JP2017101689A - シールリング - Google Patents

Abstract

【課題】円周１箇所に切れ目を有するシールリングを、相手ハウジングの孔部へ挿入の際に、噛み込み、挟み込みを発生せずに挿入作業ができるシールリングを提供する。
【解決手段】成形時の形状が非真円形の切れ目開状態として、使用状態にて真円形に縮径して用いる。そして、軸心直交面状の第１・第２対応面部41，42には、細長状の凹溝９と、これに突入係合する小突出子10を、有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、シールリングに関する。

従来より、往復運動、回転運動、または、往復運動とともに回転運動する箇所をシールするために、円周１箇所に切れ目（合口部）を有する全体略円環状のシールリングが、使用されている。
このシールリングの合口部の形状は、ストレートカット形状，アングルカット形状，ステップカット形状や，多段型ステップカット等が公知である（特許文献１参照）。

特開２００５−３３７４５６号公報

上述のシールリングは、例えば、ピストン（軸部）の外周凹溝に装着した状態で、シリンダ（ハウジング）の孔部に挿入・装着する作業が一般に行われる。
しかしながら、自由状態におけるシールリングの全体外径寸法は、シリンダ（ハウジング）の孔部の内径寸法よりも、十分に大きく、これを縮径方向に弾性変形させつつ上記孔部に、挿入・装着する際、従来のシールリングは、合口部の納まりが悪く、シリンダ（ハウジング）の孔部開口端部と、ピストン（軸部）の外周凹溝の角部との間で、噛み込んで（挟み込んで）、破損する問題があった。

そこで、本発明は、円周１箇所に切れ目を有する円環状の全体形状を備え、リング本体と、該リング本体の第１端部から突設された第１凸部と、該リング本体の第２端部から突設された第２凸部とを有するシールリングに於て、切れ目閉状態で、上記第１凸部の軸心直交面状の第１対応面部と、上記第２凸部の軸心直交面状の第２対応面部とが、近接乃至当接して対向し、さらに、上記第１対応面部には周方向に細長状の凹溝が設けられると共に、上記第２対応面部には上記凹溝に突入する係合小突出子が設けられている構成である。
また、上記係合小突出子が上記凹溝の先端部に係止した拡径規制状態のシールリング外径寸法が、シールリング使用状態におけるシールリング最大外径寸法よりも所定小寸法だけ大きく設定されている。

本発明によれば、シールリングの合せ部（切れ目）の納まりが改善され、切れ目閉状態を保ちつつ、シリンダ（ハウジング）の孔部開口端から、噛み込みを発生することなく円滑に挿入（装入）できる。これに伴って、シールリングの第１凸部・第２凸部の損傷を防止することができる。

本発明の一実施例を示し、切れ目開状態の平面図である。 切れ目閉状態を示す平面図である。 シールリングをハウジング孔部の開口端縁から挿入（装着）する状態を説明する要部拡大断面説明図である。 第１対応面部と第２対応面部が軸心直交面に沿って形成されていることを説明する斜視説明図である。 要部説明斜視図である。 切れ目開状態の要部正面図である。 切れ目開状態を示す一部破断平面図である。 第２凸部の形状を説明する図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。 第１凸部の形状を説明する図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。 要部横断面図である。 シールリング使用状態を示す要部断面説明図である。 凹溝と、凹溝に突入した係合突出子との相対的位置関係を説明する図である。 リング本体の種々の変形例を示す断面図である。 別の実施形態を示す要部断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１，図２，図４〜図７に示すように、本発明に係るシールリングＳは、円周１箇所に切れ目５を有する円環状の全体形状を有している。そして、このシールリングＳは、 360°よりも僅かに小さい中心角度を占めるリング本体１と、リング本体１の第１端部11と第２端部12から、周方向に突設された第１凸部21・第２凸部22が設けられている。

本発明に係るシールリングＳは、樹脂組成物から成り、ＰＥＳ樹脂組成物等の熱可塑性樹脂組成物が好適であり、射出成形にて一体に成形できる。なお、本発明にあっては、機械加工にて、一部又は全体を形成してもよい。樹脂材料としては、上記ＰＥＳ樹脂組成物以外に、ＰＴＦＥ樹脂組成物，ＰＥＥＫ樹脂組成物，ＰＰＳ樹脂組成物，ポリイミド樹脂組成物等を用いることもできる。
そして、本発明に係るシールリングＳは、往復運動、回転運動、または、往復運動とともに回転運動する箇所をシールするために使用される（図３参照）。

図６と図７に於て、２点鎖線31は、第１凸部21と（リング本体１の）第１端部11との境界面を示し、また、２点鎖線32は、第２凸部22と（リング本体１の）第２端部12との境界面を示す。
図６，図７の上記境界面（２点鎖線）31，32にて第１凸部21・第２凸部22を仮に切断したとすれば、図９（Ａ），図８（Ａ）に斜視図で示すような形状を有している。即ち、図９に示すように、第１凸部21は、アングル形部21Ａと矩形部21Ｂを、基端から先端に向かって有しており、周方向中間に段付面２を有し、また、図８に示すように、第２凸部22は、アングル形部22Ａと矩形部22Ｂを、基端から先端に向かって有しており、周方向中間に段付面３を有する。

図９と図７に示すように、上記アングル形部21Ａは、リング本体１が横断面矩形であれば、その一角部を含む４分の１の小矩形を切り取り去った横断面形状であり、横断面小矩形の凹所６を有する。
また、上記アングル形部21Ａと上記矩形部21Ｂの周方向の長さが、21Ａ≧22Ｂ、上記アングル形部22Ａと上記矩形部22Ｂの周方向の長さが、22Ａ≧21Ｂとすることで、組み合わされる同志が等しいか、突き当たらなくなり、合口部のシール性が得られる。
そして、図８と図７に示すように、リング本体１が横断面矩形であれば、その一角部を含む４分の１の小矩形を切り取り去った横断面形状であり、横断面小矩形の凹所７を有する。また、アングル形部22Ａの周方向長さ寸法は、先端寄りの矩形部22Ｂの周方向長さと等しく設定する。

そして、アングル形部21Ａの凹所６の側面６Ａと、矩形部21Ｂの幅方向内側の一側面16とは、連続した平面（同一平面）を形成する。さらに説明すれば、シールリングＳの軸心をＬｓとすると、この軸心Ｌｓと直交する軸心直交面と前記連続した平面（同一平面）とは相互に平行である。これを軸心直交面状と呼ぶと定義すれば、上記側面６Ａと一側面16は、軸心直交面状の同一平面上に存在している。
他方、アングル形部22Ａの凹所７の側面７Ａと、矩形部22Ｂの幅方向内側の一側面17とは、連続した平面（同一平面）を形成する。そして、上記側面７Ａと一側面17は、軸心直交面状の同一平面上に存在していると言える。

図２、及び、図５（Ｂ）（Ｃ）に示す切れ目閉状態で、（図６，図７に示した）第１凸部21の軸心直交面状の上記側面６Ａと一側面16から成る第１対応面部41と、第２凸部22の軸心直交面状の上記側面７Ａと一側面17から成る第２対応面部42とが、近接乃至当接して、相互に対向する。
図４は、第１対応面部41と第２対応面部42の位置と向き等を（さらに念を入れて）説明した斜視図であり、Ｐ₀ は、シールリング軸心Ｌｓに直交する平面―――軸心直交平面―――を示し、横断面矩形のリング本体１の厚みを２等分した場合に、第１対応面部41と第２対応面部42は、この軸心直交平面Ｐ₀ 上に存在する。図４に於て、シールリングＳを上記平面Ｐ₀ によって、上記２等分に厚みを切断した位置を２点鎖線33にて示している。
そして、図５〜図12に示すように、上記第１対応面部41には周方向に沿って細長状の凹溝９が設けられ、上記第２対応面部42には係合小突出子10が設けられている。
この小突出子10は凹溝９に突入して係合し、後述する図12のように凹溝９に沿って周方向に小突出子10は移動可能である。

ここで、図１，図２にもどって、切れ目閉状態で全体形状が真円形となる点について説明する。切れ目５が開状態であるシールリングＳのリング本体１は、図１に示すように、切れ目５と反対側に、曲率半径Ｒ₁₃が最大寸法である（最大寸法の）部位13を有し、かつ、この最大寸法の部位13から第１端部11・第２端部12の各々に向かって、周方向Ｍ₁ ，Ｍ₂ に近づくにしたがって、曲率半径Ｒ₁ ，Ｒ₂ がしだいに減少して、第１端部11・第２端部12の曲率半径Ｒ₁₁，Ｒ₁₂が最小寸法となるように設定され、さらに、（小さな突出寸法である）第１凸部21・第２凸部22の外周面の曲率半径は前記Ｒ₁₁，Ｒ₁₂と同一とする。
なお、前記曲率半径Ｒ₁₃，Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₁₁，Ｒ₁₂は、図１に示したように、中心点Ｏ₁ （軸心Ｌｓ）から、リング本体１の外周までの寸法とする。

前記最大寸法の部位13について追加説明すれば、図１の平面図に於て、開状態のリング本体１は、切れ目５の中央の点（中心点）Ｐ₅ に対して 180°±30°の範囲内に、最大寸法の部位13が存在する。つまり、図１に示したθは30°であり、２θ＝60°の範囲内に最大寸法の部位13を配設している。この最大寸法の部位13の中心角度は、１°〜60°の範囲内で選択すればよい。（なお、図１に於て、Ｌ₀ は中央の点Ｐ₅ を含んだ直径を示す線である。）

本発明に係るシールリングＳを、熱可塑性樹脂組成物の射出成型にて製造する場合には、金型のキャビティの形状・寸法、及び、それから取出されたシールリングＳ（図１参照）は、その外周縁形状が、切れ目５に対して 180°反対側における±θ（＝±30°）の範囲内に、曲率半径Ｒ₁₃が最大寸法の部位13を配設し、この部位13から切れ目５に向かってしだいに減少する非真円形に設定する。
使用状態―――図３に示すようにピストン４等のシール溝４Ｂに装着された状態―――では、図２に示すように第１凸部21と第２凸部22とが相互に重なり合って切れ目閉状態となるが、図１に示す切れ目開状態下で上述した非真円形であることによって、弾性変形に伴って、中心点Ｏ₁ から同一半径Ｒ₀ の真円形になり、図３と図11に示したハウジング（シリンダバレル）27の孔部28の内周面28Ａに対して密に接触する。切れ目開状態（図１）から切れ目閉状態（図２）へ変形する際、最大寸法の部位13が最も大きく曲率半径が減少するように変形し、第１端部11・第２端部12側はほとんど変形しない。従って、図２に示した曲率半径Ｒ₀ は、図１に示した端部11，12の曲率半径Ｒ₁₁，Ｒ₁₂に相等しくなる。

そして、上記凹溝９に突入した上記係合小突出子10が凹溝９内を周方向に摺動する状況を、図12に示した係合小突出子10と凹溝９との相対的位置関係説明図に基づいて、以下説明する。
図３の右側の図、及び図11に於て、シールリング使用状態の一例を示すが、ハウジング（シリンダバレル）27の孔部28の内径寸法公差のバラツキ、孔部28の軸心方向各位置の内径寸法のバラツキ、（例えば、−40℃〜 200℃といった）大きな使用温度領域での熱膨張・熱収縮によるその内径寸法の変動、シールリング外周面37の摩耗等によって、図12に示すように、係合突出子10は、Ｙ₁ 位置とＹ₂ 位置の間の領域Ｍ₁₀を、シールリング使用状態下で（矢印Ｎ₁ ，Ｎ₂ のように）移動する。

図５，図６，図７に示す図例に対応させて説明すれば、作業者の手の力や作業治具によって、図５（Ａ）と図６，図７の状態から、小突出子10を凹溝９に突入させると、シールリングＳは自身の弾発復元力によって拡径しようとする。しかし、小突出子10が凹溝９の先端部９Ａに係止して、図５（Ｂ）及び図12のＹ₃ 位置にてシールリングＳの弾発的拡径は規制される。即ち、図12のＹ₃ 位置は、小突出子10が先端部９Ａに係止した状態であって、シールリングＳの拡径規制状態を保つ。
また、図12のＹ₂ 位置は、シールリング使用状態におけるシールリング最大外径寸法に対応した小突出子10の位置を示す。さらに、Ｙ₃ 位置は、シールリング使用状態におけるシールリング最小外径寸法に対応した小突出子10の位置を示す。この最小外径寸法に対応したＹ₃ 位置では、凹溝９の基端部９Ｃに小突出子10が衝突しないように小寸法の余裕代を設ける。
そして、小突出子10が凹溝９の先端部９Ａに係止した拡径規制状態（Ｙ₃ 位置）のシールリング外径寸法は、シールリング使用状態におけるシールリング最大外径寸法よりも所定小寸法だけ大きくなる。言い換えれば、Ｙ₃ 位置は、Ｙ₂ 位置よりも僅かに凹溝９の先端側に在る。

図７，図11に於ては、小突出子10が丸山型の場合を示し、また、凹溝９の横断面形状は円弧状の場合を例示する。そして、シール溝４ＢにシールリングＳを装着した状態下で、小突出子10が凹溝９から不意に離脱しないように、小突出子10の高さ寸法Ｈ₁₀は、図11に於ける、凹溝幅寸法Ｗ₄ からシールリング厚さ寸法Ｔｓを引いた差（Ｔ₄ −Ｔｓ）に相当する間隙寸法ΔＷよりも、大きく設定するか、少なくとも相等しく設定する。つまり、Ｈ₁₀≧ΔＷのように設定する。
また、上記では、小突出子10が丸山型（横断面形状が、半円状）、凹溝９の横断面形状は円弧状のもので説明したが、他に、小突出子10が、角錐型・角錐台型（横断面形状が、三角形状、台形状）で、凹溝９の横断面形状が、角錐型・角錐台型の小突出子10を係止するものであればよい。

次に、図13は、リング本体１の横断面形状が異なる変形例を示し、内周面側角部14，14に図13（Ａ）のように小四角切欠部15，15を形成したり、図13（Ｂ）のようにＣ面取り18，18を形成したり、あるいは、図13（Ｃ）のようにアール面取り19，19，19を形成している。

また、図14（Ａ）（Ｂ）に示すように、小突出子10の形状を短円柱状とすると共に、凹溝９の横断面形状を角型としても良い。
また、図14（Ｂ）に示すように、第１凸部21に横断面弯曲凹所24を形成し、第２凸部22は、横断面形状が長円形を４分割した形状として、弯曲凸面部25を凹所24に対向させている。ところで、図14（Ｂ）に示したように、弯曲凸面部25と弯曲凹所24である場合であっても、軸心直交面状の第１対応面部41・第２対応面部42を形成することによって、図５〜図11と同様に、係合小突出子10・凹溝９を設けることが可能である。このように、図５〜図11に示した実施の形態以外の種々の横断面形状とすることも、自由である。

図５〜図11では、第１凸部21・第２凸部22が、アングル形部21Ａ，22Ａと矩形部21Ｂ，22Ｂとからなる複数段形状であったが、第１凸部21・第２凸部22の各々が、同一横断面をもって構成し、その軸心直交面状に対向する第１対応面部41と第２対応面部42に、凹溝９・係合小突出子10を形成するも、好ましい。

次に、図３に基づいて本発明の作用、及び、組込方法の一例について説明すると、ピストン４のシール溝４Ｂに、まず、本発明に係るシールリングＳを、図１，図５（Ａ）の切れ目開状態から嵌込みつつ、手作業（又は作業治具）にて縮径させると、図５（Ｂ）と、図12のＹ₃ 位置、及び、図３の左側の図のように、小突出子10が凹溝９に係合すると共に凹溝９の先端部９Ａに係止し、前記拡径規制状として、シールリング外径寸法は、図３の右側の図のようにシリンダバレル27の孔部28に挿入されたシールリング使用状態よりも、僅かに大きな寸法に保持される。
特に、図11で述べたように、Ｈ₁₀≧△Ｗに設定すれば、図３の左側の図のように、シール溝４Ｂに装入されたシールリングＳは、小突出子10が凹溝９から離脱しにくく、ピストン４を孔部28に対して矢印Ｅのように挿入してゆけば、孔部28の開口内周端縁部28Ｃに引掛ったり、噛み込んだりすることなく（従って、シールリングＳが破損することなく）、矢印Ｆのように、円滑に孔部28へ挿入できる。その際、図12に於けるＹ₃ 位置に在った小突出子10は、Ｙ₂ とＹ₁ の間の凹溝９の領域Ｍ₁₀に移動して、図３の右側の図の状態でシールリング外周面37は、シールリングＳ自身の拡径方向弾発付勢力にて、孔部28の内周面28Ａに圧接する。

このように、図３の左側の図に示した装着状態における合口部の納まりが良好であって、シール溝４Ｂから飛び出すこともなくなって、相手ハウジング（シリンダバレル）27へのピストン４の挿入の際に、シールリングＳの噛み込み（挟み込み）による破損を有効に防止可能である。
なお、図５〜図11に示した実施の形態の形状の場合、シール溝４Ｂへの装着の向きを気にすることなく作業を迅速に行うことができる。言い換えれば、シール溝４Ｂへ誤った方向に装着する事故が全くなくなる利点がある。

本発明は以上詳述したように、円周１箇所に切れ目５を有する円環状の全体形状を備え、リング本体１と、該リング本体１の第１端部11から突設された第１凸部21と、該リング本体１の第２端部12から突設された第２凸部22とを有するシールリングに於て、切れ目閉状態で、上記第１凸部21の軸心直交面状の第１対応面部41と、上記第２凸部22の軸心直交面状の第２対応面部42とが、近接乃至当接して対向し、さらに、上記第１対応面部41には周方向に細長状の凹溝９が設けられると共に、上記第２対応面部42には上記凹溝９に突入する係合小突出子10が設けられている構成であるので、ピストン等のシール溝４Ｂへの装着状態での合口部（切れ目５）の納まりが良好で、安定して、僅かに縮径した状態を保持でき、相手ハウジング（シリンダバレル）等の孔部28への挿入の際、噛み込み・挟み込みによる破損の発生を、防止できる。また、使用温度の影響による熱収縮・膨張を、周方向に細長状の凹溝９と、小突出子10の係合によって、十分に吸収できる。従って、回転運動、往復運動、または、回転運動とともに往復運動を行う部分の密封用として適用でき、さらには、流体温度が−40℃〜 200℃と過酷な使用条件、温度変化が大きい使用条件にも適用できる。

また、上記係合小突出子10が上記凹溝９の先端部９Ａに係止した拡径規制状態のシールリング外径寸法が、シールリング使用状態におけるシールリング最大外径寸法よりも所定小寸法だけ大きく設定されている構成であるので、噛み込みや挟み込みを発生することなくスムースに孔部28へ挿入できる利点がある。
本発明のシールリングは、回転運動、往復運動、または、回転運動とともに往復運動する部分の密封用シールリングとして好適であり、例えば、クラッチ締結用ピストン，遠心圧キャンセルピストン，プーリ駆動用ピストン，オイルポンプ，圧縮機等の密封用シールリングに有用である。

１ リング本体
５ 切れ目
９ 凹溝
９Ａ 先端部
10 係合小突出子
11 第１端部
12 第２端部
21 第１凸部
22 第２凸部
41 第１対応面部
42 第２対応面部
Ｓ シールリング

Claims (2)

1. 円周１箇所に切れ目（５）を有する円環状の全体形状を備え、リング本体（１）と、該リング本体（１）の第１端部（11）から突設された第１凸部（21）と、該リング本体（１）の第２端部（12）から突設された第２凸部（22）とを有するシールリングに於て、
   切れ目閉状態で、上記第１凸部（21）の軸心直交面状の第１対応面部（41）と、上記第２凸部（22）の軸心直交面状の第２対応面部（42）とが、近接乃至当接して対向し、さらに、上記第１対応面部（41）には周方向に細長状の凹溝（９）が設けられると共に、上記第２対応面部（42）には上記凹溝（９）に突入する係合小突出子（10）が設けられていることを特徴とするシールリング。
2. 上記係合小突出子（10）が上記凹溝（９）の先端部（９Ａ）に係止した拡径規制状態のシールリング外径寸法が、シールリング使用状態におけるシールリング最大外径寸法よりも所定小寸法だけ大きく設定されている請求項１記載のシールリング。

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