JP6491885B2 - シールリング - Google Patents

Description

本発明は、油圧機器に利用可能なシールリングに関する。

自動車用の自動変速機などの油圧機器では、オイル漏れを防止するためにシールリングが用いられる。シールリングは、例えば、シャフトがハウジングに挿通される構成を有する油圧機器において、シャフトとハウジングとの間を封止する。この場合、シールリングは、ハウジングに挿通される前のシャフトの溝部に装着される。

一般的なシールリングは矩形の断面を有する（特許文献１参照）。このようなシールリングでは、油圧が加わると、受圧側面とは反対側の側面がシャフトの溝部に接触するとともに、外周面がハウジングの内周面に接触する。このように、シールリングは、シャフト及びハウジングに接触することにより、シャフトとハウジングとの間を封止する。

特開２０１２−２５５４９５号公報

シールリングに加わる油圧が高くなると、受圧側面及び内周面に加わる押圧力によって、シールリングがシャフト及びハウジングに対して傾く場合がある。このような場合、シールリングの外周面とハウジングの内周面との接触が不十分となり、シールリングによるシール性が低下してしまう。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、油圧の高さに関わらず優れたシール性が得られるシールリングを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るシールリングは、中心軸に垂直な平面について対称に形成された外周面及び側面を具備する。
上記外周面は、頂部と、第１テーパ面と、第２テーパ面と、を有する。
上記頂部は、上記平面に沿って設けられている。
上記第１テーパ面は、上記頂部から離れるにつれて小径になり、上記中心軸に対して第１の角度を成す。
上記第２テーパ面は、上記第１テーパ面よりも上記側面側に設けられ、上記第１テーパ面から離れるにつれて小径になり、上記中心軸に対して上記第１の角度よりも大きい第２の角度を成す。

この構成のシールリングでは、油圧が低い場合に第１テーパ面がハウジングの内周面に面接触し、油圧が高い場合に第２テーパ面がハウジングの内周面に面接触する。つまり、上記シールリングでは、油圧の高さに関わらずハウジングの内周面に面接触するため、高いシール性が得られる。

上記第１の角度は０．１°以上１．０°以下であり、上記第２の角度は１．０°以上５．０°以下であってもよい。
この構成のシールリングでは、第１テーパ面及び第２テーパ面がより的確にハウジングの内周面に面接触するようになるため、特に高いシール性が得られる。

上記中心軸の方向の寸法が上記第１テーパ面より上記第２テーパ面の方が大きくてもよい。
この構成のシールリングでは、第２テーパ面の面積が大きく、つまり第２テーパ面とハウジングの内周面との接触面の面積が大きくなるため、油圧が高い場合においてより安定したシール性が得られる。

上記シールリングは、上記外周面と上記側面とを接続するＲ面を更に具備してもよい。
この構成により、上記シールリングがシャフトやハウジングに対してスムーズに摺動可能となる。

上記側面は上記外周面から離れるにつれて上記平面に近接してもよい。
上記側面は、上記平面に対して上記第２の角度よりも大きい第３の角度を成していてもよい。
この構成により、上記シールリングの側面が溝部の側面に面接触しにくくなる。このため、上記シールリングでは、シャフトの溝部に対する摺動抵抗が小さくなるため、シャフトの溝部との間におけるフリクションロスが低減される。

油圧の高さに関わらず優れたシール性が得られるシールリングを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るシールリングの側面図である。 上記シールリングの図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。 上記シールリングの図２の一点鎖線で囲んだ領域を拡大して示す部分断面図である。 上記シールリングのシャフト及びハウジングに組み込まれた状態を示す断面図である。 上記シールリングの低い油圧が加わっている状態を示す断面図である。 上記シールリングの図４Ａの一点鎖線で囲んだ領域を拡大して示す部分断面図である。 上記シールリングの高い油圧が加わっている状態を示す断面図である。 上記シールリングの図５Ａの一点鎖線で囲んだ領域を拡大して示す部分断面図である。 上記実施形態のデザイン例に係るシールリングの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［シールリング１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るシールリング１の側面図である。本実施形態に係るシールリング１は、油圧式の自動車用自動変速機など、種々の油圧機器に適用可能である。シールリング１は、中心軸Ｃを中心とする環状に形成され、外周面１０と、内周面２０と、２つの側面３０ａ，３０ｂと、を有する。

シールリング１には、その周方向の一部に合口４０が設けられている。シールリング１に力が加わっていないシールリング１の自由状態では合口４０がやや開いている。シールリング１の径は、合口４０を広げることにより大きくなり、合口４０を狭めることにより小さくなる。

合口４０の形状は、特に限定されず、公知の形状を採用可能である。合口４０としては、例えば、直角（ストレート）合口、斜め（アングル）合口、段付き（ステップ）合口、ダブルアングル合口、ダブルカット合口、トリプルステップ合口などを採用可能である。

また、合口４０は、合口４０におけるオイル漏れが抑制されるように、相互に係合可能な構成とされていることが好ましい。この観点から、合口４０は、例えば、段付き合口、ダブルアングル合口、ダブルカット合口、トリプルステップ合口などであることが特に好ましい。

シールリング１を形成する材料は、駆動環境などにより適宜決定可能である。シールリング１のフリクションロス（摩擦損失）を低減するためには、シールリング１を形成する材料は摺動特性に優れることが好ましい。また、シールリング１を形成する材料は耐熱性に優れることが好ましい。

シールリング１に利用可能な樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。

図２Ａは、シールリング１の図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図である。図２Ｂは、シールリング１の図２Ａの一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示す部分断面図である。

シールリング１は、中心軸Ｃに垂直な平面である中央面Ｄについて対称な形状を有する。このため、シールリング１によるシール性は、シールリング１の向きに依存しない。したがって、シールリング１では、その向きを考慮することなく、シャフトＳの溝部Ｇへの装着を行うことが可能となる。

シールリング１では、外周面１０と２つの側面３０ａ，３０ｂとがそれぞれ第１Ｒ面１５により接続され、内周面２０と２つの側面３０ａ，３０ｂとがそれぞれ第２Ｒ面２１により接続されている。Ｒ面１５，２１は凸状の曲面として構成される。このように、シールリング１では、４隅がＲ面１５，２１とされることにより角部が排除されているため、シャフトＳやハウジングＨに対してスムーズに摺動可能である。

シールリング１の外周面１０には、その周方向に沿って、頂部１３と、第１テーパ面１１と、第２テーパ面１２と、が設けられている。

頂部１３は、中央面Ｄに沿って設けられ、外周面１０において最も大きい径を有する。第１テーパ面１１は、頂部１３から、中央面Ｄと側面１３ａ，１３ｂとの中間位置にある各境界部１４まで延びている。第２テーパ面１２は、各境界部１４からＲ面１５まで延びている。頂部１３及び境界部１４は、各平面が交差する角部として構成されていても、Ｒ面などの曲面を含む構成であってもよい。

図２Ｂには、中心軸Ｃに平行な軸Ｃ'が一点鎖線で示されている。第１テーパ面１１は中心軸Ｃに対して第１の角度θ_１を成し、第２テーパ面１２は中心軸Ｃに対して第２の角度θ_２を成す。第２テーパ面１２に係る第２の角度θ_２は、第１テーパ面１１に係る第１の角度θ_１よりも大きい。つまり、外周面１０は、頂部１３から側面３０ａ，３０ｂに向けて下向きに傾斜し、境界部１４において勾配が急になるように構成されている。

第１テーパ面１１に係る第１の角度θ_１、及び第２テーパ面１２に係る第２の角度θ_２は、シールリング１に加わる油圧の高さなどによって決定される。例えば、一般的な油圧機器に用いられるシールリング１では、第１の角度θ_１が０．１°以上１．０°以下であることが好ましく、第２の角度θ_２が１．０°以上５．０°以下であることが好ましい。

また、第１テーパ面１１の中心軸Ｃ方向における第１の寸法はＬ_１であり、第２テーパ面１２の中心軸Ｃ方向における第２の寸法はＬ_２である。第１テーパ面１１に係る第１の寸法Ｌ_１、及び第２テーパ面１２に係る第２の寸法Ｌ_２は、適宜決定可能である。

しかし、高い油圧でより安定したシール性を担保するためには、第２テーパ面１２に係る第２の寸法Ｌ_２が、第１テーパ面１１に係る第１の寸法Ｌ_１よりも大きいことが好ましい。具体的に、第２の寸法Ｌ_２は、第１の寸法Ｌ_１の１．２倍以上１．５倍以下であることが好ましい。

シールリング１の２つの側面３０ａ，３０ｂは、外周面１０側から内周面２０側に向けて幅が狭まるテーパ状に形成されている。本実施形態では、側面３０ａがシャフトＳの溝部Ｇの上端部に接触するシール側面３０ａとして構成され、側面３０ｂが主に油圧を受ける受圧側面３０ｂとして構成される。

図２Ｂには中央面Ｄに平行な平面Ｄ'が一点鎖線で示されている。各側面３０ａ，３０ｂは、中央面Ｄに対して第３の角度θ_３を成す平面として構成される。各側面３０ａ，３０ｂに係る第３の角度θ_３は、上記の第２テーパ面１２に係る第２の角度θ_２よりも大きいことが好ましい。

図３は、油圧機器に組み込まれたシールリング１を模式的に示す断面図である。図３に示す構成では、シールリング１が油圧機器のシャフトＳの溝部Ｇに装着され、シャフトＳがシールリング１とともにハウジングＨに挿通されている。

油圧機器に組み込まれたシールリング１の径は、自由状態よりもやや小さくなっている。つまり、シールリング１は、自由状態に戻ろうとする弾性力によって、外周面１０によりハウジングＨの内周面Ｈ１を押圧している。

図３は、ハウジングＨとシャフトＳとの間にオイルが流入しておらず、シールリング１に油圧が加わっていない無油圧時の状態を示している。無油圧時には、シールリング１の外周面１０が頂部１３においてハウジングＨの内周面Ｈ１に対して線接触している。

図４Ａ及び図４Ｂは、ハウジングＨとシャフトＳとの間にオイルが流入し、シールリング１に低い油圧が加わっている低油圧時の状態を示している。低油圧時における油圧は、シールリング１の使用条件などにより設定可能な第１の範囲にあるものとする。

ハウジングＨとシャフトＳとの間にオイルが流入すると、主に、受圧側面３０ｂ及び内周面２０に油圧が加わる。つまり、受圧側面３０ｂではシール側面３０ａよりもオイルから加わる押圧力が大きい。このため、油圧を加えられたシールリング１は、その全周にわたって頂部１３を中心としてシール側面３０ａ側に傾くように弾性変形する。

低油圧時におけるシールリング１は、第１テーパ面１１がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触するまで傾き、第１テーパ面１１がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触する第１安定状態となる。つまり、シールリング１に油圧が加わると、シールリング１によるハウジングＨの内周面Ｈ１に対する接触態様が、図３に示す線接触から、図４Ａ及び図４Ｂに示す面接触に変化する。

第１安定状態にあるシールリング１では、第１テーパ面１１がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触しており、つまりハウジングＨの内周面Ｈ１によって第１テーパ面１１が押さえ付けられている。したがって、第１安定状態にあるシールリング１は、その形状がハウジングＨの内周面Ｈ１によって規制されるため、変形しにくい。

更に、第１安定状態にあるシールリング１には、弾性変形したシールリング１が元の形状に戻ろうとする弾性力が働いている。この弾性力はオイルによる押圧力とは反対方向に働く。このため、第１安定状態にあるシールリング１は、油圧を受けても、更なる弾性変形を生じにくい。

このように、低油圧時におけるシールリング１では、第１テーパ面１１がハウジングＨの内周面Ｈ１に対して面接触する第１安定状態が維持されるため、優れたシール性が得られる。

図５Ａ及び図５Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂに示す状態からハウジングＨとシャフトＳとの間に更にオイルが流入しようとし、シールリング１に高い油圧が加わっている高油圧時の状態を示している。

高油圧時における油圧は、シールリング１の使用条件などにより設定可能な第２の範囲にあるものとする。但し、高油圧時における油圧の第２の範囲は、上記の低油圧時における油圧の第１の範囲よりも高い。

シールリング１に加わる油圧が第１の範囲から第２の範囲まで上昇すると、シールリング１は、上記の第１安定状態を保持することができなくなり、その全周にわたって頂部１３を中心としてシール側面３０ａ側に更に傾くように弾性変形する。

高油圧時におけるシールリング１は、第２テーパ面１２がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触するまで傾き、第２テーパ面１２がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触する第２安定状態となる。つまり、シールリング１に加わる油圧が第１の範囲から第２の範囲に上昇しても、シールリング１によるハウジングＨの内周面Ｈ１に対する面接触が維持される。

なお、本実施形態では、図２Ｂに示すシール側面３０ａに係る第３の角度θ_３が第２テーパ面１２に係る第２の角度θ_２よりも大きいため、第２安定状態にあるシールリング１では、シール側面３０ａとシャフトＳの溝部Ｇの側面とが面接触することなく離間している。これにより、シールリング１では、シャフトＳの溝部Ｇに対する摺動抵抗が小さく保たれるため、シャフトＳとの間におけるフリクションロスが低減される。

第２安定状態にあるシールリング１では、第２テーパ面１２がハウジングＨの内周面Ｈ１に面接触しており、つまりハウジングＨの内周面Ｈ１によって第２テーパ面１２が押さえ付けられている。したがって、第２安定状態にあるシールリング１は、その形状がハウジングＨの内周面Ｈ１によって規制されるため、変形しにくい。

ハウジングＨの内周面Ｈ１によってシールリング１の形状が規制される作用は、第２テーパ面１２の面積が大きく、つまり第２テーパ面１２とハウジングＨの内周面Ｈ１との接触面の面積が大きいほど、効果的に得られる。したがって、図２Ｂに示す第２テーパ面１２に係る第２の寸法Ｌ_２を第１テーパ面１１に係る第１の寸法Ｌ_１よりも大きくすることにより、シールリング１がより変形しにくくなる。

更に、第２安定状態にあるシールリング１では、弾性変形したシールリング１が元の形状に戻ろうとする弾性力が、上記の第１安定状態よりも大きくなる。このため、第２安定状態にあるシールリング１は、高い油圧を受けても、更なる弾性変形を生じにくい。

このように、高油圧時におけるシールリング１では、第２テーパ面１２がハウジングＨの内周面Ｈ１に対して面接触する第２安定状態が維持されるため、優れたシール性が得られる。

以上述べたとおり、シールリング１は、低油圧時に第１安定状態となり、高油圧時に第２安定状態となることにより、低油圧時にも高油圧時にも優れたシール性を発揮することができる。つまり、シールリング１では、油圧の高さに関わらず優れたシール性が得られる。

［シールリング１のデザイン例］
シールリング１では上記実施形態とは異なるデザインを採用することが可能である。

図６は、本実施形態に係るシールリング１のデザインの一例を示す断面図である。図６に示すデザイン例に係るシールリング１ａ，１ｂ，１ｃは、側面３０ａ，３０ｂの構成のみ、本実施形態に係るシールリング１と異なる。

図６（ａ）に示すシールリング１ａでは、側面３０ａ，３０ｂが凸状の曲面として構成されている。この構成では、シール側面３０ａがシャフトＳの溝部Ｇの側面に対して面接触することを防止することができる。このため、シールリング１ａでは、シャフトＳとの間におけるフリクションロスを低減することができる。

図６（ｂ）に示すシールリング１ｂでは、側面３０ａ，３０ｂの中央面Ｄに対する角度が一定ではなく、内周面２０側で大きくなっている。この構成では、内周面２０側においてシール側面３０ａ側に回り込むオイルの量が多くなるため、シール側面３０ａにオイルから加わる押圧力が大きくなる。これにより、シール側面３０ａとシャフトＳの溝部Ｇとの接触圧力が抑制されるため、シールリング１ｂとシャフトＳとの間におけるフリクションロスを低減することができる。

図６（ｃ）に示すシールリング１ｃでは、側面３０ａ，３０ｂの内周面２０側に凹状のポケットＰａ，Ｐｂが設けられている。この構成では、シール側面３０ａ側のポケットＰａにオイルが流入することにより、シール側面３０ａにオイルから加わる押圧力が大きくなる。これにより、シール側面３０ａとシャフトＳの溝部Ｇとの接触圧力が抑制されるため、シールリング１ｃとシャフトＳとの間におけるフリクションロスを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１…シールリング
１０…外周面
１１…第１テーパ面
１２…第２テーパ面
１３…頂部
１４…境界部
１５…Ｒ面
２０…内周面
３０ａ，３０ｂ…側面
Ｃ…中心軸
Ｄ…中央面

Claims (5)

1. 中心軸に垂直な平面について対称に形成された外周面及び側面を具備し、
   前記外周面は、
   前記平面に沿って設けられた頂部と、
   前記頂部から離れるにつれて小径になり、前記中心軸に対して第１の角度を成す第１テーパ面と、
   前記第１テーパ面よりも前記側面側に設けられ、前記第１テーパ面から離れるにつれて小径になり、前記中心軸に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度を成す第２テーパ面と、
   を有し、
   前記中心軸の方向の寸法が前記第１テーパ面より前記第２テーパ面の方が大きい
   シールリング。
2. 中心軸に垂直な平面について対称に形成された外周面及び側面と、前記外周面及び前記側面を接続するＲ面と、を具備し、
   前記外周面は、
   前記平面に沿って設けられた頂部と、
   前記頂部から離れるにつれて小径になり、前記中心軸に対して第１の角度を成す第１テーパ面と、
   前記第１テーパ面よりも前記側面側に設けられ、前記第１テーパ面から離れるにつれて小径になり、前記中心軸に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度を成す第２テーパ面と、
   を有する
   シールリング。
3. 請求項１又は２に記載のシールリングであって、
   前記第１の角度は０．１°以上１．０°以下であり、前記第２の角度は１．０°以上５．０°以下である
   シールリング。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のシールリングであって、
   前記側面は前記外周面から離れるにつれて前記平面に近接する
   シールリング。
5. 請求項４に記載のシールリングであって、
   前記側面は、前記平面に対して前記第２の角度よりも大きい第３の角度を成す
   シールリング。

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