JP2014202221A - シールリング及び密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】組み付け時におけるかじりを防止でき、且つ流体圧を好適に保持できるシールリング及び密封構造を提供する。
【解決手段】軸孔を有するハウジングと、軸孔に挿入される軸との間の環状隙間40を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝21に装着されるシールリング1であって、シールリング1は、流体圧の無負荷時に、環状溝21と対向する他方の部材30との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、流体圧によって、環状溝21の側壁面21aに圧接されると共に、圧接部位を支点として他方の部材側に傾斜して、環状隙間40を密封するように構成されていることを特徴とするシールリングによって解決される。
【選択図】図1

Description

本発明は、シールリング及び密封構造に関し、詳しくは、軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸との環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着されるシールリング及び密封構造に関する。

例えば自動車の自動変速機などが有する油圧回路中の油圧を保持するために、樹脂製の環状体からなるシールリングが用いられている（特許文献１）。

図６は従来技術に係るシールリングを備えた密封構造を示す断面図である。

図示の密封構造は、軸孔を有するハウジング１３０と、該軸孔に挿入される軸１２０と、該ハウジング１３０と該軸１２０との間の環状隙間１４０を流体から密封するべく、軸１２０に形成された環状溝１２１に装着されるシールリング１０１とにより構成されている。

図６（Ａ）は、油圧の無負荷時における密封構造の状態を示している。

シールリング１０１は、断面が矩形状に形成され、シールリング１０１の側面１１３は、軸方向と垂直に設けられている。一方、環状溝１２１も断面が矩形状であり、その側壁面１２１ａは、軸方向と垂直に設けられている。つまり、シールリング１０１の側面１１３と、環状溝１２１の側壁面１２１ａとは平行である。

図６（Ｂ）は、油圧の負荷時における密封構造の状態を示している。図中左側から右側へ油圧が負荷されると、シールリング１０１は低圧側（図中右側）に押圧されるため、シールリング１０１の側面１１３が、環状溝１２１の側壁面１２１ａを押圧してシールし、また、シールリング１０１の上面１１１が、環状溝１２１に対向するハウジング１３０との間をシールする。このようにして、環状隙間１４０が密封される。

特開２００１−１４１０６５号公報

このような密封構造においては、シールリング１０１の外径と、ハウジング１３０の内径の差（即ち、シールリング１０１と、環状溝１２１に対向するハウジング１３０との間の間隙）が大きくなると、油圧の負荷時に、該隙間から油圧の漏れ（吹き抜け）が発生し、所定の圧力を保持することが困難になる。

吹き抜け対策として、例えばシールリング１０１の外径を大きくして、隙間を小さくすることが考えられる。しかし、隙間を小さくした場合は、密封構造の組み付け時、即ち、シールリング１０１が装着された軸１２０を、ハウジング１３０内に挿入する際に、シールリング１０１をかじる危険性がある。

したがって、シールリング１０１の外径を、ハウジング１３０の内径よりも小さくし、且つ隙間が小さくなるようにハウジング１３０の内径に近い大きさにすることが考えられるが、高い加工精度が要求されることなどから、更なる改良の余地があった。

そこで、本発明の課題は、組み付け時におけるかじりを防止でき、且つ流体圧を好適に保持できるシールリング及び密封構造を提供することにある。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着されるシールリングであって、
前記シールリングは、流体圧の無負荷時に、前記環状溝と対向する他方の部材との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として前記他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封するように構成されていることを特徴とするシールリング。

２．流体圧の無負荷時に、前記シールリングにおける前記環状溝の側壁面側の面と、前記環状溝の側壁面とが、前記環状溝の溝底側から前記他方の部材側に向かうにつれて離間しており、流体圧の負荷時に、前記シールリングは、前記離間を埋めるように傾斜することを特徴とする前記１記載のシールリング。

３．流体圧の無負荷時に、前記シールリングにおける前記環状溝の側壁面側の面は、軸方向に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする前記１又は２記載のシールリング。

４．前記環状溝の前記側壁面は、軸方向に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする前記１〜３の何れかに記載のシールリング。

５．軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸と、該ハウジングと該軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着されるシールリングと、により構成された密封構造であって、
前記シールリングは、流体圧の無負荷時に、前記環状溝と対向する他方の部材との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として前記他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封するように構成されていることを特徴とする密封構造。

本発明によれば、組み付け時におけるかじりを防止でき、且つ流体圧を好適に保持できるシールリング及び密封構造を提供することができる。

本発明に係るシールリングを備えた密封構造の一例を示す断面図 本発明に係るシールリングを備えた密封構造の他の例を示す断面図 本発明に係るシールリングを備えた密封構造の更なる他の例を示す断面図 環状溝の側壁面を傾斜させた態様の一例を示す断面図 環状溝の側壁面を傾斜させた態様の他の例を示す断面図 従来技術に係るシールリングを備えた密封構造を示す断面図

以下、本発明の実施の形態について詳述する。

本発明に係るシールリングは、軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着される。

本発明において、シールリングは、流体圧の無負荷時に、前記環状溝と対向する他方の部材の面との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として前記他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封するように構成されている。

すなわち、シールリングは、流体圧が負荷しない無負荷時には、当該シールリングと他方の部材との間に間隙を有するため、組み付け時におけるかじりを防止できる。また、シールリングは、流体圧の負荷時には、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封することにより、該流体圧を好適に保持できる。従って、組み付け時におけるかじりを防止でき、且つ流体圧を好適に保持できる。

本発明に係るシールリングは、これが装着される環状溝との関係で、様々な形態とすることができる。

図１は、本発明に係るシールリングを備えた密封構造の一例を示す断面図である。

図中、１はシールリングであり、シールリング１は、軸又はハウジングのうちの一方の部材２０と、他方の部材３０との間に形成された環状隙間４０を密封するべく、一方の部材２０に形成された環状溝２１内に装着される。ここでは、一方の部材２０が軸、他方の部材３０がハウジングであり、環状溝２１が、一方の部材２０の外周面に凹設される場合を例示する。

なお、以下に図示する全ての態様において、流体圧は環状隙間４０を図中左側から右側に向けて作用するものとする。また、図中左側のことを高圧側、右側のことを低圧側という場合がある。

環状溝２１は、低圧側の側壁面２１ａ、高圧側の側壁面２１ｂ及び溝底面２１ｃとを有している。ここでは、側壁面２１ａ及び２１ｂは、軸方向に対して垂直に設けられている。

ここに示すシールリング１は、断面が台形状であり、上面（台形の上底に相当）１１が他方の部材３０側に、下面（台形の下底に相当）１２が環状溝２１の溝底面２１ｃ側に配向されている。１３は、シールリング１の低圧側の面（台形の一方の脚に相当）であり、１４は、シールリング１の高圧側の面（台形の他方の脚に相当）である。また、下面１２の両端にある２つの内角（台形の底角に相当）は、共に鋭角である。シールリング１の低圧側の面１３は、軸方向と垂直な方向に対して傾斜するように設けられている。

シールリング１は、流体圧の無負荷状態で、図１（Ａ）に示すように、他方の部材３０に当接せず、間隙Ｓを形成するようになっている。そのため、一方の部材２０を他方の部材３０に組み付けする際に、一方の部材２０の環状溝２１にシールリング１が装着された状態であっても、シールリング１をかじることが防止される。

また、シールリング１の低圧側の面１３は、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに対して傾斜しており、環状溝２１の溝底側から他方の部材３０側に向かうにつれ、両面間が離間するように設けられている。

シールリング１は、流体圧の負荷時には、図１（Ｂ）に示すように、該流体圧によって、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接されると共に、圧接部位を支点として傾斜し、環状隙間４０を密封する。

つまり、流体圧を受けたシールリング１は、まず、低圧側の面１３の下端に位置する端部Ｐが、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接される。次いで、シールリング１の全体が、圧接部位である端部Ｐを支点として、他方の部材３０側に向けて傾斜する。この傾斜は、上述した間隙Ｓの存在により許容されるものであり、シールリング１の低圧側の面１３と、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａとの間の上述した離間を埋めるように進行する。

この傾斜によって、上面１１の高圧側の端部Ｑが、他方の部材３０に密着（線接触）され、密着部Ｃ１を形成することで、間隙Ｓが密封される。

また、ここでは、傾斜されたシールリング１が、低圧側の面１３により、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａと面で圧接して密着部Ｃ２を形成している。

これら密着部Ｃ１及びＣ２によって、環状隙間４０が密封され、流体圧が保持される。

図１（Ｂ）の状態から、流体圧の負荷が解除されると、シールリング１の傾斜は解除され、再び図１（Ａ）に示したような状態を形成する。

本発明において、シールリング１が傾斜する際の支点の位置は、シールリング１の低圧側の面１３において下面１２の近傍に形成されることが好ましい。具体的には、流体圧の無負荷時において、軸と垂直方向におけるシールリング１の幅の中心よりも下面１２側に支点が形成されることが好ましい。これにより、シールリング１の全体が、該支点により、他方の部材３０側に向けて安定に傾斜するようになる。支点の位置は、流体圧の無負荷時におけるシールリング１において、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａから最も近い位置に配置される部位の位置に対応し、この部位が低圧側に突出するように設けられることが好ましい。

図２は、本発明に係るシールリングを備えた密封構造の他の例を示す断面図である。

ここに示すシールリング１は、上面１１が、高圧側から低圧側にかけて湾曲する凸状の曲面により形成されている。

シールリング１は、流体圧の無負荷時には、図２（Ａ）に示すように、他方の部材３０との間に間隙Ｓを形成している。流体圧の負荷時には、図２（Ｂ）に示すように、該流体圧によって、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接されると共に、間隙Ｓを密封するように傾斜する。ここでは、密着部Ｃ１は、曲面からなる上面１１と、他方の部材３０との密着（線接触）により形成されている。

図３は、本発明に係るシールリングを備えた密封構造の更なる他の例を示す断面図である。

ここに示すシールリング１は、低圧側の面１３及び高圧側の面１４が、環状溝２１の溝底側から他方の部材３０側にかけて湾曲する凸状の曲面により形成されている。

シールリング１は、流体圧の無負荷時には、図３（Ａ）に示すように、他方の部材３０との間に間隙Ｓを形成している。流体圧の負荷時には、図３（Ｂ）に示すように、該流体圧によって、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接されると共に、間隙Ｓを密封するように傾斜する。

このシールリング１の傾斜は、低圧側の面１３が曲面により形成されていることにより、支点（圧接部位）の位置を変化させながら生じる。まず、端部Ｐを支点として傾斜が開始され、その後の傾斜において、支点の位置は、低圧側の曲面１３’上を、他方の部材３０側向けて移動する。密着部Ｃ２は、低圧側の曲面１３’における支点の部分と、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａとの密着（線接触）により局所的に形成される。

以上の説明では、シールリングが装着される環状溝の側壁面２１ａが、軸方向に垂直である場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、環状溝の側壁面２１ａを、軸方向に垂直な面に対して傾斜させることも好ましいことである。

図４は、環状溝の側壁面を傾斜させた態様の一例を示す断面図である。

図示の例において、環状溝２１の側壁面２１ａ及び２１ｂは、軸方向と垂直な方向に対して傾斜するように設けられた平面からなり、溝底面２１ｃ側から他方の部材３０側に向かうにつれて、側壁面２１ａ及び２１ｂ間の間隔が広くなっている。

ここに示すシールリング１は、図１に示したものと同様であり、流体圧の無負荷時には、図４（Ａ）に示すように、他方の部材３０との間に間隙Ｓを形成している。

シールリング１の低圧側の面１３は、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに対して傾斜しており、環状溝２１の溝底側から他方の部材３０側に向かうにつれ、両面間が離間するように設けられている。

シールリング１は、流体圧の負荷時には、図４（Ｂ）に示すように、該流体圧によって、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接されると共に、圧接部位を支点として傾斜し、環状隙間４０を密封する。

つまり、流体圧を受けたシールリング１は、まず、低圧側の面１３の下端に位置する端部Ｐが、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接される。次いで、シールリング１の全体が、圧接部位である端部Ｐを支点として、他方の部材３０側に向けて傾斜する。この傾斜は、上述した間隙Ｓの存在により許容されるものであり、シールリング１の低圧側の面１３と、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａとの間の上述した離間を埋めるように進行する。

この傾斜によって、上面１１の高圧側の端部Ｑが、他方の部材３０に密着（線接触）され、密着部Ｃ１を形成することで、間隙Ｓが密封される。

また、ここでは、傾斜されたシールリング１が、低圧側の面１３により、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａと面で圧接して密着部Ｃ２を形成している。

これら密着部Ｃ１及びＣ２によって、環状隙間４０が密封され、流体圧が保持される。

図４（Ｂ）の状態から、流体圧の負荷が解除されると、シールリング１の傾斜は解除され、再び図４（Ａ）に示したような状態を形成する。

図５は、環状溝の側壁面を傾斜させた態様の他の例を示す断面図である。

図示の例において、環状溝２１の側壁面２１ａ及び２１ｂは、軸方向と垂直な方向に対して傾斜する凸状の曲面として設けられており、溝底面２１ｃ側から他方の部材３０側に向かうにつれて、側壁面２１ａ及び２１ｂ間の間隔が広くなるように湾曲している。

シールリング１は、図１に示したものと同様であり、流体圧の無負荷時には、図５（Ａ）に示すように、他方の部材３０との間に間隙Ｓを形成している。流体圧の負荷時には、図５（Ｂ）に示すように、該流体圧によって、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａに圧接されると共に、間隙Ｓを密封するように傾斜する。

このシールリング１の傾斜は、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａが曲面により形成されていることにより、支点（圧接部位）の位置を変化させながら生じる。まず、端部Ｐを支点として傾斜が開始され、その後の傾斜において、支点の位置は、低圧側の面１３上を、他方の部材３０側向けて移動する。密着部Ｃ２は、低圧側の面１３における支点の部分と、環状溝２１の低圧側の側壁面２１ａとの密着（線接触）により局所的に形成される。

図４及び図５に示したような環状溝２１の側壁面２１ａを傾斜させた態様において、シールリング１の形態を、図２及び図３を参酌して説明したものとすることも好ましいことである。

以上の説明では、傾斜したシールリング１が、他方の部材３０と、密着部Ｃ１で線接触する例について示した。本発明において、特に一方の部材２０と他方の部材３０とが、軸方向に相対移動する場合、あるいは軸を中心として相対回転する場合には、密着部Ｃ１が他方の部材３０と摺動されることになる。このような場合において、密着部Ｃ１が線接触であることは、摺動抵抗を減らす観点でも好ましいことである。なお、本明細書では、便宜上「線接触」という表現を用いているが、より厳密には、僅かな幅を有する面での接触ということもできる。

また、本発明に係るシールリング１は、流体圧を利用して傾斜する機能を有するため、特に、流体の吹き抜けが生じやすい高圧の負荷時において密着部Ｃ１の密着力が増し、流体の吹き抜けが比較的生じにくい低圧の負荷時において密着部Ｃ１の密着力が比較的弱まる。これにより、必要最小限の密着力で他方の部材３０と密着させることが可能となる。このことも、摺動抵抗を減らすことに寄与する。

本発明では、流体圧の負荷時に、シールリング１を傾斜させることによって間隙Ｓが封鎖される。従って、間隙Ｓの大きさの設定に際して、流体の吹き抜けを考慮する必要性が低く、設定の自由度が高い。そのため、製造時において、必ずしも高い加工精度が要求されることがない。また、間隙Ｓを大きめに設定することが許容されるため、上述した組み付け時におけるかじりを好適に防止できる。

以上の説明では、流体圧の無負荷時におけるシールリング１及び環状溝２１のそれぞれの断面形状が、低圧側と高圧側で線対象である場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、流体圧の無負荷状態において、シールリング１及び環状溝２１の高圧側が、シールリング１を傾斜させるための支点を形成可能に構成され、且つ、シールリング１の他方の部材３０側が、流体圧の無負荷時に間隙Ｓを形成し、負荷時の傾斜によって他方の部材３０と密着可能（間隙Ｓを封鎖可能）に構成されていれば、シールリング１及び環状溝２１に任意の形状を付与することができる。

以上の説明では、環状溝２１を軸（一方の部材）２０の外周面に設けて、シールリング１の外周面側を上面１１としてハウジング（他方の部材）３０と対向させる構成を示したが、本発明は、これに限定されず、環状溝をハウジング（一方の部材）の内周面に設けて、シールリングの内周面側を上面として軸（他方の部材）と対向させる構成にも好適に用いることができる。

本発明において、シールリング１の材質は格別限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリアミド（ナイロン）等の樹脂によって形成することが好ましい。

１：シールリング
１１：上面
１２：下面
１３：低圧側の面
１４：高圧側の面
２０：一方の部材（軸又はハウジング）
２１：環状溝
３０：他方の部材（ハウジング又は軸）
４０：環状隙間
Ｓ：間隙

Claims (5)

1. 軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着されるシールリングであって、
   前記シールリングは、流体圧の無負荷時に、前記環状溝と対向する他方の部材との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として前記他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封するように構成されていることを特徴とするシールリング。
2. 流体圧の無負荷時に、前記シールリングにおける前記環状溝の側壁面側の面と、前記環状溝の側壁面とが、前記環状溝の溝底側から前記他方の部材側に向かうにつれて離間しており、流体圧の負荷時に、前記シールリングは、前記離間を埋めるように傾斜することを特徴とする請求項１記載のシールリング。
3. 流体圧の無負荷時に、前記シールリングにおける前記環状溝の側壁面側の面は、軸方向に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は２記載のシールリング。
4. 前記環状溝の前記側壁面は、軸方向に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のシールリング。
5. 軸孔を有するハウジングと、該軸孔に挿入される軸と、該ハウジングと該軸との間の環状隙間を流体から密封するべく、軸又はハウジングのうちの一方の部材に形成された環状溝に装着されるシールリングと、により構成された密封構造であって、
   前記シールリングは、流体圧の無負荷時に、前記環状溝と対向する他方の部材との間に間隙を形成し、流体圧の負荷時に、該流体圧によって、前記環状溝の側壁面に圧接されると共に、圧接部位を支点として前記他方の部材側に傾斜して、前記環状隙間を密封するように構成されていることを特徴とする密封構造。

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