WO2019097845A1 - シールリング - Google Patents

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outer peripheral
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seal
peripheral ring
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佐藤　博明
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Nok株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/56—Other sealings for reciprocating rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials

Definitions

  • the present invention relates to a seal ring used to seal fluid between an inner circumferential member and an outer circumferential member that perform relative reciprocating motion.
  • a seal ring such as an O-ring or a D-ring is used as a clutch used for automatic transmission (AT) or continuous variable transmission (CVT) of a car.
  • the seal ring realizes engagement and disengagement of the clutch by holding the received pressure.
  • FIG. 5 shows an example of the seal ring described in Patent Document 1.
  • the seal ring 100 is made of a rubber-like elastic material, and is formed in a flat D-shape in cross section taken along a plane passing through the axis O (see the left half in FIG. 5).
  • the seal ring 100 is provided with a seal surface 101 having an arc-shaped cross section which bulges to the outer diameter side on the outer periphery, and a side surface 102 of both sides located on a plane orthogonal to the axis O and a seal inner periphery formed in a cylindrical surface And a surface 103.
  • Such a seal ring 100 is generally referred to as a "D-ring".
  • the seal ring 100 is interposed, for example, between the outer circumferential member 200 and the inner circumferential member 300 of the clutch (not shown in its entirety), and flows between the outer circumferential member 200 and the inner circumferential member 300 Seal the fluid.
  • seal ring 100 is mounted with a clearance in mounting groove 302 annularly formed on outer peripheral surface 301 of inner peripheral member 300, and seal surface 101 is made to the outside diameter side from this mounting groove 302. Make it stand out.
  • the sealing surface 101 is slidably in close contact with the inner peripheral surface 201 of the outer peripheral member 200.
  • the seal ring 100 is fitted in the mounting groove 302 to seat the seal inner circumferential surface 103 on the groove bottom surface 302a, and receives the pressure of the hydraulic oil sealed on the high pressure space H side. Close to the inner surface 302b.
  • the sealing surface 101 locally increases the sealing surface pressure on the inner peripheral surface 201 of the outer peripheral member 200 by forming an arc-shaped cross section, and prevents the hydraulic oil from leaking from the high pressure space H to the low pressure space L.
  • Patent Document 2 discloses a seal ring 100 in which two types of members having different hardnesses are combined (see FIG. 4 of Patent Document 2).
  • the seal ring 100 is disposed on the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 100a seated on the mounting groove 302 of the inner peripheral member 300 and the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 100a as illustrated in FIG. It is comprised by the outer peripheral side ring 100b which makes the sealing surface 101 closely_contact
  • the inner peripheral side ring 100a is a low hardness portion using a low hardness rubber material
  • the outer peripheral side ring 100b is a high hardness portion using a high hardness rubber material.
  • a low hardness rubber material is used for the outer peripheral ring 100b without reducing the crushing margin of the outer peripheral ring 100b having the seal surface 101 As a result, it is possible to reduce the sliding resistance when the seal ring slides.
  • An object of the present invention is to prevent fluctuations in reaction force and friction of a seal surface with respect to a mating surface due to misalignment of two types of members in a seal ring in which two types of members having different hardnesses are combined.
  • One aspect of the present invention is an inner peripheral ring which is a rubber-like elastic body closely contacting an inner peripheral member reciprocating with respect to an outer peripheral member, and an outer peripheral surface of the inner peripheral ring,
  • a ring provided with two members including an outer peripheral ring which is a rubber-like elastic body closely contacting an outer peripheral member, and a mounting provided on one of the two members and provided on any one of the inner peripheral member and the outer peripheral member
  • a seating surface which is seated in the groove, a sealing surface which is provided on the other two members having hardness higher than that of the one two members and which is in close contact with the other one of the inner peripheral member and the outer peripheral member;
  • An uneven fitting portion provided along the annular direction on the contact surface between the peripheral ring and the outer peripheral ring, for restricting the axial displacement of the inner peripheral ring and the outer peripheral ring Equipped with
  • Another aspect of the present invention is disposed on an outer peripheral surface of an inner peripheral ring which is a rubber-like elastic body closely contacting an inner peripheral member reciprocating with respect to an outer peripheral member, and the outer peripheral surface of the inner peripheral ring
  • An outer peripheral ring which is a rubber-like elastic body having a hardness higher than that of the inner peripheral ring in close contact with the outer peripheral member, and a mounting groove provided on the inner peripheral ring and provided in the inner peripheral member
  • the sealing surface against the mating surface with the positional deviation of the two types of members Fluctuations in reaction force and friction can be prevented.
  • FIG. 1 shows an example of the seal ring of this Embodiment
  • the left half is sectional drawing made a cross section in the plane which passes along the axial center O
  • the right half is an external appearance front view.
  • the half cross-sectional view which shows the mounting state of the seal ring for reciprocating motion by making it a cross section in the plane which passes along the axial center O.
  • FIG. The graph which shows the experimental result of the reaction force which arises on the seal surface of various seal rings.
  • a figure showing an example of the conventional seal ring the left half is a sectional view cut in the plane which passes axial center O
  • the right half is an appearance front view.
  • FIG. 8 is a half sectional view showing, as a mounting state of the seal ring for reciprocation shown in FIG. 7, an aspect in which two kinds of members having different hardnesses are offset in the axial direction, in a plane passing through an axis O;
  • FIG. 8 is a half cross-sectional view showing another aspect in which two kinds of members having different hardnesses are offset in the axial direction as a mounted state of the seal ring for reciprocating motion shown in FIG.
  • the present embodiment is an example of a seal ring used for a clutch used for automatic transmission (AT) or continuously variable transmission (CVT) of an automobile.
  • the seal ring 10 of the present embodiment is made of a rubber-like elastic material, and has a flat D-shaped cross section cut along a plane passing through the axis O (left in FIG. See half).
  • the seal ring 10 is a combination of two types of members having different hardnesses. One of the two members is the inner peripheral ring 10a, and the other is the outer peripheral ring 10b.
  • the inner peripheral ring 10a is an annular member that occupies the inner peripheral side of the seal ring 10, and is seated in a mounting groove 32 (see FIG. 2) of the inner peripheral member 30 described later.
  • the outer peripheral ring 10b is an annular member which is disposed on the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 10a and occupies the outer peripheral side of the seal ring 10, and brings the seal surface 11 into close contact with the inner peripheral surface 21 of the outer peripheral member 20 described later.
  • the inner peripheral ring 10a is a low hardness portion using a low hardness rubber material
  • the outer peripheral ring 10b is a high hardness portion using a high hardness rubber material. That is, of the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b, the side having the seal surface 11 (the outer peripheral ring 10b) has the hardness on the side where the mounting groove 32 is mounted and seated (inner peripheral ring 10a) It is higher than the hardness of
  • the convex-concave fitting portion 12 includes a protrusion 12a provided along the annular direction on the outer peripheral surface of the inner peripheral ring 10a, and a recessed groove 12b provided along the annular direction on the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 10b. It is formed by The ridges 12a and the recessed grooves 12b are both provided on the entire circumference of the inner ring 10a and the outer ring 10b in the circumferential direction, and are engaged with each other. Therefore, the concavo-convex fitting portion 12 regulates the positional deviation in the axial direction between the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b.
  • the inner peripheral surface of the inner peripheral side ring 10a is a seal inner peripheral surface 13 as a seating surface formed in a cylindrical surface shape.
  • the seal surface 11 provided on the outer peripheral side ring 10b has an arc-shaped cross section which bulges to the outer diameter side.
  • the inner peripheral ring 10 a and the outer peripheral ring 10 b have side surfaces 14 on both sides located on a plane orthogonal to the axial center O. Of the side surface 14, the portion formed by the inner peripheral ring 10 a is the side surface 14 a, and the portion formed by the outer peripheral ring 10 b is the side surface 14 b.
  • the seal ring 10 is thus generally in the form of a "D-ring".
  • the seal ring 10 is interposed, for example, between the outer peripheral member 20 and the inner peripheral member 30 of the clutch (not shown in its entirety), and flows between the outer peripheral member 20 and the inner peripheral member 30. Seal the fluid.
  • seal ring 10 is mounted on a mounting groove 32 formed in an annular shape on outer peripheral surface 31 of inner peripheral member 30 with a gap therebetween, and seal surface 11 is formed from this mounting groove 32 to the outer diameter side. Make it stand out.
  • the sealing surface 11 is slidably in close contact with the inner circumferential surface 21 of the outer circumferential member 20.
  • the seal ring 10 is fitted in the mounting groove 32 and has the seal inner circumferential surface 13 as a seating surface seated on the groove bottom surface 32a, and receives the pressure of the hydraulic oil sealed on the high pressure space H side. Close the inner surface 32b of 32.
  • the seal surface 11 locally increases the seal surface pressure on the inner peripheral surface 21 of the outer peripheral member 20 by forming an arc-shaped cross section, and prevents the hydraulic oil from leaking from the high pressure space H to the low pressure space L.
  • the inner peripheral side ring 10a on the inner peripheral side is a low hardness portion
  • the outer peripheral side ring 10b on the outer peripheral side is a high hardness portion. Therefore, the sliding resistance when the seal ring 10 slides is reduced without reducing the crushing margin of the outer peripheral side ring 10b having the sealing surface 11 and without using the low hardness rubber material for the outer peripheral side ring 10b. It becomes possible.
  • the inner ring 100a and the outer ring 100b Misalignment may occur between At this time, when the inner ring 100a deviates from the outer ring 100b toward the low pressure space L (see FIG. 8), a force is applied to the outer ring 100b in the direction of floating. On the other hand, when the outer peripheral ring 100b is shifted closer to the low pressure space L than the inner peripheral ring 100a (see FIG. 9), the inner peripheral ring 100a is pressed to the groove bottom surface 302a (see white arrow). Power of Therefore, the stability of the reaction force and the friction of the seal surface 101 with respect to the outer peripheral member 200 is impaired.
  • the uneven fitting portion 12 regulates positional deviation between the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b, between the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b. It is possible not to cause misalignment of the As a result, the reaction force and the friction of the seal surface 11 with respect to the outer peripheral member 20 generated with the floating of the outer peripheral ring 10b illustrated in FIG. 8 or the pressing of the inner peripheral ring 10a illustrated in FIG. Can be prevented, and the stability of the sliding resistance when the seal ring 10 slides can be maintained.
  • the seal ring 10 includes an inner peripheral ring 10a, which is a rubber-like elastic body closely contacting the inner peripheral member 30 which reciprocates relative to the outer peripheral member 20, and an outer periphery of the inner peripheral ring 10a.
  • An outer peripheral ring 10b which is a rubber-like elastic body having hardness higher than that of the inner peripheral ring 10a disposed on the surface 31 and in close contact with the outer peripheral member 20, is provided.
  • the inner peripheral ring 10 a is provided with a seal inner peripheral surface 13 as a seating surface to be seated in a mounting groove 32 provided in the inner peripheral member 30.
  • the outer peripheral ring 10 b is provided with a sealing surface 11 in close contact with the outer peripheral member 20.
  • the seal ring 10 is provided along the annular direction on the contact surface between the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b, and the axial positions of the inner peripheral ring 10a and the outer peripheral ring 10b are provided. It has a concavo-convex fitting portion 12 which regulates displacement.
  • the mounting groove 32 may be provided in the outer peripheral member 20.
  • a seating surface to be seated in the mounting groove 32 is provided on the outer peripheral surface of the outer peripheral ring 10b, and the seal surface 11 is provided on the inner peripheral surface of the inner peripheral ring 10a.
  • the concave groove 12b of the concavo-convex fitting portion 12 may be provided in the inner peripheral ring 10a, and the ridge 12a may be provided in the outer peripheral ring 10b.
  • Model 1 A single material with a hardness of 60, with a section size of 1.7 ⁇ 3.4 (mm).
  • Model 2 A single material with a hardness of 70 ⁇ 1.7 ⁇ 3.4 (mm) the size of the section of the cross-sectional shape.
  • Model 3) A single material with a hardness of 90 ⁇ 1.7 ⁇ 3.4 (mm) the size of the cross-sectional shape part.
  • Model 4 The inner ring has a hardness of 60 with a section size of 1.7 x 1.7 (mm).
  • the outer ring has a hardness of 90 ⁇ 1.7 ⁇ 1.7 mm in cross-sectional shape.
  • Model 5 The inner ring has a hardness of 60 with a section size of 1.7 x 1.1 (mm).
  • the outer ring has a hardness of 90 with a section size of 1.7 ⁇ 2.3 (mm).
  • the inner ring has a hardness of 60 with a section size of 1.7 ⁇ 2.3 (mm).
  • the outer ring has a hardness of 90 with a cross-sectional shape of 1.7 ⁇ 1.1 (mm).
  • FIG. 3 shows the analysis results of the reaction force generated on the seal surface 11 when the pressure applied by the fluid sealed between the outer peripheral member 20 and the inner peripheral member 30 is 0 MPa and 2 MPa.
  • Models 1 to 3 For single material models (Models 1 to 3), there is no significant difference between Model 1 hardness 60 and Model 2 hardness 70 when the fluid pressure is 0 MPa or 2 MPa. In the model 3 of hardness 90, it can be seen that the reaction force is greatly increased.
  • the model is compared with the model 3 made of a single material having a hardness of 90 despite the fact that the outer peripheral ring 10b has a hardness of 90.
  • the reaction force is significantly reduced in any of 4 to 6.
  • the reduction rate of the reaction force increases in the order of the models 5, 4 and 6 when the pressure by the fluid is 0 MPa and 2 MPa. That is, the reaction force decreases as the dimensional ratio of the inner peripheral ring 10a using the low hardness rubber material increases.
  • the pressure by the fluid is also compared to the model 1 consisting of a single material of hardness 60 and the model 2 consisting of a single material of hardness 70
  • the reaction force decreases. That is, in the models 4 to 6, it is understood that the difference of the reaction force to the fluctuation of the fluid pressure becomes small.
  • Model 7 A single material with a hardness of 70 ⁇ 1.7 ⁇ 3.4 (mm) the size of the section of the cross-sectional shape.
  • Model 8 The inner ring has a hardness of 60 with a section size of 1.7 ⁇ 2.3 (mm).
  • the outer ring has a hardness of 90 with a cross-sectional shape of 1.7 ⁇ 1.1 (mm).
  • Model 9 The inner ring has a hardness of 60 with a section size of 1.7 ⁇ 2.3 (mm).
  • the outer ring has a hardness of 90 with a cross-sectional shape of 1.7 ⁇ 1.1 (mm). Concave and convex fitting portion between the inner ring and the outer ring.
  • FIG. 4 is an analysis result of the friction generated on the seal surface 11 when the pressure applied by the fluid sealed between the outer peripheral member 20 and the inner peripheral member 30 is 0 MPa and 2 MPa.
  • the friction generated on the seal surface 11 is much lower than that of the model 8, although the seal ring is a seal ring combining two kinds of members having different hardnesses, like the model 8. It is presumed that this is because the uneven fitting portion is interposed between the inner ring and the outer ring and the inner ring and the outer ring do not shift in the axial direction. That is, since the phenomenon as illustrated in FIG. 8 does not occur in the first place, the outer peripheral side ring does not float up.
  • the friction generated on the seal surface 11 is lower than that of the model 7 made of a single material. It is presumed that this is because the hardness of the inner peripheral ring is a hardness 60 which is lower than the hardness 70 of the model 7.

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Abstract

シールリングは、相対的に往復運動をする内周部材と外周部材のうち、いずれか一方に設けられた装着溝に装着されて着座し、いずれか他方にシール面を密接させて流体を密封する。シールリングは、ゴム状弾性体である内周側リングと外周側リングとの二部材の組み合わせによって構成されている。内周側リングと外周側リングとのうちシール面を有する一方の部材の方が、もう一方の部材よりも高い硬度に設定されている。内周側リングと外周側リングとの間の接触面上には、これらの内周側リングと外周側リングとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部が環状方向に沿って設けられている。

Description

シールリング
　本発明は、相対的に往復運動を行う内周部材と外周部材との間で流体を密封するために用いられるシールリングに関する。
　自動車のＡＴ（Automatic Transmission）やＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）に用いられるクラッチには、ＯリングやＤリングなどのシールリングが使用されている。シールリングは、受けた圧力を保持することによってクラッチの断続を実現させる。
　図５は、特許文献１に記載されているシールリングの一例を示している。このシールリング１００はゴム状弾性体からなり、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が扁平なＤ字形に形成されている（図５中の左半分参照）。シールリング１００は外径側へ膨らんだ円弧状断面をなすシール面１０１を外周に備え、軸心Ｏと直交する平面上に位置する両側の側面１０２と、円筒面状に形成されたシール内周面１０３とを有している。このようなシールリング１００は、一般に「Ｄリング」と呼ばれている。
　図６に示すように、シールリング１００は、例えばクラッチ（全体を図示せず）の外周部材２００と内周部材３００との間に介在し、外周部材２００と内周部材３００との間を流れる流体を密封する。そのための構造の一例として、シールリング１００は、内周部材３００の外周面３０１に環状に形成された装着溝３０２に隙間を空けて装着され、この装着溝３０２から外径側へシール面１０１を突出させる。シール面１０１は、外周部材２００の内周面２０１と摺動可能に密接する。
　シールリング１００は、装着溝３０２に嵌め込まれて溝底面３０２ａにシール内周面１０３を着座させ、高圧空間Ｈ側に密封された作動油の圧力を受けることによって一方の側面１０２を装着溝３０２の内側面３０２ｂに密接させる。シール面１０１は、円弧状断面をなすことによって外周部材２００の内周面２０１に対するシール面圧を局部的に高め、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの作動油の漏れを防止する。
特開２０１１－１６３４３８号公報 特開平１１－３３６９０８号公報
　近年、低炭素化社会への移行を背景として、燃費の向上やエネルギーロスの低減が求められるようになってきている。ＡＴやＣＶＴの分野でも、シールリングが摺動する際の摺動抵抗を低減したいという要求が高まってきている。
　シールリングの摺動抵抗を低減する手法としては、潰し代を低減するようにするか、低硬度ゴム材を使用するようにするという措置がとられている。ところが潰し代を低減する手法を採用した場合には、初期シール性が低下してしまったり、長期間の使用によってシール性能が劣化しやすくなってしまったりする。また低硬度ゴム材を使用するという手法を採用した場合には、耐久性が低下してしまう。
　この点、特許文献２には、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリング１００が開示されている（特許文献２の図４参照）。このシールリング１００は、図７に例示すように、内周部材３００の装着溝３０２に着座する内周側リング１００ａと、この内周側リング１００ａの外周面に配置されて、外周部材２００の内周面２０１にシール面１０１を密接させる外周側リング１００ｂとによって構成されている。内周側リング１００ａは低硬度ゴム材を用いた低硬度部、外周側リング１００ｂは高硬度ゴム材を用いた高硬度部である。
　このような硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリング１００によれば、シール面１０１を有する外周側リング１００ｂの潰し代を低減することなく、また外周側リング１００ｂに低硬度ゴム材を用いることなく、シールリングが摺動する際の摺動抵抗を低減することが可能になる。
　ところが図８に示すように、特許文献２に記載されたようなシールリング１００では、機器の組み付け状態や作動状態、圧力の影響などによって、内周側リング１００ａと外周側リング１００ｂとの間に位置ずれが生ずることがある。
　外周側リング１００ｂよりも内周側リング１００ａの方が低圧空間Ｌ側にずれた場合（図８参照）、油圧の作用によって（矢印ａ，ｂ）、外周側リング１００ｂに浮き上がり方向（白抜き矢印参照）への力が加わる。すると外周部材２００に対するシール面１０１の反力及びフリクションがともに増大してしまう。
　反対に外周側リング１００ｂが内周側リング１００ａよりも低圧空間Ｌ側にずれた場合には（図９参照）、油圧の作用によって（矢印ａ，ｂ）、内周側リング１００ａに溝底面３０２ａへの押し付け方向（白抜き矢印参照）の力が加わる。すると外周部材２００に対するシール面１０１の反力及びフリクションがともに低下し、シール性能を損なってしまう。
　以上説明したように、内周側リング１００ａと外周側リング１００ｂとの間に軸方向への位置ずれが生じた場合、外周部材２００に対するシール面１０１の反力及びフリクションが安定しないという現象が生ずるため、改善が求められる。
　本発明の課題は、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリングにおいて、二種類の部材の位置ずれに伴う相手面に対するシール面の反力及びフリクションの変動を防止することである。
　本発明の一態様は、外周部材に対して相対的に往復運動をする内周部材に密接するゴム状弾性体である内周側リングと、前記内周側リングの外周面に配置されて前記外周部材に密接するゴム状弾性体である外周側リングとの二部材を有するリングと、一方の前記二部材に設けられ、前記内周部材と前記外周部材とのいずれか一方に設けられた装着溝に着座する着座面と、前記一方の二部材よりも硬度が高いもう一方の前記二部材に設けられ、前記内周部材と前記外周部材とのいずれか他方に密接するシール面と、前記内周側リングと前記外周側リングとの間の接触面上で環状方向に沿って設けられ、これらの内周側リングと外周側リングとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部とを備える。
　本発明の別の一態様は、外周部材に対して相対的に往復運動をする内周部材に密接するゴム状弾性体である内周側リングと、前記内周側リングの外周面に配置されて前記外周部材に密接する前記内周側リングよりも硬度が高いゴム状弾性体である外周側リングと、前記内周側リングに設けられ、前記内周部材に設けられた装着溝に着座する着座面と、前記外周側リングに設けられ、前記外周部材に密接するシール面と、前記内周側リングと前記外周側リングとの間の接触面上で環状方向に沿って設けられ、これらの内周側リングと外周側リングとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部とを備える。
　本発明によれば、内周側リングと外周側リングとの間の軸方向への位置ずれが凹凸嵌合部によって規制されるので、二種類の部材の位置ずれに伴う相手面に対するシール面の反力及びフリクションの変動を防止することができる。
本実施の形態のシールリングの一例を示す図で、左半分は軸心Ｏを通る平面で断面にした断面図、右半分は外観正面図。 往復動用シールリングの装着状態を、軸心Ｏを通る平面で断面にして示す半断面図。 各種のシールリングのシール面に生ずる反力の実験結果を示すグラフ。 各種のシールリングのシール面に生ずるフリクションの実験結果を示すグラフ。 従来のシールリングの一例を示す図で、左半分は軸心Ｏを通る平面で断面にした断面図、右半分は外観正面図。 往復動用シールリングの装着状態を、軸心Ｏを通る平面で断面にして示す半断面図。 従来のシールリングの一例として、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリングの一例を示す図で、左半分は軸心Ｏを通る平面で断面にした断面図、右半分は外観正面図。 図７に示す往復動用シールリングの装着状態として、硬度が異なる二種類の部材が軸方向にずれている一態様を、軸心Ｏを通る平面で断面にして示す半断面図。 図７に示す往復動用シールリングの装着状態として、硬度が異なる二種類の部材が軸方向にずれている別の一態様を、軸心Ｏを通る平面で断面にして示す半断面図。
　実施の一形態を図１ないし図４に基づいて説明する。本実施の形態は、自動車のＡＴ（Automatic Transmission）やＣＶＴ（Continuously　Variable　Transmission）に用いられるクラッチに使用されるシールリングの一例である。
　図１に示すように、本実施の形態のシールリング１０はゴム状弾性材料からなり、軸心Ｏを通る平面で切断した断面形状が扁平なＤ字形を有している（図１中の左半分参照）。シールリング１０は、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせている。二部材のうちの一つは内周側リング１０ａ、もう一つは外周側リング１０ｂである。
　内周側リング１０ａは、シールリング１０の内周側を占める環状部材であり、後述する内周部材３０の装着溝３２（図２参照）に着座する。外周側リング１０ｂは、内周側リング１０ａの外周面に配置されてシールリング１０の外周側を占める環状部材であり、後述する外周部材２０の内周面２１にシール面１１を密接させる。
　これらの二種類の部材のうち、内周側リング１０ａは低硬度ゴム材を用いた低硬度部、外周側リング１０ｂは高硬度ゴム材を用いた高硬度部である。つまり内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとのうち、シール面１１を有する側（外周側リング１０ｂ）の硬度の方が、装着溝３２に装着されて着座する側（内周側リング１０ａ）の硬度よりも高くなっている。
　内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの間には、凹凸嵌合部１２が設けられている。凹凸嵌合部１２は、内周側リング１０ａの外周面に環状方向に沿って設けられた突条１２ａと、外周側リング１０ｂの内周面に環状方向に沿って設けられた凹溝１２ｂとによって形成されている。突条１２ａと凹溝１２ｂとは、ともに内周側リング１０ａ及び外周側リング１０ｂの周方向の全周に設けられ、互いに嵌合する。したがって凹凸嵌合部１２は、内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの軸方向への位置ずれを規制する。
　内周側リング１０ａの内周面は、円筒面状に形成された着座面としてのシール内周面１３である。外周側リング１０ｂに設けられているシール面１１は、外径側へ膨らんだ円弧状断面を備えている。内周側リング１０ａ及び外周側リング１０ｂは、軸心Ｏと直交する平面上に位置する両側に側面１４を有している。側面１４のうち、内周側リング１０ａが形成する部分は側面１４ａ、外周側リング１０ｂが形成する部分は側面１４ｂである。
　したがってシールリング１０は、全体として「Ｄリング」の形態をなしている。
　図２に示すように、シールリング１０は、例えばクラッチ（全体を図示せず）の外周部材２０と内周部材３０との間に介在し、外周部材２０と内周部材３０との間を流れる流体を密封する。そのための構造の一例として、シールリング１０は、内周部材３０の外周面３１に円環状に形成された装着溝３２に隙間を空けて装着され、この装着溝３２から外径側へシール面１１を突出させる。シール面１１は、外周部材２０の内周面２１と摺動可能に密接する。
　シールリング１０は、装着溝３２に嵌め込まれて溝底面３２ａに着座面としてのシール内周面１３を着座させ、高圧空間Ｈ側に密封された作動油の圧力を受けることによって側面１４を装着溝３２の内側面３２ｂに密接させる。シール面１１は、円弧状断面をなすことによって外周部材２０の内周面２１に対するシール面圧を局部的に高め、高圧空間Ｈから低圧空間Ｌへの作動油の漏れを防止する。
　本実施の形態のシールリング１０は、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせ、内周側の内周側リング１０ａを低硬度部、外周側の外周側リング１０ｂを高硬度部としている。このためシール面１１を有する外周側リング１０ｂの潰し代を低減することなく、また外周側リング１０ｂに低硬度ゴム材を用いることなく、シールリング１０が摺動する際の摺動抵抗を低減することが可能になる。
　図８、図９に基づいて前述したように、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリング、例えば図７に例示したようなシールリング１００では、内周側リング１００ａと外周側リング１００ｂとの間に位置ずれが生ずることがある。このとき外周側リング１００ｂよりも内周側リング１００ａの方が低圧空間Ｌ側にずれた場合には（図８参照）、外周側リング１００ｂに浮き上がる方向への力が加わる。反対に外周側リング１００ｂが内周側リング１００ａよりも低圧空間Ｌ側にずれた場合には（図９参照）、内周側リング１００ａに溝底面３０２ａへの押し付け方向（白抜き矢印参照）への力が加わる。したがって外周部材２００に対するシール面１０１の反力及びフリクションの安定性が損なわれてしまう。
　本実施の形態のシールリング１０は、内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの間の位置ずれを凹凸嵌合部１２が規制するため、内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの間に位置ずれを生じさせないようにすることができる。その結果、図８に例示するような外周側リング１０ｂの浮き上がり、あるいは図９に例示するような内周側リング１０ａの押し付けに伴い発生する外周部材２０に対するシール面１１の反力及びフリクションの変動を防止することができ、シールリング１０が摺動する際の摺動抵抗の安定性を維持することができる。
　本実施の形態のシールリング１０は、外周部材２０に対して相対的に往復運動をする内周部材３０に密接するゴム状弾性体である内周側リング１０ａと、内周側リング１０ａの外周面３１に配置されて外周部材２０に密接する内周側リング１０ａよりも硬度が高いゴム状弾性体である外周側リング１０ｂとを備えている。内周側リング１０ａは、内周部材３０に設けられた装着溝３２に着座する着座面としてのシール内周面１３を備えている。外周側リング１０ｂは、外周部材２０に密接するシール面１１を備えている。シールリング１０は、内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの間の接触面上で環状方向に沿って設けられ、これらの内周側リング１０ａと外周側リング１０ｂとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部１２を備えている。
　別の実施の形態として、装着溝３２は外周部材２０に設けられていてもよい。この場合には、外周側リング１０ｂの外周面に装着溝３２に着座する着座面が設けられ、内周側リング１０ａの内周面にシール面１１が設けられる。
　さらに別の実施の形態として、内周側リング１０ａに凹凸嵌合部１２の凹溝１２ｂを設け、外周側リング１０ｂに突条１２ａを設けるようにしてもよい。
　実施に際しては、各種の変形や変更が許容される。
　シール面１１に対する反力を比較するために、六種類のシールリング１０のモデルを想定し、有限要素法（ＦＥＭ）による解析をした。いずれのモデルも製品内径φ５０．５、潰し代０．２ｍｍのアクリルゴムからなる。個々の仕様は、次の通りである。
（モデル１）
　断面形状の部分の大きさが１．７×３．４（ｍｍ）で、硬度６０の単一素材。
（モデル２）
　断面形状の部分の大きさが１．７×３．４（ｍｍ）で、硬度７０の単一素材。
（モデル３）
　断面形状の部分の大きさが１．７×３．４（ｍｍ）で、硬度９０の単一素材。
（モデル４）
　内周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．７（ｍｍ）で、硬度６０。
　外周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．７（ｍｍ）で、硬度９０。
（モデル５）
　内周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．１（ｍｍ）で、硬度６０。
　外周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×２．３（ｍｍ）で、硬度９０。
（モデル６）
　内周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×２．３（ｍｍ）で、硬度６０。
　外周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．１（ｍｍ）で、硬度９０。
　図３は、外周部材２０と内周部材３０との間に密封された流体によって加えられる圧力が０ＭＰａのときと２ＭＰａのときとにおけるシール面１１に生ずる反力の解析結果である。
　単一素材のモデル（モデル１～３）に関しては、硬度６０のモデル１と硬度７０のモデル２とにおいて、流体による圧力が０ＭＰａのときにも２ＭＰａのときにも大きな差がないのに対して、硬度９０のモデル３では反力が大きく上昇することがわかる。
　硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたモデル（モデル４～６）に関しては、外周側リング１０ｂを硬度９０としているにもかかわらず、硬度９０の単一素材からなるモデル３と比較して、モデル４～６のいずれも反力が大幅に低下している。反力の低下率は、流体による圧力が０ＭＰａのときにも２ＭＰａのときにも、モデル５、４、６の順に大きくなる。つまり低硬度ゴム材を用いた内周側リング１０ａの寸法比率が大きいほど、反力が低下する。
　硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたモデル（モデル４～６）に関しては、硬度６０の単一素材からなるモデル１、硬度７０の単一素材からなるモデル２と比較しても、流体による圧力が２ＭＰａのときには反力が低下する。つまりモデル４～６では、流体の圧力の変動に対する反力の差が小さくなることがわかる。
　以上の解析結果より、０．２ｍｍという同一の潰し代であるにもかかわらず、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたモデル（モデル４～６）は、単一素材のモデル（モデル１～３）と比較して、シール面１１に対する反力を低下させ得ることが明らかである。
　つぎにシール面１１に生ずるフリクションを比較するために、三種類のシールリング１０のモデルを想定し、有限要素法（ＦＥＭ）による解析をした。いずれのモデルも製品内径φ５０．５、潰し代０．２ｍｍのアクリルゴムからなる。個々の仕様は、次の通りである。
（モデル７）
　断面形状の部分の大きさが１．７×３．４（ｍｍ）で、硬度７０の単一素材。
（モデル８）
　内周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×２．３（ｍｍ）で、硬度６０。
　外周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．１（ｍｍ）で、硬度９０。
（モデル９）
　内周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×２．３（ｍｍ）で、硬度６０。
　外周側リングは、断面形状部分の大きさが１．７×１．１（ｍｍ）で、硬度９０。
　内周側リングと外周側リングとの間に凹凸嵌合部。
　図４は、外周部材２０と内周部材３０との間に密封された流体によって加えられる圧力が０ＭＰａのときと２ＭＰａのときとにおけるシール面１１に生ずるフリクションの解析結果である。
　流体によって加えられる圧力が０ＭＰａのときには、モデル７～９のいずれについても、シール面１１に生ずるフリクションの値に差異が生じにくい。
　流体によって加えられる圧力が２ＭＰａになると、モデル８ではフリクションが急激に増大する。これは図８に例示したような現象、つまりシールリングが用いられる機器の作動状態や圧力の影響によって内周側リングと外周側リングとの間に位置ずれが生じ、外周側リングよりも内周側リングの方が低圧空間側にずれた場合、油圧の作用で、外周側リングに、内周側リングから浮き上がる方向に力が加わるという現象が生ずるからである。これによって外周部材に対するシール面のフリクションが増大する。
　この点、モデル９について着目すると、モデル８と同様に、硬度が異なる二種類の部材を組み合わせたシールリングであるにもかかわらず、シール面１１に生ずるフリクションがモデル８に比べて格段に低い。これは内周側リングと外周側リングとの間に凹凸嵌合部が介在し、これらの内周側リングと外周側リングとが軸方向に位置ずれしないからであると推察される。つまり図８に例示したような現象がそもそも発生しないため、外周側リングが浮き上がらないのである。
　モデル９については、単一素材からなるモデル７と比較しても、シール面１１に生ずるフリクションが低い。これは内周側リングの硬度が、モデル７の硬度７０よりも低い硬度６０であるからであると推察される。
　以上の解析結果より、シール面１１に生ずるフリクションに関して、モデル９の優位性が証明される。
１０　　シールリング
１０ａ　内周側リング
１０ｂ　外周側リング
１１　　シール面
１２　　凹凸嵌合部
１２ａ　突条
１２ｂ　凹溝
１３　　シール内周面（着座面）
１４　　側面
１４ａ　側面
１４ｂ　側面
２０　　外周部材
２１　　内周面
３０　　内周部材
３１　　外周面
３２　　装着溝

Claims (4)

  1. 　外周部材に対して相対的に往復運動をする内周部材に密接するゴム状弾性体である内周側リングと、前記内周側リングの外周面に配置されて前記外周部材に密接するゴム状弾性体である外周側リングとの二部材を有するリングと、
    　一方の前記二部材に設けられ、前記内周部材と前記外周部材とのいずれか一方に設けられた装着溝に着座する着座面と、
    　前記一方の二部材よりも硬度が高いもう一方の前記二部材に設けられ、前記内周部材と前記外周部材とのいずれか他方に密接するシール面と、
    　前記内周側リングと前記外周側リングとの間の接触面上で環状方向に沿って設けられ、これらの内周側リングと外周側リングとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部と、
    　を備えることを特徴とするシールリング。
  2. 　前記凹凸嵌合部は、前記内周側リングと前記外周側リングとのいずれか一方に環状方向に沿って設けられた突条と、この突条が嵌り込むいずれか他方に環状方向に沿って設けられた凹溝とを有する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
  3. 　外周部材に対して相対的に往復運動をする内周部材に密接するゴム状弾性体である内周側リングと、
    　前記内周側リングの外周面に配置されて前記外周部材に密接する前記内周側リングよりも硬度が高いゴム状弾性体である外周側リングと、
    　前記内周側リングに設けられ、前記内周部材に設けられた装着溝に着座する着座面と、
    　前記外周側リングに設けられ、前記外周部材に密接するシール面と、
    　前記内周側リングと前記外周側リングとの間の接触面上で環状方向に沿って設けられ、これらの内周側リングと外周側リングとの軸方向への位置ずれを規制する凹凸嵌合部と、
    　を備えることを特徴とするシールリング。
  4. 　前記凹凸嵌合部は、前記内周側リングに環状方向に沿って設けられた突条と、この突条が嵌り込む前記外周側リングに環状方向に沿って設けられた凹溝とを有する、
    　ことを特徴とする請求項３に記載のシールリング。
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