JP2018162823A - シールリング - Google Patents

Abstract

【課題】低オイルリーク性を維持しつつ、優れた低トルク性を有するシールリングを提供する。【解決手段】シールリング１は、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止する合成樹脂製のシールリングであり、少なくとも環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面２の外径側端部に、リング全周にわたり該側壁面との非接触部となるヌスミ部３を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、オートマチックトランスミッション（以下、ＡＴと記す）や無段変速機（以下、ＣＶＴと記す）など、油圧作動油などの流体の流体圧を利用した機器において、該流体を封止するために使用される樹脂製のシールリングに関する。

自動車のＡＴ、ＣＶＴなどの機器では、作動油を密封するためのオイルシールリングが要所に取り付けられている。例えば、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた対の離間した環状溝に取り付けられ、両環状溝間にある油路から供給される作動油を両シールリングの側面と内周面で受け、反対側の側面と外周面とで環状溝の側壁とハウジング内周面とをシールする。シールリングにおける各シール面は、環状溝の側壁、ハウジング軸孔内周面とそれぞれ摺動接触しつつ、両シールリング間の作動油の油圧を保持している。ＡＴやＣＶＴでは、樹脂製のシールリングが複数個使用されている。シールリングのトルクを低減すると、変速機の効率が向上して省エネルギーとなる。また、オイルリークを抑えると、油圧ポンプの高効率化、小型化を図ることが可能になり、省エネルギー化となる。このため、この種のシールリングには燃費向上などの目的で、摩擦損失が少なく低トルクであり、かつ充分なオイルシール性を有することが要求される。

従来、このようなシールリングとして、図５に示すような特許文献１のシールリングが提案されている。図５は該シールリングの斜視図である。図５に示すように、このシールリング１１は、合成樹脂製であり、摺動面となるリング側面１１ａの内径側端部に、環状溝の側壁面との非接触部となる、リング周方向に沿ったＶ字状の凹部１２を有している。この凹部１２に作動油が導入され、摺動面間の面圧を軽減するように動圧を発生させている。

特開２０１５−２８３８２号公報

特許文献１のシールリングは、回転時での動圧による油膜形成効果が期待でき、低トルク性に優れる。しかし、近年、自動車における燃費向上は重要な課題とされており、燃費基準は今後益々厳しくなることが予想される。このため、シールリングには、オイルシールを抑制しつつ、より一層トルクを低減することが求められている。

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あり、低オイルリーク性を維持しつつ、優れた低トルク性を有するシールリングを提供することを目的とする。

本発明のシールリングは、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ上記軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングであって、該シールリングは、合成樹脂製であり、少なくとも上記環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の外径側端部に、リング全周にわたり該側壁面との非接触部となるヌスミ部を有することを特徴とする。

上記ヌスミ部の内径は、上記環状溝の最外径よりも小さいことを特徴とする。

上記シールリングは、少なくとも上記環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の内径側端部に、上記側壁面との非接触部となる潤滑溝を有することを特徴とする。また、上記潤滑溝は、リング周方向で離間して複数個設けられていることを特徴とする。また、上記ヌスミ部の上記リング側面からの深さは、上記潤滑溝の同リング側面からの深さよりも浅いことを特徴とする。

上記合成樹脂がポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す）樹脂であることを特徴とする。

本発明のシールリングは、ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止する合成樹脂製のシールリングであり、少なくとも環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の外径側端部に、リング全周にわたり該側壁面との非接触部となるヌスミ部を有するので、回転軸の環状溝との接触面積を小さくでき、面圧の増加により摩擦係数を下げることができる。この結果、該ヌスミ部がない場合と比較して低トルクとなる。また、ヌスミ部は、リング側面の外径側端部に設けられ、このヌスミ部よりも内径側のリング側面（摺動面）で環状溝に密着するので、低オイルリーク性を維持できる。

ヌスミ部の内径が、環状溝の最外径よりも小さいので、確実に回転軸の環状溝との接触面積を小さくでき、低トルクとすることができる。また、リング側面と環状溝のエッジ部との摺接を避けることができ、摩耗を抑制できる。

シールリングは、少なくとも環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の内径側端部に、該側壁面との非接触部となる潤滑溝を有するので、密封流体である作動油などが潤滑溝を介して摺動面に適度に流出しやすく、より低トルクとすることができる。また、この潤滑溝は、リング周方向で離間して複数個設けられているので、隣り合う潤滑溝同士の間も摺動面（シール面）となり、安定して環状溝の側壁面と摺動できる。

ヌスミ部のリング側面からの深さが、潤滑溝の深さよりも浅いので、ヌスミ部と潤滑溝による上記効果を十分に享受しつつ、使用時におけるリングの変形なども防止できる。

シールリングを構成する合成樹脂がＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂であるので、曲げ弾性率、耐熱性などに優れ、溝に組み込む際に拡径しても割れることがなく、シールする作動油の油温が高くなる場合でも使用できる。

本発明のシールリングの一例を示す平面図と断面図である。 図１のシールリングの一部拡大斜視図である。 図１のシールリングを環状溝に組み込んだ状態を示す断面図である。 図１のシールリングの一部をリング内径側から見た図である。 従来のシールリングの一例を示す図である。

本発明のシールリングの一例を図１〜図３に基づいて説明する。図１（ａ）はシールリングの平面図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図であり、図２はシールリングの一部拡大斜視図である。また、図３は、このシールリングを油圧装置の環状溝に組み込んだ状態の断面図である。図１および図２に示すように、シールリング１は、樹脂組成物の成形体であり、一箇所の合い口５を有する断面が略矩形の環状体である。リングの両側面２の外径側端部に、リング全周にわたり該側壁面との非接触部となるヌスミ部３を有する。また、リングの両側面２の内径側端部には、複数の潤滑溝４を有する。この潤滑溝４は、リング周方向に沿ったＶ字状の凹部である。リング内周面１ｂとリングの両側面２（潤滑溝４を含む）との角部は直線状、曲線状の面取りが設けられていてもよく、シールリングを射出成形で製造する場合、該部分に金型からの突出し部分となる段部１ｃを設けてもよい。

図３に示すように、シールリング１は、ハウジング７の軸孔７ａに挿通される回転軸６に設けられた環状溝６ａに装着される。図中の矢印が作動油からの圧力が加わる方向であり、図中右側が非密封流体側である。シールリング１は、そのリング側面２で、環状溝６ａの非密封流体側の側壁面６ｂに摺動自在に接触している。また、その外周面１ａで軸孔７ａの内周面に接触している。このシール構造により、回転軸６と軸孔７ａとの間の環状隙間を封止している。また、作動油は用途に応じた種類が適宜用いられる。本発明では、油温として３０〜１５０℃程度、油圧として０．５〜３．０ＭＰａ程度、回転軸の回転数として１０００〜７０００ｒｐｍ程度の条件を主に想定している。

シールリング１は、一箇所の合い口５（図２等参照）を有するカットタイプのリングであり、弾性変形により拡径して環状溝６ａに装着される。シールリング１は、合い口５を有することから、使用時において作動油の油圧によって拡径されて、外周面１ａが軸孔７ａの内周面と密着する。合い口５の形状については、ストレートカット型、アングルカット型などにすることも可能であるが、シール性に優れることから、図２に示す複合ステップカット型を採用することが好ましい。

ヌスミ部３について説明する。図３に示すように、シールリング１は、一方のリング側面２が環状溝６ａの側壁面６ｂとの摺動面となり、このリング側面（摺動面）２のリング外径側端部に、側壁面６ｂとの非接触部となるヌスミ部３が形成されている。このヌスミ部３は、いわゆる肉ぬすみ部であり、リング側面２における凹部として形成されている。ヌスミ部３を設けることで、摺動相手となる環状溝６ａの側壁面６ｂとの接触面積を小さくすることができる。ここで、樹脂の特徴として面圧依存性があり、面圧が高くなると摩擦係数が下がる。シールリングにおいて、上記のとおり環状溝との接触面積を小さくすることで、摺動面における面圧としては大きくなり、上記特性により該摺動面での摩擦係数を下げることができる。また、ヌスミ部３は、シールリング１の外周面１ａ側に開放した形状であり、ハウジング７の軸孔７ａとの非接触部にもなる。

ヌスミ部３は、その径方向断面が矩形とされており、リング両側面２からの深さ（リング幅方向）と、リング外周面１ａからの深さ（リング径方向）は、それぞれリング全周にわたり一定である。ここで、ヌスミ部３の内径、すなわち、ヌスミ部３のリング径方向下端における径は、環状溝６ａの最外径よりも小さいことが好ましい。なお、環状溝６ａの最外径は、回転軸６の外径（外周面６ｃの径）と等しい。これにより、シールリングの摩擦特性において重要となる、摺動面の接触面積を確実に小さくすることができる。

ヌスミ部３のリング径方向の長さ（ヌスミ部の外径−ヌスミ部の内径）は、リング総厚みの１０〜５０％とすることが好ましい。なお、潤滑溝４を併せて設ける場合は、これに干渉しない長さとする。ヌスミ部３の摺動面からの深さｄは、リング総幅の４５％以下とすることが好ましく、３０％以下とすることが更に好ましい。なお、ここでの「深さ」は、ヌスミ部をリングの両側面に形成する場合には、各側面のヌスミ部の深さを合計したものである。リング総幅の４５％をこえる場合、リング変形などのおそれがある。

潤滑溝４について説明する。本発明において潤滑溝４は必須ではないが、上記ヌスミ部３と併せて設けることが好ましい。潤滑溝４を設けることで、密封流体である作動油が潤滑溝を介して摺動面に適度に流出しやすくなる。摺動面に密封流体である作動油が流出することで、該摺動面で油膜を形成でき、トルクおよび摩耗の低減が図れる。特に、本発明のシールリングでは、ヌスミ部の形成により摺動面の面積が小さく面圧が高くなり、摺動面での条件が厳しくなるため、潤滑溝を併せて設けることが有効である。

図１に示すように、潤滑溝４はリング周方向で離間して複数個設けることが好ましい。隣り合う潤滑溝同士の間のリング側面２が摺動面の一部を構成する。潤滑溝もヌスミ部と同様にリング全周にわたり設ける場合では、摺動面が潤滑溝とヌスミ部の間のみとなり、使用条件によっては変形などのおそれがある。これに対して、上記のとおり、離間して複数個設けることで、隣り合う潤滑溝同士の間にも摺動面が形成され、安定して環状溝の側壁面と摺動できる。使用時には、この隣り合う潤滑溝同士の間の摺動面においても油膜を形成できる。

図４に図１のシールリングの一部をリング内径側から見た図を示す。図４に示すように、この形態の潤滑溝４は、リング周方向に沿ったＶ字状の凹部である。リングの側面２の一方が環状溝との摺動面である。潤滑溝４の摺動面からの深さは、潤滑溝４のリング周方向の端部以外に最深部４ｃがあり、最深部４ｃからリング周方向の両端部に向けて浅くなる。すなわち、リング周方向で摺動面に近い領域程浅くなる。また、潤滑溝４の摺動面からの深さは、リング径方向には一定である。図４に示す例では、潤滑溝４の底面は、摺動面（リングの側面２）から、幅方向中央側に向けてリング周方向に沿って傾斜した平面４ａと平面４ｂとから構成される。

潤滑溝４のそれぞれのリング周方向の長さは、個数に応じて、リング全周の約３〜２０％とすることが好ましい。潤滑溝のリング径方向の長さは、ヌスミ部に干渉しない長さで、かつ、リング総厚みの１０〜４５％とすることが好ましい。また、潤滑溝４の摺動面からの深さＤは、深さが変動する溝では最大でリング総幅の４５％以下とすることが好ましく、３０％以下とすることが更に好ましい。なお、ここでの「深さ」は、潤滑溝をリングの両側面に形成する場合には、各側面の潤滑溝の深さを合計したものである。リング総幅の４５％をこえる場合、リング変形などのおそれがある。

ヌスミ部３と潤滑溝４とはその機能が異なる。すなわち、ヌスミ部３は、樹脂の面圧依存性を利用して、環状溝との非接触面積を増加させることが目的であり、これが達成できればよく、リング強度などを考慮して極力少ない均一な肉ぬすみとすることが好ましい。一方で、潤滑溝４は、作動油などの流入性を確保する必要がある。これらを勘案して、ヌスミ部３のリング側面（摺動面）からの深さｄは、リング全周にわたり一定とし、潤滑溝４の（最大）深さＤよりも浅くすることが好ましい。また、このような関係を満たした上で、それぞれを上記好適範囲とすることが好ましい。

また、同側のリング側面において、ヌスミ部３と潤滑溝４とは干渉しない大きさとする。図１に示す形態のヌスミ部３と潤滑溝４は、いずれもリングの円周方向に沿った形状であり、ヌスミ部３の内径と潤滑溝４の外径とがリング全周にわたり一定の距離を保っている。ヌスミ部３の内径と潤滑溝４の外径との間は摺動面となるため、該部分の変形などを抑制するため、上記距離はリング総厚みの１０％以上とすることが好ましい。具体的には、例えば０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。

本発明のシールリングは、上述のとおり合成樹脂の成形体とする。使用できる合成樹脂としては、例えば、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）樹脂等のフッ素樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられる。なお、これらの樹脂は単独で使用しても、２種類以上混合したポリマーアロイとしてもよい。

ヌスミ部、潤滑溝、複合ステップカットの合い口などを有するシールリングの製造が容易であり低コストであること、機械加工された場合より回転トルクが低く安定すること等から、シールリングは合成樹脂を射出成形してなる射出成形体にすることが好ましい。このため、合成樹脂としては、射出成形が可能である熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。その中でも特に、摩擦摩耗特性、曲げ弾性率、耐熱性、摺動性などに優れることから、ＰＥＥＫ樹脂またはＰＰＳ樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は高い弾性率を有し、溝に組み込む際に拡径しても割れることがなく、シールする作動油の油温が高くなる場合でも使用でき、また、ソルベントクラックの心配もない。

また、必要に応じて上記合成樹脂に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド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る。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剤、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの摺動補強材、カーボンブラックなども配合できる。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。特に、ＰＥＥＫ樹脂またはＰＰＳ樹脂に、繊維状補強材である炭素繊維と、固体潤滑剤であるＰＴＦＥ樹脂とを含むものが、本発明のシールリングに要求される特性を得やすいので好ましい。炭素繊維を配合することで、曲げ弾性率などの機械的強度の向上が図れ、ＰＴＦＥ樹脂の配合により摺動特性の向上が図れる。

射出成形体とする場合には、以上の諸原材料を溶融混練して成形用ペレットとし、これを用いて公知の射出成形法により所定形状に成形する。射出成形のゲート位置は特に限定されないが、シール性の確保の観点および後加工が不要になることからリング内周面に設けた方が好ましい。また、ゲート位置は、リング内周面の合い口対向部に設けることが、射出成形における流動バランスの面から好ましい。

本発明のシールリングは、低オイルリーク性を維持しつつ、優れた低トルク性を有するので、回転軸とハウジングとの間でこれらの特性が要求されるシールリングとして使用できる。特に、自動車におけるＡＴやＣＶＴなどの油圧機器に燃費向上のために好適に使用できる。

１ シールリング
２ リング側面
３ ヌスミ部
４ 潤滑溝
５ 合い口
６ 回転軸
７ ハウジング

Claims (6)

1. ハウジングの軸孔に挿通される回転軸に設けられた環状溝に装着されて、該環状溝の非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触し、かつ前記軸孔の内周面に接触して、これら回転軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングであって、
   該シールリングは、合成樹脂製であり、少なくとも前記環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の外径側端部に、リング全周にわたり該側壁面との非接触部となるヌスミ部を有することを特徴とするシールリング。
2. 前記ヌスミ部の内径は、前記環状溝の最外径よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のシールリング。
3. 前記シールリングは、少なくとも前記環状溝の側壁面との摺動面となるリング側面の内径側端部に、前記側壁面との非接触部となる潤滑溝を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のシールリング。
4. 前記潤滑溝は、リング周方向で離間して複数個設けられていることを特徴とする請求項３記載のシールリング。
5. 前記ヌスミ部の前記リング側面からの深さは、前記潤滑溝の前記リング側面からの深さよりも浅いことを特徴とする請求項３または請求項４記載のシールリング。
6. 前記合成樹脂は、ポリフェニレンサルファイド樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載のシールリング。

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