JP4815682B2

JP4815682B2 - シールリング

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Publication number: JP4815682B2
Application number: JP2001075885A
Authority: JP
Inventors: 真弘川畑
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002276815A

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８および図９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８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９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８中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング１００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９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って、異常摩耗が生じてしまうという不具合が発生していた。
【００１８】
この点について、図１０を参照して、さらに詳しく説明する。図１０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１０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１０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】
また、従来技術に係るシールリングに設ける連通溝１０１ａは、直線状に伸びる形状であったため、連通溝１０１ａからシール面側に異物等が流出して異物等を噛み込んでしまい易いという不具合もあった。
【００２２】
この点について、図７を参照して説明する。図７は従来技術に係るシールリングに備えられた連通溝内での異物の挙動を示す説明図である。
【００２３】
連通溝１０１ａが、図７（ａ）に示すようにリングの内周面あるいは外周面に対して垂直に伸びる構成であっても、図７（ｂ）に示すようにリングの内周面あるいは外周面に対して斜めに伸びる構成であっても、図中矢印方向に回転するシールリングに対して、異物Ｙはこの回転方向とは反対側に流体圧力を受ける。
【００２４】
これにより、連通溝１０１ａの側壁面のうち、シールリングの回転方向とは反対側の側壁面側から、異物Ｙ１が第１シール面１０１へと流出してしまい、この第１シール面１０１と、軸３００に設けられた環状溝３０１の側壁面との間でこの異物Ｙ１を噛み込んでしまうことがあった。
【００２５】
ここで、連通溝１０１ａが直線形状であると、連通溝１０１ａによってリークされる流体の流れが不十分となりやすい。従って、上述のような異物の噛み込みは、一層起こりやすくなってしまっていた。
【００２６】
つまり、リークされる流体の流れが不十分であると、連通溝１０１ａ内に侵入した異物Ｙが非密封流体側に排出される前に、シールリングの回転方向とは反対側に向かってかかる流体圧力により第１シール面１０１へと流出してしまうからである。
【００２７】
このように、異物の噛み込みが起こりやすいことにより、第１シール面１０１や環状溝３０１の側壁面の磨耗をより一層促進させる原因となっていた。
【００２８】
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。
【００２９】
【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、円弧状に伸び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、前記環状溝の溝底に向かうにつれて徐々に環状溝の側壁面との間が大きくなるテーパ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。
【００３０】
従って、連通溝を円弧状に伸びるようにしたので、連通溝内の流体の流れが円滑になるため、連通溝に侵入した異物の排出がスムーズに行われ、また、経時的に摩耗が進行した場合であっても、テーパを設けた分だけ、連通溝の遮断を防止できる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
【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。
【００３４】
図１〜図６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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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でも良い。
【００４１】
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。
【００４２】
以上のように、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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）のか分からないため、装着の便宜を図るために両面に設けたものである。
【００４６】
そして、この連通溝２の形状は、円弧状に伸びるように構成されている。この点について図６を参照して詳しく説明する。図６は本発明の実施の形態に係るシールリングに備えられた連通溝内での異物の挙動を示す説明図であり、（ａ）はその様子を示し、（ｂ）は原理を簡単に示している。
【００４７】
図示のように、連通溝２を円弧状に伸びるように構成したため、シールリング１の回転時においては、連通溝２によってリークする潤滑油の流れは円滑になる。
【００４８】
この点について、特に、（ｂ）を参照して説明する。軸７０の回転により、軸７０の回転方向と同じ向きに流体（潤滑油）の流れが生じる。これにより、流体には回転方向の力と遠心力が作用するため、流体に働く合成力は円弧状になる。
【００４９】
そのため、連通溝の形状が、この円弧の形状に沿っているほど流体への抵抗が少なくなる。従って、連通溝２を円弧状に伸びるように構成することで、直線状に連通溝を形成した場合に比べて流体の流れがスムーズになる。
【００５０】
なお、軸７０の回転速度及び流体の流れの速度は、シールリング１の回転速度よりも大きい。
【００５１】
このように流体の流れがスムーズになるため、連通溝２に侵入した異物Ｙは、スムーズに非密封流体側Ａへと排出される。
【００５２】
これにより、連通溝２から第１シール面３に流出する異物Ｙを、従来技術のように連通溝を直線状にした場合に比べて減少させることが可能となり、異物の噛み込みによる磨耗の低減を図ることが可能となる。従って、耐磨耗性が向上する。
【００５３】
なお、シールリング１の回転方向によらず、異物の排出動作を円滑に行うために、図１（ａ），（ｂ）に示すように、曲線方向がそれぞれ異なるように、一対の連通溝２，２’を設けると好適である。
【００５４】
そして、この連通溝２の底にはテーパ２１が設けられている。
【００５５】
このテーパ２１は、図２に示すように、装着状態において、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に形成されたものである。
【００５６】
このようにテーパ２１を設けたことによって、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、流路Ｒが確保される。
【００５７】
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。
【００５８】
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の断面積（テーパ２１を形成していない部分の断面積）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。
【００５９】
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。
【００６０】
従って、上述したテーパ２１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。
【００６１】
ここで、連通溝２についてさらに詳しく説明する。
【００６２】
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。
【００６３】
また、連通溝２のテーパ２１が設けられていない部分の深さ（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。
【００６４】
また、テーパ２１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１０〜９０％、望ましくは３０〜７０％、さらに望ましくは５０〜７０％とすると良い。
【００６５】
また、テーパ２１の角度（図１（ｃ）中角度α）は、９０°以上１８０°未満とし、望ましくは１７０°〜１７７°とすると良い。
【００６６】
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（ｃ）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。
【００６７】
また、連通溝の本数は特に限定されるものではなく、シールリングの直径によって適宜設定すればよいが、望ましくは左右対象の一対の溝を１組または２組設けるとよい。
【００６８】
また、一対の溝の配置構成としては、図４（ａ）に示すように内周側から外周側に向けて開くように配置しても良いし、図４（ｂ）に示すように、内周側から外周側に向けて閉じるように配置しても良い。
【００６９】
いずれも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７０】
また、連通溝の断面形状についても、図５（ａ）に示す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、例えば、図５（ｂ）に示すように、断面が６角形とすることも好適である。
【００７１】
ただし、上述のように、第１シール面３の磨耗時に連通溝の断面積の変化量を抑えるために、連通溝の側壁面と第１シール面３とのなす角（図１（ｄ）中βに相当）は９０°以上１２０°とするのが望ましい。
【００７２】
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。
【００７３】
ここで、耐熱樹脂としては、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。
【００７４】
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。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、連通溝を円弧状に伸びるようにしたので、連通溝内の流体の流れが円滑になるため、連通溝に侵入した異物の排出をスムーズに行うことが可能となり、異物の噛み込みによる磨耗の低減を図ることができ、耐摩耗性を向上できる。
【００７６】
また、連通溝にテーパを設けたことによって、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。
【００７７】
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】一対の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】本発明の実施の形態に係るシールリングに備えられた連通溝内での異物の挙動を示す説明図である。
【図７】従来技術に係るシールリングに備えられた連通溝内での異物の挙動を示す説明図である。
【図８】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９】従来技術に係るシールリングの模式図である。
【図１０】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。
【符号の説明】
１シールリング
２，２’，２”２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ連通溝
２１テーパ
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、円弧状に伸び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、前記環状溝の溝底に向かうにつれて徐々に環状溝の側壁面との間が大きくなるテーパ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。