JP4493628B2 - リップ状シール部材及び該リップ状シール部材を用いた車両用液圧マスタシリンダ - Google Patents
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前記リップ部を被シール面に対して液密にかつ摺動可能に押圧するリップ状シール部材であって、
熱可塑性エラストマーと、該熱可塑性エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーと、を含むエラストマー組成物で形成され、
前記エラストマー組成物は、30℃の動的弾性率に対する120℃の動的弾性率の割合である動的弾性率の保持率が10%以上であることを特徴とする。
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が0.7〜15nmかつ平均長さが0.5〜100μmである。
本発明にかかるリップ状シール部材において、前記エラストマー組成物は、30℃及び120℃における動的弾性率がいずれも8MPa以上であることができる。
前記ピストンが挿入されるシリンダ孔を有するシリンダボディと、
前記ピストンと前記シリンダ孔の底部との間に画成された液圧室と、
前記ピストンが前記底部に対して後退した際に、前記液圧室と貯液室とを連通する連通路と、を含み、
前記連通路は、前記シリンダ孔の内周壁に開口部を有し、
前記リップ状シール部材は、前記ピストンの移動によって、前記連通路の開口部を通過して前記シリンダ孔の内周壁に対し摺動することを特徴とする。
本実施の形態にかかるリップ状シール部材は、例えばカップシール82a,82b,92a,92b、Xリング10であり、環状のベース部821と、該ベース部821から無端状に突出形成されたリップ部822と、を有し、リップ部822を被シール面に対して液密にかつ摺動可能に押圧するリップ状シール部材であって、リップ状シール部材は、熱可塑性エラストマーと、該熱可塑性エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーと、を含むエラストマー組成物で形成され、前記エラストマー組成物は、30℃の動的弾性率に対する120℃の動的弾性率の割合である動的弾性率の保持率が10%以上である。
本実施の形態にかかる液圧マスタシリンダ73は、例えば四輪車両用のブレーキ装置であり、液圧式ブレーキ装置71の一部を構成する。この液圧式ブレーキ装置71は、液圧マスタシリンダ73および液圧式ブレーキ(図示せず)を含む。図1においては、液圧式ブレーキ装置71のうち液圧マスタシリンダ73の部分のみが示されている。液圧マスタシリンダ73には、負圧ブースタ(図示せず)を介してブレーキペダル(図示せず)が取り付けられている。また、液圧マスタシリンダ73と液圧式ブレーキとは、液圧配管75(矢印を用いて省略して示す)によって連結されている。
本実施の形態にかかるプランジャポンプ1は、アルミニウム製のポンプハウジング2内に形成された円筒状のカム室3と、カム室3と連通して延びる円筒状のシリンダ孔9と、を含む。カム室3には図示せぬ電動モータの出力軸4が突出し、出力軸4に取り付けられた偏心カム軸41と、その偏心カム軸41の外周にボールベアリングを有するカム42が配置されている。シリンダ孔9は、一方をカム室3に開口し、他方を蓋状の出力室体7によって閉鎖され、プランジャ5が摺動可能に配置されている。そして、プランジャ5に配置された吸入弁20と、ポンプ室体6に配置された吐出弁22とによってポンプ室44が形成される。
まず、本実施の形態にかかる熱可塑性エラストマーは、分子量が好ましくは5000ないし500万、さらに好ましくは2万ないし300万である。熱可塑性エラストマーの分子量がこの範囲であると、熱可塑性エラストマー分子が互いに絡み合い、相互につながっているので、熱可塑性エラストマーは、カーボンナノファイバーを分散させるために良好な弾性を有している。熱可塑性エラストマーは、粘性を有しているので凝集したカーボンナノファイバーの相互に侵入しやすく、さらに弾性を有することによってカーボンナノファイバー同士を分離することができる。熱可塑性エラストマーの分子量が5000より小さいと、熱可塑性エラストマー分子が相互に充分に絡み合うことができず、後の工程で剪断力をかけても弾性が小さいためカーボンナノファイバーを分散させる効果が小さくなる。また、熱可塑性エラストマーの分子量が500万より大きいと、熱可塑性エラストマーが固くなりすぎて加工が困難となる。
本実施の形態にかかるカーボンナノファイバーは、平均直径が0.7〜15nmかつ平均長さが0.5〜100μmである。リップ状シール部材において、カーボンナノファイバーの配合量は、熱可塑性エラストマー100重量部に対して、5〜80重量部であることが好ましい。エラストマー組成物におけるカーボンナノファイバーの配合量が5重量部よりも少ないとカーボンナノファイバーの補強効果が小さく、80重量部を超えると硬度や弾性率が高くなり好ましくない。このように非常に細いカーボンナノファイバーで補強することによって、高温における物性低下を小さくすることができる。なお、カーボンナノファイバーが0.7nmより細いものは入手が困難であり、15nmを越えるものは材料特性(補強効果)を得ることができないので好ましくない。
本実施の形態にかかるエラストマー組成物の製造方法としては、熱可塑性エラストマーとカーボンナノファイバーとを、オープンロール、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、混練する方法が挙げられる。カーボンブラックなどのカーボンナノファイバー以外の充填材は、カーボンナノファイバーを供給する前に混合器に供給することが好ましい。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、本発明のエラストマー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リップ状シール部材を用いた液圧マスタシリンダは、プロセスオイルが作動液中に溶け出し、作動液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。
本実施の形態にかかるエラストマー組成物は、10Hz、30℃及び120℃における動的弾性率がいずれも8MPa以上である。また、このリップ状シール部材は、30℃から120℃への温度上昇に伴う動的弾性率の保持率が10%以上である。動的弾性率は、リップ状シール部材の強さを示すものである。リップ状シール部材としては、大きな圧力変動に耐えるためには高温においても高い動的弾性率を安定して維持することが好ましく、特に、本実施の形態にかかる液圧マスタシリンダのカップシールとして用いた場合、望ましいクワレ耐久性を有するためには動的弾性率が8MPa以上であることが好ましい。また、本実施の形態にかかる液圧マスタシリンダのカップシールとして用いた場合、30℃から120℃への温度上昇に伴う動的弾性率の保持率が10%以上であると、高温においても望ましいクワレ耐久性を有する。
混練されたエラストマー組成物は、リップ状シール部材の形状を有した金型を用いて押出成形もしくは射出成形される。一般にゴム組成物を架橋成形してリップ状シール部材を得るが、本実施の形態にかかるリップ状シール部材は、熱可塑性エラストマーを用いているため架橋工程を経ることなく成形され、再利用(リサイクル)可能である。
(a)エラストマー組成物の作製
1)6インチオープンロール(ロール温度10〜20℃)に、熱可塑性エラストマーを投入して、ロールに巻き付かせた。
2)熱可塑性エラストマー100重量部(phr)に対して表1に示す量(重量部(phr))のカーボンナノファイバー(表1では「CNT13」と記載する)を熱可塑性エラストマーに投入した。このとき、ロール間隙を1.5mmとした。
3)カーボンナノファイバーを投入し終わったら、熱可塑性エラストマーとカーボンナノファイバーとの混合物をロールから取り出した。
4)ロール間隙を1.5mmから0.3mmと狭くして、混合物を投入して薄通しをした。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10回行った。
5)ロールを所定の間隙(1.1mm)にセットして、薄通しした混合物を投入し、分出しした。
前記(a)で得られたエラストマー組成物を射出成形し、実施例1〜5および比較例1〜4のカップシールを得た。
各エラストマー組成物について、電子顕微鏡(SEM)を用いて、カーボンナノファイバー及びカーボンブラックの分散の状態を観察した。全てのサンプルでカーボンナノファイバー及びカーボンブラックが熱可塑性エラストマー中に均一に分散している様子が観察された。
各エラストマー組成物について、ゴム硬度(JISA)、引張強度(TB)および切断伸び(EB)を測定した。ゴム硬度(JISA)については、JIS K 6253によって測定した。TB及びEBについては、JIS K 6521−1993によって測定した。これらの結果を表1に示す。
各エラストマー組成物について、30℃及び120℃におけるE’(動的弾性率)をJIS K 6521−1993によって測定した。さらに、E’保持率(%)として30℃のE’に対する120℃のE’の割合(E’保持率(%)=E’(120℃)/E’(30℃)・100)を計算した。これらの結果を表1に示す。
各エラストマー組成物について、圧縮永久歪(JIS K6262)及び高温定荷重疲労を測定し、各カップシールサンプルについて、クワレ耐久性を測定した。
2 ポンプハウジング
3 カム室
5 プランジャ
9 シリンダ孔
10 Xリング
71 液圧式ブレーキ装置
73 液圧マスタシリンダ
75 液圧配管
76 シリンダボディ
76a 隔壁
76b 底部
77 シリンダ孔
78 リザーバ
79,89 リリーフポート
79a,89a 開口部
80,90 サプライポート
81,91 ピストン
82a,82b,92a,92b カップシール
83,93 液圧室
88,98 ばね
Claims (9)
- ベース部と、該ベース部から無端状に突出形成されたリップ部と、を有し、
前記リップ部を被シール面に対して液密にかつ摺動可能に押圧するリップ状シール部材であって、
熱可塑性エラストマーと、該熱可塑性エラストマーに分散されたカーボンナノファイバーと、を含むエラストマー組成物で形成され、
前記エラストマー組成物は、30℃の動的弾性率に対する120℃の動的弾性率の割合である動的弾性率の保持率が10%以上である、リップ状シール部材。 - 請求項1において、
前記エラストマー組成物は、前記熱可塑性エラストマー100重量部に対して、前記カーボンナノファイバーを5〜80重量部含み、
前記カーボンナノファイバーは、平均直径が0.7〜15nmかつ平均長さが0.5〜100μmである、リップ状シール部材。 - 請求項1または2において、
前記エラストマー組成物は、30℃及び120℃における動的弾性率がいずれも8MPa以上である、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記熱可塑性エラストマーは、分子量が5000ないし500万である、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記熱可塑性エラストマーは、主鎖、側鎖および末端鎖の少なくともひとつに、二重結合、三重結合及び官能基から選択される少なくともひとつを有する、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記熱可塑性エラストマーは、オレフィン系熱可塑性エラストマーである、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系熱可塑性エラストマーである、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記リップ状シール部材は、カップシールまたはXリングである、リップ状シール部材。 - 請求項1ないし8記載のいずれかのリップ状シール部材を装着されたピストンと、
前記ピストンが挿入されるシリンダ孔を有するシリンダボディと、
前記ピストンと前記シリンダ孔の底部との間に画成された液圧室と、
前記ピストンが前記底部に対して後退した際に、前記液圧室と貯液室とを連通する連通路と、を含み、
前記連通路は、前記シリンダ孔の内周壁に開口部を有し、
前記リップ状シール部材は、前記ピストンの移動によって、前記連通路の開口部を通過して前記シリンダ孔の内周壁に対し摺動する、車両用液圧マスタシリンダ。
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