JP6503312B2 - 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
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Description
本適用例に係るピストンシール部材は、
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、を含むディスクブレーキのキャリパボディに用いられる、ピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動する前記ピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、
前記ピストンシール部材は、ゴム100質量部に対し、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を0.1質量部〜60質量部含むゴム組成物からなり、
ゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含み、
酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm〜30μmであり、
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が1nm〜200nmであり、
前記ピストンシール部材が140℃において、液圧0.5MPaを前記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秒間保持したときの前記ピストンの位置に対する液圧を解放した時の前記ピストンのロールバック量が0.04mm以上であり、
120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)による疲労試験における、試験片が破断するまでの回数が55000回以上であ
ることを特徴とする。
[適用例2]
本適用例に係るピストンシール部材は、
液圧源であるマスタシリンダと前記マスタシリンダを作動させる操作レバーとを備えるディスクブレーキのキャリパボディに用いられる、ピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、シリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、
前記ピストンシール部材は、ゴム100質量部に対し、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を0.1質量部〜60質量部含むゴム組成物からなり、
ゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含み、
酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm〜30μmであり、
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が1nm〜200nmであり、
前記ピストンシール部材が30℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量に対する、前記ピストンシール部材が140℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量の増加量が7mm以下であり、
120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)による疲労試験における、試験片が破断するまでの回数が55000回以上であることを特徴とする。
本適用例に係るピストンシール部材において、
前記ゴム組成物は、20℃〜150℃における線膨張係数の平均値が50ppm(1/K)〜180ppm(1/K)であることができる。
本適用例に係るピストンシール部材において、
前記ゴム組成物は、JIS K6394に準拠した周波数1Hzの動的粘弾性試験における30℃及び150℃の貯蔵弾性率がいずれも15MPa以上であることができる。
本適用例に係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。
また、本実施形態に係るピストンシール部材は、液圧源であるマスタシリンダと前記マスタシリンダを作動させる操作レバーとを備えるディスクブレーキのキャリパボディに用いられる、ピストンシール部材であって、前記ピストンシール部材は、シリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、前記ピストンシール部材は、ゴム100質量部に対し、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を0.1質量部〜60質量部含むゴム組成物からなり、ゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含み、酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm〜30μmであり、セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が1nm〜200nmであり、前記ピストンシール部材が30℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量に対する、前記ピストンシール部材が140℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量の増加量が7mm以下であり、120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)による疲労試験における、試験片が破断するまでの回数が55000回以上であることを特徴とする。
本実施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に挿入された前記ピストン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。
本実施形態にかかるピストンシール部材8は、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ピストンシール部材8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る。
ゴム組成物を構成するゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含む。
混合する工程では、ゴムラテックス溶液を用いることになるが、エチレン・プロピレンゴムはラテックスとして現在市販されていないため、スチレン・ブタジエンゴムに酸化セルロース繊維及び/またはセルロースナノファイバーを混合させた混合物をエチレン・プロピレンゴムに混合する。
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い。エチレン・プロピレンゴムは、プロピレン含有量が35〜60質量%であることができ、さらにプロピレン含有量が37〜55質量%であることができる。プロピレン含有量が35質量%以上であればゴム組成物が剛直になり過ぎず、柔軟性を有する。また、プロピレン含有量が60質量%以下であれば、ピストンシール部材として適度な柔軟性を有する。
スチレン・ブタジエンゴムとしては、乳化重合SBR(E-SBR)、溶液重合SBR(S−SBR)等を用いることができる。スチレン・ブタジエンゴムは、スチレン含量は特に限定されないが、10〜50質量%であることができ、好ましくは20〜25質量%である。
ピストンシール部材に用いるゴム組成物の製造方法は、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を含む水溶液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る混合工程と、前記第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る乾燥工程と、前記第2の混合物をオープンロールによって薄通ししてゴム組成物を得る分散工程と、を含むことを特徴とする。
まず、混合工程に用いる原料について説明する。
水溶液は、酸化セルロース繊維を含む水溶液と、セルロースナノファイバーを含む水溶液と、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーを含む水溶液がある。
、水を用いることができるが、例えば、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用することができる。
ゴムラテックスは、スチレン・ブタジエン系ゴムを乳化重合により製造したものを用いることができる。
カーボンブラックは、種々の原材料を用いた種々のグレードのカーボンブラックを用いることができる。カーボンブラックは、10nm〜500nmであることができ、さらに平均粒径が100nm以上300nm以下であることができる。カーボンブラックの平均粒径は、走査型電子顕微鏡の撮像によって観察して基本構成粒子の粒子直径を2000個以上測定して算術平均して求めることができる。
ゴムとしては、上述したゴムラテックス以外の固形のゴムであって、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、エチレン・プロピレンゴム(EPR,EPDM)及びこれらの混合物を用いることができる。特に、ブレーキ液と接触するピストンシール部材には、ゴムとしてエチレン・プロピレンゴムやスチレン・ブタジエンゴムが好ましい。例えばエチレン・プロピレンゴム(EPDM)のように極性の低いゴムは、混練の温度を比較的高温(例えばEPDMの場合、50〜150℃)とすることで、フリーラジカルを生成するので酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーを分散させることができる。エチレン・ピ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)、EPM(エチレン・プロピレン共重合体)等を用いることができるが、EPDMが好ましい。なお、ゴムは、通常架橋して使用されるゴムであり、熱可塑性エラストマーを含まない。
図3〜図5は、一実施形態に係るゴム組成物の製造方法を模式的に示す図である。
混合工程は、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を含む水溶液と、ゴムラテックスと、を混合して第1の混合物を得る。混合工程としては、例えばロール混練装置によるロール混練法や、プロペラ式撹拌装置、ホモジナイザー、ロータリー撹拌装置、及び電磁撹拌装置による撹拌操作又は手動での撹拌操作などを用いることができる。特に、混合工程は、ロール混練法を用いることができる。
きる。ロール混練装置に投入された混合物は、混練されることによって徐々に粘度が高くなる。混合物の粘度が高くなったら、混合物をロール混練装置から取り出し、ロール間距離をさらに狭く設定して、再びロール混練装置に投入することができる。この工程を複数回実施することができる。
乾燥工程は、混合工程で得られた第1の混合物を乾燥して第2の混合物を得る工程である。例えば、第1の混合物は、水分を含むので、水を除去するための一般的な方法を採用することができる。例えば、乾燥工程は、自然乾燥、オーブン乾燥、凍結乾燥、噴露乾燥、パルス燃焼などの公知の乾燥方法を採用することができる。
分散工程は、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を含む第2の混合物をオープンロールで薄通ししてゴム組成物を得ることができる。
できる。これらの配合剤は、混合の過程の適切な時期にゴムに投入することができる。
混合工程と乾燥工程との間に、第1の混合物中のゴムラテックスを凝固する凝固工程をさらに含むことができる。
混練されたゴム組成物は、所望のピストンシール部材の形状を有した金型を用いて一般に採用されるゴムの成形工程によって成形される。成形工程としては、例えば、プレス成型、押出成形、射出成形などがある。成形工程では、架橋剤が配合されたゴム組成物のゴム成分を架橋する。架橋剤は、例えば、用途に応じて適宜選択されたゴムに適用される公知の架橋剤を用いることができる。
(1−1)実施例1〜4
水溶液を得る工程:
特開2013−18918号の製造例1に開示された方法と同様にして、セルロースナノファイバーを得た。
圧ホモジナイザーを用いて微細化処理を行い、セルロースナノファイバーを1質量%含む水分散液を得た。セルロースナノファイバーの平均繊維径は3.3nm、平均アスペクト比は225であった。
このセルロースナノファイバーを1質量%含む水溶液にスチレン・ブタジエンゴム(以下、「SBR」という)ラテックス(JSR社製0561:固形分濃度69質量%の水分散体、10.3pH、粘度440(mPa・s)、表面張力32(mN/m)、平均粒径700(nm)、Tg−63℃)を投入し、ジューサーミキサーを用いて回転数10000rpmで混合した。
第1の混合物を50℃に設定したオーブン内で4日間加熱乾燥して、第2の混合物を得た。乾燥後の第2の混合物における配合割合は、SBR固形分100phr、セルロースナノファイバー60phrであった。
第2の混合物をロール間隔1.5mmで素練りし、固形ゴムであるSBRやEPDM及びカーボンブラックを追加して混練し、表1に示す配合の混合物を得た。さらにこの混合物をロール間隙0.3mmのオープンロールに投入し、10℃〜30℃で薄通しをしてゴム組成物サンプルを得た。このとき、2本のロールの表面速度比を1.1とした。薄通しは繰り返し5回行った。なお、表1及び表2における配合量は、質量部(phr)である。
薄通しして得られたゴム組成物サンプルに架橋剤としてパーオキサイド8質量部を加えて分出ししたシートを170℃、10分間圧縮成形して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴ
ム組成物サンプルを得た。
比較例1〜3は、表2に示す配合となるように、ロール間隙1.5mmのオープンロールへ各原料を投入して混練し、さらに架橋剤としてパーオキサイド8質量部を加えて分出ししたシートを170℃、10分間圧縮成形して厚さ1mmのシート状の架橋体ゴム組成物サンプルを得た。
「SBR」は、上記SBRラテックスの固形分の他、JSR社製1503、結合スチレン23.5%、比重0.93、ムーニー粘度52(ML1+4(100℃))を加えた配合量であり、
「EPDM」は、JSR社製EP24、比重0.87、ムーニー粘度42(ML1+4(100℃))であり、
「MTカーボン」は、平均粒径200nm、DBP吸油量25ml/100gのMTグレード(平均粒径及びDBP吸油量はメーカー公表値)のカーボンブラックであり、
「セルロース」は、上記工程で得られた平均繊維径は3.3nm、平均アスペクト比は225の酸化したセルロースナノファイバーであった。
ゴム組成物サンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K6253試験に基づいて測定した。
ゴム組成物サンプルについて、短冊片40mm×1mm×2mm(巾)の試験片で、SII社製の動的粘弾性試験機DMS6100を用いて、チャック間距離20mm、測定温度−100〜300℃(昇温ペース3℃/min)、動的ひずみ±0.05%、周波数1HzでJIS K6394に基づいて動的粘弾性試験を行い、−50℃〜150℃の温度範囲における貯蔵弾性率(E’(MPa))を測定した。表3,4には30℃と150℃における貯蔵弾性率を示した。
ゴム組成物サンプルについて、疲労寿命(表3,4において「疲労(2N/mm)」で示した。)として、試験サンプルを10mm×幅4mm×厚さ1mm(長辺が列理方向)の短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へカミソリ刃によって深さ1mmの切込みを入れ、SII社製TMA/SS6100試験機を用いて、試験片の両端の短辺付近をチャックにて保持して、120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)をかけて疲労試験を行い、試験片が破断するまで回数を測定した。
ゴム組成物サンプルについて、測定温度範囲における線膨張係数(CTE)の平均値(ppm(1/K))を測定した。これらの結果を表2〜4に示す。測定装置はSII社製TMASS、測定試料形状は1.5mm×1.0mm×10mm、側長荷重は25KPa、測定温度は20℃〜150℃、昇温速度は3℃/分であった。
ゴム組成物サンプルでピストンシール部材を作製し、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、ロールバック量及びマスタシリンダを作動させる操作レバーのレバーストローク増加量の測定を行い、その特性を評価した。
前記(6)で作製したピストンシール部材を耐久試験用ディスクブレーキに装着し、液圧13MPa、液温200℃で繰り返し作動させ、ピストンシール部材が破断した回数を求めた。これらの結果を表3,4に示す。なお、10万回の繰り返し作動にも耐えて液漏れその他の異常がなかった場合には、表3,4に「○」を記入した。
Claims (5)
- 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、を含むディスクブレーキのキャリパボディに用いられる、ピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、前記シリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動する前記ピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、
前記ピストンシール部材は、ゴム100質量部に対し、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を0.1質量部〜60質量部含むゴム組成物からなり、
ゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含み、
酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm〜30μmであり、
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が1nm〜200nmであり、
前記ピストンシール部材が140℃において、液圧0.5MPaを前記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秒間保持したときの前記ピストンの位置に対する液圧を解放した時の前記ピストンのロールバック量が0.04mm以上であり、
120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)による疲労試験における、試験片が破断するまでの回数が55000回以上である、ピストンシール部材。 - 液圧源であるマスタシリンダと前記マスタシリンダを作動させる操作レバーとを備えるディスクブレーキのキャリパボディに用いられる、ピストンシール部材であって、
前記ピストンシール部材は、シリンダ孔と、該シリンダ孔内を摺動するピストンと、を液密にかつ摺動可能に保持し、
前記ピストンシール部材は、ゴム100質量部に対し、酸化セルロース繊維及びセルロースナノファイバーの少なくとも一方を0.1質量部〜60質量部含むゴム組成物からなり、
ゴムは、エチレン・プロピレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴムの内、少なくとも一方を含み、
酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm〜30μmであり、
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が1nm〜200nmであり、
前記ピストンシール部材が30℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量に対する、前記ピストンシール部材が140℃の状態における前記ディスクブレーキの効きはじめまでの前記操作レバーのストローク量の増加量が7mm以下であり、
120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し引張荷重(1N/mm〜2N/mm)による疲労試験における、試験片が破断するまでの回数が55000回以上である、ピストンシール部材。 - 請求項1または請求項2において、
前記ゴム組成物は、20℃〜150℃における線膨張係数の平均値が50ppm(1/K)〜180ppm(1/K)である、ピストンシール部材。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項において、
前記ゴム組成物は、JIS K6394に準拠した周波数1Hzの動的粘弾性試験における30℃及び150℃の貯蔵弾性率がいずれも15MPa以上である、ピストンシール部材。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載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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