JPS5835892Y2 - ピストンカツプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、自動車用のピストンカップに関するものであ
る。

自動車には、各種油圧装置が塔載されている。

すなわちピストンカップを挿嵌し、ピストンとシリンダ
とピストンカップによりシリンダ室を構成し、ピストン
とシリンダとの相対運動で油を押圧して、油圧を発生す
る装置が多々使用されている。

特に、自動車の安全性の観点から最も重要視されている
ブレーキ装置におけるピストンカップ（以下単にブレー
キカップと言う）に関して、安全性の観点よりシール効
果を高めるブレーキカップが種々開発されている。

その結果、シール効果について一応満足のゆくブレーキ
カップが開発された今日、ユーザーの要求はブレーキペ
ダルを踏んだ時のフィーリングを問題にする様になって
きた。

すなわち、自動車の制動にあたってブレーキペダルを抵
抗感無くスムーズに踏む事が出来、且つ踏力がなるべく
少くて自動車を確実に制動することを可能にするブレー
キカップが要求されるようになった。

従来、第１図および第２図に図示したいわゆるＳ、Ａ、
Ｅタイプおよびオペルタイプと称するブレーキカップお
よびこれらを変形したブレーキカップが多用されてきた
が、これらのブレーキカップの場合、本考案者らが行な
った実験によれば、シール効果は高いが、被摺動面に形
成されている油膜が時には切られることにより、シリン
ダ等の金属壁とカップとが直接接触することになりブレ
ーキカップの摺動抵抗が高くなりもってブレーキカップ
をマスクシリンダ内で摺動させて、マスクシリンダ内に
一定の油圧を発生させるのに大きなピストン作動力すな
わち大きなブレーキペダル踏力を要求（シリンダの昇圧
効率が悪い）するという欠点があった。

又、時にはシリンダ内をブレーキカップが摺動するに際
して、スティックスリップ振動と類似の振動が発生し、
安定したピストン作動すなわち安定した制動が確保され
ない場合もあった。

本考案者らは、これら従来のブレーキカップおよびその
他の自動車用油圧シリンダの有していた欠点を解消すべ
く、幾多の実験および理論解析を重ねた結果、本考案を
案出したものである。

本考案を案出する基盤になった従来のカップの問題点を
最初に述べる。

第１図および第２図は、従来最も普通に使用されている
ＳＡＥタイプおよびオペルタイプのブレーキカップの自
由状態に於ける形状を、その中心軸を含む平面で切断し
た断面の上半分を示す。

これらのカップは一般的にリング形カップといわれるも
ので、本質的には円錐環状をなす外側リップ部１および
内側リップ部２とペース部３で構成される。

第１図に示すカップにおいては、シリンダに挿入された
時にカップのシリンダとの接触圧力が最大となる点Ａは
、外側リップ部１の最大外径部にあり、この点が外側リ
ッツ部の先端になっている。

又第２図に示すカップにおいては、同様に、Ａ点は最大
外径部にあるが、この点から外側リップ部１の先端Ｂま
では、しだいに外径の小さくなる部分５があり、シリン
ダ又はピストン軸に対して時計方向に約３０°の角度を
もつ。

次に従来のカップをシリンダ内に挿入した状態を第３図
および第４図に示す。

第３図および第４図はブレーキ装置のプライマリカップ
を例とした場合で、内圧が２．５気圧程度の状態である
。

図中には参考としてカップとシリンダ間の接触圧力分布
が示しである。

第３図および第４図においてカップは、ピストンＰの作
動と共に図中矢印の方向へ動くが、その際外側リップ部
１のシール部４はシリンダ壁ＣＹの上を摺動する為、両
者間には摩擦による抵抗が発生する。

一般的にこれをカップの摺動抵抗と言うが、この摺動抵
抗が太きいとピストンの動きが不安定になったりシリン
ダの昇圧効率を悪くしたり、その他耐久性が低化するな
ど種々の不具合が生じる。

第１図に図示したカップは、第３図に示したように摺動
方向の最先端にシール力最大点Ａがあり、リーディング
エツジ部を有しないため、シリンダ壁ＣＹとカップのシ
ール面４の間での流体膜の形成が期待できないだけでな
く、せっかく形成された流体膜を切ってしまう場合もあ
り、この場合は、シリンダ壁ＣＹとカップのシール面４
が直接接触することとなり、摺動抵抗が増大する。

第２図に示したカップは、Ａ点の外径がシリンダ内径よ
りも大きいため、第４図に示したようにシリンダに挿入
された状態ではリーディングエツジ部５は、自由状態よ
りもさらに大きな角度をなしてシリンダ壁ＣＹから離れ
ることになる。

したがって、リーディングエツジ部５とシリンダ壁ＣＹ
とのなす角度が大きいため、流体のくさび作用を十分に
助長しえないのである。

本考案者らは、これらの知見に基づき本考案を提出した
ものである。

本考案は、シリンダ又はピストン等に対する摺動抵抗を
低下し、シリンダ内の油圧の昇圧効率を高め、且つ安定
したピストン作動を可能にするとともに寿命を向上させ
たピストンカップを提供することを目的とする。

すなわち、カップがシリンダおよびピストンとの間に嵌
挿されたとき所定の角度および形状のくさび形の隙間（
油膜）を形成するピストンカップを提供するものである
。

本考案は、シリンダとピストンとの間に嵌挿されたピス
トンカップのリップの摺動面を形成する周壁面の先端部
つシリンダ軸に対する角度を該周壁面の残余の部分がシ
リンダ軸に対して威す角度θより小にするとともに、該
角度θ、αを、１０°ζθ＜３０゜ １０°くαζ１５゜ にしたピストンカップである。

上記構成より成る本考案のピストンカップは、シリンダ
とピストンとの間に嵌挿された際、前記先端部がシリン
ダ又はピストンに対してくさび状の隙間を形成し、該先
端部がピストンの動きに応じて摺動すると該隙間に油を
侵入させ、油の潤滑作用を助長するとともに、シリンダ
又はピストンの被摺動面上に油膜の形成を促進すること
により摺動抵抗を低下させ、安定したピストン作動およ
びシリンダの昇圧効率（ピストン作動力と液圧の関係）
を良くすると共に、カップの寿命を向上させるものであ
る。

さらに第５図に示す本考案の具体例に基づき、本考案を
更に具体的に説明する。

第５図は、第１図および第２図と同様に本具体例のカッ
プの自由状態における形状を、その中心軸を含む平面で
切断した断面の上半分を示す。

第５図からも明らかな様に、外側リップ１の外周側壁の
先端部６をリーディングエツジ部分とし、シリンダ軸と
平行な線に対してα（１α１く１σ）の角度をなし、残
余の部分の角度θより小さくした。

また、当然のことながら、Ａ点は、シール面４上で、シ
リンダ内径より大きなカップ外径をなす部分にある。

この様なカップをシリンダＣＹとピストンＰとの間に嵌
挿すると、第６図に示したように、リーディングエツジ
部６がシリンダ壁ＣＹに対して比較的小さな傾斜角をも
って離れる。

したがって、カップがシリンダ壁ＣＹ上を摺動する時、
リーディングエツジ部６がシリンダ壁面に対してくさび
形の油膜を形成して流体潤滑作用をなす、いわゆる流体
のくさび作用を助長し、シリンダ壁ＣＹとカップ間に薄
い流体膜を形成させるように作用する。

その結果、カップの摺動抵抗が低下し、安定したピスト
ン作動、シリンダの昇圧効率の向上、さらにカップの寿
命間上等の優れた効果をもたらすものである。

次に流体くさび作用を発生させるに適切なリーディング
エツジ部の角度αについて、理論解析※と実験とから検
討を加えた結果を述べる。

※ 理論解析には、有限要素法によるゴム特性を考慮し
た弾性力学を用いている。

理論解析結果の正しさは、実験的にも確証しである。

まず、理論解析により、第５図に示すカップの先端部の
角度αをいろいろ変化させたときのカップ形状がシリン
ダに組込んだ時にどのような状態になるかを検討した。

第７図人ないしＣ１および第８図人ないしＣは、θ−１
５° とし、αをそれぞれ５° 、１０’、１５° と
した時の理論解析結果である。

まず、α＝５°の場合について説明しよう。

第７図人は自由状態におけるカップの断面形状を示し、
矩形の枠はカップをシリンダに組込んだ時の拘束壁すな
わち、ピストンの外周壁Ｐとシリンダの内周壁ＣＹを示
している。

以下の図面も同様である。

第７図人に示すように一般的にカップの内側リップ部２
の外壁線７はピストン外径よりも小さい径の部分をもち
、また外側リップ部１のシール面４はシリンダ内径より
も大きい径の部分をもつ。

したがって、シリンダに組込むと内側リップ部２、外側
リップ部１に曲げ作用がはたらいて第７図Ｂのような状
態となる。

第７図Ｂにはカップがシリンダおよびピストンと接触す
る部分の接触圧力（シール圧）の太きさも図示されてお
り、カップの外側リップ部１の先端Ｂがシリンダ壁ＣＹ
から離れていることがわかる。

この現象は内圧が加わった状態ではさらにはつきりする
。

これを第７図Ｃに示す。

第７図Ｃはカップ内周壁に２０ｋｇ ／ｃｍの内圧が加
わった場合で、図中上部に示した面圧分布から外側リッ
プ部１のＡからＢに至るリーディングエツジ部６がシリ
ンダ壁ＣＹかう離れていることが明確になる。

第８図人ないしＣは、同様にα＝１００の場合で、第８
図Ｂからシリンダに組み込んだ状態ではリーディングエ
ツジ部６は全面的にシリンダ壁ＣＹに接していることが
接触面圧かられかるが、第８図Ｃより内圧が加わった状
態ではリーディングエツジ部の最先端すなわちＢ点がシ
リンダ壁から離れ、かつ、該エツジ部の接触面圧の一部
が内圧以下になっている。

このように理論解析した結果を第９図に示す。

この結果から、リップ先端がシリンダと接触しないため
には、角度αがα≦１００なることが理想的であること
が判る。

次に、リーディングエツジ部がシリンダとβなる傾斜角
（第９図中図示）を有するときに発生する流体くさび作
用については、すでに流体潤滑理論により解明されてお
り、それを用いれば、流体くさび作用が最も有効に作用
する領域は、シールの場合最小流体膜厚さが数ミクロン
から数十ミクロン程度であるから、傾斜角βは数度とな
る。

いま、カップをシリンダに組込んだ時に、傾斜角が数度
になるための設計時角度αは第９図から３°≦α≦７°
であることが判る。

また第９図からも明らかに本考案のリーディングエツジ
部による流体くさび効果が期待できる角度αの範囲は一
１０°〈αく１００である。

以上の結果を、実際にαの異なるカップを製作し実験的
にも確証することができた。

第１０図は、実験結果を示したもので、リーディングエ
ツジ部６の長さｌをシール面４の長さＬに対して、１−
＝０．１５Ｌ、θ−１５°とした場合でα＝−３０°。

１００．５°なる３種類のカップの摺動中の摩擦抵抗を
示したものである。

α−−３０’（従来の所謂オペル形状）の場合は、リー
ディングエツジ部とシリンダとの接触角度が大きいため
、流体くさび作用があまり期待できす、摩擦抵抗は比較
的太きい。

一方α＝−１０°。５°の場合は、速度の増加とともに
抵抗がスムーズに減少する傾向がみられ、流体くさび作
用が期待できる。

特に第９図に示されているように、α＝５°の場合は、
該作用の最も効果的な領域にあるため、摩擦抵抗はα＝
−１０’ に比べて小さく適切であることかわかる。

上記のことが、自動車ブレーキ用マスタシリンダの場合
、非常に有効であることを確認したので、示す。

第１１図は、自動車ブレーキ用マスクシリンダにおける
ビストンストロークと内圧（ブレーキ圧）との関係を示
したもので、ビストンストロークとともに内圧が変化す
る。

このような作動でのカップの摩擦抵抗を、本考案の具体
例（α−５° ）の場合と、第１図、第２図に示した従
来形状のカップの場合とを比較して第１２図に示した。

本考案の効果が著しいことが認められる。

以上の結果は、代表的な背角θ＝１５°の場合について
示したものであるが、θは、一般的に１０°≦θ≦３０
° の範囲にあり、これを考慮すると本考案の作用効果
を期待できるαの範囲は、−１０°≦α≦１５°になる
ことを本考案者らは確認している。

換言すれば、本考案における流体くさび効果が最も期待
できる角度範囲の正の限界値は、α≦７θであり、前記
限界値より若干低下するが流体くさび効果が期待できる
角度範囲の正の限界値は、α≦誉θであり、流体くさび
効果が期待できる角度範囲の正の限界値αは、背面θに
係数をつげたもので表現することができる。

尚、本考案者らの実験によれば、流体くさび効果が期待
できる角度範囲の負側の限界値は、α≦１０’ であり
、それより角度αを小（角度の絶対値は太）にすると、
従来のオペル型カップに近くなり、流体くさび効果が期
待できなかった。

尚、本考案は、カップがシリンダとピストンとの間に嵌
挿された時に、シリンダ又はピストンとカップのリーデ
ィングエツジ部分との間に形成される隙間の角度、形状
および寸法が、本考案のポイントである流体くさび作用
を誘起するかどうかを決定する。

この隙間の形状および寸法は、第一義的には、リップの
リーディングエツジ部分６の角度およびカップに作用す
る内圧（プライマリカップ）により決定されるが、さら
にカップのシメシロおよびカップのリーディングエツジ
部分以外の部分の形状および弾性にも依存し、本考案者
らは、これらを種々組み合わせて実験および解析を重ね
た結果、−１０°≦α≦１５°なる範囲が本考案の作用
効果を達成する条件であることを確認した。

次に本考案を、ブレーキ装置のセカンダリカップに適用
した第１実施例に基づき、第１３図および第１４図を用
いて説明する。

第１実施例の説明に先立ち、第１３図を用いて油圧式ブ
レーキ装置、特にマスクシリンダの内部構造について簡
単に説明する。

シリンダＣＹは一般的に第１ピストンＰ工と第２ヒスト
ンＰ を内蔵する。

第１ピストンＰ１には、セカンダリカップＳＣとプライ
マリカップＰＣが、第２ピストンＰ２には、プライマリ
カツブＰＣとフローティングカップＦＣ１，ＦＣ２が夫
々組付けられている。

次にシリンダＣＹ内での各カップのはたらきを説明する
。

先ず、ブレーキペダルＢＰを踏むとブツシュロッドＰＲ
が第１ピストンＰ１を押し、第１ピストンＰ に組付け
られたプライマリカップＰＣ１がリザーバタンクＲＴ
に通じる補償穴ＣＨ０を閉じて、リヤ側圧力室ＲＣに
内圧が発生する。

すると圧力室ＲＣの内圧によって第２ピストンＰ２が動
いて同様にプライマリカップＰＣ２がリザーバタンクＲ
Ｔ に通じる補償穴ＣＨ２を閉じフロント側圧力室Ｆ
Ｃにも内圧が発生する。

発生した内圧は、配管（図示せず）を介してそれぞれリ
ヤ側ホイールシリンダ、フロント側ホイールシリンダに
伝わり制動力となる。

第１ピストンＰ１に組付けられたセカンダリカップＳＣ
は、シリンダＣＹ内と外部（大気）とを遮断するもので
あり、第１ピストンＰ工および第２ピストンＰ２に組付
けられたプライマリカップＰＣＩ 、ＰＣ２は、自封作
用により内圧を発生させる。

また、フローティングカップＦＣ０，ＦＣ２は、リヤ側
圧力室ＲＣとフロント側液室ＦＯＣとを分離する役割を
もつ。

本第１実施例のセカンダリ−カップは、第１４図に示す
ように上述のマスクシリンダとピストンとの間に嵌挿さ
れるものであり、外側リップ１１は軸方向に曲率を持っ
た外周壁を有し、その先端部にはリーディングエツジ部
分１６を形成し、該リーディングエツジ部分はシリンダ
軸に平行なＡ点を通る直線（図中細線で示す）に対し時
計方向に５°の傾斜をなしている。

上述の構成より成る第１実施例のカップは、摺動時、外
側リップ１１のリーディングエツジ部分１６は、シリン
ダ内周壁ＣＹとの間とくさび形の隙間を形成して油を侵
入させ、油の潤滑作用を助長するとともにシリンダの被
摺動面上に油膜を形成し、摺動抵抗を低減して、安定し
たピストン作動およびシリンダの昇圧効率を良くすると
ともに、カップの寿命を向上させるものである。

その結果、フィーリングを良くする。

次に本考案をブレーキ装置のプライマリカップに適用し
た第２実施例に基づき第１５図を用いて説明する。

以下第１実施例との相違点について述べる。

第２実施例のプライマリカップは、外側リップ２１の外
周壁面の先端部にリーディングエツジ部分２６をシリン
ダ軸に平行（α＝Ｏ°）に形成した点に特徴がある。

このような第２実施例のプライマリカップは、摺動時リ
ーディングエツジ部分が、シリンダの内周壁との間にく
さび形の隙間を形成してくさび形の油膜を形成し、流体
潤滑作用をなすとともに、シリンダＣＹの被摺動面上に
油膜を形成し、摺動抵抗を低減して、安定したピストン
作動、昇圧効率および寿命の向上をはかるものである。

その結果、ブレーキの動きを良くし、フィーリングを良
くする。

次に本考案を第１６図に示すようにクラッチ装置のマス
クシリンダ内に嵌挿されているプライマリカップに適用
した第３実施例のカップに基づき説明する。

第１６図は、説明の便宜のため自由状態のカップを装着
するピストンおよびシリンダの上に表わしたものである
。

本第３実施例は、クラッチ装置に適用したものであるた
め、カップの外側リップ３１がシリンダＣＹに形成した
突出部ＣＹＰおよび螺装されたプラグＰＬに係止され、
内側リップ３２の外周壁面がピストンＰの外周壁面に対
し摺動するものである。

該内側リップ３２の外周壁面の先端部には、シリンダ軸
に平行な図中Ａ点を通る直線に対し反時計方向に３°
（α−−３° ）の傾斜をもつリーディングエツジ部分
３６を形成した。

上述の構成より成る第３実施例のカップは、クラッチペ
ダル（図示せず）が踏みこまれ、内側リップ３２がピス
トンＰの外周壁を摺動する際、前述した各実施例と同様
にくさび形の油膜を形成し、流体潤滑作用およびピスト
ンの外周壁の油膜形成を助長し、摺動抵抗を低減して、
安定したピストン作動を提供し、昇圧効率および寿命の
向上を図る。

結果として、クラッチの切れを良くし、フィーリングを
良くするものである。

シリンダ又はピストンに対して摺動するリッツの摺動面
を形成する周壁面の先端部のシリンダ軸に対する角度を
該周壁面の残余の部分がシリンダ軸に対してなす角度よ
り小にするとともに該角度αを一１０°≦α≦１５°の
関係を満足するようにすることにより、摺動時板摺動面
に対しくさび形の隙間を形成してくさび形の油膜を形成
し、流体潤滑作用および被摺動面の油膜形成を促進し、
もって摺動抵抗を低減して、安定したピストン作動、昇
圧効率および寿命の向上を図るものである。

尚、本考案は、前述の実施例に限定されず、用途に応じ
て種々の態様をとりうる。

又本考案は、作用する内圧およびカップのシメシロに応
じてリーディングエツジ部分の角度αを３°≦１α１＜
１００の範囲内で選ぶこともできる。

更に本考案は、同様角度αを１α１≦３°の範囲内で選
ぶこともできろ。

又本考案は、流体くさび作用が最も有効な領域として角
度αを一３°≦α≦７°の範囲内で選ぶこともできる。

例えば後輪シリンダのブレーキ油圧を前輪シリンダのブ
レーキ油圧に比べて減少した割合で上昇させるプロポー
ショニングバルブに本考案を採用することが可能である
。

このプロポーショニングバルブは、そのカップの外側リ
ップとシリンダ内壁が相対摺動するものと、カップの内
側リップとピストン外周壁面が相対摺動するものがある
が、実験によると両方とも一５°≦α≦１５°の範囲で
有効であった。

上述以外にも、実用新案登録請求の範囲の精神に逸脱し
ない範囲で種々の設計変更および付加変更が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のカップの断面図、第３図お
よび第４図は従来のカップの装着図、第５図は本考案の
具体例のカップの断面図、第６図は本考案の具体例のカ
ップの装着図、第７図人ないしＣ１および第８図人ない
しＣは理論解析結果を示す図、第９図ないし第１２図は
本考案の効果を説明する図、第１３図はブレーキ装置の
概要を示す図、第１４図は本考案の第１実施例を示す図
、第１５図は本考案の第２実施例を示す図、第１６図は
本考案の第３実施例を示す図である。 図中、１は外側リップ、２は内側リップ、３は底部、４
はシール面、６はリーディングエツジ部分、−Ｐ Ｃは
プライマリカップ、ＳＣはセカンダリ−カップを夫々示
す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 シリンダとピストンとの間に嵌挿されたピストンカップ
   のリップの摺動面を形成する周壁面の先端部のシリンダ
   軸に対する角度αを該周壁面の残余の部分がシリンダ軸
   に対して成す角度θより小にするとともに、該角度θ、
   αを、 １０°くθ＼３０゜ 一１０°くα＜１５゜ にしたことにより、シリンダとピストンとの間に嵌挿さ
   れた際、前記先端部がシリンダ又はピストンに対してく
   さび状の隙間を形成し、該先端部がピストンの動きに応
   じて摺動すると該隙間に油を侵入させ、油の潤滑作用を
   助長するとともに、シリンダ又はピストンの被摺動面上
   に油膜の形成を促進することにより摺動抵抗を低減した
   ことを特徴とするピストンカップ。