JP2020051555A - シールリング - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングの内周面に形成されたゲート痕の環状溝底面への干渉を抑制しつつ、シールリングが装着された回転軸をハウジングの軸孔に挿通する際に環状溝へ落ち込みにくくし、環状溝からの過剰なはみ出しが抑制され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ものであり、シールリング１は、樹脂組成物の射出成形体であり、リング内周面３において、径方向内側へ突出したゲート痕８と、ゲート痕８よりも径方向内側へ突出し、シールリング１の径方向厚みを厚くする肉厚部７とを有している。【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シールリングに関する。

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。このようなシールリングは、充分なオイルシール性が要求される。

従来、このようなシールリングとして、射出成形によって製造された樹脂製のシールリングが知られている。射出成形について、例えば、特許文献１には、円環状のシールリングの全長ほぼ中央にゲートが設けられることが記載されている。また、特許文献２には、成形体の中央にあたる合い口対向部またはその近傍にゲートが設けられることが記載されている。このようにシールリングの略中央位置にゲートが設けられることで、溶融樹脂の充填バランスに優れ、均一な強度が得られるとしている。

特開平８−２７６５０８号公報 特開２００４−３５３７６０号公報

上記特許文献では、シールリングの内周面側にゲートが設けられるため、シールリングの内周面にゲート痕が形成される。ゲート痕にはゲートカットで取り残されたゲートの一部が成形面から突出すおそれがある。

従来では、ゲート痕が環状溝底面に干渉しないように、シールリングの径方向厚みを薄くする設計が行われてきた。しかし、シールリングの径方向厚みを薄くすると、シールリングが装着された回転軸をハウジングの軸孔に挿通する際に、一方の半径側のシールリングが環状溝へ落ち込みやすくなる。一方の半径側のシールリングが環状溝に落ち込んだ状態では、落ち込んだ対向側のシールリングが環状溝からはみ出す部分が大きくなる。特に、シールリングの自由状態のリング外径が回転軸の外径よりも大きい場合には、シールリングのはみ出しが一層大きくなる。そのため、シールリングが装着された回転軸をハウジングの軸孔に挿通する際には、ハウジングとシールリングが干渉し、シールリングが破損してしまうおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、シールリングの内周面に形成されたゲート痕の環状溝底面への干渉を抑制しつつ、シールリングが装着された回転軸をハウジングの軸孔に挿通する際に環状溝へ落ち込みにくくし、環状溝からの過剰なはみ出しが抑制され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、上記シールリングは、樹脂組成物の射出成形体であり、上記シールリングは、リング内周面において、径方向内側へ突出したゲート痕と、該ゲート痕よりも径方向内側へ突出し、上記シールリングの径方向厚みを厚くする肉厚部とを有していることを特徴とする。

上記肉厚部は、上記シールリングの周方向に沿って、上記ゲート痕の周囲以外の領域に形成され、該肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが一定であることを特徴とする。

上記ゲート痕の周囲の非肉厚部は、上記シールリングの周方向に沿うように形成され、平面視において、上記非肉厚部の周方向一端から周方向他端までを結ぶ円弧と、上記シールリングの円中心とを結ぶ線によって構成される扇の中心角が１０〜４５°であることを特徴とする。

上記シールリングのリング外径が２５〜６０ｍｍであり、上記肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが、上記リング外径の４.８〜５．５％であることを特徴とする。また、上記シールリングが接触する上記軸孔の内周面におけるハウジング内径よりも上記シールリングのリング外径の方が大きいことを特徴とする。

上記シールリングは、周方向の一部に複合ステップ形状の合い口を有しており、該合い口と対向する位置に上記ゲート痕を有することを特徴とする。

上記樹脂組成物のベース樹脂がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂であることを特徴とする。

本発明のシールリングは、樹脂組成物の射出成形体であり、該シールリングは、リング内周面において、径方向内側へ突出したゲート痕と、該ゲート痕よりも径方向内側へ突出し、シールリングの径方向厚みを厚くする肉厚部とを有しているので、従来のシールリングの径方向厚みよりも肉厚となり、環状溝への落ち込みに対して有利となる。その結果、回転軸を軸孔へ挿通する際のシールリングのはみ出しが小さくなり、シールリングのハウジングとの干渉がなくなり、挿通時のシールリングの損傷（割れ、かじりなど）を防止できる。また、肉厚部は、該ゲート痕よりも径方向内側へ突出しているので、ゲート痕がリング内周面から突出せず、回転軸の環状溝への干渉を防ぐことができる。

肉厚部は、上記シールリングの周方向に沿って、上記ゲート痕の周囲以外の領域に形成され、該肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが一定であるので、シールリングの径方向厚みを全体的に厚くすることができ、より落ち込みにくい構造にできる。

ゲート痕周囲の非肉厚部は、シールリングの周方向に沿うように形成され、平面視において、非肉厚部の周方向一端から周方向他端までを結ぶ円弧と、シールリングの円中心とを結ぶ線によって構成される扇の中心角が１０〜４５°であるので、シールリングの設計および製作上の問題を回避できる。

シールリングのリング外径が２５〜６０ｍｍであり、肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが、リング外径の４.８〜５．５％であるので、従来品（４．５％程度）に比べて肉厚となっているので、挿通時におけるシールリングの落ち込みに対して一層有利となる。

上記シールリングは、周方向の一部に複合ステップ形状の合い口を有しており、該合い口と対向する位置にゲート痕を有するので、ゲート位置は、シールリングの略中央に位置し、均一な強度の樹脂製シールリングが得られる。また、シールリングの合い口が、複合ステップ形状の合い口であるので、拡径を可能としつつも、良好なシール性を得ることができる。

樹脂組成物のベース樹脂が、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂であるので、耐摩耗性、シール性、耐熱性、耐久性などに優れる。また、良好な曲げ弾性率が得られるため、環状溝に組み込む際に拡径しても割れることがない。

本発明のシールリングの一例を示す平面図である。 図１のシールリングのＡ部分の拡大図である。 図１のシールリングをハウジングに組み込む際の断面図である。 図３のシールリング周辺の拡大図である。 従来のシールリングの一例を示す平面図である。 本発明のシールリングの各寸法を示す部分拡大図である。 従来のシールリングの各寸法を示す部分拡大図である。

本発明のシールリングの一例を図１および図２に基づいて説明する。図１はシールリングの平面図であり、図２は図１のＡ部分の拡大図である。図１に示すシールリング１は、断面が略矩形の環状体である。リング外周面２とリング内周面３は、シールリング１の軸心方向に平行な面である。リング内周面３とリング側面４（両側面）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い。

シールリング１は、一箇所の合い口６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回転軸の環状溝に装着される。シールリング１は、外力を受けない自由状態でシール面（ハウジング内壁）よりも僅かに大径に設定されており、封止流体の圧力によってシール面に密着する。合い口６の形状については、ストレートカット形状、アングルカット形状などにすることも可能であるが、封止流体のシール性に優れることから、図１に示す複合ステップカット形状を採用することが好ましい。

シールリング１は、リング内周面３において、径方向内側へ突出した突起状のゲート痕８と、ゲート痕よりも径方向内側へ突出し、シールリングの径方向厚みを厚くする肉厚部５を有する。本発明のシールリングは樹脂組成物の射出成形体であり、ゲート痕８は射出成形時に溶融樹脂が注入されるゲートの位置に形成される。

図１の形態において、肉厚部５は、シールリングの周方向に沿って、ゲート痕の周囲以外の領域に形成される。肉厚部５は、その径方向厚みが一定となるように形成される。肉厚部５の頂面５ａは、シールリングが装着された回転軸をハウジングの軸孔に挿通する際に回転軸の環状溝と接触する面であり、リング外周面２とシールリング１の軸心方向に平行な面となっている。このように、ゲート痕８をゲート痕よりも突出した肉厚部５で囲むことにより、シールリングの径方向厚みを全体的にゲート痕８の高さＨに相当する分厚くすることができる。その結果、従来のシールリングよりもリング径方向厚みが増すため、環状溝へ落ち込みにくくなる。

図２に示すように、本発明のシールリングは、肉厚部５の高さをｈ、ゲート痕８の突出高さ（以下、単に「ゲート痕の高さ」という）をＨとすると、ゲート痕の高さＨは肉厚部の高さｈよりも低くなっている（ｈ＞Ｈ）。なお、ゲート痕の高さＨは、ゲート痕周囲の非肉厚部７（図１で言うと内周面３）からゲート痕の最も突出した部分までの長さ（最大長さ）である。本発明では、ｈ＞Ｈの関係であることから、ゲート痕８が肉厚部５の頂面５ａ、厳密には、非肉厚部がないと仮定した場合に肉厚部５の頂面５ａを周方向に沿って延伸して形成される仮想頂面から出っ張ることを防止でき、ゲート痕の環状溝底への干渉を防止できる。肉厚部の高さｈとゲート痕の高さＨは、上記関係を満たす範囲であれば特に限定されないが、Ｈ／ｈが０．２〜０．８であることが好ましく、０．３〜０．７であることがより好ましい。また、肉厚部の高さｈは、具体的な数値として０．２〜０．３ｍｍであることが好ましい。

非肉厚部について、より詳しく説明する。図１に示すように、平面視において、非肉厚部７は略円弧状である。非肉厚部７の周方向一方の端部（肉厚部５の頂面５ａと非肉厚部７の一方の傾斜面との境界部）から非肉厚部７の周方向他方の端部（肉厚部５の頂面５ａと非肉厚部７の他方の傾斜面との境界部）までを結ぶ円弧と、シールリング１の円中心とを結ぶと扇形が形成される。扇形の中心角θは、特に限定されないが、１０〜４５°が好ましく、２０〜３５°がより好ましい。中心角θが１０°未満では、成形金型の設計が困難となるおそれがある。一方、中心角θが４５°を超えると、内周部における非肉厚部の範囲が大きくなりすぎ、環状溝底へ非肉厚部が落ち込んでしまい、挿通時に不具合となるおそれがある。図１に示すように、非肉厚部７は、合い口６に対向する位置に形成されるとよい。具体的には、合い口６の中心を通る円中心線が扇形の中心角θを２等分するように非肉厚部７が形成されるとよい。さらに、ゲート痕８は合い口６と対向する位置であって、かつ、非肉厚部７の周方向略中央に形成されることがより好ましい。この場合、ゲート痕８から見て、周方向両側に一対の肉厚部が形成される。

図２に示すように、非肉厚部７と肉厚部５との境界部は、非肉厚部７の周方向両側に形成され、非肉厚部７に向かって傾斜した２つの傾斜面７ｂ、７ｃとなっている。非肉厚部７の深さは肉厚部の高さｈと等しくなっている。非肉厚部７の底面７ａと傾斜面７ｂ（傾斜面７ｃ）とがなす角度（傾斜角度α）は、例えば３０〜６０°である。傾斜面７ｂ、７ｃは、シールリングの軸方向に沿って一定の傾斜角度で形成される。傾斜面は、平面で形成されていてもよく、曲面で形成されていてもよい。非肉厚部７と肉厚部５との境界部を傾斜面とすることで、シールリングの内周部における内径変化が緩やかとなり、シールリングが環状溝へ落ち込みにくくなる。また、成形金型にゲートを設ける際に、ゲートが非肉厚部に干渉することがないため、非肉厚部７内にゲート痕８を容易に形成できる。

シールリングには、一般に、射出成形において成形金型からの突出し部分となる段部が設けられる。段部は、通常、シールリングの内周部に周方向全周にわたり形成される。肉厚部を有する本発明のシールリングでは、肉厚部が段部を兼ねた構成であることが好ましい。一方、非肉厚部７は、シールリング１の内周部において段部が形成されていない部分に相当する。段部（肉厚部５）は、内径コアピンで突かれる部分であり、周方向全域に必ずしも必要でない。そのため、段部を一部に形成しなくても突き出しに影響がない。なお、段部の径方向厚みは、肉厚部の高さｈに相当する。

図３には、ハウジングに組み込む際の断面図を示す。図３において、シールリング１は、回転軸９に設けられた環状溝９ａに装着されている。環状溝９ａにおいて、回転軸９の外径面９ｂから環状溝９ａの底面までの深さ（溝深さ）は、全周にわたり一定である。シールリング１の環状溝９ａへの装着は、装着用の治具を用い、シールリング１を拡径させて行われる。図３に示すシールリング１は自由状態のシールリングを示しており、この状態のリング外径をＲとする。リング外径Ｒは、回転軸９の外径ｒ₃よりも大きくなっている。回転軸９のハウジング１０の軸孔１１への挿通時において、シールリング１は回転軸９の外径面９ｂからはみ出した状態となっている。

ハウジング１０は、シールリング１の外周面と接触する内壁部１０ａを有する。また、ハウジング１０の軸方向一端側には、外側に向かって拡径するテーパ部１０ｂが形成されている。このテーパ部１０ｂがシールリング１を案内することで、シールリング１の軸孔１１への挿通を容易にしている。図３に示すように、ハウジング１０において、テーパ部１０ｂの開口端部におけるハウジング内径をｒ₁、内壁部１０ａにおけるハウジング内径をｒ₂とすると、リング外径Ｒは、ハウジング内径ｒ₁よりも小さく、ハウジング内径ｒ₂よりも大きくなっている。回転軸９の挿通時には、シールリング１の落ち込み、リング外径Ｒ、回転軸９の偏芯量を考慮して、テーパ部１０ｂよりも径方向外側にシールリング１の外周面が飛び出さない設計とする必要がある。シールリングの外周面が外側に飛び出すと、挿通時にハウジング１０の側面１０ｃとシールリング１のリング側面とが面接触するため、シールリング１が破損するおそれがある。

図４には、図３のシールリング周辺の一部拡大図を示す。図４に示すように、ゲート痕８の高さＨは肉厚部の高さｈよりも低くなっており、肉厚部の頂面５ａが環状溝９ａの底面と接触するため、ゲート痕８の環状溝９ａの底面への干渉を防止できる。

本発明のシールリングは、上述したように、ゲート痕の周囲に肉厚部を有するため、径方向厚みＴ１を維持でき、従来品に比べて肉厚とすることができる。この場合、シールリング１が環状溝底に落ち込んだとしても、該溝底の対向側のリング外周面のはみ出しが抑えられる。その結果、リング外周面がテーパ部１０ｂ内に位置するため、テーパ部１０ｂよりも外側に飛び出すことを防止できる。

本発明のシールリングの自由状態の外径は、特に限定されないが、２５〜６０ｍｍであることが好ましい。リング外径が２５〜６０ｍｍの場合、シールリングの径方向厚みＴ１は、４.８〜５．５％であることが好ましい。径方向厚みＴ１がリング外径の４．８％未満の場合（例えば、従来のシールリングは４．５％程度）、シールリングがテーパ部よりも外側に飛び出しやすくなる。また、径方向厚みＴ１がリング外径の５．５％より厚い場合、環状溝への組み込み時にシールリングが割れるおそれがある。より好ましくは、シールリングの径方向厚みＴ１をリング外径の４．８〜５．２％に設定する。また、具体的な数値として、リング外径が２５〜６０ｍｍの場合、肉厚部が形成された領域における径方向厚みは１．４〜３．０ｍｍである。

一方、図５に従来のシールリングを示す。シールリング２１は、内周面２３から径方向内側へ突出したゲート痕２８を有する。シールリング２１では、リング内周部において、段部２５が全周に形成され、さらに段部２５の径方向内側にゲート痕２８が形成されている。シールリング２１は、ゲート痕２８の環状溝への干渉を考慮して、リング径方向厚みＴ２が薄く設計されている。図３の挿通時において、シールリング２１が環状溝底に落ち込んだ場合には、該溝底の対向側のリング外周面のはみ出しが大きくなる。その結果、リング外周面がテーパ部１０ｂよりも外側に飛び出しやすくなり、シールリング２１が破損するおそれがある。

ハウジング１０の軸孔１１に回転軸９を挿通した後において、シールリング１は、そのリング側面で、環状溝９ａの非密封流体側の側壁面に摺動自在に接触する。また、そのリング外周面で軸孔１１の内周面（ハウジング１０の内壁部１０ａ）に接触する。このシール構造により、シールリング１は、回転軸９と軸孔１１との間の環状隙間１２を封止する。また、密封される作動油は用途に応じた種類が適宜用いられる。例えば、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程度の条件で使用される。

本発明のシールリングは、上述のとおり樹脂組成物の射出成形体である。樹脂組成物のベース樹脂としては、射出成形可能な合成樹脂であれば任意のものを使用できる。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、フェノール（ＰＦ）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。これらの樹脂の中でも特に、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、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ樹脂をベース樹脂として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、環状溝に組み込む際に拡径しても割れ難く、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、必要に応じて上記ベース樹脂に、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、ポリテトラフルオロエチレン（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、ＰＰＳ樹脂またはＰＥＥＫ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。

以上の諸原材料を溶融混練して成形用ペレットとし、これを用いて射出成形法により所定形状に成形する。溶融樹脂を注入するゲートのゲート方式は特に限定されないが、成形後のゲートカット処理が不要となることからサブマリンゲート方式を用いることが好ましい。

図６には、本発明のシールリングの各寸法の一例を示す。図６（ａ）は図１のＡ部の拡大図であり、図６（ｂ）は、図１のＢ部の拡大図である。このシールリングは、リング外径２８ｍｍである。リング径方向厚みＴ１は１．４ｍｍであり、リング外径の５％である。ゲート痕のゲート高さＨは、肉厚部の高さｈ（０．２０ｍｍ）よりも小さくなっている。

図７には、従来のシールリングの各寸法の一例を示す。図７（ａ）は図５のＡ部の拡大図であり、図７（ｂ）は、図５のＢ部の拡大図である。このシールリングは、リング外径２８ｍｍである。リング径方向厚みＴ２は１．２ｍｍであり、リング外径の４．３％である。ゲート痕のゲート高さＨは、０．２０ｍｍよりも小さく設定されている。図６および図７より、本発明のシールリングの方が全体的に径方向厚みが大きくなっており、環状溝への落ち込みに対して有利となっている。

本発明のシールリングは、シールリングの内周面に形成されたゲート痕の環状溝底面への干渉を抑制しつつ、環状溝へ落ち込みにくくし、環状溝からの過剰なはみ出しが抑制されるので、回転軸の環状溝に装着されるシールリングとして広く使用できる。

１ シールリング
２ リング外周面
３ リング内周面
４ リング側面
５ 肉厚部
６ 合い口
７ 非肉厚部
８ ゲート痕
９ 回転軸
１０ ハウジング
１１ 軸孔
１２ 環状隙間

Claims (7)

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、 前記シールリングは、樹脂組成物の射出成形体であり、
   前記シールリングは、リング内周面において、径方向内側へ突出したゲート痕と、該ゲート痕よりも径方向内側へ突出し、上記シールリングの径方向厚みを厚くする肉厚部とを有していることを特徴とするシールリング。
2. 前記肉厚部は、前記シールリングの周方向に沿って、前記ゲート痕の周囲以外の領域に形成され、該肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが一定であることを特徴とする請求項１記載のシールリング。
3. 前記ゲート痕の周囲の非肉厚部は、前記シールリングの周方向に沿うように形成され、平面視において、前記非肉厚部の周方向一端から周方向他端までを結ぶ円弧と、前記シールリングの円中心とを結ぶ線によって構成される扇の中心角が１０〜４５°であることを特徴とする請求項２記載のシールリング
4. 前記シールリングのリング外径が２５〜６０ｍｍであり、
   前記肉厚部が形成された領域におけるシールリングの径方向厚みが、リング外径の４.８〜５．５％であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のシールリング。
5. 前記シールリングが接触する前記軸孔の内周面におけるハウジング内径よりも前記シールリングのリング外径の方が大きいことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のシールリング。
6. 前記シールリングは、周方向の一部に複合ステップ形状の合い口を有しており、該合い口と対向する位置に前記ゲート痕を有す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。
7. 前記樹脂組成物のベース樹脂が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６までのいずれか１項記載のシールリング。

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