JPWO2014030506A1 - シールリング - Google Patents

Abstract

摺動トルクを低下させつつ、シール対象流体の吹き抜けを抑制可能とするシールリングを提供する。環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に密着し、かつハウジング５００における軸４００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１００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１２０と、凹部１２０を介して低圧側（Ｌ）に設けられ、軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部１３０と、凹部１２０を介して高圧側（Ｈ）に設けられ、第１凸部１３０よりも突出量の低い第２凸部１４０と、を有することを特徴とする。

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。図１８及び図１９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１８は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持していない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における油圧を保持している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６００の場合、軸４００の外周に設けられた環状溝４１０に装着され、軸４００が挿通されるハウジング５００の軸孔の内周面と環状溝４１０の側壁面のそれぞれに摺動自在に接触することで、軸４００とハウジング５００の軸孔との間の環状隙間を封止するように構成される。

上記のような用途で用いられるシールリング６００においては、摺動トルクを十分に低くすることが要求される。そのため、シールリング６００の外周面の周長はハウジング５００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。したがって、自動車のエンジンがかかり油圧が高くなっている状態においては、シールリング６００が油圧により拡径し、軸孔の内周面と環状溝４１０の側壁面に密着して十分に油圧を保持する機能を発揮する（図１９参照）。これに対して、エンジンの停止により油圧がかからない状態においてはシールリング６００が軸孔の内周面や環状溝４１０の側壁面から離れた状態となるように構成されている（図１８参照）。

しかしながら、上記のように構成されたシールリング６００においても、シールリング６００の内周面に作用する油圧が高くなると、軸孔の内周面とシールリング６００との間で発生する摺動抵抗が高くなってしまう。そのため、より一層の摺動抵抗の低減化が求められている。

そこで、シールリング６００の外周面側に、シール対象流体（油）を導くことを可能とする凹部を設けることが考えられる。これにより、凹部を設けた領域では、内周面側から外周面側に向かう流体圧力と等しい流体圧力が、外周面側から内周面側に向かって作用する。そのため、シールリング６００の内周面側の流体圧力の増加に伴う摺動抵抗の増加を抑制することが可能となる。また、摺動面積が狭くなることからも、摺動抵抗を低減させることが可能となる。

しかしながら、上記のように、油圧がかからない状態では、シールリング６００は軸孔の内周面に対して離れた状態にある。そのため、差圧が生じた際に、急激に油圧がかかると、シールリング６００の外周面側から油が吹き抜けてしまい、シール機能が発揮されなくなるおそれもある。

以上のことからシールリング６００の外周面側に、シール対象流体（油）を導くことを可能とする凹部を設ける場合には何らかの工夫が必要と考えられる。なお、本出願人は油の吹き抜けを抑制するための技術について既に提案している（特許文献３）。しかしながら、この技術の場合には、シールリングの内周面に作用する油圧が高くなるにつれて、軸孔の内周面とシールリングとの間で発生する摺動抵抗が高くなってしまう問題については解消していない。

特開２０１１−１５３６６４号公報 特開平０８−１２１６０３号公報 特開２０１３−１０８６０５号公報

本発明の目的は、摺動トルクを低下させつつ、シール対象流体の吹き抜け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、
幅方向の中央に形成され、周方向に伸びる凹部と、
該凹部を介して低圧側に形成され、前記軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部と、
前記凹部を介して高圧側に形成され、第１凸部よりも突出量の低い第２凸部と、
を有することを特徴とする。

なお、本発明において、「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。

本発明のシールリングによれば、凹部を介して高圧側に形成されている第２凸部は、軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部よりも突出量が低いため、第２凸部と軸孔の内周面との間には隙間が形成される。これにより、差圧が生じた際には、この隙間を介して、凹部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、凹部が設けられた領域及び第２凸部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。従って、流体圧力の増加に伴う、シールリングによる軸孔の内周面に対する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。また、第２凸部は第１凸部よりも突出量が低いため、第１凸部を軸孔の内周面に対してより確実に摺動させることができる。つまり、第２凸部が軸孔の内周面に接してしまうことで、第１凸部による摺動状態が不安定になってしまうことを抑制できる。また、差圧が生じた際に、第２凸部が障壁となることで、シール対象流体が凹部内に直接的に流れ込むことを抑制でき、当該流体をシールリングの内周面側に好適に導くことが可能となる。これにより、シール対象流体の吹き抜けを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、摺動トルクを低下させつつ、シール対象流体の吹き抜け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一部破断断面図である。 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における無負荷状態を示す模式的断面図である。 図５は本発明の実施例１に係るシールリングにおける差圧が発生した直後の様子を示す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における高圧状態を示す模式的断面図である。 図７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８は本発明の参考例１に係る密封装置の一部破断断面図である。 図９は本発明の参考例１に係る外周リングの側面図である。 図１０は本発明の参考例１に係る外周リングの一部破断斜視図である。 図１１は本発明の参考例１に係る密封装置における無負荷状態を示す模式的断面図である。 図１２は本発明の参考例１に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。 図１３は本発明の参考例１に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。 図１４は本発明の参考例２に係る密封装置における無負荷状態を示す模式的断面図である。 図１５は本発明の参考例２に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。 図１６は本発明の参考例３に係る外周リングの一部を示す斜視図である。 図１７は本発明の参考例３に係る外周リングの側面図の一部である。 図１８は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持していない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における油圧を保持している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６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４００の外周に設けられた環状溝４１０に装着され、相対的に回転する軸４００とハウジング５００（ハウジング５００における軸４００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〜図６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５００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１２０が形成されている。この凹部１２０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。更に、シールリング１００の外周面側には、凹部１２０を介して低圧側（Ｌ）に設けられる第１凸部１３０と、凹部１２０を介して高圧側（Ｈ）に設けられる第２凸部１４０とが形成されている。

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１２０，第１凸部１３０及び第２凸部１４０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。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、凹部１２０，第１凸部１３０及び第２凸部１４０を切削加工により得てもよい。このように、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。

凹部１２０，第１凸部１３０及び第２凸部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１２０が設けられていない部位と、第１凸部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の外周面側における環状の連続的なシール面を形成する。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、凹部１２０，第１凸部１３０及び第２凸部１４０のうち第１凸部１３０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、第１凸部１３０は環状の凸部とすることで、第１凸部１３０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。

第１凸部１３０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、第１凸部１３０の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。

第２凸部１４０は、第１凸部１３０よりも突出量（凹部１２０からの高さ）が低くなるように構成されている。ここで、第１凸部１３０の突出量と第２凸部１４０の突出量の差をＸとし、環状溝４１０とシールリング１００の幅方向のクリアランスをＹとした場合、Ｘ＜Ｙを満たすように設定されている。なお、クリアランスＹは、環状溝４１０の溝幅からシールリング１００の幅を引いた長さである（図６参照）。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
特に、図４〜図６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。図５は、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、差圧が生じた直後（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直後）の状態を示している。図６は、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、差圧が生じてから（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てから）、ある程度時間が経過した後の状態を示している。

無負荷状態においては、図４に示すように、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４１０における図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、差圧が生じた直後の状態においては、図５に示すように、高圧側（Ｈ）からの流体圧力によって、シールリング１００は低圧側（Ｌ）へと移動していく。また、高圧側（Ｈ）のシール対象流体は、第２凸部１４０と軸孔の内周面との間の隙間から凹部１２０内へと流れていくものの、第２凸部１４０が障壁となるため、その多くは、シールリング１００の内周面側へと流れていく（図中、矢印Ａ参照）。これにより、シールリング１００は内周面側からの流体圧力を受けて、直ちに拡径し、シールリング１００の外周面は軸孔の内周面に密着（摺動）した状態となる。

その後、シールリング１００は、環状溝４１０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６参照）。

＜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、凹部１２０を介して高圧側（Ｈ）に形成されている第２凸部１４０は、軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部１３０よりも突出量が低い。そのため、第２凸部１４０と軸孔の内周面との間には隙間が形成される。これにより、差圧が生じた際には、この隙間を介して、凹部１２０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、凹部１２０が設けられた領域及び第２凸部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１２０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１２０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６における矢印は、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。

また、本実施例においては、凹部１２０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１２０を設けたことにより、シールリング１００とハウジング５００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。なお、シールリング１００とハウジング５００の軸孔の内周面との摺動面積は、シールリング１００と環状溝４１０の低圧側（Ｌ）の側壁面との密着面積よりも十分狭くなっている。これに伴い、シールリング１００が環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に対して摺動してしまうことを抑制できる。従って、本実施例に係るシールリング１００は外周面側が摺動する。そのため、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、第２凸部１４０は第１凸部１３０よりも突出量が低いため、第１凸部１３０を軸孔の内周面に対してより確実に摺動させることができる。つまり、これらの突出量を等しく設定した場合には、誤差などにより、第１凸部１３０の突出量の方が、第２凸部１４０の突出量よりも低くなることもあり得る。この場合、第２凸部１４０が軸孔の内周面に接し、第１凸部１３０が（部分的に）軸孔の内周面に接しない状態となってしまい、第１凸部１３０の軸孔内周面に対する摺動状態が不安定になってしまう虞がある。これに対して、本実施例のように、第２凸部１４０の突出量を第１凸部１３０の突出量よりも低くして、第２凸部１４０が軸孔内周面に接しないようにすることで、第１凸部１３０の軸孔内周面に対する摺動状態を安定させることができる。これにより、安定的に封止機能を発揮させることができる。

また、差圧が生じた際には、第２凸部１４０が障壁となることで、シール対象流体が凹部１２０内に直接的に流れ込むことを抑制でき、当該流体をシールリング１００の内周面側に好適に導くことが可能となる。これにより、シール対象流体の吹き抜けを抑制することができる。

（実施例２）
図７には、本発明の実施例２が示されている。上記実施例１では、第２凸部が、合口部１１０付近を除く全周に亘って形成される場合の構成を示したが、本実施例では、第２凸部が、周方向に間隔を空けて複数形成され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，凹部１２０，第１凸部１３０及び第２凸部１４０ａを備えている。合口部１１０，凹部１２０及び第１凸部１３０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。

上記実施例１で説明した通り、第１凸部１３０は、シールリング１００における外周面側のシール面を形成する部位である。そして、封止機能を発揮させるために、シールリング１００全体では、環状の連続的なシール面を形成しなければならない。従って、合口部１１０付近を除く領域においては、第１凸部１３０を全周に亘って設ける必要がある。

これに対して、第２凸部は、差圧が生じた際にシール対象流体が凹部１２０内に直接的に流れ込むことを抑制して、当該流体をシールリング１００の内周面側に積極的に導かせる機能を発揮すればよい。従って、第２凸部の場合には、全周に亘って設ける必要はない。

そこで、本実施例に係るシールリング１００においては、図７に示すように、第２凸部１４０ａについては、周方向に間隔を空けて複数形成する構成を採用している。

以上説明したように、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。

なお、本実施例に係るシールリング１００の場合には、第２凸部１４０ａが周方向に間隔を空けて設けられているので、隣り合う第２凸部１４０ａの間の隙間からシール対象流体が凹部１２０内に導かれる。そのため、障壁としての機能は、実施例１の場合に比べて劣ってしまう。しかしながら、第１凸部１３０や合口部１１０付近の凹部１２０が設けられていない部位は、摺動摩耗によって経時的に突出量が低くなっていく。そのため、いずれは第１凸部１３０の突出量と第２凸部１４０の突出量は等しくなる。この場合、上記実施例１の構成を採用した場合には、凹部１２０内にシール対象流体が導かれなくなってしまう虞があるのに対して、本実施例の構成を採用した場合には、凹部１２０内にシール対象流体を導くことができる。従って、摺動トルクの低減効果に関しては、上記実施例１の場合よりも長期に亘って発揮させることが可能となる。

（その他）
上記各実施例で示したシールリング１００は、その外周面の周長がハウジング５００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、無負荷状態においては、シールリング１００の外周面は、軸孔の内周面から離れた状態となり、封止機能が発揮されない。そこで、シールリング１００の内周面側に、シールリング１００の内周面と環状溝４１０の溝底面にそれぞれ密着して、シールリング１００を外周面側に向かって押圧するゴム状弾性体製のＯリングなどのバックリングを設ける構成を採用してもよい。これにより、無負荷状態においても、ある程度封止機能を発揮させることが可能となる。以下、このように、バックリングを設ける構成を採用した参考例について説明する。

（参考例）
この参考例に係る技術の目的は、摺動トルクを低く抑えつつ、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることのできる密封装置を提供することにある。

本参考例は、この課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本参考例の密封装置は、
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密封装置において、
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樹脂製の外周リングと、
該外周リングにおける内周面と前記環状溝の溝底面にそれぞれ密着して、前記外周リングを外周面側に向かって押圧するゴム状弾性体製の内周リングと、
を備えると共に、
前記外周リングの外周面側には、
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、
前記外周リングは、その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に設けられた貫通孔を有し、
前記内周リングが前記環状溝における低圧側の側壁面に密着した状態では、該内周リングは前記貫通孔を塞がない位置まで移動するように構成されていることを特徴とする。

なお、本参考例において、「高圧側」とは、密封装置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、密封装置の両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。

本参考例の密封装置によれば、外周リングは内周リングによって外周面側に向かって押圧される。そのため、流体圧力が作用してない（差圧が生じていない）、または流体圧力が殆ど作用していない（差圧が殆ど生じていない）状態においても、外周リングはハウジングの軸孔の内周面に接した状態となり、封止機能が発揮される。従って、シール対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。また、外周リングの外周面側には凹部が形成されており、かつ外周リングにはシール対象流体を凹部内に導入可能な貫通孔が設けられていることから、凹部内には流体が導入される。そのため、流体圧力が高まっても、凹部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。従って、流体圧力の増加に伴う、外周リング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。更に、凹部の両側に設けられた一対の凸部が、軸孔の内周面に対して摺動するため、外周リングの姿勢を安定させることができる。

前記外周リングの内周面側には、高圧側において高圧側に向かうにつれて拡径する傾斜面と、低圧側において低圧側に向かうにつれて拡径する傾斜面とが設けられており、前記貫通孔における前記外周リングの内周面側の開口部は、これらの傾斜面の間の位置に設けられているとよい。

これにより、内周リングは、外周リングにおける低圧側の傾斜面と環状溝の溝底面との間の位置に安定的に保持される。従って、内周リングが貫通孔を塞いでしまうことをより確実に抑制できる。

以上説明したように、本参考例の密封装置によれば、摺動トルクを低く抑えつつ、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることができる。

以下、より具体的に本参考例に係る密封装置について説明する。なお、本参考例に係る密封装置は、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、密封装置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、密封装置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１）
図８〜図１３を参照して、本発明の参考例１に係る密封装置について説明する。

＜密封装置の構成＞
特に、図８、図１１〜図１３を参照して、本発明の参考例１に係る密封装置の構成について説明する。本参考例に係る密封装置１０００は、軸４００の外周に設けられた環状溝４１０に装着され、相対的に回転する軸４００とハウジング５００（ハウジング５００における軸４００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、密封装置１０００は、流体圧力（本参考例では油圧）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１１〜図１３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、密封装置１０００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、本参考例に係る密封装置１０００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）などの樹脂製の外周リング２０００と、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）などのゴム状弾性体製の内周リング３０００とから構成される。内周リング３０００は、断面形状が円形のいわゆるＯリングである。ただし、内周リング３０００については、Ｏリングに限らず、角リングなどのその他のシールリングを採用することもできる。

また、外周リング２０００と内周リング３０００が組み合わされた状態においては、外周リング２０００の外周面の周長は、ハウジング５００における軸孔の内周面の周長よりも長くなるように構成されている。なお、外周リング２０００単体については、その外周面の周長はハウジング５００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、仮に内周リング３０００を装着しない状態で、かつ外力が作用しない状態にすると、外周リング２０００の外周面はハウジング５００の軸孔の内周面には接しない。

＜外周リング＞
特に、図８〜図１０を参照して、本発明の参考例１に係る外周リング２０００について、より詳細に説明する。外周リング２０００には、周方向の１箇所に合口部２１００が設けられている。また、外周リング２０００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２２００が形成されている。更に、外周リング２０００の外周面側には、凹部２２００を介して両側に設けられる一対の凸部２３００，２４００が設けられている。また、外周リング２０００には、その内周面側から凹部２２００の底面に至るように貫通孔２５００が設けられている。本参考例においては、合口部２１００付近を除き、等間隔に合計７か所に貫通孔２５００が設けられている。ただし、貫通孔２５００の個数については特に限定されるものではなく、外周リング２０００の大きさや貫通孔２５００の径等によって、適宜、設定することができ、少なくとも１つあればよい。

なお、本参考例に係る外周リング２０００は、断面が矩形の環状部材に対して、上記の合口部２１００等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。しかしながら、例えば、予め合口部２１００を有したものを成形した後に、凹部２２００，一対の凸部２３００，２４００及び貫通孔２５００を切削加工等により得てもよい。このように、製法は特に限定されるものではない。

合口部２１００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、外周リング２０００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２１１０ａ及び第１嵌合凹部２１２０ａが設けられ、他方の側の外周側には第１嵌合凸部２１１０ａが嵌る第２嵌合凹部２１２０ｂと第１嵌合凹部２１２０ａに嵌る第２嵌合凸部２１１０ｂ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、熱膨張収縮により外周リング２０００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２１００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２１００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なども採用し得る。なお、外周リング２０００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２１００を設けずに、エンドレスとしてもよい。

凹部２２００とその両側の一対の凸部２３００，２４００は、合口部２１００付近を除く全周に亘って形成されている。ここで、凹部２２００の底面は、外周リング２０００の内周面と同心的な面で構成されている。そして、合口部２１００付近の凹部２２００が設けられていない部位と、一対の凸部２３００，２４００の外周面は同一面となっている。これらによって、外周リング２０００の外周面側における環状の連続的なシール面を形成する。なお、合口部２１００を設けない構成を採用する場合には、一対の凸部２３００，２４００を環状の凸部とすることにより、これらによって、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２２００の深さについては、浅い方が、一対の凸部２３００，２４００の剛性が高くなる。一方、これら一対の凸部２３００，２４００は摺動により摩耗するため、凹部２２００の深さは経時的に浅くなっていく。そのため、凹部２２００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２２００の深さを設定するのが望ましい。例えば、外周リング２０００の肉厚が１．７ｍｍの場合、凹部２２００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２３００，２４００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、外周リング２０００の横幅の全長が１．９ｍｍの場合、一対の凸部２３００，２４００の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
特に、図１１〜図１３を参照して、本参考例に係る密封装置１０００の使用時のメカニズムについて説明する。図１１は、エンジンが停止して、密封装置１０００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１１中の外周リング２０００は図９中のＡＡ断面に相当する。図１２及び図１３は、エンジンがかかり、密封装置１０００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１２中の外周リング２０００は図９中のＢＢ断面に相当し、図１３中の外周リング２０００は図９中のＡＡ断面に相当する。

密封装置１０００が環状溝４１０に装着された状態においては、ゴム状弾性体製の内周リング３０００は、外周リング２０００における内周面と環状溝４１０の溝底面にそれぞれ密着して、その弾性反発力によって、外周リング２０００を外周面側に向かって押圧する機能を発揮する。

ここで、無負荷状態においては、図１１に示すように、左右の領域の差圧がないため、外周リング２０００及び内周リング３０００はいずれも環状溝４１０における図中左側の側壁面から離れた状態となり得る。しかしながら、上記の通り、外周リング２０００は内周リング３０００によって、外周面側に向かって押圧される。従って、外周リング２０００の外周面（一対の凸部２３００，２４００の外周面と、合口部２１００付近の凹部２２００が形成されていない部分の外周面）は、ハウジング５００の軸孔の内周面に接した状態を維持する。

そして、エンジンがかかり、差圧が生じた状態においては、図１２及び図１３に示すように、高圧側（Ｈ）からの流体圧力によって、外周リング２０００は、環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となる。なお、外周リング２０００は、ハウジング５００における軸孔の内周面に対して接した（摺動した）状態を維持していることは言うまでもない。また、内周リング３０００についても、環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となる。このとき、内周リング３０００は貫通孔２５００を塞がない位置まで移動するように構成されている。これにより、貫通孔２５００を介して、外周リング２０００の内周面側からシール対象流体が凹部２２００内に導かれる。

＜本参考例に係る密封装置の優れた点＞
本参考例に係る密封装置１０００によれば、外周リング２０００は内周リング３０００によって外周面側に向かって押圧される。そのため、流体圧力が作用してない（差圧が生じていない）、または流体圧力が殆ど作用していない（差圧が殆ど生じていない）状態においても、外周リング２０００はハウジング５００の軸孔の内周面に接した状態となり、封止機能が発揮される。従って、シール対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。つまり、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいては、エンジン停止状態から、ブレーキペダルが解除されたり、アクセルが踏み込まれたりすることでエンジンが始動することによって、シール対象領域側の油圧が高まりだした直後から油圧を保持させることができる。ここで、一般的には、樹脂製のシールリングの場合、流体の漏れを抑制する機能はあまり発揮されない。しかしながら、本参考例においては、外周リング２０００が内周リング３０００により外周面側に向かって押圧されることによって、ある程度流体の漏れを抑制する機能が発揮される。そのため、エンジンが停止することでポンプなどによる作用が停止した後も、しばらくの間差圧が生じた状態を維持させることが可能となる。従って、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいて、エンジンの停止状態がそれほど長くない場合には、差圧が生じた状態を維持できる。従って、エンジンを再始動させた際に、その直後から好適に流体圧力を保持させることができる。

また、貫通孔２５００を介して、凹部２２００内には高圧側（Ｈ）から流体が導入される（図１２参照）。そのため、流体圧力が高まっても、凹部２２００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。また、本参考例においては、凹部２２００の底面は、外周リング２０００の内周面と同心的な面で構成されているので、凹部２２００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。更に、内周面側と外周面側の双方から圧力を受けている領域において、内径よりも外径の方が、径が大きなことは言うまでもなく、流体圧力が作用する面積も外周面側の方が広くなる。なお、図１２及び図１３における矢印は、流体圧力が外周リング２０００に対して作用する様子を示している。以上のことから、本参考例に係る密封装置１０００においては、流体圧力の増加に伴う、外周リング２０００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。

また、本参考例においては、内周リング３０００は外周リング２０００の内周面と環状溝４１０の溝底面に密着しており、これらの密着部位にて封止機能を発揮している。従って、図１２及び図１３に示すように、内周リング３０００よりも低圧側（Ｌ）の領域においては、外周リング２０００の内周面に対して流体圧力の作用を抑制できる。これにより、外周リング２０００に対して、流体圧力が作用する領域について、内周面側よりも外周面側の方をより広くすることができる。従って、高圧側（Ｈ）の流体圧力が増加しても、外周リング２０００による外周面側への圧力の増加を効果的に抑制できる。

更に、本参考例においては、凹部２２００は、合口部２１００付近を除く全周に亘って形成されている。このように、本参考例においては、外周リング２０００の外周面の広範囲に亘って凹部２２００を設けたことにより、外周リング２０００とハウジング５００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。なお、外周リング２０００とハウジング５００の軸孔の内周面との摺動面積は、外周リング２０００と環状溝４１０の低圧側（Ｌ）の側壁面との密着面積よりも十分狭くなっている。これに伴い、外周リング２０００が環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に対して摺動してしまうことを抑制できる。従って、本参考例に係る外周リング２０００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、密封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参考例に係る密封装置１０００を好適に用いることが可能となる。

また、本参考例に係る外周リング２０００においては、凹部２２００の両側に設けられた一対の凸部２３００，２４００が、軸孔の内周面に対して摺動するため、外周リング２０００の姿勢を安定させることができる。

更に、本参考例に係る外周リング２０００は、軸方向の中心面に対して対称的な形状をなしている。従って、環状溝４１０内に外周リング２０００を取り付ける際に、取付方向を気にする必要がなく、装着性に優れている。また、高圧側と低圧側が入れ替わるような環境下でも用いることができる。

（参考例２）
図１４及び図１５には、本発明の参考例２が示されている。上記参考例１においては、外周リングの内周面が円柱面で構成される場合を示したが、本参考例においては、外周リングの内周面に一対の傾斜面が設けられ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参考例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１４は本発明の参考例２に係る密封装置における無負荷状態を示す模式的断面図である。図１５は本発明の参考例２に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。

本参考例においては、上記参考例１に係る密封装置の構成に対して、外周リング２０００の内周面の形状についてのみ異なっており、その他の構成については同一である。本参考例に係る外周リング２０００の場合には、その内周面側に、高圧側（Ｈ）において高圧側（Ｈ）に向かうにつれて拡径する傾斜面２６００と、低圧側（Ｌ）において低圧側（Ｌ）に向かうにつれて拡径する傾斜面２７００とが設けられている。そして、貫通孔２５００における外周リング２０００の内周面側の開口部は、これらの傾斜面２６００，２７００の間の位置に設けられている。

以上のように構成された密封装置１０００においても、上記参考例１に係る密封装置１０００の場合と同様の効果を得ることができる。また、上記参考例１に係る密封装置１０００の場合には、外周リング２０００の内周面が円柱面で構成されていることから、内周リング３０００は軸方向に移動し易い。これに対して、本参考例に係る密封装置１０００の場合には、外周リング２０００の内周面に一対の傾斜面２６００，２７００を設けたことにより、内周リング３０００の軸方向への移動を規制することができる。より具体的には、内周リング３０００は、外周リング２０００における低圧側（Ｌ）の傾斜面２７００と環状溝４１０の溝底面との間の位置に安定的に保持される。従って、内周リング３０００が貫通孔２５００を塞いでしまうことをより確実に抑制できる。なお、図示の例では、傾斜面２６００，２７００がテーパ面の場合を示しているが、断面で見た場合に湾曲した傾斜面を採用してもよい。

（参考例３）
図１６及び図１７には、本発明の参考例３が示されている。本参考例においては、上記参考例１及び２に示す構成において、合口部についての変形例を示す。その他の構成および作用については参考例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。

本参考例に係る外周リング２０００における合口部２８００も、上記参考例１の場合と同様に、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。これにより、外周リング２０００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２８１０ａ及び第１嵌合凹部２８２０ａが設けられ、他方の側の外周側には第１嵌合凸部２８１０ａが嵌る第２嵌合凹部２８２０ｂと第１嵌合凹部２８２０ａに嵌る第２嵌合凸部２８１０ｂが設けられている。

なお、図１６においては、合口部２８００において、切断部を介して一方の側の端部を斜視図にて示している。また、図１７においては、合口部２８００付近を側面から見た図を示している。

一般的に、特殊ステップカットの場合、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部の先端までの長さ（図中Ｌ１に相当）と、当該端面から第１嵌合凹部の後端までの長さ（図中Ｌ２に相当）と、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部の先端までの長さ（図中Ｌ１に相当）と、当該端面から第２嵌合凹部の後端までの長さ（図中Ｌ２に相当）はいずれも等しくなるように設定されている。従って、熱膨張により外周リングの周長が長くなっていくと、ある時点で、第１嵌合凸部の先端と第２嵌合凹部の後端、第２嵌合凸部の先端と第１嵌合凹部の後端、及び内周側の端面同士は同時に突き当たる。つまり、切断部を介して両側の端面同士の間には隙間がなくなった状態となる。

従って、外周リングの熱膨張収縮に伴って、合口部においては、切断部を介して両側の端面同士の隙間が大きくなったり小さくなったりする。そのため、外周リングの内側にゴム状弾性体製の内周リングが備えられる構成においては、上記のような隙間に内周リングの外周側の一部が入り込んだ状態で、当該隙間が小さくなると、当該一部が挟み込まれて破損してしまう虞がある。

そこで、本参考例に係る外周リング２０００の合口部２８００においては、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部２８１０ａの先端までの長さＬ１は、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凹部２８２０ａの後端までの長さＬ２よりも長く、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部２８１０ｂの先端までの長さＬ１は、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凹部２８２０ｂの後端までの長さＬ２よりも長くなるように設定している。なお、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部２８１０ａの先端までの長さと、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部２８１０ｂの先端までの長さはいずれも同じＬ１である。また、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凹部２８２０ａの後端までの長さと、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凹部２８２０ｂの後端までの長さはいずれも同じＬ２である。

なお、内周リング３０００や外周リング２０００の外周面に設けられた凹部２２００等については、上記参考例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。

以上のように、本参考例に係る密封装置においても、上記参考例１と同様の効果を得ることができる。また、本参考例に係る密封装置の場合には、熱膨張により外周リング２０００の周長が長くなって、第１嵌合凸部２８１０ａの先端が第２嵌合凹部２８２０ｂの後端に突き当たり、第２嵌合凸部２８１０ｂの先端が第１嵌合凹部２８２０ａの後端に突き当たった状態となっても、切断部における内周側の端面同士の間には隙間Ｓが形成された状態が維持される（図１７参照）。従って、切断部における内周側の端面同士の挟み込みによって、内周リング３０００が破損してしまうことを抑制できる。なお、使用環境や内周リング３０００の剛性等に応じて、内周リング３０００に破損が生じないような隙間Ｓを設定し、当該隙間Ｓに応じて、Ｌ１とＬ２の差を設定すればよい。

１００ シールリング
１１０ 合口部
１２０ 凹部
１３０ 第１凸部
１４０，１４０ａ 第２凸部
４００ 軸
４１０ 環状溝
５００ ハウジング
１０００ 密封装置
２０００ 外周リング
２１００，２８００ 合口部
２１１０ａ，２８１０ａ 第１嵌合凸部
２１１０ｂ，２８１０ｂ 第２嵌合凸部
２１２０ａ，２８２０ａ 第１嵌合凹部
２１２０ｂ，２８２０ｂ 第２嵌合凹部
２２００ 凹部
２３００，２４００ 凸部
２５００ 貫通孔
２６００，２７００ 傾斜面
３０００ 内周リング

Claims (1)

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、
   幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部と、
   該凹部を介して低圧側に設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部と、
   前記凹部を介して高圧側に設けられ、第１凸部よりも突出量の低い第２凸部と、
   を有することを特徴とするシールリング。

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