JP4014156B2 - ピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキ - Google Patents
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- Sealing Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物によって成形されたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ピストンシール部材は、一般にゴムを主成分とするゴム組成物によって成形されている。例えば、車両用のディスクブレーキには、ピストンおよびシリンダを内蔵したキャリパボディが装着され、シリンダの内周面に形成された環状溝には、ピストンシール部材が装着されている。ディスクブレーキは、液圧によって、各車輪に固定されているディスクロータにブレーキパッドを押し付け、摩擦材であるブレーキパッドの摩擦力で車輪の回転を止めるものである。このピストンシール部材は、ブレーキ液をシールする役割と、液圧によって前進したピストンを戻す（ロールバック）役割とを有する。ここで、このブレーキパッドは、液圧によって、ピストンが前進することにより、ディスクに押し付けられる。
【０００３】
すなわち、このピストンシール部材が装着されていることにより、前記シリンダと、前記シリンダの孔に挿入されたピストンとを液密的に移動可能な状態で密接させることができる。また、液圧にて前進した該ピストンは、ピストンシール部材によってロールバックされる（特許文献１参照）。したがって、このピストンシール部材には、ブレーキ液を確実にシールするための靭性と、液圧にて前進した該ピストンを元の位置に戻す（ロールバック）ための弾性との両方が求められる。
【０００４】
また、ディスクブレーキのキャリパボディは、ディスクロータとブレーキパッドとの間に生じる摩擦熱によって、作動中に高温になる。これに伴い、ピストンシール部材も高温に曝される。ゴム組成物からなるピストンシール部材は、高温になると熱膨張するとともに、ピストンシール部材の弾性率が低下する。この場合、ピストンシール部材の熱膨張及びピストンシール部材の弾性率の低下によってピストンのロールバック量が変化することになり、ブレーキの効き代が変化することになる。例えば、オートバイのディスクブレーキにおいては、ブレーキ・レバーのストローク量が変化することになり、運転者のブレーキ操作に違和感を生じる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平３−５９２９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、温度上昇に伴う熱膨張を抑えたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキを提供することにある。また、温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材は、ディスクブレーキのキャリパボディのシリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせるピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、少なくともカーボンブラック１００重量部以上を添加し、かつ、製造過程でプロセスオイルを用いないで得たゴム組成物によって成形され、
前記ゴム組成物は、１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率が、いずれも１２ＭＰａ以上であり、かつ、３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率が±２５％以内であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第一の態様によれば、ピストンシール部材が、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、少なくともカーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形されることで、耐熱性、耐寒性、シール性、及びブレーキフルード等の作動液に対する耐性を得ることができる。また、ピストンシール部材の温度上昇に伴う熱膨張を抑えることによって、温度変化によるシール性の低下を防止することができる。さらに、ピストンシール部材の温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、シール性や追従性の低下を防止することができる。また、ピストンシール部材は、温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。１５０℃における動的弾性率が、１２ＭＰａ未満であった場合には、１５０℃以上の高温状態におけるシール性や、ピストンシール部材における必要な追従性が得られない。さらに、ピストンシール部材は、低温時だけでなく高温時においても安定した弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。またさらに、ピストンシール部材は、低温領域から高温領域にわたって、安定したロールバック量を再現することができる。
【０００９】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記カーボンブラックは、平均粒径が４０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００１０】
このような構成とすることで、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００１１】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が７０ｍ２／ｇ以下とすることができる。
【００１２】
このような構成とすることで、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００１３】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記ゴム組成物は、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下とすることができる。
【００１４】
このような構成とすることで、ピストンシール部材は、温度上昇に伴う熱膨張を抑えることができ、温度変化によるシール性の低下を防止することができる。
【００２１】
ここで、本発明の第二の態様に係るディスクブレーキにおいて、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材と、
シリンダ孔を有するシリンダと、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、を含み、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔の内周壁に形成された環状溝に嵌め込まれ、
前記シリンダ孔に挿入された前記ピストンを液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせることができる。
【００２２】
このような構成とすることで、ディスクブレーキのピストンシール部材においては、ピストンシール部材の温度上昇に伴う熱膨張を抑え、弾性率の低下を減少させることによって、ピストンのロールバック量を安定化させ、運転者のブレーキ操作に違和感を生じさせない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材８を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すピストンシール部材８を含むディスクブレーキ２０を模式的に示す断面図である。本実施の形態においては、一例として、フローティングタイプの車両用ディスクブレーキ（図２参照）について説明する。
【００２５】
ディスクブレーキ２０には、ピストン５およびシリンダ６を含むキャリパボディ１が設けられている。キャリパボディ１は、作用部１ｂおよび反作用部１ｃを含む。この作用部１ｂおよび反作用部１ｃは、ブリッジ部１ａを介して一体的に形成されている。
【００２６】
車輪（図示せず）と一体回転するディスクロータ２の両側の摩擦面に臨ませて、一対の摩擦パッド４ｂ，４ｃが配置されている。ブラケット３には、摩擦パッド４ｂ，４ｃをディスクロータ２に押圧するキャリパボディ１がスライドピン（図示せず）を介して進退可能に連結している。このキャリパボディ１は、一方の摩擦パッド４ｂの背面に配置する作用部１ｂと、他方の摩擦パッド４ｃの背面に配置する反作用部１ｃと、ディスクロータ２の外周を跨いで作用部１ｂおよび反作用部１ｃを連結するブリッジ部１ａとで構成される。
【００２７】
このディスクブレーキ２０は、車体（図示せず）に固定されたブラケット３に摺動可能な状態で支持されている。また、図２に示すように、ピストン５およびシリンダ６は作用部１ｂに形成されている。
【００２８】
摩擦パッド４ｂは、シリンダ６の孔５ａに挿入されたピストン５によって押されて移動し、ディスクロータ２の一側面に接する。摩擦パッド４ｃは、反作用部１ｃによって押されて移動し、ディスクロータ２の他方の側面に接する。上記の動作により、制動が行なわれる。
【００２９】
シリンダ孔６ａの内周壁には、環状のピストンシール溝７が設けられている。このピストンシール溝７にピストンシール部材８が嵌め込まれている。ピストンシール部材８の材質については後述する。
【００３０】
液圧室９は、ピストン５の底部とシリンダ６との間に設けられている。この液圧室９には、供給口１０よりブレーキフルードが供給される。ピストンシール部材８は、このブレーキ液をシールする機能と、液圧が低下したときに、前進していたピストン５をロールバックさせる機能を有する。供給口１０は、液圧経路２８を介して、液圧源であるマスタシリンダ（図示せず）の出力ポート（図示せず）に接続されている。
【００３１】
図１に示すように、ピストンシール溝７は、面取コーナ７ａと面取コーナ７ｂとを有している。ピストンシール部材８は、図１に示す黒い矢印方向（図２におけるディスクロータ２側）にピストン５が摺動して前進することによって、ピストン５の摺動面に追従してピストンシール部材８の一部が面取コーナ７ａに入り込む。そして、液圧室９の液圧が低下したらピストンシール部材８の弾性によって復元することでピストン５が矢印と反対方向にロールバックされる。
【００３２】
ピストンシール部材８は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形される。カーボンブラックが１００重量部未満の場合は、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ピストンシール部材中のゴムポリマー分率を小さくして、線膨張係数を低く抑えられない恐れがある。さらに好ましくは、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１２０重量部以上２５０重量部以下である。ここで、「重量部」は、特に指定しない限り「ｐｈｒ」を示し、「ｐｈｒ」は、ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｏｒ ｒｕｂｂｅｒの省略形であって、ゴム等に対する添加剤等の外掛百分率を表すものである。
【００３３】
（エチレンプロピレンゴム）
エチレンピロピレンゴム（ＥＰＲ）は、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・共重合体）、ＥＰＭ（エチレン・プロピレン共重合体）等を用いることができる。また、本実施の形態におけるエチレンプロピレンゴムは、ピストンシール部材に必要な耐熱性、耐寒性、シール性を得るため、エチリデンノルボルネンなどの第３成分を含み、かつ、エチレンとプロピレンの共重合比は、エチレン含量で４５％〜８０％のＥＰＤＭが好ましい。
【００３４】
（カーボンブラック）
カーボンブラックは、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えるため、平均粒径が４０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。カーボンブラックの平均粒径が４０ｎｍ未満であると、望ましい硬さや線膨張係数の組み合わせが得られなくなり、平均粒径が５００ｎｍを超えると、補強効果が得られない。また、カーボンブラックのサイズを窒素吸着比表面積（ｍ２／ｇ）で表すと、望ましい硬さや線膨張係数の組み合わせを得るためには７０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、さらに望ましくは５０ｍ２／ｇ以下である。窒素吸着比表面積が７０ｍ２／ｇ以下のゴム組成物であれば、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００３５】
（ゴム組成物）
本発明のゴム組成物を得る方法としては、エチレンプロピレンゴム１００重量部と、少なくともカーボンブラック１００重量部以上をミキシングロール、単軸あるいは２軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなど公知の混合機に供給して混練する方法がある。通常、この混練の際に、カーボンブラックと同量程度のプロセスオイルが使用されるが、本発明のゴム組成物の製造過程では使用しない。プロセスオイルを用いて製造されたディスクブレーキのピストンシール部材を用いた場合、プロセスオイルがブレーキフルード中に溶け出し、ブレーキフルードの性能の経時変化や耐熱性の変化の原因となるからである。
【００３６】
本発明のゴム組成物を混練する際に添加する架橋剤としては、１，１−ビス（第３ブチルペルオキシン）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２,５−ジメチル−２,５−ジ(第３ブチルペルオキシ)ヘキサン、２,５−ジメチル−２,５−ジ(第３ブチルペルオキシ)ヘキシン−３第３ブチルクミルペルオキシド、ジ(第３ブチルペルオキシ)−ｍ−ジイソプロピルベンゼン、ジ第３ブチルペルオキシド、１，３−ジ(第３ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ベンゾイルペルオキシドなどの有機過酸化物、及びトリアリルイソシアネート、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリアリルシアヌレート、キノンジオキシム、イオウ化合物、１，２−ポリブタジエンなどの共架橋剤を用いることができる。
【００３７】
本発明におけるゴム組成物は、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であることが好ましい。ゴム組成物の線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であれば、温度上昇に伴う熱膨張を抑えることができ、温度変化によるピストンシール部材でのシール性の低下を防止することができる。また、ゴム組成物の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１２ＭＰａ以上である。また、さらに望ましくは、ゴム組成物の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１４ＭＰａ以上であることが好ましい。ゴム組成物の温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、ピストンシール部材におけるシール性や、追従性の低下を防止することができる。１５０℃における動的弾性率が、１２ＭＰａ未満であった場合には、１５０℃以上の高温状態におけるシール性や、ピストンシール部材における必要な硬さが得られない。また、ゴム組成物の３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率は、±２５％以内である。動的弾性率の変化率が±２５％以内のゴム組成物を使用したピストンシール部材は、実用温度範囲における安定した弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。
【００３８】
このようにエチレンプロピレンゴムとカーボンブラックとを混練して得られたゴム組成物は、押出成形や射出成形によってピストンシール部材８に成形される。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明する。本実施例においては、ゴム組成物を調整して成形したピストンシール部材８をディスクブレーキ２０の環状のピストンシール溝７に嵌め込み、ロールバック量の評価試験及び図示せぬマスタシリンダを作動させる図示せぬ操作レバーのレバーストローク増加量について評価試験を行い、その特性を評価した。なお、ロールバック量の測定は、ピストンシール部材１４０℃において、液圧０．９ＭＰａをディスクブレーキ２０に１０回加えて作動させた後、液圧６．９ＭＰａで５秒間保持し、そのときのピストン位置に対する液圧を解放した時のピストン移動量を測定した。また、レバーストローク増加量は、ピストンシール部材が３０℃と１４０℃の状態におけるブレーキの効きはじめまでの２輪車用のブレーキレバーのストローク量を測定した。
【００４０】
評価試験の結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
［実施例１］
ＪＳＲ株式会社製のＥＰＤＭ（商品名ＥＰ３３）１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１００重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０５５ｍｍと小さく、レバーストローク増加量も１４ｍｍで許容範囲内であった。
【００４２】
［実施例２］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１３０重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０４０ｍｍと実施例１よりもさらに小さく、レバーストローク増加量も１０ｍｍで許容範囲内であった。
【００４３】
［実施例３］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１５０重量部、有機化酸化物４重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０４６ｍｍと小さく、レバーストローク増加量も３ｍｍで実施例２よりもさらに少なくなり許容範囲内だった。
【００４４】
［比較例１］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＨＡＦグレード（平均粒径２８ｎｍ、窒素吸着比表面積７９ｍ２／ｇ）のカーボンブラックを４５重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０７３ｍｍと大きく、レバーストローク増加量も２９ｍｍで許容範囲（１５ｍｍ以下）をオーバーした。
【００４５】
［比較例２］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＨＡＦグレード（平均粒径２８ｎｍ、窒素吸着比表面積７９ｍ２／ｇ）のカーボンブラックを１００重量部を混練したゴム組成物ではピストンシール部材の成形が困難であったため評価できなかった。
【００４６】
表１に示すように、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であるゴム組成物を用いた実施例１〜３は、ロールバック量及びレバーストローク増加量の評価がよかった。これは、高温（１４０℃）時においてもピストンシール部材があまり膨張しないため、低温（３０℃）時の性能とほとんど変化しないことを表している。また、比較例１においては、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）を超えており、その結果、高温でのピストンシール部材の体積膨張によってロールバック量が増え、レバーストローク増加量が１５ｍｍを超えることになり、運転者がブレーキ操作時に違和感を受けるようになると評価された。
【００４７】
また、表１から判るように、実施例１〜３のピストンシール部材の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１２ＭＰａ以上の動的弾性率を維持しているゴム組成物を用いた場合には、高温（１５０℃）時であっても安定したロールバック量やレバーストローク量を維持することができることが確認された。特に、表１のＥ’変化率は、３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率であり、実施例１〜３のゴム組成物においては、±２５％を超えることは無かった。一方、比較例１Ｅ’変化率は−２５％を超えているゴム組成物を用いた場合には、高温（１５０℃）におけるロールバック量が増え、レバーストローク増加量が１５ｍｍを超えることになり、運転者がブレーキ操作時に違和感を受けるようになると評価された。
【００４８】
表１の評価から、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形されたピストンシール部材は、ロールバック量とレバーストローク増加量の性能評価において優れていることが判った。
【００４９】
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すピストンシール部材を含むディスクブレーキを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ キャリパボディ
１ａ ブリッジ部
１ｂ 作用部
１ｃ 反作用部
２ ディスクロータ
３ ブラケット
４ｂ，４ｃ 摩擦パッド
５ ピストン
６ シリンダ
６ａ シリンダ孔
７ ピストンシール溝
７ａ，７ｂ 面取コーナ
８ ピストンシール部材
９ 液圧室
１０ 供給口
１１ ブーツ
２０ ディスクブレーキ
２８ 液圧経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム組成物によって成形されたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ピストンシール部材は、一般にゴムを主成分とするゴム組成物によって成形されている。例えば、車両用のディスクブレーキには、ピストンおよびシリンダを内蔵したキャリパボディが装着され、シリンダの内周面に形成された環状溝には、ピストンシール部材が装着されている。ディスクブレーキは、液圧によって、各車輪に固定されているディスクロータにブレーキパッドを押し付け、摩擦材であるブレーキパッドの摩擦力で車輪の回転を止めるものである。このピストンシール部材は、ブレーキ液をシールする役割と、液圧によって前進したピストンを戻す（ロールバック）役割とを有する。ここで、このブレーキパッドは、液圧によって、ピストンが前進することにより、ディスクに押し付けられる。
【０００３】
すなわち、このピストンシール部材が装着されていることにより、前記シリンダと、前記シリンダの孔に挿入されたピストンとを液密的に移動可能な状態で密接させることができる。また、液圧にて前進した該ピストンは、ピストンシール部材によってロールバックされる（特許文献１参照）。したがって、このピストンシール部材には、ブレーキ液を確実にシールするための靭性と、液圧にて前進した該ピストンを元の位置に戻す（ロールバック）ための弾性との両方が求められる。
【０００４】
また、ディスクブレーキのキャリパボディは、ディスクロータとブレーキパッドとの間に生じる摩擦熱によって、作動中に高温になる。これに伴い、ピストンシール部材も高温に曝される。ゴム組成物からなるピストンシール部材は、高温になると熱膨張するとともに、ピストンシール部材の弾性率が低下する。この場合、ピストンシール部材の熱膨張及びピストンシール部材の弾性率の低下によってピストンのロールバック量が変化することになり、ブレーキの効き代が変化することになる。例えば、オートバイのディスクブレーキにおいては、ブレーキ・レバーのストローク量が変化することになり、運転者のブレーキ操作に違和感を生じる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平３−５９２９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、温度上昇に伴う熱膨張を抑えたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキを提供することにある。また、温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材は、ディスクブレーキのキャリパボディのシリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせるピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、少なくともカーボンブラック１００重量部以上を添加し、かつ、製造過程でプロセスオイルを用いないで得たゴム組成物によって成形され、
前記ゴム組成物は、１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率が、いずれも１２ＭＰａ以上であり、かつ、３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率が±２５％以内であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第一の態様によれば、ピストンシール部材が、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、少なくともカーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形されることで、耐熱性、耐寒性、シール性、及びブレーキフルード等の作動液に対する耐性を得ることができる。また、ピストンシール部材の温度上昇に伴う熱膨張を抑えることによって、温度変化によるシール性の低下を防止することができる。さらに、ピストンシール部材の温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、シール性や追従性の低下を防止することができる。また、ピストンシール部材は、温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。１５０℃における動的弾性率が、１２ＭＰａ未満であった場合には、１５０℃以上の高温状態におけるシール性や、ピストンシール部材における必要な追従性が得られない。さらに、ピストンシール部材は、低温時だけでなく高温時においても安定した弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。またさらに、ピストンシール部材は、低温領域から高温領域にわたって、安定したロールバック量を再現することができる。
【０００９】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記カーボンブラックは、平均粒径が４０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
【００１０】
このような構成とすることで、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００１１】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が７０ｍ２／ｇ以下とすることができる。
【００１２】
このような構成とすることで、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００１３】
ここで、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材において、前記ゴム組成物は、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下とすることができる。
【００１４】
このような構成とすることで、ピストンシール部材は、温度上昇に伴う熱膨張を抑えることができ、温度変化によるシール性の低下を防止することができる。
【００２１】
ここで、本発明の第二の態様に係るディスクブレーキにおいて、本発明の第一の態様に係るピストンシール部材と、
シリンダ孔を有するシリンダと、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、を含み、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔の内周壁に形成された環状溝に嵌め込まれ、
前記シリンダ孔に挿入された前記ピストンを液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせることができる。
【００２２】
このような構成とすることで、ディスクブレーキのピストンシール部材においては、ピストンシール部材の温度上昇に伴う熱膨張を抑え、弾性率の低下を減少させることによって、ピストンのロールバック量を安定化させ、運転者のブレーキ操作に違和感を生じさせない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材８を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すピストンシール部材８を含むディスクブレーキ２０を模式的に示す断面図である。本実施の形態においては、一例として、フローティングタイプの車両用ディスクブレーキ（図２参照）について説明する。
【００２５】
ディスクブレーキ２０には、ピストン５およびシリンダ６を含むキャリパボディ１が設けられている。キャリパボディ１は、作用部１ｂおよび反作用部１ｃを含む。この作用部１ｂおよび反作用部１ｃは、ブリッジ部１ａを介して一体的に形成されている。
【００２６】
車輪（図示せず）と一体回転するディスクロータ２の両側の摩擦面に臨ませて、一対の摩擦パッド４ｂ，４ｃが配置されている。ブラケット３には、摩擦パッド４ｂ，４ｃをディスクロータ２に押圧するキャリパボディ１がスライドピン（図示せず）を介して進退可能に連結している。このキャリパボディ１は、一方の摩擦パッド４ｂの背面に配置する作用部１ｂと、他方の摩擦パッド４ｃの背面に配置する反作用部１ｃと、ディスクロータ２の外周を跨いで作用部１ｂおよび反作用部１ｃを連結するブリッジ部１ａとで構成される。
【００２７】
このディスクブレーキ２０は、車体（図示せず）に固定されたブラケット３に摺動可能な状態で支持されている。また、図２に示すように、ピストン５およびシリンダ６は作用部１ｂに形成されている。
【００２８】
摩擦パッド４ｂは、シリンダ６の孔５ａに挿入されたピストン５によって押されて移動し、ディスクロータ２の一側面に接する。摩擦パッド４ｃは、反作用部１ｃによって押されて移動し、ディスクロータ２の他方の側面に接する。上記の動作により、制動が行なわれる。
【００２９】
シリンダ孔６ａの内周壁には、環状のピストンシール溝７が設けられている。このピストンシール溝７にピストンシール部材８が嵌め込まれている。ピストンシール部材８の材質については後述する。
【００３０】
液圧室９は、ピストン５の底部とシリンダ６との間に設けられている。この液圧室９には、供給口１０よりブレーキフルードが供給される。ピストンシール部材８は、このブレーキ液をシールする機能と、液圧が低下したときに、前進していたピストン５をロールバックさせる機能を有する。供給口１０は、液圧経路２８を介して、液圧源であるマスタシリンダ（図示せず）の出力ポート（図示せず）に接続されている。
【００３１】
図１に示すように、ピストンシール溝７は、面取コーナ７ａと面取コーナ７ｂとを有している。ピストンシール部材８は、図１に示す黒い矢印方向（図２におけるディスクロータ２側）にピストン５が摺動して前進することによって、ピストン５の摺動面に追従してピストンシール部材８の一部が面取コーナ７ａに入り込む。そして、液圧室９の液圧が低下したらピストンシール部材８の弾性によって復元することでピストン５が矢印と反対方向にロールバックされる。
【００３２】
ピストンシール部材８は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形される。カーボンブラックが１００重量部未満の場合は、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ピストンシール部材中のゴムポリマー分率を小さくして、線膨張係数を低く抑えられない恐れがある。さらに好ましくは、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１２０重量部以上２５０重量部以下である。ここで、「重量部」は、特に指定しない限り「ｐｈｒ」を示し、「ｐｈｒ」は、ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｏｒ ｒｕｂｂｅｒの省略形であって、ゴム等に対する添加剤等の外掛百分率を表すものである。
【００３３】
（エチレンプロピレンゴム）
エチレンピロピレンゴム（ＥＰＲ）は、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン・共重合体）、ＥＰＭ（エチレン・プロピレン共重合体）等を用いることができる。また、本実施の形態におけるエチレンプロピレンゴムは、ピストンシール部材に必要な耐熱性、耐寒性、シール性を得るため、エチリデンノルボルネンなどの第３成分を含み、かつ、エチレンとプロピレンの共重合比は、エチレン含量で４５％〜８０％のＥＰＤＭが好ましい。
【００３４】
（カーボンブラック）
カーボンブラックは、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えるため、平均粒径が４０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。カーボンブラックの平均粒径が４０ｎｍ未満であると、望ましい硬さや線膨張係数の組み合わせが得られなくなり、平均粒径が５００ｎｍを超えると、補強効果が得られない。また、カーボンブラックのサイズを窒素吸着比表面積（ｍ２／ｇ）で表すと、望ましい硬さや線膨張係数の組み合わせを得るためには７０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、さらに望ましくは５０ｍ２／ｇ以下である。窒素吸着比表面積が７０ｍ２／ｇ以下のゴム組成物であれば、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えることができる。
【００３５】
（ゴム組成物）
本発明のゴム組成物を得る方法としては、エチレンプロピレンゴム１００重量部と、少なくともカーボンブラック１００重量部以上をミキシングロール、単軸あるいは２軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなど公知の混合機に供給して混練する方法がある。通常、この混練の際に、カーボンブラックと同量程度のプロセスオイルが使用されるが、本発明のゴム組成物の製造過程では使用しない。プロセスオイルを用いて製造されたディスクブレーキのピストンシール部材を用いた場合、プロセスオイルがブレーキフルード中に溶け出し、ブレーキフルードの性能の経時変化や耐熱性の変化の原因となるからである。
【００３６】
本発明のゴム組成物を混練する際に添加する架橋剤としては、１，１−ビス（第３ブチルペルオキシン）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２,５−ジメチル−２,５−ジ(第３ブチルペルオキシ)ヘキサン、２,５−ジメチル−２,５−ジ(第３ブチルペルオキシ)ヘキシン−３第３ブチルクミルペルオキシド、ジ(第３ブチルペルオキシ)−ｍ−ジイソプロピルベンゼン、ジ第３ブチルペルオキシド、１，３−ジ(第３ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、ベンゾイルペルオキシドなどの有機過酸化物、及びトリアリルイソシアネート、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリアリルシアヌレート、キノンジオキシム、イオウ化合物、１，２−ポリブタジエンなどの共架橋剤を用いることができる。
【００３７】
本発明におけるゴム組成物は、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であることが好ましい。ゴム組成物の線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であれば、温度上昇に伴う熱膨張を抑えることができ、温度変化によるピストンシール部材でのシール性の低下を防止することができる。また、ゴム組成物の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１２ＭＰａ以上である。また、さらに望ましくは、ゴム組成物の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１４ＭＰａ以上であることが好ましい。ゴム組成物の温度上昇に伴う弾性率の低下を減少させることによって、低温時だけでなく高温時においても高い弾性率を維持することができ、ピストンシール部材におけるシール性や、追従性の低下を防止することができる。１５０℃における動的弾性率が、１２ＭＰａ未満であった場合には、１５０℃以上の高温状態におけるシール性や、ピストンシール部材における必要な硬さが得られない。また、ゴム組成物の３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率は、±２５％以内である。動的弾性率の変化率が±２５％以内のゴム組成物を使用したピストンシール部材は、実用温度範囲における安定した弾性率を維持することができ、シール性や、ピストンシール部材における追従性の低下を防止することができる。
【００３８】
このようにエチレンプロピレンゴムとカーボンブラックとを混練して得られたゴム組成物は、押出成形や射出成形によってピストンシール部材８に成形される。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明する。本実施例においては、ゴム組成物を調整して成形したピストンシール部材８をディスクブレーキ２０の環状のピストンシール溝７に嵌め込み、ロールバック量の評価試験及び図示せぬマスタシリンダを作動させる図示せぬ操作レバーのレバーストローク増加量について評価試験を行い、その特性を評価した。なお、ロールバック量の測定は、ピストンシール部材１４０℃において、液圧０．９ＭＰａをディスクブレーキ２０に１０回加えて作動させた後、液圧６．９ＭＰａで５秒間保持し、そのときのピストン位置に対する液圧を解放した時のピストン移動量を測定した。また、レバーストローク増加量は、ピストンシール部材が３０℃と１４０℃の状態におけるブレーキの効きはじめまでの２輪車用のブレーキレバーのストローク量を測定した。
【００４０】
評価試験の結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
ＪＳＲ株式会社製のＥＰＤＭ（商品名ＥＰ３３）１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１００重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０５５ｍｍと小さく、レバーストローク増加量も１４ｍｍで許容範囲内であった。
【００４２】
［実施例２］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１３０重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０４０ｍｍと実施例１よりもさらに小さく、レバーストローク増加量も１０ｍｍで許容範囲内であった。
【００４３】
［実施例３］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＭＴグレード（平均粒径７２ｎｍ、窒素吸着比表面積２７ｍ２／ｇ）のカーボンブラック１５０重量部、有機化酸化物４重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０４６ｍｍと小さく、レバーストローク増加量も３ｍｍで実施例２よりもさらに少なくなり許容範囲内だった。
【００４４】
［比較例１］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＨＡＦグレード（平均粒径２８ｎｍ、窒素吸着比表面積７９ｍ２／ｇ）のカーボンブラックを４５重量部、有機化酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部を混練してゴム組成物を得た。このゴム組成物を用いて射出成形によりピストンシール部材を成形した。このピストンシール部材のロールバック量は０．０７３ｍｍと大きく、レバーストローク増加量も２９ｍｍで許容範囲（１５ｍｍ以下）をオーバーした。
【００４５】
［比較例２］
エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して、ＨＡＦグレード（平均粒径２８ｎｍ、窒素吸着比表面積７９ｍ２／ｇ）のカーボンブラックを１００重量部を混練したゴム組成物ではピストンシール部材の成形が困難であったため評価できなかった。
【００４６】
表１に示すように、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であるゴム組成物を用いた実施例１〜３は、ロールバック量及びレバーストローク増加量の評価がよかった。これは、高温（１４０℃）時においてもピストンシール部材があまり膨張しないため、低温（３０℃）時の性能とほとんど変化しないことを表している。また、比較例１においては、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）を超えており、その結果、高温でのピストンシール部材の体積膨張によってロールバック量が増え、レバーストローク増加量が１５ｍｍを超えることになり、運転者がブレーキ操作時に違和感を受けるようになると評価された。
【００４７】
また、表１から判るように、実施例１〜３のピストンシール部材の１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率は、いずれも１２ＭＰａ以上の動的弾性率を維持しているゴム組成物を用いた場合には、高温（１５０℃）時であっても安定したロールバック量やレバーストローク量を維持することができることが確認された。特に、表１のＥ’変化率は、３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率であり、実施例１〜３のゴム組成物においては、±２５％を超えることは無かった。一方、比較例１Ｅ’変化率は−２５％を超えているゴム組成物を用いた場合には、高温（１５０℃）におけるロールバック量が増え、レバーストローク増加量が１５ｍｍを超えることになり、運転者がブレーキ操作時に違和感を受けるようになると評価された。
【００４８】
表１の評価から、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、カーボンブラック１００重量部以上を添加したゴム組成物によって成形されたピストンシール部材は、ロールバック量とレバーストローク増加量の性能評価において優れていることが判った。
【００４９】
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示すピストンシール部材を含むディスクブレーキを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ キャリパボディ
１ａ ブリッジ部
１ｂ 作用部
１ｃ 反作用部
２ ディスクロータ
３ ブラケット
４ｂ，４ｃ 摩擦パッド
５ ピストン
６ シリンダ
６ａ シリンダ孔
７ ピストンシール溝
７ａ，７ｂ 面取コーナ
８ ピストンシール部材
９ 液圧室
１０ 供給口
１１ ブーツ
２０ ディスクブレーキ
２８ 液圧経路
Claims (5)
- ディスクブレーキのキャリパボディのシリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせるピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、少なくともカーボンブラック１００重量部以上を添加し、かつ、製造過程でプロセスオイルを用いないで得たゴム組成物によって成形され、
前記ゴム組成物は、１０Ｈｚ、３０℃における動的弾性率及び１０Ｈｚ、１５０℃における動的弾性率が、いずれも１２ＭＰａ以上であり、かつ、３０℃から１５０℃への温度上昇に伴う動的弾性率の変化率が±２５％以内であることを特徴とするピストンシール部材。 - 請求項１において、
前記カーボンブラックは、平均粒径が４０ｎｍ〜５００ｎｍであることを特徴とするピストンシール部材。 - 請求項１において、
前記カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が７０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とするピストンシール部材。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ゴム組成物は、線膨張係数が１．６×１０−４（／Ｋ）以下であることを特徴とするピストンシール部材。 - 請求項１〜４記載のいずれかのピストンシール部材と、
シリンダ孔を有するシリンダと、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、を含み、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔の内周壁に形成された環状溝に嵌め込まれ、
前記シリンダ孔に挿入された前記ピストンを液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせることを特徴とするディスクブレーキ。
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