しなかった。
【００４８】
図５に示すように、本発明の実施例１〜８では、混合機内への材料固着性、ポットライフ性、及びプレス性で良好な結果が得られた。また、キレート化剤添加量が１重量％以下である実施例１〜３、５〜７の摩擦材は、良好な摩擦性能を備えていた。キレート化剤添加量がそれぞれ１．２重量％、及び１．１重量％である実施例４及び実施例８の摩擦材については、他の実施例よりも摩擦性能が多少劣るものの、車両等のブレーキパッドやブレーキシュー等として使用可能な通常の摩擦力を備えるものであった。
【００４９】
一方、キレート化剤を含まない比較例１及び比較例２については、いずれの摩擦材も良好な摩擦性能を有するが、混合機内への材料固着性、ポットライフ性、及びプレス性については本発明の実施例１〜８よりも劣るものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の摩擦材の製造方法は、例えば車両等のディスクブレーキ用パッドに使用する摩擦材の製造に利用することができる。
【図１】
2013129801.tif 000002
【図２】
2013129801.tif 000003
【図３】
2013129801.tif 000004
【図４】
2013129801.tif 000005
【図５】
2013129801.tif 000006