JPH0914440A - シリンダピストンのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高液圧の発生下においても、カップシールの食
われによる損傷を有効に防止できるようにする。シール
構造における部品点数の削減と成形性及び経済性の向上
を図る。 【構成】カップシール１０のベース部１０ａを支承する
ピストン８の上フランジ８ｂの外周縁に、半径０．６mm
〜１．２mmの範囲の面取りＲを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や自動二輪
車等のブレーキやクラッチに用いられる車両用液圧マス
タシリンダを始め、シリンダ孔に内挿されたピストンに
カップシールを設けて、ピストンとその前方のシリンダ
孔内部との間を液密または気密に仕切った構造を持つ各
種の液圧アクチュエータを対象とし、詳しくはピストン
の作動と高液圧によるカップシールの損傷を極力防止す
るようにしたシリンダピストンのシール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のブレーキやクラッチを液圧で
作動する車両用液圧マスタシリンダにあっては、シリン
ダ孔内を摺動するピストンと、ピストンの摺動に伴なう
高液圧の発生とによって、ピストンの前端面に配設され
たカップシールのベース部と外リップとのコーナ部分
が、シリンダ孔とピストンの先端側大径部との僅かな間
隙に食い込み、長期間の使用によって損傷することがあ
るため、例えば実開昭５３−７３３５１号公報や、実開
平５−５８５４０号公報に示される如きシリンダピスト
ンのシール構造が提案されている。

【０００３】前者の技術は、ピストンの先端側大径部の
前端面に着座するカップシールのベース部外周に、剛性
を有するリングを埋設しており、また後者の技術は、カ
ップシールの自由状態において、ベース部と外リップと
のコーナ部とシリンダ孔内周面との間に間隙が生じるよ
うに形成し、コーナ部外周部分にベース部から外リップ
に亙る弾性補強環を埋設した構成としており、いずれの
場合も、ベース部と外リップとのコーナ部外周の硬度を
高く設定することにより、コーナ部の食い込みによる損
傷を極力抑制するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、両者の
カップシールの場合も、基材としてのゴム材料とリング
や弾性補強環等の高硬度材料との二部材が必要で、しか
もゴム材料をカップシール形状に加硫成形しながら、高
硬度材料を所定箇所に埋め込むという面倒な工程となる
ため、部品点数と成形性及び経済性に劣るものであっ
た。

【０００５】そこで本発明は、高液圧の発生下において
も、カップシールの食い込みに起因する損傷を有効に防
止しつつ、部品点数の削減と成形性及び経済性の向上を
図ったシリンダピストンのシール構造を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的に
従い、シリンダ孔を摺動するピストンの先端側面にカッ
プシールのベース部を支承して設け、該ベース部の外周
側からピストンの前方へ突出する外リップの先端を前記
シリンダ孔に液密且つ移動可能に圧接して設けたシリン
ダピストンのシール構造において、前記ピストンの先端
側面外周縁に、半径０．６mm〜１．２mmの範囲の面取り
を形成したことを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動二輪車の後輪
ディスクブレーキ装置用液圧マスタシリンダに適用した
一形態例を、図１及び図２に基づいて説明する。後輪デ
ィスクブレーキ装置１は、図示しない自動二輪車用の車
体後部に固設される縦型の液圧マスタシリンダ２と、ラ
イダーに踏み操作されるブレーキペダル３と、下端をブ
レーキペダル３の後端に枢支され、上端を液圧マスタシ
リンダ１の下端に臨ませて縦方向に配設されるプッシュ
ロッド４と、液圧マスタシリンダ２にコネクタ５を介し
て接続される別体のリザーバ６とを備えている。

【０００８】液圧マスタシリンダ２には、シリンダ孔７
が下端を開口して設けられ、該シリンダ孔７に、ピスト
ン８がカップシール１０を介して液密且つ移動可能に内
挿されており、ピストン８とシリンダ孔７の上壁２ａと
の間に液圧室９が画成される。ピストン８の上端面８ｄ
には、カップシール１０とリテーナ１１とが配設され、
該リテーナ１１とシリンダ孔７の上壁２ａとの間にリタ
ーンスプリング１２が縮設されており、ピストン８は、
このリターンスプリング１２によって常時非作動方向
（ブレーキペダル方向）へ付勢され、下端を上述のプッ
シュロッド４に支承されている。

【０００９】シリンダ孔７の上壁２ａには、作動液の吐
出口となるユニオン孔１３が液圧室９に連通して設けら
れており、液圧室９で発生した液圧がユニオン孔１３か
らブレーキホースを通して後輪回りに配設されたキャリ
パボディ（いずれも図示せず）へ供給されるようになっ
ている。液圧マスタシリンダ２の一側壁２ｂには、コネ
クタ５を接続するための環状ボス部２ｃが突設され、該
ボス部２ｃに囲繞される一側壁２ｂにリリーフポート１
４とサプライポート１５とが貫通形成されており、シリ
ンダ孔７とリザーバ６内の作動液を両ポート１４，１５
を通して流通できるようにしている。

【００１０】前記ピストン８は、シリンダ孔７を摺動す
る大径の本体部８ａと、カップシール１０を支承する上
フランジ８ｂと、本体部８ａ及び上フランジ８ｂとの間
に画成される周溝８ｃとを持っている。上フランジ８ｂ
は、本体部８ａよりも僅かに小径で、シリンダ孔７との
間には作動液を流通させるためのクリアランスＣが設定
されており、また上フランジ８ｂの上端面８ｄの外周縁
には、面取り半径Ｒが０．６mm〜１．２mmの半径で円弧
状に形成されている。

【００１１】また、前記カップシール１０は、上フラン
ジ８ｂの上端面８ｄにリターンスプリング１２の弾発力
を以て着座して配設されるベース部１０ａと、該ベース
部１０ａの外周からピストン８の前方へ拡径して突出
し、先端をシリンダ孔７に液密且つ移動可能に圧接させ
るテーパ状の外リップ１０ｂと、同じくベース部１０ａ
の中央からリテーナ１１を貫通してリテーナ１１を保持
するボス部１０ｃとからなっている。

【００１２】ピストン８の上フランジ８ｂとカップシー
ル１０は、ブレーキペダル３を踏み操作しない非制動時
に、シリンダ孔７のリリーフポート１４とサプライポー
ト１５との間に位置しており、液圧室９はリリーフポー
ト１４を通して、またカップシール１０の外リップ１０
ｂの外側からピストン８の周溝８ｃの内部までの間がサ
プライポート１５を通して、それぞれリザーバ６と連通
していて、作動液が相互に流通できるようになってい
る。

【００１３】一方、ライダーがブレーキペダル３を踏み
操作すると、プッシュロッド４が上動して、ピストン８
が液圧室９のリターンスプリング１２を圧縮しながらシ
リンダ孔２７の上部へ移動し、カップシール１０の外リ
ップ１０ｂがリリーフポート１４を通過するまでの間
は、液圧室９内の作動液がリリーフポート１４を通して
リザーバ６へ流出して行き、またピストン８の本体部８
ａがサプライポート１５を閉塞するまでの間は、カップ
シール１０とピストン８の外回りの作動液が、サプライ
ポート１５を通してリザーバ６へ流出して行く。

【００１４】そして、カップシール１０の外リップ１０
ｂがリリーフポート１４を通過したのちは、液圧室９と
リザーバ６との連通が遮断され、液圧室９の作動液が徐
々に昇圧されて行き、またピストン８の本体部８ａがサ
プライポート１５を閉塞したのちは、ピストン８の外回
りとリザーバ６との連通が遮断される。液圧室９で昇圧
された作動液は、ユニオン孔１３からキャリパボディへ
送られ、後輪を制動する。

【００１５】また、上述の踏み操作を解除すると、ピス
トン８がリターンスプリング１２の復元力によってシリ
ンダ孔７を下方へ押し戻され、拡大する液圧室９の負圧
に伴ってキャリパボディへ注出した作動液がユニオン孔
１３より液圧室９に環流して行く。そして、カップシー
ル１０の外リップ１０ｂがリリーフポート１４を後退す
ると、液圧室９とリザーバ６とが連通して、リザーバ６
内の作動液が液圧室９へ環流して行き、またピストン８
の本体部８ａがサプライポート１５を後退すると、ピス
トン８の外回りとリザーバ６とが連通して、同じくリザ
ーバ６内の作動液がピストン８の周溝８ｃ内へ環流して
行く。

【００１６】周溝８ｃ内へ環流した作動液は、ピストン
８の後退に伴って、上フランジ８ｂとシリンダ孔７間の
隙間Ｃからカップシール１０の外リップ１０ｂ外側へ入
り、更に外リップ１０ｂの先端を内方へ押しながら、シ
リンダ孔７との間を通って液圧室９へ補給されて行き、
拡大化に伴う液圧室９内の作動液量を補償する。

【００１７】図３及び図４は、本発明を自動車の後輪ブ
レーキ装置用液圧マスタシリンダに適用した他の形態例
を示すもので、後輪ブレーキ装置２０は、横型の液圧マ
スタシリンダ２１と、該マスタシリンダ２１の上部に一
体に配設されたリザーバ２２と、液圧マスタシリンダ２
１の開口側に配設されるプッシュロッド２３とを持って
いる。

【００１８】液圧マスタシリンダ２１のシリンダ孔２４
には、ピストン２５が液密且つ移動可能に内挿され、該
ピストン２５とシリンダ孔２４の前部壁２１ａとの間に
液圧室２６が画成されると共に、シリンダ孔２４の上部
壁２１ｂに、シリンダ孔２４とリザーバ２２とを連通す
るリリーフポート２７とサプライポート２８とが穿設さ
れている。

【００１９】ピストン２５の前部側には、カップシール
２９と２枚のリテーナ３０，３１とが配設され、リテー
ナ３０とシリンダ孔２４の上壁２１ａとの間にリターン
スプリング３２が縮設されており、ピストン２５はリタ
ーンスプリング３２の弾発力にて常時非作動方向へ付勢
され、後端を上述のプッシュロッド２３にて支承されて
いる。

【００２０】上記ピストン２５は、シリンダ孔２４を摺
動する前後部のフランジ２５ａ（後部フランジは図示せ
ず）と、中間部の小径本体部２５ｂと、前部フランジ２
５ａの中央から前方へ突出する小径軸部２５ｃと、前部
フランジ２５ａの外周側に穿設される複数の液通孔２５
ｄとを持っており、ピストン２５が液圧室２６方向へ前
進する作動時に、シリンダ孔２４の前部壁２１ａに当接
してピストン２５のストローク量を規制するようになっ
ている。

【００２１】前記カップシール２９は、ピストン２５の
前部フランジ２５ａの前面にリテーナ３１を介して支承
されるベース部２９ａと、該ベース部２９ａの外周から
ピストン２５の前方へ拡径して突出し、先端をシリンダ
孔２４に液密且つ移動可能に圧接させるテーパ状の外リ
ップ２９ｂと、ベース部２９ａの内側からピストン２５
の前方へ突出する筒状の内リップ２９ｃとを持ってい
る。内リップ２９ｃとベース部２９ａの内側には、カッ
プシール２９をピストン２５の小径軸部２５ｃに装着す
るための取付け孔２９ｄが貫通形成され、またフランジ
２５ａの前端面２５ｅの外周縁には、円弧状の面取り半
径Ｒが０．６mm〜１．２mmの範囲で形成されている。

【００２２】本形態例では、制動操作を解除した際に、
ピストン２５の後退に連れてサプライポート２８から液
圧室２６へ環流する作動液が、前部フランジ２５ａの液
通孔２５ｄを流通する点で前述の形態例と異なってお
り、その他の作用は自動二輪車の場合と同様に行なわれ
る。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の技術思想に基づいて行なった
カップシールの耐久性試験例を、次頁の表１と図５及び
図６に基づいて説明する。

【００２４】

【表１】 表１の耐久試験は、日本工業規格「ＪＩＳ Ｄ２６０
５」の規定に基づいて行なっており、カップシールの硬
度は、ＪＩＳ Ｄ２６０５に準じて、Ａを７０Ｈｓに、
Ｂを６０Ｈｓにそれぞれ設定している。また、カップシ
ールにかかる作動液圧には、ＪＩＳ Ｄ２６０５に高液
圧として規定される７０kgf ／cm² よりも更に高液圧の
１６０kgf ／cm² を設定した。各テストにおけるピスト
ンの作動回数は、それぞれ１万回である。

【００２５】表１の試験結果によれば、ピストンとシリ
ンダ孔とのクリアランスＣの大小やカップの硬度は、カ
ップシールの損傷に影響せず、ピストンのカップシール
側外周縁に形成される面取り半径Ｒの大きさによって発
生に影響することが分った。このうち、ピストンの面取
り半径Ｒが０．２〜０．５mmの範囲ではカップシールに
損傷を生じたが、面取り半径Ｒが０．６mm以上では発生
は見られなかった。

【００２６】図５は、上記表１の試験結果を説明する概
略図で、（Ａ）ではピストンＰの面取り半径Ｒを０．２
〜０．３mmに設定し、（Ｂ）ではピストンＰの面取りを
４５度のカット面ＣＵとし、（Ｃ）ではピストンＰの面
取り半径Ｒを０．６〜０．７mmとして、図５の（Ａ），
（Ｂ）を本発明の技術思想の外に置き、また図５の
（Ｃ）を本発明の技術思想の範囲内に置いている。

【００２７】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、いずれの場合もカ
ップシールＣＳのコーナ部がシリンダ孔ＣＹとピストン
ＰとのクリアランスＣに食い込むが、図５の（Ａ）で
は、ピストンＰの面取り半径Ｒが小さいために、急角度
で折り曲げられたコーナ部内側が圧縮されて狭い範囲に
高い応力が発生し、またこの高応力を他の部分へ充分に
分散するのを急角度な折り曲げ荷重が妨げると考えら
れ、また図５の（Ｂ）では、４５度のカット面ＣＵの２
箇所の稜縁がエッジとなり、このエッジがカップシール
ＣＳのコーナ部内側に剪断応力を発生させることによ
り、（Ａ）（Ｂ）ともにカップシールＣＳに損傷を生じ
るものと考えられる。

【００２８】これに対して、本発明の技術思想の適用範
囲にある図５（Ｃ）では、ピストンＰの面取り半径Ｒが
大きいために、カップシールＣＳのコーナ部内側が面取
り半径Ｒに広い面積で圧接するようになり、コーナ部内
側に発生する単位面積当たりの応力が低く抑えられ、ま
たこの応力を他の部分へ分散できて、カップシールＣＳ
の損傷が回避されるものと思われる。

【００２９】図６は、上記ピストンＰの面取り半径Ｒと
ブレーキペダルのストロークＳとの関係図を示してお
り、ピストンＰの面取り半径Ｒを大きくして行くと、面
取り部分周辺の液圧室面積が増大するため、制動時に作
動液の移動量が増えてピストンストロークが増加するこ
とが分る。このうち、面取り半径Ｒが１．２mmまではピ
ストンストロークの変化は少ないが、面取り半径Ｒが
１．２mmのピストンストロークＳ２を越えると、ピスト
ンストロークが急激に増大して、ブレーキペダルの操作
フィーリングに違和感を与えると共に、初期制動にもタ
イムラグを生じることとなる。

【００３０】従って、ピストンＰの先端側面外周縁に形
成される面取り半径Ｒは、表１で行なったカップシール
の耐久性試験例から下限を０．６mmとし、また図６のブ
レーキペダルのストロークＳとの関係から、上限を１．
２mmとすることにより、カップシールの損傷を防止しつ
つ、ブレーキペダルのストロークの変化がＳ１とＳ２の
間の僅かな範囲にとどまるので、ブレーキペダルの操作
フィーリングに違和感が殆どなく、初期制動時のタイム
ラグも僅小に抑えることができて、実用的に好ましい成
果が得られる。

【００３１】本発明は、発明の実施の形態で述べた自動
二輪車や自動車の後輪ブレーキ装置用液圧マスタシリン
ダを始め、これら車両の前輪ブレーキ用液圧マスタシリ
ンダや、各種の液圧，気圧アクチュエータにおけるシリ
ンダピストンのシール構造として適用が可能であり、長
期間の使用にもカップシールの損傷を有効に防止するこ
とができ、簡単な構成と相俟って信頼性をより一層高め
るものである。

【００３２】特に、近年の自動車や自動二輪車等の車両
にあっては、急制動時にも後輪のロックを抑制して、車
両の安定した姿勢を保ちながら、短距離で停止すること
のできるアンチロックブレーキシステム（略称：ＡＢ
Ｓ）の装着率が高まっているが、本発明は、ＡＢＳの高
い発生液圧にも安定したシール性能を長期間維持するこ
とができ、しかも安価で高い信頼性を得ることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシリンダ
ピストンのシール構造は、カップシールのベース部を支
承するピストンの先端側面外周縁に、半径０．６mm〜
１．２mmの範囲の円弧状の面取りを形成することによ
り、高液圧の発生下において、カップシールがピストン
とシリンダ孔との間に食い込むことがあっても、これに
起因するカップシールの損傷を長期間有効に防止するこ
とができ、ゴム材料をカップシール形状に加硫成形しな
がら、高硬度材料を所定箇所に埋め込まなければならな
かった従来のものと較べると、構成が頗る簡単であるた
め、部品点数の削減と成形性及び経済的の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態例を示す自動二輪車の後輪ディ
スクブレーキ装置用液圧マスタシリンダの要部拡大断面
図

【図２】本発明の一形態例を示す自動二輪車の後輪ディ
スクブレーキ装置用液圧マスタシリンダの一部切欠き断
面正面図

【図３】本発明の他の形態例を示す自動車の後輪ブレー
キ装置用液圧マスタシリンダの一部切欠き断面正面図

【図４】本発明の他の形態例を示す自動車の後輪ブレー
キ装置用液圧マスタシリンダの要部拡大断面

【図５】本発明と他の構造とを比較したピストンカツプ
部分の概略図

【図６】ピストンの面取り半径とペダルストロークとの
関係図

【符号の説明】

１…後輪ディスクブレーキ装置 ２…液圧マスタシリンダ ３…ブレーキペダル ４…プッシュロッド ７…シリンダ孔 ８…ピストン ８ａ…本体部 ８ｂ…上フランジ ８ｃ…周溝 ８ｄ…上端面 ９…液圧室 １０…カップシール １０ａ…ベース部 １０ｂ…外リップ １０ｃ…ボス部 １１…リテーナ ２０…後輪ブレーキ装置 ２１…液圧マスタシリンダ ２４…シリンダ孔 ２５…ピストン ２５ａ…前部フランジ ２５ｂ…小径本体部 ２５ｃ…小径軸部 ２５ｄ…液通孔 ２５ｅ…フランジ２５ａの前端面 ２６…液圧室 ２９…カップシール ２９ａ…ベース部 ２９ｂ…外リップ ２９ｃ…内リップ ２９ｄ…取付け孔 Ｃ…クリアランス ＣＳ…カップシール ＣＵ…カット面 ＣＹ…シリンダ孔 Ｐ…ピストン Ｒ…上フランジ８ｂの上端面８ｄの外周縁に形成される
面取りの半径 Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…ブレーキペダルのストローク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ孔を摺動するピストンの先端側
   面にカップシールのベース部を支承して設け、該ベース
   部の外周側からピストンの前方へ突出する外リップの先
   端を、前記シリンダ孔に液密且つ移動可能に圧接して設
   けたシリンダピストンのシール構造において、前記ピス
   トンの先端側面外周縁に、半径０．６mm〜１．２mmの範
   囲の面取りを形成したことを特徴とするシリンダピスト
   ンのシール構造。