JP2004231105A - カップシールおよび液圧式マスタシリンダ - Google Patents
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Abstract
【課題】ピストンの移動時に、リリーフポートと接触する際のカップシールの食われを防止し、ピストンの摺動性を維持することができ、かつ靭性に優れた液圧式マスタシリンダ用カップシールを提供する。
【解決手段】本発明のカップシール３２ａ，３２ｂは、液圧式マスタシリンダ２３のピストン３１に装着される。このカップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のカップシール３２ａ，３２ｂは、液圧式マスタシリンダ２３のピストン３１に装着される。このカップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧式マスタシリンダのピストンに装着されるカップシール、ならびに前記カップシールを含む液圧式マスタシリンダに関する。
【０００２】
【背景技術】
車両用の液圧式ブレーキ装置は、液圧式マスタシリンダおよび液圧式ブレーキを含む。また、液圧式マスタシリンダと液圧式ブレーキとは液圧配管によって連結されている。
【０００３】
この液圧式ブレーキ装置においては、ブレーキレバーやペダルの操作によって、液圧式マスタシリンダ内で発生した液圧を液圧式ブレーキに供給して、車輪の制動を行なう。
【０００４】
液圧式マスタシリンダは、シリンダ孔と、このシリンダ孔に移動自在に挿入可能なピストンとを含む。このシリンダ孔およびピストンによって、液圧発生室が構成される。また、このシリンダ孔の内周壁には、リリーフポートが設けられている。このリリーフポートは、開口部を含み、この開口部を介して作動液貯液室と前記シリンダとを連絡している。
【０００５】
また、前記ピストンにはカップシールが装着されている（例えば、特許文献１参照）。このカップシールは、前記ピストンが前記液圧発生室側へ移動するのに応じて、前記カップシールが前記開口部を通過することにより、前記開口部を介した前記液圧発生室と前記作動液貯液室との連絡を遮断し、液圧発生室内に液圧を発生させる。したがって、前記カップシールは、リリーフポート通過時のシールの食われや、前記液圧発生室内の作動液の圧力に耐えるために、十分な靭性が必要とされる。
【０００６】
また、この液圧式マスタシリンダを、いわゆるＡＢＳ装置（アンチスキッド制御装置）を備えたブレーキシステムに適用する場合がある。このＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムは、前記液圧式ブレーキ側から前記液圧式マスタシリンダ側に作動液を加圧して戻すためのポンプを含む。
【０００７】
このＡＢＳ装置を作動させた場合にピストンは、前記ポンプから該ピストンを非作動方向に押し戻す方向に液圧を受圧する。この際、前記カップシールは前記ピストンに装着されているため、前記カップシールは大きな液圧を受ける。この液圧に対する耐久性をもたせるため、前記カップシールは、弾性率が大きな材料（例えばゴム）を主成分とする材料からなる。しかしながら、一般に、ゴムのように弾性率が大きい材料は、弾性率が大きくなるほど脆くなる。したがって、前記カップシールは弾性率が大きな材料からなる分脆い。このため、前記ピストンが押し戻されて、前記カップシールが前記リリーフポートと接触する際、前記カップシールが前記リリーフポートに食われやすい。このカップシールの食われを防止するためにも、カップシールは十分な靭性が必要とされる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２２７６００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ピストンの移動時に、リリーフポートと接触する際の食われを防止し、ピストンの摺動性を維持することができ、かつ靭性に優れた液圧式マスタシリンダ用カップシールを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、および前記カップシールを含む液圧式マスタシリンダを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のカップシールは、液圧式マスタシリンダのピストンに装着されるカップシールであって、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。
【００１２】
上記本発明のカップシールによれば、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなることにより、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシールの弾性率を所定の範囲内に維持することができるため、ピストンの移動時にリリーフポートと接触する際のカップシールの食われを防止することができる。
【００１３】
上記本発明のカップシールにおいては、前記炭素繊維および前記フラーレンを合わせて０．０１〜５０重量％含むことが好ましい。前記炭素繊維および前記フラーレンの割合が５０重量％を超えると、弾性を十分確保できない場合があり、０．０１重量％未満であると、靭性を十分確保できない場合がある。なお、上記重量は、前記炭素繊維および前記フラーレンをそれぞれ単独で含有する場合は、前記炭素繊維および前記フラーレン単独の重量である。
【００１４】
上記本発明のカップシールにおいて、前記炭素繊維は、平均直径が０．７〜５００ｎｍであって、平均長さが０．０１〜１０００μｍであるカーボンナノファイバーからなることができる。
【００１５】
このような構成とすることで、炭素繊維の中でもカーボンナノファイバーと呼ばれる超微細な繊維構造を有することになり、弾性を維持しつつ、カップシールの靭性をより向上させることができる。また、超微細なカーボンナノファイバーとすることで、ゴムの成形加工を容易とすることができる。
【００１６】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、イオン注入処理されていることができる。
【００１７】
このような構成とすることで、イオン注入処理されたカーボンナノファイバーは、少なくともその表面の化学的な組成が変わることで、ゴムとカーボンナノファイバーの接着性やヌレ性が改善され、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、カーボンナノファイバーの表面が化学的に改質されることにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００１８】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、スパッタエッチング処理されていることができる。
【００１９】
このような構成とすることで、スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーは、その表面に微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００２０】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、プラズマ処理されていることができる。
【００２１】
このような構成とすることで、プラズマ処理されたカーボンナノファイバーは、 その表面に微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００２２】
上記本発明のカップシールにおいて、前記フラーレンは、カーボン６０およびカーボン７０を含み、前記カーボン７０より前記カーボン６０を多く含むことができる。
【００２３】
このような構成とすることで、弾性を維持しつつ、カップシールの靭性をより向上させることができる。また、ゴムの成形加工を容易とすることができる。
【００２４】
上記本発明のカップシールにおいて、さらに、前記カーボンナノファイバーおよび前記フラーレンのいずれか一方の合成過程において得られる炭素化合物を含むことができる。
【００２５】
また、本発明の液圧式マスタシリンダは、上記本発明のカップシールと、
シリンダ孔と、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、
前記シリンダ孔と該ピストンとによって区画された液圧発生室と、
を含み、
前記シリンダ孔の内周壁に、開口部を含み、作動液貯液室と前記シリンダ孔とを連絡するリリーフポートが設けられ、
前記カップシールは前記ピストンに装着され、
前記ピストンが前記液圧発生室側へ移動するのに応じて、前記カップシールが前記開口部を通過することにより、前記開口部を介した前記液圧発生室と前記作動液貯液室との連絡を遮断する。
【００２６】
上記本発明の液圧式マスタシリンダによれば、上記本発明のカップシールが前記ピストンに装着されていることにより、ピストンの摺動性を維持することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るカップシール３２ａ，３２ｂを含む液圧式マスタシリンダ２３を模式的に示す断面図である。この液圧式マスタシリンダ２３は、二輪車両用の液圧式ブレーキ装置２１の一部を構成する。この液圧式ブレーキ装置２１は、液圧式マスタシリンダ２３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２１のうち液圧式マスタシリンダ２３の部分のみが示されている。
【００２９】
図１に示すように、液圧式マスタシリンダ２３にはブレーキレバー２２が取り付けられている。また、液圧式マスタシリンダ２３と液圧式ブレーキとは、液圧配管２５（矢印を用いて省略して示す）によって連結されている。
【００３０】
この液圧式ブレーキ装置２１においては、このブレーキレバー２２の握りによるブレーキ操作によって、液圧式マスタシリンダ２３内で発生した液圧を、液圧配管２５を介して液圧式ブレーキ（図示せず）に供給することにより、車輪の制動を行なう。
【００３１】
この液圧式マスタシリンダ２３においては、シリンダボディ２６の内部が、隔壁２６ａによってシリンダ孔２７と作動液貯液室２８とに仕切られている。
【００３２】
また、液圧式マスタシリンダ２３は、シリンダ孔２７およびピストン３１を含む。ピストン３１は、このシリンダ孔２７に移動自在に挿入可能である。また、このシリンダ孔２７およびピストン３１によって、液圧発生室３３が構成されている。すなわち、液圧発生室３３は、シリンダ孔２７とピストン３１とによって区画された領域である。
【００３３】
液圧発生室３３は、マスタシリンダ２３が作動していない状態（図１参照）において、リリーフポート２９を介して、作動液貯液室７８と連絡している。すなわち、リリーフポート２９は、開口部２９ａを含み、マスタシリンダ２３が作動していない状態において、開口部２９ａを介して作動液貯液室２８とシリンダ孔２７とを連絡している。開口部２９ａは、シリンダ孔２７の内周壁に設置されている。
【００３４】
作動液貯液室２８によって貯留される作動液は、リリーフポート２９およびサプライポート３０を通してシリンダ孔２７に直接供給される。
【００３５】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３においては、ブレーキレバー２２の握りによって、ブレーキ操作が行なわれると、ピストン３１は出力ポート４７の方向（図１中左方）に移動することにより、シリンダ孔２６の内周壁に摺接するカップシール３２ａの外周部が、リリーフポート２９の開口部２９ａを通過する。これにより、開口部２９ａを介した液圧発生室３３と作動液貯液室２８との間の液の連絡が遮断される。そして、ピストン３１がさらに移動することにより、液圧発生室３３にて液圧が発生する。ここで発生した液圧は、液圧配管２５を介して液圧式ブレーキに供給される。
【００３６】
カップシール３２ａ，３２ｂは、ピストン３１に装着されている。具体的には、カップシール３２ａはピストン３１のうち液圧発生室３３に面している側に設けられ、カップシール３２ｂは、ピストン３１を挟んでカップシール３２ａと反対側に設けられている。カップシール３２ａ，３２ｂの材質については後述する。
【００３７】
また、本実施の形態においては、液圧式マスタシリンダ２３を、いわゆるＡＢＳ装置（図示せず）を備えたブレーキシステムに適用することができる。このＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムは、液圧式ブレーキ側から液圧式マスタシリンダ２３側に作動液を加圧して戻すためのポンプ（図示せず）を含む。
【００３８】
次に、カップシール３２ａ，３２ｂの材質について説明する。
【００３９】
カップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。具体的には、カップシール３２ａ，３２ｂは、以下に示す作用効果（ａ）および（ｂ）を奏することができる。
【００４０】
（ａ）このブレーキシステムを作動させた場合、ピストン３１がシリンダ孔２７に挿入されて、カップシール３２ａ，３２ｂが開口部２９を通過する際に、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれる場合がある。この場合、本実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなるため、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシール３２ａ，３２ｂの弾性率を所定の範囲内に維持することができる。これにより、カップシール３２ａ，３２ｂは、液圧発生室３０内の作動液の圧力に十分な耐えることができる。したがって、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれた場合であっても、カップシール３２ａ，３２ｂが食われることはない。
【００４１】
（ｂ）前述したように、この液圧式マスタシリンダ２３が、ＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムに適用される場合には、液圧式ブレーキ側から液圧式マスタシリンダ２３側に作動液を加圧して戻すためのポンプが設置されている。このＡＢＳ装置を作動させた場合、前記ポンプからの圧力によって、カップシール３２ａ，３２ｂに非常に高い液圧が加わる場合がある。この場合においても、本実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂは、上述した材質からなることにより、前記ポンプからの圧力に十分な耐えることができる。したがって、前記ポンプからの圧力によって、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれた場合であっても、カップシール３２ａ，３２ｂが食われることはない。
【００４２】
カップシール３２ａ，３２ｂを構成する前記ゴムとしては、スチレン・ブタジエン・ラバー（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレン・ラバー（ＥＰＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・メチレンリンケージ（ＥＰＤＭ）が例示できるが、ブチルゴム（ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、および、これらのブレンド物を用いることができる。
【００４３】
カップシール３２ａ，３２ｂにおいて、炭素繊維およびフラーレンを合わせて０．０１〜５０重量％含むことが好ましい。炭素繊維およびフラーレンの割合が５０重量％を超えると、弾性を十分確保できない場合があり、０．０１重量％未満であると、靭性を十分確保できない場合がある。なお、上記重量は、炭素繊維およびフラーレンをそれぞれ単独で含有する場合は、炭素繊維およびフラーレン単独の重量である。なお、カップシール３２ａ，３２ｂには、さらに、炭素繊維およびカーボンナノファイバーのいずれか一方の合成過程において得られる炭素化合物を含むことができる。
【００４４】
（炭素繊維）
ゴムに炭素繊維が混合されたカップシール３２ａ，３２ｂを形成する場合、ゴムと炭素繊維の混合は、原料の混合物を単軸あるいは２軸の押出機、バンバリ−ミキサ−、ニ−ダ−、ミキシングロ−ルなど通常公知の混合機に供給して混練する方法などを例として挙げることができる。また、ゴムと炭素繊維の混合順序は、全ての両材料を配合後上記の方法により混練する方法、一部の炭素繊維を配合後上記の方法により混練しさらに残りの炭素繊維を配合し混練する方法、あるいはゴムを単軸あるいは二軸の押出機により混練中にサイドフィーダーを用いて炭素繊維を混合する方法などの方法を用いることができる。
【００４５】
ゴムに混入させる炭素繊維は、石油精製時の残査であるピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、およびポリアクリル繊維を原料とするポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維などを使用することができる。
【００４６】
また、ゴムに混入させる炭素繊維は、平均直径が０．７〜５００ｎｍであって、平均長さが０．０１〜１０００μｍのカーボンナノファイバーを用いることが好ましい。また、カーボンナノファイバーの配合量は、成形時の流動性、得られる成形品の比重および強度、弾性の観点から、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴム中に０．０１〜５０重量％の範囲で含まれていることが好ましい。このようなカーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラフェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造を有する。すなわち、カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブといった名称で称されることもある。
【００４７】
単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。
【００４８】
アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。
【００４９】
レーザーアブレーション法は、希ガス（例えばアルゴン）中で、ターゲットであるニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、ＹＡＧレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。
【００５０】
気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。
【００５１】
カップシール３２ａ，３２ｂを形成するにあたり、カーボンナノファイバーは、ゴムと混練する前に、あらかじめ表面処理例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとの接着性やぬれ性を改善することができる。
【００５２】
（イオン注入処理）
イオン注入処理（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、イオン源によってイオン化された元素（例えば酸素など）に加速器によって必要なエネルギーを与え、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバ内で、カーボンナノファイバーの表面内にイオンを打ちこむものである。
【００５３】
本発明の一実施の形態のイオン注入処理について、図３に示す全方位型イオン注入装置の概略構成図を用いて説明する。全方位型イオン注入装置５０は、真空ポンプ５７に接続された例えばステンレス製の真空チャンバー５１内にイオン注入処理を施す試料（例えばカーボンナノファイバー５２）を置く回転テーブル５３が回転自在に配置されている。回転テーブル５３は、パルスバイアス電源５４に接続され、真空チャンバー５１との間は絶縁体５５によって絶縁されている。真空チャンバー５１は、プロセスガス供給装置５８と、高周波電源５９に接続されたコイル６０と、アーク式蒸発源６１と、真空チャンバー５１内温度を測定する赤外線放射温度計６２と接続されている。
【００５４】
イオン注入処理は、真空ポンプ５７によって適当な真空状態とされた真空チャンバー５１内に、プロセスガス供給装置５８からガスが供給され、高周波電源５９によってコイル６０の周りにプラズマを発生させる。これによってイオン化されたガスが、パルスバイアス電源５４の負極に接続されている試料例えばカーボンナノファイバー５２に引き込まれ、注入される。また、真空チャンバー５１に接続されたアーク式蒸発源６１によって、金属イオンを試料例えばカーボンナノファイバー５２に注入させることができる。この場合、アーク式蒸発源６１内の金属蒸発源は、図示せぬ直流アーク電源に接続され、アーク放電によって蒸発させられる。このとき、回転テーブル５３及び試料例えばカーボンナノファイバー５２は、スイッチ６３によって切りかえられた負の直流バイアス電源５６により印加されているので、金属イオンが試料例えばカーボンナノファイバー５２に注入される。
【００５５】
また、全方位型イオン注入装置５０の回転テーブル５３を図４に示すような攪拌羽５３ａ及び容器５３ｂとしてもよい。容器５３ｂは、広口の開口部を上方に有し、容器５３ｂ中には試料例えばカーボンナノファイバー５２を配置できる。イオン注入処理の間、カーボンナノファイバー５２のような粉体の試料は、攪拌羽５３ａの回転によって攪拌されることで、全体にまんべんなくイオン注入処理を受けることができる。攪拌翼５３ａの回転速度は、カーボンナノファイバー５２の量や、イオン注入処理時間などによって適宜調整することができる。
【００５６】
イオン注入処理されたカーボンナノファイバーは、その表面が化学的に改質され、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が改善され、カップシール３２ａ，３２ｂの靭性をさらに向上させることができる。また、カーボンナノファイバーの表面が化学的に改質されることにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００５７】
イオン注入処理に用いられる元素は、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとの相性によって適宜選択することができ、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等の中から適宜選択することができる。
【００５８】
（スパッタエッチング処理）
ドライエッチング方式のスパッタエッチング処理は、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバ内にエッチングガス、極低圧不活性ガス雰囲気例えばアルゴン（Ａｒ）中で、交流を印加してグロー放電を行わせ、かつグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極と接触したカーボンナノファイバーの表面にイオンを衝突させることで、エッチングするものである。
【００５９】
スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーの表面は、物理的にエッチングされることで、微細（ナノサイズ）な凹凸が形成される。このカーボンナノファイバーの表面の凹凸によって、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分のゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、ゴムにカーボンナノファイバーを混入させて成形（例えば射出成形）したカップシール３２ａ，３２ｂの靭性を向上させることができる。加えて、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００６０】
（プラズマ処理）
プラズマ処理は、プラズマをカーボンナノファイバーに照射することによって表面を改質させるものである。プラズマ処理は、一般的なグロー放電処理やコロナ放電処理などを採用することができる。
【００６１】
例えばプラズマは、相対向する放電極と対向電極との間に、パルス生成回路によって生成された高電圧・高頻度のパルス電圧を印加し、両電極間にコロナ放電を惹起して空気中にプラズマを発生させるようにしている。そして、被処理物は、両電極間に静止状態又は移動状態で配置され、その表面にプラズマ処理が施される。
【００６２】
プラズマの作り方には、２枚の平行平板電極に数百から数千ボルトの電圧をかけて放電する二極放電タイプ、熱陰極から発した大量の電子が陽極に入るまでに気体分子と衝突しプラズマを作る熱電子放電タイプ、磁場を使って高真空で放電するマグネトロン放電タイプ、高周波電磁誘導によりプラズマを発生させる無電極放電タイプ、磁場のある共振室へマイクロ波を送りこみ電子を共振させるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）放電タイプなどがあり、適宜選択することができる。
【００６３】
このようにプラズマ処理されたカーボンナノファイバーの表面は、微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシール３２ａ，３２ｂの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００６４】
（フラーレン）
本実施の形態に用いられるフラーレンは、球殻状炭素例えばカーボン６０（以下、Ｃ６０とする）、Ｃ７０、Ｃ７４、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ７２０、Ｃ８６０などのフラーレン類等が例示できるが、Ｃ６０を主成分とすることが好ましい。また、Ｃ６０を主成分として、Ｃ７０がＣ６０よりも多く含まれることが好ましい。さらに、Ｃ６０を主成分として、他のフラーレン類を含んでいてもよいし、フラーレン生成時に同時に生成された他の炭素化合物を含んでいてもよい。フラーレン類の形態は、例えば、サッカーボール状、バッキーボール状などであってもよい。また、フラーレンは、炭素繊維の場合と同様の方法にてゴムに混合することができる。
【００６５】
フラーレン類は、置換基の導入などにより修飾されていてもよい。修飾方法は、特に限定されず、例えば、フラーレン類の反応性に富む炭素５員環部を化学的に修飾できる。置換基の種類は特に限定されず、例えば、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ジオキソラン単位、ハロゲン又は酸素原子等が例示でき、液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシドなどの導入により修飾してもよい。フラーレン類の修飾により、硬化性樹脂との親和性の改善、フラーレン類の分散を可能にする。
【００６６】
Ｃ６０フラーレンは、黒鉛電極を用い、ヘリウム雰囲気下でアーク放電し、得られたススをベンゼンで抽出し、得られたＣ６０混合物を、塩基性活性アルミナを担体とし、ヘキサンを展開溶媒として、カラム分離精製することにより調整した。なお、フラーレンを得る方法は、このアーク放電法に限定されるわけではなく、他の手法を用いることもできる。
【００６７】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂを含む液圧式マスタシリンダ７３を模式的に示す断面図である。この液圧式マスタシリンダ７３は、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、液圧式マスタシリンダ７３および液圧式ブレーキ（図示せず）を含む。図２においては、液圧式ブレーキ装置７１のうち液圧式マスタシリンダ７３の部分のみが示されている。
【００６８】
図２に示すように、液圧式マスタシリンダ７３にはブレーキペダル（図示せず）が取り付けられている。また、液圧式マスタシリンダ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。
【００６９】
この液圧式ブレーキ装置７１においては、このブレーキペダルの踏み込みによるブレーキ操作によって、液圧式マスタシリンダ７３内で発生した液圧を、液圧配管７５を介して液圧式ブレーキ（図示せず）に供給することにより、車輪の制動を行なう。
【００７０】
液圧式マスタシリンダ７３においては、シリンダボディ７６の内部が、隔壁７６ａによってシリンダ孔７７と作動液貯液室７８とに仕切られている。
【００７１】
また、液圧式マスタシリンダ７３は、シリンダ孔７７を含む。ピストン８１，９１は、このシリンダ孔７７に移動自在に挿入可能である。
【００７２】
液圧発生室８３は、シリンダ孔７７とピストン８１とによって区画された領域であり、液圧発生室９３は、シリンダ孔７７およびピストン８１，９１とによって区画された領域である。各々の液圧発生室８３，９３から液圧式ブレーキに液圧が供給される。
【００７３】
各液圧発生室８３，９３は、マスタシリンダ７３が作動していない状態（図２参照）において、それぞれリリーフポート７９，８９を介して、作動液貯液室７８と連絡している。すなわち、リリーフポート７９は、開口部７９ａを含み、マスタシリンダ７３が作動していない状態において、開口部７９ａを介して作動液貯液室７８とシリンダ孔７７とを連絡している。また、リリーフポート８９は、開口部８９ａを含み、マスタシリンダ７３が作動していない状態において、開口部８９ａを介して作動液貯液室７８とシリンダ孔７７とを連絡している。開口部７９ａ，８９ａは、シリンダ孔７７の内周壁に設置されている。
【００７４】
作動液貯液室７８によって貯留される作動液は、リリーフポート７９，８９およびサプライポート８０，９０を通してシリンダ孔７７に直接供給される。
【００７５】
ピストン８１，９１の外周部には、それぞれ環状のカップシール８２ａ，８２ｂおよびカップシール９２ａ，９２ｂが装着されている。
【００７６】
カップシール８２ａ，８２ｂは、ピストン８１に装着されている。すなわち、図２に示すように、カップシール８２ａはピストン８１のうち液圧発生室８３に面している側に設けられ、カップシール８２ｂは、ピストン８１を挟んでカップシール８２ａと反対側に設けられている。
【００７７】
また、カップシール９２ａ，９２ｂは、ピストン９１に装着されている。すなわち、図２に示すように、カップシール９２ａはピストン９１のうち液圧発生室９３に面している側に設けられ、カップシール９２ｂは、ピストン９１を挟んでカップシール９２ａと反対側に設けられている。
【００７８】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３においては、ブレーキペタルの踏み込みによって、ブレーキ操作が行なわれると、各ピストン８１，９１はともに側壁７６ｂの方向（図２中左方）に移動することにより、シリンダ孔７７の内周壁に摺接するカップシール８２ａ，９２ａの外周部がそれぞれ、リリーフポート７９，８９の開口部７９ａ，８９ａを通過する。これにより、開口部７９ａ，８９ａを介した液圧発生室８３，９３と作動液貯液室７８との間の液の連絡が遮断される。そして、各ピストン８１，９１がさらに移動することにより、各液圧発生室８３，９３にて液圧が発生する。ここで発生した液圧は、液圧配管７５を介して液圧式ブレーキに供給される。
【００７９】
また、各液圧発生室８３，９３にはそれぞれ、ばね８８，９８が設けられている。前記ブレーキペダルの踏み込み動作を解除または弱めた場合、これらのばね８８，９８の勢いによって、ピストン８１，９１は、図２に示す設置位置に戻るべく移動する。そして、このピストン８１，９１の戻り動作に伴い、液圧発生室８３，９３内の液圧が、一時的に作動液貯液室７８内の作動液の圧力よりも低くなる。これにより、カップシール８２ａ，９２ａの外周部がシリンダ孔７７の内周壁から離れるように移動し、開口部７９ａ，８９ａを介して作動液貯液室７８と常時連絡しているサプライポート８０，９０から液圧発生室８３，９３へと作動液が補給される。
【００８０】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３を、第１の実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３と同様に、ＡＢＳ装置（図示せず）を備えたブレーキシステムに適用することができる。この場合、本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３は、第１の実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３を、ＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムに備えた場合と同様の動作が行なわれ、かつ同様の作用効果を有することができる。すなわち、この場合、車輪のロックを防止するために、ＡＢＳ装置が作動したときには、作動液は、ＡＢＳ装置に含まれるポンプによって、ホイールシリンダから圧力を弛めて排出された加圧された後、液圧発生室８３，９３に戻される。
【００８１】
本実施の形態において、カップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂは、第１の実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂと同様の材質からなることができる。よって、詳しい説明は省略する。
【００８２】
本実施の形態のカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂによれば、第１の実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂと同様の材質からなることにより、同様の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施の形態のカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂによれば、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなることにより、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシールの弾性率を所定の範囲内に維持することができるため、ピストンの移動時にリリーフポートと接触する際のカップシールの食われを防止することができる。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るカップシールを含む液圧式マスタシリンダを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るカップシールを含む液圧式マスタシリンダを模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に用いられる全方位型イオン注入装置の概略説明図である。
【図４】全方位型イオン注入装置の回転テーブルの他の実施態様を示す一部断面図である。
【符号の説明】
２１，７１ 液圧式ブレーキ装置
２２ ブレーキレバー
２３，７３ 液圧式マスタシリンダ
２５，７５ 液圧配管
２６，７６ シリンダボディ
２６ａ，７６ａ 隔壁
２６ｂ，７６ｂ 底壁
２７，７７ シリンダ孔
２８，７８ 作動液貯液室
２９，７９，８９ リリーフポート
２９ａ，７９ａ，８９ａ 開口部
３０，８０，９０ サプライポート
３１，８１，９１ ピストン
３２ａ，３２ｂ，８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂ カップシール
３３，８３，９３ 液圧発生室
４７ 出力ポート
５０ 全方位型イオン注入装置
５３ 回転テーブル
５３ａ 攪拌羽
５３ｂ 容器
８８，９８ ばね
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧式マスタシリンダのピストンに装着されるカップシール、ならびに前記カップシールを含む液圧式マスタシリンダに関する。
【０００２】
【背景技術】
車両用の液圧式ブレーキ装置は、液圧式マスタシリンダおよび液圧式ブレーキを含む。また、液圧式マスタシリンダと液圧式ブレーキとは液圧配管によって連結されている。
【０００３】
この液圧式ブレーキ装置においては、ブレーキレバーやペダルの操作によって、液圧式マスタシリンダ内で発生した液圧を液圧式ブレーキに供給して、車輪の制動を行なう。
【０００４】
液圧式マスタシリンダは、シリンダ孔と、このシリンダ孔に移動自在に挿入可能なピストンとを含む。このシリンダ孔およびピストンによって、液圧発生室が構成される。また、このシリンダ孔の内周壁には、リリーフポートが設けられている。このリリーフポートは、開口部を含み、この開口部を介して作動液貯液室と前記シリンダとを連絡している。
【０００５】
また、前記ピストンにはカップシールが装着されている（例えば、特許文献１参照）。このカップシールは、前記ピストンが前記液圧発生室側へ移動するのに応じて、前記カップシールが前記開口部を通過することにより、前記開口部を介した前記液圧発生室と前記作動液貯液室との連絡を遮断し、液圧発生室内に液圧を発生させる。したがって、前記カップシールは、リリーフポート通過時のシールの食われや、前記液圧発生室内の作動液の圧力に耐えるために、十分な靭性が必要とされる。
【０００６】
また、この液圧式マスタシリンダを、いわゆるＡＢＳ装置（アンチスキッド制御装置）を備えたブレーキシステムに適用する場合がある。このＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムは、前記液圧式ブレーキ側から前記液圧式マスタシリンダ側に作動液を加圧して戻すためのポンプを含む。
【０００７】
このＡＢＳ装置を作動させた場合にピストンは、前記ポンプから該ピストンを非作動方向に押し戻す方向に液圧を受圧する。この際、前記カップシールは前記ピストンに装着されているため、前記カップシールは大きな液圧を受ける。この液圧に対する耐久性をもたせるため、前記カップシールは、弾性率が大きな材料（例えばゴム）を主成分とする材料からなる。しかしながら、一般に、ゴムのように弾性率が大きい材料は、弾性率が大きくなるほど脆くなる。したがって、前記カップシールは弾性率が大きな材料からなる分脆い。このため、前記ピストンが押し戻されて、前記カップシールが前記リリーフポートと接触する際、前記カップシールが前記リリーフポートに食われやすい。このカップシールの食われを防止するためにも、カップシールは十分な靭性が必要とされる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２２７６００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ピストンの移動時に、リリーフポートと接触する際の食われを防止し、ピストンの摺動性を維持することができ、かつ靭性に優れた液圧式マスタシリンダ用カップシールを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の目的は、および前記カップシールを含む液圧式マスタシリンダを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のカップシールは、液圧式マスタシリンダのピストンに装着されるカップシールであって、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。
【００１２】
上記本発明のカップシールによれば、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなることにより、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシールの弾性率を所定の範囲内に維持することができるため、ピストンの移動時にリリーフポートと接触する際のカップシールの食われを防止することができる。
【００１３】
上記本発明のカップシールにおいては、前記炭素繊維および前記フラーレンを合わせて０．０１〜５０重量％含むことが好ましい。前記炭素繊維および前記フラーレンの割合が５０重量％を超えると、弾性を十分確保できない場合があり、０．０１重量％未満であると、靭性を十分確保できない場合がある。なお、上記重量は、前記炭素繊維および前記フラーレンをそれぞれ単独で含有する場合は、前記炭素繊維および前記フラーレン単独の重量である。
【００１４】
上記本発明のカップシールにおいて、前記炭素繊維は、平均直径が０．７〜５００ｎｍであって、平均長さが０．０１〜１０００μｍであるカーボンナノファイバーからなることができる。
【００１５】
このような構成とすることで、炭素繊維の中でもカーボンナノファイバーと呼ばれる超微細な繊維構造を有することになり、弾性を維持しつつ、カップシールの靭性をより向上させることができる。また、超微細なカーボンナノファイバーとすることで、ゴムの成形加工を容易とすることができる。
【００１６】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、イオン注入処理されていることができる。
【００１７】
このような構成とすることで、イオン注入処理されたカーボンナノファイバーは、少なくともその表面の化学的な組成が変わることで、ゴムとカーボンナノファイバーの接着性やヌレ性が改善され、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、カーボンナノファイバーの表面が化学的に改質されることにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００１８】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、スパッタエッチング処理されていることができる。
【００１９】
このような構成とすることで、スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーは、その表面に微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００２０】
上記本発明のカップシールにおいて、前記カーボンナノファイバーは、プラズマ処理されていることができる。
【００２１】
このような構成とすることで、プラズマ処理されたカーボンナノファイバーは、 その表面に微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシールの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシールを得ることができる。
【００２２】
上記本発明のカップシールにおいて、前記フラーレンは、カーボン６０およびカーボン７０を含み、前記カーボン７０より前記カーボン６０を多く含むことができる。
【００２３】
このような構成とすることで、弾性を維持しつつ、カップシールの靭性をより向上させることができる。また、ゴムの成形加工を容易とすることができる。
【００２４】
上記本発明のカップシールにおいて、さらに、前記カーボンナノファイバーおよび前記フラーレンのいずれか一方の合成過程において得られる炭素化合物を含むことができる。
【００２５】
また、本発明の液圧式マスタシリンダは、上記本発明のカップシールと、
シリンダ孔と、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、
前記シリンダ孔と該ピストンとによって区画された液圧発生室と、
を含み、
前記シリンダ孔の内周壁に、開口部を含み、作動液貯液室と前記シリンダ孔とを連絡するリリーフポートが設けられ、
前記カップシールは前記ピストンに装着され、
前記ピストンが前記液圧発生室側へ移動するのに応じて、前記カップシールが前記開口部を通過することにより、前記開口部を介した前記液圧発生室と前記作動液貯液室との連絡を遮断する。
【００２６】
上記本発明の液圧式マスタシリンダによれば、上記本発明のカップシールが前記ピストンに装着されていることにより、ピストンの摺動性を維持することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るカップシール３２ａ，３２ｂを含む液圧式マスタシリンダ２３を模式的に示す断面図である。この液圧式マスタシリンダ２３は、二輪車両用の液圧式ブレーキ装置２１の一部を構成する。この液圧式ブレーキ装置２１は、液圧式マスタシリンダ２３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２１のうち液圧式マスタシリンダ２３の部分のみが示されている。
【００２９】
図１に示すように、液圧式マスタシリンダ２３にはブレーキレバー２２が取り付けられている。また、液圧式マスタシリンダ２３と液圧式ブレーキとは、液圧配管２５（矢印を用いて省略して示す）によって連結されている。
【００３０】
この液圧式ブレーキ装置２１においては、このブレーキレバー２２の握りによるブレーキ操作によって、液圧式マスタシリンダ２３内で発生した液圧を、液圧配管２５を介して液圧式ブレーキ（図示せず）に供給することにより、車輪の制動を行なう。
【００３１】
この液圧式マスタシリンダ２３においては、シリンダボディ２６の内部が、隔壁２６ａによってシリンダ孔２７と作動液貯液室２８とに仕切られている。
【００３２】
また、液圧式マスタシリンダ２３は、シリンダ孔２７およびピストン３１を含む。ピストン３１は、このシリンダ孔２７に移動自在に挿入可能である。また、このシリンダ孔２７およびピストン３１によって、液圧発生室３３が構成されている。すなわち、液圧発生室３３は、シリンダ孔２７とピストン３１とによって区画された領域である。
【００３３】
液圧発生室３３は、マスタシリンダ２３が作動していない状態（図１参照）において、リリーフポート２９を介して、作動液貯液室７８と連絡している。すなわち、リリーフポート２９は、開口部２９ａを含み、マスタシリンダ２３が作動していない状態において、開口部２９ａを介して作動液貯液室２８とシリンダ孔２７とを連絡している。開口部２９ａは、シリンダ孔２７の内周壁に設置されている。
【００３４】
作動液貯液室２８によって貯留される作動液は、リリーフポート２９およびサプライポート３０を通してシリンダ孔２７に直接供給される。
【００３５】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３においては、ブレーキレバー２２の握りによって、ブレーキ操作が行なわれると、ピストン３１は出力ポート４７の方向（図１中左方）に移動することにより、シリンダ孔２６の内周壁に摺接するカップシール３２ａの外周部が、リリーフポート２９の開口部２９ａを通過する。これにより、開口部２９ａを介した液圧発生室３３と作動液貯液室２８との間の液の連絡が遮断される。そして、ピストン３１がさらに移動することにより、液圧発生室３３にて液圧が発生する。ここで発生した液圧は、液圧配管２５を介して液圧式ブレーキに供給される。
【００３６】
カップシール３２ａ，３２ｂは、ピストン３１に装着されている。具体的には、カップシール３２ａはピストン３１のうち液圧発生室３３に面している側に設けられ、カップシール３２ｂは、ピストン３１を挟んでカップシール３２ａと反対側に設けられている。カップシール３２ａ，３２ｂの材質については後述する。
【００３７】
また、本実施の形態においては、液圧式マスタシリンダ２３を、いわゆるＡＢＳ装置（図示せず）を備えたブレーキシステムに適用することができる。このＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムは、液圧式ブレーキ側から液圧式マスタシリンダ２３側に作動液を加圧して戻すためのポンプ（図示せず）を含む。
【００３８】
次に、カップシール３２ａ，３２ｂの材質について説明する。
【００３９】
カップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる。具体的には、カップシール３２ａ，３２ｂは、以下に示す作用効果（ａ）および（ｂ）を奏することができる。
【００４０】
（ａ）このブレーキシステムを作動させた場合、ピストン３１がシリンダ孔２７に挿入されて、カップシール３２ａ，３２ｂが開口部２９を通過する際に、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれる場合がある。この場合、本実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂは、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなるため、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシール３２ａ，３２ｂの弾性率を所定の範囲内に維持することができる。これにより、カップシール３２ａ，３２ｂは、液圧発生室３０内の作動液の圧力に十分な耐えることができる。したがって、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれた場合であっても、カップシール３２ａ，３２ｂが食われることはない。
【００４１】
（ｂ）前述したように、この液圧式マスタシリンダ２３が、ＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムに適用される場合には、液圧式ブレーキ側から液圧式マスタシリンダ２３側に作動液を加圧して戻すためのポンプが設置されている。このＡＢＳ装置を作動させた場合、前記ポンプからの圧力によって、カップシール３２ａ，３２ｂに非常に高い液圧が加わる場合がある。この場合においても、本実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂは、上述した材質からなることにより、前記ポンプからの圧力に十分な耐えることができる。したがって、前記ポンプからの圧力によって、カップシール３２ａ，３２ｂが局部的にリリーフポート２９内に押し込まれた場合であっても、カップシール３２ａ，３２ｂが食われることはない。
【００４２】
カップシール３２ａ，３２ｂを構成する前記ゴムとしては、スチレン・ブタジエン・ラバー（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレン・ラバー（ＥＰＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・メチレンリンケージ（ＥＰＤＭ）が例示できるが、ブチルゴム（ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、および、これらのブレンド物を用いることができる。
【００４３】
カップシール３２ａ，３２ｂにおいて、炭素繊維およびフラーレンを合わせて０．０１〜５０重量％含むことが好ましい。炭素繊維およびフラーレンの割合が５０重量％を超えると、弾性を十分確保できない場合があり、０．０１重量％未満であると、靭性を十分確保できない場合がある。なお、上記重量は、炭素繊維およびフラーレンをそれぞれ単独で含有する場合は、炭素繊維およびフラーレン単独の重量である。なお、カップシール３２ａ，３２ｂには、さらに、炭素繊維およびカーボンナノファイバーのいずれか一方の合成過程において得られる炭素化合物を含むことができる。
【００４４】
（炭素繊維）
ゴムに炭素繊維が混合されたカップシール３２ａ，３２ｂを形成する場合、ゴムと炭素繊維の混合は、原料の混合物を単軸あるいは２軸の押出機、バンバリ−ミキサ−、ニ−ダ−、ミキシングロ−ルなど通常公知の混合機に供給して混練する方法などを例として挙げることができる。また、ゴムと炭素繊維の混合順序は、全ての両材料を配合後上記の方法により混練する方法、一部の炭素繊維を配合後上記の方法により混練しさらに残りの炭素繊維を配合し混練する方法、あるいはゴムを単軸あるいは二軸の押出機により混練中にサイドフィーダーを用いて炭素繊維を混合する方法などの方法を用いることができる。
【００４５】
ゴムに混入させる炭素繊維は、石油精製時の残査であるピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、およびポリアクリル繊維を原料とするポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維などを使用することができる。
【００４６】
また、ゴムに混入させる炭素繊維は、平均直径が０．７〜５００ｎｍであって、平均長さが０．０１〜１０００μｍのカーボンナノファイバーを用いることが好ましい。また、カーボンナノファイバーの配合量は、成形時の流動性、得られる成形品の比重および強度、弾性の観点から、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴム中に０．０１〜５０重量％の範囲で含まれていることが好ましい。このようなカーボンナノファイバーとしては、例えば、いわゆるカーボンナノチューブなどが例示できる。カーボンナノチューブは、炭素六角網面のグラフェンシートが円筒状に閉じた単層構造あるいはこれらの円筒構造が入れ子状に配置された多層構造を有する。すなわち、カーボンナノチューブは、単層構造のみから構成されていても多層構造のみから構成されていても良く、単層構造と多層構造が混在していてもかまわない。また、部分的にカーボンナノチューブの構造を有する炭素材料も使用することができる。なお、カーボンナノチューブという名称の他にグラファイトフィブリルナノチューブといった名称で称されることもある。
【００４７】
単層カーボンナノチューブもしくは多層カーボンナノチューブは、アーク放電法、レーザーアブレーション法、気相成長法などによって望ましいサイズに製造される。
【００４８】
アーク放電法は、大気圧よりもやや低い圧力のアルゴンや水素雰囲気下で、炭素棒でできた電極材料の間にアーク放電を行うことで、陰極に堆積した多層カーボンナノチューブを得る方法である。また、単層カーボンナノチューブは、前記炭素棒中にニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜてアーク放電を行い、処理容器の内側面に付着するすすから得られる。
【００４９】
レーザーアブレーション法は、希ガス（例えばアルゴン）中で、ターゲットであるニッケル／コバルトなどの触媒を混ぜた炭素表面に、ＹＡＧレーザーの強いパルスレーザー光を照射することによって炭素表面を溶融・蒸発させて、単層カーボンナノチューブを得る方法である。
【００５０】
気相成長法は、ベンゼンやトルエン等の炭化水素を気相で熱分解し、カーボンナノチューブを合成するもので、より具体的には、流動触媒法やゼオライト担持触媒法などが例示できる。
【００５１】
カップシール３２ａ，３２ｂを形成するにあたり、カーボンナノファイバーは、ゴムと混練する前に、あらかじめ表面処理例えば、イオン注入処理、スパッタエッチング処理、プラズマ処理などを行うことによって、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとの接着性やぬれ性を改善することができる。
【００５２】
（イオン注入処理）
イオン注入処理（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）は、イオン源によってイオン化された元素（例えば酸素など）に加速器によって必要なエネルギーを与え、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバ内で、カーボンナノファイバーの表面内にイオンを打ちこむものである。
【００５３】
本発明の一実施の形態のイオン注入処理について、図３に示す全方位型イオン注入装置の概略構成図を用いて説明する。全方位型イオン注入装置５０は、真空ポンプ５７に接続された例えばステンレス製の真空チャンバー５１内にイオン注入処理を施す試料（例えばカーボンナノファイバー５２）を置く回転テーブル５３が回転自在に配置されている。回転テーブル５３は、パルスバイアス電源５４に接続され、真空チャンバー５１との間は絶縁体５５によって絶縁されている。真空チャンバー５１は、プロセスガス供給装置５８と、高周波電源５９に接続されたコイル６０と、アーク式蒸発源６１と、真空チャンバー５１内温度を測定する赤外線放射温度計６２と接続されている。
【００５４】
イオン注入処理は、真空ポンプ５７によって適当な真空状態とされた真空チャンバー５１内に、プロセスガス供給装置５８からガスが供給され、高周波電源５９によってコイル６０の周りにプラズマを発生させる。これによってイオン化されたガスが、パルスバイアス電源５４の負極に接続されている試料例えばカーボンナノファイバー５２に引き込まれ、注入される。また、真空チャンバー５１に接続されたアーク式蒸発源６１によって、金属イオンを試料例えばカーボンナノファイバー５２に注入させることができる。この場合、アーク式蒸発源６１内の金属蒸発源は、図示せぬ直流アーク電源に接続され、アーク放電によって蒸発させられる。このとき、回転テーブル５３及び試料例えばカーボンナノファイバー５２は、スイッチ６３によって切りかえられた負の直流バイアス電源５６により印加されているので、金属イオンが試料例えばカーボンナノファイバー５２に注入される。
【００５５】
また、全方位型イオン注入装置５０の回転テーブル５３を図４に示すような攪拌羽５３ａ及び容器５３ｂとしてもよい。容器５３ｂは、広口の開口部を上方に有し、容器５３ｂ中には試料例えばカーボンナノファイバー５２を配置できる。イオン注入処理の間、カーボンナノファイバー５２のような粉体の試料は、攪拌羽５３ａの回転によって攪拌されることで、全体にまんべんなくイオン注入処理を受けることができる。攪拌翼５３ａの回転速度は、カーボンナノファイバー５２の量や、イオン注入処理時間などによって適宜調整することができる。
【００５６】
イオン注入処理されたカーボンナノファイバーは、その表面が化学的に改質され、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が改善され、カップシール３２ａ，３２ｂの靭性をさらに向上させることができる。また、カーボンナノファイバーの表面が化学的に改質されることにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００５７】
イオン注入処理に用いられる元素は、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分であるゴムとの相性によって適宜選択することができ、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、塩素（Ｃｌ）、クロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）等の中から適宜選択することができる。
【００５８】
（スパッタエッチング処理）
ドライエッチング方式のスパッタエッチング処理は、真空ポンプによって高真空状態に保たれた真空チャンバ内にエッチングガス、極低圧不活性ガス雰囲気例えばアルゴン（Ａｒ）中で、交流を印加してグロー放電を行わせ、かつグロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極と接触したカーボンナノファイバーの表面にイオンを衝突させることで、エッチングするものである。
【００５９】
スパッタエッチング処理されたカーボンナノファイバーの表面は、物理的にエッチングされることで、微細（ナノサイズ）な凹凸が形成される。このカーボンナノファイバーの表面の凹凸によって、カップシール３２ａ，３２ｂの主成分のゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、ゴムにカーボンナノファイバーを混入させて成形（例えば射出成形）したカップシール３２ａ，３２ｂの靭性を向上させることができる。加えて、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００６０】
（プラズマ処理）
プラズマ処理は、プラズマをカーボンナノファイバーに照射することによって表面を改質させるものである。プラズマ処理は、一般的なグロー放電処理やコロナ放電処理などを採用することができる。
【００６１】
例えばプラズマは、相対向する放電極と対向電極との間に、パルス生成回路によって生成された高電圧・高頻度のパルス電圧を印加し、両電極間にコロナ放電を惹起して空気中にプラズマを発生させるようにしている。そして、被処理物は、両電極間に静止状態又は移動状態で配置され、その表面にプラズマ処理が施される。
【００６２】
プラズマの作り方には、２枚の平行平板電極に数百から数千ボルトの電圧をかけて放電する二極放電タイプ、熱陰極から発した大量の電子が陽極に入るまでに気体分子と衝突しプラズマを作る熱電子放電タイプ、磁場を使って高真空で放電するマグネトロン放電タイプ、高周波電磁誘導によりプラズマを発生させる無電極放電タイプ、磁場のある共振室へマイクロ波を送りこみ電子を共振させるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）放電タイプなどがあり、適宜選択することができる。
【００６３】
このようにプラズマ処理されたカーボンナノファイバーの表面は、微細な凹凸が形成されるので、ゴムに対するカーボンナノファイバーの接触面積を増大させることができる。その結果、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性を改善することができるため、カップシール３２ａ，３２ｂの機械的強度をさらに向上させることができる。また、ゴムに対するカーボンナノファイバーとの接着性やヌレ性が向上することにより、カーボンナノファイバーがゴムに対して含浸しやすくなり、ゴム中においてカーボンナノファイバーの分散性が向上する。これにより、全体に均質な性能を有するカップシール３２ａ，３２ｂを得ることができる。
【００６４】
（フラーレン）
本実施の形態に用いられるフラーレンは、球殻状炭素例えばカーボン６０（以下、Ｃ６０とする）、Ｃ７０、Ｃ７４、Ｃ７８、Ｃ８２、Ｃ７２０、Ｃ８６０などのフラーレン類等が例示できるが、Ｃ６０を主成分とすることが好ましい。また、Ｃ６０を主成分として、Ｃ７０がＣ６０よりも多く含まれることが好ましい。さらに、Ｃ６０を主成分として、他のフラーレン類を含んでいてもよいし、フラーレン生成時に同時に生成された他の炭素化合物を含んでいてもよい。フラーレン類の形態は、例えば、サッカーボール状、バッキーボール状などであってもよい。また、フラーレンは、炭素繊維の場合と同様の方法にてゴムに混合することができる。
【００６５】
フラーレン類は、置換基の導入などにより修飾されていてもよい。修飾方法は、特に限定されず、例えば、フラーレン類の反応性に富む炭素５員環部を化学的に修飾できる。置換基の種類は特に限定されず、例えば、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ジオキソラン単位、ハロゲン又は酸素原子等が例示でき、液晶ポリマー、色素類、ポリエチレンオキシドなどの導入により修飾してもよい。フラーレン類の修飾により、硬化性樹脂との親和性の改善、フラーレン類の分散を可能にする。
【００６６】
Ｃ６０フラーレンは、黒鉛電極を用い、ヘリウム雰囲気下でアーク放電し、得られたススをベンゼンで抽出し、得られたＣ６０混合物を、塩基性活性アルミナを担体とし、ヘキサンを展開溶媒として、カラム分離精製することにより調整した。なお、フラーレンを得る方法は、このアーク放電法に限定されるわけではなく、他の手法を用いることもできる。
【００６７】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂを含む液圧式マスタシリンダ７３を模式的に示す断面図である。この液圧式マスタシリンダ７３は、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、液圧式マスタシリンダ７３および液圧式ブレーキ（図示せず）を含む。図２においては、液圧式ブレーキ装置７１のうち液圧式マスタシリンダ７３の部分のみが示されている。
【００６８】
図２に示すように、液圧式マスタシリンダ７３にはブレーキペダル（図示せず）が取り付けられている。また、液圧式マスタシリンダ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。
【００６９】
この液圧式ブレーキ装置７１においては、このブレーキペダルの踏み込みによるブレーキ操作によって、液圧式マスタシリンダ７３内で発生した液圧を、液圧配管７５を介して液圧式ブレーキ（図示せず）に供給することにより、車輪の制動を行なう。
【００７０】
液圧式マスタシリンダ７３においては、シリンダボディ７６の内部が、隔壁７６ａによってシリンダ孔７７と作動液貯液室７８とに仕切られている。
【００７１】
また、液圧式マスタシリンダ７３は、シリンダ孔７７を含む。ピストン８１，９１は、このシリンダ孔７７に移動自在に挿入可能である。
【００７２】
液圧発生室８３は、シリンダ孔７７とピストン８１とによって区画された領域であり、液圧発生室９３は、シリンダ孔７７およびピストン８１，９１とによって区画された領域である。各々の液圧発生室８３，９３から液圧式ブレーキに液圧が供給される。
【００７３】
各液圧発生室８３，９３は、マスタシリンダ７３が作動していない状態（図２参照）において、それぞれリリーフポート７９，８９を介して、作動液貯液室７８と連絡している。すなわち、リリーフポート７９は、開口部７９ａを含み、マスタシリンダ７３が作動していない状態において、開口部７９ａを介して作動液貯液室７８とシリンダ孔７７とを連絡している。また、リリーフポート８９は、開口部８９ａを含み、マスタシリンダ７３が作動していない状態において、開口部８９ａを介して作動液貯液室７８とシリンダ孔７７とを連絡している。開口部７９ａ，８９ａは、シリンダ孔７７の内周壁に設置されている。
【００７４】
作動液貯液室７８によって貯留される作動液は、リリーフポート７９，８９およびサプライポート８０，９０を通してシリンダ孔７７に直接供給される。
【００７５】
ピストン８１，９１の外周部には、それぞれ環状のカップシール８２ａ，８２ｂおよびカップシール９２ａ，９２ｂが装着されている。
【００７６】
カップシール８２ａ，８２ｂは、ピストン８１に装着されている。すなわち、図２に示すように、カップシール８２ａはピストン８１のうち液圧発生室８３に面している側に設けられ、カップシール８２ｂは、ピストン８１を挟んでカップシール８２ａと反対側に設けられている。
【００７７】
また、カップシール９２ａ，９２ｂは、ピストン９１に装着されている。すなわち、図２に示すように、カップシール９２ａはピストン９１のうち液圧発生室９３に面している側に設けられ、カップシール９２ｂは、ピストン９１を挟んでカップシール９２ａと反対側に設けられている。
【００７８】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３においては、ブレーキペタルの踏み込みによって、ブレーキ操作が行なわれると、各ピストン８１，９１はともに側壁７６ｂの方向（図２中左方）に移動することにより、シリンダ孔７７の内周壁に摺接するカップシール８２ａ，９２ａの外周部がそれぞれ、リリーフポート７９，８９の開口部７９ａ，８９ａを通過する。これにより、開口部７９ａ，８９ａを介した液圧発生室８３，９３と作動液貯液室７８との間の液の連絡が遮断される。そして、各ピストン８１，９１がさらに移動することにより、各液圧発生室８３，９３にて液圧が発生する。ここで発生した液圧は、液圧配管７５を介して液圧式ブレーキに供給される。
【００７９】
また、各液圧発生室８３，９３にはそれぞれ、ばね８８，９８が設けられている。前記ブレーキペダルの踏み込み動作を解除または弱めた場合、これらのばね８８，９８の勢いによって、ピストン８１，９１は、図２に示す設置位置に戻るべく移動する。そして、このピストン８１，９１の戻り動作に伴い、液圧発生室８３，９３内の液圧が、一時的に作動液貯液室７８内の作動液の圧力よりも低くなる。これにより、カップシール８２ａ，９２ａの外周部がシリンダ孔７７の内周壁から離れるように移動し、開口部７９ａ，８９ａを介して作動液貯液室７８と常時連絡しているサプライポート８０，９０から液圧発生室８３，９３へと作動液が補給される。
【００８０】
本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３を、第１の実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３と同様に、ＡＢＳ装置（図示せず）を備えたブレーキシステムに適用することができる。この場合、本実施の形態の液圧式マスタシリンダ７３は、第１の実施の形態の液圧式マスタシリンダ２３を、ＡＢＳ装置を備えたブレーキシステムに備えた場合と同様の動作が行なわれ、かつ同様の作用効果を有することができる。すなわち、この場合、車輪のロックを防止するために、ＡＢＳ装置が作動したときには、作動液は、ＡＢＳ装置に含まれるポンプによって、ホイールシリンダから圧力を弛めて排出された加圧された後、液圧発生室８３，９３に戻される。
【００８１】
本実施の形態において、カップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂは、第１の実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂと同様の材質からなることができる。よって、詳しい説明は省略する。
【００８２】
本実施の形態のカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂによれば、第１の実施の形態のカップシール３２ａ，３２ｂと同様の材質からなることにより、同様の作用効果を奏することができる。すなわち、本実施の形態のカップシール８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂによれば、炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなることにより、靭性および摺動性を維持しつつ、カップシールの弾性率を所定の範囲内に維持することができるため、ピストンの移動時にリリーフポートと接触する際のカップシールの食われを防止することができる。
【００８３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るカップシールを含む液圧式マスタシリンダを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るカップシールを含む液圧式マスタシリンダを模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に用いられる全方位型イオン注入装置の概略説明図である。
【図４】全方位型イオン注入装置の回転テーブルの他の実施態様を示す一部断面図である。
【符号の説明】
２１，７１ 液圧式ブレーキ装置
２２ ブレーキレバー
２３，７３ 液圧式マスタシリンダ
２５，７５ 液圧配管
２６，７６ シリンダボディ
２６ａ，７６ａ 隔壁
２６ｂ，７６ｂ 底壁
２７，７７ シリンダ孔
２８，７８ 作動液貯液室
２９，７９，８９ リリーフポート
２９ａ，７９ａ，８９ａ 開口部
３０，８０，９０ サプライポート
３１，８１，９１ ピストン
３２ａ，３２ｂ，８２ａ，８２ｂ，９２ａ，９２ｂ カップシール
３３，８３，９３ 液圧発生室
４７ 出力ポート
５０ 全方位型イオン注入装置
５３ 回転テーブル
５３ａ 攪拌羽
５３ｂ 容器
８８，９８ ばね
Claims (9)
- 液圧式マスタシリンダのピストンに装着されるカップシールであって、
炭素繊維およびフラーレンの少なくとも一方を含有するゴムからなる、カップシール。 - 請求項１において、
前記炭素繊維および前記フラーレンを合わせて０．０１〜５０重量％含む、カップシール。 - 請求項１または２において、
前記炭素繊維は、平均直径が０．７〜５００ｎｍであって、平均長さが０．０１〜１０００μｍであるカーボンナノファイバーからなる、カップシール。 - 請求項３において、
前記カーボンナノファイバーは、イオン注入処理されている、カップシール。 - 請求項３において、
前記カーボンナノファイバーは、スパッタエッチング処理されている、カップシール。 - 請求項３において、
前記カーボンナノファイバーは、プラズマ処理されている、カップシール。 - 請求項１ないし６記載のいずれかのカップシールにおいて、
前記フラーレンは、カーボン６０およびカーボン７０を含み、
前記カーボン７０より前記カーボン６０を多く含む、カップシール。 - 請求項１ないし６において、
さらに、前記カーボンナノファイバーおよび前記フラーレンのいずれか一方の合成過程において得られる炭素化合物を含む、カップシール。 - 請求項１ないし８記載のいずれかのカップシールと、
シリンダ孔と、
前記シリンダ孔に挿入可能なピストンと、
前記シリンダ孔と該ピストンとによって区画された液圧発生室と、
を含み、
前記シリンダ孔の内周壁に、開口部を含み、作動液貯液室と前記シリンダ孔とを連絡するリリーフポートが設けられ、
前記カップシールは前記ピストンに装着され、
前記ピストンが前記液圧発生室側へ移動するのに応じて、前記カップシールが前記開口部を通過することにより、前記開口部を介した前記液圧発生室と前記作動液貯液室との連絡を遮断する、液圧式マスタシリンダ。
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