JP6298834B2 - シールリング - Google Patents

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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、シールリングの摺動面側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及び2参照)。
しかしながら、回転方向に拘わらず、回転トルクを低減させることが望まれるなど、未だ改良の余地がある。また、シールリング本来の機能である密封対象流体の漏れを抑制させる必要もある。
実開平03−088062号公報 国際公開第2011/105513号公報
本発明の目的は、回転方向に関係なく、回転トルクを低減させつつ、密封対象流体の漏れを抑制することが可能な密封装置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対して摺動するシールリングにおいて、
前記側壁面に対して摺動する摺動面側には、径方向の幅が一定で周方向に伸び、動圧を発生させるための第1溝と、第1溝における周方向の中央の位置から内周面に至るまで伸び、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おり、
第1溝は、前記側壁面に対して摺動する摺動領域内に収まる位置に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。そのため、動圧発生用溝が設けられている範囲においては、高圧側からシールリングに対して作用する流体圧力と低圧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、シールリングが環状溝における低圧側の側壁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側壁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側壁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溝の周方向の中央から内周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、環状溝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、第1溝は、側壁面に対して摺動する摺動領域内に収まる位置に設けられているので、密封対象流体の漏れを抑制することができる。
ここで、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、回転方向に関係なく、回転トルクを低減させつつ、密封対象流体の漏れを抑制することができる。
図1は本発明の実施例1に係るシールリングの側面図である。 図2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3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4は本発明の実施例1に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。 図5は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図6は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図7は本発明の実施例1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8は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図9は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図10は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図11は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図12は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。 図13は本発明の実施例2に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。 図14は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。 図15は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。 図16は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。 図17は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。 図18は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。 図19は本発明の実施例2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1)
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1に係るシールリングの側面図である。なお、図1は、シールリングにおける摺動面とは反対側の側面を示している。図2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3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。なお、図3は、シールリングにおける摺動面側の側面を示している。図4は本発明の実施例1に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。なお、図4は図3のうち合口部110が設けられている付近を拡大した図である。図5は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。なお、図5は図3中のAA断面図である。図6は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。なお、図6は図3中のBB断面図である。図7は本発明の実施例1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7中のシールリングは、図3中のAA断面図である。図8〜図12は本発明の実施例1に係るシールリングの模式的断面図である。なお、図8〜図12は図4中のCC断面図である。
<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7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。また、図7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7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の摺動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。
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。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。
動圧発生用溝120は、シールリング100における摺動面側の側面のうち合口部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(図3参照)。これら複数の動圧発生用溝120は、軸200に設けられた環状溝210における低圧側の側壁面211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、径方向の幅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内周面に至るまで伸び、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は、環状溝210における低圧側の側壁面211に対して摺動する摺動領域X内に収まる位置に設けられている(図7参照)。また、第1溝121の溝深さについて、径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5及び図7参照)。そして、第1溝121の溝深さについて、周方向に対しては、各種の構成を採用し得る。この点について、図8〜図12を参照して説明する。図8〜図11では、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された各種の例を示している。図8では、第1溝121の溝底が、周方向の中央から平面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。図9では、第1溝121の溝底が、周方向の中央から曲面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。図10では、第1溝121の溝底が、周方向の中央から階段状に両側に向かって浅くなる場合の例を示している。図11では、第1溝121の溝底が、周方向の中央から階段状に両側に向かって浅くなり、かつ段差部分が傾斜面で構成される場合の例を示している。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。ただし、図12に示すように、第1溝121の溝底の深さが周方向に一定となるように構成した場合でも、ある程度動圧を発生させることは可能である。なお、本実施例における第1溝121は、最も深い部分でも50μm以下となるように設定されている。
<シールリングの使用時のメカニズム>
特に、図7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7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シール対象領域(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、環状溝210の低圧側(L)の側壁面211とシールリング100との間で摺動する。そして、シールリング100の摺動面側の側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3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3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、高圧側(H)からシールリング100に対して作用する流体圧力と低圧側(L)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(高圧側(H)から低圧側(L)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が環状溝210における低圧側の側壁面211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に対して側壁面211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に対して側壁面211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。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の周方向の中央から内周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、環状溝210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、第1溝121は、側壁面211に対して摺動する摺動領域X内に収まる位置に設けられているので、密封対象流体の漏れを抑制することができる。
そして、図8〜図11に示すように、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れば、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。特に、図8及び図9に示すように、第1溝121の溝底が、周方向の中央から両側に向かって徐々に浅くなる構成を採用した場合には、シールリング100における摺動側の側面が経時的に摩耗が進んでしまっても、楔効果を安定的に発揮させることが可能である。
(実施例2)
図13〜図19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、動圧発生用溝について、第1溝のうち第2溝と繋がる部分の深さを、第2溝の深さと同じにし、かつ、第1溝における第2溝と繋がる部分以外の部分の深さよりも深く構成した場合の構成を示す。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、その説明は省略する。
図13は本発明の実施例2に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、上記実施例1における図4に相当する図である。図14〜図19は本発明の実施例2に係るシールリングの模式的断面図である。なお、図14〜図19は図13中のCC断面図である。
本実施例においては、動圧発生用溝の構成についてのみ、実施例1の場合と異なっており、その他の構成については、実施例1と同一であるので、その説明は省略する。本実施例に係るシールリング100においても、動圧発生用溝120は、シールリング100における摺動面側の側面のうち合口部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。また、実施例1の場合と同様に、動圧発生用溝120は、径方向の幅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内周面に至るまで伸び、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。
また、第1溝121が、環状溝210における低圧側の側壁面211に対して摺動する摺動領域X内に収まる位置に設けられている点についても、実施例1の場合と同様である(図7参照)。また、第1溝121の溝深さについて、径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点も、実施例1の場合と同様である。
そして、本実施例に係る動圧発生用溝120においては、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが、第2溝122の深さと同じで、かつ、第1溝121における第2溝122と繋がる部分以外の部分121Yの深さよりも深く構成されている。第1溝121の溝深さについて、周方向に対しては、各種の構成を採用し得る。この点について、図14〜図19を参照して説明する。
図14〜図19では、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された各種の例を示している。図14は実施例1における図8に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から平面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。図15は実施例1における図9に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から曲面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。図16は実施例1における図10に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から階段状に両側に向かって浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。
図17は実施例1における図8に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から平面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。また、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの溝底が湾曲面となるように構成されている。図18は実施例1における図9に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から曲面状に両側に向かって徐々に浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。また、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの溝底が湾曲面となるように構成されている。図19は実施例1における図10に示す例の変形例であり、第1溝121の溝底が、周方向の中央から階段状に両側に向かって浅くなる場合の例を示している。そして、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが他の部分121Yに比べてより一段と深くなっている。また、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの溝底が湾曲面となるように構成されている。
なお、本実施例に係る第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分以外の部分121Yの深さは、最も深い部分でも50μm以下となるように設定されている。
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によれば、動圧発生用溝120における第2溝122の深さと、第1溝121のうち第2溝122と繋がる部分121Xの深さが深いため、密封対象流体の導入量を高めることができる。これにより、動圧発生用溝120による動圧発生効果を高めることができる。
100 シールリング
110 合口部
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
X 摺動領域

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対して摺動するシールリングにおいて、
    前記側壁面に対して摺動する摺動面側には、径方向の幅が一定で周方向に伸び、動圧を発生させるための第1溝と、第1溝における周方向の中央の位置から内周面に至るまで伸び、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おり、
    第1溝は、前記側壁面に対して摺動する摺動領域内に収まる位置に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に記載のシールリング。
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