JP6872671B2 - 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。本願の出願人は、回転トルクを低減させることができるシールリングについて、既に提案している（特許文献１参照）。以下、図７及び図８を参照して、従来例に係るシールリングについて説明する。図７は従来例に係るシールリングを外周面側から見た図であり、図８はその一部拡大図である。

従来例に係るシールリング７００の外周面側には、周方向に伸びる一対の凹部７３０が幅方向の両側に設けられている。これにより、これら一対の凹部７３０の間には凸部７１０が形成されている。このように構成されるシールリング７００によれば、流体圧力（油圧など）が作用する場合に、凹部７３０の部分で、内周面側からの流体圧力と外周面側からの流体圧力を相殺することができるため、摺動抵抗を低減させることができる。これにより、回転トルクを低減させることができる。しかしながら、シールリング７００の外周面側に設けられた凸部７１０のみを摺動させる構成を採用すると、シールリング７００が傾きやすく、姿勢が不安定になるおそれがある。そこで、このシールリング７００においては、一対の凹部７３０内に、凸部７１０に繋がり、シールリング側面まで伸びるリブ７２０が、周方向に間隔を空けて複数設けられている。

しかしながら、上記のシールリング７００の場合、リブ７２０は、凸部７１０に対して、垂直に伸びるように構成されている。従って、凸部７１０の側壁面とリブ７２０の側壁面とは垂直に交わるように構成されている。そのため、シール対象流体（油など）に含まれる異物が多い環境下でシールリング７００が用いられる場合、凸部７１０の側壁面とリブ７２０の側壁面とが交わる部分（隅の部分）に、異物が溜まり易くなってしまう。この点について、図８を参照してより詳しく説明する。

図８中、矢印Ｒ１は、軸とハウジング（いずれも不図示）が相対的に回転した場合におけるハウジングに対する軸及びシールリング７００の回転方向を示している。矢印Ｒ２は、軸及びシールリング７００に対するハウジングの回転方向を示している。この場合、シール対象流体は、図８中、矢印Ｓ０方向に流れる。このシール対象流体に異物が多く含まれていると、凸部７１０の側壁面とリブ７２０の側壁面とが交わる４か所の隅部のうち、シール対象流体が流れる方向（矢印Ｓ０方向）の上流側、かつシール対象流体が密封されている側の隅部に異物Ｃが溜まってしまう（図８参照）。

このような異物Ｃの堆積が進むと、シールリング７００とハウジングの軸孔表面との摺動部に異物Ｃが噛み込まれてしまい、シール性を低下させる原因になってしまう。また、摺動摩耗を促進させる原因にもなってしまう。特に、近年、軽量化を目的として、ハウジングの材料として、アルミニウムなどの軟質材が用いられることが多く、摺動摩耗についての懸念が顕在化する傾向にある。

特許第６１９１６８９号公報

本発明の目的は、摺動部に異物が噛み込まれてしまうことを抑制可能とする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ることで、これら一対の凹部の間には凸部が形成され、かつ、前記一対の凹部内には、前記凸部に繋がり、シールリング側面まで伸びるリブが周方向に間隔を空けて複数設けられると共に、
複数の前記リブのうち、シール対象領域側に配置される複数のリブは、前記軸に対する前記ハウジングの相対的な回転方向の上流側の側壁面が、いずれも、前記凸部から前記シールリング側面に向かうにつれて前記ハウジングの相対的な回転方向の上流側から下流側に向かうように傾斜する傾斜面により構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングの外周面側には、周方向に伸びる一対の凹部が幅方向の両側に設けられるため、凹部の部分で、内周面側からの流体圧力と外周面側からの流体圧力を相殺させることができる。これにより、摺動抵抗を低減させることができる。また、一対の凹部内には、凸部に繋がり、シールリング側面まで伸びるリブが周方向に間隔を空けて複数設けられるため、環状溝内におけるシールリングの姿勢を安定化させることができる。そして、シール対象領域側に配置される複数のリブは、軸に対するハウジングの相対的な回転方向の上流側の側壁面が、いずれも、凸部からシールリング側面に向かうにつれてハウジングの相対的な回転方向の上流側から下流側に向かうように傾斜する傾斜面により構成されている。従って、凹部内にシール対象流体中の異物が侵入しても、傾斜面によって、異物は凹部の外に排出される。これにより、凹部内に異物が堆積してしまうことを抑制することができる。

複数の前記リブは、いずれも、前記凸部から前記シールリング側面に向かうにつれて、徐々に幅が狭くなるように構成されているとよい。

これにより、軸とハウジングとの相対的な回転方向に関係なく、かつ、シールリングの両側面のうち、いずれの側がシール対象領域であるかに関係なく、上記の傾斜面を存在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、摺動部に異物が噛み込まれてしまうことを抑制することができる。

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を外周面側から見た図である。 図３は本発明の実施例に係るシールリングの一部破断斜視図である。 図４は本発明の実施例に係るシールリングを用いた密封構造の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係るシールリングの外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リブの変形例を示す図である。 図７は従来例に係るシールリングを外周面側から見た図である。 図８は従来例に係るシールリングの外周面側から見た図の一部拡大図である。

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好適に用いられる。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５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を外周面側から見た図であり、図１中、上から見た図である。図３は本発明の実施例に係るシールリングの一部破断斜視図である。図４は本発明の実施例に係るシールリングを用いた密封構造の模式的断面図である。なお、図４中のシールリングの断面図は、図１中のＡＡ断面図である。図５は本発明の実施例に係るシールリングの外周面側から見た図の一部拡大図である。

＜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、シール対象流体の流体圧力（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１４０が幅方向の両側に設けられている。これにより、これら一対の凹部１４０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。なお、一対の凹部１４０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１４０の底面に対して垂直となるように構成されている。

そして、本実施例に係るシールリング１００においては、一対の凹部１４０内に、凸部１２０に繋がり、シールリング側面まで伸びるリブ１３０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。

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，凹部１４０，凸部１２０、及び凹部１４０内に設けられる複数のリブ１３０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を切削加工することで、凸部１２０及び複数のリブ１３０を有するシールリング１００を製造してもよく、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。なお、切断部を介して両側の内周面側は、互いに対向する平面状の面１１３ａ，１１３ｂにより構成されている。

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１４０は、合口部１１０付近、及び複数のリブ１３０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、凸部１２０の外周面と、リブ１３０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、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の外周面とリブ１３０の外周面のみが軸孔の内周面に対して摺動する。

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。

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。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については、環状溝５１０に対しては摺動させずに、シールリング１００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。

そして、本実施例に係るシールリング１００においては、複数のリブ１３０は、いずれも、凸部１２０からシールリング側面に向かうにつれて、徐々に幅が狭くなるように構成されている。これにより、凸部１２０の両側にそれぞれ設けられるリブ１３０の両側面は、いずれも周方向に対して傾斜する傾斜面により構成される。以下、凸部１２０の両側にそれぞれ設けられるリブ１３０の両側面を、説明の便宜上、第１側壁面１３１，第２側壁面１３２，第３側壁面１３３及び第４側壁面と称する（図２，３，５参照）。

＜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。本実施例に係る密封構造は、軸５００と、ハウジング６００と、これら軸５００とハウジング６００との間の環状隙間を封止するシールリング１００とから構成される。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１４０のうち高圧側（Ｈ）の凹部１４０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ので、高圧側（Ｈ）の凹部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。

そして、本実施例においては、一対の凹部１４０内に、凸部１２０に繋がるように設けられた複数のリブ１３０が設けられている。これにより、環状溝５１０内におけるシールリング１００の姿勢を安定化させることができる。つまり、環状溝５１０内において、シールリング１００が傾いてしまうことを抑制することができる。また、複数のリブ１３０が設けられていることで、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を高めることもできる。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。

また、本実施例に係るシールリング１００においては、複数のリブ１３０のうち、シール対象領域側に配置される複数のリブ１３０は、軸５００に対するハウジング６００の相対的な回転方向の上流側の側壁面（以下、説明の便宜上、このような側壁面を「特定側壁面」と称する）が、次のように構成されている。すなわち、このような特定側壁面は、いずれも、凸部１２０からシールリング側面に向かうにつれてハウジング６００の相対的な回転方向の上流側から下流側に向かうように傾斜する傾斜面により構成されている。この点について、図５を参照して、より詳細に説明する。

図５中、シールリング１００よりも下側が高圧側（Ｈ）、つまりシール対象領域側であり、上側が低圧側（Ｌ）である。また、図５中、矢印Ｒ１は、軸５００とハウジング６００が相対的に回転した場合におけるハウジング６００に対する軸５００及びシールリング１００の回転方向を示している。矢印Ｒ２は、軸５００及びシールリング１００に対するハウジング６００の回転方向を示している。この場合、シール対象流体は、図５中、矢印Ｓ１方向に流れる。この図５に示す例の場合には、上記の特定側壁面は、第１側壁面１３１となる。

なお、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）が入れ替わった場合、つまり、図５中、シールリング１００よりも上側が高圧側となり、下側が低圧側となった場合には、上記の特定側壁面は第２側壁面１３２となる。また、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）との関係は、図５に示す状態で、軸５００とハウジング６００との相対的な回転方向が入れ替わった場合には、上記の特定側壁面は第３側壁面１３３となる。更に、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）が入れ替り、かつ軸５００とハウジング６００との相対的な回転方向が入れ替わった場合には、上記の特定側壁面は第４側壁面１３４となる。

このように本実施例に係るシールリング１００における複数のリブ１３０には、上記のような特定側壁面が設けられることにより、凹部１４０内にシール対象流体中の異物Ｃが侵入しても、特定側壁面（傾斜面）によって、異物Ｃは凹部１４０の外に排出される（図５中の矢印Ｓ１参照）。これにより、凹部１４０内に異物が堆積してしまうことを抑制することができる。

また、本実施例に係る複数のリブ１３０は、いずれも、凸部１２０からシールリング側面に向かうにつれて、徐々に幅が狭くなるように構成されている。これにより、軸５００とハウジング６００との相対的な回転方向に関係なく、かつ、シールリング１００の両側面のうち、いずれの側がシール対象領域であるかに関係なく、上記の特定側壁面（傾斜面）を存在させることができる。つまり、上記の通り、第１側壁面１３１，第２側壁面１３２，第３側壁面１３３及び第４側壁面１３４のうちのいずれかが、上記の特定側壁面となる。

以上のように、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とハウジング６００の軸孔表面との摺動部に異物Ｃが噛み込まれてしまうことを抑制することができる。これにより、シール性が低下してしまうことを抑制することができ、かつ摺動摩耗を抑制することができる。また、これに伴い、軽量化を図るために、ハウジング６００の材料として、アルミニウムなどの軟質材を用いることの支障もなくすことができる。なお、上記実施例においては、リブ１３０の側壁面（第１側壁面１３１，第２側壁面１３２，第３側壁面１３３及び第４側壁面１３４）が平面で構成される場合を示した。しかしながら、本発明におけるリブの側壁面は平面に限定されることはない。例えば、図６に示す変形例に係るリブ１３０Ｘのように、側壁面（第１側壁面１３１Ｘ，第２側壁面１３２Ｘ，第３側壁面１３３Ｘ及び第４側壁面１３４Ｘ）を湾曲面により構成することもできる。このような構成により、リブ１３０Ｘの各側壁面と凸部１２０の側壁面とを滑らかにつなげることができる。以上のような構成においても、上記実施例と同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

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
１１３ａ，１１３ｂ 平面状の面
１２０ 凸部
１３０ リブ
１３１ 第１側壁面
１３２ 第２側壁面
１３３ 第３側壁面
１３４ 第４側壁面
１４０ 凹部
５００ 軸
５１０ 環状溝
６００ ハウジング
Ｃ 異物

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ることで、これら一対の凹部の間には凸部が形成され、かつ、前記一対の凹部内には、前記凸部に繋がり、シールリング側面まで伸びるリブが周方向に間隔を空けて複数設けられると共に、
   複数の前記リブのうち、シール対象領域側に配置される複数のリブは、前記軸に対する前記ハウジングの相対的な回転方向の上流側の側壁面が、いずれも、前記凸部から前記シールリング側面に向かうにつれて前記ハウジングの相対的な回転方向の上流側から下流側に向かうように傾斜する傾斜面により構成されていることを特徴とするシールリング。
2. 複数の前記リブは、いずれも、前記凸部から前記シールリング側面に向かうにつれて、徐々に幅が狭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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