JP4780612B2 - カップシール - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ体の内周面とピストンとの間に設けられるカップ状のシール部材であるカップシールに関し、特に車両のブレーキやクラッチなどのブレーキシステムのマスターシリンダに用いられるカップシールに関する。

従来より、車両のブレーキやクラッチなどのブレーキシステムにはマスターシリンダが用いられている。例えば図１０に示すように、マスターシリンダ１には、シリンダ体２０に形成されたシリンダ孔２１と、このシリンダ孔２１に移動自在に挿入されたピストン２３とによって構成される液圧発生室２４がある。この液圧発生室２４は、シリンダ孔２１の内周壁に設けられたリリーフポート２２を介して外部の作動液リザーバと連通している。また、シリンダ体２０の内周面と、ピストン２３との間にはカップシール１０が装着されている。

このようなカップシールは、高温環境下でかつ動的環境の過酷な条件で使用されるものであり、耐熱性に優れたものが求められている。カップシールの材料としては、ＳＢＲが挙げられるが、耐熱性のよい材料としてＥＰＤＭが用いられるようになってきている。しかしながら、一般にＥＰＤＭは、ＳＢＲと比べて引裂強度が低下し、成型時における引裂きの発生が懸念される。

また、耐久性（耐喰われ性）を向上させる方策として、配合を調整することにより１００％モジュラスが１０ＭＰａ以上のＥＰＤＭを用いるものが提案されている（特許文献１参照）。なお、「喰われ」とは、マスターシリンダの駆動によって、カップシールの一部がむしられてしまうことである。

しかしながら、ＥＰＤＭの１００％モジュラスを１０ＭＰａ以上となるように配合を調整すると、引裂強度を最も大きく得られるように配合を調整したときと比べて、引裂強度が最適値から低下するという問題があった。

なお、引裂強度を優先させると、モジュラスが低下するために耐久性が低下してしまう。

そこで、耐久性と強度を両立し、且つシール特性を維持するカップシールが求められている。

特開２００１−３３４９２３号公報

本発明はこのような事情に鑑み、高強度で耐久性に優れ、シール特性を維持したカップシールを提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、外周面がシリンダ体の内周面に接触する第１シール面となると共に、中央部に貫通孔を有し、その内周面がピストンに接触する第２シール面となり、且つ前記第１シール面と前記第２シール面との間の前記貫通孔の周囲に亘って設けられ前記ピストンの移動方向一方側に開放された凹部を備えるゴム部材と、このゴム部材の前記シール面とは異なる面である前記凹部内面に設けられてポリオレフィン系繊維からなる芯材との少なくとも二層からなることを特徴とするカップシールにある。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のカップシールにおいて、前記ゴム部材がＳＢＲ、ＥＰＤＭのうち少なくとも一種からなることを特徴とするカップシールにある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載のカップシールにおいて、前前記ポリオレフィン系繊維がポリプロピレンであることを特徴とするカップシールにある。

本発明の第４の態様は、第１〜３のいずれか一項の態様に記載のカップシールにおいて、前記ポリオレフィン系繊維の形状が板状、網目状、マルチフィラメント状のいずれかであることを特徴とするカップシールにある。

本発明の第５の態様は、第１〜４のいずれかの態様に記載のカップシールにおいて、前記カップシールがインジェクション成形、トランスファー成形、コンプレッション成形のいずれかにより形成されたものであることを特徴とするカップシールにある。

本発明の第６の態様は、第１〜５のいずれかの態様に記載のカップシールにおいて、マスターシリンダに用いられることを特徴とするカップシールにある。

本発明によると、高強度で耐久性に優れ、シール特性を維持したカップシールとなるという効果を奏する。

本発明のカップシールは、円筒状のシリンダと、その内側が摺動するピストンとの間に設けられるカップ状のシール部材であるが、用途はこれに限定されず、例えば、四輪、二輪のブレーキシステムのマスターシリンダ、クラッチシステムのマスターシリンダ、スレーブシリンダ、ホイールシリンダなどに用いることができる。以下、四輪自動車のマスターシリンダに用いられるカップシールを例にとって説明する。

本発明のカップシールは、ゴム部材と、ゴム部材とは異なる材料からなる芯材との少なくとも二層からなり、シリンダ体の内周面及びピストンに接触するシール面がゴム部材からなるものである。本発明のカップシールは、シリンダ体の内周面及びピストンに接触するシール面をゴム部材とすることでシール性は維持しつつ、シール面以外の部分にゴム部材とは異なる材料からなる芯材を用いることにより、カップシールの強度及び耐久性を高めるものである。すなわち、高強度で耐久性に優れ、シール特性を維持したカップシールである。

本発明のカップシールは、ゴム部材と芯材との少なくとも二層からなるため、ゴム部材単体からなる従来のカップシールのように高温環境下になると破断強度及び１００％モジュラスが著しく低下するということがない。また、ゴム部材の強度を、芯材により補うことも可能となる。

また、シリンダ体及びピストンに接触するシール面がゴム部材からなるため、シール性は損なわれることがない。

さらに、ゴム部材に喰われや亀裂が発生しても、芯材があるために引裂きが広がる虞がなく、引裂きが発生してもカップシールの早期の破損を防ぐことができる。すなわち、本発明のカップシールを車両等のブレーキシステムに用いた場合、ブレーキシステムの安全性をより高めることができる。

図１に本発明のカップシールの一例を示す。図１（ａ）及び（ｂ）はカップシールの斜視図、図１（ｃ）はカップシールの断面図である。図１に示すように本発明のカップシール１０は、ゴム部材１１と芯材１２とからなり、シリンダ体及びピストンに接触するシール面はゴム部材１１からなる。また、カップシール１０には液圧を受ける凹部１３が形成されている。

本発明のカップシールは、ゴム部材と、ゴム部材とは異なる材料からなる芯材との少なくとも二層からなるものであり、芯材に剛性の高いものを用いることでゴム部材単体と比べて非常に耐久性に優れたものとなる。

また、たとえゴム部材に喰われや亀裂が発生しても、芯材があるために引裂きが広がる虞がないため、カップシールの早期の破損を防ぐことができる。

なお、ゴム部材と、ゴム部材とは異なる材料からなる芯材との二層からなるカップシールについて説明したが、本発明のカップシールは、例えば、ゴム部材、芯材、ゴム部材の順に層が積層された三層構造でもよく、勿論、三層以上の構造でもよい。

本発明にかかるゴム部材は、従来から用いられている材質であればよい。マスターシリンダ及びピストンに対するシール性があるものがよく、例えば、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等が挙げられるが、耐熱性に優れたエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）を用いるのが好ましい。

なお、ゴム部材、芯材、さらにゴム部材を設けた三層以上の構造からなるカップシールとする場合は、シール面に対向する面に設けるゴム部材はブレーキ液による膨潤が少ないものであればよく、特に材質は限定されない。

本発明にかかる芯材は、耐熱性及び強度があるものであればよく、好ましくは樹脂、金属、繊維から選択されるものである。

樹脂としては、例えば、ポリジエン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリ尿素、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリカーボナート、ナイロンなどが挙げられるが、極性を表すＳＰ値（溶解度パラメーター）が低いポリオレフィンが好適である。ポリオレフィンには、ＥＰＤＭ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン等が挙げられ、強度、耐熱性、及びコストの面から特にポリプロピレンが好適である。

芯材のＳＰ値が低い方が好ましいのは、ＳＰ値が高いとマスターシリンダ内のブレーキ液により膨潤する虞があるからである。ポリカーボナート、ポリエステル、ナイロン等のＳＰ値が高いものを使用する場合は、官能基数を制御してＳＰ値を下げるのが好ましい。

一方、ＳＰ値が高くてもタイトな網目を形成するメラニン樹脂等は、膨潤を抑制することができるため好適に用いることができる。

金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄が好ましい。加工性、コスト、軽量性などのバランスに優れているからである。

繊維としては、ポリエステル系、ポリアミド系が挙げられるが、ゴムとの相溶性、耐熱性及びコストの面からポリオレフィン系の繊維を用いるのが好ましい。ポリオレフィン系の繊維で特に好ましくは、ポリプロピレンである。また、ＥＰＤＭ、ＰＰ、ＥＰから構成されるサーモラン（三菱化学製）等も用いることができる。

繊維の形状は、板状、網目状、マルチフィラメント状のいずれかであることが好ましい。これらの構造は柔軟性があるため好ましい。

なお、ブレーキ液により膨潤する虞のある材料を芯材として用いる場合は、ゴム部材、芯材の他にさらにもう一層以上設け、積層構造からなるカップシールとするのが好ましい。例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート等のブレーキ液への接触が好ましくない材料を芯材として用いる場合は、ゴム部材、芯材、ゴム部材と積層し、芯材を内蔵する構造としたカップシールとすればよい。積層構造とすることで、それぞれの特性を補うことが可能となるからである。このとき、シール面と異なる面の材料としてゴム部材を用いる必要はなく、ブレーキ液に接触しても特性の落ちないものであればよい。また、勿論、上述したように三層以上の構造としてもよい。

上述したような耐熱性及び強度がある芯材を用いることで耐久性に優れたカップシールとなる。具体的には、高温環境下においても７０Ｎ／ｍｍ以上の引裂強度を保つカップシールとなる。

ゴム部材と芯材との厚さの割合は特に限定されないが、ゴム部材のシール特性及び柔軟性を維持できるようにする。柔軟性がなくなると、シリンダ装着時に不具合が生じる、あるいはシール不良となるためである。

本発明のカップシールの成形方法としては、インジェクション成形、トランスファー成形、コンプレッション成形等が挙げられるが、所定の強度を有する芯材を用いるため、コンプレッション成形が好ましい。

以下、実施形態に基づいて本発明にかかるカップシールの形成方法について説明する。なお、本発明のカップシールの形成方法は以下に示す方法に限定されるものではない。

（実施形態１）
図２は、実施形態１にかかるカップシールのコンプレッション成形による製造方法を示す図である。

まず、図２（ａ）に示すように、シール面と対向する所望の面を成形する凸部を有する第１の金型３１と、第１の金型３１の凸部に嵌合する凹部を有する第２の金型３２とで、未加工の芯材１２ａを挟み込み、加圧及び加熱して成型する。

第２の金型３２をはずすと、図２（ｂ）に示すように、所望の形状に加工された芯材１２が第１の金型３１と一体の状態で得られる。

次に、図２（ｃ）に示すように、芯材１２と一体となった第１の金型３１と、所望のシール面を成形する凹部を有する第３の金型３３とで、未加工のゴム部材１１ａを挟み込み、加圧及び加熱して成型する。

図２（ｄ）に示すように、第１の金型３１をはずし、図２（ｅ）に示すように、ゴム部材１１と芯材１２とからなる成形体を脱型した後、破線４０でカット等の仕上げを行うことで、所望のカップシール１０が得られる。

（実施形態２）
図３は、実施形態２にかかるカップシールのコンプレッション成形による製造方法を示す図である。

まず、図３（ａ）に示すように、シール面と対向する所望の面を成形する凸部を有する第１の金型３１と、所望のシール面を成形する凹部を有する第３の金型３３とで、未加工のゴム部材１１ａ、未加工の芯材１２ａを順に挟み込み、加圧及び加熱して成型する。

図３（ｂ）に示すように、第１の金型３１をはずし、図３（ｃ）に示すように、ゴム部材１１と芯材１２とからなる成形体を脱型した後、破線４０でカット等の仕上げを行うことで、所望のカップシール１０が得られる。

（実施形態３）
図４は、実施形態３にかかるカップシールのコンプレッション成形による製造方法を示す図である。

まず、図４（ａ）に示すように、予め、芯材１２をシール面と対向する所望の面を有するリング状に成形する。

図４（ｂ）に示すように、リング状の芯材１２を、シール面と対向する所望の面を成形する凸部を有する第１の金型３１に被覆し、所望のシール面を成形する凹部を有する第３の金型３３を加熱し、未加工のゴム部材１１ａを挟み込み、加圧及び加熱して成型する。

図４（ｃ）に示すように、第１の金型３１をはずし、図４（ｄ）に示すように、ゴム部材１１と芯材１２とからなる成形体を脱型した後、破線４０でカット等の仕上げを行うことで、所望のカップシール１０が得られる。

なお、実施形態１〜３において、芯材１２、又は芯材１２とゴム部材１１を加工する温度は材料によって異なるが、芯材１２ａが軟化する温度で加熱して加工するのが好ましい。例えば、芯材１２ａにポリプロピレン（ＰＰ）を用いる場合は、成形温度は１４０〜１５０℃とするのが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明について説明する。ただし、本発明はこれに限定される
ものではない。

（実施例）
ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）１００重量部、カーボンブラック、３０〜６０重量部、架橋剤４〜１２重量部をロールミキサーで混練りすることでゴム部材の原料とした。

ポリプロピレン１００重量部にＥＰＤＭを０〜５０重量部、架橋剤を０〜１０重量部ニーダーで混練りすることで芯材の原料とした。

上述したゴム部材及び芯材を、ゴム部材、芯材の順に金型に流し、コンプレッション成形することで、リップ部のゴム部材の厚さ２．３０ｍｍ、芯材の厚さ０．７０ｍｍのカップシールを、実施例のカップシールとした。また、同様にしてゴム部材の厚さ１．１５ｍｍ、芯材の厚さ１．５４ｍｍの試験片を成型した。

（比較例）
実施例のゴム部材単体からなる厚さ２．５０ｍｍのカップシールを、比較例のカップシールとした。また、同様にして厚さ２．５０ｍｍの試験片を成型した。

（試験例１）
図５は、カップシールの一部を示す図である。カップシールは、使用時には同図Ａに示す方向に液圧（応力）がかかり、Ｂに示す方向にひずみが発生する。このＢに示す方向の応力に対する耐久性を評価するために、実施例及び比較例の試験片をＢに示す方向に引っ張ることによりひずみを与え、ひずみ量（％）に対する応力（ＭＰａ）をＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定した。なお、試験機にはオリエンテック製ＲＴＣ１２２５Ａを用い、試験速度は５００ｍｍ／ｍｉｎで行った。結果を図６に示す。

（試験例２）
図５のＡに示す方向の応力に対する耐久性を評価するために、オリエンテック製ＲＴＣ１２２５Ａを試験機として用いて実施例及び比較例の試験片にＡ方向のひずみを与え、変位量（ｍｍ）に対する応力を測定した。図７に本試験方法の概略を示す。

図７に示すように、縦５ｍｍ×横３０ｍｍとなるように試験片１０Ａの長手方向両端をクロスヘッド５２に固定されたジョウ５１で固定し、この試験片の中心にφ４．５ｍｍの円筒ジグ５０の円周部分を当接した。そこで、ジョウ５１を固定したクロスヘッド５２を試験速度３０ｍｍ／ｍｉｎで矢印の方向に変位させて円筒ジグ５０にかかる応力を測定した。結果を図８に示す。

（試験例３）
実施例及び比較例の試験片を各温度環境下に２０分放置した後、各温度で引裂強度を測定した。なお、試験片の打ち抜き及び測定操作はＪＩＳ Ｋ６２５２に準拠した。結果を表１及び図９に示す。

（結果のまとめ）
図６からわかるように、実施例の試験片は応力が１１．７ＭＰａのときにひずみは２２．４％であり、応力に対する変形量が小さかったのに対し、比較例の試験片は応力が１０．３ＭＰａのときにひずみが１０５．５％であり、応力に対するひずみ量が非常に大きかった。

また、図８より、実施例の試験片は、比較例の５倍以上の応力をかけたときに変位量１ｍｍとなり、図５のＡに示す方向の強度が高いことがわかった。すなわち、実施例の試験片は応力に対する変位量が小さい。

また、実施例の試験片は、２５℃における引裂強度が８６Ｎ／ｍｍであった。図９に示すように、実施例の試験片は温度変化に対する引裂強度の変化が非常に小さく、１００℃という高温においても引裂強度８３Ｎ／ｍｍを維持していた。これに対し、比較例の試験片は、２５℃における引裂強度が５１Ｎ／ｍｍであり、実施例に比べて低く、さらに温度が上がるにつれて著しい引裂強度の低下がみられた。

以上より、本発明のカップシールは、液圧に対する変形量が非常に小さいため、喰われに対する耐性が大きい。また、応力に対するゴム変位量が小さいためにカップにおいて亀裂が発生しにくい。また、高温時にも高い引裂強度を維持できるため、亀裂が発生した場合にも引裂きが広がる虞がなく、カップシールの機能失陥を防ぐことができる。すなわち、本発明のカップシールは高温高圧環境下においても耐久性、安全性の優れたものであるといえる。

本発明のカップシールの一例を示す図である。 実施形態１にかかるカップシールの形成方法を示す図である。 実施形態２にかかるカップシールの形成方法を示す図である。 実施形態３にかかるカップシールの形成方法を示す図である。 本発明のカップシールの一部を示す図である。 実施例と比較例の応力とひずみとの関係を示す図である。 試験例２の試験方法の概略を示す図である。 実施例と比較例の応力と変位量との関係を示す図である。 実施例と比較例の引裂強度の温度依存性を示す図である。 マスターシリンダを示す図である。

符号の説明

１０ カップシール
１１ ゴム部材
１２ 芯材
２０ シリンダ体
２１ シリンダ孔
２２ リリーフポート
２３ ピストン
２４ 液圧発生室
３１ 第１の型
３２ 第２の型
３３ 第３の型

Claims (6)

1. 外周面がシリンダ体の内周面に接触する第１シール面となると共に、中央部に貫通孔を有し、その内周面がピストンに接触する第２シール面となり、且つ前記第１シール面と前記第２シール面との間の前記貫通孔の周囲に亘って設けられ前記ピストンの移動方向一方側に開放された凹部を備えるゴム部材と、
   このゴム部材の前記シール面とは異なる面である前記凹部内面に設けられてポリオレフィン系繊維からなる芯材との少なくとも二層からなることを特徴とするカップシール。
2. 請求項１に記載のカップシールにおいて、前記ゴム部材がＳＢＲ、ＥＰＤＭのうち少なくとも一種からなることを特徴とするカップシール。
3. 請求項１又は２に記載のカップシールにおいて、前記ポリオレフィン系繊維がポリプロピレンであることを特徴とするカップシール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のカップシールにおいて、前記ポリオレフィン系繊維の形状が板状、網目状、マルチフィラメント状のいずれかであることを特徴とするカップシール。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のカップシールにおいて、前記カップシールがインジェクション成形、トランスファー成形、コンプレッション成形のいずれかにより形成されたものであることを特徴とするカップシール。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のカップシールにおいて、マスターシリンダに用いられることを特徴とするカップシール。

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