JP6491374B2 - 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と共に、
第１溝のうち第２溝と繋がる部分の深さが、第２溝の深さと同じであり、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されると共に、第１溝のうち第２溝と繋がる部分と当該繋がる部分以外の部分との間には段差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。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。そして、動圧発生用溝における第２溝の深さと、第１溝のうち第２溝と繋がる部分の深さが深いため、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、動圧発生用溝による動圧発生効果を高めることができる。

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は本発明の参考例に係るシールリングの側面図である。 図２は本発明の参考例に係るシールリングを外周面側から見た図である。 図３は本発明の参考例に係るシールリングの側面図である。 図４は本発明の参考例に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。 図５は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図６は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図７は本発明の参考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８は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図９は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図１０は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図１１は本発明の参考例に係るシールリングの模式的断面図である。 図１２は本発明の参考例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。

（参考例）
図１〜図１２を参照して、本発明の参考例に係るシールリングについて説明する。図１は本発明の参考例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は本発明の参考例に係るシールリングを外周面側から見た図である。図３は本発明の参考例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は本発明の参考例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は本発明の参考例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は本発明の参考例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は本発明の参考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は本発明の参考例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＞
本参考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、本参考例においては、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、本参考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、本参考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。

＜本参考例に係るシールリングの優れた点＞
本参考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）
図１３〜図１９は、本発明の実施例が示されている。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参考例と同一なので、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は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、上記参考例における図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、参考例の場合と異なっており、その他の構成については、参考例と同一であるので、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、参考例の場合と同様に、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、参考例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、参考例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は参考例における図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は参考例における図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は参考例における図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は参考例における図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は参考例における図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は参考例における図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１２１
Ｙ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 (5)

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と共に、
   第１溝のうち第２溝と繋がる部分の深さが、第２溝の深さと同じであり、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されると共に、第１溝のうち第２溝と繋がる部分と当該繋がる部分以外の部分との間には段差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。
3. 第１溝の溝底が、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ように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシールリング。
4. 第１溝の溝底が、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ように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシールリング。
5. 第１溝の溝底が、周方向の中央から階段状に両側に向かって浅くなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシールリング。