DE112004000496T5

DE112004000496T5 - Dichtungsring

Info

Publication number: DE112004000496T5
Application number: DE112004000496T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Kashiwazaki Hatori
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2006-05-04
Also published as: US20060055119A1; JPWO2004090390A1; US7523944B2; KR20050113603A; CN100378376C; CN1768224A; WO2004090390A1; KR101076301B1; JP4676333B2

Abstract

Dichtungsring (5), der in einer Ringnut (4) befestigt ist, welche an einer Außenumfangsfläche einer Welle (1) vorgesehen ist, wobei der Dichtungsring (5) den Druck eines Öls (8) aufnimmt, welches der Ringnut (4) auf dessen Druckaufnahmeseitenfläche (9) und dessen Innenumfangsfläche (23) zugeführt wird, um durch dessen Kontaktseitenfläche (6), welche der Druckaufnahmeseitenfläche (9) gegenüber liegt und mit einer Wandfläche der Ringnut (7) in Berührung kommt, und durch dessen Außenumfangsfläche (55) eine Abdichtung zu erreichen, wobei
zumindest die Kontaktseitenfläche (6) des Dichtungsrings (5) konkave Abschnitte (51, 52), welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, und Säulenabschnitte (54) zwischen den konkaven Abschnitten (51, 52) aufweist,
jeder der konkaven Abschnitte (51, 52) aus einem ersten tiefsten geneigten Abschnitt (51), der in einem Innenumfangsteil der Seitenfläche (6, 9) des Dichtungsrings (5) vorgesehen ist, und aus konvergierenden Abschnitten (52) gebildet wird, welche auf beiden Seiten des tiefsten geneigten Abschnitts (51) in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dichtungsring, der in einer Ringnut befestigt ist, welcher sich in einer Welle einer Vorrichtung, wie z. B. eines Automatikgetriebes (im Weiteren vereinfacht als AT bezeichnet) befindet, um den für den Betrieb dieser Vorrichtung erforderlichen Öldruck aufrechtzuerhalten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Dichtungsringe, welche in einer Vorrichtung, wie z. B. einem AT verwendet werden, sind jeweils in einem Paar von Ringnuten befestigt, welche im Axialabstand zueinander auf einer Außenumfangsfläche (Peripherie) einer Welle der Vorrichtung vorgesehen sind. Die Außenumfangsfläche des Dichtungsringes steht in Berührung mit einer Innenumfangsfläche eines Gehäuses zur Aufnahme einer auf dieser Fläche verschiebbaren Kupplungs- oder Bremsscheibe. Jeder der Dichtungsringe erhält an einer Seitenfläche, d. h. einer Druckaufnahmefläche, und an seiner Innenumfangsfläche Betriebs- (hydraulisches) Öl, welches von einem Ölkanal zwischen den Ringnuten zugeführt wird, während er mit der gegenüberliegenden Fläche, d. h. der Seitenkontaktfläche, und der Außenumfangsfläche die Seitenfläche der Ringnut und die Innenumfangsfläche des Gehäuses abdichtet. Die Gleitbewegung der Seitenfläche des Dichtungsrings bezüglich der Wandfläche der Ringnut hält das Betriebsöl zwischen den Dichtungsringen bei einem geeigneten Druck.
Unter dieser Bedingung muss der Dichtungsring einen niedrigen Reibungsverlust aufweisen und gute Dichteigenschaften für einen langen Zeitraum aufrechterhalten können. Wenn der Dichtungsring auf diese Weise befestigt ist, muss jegliche Reibungskraft zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wandfläche der Ringnut der Welle klein sein. Jedoch ist bei einem herkömmlichen Dichtungsring mit einem rechteckigen Querschnitt die Kontaktfläche zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wandfläche der Ringnut groß. Infolgedessen ist der Reibungsverlust groß.
Angesichts eines verbesserten Leistungsvermögens von Fahrzeugen und zunehmend strengerer Umweltstandards wurden in den vergangenen Jahren Verbesserungen im Kraftstoffverbrauch durch weitere Gewichtsreduzierung des AT und durch weitere Reduzierung der Reibung gefordert. Daher wurden für den Dichtungsring eine Verbesserung seiner Eigenschaften gefordert, um sowohl eine Reduzierung der Reibung zwischen dem Dichtungsring und der Wandfläche der Ringnut als auch gute Dichteigenschaften ungeachtet der Bearbeitungsgenauigkeit der Ringnut zu erreichen.
Als ein Beispiel für einen typischen, herkömmlichen Dichtungsring offenbart die offengelegte japanische Gebrauchsmusterschrift Hei 6-18764 einen Dichtungsring, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist. Ein Dichtungsring 5', der in einer Ringnut 4 einer Welle 1 befestigt ist, hat an seiner Seitenfläche eine ringförmige Nut 22 , welche sich in Umfangsrichtung erstreckt, und eine Vielzahl von Nuten 21, welche in Umfangsrichtung voneinander so beabstandet sind, dass sie in radialer Richtung zeigen. Durch die radial ausgerichteten Nuten 21 ist die ringförmige Nut 22 zur Innenumfangsfläche 23 des Dichtungsrings 5' geöffnet. Die Seitenfläche des Dichtungsrings 5' liegt der Seitenfläche der Ringnut 4 gegenüber und ist mit dieser durch die radial gerichteten Nuten 21 und die ringförmige Nut 22 in Berührung. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Gehäuse und das Bezugszeichen 8 den Fluss des zugeführten Öls.
Die offengelegte japanische Patentschrift Hei 9-210211 offenbart einen Dichtungsring 5'' mit einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Ölnuten 24 an den Seitenflächen des Dichtungsrings 5'' (die Nuten 24 sind zur Innenumfangsfläche des Dichtungsrings 5'' geöffnet), und mit einem geneigten, konkaven Abschnitt 24' als eine Fläche zur Erzeugung eines Keileffekts, welche sich an der Seite in Umfangsrichtung der Ölnut erstreckt und mit dieser Ölnut verbunden ist.
Bei jedem der beiden obigen Dichtungsringe 5' und 5'' wird eine Kraft, die gegen die Wandfläche der Ringnut drückt, durch den Druck des Öls reduziert, welches in die radial gerichteten Nuten 21, 24, in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut 22 und in den konkaven Abschnitt eingeführt wird. Deshalb wird der Kontaktdruck zwischen dem Dichtungsring und der Wandfläche der Ringnut reduziert. Somit bewirken die oben genannten Dichtungsringe 5' und 5'' eine Reduzierung der Reibung und eine Verbesserung der Schmierfunktion.
Aufgrund von Abweichungen in der Bearbeitungsgenauigkeit der Wandfläche der Ringnut verbreitert sich jedoch die Ringnut oft nach außen hin, d. h. die Wandfläche 7' der Ringnut ist oft auf eine solche Weise verjüngt, dass die Breite der Ringnut am Grund der Ringnut kleiner ist als an deren Öffnung, wie es in 6 gezeigt ist. Wenn der in 4 oder 6 gezeigte Dichtungsring bei einer solchen Ringnut verwendet wird, kann am Innenumfang eine Ecke der Seitenfläche des Dichtungsrings mit der Wandfläche 7' der Ringnut in Berührung kommen. Dies ermöglicht, dass Öl, das in den Bereich an der Innenumfangsfläche des Dichtungsrings gelangt ist, durch von Dichtungsring beabstandete Lücken sickert, was zu einer Verschlechterung der Dichtungseigenschaften der Dichtungsringseitenfläche führt.
Ein Dichtungsring zur Überwindung des oben genannten Problems ist in den offengelegten japanischen Patentschriften Hei 8-219292 und Hei 9-217836 beschrieben. Wie in 7 gezeigt, ist bei dem Dichtungsring 5''' eine Seitenfläche 57 um einem Winkel von 2° bis 10° auf eine solche Weise verjüngt, dass die Breite des Dichtungsrings an der Innenumfangsseite kleiner ist als an der Außenumfangsseite. Da die Seitenfläche 57 bei diesem Dichtungsring 5''' verjüngt ist, löst sich der Kontakt zwischen der Seitenfläche 57 und der Wandfläche 7' der Ringnut auch dann nicht, wenn die Ringnut aufgrund von Abweichungen in der Bearbeitungsgenauigkeit der Wandfläche 7' nach außen hin breiter wird. Somit hat dieser Dichtungsring 5''' einen Vorteil darin, dass sich die Dichtungseigenschaften nicht signifikant verschlechtern.
Da die Seitenfläche des Dichtungsrings eine verjüngte Fläche ist, die radial nach innen gesehen nach innen geneigt ist, ist darüber hinaus zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut ein keilähnlicher Spalt 56 ausgebildet, welcher in radialer Richtung nach innen geöffnet ist. Somit wird jeder Kontaktdruck zwischen dem Dichtungsring 5''' und der Seitenwandfläche der Ringnut durch den Druck des in diesen Spalt 56 eingeführten Öls reduziert. Die Reibung wird somit verringert.
Jedoch ist in dem Fall, bei dem die Nut aufgrund von Abweichungen in der Bearbeitungsgenauigkeit der Wandfläche der Ringnut nach außen hin breiter wird, der oben beschriebene keilähnliche Spalt zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut nicht ausgebildet. Somit ist der oben beschriebenen Einfluss des Öldrucks unzureichend und kann die gewünschte Verringerung der Reibung nicht erreicht werden.
8 zeigt einen Dichtungsring 5'''', der eine Verbesserung des obigen in der veröffentlichen japanischen Patentschrift Hei 8-219292 beschriebenen Dichtungsrings darstellt. Der Dichtungsring 5'''' ist derart mit einer verjüngten Fläche versehen, dass die Breite zwischen den beiden Seitenflächen des Dichtungsrings am Innenumfang kleiner ist als am Außenumfang.
Ein Merkmal dieses Dichtungsrings 5''' ist wie folgt. Beide Seitenflächen sind als zweistufig verjüngte Flächen ausgebildet, von denen jede eine erste geneigte Fläche 58 und eine zweite geneigte Fläche 59 aufweist, welche an der Innenumfangsseite der ersten geneigten Fläche 58 angeordnet ist. Hierbei ist der Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche 59 größer als der der ersten geneigten Fläche 58. In diesem Beispiel ist der Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 58 in einem Bereich von 0,5° bis 3°, während der Neigungswinkel der zweiten geneigten Fläche 59 in einem Bereich von 9° bis 11° ist.
Dieser Dichtungsring 5'''' hat den Vorteil, dass, auch wenn die Wandfläche der Ringnut sich wie die Wand fläche 7' verjüngt, wo die Ringnut sich nach außen verbreitert, sich der Kontakt zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings 5'''' und der Seitenwandfläche der Ringnut nicht löst. Dies ist bedingt durch den Neigungswinkel der ersten geneigten Fläche 58, welche auf der Außenumfangsseite angeordnet ist. Deshalb tritt keine signifikante Verschlechterung der Dichtungseigenschaften ein. Darüber hinaus wird aufgrund des Neigungswinkels der zweiten geneigten Fläche 59, welche an der Innenumfangsseite angeordnet ist, der Kontaktdruck zwischen dem Dichtungsring 5'''' und der Seitenwandfläche der Ringnut durch den Einfluss des in den Spalt 56 eingeführten Öldrucks reduziert. Die Reibung wird somit reduziert.
Jedoch bei einem Dichtungsring mit einer einstufig verjüngten Struktur ist ein Ölleckagenpfad, welcher den Innenöldruck durch den keilähnlichen Spalt zur Außenseite entweichen lässt, der zwischen dem oberen Ende eines Vorsprungs mit einer Berührungsendenstruktur und einer Wandstirnfläche der Ringnut, die dem oberen Ende des Vorsprungs gegenüber liegt, ausgebildet ist. Somit kann der Dichtungseffekt des Typs einer speziellen Berührungsendenstruktur nicht ausreichend aufrechterhalten werden.
Außerdem ist das Prinzip des Dichtungsrings mit einer zweistufig verjüngten Struktur das gleiche wie bei dem oben gezeigten Dichtungsring mit einer einstufig verjüngten Struktur. Somit gibt es, obwohl der Dichtungsring der zweistufig verjüngten Struktur die Dichtungseigenschaften verbessern kann, immer noch ein Problem mit den Dichtungseigenschaften, welche zu überwinden sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die Probleme, welche mit den zuvor genannten herkömmlichen Technologien nicht überwunden werden konnten, zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dichtungsring zu schaffen, der bei geringer Reibung gleichzeitig das Auslaufen von Öl reduzieren kann, ohne dabei durch die Bearbeitungsgenauigkeit einer Seitenwandoberfläche einer Ringnut beeinträchtigt und von der Berührungsendenstruktur eines Dichtungsrings abhängig zu sein.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wendet die vorliegende Erfindung im Wesentlichen eine Struktur an, bei der konkave Abschnitte und flache Stütz- bzw. Säulenabschnitte als ein Rahmen eines Dichtungsringkörpers abwechselnd und kontinuierlich auf einer Seitenfläche des Dichtungsrings ausgebildet sind. Der konkave Abschnitt wird durch einen tiefsten geneigten Abschnitt (erster geneigter Abschnitt) und konvergierende Abschnitte gebildet, welche auf beiden Seiten des ersten geneigten Abschnittes in Umfangsrichtung angeordnet sind. Der erste geneigte Abschnitt ist in einem Innenumfangsteil der Seitenfläche des Dichtungsrings angeordnet, um die Dicke des Dichtungsrings zum Innenumfang des Dichtungsrings hin zu verringern. Jeder der konvergierenden Abschnitte läuft auf einen dem Innenumfang des Dichtungsrings nächstliegenden Punkt des benachbarten Säulenabschnitts zu. Auf der Innenumfangsseite des Säulenabschnitts und des konvergierenden Abschnitts ist ein zweiter geneigter Abschnitt vorgesehen, um die Dicke des Dichtungsrings zum Innenumfang des Dichtungsrings hin zu verringern.
Aufgrund eines keilähnlichen Spaltes zwischen dem konkaven Abschnitt der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut kann bei dieser Struktur eine Kraft, welche auf die andere Seitenfläche des Dichtungsrings drückt, aufgehoben werden, wodurch das Verlustdrehmoment, welches zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wand der Ringnut erzeugt wird, verringert wird. Außerdem kann, indem der Säulenabschnitt zur Schaffung der zweiten geneigten Fläche auf eine solche weise abgeschrägt wird, dass die Dicke des Dichtungsrings zum Innenumfang des Dichtungsrings hin verringert wird, eine Kontaktstelle, bei welcher der Dichtungsring in Berührung mit der Ringnut kommt, in radialer Richtung weiter außen als im Vergleich zu einem herkömmlichen Dichtungsring angeordnet werden, auch wenn die Ringnut nach außen hin breiter wird.
Somit kann eine Öldrucköffnung, welche den Innenöldruck zur Außenseite entweichen lässt, verkleinert werden, was eine signifikante Verbesserung der Dichtungseigenschaften des Dichtungsrings zur Folge hat.
Ferner wird gemäß dem Dichtungsring der vorliegenden Erfindung ein Außenumfangsteil der Seitenfläche durch eine flache Fläche gebildet, welche senkrecht zur Außenumfangsfläche des Dichtungsrings ist. Somit kann der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Dichtungseigenschaften ungeachtet der Form des Berührungsendenabschnitts erreichen.
Im Folgenden wird beschrieben, wie der konkave Abschnitt der Seitenfläche gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert. Der konkave Abschnitt der Seitenfläche des Dichtungsrings, welcher der ringförmigen Ringnut der Welle gegenüberliegt, wird durch den tiefsten geneigten Abschnitt (erster geneigter Abschnitt) und durch die gleichmäßig konvergierenden Abschnitte, welche an beiden Seiten des tiefsten geneigten Abschnittes in Umfangsrichtung angeordnet sind, gebildet. Der tiefsten geneigte Abschnitt ist nur zur Innenumfangsfläche des Dichtungsrings hin geöffnet. Die konvergierenden Abschnitte sind mit dem flachen Abschnitt der Seitenfläche des Dichtungsrings verbunden und dienen als eine geneigte Fläche zur Erzeugung eines Keileffekts. Somit wird zwischen dem konkaven Abschnitt des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut der keilähnliche Spalt erzeugt, und dieser gleicht eine Kraft aus, welche auf die andere Seitenfläche des Dichtungsrings drückt. Demzufolge kann das Verlustdrehmoment, welches zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Nutwand erzeugt wird, auf sichere Weise verringert werden und somit der Kraftstoffverbrauch eines Produkts, welches den Dichtungsring der vorliegenden Erfindung verwendet, verbessert werden.
Außerdem ist in dem Berührungsendenabschnitt kein konkaver Abschnitt auf der Seitenfläche ausgebildet. Stattdessen ist der Berührungsendenabschnitt flach ausgebildet. Somit kann auf ausreichende Weise eine vorteilhafte Wirkung der speziellen Berührungsendenstruktur erreicht werden. Deshalb ist es möglich, die Dichtungseigenschaften bei gleichzeitig niedriger Ölauslaufeigenschaft sicherzustellen.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Säulenabschnitt und dem tiefsten Abschnitt des konkaven Abschnitts in der Seitenfläche des Dichtungsrings durch eine konisch geneigte Fläche gebildet. Somit ist es möglich, Öl in den konkaven Abschnitt eindringen zu lassen, um dieses auf gleichmäßige Weise in eine Gleitfläche, d. h. den Säulenabschnitt, hinein zu nehmen, so dass das Öl der Gleitfläche zugeführt wird, um den Verschleißwiderstand zu verbessern. Darüber hinaus nähert sich aufgrund der konisch geneigten Fläche die Richtung der Hubkraft einer Richtung an, welche senkrecht zur Rotationsrichtung des Dichtungsrings ist. Somit wird ein Aufhebungsdruck durch das Hinzufügen der Hubkraft weiter verstärkt. Die Reibung wird somit weiter verringert. Ferner kann durch Optimierung der Anzahl der konkaven Abschnitte und der Anzahl der Säulenabschnitte die Reibung auf eine effektivere Weise verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Dichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Bereich eines montierten Dichtungsrings gezeigt ist.
2 zeigt eine Teilseitenansicht, in welcher eine Innenumfangsfläche des Dichtungsring gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
3(a) und 3(b) zeigen Querschnittsansichten des Dichtungsrings der vorliegenden Erfindung entlang der Linie II-II bzw. der Linie III-III in 2.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Dichtungsvorrichtung, bei der ein Bereich gezeigt ist, wo ein Dichtungsring mit einer Nut an dessen Seitenfläche montiert ist.
5 eine Teildraufsicht des in 4 gezeigten herkömmlichen Dichtungsrings.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Dichtungsvorrichtung, bei dem ein Bereich gezeigt ist, wo ein Dichtungsring mit einer Ölnut an dessen Seitenfläche befestigt ist.
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Dichtungsvorrichtung, bei dem ein Bereich gezeigt ist, wo ein Dichtungsring mit einer verjüngten Seitenfläche montiert ist.
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Dichtungsvorrichtung, welches einen Bereich zeigt, wo ein Dichtungsring mit einer zweistufigen Seitenfläche, welche einer Verbesserung der verjüngten Seitenfläche entspricht, montiert ist.
9 zeigt eine Form einer Nut, wie sie in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
10 ist ein Diagramm, welches Testergebnisse der Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Dichtungsvorrichtung zeigt.
11 zeigt eine Innenumfangsfläche des Dichtungsrings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Komponente des Ausgleichsdrucks, welcher auf einen konkaven Abschnitt des Dichtungsrings wirkt.
12 ist ein Diagramm, welches ein Testergebnis über das Verhältnis zwischen der Anzahl der konkaven Abschnitte des Dichtungsrings des vorliegenden Erfindung und der Reibung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden auf der Basis der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Ansicht, in welche Dichtungsringe 5 der vorliegenden Erfindung in jedem eines Paares von Ringnuten 4 befestigt sind, welche auf einer Außenumfangsfläche einer Welle 1 vorgesehen und voneinander beabstandet sind. Ein Kanal zwischen den Ringnuten 4 führt ein Betriebsöl 8 einer Druckaufnahmeseitenfläche 9 und einer Innenumfangsfläche 23 jedes Dichtungsrings 5 zu. Jeder Dichtungsring 5 bildet eine Dichtung mit der Seitenwandfläche 7 der Ringnut 4 und der Innenumfangsfläche eines Gehäuses 2 durch deren Nähe mit der Kontaktseitenfläche 6 bzw. der Außenumfangsfläche 55. Im Innenumfangsteil jeder Seitenfläche des Dichtungsrings 5 sind konkave Abschnitte ausgebildet.
Wie in 2 gezeigt, wird der konkave Abschnitt durch eine erste geneigte Fläche 51 und durch konvergierende Abschnitte 52, welche in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der ersten geneigten Fläche 51 angeordnet sind, gebildet. Der konvergierende Abschnitt 52 konvergiert zu einem Punkt B in einem benachbarten Säulenabschnitt 54, welcher der nächste Punkt zum Innenumfang des Dichtungsrings 5 ist. Der konkave Abschnitt hat eine taschenähnliche Form, welche sich lange in Umfangsrichtung erstreckt.
Der konkave Abschnitt hat eine Form, den er durch die Ausdehnung des tiefsten Abschnitts (erste geneigte Fläche) 51 in Umfangsrichtung erhält, und ist von den anderen konkaven Abschnitten in Umfangsrichtung beabstandet. Zwischen den konkaven Abschnitten ist ein Säulenabschnitt 54 in der Form einer flachen Überhöhung vorgesehen. Auf der Innenumfangsseite des Säulenabschnitts 54 und des konvergierenden Abschnitts 52 ist die zweite geneigte Fläche 57 auf eine solche weise ausgebil det, dass die Dicke des Dichtungsrings zum Innenumfang des Dichtungsrings 5 hin verringert ist.
Wie oben beschrieben weist der Dichtungsring 5 der vorliegenden Erfindung das Merkmal auf, dass dessen Seitenfläche konkave Abschnitte und Säulenabschnitte 54 aufweist, welche kontinuierlich und abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Vorzugsweise ist die Breite der ersten geneigten Fläche 51 in Umfangsrichtung größer als deren maximale Tiefe und auch größer als die Breite der zweiten geneigten Fläche 57 in Umfangsrichtung. Es ist zu beachten, dass die Breite der zweiten geneigten Fläche 57 in Umfangsrichtung gleich der Breite des Säulenabschnitts in Umfangsrichtung ist (die Breite zwischen den Punkten B in 2). Wünschenswerter ist es, dass die Breite der ersten geneigten Fläche 51 in Umfangsrichtung 8 bis 50 mal größer als die Breite der zweiten geneigten Fläche 57 in Umfangsrichtung ist. In dem Fall, bei dem die Breite der ersten geneigten Fläche 51 in Umfangsrichtung kleiner als 8 mal der Breite der zweiten geneigten Fläche 57 in Umfangsrichtung ist, haben Versuche gezeigt, dass die Kontaktfläche zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wandfläche der Ringnut sich vergrößert und deshalb reibungsreduzierende Effekte abnehmen. Andererseits ist in dem Fall, bei dem die Breite der ersten geneigten Fläche 51 in Umfangsrichtung größer als 50 mal der Breite der zweiten geneigten Fläche 57 ist, die Wirkung einer Hubkraft (später ausführlich) klein.
Darüberhinaus ist vorzugsweise die Breite jedes konvergierenden Abschnitts in Umfangsrichtung gleich oder größer als 1/50 der Breite der ersten geneigten Fläche 51 in Umfangsrichtung. In dem Fall, bei dem die Breite jedes konvergierenden Abschnitts in Umfangsrichtung kleiner als 1/50 die der ersten geneigten Fläche 51 ist, wird die Neigung des konvergierenden Abschnitts steiler. Somit ist die Wirkung der später detailliert beschriebenen Hubkraft gering und werden die Drehmomentsverluste nicht merklich reduziert. Die Breite des konvergierenden Abschnitts in Umfangsrichtung hat keine Obergrenze. Auch in dem Fall, bei dem der konkave Abschnitt keine erste geneigte Fläche 51 aufweist, sondern nur durch den konvergierenden Abschnitt gebildet wird (in diesem Fall erstreckt sich der konvergierende Abschnitt von einem Berührungspunkt mit dem Säulenabschnitt 54 zum tiefsten geneigten Teil des konkaven Abschnitts und konvergiert dann unmittelbar zur Innenumfangsseite des gegenüberliegenden Säulenabschnitts hin), können vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Jedoch können reibungsreduzierende Effekte durch das Vorsehen der ersten geneigten Fläche 51 weiter verbessert werden. Insbesondere bis zu einem Breitenverhältnis der ersten geneigten Fläche zum konvergierenden Abschnitt von ungefähr 1:1 wird die Reibung wesentlich verringert.
Die 3(a) und 3(b) zeigen Querschnittsansichten entlang der Linie II-II bzw. der Linie III-III in 2. Wie in 3(a) gezeigt, wird der Neigungswinkel α der ersten geneigten Fläche 51, welche den konkaven Abschnitt in der Seitenfläche des Dichtungsrings bildet, bezüglich einer Ebene senkrecht zur Aussenumfangsfläche 55 des Dichtungsrings 5, d.h. einer Ebene senkrecht zur Mittelachse des Dichtungsrings 5, gemessen. Dieser Neigungswinkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich von 8° bis 45°, insbesondere in einem Bereich von 14° bis 18°. Falls der konkave Abschnitt keine erste geneigte Fläche aufweist, wird der Neigungswinkel des tiefsten geneigten Teils des konkaven Abschnitts innerhalb des oben beschriebenen Bereichs gelegt.
Indem der Neigungswinkel α innerhalb des oben beschriebenen Bereichs festgesetzt wird, nimmt eine Hubkraft eine Richtung an, welche aufgrund eines keilähnlichen Spalt 53, welcher zwischen der Seitenwandflächen der Ringnut und dem konkaven Abschnitt des Dichtungsrings, d.h. der ersten geneigten Fläche 51, und den konischen konvergierenden Abschnitte 52 an beiden Enden des konkaven Abschnitts ausgebildet ist, sich einer Richtung an, die senkrecht zur Rotationsrichtung des Dichtungsrings ist. Diese Hubkraft wirkt in Folge des Öls und hebt eine Kraft auf, welche auf die andere Seitenfläche des Dichtungsrings drückt. Somit kommt es zu einer Reduzierung des Drehmomentverlustes, welcher zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wandfläche der Ringnut auftritt, was zu einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt.
11 zeigt die Wirkung der Hubkraft. Der Ausgleichsdruck, der auf die erste geneigte Fläche 51 wirkt, wirkt ebenso auf den konvergierenden Abschnitt 52. Die Hubkraft ist ein Teil dieses Ausgleichsdrucks, d.h. eine Kraftkomponente, und wirkt in die gleiche Richtung wie die Ausgleichskraft. Diese Hubkraft trägt zur Reduzierung des Drehmomentverlustes bei.
In dem Fall, bei dem der Neigungswinkel α der ersten geneigten Fläche 51 kleiner als 8° ist, kann der keilähnliche Spalt 53, welcher sich radial nach innen öffnet, nicht leicht zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut ausgebildet werden. Somit sind jegliche reibungsreduzierende Effekte unzureichend. Außerdem wird in dem Fall, bei dem der Neigungswinkel α größer als 45° ist, der keilähnliche Spalt 53 nicht ausgebildet und deshalb der Ausgleichsdruck nicht erzeugt. Somit kann die Reibung nicht auf ausreichende Weise reduziert werden.
Der äußerste Punkt der ersten geneigten Fläche 51 in radialer Richtung des Dichtungsrings ist in radialer Richtung in einer Entfernung L zur Außenumfangsfläche 55 des Dichtungsrings angeordnet. Vorzugsweise liegt L in einem Bereich von 0,4 mm bis 1,2 mm oder gleich oder kleiner als 2/3 der in 3(a) gezeigten Größe a1.
Ein Abschnitt mit einer Breite L zwischen der Außenumfangsfläche 55 und dem äußersten Punkt der ersten geneigten Fläche 51 in radialer Richtung ist ein flacher Abschnitt und ist vorzugsweise in Abständen angeordnet. In dem Fall, bei dem L kleiner als 0,4 mm ist, ist es wahrscheinlich, dass sich der äußerste Punkt des konkaven Abschnitts des Dichtungsrings in radialer Richtung von der Seitenwandfläche 7 der Ringnut aufgrund des axialen Auslaufs des Gehäuses oder der Welle löst. Dies verschlechtert die Dichtungseigenschaften.
Andererseits ist in dem Fall, bei dem L größer als 1,2 mm oder 2/3 der Größe (Dicke) a1 des Dichtungsrings in radialer Richtung ist, der keilähnliche Spalt (der zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Seitenwandfläche der Ringnut ausgebildet ist und sich in radialer Richtung nach innen öffnet) klein. Infolgedessen ist der erzeugte Ausgleichsdruck gering und die reibungsreduzierenden Effekte unzureichend.
Um die Dichtungseigenschaften auch in dem Fall aufrecht zu erhalten, bei dem die Ringnut 4 in einer solchen Art und Weise ausgebildet ist, dass sie aufgrund von Abweichungen der Bearbeitungsgenauigkeit der Seitenwandfläche 7 der Ringnut nach außen breiter wird, kann darüber hinaus eine zweite geneigte Fläche 57 auf der Innenumfangsseite des flachen Säulenabschnitts 54 vorgesehen werden, welche zwischen den in Umfangsrichtung voneinan der beabstandeten konkaven Abschnitten vorgesehen ist. Diese zweite geneigte Fläche 57 ist kontinuierlich ausgebildet, um einen Bereich auf der Innenumfangsseite des konvergierenden Abschnitts 52 zu erreichen.
3(b) zeigt eine Querschnittsansicht des Säulenabschnitts. Die Länge M der zweiten geneigten Fläche 57 in radialer Richtung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1/5 bis 1/2 der Breite (a1-L) vom in radialer Richtung innersten Punkt des Dichtungsrings 5 bis zum äußersten Punkt der ersten geneigten Fläche 51. Die auf obige Art und Weise festgelegte Länge M nähert in radialer Richtung den innersten Punkt des flachen Abschnitts der Seitenfläche des Dichtungsrings an den in radialer Richtung äußersten Punkt des konkaven Abschnitts an. Dies führt deshalb dazu, dass eine Öldrucköffnung (entspricht A in 1), in welcher der Innenöldruck zur Außenseite hin entweicht, verkleinert wird. Somit ist es möglich, hervorragende Dichtungseigenschaften beizubehalten.
In dem Fall, bei dem die Länge M in radialer Richtung der zweiten geneigten Fläche 57 im Innenumfangsteil des Säulenabschnitts 54 kleiner als 1/5 von (a1-L) beträgt, kann die Öldrucköffnung auf nicht ausreichender Weise verkleinert werden. Deshalb können die Dichtungseigenschaften nicht wesentlich verbessert werden, wenn die Wandfläche der Ringnut in einer solchen Art geneigt ist, dass die Nutwand nach außen hin breiter wird. In dem Fall, bei dem die Länge M in radialer Richtung größer als 1/2 von (a1-L) ist, können die durch die Form des Säulenabschnitts 54 vorgesehenen Eigenschaften nicht erzielt werden.
Der Neigungswinkel β liegt vorzugsweise in einem Bereich von 8° bis 60° und insbesondere um 45°. In dem Fall, bei dem der Neigungswinkel β kleiner als 8° ist, ist der Berührungsendenabschnitt 50 ebenfalls geneigt und deshalb können die Dichtungseigenschaften verschlechtert sein. Andererseits kann in dem Fall, bei dem der Neigungswinkel β größer als 60° ist, ein Spalt zwischen dem konkaven Abschnitt in der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Wand der Ringnut entstehen, wenn die Innenumfangsseite des Dichtungsrings in Berührung mit der Wand der Ringnut kommt. In diesem Fall kann ein Ölauslaufpfad entstehen, wodurch die Dichtungsfunktion verloren geht.
Die Anzahl der konkaven Abschnitte liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 16. In dem Fall, bei dem die Anzahl der konkaven Abschnitte kleiner als 4 ist, d. h. 1, 2 oder 3, wird der gleichmäßige Übergang des Öls, welches in den konkaven Abschnitt eintritt, in eine Gleitfläche, wie den Säulenabschnitt 54, verringert, und somit ist jegliche Verbesserung des Verschleißwiderstandes minimal. Zusätzlich ist die Hubkraft ebenfalls klein, da sich deren Richtung aufgrund der konischen geneigten Fläche 52 einer Richtung annähert, welche senkrecht zur Rotationsrichtung des Dichtungsringes ist. Deshalb wird das Zugdrehmoment nicht merklich reduziert.
Andererseits wird in dem Fall, bei dem die Anzahl der konkaven Abschnitte größer als 16 ist, der keilähnliche Spalt in Umfangsrichtung, welcher zwischen der Seitenwandfläche 7 der Ringnut und dem konkaven Abschnitt des Dichtungsringes ausgebildet wird, klein und die Anzahl der Säulenabschnitte 54 vergrößert sich. Dies vergrößert die Kontaktfläche zwischen der Ringnut und dem Dichtungsring. Somit wird keine bedeutende Reduzierung des Drehmomentverlustes, welcher zwischen der Seitenfläche des Dichtungsrings und der Ringnutwand auftritt, erreicht. Versuche haben diese Tatsache gezeigt. In dem Fall, bei dem die Anzahl der konkaven Abschnitte in einem Bereich von 8 bis 12 liegt, werden erhebliche Verringerungen der Reibung erreicht.
In der obigen Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Ausgleichsdruck" einen Druck, der eine Druckbelastung, welche auf die gegenüberliegende Seitenfläche durch den Öldruck aufgebracht wird, reduziert.
In den Zeichnungen ist eine Struktur gezeigt, bei welcher die Struktur der Druckaufnahmeseitenfläche und die der Kontaktseitenfläche, welche in Berührung mit der Wandfläche der Ringnut kommt, symmetrisch sind. In dem Fall jedoch, bei dem nur die Kontaktseitenflächen mit konkaven Abschnitten und Säulenabschnitten der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, können die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindungen ebenso erreicht werden. Aus der Sicht der Verarbeitbarkeit, wenn der Dichtungsring in der Ringnut befestigt wird, hat der Dichtungsring vorzugsweise eine Struktur, bei dem beide Seitenflächen symmetrisch sind und keine Ausrichtung haben.
(Beispiel)
Im Folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Hauptmerkmal des Dichtungsrings der vorliegenden Erfindung ist es, dass eine geringe Ölleckage und eine geringe Reibung unabhängig von der Bearbeitungsgenauigkeit der Seitenwandfläche 7 der Ringnut erreicht wird. Daher wurde in diesem Beispiel eine Welle mit einer Ringnut verwendet, welche eine Seitenwandfläche 7 mit einem Neigungswinkel von 1,5° hatte und nach außen hin breiter wurde (siehe 9).
Die Welle 1 und das Gehäuse 2 waren aus Stahl. Die Breite und die Tiefe der Ringnut waren 0,3 mm bzw. 0,17 mm.
Der Dichtungsring 5 bestand aus Polyäther-Äther-Keton (PEEK)-Harz mit dazu beigefügten Kohlenstofffasern. Der Dichtungsring 5 hatte einen Außen-(Nominal)-Durchmesser von ϕ50, eine Breite in axialer Richtung von 2,35 mm, eine Dicke in radialer Richtung von 2,0 mm und einen Neigungswinkel (α) des tiefsten geneigten Abschnitts des konkaven Abschnitts der Seitenfläche von 16 ± 2°. Ferner hatte der Abschnitt zwischen dem äußersten Punkt des tiefsten geneigten Abschnitts und der Außenumfangsfläche des Dichtungsrings in radialer Richtung eine Breite von 1,0 mm (entspricht 1/2 der Dicke a1 in radialer Richtung). Der Neigungswinkel (β) der zweiten geneigten Fläche war 45 ± 2°. Ferner waren 14 konkave Abschnitt ausgebildet (ein einzelner konkaver Abschnitt war aus dem tiefsten geneigten Abschnitt und den konvergierenden Abschnitten auf beiden Seiten des tiefsten geneigten Abschnitts gebildet), während auch 15 zweite geneigte Flächen 57 ausgebildet waren (eine zweite geneigte Fläche 57 war auf jeder Seite der Berührungsendenstruktur angeordnet). Die Breite jedes der tiefsten geneigten Abschnitte in Umfangsrichtung war 20 mal so breit wie die Breite der zweiten geneigten Fläche in Umfangsrichtung. Die Breite des konvergierenden Abschnitts in Umfangsrichtung (jede Seite) betrug 1/10 der Breite eines tiefsten geneigten Abschnitts in Umfangsrichtung.
Darüber hinaus wurde im Vergleich zu dem Beispiel ein herkömmlicher Dichtungsring mit einer Nut, welche sich auf dessen Seitenfläche in Umfangsrichtung erstreckte (Vergleichsbeispiel 1), und ein einstufig verjüngter Dichtungsring, bei dem dessen Seitenfläche einen gleich bleibenden Neigungswinkel hatte (Vergleichsbespiel 2), aus dem gleichen Material geformt, um jeweils identische Größen wie im Beispiel zu haben. Der Neigungswinkel der Seitenfläche des einfach gestuften verjüngten Dichtungsrings betrug 5° ± 1°.
Während die oben genannten Dichtungsringe in der zuvor erwähnten Nut in der Welle befestigt wurden, wurde das Austreten von Öl und die Reibung unter einer Bedingung getestet, bei der die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 3.000 Umdrehungen/Minute, der Öldruck 1,27 MPa und die Öltemperatur 120°C betrugen. 10 zeigt die Testergebnisse.
Wie aus 10 ersichtlich, wurde bestätigt, dass die Reibung in dem Fall, bei dem der Dichtungsring des Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, geringer war als bei der Verwendung des Dichtungsrings des Vergleichsbeispiels 1. Sie war ebenfalls geringer als bei dem einstufig verjüngten Dichtungsring des Vergleichsbeispiels 2. Ferner war beim Dichtungsring der vorliegenden Erfindung die Menge an ausgelaufenem Öl 1/2 oder weniger als die bei den Dichtungsringen der Vergleichsbeispiele. Somit wurde herausgefunden, dass unabhängig von der Verarbeitungsgenauigkeit der Seitenwandfläche der Ringnut ausgezeichnete Dichtungseigenschaften erzielt werden können, indem die Innenumfangsseite des flachen Säulenabschnitts der Seitenfläche mit einer Neigung versehen wird.
Darüber hinaus wurden Dichtungsringe mit keinem konkaven Abschnitt (Vergleichsbeispiel 3: Dichtungsring mit einem rechtwinkligen Querschnitt), mit 4 konkaven Abschnitten, mit 8 konkaven Abschnitten bzw. 16 konkaven Abschnitten auf den Seitenflächen hergestellt.
Während jede dieser Dichtungsringe in der zuvor genannten Ringnut der Welle befestigt wurde, wurde die Ölleckage und die Reibung unter einer Bedingung getestet, bei der die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 2.000 Umdrehungen/Minute, der Öldruck 1,5 MPa und die Öltemperatur 120°C betrugen. 12 zeigt die Testergebnisse.
Wie aus 12 ersichtlich, wurde herausgefunden, dass der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung, welcher konkave Abschnitte an dessen Seitenfläche hatte, die Reibung im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3 reduzieren konnte. Das Beziehung zwischen der Anzahl der konkaven Abschnitte und der Reibung war eine nach unten gekrümmte Kurve. Bei einer Anzahl der konkaven Abschnitte von 4 und 16 wurde die Reibung auf 2/3 der des Vergleichsbeispiels 3 reduziert. Darüber hinaus wurde bei einer Anzahl der konkaven Abschnitte im Bereich von 8 bis 12 eine weitere Reduzierung der Reibung nachgewiesen.
Andererseits hing die Menge an ausgelaufenem Öl des Dichtungsrings der vorliegenden Erfindung mit konkaven Abschnitten nicht von der Anzahl der konkaven Abschnitte ab. In allen Beispielen war die Menge an ausgelaufenem Öl 1/2 oder weniger als bei dem einstufig verjüngten Dichtungsring des Vergleichsbeispiels 2. Aufgrund der zuvor genannten Tatsachen wurde herausgefunden, dass der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Dichtungseigenschaften zur Verfügung stellt, auch wenn sich die Ringnut nach außen hin verbreitert.
Der Dichtungsring gemäß der vorliegenden Erfindung kann unabhängig von der Bearbeitungsgenauigkeit der Wandfläche der Ringnut in der Welle, geringe Reibung und geringe Ölleckage erreichen, die optimal sind.
Somit ist bei Verwendung dieses Dichtungsrings eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei Verwendung eines Produkts, welches einen Dichtungsring aufweist, möglich.
Zusammenfassung
Eine Vielzahl von ersten geneigten Flächen (51) ist an einer Seitenfläche eines Dichtungsrings (5) voneinander beabstandet angeordnet. Die erste geneigte Fläche (51) öffnet sich zu einer Innenumfangsfläche (23) und zur Seitenfläche des Dichtungsrings (5) hin. Ein Säulenabschnitt (54) ist zwischen benachbarten ersten geneigten Flächen (51) vorgesehen. Abschnitte an beiden Enden der ersten geneigten Fläche (51) dienen als konvergierende Abschnitte (52), welche konische, gleichmäßig geneigte Flächen sind, wovon jede zum benachbarten Säulenabschnitt (54) hin konvergiert. Am Säulenabschnitt (54) ist eine zweite geneigte Fläche (57) ausgebildet.

Claims

Dichtungsring (5), der in einer Ringnut (4) befestigt ist, welche an einer Außenumfangsfläche einer Welle (1) vorgesehen ist, wobei der Dichtungsring (5) den Druck eines Öls (8) aufnimmt, welches der Ringnut (4) auf dessen Druckaufnahmeseitenfläche (9) und dessen Innenumfangsfläche (23) zugeführt wird, um durch dessen Kontaktseitenfläche (6), welche der Druckaufnahmeseitenfläche (9) gegenüber liegt und mit einer Wandfläche der Ringnut (7) in Berührung kommt, und durch dessen Außenumfangsfläche (55) eine Abdichtung zu erreichen, wobei zumindest die Kontaktseitenfläche (6) des Dichtungsrings (5) konkave Abschnitte (51, 52), welche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, und Säulenabschnitte (54) zwischen den konkaven Abschnitten (51, 52) aufweist, jeder der konkaven Abschnitte (51, 52) aus einem ersten tiefsten geneigten Abschnitt (51), der in einem Innenumfangsteil der Seitenfläche (6, 9) des Dichtungsrings (5) vorgesehen ist, und aus konvergierenden Abschnitten (52) gebildet wird, welche auf beiden Seiten des tiefsten geneigten Abschnitts (51) in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der erste tiefste geneigte Abschnitt (51) vorgesehen ist, um eine Dicke des Dichtungsrings (5) zum Innenumfang des Dichtungsrings (5) hin zu verringern, und wobei jeder der konvergierenden Abschnitte (52) zu einem dem Innenumfang des Dichtungsrings nächstliegenden Punkt (B) eines benachbarten Säulenabschnitts (54) hin konvergiert, und ein zweiter geneigter Abschnitt (57) auf einer Innenumfangsseite des Säulenabschnitts (54) und des konvergierenden Abschnitts (52) vorgesehen ist, um die Dicke des Dichtungsrings (5) zum Innenumfang (23) des Dichtungsrings (5) hin zu verringern.
Dichtungsring (5) gemäß Anspruch 1, wobei ein Neigungswinkel (α) des ersten tiefsten geneigten Abschnitts (51) in einem Bereich von 8° bis 45° liegt, und eine Größe (L) zwischen einem äußersten Punkt des ersten tiefsten geneigten Abschnittes (51) in radialer Richtung und der Außenumfangsfläche (55) des Dichtungsrings (5) 0,4 mm oder größer ist und gleich oder kleiner als 2/3 der Dicke (a1) des Dichtungsrings (5) ist.
Dichtungsring (5) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Neigungswinkel (β) des zweiten geneigten Abschnitts (57) in einem Bereich von 8° bis 60° liegt, und eine Radialerstreckung (M) des zweiten geneigten Abschnitts (57) in einem Bereich von 1/5 bis 1/2 einer Radialerstreckung (a1-L) von dem Innenumfang (23) des Dichtungsrings (5) bis zu einem äußersten Punkt des ersten tiefsten geneigten Abschnitts (51) ist.
Dichtungsring (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Breite des ersten tiefsten geneigten Abschnitts (51) in Umfangsrichtung 8 bis 50 mal so groß ist wie die Breite des zweiten geneigten Abschnitts (57) in Umfangsrichtung, und eine Anzahl der konkaven Abschnitte (51, 52) in einem Bereich von 4 bis 16 liegt.