JP3793746B2 - 摺動部材および密封装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部を密封するための密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
互いに摺動をする２つの物体間の摺動抵抗をできるだけ低減させることは、軸受やシールなどの機械部品にとって極めて重要な問題である。これらの機械部品の寿命向上に寄与できるばかりでなく、エネルギー損失を抑えることができるからである。
従来、摺動部の表面に低摩擦樹脂であるフッ素樹脂をコーティングすることが行われているが、製造コストが高くなる。また、２つの物体間にグリースや潤滑油等の潤滑剤を介在させることも行われているが、２つの物体間で潤滑剤切れを生ずることもあり、摺動抵抗の低減には限界がある。
【０００３】
ところで、一般に高分子材料を用いて構成される摺動部では、摺動抵抗が大きくなる傾向にある。例えば、回転軸とハウジングとの間や、往復動軸とハウジングとの間を密封する密封装置では、回転軸や往復動軸に摺動するゴム材料からなる摺動部を有しているが、この摺動部の油膜切れにより摺動抵抗が大きくなる場合がある。
上記の密封装置の中で、例えば、自動車の自動変速機内のクラッチ部に用いられる密封装置は、通例、環状のゴム製のシール部材をピストン部材の内周や外周に設けており、シール部材の表面にはハウジングに接触する摺動部としてのリップが設けられている。これにより、ハウジングとピストン部材との間が密封されている。
【０００４】
従来、上記シール部材のリップは、その摺動面全面がハウジング等に接触するため、摺動抵抗が大きかった。しかも、環状のピストン部材の内、外周にそれぞれシール部材が設けられるので、ピストン部材の動作の応答性が悪いという課題がある。
一方、摺動抵抗低減の目的で、リップの摺動面に周方向に沿う環状突起等を設けた密封装置が提案されているが（例えば特開平９−２１００８８号公報）、摺動抵抗の低減が十分でない。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、摺動部材や密封装置において、摺動抵抗をより低減させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、相手部材に対して相対摺動する摺動部を有する高分子材料からなる摺動部材において、上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする摺動部材を提供するものである。
高分子材料からなる摺動部材では、摺動抵抗が大きくなる傾向にあるが、本発明では、摺動方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、摺動部材の相対摺動に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、摺動抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対摺動する摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置を提供するものである。
本発明では、摺動方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、密封装置の摺動部の相対摺動に伴って、摺動部に潤沢に供給されるので、摺動抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対回転する環状の摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動部の周方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の軸方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動部の周方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに回転方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置を提供するものである。
本発明では、回転軸用の密封装置において、摺動部の周方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、回転軸の回転に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、密封装置による回転軸の回転摩擦抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して軸方向に相対移動する環状の摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動部の軸方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の周方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動部の軸方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに軸方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とするものである。
本発明では、例えば往復動軸用の密封装置において、軸方向（往復動方向）に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、往復動軸の往復動に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、密封装置による往復動軸の往復動摩擦抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、環状のシリンダ室内に環状の油室を区画する環状のピストン部材と、このピストン部材にそれぞれ設けられる内外一対の環状のシール部材とを備え、各シール部材は、シリンダ室の対応する周面にそれぞれ摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、少なくとも一方のシール部材のリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする密封装置を提供する。
本発明では、ピストン部材に設けられるシール部材において、起伏条がリップの表面に形成されているため、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。また、起伏条としての凹条に又は凸条の周囲に作動油が非常に溜まりやすくなっているため、摺動面の潤滑状態が格段に向上されて、摺動抵抗をより確実に低減させることができる。その結果、ピストン部材の動作の応答性を格段に向上できる。しかも、リップの周方向に対して傾く起伏条を用いることにより、リップの摺動面に作動油がより溜まりやすくし、摺動抵抗を低減することができる。
また、請求項６記載の発明は、請求項５において、上記ピストン部材に背圧を与えるための環状の油室を区画する環状の区画板と、この区画板の少なくとも外周に設けられる環状のシール部材とをさらに備え、このシール部材は、ピストン部材の対応する周面に摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、このリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の第２の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、第２の起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする。 本発明では、請求項５と同様の効果が得られる。しかも、背圧負荷用の油室の区画板にも請求項５と同様のシール部材を適用することで、ピストン部材が受ける摺動抵抗をより低減することができる。
【００１４】
上記起伏条をこのように配列することで、リップの摺動面に作動油がより一層溜まりやすくなり、より一層摺動抵抗を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、自動車の概略構成を示す模式図である。
自動車１は、例えばエンジン等の動力源２と、この動力源２とトルクコンバータ３を介して連絡される自動変速機４と、この自動変速機４からの動力を伝達される駆動車輪５と、車輪６とを備えている。自動変速機４は、動力源２の回転を減速して駆動車輪５に伝達する。自動変速機４の入力軸７は、トルクコンバータ３を介して動力源２と動力伝達可能に連結され、また、出力軸８は、継手９、伝動軸１０等を介して、駆動車輪５と動力伝達可能に連結されている。
【００１６】
自動変速機４は、入力軸７と、出力軸８と、入力軸７と出力軸８との間に介在して動力伝達する変速機構１１と、この変速機構１１に設けられたクラッチ部１２とを有している。クラッチ部１２の動作により、入力軸７から変速機構１１への動力を、伝達または遮断することができるようになっている。
図２は、自動変速機４のクラッチ部１２の要部を拡大した模式的断面図である。図２を参照して、クラッチ部１２は、そのハウジング１３に、ピストン部材１４と、区画板１５とを備えている。ハウジング１３、ピストン部材１４、および、区画板１５はそれぞれ環状をなし、入力軸７の中心軸線１６を中心として配置されている。
【００１７】
ハウジング１３は、中心軸線１６回りに環状に形成される内筒１３ａと、中心軸線１６回りに、内筒１３ａの径方向外方に環状に形成される外筒１３ｂと、内筒１３ａおよび外筒１３ｂの一端（図２において左側の端部）間を接続する環状の端壁１３ｃとを備えている。ハウジング１３は断面溝形をなしており、シリンダ室１７が環状に形成されている。また、ハウジング１３の外筒１３ｂは、中心軸線１６と同心の円筒部１３ｄと、円筒部１３ｄから軸方向に遠ざかるにつれて径方向外方に延びるテーパ部１３ｅとを含む。
【００１８】
ピストン部材１４は、中心軸線１６回りに環状に形成される内筒１４ａと、中心軸線１６回りに、内筒１４ａの径方向外方に環状に形成される外筒１４ｂと、内筒１４ａおよび外筒１４ｂの一端（図２において左側の端部）間を接続する環状の端壁１４ｃとを備える。ピストン部材１４の外筒１４ｂは、中心軸線１６と同心の円筒部１４ｄと、円筒部１４ｄから軸方向に遠ざかるにつれて径方向外方に延びるテーパ部１４ｅと、テーパ部１４ｅから径方向外方へ延びる押圧部１８とを含む。ピストン部材１４の内筒１４ａには、その内周面１９に環状のゴム製のシール部材２０が備えられている。また、ピストン部材１４の外筒１４ｂには、その外周面２１の端壁１４ｃ側に、環状のシール部材２２が備えられている。各シール部材２０、２２の中心軸線は、中心軸線１６上にある。
【００１９】
ピストン部材１４は、シリンダ室１７に、軸方向に摺動自在に挿入されている。シール部材２０はハウジング１３の内筒１３ａの外周面２３と、シール部材２２はハウジング１３の外筒１３ｂの内周面２４と、それぞれ接触するようになっている。ハウジング１３、ピストン部材１４およびシール部材２０、２２によって、シリンダ室１７内に第１の油室２５が区画されている。
ハウジング１３の内筒１３ａには、第１の油室２５と、ハウジング１３の内筒１３ａの径方向内方の経路１０１とを連通する連通孔２６が穿孔されており、この連通孔２６を介して、加圧装置（図示せず）により加圧された作動油が第１の油室２５に流入（図２において白抜きの矢符）できるようになっている。
【００２０】
区画板１５は、中心軸線１６回りに環状に形成される例えば板金製の部材である。区画板１５の、第１の油室２５側の側面には、ピストン部材１４の端壁１４ｃに平行な平坦部２７が設けられている。また、区画板１５の外周２８には、環状のシール部材２９が設けられている。シール部材２９は、ピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０と接触するように配置されている。また、ハウジング１３の内筒１３ａには溝３１が形成されており、この溝３１に止め輪３２が嵌められている。区画板１５が止め輪３２に当接することにより、区画板１５の軸方向一方（図２において右側）への移動が規制されている。
【００２１】
ピストン部材１４の端壁１４ｃには、区画板１５と対向する側の側面に平坦部３３が設けられており、平坦部３３には保持部材３４が取り付けられている。保持部材３４には例えばコイルばね等の弾性部材３５が、中心軸線１６と平行に取り付けられている。弾性部材３５は、ピストン部材１４および区画板１５を常に軸方向に押圧している。
また、シリンダ室１７には、区画板１５、シール部材２９、ピストン部材１４、シール部材２０、およびハウジング１３の内筒１３ａによって、第２の油室３６が区画されている。第１の油室２５と第２の油室３６は、シリンダ室１７の軸方向に並んで配列されている。ハウジング１３の内筒１３ａには、第２の油室３６とハウジング１３の内筒１３ａの径方向内方の領域１００とを連通する連通孔３７が穿孔されており、この連通孔３７を介して、領域１００に貯留される作動油が第２の油室３６に流入（図２において黒塗りの矢符）できるようになっている。
【００２２】
シリンダ室１７内に、シール部材２０，２２付きのピストン部材１４を収容すると共に、シール部材２９付きの区画板１５を収容することにより、本実施の形態の密封装置が構成されている。シール部材２０，２２，２９は主にピストン部材１４の直線往復動用のシールとして機能するが、ピストン部材１４はハウジング１３や区画板１５に対して相対回転するので、回転用のシールとしても機能する。
【００２３】
本実施形態では、加圧された作動油が連通孔２６を介して第１の油室２５に流入し、弾性部材３５の付勢力に抗してピストン部材１４を第２の油室３６側に摺動させる。これにより、ピストン部材１４の押圧部１８が、図３に示すように、押圧部１８と平行に配列された各複数の第１および第２のクラッチ板３８ａ、３８ｂ（総称していうときは単にクラッチ板３８ともいう）を押圧する。これにより、クラッチ板３８ａ、３８ｂ同士が互いに押圧され、図１の入力軸７からの動力をクラッチ部１２を介して変速機構１１へ伝達することができる。
【００２４】
このクラッチ部１２はいわゆる片効きタイプのシリンダであり、加圧された作動油は第１の油室２５のみに供給される。供給された作動油の油圧によって第２の油室３６側にピストン部材１４が摺動すると、弾性部材３５が軸方向に圧縮される。
ここで、第１の油室２５内の作動油の油圧を低下させると、ピストン部材１４を第２の油室３６側に押圧する力が減少し、弾性部材３５の付勢力によって、ピストン部材１４が第１の油室２５側に押し戻される。その結果、ピストン部材１４の押圧部１８が、図３に示すクラッチ板３８への押圧を解除し、クラッチ部１２を介する動力の伝達が遮断される。
【００２５】
図３を参照して、ハウジング１３は、入力軸７に一体回転可能に取り付けられている。入力軸７の回転と共にハウジング１３が回転すると、シリンダ室１７内の作動油が、入力軸７の回転数の二乗に比例した遠心力を受け、いわゆる遠心油圧が発生する。具体的には、第１の油室２５には、ピストン部材１４を第２の油室３６側に付勢する遠心油圧４０が発生する一方で、第２の油室３６には、ピストン部材１４を第１の油室２５側に付勢する遠心油圧（背圧）４１が発生し、これらの遠心油圧４０と遠心油圧（背圧）４１は互いに相殺される。したがって、ハウジング１３の回転によりクラッチ部１２に生じる遠心油圧の影響を最小限に抑え、遠心油圧がピストン部材１４の動作に与える影響を最小限にすることができる。
【００２６】
次いで、各シール部材２０，２２，２９について詳細に説明する。まず、図４を参照して、ピストン部材１４の内筒１４ａ側のシール部材２０は、ハウジング１３の内筒１３ａの外周面２３に接触する摺動部としての径方向内向きのリップ４２を形成する内周部４３と、ピストン部材１４の内筒１４ａの内周面１９に取り付けられる外周部４４とを備えている。
シール部材２０の内周部４３の表面４５には、リップ４２の先端縁４６を挟んだ両側に、第２の油室側傾斜面４７と第１の油室側傾斜面４８を有している。第２の油室側傾斜面４７には、リップ４２の周方向４９に沿って延びる、互いに独立した多数の起伏条としての凹条５０が、複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。隣接する列５２、５３、５４の凹条５０は、互い違いに配列されている。
【００２７】
また、図５を参照して、ピストン部材１４の外筒１４ｂ側のシール部材２２は、ハウジング１３の外筒１３ｂの内周面２４に接触する摺動部としての径方向外向きのリップ５５を備えている。
リップ５５の表面５６は、リップ５５の先端縁５７を挟んだ両側に、第２の油室側傾斜面５８と第１の油室側傾斜面５９を有している。第２の油室側傾斜面５８には、シール部材２０と同様にして凹条５０が設けられている。すなわち、リップ５５の周方向６０に沿って延びる、互いに独立した多数の起伏条としての凹条５０が、複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。隣接する列５２、５３、５４の凹条５０は、互い違いに配列されている。
【００２８】
また、図６に示すように、区画板１５の外周２８に設けられるシール部材２９は、シール部材２２と同様の構成である。すなわち、シール部材２９はピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０に接触する摺動部としての径方向外向きのリップ５５を備えており、このリップ５５にはシール部材２２と同様の構成の凹条５０が列５２，５３，５４をなして形成されている。
本実施の形態によれば、環状のシリンダ室１７内に収容される環状のピストン部材１４の内外のシール部材２０，２２の摺動部としてのリップ４２，５５の第２の油室側傾斜面４７，５８に、それぞれ多数の凹条５０が複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。このため、各リップ４２，５５の摺接面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【００２９】
また、多数の凹条５０によって第２の油室側傾斜面４７，５８に潤沢な量の作動油を保持することができ、これにより各リップ４２，５５の摺動抵抗をより確実に低減させることができる。したがって、ピストン部材１４の動作の応答性をより向上させることが可能である。
しかも、ピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０に摺接するシール部材２９にも同様の凹条５０を設けられ、該シール部材２９とピストン部材１４との摺動抵抗も低減されるので、ピストン部材１４の動作の応答性をより一層向上させることが可能である。
【００３０】
上記の凹条５０の深さは２０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の深さが２０μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、１００μｍを超えると凹条５０の加工性とリップ４２の強度に問題が生ずる虞があるため、凹条５０の深さを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の深さが４０〜８０μｍの範囲であれば、より好ましい。
凹条５０の長手方向の長さＡは１００〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の長手方向の長さＡが１００μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、５００μｍを超えると密封性の低下や異音発生の問題が生じやすくなるため、凹条５０の長手方向の長さＡを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の長手方向の長さＡが２００〜４００μｍの範囲であれば、より好ましい。
【００３１】
凹条５０の短手方向の幅Ｂは５０〜２００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の短手方向の幅Ｂが５０μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、２００μｍを超えるとリップ４２の第２の油室側傾斜面４７に設けられる凹条５０の本数が減少し、密封性も悪くなる虞が生ずるため、凹条５０の短手方向の幅Ｂを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の短手方向の幅Ｂが、８０〜１５０μｍの範囲であれば、より好ましい。
【００３２】
同一の列において隣接する凹条５０は、周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．５〜３倍の範囲で配列されていることが好ましい。周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．５倍未満（Ｃ＜１．５Ａ）では密封性が悪くなる虞が生じ、３倍を超える（Ｃ＞３Ａ）と潤滑効果が十分に得られないため、ピッチＣを上記の範囲に設定した。なお、周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．８〜２．２倍の範囲であれば、より好ましい。
【００３３】
列５２、５３、５４の軸方向のピッチＤは、凹条５０の幅Ｂの１．５〜３倍の範囲で配列されていることが好ましい。軸方向のピッチＤが、凹条５０の幅Ｂの１．５倍未満（Ｄ＜１．５Ａ）では密封性が悪くなる虞が生じ、３倍を超える（Ｄ＞３Ａ）と潤滑効果が十分に得られないため、ピッチＤを上記の範囲に設定した。なお、軸方向のピッチＤが、凹条５０の幅Ｂの略２倍であれば、より好ましい。
【００３４】
上記の実施の形態では、ピストン部材１４のためのシール部材２０，２２に特徴部分である凹条５０を適用したが、シール部材２０，２２のいずれか一方に凹条５０を適用することによっても摺動抵抗低減の効果が得られる。また、上記の実施の形態では区画板１５のためのシール部材２９に凹条５０を適用したが、適用しない場合も考えられる。
凹条５０としては、シール部材２０の周方向４９に沿うものに限らず、例えば、図７に示すように、シール部材２０の周方向４９（周方向４９に沿う軸線）に対して所定の傾き角Ｅを有していても良い。この場合、同一の列において隣接する凹条５０は、互いに逆向きに（すなわちハの字状のパターンをなして）傾いていることが好ましい。図示していないが、シール部材２２，２９の凹条５０についても周方向６０（周方向６０に沿う軸線）に対して所定の傾き角Ｅを有していても良い。傾き角Ｅとしては、２５〜６５度の範囲が好ましく、４０〜５０度の範囲にあればより好ましい。
【００３５】
また、起伏条としては凹条５０に限らず、凸条により形成されていても良い。この場合、凸条の高さは２０〜１００μｍの範囲にあることが高い密封性と低摺動性を達成する点で好ましく、４０〜８０μｍの範囲であれば、より好ましい。起伏条が凸条により形成されている場合も、凹条５０の場合と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、リップ４２，５５の摺動面積が低減される。また、この凸条の周囲に作動油が非常に蓄えられやすくなるため、リップ４２、５５の摺動抵抗を格段に低減することができる。
【００３６】
上記の実施形態では、第２の油室側傾斜面に起伏条を形成するものとして説明したが、これに限らず、第１の油室側傾斜面に起伏条を形成するものであっても良いし、第１の油室側傾斜面と第２の油室側傾斜面の両方に起伏条を形成するものであっても良い。
さらに、凹条・凸条の形状は、たとえば、四角形、楕円形、菱形であっても良い。
【００３７】
上記の実施の形態では、本発明の密封装置をピストン部材の密封装置として適用した例に則して説明したが、これに限らない。
例えば、図８に示すような、電動パワーステアリング装置８０の入力軸８１用の密封装置８２のリップ等の摺動部８３に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条５０（図７参照）を設けて、回転摺動抵抗を低減することが可能である。図８において、密封装置８２は電動パワーステアリング装置８０のハウジング８４と入力軸８１との間を封止しており、弾性部材からなり上記摺動部８３を有するシール本体８５と、シール本体８５に埋設される補強用の芯金８６とを備える。８７はバックアップリングである。
【００３８】
また、同様の構成の密封装置８２は、図９に示すような、油圧式パワーステアリング装置８８の入力軸８９および出力軸９０用のオイルシールとして適用することができる。
また、ステアリング装置のラックバー用のロッドシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００３９】
また、サスペンションに用いられるショックアブソーバの往復動ロッド用のロッドシールに上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
また、エンジンのバルブステム用のロッドシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００４０】
また、軸受の内輪又は外輪の何れか一方に固定されて他方に摺接するリップ等の摺動部を有する軸受用シールにおいて、摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、軸受の摺動抵抗を低減することができる。また、パック用軸受用のシールについても同様である。
また、エンジンのクランクシャフト用オイルシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、回転往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００４１】
また、本発明はオイルシールその他の密封装置への適用に限定されるものではなく、図１０に示すように、合成ゴムやナイロン６６等の合成樹脂等の高分子材料からなる摺動部材９１に適用することができる。すなわち摺動部材９１の摺動部９２に摺動方向９３に対して交互の逆向きに角度Ｅをなして傾斜する上記のハの字状のパターンをなす凹条５０又は凸条を設けて、摺動抵抗を低減するわけである。
【００４２】
【実施例】
回転軸用のオイルシールの内向きのリップの油側傾斜面に図７と同様のハの字のパターンをなす凹条を形成した実施例１と、油側傾斜面に図４と同様の周方向に沿って延びる凹条を形成した実施例２と、凹凸を一切形成しない比較例１とを作成し、回転摩擦トルクを測定したところ、図１１に示す結果を得た。
図１１を参照して、起動回転摩擦トルクと安定回転摩擦トルク（１０時間後）をみると、
起動回転摩擦トルク
比較例１：１．６Ｋｇｆ・ｃｍ（１５．７Ｎ・ｃｍ）
実施例１：０．９Ｋｇｆ・ｃｍ（８．８Ｎ・ｃｍ）
実施例２：１．３Ｋｇｆ・ｃｍ（１２．７Ｎ・ｃｍ）
安定回転摩擦トルク
比較例１：１．４Ｋｇｆ・ｃｍ（１３．７Ｎ・ｃｍ）
実施例１：０．９Ｋｇｆ・ｃｍ（８．８Ｎ・ｃｍ）
実施例２：１．１Ｋｇｆ・ｃｍ（１０．８Ｎ・ｃｍ）
であり、実施例１は比較例１（従来品）に対して、起動回転摩擦トルクを４３％低減でき、安定回転摩擦トルクを３５％低減できると共に、実施例２は比較例１（従来品）に対して起動回転摩擦トルクを２０％低減でき、安定回転摩擦トルクを２０％を低減できた。つまり、起動回転摩擦トルクと安定回転摩擦トルクを共に低減できる顕著な効果が得られることが判明した。特に、実施例１に関しては、起動回転摩擦トルクは安定回転摩擦トルクと等しい値を有するので、理想の摩擦特性となる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の概略構成を示す模式図である。
【図２】自動変速機のクラッチ部の要部を拡大した模式的断面図である。
【図３】遠心油圧を説明するためのシリンダとピストンの模式図である。
【図４】図２のピストン部材の内筒に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図５】図２のピストン部材の内筒に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図６】図２の区画板の外周に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態のシール部材の要部拡大断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の密封装置が適用された電動パワーステアリング装置の部分断面概略図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の密封装置が適用された油圧式パワーステアリング装置の部分断面概略図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態としての摺動部材の概略図である。
【図１１】回転摩擦トルクの経時変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
４ 自動変速機
１２ クラッチ部
１３ ハウジング
１３ａ 内筒
１３ｂ 外筒
１４ ピストン部材
１４ａ 内筒
１４ｂ 外筒
１５ 区画板
１６ 中心軸線
１７ シリンダ室
２０ シール部材
２１ 外周面
２２ シール部材
２３ 外周面
２４ 内周面
２５ 第１の油室
２８ 外周
２９ シール部材
３０ 内周面
３６ 第２の油室
４２ リップ（摺動部）
４５ 表面
４７ 第２の油室側傾斜面
４９ 周方向
５０ 凹条
５２、５３、５４ 列
５５ リップ（摺動部）
５６ 表面
５８ 第２の油室側傾斜面
６０ 周方向
Ｅ 傾き角
９１ 摺動部材
９２ 摺動部
９３ 摺動方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部を密封するための密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
互いに摺動をする２つの物体間の摺動抵抗をできるだけ低減させることは、軸受やシールなどの機械部品にとって極めて重要な問題である。これらの機械部品の寿命向上に寄与できるばかりでなく、エネルギー損失を抑えることができるからである。
従来、摺動部の表面に低摩擦樹脂であるフッ素樹脂をコーティングすることが行われているが、製造コストが高くなる。また、２つの物体間にグリースや潤滑油等の潤滑剤を介在させることも行われているが、２つの物体間で潤滑剤切れを生ずることもあり、摺動抵抗の低減には限界がある。
【０００３】
ところで、一般に高分子材料を用いて構成される摺動部では、摺動抵抗が大きくなる傾向にある。例えば、回転軸とハウジングとの間や、往復動軸とハウジングとの間を密封する密封装置では、回転軸や往復動軸に摺動するゴム材料からなる摺動部を有しているが、この摺動部の油膜切れにより摺動抵抗が大きくなる場合がある。
上記の密封装置の中で、例えば、自動車の自動変速機内のクラッチ部に用いられる密封装置は、通例、環状のゴム製のシール部材をピストン部材の内周や外周に設けており、シール部材の表面にはハウジングに接触する摺動部としてのリップが設けられている。これにより、ハウジングとピストン部材との間が密封されている。
【０００４】
従来、上記シール部材のリップは、その摺動面全面がハウジング等に接触するため、摺動抵抗が大きかった。しかも、環状のピストン部材の内、外周にそれぞれシール部材が設けられるので、ピストン部材の動作の応答性が悪いという課題がある。
一方、摺動抵抗低減の目的で、リップの摺動面に周方向に沿う環状突起等を設けた密封装置が提案されているが（例えば特開平９−２１００８８号公報）、摺動抵抗の低減が十分でない。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、摺動部材や密封装置において、摺動抵抗をより低減させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、相手部材に対して相対摺動する摺動部を有する高分子材料からなる摺動部材において、上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする摺動部材を提供するものである。
高分子材料からなる摺動部材では、摺動抵抗が大きくなる傾向にあるが、本発明では、摺動方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、摺動部材の相対摺動に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、摺動抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対摺動する摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置を提供するものである。
本発明では、摺動方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、密封装置の摺動部の相対摺動に伴って、摺動部に潤沢に供給されるので、摺動抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対回転する環状の摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動部の周方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の軸方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動部の周方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに回転方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置を提供するものである。
本発明では、回転軸用の密封装置において、摺動部の周方向に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、回転軸の回転に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、密封装置による回転軸の回転摩擦抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して軸方向に相対移動する環状の摺動部を含む密封装置において、上記摺動部の表面に、摺動部の軸方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の周方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、各列の起伏条は、摺動部の軸方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに軸方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とするものである。
本発明では、例えば往復動軸用の密封装置において、軸方向（往復動方向）に対して交互の逆向きに傾斜する多数の凹条に又は多数の凸条の周囲に溜められる潤滑剤が、往復動軸の往復動に伴って摺動部に潤沢に供給されるので、密封装置による往復動軸の往復動摩擦抵抗を格段に低減することができる。また、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、環状のシリンダ室内に環状の油室を区画する環状のピストン部材と、このピストン部材にそれぞれ設けられる内外一対の環状のシール部材とを備え、各シール部材は、シリンダ室の対応する周面にそれぞれ摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、少なくとも一方のシール部材のリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする密封装置を提供する。
本発明では、ピストン部材に設けられるシール部材において、起伏条がリップの表面に形成されているため、摺動面の接触面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。また、起伏条としての凹条に又は凸条の周囲に作動油が非常に溜まりやすくなっているため、摺動面の潤滑状態が格段に向上されて、摺動抵抗をより確実に低減させることができる。その結果、ピストン部材の動作の応答性を格段に向上できる。しかも、リップの周方向に対して傾く起伏条を用いることにより、リップの摺動面に作動油がより溜まりやすくし、摺動抵抗を低減することができる。
また、請求項６記載の発明は、請求項５において、上記ピストン部材に背圧を与えるための環状の油室を区画する環状の区画板と、この区画板の少なくとも外周に設けられる環状のシール部材とをさらに備え、このシール部材は、ピストン部材の対応する周面に摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、このリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の第２の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、第２の起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする。 本発明では、請求項５と同様の効果が得られる。しかも、背圧負荷用の油室の区画板にも請求項５と同様のシール部材を適用することで、ピストン部材が受ける摺動抵抗をより低減することができる。
【００１４】
上記起伏条をこのように配列することで、リップの摺動面に作動油がより一層溜まりやすくなり、より一層摺動抵抗を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、自動車の概略構成を示す模式図である。
自動車１は、例えばエンジン等の動力源２と、この動力源２とトルクコンバータ３を介して連絡される自動変速機４と、この自動変速機４からの動力を伝達される駆動車輪５と、車輪６とを備えている。自動変速機４は、動力源２の回転を減速して駆動車輪５に伝達する。自動変速機４の入力軸７は、トルクコンバータ３を介して動力源２と動力伝達可能に連結され、また、出力軸８は、継手９、伝動軸１０等を介して、駆動車輪５と動力伝達可能に連結されている。
【００１６】
自動変速機４は、入力軸７と、出力軸８と、入力軸７と出力軸８との間に介在して動力伝達する変速機構１１と、この変速機構１１に設けられたクラッチ部１２とを有している。クラッチ部１２の動作により、入力軸７から変速機構１１への動力を、伝達または遮断することができるようになっている。
図２は、自動変速機４のクラッチ部１２の要部を拡大した模式的断面図である。図２を参照して、クラッチ部１２は、そのハウジング１３に、ピストン部材１４と、区画板１５とを備えている。ハウジング１３、ピストン部材１４、および、区画板１５はそれぞれ環状をなし、入力軸７の中心軸線１６を中心として配置されている。
【００１７】
ハウジング１３は、中心軸線１６回りに環状に形成される内筒１３ａと、中心軸線１６回りに、内筒１３ａの径方向外方に環状に形成される外筒１３ｂと、内筒１３ａおよび外筒１３ｂの一端（図２において左側の端部）間を接続する環状の端壁１３ｃとを備えている。ハウジング１３は断面溝形をなしており、シリンダ室１７が環状に形成されている。また、ハウジング１３の外筒１３ｂは、中心軸線１６と同心の円筒部１３ｄと、円筒部１３ｄから軸方向に遠ざかるにつれて径方向外方に延びるテーパ部１３ｅとを含む。
【００１８】
ピストン部材１４は、中心軸線１６回りに環状に形成される内筒１４ａと、中心軸線１６回りに、内筒１４ａの径方向外方に環状に形成される外筒１４ｂと、内筒１４ａおよび外筒１４ｂの一端（図２において左側の端部）間を接続する環状の端壁１４ｃとを備える。ピストン部材１４の外筒１４ｂは、中心軸線１６と同心の円筒部１４ｄと、円筒部１４ｄから軸方向に遠ざかるにつれて径方向外方に延びるテーパ部１４ｅと、テーパ部１４ｅから径方向外方へ延びる押圧部１８とを含む。ピストン部材１４の内筒１４ａには、その内周面１９に環状のゴム製のシール部材２０が備えられている。また、ピストン部材１４の外筒１４ｂには、その外周面２１の端壁１４ｃ側に、環状のシール部材２２が備えられている。各シール部材２０、２２の中心軸線は、中心軸線１６上にある。
【００１９】
ピストン部材１４は、シリンダ室１７に、軸方向に摺動自在に挿入されている。シール部材２０はハウジング１３の内筒１３ａの外周面２３と、シール部材２２はハウジング１３の外筒１３ｂの内周面２４と、それぞれ接触するようになっている。ハウジング１３、ピストン部材１４およびシール部材２０、２２によって、シリンダ室１７内に第１の油室２５が区画されている。
ハウジング１３の内筒１３ａには、第１の油室２５と、ハウジング１３の内筒１３ａの径方向内方の経路１０１とを連通する連通孔２６が穿孔されており、この連通孔２６を介して、加圧装置（図示せず）により加圧された作動油が第１の油室２５に流入（図２において白抜きの矢符）できるようになっている。
【００２０】
区画板１５は、中心軸線１６回りに環状に形成される例えば板金製の部材である。区画板１５の、第１の油室２５側の側面には、ピストン部材１４の端壁１４ｃに平行な平坦部２７が設けられている。また、区画板１５の外周２８には、環状のシール部材２９が設けられている。シール部材２９は、ピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０と接触するように配置されている。また、ハウジング１３の内筒１３ａには溝３１が形成されており、この溝３１に止め輪３２が嵌められている。区画板１５が止め輪３２に当接することにより、区画板１５の軸方向一方（図２において右側）への移動が規制されている。
【００２１】
ピストン部材１４の端壁１４ｃには、区画板１５と対向する側の側面に平坦部３３が設けられており、平坦部３３には保持部材３４が取り付けられている。保持部材３４には例えばコイルばね等の弾性部材３５が、中心軸線１６と平行に取り付けられている。弾性部材３５は、ピストン部材１４および区画板１５を常に軸方向に押圧している。
また、シリンダ室１７には、区画板１５、シール部材２９、ピストン部材１４、シール部材２０、およびハウジング１３の内筒１３ａによって、第２の油室３６が区画されている。第１の油室２５と第２の油室３６は、シリンダ室１７の軸方向に並んで配列されている。ハウジング１３の内筒１３ａには、第２の油室３６とハウジング１３の内筒１３ａの径方向内方の領域１００とを連通する連通孔３７が穿孔されており、この連通孔３７を介して、領域１００に貯留される作動油が第２の油室３６に流入（図２において黒塗りの矢符）できるようになっている。
【００２２】
シリンダ室１７内に、シール部材２０，２２付きのピストン部材１４を収容すると共に、シール部材２９付きの区画板１５を収容することにより、本実施の形態の密封装置が構成されている。シール部材２０，２２，２９は主にピストン部材１４の直線往復動用のシールとして機能するが、ピストン部材１４はハウジング１３や区画板１５に対して相対回転するので、回転用のシールとしても機能する。
【００２３】
本実施形態では、加圧された作動油が連通孔２６を介して第１の油室２５に流入し、弾性部材３５の付勢力に抗してピストン部材１４を第２の油室３６側に摺動させる。これにより、ピストン部材１４の押圧部１８が、図３に示すように、押圧部１８と平行に配列された各複数の第１および第２のクラッチ板３８ａ、３８ｂ（総称していうときは単にクラッチ板３８ともいう）を押圧する。これにより、クラッチ板３８ａ、３８ｂ同士が互いに押圧され、図１の入力軸７からの動力をクラッチ部１２を介して変速機構１１へ伝達することができる。
【００２４】
このクラッチ部１２はいわゆる片効きタイプのシリンダであり、加圧された作動油は第１の油室２５のみに供給される。供給された作動油の油圧によって第２の油室３６側にピストン部材１４が摺動すると、弾性部材３５が軸方向に圧縮される。
ここで、第１の油室２５内の作動油の油圧を低下させると、ピストン部材１４を第２の油室３６側に押圧する力が減少し、弾性部材３５の付勢力によって、ピストン部材１４が第１の油室２５側に押し戻される。その結果、ピストン部材１４の押圧部１８が、図３に示すクラッチ板３８への押圧を解除し、クラッチ部１２を介する動力の伝達が遮断される。
【００２５】
図３を参照して、ハウジング１３は、入力軸７に一体回転可能に取り付けられている。入力軸７の回転と共にハウジング１３が回転すると、シリンダ室１７内の作動油が、入力軸７の回転数の二乗に比例した遠心力を受け、いわゆる遠心油圧が発生する。具体的には、第１の油室２５には、ピストン部材１４を第２の油室３６側に付勢する遠心油圧４０が発生する一方で、第２の油室３６には、ピストン部材１４を第１の油室２５側に付勢する遠心油圧（背圧）４１が発生し、これらの遠心油圧４０と遠心油圧（背圧）４１は互いに相殺される。したがって、ハウジング１３の回転によりクラッチ部１２に生じる遠心油圧の影響を最小限に抑え、遠心油圧がピストン部材１４の動作に与える影響を最小限にすることができる。
【００２６】
次いで、各シール部材２０，２２，２９について詳細に説明する。まず、図４を参照して、ピストン部材１４の内筒１４ａ側のシール部材２０は、ハウジング１３の内筒１３ａの外周面２３に接触する摺動部としての径方向内向きのリップ４２を形成する内周部４３と、ピストン部材１４の内筒１４ａの内周面１９に取り付けられる外周部４４とを備えている。
シール部材２０の内周部４３の表面４５には、リップ４２の先端縁４６を挟んだ両側に、第２の油室側傾斜面４７と第１の油室側傾斜面４８を有している。第２の油室側傾斜面４７には、リップ４２の周方向４９に沿って延びる、互いに独立した多数の起伏条としての凹条５０が、複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。隣接する列５２、５３、５４の凹条５０は、互い違いに配列されている。
【００２７】
また、図５を参照して、ピストン部材１４の外筒１４ｂ側のシール部材２２は、ハウジング１３の外筒１３ｂの内周面２４に接触する摺動部としての径方向外向きのリップ５５を備えている。
リップ５５の表面５６は、リップ５５の先端縁５７を挟んだ両側に、第２の油室側傾斜面５８と第１の油室側傾斜面５９を有している。第２の油室側傾斜面５８には、シール部材２０と同様にして凹条５０が設けられている。すなわち、リップ５５の周方向６０に沿って延びる、互いに独立した多数の起伏条としての凹条５０が、複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。隣接する列５２、５３、５４の凹条５０は、互い違いに配列されている。
【００２８】
また、図６に示すように、区画板１５の外周２８に設けられるシール部材２９は、シール部材２２と同様の構成である。すなわち、シール部材２９はピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０に接触する摺動部としての径方向外向きのリップ５５を備えており、このリップ５５にはシール部材２２と同様の構成の凹条５０が列５２，５３，５４をなして形成されている。
本実施の形態によれば、環状のシリンダ室１７内に収容される環状のピストン部材１４の内外のシール部材２０，２２の摺動部としてのリップ４２，５５の第２の油室側傾斜面４７，５８に、それぞれ多数の凹条５０が複数の列５２、５３、５４をなして形成されている。このため、各リップ４２，５５の摺接面積が低減され、摺動抵抗を格段に小さくすることができる。
【００２９】
また、多数の凹条５０によって第２の油室側傾斜面４７，５８に潤沢な量の作動油を保持することができ、これにより各リップ４２，５５の摺動抵抗をより確実に低減させることができる。したがって、ピストン部材１４の動作の応答性をより向上させることが可能である。
しかも、ピストン部材１４の外筒１４ｂの内周面３０に摺接するシール部材２９にも同様の凹条５０を設けられ、該シール部材２９とピストン部材１４との摺動抵抗も低減されるので、ピストン部材１４の動作の応答性をより一層向上させることが可能である。
【００３０】
上記の凹条５０の深さは２０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の深さが２０μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、１００μｍを超えると凹条５０の加工性とリップ４２の強度に問題が生ずる虞があるため、凹条５０の深さを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の深さが４０〜８０μｍの範囲であれば、より好ましい。
凹条５０の長手方向の長さＡは１００〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の長手方向の長さＡが１００μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、５００μｍを超えると密封性の低下や異音発生の問題が生じやすくなるため、凹条５０の長手方向の長さＡを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の長手方向の長さＡが２００〜４００μｍの範囲であれば、より好ましい。
【００３１】
凹条５０の短手方向の幅Ｂは５０〜２００μｍの範囲にあることが好ましい。凹条５０の短手方向の幅Ｂが５０μｍ未満では潤滑効果が十分に得られず、２００μｍを超えるとリップ４２の第２の油室側傾斜面４７に設けられる凹条５０の本数が減少し、密封性も悪くなる虞が生ずるため、凹条５０の短手方向の幅Ｂを上記の範囲に設定した。なお、凹条５０の短手方向の幅Ｂが、８０〜１５０μｍの範囲であれば、より好ましい。
【００３２】
同一の列において隣接する凹条５０は、周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．５〜３倍の範囲で配列されていることが好ましい。周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．５倍未満（Ｃ＜１．５Ａ）では密封性が悪くなる虞が生じ、３倍を超える（Ｃ＞３Ａ）と潤滑効果が十分に得られないため、ピッチＣを上記の範囲に設定した。なお、周方向４９のピッチＣが、凹条５０の長さＡの１．８〜２．２倍の範囲であれば、より好ましい。
【００３３】
列５２、５３、５４の軸方向のピッチＤは、凹条５０の幅Ｂの１．５〜３倍の範囲で配列されていることが好ましい。軸方向のピッチＤが、凹条５０の幅Ｂの１．５倍未満（Ｄ＜１．５Ａ）では密封性が悪くなる虞が生じ、３倍を超える（Ｄ＞３Ａ）と潤滑効果が十分に得られないため、ピッチＤを上記の範囲に設定した。なお、軸方向のピッチＤが、凹条５０の幅Ｂの略２倍であれば、より好ましい。
【００３４】
上記の実施の形態では、ピストン部材１４のためのシール部材２０，２２に特徴部分である凹条５０を適用したが、シール部材２０，２２のいずれか一方に凹条５０を適用することによっても摺動抵抗低減の効果が得られる。また、上記の実施の形態では区画板１５のためのシール部材２９に凹条５０を適用したが、適用しない場合も考えられる。
凹条５０としては、シール部材２０の周方向４９に沿うものに限らず、例えば、図７に示すように、シール部材２０の周方向４９（周方向４９に沿う軸線）に対して所定の傾き角Ｅを有していても良い。この場合、同一の列において隣接する凹条５０は、互いに逆向きに（すなわちハの字状のパターンをなして）傾いていることが好ましい。図示していないが、シール部材２２，２９の凹条５０についても周方向６０（周方向６０に沿う軸線）に対して所定の傾き角Ｅを有していても良い。傾き角Ｅとしては、２５〜６５度の範囲が好ましく、４０〜５０度の範囲にあればより好ましい。
【００３５】
また、起伏条としては凹条５０に限らず、凸条により形成されていても良い。この場合、凸条の高さは２０〜１００μｍの範囲にあることが高い密封性と低摺動性を達成する点で好ましく、４０〜８０μｍの範囲であれば、より好ましい。起伏条が凸条により形成されている場合も、凹条５０の場合と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、リップ４２，５５の摺動面積が低減される。また、この凸条の周囲に作動油が非常に蓄えられやすくなるため、リップ４２、５５の摺動抵抗を格段に低減することができる。
【００３６】
上記の実施形態では、第２の油室側傾斜面に起伏条を形成するものとして説明したが、これに限らず、第１の油室側傾斜面に起伏条を形成するものであっても良いし、第１の油室側傾斜面と第２の油室側傾斜面の両方に起伏条を形成するものであっても良い。
さらに、凹条・凸条の形状は、たとえば、四角形、楕円形、菱形であっても良い。
【００３７】
上記の実施の形態では、本発明の密封装置をピストン部材の密封装置として適用した例に則して説明したが、これに限らない。
例えば、図８に示すような、電動パワーステアリング装置８０の入力軸８１用の密封装置８２のリップ等の摺動部８３に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条５０（図７参照）を設けて、回転摺動抵抗を低減することが可能である。図８において、密封装置８２は電動パワーステアリング装置８０のハウジング８４と入力軸８１との間を封止しており、弾性部材からなり上記摺動部８３を有するシール本体８５と、シール本体８５に埋設される補強用の芯金８６とを備える。８７はバックアップリングである。
【００３８】
また、同様の構成の密封装置８２は、図９に示すような、油圧式パワーステアリング装置８８の入力軸８９および出力軸９０用のオイルシールとして適用することができる。
また、ステアリング装置のラックバー用のロッドシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００３９】
また、サスペンションに用いられるショックアブソーバの往復動ロッド用のロッドシールに上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
また、エンジンのバルブステム用のロッドシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、直線往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００４０】
また、軸受の内輪又は外輪の何れか一方に固定されて他方に摺接するリップ等の摺動部を有する軸受用シールにおいて、摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、軸受の摺動抵抗を低減することができる。また、パック用軸受用のシールについても同様である。
また、エンジンのクランクシャフト用オイルシールのリップ等の摺動部に上記のハの字状のパターンをなす凹条又は凸条を設けて、回転往復動の摺動抵抗を低減することができる。
【００４１】
また、本発明はオイルシールその他の密封装置への適用に限定されるものではなく、図１０に示すように、合成ゴムやナイロン６６等の合成樹脂等の高分子材料からなる摺動部材９１に適用することができる。すなわち摺動部材９１の摺動部９２に摺動方向９３に対して交互の逆向きに角度Ｅをなして傾斜する上記のハの字状のパターンをなす凹条５０又は凸条を設けて、摺動抵抗を低減するわけである。
【００４２】
【実施例】
回転軸用のオイルシールの内向きのリップの油側傾斜面に図７と同様のハの字のパターンをなす凹条を形成した実施例１と、油側傾斜面に図４と同様の周方向に沿って延びる凹条を形成した実施例２と、凹凸を一切形成しない比較例１とを作成し、回転摩擦トルクを測定したところ、図１１に示す結果を得た。
図１１を参照して、起動回転摩擦トルクと安定回転摩擦トルク（１０時間後）をみると、
起動回転摩擦トルク
比較例１：１．６Ｋｇｆ・ｃｍ（１５．７Ｎ・ｃｍ）
実施例１：０．９Ｋｇｆ・ｃｍ（８．８Ｎ・ｃｍ）
実施例２：１．３Ｋｇｆ・ｃｍ（１２．７Ｎ・ｃｍ）
安定回転摩擦トルク
比較例１：１．４Ｋｇｆ・ｃｍ（１３．７Ｎ・ｃｍ）
実施例１：０．９Ｋｇｆ・ｃｍ（８．８Ｎ・ｃｍ）
実施例２：１．１Ｋｇｆ・ｃｍ（１０．８Ｎ・ｃｍ）
であり、実施例１は比較例１（従来品）に対して、起動回転摩擦トルクを４３％低減でき、安定回転摩擦トルクを３５％低減できると共に、実施例２は比較例１（従来品）に対して起動回転摩擦トルクを２０％低減でき、安定回転摩擦トルクを２０％を低減できた。つまり、起動回転摩擦トルクと安定回転摩擦トルクを共に低減できる顕著な効果が得られることが判明した。特に、実施例１に関しては、起動回転摩擦トルクは安定回転摩擦トルクと等しい値を有するので、理想の摩擦特性となる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の概略構成を示す模式図である。
【図２】自動変速機のクラッチ部の要部を拡大した模式的断面図である。
【図３】遠心油圧を説明するためのシリンダとピストンの模式図である。
【図４】図２のピストン部材の内筒に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図５】図２のピストン部材の内筒に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図６】図２の区画板の外周に設けられたシール部材の要部拡大断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態のシール部材の要部拡大断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の密封装置が適用された電動パワーステアリング装置の部分断面概略図である。
【図９】本発明のさらに別の実施の形態の密封装置が適用された油圧式パワーステアリング装置の部分断面概略図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施の形態としての摺動部材の概略図である。
【図１１】回転摩擦トルクの経時変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
４ 自動変速機
１２ クラッチ部
１３ ハウジング
１３ａ 内筒
１３ｂ 外筒
１４ ピストン部材
１４ａ 内筒
１４ｂ 外筒
１５ 区画板
１６ 中心軸線
１７ シリンダ室
２０ シール部材
２１ 外周面
２２ シール部材
２３ 外周面
２４ 内周面
２５ 第１の油室
２８ 外周
２９ シール部材
３０ 内周面
３６ 第２の油室
４２ リップ（摺動部）
４５ 表面
４７ 第２の油室側傾斜面
４９ 周方向
５０ 凹条
５２、５３、５４ 列
５５ リップ（摺動部）
５６ 表面
５８ 第２の油室側傾斜面
６０ 周方向
Ｅ 傾き角
９１ 摺動部材
９２ 摺動部
９３ 摺動方向
Claims (6)
- 相手部材に対して相対摺動する摺動部を有する高分子材料からなる摺動部材において、
上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、
上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、
各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、
各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする摺動部材。 - 相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対摺動する摺動部を含む密封装置において、
上記摺動部の表面に、摺動方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動方向と直交する方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、
上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、
各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、
各列の起伏条は、摺動方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに摺動方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置。 - 相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して相対回転する環状の摺動部を含む密封装置において、
上記摺動部の表面に、摺動部の周方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の軸方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、
上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、
各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、
各列の起伏条は、摺動部の周方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに回転方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置。 - 相手部材との間を密封するためのシール部材を備え、このシール部材が相手部材に対して軸方向に相対移動する環状の摺動部を含む密封装置において、
上記摺動部の表面に、摺動部の軸方向に間隔を隔てて並べられ周囲を相手部材と相対摺動する摺動部の表面に囲まれた長手方向と短手方向を有する多数の起伏条よりなる列を、起伏条が摺動部の周方向に間隔を隔てて並ぶよう複数設け、
上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、
各起伏条はそれぞれ隣接する起伏条から独立しており、
各列の起伏条は、摺動部の軸方向に対して長手方向が交互の逆向きに傾斜するとともに軸方向と直交する方向に隣接する起伏条と同方向に傾斜することを特徴とする密封装置。 - 環状のシリンダ室内に環状の油室を区画する環状のピストン部材と、このピストン部材にそれぞれ設けられる内外一対の環状のシール部材とを備え、
各シール部材は、シリンダ室の対応する周面にそれぞれ摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、
少なくとも一方のシール部材のリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、
上記起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする密封装置。 - 請求項５において、上記ピストン部材に背圧を与えるための環状の油室を区画する環状の区画板と、この区画板の少なくとも外周に設けられる環状のシール部材とをさらに備え、
このシール部材は、ピストン部材の対応する周面に摺動自在に接する摺動部としてのリップを含み、
このリップの表面に、リップの周方向に対して傾くリップの表面に囲まれた長手方向と短手方向とを有する互いに独立した多数の第２の起伏条がリップの周方向に所定の周方向ピッチで並べられて形成された列を、起伏条がリップの軸方向に所定の軸方向ピッチで並ぶよう複数設け、
第２の起伏条は、作動油を溜めることのできる凹条、または相手部材と当接したときにその周囲に作動油を溜めることのできる凹所を形成可能な凸条を含み、周方向に隣接する上記起伏条は、互いに逆向きに傾き、軸方向に隣接する上記起伏条は、互いに同じ向きに傾いていることを特徴とする密封装置。
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