JP5076475B2 - シールリング及び密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の自動変速機や無断変速機、各種油圧機器、空圧機器等に用いられるシールリング及び密封構造に関するものである。

自動車用自動変速機等の軸シールとして用いられるシールリングとしては、図４に示すようなシールリング１００が従来から知られている。図示のように、シールリング１００は、概略、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４００をシールするためのものである。

ここで、軸３００とハウジング２００とは、それぞれ相対運動自在に設けられている。また、軸３００には環状溝３０１が形成されており、この環状溝３０１にシールリング１００が装着される。

シールリング１００は、樹脂材料から構成されるもので、側面１１２がテーパ状に傾斜して軸方向の幅が外周側から内周側に向かうに従って小さくなるような形状を呈している。

そして、密封対象流体側Ｏから非密封対象流体側Ａに向けて、図中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング１００は非密封対象流体側Ａに押圧されるため、外周面１１１がハウジング２００に設けられた軸孔の内周面と面状に接触するとともに、側面１１２が環状溝３０１の側壁面３１０の縁（環状溝３０１と軸３００の外周面との間の角部）と線状に接触し、それぞれの位置でシールする。

このようにして、密封対象流体の非密封対象流体側Ａへの漏れを防止していた。ここで、密封対象流体は、例えば潤滑油であり、特に自動車の自動変速機に利用される場合にはＡＴＦ（自動変速機油）を指している。

ハウジング２００と軸３００とが相対回転を生じた場合、シールリング１００は外周面１１１がハウジング２００の軸孔の内周面に密着してハウジング２００とともに回転する。したがって、シールリング１００の側面１１２は軸３００の環状溝３０１の側面３１０に対して摺動することになる。

このシールリング１００は、近年の自動車の燃費向上を目的とした自動変速機等の低フリクション化の要請の下、側面１１２をテーパ状に傾斜させることで環状溝３０１の側面３１０との摺動によって生じる摩擦トルクの低減を図ったものである。このような技術としては例えば特許文献１に記載がある。

すなわち、このシールリング１００は、側面１１２を環状溝３０１の側面３１０に対して線状に接触させることで側面３１０との摺動面積を小さくし、これにより、側面３１０からシールリング１００が受ける圧力を低減して側面３１０との摺動によって生じる摩擦トルクの低減を図っている。
特許第３４３７３１２号

しかし、近年ではさらにコスト削減及び省スペースの要請が強く、シールリングを装着
する環状溝を小型化する傾向がある。そして、これに伴いシールリングの小断面化も進んでいる。

しかしながら、シールリングは、成形性の観点から小断面化には限界がある。そのため、シールリングの断面積はある程度の大きさが確保されなければならない。

一方、シールリング１００の内周面と環状溝３０１の溝底３２０とが干渉（接触）してしまうと、シールリング１００は、ハウジング２００と溝底３２０によって挟み込まれるため、圧力が作用しても非密封対象流体側Ａ側に移動することができなくなったり、シールリングや溝の破損を生じてしまい、そのシール機能が損なわれてしまう。そのため、シールリング１００と溝底３２０は非接触が維持されなければならない。

したがって、シールリング１００の外周面と内周面との間の高さＣは、軸偏心が生じてもシールリング１００と環状溝３０１との干渉が生じないように、軸偏心が最大のときに、高さＣが環状溝３０１の溝底３２０からハウジング２００の内周面２１０までの高さＤに対して僅かに小さくなるように設定していた。このようにして断面を極力大きく取ることで成形性の確保を図るとともに、シールリング１００と溝底３２０との接触を防止していた。

しかし、コストの低減策として加工精度を落とすことが行われており、環状溝の小型化に伴う加工の困難性の増大により、環状溝の溝底の角部（溝側面と溝底面との間の角部）のＲ形状寸法が大きくされる傾向にある。

したがって、上述した高さＣの設定方法では、溝底に大きなＲ形状部３３０が形成されている場合には、図５に示すように、シールリング１００の内周側の角部１１３がＲ形状部３３０と干渉してしまい（図５中のＸ部）、シール機能を損なう結果となっていた。

このような干渉を防ぐためには、例えば、環状溝３０１の溝底にＲ形状部３３０が形成されないよう環状溝３０１の加工精度を高めることが必要となるが、高い加工精度を要求することは小型化やコスト削減の要請に反することとなる。

一方、Ｒ形状部が形成されることを考慮してシールリング１００の高さＣを設定した場合には、その分、断面積が減少することになるため、シールリングが小断面化の傾向にある現状では成形性の点で不利となる。

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、成形性の低下を抑制しつつもシール機能を損なうおそれのないシールリング及び密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明におけるシールリングは、
軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、
他方の部材の周面に密着するとともに前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触することにより、前記２部材間の環状隙間を密封する樹脂製のシールリングであって、
両側面がシールリングの中心軸を通る径方向に沿った断面において溝開口部側から溝底側に向かうに従って軸方向幅の中央側に寄るように傾斜するテーパ面で構成されることにより、前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触するシールリングにおいて、
シールリングの溝底側周面と側面との間の角部に、前記溝底側周面の縁部及び前記側面の溝底側の縁部が前記環状溝の溝底と溝側壁との間の断面Ｒ形状の角部との干渉を防ぐべく、該角部から離間するように前記テーパ面よりも窪んだ形状の段差部を備えることを特徴とする。

このように、係る形状の段差部をシールリングの溝底側の角部に設けることで、シール
リングの溝底側の角部と環状溝の溝底の角部とが離間して、シールリングの溝底側が環状溝の溝底の角部と干渉するのが防止される。また、環状溝の製作時に環状溝の角部の形状を粗くしても、段差部を設けることで形成された隙間の分だけシールリングと環状溝との干渉の発生が抑制されるので、環状溝の加工精度を落とすことができる。さらに、シールリングと環状溝の溝底角部との干渉を防止するためにシールリングの断面積を必要以上に小さくする必要がなくなるので、その分だけシールリングの断面積を確保することができ、シールリングの成形性の低下を抑制できる。

上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に樹脂製のシールリングが装着され、
前記シールリングが、前記他方の部材の周面に密着するとともに、前記シールリングの中心軸を通る径方向に沿った断面において溝開口部側から溝底側に向かうに従って軸方向幅の中央側に寄るように傾斜する両側面がテーパ面で構成されており、該テーパ面が前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触することにより、前記２部材間の環状隙間を密封する密封構造において、
前記シールリングは、その溝底側周面と側面との間の角部に、前記溝底側周面の縁部及び前記側面の溝底側の縁部が前記環状溝の溝底と溝側壁との間の断面Ｒ形状の角部との干渉を防ぐべく、該角部から離間するように前記テーパ面よりも窪んだ形状の段差部を備えることを特徴とする。

このように、シールリングの溝底側の角部に設けられた段差部によりシールリングの溝底側の角部と環状溝の溝底の角部とが離間することによって、シールリングの溝底側が環状溝の溝底の角部と干渉するのを防止することができる。また、シールリングの溝底側の角部と環状溝の溝底の角部とが離間することによって形成される隙間の分だけ、環状溝の製作時に環状溝の角部の形状が粗くなっても、シールリングと環状溝との干渉の発生が抑制される。したがって、環状溝の加工精度を落とすことができ、環状溝の製作が容易となる。さらに、シールリングと環状溝との干渉を防止するためにシールリングの断面積を必要以上に小さくする必要がなくなるので、シールリングの成形性の低下が抑制される。

以上説明したように、本発明により、成形性の低下を抑制しつつもシール機能を損なうおそれがなくなる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例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。

（実施例）
＜シールリング及び密封構造の構成及び概要＞
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るシールリング及び密封構造について説明する。図１は、本実施例に係るシールリング１の全体を示す図であり、シールリング１を軸方向からみた様子を示している。図２は、軸偏心が発生していないときの本実施例に係る密封構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に対応している。図３は、軸偏心が発生したときの本実施例に係る密封構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に対応している。

シールリング１は、相対運動自在に組み付けられる２部材間の環状隙間をシールする。ここでは、図２に示すように、ハウジング３の軸孔の内周面と該軸孔に挿入される軸４の外周面との間の環状隙間５を密封するために、軸４の外周面に設けられた環状溝４０内にシールリング１が装着される。

シールリング１は、樹脂材料からなり、その材料としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリファニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が用いられる。

シールリング１は、概ね円環形状を有しており、円周上の一箇所で分離されている（分離部Ｓ）。

このような分離部Ｓを設けることにより、環状溝４０への装着を容易にしている。分離部Ｓとしては、例えば、温度変化等によるシールリング１の周長変化を吸収することができる特殊ステップカット等を採用することができるが、これに限られるものではない。

なお、シールリング１の装着に際して特段不便がなければ分離部Ｓを設けない構成としてもよい。

また、シールリング１の中心軸を通る径方向に沿った断面は、略軸方向に沿った外周面１１及び内周面１２と、外周側から内周側に向かうに従って軸方向幅の中央側寄るように傾斜した側面１３と、側面１３と内周面１２との間にシールリング１の内周側の角部を窪ませたような段差形状を呈する段差部１４と、から構成される。

すなわち、シールリング１は、概略、外周面１１から内周面１２に向かうに従って軸方向の幅が狭くなるとともに、内周側の角部が取り除かれたような断面形状を呈している。

また、シールリング１の内外周面間の高さＡは、軸４の偏心によって軸４とハウジング３との間の隙間が一番狭くなった状態におけるハウジング３の軸孔内周面と軸４の環状溝４０の溝底面４２との間の高さＢよりも小さく設定される。ただし、シールリング１に圧力が作用した際に密封流体が内周面１２側に導入されるようにするため、シールリング１の内周面１２と環状溝４０の溝底面４２とが接触しない限界の寸法とする。

そして、段差部１４は、シールリング１の内周面（溝底側周面）１２の縁部と側面１３の溝底側（内周側）の縁部が環状溝４０の溝底の角部から離間するように窪んだ形状となっており、軸４の偏心によって軸４とハウジング３との間の隙間が一番狭くなった状態において、シールリング１の溝底側部分（側面１３の溝底側及び内周面１２）が環状溝４０の側壁面４１と溝底面４２との間の角部（Ｒ形状部）４３と干渉（接触）することがないように構成される。

具体的には、段差部１４は、シールリング１の軸に対して垂直的（径方向）に延びる垂直面１４ａと、シールリング１の軸に対して同心的（幅方向）に延びる同心面１４ｂとから構成され、垂直面１４ａと内周面１２との角部の位置が、軸方向において角部４３よりも溝底面４２の中心側となるように設定されるとともに、同心面１４ｂと側面１３との角部の位置が、径方向において角部４３よりも溝開口側となるように設定される。ただし、段差部１４の形状はこれに限定されるものではなく、シールリング１の溝底側部分と角部４３とが干渉しない形状であれば適宜変更してよい。

なお、シールリング１の軸方向の幅は、シールリング１の断面積を最大限確保すべく許容される最大の寸法に適宜設定する。

＜シールリングの使用状態＞
シールリング１は、密封対象流体側Ｏ（図２中右側）から矢印Ｐ方向に圧力が作用すると、シールリング１は非密封対象流体側Ａ（図２中左側）に押される。

シールリング１の側面１３は、ハウジング３側から溝底側に向かうに従って軸方向の幅が小さくなるようにテーパ状に傾斜している。したがって、シールリング１は、非密封対象流体側の側面１３が環状溝４０の側壁面４１の縁（環状溝４０の開口部の縁、もしくは、軸４の外周面と環状溝４０の側壁面４１との間の角）４１ａと線状に接触する。また、外周面１１はハウジング３の内周面に面状に接触する。

ハウジング３と軸４とが相対回転を生じた場合、シールリング１は外周面１１がハウジング３の軸孔の内周面に密着してハウジング３とともに回転する。したがって、シールリング１の側面１３は軸４の環状溝４０の側壁面４１の縁４１ａに対して摺動することになる。

これにより、他方の部材としてのハウジング３の内周面に密着する第１シール部と、一方の部材としての軸４の環状溝４０の非密封対象流体側の側面４１に線状に摺動接触する第２シール部とが形成され、これらシール部によって密封対象流体の非密封対象流体側Ａへの漏れが抑制される。

なお、密封対象流体は、例えば潤滑油であり、特に自動車の自動変速機の場合はＡＴＦを指している。

また、シールリング１の上記断面形状により、軸４が偏心して軸４とハウジング３との間の隙間が狭くなった場合でも、シールリング１は、内周面１２と環状溝４０の溝底面４２との干渉は勿論、シールリング１の内径側周縁部分と環状溝４０の角部４３との干渉が生じることはない。

＜本実施例に係るシールリング及び密封構造の優れた点＞
本実施例に係るシールリング及び密封構造によれば、シールリングの溝底側の角部に段差部を設けることで軸偏心によってシールリングが環状溝の溝底の角部と干渉を生じるのを防止することができる。したがって、軸偏心によってシールリングのシール機能を損なうおそれがなくなる。

また、シールリングの溝底側の角部に段差部を設けてシールリングと環状溝の溝底角部との干渉を防いでいるので、シールリングと環状溝の溝底角部との干渉を防止するためにシールリングの断面積を必要以上に小さくする必要がなくなり、その分だけシールリングの断面積を確保することができる。したがって、シールリングの成形性の低下を抑制できる。

さらに、シールリングに段差部を形成することによって、環状溝の加工において溝底角部におけるある程度のＲ形状部の形成が許容されることになる。すなわち、環状溝の角部の形状を粗くしても、シールリングの溝底側の角部と環状溝の溝底角部とが離間することによって形成される隙間の分だけ、シールリングと環状溝との干渉の発生が抑制されることになる。したがって、係る隙間の分だけ環状溝の加工精度を落とすことができ、製作コストの削減を図ることができる。

また、環状溝の加工精度を落とす方法としては、側壁面をテーパ状に傾斜させて開口部側が広い台形断面の溝形状とする場合がある。すなわち、溝の断面形状は理想的には矩形であるが、そのような矩形断面は加工に手間がかかるため、比較的加工が容易な台形断面とすることで製作コストの削減を図る場合がある。

このような場合には、シールリングの側面と環状溝の側壁面との接触状態を極力面接触状態に近づけてシール性を高める（リーク量を低減する）ため、及び、シールリングの断
面積を確保してシールリングの成形性を維持するため、シールリングの側面と環状溝の側壁面との傾斜角度の差は可能な限り小さくすることになる。そうすると、台形断面の環状溝の加工精度をさらに落とすために溝底角部をＲ形状とした場合には、矩形断面の場合と同様に、シールリングの溝底側部分が環状溝の溝底角部のＲ形状部と干渉を生じる問題が発生する。

しかしながら、そのような場合であっても、本実施例に係るシールリング及び密封構造によれば、シールリングの溝底側の角部に段差部を設けてシールリングと環状溝の溝底角部との干渉を防ぐことができるので、シールリングのシール機能を損なうおそれがなくなり、シールリングの成形性の低下を抑制できるとともに、環状溝の加工精度を落として製作コストの削減を図ることができる。

なお、以上の説明において、シールリング１は、２部材のうち一方の部材として軸４に形成された環状溝４０に装着されて使用されるものとしたが、これに限らず、ハウジング３側に設けられた環状溝に装着されて、軸４の外周面に摺動接触するものであってもよい。

本発明の実施例に係るシールリングの全体を示す図。 本発明の実施例に係るシールリング及び密封構造を示す断面図。 本発明の実施例に係るシールリング及び密封構造を示す断面図。 従来技術に係るシールリングの使用状態を示す断面図。 従来技術に係るシールリングの使用状態を示す断面図。

符号の説明

１ シールリング
１１ 外周面
１２ 内周面
１３ 側面
１４ 段差部
１４ａ 垂直面
１４ｂ 同心面
３ ハウジング
４ 軸
４０ 環状溝
４１ 側壁面
４２ 溝底面
４３ 角部（Ｒ形状部）

Claims (2)

1. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、
   他方の部材の周面に密着するとともに前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触することにより、前記２部材間の環状隙間を密封する樹脂製のシールリングであって、
   両側面がシールリングの中心軸を通る径方向に沿った断面において溝開口部側から溝底側に向かうに従って軸方向幅の中央側に寄るように傾斜するテーパ面で構成されることにより、前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触するシールリングにおいて、
   シールリングの溝底側周面と側面との間の角部に、前記溝底側周面の縁部及び前記側面の溝底側の縁部が前記環状溝の溝底と溝側壁との間の断面Ｒ形状の角部との干渉を防ぐべく、該角部から離間するように前記テーパ面よりも窪んだ形状の段差部を備えることを特徴とするシールリング。
2. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝に樹脂製のシールリングが装着され、
   前記シールリングが、前記他方の部材の周面に密着するとともに、前記シールリングの中心軸を通る径方向に沿った断面において溝開口部側から溝底側に向かうに従って軸方向幅の中央側に寄るように傾斜する両側面がテーパ面で構成されており、該テーパ面が前記環状溝の開口部の縁に線状に摺動接触することにより、前記２部材間の環状隙間を密封する密封構造において、
   前記シールリングは、その溝底側周面と側面との間の角部に、前記溝底側周面の縁部及び前記側面の溝底側の縁部が前記環状溝の溝底と溝側壁との間の断面Ｒ形状の角部との干渉を防ぐべく、該角部から離間するように前記テーパ面よりも窪んだ形状の段差部を備えることを特徴とする密封構造。

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