JP6999068B2 - シールリング - Google Patents

Description

本発明は、相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングに関する。

円環状のシールリングは、回転部材を有する様々な機械の環状の隙間を封止するために使用されている。例えば、自動車の動力伝達軸とハウジングの間に、ハウジング内の潤滑油を密封するシールリングが配置されている。

一般にシールリングは、長尺の円弧状の棒から、棒の両端部を接合することにより、円形をなすよう形成されている。

シールリングの形状に関して、様々な提案がされている（特許文献１および２）。

特開２０１６－０１４４７１号公報 特開２０１５－２１８７９０号公報

シールリングの封止性能を高める観点から、シールリングの外周面または内周面が真円柱形に合致し、封止される部材とシールリングの間の隙間がないことが理想的である。

そこで、本発明は、シールリングを定位置に配備した場合、封止される部材とシールリングの間の隙間が極めて小さいシールリングを提供する。

本発明のある態様に係るシールリングは、相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングである。シールリングは、長尺の円弧状の棒から前記棒の両端部を接合することにより、円形をなすよう形成されており、前記両端部から形成された接合部を有する。前記シールリングの径方向の厚さは、前記接合部から離れた２つの地点から前記接合部に向けて、徐々に減少しており、前記地点は、前記円形の中心軸を中心として、前記接合部から６０度以上、１５０度以下の角度、離れている。

この態様においては、シールリングを外側部材の円柱形の内周面に接触するよう配備した場合、シールリングの外周面が真円柱形に極めて近似し、外側部材の内周面とシールリングの外周面の間の隙間が極めて小さい。シールリングを内側部材の円柱形の外周面に接触するよう配備した場合、シールリングの内周面が真円柱形に極めて近似し、内側部材の外周面とシールリングの内周面の間の隙間が極めて小さい。したがって、いずれの場合もシールリングの封止性能が著しく高い。

本発明の第１の実施形態に係るシールリングを有する密封構造を示す断面図である。 第１の実施形態に係るシールリングの正面図である。 外側部材内に配備された第１の実施形態に係るシールリングの一部の拡大正面図である。 シールリングの厚さの変更起点の位置と、シールリングと外側部材の隙間の量の関係を示すグラフである。 シールリングの厚さの最大値に対する最小値の比率と、シールリングと外側部材の隙間の量の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るシールリングを有する密封構造を示す断面図である。 第２の実施形態に係るシールリングの正面図である。 外側部材内に配備された第２の実施形態に係るシールリングの一部の拡大正面図である。 組み立てるときの第２の実施形態に係る密封構造の各部の断面図である。 組み立てるときの比較例に係る密封構造の各部の断面図である。 第２の実施形態の変形例に係るシールリングの正面図である。 図１１のシールリングの IX-IX線矢視断面図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの一部の斜視図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの一部の斜視図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの正面図である。 図１５のシールリングの一部の拡大斜視図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの正面図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの正面図である。 第２の実施形態の他の変形例に係るシールリングの正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るシールリングを有する密封構造を示す断面図である。 第３の実施形態に係るシールリングの正面図である。 組み立てるときの第３の実施形態に係る密封構造の各部の断面図である。 組み立てるときの比較例に係る密封構造の各部の断面図である。 第３の実施形態の変形例に係るシールリングの正面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

以下に説明する本発明の各実施形態に係るシールリングを有する密封構造は、自動車の動力伝達軸とハウジングの環状の隙間を封止するために使用される。但し、以下の説明は、例示であって、本発明に係るシールリングを有する密封構造は、各種の油圧機器、水圧機器、空気圧機器において、潤滑油および冷却水などの液体を密封するために使用されうる。これらの機器は、例えば、エンジン、モーター、発電機、ポンプ、コンプレッサー、自動車のパワーステアリング、減速機、変速機、冷却機を含む。

第１の実施形態
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る密封構造１は、ハウジング（外側部材）２、軸（内側部材）４、シールリング６を備える。ハウジング２は、固定された部材であり、円柱形の内周面３Ａを有する孔３と、被密封潤滑油が内部に配置された潤滑油空間（液体空間）Ａを有する。潤滑油空間Ａは孔３に連通する。潤滑油空間Ａには、軸４が挿入されている。軸４は、中心軸Ａｘの周囲を回転する回転軸であり、自動車の動力伝達軸である。

軸４のうち、孔３に挿入された部分の外周面には、周溝８が形成されている。周溝８には、樹脂製の円環状のシールリング６が配置されて、この結果、シールリング６は孔３内に挿入されている。シールリング６は、軸４とハウジング２の間の隙間を封止して、ハウジング２の内部の潤滑油空間Ａから外部空間（大気空間）Ｂへ潤滑油が漏出するのを防止または低減させる。

シールリング６の径方向外側の部分は、周溝８から径方向外側に突出しており、シールリング６の外周面１６は、孔３の内周面３Ａに接触する。シールリング６は、ハウジング２の孔３に固定される。ここで、「固定される」とは、シールリング６の位置がハウジング２に対して静止していることを意味し、シールリング６がハウジング２に取り外し不能に結合されているか否かを限定する意図ではない。この実施形態では、シールリング６は孔３の内周面３Ａに締まり嵌めされる。さらに、後述するように、シールリング６はシールリング６の内側の潤滑油から圧力を受けることにより、ハウジング２に固定されている。

また、シールリング６は、軸４に対して摺動可能に軸４の周溝８内に配置されている。シールリング６は、潤滑油空間Ａと外部空間Ｂを隔離し、潤滑油をハウジング２の潤滑油空間Ａ内に閉じ込める。この密封構造１において、ハウジング２とシールリング６が固定されているのに対して、軸４はハウジング２に対して回転する。

この実施形態では、シールリング６は、矩形の断面を有する。

シールリング６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）などの樹脂材料から形成されている。シールリング６は、これらの材料をベースポリマーとして、摺動特性や強度を向上させるための充填剤を含む樹脂材料から形成されてもよい。

図２に示すように、シールリング６は、２つの端部６Ａ，６Ｂを有する長尺の湾曲した円弧状の棒から構成されている。具体的には、シールリング６は、長尺の円弧状の棒から、棒の両端部６Ａ，６Ｂを接合することにより、円形をなすよう形成されている。したがって、シールリング６は、両端部６Ａ，６Ｂから形成された接合部７を有する。このように、シールリング６は、無端リングではなく、円弧状の棒から形成されているので、シールリング６を軸４の外周面に形成された周溝８に嵌め込むように、シールリング６を軸４の周囲に配置するのが容易である。

図２に示す端部６Ａ，６Ｂの形状は、公知であって、特殊ステップカットと呼ばれる。特殊ステップカットは、シールリング６の周方向への拡張（ひいては径方向への拡張）を許容し、なおかつ高い封止性能を有するので、優れている。

但し、図２に示す端部６Ａ，６Ｂの形状は例示であって、シールリング６の端部の形状は、特殊ステップカットに限定されず、ステップカット、ストレートカット、バイアスカットのいずれであってもよい。

図１に戻り、上記のように、シールリング６の外周面はハウジング２の孔３の内周面３Ａに接触させられている。シールリング６自体が径方向に拡張しようとする弾性力を有するので、シールリング６はハウジング２に密着させられる。また、シールリング６の内周面と、軸４の周溝８の底面８ａとの間には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油が流通可能な隙間があり、シールリング６はシールリング６の内側の潤滑油から外側に向けて圧力を受けるので、ハウジング２に強固に固定される。

シールリング６の潤滑油空間Ａ側の端面１０には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油から油圧（矢印で示す）が与えられ、シールリング６は外部空間Ｂ側に押される。したがって、シールリング６の外部空間Ｂ側の端面１２は、軸４の周溝８の外部空間Ｂ側の壁面に押し付けられる。但し、端面１２と周溝８の外部空間Ｂ側の壁面の間には、潤滑油が浸入し、厳密には、端面１２は周溝８の外部空間Ｂ側の壁面に面接触せず、両者の間には油膜が存在する。

図２に示すように、シールリング６の径方向の厚さｔは、シールリング６の周方向にわたって一定ではない。ある２つの地点２０から接合部７に向けて、厚さｔは徐々に減少する。好ましくは、２つの地点２０は、シールリング６の外周面１６の中止軸線Ｃと接合部７を結ぶ線分Ｌに対して、対称位置にある。中止軸線Ｃは、ハウジング２の孔３内にシールリング６を配備すると、軸４と孔３の中心軸Ａｘに合致する。

２つの地点２０は、厚さｔの変化の開始点であるので、以下、「起点」と呼ぶ。

起点２０での厚さｔ_ａよりも接合部７での厚さｔ_ｂは小さい。起点２０と接合部７の間の中間点での厚さｔ_ｃは、厚さｔ_ａより小さく、厚さｔ_ｂより大きい。他方、接合部７と反対側では、厚さｔは、一様であり、起点２０での厚さｔ_ａに等しい。

したがって、厚さｔ_ｂはシールリング６の最小厚さであり、厚さｔ_ａはシールリング６の最大厚さである。

図２において、２つの起点２０は、円形の中止軸線Ｃを中心として、接合部７から９０度離れている。つまり、中止軸線Ｃを中心とする起点２０と接合部７の間の角度θは９０度である。但し、角度θは、後述するように、９０度には限定されない。

シールリング６の外周面１６は、中止軸線Ｃを中心とする円筒形であり、外周面１６の半径Ｒ_Ｏは、シールリング６の周方向全体にわたって一定である。

他方、シールリング６の内周面１８の曲率半径Ｒ_ｉは、中止軸線Ｃ周りで変化する。内周面１８の曲率半径Ｒ_ｉは、起点２０から接合部７に向けて、徐々に増加する。起点２０での曲率半径Ｒ_ｉａよりも接合部７での曲率半径Ｒ_ｉｂは大きい。起点２０と接合部７の間の中間点での曲率半径Ｒ_ｉｃは、曲率半径Ｒ_ｉａより大きく、曲率半径Ｒ_ｉｂより小さい。接合部７と反対側では、曲率半径Ｒ_ｉは、一様であり、起点２０での曲率半径Ｒ_ｉａに等しい。

したがって、曲率半径Ｒ_ｉｂは内周面１８の最大曲率半径であり、曲率半径Ｒ_ｉａは内周面１８の最小曲率半径である。

図２に、シールリング６の内周面１８が中止軸線Ｃを中心とする円筒形であると仮定した場合の内周面１８の輪郭１８ａを仮想線で示す。起点２０よりも接合部７側において、この実施形態での内周面１８は、輪郭１８ａよりも径方向外側に位置する。

このようにして、シールリング６は、接合部７から角度θ離れた地点２０から接合部７に向けて厚さｔが徐々に減少するよう形成されている。

この構成の下、図３に示すように、シールリング６をハウジング２の円柱形の孔３の内周面３Ａに配備した場合、シールリング６の外周面が真円柱形に極めて近似し、ハウジング２の孔３の内周面３Ａとシールリング６の外周面１６の間の隙間Ｇが極めて小さい。したがって、シールリング６の封止性能が著しく高い。

図１から明らかなように、シールリング６の封止性能の観点では、軸４の周溝８の底面８ａとシールリング６の内周面１８の間には隙間が許容され、両者の同軸度および接触は重要ではない。これに対して、ハウジング２の孔３の内周面３Ａとシールリング６の外周面１６の接触は、封止性能のために重要である。

出願人は、起点２０と接合部７の間の角度θの好適な範囲を調べるシミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、ＦＥＭ（有限要素法）を用いて、ハウジング２の内周面２Ａとシールリング６の外周面の間の隙間Ｇの最大値を計算した。シミュレーションで用いたパラメータは下記の通りである。

起点２０での厚さｔ_ａ：２．３ｍｍ
接合部７での厚さｔ_ｂ：１．１５ｍｍ
起点２０での厚さｔ_ａに対する接合部７での厚さｔ_ｂの比率：０．５
シールリング６の外径（２×Ｒ_Ｏ）：３０ｍｍ

シミュレーションでは、起点２０と接合部７の間の角度θを、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度に変化させた。図４はシミュレーションの結果を示す。図４において、縦軸の隙間は、隙間Ｇの最大値である。

図４から明らかなように、角度θは、６０度以上、１５０度以下であることが好ましく、８０度以上、１２０度以下であることがさらに好ましい。したがって、２つの起点２０は、円形の中止軸線Ｃを中心として、接合部７から６０度以上、１５０度以下の角度、離れていることが好ましく、接合部７から８０度以上、１２０度以下の角度、離れていることがさらに好ましい。

さらに、出願人は、起点２０での厚さｔ_ａ（厚さｔの最大値）に対する接合部７での厚さｔ_ｂ（厚さｔの最小値）の比率の好適な範囲を調べるシミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、ＦＥＭを用いて、ハウジング２の内周面２Ａとシールリング６の外周面の間の隙間Ｇの最大値を計算した。シミュレーションで用いたパラメータは下記の通りである。

起点２０での厚さｔ_ａ：１．８ｍｍ
起点２０での厚さｔ_ａ：２．３ｍｍ
起点２０と接合部７の間の角度θ：９０度
シールリング６の外径（２×Ｒ_Ｏ）：３０ｍｍ

シミュレーションでは、起点２０での厚さｔ_ａに対する接合部７での厚さｔ_ｂの比率を様々に変化させた。図５はシミュレーションの結果を示す。図５において、縦軸の隙間は、隙間Ｇの最大値である。比率が０．４以下では、厚さｔ_ａが１．８ｍｍでの計算値と厚さｔ_ａが２．３ｍｍでの計算値はほぼ重なった。

図５から明らかなように、起点２０での厚さｔ_ａに対する接合部７での厚さｔ_ｂの比率は、０．２以上、０．６以下であることが好ましく、０．３以上、０．５以下であることがさらに好ましい。

第２の実施形態
図６に示す本発明の第２の実施形態に係る密封構造１は、シールリング９を有する。シールリング９は、第１の実施形態に係る密封構造１のシールリング６と同じ構造に加えて、内周面１８から径方向内側に突出する２つの突起２２を有する。突起２２は２つの起点２０の間に配置されている。好ましくは、突起２２は接合部７の付近に配置されている。つまり、突起２２と接合部７の間隔は、突起２２と起点２０の間隔よりも小さい。

このような密封構造を組み立てる場合には、軸４の外周面の周溝８に配備されたシールリング９を軸４とともにハウジング２の孔３に挿入する際、シールリング９が孔３の周辺にぶつかって破損しないことが望ましい。

図９は、組み立てるときの第２の実施形態に係る密封構造１の各部の断面図である。実施形態では、２つの起点２０の間に突起２２が配置されているので、接合部７が軸４の上方に位置するように、軸４の外周面の周溝８にシールリング９を配備すると、シールリング９の内周面１８から突出する２つの突起２２が周溝８の底面８ａに接触する。２つの突起２２は、シールリング９の厚さが減少する起点である２つの起点２０の間に設けられているので、軸４の外周面の周溝８にシールリング９を配備すると、シールリング９の外周面１６は、周溝８ひいてはハウジング２の孔３の内周面３Ａにほぼ同心に配置される。したがって、矢印で示すように、シールリング９をハウジング２の孔３に挿入する際、シールリング９が孔３の周辺にぶつかりにくく、シールリング９の破損が防止または低減される。

一方、図１０は、組み立てるときの比較例に係る密封構造の各部の断面図である。この比較例では、突起２２が設けられていない。したがって、接合部７が軸４の上方に位置するように、軸４の外周面の周溝８にシールリング９を配備すると、厚さが小さい接合部７の付近でシールリング９の内周面１８が周溝８の底面８ａに接触する。したがって、孔３の下部付近において、シールリング９の外周面１６が軸４の外周面から大きく突出する。このため、矢印で示すように、シールリング９をハウジング２の孔３に挿入する際、シールリング９が孔３の周辺にぶつかりやすく、シールリング９が破損するおそれがある。

第１および第２の実施形態では、上記の通り、シールリング９は、矩形の断面を有するが、シールリングの断面は矩形には限定されない。図１１および図１２に示す変形例に係るシールリング２６では、径方向外側の軸線方向の長さが大きく、径方向内側の軸線方向の長さが小さい。つまり、ハウジング２の孔３の内周面３Ａに接触するシールリング２６の外周面１６の軸線方向の長さが内周面１８の軸線方向の長さより大きい。したがって、シールリング２６はＴ字形の断面を有する。

図１３に示す変形例に係るシールリング２６ＡもＴ字形の断面を有する。但し、シールリング２６Ａでは、径方向外側の軸線方向の長さが小さく、径方向内側の軸線方向の長さが大きい。

シールリング２６Ａでは、接合部７以外の外周面１６に周方向に延びる２つの溝２７が形成されており、２つの溝２７の間に周方向に延びる突起２８が形成されている。突起２８の外周面は接合部７の外周面に円滑に連なる。突起２８の外周面と接合部７の外周面は、シールリング２６Ａの外周面１６を構成し、ハウジング２の孔３の内周面３Ａに接触する。

さらに、各溝２７には、突起２８と直交する方向に延びる複数のリブ２９が形成されている。図１３では、各溝２７に１つのリブ２９しか示されていないが、各溝２７において、複数のリブ２９が互いに間隔をおいて配置されている。リブ２９は、溝２７内部の潤滑油の流れを制御する。

図１４に示す変形例に係るシールリング２６ＢはＬ字形の断面を有する。シールリング２６Ｂは、図１３に示すシールリング２６Ａの突起２８が片側に偏った形状を有する。すなわち、シールリング２６Ｂでは、接合部７以外の外周面１６に周方向に延びる１つの溝３１と、周方向に延びる突起３２が形成されている。突起３２の外周面は接合部７の外周面に円滑に連なる。突起３２の外周面と接合部７の外周面は、シールリング２６Ｂの外周面１６を構成し、ハウジング２の孔３の内周面３Ａに接触する。

さらに、溝３１には、突起３２と直交する方向に延びる複数のリブ３３が形成されている。図１４では、溝３１に１つのリブ３３しか示されていないが、溝３１において、複数のリブ３３が互いに間隔をおいて配置されている。リブ３３は、溝３１内部の潤滑油の流れを制御する。図１４に示された端面１０，１２から明らかなように、溝３１は大気空間Ｂ側に形成され、突起３２は潤滑油空間Ａ側に形成されている。

図１５から図１９に示すように、シールリングはさらに複雑な形状を有していてもよい。

図１５および図１６に示す変形例に係るシールリング３６は、シールリング３６の大気空間Ｂ側の端面１２（図６参照）に形成された複数のＴ字形の溝４０を有する。溝４０は、周方向に間隔をおいて配置されている。他方、シールリング３６の潤滑油空間Ａ側の端面１０は平坦である。

各溝４０は、国際公開第２０１５／１１１７０７号に開示されたものと同様に、円弧状の長溝部４１と、長溝部４１の中央から径方向内側に向けて延びて内周面１８で開口する短溝部４２を有する。図１６に示すように、長溝部４１の深さは、長溝部４１の中央ほど大きい。短溝部４２の深さは、長溝部４１の中央の深さよりさらに大きい。

シールリング３６の大気空間Ｂ側の端面１２は、軸４の周溝８の大気空間Ｂ側の壁面に押し付けられるが、端面１２と周溝８の大気空間Ｂ側の壁面の間には、潤滑油が侵入する。溝４０が設けられたこの変形例では、静止したシールリング３６に対する軸４の回転に伴って、長溝部４１の一方の端部４１ａまたは４１ｂには、短溝部４２から潤滑油が侵入しやすい。具体的には、軸４が方向Ｒ_１に回転すると、短溝部４２を経て端部４１ａに潤滑油が侵入しやすく、軸４が方向Ｒ_２に回転すると、短溝部４２を経て端部４１ｂに潤滑油が侵入しやすい。

この結果、端面１２と周溝８の大気空間Ｂ側の壁面の間には、油膜が発生する。端面１２と周溝８の大気空間Ｂ側の壁面の間の薄い油膜は、軸４に与えられるトルクを低減させる。

シールリング３６は、２つの起点２０から接合部７に向けて厚さｔが徐々に減少するよう形成されている。図１５に示すように、長溝部４１の幅Ｗ（シールリング３６の径方向での長さ）および短溝部４２の長さＬ（シールリング３６の径方向での長さ）も、厚さｔと同様に、２つの起点２０から接合部７に向けて徐々に減少する。

図１７に示す変形例に係るシールリング４６も、シールリング４６の大気空間Ｂ側の端面１２（図６参照）に形成された複数のＴ字形の溝４０を有する。溝４０は、周方向に間隔をおいて配置されている。他方、シールリング４６の潤滑油空間Ａ側の端面１０は平坦である。溝４０の機能は上記と同様である。

図１７に示す変形例では、長溝部４１の幅Ｗ（シールリング３６の径方向での長さ）は、シールリング４６の周方向全体にわたって一定であり、短溝部４２の長さＬ（シールリング３６の径方向での長さ）が厚さｔと同様に、２つの起点２０から接合部７に向けて徐々に減少する。

図１８に示す変形例に係るシールリング５６は、シールリング５６の大気空間Ｂ側の端面１２（図６参照）に形成された複数の溝６０を有する。溝６０は、周方向に間隔をおいて配置されている。各溝６０は渦巻き状に延びて内周面１８で開口する。他方、シールリング４６の潤滑油空間Ａ側の端面１０は平坦である。

図１８において、矢印Ｒは軸４の主回転方向（主に使用される回転方向）を示す。軸４の主回転方向とは、軸４が自動車の動力伝達軸である場合、自動車の前進時の動力伝達軸の回転方向である。

シールリング５６が自動車の右側に配置されるか左側に配置されるかに依存して、主回転方向は逆であることに留意されたい。主回転方向が図面と逆の場合には、溝６０の向きも図面と逆である。

各溝６０は、径方向内側に配置された内側端部６０ａと、径方向外側に配置された外側端部６０ｂを有する。内側端部６０ａはシールリング５６の内周面１６で開口する。外側端部６０ｂは閉鎖している（すなわち壁で包囲されている）。

各溝６０は、開口した内側端部６０ａから軸４の主回転方向と逆方向に向けて外側端部６０ｂまで延びており、内側端部６０ａから主回転方向に向けて延びていない。したがって、軸４の回転に伴って、溝６０の内側端部６０ａでの圧力が外側端部６０ｂでの圧力より低下し、溝６０に浸入した流体が排出されるようになっている。

シールリング５６の大気空間Ｂ側の端面１２は、軸４の周溝８の大気空間Ｂ側の壁面に押し付けられるが、端面１２と周溝８の大気空間Ｂ側の壁面の間には、潤滑油が侵入する。複数の溝６０は、シールリング６に対する軸４の主回転方向Ｒへの回転に伴って、複数の溝６０から潤滑油が排出されることを促す。これによって潤滑油の膜を薄くして剪断抵抗を低下させるとともに、キャビテーションにより潤滑油中の空気が気化することを促して、各溝６０内のほぼ全域を占める空気の膜を形成する。空気の膜を構成する空気も、溝６０から排出されるが、軸４の主回転方向Ｒへの回転が継続する限り、キャビテーションにより次々と気泡が発生するので、空気の膜が溝６０内に持続的に存在する。端面１２と周溝８の大気空間Ｂ側の壁面の間の薄い油膜および空気の膜は、軸４に与えられるトルクを低減させる。

図１９に示す変形例に係るシールリング６６も、シールリング６６の大気空間Ｂ側の端面１２（図６参照）に形成された複数の溝６０を有する。溝６０は、周方向に間隔をおいて配置されている。各溝６０は渦巻き状に延びて内周面１８で開口する。他方、シールリング６６の潤滑油空間Ａ側の端面１０は平坦である。溝６０の機能は上記と同様である。

図１８および図１９に示すように、溝６０の長さＬ（シールリングの径方向での長さ）は、シールリングの厚さｔと同様に、２つの起点２０から接合部７に向けて徐々に減少する。但し、図１８では、複数の溝６０の外側端部６０ｂとシールリングの外周面１６の距離Ｄが周方向全体にわたって一定であるが、図１９では、複数の溝６０の外側端部６０ｂとシールリングの外周面１６の距離Ｄが２つの起点２０から接合部７に向けて徐々に減少する。したがって、溝６０の長さＬの減少率は、図１８と図１９では異なる。

第３の実施形態
図２０に示すように、本発明の第３の実施形態に係る密封構造７０は、ハウジング（外側部材）２、軸（内側部材）４、シールリング７６を備える。ハウジング２は、固定された部材であり、円柱形の内周面３Ａを有する孔３と、被密封潤滑油が内部に配置された潤滑油空間（液体空間）Ａを有する。潤滑油空間Ａは孔３に連通する。

潤滑油空間Ａには軸４が配置されており、軸４は孔３に挿入されている。軸４は、中心軸Ａｘの周囲を回転する回転軸であり、自動車の動力伝達軸である。

この実施形態では、軸４の周溝８の代わりに、ハウジング２の孔３の内周面３Ａに周溝７８が形成されている。周溝７８には、樹脂製の円環状のシールリング７６が配置されており、シールリング７６には軸４が挿入されている。シールリング７６は、軸４とハウジング２の間の隙間を封止して、ハウジング２の内部の潤滑油空間Ａから大気空間Ｂへ潤滑油が漏出するのを防止または低減させる。

シールリング７６の径方向内側の部分は、周溝７８から径方向内側に突出しており、シールリング７６の内周面１８は、軸４の外周面に接触する。シールリング７６は、軸４に固定される。ここで、「固定される」とは、シールリング７６の位置が軸４に対して静止していることを意味し、シールリング７６が軸４に取り外し不能に結合されているか否かを限定する意図ではない。この実施形態では、シールリング７６には軸４が締まり嵌めされる。さらに、後述するように、シールリング７６はシールリング７６の外側の潤滑油から圧力を受けることにより、軸４に固定されている。

シールリング７６は、ハウジング２に対して摺動可能にハウジング２の周溝７８内に配置されている。シールリング７６は、潤滑油空間Ａと大気空間Ｂを隔離し、潤滑油をハウジング２の潤滑油空間Ａ内に閉じ込める。この密封構造７０において、ハウジング２とシールリング７６が固定されているのに対して、軸４はハウジング２に対して回転する。したがって、軸４とともにシールリング７６も回転する。

この実施形態では、シールリング７６は、矩形の断面を有する。シールリング７６は、第１の実施形態および第２の実施形態のシールリング６と同じ材料から形成されている。

図２１に示すように、シールリング７６は、長尺の円弧状の棒から、棒の両端部６Ａ，６Ｂを接合することにより、円形をなすよう形成されている。したがって、シールリング７６は、両端部６Ａ，６Ｂから形成された接合部７を有する。このように、シールリング７６は、無端リングではなく、円弧状の棒から形成されているので、シールリング７６をハウジング２の孔３の内周面３Ａに形成された周溝７８に嵌め込み、かつシールリング７６を軸４の周囲に配置するのが容易である。

図２１に示す端部６Ａ，６Ｂの形状は、特殊ステップカットであるが、シールリング７６の端部の形状は、特殊ステップカットに限定されず、ステップカット、ストレートカット、バイアスカットのいずれであってもよい。

図２０に戻り、上記のように、シールリング７６の内周面１８は、軸４の外周面に接触させられている。シールリング７６の外周面１６と、軸４の周溝７８の底面７８ａとの間には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油が流通可能な隙間があり、シールリング７６はシールリング７６の内側の潤滑油から外側に向けて圧力を受けるので、ハウジング２に強固に固定される。

シールリング７６の潤滑油空間Ａ側の端面１０には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油から油圧（矢印で示す）が与えられ、シールリング７６は大気空間Ｂ側に押される。したがって、シールリング７６の大気空間Ｂ側の端面１２は、軸４の周溝７８の大気空間Ｂ側の壁面に押し付けられる。但し、端面１２と周溝７８の大気空間Ｂ側の壁面の間には、潤滑油が浸入し、厳密には、端面１２は周溝７８の大気空間Ｂ側の壁面に面接触せず、両者の間には油膜が存在する。

図２１に示すように、この実施形態では、シールリング７６の径方向の厚さｔは、シールリング７６の周方向にわたって一定ではない。第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、ある２つの地点（起点）２０から接合部７に向けて、厚さｔは徐々に減少する。好ましくは、２つの地点２０は、シールリング７６の外周面１６の中止軸線Ｃと接合部７を結ぶ線分Ｌに対して、対称位置にある。中止軸線Ｃは、ハウジング２の孔３内にシールリング７６を配備すると、軸４と孔３の中心軸Ａｘに合致する。

起点２０での厚さｔ_ａよりも接合部７での厚さｔ_ｂは小さい。起点２０と接合部７の間の中間点での厚さｔ_ｃは、厚さｔ_ａより小さく、厚さｔ_ｂより大きい。他方、接合部７と反対側では、厚さｔは、一様であり、起点２０での厚さｔ_ａに等しい。

したがって、厚さｔ_ｂはシールリング７６の最小厚さであり、厚さｔ_ａはシールリング７６の最大厚さである。

図２１において、２つの起点２０は、円形の中止軸線Ｃを中心として、接合部７から９０度離れている。つまり、中止軸線Ｃを中心とする起点２０と接合部７の間の角度θは９０度である。但し、角度θは、９０度には限定されない。

第１の実施形態に関するシミュレーション結果から、第３の実施形態においても、角度θは、６０度以上、１５０度以下であることが好ましく、８０度以上、１２０度以下であることがさらに好ましいと類推される。したがって、２つの起点２０は、円形の中止軸線Ｃを中心として、接合部７から６０度以上、１５０度以下の角度、離れていることが好ましく、接合部７から８０度以上、１２０度以下の角度、離れていることがさらに好ましい。

また、第１の実施形態に関するシミュレーション結果から、第３の実施形態においても、起点２０での厚さｔ_ａに対する接合部７での厚さｔ_ｂの比率は、０．２以上、０．６以下であることが好ましく、０．３以上、０．５以下であることがさらに好ましいと類推される。

シールリング７６は、さらに外周面１６から径方向外側に突出する２つの突起８０を有する。突起８０は２つの起点２０の間に配置されている。好ましくは、突起８０は接合部７の付近に配置されている。つまり、突起８０と接合部７の間隔は、突起８０と起点２０の間隔よりも小さい。

シールリング７６の内周面１８は、中止軸線Ｃを中心とする円筒形であり、内周面１８の半径Ｒ_ｉは、シールリング７６の周方向全体にわたって一定である。

他方、シールリング７６の外周面１６の曲率半径Ｒ_ｏは、中止軸線Ｃ周りで変化する。外周面１６の曲率半径Ｒ_ｏは、起点２０から接合部７に向けて、徐々に減少する。起点２０での曲率半径Ｒ_ｏａよりも接合部７での曲率半径Ｒ_ｏｂは小さい。起点２０と接合部７の間の中間点での曲率半径Ｒ_ｏｃは、曲率半径Ｒ_ｏａより小さく、曲率半径Ｒ_ｏｂより大きい。接合部７と反対側では、曲率半径Ｒ_ｏは、一様であり、起点２０での曲率半径Ｒ_ｏａに等しい。

したがって、曲率半径Ｒ_ｏｂは外周面１６の最小曲率半径であり、曲率半径Ｒ_ｏａは外周面１６の最大曲率半径である。

図２１に、シールリング７６の外周面１６が中止軸線Ｃを中心とする円筒形であると仮定した場合の外周面１６の輪郭１６ａを仮想線で示す。起点２０よりも接合部７側において、この実施形態での内周面１８は、輪郭１６ａよりも径方向外側に位置する。

このようにして、シールリング７６は、接合部７から角度θ離れた地点２０から接合部７に向けて厚さｔが徐々に減少するよう形成されている。

この構成の下、シールリング７６をハウジング２の孔３の内周面３Ａの周溝７８に配置した場合、シールリング７６の内周面１８が真円柱形に極めて近似し、軸４の外周面とシールリング７６の内周面１８の間の隙間が極めて小さい。したがって、シールリング７６の封止性能が著しく高い。

図２０から明らかなように、軸４の周溝７８の底面７８ａとシールリング７６の外周面１６の間には隙間が許容され、両者の同軸度および接触は重要ではない。これに対して、軸４の外周面とシールリング７６の内周面１８の接触は、封止性能のために重要である。

図２２は、組み立てるときの第３の実施形態に係る密封構造７０の各部の断面図である。実施形態では、２つの起点２０の間に突起８０が配置されているので、接合部７が軸４の下方に位置するように、ハウジング２の孔３の内周面３Ａの周溝７８にシールリング７６を配備すると、シールリング７６の外周面１６から突出する２つの突起８０が周溝７８の底面７８ａに接触する。２つの突起８０は、シールリング７６の厚さが減少する起点である２つの起点２０の間に設けられているので、ハウジング２の孔３の内周面３Ａの周溝７８にシールリング７６を配備すると、シールリング７６の内周面１８は、周溝７８ひいては軸４の外周面にほぼ同心に配置される。したがって、矢印で示すように、軸４をシールリング７６に挿入する際、軸４がシールリング７６にぶつかりにくく、シールリング７６の破損が防止または低減される。

一方、図２３は、組み立てるときの比較例に係る密封構造の各部の断面図である。この比較例では、突起８０が設けられていない。したがって、接合部７が軸４の下方に位置するように、ハウジング２の孔３の内周面３Ａの周溝７８にシールリング７６を配備すると、厚さが小さい接合部７の付近でシールリング７６の外周面１６が周溝７８の底面７８ａに接触する。したがって、孔３の上部付近において、シールリング７６が周溝７８から大きく突出する。このため、矢印で示すように、軸４をシールリング７６に挿入する際、軸４がシールリング７６にぶつかりやすく、シールリング７６が破損するおそれがある。

第３の実施形態では、上記の通り、シールリング７６は、矩形の断面を有するが、シールリングの断面は矩形には限定されない。図２４に示す変形例に係るシールリング８６では、径方向内側の軸線方向の長さが大きく、径方向外側の軸線方向の長さが小さい。つまり、軸４の外周面に接触するシールリング７６の内周面１８の軸線方向の長さが外周面１６の軸線方向の長さより大きい。したがって、シールリング８６はＴ字形の断面を有する。

詳細な図示は省略するが、図１３のシールリング２６Ａの内周と外周を逆にした形状のシールリング、ならびに図１４のシールリング２６Ｂの内周と外周を逆にした形状のシールリングも考えられる。

詳細な図示は省略するが、シールリング７６の大気空間Ｂ側の端面１２（図２０参照）に、図１５から図１７に示す溝４０または図１８もしくは図１９に示す溝６０に類似する複数の溝を形成してもよい。但し、第２の実施形態の変形例での溝４０，６０がシールリングの内周面１８で開口するのに対して、第３の実施形態において、類似の溝を形成する場合には、溝はシールリングの外周面１６で開口する。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

例えば、上記の実施の形態においては、外側部材であるハウジング２とシールリングが固定されているのに対して、内側部材である軸４はハウジング２に対して回転する。しかし、本発明に係るシールリングは、固定された内側部材と回転する外側部材の間に配置され、回転する外側部材の内面に固定、例えば締まり嵌めされてもよい。

図１では、シールリング６の端面１０および端面１２は平面として描かれているが、端面１０および端面１２の少なくとも一方には、図１５から図１７に示す溝４０または図１８もしくは図１９に示す溝６０に類似する複数の溝または複数の穴が形成されていてもよい。

図示しないが、第１の実施形態と第２の実施形態とその変形例において、軸４の周溝８の底面８ａとシールリング６，９，２６，２６Ａ，２６Ｂ，３６，４６，５６または６６の内周面１８の間に、弾性体（例えばエラストマー）から形成された他のリングを配置してもよい。この場合、シールリングはシールリングの内側の弾性体リングから外側に向けて圧力を受ける。

図示しないが、第３の実施形態とその変形例において、ハウジング２の孔３の周溝７８の底面７８ａとシールリング７６または８６の外周面１６の間に、弾性体（例えばエラストマー）から形成された他のリングを配置してもよい。この場合、シールリングはシールリングの外側の弾性体リングから内側に向けて圧力を受ける。

第２の実施形態とその変形例において、突起２２の数は２つに限定されず、３つ以上でもよい。第３の実施形態とその変形例において、突起８０の数は２つに限定されず、３つ以上でもよい。

本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。

条項１． 相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングであって、
長尺の円弧状の棒から前記棒の両端部を接合することにより、円形をなすよう形成されており、前記両端部から形成された接合部を有し、
前記シールリングの径方向の厚さは、前記接合部から離れた２つの地点から前記接合部に向けて、徐々に減少しており、
前記地点は、前記円形の中心軸を中心として、前記接合部から６０度以上、１５０度以下の角度、離れている
ことを特徴とするシールリング。

条項２． 前記地点は、前記中心軸を中心として、前記接合部から８０度以上、１２０度以下の角度、離れている
ことを特徴とする条項１に記載のシールリング。

条項３． 前記地点での前記厚さに対する前記接合部での前記厚さの比率は、０．２以上、０．６以下である
ことを特徴とする条項１または２に記載のシールリング。

条項４． 前記地点での前記厚さに対する前記接合部での前記厚さの比率は、０．３以上、０．５以下である
ことを特徴とする条項１または２に記載のシールリング。

条項５． 前記外側部材は、円柱形の内周面を有する孔と、前記孔に連通し液体が内部に配置された液体空間を有し、
前記内側部材は、前記液体空間に配置され、前記孔に挿入されており、
前記内側部材の外周面は、周溝を有しており、
前記シールリングは、前記外側部材に対して静止するように前記外側部材の前記孔に挿入されて、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離する
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。

条項６． 前記シールリングは、前記中心軸を中心とする円筒形の外周面と、曲率半径が前記中心軸周りで変化する内周面を有しており、前記シールリングの前記内周面の曲率半径は、前記地点から前記接合部に向けて、徐々に増加する
ことを特徴とする条項５に記載のシールリング。

条項７． 内周面から径方向内側に突出する複数の突起をさらに有し、
前記突起は、前記２つの地点の間に配置されている
ことを特徴とする条項５または６に記載のシールリング。
条項８． 前記突起と前記接合部の間隔は、前記突起と前記地点の間隔よりも小さい
ことを特徴とする条項７に記載のシールリング。

条項９． 前記外側部材は、円柱形の内周面を有する孔と、前記孔に連通し、液体が内部に配置された液体空間を有し、
前記内側部材は、前記液体空間に配置され、前記孔に挿入されており、
前記外側部材の前記孔の内周面は、周溝を有しており、
前記シールリングは、前記外側部材に対して摺動可能に前記外側部材の前記周溝内に配置され、前記液体空間と外部空間を隔離し、前記シールリングに前記内側部材が挿入されて前記内側部材に対して前記シールリングは静止している
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。

条項１０． 前記シールリングは、前記中心軸を中心とする円筒形の内周面と、曲率半径が前記中心軸周りで変化する外周面を有しており、前記シールリングの前記外周面の曲率半径は、前記地点から前記接合部に向けて、徐々に減少する
ことを特徴とする条項９に記載のシールリング。

条項１１． 外周面から径方向外側に突出する複数の突起をさらに有し、
前記突起は、前記２つの地点の間に配置されている
ことを特徴とする条項９または１０に記載のシールリング。

条項１２． 前記突起と前記接合部の間隔は、前記突起と前記地点の間隔よりも小さい
ことを特徴とする条項１１に記載のシールリング。

Ａ 潤滑油空間（液体空間）
Ｂ 外部空間
１，７０ 密封構造
２ ハウジング（外側部材）
３ 孔
３Ａ 内周面
４ 軸（内側部材）
６，９，２６，２６Ａ，２６Ｂ，３６，４６，５６，６６ シールリング
６Ａ 端部
６Ｂ 端部
７ 接合部
８ 周溝
８ａ 底面
１６ 外周面
１８ 内周面
２０ 起点（地点）
２２ 突起
７６，８６ シールリング
７８ 周溝
７８ａ 底面
８０ 突起

Claims (12)

1. 相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングであって、
   
   長尺の円弧状の棒から前記棒の両端部を接合することにより、円形をなすよう形成されており、前記両端部から形成された接合部を有し、
   前記シールリングの径方向の厚さは、前記接合部から離れた２つの地点から前記接合部に向けて、徐々に減少しており、
   前記地点は、前記円形の中心軸を中心として、前記接合部から６０度以上、１５０度以下の角度、離れている
   ことを特徴とするシールリング。
2. 前記地点は、前記中心軸を中心として、前記接合部から８０度以上、１２０度以下の角度、離れている
   ことを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
3. 前記地点での前記厚さに対する前記接合部での前記厚さの比率は、０．２以上、０．６以下である
   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。
4. 前記地点での前記厚さに対する前記接合部での前記厚さの比率は、０．３以上、０．５以下である
   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。
5. 前記外側部材は、円柱形の内周面を有する孔と、前記孔に連通し液体が内部に配置された液体空間を有し、
   前記内側部材は、前記液体空間に配置され、前記孔に挿入されており、
   前記内側部材の外周面は、周溝を有しており、
   前記シールリングは、前記外側部材に対して静止するように前記外側部材の前記孔に挿入されて、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。
6. 前記シールリングは、前記中心軸を中心とする円筒形の外周面と、曲率半径が前記中心軸周りで変化する内周面を有しており、前記内周面の曲率半径は、前記地点から前記接合部に向けて、徐々に増加する
   ことを特徴とする請求項５に記載のシールリング。
7. 内周面から径方向内側に突出する複数の突起をさらに有し、
   前記突起は、前記２つの地点の間に配置されている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のシールリング。
8. 前記突起と前記接合部の間隔は、前記突起と前記地点の間隔よりも小さい
   ことを特徴とする請求項７に記載のシールリング。
9. 前記外側部材は、円柱形の内周面を有する孔と、前記孔に連通し、液体が内部に配置された液体空間を有し、
   前記内側部材は、前記液体空間に配置され、前記孔に挿入されており、
   前記外側部材の前記孔の内周面は、周溝を有しており、
   前記シールリングは、前記外側部材に対して摺動可能に前記外側部材の前記周溝内に配置され、前記液体空間と外部空間を隔離し、前記シールリングに前記内側部材が挿入されて前記内側部材に対して前記シールリングは静止している
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。
10. 前記シールリングは、前記中心軸を中心とする円筒形の内周面と、曲率半径が前記中心軸周りで変化する外周面を有しており、前記外周面の曲率半径は、前記地点から前記接合部に向けて、徐々に減少する
    ことを特徴とする請求項９に記載のシールリング。
11. 外周面から径方向外側に突出する複数の突起をさらに有し、
    前記突起は、前記２つの地点の間に配置されている
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載のシールリング。
12. 前記突起と前記接合部の間隔は、前記突起と前記地点の間隔よりも小さい
    ことを特徴とする請求項１１に記載のシールリング。
    

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