JP2019078287A

JP2019078287A - シールリング

Info

Publication number: JP2019078287A
Application number: JP2017203602A
Authority: JP
Inventors: 吉夫東; Yoshio Azuma
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】シールリングの切れ目を形成する両端部が、使用状態で、アキシャル方向に分離して、流体洩れを生ずることを、防ぐ。【解決手段】リング本体の端部の断面四角形の凸部１１，１２と、断面四角形の凹部２１、２２の相対的に対向した内方辺１０と内方底辺８を、１°以上、45°以下の傾斜角度θにて傾斜状とする。【選択図】図６

Description

本発明は、シールリングに関する。

従来、図８と図９に示すように、円周１箇所に切れ目を有する横断面矩形の円環状の全体形状に形成されたリング本体40と、リング本体40の第１端部41・第２端部42から周方向に延伸状に付設された横断面矩形の第１凸部51・第２凸部52とを、有するシールリング45が、公知である（特許文献１参照）。
図９に示すように、シールリング45は、ピストン等の凹周溝46に装着され、シリンダ等の被密封内周面47に対して、摺動自在に圧接して、密封作用をなす。図９はそのように被密封内周面47に対して（回転又は往復運動しつつ）摺動圧接した要部拡大断面図であり、図８では、図９の凹周溝46や被密封内周面47等を省略して図示した要部拡大斜視図であり、上記切れ目が閉じた状態を示す。しかも、図８のａ−ａ断面拡大図を図９（Ａ）に示し、図８のｂ−ｂ断面拡大図を図９（Ｂ）に示す。
図８と図９に示すシールリング使用状態で、第１凸部51・第２凸部52が嵌込まれる横断面矩形の第２凹部62・第１凹部61が、第２端部42・第１端部41に切欠状に形成されている。

特開２０１６−８０１１２号公報

ところで、図８（Ａ）と図９（Ａ）に示す正常姿勢から、使用状態下で、図８（Ｂ）と図９（Ｂ）に示すように、第１端部41と第２端部42が、矢印Ｘ，Ｘのように、アキシャル逆方向に動いて、分離し、間隙43が形成されることがある。
このような間隙43を介して、図８（Ｂ）に示す矢印Ｚのように流体洩れが発生することが、本発明者の試験研究の結果、判明した。

最近、自動車のオートマチックトランスミッション（ＡＴ）や、無段変速機（ＣＶＴ）等に使用されるシールリングは、取付けスペースを減少させ、摩擦抵抗低減のために、断面積を極限まで小さくすることが要求される。
しかも、全体の外径寸法が 100mm以上と大径であるので、シールリングの剛性が低くなって、被密封内周面47との摩擦抵抗（μ・Ｆ₀ ）により、簡単に間隙43が生じて、流体漏れＺを起こすことが、本発明者の試験等の試行錯誤の結果、判明した。
なお、図９（Ｂ）に於て、第１凸部51に作用する摩擦抵抗値は、流体圧力Ｐ₀ が作用した際、第１凸部51はこの流体圧力Ｐ₀ によって、ベクトルＦ₀ にて示したラジアル外方向への力を受けて、被密封内周面47に対して強く圧接し、摩擦係数をμとすればベクトル（μ・Ｆ₀ ）で示される。

そこで、本発明は、このような流体洩れを防止して密封性能を向上することを目的とする。特に、大径かつ小横断面積のシールリングにおいて優れた密封性能を発揮させることを目的とする。

本発明は、円周１箇所に切れ目を有する円環状の全体形状に形成され、横断面略矩形のリング本体と、該リング本体の第１端部・第２端部から周方向に延伸状に付設された横断面四角形の第１凸部・第２凸部とを、有し、被密封内周面に対して摺動自在に圧接した使用状態で、上記第１凸部・第２凸部が嵌込まれる横断面四角形の第２凹部・第１凹部を、上記第２端部・第１端部に切欠状に形成したシールリングに於て、上記第２凹部・第１凹部の横断面四角形の内方底辺は、第２端部・第１端部の横断面中央領域からアキシャル外方にゆくにしたがってラジアル外方となる傾斜状に形成され、さらに、上記第２凹部・第１凹部の上記内方底辺に当接する上記第１凸部・第２凸部の横断面四角形の内方辺は、上記横断面中央領域からアキシャル外方にゆくにしたがってラジアル外方となる傾斜状に形成されている。

また、上記使用状態において、上記リング本体の第１端部・第２端部が上記被密封内周面に圧接することにより、第１凹部・第２凹部と、上記被密封内周面によって、蟻溝が形成され、上記第１凹部・第２凹部の内部に嵌込まれた上記第２凸部・第１凸部がアキシャル外方に移動することを阻止するように構成されている。
また、上記内方底辺及び上記内方辺の傾斜角度を、１°以上、45°以下に設定した。

本発明のシールリングによれば、大径で横断面積の小さなものであっても、円周一箇所の切れ目付近からの流体洩れを低減でき、優れた密封性能を発揮できる。また、流体機器への組込み作業性も良い。

本発明の実施の一形態を示す正面図である。平面図であって、（Ａ）は図１の平面図、（Ｂ）は図１の下半部が無いものとして描いた平面図である。要部の拡大図であって、（Ａ）は図１のａ部の拡大図、（Ｂ）は図２（Ｂ）のｂ部の拡大図である。図３（Ａ）の拡大断面図であって、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、各々、図３（Ａ）の（ａ−ａ）（ｂ−ｂ）（ｃ−ｃ）（ｄ−ｄ）（ｅ−ｅ）（ｆ−ｆ）拡大断面図である。使用状態下で切れ目が閉じている状態を示す要部拡大図であって、（Ａ）は正面から見た要部拡大図、（Ｂ）は平面から見た要部拡大図である。拡大断面図であって、（Ａ）（Ｂ）は、各々、図５の（ａ−ａ）（ｂ−ｂ）拡大断面図である。要部の説明図であって、（Ａ）は使用状態のシールリングの要部斜視説明図、（Ｂ）は図７（Ａ）のｂ−ｂ断面拡大図を示すと共に使用状態を説明するための説明図、（Ｃ）は（Ｂ）の主要部のみを示した説明図である。従来例を示す図であって、（Ａ）は正常姿勢を示す要部拡大斜視図、（Ｂ）は従来の問題点を説明するための要部拡大斜視図である。従来例を示す図であって、（Ａ）は正常姿勢を示す要部拡大断面図、（Ｂ）は従来の問題点を示す要部拡大断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１〜図３に示す自由状態において、本発明に係るシールリング１は、円周１箇所に切れ目（合せ目）２を有する円環状の全体形状に形成されている。
このシールリング１は、横断面略矩形のリング本体３と、このリング本体３の第１端部６・第２端部７から周方向に延伸状に付設された横断面四角形の第１凸部11・第２凸部12とを、有している。

図１〜図７に示すように、シールリング１が被密封内周面20に対して、摺動自在に圧接した使用状態（図７（Ｂ）参照）で、第１凸部11・第２凸部12が嵌込まれる横断面四角形の第２凹部22・第１凹部21を、第２端部７・第１端部６に切欠状に設ける。

図４（Ｅ）（Ｂ）に示すように、上記第２凹部22・第１凹部21の横断面形状は四角形であって、その内方底辺８は、第２端部７・第１端部６の横断面中央領域Ｍからアキシャル外方Ａ_outにゆくにしたがってラジアル外方Ｒ_outとなる傾斜状に形成される。
上記内方底辺８の傾斜角度θを、１°以上、45°以下に設定する。好ましくは、５°以上、30°以下であり、さらに望ましくは、８°以上、20°以下とする。１°未満では、密封性が低下する傾向となり、45°を超えると、成形が困難となる傾向となる。

さらに、図４（Ｃ）（Ｄ）及び図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２凹部22・第１凹部21の内方底辺８に当接する第１凸部11・第２凸部12の横断面四角形の内方辺10は、横断面中央領域Ｍからアキシャル外方Ａ_outにゆくにしたがって、ラジアル外方Ｒ_outとなる傾斜状に形成する。
内方辺10の傾斜角度θは、前述の内方底辺８の傾斜角度θと同一とする。

従って、図７（Ｂ）に示すように、使用状態において、リング本体３の第１端部６・第２端部７が被密封内周面20に圧接することにより、第１凹部21・第２凹部22と、被密封内周面20によって、蟻溝15が形成される。
なお、図７（Ｃ）は、蟻溝15を判り易く説明するために、図７（Ｂ）から、第１凸部11、及び、シールリング装着用シール凹溝16を有する部材等を、図示省略した図である。

この図７（Ｃ）から明らかなように、全体が円環状のシールリング１の軸心Ｌ₁ に垂直な蟻溝15の奥方辺15Ａの幅寸法Ｗ_A よりも、蟻溝開口部15Ｂの開口幅Ｗ_B は、小さくなる。このように蟻溝15は、開口部15Ｂよりも内部（奥部）が幅広となる断面形状であって、第２凹部22の内部に嵌込まれた第１凸部11が、アキシャル外方Ａ_outに移動することを、阻止している。また、第１凹部21も被密封内周面20と共に横断面蟻溝15を同様に形成して、内部に嵌込まれた第２凸部12が、アキシャル外方に移動することを阻止している（図示省略）。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を、従来例を示した図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）と、対比しつつ、本発明の作用（効果）につき以下説明する。従来例のシールリング45では、矢印Ｘ，Ｘのように第１端部41と第２端部42がアキシャル逆方向に動いて分離し、間隙43が形成され、矢印Ｚ方向に流体洩れを生じた。
これに対して、本発明のシールリング１では、流体圧力Ｐ₀ によってベクトルＦ₀ が、第１凸部11に作用し、被密封内周面20に対して強く圧接した場合、摩擦係数をμとすれば、ベクトル（μ・Ｆ₀ ）がアキシャル外方Ａ_outに向かって第１凸部11に作用する。

しかし、図７（Ｃ）の横断面で示したように、蟻溝15内の第１凸部11は（所定角度θで）傾斜した内方底辺８によって、アキシャル内方向へのベクトルＦx を受ける。このとき、Ｆｘ＝μ・Ｆ₀ なる数式が成立し、第１凸部11は上記ベクトルＦx によって蟻溝15内をアキシャル外方Ａ_outへ向かって微動さえ生じず、従って、従来例のような間隙43（図９（Ｂ）参照）を全く生じないで、高い密封性を発揮する。

本発明に係るシールリング１は、回転運動用及び往復運動用に適用可能であって、前者としては、自動車のオートマチックトランスミッション（ＡＴ）が挙げられ、後者としては、自動車の無段変速機（ＣＶＴ）が挙げられる。全体の径は、 100mm以上、 200mm以下と大径でありながら、断面積は極めて小さくすることが求められる。
シールリング１の材質としては、曲げ弾性率が、3000ＭＰａ以下の柔軟性を有する樹脂組成物が好適である。

具体的には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂組成物、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂組成物などが挙げられる。
例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物としては、ポリフェニレンサルファイド 100重量部に対して、炭素繊維２重量部以上15重量部以下、及び、ポリテトラフルオロエチレン粉末５重量部以上、45重量部以下を含有する樹脂組成物が挙げられる。
さらに、上記樹脂組成物に、ポリフェニレンサルファイド 100重量部に対して、グラファイト粉末を２重量部以上10重量部以下を配合した樹脂組成物が好適である。グラファイト粉末を配合することで、ポリフェニレンサルファイド粉末を多く配合（30重量部以上45重量部以下）しても、曲げ弾性率を大きくせず柔軟性のある樹脂組成物となる。

上述のような材質、及び、シールリング全体の径が大きく、断面積が小さいことによって、シールリング１は剛性が低く合口部（切れ目）２が軸心Ｌ₁ と平行な方向に開き易い。このような材質と特性を有するシールリング１において、図１〜図７にて説明した形状と構造とその結合によって、第１端部６（第１凸部11）と第２端部７（第２凸部12）が、軸心Ｌ₁ と平行な方向―――アキシャル方向―――に分離することを、確実に阻止できる。言い換えれば、本発明に係るシールリング１は、その切れ目２近傍に、アキシャル方向分離阻止手段（機能）を、備えている。

本発明は、以上詳述したように、円周１箇所に切れ目２を有する円環状の全体形状に形成され、横断面略矩形のリング本体３と、該リング本体３の第１端部６・第２端部７から周方向に延伸状に付設された横断面四角形の第１凸部11・第２凸部12とを、有し、被密封内周面20に対して摺動自在に圧接した使用状態で、上記第１凸部11・第２凸部12が嵌込まれる横断面四角形の第２凹部22・第１凹部21を、上記第２端部７・第１端部６に切欠状に形成したシールリングに於て；上記第２凹部22・第１凹部21の横断面四角形の内方底辺８は、第２端部７・第１端部６の横断面中央領域Ｍからアキシャル外方Ａ_outにゆくにしたがってラジアル外方Ｒ_outとなる傾斜状に形成され；さらに、上記第２凹部22・第１凹部21の上記内方底辺８に当接する上記第１凸部11・第２凸部12の横断面四角形の内方辺10は、上記横断面中央領域Ｍからアキシャル外方Ａ_outにゆくにしたがってラジアル外方Ｒ_outとなる傾斜状に形成されている構成としたので、射出成型にて製作も容易であって、大径で断面積小のシールリングの切れ目２がアキシャル方向に分離することを、確実に阻止でき、（図８（Ｂ）に示した従来例の矢印Ｚ方向への）流体洩れを防止でき、優れた密封性を発揮する。特に、自動車のＣＶＴやＡＴ用のシールリングとして、断面積の小さく、密封性が良好であり、組込み性も良く、低トルク損失にも寄与し、低摩耗性をも発揮して、ＣＶＴ，ＡＴの性能向上に貢献できる。

また、本発明は、上記使用状態において、上記リング本体３の第１端部６・第２端部７が上記被密封内周面20に圧接することにより、第１凹部21・第２凹部22と、上記被密封内周面20によって、蟻溝15が形成され、上記第１凹部21・第２凹部22の内部に嵌込まれた上記第２凸部12・第１凸部11がアキシャル外方Ａ_outに移動することを阻止するように構成されているので、従来の図８に示したシールリング45の間隙43の発生を、確実に防止して、矢印Ｚ方向の流体洩れが発生せず、高い密封性能を、簡易な構成にて、発揮できる。
また、上記内方底辺８及び上記内方辺10の傾斜角度θを、１°以上、45°以下に設定したので、流体圧力、摺動速度、流体の種類・特性等の使用条件に、対応可能となる。

２切れ目（合せ目）
３リング本体
６第１端部
７第２端部
８内方底辺
10 内方辺
11 第１凸部
12 第２凸部
15 蟻溝
20 被密封内周面
21 第１凹部
22 第２凹部
θ 傾斜角度
Ｍ中央領域
Ａ_out アキシャル外方
Ｒ_out ラジアル外方

Claims

円周１箇所に切れ目（２）を有する円環状の全体形状に形成され、横断面略矩形のリング本体（３）と、該リング本体（３）の第１端部（６）・第２端部（７）から周方向に延伸状に付設された横断面四角形の第１凸部（11）・第２凸部（12）とを、有し、被密封内周面（20）に対して摺動自在に圧接した使用状態で、上記第１凸部（11）・第２凸部（12）が嵌込まれる横断面四角形の第２凹部（22）・第１凹部（21）を、上記第２端部（７）・第１端部（６）に切欠状に形成したシールリングに於て、
上記第２凹部（22）・第１凹部（21）の横断面四角形の内方底辺（８）は、第２端部（７）・第１端部（６）の横断面中央領域（Ｍ）からアキシャル外方（Ａ_out）にゆくにしたがってラジアル外方（Ｒ_out）となる傾斜状に形成され、
さらに、上記第２凹部（22）・第１凹部（21）の上記内方底辺（８）に当接する上記第１凸部（11）・第２凸部（12）の横断面四角形の内方辺（10）は、上記横断面中央領域（Ｍ）からアキシャル外方（Ａ_out）にゆくにしたがってラジアル外方（Ｒ_out）となる傾斜状に形成されていることを特徴とするシールリング。
上記使用状態において、上記リング本体（３）の第１端部（６）・第２端部（７）が上記被密封内周面（20）に圧接することにより、第１凹部（21）・第２凹部（22）と、上記被密封内周面（20）によって、蟻溝（15）が形成され、上記第１凹部（21）・第２凹部（22）の内部に嵌込まれた上記第２凸部（12）・第１凸部（11）がアキシャル外方（Ａ_out）に移動することを阻止するように構成されている請求項１記載のシールリング。
上記内方底辺（８）及び上記内方辺（10）の傾斜角度（θ）を、１°以上、45°以下に設定した請求項１又は２記載のシールリング。