JP6191689B2 - 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。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、シールリングが装着される環状溝の側面とシールリングとの摺動部分の接触面積を小さくする対策が取られている。このような従来例に係るシールリングについて、図１９を参照して説明する。

図１９は従来例に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。従来例に係るシールリング３００は、軸５００の外周に設けられた環状溝５１０に装着される。そして、シールリング３００は、軸５００が挿通されるハウジング６００の軸孔の内周面に密着し、かつ環状溝５１０の側壁面に摺動自在に接触することで、軸５００とハウジング６００の軸孔との間の環状隙間が封止される。

ここで、従来例に係るシールリング３００には、周方向に伸びる一対の凹部３２０が両側面の内周側に設けられている。これにより、シールリング３００が、シール対象流体によって高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって軸線方向に押圧される際の有効な受圧領域は、図１９中Ａで示す領域となる。つまり、シールリング３００の側面のうち、凹部３２０が設けられていない部分３１０の径方向の領域が、有効な受圧領域Ａとなる。何故なら、凹部３２０が設けられている領域においては、軸線方向の両側から流体圧力が作用して、シールリング３００に対して軸線方向に加わる力が相殺されるからである。なお、受圧領域Ａの全周に亘る面積が軸線方向に対する有効な受圧面積となる。

また、シールリング３００が、シール対象流体によって内周面側から外周面側に向かって径方向外側に押圧される際の有効な受圧領域は、図１９中Ｂで示す領域となる。つまり、シールリング３００における軸線方向の厚み分が、有効な受圧領域Ｂとなる。なお、受圧領域Ｂの全周に亘る面積が径方向に対する受圧面積となる。

以上より、［領域Ａの長さ］＜［領域Ｂの長さ］に設定することによって、シールリング３００と環状溝５１０の側壁面との間で摺動させることが可能となる。また、受圧領域Ａの長さをできる限り小さくすることによって、回転トルクを低減させることが可能となる。

しかしながら、環状溝５１０の側壁面に対するシールリング３００の接触領域は、図１９中Ｃで示す領域となる。つまり、シールリング３００は、その低圧側（Ｌ）の側面であって、凹部３２０が設けられていない部分３１０のうち、軸５００とハウジング６００との間の隙間に晒される部分を除く部分のみが環状溝５１０の側壁面に接触する。そのため、シールリング３００における接触領域Ｃは、軸５００とハウジング６００との間の隙間の寸法に影響される。従って、使用環境によっては、環状溝５１０の側壁面に対するシールリング３００の接触面積が過剰に小さくなってしまい、密封性が低下してしまうおそれがある。また、使用環境に応じて、接触領域が変化してしまい、密封性が安定しないなどの問題もある。

特開平０８−２１９２９２号公報 特許第４８７２１５２号公報

本発明の目的は、回転トルクの低減を図りつつ、密封性の安定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シール対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、かつ前記ハウジングにおける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、周方向に伸びる一対の凹部が幅方向の両側に設けられており、
これら一対の凹部の間に位置する凸部における一方側の側面からシールリングにおける他方側の側面までの距離、及び前記凸部における他方側の側面からシールリングにおける一方側の側面までの距離は、シールリングにおける内周面から前記凸部の外周面までの距離よりも短く設定されていることによって、
前記流体圧力により前記軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、前記流体圧力により前記環状溝における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなるように構成されていると共に、
前記一対の凹部内には、前記凸部に繋がり、かつシールリングの側面まで伸びるリブが複数設けられていることを特徴とする。

また、他の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シール対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、かつ前記ハウジングにおける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、
幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部と、
該凹部を介して両側に設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する一対の凸部と、
を有すると共に、
内周面側から前記凹部の底面に至るように設けられ、かつ内周面側からシール対象流体を前記凹部内に導入可能とする貫通孔を有することによって、
前記流体圧力により前記軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、前記流体圧力により前記環状溝における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなるように構成されていることを特徴とする。

これらの発明によれば、シールリングにおける凸部の外周面を、より確実に軸孔内周面に対して摺動させることができる。これにより、軸とハウジングとの間の環状隙間の大小に拘らず、摺動部分の面積を安定させることができる。従って、密封性の安定化を図ることができる。また、シールリングの外周面のうち凸部の部分をより確実に摺動させることで、摺動抵抗を低減させ、回転トルクを低減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、回転トルクの低減を図りつつ、密封性の安定化を図ることができる。

図１は本発明の実施例１に係るシールリングを外周面側から見た図である。 図２は本発明の実施例１に係るシールリングの側面図である。 図３は本発明の実施例１に係るシールリングの一部破断斜視図である。 図４は本発明の実施例１に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図５は本発明の実施例２に係るシールリングを外周面側から見た図である。 図６は本発明の実施例２に係るシールリングの一部破断斜視図である。 図７は本発明の実施例３に係るシールリングを外周面側から見た一部破断断面図である。 図８は本発明の実施例３に係るシールリングの側面図である。 図９は本発明の実施例３に係るシールリングの一部破断斜視図である。 図１０は本発明の実施例３に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１１は本発明の実施例３に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１２は本発明の実施例３に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１３は本発明の実施例４に係るシールリングを外周面側から見た一部破断断面図である。 図１４は本発明の実施例４に係るシールリングを外周面側から見た図の一部である。 図１５は本発明の実施例４に係るシールリングの側面図である。 図１６は本発明の実施例４に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１７は本発明の実施例４に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１８は本発明の実施例４に係るシールリングの使用状態を示す模式的断面図である。 図１９は従来例に係るシールリングの使用状態を示す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１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例１に係るシールリングについて説明する。

＜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５００の外周に設けられた環状溝５１０に装着され、相対的に回転する軸５００とハウジング６００（ハウジング６００における軸５００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シール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４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は図中右側のシール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、シール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シール対象領域の流体圧力は高くなる。

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６００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。

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、周方向に伸びる一対の凹部１３０が幅方向の両側に設けられている。なお、これら一対の凹部１３０の間には、ハウジング６００の軸孔の内周面に摺動する凸部１２０が設けられている。一対の凹部１３０底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されている。また、凸部１２０の側面は凹部１３０の底面に対して垂直となるように構成されている。

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１１０，一対の凹部１３０、及び一対の凹部１３０を設けたことにより得られる凸部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、これらの各部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、各部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、凹部１３０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。

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、いわゆる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側には第１嵌合凸部１１１ａ及び第１嵌合凹部１１２ａが設けられ、他方の側の外周側には第１嵌合凸部１１１ａが嵌る第２嵌合凹部１１２ｂと第１嵌合凹部１１２ａに嵌る第２嵌合凸部１１１ｂが設けられている。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、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。

一対の凹部１３０は、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成されている。合口部１１０付近の凹部１３０が設けられていない部位と、凸部１２０の外周面は同一面となっている。これらによって、シールリング１００の外周面側における環状の連続的なシール面が形成される。つまり、シールリング１００の外周面において、合口部１１０付近を除く領域では、凸部１２０の外周面のみが軸孔の内周面に対して摺動する。なお、合口部１１０を設けない構成を採用する場合には、一対の凹部１３０を環状に設けることで、凸部１２０も環状となる。これにより、凸部１２０の外周面のみで、環状の連続的なシール面を形成させることが可能となる。

凸部１２０の幅については、狭いほどトルクを低減することができるものの、幅を狭くし過ぎると、シール性及び耐久性が低下してしまう。そこで、使用環境等に応じて、シール性及び耐久性を維持できる程度に、当該幅を可及的に狭くするのが望ましい。なお、例えば、シールリング１００の横幅の全長が１．９ｍｍの場合、凸部１２０の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。

そして、本実施例に係るシールリング１００においては、凸部１２０における一方側の側面からシールリング１００における他方側の側面までの距離（領域Ｂの長さに相当）、及び凸部１２０における他方側の側面からシールリング１００における一方側の側面までの距離は、シールリング１００における内周面から凸部１２０の外周面までの距離（領域Ａの長さに相当）よりも短く設定されている（図４参照）。なお、凸部１２０における一方側の側面からシールリング１００における他方側の側面までの距離、及び凸部１２０における他方側の側面からシールリング１００における一方側の側面までの距離は等しい。なお、領域Ｂは、シールリング１００の使用時において、凸部１２０における高圧側（Ｈ）の側面からシールリング１００における低圧側（Ｌ）の側面までの領域ということもできる（図４参照）。

領域Ａと領域Ｂの関係を上記のように設定することで、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなる。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
特に、図４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。図４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。

無負荷状態においては、左右の領域の差圧がなく、かつ内周面側からの流体圧力も作用しないため、シールリング１００は、環状溝５１０における図４中左側の側壁面及び軸孔の内周面から離れた状態となり得る。

そして、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５１０の低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となり、かつ軸孔の内周面に対して摺動した状態となる（図４参照）。

＜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、シールリング１００を介して両側に差圧が生じた際には、一対の凹部１３０のうち高圧側（Ｈ）の凹部１３０内にシール対象流体が導かれる。そのため、流体圧力が高まっても、この凹部１３０が設けられた領域においては流体圧力が内周面側に向かって作用する。ここで、本実施例においては、凹部１３０の底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されているので、高圧側（Ｈ）の凹部１３０が設けられている領域においては、内周面側から流体圧力が作用する向きと、外周面側から流体圧力が作用する向きは真逆となる。なお、図４中の矢印は、流体圧力がシールリング１００に対して作用する様子を示している。これにより、本実施例に係るシールリング１００においては、流体圧力の増加に伴う、シールリング１００による外周面側への圧力の増加を抑制でき、摺動トルクを低く抑えることができる。

ここで、本実施例に係るシールリング１００においては、図４に示す領域Ｂの長さは領域Ａの長さよりも短く設定されている。これにより、上記の通り、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなる。

すなわち、領域Ａは、シールリング１００がシール対象流体によって高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって軸線方向に押圧される際の有効な受圧領域となる。また、受圧領域Ａの全周に亘る面積が軸線方向に対する有効な受圧面積となる。そして、領域Ｂは、シールリング１００がシール対象流体によって内周面側から外周面側に向かって径方向外側に押圧される際の有効な受圧領域となる。何故なら、上記の通り、凹部１３０が設けられている領域においては、径方向の両側から流体圧力が作用して、シールリング１００に対して径方向に加わる力が相殺されるからである。なお、受圧領域Ｂの全周に亘る面積が径方向に対する有効な受圧面積となる。

従って、シールリング１００の両側に差圧が生じた際に、シールリング１００に対する有効な受圧領域（受圧面積）は、軸線方向よりも径方向外側に向かう方向の方が小さくなる。そのため、シールリング１００における凸部１２０の外周面を、より確実に軸孔内周面に対して摺動させることができる。これにより、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間の大小に拘らず、摺動部分の面積を安定させることができる。従って、密封性の安定化を図ることができる。また、シールリング１００の外周面のうち凸部１２０の部分をより確実に摺動させることで、摺動抵抗を低減させ、回転トルクを低減させることができる。更に、シールリング１００は外周面側が摺動するため、環状溝の側壁面との間で摺動するシールリングの場合に比べて、シール対象流体による潤滑膜（ここでは油膜）が形成され易くなり、より一層、摺動トルクを低減させることができる。これは、シールリング１００の外周面と軸孔内周面との間で摺動する場合には、これらの間の微小隙間部分で楔効果が発揮されるためである。

また、本実施例においては、一対の凹部１３０は、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成されている。このように、本実施例においては、シールリング１００の外周面の広範囲に亘って凹部１３０を設けたことにより、シールリング１００とハウジング６００の軸孔の内周面との摺動面積を可及的に狭くすることができ、摺動トルクを極めて軽減することができる。

このように、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、環状溝５１０の側面に対して摺動しないことにより、軸５００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。

更に、本実施例に係るシールリング１００は、幅方向の中心面に対して、対称的な形状となっているため、シールリング１００を環状溝５１０に装着する際に、装着方向を気にする必要はない。また、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の関係が入れ替わるような環境下においても、上記のような優れた効果が発揮される。

なお、本実施例においては、凸部１２０の側面は凹部１３０の底面に対して垂直となるように構成されている。ここで、凸部１２０が外周面側に向かって幅が狭くなるように、凸部１２０の側面をテーパ面などの傾斜面にすることも考えられ得る。しかしながら、凸部１２０の側面を傾斜面にすると、急激に差圧が生じた際に、凸部１２０の外周面と軸孔内周面との隙間からシール対象流体が吹き抜けてしまうおそれもある。従って、凸部１２０の側面は凹部１３０の底面に対して垂直とするのが望ましい。

（実施例２）
図５及び図６には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１に示す構成に対して、一対の凹部内に複数のリブを設ける場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

本実施例に係るシールリング１００においても、上記実施例１と同様に、合口部１１０，一対の凹部１３０、及び凸部１２０を備えている。これら合口部１１０，凹部１３０及び凸部１２０については、上記実施例１に係るシールリングと同一の構成であるので、その説明は省略する。なお、合口部１１０については、本実施例においても、特殊ステップカットを採用した場合を示しているが、これに限られないことは、上記実施例１で説明した通りである。

そして、本実施例においては、一対の凹部１３０内に、凸部１２０に繋がるように設けられた複数のリブ１２１が設けられている。

以上のように構成された本実施例に係るシールリング１００においても、上記実施例１に係るシールリング１００の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施例においては、複数のリブ１２１が設けられているので、シールリング１００の剛性が高くなり、特に、捩じれ方向に対する強度が高くなっている。従って、差圧が大きくなる環境下においても、シールリング１００の変形が抑制され、安定的に密封性が発揮される。

（実施例３）
図７〜図１２には、本発明の実施例３が示されている。本実施例においては、基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

本実施例に係るシールリング１００は、軸５００の外周に設けられた環状溝５１０に装着され、相対的に回転する軸５００とハウジング６００（ハウジング６００における軸５００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シール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１０〜図１２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は図中右側のシール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、シール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シール対象領域の流体圧力は高くなる。

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６００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。

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、幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部１４０と、この凹部１４０を介して両側に設けられ、ハウジング６００の軸孔の内周面に対して摺動する一対の凸部１５０が設けられている。更に、シールリング１００には、内周面側から凹部１４０の底面に至るように設けられ、かつ内周面側からシール対象流体（ここでは油）を凹部１４０内に導入可能とする貫通孔１４１が複数設けられている。凹部１４０の底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されている。

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，凹部１４０，貫通孔１４１、及び一対の凸部１５０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、これらの各部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、各部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、凹部１４０，貫通孔１４１、及び一対の凸部１５０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。

合口部１１０については、本実施例においても、上記実施例１と同様に、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、いわゆる特殊ステップカットを採用している。合口部１１０に関しては、実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

凹部１４０は、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成されている。合口部１１０付近の凹部１４０が設けられていない部位と、一対の凸部１５０の外周面は同一面となっている。これらによって、シールリング１００の外周面側における環状の連続的なシール面が形成される。つまり、シールリング１００の外周面において、合口部１１０付近を除く領域では、一対の凸部１５０の外周面のみが軸孔の内周面に対して摺動する。なお、合口部１１０を設けない構成を採用する場合には、凹部１４０を環状に設けることで、一対の凸部１５０も環状となる。これにより、一対の凸部１５０の外周面のみで、環状の連続的なシール面を形成させることが可能となる。

凹部１４０の深さについては、浅い方が、一対の凸部１５０の剛性が高くなる。一方、一対の凸部１５０は摺動により摩耗するため、凹部１４０の深さは経時的に浅くなっていく。そのため、凹部１４０の深さが浅くなり過ぎると流体を導入することができなくなってしまう。そこで、上記剛性と経時的な摩耗が進んでも流体の導入を維持することの両者を考慮して、初期の凹部１４０の深さを設定するのが望ましい。例えば、シールリング１００の肉厚が１．７ｍｍの場合、凹部１４０の深さを０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度に設定するとよい。

一対の凸部１５０の幅については、狭いほどトルクを低減することができるものの、幅を狭くし過ぎると、シール性及び耐久性が低下してしまう。そこで、使用環境等に応じて、シール性及び耐久性を維持できる程度に、当該幅を可及的に狭くするのが望ましい。なお、例えば、シールリング１００の横幅の全長が１．９ｍｍの場合、一対の凸部１５０の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。

そして、本実施例に係るシールリング１００においては、一対の凸部１５０のそれぞれの幅（図１１中の領域Ｂ１と領域Ｂ２の長さに相当）を足した長さが、シールリング１００における内周面から凸部１５０の外周面までの距離（図１１中、領域Ａの長さに相当）よりも短く設定されている。なお、領域Ｂ１の長さと領域Ｂ２の長さは等しく設定されている。

領域Ａと領域Ｂ１，Ｂ２の関係を上記のように設定することで、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなる。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
特に、図１０〜図１２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。図１０は、エンジンが停止して、シールリング１００を介して左右の領域の差圧がなく（または、差圧が殆どなく）、無負荷の状態を示している。なお、図１０中のシールリング１００は図８中のＤＤ断面に相当する。図１１及び図１２は、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、左側の領域に比べて右側の領域の流体圧力の方が高くなった状態を示している。なお、図１１中のシールリング１００は図８中のＥＥ断面に相当し、図１２中のシールリング１００は図８中のＤＤ断面に相当する。

無負荷状態においては、左右の領域の差圧がなく、かつ内周面側からの流体圧力も作用しないため、シールリング１００は、環状溝５１０における図１０中左側の側壁面及び軸孔の内周面から離れた状態となり得る。

そして、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５１０の低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となり、かつ軸孔の内周面に対して摺動した状態となる（図１１及び図１２参照）。

＜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、シールリング１００を介して両側に差圧が生じた際には、貫通孔１４１を介して、シールリング１００の内周面側からシール対象流体が凹部１４０内に導かれる。そのため、流体圧力が高まっても、この凹部１４０が設けられた領域においては流体圧力が内周面側に向かって作用する。ここで、本実施例においては、凹部１４０の底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されている。従って、凹部１４０が設けられている領域においては、内周面側から流体圧力が作用する向きと、外周面側から流体圧力が作用する向きは真逆となる。なお、図１１及び図１２中の矢印は、流体圧力がシールリング１００に対して作用する様子を示している。これにより、本実施例に係るシールリング１００においては、流体圧力の増加に伴う、シールリング１００による外周面側への圧力の増加を抑制でき、摺動トルクを低く抑えることができる。

ここで、本実施例に係るシールリング１００においては、上記の通り、図１１に示す領域Ｂ１と領域Ｂ２の長さの和は領域Ａの長さよりも短く設定されている。これにより、上記の通り、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなる。

すなわち、領域Ａは、シールリング１００がシール対象流体によって高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって軸線方向に押圧される際の有効な受圧領域となる。また、受圧領域Ａの全周に亘る面積が軸線方向に対する有効な受圧面積となる。そして、領域Ｂ１と領域Ｂ２は、シールリング１００がシール対象流体によって内周面側から外周面側に向かって径方向外側に押圧される際の有効な受圧領域となる。何故なら、上記の通り、凹部１４０が設けられている領域においては、径方向の両側から流体圧力が作用して、シールリング１００に対して径方向に加わる力が相殺されるからである。なお、受圧領域Ｂ１及び領域Ｂ２の全周に亘る面積が径方向に対する有効な受圧面積となる。

従って、シールリング１００の両側に差圧が生じた際に、シールリング１００に対する有効な受圧領域（受圧面積）は、軸線方向よりも径方向外側に向かう方向の方が小さくなる。そのため、シールリング１００における一対の凸部１５０の外周面を、より確実に軸孔内周面に対して摺動させることができる。これにより、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間の大小に拘らず、摺動部分の面積を安定させることができる。従って、密封性の安定化を図ることができる。また、シールリング１００の外周面のうち一対の凸部１５０の部分をより確実に摺動させることで、摺動抵抗を低減させ、回転トルクを低減させることができる。更に、シールリング１００は外周面側が摺動するため、環状溝の側壁面との間で摺動するシールリングの場合に比べて、シール対象流体による潤滑膜（ここでは油膜）が形成され易くなり、より一層、摺動トルクを低減させることができる。これは、シールリング１００の外周面と軸孔内周面との間で摺動する場合には、これらの間の微小隙間部分で楔効果が発揮されるためである。

また、本実施例においては、凹部１４０は、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成されている。このように、本実施例においては、シールリング１００の外周面の広範囲に亘って凹部１４０を設けたことにより、シールリング１００とハウジング６００の軸孔の内周面との摺動面積を可及的に狭くすることができ、摺動トルクを極めて軽減することができる。

このように、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、環状溝５１０の側面に対して摺動しないことにより、軸５００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、本実施例に係るシールリング１００は、幅方向の中心面に対して、対称的な形状となっているため、シールリング１００を環状溝５１０に装着する際に、装着方向を気にする必要はない。また、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の関係が入れ替わるような環境下においても、上記のような優れた効果が発揮される。

更に、本実施例に係るシールリング１００においては、凹部１４０の両側に設けられた一対の凸部１５０が、軸孔の内周面に対して摺動するため、シールリング１００の姿勢を安定させることができる。つまり、流体圧力によって、シールリング１００が環状溝５１０内で傾いてしまうことを抑制できる。

（実施例４）
図１３〜図１８には、本発明の実施例４が示されている。本実施例においては、基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

本実施例に係るシールリング１００は、軸５００の外周に設けられた環状溝５１０に装着され、相対的に回転する軸５００とハウジング６００（ハウジング６００における軸５００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シール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１６〜図１８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は図中右側のシール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、シール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シール対象領域の流体圧力は高くなる。

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６００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。

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の外周面には、外周面側に突出し、その表面がハウジング６００の軸孔の内周面に対して摺動する凸部１６０が形成されている。この凸部１６０は、幅方向の両端面の位置まで至るように、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）に交互に位置が変化しながら周方向に向かって伸びるように形成されている。より具体的には、凸部１６０は周方向に向かって蛇行する波形状となるように構成されている。また、この凸部１６０は、合口部１１０付近を除く全周に亘って設けられている。なお、後述のように、合口部１１０を設けない構成を採用する場合には、この凸部１６０は全周に亘って設けられる。

そして、このような凸部１６０が形成されることによって、シールリング１００の外周面における高圧側（Ｈ）には、第１凹部１７１が周方向にそれぞれ間隔を空けて複数形成される。また、シールリング１００の外周面における低圧側（Ｌ）には、第２凹部１７２が周方向にそれぞれ間隔を空けて複数形成される。第１凹部１７１は、高圧側（Ｈ）の端部から低圧側（Ｌ）の端部に至らない位置まで伸びるように構成され、高圧側（Ｈ）から流体を導入する機能を発揮する。また、第２凹部１７２は、低圧側（Ｌ）の端部から高圧側（Ｈ）の端部に至らない位置まで伸びるように構成される。これら第１凹部１７１の底面及び第２凹部１７２の底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されている。

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，凸部１６０，複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２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、これらに合口部１１０，凸部１６０，複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２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、合口部１１０，凸部１６０，複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２を切削加工により得ることもできる。しかしながら、例えば、予め合口部１１０を有したものを成形した後に、凸部１６０，複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２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。

合口部１１０については、本実施例においても、上記実施例１と同様に、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、いわゆる特殊ステップカットを採用している。合口部１１０に関しては、実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

また、合口部１１０を設ける構成を採用する場合には、合口部１１０の付近には第１凹部１７１及び第２凹部１７２を形成させないようにするのが望ましい（図１５参照）。なお、この場合、合口部１１０の付近の外周面は凸部１６０の部分の外周面と同一面となる。これらによって、シールリング１００の外周面側における環状の連続的なシール面が形成される。つまり、シールリング１００の外周面において、合口部１１０付近を除く領域では、凸部１６０の外周面のみが軸孔の内周面に対して摺動する。なお、合口部１１０を設けない構成を採用する場合には、凸部１６０は環状に設けられる。これにより、凸部１６０の外周面のみで、環状の連続的なシール面を形成させることが可能となる。

本実施例に係る凸部１６０は細長く伸びる構成であり、シールリング１００の外周面において、複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２が占める面積に比して、凸部１６０の占める面積は十分に狭くなるように構成されている。そして、複数の第１凹部１７１及び第２凹部１７２は、周方向のほぼ全域に亘って形成されている。つまり、合口部１１０が形成されている付近と、細長い凸部１６０の部位を除き、周方向の全域に亘って第１凹部１７１及び第２凹部１７２が形成されている。また、本実施例における凸部１６０の両側面は、第１凹部１７１の底面及び第２凹部１７２の底面に対してそれぞれ垂直となるように構成されている。

また、凸部１６０の高さ（第１凹部１７１及び第２凹部１７２の深さに等しい）については、低い方が、凸部１６０が設けられている部位の剛性が高くなる。一方、凸部１６０は摺動により摩耗するため、第１凹部１７１及び第２凹部１７２の深さは経時的に浅くなっていく。そのため、第１凹部１７１の深さが浅くなり過ぎると流体を導入することができなくなってしまう。そこで、上記剛性と経時的な摩耗が進んでも流体の導入を維持することの両者を考慮して、初期の凸部１６０の高さを設定するのが望ましい。例えば、シールリング１００の肉厚が１．７ｍｍの場合、凸部１６０の高さを０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度に設定するとよい。また、凸部１６０の幅が狭いほど、トルクを低減することができるものの、幅を狭くし過ぎると、シール性及び耐久性が低下してしまう。そこで、使用環境等に応じて、シール性及び耐久性を維持できる程度に、凸部１６０の幅を可及的に狭くするのが望ましい。なお、例えば、シールリング１００の幅（軸方向の幅）の全長が１．９ｍｍの場合、凸部１６０の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。

そして、本実施例に係るシールリング１００においては、凸部１６０における一方側の側面からシールリング１００における他方側の側面までの領域ＢＸ（図１６〜図１８参照）の全周に亘る面積、及び凸部１６０における他方側の側面からシールリング１００における一方側の側面までの領域の全周に亘る面積が、シールリング１００における内周面から凸部１６０の外周面までの領域Ａの全周に亘る面積よりも狭くなるように設定されている。なお、領域ＢＸは、シールリング１００の使用時において、凸部１６０における高圧側（Ｈ）の側面からシールリング１００における低圧側（Ｌ）の側面までの領域ということもできる。

領域Ａと領域ＢＸの関係を上記のように設定することで、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなる。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
特に、図１６〜図１８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。図１６〜図１８は、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、左側の領域に比べて右側の領域の流体圧力の方が高くなった状態を示している。なお、図１６中のシールリング１００は図１４中のＦＦ断面に相当し、図１７中のシールリング１００は図１４中のＧＧ断面に相当し、図１８中のシールリング１００は図１４中のＨＨ断面に相当する。

無負荷状態においては、左右の領域の差圧がなく、かつ内周面側からの流体圧力も作用しないため、シールリング１００は、環状溝５１０における図１６〜図１８中左側の側壁面及び軸孔の内周面から離れた状態となり得る。

そして、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５１０の低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となり、かつ軸孔の内周面に対して摺動した状態となる。

＜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、シールリング１００を介して両側に差圧が生じた際には、高圧側（Ｈ）の第１凹部１７１内にシール対象流体が導かれる。そのため、流体圧力が高まっても、この第１凹部１７１が設けられた領域においては流体圧力が内周面側に向かって作用する。ここで、本実施例においては、第１凹部１７１の底面は、シールリング１００の内周面と同心的な面で構成されている。そのため、第１凹部１７１が設けられている領域においては、内周面側から流体圧力が作用する向きと、外周面側から流体圧力が作用する向きは真逆となる。なお、図１６〜図１８中の矢印は、流体圧力がシールリング１００に対して作用する様子を示している。これにより、本実施例に係るシールリング１００においては、流体圧力の増加に伴う、シールリング１００による外周面側への圧力の増加を抑制でき、摺動トルクを低く抑えることができる。

ここで、本実施例に係るシールリング１００においては、上記の通り、シールリング１００が、流体圧力により軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、流体圧力により環状溝５１０における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなるように構成されている。

なお、図１６〜図１８に示す領域Ａは、シールリング１００がシール対象流体によって高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって軸線方向に押圧される際の有効な受圧領域となる。また、受圧領域Ａの全周に亘る面積が軸線方向に対する有効な受圧面積となる。そして、図１６〜図１８に示す領域ＢＸは、シールリング１００がシール対象流体によって内周面側から外周面側に向かって径方向外側に押圧される際の有効な受圧領域となる。何故なら、上記の通り、第１凹部１７１が設けられている領域においては、径方向の両側から流体圧力が作用して、シールリング１００に対して径方向に加わる力が相殺されるからである。なお、受圧領域ＢＸの全周に亘る面積が径方向に対する有効な受圧面積となる。

従って、シールリング１００の両側に差圧が生じた際に、シールリング１００に対する有効な受圧領域（受圧面積）は、軸線方向よりも径方向外側に向かう方向の方が小さくなる。そのため、シールリング１００における凸部１６０の外周面を、より確実に軸孔内周面に対して摺動させることができる。これにより、軸５００とハウジング６００との間の環状隙間の大小に拘らず、摺動部分の面積を安定させることができる。従って、密封性の安定化を図ることができる。また、シールリング１００の外周面のうち凸部１６０の部分をより確実に摺動させることで、摺動抵抗を低減させ、回転トルクを低減させることができる。更に、シールリング１００は外周面側が摺動するため、環状溝の側壁面との間で摺動するシールリングの場合に比べて、シール対象流体による潤滑膜（ここでは油膜）が形成され易くなり、より一層、摺動トルクを低減させることができる。これは、シールリング１００の外周面と軸孔内周面との間で摺動する場合には、これらの間の微小隙間部分で楔効果が発揮されるためである。

また、本実施例においては、第１凹部１７１及び第２凹部１７２は、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成されている。このように、本実施例においては、シールリング１００の外周面の広範囲に亘って第１凹部１７１及び第２凹部１７２を設けたことにより、シールリング１００とハウジング６００の軸孔の内周面との摺動面積を可及的に狭くすることができ、摺動トルクを極めて軽減することができる。

このように、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、環状溝５１０の側面に対して摺動しないことにより、軸５００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。

更に、本実施例に係るシールリング１００は、幅方向の中心面に対して、対称的な形状となっているため、シールリング１００を環状溝５１０に装着する際に、装着方向を気にする必要はない。また、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の関係が入れ替わるような環境下においても、上記のような優れた効果が発揮される。

更に、本実施例に係るシールリング１００の外周面に形成されている凸部１６０は、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）に交互に位置が変化しながら周方向に向かって伸びるように形成されている。そのため、ハウジング６００の軸孔に対してシールリング１００の外周面が摺動する位置が、高圧側（Ｈ）や低圧側（Ｌ）に偏ってしまうことはない。従って、シールリング１００が環状溝５１０内で傾いてしまうことを抑制でき、シールリング１００の装着状態を安定化させることができる。なお、本実施例では、凸部１６０は、幅方向の両端面の位置まで至るように、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）に交互に位置が変化しながら周方向に向かって伸びるように形成されている。従って、ハウジング６００の軸孔に対してシールリング１００の外周面が摺動する位置が、高圧側（Ｈ）や低圧側（Ｌ）に偏ってしまうことを、効果的に抑制することができる。

なお、本実施例においては、凸部１６０が、周方向に向かって蛇行する波形状となるように構成されている場合を示した。しかしながら、凸部については、周方向に向かって矩形状の波形状となるように構成したり、周方向に向かって三角形状の波形状となるように構成したりすることもできる。

１００ シールリング
１１０ 合口部
１１１ａ 第１嵌合凸部
１１１ｂ 第２嵌合凸部
１１２ａ 第１嵌合凹部
１１２ｂ 第２嵌合凹部
１２０，１５０，１６０ 凸部
１２１ リブ
１３０，１４０ 凹部
１７１ 第１凹部
１７２ 第２凹部
５００ 軸
５１０ 環状溝
６００ ハウジング

Claims (2)

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シール対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
   前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、かつ前記ハウジングにおける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、周方向に伸びる一対の凹部が幅方向の両側に設けられており、
   これら一対の凹部の間に位置する凸部における一方側の側面からシールリングにおける他方側の側面までの距離、及び前記凸部における他方側の側面からシールリングにおける一方側の側面までの距離は、シールリングにおける内周面から前記凸部の外周面までの距離よりも短く設定されていることによって、
   前記流体圧力により前記軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、前記流体圧力により前記環状溝における低圧側の側壁面に対して押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなるように構成されていると共に、
   前記一対の凹部内には、前記凸部に繋がり、かつシールリングの側面まで伸びるリブが複数設けられていることを特徴とするシールリング。
2. 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シール対象領域の流体圧力を保持するシールリングであって、
   前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、かつ前記ハウジングにおける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、
   幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部と、
   該凹部を介して両側に設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する一対の凸部と、
   を有すると共に、
   内周面側から前記凹部の底面に至るように設けられ、かつ内周面側からシール対象流体を前記凹部内に導入可能とする貫通孔を有することによって、
   前記流体圧力により前記軸孔の内周面に対して押し付けられる力に寄与する内周面側からの有効受圧面積の方が、前記流体圧力により前記環状溝における低圧側の側壁面に対し
   て押し付けられる力に寄与する側面側からの有効受圧面積よりも狭くなるように構成されていることを特徴とするシールリング。

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