密封环的制作方法

本发明涉及在自动变速器(以下记为AT)或无级变速器(以下记为CVT)等利用了液压工作油等流体的流体压力的设备中，为了将该流体密封而使用的密封环。

背景技术：

在AT、CVT等设备中，用于将工作油密封的油密封环被安装在重要位置。例如，安装在设置于旋转轴的一对分离的环状槽中，并用两密封环的侧面和内周面承接从位于两环状槽之间的油路供给的工作油，并用相反侧的侧面和外周面将环状槽的侧壁和壳体内周面密封，所述旋转轴插通于壳体的轴孔。密封环上的各密封面分别与环状槽的侧壁、壳体内周面滑动接触，并且保持两密封环之间的工作油的液压。这样的密封环被要求摩擦损失较少且具有足够的油密封性。特别是近年来，燃料效率提高被视为重要的课题，在AT、CVT等设备中，期望在维持良好的密封性的同时进一步提高低转矩性。

以往，作为这样的密封环，提出了图9所示那样的专利文献1的密封环。图9是该密封环的局部切口图。如图9所示，在该密封环中，在环的滑动面21上形成导入流体的流路，所述流体成为密封对象，在该流路的中途设置突出部23(突出部的两侧为凹部22)，使动压产生以减轻滑动面之间的表面压力。

另外，提出了图10所示那样的专利文献2的密封环。图10是表示该密封环安装于环状槽的状态的图。如图10所示，该密封环安装于环状槽31，在滑动面32的非抵接部33侧的端部，设置有将该端部的边缘部分地切除而构成的弧形凹部34。

此外，作为具有低转矩性及低磨损性的密封环，提出了将环侧面整体设为规定角度的锥面(倾斜面)而成的密封环(参照专利文献3)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1∶日本特开平8-121603号公报

专利文献2：日本特开2008-275052号公报

专利文献3：日本特开2013-155846号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，虽然专利文献1的密封环能够期待由高速旋转时的动压带来的油膜形成效果，但低速旋转时的油膜形成效果几乎不会出现。因此，在低速旋转时，油不能够在密封面(滑动面21中的与环状槽实际上相对滑动的部分)上形成油膜，无助于降低转矩和减少磨损。其原因可认为是：突出部23的顶点与密封环的滑动面21相比进入内侧，在低速旋转时，进入到了凹部22(润滑槽)的油会越过突出部23而流入相邻的凹部22。

另外，专利文献2的密封环容易向滑动面32导入油，从低速旋转到高速旋转滑动面32上的油膜形成性优异，低转矩性优异。但是，与此相反，不能将滑动面32上的弧形凹部34的面积取较大值，滑动面积的减少受到限制。特别是在安装有密封环的旋转轴的偏芯较大的情况下，不能将凹部的面积取较大值。

专利文献3的密封环设为具有倾斜的环侧面，与在环侧面设置有凹部(槽)的密封环相比滑动面积变小，所以运转初期的转矩较低。但是，当磨损推进时，转矩有可能变高。另外，关于专利文献2这样的具有弧形凹部的密封环，由于当磨损推进时滑动面积较大地增加，所以转矩也有可能变高。

本发明为了应对这样的问题而做出，其目的在于提供一种能够长期维持优异的低转矩性的密封环。

用于解决问题的手段

本发明的密封环安装于在壳体和旋转轴中的一方部件上设置的环状槽，所述壳体具有轴孔，所述旋转轴插通于所述轴孔，所述密封环从该环状槽部分地突出而与所述壳体和所述旋转轴中的另一方部件的表面接触，并且与所述环状槽的非密封流体侧的侧壁面滑动自如地接触，从而将这些部件之间的环状间隙密封，所述密封环的特征在于，至少在所述密封环的成为与所述侧壁面滑动的滑动面的环侧面，所述密封环的该环侧面的外径侧是设置有环宽度从外径侧朝向内径侧变小的倾斜角的倾斜面，在该环侧面的内径侧的不从所述环状槽突出的部位具有凹部，所述凹部是与所述侧壁面不接触的不接触部并且与环内周面连通。

其特征在于，所述倾斜面的倾斜角是相对于与密封环的轴心方向垂直的面成1.5度～5度的范围的角度。

其特征在于，所述凹部是沿着环周向的V形的凹部。另外，其特征在于，所述凹部的相距所述滑动面的深度，在该凹部的环周向上的端部以外具有最深部，从该最深部朝向环周向上的两端部变浅，在环径向上恒定。另外，其特征在于，所述凹部的环周向上的端部与所述滑动面的边界部相对于所述滑动面形成为陡坡度。

其特征在于，在环周向上分离地设置多个所述凹部。

其特征在于，所述凹部的外径侧的开口尺寸比内径侧的开口尺寸大。

发明效果

由于本发明的密封环在环侧面进行初期滑动的外径侧是倾斜面(锥面)，所以滑动面积变小。另外，由于在上述环侧面的内径侧的不从环状槽突出的部位具有凹部，所述凹部是与该环状槽的侧壁面不接触的不接触部并且与环内周面连通，所以在抑制作为密封流体的工作油等泄漏到壳体与旋转轴的间隙的同时，工作油等容易经由该凹部适当地流出到滑动面。因此，在运转初期成为低转矩。并且，由于内径侧的滑动面积因形成有上述凹部而较小，也有由上述凹部带来的油向滑动面流出的油流出作用，所以即使在随着时间的经过而导致外径侧的倾斜面的磨损推进了的情况下，也能够防止转矩变高。其结果是，能够长期维持优异的低转矩性。

由于环侧面外径侧的倾斜面的倾斜角是相对于与密封环的轴心方向垂直的面成1.5度～5度的范围的角度，所以密封性、低转矩性以及低磨损性综合来看比较优异。

由于凹部的相距滑动面的深度在该凹部的环周向上的端部以外具有最深部，从该最深部朝向环周向上的两端部变浅，在环径向上恒定，所以作为密封流体的工作油等容易流出到相邻的凹部彼此之间的滑动面(环侧面)，具有足够的低转矩性。

由于凹部的环周向上的端部与滑动面的边界部相对于滑动面形成为陡坡度，所以即使在滑动面磨损的情况下，凹部的开口面积的减少也较小，难以产生转矩的变化。

流入到了凹部的工作油等由于密封环与旋转轴的相对旋转而从凹部内流出到滑动面。此时，通过使凹部的外径侧的开口尺寸比凹部的内径侧的开口尺寸大，从而能够使更多的工作油等流出到滑动面，可以发挥足够的低转矩性。

附图说明

图1是表示本发明的密封环的一例的立体图和剖视图。

图2是表示将图1的密封环装入环状槽的状态的剖视图。

图3是从环内径侧观察密封环的一部分的图。

图4是图3中的B部的放大图。

图5是表示边界部的一例的剖视图。

图6是表示V形的凹部的其他实施方式的图。

图7是密封环的试验机的概略图。

图8是表示环侧面磨损量与旋转转矩的关系的图。

图9是表示以往的密封环的一例的图。

图10是表示以往的密封环的另一例的图。

具体实施方式

本发明的密封环具有如下特征：其环侧面是由(1)作为倾斜面的外径侧和(2)具有规定的凹部的内径侧构成的构造。

基于图1和图2说明本发明的密封环的一例。图1(a)表示密封环的立体图，图1(b)表示图1(a)的密封环的局部放大剖视图，图2表示将该密封环装入液压装置的环状槽的状态下的剖视图。如图1(a)和(b)所示，密封环1是具有一处接合部4且截面为大致矩形的环状体。环的两侧面2的外径侧2a是设置有环宽度从外径侧朝向内径侧变小的倾斜角的倾斜面(锥面)。环的两侧面2的内径侧2b具有与环内周面1b连通的凹部3。凹部3是沿着环周向的V形的凹部，在环周向上分离地设置有多个。此外，环内周面1b和环的两侧面2(包括凹部3)的角部可以设置有直线状、曲线状的倒角，在用注射成形制造密封环的情况下，可以在该部分设置成为从模具突出的突出部分的台阶部1c。

如图2所示，密封环1安装在环状槽6a中，所述环状槽6a设置于旋转轴6，所述旋转轴6插通于壳体5的轴孔5a。图中的箭头是来自工作油的压力施加的方向，图中右侧是非密封流体侧。密封环1用图中右侧的环侧面2与环状槽6a的非密封流体侧的侧壁面6b滑动自如地接触。另外，用其外周面1a与轴孔5a的内周面接触。利用该密封构造，将旋转轴6与轴孔5a之间的环状间隙密封。此外，也同样能够应用于环状槽不是设置在旋转轴侧，而是设置在壳体侧的结构。另外，工作油适当使用与用途对应的种类。在本发明中，主要假定油温为30～150℃左右，液压为0.5～3.0MPa左右，旋转轴的转速为1000～7000rpm左右这样的条件。

密封环1是具有一处接合部4(参照图1)的切割型的环，通过弹性变形而扩径并安装在环状槽6a中。由于密封环1具有接合部4，所以在使用时因工作油的液压而扩径，外周面1a与轴孔5a的内周面紧贴。关于接合部4的形状，也能够设为直线切割(straight cut)型、斜角切割(angle cut)型等，但由于密封性优异，因此优选采用图1(a)所示的复合阶梯(step)切割型。

详细说明环侧面2中的(1)作为倾斜面的外径侧2a。

如图1(b)所示，环的两侧面2的外径侧2a是设置有环宽度从外径侧朝向内径侧变小的倾斜角的倾斜面(锥面)。作为该倾斜角α，优选的是，相对于与密封环的轴心方向垂直的面7，设为1.5度～5度的范围的角度。更优选1.5度～3度。当倾斜角α小于1.5度时，有可能不能得到足够的转矩减少。另外，当倾斜角α超过5度时，有可能导致油泄漏急剧地变多。

虽然倾斜角α至少设定在与环状槽的侧壁面接触的一侧的环侧面2上的外径侧2a即可(参照图2)，但由于无需管理向安装槽的装入方向，因此，如图1(b)等所示，优选设为密封环1的两侧面均具有相同的规定倾斜角α的左右对称的倾斜面。另外，为了排出车刀加工时产生的切屑，或因研磨时的塌边(日文：ダレ)等，图2所示的环状槽6a的侧壁面6b有时会成为从垂直于旋转轴方向的面稍微倾斜(1度左右)的倾斜面。在该情况下也能够应用本发明的密封环。本发明的特别优选的方案是环状槽6a的侧壁面6b与旋转轴方向垂直的面(无倾斜)的情况。

如图2所示，环外周面1a是与密封环1的轴心方向和作为滑动对象的壳体5的轴孔5a的内周面平行的面。该外周面1a相对于与密封环的轴心方向垂直的面成为垂直的面。由于环外周面1a是没有轴向的倾斜且平行地沿着轴孔5a的内周面的形状，所以即使在该内周面与环外周面1a滑动接触这样的情况下，各自也难以磨损。另外，由于环外周面1a是与壳体5的轴孔5a的内周面平行的面，且两个面紧密接触，所以在环状槽内的密封环的姿势得以保持而不会发生倾斜等。其结果是，能够将环侧面外径侧2a的倾斜面相对于环状槽6a的侧壁面6b的位置关系(倾斜角)维持为恒定，能够长期维持低转矩性等。

详细说明环侧面2中的(2)具有规定的凹部3的内径侧2b。

在图1和图2所示的形态的密封环1中，一方的环侧面2成为与环状槽6a的侧壁面6b滑动的滑动面，在该环侧面2的内径侧2b，形成有成为与该侧壁面不接触的不接触部的V形的凹部3。通过设置凹部3，作为密封流体的工作油等容易经由该凹部适当地流出到滑动面。详细而言，如图1(a)所示，由于相邻的凹部彼此之间的滑动面X与凹部的边界部成为连续的形状，凹部的外径侧的滑动面Y与凹部的边界部成为不连续的形状(台阶)，所以工作油等容易流出到滑动面X，与滑动面X相比难以流出到滑动面Y。在此，滑动面Y是环侧面2的外径侧2a的倾斜面。通过使作为密封流体的工作油等流出到滑动面X、Y，能够在该滑动面上形成油膜，能实现转矩和磨损的减少。另外，通过利用不连续的台阶来部分抑制向外径侧的倾斜面(滑动面Y)的流出，从而带来低漏油性。

优选的是，环侧面内径侧2b的凹部以外的部分、即内径侧2b的相邻的凹部彼此之间的面(滑动面X)设为从外径侧2a的倾斜面的内径侧端部起连接的非倾斜面(与密封环的轴心方向垂直的面)。从该内径侧2b的面(滑动面X)观察，凹部3为凹陷的形状。

虽然凹部至少形成在成为滑动面的环侧面即可，但与上述外径侧的倾斜面同样地，由于无需管理向安装槽的装入方向等原因，所以如图1(b)等所示，优选对称地形成于密封环1的两侧面。

另外，如图1所示，优选的是，在环周向上分离地设置多个凹部3。相邻的凹部彼此之间的环侧面2构成内径侧2b的滑动面X。在使用时，能够在该相邻的凹部彼此之间的滑动面上形成油膜，能实现转矩和磨损的减少。优选的是，凹部中的每一个在环周向上的长度根据个数的不同，设为环整周的约3～20％。另外，由于滑动特性稳定，因此，优选的是，凹部全部设为相同的尺寸，以大致等间隔分离地设置多个(在图1中为单面12个)。

基于图3详细说明V形的凹部。图3是从环内径侧观察本发明的密封环的一部分(图1的A部)的图。此外，省略了环侧面外径侧的倾斜面。如图3所示，凹部3是沿着环周向的V形。环侧面内径侧2b的一方是与环状槽滑动的滑动面X。凹部3的相距滑动面X的深度在凹部3的环周向上的端部以外具有最深部3c，从最深部3c朝向环周向上的两端部变浅。即，在环周向上，越是接近滑动面X的区域越浅。另外，凹部3的相距滑动面X的深度在环径向上恒定。在图1和图3所示的例子中，凹部3的底面由从滑动面X朝向宽度方向中央侧沿着环周向倾斜的平面3a和平面3b构成。

在图1和图3所示的例子中，最深部3c的位置为凹部3的环周向上的中央位置，但不特别限定于此。另外，在这些例子中，凹部3的底面由沿着环周向倾斜的平面3a和平面3b构成，但也可以不是由平面构成，而是由曲面构成。另外，凹部3的最深部3c的形状除了单纯地连结平面3a和平面3b而成的V形之外，也可以设为曲线状或水平状。即使设为曲线状或水平状，对转矩减少的效果也没有不良影响。

凹部3的最深部3c的相距滑动面的深度优选设为环总宽度的45％以下，更优选设为30％以下。此外，在将凹部形成于环的两侧面的情况下，在此的“深度”是将各侧面的凹部的深度合计而得到的深度。在超过环总宽度的45％的情况下，在使用环时有可能较大地变形等。

基于图4和图5，说明凹部的环周向上的端部与滑动面的边界部。图4是图3中的B部的放大图，图5是表示边界部的一例的放大剖视图。如图5(a)所示，凹部3的环周向上的端部与滑动面(环侧面内径侧2b)的边界部3d优选相对于滑动面形成为陡坡度。即，优选的是，在凹部3处，将边界部3d相对于滑动面的坡度设为比该边界部3d以外的部分相对于滑动面的坡度大。利用该结构，与不形成陡坡度的情况(图5(b))相比，即便在滑动面相同程度磨损的情况下，凹部的开口面积的减少也较小，不会产生转矩的变化。例如，如图4所示，该陡坡度能够设为向环的宽度方向中央侧凸出的弧形。通过将边界部3d的陡坡度部形成为弧形，作为密封流体的工作油等更容易流出到滑动面，成为更低转矩。

基于图6说明其他形态的V形的凹部。图6(a)～(c)分别是从正面方向观察密封环的V形的凹部的图。如图6(a)～(c)所示，在这些形态中，外径侧3e的开口尺寸设计为比凹部3的内径侧3f的开口尺寸大。即，在环侧面，作为与环状槽的侧壁面不接触的不接触面的V形的凹部3的正面形状形成为：外径侧3e的不接触面积比内径侧3f大。通过这样设计凹部，流入到了凹部的工作油等由于密封环与旋转轴的相对旋转而从凹部内流出时，由于凹部的内径侧的开口尺寸比外径侧的开口尺寸小，所以与凹部的内径侧的开口尺寸与外径侧的开口尺寸相同的情况相比，更多的工作油等流出到外径侧2a和内径侧2b的滑动面。这是因为：能够抑制从凹部内流出的工作油等与凹部的周向端部碰撞时向密封环的内径侧逃出的量。

如上所述，本发明的密封环具有如下构造：其环侧面由(1)作为倾斜面的外径侧和(2)具有规定的凹部的内径侧构成。如图1(b)所示，外径侧2a的长度T₁和内径侧2b的长度T₂相对于密封环厚度的关系只要处于至少能够防止设置于内径侧2b的凹部3从环状槽突出而导致作为密封流体的工作油等向壳体与旋转轴的间隙泄漏的范围即可，不特别限定。通过将外径侧2a的长度T₁设为壳体与旋转轴的间隙T₃以上(参照图2)，即使是在内径侧2b以与长度T₂相同的宽度形成凹部3的情况，也不会有凹部3关联到壳体与旋转轴的间隙的情况。更具体而言，外径侧2a的长度T₁优选为壳体与旋转轴的间隙T₃+0.1～0.5mm，更优选为T₃+0.1～0.3mm。

本发明的密封环的材质不特别限定，但如果考虑在侧面形成上述凹部、通过弹性变形而扩径并安装于槽等情况，则优选采用合成树脂的成形体。作为能够使用的合成树脂，例如，可列举热固性聚酰亚胺树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、聚醚酮醚酮酮树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮(以下，记为PEEK)树脂、全芳香族聚酯树脂、聚四氟乙烯(以下，记为PTFE)树脂等氟树脂、聚苯硫醚(以下，记为PPS)树脂、聚酰胺酰亚胺树脂以及聚酰胺树脂等。此外，既可以单独使用这些树脂，也可以采用混合了两种以上而成的聚合物合金。

由于具有上述凹部和复合阶梯切割的接合部的密封环的制造较容易且成本低，转矩与被机械加工的情况相比更低且稳定等，因此，密封环优选采用将合成树脂注射成形而成的注射成形体。因此，作为合成树脂，优选使用能够注射成形的热塑性树脂。其中，特别是，由于摩擦磨损特性、弯曲弹性模量、耐热性、滑动性等优异，优选使用PEEK树脂或PPS树脂。这些树脂具有高的弹性模量，即使在装入槽中时扩径也不会断裂，即使在密封的工作油的油温变高的情况下也能够使用，另外，也不用担心溶剂破裂(solvent crack)。

另外，能够根据需要在上述合成树脂中掺合碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等纤维状增强材料；球状二氧化硅、球状碳等球状填充材料；云母、滑石等鳞状增强材料；钛酸钾晶须等微小纤维增强材料。另外，也能够掺合PTFE树脂、石墨、二硫化钼等固体润滑剂；磷酸钙、硫酸钙等滑动增强材料；炭黑等。它们既能够单独掺合，也能够组合并掺合。由于容易得到本发明的密封环所要求的特性，所以特别优选在PEEK树脂或PPS树脂中包含作为纤维状增强材料的碳纤维和作为固体润滑剂的PTFE树脂。通过掺合碳纤维，能实现弯曲弹性模量等机械强度的提高，通过PTFE树脂的掺合，能实现滑动特性的提高。

在采用合成树脂制的情况下，将以上各种原材料熔融混炼为成形用颗粒，并使用该成形用颗粒，利用公知的注射成形法等成形为规定形状。在利用注射成形来制造的情况下，其浇口位置不特别限定，但出于确保密封性的观点和无需后加工的观点，优选设置在环内周面。另外，从注射成形时的流动平衡方面来看，浇口位置优选设置在环内周面的接合部相对部。

实施例

实施例1、比较例1以及比较例2

使用以PEEK树脂为主材料并掺合了碳纤维和PTFE树脂而成的树脂组成物(NTN精密树脂公司制：Bearee PK5301)，利用注射成形制造了下述表1所示的各种截面形状的密封环(外径φ48mm、内径φ44mm、环最大宽度2.3mm、环厚度2mm)。实施例1的环侧面外径侧的倾斜角为2.5度。比较例1是形成了图10所示的弧形凹部的密封环，减去凹部的部分而得到的环侧面的滑动面积与实施例1同等。在比较例2中，环侧面整体为倾斜面，其倾斜角度为2.5度。

关于这些密封环的特性，利用图7所示的试验机，评价了环侧面磨损量与旋转转矩以及油泄漏量之间的关系。图7是试验机的概略图。在对象轴11的环状槽中安装了密封环12、12'。密封环12、12'与对象轴11的环状槽侧壁和壳体13的轴孔内周面滑动接触。14是马达，15是转矩计。从装置右侧压送试验油并供给到密封环12与12'之间的环状间隙。试验条件设为液压1.0MPa、油温100℃、转速2000rpm。此外，油种类为CVTF。

利用该试验机测量了环侧面磨损量为某值的情况下的对象轴的旋转转矩(N·mm)和油泄漏量。在图8中示出旋转转矩试验结果，在表1中示出油泄漏试验结果。在此，关于油泄漏试验结果，以初期(环侧面磨损0μm)的比较例2的泄漏量为基准，在与其同等的情况下记录为“○”，在比其少的情况下记录为“◎”。此外，表中的“磨损后油泄漏”是环侧面磨损50μm时的试验结果。

[表1]

如图8所示，在环侧面整体为倾斜面的比较例2中，虽然初期的转矩低，但与环侧面的磨损的推进成比例地变高。另外，与比较例2相比，在设置有弧形凹部的比较例1中，相对于磨损推进的转矩增加较少，但整体上转矩处于较高的水准。与之相对，在实施例1中，转矩从初期起较低，即使在环侧面的磨损推进了的情况下，也能够防止转矩变高。

工业实用性

由于本发明的密封环能够长期维持优异的低转矩性，所以能够适当地用于汽车等中的AT或CVT等液压设备。

附图标记说明

1 密封环

2 环侧面

3 V形的凹部

4 接合部

5 壳体

6 旋转轴

7 与密封环的轴心方向垂直的面

11 对象轴

12、12' 密封环

13 壳体

14 马达

15 转矩计