JP2004353760A

JP2004353760A - 樹脂製シールリング

Info

Publication number: JP2004353760A
Application number: JP2003152219A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Shimazu; 英一郎島津; Keitaro Emura; 圭太郎江村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP4500007B2

Abstract

【課題】シールリングにウェルド部を有さず、回転軸への組み込みの際に受ける衝撃による破損も防ぐことができる。
【解決手段】相互に対向する合口を有する矩形断面の樹脂製シールリングであって、上記合口および該合口の対向部の３点支持の状態で、シールリングの内径を押し広げるとき、該シールリングに発生するひずみが合口の対向部に発生するひずみより大きくなる領域において、該シールリングの厚みを合口の対向部の厚みよりも薄くする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、無段変速機（ＣＶＴ）などの油圧機構部に使用される射出成形による樹脂製シールリングに関し、特に相手軸への組み込み性に優れた外径２０ｍｍ以下の小型シールリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＡＴ、ＣＶＴなどでは作動油を密封するためのオイルシールリングとして、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂などに、炭素繊維などの補強材や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などの固体潤滑材を配合した材料をリング状に射出成形したものが多用されている。このようなオイルシールリングは、リングの一部がカットされて合口部が設けられており、通常樹脂を注入するゲート部は均一な射出成形体を得るためリングの中央部にあたる合口部の対向部（主に内径面）に設けられている。回転軸への組み込み時には、この合口同士を冶具を用いて拡張して装着される。
【０００３】
樹脂製シールリングを相手軸へ組み付ける装着方法を図４により説明する。
樹脂製シールリング１ａは、テーパー治具４を用いて相手軸５に組み付けられる。樹脂製シールリング１ａの組み付けは、テーパー治具４の小径側４ａから樹脂製シールリング１ａを大径側４ｂまで挿入し、テーパー治具４を相手軸５に嵌挿し、その後に樹脂製シールリング１ａを相手軸５のシールリング設置溝６にテーパー治具４の大径側４ｂから落とし込む方法でなされる。
【０００４】
装着の際、強度的に弱いゲート部からシールリングが破損するおそれがある。特に近年は油圧機構の小型化に伴いシールリングが小型化する傾向にあるため、比較的柔軟な素材を用いても破損しやすくなっている。従来、この問題を解決する手段として、樹脂をカット箇所の一方の端部近傍から注入するもの（特許文献１参照）、また、ゲート位置をカット箇所のリング上での対向位置からずらした位置に設け折損し難くする方法（特許文献２参照）などが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２３３１１０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特許第３２９９４１９号公報（特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法では、ゲート位置からリング両端のカットされている合口部までの流動長およびその体積が同一でないため、流動長の短い方に樹脂の充填を合せると、流動長の長い側で充填不足が生じ、逆に流動長の長い側に合せると、短い側が過充填となりバリが発生しやすいという問題がある。
また、特許文献２のように、回転軸に装着の際の破損を回避する手段として、最大歪みの発生する合口対向部からずらした位置にゲート部を設けたリング状物を成形した後に、合口部を機械加工により作成する方法もあるが、この場合シールリング内に最も強度の劣るウェルド部を有することになる。このようなシールリングは、特にシールリングの外径がφ２０ｍｍ以下の場合、回転軸への組み込みの際に受ける衝撃により、ウェルド部から破損しやすくなる場合がある。
【０００７】
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、シールリングにウェルド部を有さず、回転軸への組み込みの際に受ける衝撃による破損も防ぐことができる樹脂製シールリングの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の樹脂製シールリングは、相互に対向する合口を有する矩形断面の樹脂製シールリングであって、上記合口および該合口対向部の３点支持の状態で、シールリングの内径を押し広げるとき、該シールリングに発生するひずみが上記合口対向部に発生するひずみより大きくなる領域において、該シールリングの外径を保持して、その厚みを合口対向部の厚みよりも薄くすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の樹脂製シールリングは、相互に対向する合口を有する矩形断面の樹脂製シールリングであって、上記相互に対向する合口同士が衝合した合口部を角度１８０度、上記合口対向部を角度０度とした場合、該シールリングの外径を保持して、角度０度をこえて１６５度以下の範囲において、所定の領域のシールリングの厚みを合口対向部の厚みよりも薄くすることを特徴とする。
また、上記所定の領域が角度５〜９０度であることを特徴とする。
また、上記シールリングの厚みが薄くなる領域の中心角が角度２０度以上１３０度以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記シールリングの厚みが薄くなる領域は、合口対向部または該合口の厚みの６０〜９５％の厚みであることを特徴とする。
また、そのシールリングの厚みが薄くなる領域が合口対向部を中心にして左右対称に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
テーパー治具を用いて、一定肉厚のシールリングの内径を押し広げながら相手軸に組み付ける場合に該樹脂製シールリングに発生するひずみ量を有限要素法を用いて構造解析した。その結果、テーパー治具を用いると、樹脂製シールリングは２個の合口および該合口対向部の３点にてテーパー治具の外周面に支持される状態となり、そのとき発生するひずみは、通常ゲート部となる合口対向部よりもひずみの大きい領域が存在することが分かった。そのため、このひずみが大きくなる領域の厚みをゲート部の厚みよりも薄くすることにより、この薄肉とした部分で押し広げられることになる。そのため、シールリング中央部に設けたゲート部からの折損を防ぐことが可能となることが分かった。
【００１２】
また、構造解析の結果を基に実験した結果、相互に対向する合口が衝合したシールリングの合口部を角度１８０度、合口対向部（ゲート部）を角度０度とした場合、該角度０度をこえて１６５度以下の範囲、好ましくは角度５〜９０度において、より好ましくは角度５〜５０度において、または、中心角が角度２０度以上１３０度以下において、所定の領域のシールリングの厚みを合口対向部の厚みよりも薄くすることにより、シールリング中央部に設けたゲート部からの折損を防ぐことができることが分かった。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１３】
また本発明では、シールリングの外径を保持して薄肉化を行なうため、すなわち、シールリングの内径拡大により厚みを薄くするため、シール性を低下させることがない。また、実際に薄肉部に発生する歪量が減少するので、結果として内径拡張量を大きくすることが可能である。
さらに薄肉部を設けたことにより、拡張時にシールリングに蓄えられるエネルギーが小さくなるため、相手軸組み込み時の衝撃力も小さくなるので衝撃割れも防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
テーパー治具を用いて、厚みおよび幅が全円周にわたって変化しないシールリングの内径を押し広げた状態を図１に示す。図１（ａ）は直径方向の断面図を、図１（ｂ）はＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。シールリング１ａは合口２ａ、２ｂおよびゲートとなる該合口対向部３によりテーパー治具４の円周上に３点支持されている。また、シールリング１ａは断面矩形の厚みｔおよび幅ｗが全円周にわたってそれぞれ同一である樹脂製シールリングである。
図１における合口２ａと２ｂとが２ｍｍ開いた状態でのシールリングに発生するひずみの大きさを有限要素法を用いて、シールリング幅ｗが１．４ｍｍ、１．５ｍｍおよび１．６ｍｍの３水準で構造解析した。その結果を図２に示す。
【００１５】
図２の横軸は、図１において、合口２ａ、２ｂを衝合させたときの合口部２の角度を１８０度、その合口対向部３を角度０度と設定した。
ひずみの発生は角度１８０度でのひずみ０から徐々に増大し、約５０〜６０度でピーク値を示し、角度０に向かって減少する。ひずみ発生のこの傾向はシールリング幅ｗを変化させても略同一であった。
【００１６】
本発明は、この結果を基に、シールリングに発生するひずみが合口部の対向部（ゲート部；角度０度）に発生するひずみより大きくなる領域において、該シールリングの厚みを合口対向部の厚みｔよりも薄くする。このように設定することで、テーパー治具を用いてシールリングの内径を押し広げた場合、厚みの薄い部分で内径が主に押し広げられることになり、リング中央部に設けたゲート部からの折損を防ぐことが可能となる。
【００１７】
本発明の樹脂製シールリングの一例を図３を参照して説明する。図３（ａ）はシールリングの平面図を、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
シールリング１は、相互に対向する合口２ａ、２ｂとからなる合口部２を有するリング状で、その断面は厚みｔおよび幅ｗを有する矩形である。合口対向部３に樹脂の注入口となるゲートが形成されている。シールリング１の厚みｔは、円周に沿って厚い部分ｔ_１と、これより薄い部分ｔ_２とからなる。厚い部分ｔ_１は合口部２および合口対向部３の厚みと同じ厚みである。シールリング１の外径Ｒは、厚みｔ_１および厚みｔ_２の部分においても同一である。このため、薄い部分ｔ_２は内径部分を削り取る形状で薄く形成される。この厚みｔ_２が形成される領域は、シールリング１の合口部２の角度を１８０度、この合口対向部３の角度を０度としたとき、角度０度をこえて１６５度以下の範囲、好ましくは角度５〜９０度である。射出成形するときのゲート径は０．５ｍｍ以上の場合が多いので、ゲート部の厚肉部の円周幅ｖを保持するために好ましくは角度５度以上である。また、角度１６５度をこえると相手軸への支持が困難となる。
【００１８】
ゲート部の厚肉部の円周幅ｖは狭いほどシールリングの組み付け時の破損を抑えることができる。このため、角度βは３０度以下が好ましい。３０度をこえると、ゲート部からの破損防止が十分でなくなる。なお、ゲート径の存在により角度βは５度以上が好ましい。
【００１９】
上記角度の範囲内において、シールリングの厚みが薄くなる領域は、その中心角αが角度２０度以上１３０度以下である。中心角αを上記範囲外にすると、軸とシールリングの位置関係を固定できないおそれがあるため、シリンダーに対して軸が偏芯するおそれがある。
【００２０】
図３に示す、樹脂製シールリングにおいて、シールリングの厚みｔを対向部３の厚みよりも薄くする角度の好ましい例としては、角度βが５〜３０度、中心角αが２０度以上８５度以下が挙げられる。
【００２１】
上記シールリングの厚みが薄くなる領域は、合口対向部または該合口部の厚みの６０〜９５％の厚みである。６０％未満の厚みにすると、シールリング面と、軸のリング溝との接触部における接触面圧の増大から異常摩擦を起こすおそれがある。また、形状上オイルシール性を損なう場合もある。
【００２２】
シールリングの厚みが薄くなる領域は合口対向部を中心にして左右対称に設けられる。なお厚みの変化は、ステップ状に変化しても、連続的に変化してもよい。厚みの調整は、シールリングの外径側でなく内径側で行なう。外径側で肉厚調整を行なった場合はオイルシール性を維持できないため使用できなくなる。シールリングの厚みが薄くなる領域の形成は、射出成形による成形でも、または一定肉厚の従来のシールリングから機械加工によって行なわれてもよい。
なお、シールリング合口部の形状はストレートカット、ステップカットなどを採用できるが、オイルシール性能に優れるステップカットが好ましい。
【００２３】
射出成形による場合、ゲート位置は、成形体の中央にあたる合口対向部またはその近傍に設ける。このことにより射出成形時に樹脂の充填アンバランスが生じないため、多数個取りが可能になるなど生産性に優れるため特に好ましい。
またゲート位置を内径側に設けた場合、後加工を不要にできることからより好ましい。
ゲート形式はサイドゲートなどを採用できるが、後加工などを不要にできるピンゲートやサブマリンゲートが好ましい。
【００２４】
本発明は様々なサイズのシールリングに適用可能であるが、特に回転軸への組み込み時に破損が発生しやすい外径φ２０ｍｍ以下のシールリングに適用した場合に有効である。なぜならば内径がφ２０ｍｍをこえるようなシールリングでは、組み込み時に合口対向部に発生するひずみが比較的小さいため、特に破損の問題は発生しないからである。
【００２５】
本発明に用いる樹脂材料は、使用温度において耐熱性と十分な機械的強度を有するものであればよく、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂などのポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）樹脂などのポリイミド樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂などの芳香族系ポリエステル樹脂、４６ナイロン、９Ｔナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂などのポリシアノアリールエーテル樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂やＰＥＥＫ樹脂などの芳香族ポリエーテルケトン系樹脂などが挙げられる、これらの混合物、例えばＰＰＳ樹脂とＰＡＩ樹脂のポリマーアロイやＰＥＥＫ樹脂とポリベンゾイミダゾール樹脂の複合樹脂なども用いることができる。
これらの中で最も好ましいものとしてはＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＫ樹脂、ＴＰＩ樹脂が挙げられる。
【００２６】
また、必要に応じて上記樹脂材料に、炭素繊維（ＣＦ）やガラス繊維などの繊維状補強材、球状シリカや球状炭素などの球状充填材、マイカやタルクなどの鱗状補強材、チタン酸カリウムウィスカなどの微小繊維補強材を配合でき、また、ＰＴＦＥ樹脂、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材、さらにはリン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの摺動補強材も配合できる。これらは単独で配合することも、組み合せて配合することもできる。
【００２７】
【実施例】
実施例１〜実施例４、比較例１〜比較例４
ＰＥＥＫ樹脂（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製ＰＥＥＫ１５０Ｐ）７０重量％に、炭素繊維（ＣＦ）（東邦レーヨン社製ＨＴＡ−ＣＭＦ−０１６０−０Ｈ）を１５重量％、喜多村社製ＰＴＦＥＫＴＬ−６１０を１５重量％配合し、ヘンシェルミキサーを用いて混合後、二軸混練によりペレット化した射出成形用樹脂を原料として用いた。
表１に示す形状に加工した金型を用いて射出成形により図３に示す薄肉部を左右対称に有する形状のシールリングを得た。なお、各実施例および各比較例に用いたゲート径は０．６ｍｍである。
【００２８】
長さ３０ｃｍ、小径側直径１１ｍｍ、大径側直径１７．５ｍｍのテーパー状冶具を用いた内径拡張量測定にて、得られたシールリングの評価を行なった。評価測定はシールリングを小径側から挿入し、シールリングが破断または亀裂発生した時点での内径寸法とした。また、実際の量産組み込み工程においても外径１５ｍｍのシールリングでは、１５．３ｍｍ程度以上拡張しないものは組み込めない場合が多いため、合否判定としては、内径拡張径が１５．５ｍｍ以上に達したものを○、達しなかったものを×とした。結果を表１に示す。なお、表１において、通常部厚みとは図３におけるｔ_１を、薄肉部厚みとは図３におけるｔ_２をそれぞれ表す。
【００２９】
【表１】

表１に示すように、各実施例は、シールリングの内径を押し広げて１５．５ｍｍに達しても破断しなかった。
【発明の効果】
本発明の樹脂製シールリングは、シールリングの内径を押し広げるとき、該シールリングに発生するひずみをゲート部に発生するひずみより大きくなる領域において、該シールリングの厚みを薄くするので、回転軸への組み込み工程における破損を防ぐことができる。特にシールリングの外径がφ２０ｍｍ以下の場合であっても破損を防ぐことができるので組み込み工程の生産性を向上できる。
また、ゲート部を合口対向部に設けることができ、かつゲート部から左右対称形状に設計できるので、成形時に樹脂充填のアンバランスが発生せず、またウェルド部が発生しないため、シールリングの品質および生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シールリングの内径を押し広げた状態を示す図である。
【図２】シールリングに発生するひずみの大きさを表す図である。
【図３】樹脂製シールリングの一例を示す図である。
【図４】シールリングを相手軸へ組み付ける装着方法を示す図である。
【符号の説明】
１シールリング
２合口部
３合口対向部
４テーパー治具

Claims

相互に対向する合口を有する矩形断面の樹脂製シールリングであって、
前記合口および該合口対向部の３点支持の状態で、前記シールリングの内径を押し広げるとき、該シールリングに発生するひずみが前記合口対向部に発生するひずみより大きくなる領域において、該シールリングの外径を保持して、その厚みを前記合口対向部の厚みよりも薄くすることを特徴とする樹脂製シールリング。
相互に対向する合口を有する矩形断面の樹脂製シールリングであって、
前記相互に対向する合口同士が衝合した合口部を角度１８０度、前記合口対向部を角度０度とした場合、該シールリングの外径を保持して、角度０度をこえて１６５度以下の範囲において、所定の領域のシールリングの厚みを前記合口対向部の厚みよりも薄くすることを特徴とする樹脂製シールリング。
前記所定の領域が角度５〜９０度の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の樹脂製シールリング。
前記シールリングの厚みが薄くなる領域の中心角が角度２０度以上１３０度以下であることを特徴とする請求項２記載の樹脂製シールリング。
前記シールリングの厚みが薄くなる領域は、前記合口対向部または前記合口部の厚みの６０〜９５％の厚みであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の樹脂製シールリング。
前記シールリングの厚みが薄くなる領域は前記合口対向部を中心にして左右対称に設けられていることを特徴とする請求項５記載の樹脂製シールリング。