JPWO2019230238A1 - シールリング及び密封構造 - Google Patents

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Abstract

摺動し、かつ高圧の作動油が供給される環境下で、シールリングの耐久性を高める。シールリング４０は、第１部材２０と、第１部材２０に挿入され、第１部材２０に対して軸方向に往復運動する第２部材２４との間に配置され、第１部材２０と第２部材２４との隙間をシールする環状のシールリング４０である。シールリング４０は、径方向外側の端部が第１部材２０と接する環状の基部７０と、基部７０の径方向内側に一体に連結される環状の先端部７２であって、第２部材２４と接する先端部７２と、先端部７２に一体に連結され、第２部材２４の軸方向に基部７０よりも突出した肉厚突起部７４と、を有する。

Description

本発明は、シールリング及び密封構造に関する。
例えば、自動車のプーリーに連結される軸や、ピストンリングに接続される軸は、軸方向に往復運動する。また、軸の周囲には、高圧の作動油が供給される。このような軸とハウジングの間には、高圧の作動油の漏えいを抑制するためにシールリングが配置される（例えば、特開平５−８３５３８号公報参照）。
シールリングには、高圧の作動油の負荷がかかり、かつ、ケーシングに対する軸の摺動によって負荷がかかる。シールリングは、油圧と摺動で軸方向の力を受け、劣化する場合がある。このような環境での耐久性を向上させることで、長寿命化、より厳しい使用環境での使用が可能となる。
本発明は、摺動し、かつ高圧の作動油が供給される環境下で、シールリングの耐久性を高めることを目的とする。
本発明のシールリングは、
第１部材と、前記第１部材に挿入され、前記第１部材に対して軸方向に往復運動する第２部材との間に配置され、前記第１部材と前記第２部材との隙間をシールする環状のシールリングであって、
径方向外側の端部が前記第１部材と接する環状の基部と、
前記基部の径方向内側に一体に連結される環状の先端部であって、前記第２部材と接する先端部と、
前記先端部に一体に連結され、前記第２部材の軸方向に前記基部よりも突出した肉厚突起部と、
を有する。
また、本発明の密封構造は、
溝本体と、段差部とを有する第１部材と、
前記第１部材に挿入され、前記第１部材に対して軸方向に往復運動する第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、前記第１部材と前記第２部材との隙間をシールする環状のシールリングであって、
径方向外側の端部が前記第１部材と接する環状の基部と、
前記基部の径方向内側に一体に連結される環状の先端部であって、前記第２部材と接する先端部と、
前記先端部に一体に連結され、前記段差部に配置されるように、前記第２部材の軸方向に前記基部よりも突出した肉厚突起部であって、前記第２部材の軸方向における前記肉厚突起部の長さは、前記段差部の長さよりも短い肉厚突起部と、
を有するシールリングと、
を有する。
本発明によれば、摺動し、かつ高圧の作動油が供給される環境下で、シールリングの耐久性を高めるすることができる。
第１実施形態のシールリングを有する往復機械の一例を示す斜視図 図１のシールリングを示す断面図 シールリングを模式的に示す断面図 第２実施形態のシールリングを模式的に示す断面図
以下、実施形態のシールリングを図面に基づいて説明する。なお、実施形態により本発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のシールリングを有する回転機械の一例を示す斜視図である。図１に示す往復機械１０は、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）の一部である。具体的には、ＣＶＴのプライマリまたはセカンダリのプーリーである。往復機械１０は、機械本体１２と、油圧供給装置１４と、配管１６と、を有する。油圧供給装置１４は、機械本体１２に昇圧した作動油を供給する。作動油は、配管１６を流れる。配管１６は、油圧供給装置１４と機械本体１２とを接続する。
機械本体１２は、ＣＶＴのベルト２８を回転させるプーリー２６を回転自在に支持する。機械本体１２は、ケーシング（第１部材）２０と、回転軸（第２部材）２４と、プーリー２６と、ベルト２８と、シールリング４０と、を有する。
ケーシング２０には、シリンダ３２とシール溝３４が形成されている。シリンダ３２には、回転軸２４が挿入される。シリンダ３２は、円筒形状の空間であり、円筒の一方に開放端を、他方に閉塞端を有する。シリンダ３２の閉塞端に、配管１６が接続される。シリンダ３２には、油圧供給装置１４から作動油が供給される。シール溝３４は、シリンダ３２の内周面に形成され、シールリング４０が配置される。シール溝３４の形状は、後述する。本実施形態では、機能を簡単に示すためにケーシング２０を簡単に示しているが、ケーシング２０は、プーリー２６、ベルト２８の外周を覆う形状でもよい。
回転軸２４は、シリンダ３２に軸方向に移動可能に支持され、周方向に回転可能に支持される。回転軸２４の一部は、シリンダ３２から突出する。なお、本実施形態では図示を省略したが、回転軸２４は、回転軸２４を回転させる駆動部または回転を伝達する稼働部に直接または間接的で連結している。プーリー２６は、回転軸２４のシリンダ３２から突出している側の端部に固定される。プーリー２６は、回転軸２４と一体で回転する。ベルト２８は、プーリー２６にかけられる。ベルト２８は、他のプーリーにもかけられており、プーリー２６の回転を他のプーリーに伝達する。
シールリング４０は、環状であり、シール溝３４に挿入される。シールリング４０は、ケーシング２０と回転軸２４との間をシールする。具体的には、シールリング４０は、油圧供給装置１４から、回転軸２４とケーシング２０との間に供給される作動油をシールする。
次に、図２及び図３を用いて、シール溝３４及びシールリング４０について説明する。図２は、図１のシールリングを示す断面図である。図３は、シールリングを模式的に示す断面図である。図２に示すシールリング４０は、ケーシング２０と回転軸２４で圧縮されている。図３に示すシールリング４０は、ケーシング２０に装着され、回転軸２４によって圧縮されていない。
シール溝３４は、溝本体５０と段差部５２とを有する。溝本体５０には、シールリング４０が収納される。本実施形態の段差部５２は、シリンダ３２の開放端側に形成される。段差部５２は、溝本体５０よりも径方向（回転軸２４の径方向）の深さが浅い。段差部５２と溝本体５０は、第１溝内面取部５４により接続される。段差部５２とシリンダ３２の内周面は、第２溝内面取部５６により接続される。段差部５２の角は、第３溝内面取部５８となる。第１溝内面取部５４は、回転軸２４の軸中心側に凸で、断面における半径がｒ１の曲面となる。第２溝内面取部５６は、回転軸２４の軸中心側に凸で、断面における半径がｒ２の曲面となる。第３溝内面取部５８は、回転軸２４の軸中心側に凹の曲面となる。段差部５２の底面（径方向外側の面）と、溝本体５０の底面（径方向外側の面）との距離をＲ１とする。また、段差部５２の底面と回転軸２４の表面との距離をＲ２とする。
シールリング４０は、シール溝３４の溝本体５０及び段差部５２に配置され、ケーシング２０と回転軸２４との間をシールする。シールリング４０は、環状のリングである。シールリング４０を構成するゴム材は、例えば、ニトリルゴム、アクリルゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムである。
シールリング４０は、断面視で、基部７０と、先端部７２と、肉厚突起部７４と、を有する。基部７０と先端部７２と肉厚突起部７４は、一体に形成される。基部７０は、断面が矩形であり、溝本体５０に配置される。基部７０は、ケーシング２０と接する。先端部７２は、基部７０の径方向内側に配置される。先端部７２の径方向外側の端部は、基部７０の径方向内側の端部と連結している。先端部７２は、断面が回転軸２４側に凸の楕円状である。先端部７２は、回転軸２４と接する。基部７０と先端部７２とが一体となり、Ｄ形状となる。肉厚突起部７４は、シリンダ３２の開放端側の先端部７２に形成され、回転軸２４の軸方向に基部７０よりも突出する。肉厚突起部７４の一部は、段差部５２に配置される。
シールリング４０は、図３に示すように、径方向の長さをＲ３とする。基部７０の径方向外側の端部から肉厚突起部７４の径方向外側の端部までの距離をＲ４とする。肉厚突起部７４の径方向の長さをＲ５とする。また、基部７０の軸方向の長さ（幅）をＷ２とする。肉厚突起部７４の径方向内側の軸方向の長さ（幅）をＷ３とする。
シールリング４０は、図２に示すように、シール溝３４の溝本体５０と回転軸２４との間、及び、段差部５２と回転軸２４の間をシールし、シリンダ３２の閉塞端から供給される作動油の油圧により圧力が高くなった場合に、ケーシング２０と回転軸２４との間をシールする。
肉厚突起部７４を有するシールリング４０により、肉厚突起部７４と段差部５２とが接する。これにより、基部７０、先端部７２の変形を抑制し、シールリング４０の歪の発生を抑制できる。つまり、高圧の作動油による押圧力や、回転軸２４とケーシング２０との軸方向の相対移動により、シールリング４０に軸方向の力が働いても、シールリング４０の基部７０や先端部７２がケーシング２０と回転軸２４との隙間に押し出されるように変形することを抑制でき、大きな歪の発生を抑制できる。これにより、シールリング４０の耐久性が高まり、高圧で摺動が生じる箇所でも、ゴム単体シール部品であるシールリング４０を適用できる。例えば、圧力３．２ＭＰａ以上で、軸方向の摺動が生じる環境等で、強度に優れるＯリングとバックアップリング（ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製）を組み合わせたパッキンや、パッキンと摺動部材を組み合わせたシールリングを用いていた環境で、シールリング４０を用いても耐久性が高まる。
また、シール溝３４に段差部５２を設けることで、シールリング４０が、シリンダ３２と回転軸２４との幅の狭い部分に押し付けられることを抑制できる。そのため、シールリング４０に生じる歪が小さくなり、シールリング４０の消耗を抑制できる。
第１溝内面取部５４の半径ｒ１は、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。これにより、シールリング４０の歪を低減できる。
ここで、距離Ｒ３は、距離Ｒ１の１．５倍以下が好ましい。これにより、シールリング４０が倒れるのを抑制できる。距離Ｒ３／幅Ｗ２は、１．５以上２．０以下が好ましい。１．５以上とすることで、シールリング４０が倒れるのを抑制できる。２．０以下とすることで、シールリング４０の座屈を抑制できる。距離Ｒ５は、距離Ｒ２と同等の距離とすることが好ましい。距離Ｒ４は、距離Ｒ１と同等の距離とすることが好ましい。これにより、シールリング４０を、溝本体５０と段差部５２に好適に設置できる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のシールリングを模式的に示す断面図である。本実施形態のシールリング４０ａは、基部７０と、先端部７２と、第１肉厚突起部８０と、第２肉厚突起部８２と、を有する。基部７０と先端部７２と第１肉厚突起部８０と第２肉厚突起部８２は、一体に形成される。本実施形態の基部７０と先端部７２は、第１実施形態のシールリング４０と同様の構造である。第１肉厚突起部８０は、シリンダ３２の開放端側の先端部７２に形成され、回転軸２４の軸方向に基部７０よりも突出する。第２肉厚突起部８２は、シリンダ３２の閉塞端側の先端部７２に形成され、回転軸２４の軸方向に基部７０よりも突出する。
本実施形態のシールリング４０ａは、先端部７２の軸方向の両端に第１肉厚突起部８０、第２肉厚突起部８２を設けることで、対称形状となる。そのため、方向性がなくなり、種々の装置に適用しやすくなる。
上述した実施形態の往復機械１０は、ベルト２８で回転する回転軸２４にシールリング４０を設けたが、シールリング４０を配置する軸はこれに限定されない。作動油が供給され、かつ、軸方向に軸が摺動するあらゆる機構に、本実施形態のシールリングを適用できる。シールリングは、例えば、ピストンとシリンダの間、つまりピストンリングとして用いることができる。
本実施形態のシールリングは、基部の断面が矩形となるＤリングとしたが、基部の断面が半楕円となり、先端部と基部で楕円となるＯｖａｌリングとしてもよい。
１０ 往復機械
１２ 機械本体
１４ 油圧供給装置
１６ 配管
２０ ケーシング（第１部材）
２４ 回転軸（第２部材）
２６ プーリー
２８ ベルト
３２ シリンダ
３４ シール溝
４０ シールリング
５０ 溝本体
５２ 段差部
５４ 第１溝内面取部
５６ 第２溝内面取部
５８ 第３溝内面取部
７０ 基部
７２ 先端部
７４ 肉厚突起部
ｒ１、ｒ２ 半径
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５ 距離
Ｗ２、Ｗ３ 幅

Claims (6)

  1. 第１部材と、前記第１部材に挿入され、前記第１部材に対して軸方向に往復運動する第２部材との間に配置され、前記第１部材と前記第２部材との隙間をシールする環状のシールリングであって、
    径方向外側の端部が前記第１部材と接する環状の基部と、
    前記基部の径方向内側に一体に連結される環状の先端部であって、前記第２部材と接する先端部と、
    前記先端部に一体に連結され、前記第２部材の軸方向に前記基部よりも突出した肉厚突起部と、
    を有するシールリング。
  2. 前記基部は、前記第１部材に形成される溝本体に配置され、
    前記肉厚突起部は、前記第２部材の軸方向において、前記溝本体に形成される段差部に配置され、
    前記第２部材の軸方向における前記肉厚突起部の長さは、前記段差部の長さよりも短い、請求項１に記載のシールリング。
  3. 前記先端部は、断面が前記第２部材に向かって凸の曲線である、請求項１又は２に記載のシールリング。
  4. 前記肉厚突起部は、
    前記第２部材の軸方向の一方側の前記先端部に一体に連結される第１肉厚突起部と、
    前記第２部材の軸方向の他方側の前記先端部に一体に連結される第２肉厚突起部と、を有する、
    請求項１〜３のいずれかに記載のシールリング。
  5. 前記第１肉厚突起部と前記第２肉厚突起部は、前記先端部に対して対称に、前記先端部に一体に連結される、請求項４に記載のシールリング。
  6. 溝本体と、段差部とを有する第１部材と、
    前記第１部材に挿入され、前記第１部材に対して軸方向に往復運動する第２部材と、
    前記第１部材と前記第２部材との間に配置され、前記第１部材と前記第２部材との隙間をシールする環状のシールリングであって、
    径方向外側の端部が前記第１部材と接する環状の基部と、
    前記基部の径方向内側に一体に連結される環状の先端部であって、前記第２部材と接する先端部と、
    前記先端部に一体に連結され、前記段差部に配置されるように、前記第２部材の軸方向に前記基部よりも突出した肉厚突起部であって、前記第２部材の軸方向における前記肉厚突起部の長さは、前記段差部の長さよりも短い肉厚突起部と、
    を有するシールリングと、
    を有する密封構造。
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