JP6170271B2 - シールリング - Google Patents

Description

本発明は、軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングに関する。

自動車用のＡｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＴ）やＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＣＶＴ）においては、油圧を保持させるために、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するシールリングが設けられている。このシールリングは、軸の外周に設けられた環状溝に装着され、環状溝の側壁面とハウジングに設けられた軸孔の内周面に対してそれぞれシールすることにより、上記の環状隙間を封止する。

近年、環境問題対策として低燃費化が進められており、上記シールリングにおいては、回転トルクを低減させる要求が高まっている。そこで、従来、シールリングの側面を摺動させる構成を採用すると共に、シールリングの側面に密封対象流体を導く溝を設ける技術が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、ハウジングに対して軸が偏心する環境下でシールリングが用いられる場合、上記の溝が環状溝の側壁面よりも外周面側に飛び出してしまうと、密封対象流体が漏れてしまい、密封機能が損なわれてしまう。そのため、シールリングの側面に形成する溝の範囲が限定されてしまうという問題がある。

また、シールリングの外周面を摺動させる構成を採用すると共に、シールリングの外周面に密封対象流体を導く溝を設けることで、シールリングとハウジングの軸孔内周面との間の潤滑性を高める技術も知られている（特許文献２，３参照）。

しかしながら、シールリングの外周面側に密封対象流体を導くだけでは、十分に回転トルクを低減できない場合があり、未だ改善の余地がある。

国際公開第２０１１／１６２２８３号 実開平０３−０８８０６２号公報 特開平１０−１４１５０６号公報

本発明の目的は、ハウジングに対する軸の偏心の影響を受けることなく、かつ回転トルクの低減化を図ったシールリングを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のシールリングは、
軸の外周に設けられた環状溝に装着され、相対的に回転する前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
前記ハウジングに設けられた、前記軸が挿通される軸孔の内周面に対して摺動するシールリングにおいて、
外周面側には、周方向に伸びる第１溝と、第１溝における周方向の中央の位置から前記密封対象領域側の側面に至るまで伸び、密封対象流体を第１溝内に導く第２溝とを有する動圧発生用溝が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、動圧発生用溝内に密封対象流体が導かれるため、動圧発生用溝が設けられている範囲においては、内周面側からシールリングに対して作用する流体圧力と外周面側からシールリングに対して作用する流体圧力が相殺される。これにより、シールリングに対する流体圧力の受圧面積を減らすことができる。また、シールリングがハウジングに設けられた軸孔の内周面に対して摺動する際に、第１溝から摺動部分に密封対象流体が流出する際に動圧が発生する。これにより、シールリングに対して軸孔の内周面から離れる方向の力が発生する。以上のように、受圧面積が減ることと、動圧によりシールリングに対して軸孔の内周面から離れる方向に力が発生することとが相俟って、回転トルクを効果的に低減させることが可能となる。

また、動圧発生用溝は、第１溝と、第１溝の周方向の中央の位置から密封対象領域側の側面に至るまで伸びる第２溝とを備える構成である。従って、ハウジングに対するシールリングの回転方向に関係なく、上記の動圧が発生する。

更に、動圧発生用溝はシールリングの外周面側に設けられているので、ハウジングに対する軸の偏心の影響を受けることはない。これに伴い、シールリングの側面側に動圧発生用溝を形成する場合に比べて、シールリングの外周面側に動圧発生用溝を形成する場合の方が、設計自由度が大きい。

第１溝は、溝幅が一定で周方向に伸びるように構成されているとよい。

これにより、上述した受圧面積を減らす効果を高められ、かつ第１溝から摺動部分に流出させる密封対象流体の範囲を広くすることができる。

第１溝の溝底は、周方向の中央に比べて両端側の方が浅くなるように構成されているとよい。

こうすることで、楔効果により、上記の動圧を効果的に発生させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ハウジングに対する軸の偏心の影響を受けることなく、かつ回転トルクの低減化を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係るシールリングの側面図である。 図２は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。 図３は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。 図４は本発明の実施例に係るシールリングを外周面側から見た図の一部拡大図である。 図５は本発明の実施例に係るシールリングを内周面側から見た図の一部拡大図である。 図６は本発明の実施例に係るシールリングを外周面側から見た図の一部拡大図である。 図７は本発明の実施例に係るシールリングの模式的断面図である。 図８は本発明の実施例に係るシールリングの使用時の状態を示す模式的断面図である。 図９は本発明の実施例に係るシールリングの使用時の状態を示す模式的断面図である。 図１０は本発明の変形例１に係るシールリングの模式的断面図である。 図１１は本発明の変形例２に係るシールリングの模式的断面図である。 図１２は本発明の変形例３に係るシールリングの模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、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。なお、本実施例に係るシールリングは、自動車用のＡＴやＣＶＴなどの変速機において、油圧を保持させるために、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する用途に用いられるものである。また、以下の説明において、「高圧側」とは、シールリングの両側に差圧が生じた際に高圧となる側を意味し、「低圧側」とは、シールリングの両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。

（実施例）
図１〜図１２を参照して、本発明の実施例に係るシールリングについて説明する。図１は本発明の実施例に係るシールリングの側面図である。図２は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、図１において丸で囲った部分の拡大図である。図３は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、図１において丸で囲った部分を反対側から見た拡大図である。図４は本発明の実施例に係るシールリングを外周面側から見た図の一部拡大図であり、図１において丸で囲った部分を外周面側から見た拡大図である。図５は本発明の実施例に係るシールリングを内周面側から見た図の一部拡大図であり、図１において丸で囲った部分を内周面側から見た拡大図である。図６は本発明の実施例に係るシールリングを外周面側から見た図の一部拡大図であり、図１において、丸で囲った部分以外の部分を外周面側から見た拡大図である。図７は本発明の実施例に係るシールリングの模式的断面図であり、図６中のＡＡ断面図である。図８及び図９は本発明の実施例に係るシールリングの使用時の状態を示す模式的断面図である。なお、図８は無負荷の状態を示し、図９は差圧が生じた状態を示している。また、図８，９中のシールリングは、図６中のＢＢ断面図に相当する。図１０〜図１２は本発明の変形例に係るシールリングの模式的断面図であり、動圧発生用溝の形状が異なる例を示している。

＜シールリングの構成＞
本実施例に係るシールリング１００は、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０に装着され、相対的に回転する軸２００とハウジング３００（ハウジング３００における軸２００が挿通される軸孔の内周面）との間の環状隙間を封止する。これにより、シールリング１００は、流体圧力（本実施例では油圧）が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する。ここで、本実施例においては、図８及び図９中の右側の領域の流体圧力が変化するように構成されており、シールリング１００は図中右側の密封対象領域の流体圧力を保持する役割を担っている。なお、自動車のエンジンが停止した状態においては、密封対象領域の流体圧力は低く、無負荷の状態となっており、エンジンをかけると密封対象領域の流体圧力は高くなる。また、図９においては、図中右側の流体圧力が左側の流体圧力よりも高くなった状態を示している。以下、図９中右側を高圧側（Ｈ）、左側を低圧側（Ｌ）と称する。

そして、シールリング１００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂材からなる。また、シールリング１００の外周面の周長はハウジング３００の軸孔の内周面の周長よりも短く構成されており、締め代を持たないように構成されている。従って、流体圧力が作用していない状態においては、シールリング１００の外周面はハウジング３００の軸孔の内周面から離れた状態となり得る。

このシールリング１００には、周方向の１箇所に合口部１１０が設けられている。また、シールリング１００の外周面側には動圧発生用溝１２０が設けられている。なお、本実施例に係るシールリング１００は、断面が矩形の環状部材に対して、上記の合口部１１０と複数の動圧発生用溝１２０が形成された構成である。ただし、これは形状についての説明に過ぎず、必ずしも、断面が矩形の環状部材を素材として、これら合口部１１０及び複数の動圧発生用溝１２０を形成する加工を施すことを意味するものではない。勿論、断面が矩形の環状部材を成形した後に、これらを切削加工により得ることもできる。ただし、例えば、予め合口部１１０を有したものを成形した後に、複数の動圧発生用溝１２０を切削加工により得てもよいし、製法は特に限定されるものではない。

本実施例に係る合口部１１０の構成について、特に、図２〜図５を参照して説明する。本実施例に係る合口部１１０は、外周面側及び両側壁面側のいずれから見ても階段状に切断された特殊ステップカットを採用している。これにより、シールリング１００においては、切断部を介して一方の側の外周面側には第１嵌合凸部１１１及び第１嵌合凹部１１４が設けられ、他方の側の外周面側には第１嵌合凸部１１１が嵌る第２嵌合凹部１１３と第１嵌合凹部１１４に嵌る第２嵌合凸部１１２が設けられている。なお、切断部を介して一方の側の内周面側の端面１１５と他方の側の内周側の端面１１６は互いに対向している。特殊ステップカットに関しては公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、熱膨張収縮によりシールリング１００の周長が変化しても安定したシール性能を維持する特性を有する。なお、「切断部」については、切削加工により切断される場合だけでなく、成形により得られる場合も含まれる。また、ここでは合口部１１０の一例として、特殊ステップカットの場合を示したが、合口部１１０については、これに限らず、ストレートカットやバイアスカットやステップカットなども採用し得る。なお、シールリング１００の材料として、低弾性の材料（ＰＴＦＥなど）を採用した場合には、合口部１１０を設けずに、エンドレスとしてもよい。

動圧発生用溝１２０は、シールリング１００における外周面のうち合口部１１０付近を除く全周に亘って、等間隔に複数設けられている。これら複数の動圧発生用溝１２０は、ハウジング３００に設けられた軸孔の内周面に対してシールリング１００が摺動した際に、動圧を発生させるために設けられている。そして、動圧発生用溝１２０は、溝幅（軸線方向（図６における上下方向））が一定で周方向に伸びる第１溝１２１と、第１溝１２１における周方向の中央の位置から密封対象領域側（図９における高圧側（Ｈ））の側面に至るまで伸び、密封対象流体を第１溝１２１内に導く第２溝１２２とから構成される。

第１溝１２１の溝深さについて、軸線方向に対しては深さが一定となるように構成されている（図８及び図９参照）。そして、第１溝１２１の溝深さについて、周方向に対しては、周方向の中央に比べて両端側の方が浅くなるように構成されている。本実施例においては、図７に示すように、第１溝１２１の溝底面は、周方向の中央から端部に向かって徐々に浅くなるように傾斜する平面状の傾斜面で構成されている。ただし、第１溝１２１の溝底面の形状については、各種の構成を採用し得る。例えば、図１０に示すように、第１溝１２１の溝底面が、周方向の中央から端部に向かって徐々に浅くなるように傾斜する湾曲状の傾斜面で構成することもできる。また、図１１に示すように、第１溝１２１の溝底が、周方向の中央から階段状に端部に向かって浅くなるように構成することもできる。更に、図１２に示すように、第１溝１２１の溝底が、周方向の中央から階段状に端部に向かって浅くなり、かつ段差部分が傾斜面で構成することもできる。このように、第１溝１２１の溝底が、周方向の中央に比べて両端側の方が浅くなるように構成することで、楔効果により動圧をより効果的に発生させることができる。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
特に、図８及び図９を参照して、本実施例に係るシールリング１００の使用時のメカニズムについて説明する。エンジンが停止した無負荷状態においては、図８に示すように、左右の領域の差圧がないため、シールリング１００は、環状溝２１０における図中左側の側壁面及びハウジング３００の軸孔の内周面から離れた状態となり得る。

図９は、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、差圧が生じている状態（図中右側の圧力が左側の圧力に比べて高くなった状態）を示している。エンジンがかかり、差圧が生じた状態においては、シールリング１００は、環状溝２１０の低圧側（Ｌ）の側壁面２１１及びハウジング３００の軸孔の内周面に対して密着した状態となる。

これにより、相対的に回転する軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域（高圧側（Ｈ）の領域）の流体圧力を保持することが可能となる。そして、軸２００とハウジング３００が相対的に回転した場合には、ハウジング３００の軸孔の内周面とシールリング１００の外周面との間で摺動する。そして、シールリング１００の外周面に設けられた動圧発生用溝１２０から密封対象流体が摺動部分に流出する際に動圧が発生する。なお、シールリング１００が環状溝２１０に対して、図７中時計回り方向に回転する場合には、第１溝１２１における反時計回り方向側の端部から摺動部分に密封対象流体が流出する。また、シールリング１００が環状溝２１０に対して、図７中反時計回り方向に回転する場合には、第１溝１２１における時計回り方向側の端部から摺動部分に密封対象流体が流出する。

＜本実施例に係るシールリングの優れた点＞
本実施例に係るシールリング１００によれば、動圧発生用溝１２０内に密封対象流体が導かれる。そのため、動圧発生用溝１２０が設けられている範囲においては、内周面側からシールリング１００に対して作用する流体圧力と外周面側からシールリング１００に対して作用する流体圧力が相殺される。これにより、シールリング１００に対する流体圧力（内周面側から外周面側への流体圧力）の受圧面積を減らすことができる。

また、シールリング１００がハウジング３００に設けられた軸孔の内周面に対して摺動する際に、第１溝１２１から摺動部分に密封対象流体が流出する際に動圧が発生する。これにより、シールリング１００に対して軸孔の内周面から離れる方向の力が発生する。

以上のように、受圧面積が減ることと、動圧によりシールリング１００に対して軸孔の内周面から離れる方向に力が発生することとが相俟って、回転トルク（摺動トルク）を効果的に低減させることが可能となる。このように、回転トルク（摺動トルク）の低減を実現できることにより、摺動による発熱を抑制することができ、高速高圧の環境条件下でも本実施例に係るシールリング１００を好適に用いることが可能となる。また、これに伴い、軸２００の材料としてアルミニウムなどの軟質材を用いることもできる。

また、動圧発生用溝１２０は、第１溝１２１と、第１溝１２１の周方向の中央の位置から密封対象領域側の側面に至るまで伸びる第２溝１２２とを備える構成である。従って、ハウジング３００に対するシールリング１００の回転方向に関係なく、上記の動圧が発生する。

更に、動圧発生用溝１２０はシールリング１００の外周面側に設けられているので、ハウジング３００に対する軸２００の偏心の影響を受けることはない。これに伴い、シールリング１００の側面側に動圧発生用溝を形成する場合に比べて、シールリング１００の外周面側に動圧発生用溝１２０を形成する場合の方が、設計自由度が大きい。つまり、シールリング１００の側面側に動圧発生用溝を形成する場合には、軸２００の偏心を考慮して、動圧発生用溝が、軸２００の外周面（環状溝２１０が設けられていない部分の外周面）とハウジング３００の軸孔の内周面との間の隙間の位置まで飛び出してしまわないようにしなければならない。これに対して、シールリング１００の外周面側に動圧発生用溝１２０を形成する場合には、そのような考慮をする必要がない。これにより、第１溝１２１の溝幅を可及的に広くすることができる。従って、上述した受圧面積を減らす効果と動圧を発生させる効果を十分に発揮させることができる。

また、本実施例においては、第１溝１２１は、溝幅が一定で周方向に伸びるように構成されている。これにより、上述した受圧面積を減らす効果を高められ、かつ第１溝１２１から摺動部分に流出させる密封対象流体の範囲を広くすることができる。なお、第１溝１２１の溝幅を、周方向の中央から両端側に向かって先細りする構成を採用することも考えられる。しかし、この場合には、受圧面積を減らす効果が少なく、また、第１溝１２１から摺動部分に流出させる密封対象流体の範囲が狭くなってしまうことが懸念される。

また、本実施例においては、第１溝１２１の溝底は、周方向の中央に比べて両端側の方が浅くなるように構成されている。こうすることで、楔効果により、上記の動圧を効果的に発生させることができる。

（その他）
上記実施例においては、全ての動圧発生用溝１２０について、第２溝１２２が、シールリング１００の一方の側面に至るように構成される。この場合には、シールリング１００を環状溝２１０に装着する際に、第２溝１２２が密封対象領域側（図９における高圧側（Ｈ））を向くように注意しなければならない。そこで、シールリング１００の一方の側面に至るように構成される第２溝を有する動圧発生用溝と、シールリング１００の他方の側面に至るように構成される第２溝を有する動圧発生用溝とを、周方向に交互に設ける構成を採用することもできる。また、この場合には、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）が、図８及び図９において、左右交互に入れ替わるような環境においても、動圧発生用溝による効果が発揮される利点もある。

１００ シールリング
１１０ 合口部
１１１ 第１嵌合凸部
１１２ 第２嵌合凸部
１１３ 第２嵌合凹部
１１４ 第１嵌合凹部
１１５ 端面
１１６ 端面
１２０ 動圧発生用溝
１２１ 第１溝
１２２ 第２溝
２００ 軸
２１０ 環状溝
２１１ 側壁面
３００ ハウジング

Claims (3)

1. 軸の外周に設けられた環状溝に装着され、相対的に回転する前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
   前記ハウジングに設けられた、前記軸が挿通される軸孔の内周面に対して摺動するシールリングにおいて、
   外周面側には、周方向に伸びる第１溝と、第１溝における周方向の中央の位置から前記密封対象領域側の側面に至るまで伸び、密封対象流体を第１溝内に導く第２溝とを有する動圧発生用溝が設けられていることを特徴とするシールリング。
2. 第１溝は、溝幅が一定で周方向に伸びるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
3. 第１溝の溝底は、周方向の中央に比べて両端側の方が浅くなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシールリング。

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