(57)【要約】CVTの組立工程の効率を低下させることなく組付けを可能とするシールリングの構造を有し、かつエンジンの停止したオイルポンプの作動しない状況、すなわちシールリングにオイル圧がかからない状況においてもオイル漏れのないシール装置を提供するため、組合せシールリングを、外周面が外側部材の内周面と摺接するエンドレスタイプの樹脂リングと、前記樹脂リングを外周方向及び側面方向に押圧するコイルエキスパンダを含み、前記コイルエキスパンダが前記樹脂リングの受圧側面と内周面のコーナー部に設けられたカット部に配置され、前記組合せシールリングの内周側が前記シールリング溝の溝底と離間した構成とする。
2014156820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の外側部材の内周面に対向する環状の内側部材の外周面に設けられたシールリング溝に組合せシールリングを装着して、前記外側部材と前記内側部材の間のオイルをシールするシール装置であって、前記組合せシールリングは、外周面が外側部材の内周面と摺接するエンドレスタイプの樹脂リングと、前記樹脂リングを外周方向及び側面方向に押圧するコイルエキスパンダを含み、前記コイルエキスパンダが前記樹脂リングの受圧側面と内周面のコーナーに設けられたカット部に配置され、前記組合せシールリングの内周側が前記シールリング溝の溝底と離間していることを特徴とするシール装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシール装置において、前記樹脂リングがフッ素系の樹脂材料からなることを特徴とするシール装置。
【請求項３】
請求項２に記載のシール装置において、前記樹脂リングの内径が前記内側部材の径の95〜99.5％の範囲にあることを特徴とするシール装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシール装置において、前記カット部が円弧状の凹部からなることを特徴とするシール装置。
【請求項５】
請求項１〜３に記載のシール装置において、前記カット部が複数の面から構成され、少なくとも一つの面は前記樹脂リングの軸方向に対して傾斜した傾斜面であり、前記コイルエキスパンダが前記傾斜面に当接していることを特徴とするシール装置。
【請求項６】
請求項５に記載のシール装置において、前記複数の面が前記樹脂リングの軸方向に平行及び／又は垂直な面を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のシール装置において、前記コイルエキスパンダが前記樹脂リングの前記内周面より外周側に収容されることを特徴とするシール装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のシール装置において、前記コイルエキスパンダが前記樹脂リングの前記内周面から内周側に突出しないことを特徴とするシール装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のシール装置において、前記カット部の内周面側の開口幅が前記樹脂リングの幅h1の75％以下であることを特徴とするシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト式の無段変速機（Continuously Variable Transmission、CVT）やコンプレッサー等に用いられる往復摺動するシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、CVTにおいては、一対のプーリーを駆動側及び被駆動側の回転軸に装着し、両プーリー間にエンドレスベルトを架け渡して両回転軸同士を連結する。駆動側プーリーは可動シーブ及び固定シーブを有し、被駆動側プーリーも可動シーブ及び固定シーブを有している。また、両プーリーの可動シーブ側には駆動側オイル室及び被駆動側オイル室が設けられており、各オイル室に供給された作動圧によって両プーリーの可動シーブが軸方向に移動し、すなわち、両プーリーの溝幅が可変され、変速制御が行われる。シールリングは、環状の内側部材（例えば、オイル室を可動シーブの背面側で形成する隔壁部材）の外周面に設けられたシールリング溝に装着され、オイルポンプから供給されるオイルの圧力をシールリングの側面と内周面で受け、反対側の側面と外周面とでシールリング溝の側面と外側部材（例えば、可動シーブの筒状部）の内周面とをシールする機能を有している。内側部材と外側部材はプーリーの溝幅を変えるためシールリングを介して摺動する。すなわち、シールリングはその外周面が外側部材の内周面に対し軸方向に摺動する。【０００３】
シールリングのシール性に関しては、エンジンの高性能化に対応した耐久性や信頼性の向上、さらには省エネを目的としたオイルポンプのコンパクト化や軽量化、より精密な電子制御実現のためのオイル漏れ量の安定など厳しい仕様が要求されてきている。極論をいえば、エンジンの停止したオイルポンプの作動しない状況、すなわち、シールリングにオイル圧がかからない状況においても、オイル漏れのないことが要求されている。【０００４】
オイル漏れ量をゼロにするためには、例えば、図８に示すように、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）製の合口のないエンドレスタイプのシールリングと合成ゴム製のＯ-リングを組合せれば、オイル圧のかからない状況においてもオイル漏れ量をゼロにすることができる。【０００５】
しかし、上記のシールリングは、CVTの組立工程における効率という観点で次のような難点が多い。Ｏ-リングと、PTFEシールリングの両方を別々に内側部材の端部から拡径して溝に組付けるという作業を２度必要とし、また、外側部材への挿入前のPTFEシールリングの縮径が、内側のＯ-リングの存在により容易ではなく、組立工程において効率が著しく低下する。【０００６】
合口のないシールリングの内側部材の溝への組付け性を改善する試みは、特開２００８−１９０６４３及び特開２００８−１９０６５０において行われている。特開２００８−１９０６４３には、エンドレスタイプのシールリングの内周側に軸方向へ斜めに延びる複数の突条を設け、これらの突条の先端をシール溝の底に接触させる構成が開示され、シール溝の溝縁を乗り越えさせる際に各突条を周方向に倒すように変形させて、シール溝への組み付けを容易にできるとしている。また、特開２００８−１９０６５０には、外周部が樹脂材料で形成され、内周部が弾性材料で形成されたシールリングにおいて、樹脂材料で形成された外周部を薄肉とするように、弾性材料で形成された内周部を外周部の内側に食い込ませた構成が開示され、この構成により、変形抵抗の大きい外周部の断面積を小さくし、変形しやすい弾性材料で形成された内周部の断面積を大きくして、組み付け性を改善するとしている。【０００７】
しかしながら、特開２００８−１９０６４３のシールリングも特開２００８−１９０６５０のシールリングもシールリングの内周面をシール溝の底に接触させる設計であるため、内側部材の溝への組付けがたとえ容易となっても、外側部材に挿入する際の組付け抵抗が大きく、特殊な治具を考案する必要があり、まだまだ課題の多いのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、CVTの組立工程の効率を低下させることなく組付けを可能とするシールリングの構造を有し、且つ、エンジンの停止したオイルポンプの作動しない状況、すなわち、シールリングにオイル圧がかからない状況においても、オイル漏れのないシール装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、基本的に、オイル漏れ量ゼロを目指し、合口のないエンドレスタイプの樹脂リングと樹脂リングに張力を付与するためのコイルエキスパンダを使用する。従って、組付け性と外側部材とのシール性が問題となるのであるが、本発明者達は、鋭意研究の結果、シールリングをシールリング溝の溝底から離間させ、且つ、樹脂リングを外周方向及び側面方向に押圧するように、コイルエキスパンダの拡張力が樹脂リングの外周方向だけでなく側面方向へもその分力が作用するように配置することにより、効率の良い組み付けを可能とし、シールリングにオイル圧のかからない状況においても、オイル漏れのないシール装置を提供できることに想到した。【００１０】
すなわち、本発明のシール装置は、環状の外側部材の内周面に対向する環状の内側部材の外周面に設けられたシールリング溝に組合せシールリングを装着して、前記外側部材と前記内側部材の間のオイルをシールするシール装置であって、前記組合せシールリングは、外周面が外側部材の内周面と摺接するエンドレスタイプの樹脂リングと、前記樹脂リングを外周方向及び側面方向に押圧するコイルエキスパンダを含み、前記コイルエキスパンダが前記樹脂リングの受圧側面と内周面のコーナー部に設けられたカット部に配置され、前記組合せシールリングの内周側が前記シールリング溝の溝底と離間していることを特徴とする。前記樹脂リングはフッ素系の樹脂材料からなることが好ましい。また、前記樹脂リングの内径は前記内側部材の径の95〜99.5％の範囲にあることが好ましい。【００１１】
さらに、前記コイルエキスパンダが配置される前記カット部は、円弧状の凹部からなることが好ましい。【００１２】
さらに、前記カット部は、複数の面から構成され、少なくとも一つの面は前記樹脂リングの軸方向に対して傾斜した傾斜面であり、前記コイルエキスパンダが前記傾斜面に当接していることが好ましい。また、前記複数の面は前記樹脂リングの軸方向に平行及び／又は垂直な面を含むことが好ましい。【００１３】
さらに、前記コイルエキスパンダは、前記樹脂リングの前記内周面より外周側に収容されることが好ましい。言い換えれば、前記コイルエキスパンダは前記樹脂リングの前記内周面から内周側に突出しないことが好ましい。【００１４】
さらに、前記カット部の内周面側の開口幅が前記樹脂リングの幅h1の75％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のシール装置は、合口のないエンドレスタイプの樹脂リングを使用するが、その内周側がシールリング溝の溝底と離間しているため、シールリング溝に装着する際に拡径量を低く抑えることができ装着が容易になる。また、樹脂リングの受圧側面と内周面のコーナー部に、樹脂リングを外周側及び側面側に押圧するコイルエキスパンダを配置することにより、樹脂リングにオイル圧がかからない状況においてもオイル漏れを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のシール装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のシール装置の別の一例を示す断面図である。
【図３】本発明のシール装置のさらに別の一例を示す断面図である。
【図４】本発明のシール装置のさらに別の一例を示す断面図である。
【図５】本発明のシール装置のさらに別の一例を示す断面図である。
【図６】本発明のシール装置のさらに別の一例を示す断面図である。
【図７】オイル漏れ試験機の概念図である。
【図８】合口のないPTFEシールリングと合成ゴム性のＯ-リングを組合せた従来のシール装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明のシール装置の一実施態様を示す図面である。組合せシールリングは、摺動性の良好な合口のないエンドレスタイプの樹脂リング１と、樹脂リング１の受圧側面と内周面のコーナー部に設けられたカット部に配置され、樹脂リング１を外周方向及び側面方向に押圧するコイルエキスパンダ２により構成され、内側部材３のシールリング溝５に装着されている。前記カット部は円弧状の凹部からなり、樹脂リング１の外周面１２は外側部材４の内周面１３に接し、樹脂リング１の側面１０はシールリング溝５の側壁１１に接している。図示していないオイルポンプが作動し、オイル１４が加圧されたときは、樹脂リング１はシールリング溝の側壁１１と外側部材４の内周面１３に押圧され、十分なシール性を示す。オイルポンプの作動が止まっても、樹脂リング１の外周面１２と側面１０はそれぞれ外側部材４の内周面１３とシールリング溝５の側壁１１に接した状態で留まり、コイルエキスパンダ２の作用により樹脂リング１は外側部材４の内周面１３及び内側部材３のシールリング溝５の側壁１１に押圧され続ける。このコイルエキスパンダ２の押圧作用により、本発明のシール装置は、オイル圧がかからない状況においてもオイル漏れを回避することが可能となる。また、樹脂リング１の内周面９は内側部材３のシールリング溝５の溝底７と離間しており、コイルエキスパンダ２を含む組合せシールリングとしても、その内周側はシールリング溝５の溝底７と離間している。樹脂リング１やコイルエキスパンダ２のシールリング溝５への装着の際の樹脂リング１やコイルエキスパンダ２の拡径の程度を小さくでき、良好な装着性を確保できる。もちろん、組合せシールリングを装着した内側部材３を外側部材４に組付ける際も、組合せシールリングの内周側とシールリング溝５の溝底７とが離間しているため、組合せシールリングの縮径が容易となり、良好な組付け性を示すことが可能となる。
【００１８】
上述したように、樹脂リング１の内周面９はシールリング溝５の溝底７と離間して、樹脂リング１の縮径を容易にしているが、コイルエキスパンダ２と樹脂リング１を装着した内周部材３を外周部材４に挿入する際に、樹脂リング１の一方をシールリング溝５の溝底７に押し込んだとき、反対側でコイルエキスパンダ２が溝５から完全にはみ出してしまうと、外周部材４への挿入が困難になってしまう。そのような不具合を回避するには、すなわち、コイルエキスパンダ２が溝５から完全にはみ出ないようにするためには、樹脂リング１は一定量の厚さ（a1）（樹脂リング１の側面１１と内周面９とカット部の面６(２１)とで構成される部分を、以下「足部」ともいう。）を有している必要がある。樹脂リング１の一定量の足部の存在は、コイルエキスパンダ２の樹脂リング１の内周面９への乗り上げを防止するためにも好ましい。
【００１９】
図２は、本発明のシール装置の別の実施態様を示す図面である。コイルエキスパンダ２の配置されるカット部は、複数の面、すなわち、面２１、２２、２３から構成され、面２１と面２２は樹脂リング１の軸方向に対して傾斜しており、また面２３は平行である。コイルエキスパンダ２は、この傾斜面である面２２に当接して、樹脂リング１を外側部材４の内周面１３だけでなく内側部材３のシールリング溝５の側壁１１にも押圧する。傾斜面２２の軸方向に対する傾斜角度は15〜45°が好ましく、25〜35°がより好ましい。図３は、本発明のシール装置のさらに別の実施態様を示す図面であり、カット部は、面２１と面２２の二つの面から構成される。複数の面が樹脂リング１の軸方向に平行な面又は垂直な面を含めば、オイル圧による樹脂リング１の外周方向及び側面方向への加圧を有効にする上で好ましい。
【００２０】
樹脂リング１の摺動は、その外周面１２が外側部材４の内周面１３に対し、軸方向に摺動する。摺動部の当たり面を確保し、且つ摩擦力を小さくするには、樹脂リング１の断面の外周１２が円弧状であることが好ましい。外周１２が円弧状を示す実施態様を図４に示す。
【００２１】
コイルエキスパンダ２による樹脂リング１の外周方向及び側面方向への押圧力は、コイルエキスパンダ２の拡張力と傾斜面２２の角度に依存するが、例えば、図５に示すように、側面１０の内周側側面２４を僅かに傾斜させることによって側面方向への押圧力を調整することができる。
【００２２】
本発明に用いる樹脂リングには、優れた摺動特性、耐熱性等を有するPTFEやポリエーテルエーテルケトン（PEEK）などをカーボン又は炭素繊維等で強化したいわゆるエンジニアリングプラスチックが好ましく用いられる。特に、フッ素系の樹脂材料は室温で数％の弾性変形を示すので、合口のないエンドレスタイプのリングの拡径には好ましく使用できる。例えば、樹脂リングの内径（φd）が内側部材の径（φＤ）の95％以上の範囲にあれば、樹脂リングを塑性変形することなく拡径することが可能となり好ましい。但し、シールリング溝の側壁とのシール性を考慮すると99.5％以下であることが好ましい。このようなフッ素系の樹脂材料としては、例えば、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）、ポリビニリデンフルオライド(２フッ化)（PVDF）等があげられる。
【００２３】
本発明の組合せシールリングに使用するコイルエキスパンダ２には、JIS SWPA77の炭素鋼線、SWOSC-Vのシリコンクロム鋼オイルテンパ線や、SUS304のオーステナイト系ステンレス鋼線などが好ましく用いられる。組合せシールリングとして所定の張力が適切に作用するように全長を調整することが好ましい。また、コイルエキスパンダを樹脂リングのカット部に配置したとき、図６に示すように、樹脂リングの内周面より外周側に収容されること、すなわち、コイルエキスパンダは樹脂リングの内周面から内周側に突出しないことが好ましい。
【００２４】
CVT用のシールリングは、CVTオイルの温度に依存して熱履歴を受ける。寒冷地の使用や突発的な温度上昇等を考慮すると、-30℃から120℃の温度を経験する。フッ素系の樹脂リングがそのような熱履歴を受けた場合、樹脂リングの足部の厚さが薄いと熱変形の影響が出てシールリング溝側壁とのシールを損なう虞が生じる。その観点では、樹脂リングのカット部の内周面側の開口幅（w）は樹脂リングの幅（h1）の75％以下であることが好ましい。もちろん、開口幅（w）が樹脂リングの幅（h1）の75％を超えていても極端な熱履歴を経験しなければ良好に使用できる。
【実施例】
【００２５】
実施例１
カーボンを複合したPTFE樹脂を用いて、合口のないエンドレスタイプの樹脂リングを作製した。ここで、樹脂リングの外径（呼び径）は114.5 mm、厚さ（径方向幅a1）は3.2mm、幅（軸方向幅h1）は2.7 mmとした。得られた樹脂リングに、図１に示すような断面で、内周面側の開口幅（w）が1.0 mm、曲率半径0.8 mmのカット部を形成した。また、線径0.6 mmのSWOSC-V材を用いて、巻径φ1.5 mm、自由状態のピッチ1.65 mm、樹脂リングと組合せた時の張力10 Nのコイルエキスパンダを製作した。【００２６】
漏れ試験
漏れ試験は、図６にその概略を示す漏れ試験機を用いて行った。作製した組合せシールリングは、内側部材３に設けられたシールリング溝５に装着され、外側部材４に挿入される。漏れ試験器の内側部材３の径はφ113.4 mm、外側部材４の内径はφ114.7 mm、シールリング溝の溝底径は φ107.9 mm、溝幅は2.8 mmである。試験は、まず、バルブ１５を開けてオイルを導入、オイル室の油圧を1 MPaまで上げ、バルブ１７を開けてエアーを抜いて再び閉じた後、バルブ１５を閉じて内部を密閉し、その後バルブ１７を開けて大気圧（0 MPa）まで圧力を下げて、オイル排出口１９からの漏れ量を測定した。続いて、120℃で一定時間保持し、その後-30℃まで下げる熱履歴を与えた後、同様に漏れ量を測定した。熱履歴は、バルブ１５と１６を開け、オイルを循環しながら昇温又は降温することによって与えた。実施例１の組合せシールリングは、熱履歴前も熱履歴後も漏れは全く生じなかった。【００２７】
実施例２
図２に示すような、３つの面２１、２２、２３からなるカット部を有する樹脂リング１とする以外は、実施例１と同様に組合せシールリングを作製した。ここで、カット部の内周面側の開口幅（w）は2.0 mm（h1の74％）、面２３は樹脂リング１の軸方向に平行で0.9 mm、面２２の傾斜角度は30°、面２１の傾斜角度は80°とした。実施例１と同様な漏れ試験を行った結果、熱履歴前も熱履歴後も漏れは全く生じなかった。
【図１】
2014156820.tif 000003
【図２】
2014156820.tif 000004
【図３】
2014156820.tif 000005
【図４】
2014156820.tif 000006
【図５】
2014156820.tif 000007
【図６】
2014156820.tif 000008
【図７】
2014156820.tif 000009
【図８】
2014156820.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月18日(2015.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
オイル漏れ量をゼロにするためには、例えば、図８に示すように、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）製の合口のないエンドレスタイプのシールリング101と合成ゴム製のＯ-リング102を組合せれば、オイル圧のかからない状況においてもオイル漏れ量をゼロにすることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図２は、本発明のシール装置の別の実施態様を示す図面である。コイルエキスパンダ２が配置されるカット部は、複数の面、すなわち、面２１、２２、２３から構成され、面２１と面２２は樹脂リング１の軸方向に対して傾斜しており、また面２３は平行である。コイルエキスパンダ２は、この傾斜面である面２２に当接して、樹脂リング１を外側部材４の内周面１３だけでなく内側部材３のシールリング溝５の側壁１１にも押圧する。傾斜面２２の軸方向に対する傾斜角度は15〜45°が好ましく、25〜35°がより好ましい。図３は、本発明のシール装置のさらに別の実施態様を示す図面であり、カット部は、面２１と面２２の二つの面から構成される。複数の面が樹脂リング１の軸方向に平行な面又は垂直な面を含めば、オイル圧による樹脂リング１の外周方向及び側面方向への加圧を有効にする上で好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
漏れ試験
漏れ試験は、図７にその概略を示す漏れ試験機を用いて行った。作製した組合せシールリングは、内側部材３に設けられたシールリング溝５に装着され、外側部材４に挿入される。漏れ試験器の内側部材３の径はφ113.4 mm、外側部材４の内径はφ114.7 mm、シールリング溝の溝底径はφ107.9 mm、溝幅は2.8 mmである。試験は、まず、バルブ１５を開けてオイルを導入、オイル室の油圧を1 MPaまで上げ、バルブ１７を開けてエアーを抜いて再び閉じた後、バルブ１５を閉じて内部を密閉し、その後バルブ１７を開けて大気圧（0 MPa）まで圧力を下げて、オイル排出口１９からの漏れ量を測定した。続いて、120℃で一定時間保持し、その後-30℃まで下げる熱履歴を与えた後、同様に漏れ量を測定した。熱履歴は、バルブ１５と１６を開け、オイルを循環しながら昇温又は降温することによって与えた。実施例１の組合せシールリングは、熱履歴前も熱履歴後も漏れは全く生じなかった。
【国際調査報告】
2014156820.tif 000011
2014156820.tif 000012
2014156820.tif 000013
2014156820.tif 000014