JP2019082240A - Seal member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動部材の摺接面に摺接し、摺動部材と他の部材とにより形成された間隙を密封するシール部材に関する。 The present invention relates to a sealing member which is in sliding contact with a sliding contact surface of a sliding member and seals a gap formed by the sliding member and another member.
自動車や一般機械、産業機械等では、軸等の摺動部材と他の部材との間に潤滑油等の液体を収容し、外部に漏出しないように密封するシール部材が多く用いられている。 In automobiles, general machines, industrial machines and the like, a sealing member is widely used which contains a liquid such as lubricating oil between a sliding member such as a shaft and other members and seals the liquid so as not to leak outside.
例えば、特許文献1に示す密封型転がり軸受けは、外周面に軌道面を有する内輪と、軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪と、両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、内輪及び外輪の間に複数の転動体を保持する保持器と、外輪の内周面に取り付けられ内輪の外周面に滑り接触するシールと、内輪及び外輪の間に形成された空隙部内に配されシールによって密封された潤滑剤とを備えている。
For example, in the sealed type rolling bearing shown in
特許文献1の密封型転がり軸受けは、シールの摩耗やトルクの増大を抑制することを目的として、シールが、他方の軌道輪に滑り接触する摺接面を有するリップ部を備えていて、当該リップ部の摺接面に、微細な線状凹部及び線状凸部が交互に繰り返し縞状に形成された微細な凹凸を形成している。特許文献1は、具体的に微細な凹凸の形状として3つ挙げている。1つ目は、微細な凹凸が形成されている部分が帯状をなし、この帯状部の複数が平行に等間隔で並んでいる。2つ目は、微細な凹凸が形成されている部分が長方形状をなしており、この長方形状部の複数が所定の間隔を空けつつ摺接面に均一に配されている。3つ目は、微細な凹凸が形成されている部分が円形状をなしており、この円形状部の複数が所定の間隔を空けつつ摺接面に均一に配されている。
In the sealed type rolling bearing of
上述した特許文献1では、シールの摺接面に形成された微細な凹凸は、深さが0.01μm以上0.2μm以下と浅いため、リップ部の摺接面に保持できる潤滑剤の量が限られる。また、当該微細な凹凸の深さの範囲が狭いため、リップ部の摺接面と内輪の外周面等の摺動部材との間の摩擦力(摺動抵抗)をコントロールできる範囲が小さい。さらに、特許文献1に記載された微細凹凸の凸部は、特許文献1の図4〜図6に示すように、帯状、若しくは、複数の長方形状部や円形状部に形成された凹凸により潤滑油を保持する構成を採用しているため、凸部によって凹部に溜まった潤滑油の流れが分断され、摺動部材との間で潤滑膜を良好に形成することは困難であった。
In
特に、ブレーキキャリパにおいて、シリンダ溝とピストンとの間に設けられるピストンシール部材にあっては、ブレーキペダルを踏むとマスターシリンダから液圧が加わり、ピストンが前進する。その際、ピストンシール部材は、液圧により弾性変形する。その後、ブレーキペダルを離すと、ブレーキ液はマスターシリンダに流れ、ピストンはシール部材の弾性力が解放されて後退し(シール部材のロールバック作用)、ロータとパッドとの適切な隙間(ロールバック量)が保つ。このロールバック量を任意の大きさにコントロールするために、シール部材には、安定的な摺動抵抗を実現することが要求される。 In particular, in the case of the piston seal member provided between the cylinder groove and the piston in the brake caliper, when the brake pedal is depressed, fluid pressure is applied from the master cylinder, and the piston advances. At that time, the piston seal member is elastically deformed by the liquid pressure. After that, when the brake pedal is released, the brake fluid flows to the master cylinder, and the piston is released by the elastic force of the seal member and retreats (rollback action of the seal member), and the appropriate gap (rollback amount) between the rotor and the pad ) Keep. In order to control the amount of rollback to an arbitrary size, the seal member is required to realize stable sliding resistance.
しかしながら、ピストンとシリンダ溝との間に設けるピストンシール部材に上述した特許文献1に開示の微細凹凸を形成したとしても、当該微細凹凸は、深さが0.01μm以上0.2μm以下と浅く、単純な凹凸形状のみであるため、潤滑油の流れ性を考慮した潤滑膜の形成が困難となる。よって、安定した摺動抵抗が得られない不都合を生じる。
However, even if the fine unevenness disclosed in
本発明は、従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、摺動部材との間に任意の摺動抵抗が要求される場合であっても、潤滑油の流れ性を考慮した潤滑膜を良好に形成し、任意の摺動抵抗を安定して実現することができるシール部材を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional technical problems, and takes into consideration the flowability of lubricating oil, even when any sliding resistance is required between the sliding member and the present invention. It is an object of the present invention to provide a seal member which can form a lubricating film well and stably realize any sliding resistance.
そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、以下に記載のシール部材を提供するに至った。 Then, the present inventors came to provide the sealing member as described below as a result of earnest research.
すなわち、本発明に係るシール部材は、摺動部材の摺動面に摺接し、当該摺動部材と他の部材とにより形成された間隙を密封するエラストマーからなるものであって、前記摺動部材の摺動面に摺接する当該シール部材の少なくとも一部に、凹凸形状を有する単位パターンを複数個配置し、当該単位パターンが、凸部の外周に凹部を配し、当該凸部と当該凹部との間に平坦領域を備えたことを特徴とする。 That is, the sealing member according to the present invention is made of an elastomer which is in sliding contact with the sliding surface of the sliding member and seals the gap formed by the sliding member and the other members, A plurality of unit patterns having a concavo-convex shape are disposed on at least a part of the seal member in sliding contact with the sliding surface of the second surface, and the unit pattern disposes a recess on the outer periphery of the protrusion. And a flat area between them.
本発明に係るシール部材は、前記単位パターンは、隅の部分及び/又は中央部分に前記凸部を配置し、隣り合う当該単位パターンの少なくとも境界線上に前記凹部を配置したものであることが好ましい。 In the seal member according to the present invention, it is preferable that the unit pattern has the convex portion disposed at a corner portion and / or a central portion, and the concave portion disposed at least on the boundary of the adjacent unit patterns. .
本発明に係るシール部材は、前記凸部に囲まれた第二凹部を有することが好ましい。 It is preferable that the seal member according to the present invention has a second concave portion surrounded by the convex portion.
本発明に係るシール部材は、前記凸部と前記第二凹部の高低差の最大値が、前記平坦領域と前記凹部の高低差の最大値以下であることが好ましい。 In the sealing member according to the present invention, it is preferable that the maximum value of the height difference between the convex portion and the second concave portion is equal to or less than the maximum value of the height difference between the flat region and the concave portion.
本発明に係るシール部材は、前記単位パターンにおいて前記平坦領域が占める面積の割合が、37%以上55%以下であることが好ましい。 In the sealing member according to the present invention, the ratio of the area occupied by the flat area in the unit pattern is preferably 37% or more and 55% or less.
本発明に係るシール部材は、前記凸部の一部に、前記平坦領域と連通する連通路を有することが好ましい。 It is preferable that the seal member according to the present invention has a communication passage communicating with the flat region in a part of the convex portion.
本発明に係るシール部材は、前記エラストマーが、熱硬化性エラストマーであることが好ましい。 In the seal member according to the present invention, the elastomer is preferably a thermosetting elastomer.
本発明に係るシール部材は、シリンダ内周面に形成された溝に装着され、当該シリンダ内を摺動するピストン外周面の一部に摺接し、当該シリンダと当該ピストンにより形成された間隙を密封するピストンシール部材であることが好ましい。 The seal member according to the present invention is mounted in a groove formed on the inner circumferential surface of the cylinder, slides on a part of the outer circumferential surface of the piston sliding in the cylinder, and seals the gap formed by the cylinder and the piston It is preferable that it is a piston seal member.
本発明に係るピストンシール部材は、前記単位パターンが、ISO25178−2に準拠した三次元表面性状パラメータで表した、突出谷部の空隙体積(Vvv)と、突出山部の実体体積(Vmp)と、コア部の実体体積(Vmc)とが下記の式(1)を満足することが好ましい。
(Vmp+Vmc)/Vvv>5.7・・・(1)
The piston seal member according to the present invention has the void volume (Vvv) of the protruding valley portion and the substantial volume (Vmp) of the protruding peak portion, wherein the unit pattern is represented by a three-dimensional surface property parameter according to ISO 25178-2. It is preferable that the substantial volume (Vmc) of the core portion satisfies the following formula (1).
(Vmp + Vmc) / Vvv> 5.7 (1)
本発明のシール部材は、少なくとも摺動部材との摺動面に、凹凸形状を有する単位パターンを複数個配置し、当該単位パターンが、凸部の外周に凹部を配し、当該凸部と当該凹部との間に平坦領域を備えたので、当該凸部が、外圧によって弾性変形した際に、当該凸部の外周に配された凹部に収容された潤滑油が平坦領域を介して摺動部材とシール部材との間に良好な潤滑膜を形成することができる。また、摺動部材とシール部材との間で局所的に摩擦力(摺動抵抗)が大きくなる不都合を抑制することができ、任意の摺動抵抗を安定して実現することができると共に、シール本来の機能である密封性も実現することができる。 In the sealing member of the present invention, a plurality of unit patterns having an uneven shape are disposed on at least a sliding surface with the sliding member, and the unit pattern has a recess on the outer periphery of the protrusion, and the protrusion and the protrusion Since the flat region is provided between the concave portion and the concave portion, when the convex portion is elastically deformed by the external pressure, the lubricating oil contained in the concave portion disposed on the outer periphery of the convex portion slides through the flat region. A good lubricating film can be formed between the and the seal member. In addition, it is possible to suppress the disadvantage that the frictional force (sliding resistance) locally increases between the sliding member and the sealing member, and it is possible to stably realize any sliding resistance, and to seal the seal. Sealing performance that is the original function can also be realized.
以下、本発明に係るシール部材の一実施の形態として、自動二輪車用のディスクブレーキに適用したピストンシール部材を例に挙げて説明する。 Hereinafter, a piston seal member applied to a disc brake for a motorcycle will be described as an example of a seal member according to an embodiment of the present invention.
図1は本実施の形態に係るピストンシール部材1を備えた自動二輪車用のディスクブレーキ10を模式的に示した断面図、図2は図1のA部分拡大模式図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
図1に示すように、本実施の形態に係るディスクブレーキ10は、車輪と一体に回転するディスクロータ11をキャリパボディ12に組み込まれた摩擦パッド13a、13bにより両側から押圧して制動する。また、キャリパボディ12に設けられたシリンダ14の内周面とピストン15の外周面との間隙16には、潤滑油18であるブレーキオイルが満たされる。この潤滑油18は、図示しないマスターシリンダの出力ポートから供給される。
As shown in FIG. 1, the
さらに、上述したシリンダ14の内周面には、環状のピストンシール溝17が形成されている。このピストンシール溝17には、本発明を適用した環状のピストンシール部材1が装着されている。
Further, an annular
ところで、ピストンシール部材1は、エラストマーからなる環状(無端状)のシール部材であり、シリンダ14内に収容されるピストン15の外周面と摺動可能に密接してピストン15を保持し、シリンダ14の内周面とピストン15の外周面との間隙16を密封する。ここで、ピストンシール部材1を構成するエラストマーとしては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、エチレン−プロピレンゴム(EPT)、フッ素ゴム(FKM)、スチレンゴム(SBR)、天然ゴム(NR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ニトリルゴム(NBR)等の熱硬化性エラストマーや、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン等の熱可塑性エラストマー及び、これらの混合物のゴム等を挙げることができる。
The
以下、図2〜図4を用いて、潤滑油18であるブレーキオイルで加圧(制動時)あるいは加圧解除(制動解除時)されたときのピストンシール部材1の挙動を説明する。ピストンシール部材1は、図2に示すように、シリンダ14に形成されたピストンシール溝17に装着される。制動時に、図3に示すように、潤滑油18が加圧されてピストン15が矢印方向に前進すると、ピストン15の摺動面に摺接しているピストンシール部材1は、ピストン15との間の摩擦力(摺動抵抗)により、ピストンシール溝17内で図3に示すような弾性変形を生ずる。そして、制動解除時に、潤滑油18が減圧されると、ピストンシール部材1に蓄積された残留ひずみが解放されることで、図4に示すように、ピストン15を後方(元に戻る方向)に押し戻し(ロールバック作用)、ディスクロータ11と摩擦パッド13a、13bとの間に適正な隙間(ロールバック量)が保たれる。
The behavior of the
本発明は、上述したような挙動を示すシール部材であって、摺動部材(ピストン15)の摺動面に摺接する当該シール部材の少なくとも一部に、凹凸形状を有する単位パターンを複数個配置し、当該単位パターンが、凸部の外周に凹部を配し、当該凸部と当該凹部との間に平坦領域を備えることで、任意の摺動抵抗を安定して実現することができると共に、シール本来の機能である密封性も実現することができる顕著な効果を奏するものである。 The present invention is a seal member which exhibits the behavior as described above, and a plurality of unit patterns having a concavo-convex shape are arranged on at least a part of the seal member slidingly contacting the sliding surface of the sliding member (piston 15) In the unit pattern, the concave portion is disposed on the outer periphery of the convex portion, and the flat region is provided between the convex portion and the concave portion, whereby an arbitrary sliding resistance can be stably realized. The sealing effect, which is the original function of the seal, can also be realized with remarkable effects.
以下に、本実施の形態に係るピストンシール部材1を例に挙げて本発明に係るシール部材の特徴であるピストンシールの内周面2の形状について述べる。図5はピストンシール部材1の斜視図であり、図6は図5のピストンシール部材1の断面図である。本実施の形態に係るピストンシール部材1は、内周面2に、微細な凹凸形状を有する単位パターンが複数個配置されている。当該単位パターンを複数連続して繰り返すことで、内周面2に微細パターンを形成する。なお、図5及び図6では、内周面2に形成された微細パターンを斜線にて示す。この単位パターンは凸部の外周に凹部を配し、当該凸部と凹部との間に平坦領域を備えたものである。ここでは、3つの実施形態を例に挙げて説明する。なお、単位パターンの大きさ(縦×横)は、3つの実施形態すべて、100μm×100μmである。
Hereinafter, the shape of the inner
(1)第1実施形態
第1実施形態の単位パターン3について図7〜図10を参照して説明する。図7は単位パターン3の斜視図、図8は単位パターン3の平面図、図9は図8のB−B線断面模式図、図10は図8の単位パターン3を複数配置した図である。図7では、単位パターン3の高さの変化を等高線により示す。また、図10では、一つの単位パターン3を四角で囲って示す。
(1) First Embodiment
第1実施形態の単位パターン3は、図7、図8、図10に示すように、矩形状のパターンの中央部分に内方(ピストン15側)に向けて突出した凸部21を配置し、当該凸部21の外周、具体的には、当該矩形状のパターンの四隅の部分に断面が略円弧状の凹部22を配置したものである。当該凸部21と各凹部22との間には、図9に示すように、平坦領域23が存在している。ここで、図7に示した凸部21は、矩形状のパターンの中心を含む中央部分に配置されているが、本発明における凸部は、これに限定されるものではなく、凸部全体が矩形状パターン内に存在できる範囲であればよく、このことを含めて中央部分と称する。また、図7に示した凹部22は、矩形状のパターンの四隅の部分に配置されているが、本発明における凹部は、これに限定されるものではなく、隅の部分及び/又は隣り合う矩形状のパターンの少なくとも境界線上に配置されていればよい。さらに、単位パターン3は、当該凸部21により囲まれた第二凹部24を有している。
In the
以下、本実施の形態における凸部21、凹部22、第二凹部24、平坦領域23の機能について述べる。ピストンシール部材1をシリンダ14内に形成されたピストンシール溝17に装着すると、ピストンシール部材1の内周面(ピストン15側)2の凹部22及び第二凹部24には、潤滑油が溜まった状態となる(図2)。また、装着時には、当然ピストンシール部材1に圧力がかかるため、ピストンシール部材1の内周面2に形成された凸部21、あるいは、凸部21及び平坦領域23が押し潰され、潤滑油を密封する。このとき、平坦領域23が押し潰された際には、図9に示す平坦領域23と略同程度の位置に存在する第二凹部24も押し潰される。ただし、押し潰される部分の体積は、凸部21と、第二凹部24と、平坦領域23とでそれぞれ異なっているため、ミクロ的には均一な押し潰れ方はせず、第二凹部24には僅かに潤滑油が溜まった状態になっている。
The functions of the
このような状況下で、ブレーキが制動状態に入ると、潤滑油18によりピストン15及びピストンシール部材1が加圧されるため、ピストン15が摩擦パッド13aの方向に移動し、移動するピストン15とピストンシール部材1との間の摺動抵抗(動摩擦力)によりピストンシール部材1が弾性変形する(図3)。
Under such circumstances, when the brake enters a braking state, the
その後、ブレーキの制動状態が解除されると、潤滑油18が減圧されるため、ピストン15が摩擦パッド13aから離れる方向に移動し、ピストン15自体の移動が止まった時点から、今度は弾性変形したピストンシール部材1が元の形状に戻ろうとして、ピストンシール部材1に蓄えられたひずみエネルギーを解放する。このとき、一定の摺動抵抗(動摩擦力)がピストン15とピストンシール部材1の間に作用するため、ピストン15自体の動きが停止した後、さらにピストン15が戻ることになる(ロールバック作用)。
Thereafter, when the braking state of the brake is released, the lubricating
ブレーキの制動/解除は、1回のみではなく繰り返し行われるため、ピストン15とピストンシール部材1は、繰り返し摺動することになる。このとき、凹部22或いは第二凹部24に溜まった潤滑油が両者の摺動に伴い、常に摺動面に供給され潤滑膜を形成することで、繰り返される摺動を安定的に行うことができる。また、平坦領域23が一定面積存在することにより、ピストンシール部材1が外圧で押し潰された際に、均一な圧力分布が得やすくなるため、ピストン15とピストンシール部材1の摺動面に均一な潤滑膜を形成しやすくなる。
Since the braking / releasing of the brake is repeated not only once but repeatedly, the
なお、図8に示す第1実施形態の単位パターン3中の平坦領域23の割合は49.8%である。この割合は、単位パターン3が100μm×100μmの矩形状であり、凸部21及び第二凹部24、凹部22を含まない平坦領域23のみの割合である。
The ratio of the
また、単位パターン3の凸部21の頂点(最もピストン15側に位置する点)から潤滑油を溜める第二凹部24の底部までの高低差の最大値は、平坦領域23から凹部22の高低差の最大値以下であることが好ましい。これは、ピストンシール部材1が弾性変形して、特に、凸部21及び平坦領域23の一部が押し潰された際に、潤滑油を溜める第二凹部24の潤滑膜形成に寄与する影響が小さくなってしまう可能性があり、かわりに、凹部22が、良好な潤滑膜形成に必要な潤滑油の供給源としての役割を担うことになるからである。ゆえに、平坦領域23から凹部22までの高低差の最大値を凸部21から第二凹部24までの高低差の最大値以上とすることで、潤滑油を潤沢に摺動面に与え、常に一定の潤滑膜の形成がなされるようになるからである。
Further, the maximum value of the height difference from the top (the point closest to the piston 15) of the
(2)第2実施形態
第2実施形態の単位パターン4について図11〜図15を参照して説明する。図11は単位パターン4の斜視図、図12は単位パターン4の平面図、図13は図12のC−C線断面模式図、図14は図12のD−D線断面模式図、図15は図12の単位パターン4を複数配置した図である。図11では、単位パターン4の高さの変化を等高線により示す。また、図15では、一つの単位パターン4を四角で囲って示す。
(2) Second Embodiment
第2実施形態の単位パターン4は、図11、図12、図15に示すように、矩形状のパターン領域の中央部分に内方(ピストン15側)に向けて突出した複合凸部31を配置し、当該複合凸部31の外周、具体的には、当該矩形状のパターンの四隅の部分に断面が略円弧状の凹部32を配置したものである。なお、本実施形態における複合凸部31及び凹部32の配置については、第1実施形態の凸部21及び凹部22と同様であるため、ここでは説明を省略する。
In the
複合凸部31は、第1実施形態の凸部21の一部を切り欠いて連通路36が形成された凸部31aを4つ組合せて配置したものであり、それぞれの凸部31aにより囲まれた第二凹部34を4つ有している。当該複合凸部31の中央部には、4つの凸部31aにより周囲を囲まれた第三凹部35が形成されている。当該第三凹部35は、第二凹部34と同様に、本発明における第二凹部として機能するものである。また、当該複合凸部31と各凹部32との間には、図13及び図14に示すように、平坦領域33が存在している。
The composite
以下、本実施形態における複合凸部31、凹部32、第二凹部34、第三凹部35、平坦領域33の機能について述べる。まず、複合凸部31は、上述したように、第一実施形態で述べた凸部21の一部を切り欠いて連通路36が形成された4つの凸部31aを組み合わせた形状である。この複合凸部31は、第1実施形態の凸部21と同様の機能を有するが、連通路36が平坦領域33とつながることにより、複合凸部31の中央部分に存在する第三凹部35が外圧により完全に押し潰れた場合でも、潤滑油の平坦領域33への流れ性を確保することができる。これにより、摺動面に良好な潤滑膜を形成し続けることが可能となる。なお、凹部32、第二凹部34、平坦領域33の機能は、第1実施形態の凹部22、第二凹部24、平坦領域23の機能は同様であるため、ここでは説明を省略する。
Hereinafter, functions of the composite
また、第1実施形態と同様、単位パターン4の複合凸部31の頂点(最もピストン15側に位置する点)から潤滑油を溜める第二凹部34又は第三凹部35の底部までの高低差の最大値は、平坦領域33から凹部32の高低差の最大値以下であることが好ましい。この理由は、第1実施形態の理由と同様であるため、ここでは省略する。
Further, as in the first embodiment, the height difference from the top (the point closest to the piston 15) of the compound
なお、図12に示す第2実施形態の単位パターン4中の平坦領域33の割合は37.9%である。この割合は、単位パターン4が100μm×100μmの矩形状であり、複合凸部31、第二凹部34、第三凹部35及び凹部32を含まない平坦領域33のみの割合である。
The ratio of the
(3)第3実施形態
第3実施形態の単位パターン5について図16〜図20を参照して説明する。図16は単位パターン5の斜視図、図17は単位パターン5の平面図、図18は図17のE−E線断面模式図、図19は図17のF−F線断面模式図、図20は図17の単位パターン5を複数配置した図である。図16では、単位パターン5の高さの変化を等高線により示す。また、図20では、一つの単位パターン5を四角で囲って示す。
(3) Third Embodiment
第3実施形態の単位パターン5は、図16、図17、図20に示すように、矩形状のパターン領域の中央部分に内方(ピストン15側)に向けて突出した変形凸部41を配置し、当該変形凸部41の外周、具体的には、当該矩形状のパターンの四隅近傍に変形楕円形状からなる凹部42を配置したものである。当該変形凸部41と変形楕円形状の各凹部42との間には、図18及び図19に示すように、平坦領域43が存在している。なお、本実施形態における変形凸部41及び凹部42の配置については、第1実施形態の及び第2実施形態の凸部及び凹部と同様であるため、ここでは説明を省略する。
In the
本実施形態の単位パターン5における変形凸部41は、断面がピストン15側に突出した頂部分に、二つの第二凹部44、44を備えている。いずれの第二凹部44、44も潤滑油を溜める機能を有し、その形状は、図17に示すように、横長の楕円形状を呈し、当該楕円形状の長軸方向に並置されている。また、これら第二凹部44、44の周囲は、高低差のある山が連なった山脈状に連結したような隆起部分から構成される変形凸部41により囲まれている。さらに、この高低差のある変形凸部41は、平面上で第二凹部44同士が隣接した部分に、変形凸部41の他の部分と比べて幾分低くなった窪み45を有している。
The deformation
以下、本実施形態における変形凸部41、凹部42、第二凹部44、44、窪み45、平坦領域43の機能について述べる。なお、凹部42及び第二凹部44の機能は、第1実施形態及び第2実施形態の凹部及び第二凹部の機能と同様であるため、説明を省略する。
Hereinafter, functions of the deformation
本実施形態における変形凸部41は、上述したように、高低差のある山脈が連結したような隆起部分から構成されており、特に図17に示すように変形凸部41の窪み45が存在することで、潤滑油のピストンシール部材1の内周面2での流れ性を良好にすることができる。これによって、摺動面における安定的な潤滑膜形成を促すことができる。すなわち、ピストンシール部材1に加わる圧力により変形凸部41あるいは変形凸部41及び平坦領域43が押し潰された場合に、高さが一定した凸部では第二凹部44に溜まった潤滑油が流れ出す程度が小さいが、本実施形態のように変形凸部41の一部、特に第二凹部44に隣接した変形凸部41の一部に窪み45を有することで、ピストンシール部材1が外圧で押し潰された場合でも、第二凹部44からの潤滑油の良好な流れ性を実現できる。このような効果に連動して、単位パターン5の隅に形成された変形楕円形状の凹部42の大きさを小さくし、単位パターン5の四隅に限らず多数形成することができる。これによっても、摺動面に形成される潤滑膜を、より安定して形成することができる。
As described above, the deformation
また、第1実施形態及び第2実施形態と同様に、単位パターン5の変形凸部41の頂点(最もピストン15側に位置する点)から潤滑油を溜める第二凹部44の底部までの高低差の最大値が、平坦領域43から凹部42の高低差の最大値以下であることが好ましい。この理由は、第1実施形態及び第2実施形態の理由と同様である。
Further, as in the first embodiment and the second embodiment, the height difference from the top (the point closest to the piston 15) of the deformation
なお、上述した各実施形態に係る単位パターンの大きさは、100μm×100μmの場合を説明したが、本発明における単位パターンの大きさは、これに限定されるものではなく、任意の大きさとすることができる。なぜなら、第1実施形態〜第3実施形態において説明したように、良好で安定的な潤滑膜形成のためには、単位パターン内の平坦領域とそれ以外の面積比率が重要なためである。具体的に、本発明において、単位パターン内の平坦領域が占める面積の割合は、第1実施形態〜第3実施形態において示したように、37%以上55%以下の範囲とすることが好ましい。当該平坦領域が占める面積の割合をこの範囲内とすることで、良好で安定的な潤滑膜形成が容易となるからである。 Although the size of the unit pattern according to each embodiment described above has been described as 100 μm × 100 μm, the size of the unit pattern in the present invention is not limited to this, and may be any size. be able to. This is because, as described in the first to third embodiments, in order to form a good and stable lubricating film, the area ratio between the flat area in the unit pattern and the other area is important. Specifically, in the present invention, the ratio of the area occupied by the flat region in the unit pattern is preferably in the range of 37% to 55% as shown in the first to third embodiments. By setting the ratio of the area occupied by the flat region within this range, it is possible to facilitate the formation of a good and stable lubricating film.
以下、本発明のピストンシール部材の実施例及びその評価について述べる。 Hereinafter, examples of the piston seal member of the present invention and the evaluation thereof will be described.
本発明を適用したピストンシール部材の実施例は、まず、図示しない金型内に、エチレン・プロピレン・ジエン系ゴム(EPDM)からなるゴム材料を充填し、所定時間加熱することで架橋し、円筒状のゴム部材を得た。成型に用いる金型は、微細凹凸形状精度の観点から、表面にフェムト秒レーザー加工等の短パルスレーザー加工を用いて微細凹凸パターンを形成したピストンシール部材成形用の金型を採用した。金型から取り出された円筒状のゴム部材を所定の厚さに輪切り状に切断し、実施例としての複数の環状のピストンシール部材を得た。 In the embodiment of the piston seal member to which the present invention is applied, first, a rubber material made of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) is filled in a mold (not shown), and crosslinked by heating for a predetermined time. -Shaped rubber member was obtained. As a mold used for molding, a mold for molding a piston seal member on which a fine concavo-convex pattern is formed on the surface using short pulse laser processing such as femtosecond laser processing is adopted from the viewpoint of fine concavo-convex shape accuracy. The cylindrical rubber member taken out of the mold was cut into a predetermined thickness and cut into a plurality of annular piston seal members as an example.
本発明は摺動面の摺動抵抗をコントロールすることで、ロールバック量を制御することを目的としているため、上述した実施形態1の単位パターン3を用いて得られた実施例としてのピストンシール部材について、「液圧(≒摺動抵抗)の繰り返し安定性」及び「ピストンシール部材に形成された微細パターン形成面の三次元表面性状とロールバック量の関係」を調べた。
The object of the present invention is to control the amount of rollback by controlling the sliding resistance of the sliding surface, and therefore, a piston seal as an example obtained using the
<測定方法>
1.三次元表面性状:
レーザー顕微鏡(オリンパス株式会社製)を用い、測定領域624μm×624μmで、ISO25178−2に準拠した表面粗さの3種類の体積パラメータ(Vmp(突出山部の実体体積)、Vmc(コア部の実体体積)、Vvv(突出谷部の空隙体積)を測定した。
<Measurement method>
1. Three-dimensional surface texture:
Three types of volume parameters (Vmp (substantial volume of protruding ridges), Vmc (entity of core) of surface roughness according to ISO 25178-2 in measurement area 624 μm × 624 μm using a laser microscope (manufactured by Olympus Corporation) Volume), Vvv (void volume of protruding valley) were measured.
2.ロールバック量:
図21に示す簡易測定系を用いて、実施例としてのピストンシール部材を用いたときのロールバック量を測定した。図中、50はピストンシール部材1を保持する保持台である。51は潤滑油18の液圧を測定する液圧計である。52は、ピストン15の変位量を測定する変位計である。
2. Rollback amount:
The amount of rollback when using the piston seal member as an example was measured using the simple measurement system shown in FIG. In the figure,
具体的には、ロールバック量の測定は液圧(潤滑油への圧力)を徐々に上昇させてピストン15を2mmまで変位させ、ピストン摺動開始の液圧とピストン摺動中の潤滑油の液圧を測定した。このとき、ピストン15とピストンシール部材1との摺動抵抗が小さければ、ピストン移動時の液圧が小さく、逆に摺動抵抗が大きければ、液圧が大きくなり、この液圧の大小を摺動抵抗の大小としている。図22に矢印で示すように、その後、液圧を減圧させ始めてからピストン15が戻る変位量をロールバック量とした。
Specifically, the amount of rollback is measured by gradually increasing the hydraulic pressure (pressure to the lubricating oil) to displace the
3.摺動抵抗(液圧)のバラツキ:
ロールバック量測定のための簡易測定系(図21)と同じ装置を用いて、潤滑油の液圧を増加させたときの、液圧(摺動抵抗)のバラツキを測定した。
3. Variation of sliding resistance (hydraulic pressure):
The same apparatus as the simplified measurement system (FIG. 21) for measuring the amount of rollback was used to measure the variation in the hydraulic pressure (sliding resistance) when the hydraulic pressure of the lubricating oil was increased.
<実施例1〜実施例3>
1.各実施例の形状:外径φ38mm、内径φ32mm、厚み:3mmのリング状ピストンシール部材
2.凹部溝の深さ:5μm(実施例1)、7μm(実施例2)、9μm(実施例3)の3水準(フェムト秒レーザー加工により形成)
Examples 1 to 3
1. Ring-shaped piston seal member of each embodiment: outer diameter: 38 mm, inner diameter: 32 mm, thickness: 3 mm. Depth of recess groove: 3 levels (formed by femtosecond laser processing) of 5 μm (Example 1), 7 μm (Example 2), 9 μm (Example 3)
<結果>
フェムト秒レーザー加工機で微細パターン(上述の第1実施形態の単位パターン)を作成した金型から転写したピストンシール部材内周面の微細パターンの三次元表面性状パラメータおよびこの三次元表面性状パラメータを有するピストンシール部材3種類(実施例1、実施例2、実施例3)のロールバック量を表1に示す。なお、測定は図21に示すロールバック量測定系を用いた。
<Result>
Three-dimensional surface texture parameters of the fine pattern on the inner peripheral surface of the piston seal member transferred from the mold in which the fine pattern (the unit pattern of the first embodiment described above) is created by the femtosecond laser beam machine and this three-dimensional surface texture parameter The roll back amounts of the three types of piston seal members (Example 1, Example 2, Example 3) are shown in Table 1. In addition, the measurement used the amount measuring system of rollbacks shown in FIG.
表1の実施例1〜実施例3を図21のロールバック量測定系に装着し、潤滑油の液圧(摺動抵抗)の繰り返し安定性の測定をおこなった結果を図23〜図25に示す。 The results of measurement of the cyclic stability of the hydraulic pressure (sliding resistance) of the lubricating oil by mounting Example 1 to Example 3 of Table 1 on the rollback amount measuring system of FIG. 21 are shown in FIGS. 23 to 25. Show.
図23〜図25から分かるように、実施例1(凹部溝深さ5μm、Vvv0.25)では、繰り返し摺動抵抗のバラツキが比較的大きく、実施例2(凹部溝深さ7μm、Vvv0.29)及び実施例3(凹部溝深さ9μm、Vvv0.37)では、繰り返し摺動抵抗のバラツキが小さくなっている。よって、凹部溝深さを5μmより大きく(Vvvを0.25より大きく)することで、ピストン15とピストンシール部材1の間(=摺動面)により安定して均一な潤滑膜を形成することが分かる。
As can be seen from FIGS. 23 to 25, in Example 1 (
さらに、表1の三次元表面性状パラメータを用いて、((Vmc+Vmp)/Vvv)とロールバック量の関係を表2及び図26に示す。 Furthermore, the relationship between ((Vmc + Vmp) / Vvv) and the amount of rollback is shown in Table 2 and FIG. 26 using the three-dimensional surface property parameters of Table 1.
図26から分かるように、((Vmc+Vmp)/Vvv)により、ロールバック量を任意の値にすることができる。ここで、((Vmc+Vmp)/Vvv)が5.72である実施例1は、上述したように、繰り返しの摺動抵抗の安定性に欠ける。したがって、摺動抵抗の安定性と任意のロールバック量を実現するためには、((Vmc+Vmp)/Vvv)は5.7より大きい値であることが好ましいことが分かる。なお、((Vmc+Vmp)/Vvv)は、実質的な摺動部材とシール部材との間の潤滑膜を介した摩擦係数を意味すると考えられる。 As can be seen from FIG. 26, the rollback amount can be set to an arbitrary value by ((Vmc + Vmp) / Vvv). Here, Example 1 in which ((Vmc + Vmp) / Vvv) is 5.72 lacks stability of repetitive sliding resistance as described above. Therefore, it is understood that ((Vmc + Vmp) / Vvv) preferably has a value larger than 5.7 in order to realize the stability of the sliding resistance and the optional amount of rollback. Note that ((Vmc + Vmp) / Vvv) is considered to mean the friction coefficient between the sliding member and the seal member substantially via the lubricating film.
ところで、上述した実施の形態では、自動二輪車用のディスクブレーキに適用したピストンシール部材を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、摺動面に設けたエラストマーからなるシール部材として、例えば、バキュームブースター用シール部材等にも適用できることは勿論である。 By the way, although the piston seal member applied to the disc brake for motorcycles is mentioned as an example and explained in the embodiment mentioned above, the present invention is not limited to this and was provided in the sliding face. Of course, as a sealing member which consists of elastomers, it is applicable also to a sealing member etc. for vacuum boosters, for example.
本発明にかかるシール部材は、任意の摺動抵抗を安定して実現することができるシール部材を提供できるため、産業上有用である。 The seal member according to the present invention is industrially useful because it can provide a seal member that can stably realize any sliding resistance.
1 ピストンシール部材(シール部材)
2 内周面
3、4、5 単位パターン
10 ディスクブレーキ
11 ディスクロータ
12 キャリパボディ
13a、13b 摩擦パッド
14 シリンダ
15 ピストン
16 間隙
17 ピストンシール溝
18 潤滑油(ブレーキオイル)
21 凸部
22 凹部
23 平坦領域
24 第二凹部
31 複合凸部(凸部)
31a 凸部
32 凹部
33 平坦領域
34 第二凹部
35 第三凹部
36 連通路
41 変形凸部(凸部)
42 凹部
43 平坦領域
44 第二凹部
45 窪み
50 保持台
51 液圧計
52 変位計
1 Piston seal member (seal member)
21
31 a
42 recessed
Claims (9)
前記摺動部材の摺動面に摺接する当該シール部材の少なくとも一部に、凹凸形状を有する単位パターンを複数個配置し、
当該単位パターンが、凸部の外周に凹部を配し、当該凸部と当該凹部との間に平坦領域を備えたことを特徴とするシール部材。 In a seal member made of an elastomer, which is in sliding contact with a sliding surface of a sliding member and seals a gap formed by the sliding member and another member,
A plurality of unit patterns having a concavo-convex shape are disposed on at least a part of the seal member slidingly contacting the sliding surface of the sliding member,
A sealing member characterized in that the unit pattern has a concave portion on the outer periphery of the convex portion and a flat region between the convex portion and the concave portion.
シリンダ内周面に形成された溝に装着され、当該シリンダ内を摺動するピストン外周面の一部に摺接し、当該シリンダと当該ピストンにより形成された間隙を密封することを特徴とするピストンシール部材。 The seal member according to any one of claims 1 to 7, wherein
A piston seal mounted in a groove formed on the inner circumferential surface of a cylinder, in sliding contact with a part of an outer circumferential surface of a piston sliding in the cylinder, and sealing a gap formed by the cylinder and the piston. Element.
(Vmp+Vmc)/Vvv>5.7・・・(1) The unit pattern is represented by three-dimensional surface texture parameters in accordance with ISO 25178-2. The void volume (Vvv) of the protruding valley portion, the substantial volume (Vmp) of the protruding peak portion, and the substantial volume (Vmc) of the core portion The piston seal member according to claim 8, wherein and satisfy the following formula (1).
(Vmp + Vmc) / Vvv> 5.7 (1)
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-
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