JPWO2018167828A1 - シールリングおよび密封装置 - Google Patents
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Abstract
第一側面20と、第一側面20の反対側の側面である第二側面30と、第一側面20に設けられた第一側面側凸部40とを有し、第一側面側凸部40の先端部42が、先端部42を除く第一側面40の全面と比べて、第一側面40の外方側に最も突出していることを特徴とするシールリングおよびこれを用いた密封装置。
Description
(1)2部材のうち一方の部材に設けられた環状溝の非密封対象流体側(低圧側)の側壁面をシールする第一シール部を有する。
(2)2部材のうち他の部材の表面をシールする第二シール部を有する。
(3)第一シール部よりも環状溝の溝底側におけるリング本体の軸方向の幅を、第一シール部におけるリング本体の軸方向の幅よりも小さく設けた構造を有する。
(4)第一シール部よりも溝底側には、環状溝の側壁面に向けて突出した突出部が全周に渡って設けられた構造を有する。
(5)突出部は、2部材間に形成された環状隙間に密封対象流体が作用しても、環状溝の側壁面に接触することが無いように設けられている。
(1)環状溝の側壁面に対向するシールリングの側面が、環状溝の溝底側の方が、側壁面から離れるように凹む段差面で構成されている。
(2)この凹んだ面に側壁面に向かって突出する複数の突起がそれぞれ独立するように設けられている。
(3)シールリングの側面のうち、他方の部材側の面が環状溝の側壁面に摺動自在に密着することでシールが形成される。
(4)複数の突起の各先端面が環状溝の側壁面に摺動自在に密着する。
本発明のシールリングは、第一側面と、第一側面の反対側の側面である第二側面と、第一側面に設けられた第一側面側凸部とを有し、第一側面側凸部の先端部が、先端部を除く第一側面の全面と比べて、第一側面の外方側に最も突出していることを特徴とする。
下式(1)を満たすことが好ましい。
・式(1) Rg≧Rs
〔式(1)中、Rgは、環状溝の溝底面輪郭線の曲率半径を表し、Rsは、シールリングの内周面輪郭線の曲率半径を表す。〕
環状溝322の幅GWは、軸体320の中心軸と平行な方向(X方向)における環状溝322の幅である。
シールリング10の標準幅SWSは、図6中に示す(i)第一基準面SP1と、(ii)第二基準面SP2と、のシールリング10の中心軸と平行な方向(X方向)における距離である。ここで、(i)第一基準面SP1は、シールリング10の高圧側の側面(第一側面20)に高圧側凸部(第一側面側凸部40)が形成されていないと仮定した場合において、シールリング10の高圧側の側面(第一側面20)のうち、環状溝322の高圧側の側壁面322Hと最初に接触可能な領域を含み、かつ、シールリング10の径方向Dと平行を成す平面を意味する。また、(ii)第二基準面SP2は、シールリング10の低圧側の側面(第二側面30)のうち、環状溝322の低圧側の側壁面322Lと最初に接触可能な領域を含み、かつ、シールリング10の径方向Dと平行を成す平面を意味する。
外周面の幅SWOは、シールリング10の中心軸A1と平行を成す方向(X方向)における外周面60の幅である。
内周面の幅SWIは、シールリング10の中心軸A1と平行を成す方向(X方向)における内周面70の幅である。
高圧側凸部(第一側面側凸部40)の基底面(図6に示す例では、第二領域20B)を高さ0mmとした場合のシールリング10の中心軸A1と平行を成す方向(X方向)における高圧側凸部(第一側面側凸部40)の高さである。たとえば、図6に示す例では、H0は、第二領域20Bから先端部42の最頂部までの高さを言う。なお、基底面がシールリング10の径方向Dに対して傾斜している場合は、X方向と平行かつ高圧側凸部(第一側面側凸部40)の頂点を通る直線が、基底面と交差する位置を高さ0mmとする。また、シールリングに低圧側凸部(第二側面側凸部46)が設けられている場合は、同様の考え方で、低圧側凸部(第二側面側凸部46)の高さH0を求めることもできる。
高圧側凸部(第一側面側凸部40)の突出高さH1は、第一基準面SP1を高さ0mmとした場合において、シールリング10の中心軸A1と平行な方向(X方向)における高圧側凸部(第一側面側凸部40)の高さ(第一基準面SP1から先端部42の最頂部までの高さ)である。なお、図6中に示す突出高さH1は、図3中に示す突出高さH1と同義である。また、シールリングに低圧側凸部(第二側面側凸部46)が設けられている場合は、同様の考え方で、低圧側凸部(第二側面側凸部46)の突出高さH1を求めることもできる。
段差部高さDIは、シールリング10の中心軸A1と平行な方向(X方向)における段差部22、32の高さである。
サイドクリアランスCLは、環状溝322の幅GWから、シールリング10の標準幅SWSを差し引いた隙間長さである。
最大移動距離Zは、サイドクリアランスCLから、高圧側凸部(第一側面側凸部40)の突出高さH1を差し引いた長さである。この最大移動距離Zは、環状溝322内においてシールリング10が直立している状態において、シールリング10がX方向において最大限移動可能な範囲に相当する。なお、第一側面20に第一側面側凸部40を設けない場合、最大移動距離Zは、サイドクリアランスCLと一致する。
・式(A) H1>0
・式(B) CL≧H1
・式(2) H0=DI+H1≦0.5mm
・式(3) H0=H1≦0.5mm
・式(4) H0=DID+H1≦0.5mm
・式(5) Rg≧Rs
・式(C) GW<HE+SWS
ここで、式(C)中、環状溝322の幅GWは、窪み部からなる溝側係合部が設けられていない部分における幅を意味する。
・式(D) GW≧H1+SWS
式(D)から明らかなように第一側面側凸部40は、シールリング10が装着される環状溝322が設けられた部材との係合に用いられるものではなく、また、突出部からなるリング側係合部としての機能を有するものでは無い。なお、突出高さH1は、GW>H1+SWS、なる関係式を満たすことがより好ましい。また、第一側面20に、第一側面側凸部40に加えて突出部からなるリング側係合部も設ける場合は、常に、HE>H1、となる。
各実施例、比較例のシールリングの評価には、図17に示す試験機400を用いた。この試験機400は、密封装置100A、102、300を模した試験機である。試験機400は、その主要部として、ハウジング310に相当する円筒部材410と、軸体320に相当する複合円盤部材420とを有する。ここで、複合円盤部材420は、2つの円盤420Aと、円盤420Aよりも直径が小さく、かつ、2つの円盤420Aの間に狭持される円盤420Bとから構成されている。これら3つの円盤420A、420Bは、その径方向の中央部に不図示の軸穴が設けられており、この軸穴を介して不図示のモータに連結された回転軸に接続されている。なお、図17に示す例ではシールリングとして、図3に示した本実施形態のシールリング10Aを例示しているが、実際の試験では、試験毎に各実施例および比較例のシールリングを用いた。
(1)作動油(流体)
・作動油油種:オートマチックトランスミッションフルード(ATF)
・油温:80℃
(2)円筒部材410(ハウジング310を模した部材)
・材料:JIS S45C
・軸穴内径:55mm
・軸穴の内周面410Sの算術平均粗さRa:0.3μm
・材料:JIS S45C
・外径(円盤420Aの外径):54.4mm
・底壁面422Bの外径(円盤420Bの外径):50.5mm
・環状溝422の側壁面422L、422Hの算術平均粗さRa:0.3μm
・環状溝422の幅GW(円盤420Bの厚み):表4参照
・サイドクリアランスCL:表4参照
・最大移動距離Z:表4参照
評価に用いたシールリングの寸法および形状の詳細を表1〜表3に示す。なお、表1〜表3に示した以外のシールリングの寸法、形状および材質等の詳細は以下の通りである。
・材質:PEEK材
・外径:55mm
・厚み:1.8mm(実施例7については第一部分80の厚み)
・第一領域20A、30A部分の厚み:0.7mm(実施例7については第一部分80の厚み)
・合口部50の形状:複合ステップカット型
・ハウジング310を模した円筒部材410の内周面410Sと密着するようにシールリングを配置した際の合口部50の隙間:0.5mm
評価結果を表5に示す。なお、表5中に示すシール性評価、装着性評価および凸部耐折損性評価の評価基準は以下の通りである。
シール性は、ΔS=0.10MPaにおける比較例1の作動油差圧到達時間を100とし、ΔS=0.10MPaにおける各実施例および比較例の作動油差圧到達時間比について、以下の基準で評価した。
A:作動油差圧到達時間比が80以下
B:作動油差圧到達時間比が80を超え90以下
C:作動油差圧到達時間比が90を超え100以下
D:作動油差圧到達時間比が100を超える
各実施例および比較例の最大移動距離Zについて、以下の基準で評価した。
A:0.10mm≦Z<0.20mm
B:0.03mm≦Z<0.10mm
C:0mm<Z<0.03mm
D:0.20mm≦ZまたはZ=0mm
各実施例および比較例の第一側面側凸部40の凸部高さH0について、以下の基準で評価した。
A:0mm<Z≦0.25mm
B:0.25mm<Z≦0.50mm
C:0.50mm<Z
20 :第一側面(高圧側の側面)
20A :第一領域
20B :第二領域
20C :凹部
22 :段差部
30 :第二側面(低圧側の側面)
30A :第一領域
30B :第二領域
32 :段差部
40、40A、40B、40C、40D :第一側面側凸部(高圧側の凸部)
42 :先端部
44 :本体部
46 :第二側面側凸部
48 :先端部
50 :合口部
60 :外周面
70、72、72A、72B、72C :内周面
80、80A,80B :第一部分
82 :第二部分
100、100A、100B、102、102A、102B :密封装置
200、202 :シールリング
210 :スペーサ
300 :密封装置
310 :ハウジング
310S :内周面
312 :軸穴
320 :軸体
320S :外周面
322 :環状溝
322B :底壁面
322L、322H :側壁面
330 :環状隙間
400 :試験機
410 :円筒部材
410S :内周面
420 :複合円盤部材
420A、420B :円盤
422 :環状溝
422B :底壁面
422L、422H :側壁面
430 :環状隙間
本発明のシールリングは、第一側面と、第一側面の反対側の側面である第二側面と、第一側面に設けられた第一側面側凸部とを有し、第一側面側凸部の先端部が、先端部を除く第一側面の全面と比べて、第一側面の外方側に最も突出しており、かつ、周方向と直交する断面の断面形状が、当該断面形状を中心軸の一方側と他方側とに二分する径方向中心線に対して、非対称を成すことを特徴とする。
Claims (19)
- 第一側面と、
前記第一側面の反対側の側面である第二側面と、
前記第一側面に設けられた第一側面側凸部とを有し、
前記第一側面側凸部の先端部が、前記先端部を除く前記第一側面の全面と比べて、前記第一側面の外方側に最も突出していることを特徴とするシールリング。 - 前記第一側面側凸部が、周方向に対して、離散的に3個以上形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。
- 前記第一側面側凸部の先端部について、周方向と直交する断面の断面形状が、円弧状、および、平坦面状、から選択されるいずれかの形状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。
- 周方向と直交する断面の断面形状が、当該断面形状を中心軸の一方側と他方側とに二分する径方向中心線に対して、非対称を成すことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のシールリング。
- 前記第一側面および前記第二側面に設けられる凸部として、前記第一側面側凸部のみが前記第一側面に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のシールリング。
- 中心軸と平行を成す方向における内周面の幅が、外周面の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のシールリング。
- 前記第一側面側凸部の高さH0が、0.5mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のシールリング。
- 前記第一側面に前記第一側面側凸部が形成されていないと仮定した場合において、中心軸と直交する仮想平面を前記第一側面に対して前記第一側面の外方側から相対的に接近させた際に、前記第一側面のうち、前記仮想平面と最初に接触可能な領域を含み、かつ、径方向と平行を成す平面を高さ0mmとした際に、
前記平面に対する前記第一側面側凸部の突出高さH1が、0mmを超え0.5mm以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のシールリング。 - 前記第一側面側凸部を除いた周方向に直交する断面の断面形状が互いに異なる第一部分と、第二部分とを含み、
前記第一部分と、前記第二部分とが、周方向に対して交互に配置され、
前記第二部分の内周面が、前記第一部分の内周面よりも、外周側に設けられていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のシールリング。 - 軸穴を有するハウジングと、
前記軸穴内に配置され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸体と、
前記軸体の外周面に設けられた環状溝に装着され、かつ、前記軸体と前記ハウジングとの間の環状隙間をシールするシールリングと、を備え、
前記環状隙間に流体が圧送された際に、前記軸体の中心軸の一方側が高圧側となり、他方側が低圧側となる密封装置において、
前記シールリングの前記高圧側の側面には高圧側凸部が設けられ、かつ、
前記高圧側凸部の先端部が、前記先端部を除く前記高圧側の側面全面と比べて、前記高圧側に最も突出していることを特徴とする密封装置。 - 前記高圧側凸部が、前記シールリングの周方向に対して、離散的に3個以上形成されていることを特徴とする請求項10に記載の密封装置。
- 前記高圧側凸部の先端部について、前記シールリングの周方向と直交する断面の断面形状が、円弧状、および、平坦面状、から選択されるいずれかの形状であることを特徴とする請求項10または11に記載の密封装置。
- 前記シールリングの周方向と直交する断面の断面形状が、当該断面形状を前記シールリングの中心軸の一方側と他方側とに二分する径方向中心線に対して、非対称を成すことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1つに記載の密封装置。
- 前記シールリングの側面に設けられる凸部として、前記高圧側凸部のみが前記高圧側の側面にのみ設けられていることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1つに記載の密封装置。
- 前記シールリングの中心軸と平行を成す方向における内周面の幅が、外周面の幅よりも小さいことを特徴とする請求項10〜14のいずれか1つに記載の密封装置。
- 前記高圧側凸部の高さH0が、0.5mm以下であることを特徴とする請求項10〜15のいずれか1つに記載の密封装置。
- 前記シールリングの前記高圧側の側面に前記高圧側凸部が形成されていないと仮定した場合において、前記シールリングの前記高圧側の側面のうち、前記環状溝の前記高圧側の側壁面と最初に接触可能な領域を含み、かつ、前記シールリングの径方向と平行を成す平面を高さ0mmとした際に、
前記平面に対する前記高圧側凸部の突出高さH1が、0mmを超え0.5mm以下であることを特徴とする請求項10〜16のいずれか1つに記載の密封装置。 - 前記シールリングが、前記高圧側凸部を除いた前記シールリングの周方向に直交する断面の断面形状が互いに異なる第一部分と、第二部分とを含み、
前記第一部分と、前記第二部分とが、前記シールリングの周方向に対して交互に配置され、
前記第二部分の内周面が、前記第一部分の内周面よりも、前記シールリングの径方向の外周側に設けられていることを特徴とする請求項10〜17のいずれか1つに記載の密封装置。 - 前記シールリングの周方向と直交する断面における、前記シールリングの内周面の内周面輪郭線が、円弧の中心点が前記内周面輪郭線よりも前記シールリングの径方向の外周側に存在する円弧形状を有し、
前記軸体の周方向と直交する断面における、前記環状溝の底壁面の底壁面輪郭線が、円弧の中心点が前記底壁面輪郭線よりも前記軸体の径方向の外周側に存在する円弧形状を有し、かつ、
下式(1)を満たすことを特徴とする請求項10〜18のいずれか1つに記載の密封装置。
・式(1) Rg≧Rs
〔前記式(1)中、Rgは、前記環状溝の前記溝底面輪郭線の曲率半径を表し、Rsは、前記シールリングの前記内周面輪郭線の曲率半径を表す。〕
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