密封環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種同時具有低摩擦力特性和低泄漏特性，改善自動變速器的驅動損失，有助于機動車的燃料利用率提高的密封環(huán)。在安裝于在軸的外周面形成的軸槽的密封環(huán)的至少接觸側面的內周側沿著圓周方向分離而形成多個凹部，在凹部的內周側設置內壁及朝向內周面開口的油導入孔部。內壁可以設置在凹部的圓周方向兩側，但也可以僅設置在旋轉方向相反側。
【專利說明】密封環(huán)
[0001]本申請為2012年11月28日提交的、申請?zhí)枮?01180026486.0的、發(fā)明名稱為“密封環(huán)”的申請的分案申請。

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及密封環(huán)，尤其是涉及在機動車的自動變速器等液壓設備中使用的密封環(huán)。

【背景技術】
[0003]近年來，為了實現機動車的燃料利用率提高，而要求減少自動變速器的驅動損失的減少。在自動變速器上以液壓密封為目的而安裝有密封環(huán)，但密封環(huán)的摩擦損失會導致自動變速器的驅動損失。因此，密封環(huán)的摩擦力的減少成為重要的課題。而且，自動變速器的油泵的容量在驅動損失中占據大的比重，因此希望減少從密封環(huán)的漏油量，而實現油泵的小容量化。如此，為了減少自動變速器的驅動損失，提高機動車的燃料利用率，而對密封環(huán)要求低摩擦力及低泄漏功能。
[0004]圖1表示使用了密封環(huán)的液壓回路的基本結構。密封環(huán)I安裝于在軸2的外周面的液壓通路3的軸向兩側形成的軸槽(環(huán)形槽)4。從液壓通路3供給的工作油由密封環(huán)的受壓側面11和內周面12承受，密封環(huán)的外周面13與殼體5的內表面接觸，密封環(huán)的接觸側面14與軸槽4的側面接觸，由此對液壓進行密封。通常軸2旋轉，殼體5被固定，但也存在相反的組合。
[0005]為了減少密封環(huán)的摩擦力(摩擦損失)，通常采用減少將作為滑動主體面的密封環(huán)的接觸側面向環(huán)形槽按壓的受壓載荷的方法。具體而言，采用具有向密封環(huán)的接觸側面與環(huán)形槽之間作用有供給液壓的剖面形狀的密封環(huán)，通過消除載荷的作用來減少受壓載荷。
[0006]在專利文獻I中記載有如下的方法:通過將密封環(huán)的側面形成為軸向寬度從外周側朝向內周側減小那樣的錐形形狀，而使密封環(huán)側面與環(huán)形槽之間產生消除載荷，從而實現受壓載荷的減少。側面錐形形狀能夠大幅減少受壓載荷，目前作為摩擦力最小的密封環(huán)的形狀而周知。
[0007]另外，在專利文獻2中記載了一種密封環(huán):如圖2(A)所示，至少在接觸側面的內周側具有在沿著圓周方向分離而形成的凹部(凹槽)6與凹部6之間配置的柱部7。如圖2(B)及(C)所示，凹部6包括:以密封環(huán)的軸向寬度(厚度)朝向內周方向變薄的方式設置的最深傾斜部51 ;位于最深傾斜部51的圓周方向兩側而朝向相鄰的柱部7的最內周側的點收斂的收斂部52。在該結構中，通過密封環(huán)的旋轉，由于充滿在凹部6內的油利用收斂部52的斜面擠入而產生的升力60、液壓作用于接觸側面的凹部6而使按壓載荷減少的效果(消除壓61)，從而摩擦力減少。而且，在專利文獻2的密封環(huán)中，如圖2(D)所示，由于密封環(huán)的側面與環(huán)形槽以面進行滑動接觸，因此不形成接口間隙的泄漏流路，能得到低泄漏特性。
[0008]在專利文獻I的密封環(huán)中，密封環(huán)的側面與環(huán)形槽的滑動接觸為線接觸，滑動直徑位于密封環(huán)的接口間隙上，因此存在從接口間隙發(fā)生油的泄漏(漏泄)的問題。另一方面，通過采用專利文獻2的凹部，而摩擦力減少，但不及專利文獻I的密封環(huán)，要求進一步的摩擦力的減少。
[0009]在先技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利第3437312號公報
[0012]專利文獻2 =WO2O(MA)9O39O


【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明鑒于上述情況而作出，其目的在于提供一種同時具有低摩擦力特性和低泄漏特性，減少自動變速器的驅動損失，有助于機動車的燃料利用率提高的密封環(huán)。
[0014]鑒于上述目的而銳意研究的結果是，本發(fā)明人在接觸側面的內周側沿著圓周方向分離而形成凹部且在它們之間配置有柱部的密封環(huán)中，通過在凹部的內周側設置內壁、及朝向內周面開口的油導入孔，而發(fā)現了摩擦力減少的情況，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的密封環(huán)安裝于在軸的外周面形成的軸槽，其特征在于，至少在密封環(huán)的接觸側面的內周側沿著圓周方向分離而形成多個凹部，在凹部的內周側設有內壁及朝向內周面開口的油導入孔。
[0015]發(fā)明效果
[0016]在本發(fā)明中，在密封環(huán)的接觸側面形成的凹部的內周側形成內壁，而且，設置朝向內周面開口的油導入孔。通過在凹部設置內壁，而將從油導入孔導入的油導向位于凹部的圓周方向前端的楔形的斜面。由此，升力起作用，在柱部形成有油膜，柱部浮起，并且促進油介入位于凹部的外周側的環(huán)狀的密封面，密封面接近于流體潤滑狀態(tài)，摩擦系數減少。而且，液壓作用于接觸側面的凹部，按壓載荷減少。通過這兩者的疊加效果，在本發(fā)明的密封環(huán)中，能夠有效地減少摩擦力。而且，在本發(fā)明的密封環(huán)中，接觸側面與環(huán)形槽側面以面進行接觸，因此也能夠抑制油的泄漏。如此，本發(fā)明的密封環(huán)同時具有低摩擦力及低泄漏這兩個特性，因此能夠有效地減少自動變速器的驅動損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示安裝有密封環(huán)的液壓回路的剖視圖。
[0018]圖2是表示專利文獻2記載的密封環(huán)的結構的俯視圖(A)、立體圖(B)、從內周面觀察凹部形狀看到的圓周方向的平移展開圖(C)、及表示專利文獻2記載的密封環(huán)安裝于環(huán)形槽的狀態(tài)的簡圖(D)。
[0019]圖3是表示本發(fā)明的密封環(huán)的一方式的立體圖(A)及表示另一方式的立體圖(B)。
[0020]圖4是表示本發(fā)明的密封環(huán)的另外兩方式的立體圖(A)、(B)、(A)的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像(C)、表示(A)、(B)的密封環(huán)的凹部形狀的立體圖(D)、以及從內周面觀察(D)的凹部形狀看到的圓周方向的平移展開圖(E)。
[0021]圖5是表示本發(fā)明的密封環(huán)的另一方式的立體圖(A)、(A)的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像(B)、表示(A)的密封環(huán)的凹部形狀的立體圖(C)、以及從內周面觀察(C)的凹部形狀看到的圓周方向的平移展開圖(D)。
[0022]圖6是表示本發(fā)明的密封環(huán)的接口的一方式的立體圖。
[0023]圖7是表示摩擦力測定裝置的簡圖。
[0024]圖8是表示實施例1?3的密封環(huán)的摩擦力測定結果的坐標圖。
[0025]圖9是表示實施例3及比較例I的密封環(huán)的轉速與摩擦力的關系的坐標圖。
[0026]圖10是實施例2 (A)、4?6 ((B)、(C)、(D))及比較例3 (E)的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像。
[0027]圖11是表示內壁的長度與摩擦力的關系的坐標圖。

【具體實施方式】
[0028]以下，關于本發(fā)明的密封環(huán)，參照附圖進行詳細說明。
[0029]圖3表示作為本發(fā)明的一方式的密封環(huán)的立體圖。圖3的凹部形狀與專利文獻2記載的凹部形狀、即圖2所示的凹部形狀基本相同。凹部6在密封環(huán)的至少接觸側面的內周側沿著圓周方向分離形成，在凹部6與凹部6之間配置有柱部7。如圖2(B)所示，凹部6包括:以密封環(huán)的軸向寬度(厚度)朝向內周方向變薄的方式設置的最深傾斜部51 ;位于最深傾斜部51的圓周方向兩側且朝向相鄰的柱部7的最內周側的點收斂的收斂部52。在這種凹部6形狀中，由于密封環(huán)的旋轉，而充滿在凹部6內的油被收斂部52擠入，因其楔形效果而沿著旋轉方向產生垂直的升力。而且，由于液壓作用于接觸側面?zhèn)鹊陌疾?，減少按壓載荷，因此摩擦力減少。
[0030]在圖2(B)的例子中，收斂部的傾斜面與密封環(huán)側面所成的角度即圖2(B)中的斜面角度Θ設定為16°，最深傾斜部52的深度h即收斂部52的內周端的軸向深度h設定為0.42mm。
[0031]在此，凹部6的個數(在I個密封環(huán)的單側的側面形成的凹部的個數)優(yōu)選為4個?16個，更優(yōu)選為8個?12個。而且，凹部6的圓周方向寬度優(yōu)選為柱部7的圓周方向寬度的8?50倍，收斂部52的圓周方向寬度(單側)優(yōu)選為最深傾斜部51的圓周方向寬度的1/50以上。
[0032]本發(fā)明的密封環(huán)的特征在于，在凹部6的內周側設有內壁8及朝向內周面12開口的油導入孔10。在圖3(A)中，內壁8從凹部6的圓周方向的兩端沿著內周端部延伸,在中央設有作為油導入孔10的開口部。通過在凹部6的內周側設置壁即設置內壁8，而抑制向凹部6導入、擠入的油的從楔斜面(收斂部)向內周面12的流動，借助楔剖面的深度和圓周方向的三維的節(jié)流效果，而作用有更大的升力。因此，在柱部7形成油膜且柱部7浮起，并且促進油介入位于凹部6的外周側的環(huán)狀的密封面，從而摩擦系數減少。而且，液壓作用于接觸側面的凹部6，按壓載荷減少。通過它們的疊加效果，摩擦力減少。在此，如本方式那樣將內壁8形成在凹部6的兩端即油導入口 10的兩側時，在設凹部6整體(最深傾斜部與收斂部的合計)的圓周方向長度為100的情況下，一方的內壁8的圓周方向長度優(yōu)選為20?45，在設凹部6整體的圓周方向長度為100的情況下，將兩側相加的內壁的長度優(yōu)選為40?90。在該范圍中，能得到更優(yōu)異的楔形效果，摩擦力進一步減少。
[0033]通過將具備內壁8及油導入孔10的凹部6形成在密封環(huán)的接觸側面而得到本發(fā)明的效果。然而，關于本方式的凹部6形狀，兩側相對于圓周方向中央為對稱形狀，因此考慮到工藝性時，優(yōu)選為在密封環(huán)的接觸側面及受壓側面這雙方設置凹部6，形成為兩側面均對稱而沒有方向性的結構。
[0034]在圖3(A)中，將內壁8設置在凹部6的兩端，但在圖3(B)中，僅在旋轉方向相反側的傾斜面(收斂部)的端部設置內壁8。在該方式中，通過使密封環(huán)向右旋轉，而油被擠入旋轉方向相反側(左側)的收斂部前端，產生升力(楔形效果)。楔形效果在旋轉方向相反側的收斂部產生，另一方面，在旋轉方向側，難以形成油膜，具有妨礙潤滑狀態(tài)的傾向。因此，僅在旋轉方向相反側設有內壁8的本結構中，能得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。
[0035]在此，僅在旋轉方向相反側設有內壁時，在設凹部整體的圓周方向長度為100的情況下，內壁的圓周方向長度優(yōu)選為5?95，更優(yōu)選為50?95。在該范圍中，能得到更優(yōu)異的楔形效果，摩擦力進一步減少。
[0036]在圖中，內壁8的軸向的高度設定為與密封環(huán)側面的高度大致相等，即，內壁8的前端面與未形成凹部6的側面設定成為同一平面。并且，在圖3(A)中，在凹部6的周方向的中央部設有未設置內壁8的部分，在圖3(B)中，在旋轉方向的端部設有未設置內壁8的部分，由此分別在內壁8之間、或內壁8與柱部7之間形成朝向內周面12開口的油導入孔10。然而，油導入孔10的結構并未限定于此，例如，可以在凹部6的圓周方向整個區(qū)域形成內壁8，將該軸向的高度設定成局部比密封環(huán)側面低，由此形成為油導入孔10。
[0037]內壁8的寬度即內壁8的徑向的長度并未特別限定，但為了得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果，在設密封環(huán)的徑向寬度為100的情況下，優(yōu)選為5?20。而且，通過朝向凹部6的前端增大內壁8的徑向寬度即減小凹部6的徑向寬度，收斂部前端不僅在深度方向即軸向，而且在徑向也成為前端逐漸變細的形狀，因此三維的節(jié)流效果進一步提高。因此，升力增加，摩擦力進一步減少。
[0038]圖4(A)及(B)表示本發(fā)明的另一方式的密封環(huán)的立體圖，圖4(C)表示圖4(A)的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像。本方式與圖3(A)及(B)的密封環(huán)在凹部形狀上不同。在圖4(D)及(E)中分別表示圖4(A)的密封環(huán)的沒有內壁的狀態(tài)的立體圖及從內周面觀察到的圓周方向的平移展開圖。需要說明的是，在以下的記載中，將上述展開圖中的直線部稱為平面或平坦面，將曲線部稱為曲面。在本方式中，如圖4 (E)所示，凹部6兩端通過由朝向柱部7呈凸狀的曲面、即在從內周面觀察到的圓周方向的平移展開圖(圖4(E))中向上呈凸狀的曲面形成的節(jié)流部20構成，而與柱部7連結。如此，柱部7與凹部6由平緩的傾斜曲面連結，因此通過設置內壁8，與圖3 (A)的凹部6形狀相比，節(jié)流效果進一步提高，因此升力增加，摩擦力進一步減少。而且，在本方式中，如圖4(E)所示，在凹部6的中央形成有與側面平行的凹部6最深部21,從最深部21的兩端朝向節(jié)流部20形成由朝向最深部21呈凸狀的曲面、即在圖4(E)中向下呈凸狀的曲面構成的斜面部22。并且，斜面部22與節(jié)流部20的交界也由平緩的曲面連結。通過將斜面部22形成為這種結構，能夠得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。然而，本發(fā)明的密封環(huán)的斜面部22并未限定為由這種曲面構成的結構，既可以形成為單獨平面，也可以形成為由平面和曲面構成的結構。
[0039]另外，在圖中，最深部21具有規(guī)定的圓周方向長度，由與側面平行的平坦面形成，但也可以形成為不設置平坦面的結構。即，也可以形成為如下的凹部6結構:凹部6的中央由包括最深部21并朝向最深部21呈凸形狀、即在圖4(E)中向下呈凸狀的I個曲面形成的斜面部22構成，通過由朝向柱部7呈凸狀、即在圖4(E)中向上呈凸狀的曲面形成的節(jié)流部20從該斜面部22的兩側連結到柱部7。但是，為了得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果，最深部21優(yōu)選由與側面平行的平坦面構成。這種情況下，在設I個凹部6的圓周方向寬度a為100的情況下,最深部的圓周方向的寬度b優(yōu)選為2?20,更優(yōu)選為8?16。
[0040]另外，在設凹部6單側的傾斜部的圓周方向寬度、即節(jié)流部20與斜面部22的圓周方向的寬度之和(c+d)為100的情況下，節(jié)流部20的R曲面的塌角長度(夕M長$ )c、即從凹部6前端到節(jié)流部20與斜面部22的交界為止的圓周方向寬度優(yōu)選為5?20。而且，在設凹部6的最深部的深度h(軸向的減退量)為100的情況下，節(jié)流部20的深度e、即節(jié)流部20與斜面部22的交界點的軸向的減退量優(yōu)選為超過O且20%以下。
[0041]凹部6的個數(在I個密封環(huán)的單側的側面形成的凹部的個數)優(yōu)選為4個?16個,更優(yōu)選為6個?10個。而且,凹部6的每I個的圓周方向寬度a優(yōu)選為柱部7的每I個的圓周方向寬度f的5?20倍。在設密封環(huán)的軸向寬度為100的情況下，凹部6深度h、即凹部6最深部21的軸向寬度h優(yōu)選為2?20，更優(yōu)選為5?10。
[0042]在圖4(D)的凹部6設有內壁8的本發(fā)明的密封環(huán)如圖4(A)及⑶所示。在圖4(A)的方式中，內壁8沿著內周端部從凹部6的圓周方向的兩端朝向凹部6的中央延伸,在凹部6的中央設有朝向內周面12開口的油導入孔10。通過在凹部6的內周側(端部)設置內壁8，能抑制擠入的油從楔斜面(節(jié)流部)向內周面12的流動，通過楔剖面的深度和圓周方向的三維的節(jié)流效果，而作用有更大的升力。因此，在柱部形成有油膜而柱部浮起的同時，促進油介入位于凹部6的外周側的環(huán)狀的密封面，摩擦系數減少。而且，液壓作用于接觸側面的凹部6，按壓載荷減少。通過它們的疊加效果，摩擦力進一步減少。在本方式的密封環(huán)中，柱部7與凹部6由成為平緩的傾斜的R形狀連結，因此通過設置內壁8，與圖3 (A)的密封環(huán)相比能進一步提高節(jié)流效果，因此升力增加，摩擦力進一步減少。在此，如本方式那樣將內壁8形成在凹部6的兩端、即油導入口 10的兩側時，在設I個凹部6的圓周方向長度為100的情況下,一方的內壁8的圓周方向長度優(yōu)選為20?45,在設凹部6整體的圓周方向長度為100的情況下，將兩側的內壁8相加的長度優(yōu)選為40?90。在該范圍中，能得到更優(yōu)異的楔形效果，摩擦力進一步減少。
[0043]通過將具備內壁8及油導入孔10的凹部6形成在密封環(huán)的接觸側面而得到本發(fā)明的效果。然而，關于本方式的凹部6形狀，兩側相對于圓周方向中央為對稱形狀，因此考慮到工藝性時，優(yōu)選為在密封環(huán)的接觸側面及受壓側面這雙方設置凹部6，形成為兩側面均對稱而沒有方向性的結構。
[0044]在圖4⑷中，將內壁8設置在凹部6的兩端，但也可以如圖4(B)所示，僅在旋轉方向相反側的傾斜面(節(jié)流部20)的端部設置內壁8。在這種結構中，通過使密封環(huán)向右旋轉，而油被擠入旋轉方向相反側(左側)的節(jié)流部20前端，產生升力(楔形效果)。如此，楔形效果在旋轉方向相反側的節(jié)流部20產生，另一方面，在旋轉方向側，難以形成斜面的油膜，具有潤滑狀態(tài)受到妨礙的傾向，因此僅在旋轉方向相反側設有內壁8的本方式中，摩擦力進一步減少。
[0045]在此，僅在旋轉方向相反側設有內壁時，在設凹部整體的圓周方向長度為100的情況下，內壁8的圓周方向長度優(yōu)選為5?95，更優(yōu)選為50?95。在該范圍中，能得到更優(yōu)異的楔形效果，摩擦力進一步減少。
[0046]在圖4(C)中表示圖4⑷的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像。在此，內壁8以從距凹部6端部為約4mm的部位朝向凹部前端而徑向寬度增大、即凹部的徑向寬度減小的方式以傾斜角度4°傾斜。而且，凹部6的外周側的密封面以朝向凹部6的前端部而徑向寬度增大、即凹部6的徑向寬度減小的方式以傾斜角度3°傾斜。如此在具有朝向前端部而徑向寬度減小而且軸向寬度減小(深度變淺)的前端逐漸變細形狀的凹部6的本方式的密封環(huán)中，三維的節(jié)流效果進一步提高。因此，升力增加，摩擦力進一步減少。需要說明的是，在本方式中，凹部6的前端由曲面形成。
[0047]在圖4(A)及(B)中，內壁8的軸向的高度設定成與側面的高度大致相等，S卩，以內壁8的前端面與未形成凹部6的側面成為同一平面的方式設定。并且，通過將內壁8沿著圓周方向不連續(xù)地配置，而在圖4(A)中在內壁8之間、在圖4(B)中在內壁8與柱部7之間，形成有朝向內周面12開口的油導入孔10。然而，油導入孔10的結構并未限定于此，例如，也可以在凹部6的圓周方向整個區(qū)域形成內壁8，將內壁8的軸向的高度設計成局部性地比密封環(huán)側面低，由此形成油導入孔10。
[0048]在圖5(A)中表不本發(fā)明的密封環(huán)的又一方式的立體圖，在圖5(B)中表不圖5(A)的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像。而且，在圖5(C)及(D)中分別表示圖5(A)的密封環(huán)的沒有內壁的結構的立體圖、及從內周面觀察到的圓周方向的平移展開圖。本方式與圖3及圖4的方式在凹部形狀上不同。在本方式中，如圖5(D)所示，凹部6的一側的端部通過由朝向柱部7呈凸狀的曲面、即在從內周面觀察到的圓周方向的平移展開圖(圖5(D))中向上呈凸狀的曲面形成的節(jié)流部20構成，而與柱部7連結。另一方面，凹部6的另一端由陡峭的傾斜面23從最深部21連結到柱部7。本方式的密封環(huán)中，具有節(jié)流部20的平緩的傾斜面配置在旋轉方向相反側，陡峭的傾斜面23配置在旋轉方向側。因此，通過使密封環(huán)旋轉，而將油擠入旋轉方向相反側的節(jié)流部20前端，產生升力(楔形效果)，摩擦力減少。并且，在本方式中，凹部6由平緩的傾斜曲面與柱部7連結，因此如圖5 (A)所示，通過設置內壁8，節(jié)流效果提高，因此升力增加，摩擦力進一步減少。而且，在本方式中，凹部6的旋轉方向側的端部由陡峭的傾斜面23構成。即，無法期待楔形效果的旋轉方向側的斜面極力減少，形成為大部分由具有楔形效果的斜面構成的凹部6結構，由此能夠使楔形效果進一步提高，并減少摩擦力。通過減少不起楔形效果的斜面的面積而能得到摩擦力減少效果，但旋轉方向側的傾斜面23的傾斜角度Θ、即傾斜面23與密封環(huán)側面所成的角度考慮到脫模性等時優(yōu)選為8°?45°。
[0049]在圖5(D)中，最深部21具有規(guī)定的圓周方向長度b，由與側面平行的平坦面形成。并且，從旋轉方向相反側的最深部21的一方的端部朝向節(jié)流部20，形成有由朝向最深部21呈凸形狀、即在圖5(D)中向下呈凸狀的曲面構成的斜面部22。并且，斜面部22與節(jié)流部20的交界也由平緩的曲面連結。通過將斜面部22形成為這種結構，能夠得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。然而，本發(fā)明的密封環(huán)的斜面部22并未限定為這種曲面，既可以為單獨平面，也可以形成為由平面和曲面構成的結構。
[0050]另外，在圖中，最深部21具有規(guī)定的圓周方向長度b，由與側面平行的平坦面形成，但也可以形成為未設置平坦面的結構。例如，也可以形成為如下的凹部6結構:由朝向柱部7呈凸狀、即在圖5(D)中向上呈凸狀的曲面從旋轉方向相反側的凹部6的前端形成到節(jié)流部20與斜面部22的交界，通過由朝向最深部21呈凸形狀、即在圖5 (D)中向下呈凸狀的I個曲面構成的斜面部22從節(jié)流部20與斜面部22的交界形成到最深部21，在到達了最深部21之后、即通過陡峭的傾斜面23，而與柱部7連結。但是，為了得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果，最深部21優(yōu)選由與側面平行的平坦面構成。這種情況下，在設I個凹部6的圓周方向寬度a為100時，最深部21的圓周方向的寬度b優(yōu)選為2?20，更優(yōu)選為8?16。
[0051]另外，設由節(jié)流部20和斜面部22構成的旋轉方向相反側的傾斜部的圓周方向寬度之和(c+d)為100的情況下，節(jié)流部20的R曲面的塌角長度C、即從凹部6前端到節(jié)流部20與斜面部22的交界為止的圓周方向寬度優(yōu)選為5?20。而且，在設凹部6的最深部21的深度h(軸向的減退量)為100時，節(jié)流部20的深度e、即節(jié)流部20與斜面部22的交界的軸向的減退量優(yōu)選為超過O且20以下。
[0052]凹部6的個數(在I個密封環(huán)的單側的側面上形成的凹部的個數)取決于密封環(huán)的尺寸，但在外徑(稱為直徑)為20?70mm左右的密封環(huán)中，優(yōu)選為4個?16個。而且，凹部6的每I個的圓周方向寬度a優(yōu)選為柱部7的每I個的圓周方向寬度f的5?20倍。在設密封環(huán)的軸向寬度為100的情況下，凹部6深度h、即凹部6最深部21的軸向減退量優(yōu)選為2?20，更優(yōu)選為4?10。
[0053]在圖5(C)的凹部6設有內壁8的本發(fā)明的密封環(huán)如圖5(A)所示。在圖5(A)的方式中，內壁8從由節(jié)流部20和斜面部22構成的傾斜部側的前端沿著內周端部在圓周方向上延伸，在凹部6的旋轉方向側設有朝向內周面12開口的油導入孔10。通過在凹部6的內周側(端部)設置內壁8，抑制擠入的油從楔斜面(收斂部)向內周面12的流動，通過楔剖面的深度和圓周方向的三維的節(jié)流效果，作用有更大的升力。因此，在柱部7形成油膜而柱部7浮起的同時，促進油介入位于凹部6的外周側的環(huán)狀的密封面，密封面轉移到流體潤滑狀態(tài)，摩擦系數減少。而且，液壓作用于接觸側面的凹部6，按壓載荷減少。通過它們的疊加效果，摩擦力進一步減少。在本方式的密封環(huán)中，對于凹部6的旋轉方向相反側，柱部7和凹部6由平緩傾斜的R形狀連結，因此通過設置內壁8，相比圖3 (A)的密封環(huán)能進一步促進潤滑化，摩擦系數減少，因此摩擦力進一步減少。
[0054]另外，在本方式中，僅在旋轉方向相反側的傾斜面設置內壁8。通過使密封環(huán)向右旋轉，油被擠入旋轉方向相反側(左側)的節(jié)流部前端，產生升力(楔形效果)。如此，楔形效果由旋轉方向相反側的節(jié)流部20產生，另一方面，在旋轉方向側，難以形成斜面的油膜，具有潤滑狀態(tài)受妨礙的傾向，因此通過僅在旋轉方向相反側設置內壁，摩擦力進一步減少。而且，本方式的凹部6極力減少無法期待楔形效果的旋轉方向側的斜面，大部分由具有楔形效果的斜面構成，因此通過設置內壁8，楔形效果進一步提高，能夠減少摩擦力。
[0055]在設I個凹部6的圓周方向長度為100的情況下，內壁8的圓周方向長度優(yōu)選為5?95，更優(yōu)選為50?95。在該范圍中，能得到更優(yōu)異的楔形效果，摩擦力進一步減少。
[0056]在圖5(B)中表示圖5⑷的密封環(huán)的接觸側面的掃描圖像。在此，內壁8以從距通過凹部6的節(jié)流部20及斜面部22構成的傾斜部側的前端為約4.5mm的部位朝向凹部6前端而徑向寬度增大、即凹部6的徑向寬度減小的方式以傾斜角度4°傾斜。而且，凹部6的外周側的密封面以朝向凹部6的前端部而徑向寬度增大、即凹部6的徑向寬度減小的方式以傾斜角度3°傾斜。如此，在本方式的密封環(huán)中，由于具有朝向前端部而徑向寬度減小而且軸向寬度也減小(深度變淺)的前端逐漸變細形狀的凹部6，因此三維的節(jié)流效果進一步提高。因此，升力增加，成為流體潤滑，摩擦力進一步減少。需要說明的是，在本方式中，凹部6的前端由曲面形成。
[0057]在圖中，內壁8的軸向的高度設定成與側面的高度大致相等，即，以內壁8的前端面與未形成凹部6的側面成為同一平面的方式設定。并且，內壁8配置在凹部6的圓周方向的局部(旋轉方向相反側)，在內壁8與柱部7之間形成有朝向內周面12開口的油導入孔10。然而，油導入孔10的結構并未限定于此，也可以在凹部6的圓周方向整體上形成內壁8，將軸向的高度形成為局部比密封環(huán)側面低，由此形成為油導入孔。
[0058]本發(fā)明的密封環(huán)考慮安裝性而設置接口，但接口形狀并未特別限定，除了直角(直線)接口、傾斜(角)接口、帶臺階(階梯)接口之外，還可以采用雙角接口、雙切接口、及圖6所示的三層階梯接口等。為了隔斷油向接口間隙部的流通，并提高密封性，而優(yōu)選為雙角接口、雙切接口及三層階梯接口。
[0059]本發(fā)明的密封環(huán)的材料并未特別限定，除了使用聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)等之外，還可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、改性聚四氟乙烯、乙烯四氟乙烯(ETFE)等氟系樹脂等。通常，優(yōu)選使用在所述樹脂中填充了碳粉末或碳纖維等添加劑后的材料。
[0060]本發(fā)明的密封環(huán)的制造方法并未特別限定，但在作為密封環(huán)材料使用PEEK、PPS、PI等熱塑性樹脂時，優(yōu)選通過注塑成形進行制造。通過使用注塑成形用模具，能夠容易地制造具有復雜的內壁結構的密封環(huán)。而且，在使用氟樹脂時，可以在壓縮成型后通過機械加工來制造。
[0061]實施例
[0062]通過以下的實施例，更詳細地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并未限定為這些例子。
[0063](實施例1)
[0064]使用添加了碳纖維后的PEEK材料，通過注塑成形，制作了具有圖3(A)所示的結構的凹部形狀的密封環(huán)。在此，凹部的斜面角度Θ為16°，最深傾斜部52的深度h為0.42mm，在接觸側面形成了8個凹部。從各個凹部的圓周方向的前端部朝向中央沿著內周端設置寬度0.3mm且圓周方向長度為單側1mm的內壁,在中央形成了圓周方向長度為3mm的油導入孔。需要說明的是，密封環(huán)的外徑(稱為直徑)為67mm，厚度(徑向寬度)為2.3mm，寬度(軸向寬度)為2.32mm,接口為圖6所示的三層階梯接口。
[0065](實施例2)
[0066]使用添加了碳纖維后的PEEK材料，通過注塑成形，制作了具有圖4(A)所示的結構的凹部形狀的密封環(huán)。在此，形成了 8個節(jié)流部的曲率為R40且最深部的深度為0.22mm的凹部。從各個凹部的兩側朝向中央沿著內周端，設置寬度0.3mm且圓周方向長度為單側1mm的內壁，在中央形成了圓周方向長度3_的油導入孔。需要說明的是，密封環(huán)的外徑(稱為直徑)為67mm，厚度(徑向寬度)為2.3mm，寬度(軸向寬度)為2.32mm，接口為圖6所示的三層階梯接口。
[0067](實施例3)
[0068]使用添加了碳纖維后的PEEK材料，通過注塑成形，制作了具有圖5(A)所示的結構的凹部形狀的密封環(huán)。在此，形成了 8個節(jié)流部的曲率為RlOO且最深部的深度為0.15mm的凹部。從各個凹部的旋轉方向相反側沿著內周端，設置寬度0.3mm且圓周方向長度20mm的內壁，在旋轉方向側形成了圓周方向長度2mm的油導入孔。需要說明的是，密封環(huán)的外徑(稱為直徑)為67mm，厚度(徑向寬度)為2.3mm，寬度(軸向寬度)為2.32mm，接口為圖6所示的三層階梯接口。
[0069](摩擦力及漏油量的測定)
[0070]如圖7所示，將實施例1?3的密封環(huán)安裝于在設有液壓回路的固定軸(S45C制)的外周面上形成的軸槽，并設置于試驗裝置。接下來，安裝殼體(S45C制)，以轉速2000rpm使其旋轉，根據安裝于試驗裝置的轉矩檢測器，檢測出轉矩?損失。而且同時測定了油的泄漏量。需要說明的是，在此，油使用自動變速器流體(ATF)，油溫80°C，液壓0.8MPa。作為比較，對于與實施例1同樣的凹部形狀且不具有內壁的結構的密封環(huán)(比較例I)、及以從外周側朝向內周側而軸向寬度減小的方式使兩側面以傾斜角度5度傾斜的剖面梯形的密封環(huán)(比較例2)，也同樣地測定了摩擦力及漏油量。
[0071]圖8表示測定了實施例1?3的密封環(huán)的摩擦力后的結果。在此，在設與實施例1為同樣的凹部形狀且不具有內壁的比較例I的密封環(huán)的摩擦力為100的情況下，縱軸由相對值表示。與比較例I相比，在實施例1中，摩擦力減少10%左右，確認了設置內壁引起的摩擦力減少效果。而且，在實施例2中可知，摩擦力進一步減少，能得到比實施例1更優(yōu)異的摩擦力減少效果。
[0072]這可以認為是因為，在實施例2中，凹部的端部由朝向柱部呈凸狀的曲面構成，柱部與凹部由平緩傾斜角度連結，因此通過設置內壁，將油更有效地擠入凹部的前端，升力增力口，在柱部容易形成油膜，密封面實現潤滑化，摩擦系數減少。在實施例3中，與比較例I相t匕，摩擦力減少接近40%，與實施例1及2相比，能得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。圖9表示對于實施例3的密封環(huán),在100rpm?4000rpm之間改變轉速而測定了摩擦力后的結果。作為比較，對于比較例I的密封環(huán)也同樣地測定了摩擦力后的結果如圖9所示。在此，在設比較例I的密封環(huán)的100rpm時的摩擦力為100的情況下，縱軸由相對值表示。從圖9確認了在以往的比較例I的密封環(huán)中，伴隨著轉速的增加而摩擦力增加，相對于此，在本發(fā)明的實施例3的密封環(huán)中，具有當轉速增加時摩擦力減少的傾向。這可以認為是由于在實施例3的密封環(huán)中，油的節(jié)流效果優(yōu)異，僅在容易形成油膜的旋轉方向相反側形成具有楔形效果的平緩的斜面，且設置了內壁，因此不會受到旋轉方向側的潤滑妨礙的影響，而升力有效地作用，由柱部形成的油膜變厚，由此轉移到流體潤滑。在流體潤滑狀態(tài)下，伴隨著轉速的增加而升力及油膜厚度增加，因此推測為摩擦力減少。
[0073]需要說明的是，實施例1?3的密封環(huán)的摩擦力成為剖面梯形的比較例2的密封環(huán)的摩擦力以下的值。由此，根據本發(fā)明可知，能夠實現摩擦力減少程度為以往的低摩擦力規(guī)格的密封環(huán)以上的摩擦力減少。
[0074]在設比較例I的密封環(huán)的消除面積為100的情況下，實施例1?3的密封環(huán)的消除面積分別為83.5,78.2及80.4，與比較例I相比，為20%左右的小值。消除面積是指作為積油部的凹部的平面圖像產生的二次面積、即投影面積，僅凹部著色，通過圖像處理而算出。通常，消除面積越大，即液壓作用的面積越大，壓回力作為反壓越大，因此受壓載荷減少，摩擦力減少。然而，確認了通過采用本發(fā)明的內壁，能夠通過更小的消除面積減少摩擦力。這可以認為是因為在本發(fā)明的密封環(huán)中，摩擦力減少效果與依賴于按壓載荷的減少相t匕，較大地依賴于滑動面的潤滑化對摩擦系數的減少。如此，在能夠通過更小的消除面積減少摩擦力的本發(fā)明的密封環(huán)中，與較大地依賴于消除面積的以往的密封環(huán)相比，能提高極限特性或減少磨損量。
[0075]實施例1?3的密封環(huán)的漏油量大幅減少為剖面梯形的比較例2的漏油量的1/3左右，確認了本發(fā)明的密封環(huán)也具有優(yōu)異的低泄漏特性。
[0076](實施例4?6)
[0077]制作了除了如圖10所示僅在旋轉方向相反側設有圓周方向長度分別為1mm⑶、6.6mm (C)、3.3mm⑶的內壁以外而與實施例2同樣的結構的密封環(huán)(實施例4、5及6)。需要說明的是，在此，凹部的圓周方向長度為23mm，因此實施例4、5及6的內壁的圓周方向長度分別相當于凹部的圓周方向長度的43%、29%及14%。關于各個密封環(huán)，與實施例1同樣地測定了摩擦力。而且，作為比較，對于為與實施例2同樣的凹部形狀且未設置內壁的結構的密封環(huán)，同樣地測定了摩擦力(比較例3)。
[0078]圖11表示內壁的長度與摩擦力的關系。在此，關于內壁的長度，在設凹部的圓周方向長度為100的情況下，以相對值表示各個內壁的長度，關于摩擦力，在設沒有內壁的比較例3的摩擦力為100的情況下，以相對值表示各個摩擦力。而且，在凹部的兩側設置了內壁的實施例2的值也同樣地如圖11所示。與沒有內壁的比較例3相比，在兩側設有內壁的實施例2及僅在單側(旋轉方向相反側)設有內壁的實施例4?6中均確認了摩擦力減少效果。在此，與在凹部的兩側設有內壁的實施例2相比，在僅旋轉方向相反側設有內壁的實施例4?6中,確認了摩擦力進一步減少的情況。
[0079]這可以認為是因為，僅在因楔形而作用的升力大的旋轉方向相反側設置內壁，在因楔形而作用的升力小、難以形成斜面的油膜而具有妨礙潤滑狀態(tài)的傾向的旋轉方向側未設置內壁，由此密封面被潤滑化?？芍獌H將內壁設置在旋轉方向相反側的情況下，設凹部的圓周方向長度為100時，通過使內壁的圓周方向長度為5?95，優(yōu)選為50?95，而能得到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。如前述那樣，通常通過使消除面積增加，而增加消除載荷，從而受壓載荷減少且摩擦力減少。然而，在本發(fā)明的密封環(huán)中，通過延長內壁、即減小消除面積，能確認到更優(yōu)異的摩擦力減少效果。這可以認為是由于通過設置了內壁，能抑制油向內周面的流出，將油高效地向節(jié)流部的傾斜面引導。因此，當密封環(huán)旋轉時，作用有更大的升力，在柱部容易形成油膜?？梢哉J為，通過該柱部的油膜形成，密封環(huán)的內周側浮起，也促進油介入位于凹部的外周側的環(huán)狀的密封面，滑動面轉移到流體潤滑，因此摩擦系數減少，能得到大的摩擦力減少效果。
[0080]標號說明
[0081]I 密封環(huán)
[0082]2 軸(shaft)
[0083]3 液壓通路
[0084]4 軸槽
[0085]5 殼體
[0086]6 凹部(凹槽)
[0087]7 柱部
[0088]8 內壁
[0089]10油導入孔
[0090]11受壓側面
[0091]12 內周面
[0092]14接觸側面
[0093]20節(jié)流部
[0094]21最深部
[0095]22斜面部
[0096]51最深傾斜部
[0097]52收斂部
[0098]60升力
[0099]61消除壓
【權利要求】
1.一種密封環(huán)，安裝于在軸的外周面上形成的軸槽，至少在與所述軸槽接觸的側面的內周側具備沿圓周方向分開地形成的多個凹部和配置于所述凹部之間的柱部，所述密封環(huán)的特征在于， 所述凹部由軸向寬度最大的最深部及位于所述最深部的圓周方向兩側的兩個傾斜部構成，位于旋轉方向相反側的傾斜部和相鄰的柱部由朝向柱部呈凸狀的曲面連結。
2.根據權利要求1所述的密封環(huán)，其特征在于， 在設密封環(huán)的軸向寬度為100的情況下，所述最深部的軸方向的軸向減退量為2?20。
3.根據權利要求1或2所述的密封環(huán)，其特征在于， 所述凹部的圓周方向寬度為所述柱部每I個的圓周方向寬度的5?20倍。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的密封環(huán)，其特征在于， 在所述密封環(huán)的與軸槽接觸的側面形成的凹部的個數為4?16個。
5.根據權利要求1?4中任一項所述的密封環(huán)，其特征在于， 在所述凹部的旋轉方向相反側的內周側設置內壁。
6.根據權利要求1?5中任一項所述的密封環(huán),其特征在于， 所述旋轉方向相反側的傾斜部僅在圓周方向傾斜。
7.根據權利要求1?6中任一項所述的密封環(huán)，其特征在于， 所述最深部為與所述側面平行的平坦面。
8.根據權利要求1?7中任一項所述的密封環(huán)，其特征在于， 位于旋轉方向相反側的傾斜部和相鄰的柱部由朝向柱部且僅在圓周方向呈凸狀的曲面連結。
9.根據權利要求1?8中任一項所述的密封環(huán)，其特征在于， 旋轉方向側的傾斜部的圓周方向寬度小于旋轉方向相反側的傾斜部的圓周方向寬度。
【文檔編號】F16H57/029GK104358878SQ201410460746
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2011年6月22日 優(yōu)先權日:2010年6月23日
【發(fā)明者】永井純也, 柴野知哉, 齊藤美香 申請人:株式會社理研