JP2006283777A - 樹脂製ブレーキピストン - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製ブレーキピストンが有する緒特性を損なわずに寸法精度、機械的強度に優れた軽量樹脂製ブレーキピストンを低コストにて提供すること。
【解決手段】 一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、該ブレーキピストンの外周面に、該外周面を一周する略半円形の断面を有する溝が形成されてなる樹脂製ブレーキピストンであり、好ましくは、前記溝部は、巾２〜６ｍｍ、深さ１〜２．５ｍｍである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂製ブレーキピストンに関するものである。

ブレーキピストンの代表的なものとして、二輪や四輪自動車制動装置のキャリパーに組み込まれて使用されているブレーキピストンがある。このようなブレーキピストンは、その使用環境から耐熱性、耐摩耗性、耐ブレーキ液性が要求され、特に高低温雰囲気中の機械的強度が要求されることから、従来より、主として金属製ブレーキピストンが用いられてきた。しかし金属製ブレーキピストンは重量が重い、加工に時間がかかる、コストが高い等の問題がある。一方、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂にガラス繊維等の無機充填材を配合した成形材料は、耐熱性、耐摩耗性、機械的強度等、種々の点において優れており、近年、低コスト化や軽量化を目的として、自動車分野を始めとして、各種金属部品の代替材料としての需要が高まって来ている。

現在使用されている樹脂製ブレーキピストンの一例の形状を図３に示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３において、樹脂製ブレーキピストン１１は、一方に閉鎖された端部１２を有し、外周面１３には、この外周面を一周する溝１４が形成されている。従来、この溝は断面が略４角形である。１５は開口された端部である。図４は、図３（ｂ）において溝部の拡大図である。
溝１４は、樹脂製ブレーキピストン１１がキャリパーの中で摺動するためにキャリパー内に流し込まれたブレーキ液がブレーキ作動側に漏れないようにシールするために組み込まれるシールリングをピストンに固定するための溝であり、外周面１３に通常１つ、あるいは２つ以上形成されている。

樹脂ブレーキピストンは、その摺動時にブレーキ液圧が高圧になるとその変形量も大きくなり、外周面より凹となる溝部に発生する応力も大きくなることが懸念されていた。この溝は断面が略四角形であるので、角部分に応力が集中し破損の原因となるおそれがあった。この対策として、溝の底の角部を小径の曲面形状として応力緩和を図っていたが、効果には限界があった。また、この溝加工においては、切削刃の先端が略角形状であるため、加工条件の巾が狭く、加工に時間がかかる等の問題があった。

一方、樹脂製ブレーキピストン用のフェノール樹脂成形材料やその製造方法に関する検討は実施されて来た（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００３−３１３３９８号公報 特開２００３−２８７０６８号公報

本発明は、樹脂製ブレーキピストンにおいて、基本性能を損なうことなく上記のような問題点を解決するため上記ピストン外周面の溝形状を種々検討した結果なされたものであり、その目的とするところは、溝形状を略半円形とすることにより、ブレーキ液圧によるピストンの変形により溝の角部に応力が集中するのを緩和することである。これにより、ピストン側部の厚みをより薄く設計することができ、軽量化が可能となる。また、外周面上に形成される溝を切削加工する際に、その半円形状や寸法精度を確保することが容易となり、溝の切削加工に要する時間を削減することができるものである。

上記の目的は、下記（１）ないし（３）に記載の本発明により達成される。
（１） 一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、該ブレーキピストンの外周面に、該外周面を一周する略半円形の断面を有する溝が形成されてなることを特徴とする樹脂製ブレーキピストン。
（２） 前記溝は切削加工にて形成されてなるものである前記（１）に記載の樹脂製ブレーキピストン。
（３） 前記樹脂製ブレーキピストンは、フェノール樹脂成形材料により成形された成形体である前記（１）または（２）に記載の樹脂製ブレーキピストン。

本発明の樹脂製ブレーキピストンは、一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、該ブレーキピストンの外周面に、該外周面を一周する略半円形の断面を有する溝が形成されてなるものであり、樹脂製ブレーキピストンの溝形状を、従来は略４角形であるのに対し略半円形とすることにより、ブレーキ液圧による溝の角部への応力集中を防止しようとするものである。このためブレーキピストンの円筒側部の厚みを薄く設計して軽量化することが可能となる。また、従来の樹脂製ブレーキピストンにおける略４角形の溝形状より切削加工性においても優れている。従って、本発明により得られた樹脂製ブレーキピストンは、従来の樹脂製ブレーキピストンに比較して低コストで製作でき、寸法精度等優れた特性を有するものである。

以下、本発明の樹脂製ブレーキピストンについて説明する。
本発明は、一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、該ブレーキピストンの外周面に、該外周面を一周する略半円形の断面を有する溝が形成されてなることを特徴とする樹脂製ブレーキピストンである。

本発明の樹脂製ブレーキピストンについて、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明における樹脂製ブレーキピストンの一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図は、図１（ｂ）において溝部の拡大図である。
図１において、樹脂製ブレーキピストン１は、一方に閉鎖された端部２を有する略円筒形状であり、その外周面３を一周して設けられた溝４は、樹脂製ブレーキピストン１がキャリパーの中で摺動するためにキャリパー内に流し込まれたブレーキ液がブレーキ作動側に漏れないようにシールするために設置されるシールリングをピストンに固定するためのものである。この溝４は通常１つ形成されているが、特に限定されず、２つ以上有していてよく、また、溝４は外周面３のいずれの位置に形成されていてもよい。

樹脂製ブレーキピストン形状寸法は、通常、外径が４０〜５５ｍｍ、高さ４０〜５０ｍｍである。この寸法に基づいて、溝４の巾は、特に限定されないが、２〜６ｍｍが望ましく、更に望ましくは３〜５ｍｍである。上記下限値未満では、シールリングを溝４に組み込んだ時にシールリングが細すぎて、ブレーキピストンの摺動時にブレーキ液圧によりシールリングが破損する場合があり、更に前記シールリングを一定の位置に固定できなくなる場合がある。一方、上記上限値を超えると、溝の幅が広すぎてシールリングの厚みを大きくしなければならず、樹脂製ブレーキピストンが摺動する時にキャリパーとの抵抗が高くなり、スムーズなブレーキングが得られない場合がある。溝の深さは、特に限定されないが、１〜２．５ｍｍが望ましく、更に望ましくは１．５〜２ｍｍである。上記下限値未満では、シールリングの引っ掛かり代が浅過ぎて樹脂製ブレーキピストンの摺動時にシールリングを一定の位置に固定できなくなる場合があり、上記上限値を超えると、樹脂製ブレーキピストンの強度を確保のため側部の厚みを厚く設計せざるを得ない場合がある。

本発明における樹脂製ブレーキピストンの溝４の断面形状は、図２に示すような略半円形であるが、完全に半円形である必要はなく、例えば、長半円形であってもよい。

本発明の樹脂製ブレーキピストンに用いられる成形材料は、特に限定されないが、樹脂製ブレーキピストン用フェノール樹脂成形材料を用いることが好ましい。樹脂製ブレーキピストン用フェノール樹脂成形材料は、ガラス繊維を主とした無機基材を含有するものであり、これにより樹脂製ブレーキピストンに必要な機械的強度や摺動による耐摩耗性を良好なものとすることができる。

本発明の樹脂製ブレーキピストンを製造する方法は、特に限定されず、例えば、射出成形、移送成形、圧縮成形が採用される。好ましい方法は、上記成形材料を用いて円柱形状の予備成形体を成形しておき、これを圧縮成形により成形する方法である。このような予備成形体を用いた圧縮成形法は、円柱形状に予備成形した成形材料を直接金型キャビティ内に投入して成形を行うため、射出成形、および移送成形時に見られるような材料の配向が起こりにくく、均一な材料密度を持ったブレーキピストンを成形することができるので好ましい。また、密度が高く均一な成形体を成形することができるので、過大な荷重のかかる用途の使用に耐えうるだけの機械的強度を有するブレーキピストンを得ることができる。

以下、本発明の樹脂製ブレーキピストンを実施例に基づき具体的に説明する。
使用した成形材料は、無機充填材としてガラス繊維を含有するフェノール樹脂成形材料である。成形され、加工された樹脂製ブレーキピストンの形状は図１のとおりである。
樹脂製ブレーキピストンの寸法は、外径４５ｍｍ、高さ５０ｍｍである。外周面３には開口された端部６の近傍に略半円形の溝４が１つ形成されている。この溝形状は巾４ｍｍ、深さ１．７８ｍｍである。ブレーキピストン１の閉鎖された端部２の外面には、口元径２８ｍｍ、深さ２ｍｍの油溜用凹部５が形成されている。更に開口された端部６の開口部分の寸法は内径２９ｍｍで、深さ３９．６ｍｍである。

使用した成形材料は、無機充填材としてガラス繊維を含有するフェノール樹脂成形材料である。上記フェノール樹脂成形材料を使用して、まず、以下の寸法の予備成形体を作製した。
円筒形状予備成形体の寸法：外径４０ｍｍ、高さ４２ｍｍ
この予備成形体を金型キャビティ内に置き、以下の条件にて圧縮成形した。
温度：１７５℃、圧力：３９．２ＭＰａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ^２）、硬化時間：３分間

成形された略円筒形状の樹脂製ブレーキピストン１は、その外周面３に溝４（１つ）を切削加工機により加工した。溝４の切削加工条件は以下のとおりである。
使用機械：ＮＣ制御機能付旋盤（オークマ社製 ＬＢ−３００Ｍ複合）
回転数：８００ｒｐｍ

得られた樹脂製ブレーキピストンについて外観、圧縮強度を測定し評価した。その結果は、以下に示すように良好な外観を有し、圧縮強度も優れていた。また、溝加工における切削性は良好であり、溝形状の寸法精度も問題なかった。

（評価方法と結果）
１．外観
成形された樹脂製ブレーキピストンを目視にて評価した。油溜用凹部５の周囲は欠け等の損傷も無く、樹脂製ブレーキピストン全体が良好な外観を有していた。

２．溝の切削加工性
図２に示す従来の樹脂製ブレーキピストンにおける略４角形の溝に比べ、約１５％加工時間を削減することができた。溝形状の寸法精度も問題なく、溝周囲の外観も良好であった。

３．圧縮強度
成形された樹脂製ブレーキピストンを軸方向に１ｍｍ／分の速度で加圧して圧縮強度を測定した。圧縮強度の測定結果は、以下に示すような測定結果となり、樹脂製ブレーキピストンに要求されている機械的強度（９８ｋＮ以上）を十分越えていた。
圧縮強度：２９４〜３９２ｋＮ（３０〜４０ｔ）

本発明の樹脂製ブレーキピストンは、一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、その外周面を一周する溝の断面形状を略半円形とすることにより、ピストン摺動時の応力集中による破損を防止することができ、従って、樹脂製ブレーキピストン本来の性能を損なうことなく、円筒側部の厚みを薄くすることができることから、軽量化が可能となる。更に、外周面の溝を短時間で精度の良く形成することができるため、低コスト化することができる。

また、本発明の樹脂製ブレーキピストンにおいて、予備成形体を圧縮成形する方法により成形されたものは、機械的強度に優れた樹脂製ブレーキピストンとして、従来の金属製ブレーキピストンや樹脂製ブレーキピストンに代えて種々の用途に好適に適用できる。

本発明における樹脂製ブレーキピストンの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１（ｂ）において、溝部の拡大図である。 従来の樹脂製ブレーキピストンの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図３（ｂ）において、溝部の拡大図である。

符号の説明

１，１１ 樹脂製ブレーキピストン
２，１２ 閉鎖された端部
３，１３ 外周面
４，１４ 溝
５，１５ 油溜用凹部
６，１６ 開口された端部

Claims (3)

1. 一方に閉鎖された端部を有し、前記端部外面にてキャリパーと接触する略円筒形状の樹脂製ブレーキピストンであって、該ブレーキピストンの外周面に、該外周面を一周する略半円形の断面を有する溝が形成されてなることを特徴とする樹脂製ブレーキピストン。
2. 前記溝は切削加工にて形成されてなるものである請求項１に記載の樹脂製ブレーキピストン。
3. 前記樹脂製ブレーキピストンは、フェノール樹脂成形材料により成形された成形体である請求項１または２に記載の樹脂製ブレーキピストン。

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