JP4815682B2 - シールリング - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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