CN1300481C - 活塞密封部件及使用该活塞密封部件的盘式制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种盘式制动器(20)的活塞密封部件(8)，通过减少随着活塞密封部件(8)的温度的上升而引起的热膨胀率及弹性模量的降低，能够使活塞(5)的回退量稳定化，并减轻驾驶员在操作制动装置时的不适感。活塞密封部件(8)的特征是通过相对于乙丙橡胶100重量份添加了至少100重量份以上炭黑的橡胶组成物来成形的。

Description

活塞密封部件及使用该活塞密封部件的盘式制动器
技术领域
本发明涉及由橡胶组成物成形的活塞密封部件及使用该活塞密封部件的盘式制动器。
背景技术
活塞密封部件一般由主要成份为橡胶的橡胶组成物成形。例如，在车辆中使用的盘式制动器上安装有内置了活塞及压力缸的卡钳体，在压力缸的内表面上形成的环状槽内安装有活塞密封部件。盘式制动器利用液压向固定在各车轮上的盘式转子按压制动摩擦片，通过作为摩擦件的制动摩擦片的摩擦力使车轮停止转动。该活塞密封部件具有密封制动液的作用以及使利用液压而前进的活塞返回(回退)的作用。这里，该制动摩擦片利用液压、通过将活塞插入到压力缸的孔内来对盘进行按压。
即，通过安装该活塞密封部件，使得前述压力缸和插入到前述压力缸的孔内的活塞能够在液密且可移动的状态下紧贴。此外，利用液压而前进的该活塞通过活塞密封部件而回退(参照特公平3-59291号公报)。因此，对该活塞密封部件提出以下两方面要求：用于将制动液可靠地密封的韧性以及用于使利用液压而前进的该活塞返回到原来位置(回退)的弹性。
此外，对于盘式制动器的卡钳体来说，因为在盘式转子和制动摩擦片之间产生摩擦热，所以在动作中形成高温。随之而来的是活塞密封部件也暴露在高温下。由橡胶组成物构成的活塞密封部件在高温下产生热膨胀，并且活塞密封部件的弹性模量降低。此时，由于活塞密封部件的热膨胀及活塞密封部件的弹性模量的降低而改变了活塞的回退量，从而改变了制动的效果。例如，在摩托车的盘式制动器中，制动杆的行程量发生变化，驾驶员在操作制动装置时会感觉到不适。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制温度上升所伴随的热膨胀的活塞密封部件及使用该活塞密封部件的盘式制动器。此外，在于提供一种使温度上升所伴随的弹性模量的降低减少的活塞密封部件及使用了该活塞密封部件的盘式制动器。
为了解决上述课题，本发明的第一方式的活塞密封部件液密且可滑动地保持压力缸孔及在该压力缸孔内滑动的活塞，其特征在于：前述活塞密封部件通过相对于乙丙橡胶100重量份添加至少100重量份以上的炭黑所得的橡胶组成物而成形。
根据本发明的第一方式，因为活塞密封部件是通过相对于乙丙橡胶100重量份添加至少100重量份以上炭黑所得的橡胶组成物而成形的，所以可以得到耐热性、耐寒性、密封性以及对于制动流体等的动作液的耐受性。此外，因为可以抑制伴随活塞密封部件温度的上升而产生的热膨胀，所以可以防止因温度变化而引起的密封性的降低。进而，通过减少了伴随活塞密封部件的温度上升的弹性模量的降低，所以不仅在低温、即使在高温中也能够维持高的弹性模量，从而可以防止密封性或随动性的降低。
这里，在本发明的第一方式的活塞密封部件中，可使前述炭黑的平均粒径为40nm～500nm。
利用这样的构成，可以一边使活塞密封部件具有必要的硬度和机械强度，一边减小橡胶组成物中的橡胶聚合物分率来将橡胶组成物的线膨胀系数抑制得较低。
这里，在本发明的第一方式的活塞密封部件中，能够使前述炭黑的氮吸附比表面积为70m2/g以下。
利用这样的构成，可以一边使活塞密封部件具有必要的硬度和机械强度，一边减小橡胶组成物中的橡胶聚合物分率来将橡胶组成物的线膨胀系数抑制得较低。
这里，在本发明的第一方式的活塞密封部件中，能够使前述橡胶组成物的线膨胀系数在1.6×10-4(/K)以下。
利用这样的构成，可以抑制活塞密封部件随着温度的上升的热膨胀，可以防止因温度变化而引起的密封性的降低。
这里，在本发明的第一方式的活塞密封部件中，能够使前述橡胶组成物在10Hz、30℃下的动态弹性模量及在10Hz、150℃下的动态弹性模量均为12MPa以上。
利用这样的构成，可以减少活塞密封部件随着温度的上升的弹性模量的降低，不仅在低温时、即使在高温时也能够维持高的弹性模量，从而可以防止密封性或活塞密封部件中的随动性的降低。当150℃下的动态弹性模量小于12MPa时，在150℃以上的高温状态下，也存在得不到必要的密封性或活塞密封部件的随动性的情况。
这里，在本发明的第一方式的活塞密封部件中，能够使前述橡胶组成物随着从30℃上升到150℃，动态弹性模量的变化率在±25％以内。
利用这样的构成，活塞密封部件不仅在低温时、即使在高温时也能够保持高的弹性模量，可以防止密封性及活塞密封部件的随动性的降低。
这里，能够使本发明的第一方式的活塞密封部件是用于盘式制动器的卡钳体的活塞密封部件。
利用这样的构成，活塞密封部件从低温区域到高温区域能够重现稳定的回退量。
这里，在本发明的第二方式的盘式制动器中，含有：本发明第一方式的活塞密封部件、具有压力缸孔的压力缸、能够插入到前述压力缸孔内的活塞；前述活塞密封部件能够嵌入到形成于前述压力缸孔的内周壁上的环状槽内，与插入到前述压力缸孔内的前述活塞在液密且可移动的状态下紧贴，并且使利用液压而前进的该活塞回退。
利用这样的构成，在盘式制动器的活塞密封部件中，可以抑制伴随活塞密封部件的温度上升的热膨胀，减少弹性模量的降低。因此，可以使活塞的回退量稳定化，减少驾驶员操作制动装置时的不适感。
附图说明
图1是模式地表示本发明的一实施方式的活塞密封部件的剖视图。
图2是模式地表示含有图1所示活塞密封部件的盘式制动器的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。
图1是模式地表示本发明的一实施方式的活塞密封部件8的剖视图。图2是模式地表示含有图1所示活塞密封部件8的盘式制动器20的剖视图。在本实施方式中，将浮动类型的车辆用盘式制动器(参照图2)作为一例进行说明。
在盘式制动器20中，设有包括活塞5及气缸6的卡钳体1。卡钳体1包括作用部1b及反作用部1c。该作用部1b及反作用部1c经由桥架部1a而一体地形成。
使一对摩擦片4b和4c面向与车轮(未图示)一体旋转的盘式转子2两侧的摩擦面地配置。在托架3上，向盘式转子2推压摩擦片4b和4c的卡钳体1经由滑动销(图未示出)而可进退地连结。该卡钳体1由配置在一个摩擦片4b背面上的作用部1b、配置在另一个摩擦片4c背面上的反作用部1c、以及横跨盘式转子2的外周并连结作用部1b及反作用部1c的桥架部1a构成。
该盘式制动器20以可滑动的状态被支承在固定于车体(未图示)的托架3上。此外，如图2所示，活塞5及压力缸6形成在作用部1b上。
摩擦片4b被插入到压力缸6的孔5a内的活塞5推动而移动，与盘式转子2的一侧面相接。摩擦片4c被反作用部1c推动而移动，与盘式转子2的另一侧面相接。通过上述动作来进行制动。
在压力缸6a的内周壁上设有环状的活塞密封槽7。在该活塞密封槽7内嵌入活塞密封部件8。关于活塞密封部件8的材料在后面进行说明。
液压室9被设置在活塞5的底部和压力缸6之间。在该液压室9内，从供给口10供给制动流体。活塞密封部件8具有密封该制动液的功能、以及当液压降低时使前进的活塞5回退的功能。供给口10经由液压路径28而与作为液压源的主压力缸(未图示)的输出端口(未图示)连接。
如图1所示，活塞密封槽7具有倒角角部7a和倒角角部7b。由于活塞5沿着图1所示的黑色箭头方向(向图2中的盘式转子2一侧)滑动地前进，所以活塞密封部件8跟随活塞5的滑动面，从而，活塞密封部件8的一部分进入到倒角角部7a内。然后，液压室9的液压降低后，通过活塞密封部件8的弹性而回复，使活塞5沿着与箭头相反的方向回退。
活塞密封部件8是由相对于乙丙橡胶100重量份添加100重量份以上炭黑所得的橡胶组成物而成形。当炭黑小于100重量份时，担心不能一边使活塞密封部件具有必要的硬度和机械强度，一边减小活塞密封部件中的橡胶聚合物分率来将线膨胀系数抑制得较低。更优选地，相对于乙丙橡胶100重量份添加120重量份以上250重量份以下的炭黑。这里，如果没有特别注释的话，“重量份”表示“phr”，“phr”是每一百份树脂或者橡胶部的份数(parts per hundred of resin orrubber)的缩写，表示添加剂相对于橡胶等的外加百分比。
(乙丙橡胶)
乙丙橡胶(EPR)可以使用EPDM(乙烯·丙烯·二烯烃·共聚合物)及EPM(乙烯·丙烯共聚合物)等。此外，为了得到活塞密封部件必要的耐热性、耐寒性及密封性，本实施方式中的乙丙橡胶最好含有亚乙基降冰片烯等的第3成分，且，乙烯和丙烯的共聚合比优选地是乙烯含量为45％～80％的EPDM。
(炭黑)
为了使活塞密封部件在具有必要的硬度和机械强度的同时，还能够降低橡胶组成物中橡胶聚合物分率、而将橡胶组成物的线膨胀系数抑制得较低，炭黑的平均粒径优选地为40nm～500nm，更优选地为50nm～500nm。若炭黑的平均粒径小于40nm，则得不到期望的硬度或者线膨胀系数的组合，若平均粒径超过500nm，则不会得到加强效果。此外，若炭黑的大小以氮吸附比表面积(m2/g)来表示，那么，为了得到期望的硬度或者线膨胀系数的组合，其优选地在70m2/g以下，更优选地在50m2/g以下。氮吸附比表面积在70m2/g以下的橡胶组成物可以使活塞密封部件具有必要的硬度和机械强度，同时，可以降低橡胶组成物中的橡胶聚合物分率、而将橡胶组成物的线膨胀系数抑制得较小。
(橡胶组成物)
得到本发明的橡胶组成物的方法是：将乙丙橡胶100重量份和至少100重量份以上的炭黑供给到两辊混炼机、单轴或者双轴挤压机、密闭式混炼机以及拌合机等公知的混合机内进行混炼的方法。当进行该混炼时，虽然一般都使用与炭黑同量左右的加工油，但是在本发明的橡胶组成物的制造过程中却不希望使用。对于使用加工油制造出的盘式制动器的活塞密封部件来说，当对其进行使用时，加工油会从制动流体中溶出，这是导致制动流体性能的经时变化或耐热性变化的原因。
作为在混合本发明的橡胶组成物时所添加的交联剂，可以使用：1，1-双(第三丁基交联聚乙烯)-3，3，5-三甲基环己烷、2，5-二甲基-2，5-次(第三丁基交联聚乙烯)正己烷、2，5-二甲基-2，5-次(第三丁基交联聚乙烯)己菌素-3第三丁基异过氧化异丙苯、次(第三丁基交联聚乙烯)-m-二异丙苯、次第三丁基过氧化物、1，3-次(第三丁基交联聚乙烯异丙基)苯、苯(甲)酰过氧化物等有机过氧化物，以及三芳基异氰酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三甲基色氨酸丙三异丁烯酸盐、三芳氰尿酸盐、醌二肟、硫黄化合物、1，2-聚丁二烯等共交联剂。
本发明的橡胶组成物的膨胀系数优选地在1.6×10-4(/K)以下。若橡胶组成物的线膨胀系数在1.6×10-4(/K)以下，则可以抑制随温度上升而引起的热膨胀，可以防止因温度变化而引起的活塞密封部件的密封性的降低。此外，橡胶组成物在10Hz、30℃时的动态弹性模量及在10Hz、150℃时的动态弹性模量，都优选地在12MPa以上，更优选地为14MPa以上。因为减少了随着温度的升高而引起的橡胶组成物的弹性模量的降低，所以，不仅在低温时、而且在高温时也可维持高弹性模量，并可以防止活塞密封部件的密封性或随动性的降低。当在150℃下的动态弹性模量小于12MPa时，得不到在150℃以上的高温状态下的密封性以及活塞密封部件的必要硬度。此外，随着橡胶组成物从30℃上升到150℃，动态弹性模量的变化率优选地在±25％以内。使用了动态弹性模量的变化率在±25％以内的橡胶组成物的活塞密封部件可以保持实用温度范围下的稳定的弹性模量，可以防止密封性或者活塞密封部件的随动性的降低。
对于通过这样地混炼乙丙橡胶和炭黑而得到的橡胶组成物来说，其通过挤压成形或者注射成形而成形为活塞密封部件8。
下面，列举实施例对本发明进行详细说明。在本实施例中，将调整橡胶组成物而成形的活塞密封部件8嵌入到盘式制动器20的环状活塞密封槽7内，进行回退量的评价实验以及对使未图示的主压力缸动作的未图示的操作杆的杆行程增量进行评价实验，并对其特性进行评价。其中，回退量的测量指的是：当活塞密封部件在140℃下，向盘式制动器20施加10次液压0.9MPa使其动作后，在液压6.9MPa下保持5秒钟，对释放此时的活塞位置的液压时的活塞移动量进行测量。此外，杆行程增量测量了对在30℃和140℃的状态下、直到活塞密封部件的制动开始起作用时的两轮车用的制动杆的行程量进行测量。
评价实验的结果在表1中示出。
(表1)
  特性   实施例1   实施例2   实施例3   比较例1   比较例2
  配合   乙丙橡胶(*1)   phr   100   100   100   100   100
  HAF炭黑   phr   -   -   -   45   100
  MT炭黑   phr   100   130   150   -   -
  有机过氧化物   phr   2.5   2.5   4   2.5   2.5
  共交联剂   phr   1   1   1   1   1
  橡胶特性   动态弹性模量E’(30℃)(*2)   MPa   17   21   25   12   62
  动态弹性模量E(150℃)(*3)   MPa   14   16   19   9   35
  E’变化率(*4)   ％   -18   -24   -21   -30   -57
  线膨胀系数×10-4   /K   1.58   1.49   1.16   1.89   1.56
  制动装置性能   回退量   mm   0.055   0.040   0.046   0.073   -
  杆行程增量判断(15以下…○)   mm   14○   10○   3○   29×   --
*1：EPDM(JSR公司制造的EP33)
*2：10Hz、30℃下的动态弹性模量
*3：10Hz、150℃下的动态弹性模量
*4：动态弹性模量的变化率{E’(30℃)-E’(150℃)}/E’(30℃)×100(％)
[实施例1]
将JSR株式会社制造的EPDM(商品名称EP33)100重量份与MT等级(平均粒径72nm、氮吸附比表面积27m2/g)的炭黑100重量份、有机过氧化物2.5重量份以及共交联剂1重量份进行混炼得到橡胶组成物。使用该橡胶组成物通过注射出成形而成形了活塞密封部件。该活塞密封部件的回退量为0.055mm，比较小；杆行程增量为14mm，处于允许范围内。
[实施例2]
将乙丙橡胶100重量份与MT等级(平均粒径72nm、氮吸附比表面积27m2/g)的炭黑130重量份、有机过氧化物2.5重量份以及共交联剂1重量份进行混炼得到橡胶组成物。使用该橡胶组成物通过注射出成形而成形了活塞密封部件。该活塞密封部件的回退量为0.040mm，比实施例1的还小；杆行程增量为10mm，也处于允许范围内。
[实施例3]
将乙丙橡胶100重量份与MT等级(平均粒径72nm、氮吸附比表面积27m2/g)的炭黑150重量份、有机过氧化物4重量份以及共交联剂1重量份进行混炼得到橡胶组成物。使用该橡胶组成物通过注射成形而成形了活塞密封部件。该活塞密封部件的回退量为0.046mm，比较小；杆行程增量为3mm，比实施例2的更小，也处于允许范围内。
[比较例1]
将乙丙橡胶100重量份与HAF等级(平均粒径28nm、氮吸附比表面积79m2/g)的炭黑45重量份、有机过氧化物2.5重量份以及共交联剂1重量份进行混炼得到橡胶组成物。使用该橡胶组成物通过注射成形而成形活塞密封部件。该活塞密封部件的回退量为0.073mm，比较大；杆行程增量为29mm，也超出了允许范围(15mm以下)。
[比较例2]
在将乙丙橡胶100重量份与HAF等级(平均粒径28nm、氮吸附比表面积79m2/g)的炭黑100重量份进行混炼而得到橡胶组成物中，因为活塞密封部件变质且成形困难，所以无法评价。
如表1所示，对于使用线膨胀系数为1.6×10-4(/K)以下的橡胶组成物的实施例1～3来说，其回退量及杆行程增量的评价比较好。这表明：即使活塞密封部件在高温(140℃)下也几乎不膨胀，所以，与低温(30℃)时的性能几乎没有变化。此外，在比较例1中，线膨胀系数超过了1.6×10-4(/K)，其结果，由于高温下活塞密封部件的体积膨胀的原因而增加回退量、使杆行程增量超过15mm，因此，驾驶员在操作制动装置时会产生不适感。
此外，根据表1确认了，在使用了实施例1～3的活塞密封部件在10Hz、30℃下的动态弹性模量及在10Hz、150℃下的动态弹性模量均保持在12MPa以上的动态弹性模量的橡胶组成物时，即使在高温(150℃)下也能够维持稳定的回退量及杆行程量。特别是，表1的E’变化率是随着温度从30℃上升到150℃的动态弹性模量的变化率，在实施例1～3的橡胶组成物中，没有超过±25％。另一方面，当使用比较例1的E’变化率是超过-25％的橡胶组成物时，在高温(150℃)下回退量增加、杆行程增量超过15mm，驾驶员在操作制动装置时会产生不适感。
从表1的评价中可以看出，由对乙丙橡胶100重量份添加100重量份以上的炭黑所得的橡胶组成物而成形的活塞密封部件，其回退量和杆行程增量的性能评价优良。
另外，本发明并不只局限于本实施方式，在本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。
例如，在本实施方式中，虽然是内置在车辆用的盘式制动器内的活塞密封部件，但是也可以是其他的活塞密封部件。特别是在从室温(30℃)等低温区域到例如150℃的高温区域中所使用的活塞密封部件中有用。

Claims (9)

1.一种活塞密封部件，其特征在于，是用于盘式制动器的卡钳体的活塞密封部件，
上述活塞密封部件液密且可滑动地保持压力缸孔及在该压力缸孔内滑动的活塞，并使该活塞回退，
前述活塞密封部件是通过相对于乙丙橡胶100重量份添加至少100重量份以上炭黑所得的橡胶组成物而成形。
2.如权利要求1所述的活塞密封部件，其特征在于：前述炭黑的平均粒径为40nm～500nm。
3.如权利要求1所述的活塞密封部件，其特征在于：前述炭黑的氮吸附比表面积为70m2/g以下。
4.如权利要求1所述的活塞密封部件，其特征在于：前述橡胶组成物的线膨胀系数在1.6×10-4(/K)以下。
5.如权利要求1所述的活塞密封部件，其特征在于：前述橡胶组成物在10Hz、30℃下的动态弹性模量及在10Hz、150℃下的动态弹性模量都在12MPa以上。
6.如权利要求1所述的活塞密封部件，其特征在于：前述橡胶组成物的伴随从30℃到150℃的温度上升的动态弹性模量的变化率在±25％以内。
7.一种盘式制动器，其特征在于：
包括：权利要求1-6任一项所述的活塞密封部件；
具有压力缸孔的压力缸，该压力缸孔在内周壁上形成有环状槽；
能够插入到前述压力缸孔内的活塞，
上述活塞密封部件嵌入到上述环状槽中，
在插入到前述压力缸孔内的前述活塞液密地可移动的状态下，使上述压力缸孔和上述活塞紧贴，并且使利用液压而前进的该活塞回退。
8.如权利要求1-6任一项所述的活塞密封部件，其特征在于：
上述橡胶组成物，相对于乙丙橡胶100重量份添加了120重量份以上250重量份以下的炭黑.
9.如权利要求1-6任一项所述的活塞密封部件，其特征在于：
上述橡胶组成物不含有加工油。
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