(57)【要約】【課題】摺動特性に関して低摩擦を実現する往復動用密封リングを提供すること。【解決手段】相対に移動する二部材のうちの一方の部材に保持されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用密封リング２１であって、他方の部材に摺動自在に密接する断面円弧形の先端摺動部２３を有する密封リング２１において、先端摺動部２３の曲率半径をＲ、当該密封リング２１の軸方向幅をＡとして、Ａ／２＜Ｒ＜１３Ａ２の関係を充足する形状を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対に移動する二部材のうちの一方の部材に保持されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用密封リング（２１）であって、前記他方の部材に摺動自在に密接する断面円弧形の先端摺動部（２３）を有する密封リング（２１）において、
前記先端摺動部（２３）の曲率半径をＲ、当該密封リング（２１）の軸方向幅をＡとして、
Ａ／２＜Ｒ＜１３Ａ２
の関係を充足する形状を有することを特徴とする往復動用密封リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封技術に係る密封リングに係り、更に詳しくは、往復動シールに用いられるのに適した密封リングに関するものである。本発明の密封リングは例えば、自動車または産業機械等の分野において用いられる。
【背景技術】
【０００２】
自動車または産業機械等の分野においては、往復動用の密封リングとしてＯリングやＤリング等のスクイーズパッキンが多用されているが、Ｏリングのように捩れが発生することが少なく、またコスト面などの理由により、断面Ｄ字状をなすＤリングが使用されることが多い（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら何れにしても、省資源や省エネルギーの観点からすると、これらの往復動用密封リングには、その摺動特性に関して低摩擦であることが要求される。
【０００４】
【特許文献１】実開平０４−８４８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みて、摺動特性に関して低摩擦を実現し、耐久性が高く、もって省資源および省エネルギーに貢献することができる往復動用密封リングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の密封リングは、相対に移動する二部材のうちの一方の部材に保持されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用密封リングであって、前記他方の部材に摺動自在に密接する断面円弧形の先端摺動部を有する密封リングにおいて、前記先端摺動部の曲率半径をＲ、当該密封リングの軸方向幅をＡとして、
Ａ／２＜Ｒ＜１３Ａ２・・・（１）式
の関係を充足する形状を有することを特徴とする。
【０００７】
上記構成を備えた本発明の密封リングは、本願発明者らによる以下の鋭意研究の結果として案出されたものである。
【０００８】
１）序
自動車および産業機械用往復動シールに用いられるOリング、Dリング、ゴムパッキンなどの密封リングには、省資源、省エネルギーの観点から、低摩擦の要求がある。そこで、シールの低摩擦化を探るべく、Dリングの摩擦特性（ストライベック曲線）の研究を行なった。
【０００９】
２）実験方法
２−１）実験装置および実験方法
実験は、図１に示す油圧サーボ振動試験機１を利用して行なった。すなわち、摺動部は、摩擦力測定用ロードセル２に接続した固定内筒３と、上下に正弦波状で往復運動する円筒４とにより構成される。図２に拡大して示すように、Dリング２１は固定内筒３の装着溝３ａに装着し、Dリング２１の圧縮（つぶし量）は円筒４により0.37mmを狙いセットする（一般的なつぶし率は８〜３０％）。潤滑油５はDリング２１片側に充填した。尚、図１および図２において、符号６はクロスヘッド、７は支柱、８は恒温槽、９は軸（上側）、１０，１１はフランジ、１２は軸（下側）、１３はシリンダー、１４は加振機をそれぞれ示している。
【００１０】
実験は、温度40℃の下、ストロークを6mmに固定し、サイクル数を0.05〜2.5Hzの範囲で変えることによって実施した。
【００１１】
潤滑油には3種類の油を用いた。それらの性状を表１に示す。
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【００１２】
摩擦の計測手順は以下のとおりである。まず慣らし運転30往復（ストローク6mm、周波数0.17Hz）を行ない、3分間放置後、所定サイクル数にて摩擦力が安定した時点にてデータ取りを行なった。
【００１３】
以下、Dリングが潤滑油側に向かい運動する行程を押し行程(Pumping
stroke)、その逆を引き行程(Motoring stroke)と呼ぶ。また、摩擦特性を左右する潤滑特性数Gおよび行程中央での平均摩擦係数fcを次のように定義する。
G=η(Sπν)／(Pr/L)
fc=Fc／Pr
η：潤滑油粘度(Pa・s)，S：ストローク(m),
ν：サイクル数(1/s)，L：軸周長(m)，Pr：緊迫力(N)
Fc：行程中央での摩擦力(N)
【００１４】
２−２）試験試料
往復動用Dリングとして図３に示す5形状のDリングを用いた。いずれの形状もDリング内径はφ50とした。Dリング材料はACMゴム材であり、その物性値を表２に示す。
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【００１５】
３）実験結果および考察
図４に各潤滑特性数における代表的な摩擦波形を示す。図５は行程中央での平均摩擦係数fcと潤滑特性数Gの関係を示したものである。
【００１６】
平均摩擦係数fcは、Gの増加に対し、Gの値が小さい領域（G＜10-6）では減少し、Gの値が大きい領域（G＞10-4）では増加し、10-6＜G＜10-4域で最小値を示している。この最小値を示すGの値を限界潤滑特性数と呼び、Gcで示すと、この値は各シール形状に対して大略次のようになる。
形状a（R=0.3mm）：Gc＝3.0×10-5
形状b（R=0.5mm）：Gc＝1.9×10-5
形状c（R=0.7mm）：Gc＝6.9×10-6
形状d（R=1.0mm）：Gc＝5.7×10-6
形状e（R=2.0mm）：Gc＝3.9×10-6
すなわち、Gcの値は、接触部であるDリング先端の曲率半径Rの増加とともに減少している。
【００１７】
G＞Gcの領域では、fc∝G1/2の関係が認められる。また、摩擦波形は行程中央部で最大値を呈している（図４参照）。これらの特徴は、この領域では流体潤滑が支配的であることを示している。この流体潤滑が支配的である領域においても平均摩擦係数fcは、接触部であるDリング先端の曲率半径Rに依存し、Rが大きいほど流体くさび作用の影響によって平均摩擦係数fcは減少する傾向にあるが、その減少率は顕著ではない。これは、膜厚の増大が曲率半径Rの影響を緩和するためと考えられる。
【００１８】
一方、G＜Gcの領域では、接触面に直接接触が発生すると考えられている。しかし、G＜1.0×10-5の領域での平均摩擦係数fcは、接触部であるDリング先端の曲率半径Rが大きくなるに伴い小さくなる傾向を示した。これは、Dリング先端の曲率半径Rの増大とともに、例え時間・空間的に接触が存在したとしても、流体くさび効果が顕著に作用することが原因であると考えられる。
【００１９】
すなわち、Dリング先端の曲率半径Rを大きくすることによって油膜形成を容易にし、全G領域において平均摩擦係数を低下させることができると結論できる。
【００２０】
４）結  論
往復運動用Dリングの摩擦特性（ストライベック曲線）をDリング先端の曲率半径Rを変えることにより検討した。その結果は、以下のようにまとめられる。
【００２１】
４−１）G＞Gcの領域では、fc∝G1/2の関係が得られる。平均摩擦係数fcはDリング先端の曲率半径Rの増加に伴い低下するが、その程度は顕著ではない。 
４−２）Gcの値並びにG＝Gcでの平均摩擦係数fcは、Dリング先端の曲率半径Rが大きくなるに伴い小さくなる。
４−３）G＜Gcの領域では、平均摩擦係数fcはDリング先端の曲率半径Rが大きくなるに伴い小さくなる。
【００２２】
以上の研究の結果からして、密封リングの先端摺動部の円弧形状（Ｒ形状）については、曲率半径Ｒを大きくしていった方が、「流体くさび効果」が顕著に作用して油膜形成を容易にし、摩擦が少なくなることが判明した。
【００２３】
上記稿内では、図３における「形状ｄ」が従来公知のＤリング形状である（Ｒ＝Ａ／２）。そこで、同じく図３における「形状ｅ」に示すように、「形状ｄ」よりも曲率半径Ｒを大きくした方が、平均摩擦係数ｆｃが小さくなる、すなわち摩擦が小さくなることが判明した（図５）。
【００２４】
尚、曲率半径Ｒの上限値をＲ＜１３Ａ２としたのは、曲率半径Ｒがひたすら大きくなると、断面矩形状のいわゆる角リングに限りなく近づく形状となり、或る曲率半径Ｒの上限を超えてしまうと「流体くさび効果」が作用せず、往復動シールとして機能しなくなることから、このような限界値を設定したものである。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の密封リングによれば、往復運動における摩擦力を低減させ、耐久性を向上させることができ、よって所期の目的である省資源および省エネルギーに多いに貢献することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
本発明の実施例については、以上の説明から明らかなように、上記図３における「形状ｅ」が適している。ここでその内容を繰り返し説明すると、この密封リング２１は以下のように構成されている。
【００２７】
すなわち、図６に示すように、この密封リング２１は、ＡＣＭゴム材を成形材料として断面Ｄ字状の円環形に成形されており、断面矩形状を呈する基部２２の外周面に、断面円弧状を呈する先端摺動部２３が一体成形されている。リング２１の内径寸法Ｄは５０ｍｍ、軸方向幅Ａは２．０ｍｍ、径方向幅Ｂは３．８ｍｍとされ、先端摺動部２３の曲率半径Ｒは、軸方向幅Ａと同じく２．０ｍｍに設定され、上記（１）式の範疇に属している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における実験に用いた油圧サーボ振動試験機の説明図
【図２】同試験機の要部拡大断面図
【図３】同実験に用いた試験試料を示す説明図
【図４】同実験における摩擦波形を示す説明図
【図５】同実験における平均摩擦係数と潤滑特性数の関係を示す説明図
【図６】本発明の実施例に係る密封リングの半裁断面図
【符号の説明】
【００２９】
１  油圧サーボ振動試験機
２  ロードセル
３  固定内筒
３ａ  装着溝
４  円筒
５  潤滑油
６  クロスヘッド
７  支柱
８  恒温槽
９，１２  軸
１０，１１  フランジ
１３  シリンダー
１４  加振機
２１  密封リング
２２  基部
２３  先端摺動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月18日(2004.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006112478.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006112478.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006112478.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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