JP2015031336A - 樹脂製ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】高液圧負荷時においてもブレーキフルードをシールすることができるように寸法精度が高く、摺動抵抗が小さくブレーキフィーリング性に優れ、軽量化効果のある熱硬化性樹脂成形材料から形成される樹脂製ピストンを提供すること。
【解決手段】樹脂製ピストンは、ブレーキパッド２ａ，２ｂをディスクロータ３に押圧するピストン４と、該ピストンをピストンシールを介して摺動可能に内装し、液圧により該ピストンを推進するシリンダ７とを有するディスクブレーキに使用される樹脂製ピストンであって、ＪＩＳ−Ｂ−０１８２に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面の円筒度が１５μｍ以下であり、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクブレーキに使用される樹脂製ピストンに関するものである。

一般的なディスクブレーキは、ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンと、ブレーキフルードをシールするためのピストンシール、液圧によりピストンを推進させるシリンダとを有する構造となっている。近年、自動車の軽量化のため金属部品の樹脂化が進んでいるが、ディスクブレーキに使用されるピストンにおいても、鉄製ピストンから個体重量が軽く、加工が容易であり、耐熱性に優れた、フェノール樹脂成形材料等の熱硬化性樹脂成形材料から成形される樹脂製ピストンに代替され始めている。しかしながら、樹脂製ピストンは鉄製ピストンよりも摺動抵抗が大きいという課題があった。

このようなディスクブレーキにおいて、ピストンに求められる特性として、寸法精度及び、ブレーキフィーリング性がある。上記ピストンに求められる寸法精度はブレーキフルードを確実にシールするため非常に厳しい精度を要求される。そのため、フェノール樹脂成形材料等の熱硬化性樹脂成形材料から成形される樹脂製ピストンは外周研磨加工等により寸法精度を確保することが必要となっている。また、上記ブレーキフィーリング性にはピストンとピストンシールの摺動特性が影響することが分かっており、鉄製ピストンにおいては、ニッケルめっき層中にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂粉末等の複合めっき層を形成することでブレーキフィーリング性が改善されることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ニッケルめっき層上にクロムめっき層を形成することでブレーキフィーリング性が改善されることも開示されている（例えば、特許文献２参照）

一方、フェノール樹脂成形材料等の熱硬化性樹脂成形材料から形成される樹脂製ピストンにおいては、例えば樹脂製ピストンの成形時にシボ加工を施し、その外周面の表面を微小凹凸化することで、摺動抵抗が小さく、良好なブレーキ性能が得られることが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平３−２７７８６８号公報 特開２００５−１９５０４７号公報 特開平９−１７７８４８号公報

本発明は、高液圧負荷時においてもブレーキフルードをシールすることができるように寸法精度が高く、摺動抵抗が小さくブレーキフィーリング性に優れ、軽量化効果のある熱硬化性樹脂成形材料から形成される樹脂製ピストンを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明［１］〜［５］の本発明により達成される。
［１］ ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンと、該ピストンをピストンシールを介して摺動可能に内装し、液圧により該ピストンを推進するシリンダとを有するディスクブレーキに使用される樹脂製ピストンであって、ＪＩＳ Ｂ ０１８２に準拠して測定した前記樹脂製ピストン外周面の円筒度が１５μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｂ ０
６０１ １９９４に準拠して測定した前記樹脂製ピストン外周面の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲であることを特徴とする樹脂製ピストン。
［２］ 熱硬化性樹脂成形材料を用いて、圧縮成形、移送成形、射出成形及び射出圧縮成形からなる群より選ばれる成形方法により樹脂製ピストンを成形する成形工程、成形された樹脂製ピストンの外周面を円筒状に加工する円筒化工程、円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面を平滑化する平滑化工程、を経て得られる［１］記載の樹脂製ピストン。
［３］ 前記円筒化工程が、成形された樹脂製ピストンの外周面をセンタレス研磨加工する方法を用いる［１］又は［２］に記載の樹脂製ピストン。
［４］ 前記平滑化工程が、円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面をバフ研磨加工する方法を用いる［１］ないし［３］のいずれか１項に記載の樹脂製ピストン。
［５］ 前記平滑化工程が、円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面をコーティングする方法を用いる［１］ないし［３］のいずれか１項に記載の樹脂製ピストン。

本発明の樹脂製ピストンは、寸法精度、ブレーキフィーリング性に優れるという効果を有するものである。このため、一般的なディスクブレーキに使用される樹脂製ピストンとして好適に用いることができる。

一般的なフローティング型ディスクブレーキ構造の一例を示す断面図である。 本発明の樹脂製ピストンの構造の一例を示す断面図である。

以下に、本発明の樹脂製ピストンについて、添付図面に基づいて詳細に説明する。
一般的なディスクブレーキは、ブレーキキャリパーのシリンダ内にピストンシール及びピストンを挿入する構造となっている。

図１は、一般的なフローティング型ディスクブレーキ構造の一例を示す断面図である。本発明の樹脂製ピストンに係るディスクブレーキは、図１に示したように、ブレーキパッド２ａ，２ｂをディスクロータ３に押圧するピストン４と、ピストン４をピストンシール５を介して摺動可能に内装し、液圧によりピストン４を推進するシリンダ７とを有するディスクブレーキである。本発明の樹脂製ピストン４は、このようなディスクブレーキに使用される樹脂製のピストンである。

図２は、本発明における樹脂製ピストン４の構造の一例を示す断面図である。シリンダ７内で本発明の樹脂製ピストン４のピストン外周面４１はピストンシール５によって緊迫されることとなるが、ブレーキ作動時にマスターシリンダーによって液圧を発生させ、ピストン４が前進する際には、このピストン外周面４１がピストンシール５と摺動することになる。そのため、ブレーキフィーリング性はの樹脂製ピストン４のピストン外周面４１とピストンシール５との摺動抵抗が影響することとなる。

本発明の樹脂製ピストン４は、ＪＩＳ Ｂ ０１８２に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面４１の円筒度が１５μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ １９９４に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面４１の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲であることを特徴とする。樹脂製ピストン外周面４１の円筒度が上記範囲内であれば、樹脂製ピストン４のピストン外周面４１がピストンシール５によって均一に緊迫されるため摺動抵抗が安定し、樹脂製ピストン外周面４１の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが上記範囲内であれば、樹脂製ピストン４のピストン外周面４１とピストンシール
５との摺動抵抗が小さくなり、優れたブレーキフィーリング性を得ることができる。

このような本発明の樹脂製ピストン４は、特に限定されるものではないが、例えば、成形工程、円筒化工程及び平滑化工程を経て得ることができる。

（成形工程）
成形工程は、熱硬化性樹脂成形材料を用いて、圧縮成形、移送成形、射出成形及び射出圧縮成形からなる群より選ばれる成形方法により樹脂製ピストン４を成形する工程である。より好ましい成形方法としては、熱硬化性樹脂成形材料を円柱形状の予備成形体（タブレット）としたのち、必要に応じてプレヒーター等で予熱したもの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（タブレット）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、移送成形よりも繊維配向が起こりにくく、寸法精度が高い樹脂製ピストンを成形することができる点で好ましい。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。圧縮成形法における成形条件は、用いられる成形材料が硬化する条件であれば特に限定するものではないが、例えば、成形温度１６０〜１９０℃、成形圧力１５〜２５ＭＰａ、硬化時間１２０〜２４０秒程度とすることができる。尚、成形された樹脂製ピストン４は、必要に応じて、更に加熱処理を行ってもよい。加熱処理条件としては、特に限定されるものではないは、例えば、加熱処理温度１５０〜３００℃、加熱処理時間１〜３０時間程度とすることができる。加熱処理温度を複数設定し、多段で加熱処理温度を上げていく方法であってもよい。これにより、特に、耐熱性、耐熱衝撃性に優れた樹脂製ピストンを得ることができる。

本発明の樹脂製ピストン成形に用いられる成形材料は、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂成形材料、エポキシ樹脂成形材料、メラミン樹脂成形材料、メラミン−フェノール樹脂成形材料、ジアリルフタレート樹脂成形材料等が挙げられるが、これらのなかでも、耐熱性に優れるフェノール樹脂成形材料を用いることが好ましい。さらに、フェノール樹脂成形材料のなかでも、ウォラストナイトをはじめとした無機充填材を含有するものが特に好ましく、これらの無機充填材の種類や配合割合を調整することにより、樹脂製ピストンに必要な寸法精度、機械的強度、摺動による耐摩耗性等の諸特性を良好なものとすることができる。

（円筒化工程）
円筒化工程は、成形された樹脂製ピストン４の外周面４１を円筒状に加工する工程である。円筒状に加工する方法としては、特に限定されないが、例えば、円筒研磨加工、センタレス研磨加工、引抜き加工等が挙げられる。真円度、円筒度等の寸法精度や仕上げ面粗度等の観点では、円筒研磨加工、センタレス研磨加工が好ましく、コスト、工数、連続加工性の観点では、センタレス研磨加工、引抜き加工が好ましい。特に、センタレス研磨加工は、連続加工性と精度を高いレベルで併せ持つ加工方法であり、本発明の樹脂製ピストン４を、経済的かつ安定的に、ＪＩＳ Ｂ ０１８２に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面４１の円筒度を１５μｍ以下とすることができる。

（平滑化工程）
平滑化工程は、円筒状に加工された樹脂製ピストン４の外周面４１を平滑化する工程である。ピストン外周面４１を平滑化する方法としては、特に限定されないが、例えば、ピストン外周面４１をバフ研磨加工する方法、ピストン外周面４１に樹脂をコーティングする方法等が挙げられる。ピストン外周面４１をバフ研磨加工する方法は、バフ材質の選択や研磨加工条件の調整により、本発明の樹脂製ピストン４を、経済的かつ安定的に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ １９９４に準拠して測定した樹脂製ピストン外周面４１の表面粗さ（
最大高さ）Ｒｚを１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲とすることができ、延いてはブレーキフィーリング性を向上させることができる。バフ研磨加工で用いられるバフの材質としては、特に限定されないが、例えば、フェルトや軟らかい布、ポリッシングパッド、フラップバフなどの布製のものが挙げられる。ピストン外周面４１に樹脂をコーティングする方法は、特に限定されないが、例えば、液状樹脂を樹脂製ピストン外周面４１に塗装した後、加熱処理温度１５０〜３００℃、加熱処理時間１〜３０時間程度で硬化反応させることができる。

ブレーキフィーリング性の指標となる、ピストン４の外周面４１とピストンシール５との摺動抵抗を測定するためには、図１に示したディスクブレーキにおいて、裏板８ａ、８ｂ、ブレーキパッド２ａ，２ｂ、ディスクロータ３を取り外した状態で、マスターシリンダーによって発生させた液圧とピストン４の変位量とを測定する方法がある。液圧は、マスターシリンダーとブレーキキャリパー１をつなぐ配管中に液圧計を取り付けることで測定することができる。また、ピストン４に変位計を取り付けることでピストン４の変位量を測定することができる。

測定により得られたデータについて、ピストン４とピストンシール５の間に相対移動が生じた状態での最大液圧を動摩擦最大液圧として、ブレーキフィーリング性の比較を行うことができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１、２及び比較例１〜５の樹脂製ピストン成形に用いた熱硬化性樹脂成形材料は以下の通りである。
フェノール樹脂成形材料：住友ベークライト社製 スミコンＰＭ−３０８８

（樹脂製ピストンの成形、加熱処理）
フェノール樹脂成形材料（住友ベークライト社製スミコンＰＭ−３０８８）を円柱形状の予備成形体（タブレット）としたのち、プレヒーターで１００℃に予熱したものを用いて、成形温度１７５℃、成形圧力４０ＭＰａ、硬化時間３分の条件で、図２に示す形状で、直径５７ｍｍ、高さ４５ｍｍの樹脂製ピストンを圧縮成形した。その後、加熱処理温度２３０℃、加熱処理時間６時間で加熱処理を行った。

（ピストン外周面の処理）
（実施例１）
シボ加工を施していない成形金型面を有する成形金型を用いて成形、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工（加工機：大宮マシナリー製ＯＣ−２４ＢＲ−２００使用）を施した後、さらに平滑化工程としてバフ研磨加工（加工機：轟製作所製ＥＦＣ，Ｐ使用、バフ：ポリッシングパッド使用）を施したものを用いた。

（実施例２）
シボ加工を施していない成形金型面を有する成形金型を用いて成形、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工（加工機：大宮マシナリー製ＯＣ−２４ＢＲ−２００使用）を施した後、さらに平滑化工程として液状フェノール樹脂（住友ベークライト（株）社製ＰＲ−２６８２７ＺＨ）を外周面に塗装した後、加熱処理温度１００℃、加熱処理時間４時間で加熱処理を施したものを用いた。

（比較例１）
シボ加工を施していない成形金型面を有する成形金型を用いて成形、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工は施さず、平滑化工程としてバフ研磨加工（加工機：轟製作所製ＥＦＣ，Ｐ使用、バフ：ポリッシングパッド使用）のみを施したものを用いた。

（比較例２）
シボ加工を施していない成形金型面を有する成形金型を用いて成形、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工は施さず、平滑化工程として液状フェノール樹脂（住友ベークライト（株）社製ＰＲ−２６８２７ＺＨ）を外周面に塗装した後、加熱処理温度１００℃、加熱処理時間４時間で加熱処理のみを施したものを用いた。

（比較例３）
シボ加工を施した成形金型面を有する成形金型を用いて成形時にシボ加工を施した成形金型面を転写させて、その外周面の表面を凹凸とした後、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工は施さず、平滑化工程としてバフ研磨加工（加工機：轟製作所製ＥＦＣ，Ｐ使用、バフ：ポリッシングパッド使用）のみを施したものを用いた。

（比較例４）
シボ加工を施していない成形金型面を有する成形金型を用いて成形、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程としてピストン外周面にセンタレス研磨加工（加工機：大宮マシナリー製ＯＣ−２４ＢＲ−２００使用）を施した後、平滑化工程は行わなかったものを用いた。

（比較例５）
シボ加工を施した成形金型面を有する成形金型を用いて成形時にシボ加工を施した成形金型面を転写させて、その外周面の表面を凹凸とした後、加熱処理された樹脂製ピストンについて、円筒化工程及び平滑化工程としてのピストン外周面に加工を一切施さず、そのままのものを用いた。

（参考例）
ディスクブレーキ用途に一般的に使用される鉄製ピストンを用いた。

特性評価は以下のとおりである。

円筒度：三次元形状測定機（ＭＩＴＳＵＴＯＹＯ製 ＢＲＴ５０４）を用いて、ピストン外周面の開口部、中央部、底部の外周寸法を２２．５°間隔で測定し、円筒度を算出し、結果を表１に示した。

表面粗さ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１ １９９４に準じて、ピストン外周面中央部の軸方向における表面粗さ（最大高さ）Ｒｚを測定し、結果を表１に示した。

ブレーキフィーリング性：図１に示したディスクブレーキにおいて、裏板８ａ、８ｂ、ブレーキパッド２ａ，２ｂ、ディスクロータ３を取り外した状態で、マスターシリンダーによって発生させた液圧とピストン４の変位量とを測定した。液圧は、マスターシリンダーとブレーキキャリパー１をつなぐ配管中に液圧計を取り付けることで測定した。また、ピストン４に変位計を取り付けることでピストン４の変位量を測定した。測定により得ら
れたデータについて、ピストン４とピストンシール５の間に相対移動が生じた状態での最大液圧を動摩擦最大液圧として、結果を表１に示した。また、ブレーキフィーリング性については、円筒度、動摩擦最大液圧がいずれも鉄製ピストンと同程度のものを○として、円筒度、動摩擦最大液圧がいずれかが鉄製ピストンと異なるものを×として、表１に示した。

実施例１，２及び比較例１〜５の樹脂製ピストンは、参考例の鉄製ピストンよりも質量が大幅に軽いため、高い軽量化効果が得られるものであった。円筒化工程として外周面に
センタレス研磨加工を施した後、さらに平滑化工程としてバフ研磨加工又はコーティングを施した実施例１、２の樹脂製ピストンは、外周面の円筒度が参考例の鉄製ピストンと同程度であり、かつ外周面の表面粗さＲｚと動摩擦最大液圧が参考例の鉄製ピストンと同程度の値となっており、実施例１、２の樹脂製ピストンのブレーキフィーリング性は参考例の鉄製ピストンと同程度という良好な結果が得られた。

平滑化工程は実施しているものの、円筒化工程は実施しなかった比較例１〜３は、いずれも、外周面の表面粗さＲｚと動摩擦最大液圧は同程度であるものの、円筒度が大きく、ブレーキフィーリング性が劣る結果となった。また、円筒化工程は実施しているものの、平滑化工程は実施しなかった比較例４は、円筒度は同程度であるものの、表面粗さＲｚ、最大動摩擦液圧が大きく、ブレーキフィーリング性が劣る結果となった。さらに、成形時にシボ加工を施した成形金型面を転写させて、その外周面の表面を凹凸としただけで、円筒化工程、平滑化工程は実施しなかった比較例５は、円筒度、表面粗さＲｚ、最大動摩擦液圧が大きく、ブレーキフィーリング性が劣る結果となった。

本発明の樹脂製ピストンは、寸法精度及びブレーキフィーリグ性に優れ、且つ軽量化効果のある樹脂製ピストンである。このため、本発明の樹脂製ピストンは、一般的なディスクブレーキに使用されるピストンとして好適に適用できる。

１ ブレーキキャリパ
２ａ，２ｂ ブレーキパッド
３ ディスクロータ
４ ピストン，樹脂製ピストン
４１ ピストン外周面
５ ピストンシール
６ ブレーキ液室
７ シリンダ
８ａ，８ｂ 裏板

Claims (5)

1. ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンと、該ピストンをピストンシールを介して摺動可能に内装し、液圧により該ピストンを推進するシリンダとを有するディスクブレーキに使用される樹脂製ピストンであって、
   ＪＩＳ Ｂ ０１８２に準拠して測定した前記樹脂製ピストン外周面の円筒度が１５μｍ以下であり、
   ＪＩＳ Ｂ ０６０１ １９９４に準拠して測定した前記樹脂製ピストン外周面の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが１．０μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲であることを特徴とする樹脂製ピストン。
2. 熱硬化性樹脂成形材料を用いて、圧縮成形、移送成形、射出成形及び射出圧縮成形からなる群より選ばれる成形方法により樹脂製ピストンを成形する成形工程、
   成形された樹脂製ピストンの外周面を円筒状に加工する円筒化工程、
   円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面を平滑化する平滑化工程、
   を経て得られる請求項１記載の樹脂製ピストン。
3. 前記円筒化工程が、成形された樹脂製ピストンの外周面をセンタレス研磨加工する方法を用いる請求項１又は２に記載の樹脂製ピストン。
4. 前記平滑化工程が、円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面をバフ研磨加工する方法を用いる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂製ピストン。
5. 前記平滑化工程が、円筒状に加工された樹脂製ピストンの外周面をコーティングする方法を用いる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂製ピストン。