JP5574090B2

JP5574090B2 - 往復動用シールリング

Info

Publication number: JP5574090B2
Application number: JP2010026404A
Authority: JP
Inventors: 博明佐藤
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: JP2011163438A

Description

本発明は、相対的に往復運動を行う内周部材と外周部材の間で流体を密封するために用いられるシールリングに関するものである。

自動車のトランスミッションのクラッチピストンなど、往復動部分の密封を行うのに用いられる往復動用シールリングとしては、図６に示されるようなもの知られている。このシールリング１００はゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が扁平なＤ字形に形成され、すなわち外径側へ膨らんだ円弧状断面をなす外周摺動面１０１と、軸心Ｏと直交する平面状をなす両側面１０２と、円筒面状に形成された内周面１０３とを有し、一般に「Ｄリング」と呼ばれている（典型的な従来例としては、下記の特許文献参照）。

そして図７に示されるように、このシールリング１００は、内周部材３００の外周面３０１に円周方向へ連続して形成された、半径方向に切断した断面形状が長方形状の装着溝３０２に装着されて、この溝３０２から外径側へ突出した外周摺動面１０１が、外周部材２００の内周面と摺動可能に密接されるものである。

詳しくは、シールリング１００は、断面形状が矩形状をなす内径部が装着溝３０２に嵌め込まれて内周面１０３が溝底面３０２ａに着座するので捩れが発生せず、高圧空間Ｈ側の密封対象の作動油の圧力を受けることによって側面１０２が装着溝３０２の内側面３０２ｂに密接状態に押し付けられると共に、外周摺動面１０１が円弧状断面をなすことによって外周部材２００の内周面に対する摺動面圧が局部的に高まるので、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの作動油の漏れを有効に防止することができるのである。

しかしながら、この種のシールリング１００は、摩耗による密封性能の低下を極力抑えることが大きな課題となっており、特に、自動車のトランスミッションに用いられる往復動用シールリングの場合には、近年、複数段のギアを切り替えて変速する従来のＡＴ（Automatic Transmission）から、無段階で連続的に自動変速可能なＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）への移行に伴って、使用環境がますます厳しくなる傾向にある。

これについて説明すると、密封対象の作動油の一部は、外周部材２００の内周面とシールリング１００の外周摺動面１０１との間に介入し、潤滑油膜として機能するが、外周摺動面１０１は断面略円弧状の膨出形状をなすことから、圧縮量の大きい軸方向中央部付近では十分な潤滑油膜が形成されにくい。しかも、高圧空間Ｈから外周部材２００の内周面と内周部材３００の外周面３０１との間の隙間を通じてシールリング１００に作用する油圧によって、このシールリング１００が軸方向の圧縮変形を受け、その圧縮応力は、外周部材２００の内周面に対する外周摺動面１０１の密接面圧を増大させるように作用するため、ＡＴでは約２ＭＰａ程度であった前記油圧が、例えばＣＶＴでは約６ＭＰａといった高圧になるため、外周摺動面１０１に高い密接面圧が負荷されることによって、摺動時に油膜切れが起こり、早期摩耗を来たすおそれがあった。

加えて、外周部材２００の内周面とシールリング１００の軸方向摺動距離が、ＡＴでは約２ｍｍ程度であったものがＣＶＴでは数十ｍｍに増大することも、上述の潤滑不足と相俟って外周摺動面１０１の早期摩耗の一因となっていた。

特開２００４−１２５０９９号公報特開２００６−３１６９４７号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ピストンなど往復動用のシールリングにおいて、厳しい摺動条件でも良好な潤滑性を維持して摺動面の摩耗を抑制することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る往復動用シールリングは、軸心を通る平面で切断した断面が略円弧状の膨出形状をなし相手材の円筒面に適当なつぶし代をもって軸方向摺動可能に密接される摺動面を有し、この摺動面に、円周方向へ延びる複数の潤滑溝が形成され、この潤滑溝のうち、軸方向中央付近に位置する潤滑溝が最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝が最も浅くなるように、前記潤滑溝の深さが順次変化してなるものである。

本発明に係る往復動用シールリングによれば、相手材の円筒面に適当なつぶし代をもって軸方向摺動可能に密接される略円弧状の膨出形状の摺動面に、円周方向へ延びる複数の潤滑溝が形成され、この潤滑溝のうち、軸方向中央付近に位置する潤滑溝が最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝が最も浅くなるように、前記潤滑溝の深さが順次変化しているため、この潤滑溝に介入する密封対象液の一部によって、高圧及び摺動距離の厳しい条件でも良好な潤滑性が維持され、シールリングの早期摩耗を有効に防止することができる。

本発明に係る往復動用シールリングの第一の形態を示す図で、図の左半分が軸心Ｏを通る平面で一部を切断した半断面図、図の右半分が外周から見た外観図である。図１の往復動用シールリングの装着状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。図１の往復動用シールリングのはみ出しを防止した装着例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係る往復動用シールリングの第二の形態の装着状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係る往復動用シールリングの第三の形態を示す図で、図の左半分が軸心Ｏを通る平面で一部を切断した半断面図、図の右半分が外周から見た外観図である。従来の往復動用シールリングの一例を示す図で、図の左半分が軸心Ｏを通る平面で一部を切断した半断面図、図の右半分が外周から見た外観図である。図６の往復動用シールリングの装着状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

以下、本発明に係る往復動用シールリングの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係る往復動用シールリングの第一の形態を示す図で、図の左半分が軸心Ｏを通る平面で一部を切断した半断面図、図の右半分が外周から見た外観図であり、図２は、図１の往復動用シールリングの装着状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

このシールリング１はゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が扁平なＤ字形に形成され、すなわち「Ｄリング」と呼ばれる基本形状をなし、外径側へ膨らんだ円弧状断面をなす外周摺動面１１と、軸心Ｏと直交する平面状をなす両側面１２と、円筒面状に形成された内周面１３とを有する。

シールリング１の外周摺動面１１には、円周方向へ連続して互いに平行に延びる複数の潤滑溝１４が形成されている。そして例えばシールリング１の軸方向肉厚が約２ｍｍ、径方向肉厚が約４ｍｍである場合、潤滑溝１４の深さは、密封性が損なわれることのないように、１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍとする。

また図２において、参照符号２００は外周部材、参照符号３００は、この外周部材２００の内周に軸方向移動可能に配置された内周部材である。内周部材３００の外周面３０１には、円周方向へ連続した装着溝３０２が形成されており、上述したシールリング１は、この装着溝３０２に装着される。なお、外周部材２００は請求項１に記載された相手材に相当し、円筒面状に形成されたその内周面２０１は、請求項１に記載された円筒面に相当する。

詳しくは、装着溝３０２は軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が略コ字形をなすものであって、すなわち円筒面状の底面３０２ａと、その軸方向両端から軸心Ｏと直交する平面状をなして立ち上がる内側面３０２ｂ，３０２ｂからなる。そしてシールリング１は、この装着溝３０２への未装着状態での径方向肉厚が、外周部材２００の内周面２０１と装着溝３０２の底面３０２ａとの対向距離よりも大きく、したがって、外周部材２００の内周面２０１と装着溝３０２の底面３０２ａとの間で径方向に適当に圧縮された状態で、すなわち適当なつぶし代をもって装着されるようになっている。

以上の構成において、高圧空間Ｈに印加される密封対象の作動油の圧力（以下、油圧という）は、外周部材２００の内周面２０１と内周部材３００の外周面３０１との間の隙間Ｇを通じてシールリング１に作用しており、シールリング１はこの油圧によって装着溝３０２における相対的に低圧となる側（図２における下方）の内側面３０２ｂに押し付けられる。このため、外周部材２００の内周面２０１との相対的な摺動方向に拘らず、シールリング１は装着溝３０２内における相対的に低圧となる側に偏在するように保持され、内周面１３が装着溝３０２の底面３０２ａに密接状態に着座されると共に、外周摺動面１１が適当に圧縮変形した状態で外周部材２００の内周面２０１と摺動可能に密接されることによって、高圧空間Ｈの作動油の漏洩を防止する。

上記構成のシールリング１によれば、外周部材２００の内周面２０１との摺動の過程で、密封対象の作動油の一部は、外周部材２００の内周面２０１とシールリング１の外周摺動面１１との間に介入し、潤滑油膜として機能する。また、前記外周摺動面１１に形成された複数の潤滑溝１４は、摺動過程で外周部材２００の内周面２０１とシールリング１の外周摺動面１１との間に介入される作動油を保持して潤滑油膜の形成を促す油溜まりとして機能すると共に外周摺動面１１の摺動面積を低減するように機能する。したがって、外周摺動面１１が断面略円弧状の膨出形状をなすことによって、軸方向中央部付近では圧縮量が大きくなっているにも拘らず良好な潤滑油膜が形成されるので、例えばＣＶＴのように印加油圧が約６ＭＰａといった高圧になり、かつ摺動距離が大きくなる厳しい条件でも、早期摩耗を有効に防止することができる。

ここで、図２のように装着溝３０２にシールリング１を保持しただけの場合は、高圧空間Ｈから外周部材２００と内周部材３００との間の隙間Ｇを通じてシールリング１に作用する油圧が６ＭＰａといった高圧になると、隙間Ｇの大きさによってはこのシールリング１の一部が装着溝３０２から低圧空間Ｌ側の隙間Ｇ_Lへはみ出して、破損するおそれが懸念される。図３は、このようなシールリング１のはみ出しを防止するための装着例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

すなわち、図３に示される装着例では、内周部材３００の外周面３０１に円周方向へ連続して形成された装着溝３０２には、シールリング１と、その軸方向両側に位置して一対のバックアップリング２を装着したものである。したがって、装着溝３０２の軸方向幅は図２のようにシールリング１だけを装着するものに比較して広く形成されている。

バックアップリング２は、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン：Poly tetra fluoro ethylene）あるいはナイロン等、シールリング１より硬質でかつ低摩擦の合成樹脂材料からなり、その径方向高さは装着溝３０２の径方向深さよりも大きく、言い換えればバックアップリング２の外径は内周部材３００の外周面３０１よりも大径で、外周部材２００の内周面２０１に対して微小隙間をもって対向している。また、各バックアップリング２の外周面には、その軸方向両側空間（装着溝３０２内と隙間Ｇ）を互いに連通する多数の切欠２１が円周方向等間隔で形成されている。

その他の構成は、先に説明した図２と同様である。

したがって図３に示される装着例によれば、バックアップリング２は、その外径が内周部材３００の外周面３０１よりも大径で、外周部材２００の内周面２０１に微小隙間をもって対向しているので、高圧空間Ｈの印加油圧の上昇によってシールリング１の一部が相対的に低圧空間Ｌ側の隙間Ｇ_Lへはみ出すのを有効に防止することができる。

また、バックアップリング２の外周面には多数の切欠２１が形成されているので、外周部材２００の内周面２０１との摺動の過程で、密封対象の作動油の一部が、隙間Ｇ側から切欠２１を介してバックアップリング２とシールリング１の間に流入する。したがって、作動油が外周部材２００の内周面２０１とシールリング１の外周摺動面１１との間に介入して潤滑溝１４に保持され潤滑油膜の形成が促されるといった機能が阻害されない。

なお、図３に示される装着例によれば、バックアップリング２がシールリング１の軸方向両側に配置されているため、例えば内周部材３００の軸方向両側の空間に交互に高圧の油圧が印加され、すなわち高圧空間Ｈと低圧空間Ｌの関係が交互に逆転するものにおいて有用であるが、このような印加油圧の切り換えのない機器では、バックアップリング２を装着溝３０２内におけるシールリング１の片側（低圧空間Ｌ側）にのみ配置しても良い。

次に図４は、本発明に係る往復動用シールリングの第二の形態の装着状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

この第二の形態において、先に説明した図１及び図２に示される第一の形態と異なるところは、シールリング１の外周摺動面１１に形成された複数の潤滑溝１４のうち、外径側へ膨らんだ円弧状断面をなす外周摺動面１１の最大径部である軸方向中央付近に位置する潤滑溝１４ａが最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝１４ｂが最も浅くなるように、潤滑溝１４の深さを順次変化させて形成したものである。その他の部分は、基本的に図１及び図２と同様に構成される。

なお、この場合も潤滑溝１４の深さは１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍの範囲で形成される。

すなわち図４に示される構成においても、シールリング１の外周摺動面１１は断面略円弧状の膨出形状をなすことによって、軸方向中央部付近で最も圧縮量（外周部材２００の内周面２０１に対する面圧）が大きくなっており、また、シールリング１が高圧空間Ｈへの印加油圧によって装着溝３０２における相対的に低圧となる側（図４における下方）の内側面３０２ｂに押し付けられ、軸方向に圧縮変形されるので、これによる圧縮応力は、外周部材２００の内周面２０１に対する外周摺動面１１の密接面圧を増大させるように作用する。しかしながら、前記外周摺動面１１に形成された潤滑溝１４は、軸方向中央付近に位置する潤滑溝１４ａが最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝１４ｂが最も浅くなっているため、最も圧縮量の大きい軸方向中央付近で潤滑溝１４が圧縮によって消滅してしまうことがない。

このため、外周部材２００の内周面２０１との圧接によって外周摺動面１１が径方向の圧縮変形を受けた状態では、各潤滑溝１４の深さがほぼ均一化される。したがって、潤滑溝１４による潤滑油膜の形成を促す油溜まりとしての機能、及び外周摺動面１１の摺動面積を低減する機能が維持され、すなわち外周部材２００の内周面２０１とシールリング１の外周摺動面１１との間の良好な潤滑状態が維持されると共に、外周摺動面１１の早期摩耗が有効に防止される。

なお、この図４に示される第二の形態のシールリング１も、図３と同様に軸方向両側又は片側にバックアップリング２を配置するようにしても良い。

次に図５は、本発明に係る往復動用シールリングの第三の形態を示す図で、図の左半分が軸心Ｏを通る平面で一部を切断した半断面図、右半分が外周から見た外観図である。

この第三の形態によるシールリング３は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるものであって、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が、径方向に対して図１及び図２とは逆向きのＤ字形に形成され、すなわち「Ｄリング」と呼ばれる基本形状をなし、内径側へ膨らんだ円弧状断面をなす内周摺動面３１と、軸心Ｏと直交する平面状をなす両側面３２と、円筒面状に形成された外周面３３とを有する。

シールリング３の内周摺動面３１には、円周方向へ連続して互いに平行に延びる複数の潤滑溝３４が形成されている。そして例えばシールリング３の軸方向肉厚が約２ｍｍ、径方向肉厚が約４ｍｍである場合、潤滑溝３４の深さは、密封性が損なわれることのないように、１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍとする。

このシールリング３は、不図示の外周部材の内周面に円周方向へ連続して形成された装着溝に保持され、この外周部材の内周に軸方向移動可能に配置された不図示の内周部材の外周面と、前記装着溝の底面との間で径方向に適当に圧縮された状態で、すなわち適当なつぶし代をもって装着されることによって、外周面３３が前記装着溝の底面に密接状態に着座されると共に、内周摺動面３１が適当に圧縮変形した状態で前記内周部材の外周面と摺動可能に密接されることによって、密封機能を奏するものである。

そして、内周摺動面３１に形成された複数の潤滑溝３４が、上述の各形態と同様、摺動過程で内周部材の外周面とシールリング３の内周摺動面３１との間に介入される作動油を保持して潤滑油膜の形成を促す油溜まりとして機能すると共に内周摺動面３１の摺動面積を低減するように機能する。したがって、内周摺動面３１が断面略円弧状の膨出形状をなすことによって、軸方向中央部付近では圧縮量が大きくなっているにも拘らず良好な潤滑油膜が形成されるので、印加油圧が約６ＭＰａといった高圧で、かつ摺動距離が大きくなる厳しい条件でも、早期摩耗を有効に防止することができる。

また、この形態によるシールリング３も図３と同様にバックアップリングと併用したり、あるいは潤滑溝３４を、軸方向中央付近に位置する潤滑溝が最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝が最も浅くなるように深さを順次変化させて形成しても良い。

１，３シールリング
１１外周摺動面
１２，３２両側面
１３内周面
１４，３４潤滑溝
３１内周摺動面
３３外周面
２バックアップリング
２１切欠
２００外周部材（相手材）
２０１内周面（円筒面）
３００内周部材
３０２装着溝

Claims

軸心を通る平面で切断した断面が略円弧状の膨出形状をなし相手材の円筒面に適当なつぶし代をもって軸方向摺動可能に密接される摺動面を有し、この摺動面に、円周方向へ延びる複数の潤滑溝が形成され、この潤滑溝のうち、軸方向中央付近に位置する潤滑溝が最も深く、最も軸方向端部寄りに位置する潤滑溝が最も浅くなるように、前記潤滑溝の深さが順次変化してなることを特徴とする往復動用シールリング。