JPH0739101B2 - 摩擦材等の振動圧縮成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車、トラック、鉄道
車両などのブレーキあるいはクラッチフェーシングなど
に利用される摩擦材等の振動圧縮成形法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車等の制動装置としてディス
クブレーキパッドを備えたディスクブレーキが使用され
るが、従来このディスクパッドは、例えば特開平2-1251
15号公報に示されるように、原材料の撹拌、単純加圧プ
レスにより予備成形、予熱を行った予備成形完了摩擦部
材を複数個のアリ穴を有する裏金とともに加熱されたモ
ールド内にいれ、液圧プレスにより単純押圧成形を行っ
ていた。次に未反応部分の反応促進や残留する反応ガス
の発散、部分的歪除去のため熱処理を行い、ディスク当
り面の表面層を研摩にて除去しディスクパッドを得てい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の摩擦材等の成形法では、以下の課題があった。 １．予備成形と加熱を伴う本成形と、成形工程が２工程
必要で生産性が悪い。 ２．本成形は単純加圧では材料の流動性・樹脂硬化によ
るガス抜け性が悪く、数回のガス抜き工程を含めて８〜
１０分必要で、生産工程上のネックとなっていた。 ３．単純加圧では摩擦部材の密度及び硬度分布がブリッ
ジ現象にて均一化しなかった。また密度を上げる場合こ
のブリッジを崩す必要から大きな加圧力を要した。 ４．アリ穴部がポーラスとなり裏金との接合強度の低
下、将来の発錆の原因となった。 課題第２項記載のガス抜け性向上の対策として例えば特
開平２−２５８２２０号公報において位置制御による微
振動を加えながらの繰り返し押圧成形法が開示されてい
るが、粉状材料からの直接成形では体積変化が極めて大
きく、同法では適正な設定が困難で、粉状材料からの直
接成形ができなかった。

【０００４】本発明の課題は、自動車、トラック、鉄道
車両等に使用する摩擦材等の材料である繊維状物質、結
合剤、充填材及び摩擦特性向上剤を含む摩擦材等用粉状
組成物を、液圧プレスの加熱金型を介して押圧成形する
際、急激な体積変化があるにもかかわらず任意の加圧振
動を加え、仮成形工程を省略することで成形工程を簡略
化し、しかも成形時間の大幅短縮を計り、更にアリ穴部
を含む均一な密度を得、裏金との接合強度を向上させる
とともに、低い押圧力で成形できることによる金型寿命
の大幅な改善ができる摩擦材などの振動圧縮成形法及び
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、特許
請求の範囲記載の摩擦材等の振動圧縮成形法及び装置を
提供することによって上述した課題を解決した。

【０００６】

【実施例】以下添付した図面に基づきこの発明を詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例摩擦材等の振動圧縮
成形法に使用される摩擦材等の振動圧縮成形装置の概要
を説明するシステム構成図、図２Ａ及び図２Ｂは成形品
の形状をそれぞれ示す上面図及び正面図、図３Ａ及び図
３Ｂは液圧シリンダの振動波形及び振動押圧パターンの
１例を示す説明図である。

【０００７】図１の本発明の一実施例摩擦材の振動圧縮
成形装置は、自動車、トラック、鉄道車両等に使用する
摩擦材等の材料である繊維状物質、結合剤、充填材及び
摩擦特性向上剤を含む摩擦材等用粉状組成物を、予備成
形無しに成形すために使用する成形型５、６、押型であ
る成形型５を加圧するよう液圧サーボ弁８により制御さ
れた液体により作動する液圧シリンダ７、液圧シリンダ
７を取り付けるための成形機本体１、液圧サーボ弁８と
連通する油圧源９、を有する。成形型５、６、を加熱す
るため、電気ヒータを内蔵した加熱板３、４、断熱材
２、が設けられている。

【０００８】液圧サーボ弁８の制御系は、任意の圧力波
形、圧力振幅及び／又は周波数、任意の移動距離及び／
又はその時間を設定できる関数発生器１７、液圧シリン
ダ７のヘッド側圧力を電気信号に変換するヘッド側圧力
センサ１０、液圧シリンダのロッド側圧力センサ１１、
液圧シリンダのヘッド側圧力センサ１０及びロッド側圧
力センサ１１の出力を入力し、ヘッド側圧力とロッド側
圧力の差圧を演算し押圧力信号を発生する差圧アンプ１
３、液圧シリンダ７の位置を検出する位置センサ１２及
び位置信号を発生する位置センサアンプ１５、フィード
バック信号となる差圧アンプ１３と位置センサアンプ１
５の信号を任意に選択する信号切り替え器１４、信号切
り替え器１４からの信号２個のセンサの差圧演算アンプ
と、フィードバック信号となる差圧演算アンプ１３と位
置センサアンプ１５の出力を任意に切り替える信号切り
替え器１４と、関数発生器１７とフィードバック信号を
演算し複数の増幅特性を任意に切り替えうるサーボアン
プ１６と、サーボアンプ１６からの信号により作動す液
圧サーボ弁８と、を有する。

【０００９】図２Ａ及び図２Ｂに、本発明の一実施例摩
擦材等の振動圧縮成形装置により、加圧加熱成形された
摩擦材であるディスクパッドを示す。摩擦材は、摩擦部
材２１と摩擦部材２１に固着された裏金２２とからな
り、摩擦部材２１にはアリ穴２３が設けられている。摩
擦部材２１の構成は、繊維状物質として無機繊維及び有
機繊維等が用いられ、繊維状物質に付着させる結合剤と
して熱硬化性樹脂又はゴム組成物が用いられ、充填剤と
してカーボン及び炭酸カルシュウム等が用いられ、摩擦
特性向上剤として黒鉛及びカシューダスト等が用いられ
る。また必要に応じて黄銅、亜鉛等の金属線又は金属粉
等が添加されてもよい。

【００１０】図３Ａは押型である成形型５を加圧するよ
う、液圧サーボ弁８により制御された液体により作動す
る、液圧シリンダ７の代表的な振動波形を示す。(a) は
正弦波、 (b)は矩形波そして(c) はノコギリ波である。
図３Ｂは振動押圧の加圧パターンの１例を示す。この様
に途中ガス抜きを含め、液圧シリンダは圧力制御により
振動加圧を加えながら加圧と、圧抜きとを、複数回繰り
返し、短時間で加圧加熱成形を行う。液圧シリンダ７の
圧力制御は、本実施例では液圧サーボ弁８の流量を増減
して行うようにされているが、図示しない電磁比例圧力
弁を使用して、液圧シリンダ７の圧力制御を行ってもよ
い。

【００１１】さて図１の振動圧縮成形装置を使用して
の、本発明の一実施例摩擦材等の振動圧縮成形法を以下
に説明する。まず、図１の加熱金型である下成形金型６
内に裏金２２をセットし、そして乾燥しかつ計量された
粉末状の摩擦材等の材料である繊維状物質、結合剤、充
填材及び摩擦特性向上剤を含む摩擦材等用粉状組成物
を、予備成形無しに、に投入する。次に押型である成形
型５を加圧する液圧シリンダ７を高速にて降下させ、粉
末摩擦材に接触する手前にて減速し滑らかに予め設定し
た位置まで位置制御により初期加圧を行なう。以上は位
置センサアンプ１５からの位置信号をフィードバック信
号とする位置制御によりコントロールされる。

【００１２】予め設定した位置に液圧シリンダ７が到達
したとき、液圧シリンダ７の押圧力信号である、液圧シ
リンダのロッド側圧力センサ１１、液圧シリンダのヘッ
ド側圧力とロッド側圧力の差圧を演算し押圧力信号を発
生する差圧アンプ１３の信号をフィードバック信号とす
るよう信号切り替え器１４を切り替え、液圧シリンダ７
は圧力制御にによるコントロールにより、振動加圧を加
えながら加圧と、ガス抜き工程である圧抜きとを、複数
回繰り返し、短時間で加圧加熱成形を行う。即ち、液圧
シリンダ７の推力を設定された加圧力、振動数、加圧振
幅に従って制御することで、押型である成形型５に振動
加圧を与える。

【００１３】液圧シリンダ７を、予め設定した位置まで
位置制御し、次に圧力制御することで、初期加圧にみら
れる摩擦部材の急激な体積差の圧縮に対して確実に振動
加圧を加えることができるものとなった。そして圧力制
御して、図３Ｂの振動押圧の加圧パターンのように、振
動加圧を加えながら加圧と、ガス抜き工程である圧抜き
とを、複数回繰り返すことで、繊維状物質に付着する結
合剤が熱反応することにより発生する反応ガスが効果的
に排出されるとともに、従来問題となっていた成形にお
けるブリッジ現象を伴わない均一な密度を得ることがで
きた。溶融した結合剤が容易に流動し良好な熱伝達特性
を具備するため効果的に熱反応が進行し加工時間が短縮
された。

【００１４】また材料流動性も良好なためアリ穴部にも
十分に圧力が伝播され、この部分の硬度及び密度の向上
を得ことができた。この振動加圧をガス抜き工程を含め
て数回繰り返すことにより、予備成形を省略したにもか
かわらず短時間で均一な密度、硬度の摩擦材等の成形品
を得ることができた。また結合材流動性が良好であるた
め、より少ない結合材による摩擦材の製造が可能となっ
た。

【００１５】（実験例）図１に示した構成からなる摩擦
材等の振動圧縮成形装置である出力２５トンの液圧プレ
スを用いて、本発明の摩擦材等の振動圧縮成形法である
振動加圧を加えながら加圧と、ガス抜き工程である圧抜
きとを、複数回繰り返す摩擦材の振動圧縮成形法によ
る、実験条件及び結果を現行条件として示す従来法と比
較して、表１に示す。この評価は外観的な割れ、膨れの
有無によった。また代表的条件として条件１及び４の硬
度およびアセトン抽出の分析結果を現行条件として示す
従来法と比較して表２に示す。この硬度は表面層を直接
測定したものである。使用した摩擦材組成は、繊維状物
質としては主にガラス繊維、結合剤としてはゴム組成物
である。また代表的サンプルとして条件２と従来法と
の、成形完了品の内部硬度を測定した、硬度分布の比較
をを表３に示す。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明である摩擦
材等の振動圧縮成形法及び装置によると、実験例表１で
みて明らかなように、仮成形を省略したにもかかわらず
成形時間は従来の４０％程度と大幅に短縮された。本法
及び装置では材料流動が容易になるため熱伝達性が向上
し、比較的低い型温でも成型が可能で省エネという観点
からも有効である。次に密度を推定する硬度は表２から
わかるように、ディスク当り面、裏金アリ穴とも十分な
結果が得られた。また同一の圧力であるにもかかわらず
振動を加えることにより硬度がかなり向上することか
ら、同一の硬度を得る場合、より小さな加圧力で済むも
のとなった。また加工時間が短縮されたにもかかわらず
結合剤反応度合を示すアセトン抽出は現行加工条件より
低くなり十分な熱反応が確認された。

【００１７】さらに内部硬度分布を示す表３から、振動
によりブリッジ現象を崩してゆくことで、ディスク当り
面における深さ方向における硬度のばらつきは従来に比
べ大幅に減少していることがわかった。これよりブレー
キの鳴き、機械的強度に大きく影響する気孔率のコント
ロールも容易となった。かつ仮成形を省略したにもかか
わらず裏金アリ穴部は内部においても十分な硬度が確認
された。これらの特性は他の繊維状組成物、結合剤にお
いても同様の結果が確認されていた。以上により本発明
である摩擦材の振動圧縮成形法及び装置の有効性が確認
された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例摩擦材等の振動圧縮成形法の
実施に使用した、本発明の一実施摩擦材等の振動圧縮成
形装置である成形プレスの概要を示す側面断面図。

【図２Ａ】図１の装置を使用して本発明の摩擦材等の振
動圧縮成形法を実施する成形品の形状を上面図正面図。

【図２Ｂ】図２Ａの成形品の正面図。

【図３Ａ】図１の液圧シリンダの振動波形の例を示す説
明図。

【図３Ｂ】図１の液圧シリンダの振動波形及び振動押圧
パターンの一例を示すタイムチャート。

【符号の説明】

５．．押型である成形型 ６．．成形型 ７．．液圧シリンダ ８．．液圧サーボ弁 １０．．ヘッド側圧力センサ １１．．ロッド側圧力センサ １２．．位置センサ １３．．差圧アンプ １４．．信号切り替え器 １６．．サーボアンプ １７．．関数発生器

【表１】

【表２】

【表３】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車、トラック、鉄道車両等に使用す
   る摩擦材等の材料である繊維状物質、結合剤、充填材及
   び摩擦特性向上剤を含む摩擦材等用粉状組成物を、予備
   成形無しに加熱金型に投入し、加熱金型の押型を液圧サ
   ーボ弁により制御された液圧シリンダで、予め設定した
   位置まで位置制御により初期加圧し、予め設定した位置
   に前記液圧シリンダが到達したとき、前記液圧シリンダ
   は圧力制御により振動加圧を加えながら加圧と、圧抜き
   とを、複数回繰り返し、短時間で加圧加熱成形を行うこ
   とを特徴とする摩擦材等の振動圧縮成形法。
2. 【請求項２】 前記液圧シリンダの圧力制御は、前記液
   圧サーボ弁の流量を増減して行うことを特徴とする請求
   項１記載の摩擦材等の振動圧縮成形法。