JPWO2016148043A1 - シールリング - Google Patents

Abstract

使用によって摺動面が摩耗しても、回転トルクの増大を抑制することのできるシールリングを提供する。軸（２００）の外周に設けられた環状溝（２１０）に装着され、環状溝（２１０）における低圧側の側壁面（２１１）に対して摺動するシールリング（１００）において、低圧側の側面（１１１）における側壁面（２１１）に対して摺動する摺動領域Ｘ内に設けられた、密封対象流体が導入されることによって動圧を発生する動圧発生溝（１２０）と、シールリング（１００）の内周面（１１２）における側面（１１１）から距離Ｙ離れた位置に開口（１３１）を有し、動圧発生溝（１２０）に連通した、動圧発生溝（１２０）に密封対象流体を導入する導入孔（１３０）と、を備える。

Description

本発明は、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に関する。

従来、自動車の自動変速機（ＡＴ）や無段変速機（ＣＶＴ）には、油圧を保持するために、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用いられている。自動車の燃費の向上や、シールリングの摩耗の低減のためには、シールリングの回転トルクが低いことが望ましい。そこで、従来、相対摺動時に摺動面となるシールリングの側面に、密封対象流体を導入する溝を設ける技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたシールリングでは、シールリングの摺動面（側面）における内周側に、シールリングの内周側から密封対象流体を導入させる流路（溝）が全周に亘って形成されている。当該流路に密封対象流体が導入されると、動圧が発生することによって摺動面の面圧が低下するため、シールリングの回転トルク（摩擦トルク）が低減される。

特開平０８−１２１６０３号公報

特許文献１に開示されたシールリングによれば、回転トルクが低減されることによって摺動面の摩耗は抑制されるものの、使用が継続すれば摩耗は徐々に進行し得る。摺動面が摩耗すると、摺動面に設けられた流路の摺動面からの深さが減少する（流路が浅くなる）ため、当該流路の内周側の流路面積も減少する。内周側の流路面積が減少すると、当該流路に導入される密封対象流体の流量も減少するため、流路による動圧効果が低下し得る。つまり、特許文献１に開示されたシールリングでは、使用によって摺動面が摩耗すると、動圧効果の低下によって回転トルクが増大する可能性がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、使用によって摺動面が摩耗しても、回転トルクの増大を抑制することのできるシールリングを提供することを目的とする。

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、
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して、高圧側の領域内の密封対象流体の圧力を保持するシールリングであって、
前記軸の外周に設けられた環状溝に装着され、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、
低圧側の側面における前記側壁面に対して摺動する領域内に設けられた、密封対象流体が導入されることによって動圧を発生する動圧発生溝と、
前記シールリングの内周面における前記側面から離れた位置に開口を有し、前記動圧発生溝に連通した、前記動圧発生溝に密封対象流体を導入する導入孔と、
を備えることを特徴とする。

ここで、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。本発明によれば、シールリングの内周面に開口を有する導入孔から、低圧側の側面に設けられた動圧発生溝に密封対象流体が導入されるため、環状溝の側壁面に対して摺動する側面（摺動面）の面圧が低減される。これにより、シールリングの回転トルクが効果的に低減される。ここで、回転トルクが低減された場合であっても、シールリングの側面は、使用によって徐々に摩耗し得るが、本発明によれば、導入孔の開口は、シールリングの内周面における低圧側の側面から離れた位置に設けられている。ゆえに、摩耗によって当該側面の位置が徐々に高圧側に移動したとしても（シールリングが徐々に薄くなったとしても）、導入孔の開口の面積は減少しない。したがって、本発明によれば、使用によって摺動面が摩耗したとしても、導入孔から動圧発生溝に導入される密封対象流体の流量が減少しないため、シールリングの摩耗による回転トルクの増大を抑制することができる。

動圧発生溝は、周方向において、中央よりも両端側が浅く形成されており、導入孔は、動圧発生溝の中央に連通していてもよい。

動圧発生溝をこのような形状とすることにより、いわゆる楔効果によって、動圧を効果的に発生させることが可能になる。また、環状溝に対するシールリングの回転方向に関係なく、動圧を発生させることが可能になる。

以上説明したように、本発明に係るシールリングによれば、使用によって摺動面が摩耗しても、回転トルクの増大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の側面の一部拡大図である。 図３は、本発明の実施例に係るシールリングの内周面の一部拡大図である。 図４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５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６は、本発明の実施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。

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、油圧を保持するために、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。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６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。なお、図１は、シールリングにおける２つの側面のうち、軸の環状溝の側壁面に対して摺動する側面（摺動面）を示している。図２は本発明の実施例に係るシールリングの当該側面の一部拡大図である。図３は本発明の実施例に係るシールリングの内周面の一部拡大図である。図４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４は図２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模式的断面図である。なお、図５は図２中のＢＢ断面図である。そして、図６は本発明の実施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６におけるシールリングの断面は、図２中のＡＡ断面である。

＜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との間の環状隙間を封止する（図６参照）。これにより、シールリング１００は、シールリング１００によって隔てられた一方側の領域である密封対象領域の流体の圧力を保持する。なお、本実施例では、密封対象領域内の流体（密封対象流体）は変速機の潤滑油である。本実施例においては、流体圧力（油圧）が発生しているとき（例えば、自動車のエンジン作動中）において、図６中の右側の領域の流体圧力が、図中左側の領域よりも高くなるように構成されている。つまり、シールリング１００は、図中右側の密封対象領域の流体圧力を保持する役割を発揮する。以下、図６中における右側を高圧側Ｈ、左側を低圧側Ｌと称する。

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）などの樹脂材から形成される。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３１０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、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３１０から離れた状態となり得る。

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。合口部１１０は、外周面側及び両側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、合口部１１０の形状については、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。また、合口部１１０は、金型によって成形してもよいし、切削加工等によって成形してもよい。

シールリング１００の摺動面側の側面１１１には動圧発生溝１２０が設けられている。動圧発生溝１２０は、シールリング１００における側面１１１上において、合口部１１０付近を除く全周に亘って、等間隔に複数（本実施例では１１個）設けられている。これら複数の動圧発生溝１２０は、シールリング１００の側面１１１における、環状溝２１０の低圧側の側壁面２１１に対して摺動する領域内に設けられており（図６中の摺動領域Ｘ）、密封対象流体が導入されることによって動圧を発生する。なお、動圧発生溝１２０は、例えば切削加工によって成形することができるが、成形方法は特に限定されるものではない。

動圧発生溝１２０は、シールリング１００の周方向の中央に設けられた中央部１２１と、中央部１２１から周方向に延びる１対のテーパ部１２２、１２３とから構成される。中央部１２１は、底面が平坦に形成されている。一方、テーパ部１２２、１２３は、中央部１２１からそれぞれの末端部へ向かって、徐々に浅くなるように形成されている。なお、中央部１２１の底面は、テーパ部１２２、１２３よりも更に深く形成されている。

シールリング１００には、内周面１１２における側面１１１から離れた位置に開口１３１を有し、動圧発生溝１２０に連通した、動圧発生溝１２０に潤滑油を導入する導入孔１３０が設けられている。導入孔１３０は、複数の動圧発生溝１２０の各々に設けられており、動圧発生溝１２０の中央部１２１に連通している。ここで、導入孔１３０の開口１３１は、シールリング１００の側面１１１から距離Ｙ離れた位置に設けられている。なお、導入孔１３０は、ドリル等を用いて成形することができるが、成形方法は特に限定されるものではない。

なお、不図示ではあるが、シールリング１００における側面１１１の反対側の側面は、全体が平坦になっている。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
特に、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６は、自動車のエンジンがかかり、シールリング１００によって隔てられた２つの領域間に差圧が生じている状態（図中右側の領域の圧力が左側の領域の圧力に比べて高くなった状態）を示している。このようにして差圧が生じた状態においては、シールリング１００は、高圧側Ｈの側面に作用する流体圧力によって、側面１１１が、環状溝２１０の低圧側Ｌの側壁面２１１に対して摺動自在に密着する。これと同時に、シールリング１００の内周面１１２に作用する流体圧力によって、シールリング１００の外周面が、ハウジング３００の軸孔の内周面３１０に対して摺動自在に密着する。

以上により、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、高圧側Ｈの領域（密封対象領域）内の油圧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との相対的な回転時には、環状溝２１０の側壁面２１１に対して、シールリング１００の側面１１１が摺動する。ここで、シールリング１００の側面１１１に設けられた動圧発生溝１２０には、導入孔１３０から潤滑油が導入される。図６に示されるように、動圧発生溝１２０は、側面１１１における環状溝２１０の側壁面２１１に対して摺動する摺動領域Ｘ内に設けられているため、導入された潤滑油は、側面１１１と側壁面２１１の各々の摺動部分の間に流出する。このようにして、潤滑油が流出することにより、側面１１１と側壁面２１１との間、すなわち、シールリング１００と環状溝２１０との摺動面間には動圧が発生する。なお、シールリング１００が環状溝２１０に対して、図２における時計回りに回転する場合には、テーパ部１２２の末端部から摺動部分に潤滑油が流出する。一方、シールリング１００が環状溝２１０に対して、図２における反時計回りに回転する場合には、テーパ部１２３の末端部から摺動部分に潤滑油が流出する。

＜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、密封対象流体としての潤滑油が、導入孔１３０から動圧発生溝１２０内に導入されるため、動圧発生溝１２０が設けられている領域においては、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。また、シールリング１００と環状溝２１０との相対的な回転時には、テーパ部１２２、１２３から潤滑油が流出するため、シールリング１００と環状溝２１０との間の摺動部分に動圧が発生する。以上により、側壁面２１１に対する側面１１１の面圧が低減されるため、シールリング１００の回転トルク（摺動トルク）を効果的に低減させることが可能となる。

なお、動圧発生溝１２０は、中央部１２１から周方向の一方側と他方側に延びるテーパ部１２２、１２３を備えている。したがって、シールリング１００によれば、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、上記の動圧を発生させることができる。また、テーパ部１２２、１２３のそれぞれは、末端部へ向かって徐々に浅くなるように形成されている。したがって、いわゆる楔効果により、上記の動圧を効果的に発生させることができる。

ここで、回転トルクが低減された場合であっても、シールリング１００の側面１１１は、使用によって徐々に摩耗し得る。ただし、シールリング１００によれば、導入孔１３０の開口１３１は、側面１１１から距離Ｙ離れた位置に設けられている。ゆえに、摩耗によって側面１１１の位置が徐々に高圧側Ｈに移動したとしても（シールリング１００が徐々に薄くなったとしても）、開口１３１の面積は減少しない。つまり、側面１１１が摩耗したとしても、シールリング１００の内周側から動圧発生溝１２０に潤滑油を導入させるための流路面積が減少することはない。ゆえに、シールリング１００によれば、側面１１１が摩耗したとしても、導入孔１３０から動圧発生溝１２０に導入される潤滑油の流量が減少しないため、動圧効果の低下が抑制される。したがって、シールリング１００によれば、摩耗による回転トルクの増大を抑制することができる。

なお、動圧発生溝１２０や導入孔１３０の数や形状は、上述したものに限られない。特に、動圧発生溝１２０の数や形状は、所望の動圧効果を得るために適宜変更してよい。また、導入孔１３０や開口１３１の設置位置や形状は、所望の動圧効果を得るために、あるいは側面１１１の想定される摩耗の程度に応じて適宜変更してよい。

１００：シールリング、１１０：合口部、１１１：側面、１２０：動圧発生溝、１３０：導入孔、２００：軸、２１０：環状溝、２１１：側壁面、３００：ハウジング

Claims (2)

1. 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して、高圧側の領域内の密封対象流体の圧力を保持するシールリングであって、
   前記軸の外周に設けられた環状溝に装着され、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、
   低圧側の側面における前記側壁面に対して摺動する領域内に設けられた、密封対象流体が導入されることによって動圧を発生する動圧発生溝と、
   前記シールリングの内周面における前記側面から離れた位置に開口を有し、前記動圧発生溝に連通した、前記動圧発生溝に密封対象流体を導入する導入孔と、
   を備えることを特徴とするシールリング。
2. 前記動圧発生溝は、周方向において、中央よりも両端側が浅く形成されており、
   前記導入孔は、前記動圧発生溝の中央に連通している、
   請求項１に記載のシールリング。

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