JP4686809B2

JP4686809B2 - シールリング

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Publication number: JP4686809B2
Application number: JP2000112386A
Authority: JP
Inventors: 真哉中岡
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001295943A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに相対回転自在に設けられた２部材間の環状隙間をシールするためのシールリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシールリングは、たとえば、自動車の自動変速機等の油圧装置に用いられている。
【０００３】
以下、図６および図７を参照して、従来技術に係るシールリングについて説明する。ここで、図６は従来技術に係るシールリングの装着した状態を示す模式的断面図であり、図７は従来技術に係るシールリングの模式図であり、（ａ）は模式的一部平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ方向から見た側面図である。
【０００４】
図示のシールリング１００は、軸孔が設けられたハウジング２００と、この軸孔に挿入された軸３００との間の環状隙間をシールするためのものであり、軸３００に設けられた環状溝３０１に装着されて使用されるものである。
【０００５】
シールリング１００は樹脂材料から形成されるもので、軸３００に設けられた環状溝３０１の側壁面をシールするための第１シール面１０１と、ハウジング２００に設けられた軸孔の内周面をシールするための第２シール面１０２と、を備えている。
【０００６】
そして、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａに向けて、図６中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング１は非密封流体側Ａに押圧されるため、第１シール面１０１は環状溝３０１の側壁面を押圧し、また、第２シール面１０２は環状溝３０１に対向するハウジング２００に設けられた軸孔の内周面を押圧し、それぞれの位置でシールする。
【０００７】
このようにして、密封流体の非密封流体側Ａへの漏れを防止していた。
【０００８】
ここで、密封流体は、例えば潤滑油であり、特に自動車の変速機に利用される場合にはＡＴＦを指している。
【０００９】
以上のようなシールリング１００においては、特に軸３００がアルミニウム合金等の軟質材であるような場合に、第１シール面１０１と環状溝３０１の側壁面との間の摩擦によって、両者がそれぞれ摩耗してしまっていた。
【００１０】
これは、第１シール面１０１と環状溝３０１の側壁面との間には、潤滑油による潤滑膜が形成されにくいためであり、特に、潤滑油中に存在する異物がこれらの間にかみ込まれた場合には摩耗が激しくなっていた。
【００１１】
このような摩耗を低減させるための技術として、密封流体である潤滑油を第１シール面１０１と環状溝３０１の側壁面との間に供給させるための溝を設けることによって、潤滑膜を形成させて耐摩耗性を向上させる技術が知られている（例えば、特開平９−９６３６３号公開公報）。
【００１２】
すなわち、図７に示すように、第１シール面１０１に密封流体側Ｏと非密封流体側Ａとを連通するための連通溝１０１ａを設けることによって、密封流体側Ｏの潤滑油を連通溝１０１ａに侵入させるようにして、第１シール面１０１が環状溝３０１の側壁面に対して摺接した際に、これらの間に潤滑膜を形成されて耐摩耗性の向上を図ったものである。
【００１３】
また、上記連通溝１０１ａを設けることにより、潤滑膜の形成だけでなく、潤滑油中に存在する異物や摩耗により生じた摩耗粉が、第１シール面１０１と環状溝３０１の側壁面との間にかみ込まれないように非密封流体側Ａに排出させる機能を持たせることで、より一層耐摩耗性の向上を図ったものである。
【００１４】
なお、連通溝１０１ａの断面形状は矩形とするのが一般的と考えられ、特開平９−９６３６３号公開公報では、成形時に生ずるバリの除去を考慮すると、この溝の側壁面とシール面とのなす角βが、鈍角、即ち、９０°を越えて１８０°未満、好ましくは、１２０°〜１３５°とする技術が開示されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１６】
上述した従来技術に係るシールリングにおいては、連通溝１０１ａを設けることによって、耐摩耗性が向上するとはいうものの、完全に摩耗を防止するものではないため、ある程度の余裕を持たせて溝幅や溝の深さを設定する必要があるが、シール性能を維持するためには、連通溝１０１ａからの潤滑油のリーク量をある程度に抑える必要があり、そのためには、溝幅や溝の深さをできるだけ小さくしなければならない。
【００１７】
従って、経時的に摩耗が進行することによって、連通溝への経路が遮断されて、連通溝への潤滑油の供給がなされなくなると、摺接部に潤滑膜が形成されないので、異常摩耗の発生要因となる。
【００１８】
この点について、図８を参照して、さらに詳しく説明する。図８は従来技術に係るシールリングについて、長期使用により摩耗が進行した状態を示す模式的断面図である。
【００１９】
図８に示すように、環状溝３０１の側壁面は、第１シール面１０１が摺接される部分のみが摩耗するため、摩耗した分だけ、シールリング１００は、環状溝３０１の側壁面の元の位置よりも内部側へと押し込まれていくことになる。
【００２０】
従って、連通溝１０１ａの底面が、環状溝３０１の側壁面の摩耗されていない面まで達すると、図８中矢印Ｘに示すように、連通溝１０１ａへの経路が遮断されることになり、潤滑油の供給がなされなくなるのである。
【００２１】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シール性能を維持しつつ、耐摩耗性の一層の向上を図ったシールリングを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、互いに相対回転自在に設けられた２部材間の環状隙間をシールするシールリングであって、前記２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されるシールリングにおいて、一方の部材に設けられた環状溝の側壁面をシールする第１シール面と、他方の部材の前記環状溝に対向する表面をシールする第２シール面と、を備え、前記第１シール面には、密封流体側と非密封流体側とを連通する連通溝が設けられ、かつ該連通溝には前記環状溝の溝底側の端部に、前記環状溝の溝底側のほうが前記他方の部材側に比べて溝底が深くなる段付きが形成されると共に、前記環状溝内の領域においては、前記第１シール面のうち前記連通溝が設けられている部分を除く全領域が前記環状溝の側壁面に押圧されることを特徴とする。
【００２３】
従って、経時的に摩耗が進行した場合であっても、環状溝の溝底側のほうを他方の部材側に比べて溝底が深くなるような段付きとしたことによって、連通溝の遮断を防止できる。
【００２４】
前記連通溝の側壁面は、第１シール面に対して略垂直であるとよい。
【００２５】
これにより、かかる側壁面の第１シール面に対する角度が鈍角である場合に比較して、経時的に第１シール面の摩耗が進行したとしても、連通溝の断面積の変化度合いを抑制できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２７】
図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係るシールリングについて説明する。
【００２８】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係るシールリングの全体構成等について説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態に係るシールリングの模式図であり、（ａ）は模式的平面図であり、（ｂ）はその一部拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）のｃｃ断面図であり、（ｄ）は（ｂ）のｄ方向から見た側面図である。
【００３０】
また、図２は本発明の実施の形態に係るシールリングの装着した状態を示す模式的断面図である。
【００３１】
本実施の形態に係るシールリング１は、図２に示すように、互いに相対回転自在に設けられた２部材間の環状隙間、すなわち、軸孔が設けられたハウジング６０と、この軸孔に挿入された軸７０との間の環状隙間をシールするためのものであり、軸７０に設けられた環状溝７１に装着されて使用されるものである。
【００３２】
シールリング１は、概略、一方の部材としての軸７０に設けられた環状溝７１の側壁面７１ａをシールするための第１シール面３と、他方の部材としてのハウジング６０に設けられた軸孔の内周面をシールするための第２シール面４と、を備えている。
【００３３】
また、図中５は合口であり、図示の例では特殊ステップカットの場合を示しているが、その他、ステップカット，ストレートカット，エンドレスカット，バイアスカットなど特に限定するものではない。
【００３４】
そして、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａに向けて、図２中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング１は非密封流体側Ａに押圧されるため、第１シール面３は環状溝７１の側壁面７１ａを押圧し、また、第２シール面４はハウジング６０に設けられた軸孔の内周表面であって、環状溝７１に対向する部分を押圧し、それぞれの位置でシールする。
【００３５】
このようにして、密封流体の非密封流体側Ａへの漏れを防止するものである。
【００３６】
なお、本実施の形態における密封流体は、潤滑性を有する流体を意味し、以下の説明では、その一例として潤滑油として説明する。
【００３７】
本実施の形態に係るシールリング１においては、第１シール面３に密封流体側Ｏと非密封流体側Ａとを連通するための連通溝２を設けている。
【００３８】
なお、図示の例では、第１シール面３の裏側の面にも、少しずれた位置に連通溝２を設けているが、これは、シールリング１の装着方向によっては、いずれの面がシール面として利用される（いずれの面が第１シール面３となる）か分からないため、装着の便宜を図るために両面に設けたものである。
【００３９】
そして、この連通溝２は段付き溝となっている。
【００４０】
すなわち、図１および図２に示すように、この連通溝２は、ハウジング６０側の溝底の浅い浅溝底部２１と、環状溝７１の溝底７１ｂに向かうにつれて徐々に環状溝７１の側壁面７１ａとの間が大きくなるようなテーパ部２２と、環状溝７１の溝底７１ｂ側の溝底の深い深溝底部２３と、を有する段付きの溝である。
【００４１】
このように段付きとしたことによって、図３に示すように、長期使用により環状溝７１の側壁面７１ａや第１シール面３の摩耗が進行して、シールリング１が環状溝７１の側壁面７１ａの元の位置よりも内部側へと押し込まれて、連通溝２の浅溝底部２１の底面が、環状溝７１の側壁面７１ａの摩耗されていない面まで達したとしても、深溝底部２３により流路Ｒが確保される。
【００４２】
従って、連通溝２への潤滑油の供給を維持することができ、耐摩耗性のより一層の向上を図ることができる。
【００４３】
また、摩耗が進行した場合でも、潤滑油の供給を確保できることから、連通溝２の浅溝底部２１における溝断面積を必要以上に大きくする必要がないため、リーク量を抑えることができ、シール性能を維持することができる。
【００４４】
ここで、シール性能を維持するためには、連通溝２の底から環状溝７１の側壁面７１ａまでの間隔が狭い部分を確保する必要がある。
【００４５】
従って、上述したテーパ部２２や深溝底部２３は、シールリング１を装着した状態において、環状溝７１内に収まるようにするのが望ましい。
【００４６】
ここで、連通溝２についてさらに詳しく説明する。
【００４７】
連通溝２の幅は０．０５〜０．３５ｍｍとし、望ましくは０．１〜０．２ｍｍとすると良い。
【００４８】
また、連通溝２の浅溝底部２１の溝の深さ（図１（ｃ）中寸法Ａ）は、０．０５〜０．３５ｍｍとし、望ましくは０．１〜０．２ｍｍとすると良い。
【００４９】
また、テーパ部２２と深溝底部２３とを合わせた段付き部分の長さ（図１（ｃ）中寸法Ｂ）は、シールリングの肉厚（図１（ｃ）中寸法Ｃ）に対して１０〜７０％、望ましくは３０〜５０％とすると良い。
【００５０】
また、深溝底部２３の溝の深さ（図１（ｃ）中寸法Ｄ）は、上記浅溝底部２１の溝の深さ（図１（ｃ）中寸法Ａ）に対して０．１〜０．２ｍｍ分だけ深くすると良い。
【００５１】
また、テーパ部２２の角度（図１（ｃ）中角度α）は、９０°以上１８０°未満とすると良い。
【００５２】
また、連通溝の側壁面の第１シール面３に対する角度（図１（ｄ）中角度β）は、９０°以上１２０°未満、望ましくは９２°〜１００°とすると良い。このように略垂直とすることによって、摩耗が進行する場合でも溝の断面積の変化度合いを抑制できるため、潤滑油のリーク量を安定させて、シール性能を安定化させることが可能となる。
【００５３】
また、連通溝の本数は好ましくは１〜３本程度で良いが、これはシールリングの直径によって適宜設定すれば良い。
【００５４】
また、連通溝の配置は、勿論、図示のものに限定されることはなく、例えば、少ない本数で第１シール面３全体にまんべんなく潤滑油を供給するというような狙いで、図４（ａ）に示す連通溝２ａのように２本をＸ状に交差させたり、図４（ｂ）に示す連通溝２ｂのようにリングの中心から真っ直ぐに伸びる方向ではなく、所定角度を持たせるようにしても良い。
【００５５】
また、連通溝の断面形状についても、図５（ａ）に示す連通溝２ｃのような矩形あるいは台形である必要はなく適宜設定すれば良いが、上述のように、断面積の変化度合いを抑制できるようにするのが望ましく、すなわち、連通溝の側壁面の第１シール面３に対する角度を９０°〜１２０°とすればよく、例えば、図５（ｂ）に示す連通溝２ｄのように、断面が６角形とすることも好適である。
【００５６】
そして、シールリング１を構成する材料としては、耐熱性樹脂と充填材からなる樹脂組成物を適用することができる。
【００５７】
ここで、耐熱性樹脂としては、例えば、ポリシアノアリールエーテル系樹脂（ＰＥＮ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン樹脂，芳香族系熱可塑性ポリイミド樹脂，ポリアミド４−６系樹脂，ポリフェニレンサルファイド系樹脂，ポリテトラフロロエチレン系樹脂などの耐熱性，耐燃性，耐薬品性に優れ、優れた機械的性質を示す樹脂が挙げられる。
【００５８】
なお、充填材は、材料の機械的強度の向上、耐摩耗性の向上、低摩擦特性の付与等を目的に配合されるものであり、特に限定するものではない。
【００５９】
【実施例】
以下、上記実施の形態に基づく、より具体的な実施例について説明する。
【００６０】
まず、シールリング１の成形材料として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（住友化学製品ビクトレックスＰＥＥＫ１５０Ｇ、熱変形温度１５２℃），アミノシラン処理をして使用されたガラスビーズ（ユニオン硝子製品ＵＢ−４７Ｌ，平均粒径７５μｍ）をそれぞれ８５重量％，１５重量％の混合割合として、各成分をヘンシェルミキサを用いて均一に混合し、更に押出機を用いて４００℃で融解混合した後に、ペレタイザで造粒したものを用いた。
【００６１】
そして、上記材料を用いて、射出成形により、図１に示す形状のシールリングを得た。
【００６２】
また、合口は特殊ステップカットとし、シールリングの高さを２．０１ｍｍ，肉厚を１．９１ｍｍ，外径を４７．５ｍｍとした。
【００６３】
また、連通溝の幅を０．１５ｍｍ，浅溝底部２１の溝の深さを０．１５ｍｍ，段付き部分の長さ（図１（ｃ）中寸法Ｂ）を１ｍｍ，深溝底部２３の溝の深さ（図１（ｃ）中寸法Ｄ）を０．３ｍｍ，テーパ部２２の角度（図１（ｃ）中角度α）を約１００°，連通溝の側壁面のシール面に対する角度（上記図１（ｄ）に示す角度β）を約１１０°とし、連通溝の本数は両面にそれぞれ１本づつ２０°ずらして形成した。
【００６４】
以上のように形成したシールリングと、本実施例のシールリングとは連通溝が設けられていない点でのみ異なるシールリング（比較例）について、次のような耐久試験を行って、摩耗量や耐久試験前後のリーク量を比較した。
【００６５】
耐久試験は、温度１２０℃の環境の下、潤滑剤としてオートマチック・トランスミッション用オイル（ＡＴＦ）を使用して、油圧１．３ＭＰａとし、軸の回転数を４０００ｒｐｍで１４４ｈの耐久試験を行った。
【００６６】
なお、ハウジングとなるシリンダの材質はＳ４５Ｃ、軸の材質はＡＤＣ１２を使用した。
【００６７】
以上の耐久試験により得られた結果を図９および図１０に示す。図９にはシールリング側面（第１シール面）の摩耗量，軸溝側面（環状溝の側壁面）の摩耗量，耐久試験中のリーク量について、それぞれ本実施例と比較例の試験結果について表に示し、図１０には試験前後のリーク量をグラフに示した。
【００６８】
試験結果から分かるように、本実施例のものは比較例と比べて、摩耗量が少なく、リーク量も安定している。
【００６９】
なお、これまで説明した実施の形態および実施例では、軸側に環状溝を設けて、この環状溝内にシールリングを装着させる構成について示したが、ハウジング側に環状溝を設けて、そこにシールリングを装着させるような構成についても同様に適用することができる。
【００７０】
すなわち、この場合には、シールリングの第１シール面をハウジングに設けた環状溝の側壁面に押圧させて、第２シール面を軸の外周面に押圧させるようにして、連通溝の段付きについては、上記実施の形態等に示したものと同様に環状溝の溝底側の溝底を深くするように構成すれば良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、連通溝を環状溝の溝底側のほうが他方の部材側に比べて溝底が深くなる段付きの溝としたことによって、経時的に摩耗が進行した場合でも、連通溝への密封流体の供給を確保することができ、シール性能を維持しつつ、耐摩耗性の一層の向上を図ることができる。
【００７２】
また、連通溝の側壁面を、第１シール面に対して略垂直とすれば、経時的に第１シール面の摩耗が進行したとしても、連通溝の断面積の変化度合いを抑制でき、シール性能を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るシールリングの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るシールリングの装着した状態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るシールリングについて、その使用により経時的に摩耗が進行した状態を示す模式的断面図である。
【図４】連通溝の配置例を示す模式的平面図である。
【図５】連通溝の断面形状例を示す模式的断面図である。
【図６】従来技術に係るシールリングの装着した状態を示す模式的断面図である。
【図７】従来技術に係るシールリングの模式図である。
【図８】従来技術に係るシールリングについて、その使用により経時的に摩耗が進行した状態を示す模式的断面図である。
【図９】耐久試験による磨耗量とリーク量についての比較結果を示す表図である。
【図１０】耐久試験前後のリーク量についての比較結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１シールリング
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ連通溝
２１浅溝底部
２２テーパ部
２３深溝底部
３第１シール面
４第２シール面
５合口
６０ハウジング
７０軸
７１環状溝
７１ａ側壁面
７１ｂ溝底

Claims

互いに相対回転自在に設けられた２部材間の環状隙間をシールするシールリングであって、
前記２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着されるシールリングにおいて、
一方の部材に設けられた環状溝の側壁面をシールする第１シール面と、
他方の部材の前記環状溝に対向する表面をシールする第２シール面と、
を備え、
前記第１シール面には、密封流体側と非密封流体側とを連通する連通溝が設けられ、かつ該連通溝には前記環状溝の溝底側の端部に、前記環状溝の溝底側のほうが前記他方の部材側に比べて溝底が深くなる段付きが形成されると共に、
前記環状溝内の領域においては、前記第１シール面のうち前記連通溝が設けられている部分を除く全領域が前記環状溝の側壁面に押圧されることを特徴とするシールリング。
前記連通溝の側壁面は、第１シール面に対して略垂直であることを特徴とする請求項１に記載のシールリング。