[0001] 本发明涉及一种压缩成型设备和一种成型模。

[0002] 例如，用于制动车辆的制动器的摩擦构件通过将原材料提供到成型模中并且对该原材料施加热量和压力来制造。用于制动器的摩擦构件具有如下摩擦材料：该摩擦材料接触连同轴一起旋转的盘或制动鼓旋转并且被压缩到压板或边缘。在所述摩擦材料中，各种材料被混合并且通过粘合剂粘合，以便即使在苛刻使用环境下也能发挥预定的摩擦力。

[0003] 当使摩擦材料热成型时，例如将热管嵌入在成型模中以便增加该成型模的热传导性（例如，参考专利技术文献1）。同时，热管也应用在其它成型模或融雪设备（例如，参考PTL专利技术文献2至4）中。

[0004] 引用列表

[0005] [专利技术文献1]日本专利文献JP-U-05-91820

[0006] [专利技术文献2]日本专利文献JP-B-3896461

[0007] [专利技术文献3]日本专利文献JP-A-11-350411

[0008] [专利技术文献4]日本专利文献JP-A-5-337997

[0071] 在下文中，将描述本发明的实施例。图1示出根据本发明的第一实施例的压缩成型设备1的结构。

[0072] 如图1中所示，压缩成型设备1包括：成型模5，该成型模5具有上成型模2、中成型模3和被设置成竖立于下成型模4上的冲头（第二成型模）6；以及热成型设备主体9，该热成型设备主体9具有下热板（热源部）7和上热板8，冲头6经由下成型模4固定到该下热板7，上成型模2固定到该上热板8。下热板7和上热板8具有嵌入在其中的升温加热器（未示出）。下热板7的热量被传递至冲头6并且上热板8的热量被传递至上成型模2。另外，下热板7通过液压缸（未示出）而向上和向下移动，并且被配置成使放入成型模5中的摩擦材料10的原材料成型。

[0073] 成型模5是用于使盘式制动器的刹车片的摩擦材料热成型的成型模，并且被构造成使得在摩擦材料10的原材料被施加到由中成型模（第一成型模）3构造的成型框架中之后，将压板11放置在弹性支撑于弹性构件12上的该中成型模3上，并且向上推压下成型模4。当向上推压下成型模4时，使冲头6压缩摩擦材料10的原材料，使得压板11与上成型模2产生接触。因此，压板11的其中将使摩擦材料10热成型的区域由中成型模3的成型框架包围。

[0074] 成型模5被上热板8和下热板7加热。因此，当成型继续时，摩擦材料10的原材料中所包含诸如摩擦调节材料的成分被粘合剂结合，使得在固定于压板11的情况下进行热成型。

[0075] 这里，如图1中所示，冲头6具有热管（第一热管）13。多个热管13沿上下方向布置在冲头6中，使得其一端定位在该冲头6的下端附近并且另一端定位在挤压摩擦材料10的挤压表面14的后面，即，在该冲头6的上端附近。

[0076] 另外，如图1中所示，冲头6具有沿热管13的纵向方向包裹该热管13的绝热层15。绝热层15是空气层。由于绝热层15被设置成环绕热管13，所以进入热管13的下侧的热量被原样地传递至上端17，而不会在途中被吸收到冲头6，所述进入热管13的下侧也就是作为定位在下热板7侧上的那个端部的下端16。同时，关于绝热层15，除了上述中空空气层之外，还可以利用通过使用具有低热传导性的各种材料来抑制热传递的构造。

[0077] 在热管13中封装有挥发性工作液体。因此，当热管被局部地加热时，工作液体被蒸发并且在非加热部分中凝结的循环被重复，使得热量瞬间被传递。如果不设置热管13，则整个冲头6不可避免地被加温，使得耗费大量时间和热量来达到目标温度。另外，由于成型模5具有作为主要成分的铁，所以热传递非常慢。热管13具有20000~40000W/mK的热传导率，而铁具有约84W/mK的热传导率。

[0078] 如果未设置绝热层15，则从热管13中的下端16传递的热量在到达上端17之前从热管13的侧表面扩散到冲头6中。然而，根据该实施例，冲头6具有绝热层15。因此，从热管13的下端16处的下热板7施加的热量在不从热管13的侧表面逃逸到冲头6中的情况下被传递至上端17。因此，下热板7的热量有效地移动到挤压表面14。因此，根据该实施例的成型模5，即使当它在寒冷状态下操作时，挤压表面14也会瞬间被加热，使得可以迅速地开始热成型。

[0079] 同时，以上实施例可以被如下变型。为了方便解释，与以上实施例的压缩成型设备1的组成构件相同的构件用相同的参考数字表示并且省略其详细描述。

[0080] 图2示出根据该实施例的第一变型的实施例的压缩成型设备1A的结构。如图2中所示，压缩成型设备1A包括：成型模5A，该成型模5A具有上成型模2、中成型模3和被设置成竖立于下成型模4上的冲头6A；以及热成型设备主体9，该热成型设备主体9具有下热板7和上热板8，冲头6A经由下成型模4固定到该下热板7，上成型模2固定到该上热板8。

[0081] 这里，冲头6A具有上冲头（第一构件）28和下冲头（第二构件）29两个构件，上冲头28形成了挤压摩擦材料10的挤压表面14，下冲头29布置在上冲头28和下热板7之间并且支撑上冲头28。另外，与所述冲头6同样地，冲头6A具有热管13和绝热层15。另外，绝热材料分别布置在上冲头28和下冲头29之间以及下冲头29和下成型模4之间。下绝热材料是被插置于下冲头29和下热板7之间的第二绝热材料，其被称为下绝热材料18；并且上绝热材料是被插置于上冲头28和下冲头29之间的第一绝热材料，其被称为上绝热材料19。冲头6A通过螺栓紧固上冲头28和下冲头29以及上绝热材料19和下绝热材料18构成。上绝热材料19和下绝热材料18由在热成型时能够承受挤压力的材料制成，例如云母、玻璃、玻璃纤维、硅等的复合材料。

[0082] 下绝热材料18阻止来自下热板7的热量扩散到冲头6A的下冲头29中，该下冲头29是不需要加热的中心部分，从而使得下热板7的热量将被容易地传递至热管13。另外，上绝热材料19阻止从热管13获得的热量扩散到下冲头29中，因此使得热管13的热量将被容易地传递至上冲头28的挤压表面14。冲头6A通过上冲头28或下冲头29以及上绝热材料19或下绝热材料18采用了多层结构。因此，根据该变型实施例的成型模5A，即使当它在寒冷状态下操作时，挤压表面14也会瞬间被加热，使得可以迅速地开始热成型。

[0083] 图3示出该实施例的第二变型的实施例的压缩成型设备1B的结构。如图3中所示，压缩成型设备1B包括：成型模5B，该成型模5B具有上成型模2、中成型模3和被设置成竖立于下成型模4上的冲头6B；以及热成型设备主体9，该热成型设备主体9具有下热板7和上热板8，冲头6B经由下成型模4固定到该下热板7，上成型模2固定该到上热板8。

[0084] 这里，与冲头6同样地，冲头6B具有热管13和绝热层15B。在此处，与绝热层15同样地，该变型的实施例的绝热层15B沿热管13的纵向方向包裹该热管13。然而，绝热层形成在冲头6B的整个内部上。即，绝热层15B在冲头6B中形成了空间（void）。该空间形成在冲头6B中，因而降低了热容量。因此，热量从热管13的下端16传递到上端17而在途中无热辐射，并且下热板7的热量被容易地传递至热管13而无扩散。由于冲头6B具有空心结构，根据该变型的实施例的成型模5B，即使当它在寒冷状态下操作时，挤压表面14也会瞬间被加热，使得可以迅速地开始热成型。

[0085] 同时，如在示出了第二变型实施例的另一方面的图4中所示，压缩成型设备1B可以设置有被设置成竖立于绝热层15B中的支撑部分20，从而防止挤压表面14在成型时弯曲。支撑部分20可以是柱形或板形。当绝热层15B设置有支撑部分20时，它可以承受在成型时被施加到挤压表面14的载荷。依据绝热层15B的尺寸、热管13的数量、在成型时将施加的载荷等，适当地确定支撑部分20的布置部分、形状、数量和尺寸。例如，存在如图5中所示的另一方面。

[0086] 在各个实施例和变型实施例中，各个热管被如下固定。图6是该实施例的成型模5的热管13的上端17的固定状态的放大图。热管13由铜制成，而冲头6由铁制成。因此，热管13的热膨胀系数大于下成型模4或冲头6的热膨胀系数。因此，如图6中所示，冲头6被构造成使得在常温下在热管13的上端17和冲头6的上表面22之间形成有间隙23A。依据冲头6和热管13的热膨胀系数之间的差异、当温度从常温升高到使用温度时热管13的线性热膨胀之间的差异、热管13的长度等，适当地确定间隙23A在上下方向上的长度。另外，冲头6的与热管13的上端17相面对的面对表面22与所述挤压表面14之间的厚度H通过适当的强度计算来设计，使得不存在由于压缩成型引起的变形。同时，冲头6可以由除铁之外的其它铁基材料（例如，钢或各种合金）制成。另外，热管的材料并不限于铜，还可以采用铝、不锈钢等。

[0087] 另外，传热油脂可以被设置在间隙23A中从而维持热管13和冲头6之间的热传导性。传热油脂是一种混合了铜粉末等从而表现出高热传导性的粘性液体，并且当将热管13并入到冲头6中时所述传热油脂被注入到装配部分21中。同时，当使用了传热油脂时，所述面对表面22的边缘可以设置有环状狭缝25，如图7中所示。可替代地，可以在热管13和围壁表面24之间设置间隙而无狭缝25。在面对表面22的边缘设置有狭缝25的情况下，即使当热管13的上端17和装配部分21因热膨胀而产生相对移位时，在间隙23A中的传热油脂27也会被维持在狭缝25中，如图8中所示。因此，即使当间隙23A由于热膨胀而变窄时，也不会发生传热油脂从装配部分21的围壁表面24和热管13之间的间隙喷出、散布到绝热层15中并且因此在装配部分21中流失的情况。

[0088] 同时，热管13可以被如下固定。图9是该实施例的成型模5的热管13的下端16的固定状态的放大图。热管13被构造成使得在常温下在热管13的下端16和下热板7之间形成有间隙23B，如图9中所示。像间隙23A那样，依据冲头6和热管13的热膨胀系数之间的差异、当温度从常温升高到使用温度时热管13的线性热膨胀之间的差异、热管13的长度等，适当地确定间隙23B在上下方向上的长度。这里，在间隙23B中设置有板簧26，这与间隙23A不同。板簧26向上推进热管13的下端16。因此，即使当热管13和冲头6热膨胀时，也维持了热管13的上端17和装配部分21的面对表面之间的粘附性，即，热管13的上端17和冲头6之间的热传导率。同时，代替板簧26，也可以插入并且被定位螺旋弹簧或具有耐热性的弹性构件。

[0089] 同时，在图7至图9中，已经对本发明的第一实施例的成型模5进行了变型。然而，也可以对各个变型实施例的成型模5A、5B进行同样的变型。

[0090] 另外，各个实施例和变型实施例可以如下变型。在图10中示出了第一实施例的第一变型实施例的压缩成型设备1A的另一方面。同时，虽然以压缩成型设备1A的另一方面为例，但是第一实施例的压缩成型设备1和第一实施例的第二变型实施例的压缩成型设备1B可以同样地变型。

[0091] 如图10中所示，在该方面的压缩成型设备1Ax中，热管（第二热管）13x水平地嵌入在覆盖下热板7的下成型模（第四构件）4x中。热管13x将嵌入下热板7中的升温加热器（未示出）的热量收集到冲头6A中，从而抑制下成型模4x的热辐射。

[0092] 如图11(A)、图11(B)或图11(C)中所示，为了将嵌入在下热板7中的升温加热器的热量集中到冲头6A中，热管13x嵌入在下成型模4x中，使得该热管内建在区域RI和另一个区域RO之间，沿着支撑冲头6A的表面延伸的所述冲头6A布置在所述区域RI中。热管13x可以内建在所述两个区域之间，使得该热管13x的一端被定位在区域RI中并且另一端被定位在区域RO中，或可以内建在两个所述区域之间使得两端均定位在区域RO中并且区域RI介于它们之间。区域RI是这样一个区域：冲头6A布置在该区域中，并且当该区域被加热时，该冲头6A的挤压表面14的温度升高。另外，区域RO是除了布置所述冲头6A的所述区域之外的区域，并且是将下热板7的热量辐射到周围空气的区域。同时，图11中所示的热管13x的位置仅仅只是示例性的并且本发明并不限于此。例如，只要热管内建在区域RI和区域RO之间，那么任何布置都是可能的。例如，当布置了多个冲头6A时，热管13x可以被布置成使得各热管内建在布置有该冲头6A的各个区域RI和其它区域RO之间。

[0093] 另外，无论热管13x是否被嵌入在冲头6A中，都可以获得当热管13x水平地嵌入在下成型模4x中时获得的对冲头6A的集热效应。即，在压缩成型设备1Ax中，可以省略被嵌入在冲头6A中的热管13。其中省略了热管的配置还可以被应用于如下情况：其中该方面被应用于第一实施例的压缩成型设备1或应用于第二变型实施例的压缩成型设备1B。

[0094] 图12示出其中热管13y水平地嵌入在下成型模4y中的方面，代替省略第一实施例的压缩成型设备1的热管13。如图12中所示，在第二实施例的压缩成型设备1y中，热管（第二热管）13y水平地嵌入在下成型模（第四构件）4y中，代替省略嵌入在冲头6A中的热管13。热管13y将下热板7的热量收集到冲头（第三构件）6y。如图11中所示，热管13y被定位在并且嵌入在下成型模4y中，使得热管被内建在其中布置有冲头6y的区域RI和另一个区域RO之间。

[0095] 图13示出该方面的压缩成型设备1y中的热量的移动。例如，由于冲头6y被支撑在下成型模4y的中心部分并且热管13y被嵌入且被布置在下成型模4y的中心部分和中心部分之间，压缩成型设备1y可以抑制从布置在下成型模4y上的冲头6y周围散发的、下热板7的热量的辐射，如图13中所示。由于热管13y具有将热量从高温部分输送到低温部分的特性，所以当摩擦材料10被重复地放置到成型模5中时，周围的热量被收集到其热量被掠夺的所述冲头6y。

[0096] 同时，如图14中所示，例如，在不嵌入热管13y的情况下，即使当摩擦材料被重复地施加到成型模中并且热量因此被掠夺，周围的热量不被收集到冲头。因此，不可能从冲头的周围散发的、下热板的热量的辐射。

[0097] 另外，本发明并不限于独立地设置水平热管13x和竖直热管13的构造。例如，热管可以具有L形状，其中，热管从区域R0通向区域R1、被向上弯曲然后被布置在冲头中。

[0098] 在图15中示出了热管和热辐射之间的关系。图15(A)示出其中仅设置有热管13即竖直热管的配置。另外，图15(B)示出其中仅设置有热管13x即水平热管的配置。另外，图15(C)示出其中设置有热管13和热管13x两者的该变型实施例的配置。同时，在图15(A)至图15(C)中，仅示出冲头和下成型模并且省略了其它部件。如图15(A)至图15(C)中所示，在其中仅设置有竖直热管的配置中，下热板的热量不被收集到冲头，使得热辐射量很大。另外，在其中仅设置有水平热管的配置中，下热板的热量被收集到冲头，但是许多热量在冲头的挤压表面和下热板之间横向地辐射。同时，在其中设置有竖直热管和水平热管两者的配置中，下热板的热量被有效地收集到冲头的挤压表面并且热辐射量很小。

[0099] 该实施例的效果通过试验证实并且其结果被描述如下。图16是示出了在如下各成型模中从下热板到挤压表面的温度梯度的图表，该各成型模为：不具有热管或绝热层的成型模（比较性示例1）；具有竖直热管并且无绝热层的成型模（比较性示例2）；具有竖直热管和绝热层的第一变型实施例的成型模（实施例1）；具有水平热管的实施例的另一方面的成型模（实施例2）；以及具有竖直热管和水平热管和绝热层的第一变型实施例的另一方面的成型模（实施例3）。

[0100] 如从图16的曲线图中可以清楚地看到的，在比较性示例1中，温度从热板到挤压表面逐渐下降。在比较性示例2中，可以看到的是，与比较性示例1同样，温度下降，虽然与比较性示例1相比，温度并非急剧地下降。另一方面，在实施例1至3中，温度从热板到挤压表面微小地下降。特别地，在实施例3中，可以看到的是，甚至与实施例1或2相比，温度不是显著下降。

[0101] 原因如下。即，在比较性示例1中，热量的传输路径遵循热板-冲头内部-挤压表面的路线。在比较性示例2中，热量的传输路径遵循热板-热管-冲头内部-挤压表面的路线。与这相比，在实施例1或3中，热量的传输路径遵循热板-热管-挤压表面-冲头内部的路线。即，由于热量最后被传输到冲头内部中，挤压表面的温度优先升高。另外，在实施例2中，热量的传输路径遵循热板-水平热管-冲头内部-挤压表面的路线。即，由于下热板的热量在扩散到下成型模之前被收集到冲头内部，所以挤压表面的温度优先升高。因此，甚至在低温起动之后，挤压表面也会瞬间被加热，使得迅速地开始热成型是可能的。特别地，在实施例3中，由于下成型模周围的热辐射量很小，热板的热量被有效地传递至热管，使得挤压表面的温度更优先地升高。

[0102] 另外，图17是示出了针对实施例1到3和比较性例子1和2的直到挤压表面的温度升高完成为止的温度变化的图表。如图17中所示，在实施例1中，直到温度饱和到约150度为止花费约10分钟。另外，在实施例2中，直到温度饱和到约151度为止花费约12分钟。另外，在实施例3中，直到温度饱和到约153度为止花费约5分钟。另一方面，在比较性示例1中，直到温度饱和到约80度花费约80分钟。另外，在比较性示例2中，直到温度饱和到约140度为止花费约50分钟。同时，在以上试验中，热板的设定温度是160度。

[0103] 像这样，与比较性示例1或2相比，在实施例1至3中，挤压表面极其迅速地被加热。因此，获得了下列优势。即，当温度升高缓慢并且热板和挤压表面之间的温度差因此不可忽略时，像比较性示例性1或2那样，有必要采取例如在冲头中嵌入一个热电偶并且从下成型模取出接线的措施，从而检查挤压表面是否达到期望的温度并且因此可以使摩擦材料热成型。因此，更换放置在热板上的成型模是非常棘手的。同时，当温度升高迅速并且在热板和挤压表面之间几乎不产生温度差时，像实施例1至3那样，没有必要在冲头中嵌入一个热电偶来检查挤压表面是否达到期望的温度并且因此可以使摩擦材料热成型。这是因为只需测量热板的温度。因此，不必采取例如从下成型模取出接线的措施，并且容易地更换放置在热板上的成型模是可能的。另外，当易于控制挤压表面的温度时，像这些实施例那样，容易地使待成型的摩擦材料的质量稳定是可能的。特别地，在实施例3中，由于下成型模中的热辐射量甚至与实施例1或2相比更小，所以挤压表面的饱和温度也更高并且挤压表面在短时间内达到饱和温度。

[0104] 同时，由于认为热管的数量与挤压表面能够达到的温度有关，所以对其验证结果描述如下。

[0105] 图18是示出了热管的数量和可达温度之间的关系的图表。如图18中所示，当热管的数量是一个或两个时，可达温度（饱和温度）为约90至110度。然而，当热管的数量是三个或更多个时，可达温度为约120度。同时，在这时，热板的设定温度是120度。热管越多，温度升高速度越快。然而，从以上验证结果，可以看到的是，当热管的数量是三个或更多个时，饱和温度几乎无差异。根据待制造的产品的形状、温度升高速度和成型模的温度达到稳定时的饱和温度，可以适当地确定热管的数量、长度、形状（截面）和厚度（直径）。

[0106] 虽已经参照特定实施例和实施例具体地描述了本发明，但是对本领域的技术人员来说明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和变型。例如，在以上实施例中，已经例证了用于使盘式制动器的刹车片的摩擦材料10热成型的压缩成型设备1和成型模5。然而，本发明的压缩成型设备和成型模并且不限制于此并且可被应用于各种待成型产品的热成型。

[0107] 本申请是基于2010年3月9日提交的日本专利申请No.2010-052115和2011年1月18日提交的日本专利申请No.2011-007861，这两份专利申请公开内容通过引用的方式并入此处。

[0108] 工业实用性

[0109] 本发明的压缩成型设备和成型模可以应用于待成型产品，例如盘式制动器或鼓式制动器的摩擦材料，的有效的热成型。另外，将摩擦材料施加于压板或边缘从而进行热成型是可能的。