JP5816604B2 - ピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、ピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキに関する。

ピストンシール部材は、一般にゴムを主成分とする架橋体のゴム組成物によって成形されている。例えば、車両用のディスクブレーキには、ピストンおよびシリンダを内蔵したキャリパボディが装着され、シリンダの内周面に形成された環状溝には、ピストンシール部材が装着されている。ディスクブレーキは、ブレーキ液圧によって、各車輪に固定されているディスクロータに摩擦パッドを押し付け、摩擦材である摩擦パッドの摩擦力で車輪の回転を止めるものである。ピストンシール部材が装着されていることにより、シリンダと、シリンダの孔に挿入されたピストンと、を液密的に移動可能な状態で密接させることができる。また、液圧にて前進したピストンは、ピストンシール部材によってロールバックされる（例えば、特許文献１参照）。

このようなゴム組成物からなるディスクブレーキ用ピストンシール部材は、シリンダとピストンとの間のブレーキ液の漏れの防止やロールバックの他、ブレーキ間隙調整特性等が要求される。ブレーキ間隙調整特性は、摩擦パッドを摩耗してもピストンとピストンシール部材とが適度に摺動することによってロールバック量の変化を抑える特性である。ピストンシール部材によるブレーキ間隙調整特性は、一般にディスクロータと摩擦パッドとの摩擦に起因する熱負荷によって変化する場合があった。

そこで、耐熱性を向上させたエチレン−プロピレンゴムを主成分とするゴム組成物からなるディスクブレーキ用ピストンシール部材が提案された（例えば、特許文献２、３参照）。

また、ブレーキ間隙調整特性を向上させるため、ピストンシール部材の内周面に減摩剤をコーティングすることによって、ピストンシール部材のピストンに対する摩擦係数を低減させることが提案された（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、ピストンシール部材のゴム組成物と減摩剤のコーティング層との接着強度が十分でないので剥がれる虞があることや、減摩剤のコーティング層を設けたことによるピストンシール部材の柔軟性の低下という課題があった。

特公平３−５９２９１号公報 特開２００４−３１６７７３号公報 特開２００４−２３２７８６号公報 特開２００１−６５６１４号公報

本発明の目的は、ブレーキ間隙調整特性に優れたピストンシール部材及び該ピストンシール部材を用いたディスクブレーキを提供することにある。

本発明にかかるピストンシール部材は、
エチレン−プロピレンゴムを主成分とするゴム組成物からなるディスクブレーキ用ピス
トンシール部材であって、
前記ゴム組成物は、エチレン−プロピレンゴムと、ポリテトラフルオロエチレン粒子と、第１のカーボンブラックと、第２のカーボンブラックと、を含んで混練され、かつ、その混練にはプロセスオイルを用いておらず、
前記ゴム組成物中に前記ポリテトラフルオロエチレン粒子は３〜５重量％含み、
前記第１のカーボンブラックは、平均粒径が３５ｎｍ〜１００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５０〜２００ｍｌ／１００ｇであり、
前記第２のカーボンブラックは、平均粒径が６０〜５００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５〜５０ｍｌ／１００ｇであることを特徴とする。

本発明にかかるピストンシール部材によれば、ピストンシール部材としての諸物性にほとんど影響を与えることなく、ゴム組成物中に含まれるフッ素樹脂粒子によってピストンシール部材のピストンに対するブレーキ間隙調整特性を向上させることができる。

本発明にかかるディスクブレーキは、
前記ピストンシール部材と、
シリンダ孔を有するシリンダと、
前記シリンダ孔に挿入されるピストンと、を含み、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔の内周壁に形成された環状溝に嵌め込まれ、前記シリンダ孔に挿入された前記ピストンを液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせることを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材を模式的に示す断面図である。 図１に示すピストンシール部材を含むディスクブレーキを模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るピストンシール部材８を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すピストンシール部材８を含むディスクブレーキ２０を模式的に示す断面図である。本実施の形態においては、一例として、フローティングタイプの車両用ディスクブレーキについて説明する。

（ディスクブレーキ）
本実施の形態にかかるディスクブレーキ２０は、ピストンシール部材８と、シリンダ孔６ａを有するシリンダ６と、シリンダ孔６ａに挿入されるピストン５と、を含み、ピストンシール部材８は、シリンダ孔６ａの内周壁に形成された環状溝のピストンシール溝７に嵌め込まれ、シリンダ孔６ａに挿入されたピストン５を液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進したピストン５をロールバックさせる。

ディスクブレーキ２０は、車体（図示せず）に固定されたブラケット３と、ブラケット３に摺動可能な状態で支持されたキャリパボディ１と、を有している。キャリパボディ１は、作用部１ｂおよび反作用部１ｃを含み、ピストン５およびシリンダ６は作用部１ｂに形成されている。この作用部１ｂおよび反作用部１ｃは、ブリッジ部１ａを介して一体的に形成されている。車輪（図示せず）と一体回転するディスクロータ２の両側の摩擦面に臨ませて、一対の摩擦パッド４ｂ，４ｃが配置されている。ブラケット３には、摩擦パッ
ド４ｂ，４ｃをディスクロータ２に押圧するキャリパボディ１がスライドピン（図示せず）を介して進退可能に連結している。このキャリパボディ１は、一方の摩擦パッド４ｂの背面に配置する作用部１ｂと、他方の摩擦パッド４ｃの背面に配置する反作用部１ｃと、ディスクロータ２の外周を跨いで作用部１ｂおよび反作用部１ｃを連結するブリッジ部１ａとで構成される。摩擦パッド４ｂは、シリンダ孔６ａに挿入されたピストン５によって押されて移動し、ディスクロータ２の一側面に接する。摩擦パッド４ｃは、反作用部１ｃによって押されて移動し、ディスクロータ２の他方の側面に接する。上記の動作により、制動が行なわれる。

シリンダ孔６ａの内周壁には、環状のピストンシール溝７が設けられている。このピストンシール溝７に環状のピストンシール部材８が嵌め込まれている。ピストンシール部材８の材質及びその製造方法については後述する。

液圧室９は、ピストン５の底部とシリンダ６との間に設けられている。この液圧室９には、供給口１０よりブレーキ液が供給される。ピストンシール部材８は、このブレーキ液をシールする機能と、液圧室９の液圧が低下したときに、前進していたピストン５をロールバックさせる機能と、を有する。供給口１０は、液圧経路２８を介して、液圧源であるマスタシリンダ（図示せず）の出力ポート（図示せず）に接続されている。

図１に示すように、ピストンシール溝７は、面取コーナ７ａと面取コーナ７ｂとを有している。ピストンシール部材８は、図１に示す黒い矢印方向（図２におけるディスクロータ２側）にピストン５が摺動して前進することによって、ピストン５の摺動面に追従してピストンシール部材８の一部が面取コーナ７ａに入り込む。そして、液圧室９の液圧が低下したらピストンシール部材８の弾性によって復元することでピストン５が矢印と反対方向にロールバックされる。なお、ディスクブレーキ２０の形式は、本実施の形態のようなピンスライド式に限らず、ピストンがディスクロータの両側に配置された対向型ディスクブレーキでもよく、ピストンの数やピストンシール部材の形状も本実施の形態に限定されない。

（ピストンシール部材）
本実施の形態にかかるピストンシール部材８は、エチレン−プロピレンゴムを主成分とするゴム組成物からなるディスクブレーキ用ピストンシール部材であって、ゴム組成物は、エチレン−プロピレンゴムと、ポリテトラフルオロエチレン粒子と、第１のカーボンブラックと、第２のカーボンブラックと、を含んで混練され、かつ、その混練にはプロセスオイルを用いておらず、ゴム組成物中に前記ポリテトラフルオロエチレン粒子は３〜５重量％含み、第１のカーボンブラックは、平均粒径が３５ｎｍ〜１００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５０〜２００ｍｌ／１００ｇであり、第２のカーボンブラックは、平均粒径が６０〜５００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５〜５０ｍｌ／１００ｇである。ピストンシール部材８は、例えば図２に示すようなディスクブレーキ２０のキャリパボディ１に用いられることができ、図１に示すようにシリンダ孔６ａと、該シリンダ孔６ａ内を摺動するピストン５と、を液密にかつ摺動可能に保持することができる。

ピストンシール部材８は、例えば、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、平均粒径が３５〜１００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５０〜２００ｍｌ／１００ｇの第１のカーボンブラックを２０〜６０重量部と、平均粒径が６０〜５００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５〜５０ｍｌ／１００ｇの第２のカーボンブラックを５０〜１００重量部と、を合わせて７０〜１６０重量部を含むゴム組成物によって成形されることができる。第１のカーボンブラックは、２０重量部以上配合されることでピストンシール部材に補強効果を与えることができ、６０重量部以下配合されることでピストンシール部材の柔軟性を維持することができるため好ましい。第２のカーボンブラックは、５０重量部以上配合されることでピストンシール部材中のゴムポリマー分率を小さくして線膨張係数を低く抑えることができ、１００重量部以下配合されることでピストンシール部材が適度な柔軟性を維持することができる。さらに好ましくは、ピストンシール部材８は、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対し、第１のカーボンブラックを３０〜５０重量部と、第２のカーボンブラックを６０〜８０重量部と、を含むゴム組成物によって成形される。ここで、「重量部」は、特に指定
しない限り「ｐｈｒ」を示し、「ｐｈｒ」は、ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｏｒ ｒｕｂｂｅｒの省略形であって、ゴム等に対する添加剤等の外掛百分率を表すものである。

ピストンシール部材及びピストンが高温の状態において、通常ピストンシール部材のピストン５に対する粘着性が高くなり滑りにくくなるが、本実施の形態におけるピストンシール部材８は、ゴム組成物中にフッ素樹脂粒子を分散して配合することで、ピストンシール部材８のピストン５に対する滑りやすさが向上し、ブレーキ間隙調整特性を安定させることができる。ブレーキ間隙ｄは、ピストン５のロールバック量に相当し、図２に示すように、摩擦パッド４ｂ，４ｃがディスクロータ２との間隔であり、ブレーキングの繰り返しによって摩擦パッド４ｂ，４ｃがディスクロータ２と接触して摩耗すると広くなる傾向がある。ブレーキ間隙調整特性は、摩擦パッド４ｂ，４ｃが摩耗してもブレーキ間隙が広くならないように調整することである。このようにブレーキ間隔が広くならなければ、ピストン５のロールバック量が安定し、運転者においては例えばブレーキレバーのストローク量などの変化を感じにくくすることができる。

本実施の形態にかかるピストンシール部材を用いると、摩擦パッド４ｂ，４ｃが摩耗してもブレーキング時にピストンシール部材８がピストン５の表面５ａに対して適度にすべることによりブレーキ間隙が広くなることを防止することができる。より詳細には、ピストンシール部材及びピストンが高温の状態において、ブレーキング時にピストン５をディスクロータ２に対して前進する力がピストンシール部材８とピストン５との間の摩擦力を超えてピストン５を前進させることによって、所定ブレーキ間隙を維持することができるということである。

（エチレン−プロピレンゴム）
エチレン−プロピレンゴムとしては、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン共重合体）を用いることが好ましく、ピストンシール部材に必要な耐熱性、耐寒性、シール性を得るため、エチリデンノルボルネンなどの第３成分を含み、かつ、エチレンとプロピレンの共重合比は、エチレン含量で４５％〜８０％のＥＰＤＭが好ましい。

（フッ素樹脂）
フッ素樹脂粒子は、分子内に炭素−フッ素結合を有する熱可塑性プラスチックの粒子であって、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の粒子を用いる。特に耐久性及びコスト面において有利な、フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）粒子である。ピストンシール部材８は、ゴム組成物中にＰＴＦＥ粒子は３〜５重量％含む。ＰＴＦＥ粒子の配合量は、摩擦係数を下げるために３重量％以上配合することが好ましいが、一般にＰＴＦＥはエチレン−プロピレンゴムと濡れにくいためピストンシール部材８の物性が低下しないように５重量％以下の配合が好ましい。

（カーボンブラック）
第１のカーボンブラックは、ゴム組成物の補強として用いるため、平均粒径が３５ｎｍ〜１００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５０〜２００ｍｌ／１００ｇであり、さらに好ましくは平均粒径が４０〜７５ｎｍでＤＢＰ吸油量が１００〜１６０ｍｌ／１００ｇである。ゴム組成物は、第１のカーボンブラックによって補強されることで、弾性率を低く抑えて剛性及び耐久性を向上させ、ディスクブレーキのピストンシール部材に用いられた場合には充分なロールバック量を得ることができる。第２のカーボンブラックは、ピストンシール部材に必要な硬さと機械的強度を持たせながら、ゴム組成物中におけるゴムポリマー分率を小さくしてゴム組成物の線膨張係数を低く抑えるため、平均粒径が６０〜５００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５〜５０ｍｌ／１００ｇであり、さらに好ましくは８０〜１５０ｎｍでＤＢＰ吸油量が３０〜４５ｍｌ／１００ｇである。

（ゴム組成物の製造方法）
本実施の形態にかかるゴム組成物の製造方法としては、エチレン−プロピレンゴムと、フッ素樹脂粒子と、第１のカーボンブラックと、第２のカーボンブラックと、その他の配合剤と、をミキシングロール、単軸あるいは２軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダーなど公知の混合機に供給して混練することができる。通常、この混練の際に、カーボンブラックと同量程度のプロセスオイルが使用されるが、本発明のゴム組成物の製造過程では使用しないことが望ましい。プロセスオイルを用いて製造されたディスクブレーキのピストンシール部材を用いた場合、プロセスオイルがブレーキフルード中に溶け出し、ブレーキフルードの性能の経時変化や耐熱性の変化の原因となるからである。

このようにエチレン−プロピレンゴムと各種配合剤を混練して得られたゴム組成物は、押出成形機、圧縮成形機、射出成形機、トランスファ成形機などによってピストンシール部材８に成形され、架橋される。架橋条件は、例えば１５０〜２２０℃、１〜３０分である。ゴム組成物の製造方法において、通常、エチレン−プロピレンゴムの加工で用いられる配合剤を加えることができる。配合剤としては公知のものを用いることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。

例えば、本実施の形態においては、車両用のディスクブレーキに内蔵するピストンシール部材であったが、その他のディスクブレーキ用のピストンシール部材であってもよい。

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（１）ゴム組成物サンプルの作製
ＪＳＲ株式会社製のＥＰＤＭ（商品名ＥＰ３３）１００重量部に対して、ＳＲＦ−ＨＳグレード（平均粒径７２ｎｍ、ＤＢＰ吸油量１５２ｍｌ／１００ｇ）の第1のカーボンブラック２０重量部、ＭＴグレード（平均粒径１２２ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４１ｍｌ／１００ｇ）の第２のカーボンブラック１００重量部、有機過酸化物２．５重量部、共架橋剤１重量部及び表１に示す量のＰＴＦＥ粒子（平均粒径３０μｍ）を混練してゴム組成物を得た。なお、比較例１では表１に示すとおりＰＴＦＥ粒子を配合していない。

このゴム組成物を用いて射出成形し、１７５℃、２０分間加熱して架橋してピストンシール部材のサンプルを得た。また、このゴム組成物を同様に加熱して架橋してＪＩＳダンベル状３号形試験片を得た。

（２）常態物性の測定
各試験片について、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）、引張強さ（ＴＢ）、切断伸び（ＥＢ）及び１００％引張応力（Ｍ１００）を測定した。ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）については、ＪＩＳ Ｋ ６２５３−１９９７によって測定した。ＴＢ、ＥＢ及びＭ１００については、ＪＩＳ Ｋ ６２５１−１９９３によって測定した。より詳細には、１００％引張応力（ＭＰａ）は、サンプルを１０ｍｍ／ｍｉｎで伸長し、１００％変形時の応力（Ｍ１００：１００％モジュラス）を求めた。これらの結果を表１に示す。

（３）耐熱老化特性の測定
各試験片を、試験槽内につるして老化温度２００℃、老化時間２４時間で加熱し老化させた後、試験槽内から取り出して室温まで放冷し、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）、引張強さ（ＴＢ）及び切断伸び（ＥＢ）をＪＩＳ Ｋ ６２５３によって測定し、常態物性の各測定値に対する変化をＪＩＳ Ｋ ６２５７−１９９３にしたがって計算した。これらの結果を表１に示す。

（４）圧縮永久ひずみ試験
各試験片について、圧縮永久ひずみをＪＩＳ Ｋ６２６２によって測定した。圧縮永久ひずみは、２００℃、２４時間、２５％圧縮の条件で行なった。圧縮永久ひずみは、高温におけるピストンシール部材のいわゆる耐ヘタリ性についての評価である。これらの結果を表１に示す。

（５）摩擦係数の測定
各試験片について、（２０ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ厚）について、新東科学社製の直線摺動型の試験機（ヘイドン１４ＤＲ）を用いて、静的・動的摩擦係数を測定した。
測定治具：ＳＵＳ球
荷重分銅：１００ｇｆ
移動テーブル速度：３０ｍｍ
繰り返し測定回数：５回（５回目の静・動の摩擦抵抗力を測定）
なお、摩擦係数＝静・動摩擦抵抗力／垂直荷重で計算した。
これらの結果を表１に示す。

（６）ブレーキテスト
次に、このピストンシール部材をディスクブレーキの環状のピストンシール溝に嵌め込み、ロールバック量の評価試験を行い、その特性を評価した。なお、ロールバック量の測定は、ピストンシール部材１４０℃において、液圧０．９ＭＰａをディスクブレーキに１０回加えて作動させた後、液圧６．９ＭＰａで５秒間保持し、そのときのピストン位置に対する液圧を解放した時のピストン移動量を測定した。評価試験の結果を表１に示す。

表１から、本発明の実施例１、２によれば、以下のことが確認された。すなわち、実施例１、２のピストンシール部材は、比較例１のピストンシール部材に比べ常態物性、耐熱老化特性及び圧縮永久ひずみ特性に大きな変化がないにもかかわらず、ロールバック量が小さくなっていることがわかった。

１ キャリパボディ、１ａ ブリッジ部、１ｂ 作用部、１ｃ 反作用部、２ ディスクロータ、３ ブラケット、４ｂ，４ｃ 摩擦パッド、５ ピストン、５ａ ピストンの表面、６ シリンダ、６ａ シリンダ孔、７ ピストンシール溝、７ａ，７ｂ
面取コーナ、８ ピストンシール部材、９ 液圧室、２０ ディスクブレーキ

Claims (2)

1. エチレン−プロピレンゴムを主成分とするゴム組成物からなるディスクブレーキ用ピストンシール部材であって、
   前記ゴム組成物は、エチレン−プロピレンゴムと、ポリテトラフルオロエチレン粒子と、第１のカーボンブラックと、第２のカーボンブラックと、を含んで混練され、かつ、その混練にはプロセスオイルを用いておらず、
   前記ゴム組成物中に前記ポリテトラフルオロエチレン粒子は３〜５重量％含み、
   前記第１のカーボンブラックは、平均粒径が３５ｎｍ〜１００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５０〜２００ｍｌ／１００ｇであり、
   前記第２のカーボンブラックは、平均粒径が６０〜５００ｎｍでＤＢＰ吸油量が５〜５０ｍｌ／１００ｇである、ピストンシール部材。
2. 請求項１のピストンシール部材と、
   シリンダ孔を有するシリンダと、
   前記シリンダ孔に挿入されるピストンと、を含み、
   前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔の内周壁に形成された環状溝に嵌め込まれ、前記シリンダ孔に挿入された前記ピストンを液密的に移動可能な状態で密接させるとともに、液圧にて前進した該ピストンをロールバックさせる、ディスクブレーキ。

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