(57)【要約】樹脂製の円環状のシールリングは、相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される。外側部材は、液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有し、内側部材は、液体空間内に配置されており、周溝を有する。シールリングは、外側部材の内面に固定され、内側部材に対して摺動可能に内側部材の周溝内に配置されて、液体空間と外部空間を隔離する。シールリングの外部空間側の端面には、複数の溝が形成されている。複数の溝は、シールリングの内周面で開口した端部を有し、開口した端部からシールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない。
2020189148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングであって、
前記外側部材は、液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有し、
前記内側部材は、前記液体空間内に配置されており、周溝を有しており、
前記シールリングは、前記外側部材の前記内面に固定され、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離し、
前記シールリングの前記外部空間側の端面は、複数の溝を有し、
前記複数の溝は、前記シールリングの内周面で開口した端部を有し、前記開口した端部から前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない
ことを特徴とするシールリング。
【請求項２】
前記複数の溝は、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、前記複数の溝から前記液体が排出されることを促すとともに、キャビテーションにより前記液体中の空気が気化することを促して、前記複数の溝内に空気の膜を形成するように、構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のシールリング。
【請求項３】
前記シールリングは、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシールリング。
【請求項４】
前記シールリングは、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシールリング。
【請求項５】
前記シールリングは、前記シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。
【請求項６】
液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有する外側部材と、
前記外側部材に相対的に回転する内側部材であって、前記液体空間内に配置されており、周溝を有する内側部材と、
前記外側部材と前記内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングを有し、
前記シールリングは、前記外側部材の前記内面に固定され、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離し、
前記シールリングの前記外部空間側の端面は、複数の溝を有し、
前記複数の溝は、前記シールリングの内周面で開口した端部を有し、前記開口した端部から前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない
ことを特徴とする密封構造。
【請求項７】
前記複数の溝は、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、前記複数の溝から前記液体が排出されることを促すとともに、キャビテーションにより前記液体中の空気が気化することを促して、前記複数の溝内に空気の膜を形成するように、構成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の密封構造。
【請求項８】
前記密封構造は、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項６または７に記載の密封構造。
【請求項９】
前記密封構造は、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の密封構造。
【請求項１０】
前記密封構造は、前記シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の密封構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円環状のシールリングと、これを有する密封構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
円環状のシールリングは、回転部材を有する様々な機械の環状の隙間を封止するために使用されている。例えば、自動車の動力伝達軸とハウジングの間に、ハウジング内の潤滑油を密封するシールリングが配置されている。【０００３】
シールリングは、相対的に回転する部材間に配置されるので、部材の回転トルクを上昇させる一因になる。そこで、トルクを低減させるために、シールリングの端面に複数の溝を形成し、部材の回転に伴って溝内に潤滑油を浸入させる技術が提案されている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０５５１３号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１６２２８３号
【特許文献３】実開平３−８８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来の技術では、シールリングの溝内に潤滑油を導入することにより、シールリングと他の部材の間の油膜の形成を促し、シールリングと他の部材の間の摩擦を減少させてトルクを低減させようと試みている。しかし、油膜の厚さが過大であれば、油膜の剪断抵抗が増加し、却ってトルクが増大する懸念がある。また、シールリングの溝内に導入される潤滑油の量が過大であれば、潤滑油が外部空間に漏れる懸念がある。【０００６】
近年普及している電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ｘＨＥＶ）においては、動力伝達軸の回転数が、内燃機関を利用した自動車に比べて、非常に高い。従来のシールリングでは、トルクが増加する懸念があり、潤滑油の漏れも懸念される。【０００７】
そこで、本発明は、部材の相対回転の速度差が大きい場合でも、トルクの低減効果が大きく、液体の漏れ量を低減することができるシールリングと、これを有する密封構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様に係るシールリングは、相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングである。前記外側部材は、液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有し、前記内側部材は、前記液体空間内に配置されており、周溝を有する。前記シールリングは、前記外側部材の前記内面に固定され、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離する。前記シールリングの前記外部空間側の端面には、複数の溝が形成されている。前記複数の溝は、前記シールリングの内周面で開口した端部を有し、前記開口した端部から前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない。【０００９】
本発明のある態様に係る密封構造は、前記シールリングと、前記外側部材と、前記内側部材とを有する。【００１０】
本発明においては、複数の溝が開口した端部からシールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、開口した端部から主回転方向に向けて延びていない。したがって、複数の溝は、シールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、複数の溝から液体が排出されることを促すことによって液体の膜を薄くして剪断抵抗を低下させるとともに、キャビテーションにより液体中の空気が気化することを促して、複数の溝内に複数の空気の膜を形成する。空気の膜は、液体の膜よりもはるかに小さい剪断抵抗を有するので、シールリングと他の部材の間の摩擦が著しく減少し、トルクを低減する。特に、部材の相対回転の速度差が大きい場合に、この効果は顕著である。また、複数の溝は、シールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、複数の溝から液体が排出されることを促すので、溝内に液体を送り込む場合に比べて、液体の漏れ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るシールリングを有する密封構造を示す断面図である。
【図２】実施形態に係るシールリングの正面図である。
【図３】実施形態に係るシールリング、特に溝の例を示す一部背面図である。
【図４】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す一部背面図である。
【図５】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す一部背面図である。
【図６】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す一部背面図である。
【図７】実施形態に係るシールリング、特に溝の例を示す断面図である。
【図８】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す断面図である。
【図９】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す断面図である。
【図１０】実施形態に係るシールリング、特に溝の他の例を示す断面図である。
【図１１】実施形態に係るシールリングの使用における溝内の流体の流れを示す図である。
【図１２】比較例に係るシールリング、特に溝の例を示す一部背面図である。
【図１３】実施形態と比較例についての無次元特性数に対する摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図１４】実施形態と比較例についての軸とハウジングの相対速度に対するトルクの関係を示すグラフである。
【図１５】実施形態と比較例についての軸とハウジングの相対速度に対する潤滑油の漏出量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。
【００１３】
以下に説明する本発明の実施形態に係るシールリングを有する密封構造は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の動力伝達軸（モーター出力軸）とハウジングの環状の隙間を封止するために使用される。但し、以下の説明は、例示であって、本発明に係るシールリングを有する密封構造は、各種の油圧機器、水圧機器、空気圧機器において、潤滑油および冷却水などの液体を密封するために使用されうる。これらの機器は、例えば、エンジン、モーター、発電機、ポンプ、コンプレッサー、自動車のパワーステアリング、減速機、変速機、冷却機を含む。
【００１４】
図１に示すように、密封構造１は、ハウジング（外側部材）２、軸（内側部材）４、シールリング６を備える。ハウジング２は、固定された部材であり、被密封潤滑油が内部に配置された潤滑油空間（液体空間）Ａを有する。潤滑油空間Ａには、軸４が挿入されている。軸４は、中心軸Ａｘの周囲を回転する回転軸であり、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の動力伝達軸（モーター出力軸）である。
【００１５】
軸４のうち、潤滑油空間Ａの端部の断面円形の内面２Ａ内に配置された部分の外周面には、周溝８が形成されている。周溝８には、樹脂製の円環状のシールリング６が配置されている。シールリング６は、軸４とハウジング２の間の隙間を封止して、ハウジング２の内部の潤滑油空間Ａから大気空間Ｂへ潤滑油が漏出するのを防止または低減させる。
【００１６】
シールリング６の径方向外側の部分は、周溝８から径方向外側に突出しており、シールリング６の外周面は、内面２Ａに接触する。シールリング６は、ハウジング２の内面２Ａに固定される。ここで、「固定される」とは、シールリング６の位置がハウジング２に対して静止していることを意味し、シールリング６がハウジング２に取り外し不能に結合されているか否かを限定する意図ではない。この実施形態では、シールリング６は内面２Ａに締まり嵌めされる。さらに、後述するように、シールリング６はシールリング６の内側の潤滑油から圧力を受けることにより、ハウジング２に固定されている。
【００１７】
また、シールリング６は、軸４に対して摺動可能に軸４の周溝８内に配置されて、潤滑油空間Ａと外部空間Ｂを隔離し、潤滑油をハウジング２の潤滑油空間Ａ内に閉じ込める。この密封構造１において、ハウジング２とシールリング６が固定されているのに対して、軸４はハウジング２に対して回転する。
【００１８】
この実施形態では、シールリング６は、矩形の断面を有するが、シールリング６の断面は矩形には限定されない。
【００１９】
シールリング６は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの、摩擦係数が小さい硬質の樹脂材料から形成されている。
【００２０】
図２に示すように、シールリング６は、２つの端部６Ａ，６Ｂを有する長尺の湾曲した棒から構成されている。したがって、シールリング６を軸４の外周面に形成された周溝８に嵌め込むように、シールリング６を軸４の周囲に配置するのが容易である。
【００２１】
シールリング６の２つの端部６Ａ，６Ｂは、シールリング６の周方向への拡張（ひいては径方向への拡張）を許容する２つの接触部をそれぞれ有する。具体的には、一方の端部６Ａは、突出接触部６Ｅと摺動案内部６Ｆを有し、他方の端部６Ｂは、突出接触部６Ｇと摺動案内部６Ｈを有する。突出接触部６Ｅ，６Ｇは、径方向外側部分が延長した形状を有し、径方向内側部分に空間を有する。摺動案内部６Ｆ，６Ｈは、径方向外側部分が凹んだ形状を有する。
【００２２】
２つの端部６Ａ，６Ｂが突合せられると、端部６Ａの突出接触部６Ｅの径方向内側の面（図２では下面）が、端部６Ｂの摺動案内部６Ｈの径方向外側の面（図２では上面）に摺動可能に接触し、端部６Ａの摺動案内部６Ｆの径方向外側の面（図２では上面）が、端部６Ｂの突出接触部６Ｇの径方向内側の面（図２では下面）に摺動可能に接触する。このように、摺動案内部６Ｈは、突出接触部６Ｅの摺動を案内し、摺動案内部６Ｆは突出接触部６Ｇの摺動を案内する。
【００２３】
端部６Ａ，６Ｂが互いに摺動しても、突出接触部６Ｅの側面が端部６Ｂに接触し、突出接触部６Ｇの側面が端部６Ａに接触している限り、シールリング６の外側部分は周方向に連続した無端のリング形状を維持する。したがって、シールリング６が周方向（ひいては径方向）へ拡張したとしても、シールリング６の封止性能は損なわれない。
【００２４】
図２に示す端部６Ａ，６Ｂの形状は、公知であって、特殊ステップカットと呼ばれる。実施形態の端部６Ａ，６Ｂの形状は例示であって、シールリング６の端部の形状は、特殊ステップカットに限定されず、ステップカット、ストレートカット、バイアスカットのいずれであってもよい。あるいは、シールリング６は、ハウジング２の内面２Ａ内に嵌め込むことができ、軸４の周溝８に嵌め込むことができるのであれば、端部６Ａ，６Ｂを有しない無端のリングであってもよい。
【００２５】
図１に戻り、上記のように、シールリング６の外周面はハウジング２の内面２Ａに接触させられている。シールリング６自体が径方向に拡張しようとする弾性力を有するので、シールリング６はハウジング２に密着させられる。シールリング６の内周面と、軸４の周溝８の底面８ａとの間には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油が流通可能な隙間がある。したがって、シールリング６はシールリング６の内側の潤滑油から圧力を受けるので、ハウジング２に強固に固定される。
【００２６】
シールリング６の潤滑油空間Ａ側の端面１０には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油から油圧（矢印で示す）が与えられ、シールリング６は外部空間Ｂ側に押される。したがって、シールリング６の外部空間Ｂ側の端面１２は、軸４の周溝８の外部空間Ｂ側の壁面に押し付けられる。但し、端面１２と周溝８の外部空間Ｂ側の壁面の間には、潤滑油が浸入し、厳密には、端面１２は周溝８の外部空間Ｂ側の壁面に面接触せず、両者の間には油膜（および後述する空気の膜）が存在する。
【００２７】
シールリング６の外部空間Ｂ側の端面１２には、複数の溝１４が形成されている。
【００２８】
図３から図６の各々は、シールリング６の端面１２、特に溝１４の例を示すシールリング６の一部背面図である。図３から図６において、矢印Ｒは軸４の主回転方向（主に使用される回転方向）を示す。軸４の主回転方向とは、軸４が電気自動車またはハイブリッド電気自動車の動力伝達軸である場合、自動車の前進時の動力伝達軸の回転方向である。
【００２９】
シールリング６が自動車の右側に配置されるか左側に配置されるかに依存して、主回転方向は逆であることに留意されたい。主回転方向が図面と逆の場合には、溝１４の向きも図面と逆である。
【００３０】
好ましくは、複数の溝１４は、互いに同形同大を有し、端面１２に中心軸Ａｘを中心として等角間隔をおいて配置されている。但し、複数の溝１４は、互いに同形でなくてもよいし、同大でなくてもよい。溝１４の角間隔は不規則でもよい。
【００３１】
図３から図６に示すように、各溝１４は、径方向内側に配置された内側端部１４ａと、径方向外側に配置された外側端部１４ｂを有する。内側端部１４ａはシールリング６の内周面で開口する。外側端部１４ｂは閉鎖している（すなわち壁で包囲されている）。
【００３２】
各溝１４は、開口した内側端部１４ａから軸４の主回転方向と逆方向に向けて外側端部１４ｂまで延びており、内側端部１４ａから主回転方向に向けて延びていない。したがって、軸４の回転に伴って、溝１４の内側端部１４ａでの圧力が外側端部１４ｂでの圧力より低下し、溝１４に浸入した流体が排出されるようになっている。
【００３３】
溝１４は、図３から図６のいずれに示す形状を有してもよい。すなわち、図３または図４に示す円弧または渦巻の一部のような形状を溝１４は有していてもよいし、図５または図６に示すほぼＬ字形状を溝１４は有していてもよい。図５および図６のほぼＬ字形状では、短い部分が内側端部１４ａを有し、長い部分が短い部分から主回転方向と逆方向に向けて外側端部１４ｂまで延びている。
【００３４】
溝１４の長さおよび幅は限定されない。図４は狭い幅を持つ溝１４を示し、図３、図５および図６はより広い幅を持つ溝１４を示す。
【００３５】
溝１４の間隔も限定されない。図４は狭い間隔を持つ溝１４を示し、図３、図５および図６はより広い間隔を持つ溝１４を示す。
【００３６】
他にも溝１４の長さ、幅および間隔の様々な変形が考えられる。いずれにせよ、溝１４は、シールリング６と軸４の間に後述する空気の膜を発生させるよう、開口した内側端部１４ａからシールリング６に対する軸４の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、内側端部１４ａから主回転方向に向けて延びていない。
【００３７】
図７から図１１の各々は、溝１４の例を示すシールリング６の断面図である。図７から図１１の各々は、図３から図６のVII-VII線に沿った断面に相当する。
【００３８】
図７に示すように、溝１４は、内側端部１４ａから外側端部１４ｂまで一様な深さを有していてもよい。
【００３９】
図８に示すように、溝１４は、内側端部１４ａから外側端部１４ｂまで徐々に（直線状に）小さくなる深さを有していてもよい。図９に示すように、溝１４は、内側端部１４ａから外側端部１４ｂまで徐々に（曲線状に）小さくなる深さを有していてもよい。図１０に示すように、溝１４は、内側端部１４ａから外側端部１４ｂまで階段状に小さくなる深さを有していてもよい。
【００４０】
他にも溝１４の深さの様々な変形が考えられる。いずれにせよ、溝１４は、シールリング６と軸４の間に後述する空気の膜を発生させるよう形成されている。溝１４の幅が例えば０．１ｍｍ〜数ｍｍであるのに対して、溝１４の最大深さは、０．００５ｍｍ〜０．０５ｍｍである。
【００４１】
図１１において、シールリング６の使用における端面１２の溝１４内の流体の流れを小さな矢印で示す。図３から図６と同様に、大きな矢印Ｒは軸４の主回転方向を示す。上記のように、シールリング６は静止させられているのに対して、軸４が回転することによって、シールリング６の端面１２に接触する潤滑油も同じ方向に回転させられる。
【００４２】
この実施形態においては、複数の溝１４が開口した内側端部１４ａからシールリング６に対する軸４の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、内側端部１４ａから主回転方向に向けて延びていない。したがって、複数の溝１４は、シールリング６に対する軸４の相対的な主回転方向Ｒへの回転に伴って、小さな矢印で示すように、複数の溝１４から潤滑油が排出されることを促すことによって潤滑油の膜を薄くして剪断抵抗を低下させるとともに、キャビテーションにより潤滑油中の空気が気化することを促して、各溝１４内のほぼ全域を占める空気の膜１６を形成する。空気の膜１６を構成する空気も、小さな矢印で示す方向に排出されるが、軸４の主回転方向Ｒへの回転が継続する限り、キャビテーションにより次々と空気が発生するので、空気の膜１６が溝１４内に持続的に存在する。このことは、軸４の代わりに透明な板をシールリング６の端面１２に押し付けて回転させると、透明な板を通して観察することができる。
【００４３】
したがって、軸４の主回転方向Ｒへの回転時に、シールリング６の端面１２と軸４の周溝８の外部空間Ｂ側の壁面の間には、油膜だけでなく、空気の膜１６が挟まれ続ける。一般に潤滑油には多量の空気が溶け込んでおり、キャビテーションが起こりやすい。別の観点からいえば、潤滑油からキャビテーションにより気化した気泡のエネルギーは、水中で発生するそれと比較して、小さいので、シールリング６および軸４が気泡から損傷を受けるおそれは小さい。
【００４４】
他方、特許文献１〜３に開示された従来の技術では、シールリングの溝内に潤滑油を導入することにより、シールリングと他の部材の間の油膜の形成を促し、シールリングと他の部材の間の摩擦を減少させてトルクを低減させようと試みている。しかし、油膜の厚さが過大であれば、油膜の剪断抵抗が増加し、却ってトルクが増大する懸念がある。また、シールリングの溝内に導入される潤滑油の量が過大であれば、潤滑油が外部空間に漏れる懸念がある。
【００４５】
この実施形態で発生させられる空気の膜１６は、潤滑油の膜よりもはるかに小さい剪断抵抗を有するので、シールリング６と周溝８の外部空間Ｂ側の壁面の間の摩擦が著しく減少し、トルクを低減する。特に、ハウジング２と軸４の相対回転の速度差が大きい場合に、この効果は顕著である。また、複数の溝１４は、シールリング６に対する軸４の相対的な主回転方向Ｒへの回転に伴って、複数の溝１４から潤滑油が排出されることを促すので、溝１４内に潤滑油を送り込む場合に比べて、潤滑油の漏れ量を低減することができる。
【００４６】
発明者は、上記の効果を確認する実験を行った。実験では、実施形態に係るシールリング６と、図１２に示す比較例のシールリング２０を使用した。シールリング６，２０の材料はＰＥＥＫであった。
【００４７】
比較例のシールリング２０の外部空間Ｂ側の端面１２には、複数の溝２４が形成されている。各溝２４は、ほぼＴ字形状であって、径方向内側に配置された内側端部２４ａと、径方向外側に配置された２つの外側端部２４ｂ，２４ｃを有する。内側端部２４ａはシールリング６の内周面で開口する。外側端部２４ｂ，２４ｃは閉鎖している
【００４８】
比較例のシールリング２０では、シールリング６に対する軸４の相対的な主回転方向Ｒへの回転に伴って、外側端部２４ｂから内側端部２４ａへと潤滑油が排出されると同時に、外側端部２４ｂから内側端部２４ａの部分には空気の膜が形成されるが、内側端部２４ａから外側端部２４ｃに潤滑油が送り込まれ、内側端部２４ａから外側端部２４ｃの部分には油膜が形成される。
【００４９】
実験結果を図１３から図１５に示す。図１３から図１５において、丸ドットは実施形態に対応し、四角ドットは比較例に対応する。
【００５０】
図１３の横軸の無次元特性数Ｇは、下記の式から計算した。
Ｇ＝ηＵＢ／Ｗ
ここで、ηは潤滑油の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｕはハウジング２と軸４の相対速度（ｍ／ｓ）であり、Ｂはシールリングと周溝８の周方向での接触長さ（ｍ）であり、Ｗは潤滑油によってシールリングに与えられる押し付け力（Ｎ）である。
【００５１】
図１３には、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ｘＨＥＶ）についての標準使用環境での無次元特性数Ｇの範囲と、自動変速機（ＡＴ）および無段変速機（ＣＶＴ）についての標準使用環境での無次元特性数Ｇの範囲を示す。
【００５２】
図１３の縦軸の摩擦係数μは、シールリングと軸４の周溝８の外部空間Ｂ側の壁面の間の摩擦係数である。実験では、実施形態に係るシールリング６と比較例のシールリング２０に同じ軸４を使用した。
【００５３】
図１３から明らかなように、自動変速機および無段変速機についての標準使用環境では、比較例のシールリング２０は、小さい摩擦係数を提示した。しかし、電気自動車およびハイブリッド電気自動車についての標準使用環境である無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である場合には、溝１４内に潤滑油を送り込んで油膜の形成を促す比較例のシールリング２０は、摩擦抵抗の著しい増加を引き起こした。これに対して、溝１４内に空気の膜を形成する実施形態に係るシールリング６においては、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上であっても、摩擦抵抗の増加が抑制された。
【００５４】
図１４および図１５の実験では、潤滑油によってシールリングに与えられる圧力は１５ｋＰａであった。潤滑油はオートマチックトランスミッションフルードであった。
【００５５】
図１４の縦軸のトルクは、シールリングによって軸４の周溝８の外部空間Ｂ側の壁面に与えられたトルクである。実験では、実施形態に係るシールリング６と比較例のシールリング２０に同じ軸４を使用した。
【００５６】
図１４から明らかなように、比較例のシールリング２０に比べて、実施形態に係るシールリング６は、顕著なトルク低減効果を達成した。実施形態に係るシールリング６に関するトルクは、比較例のシールリング２０に関するトルクのおよそ４０％であった。
【００５７】
図１４の実験では、潤滑油によってシールリングに与えられる圧力は１５ｋＰａであった。シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である場合には、溝１４内に潤滑油を送り込んで油膜の形成を促す比較例のシールリング２０では、溝１４内および摺動面への潤滑油の導入量が減少し、摩擦抵抗の著しい増加ひいてはトルクの増加を引き起こすおそれが大きい。これに対して、溝１４内に空気の膜を形成する実施形態に係るシールリング６においては、シールリング６に与えられる圧力が１ＭＰａ以下であっても、溝１４内で空気の膜が形成され、かつ油膜も薄くなることから、摩擦抵抗の増加が抑制され、トルクの増加も抑制される。
【００５８】
図１５の縦軸の漏出量は、潤滑油空間Ａから外部空間Ｂへ潤滑油が漏出した量である。
【００５９】
図１５から明らかなように、比較例のシールリング２０に比べて、実施形態に係るシールリング６は、顕著な漏出量低減効果を達成した。実施形態に係るシールリング６に関する潤滑油の漏出量は、比較例のシールリング２０に関する潤滑油の漏出量のおよそ２０％であった。
【００６０】
図１５の結果から以下が理解される。シールリングに対する軸４の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である場合には、溝１４内に潤滑油を送り込んで油膜の形成を促す比較例のシールリング２０は、摩擦抵抗の著しい増加ひいてはトルクの増加を引き起こすおそれが大きい。これに対して、溝１４内に空気の膜を形成する実施形態に係るシールリング６においては、シールリング６に対する軸４の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上であっても、摩擦抵抗の増加が抑制され、トルクの増加も抑制される。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。
【００６２】
例えば、上記の実施の形態においては、外側部材であるハウジング２とシールリング６が固定されているのに対して、内側部材である軸４はハウジング２に対して回転する。しかし、本発明に係るシールリングは、固定された内側部材と回転する外側部材の間に配置され、回転する外側部材の内面に固定、例えば締まり嵌めされてもよい。
【００６３】
本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。
【００６４】
条項１．  相対的に回転する外側部材と内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングであって、
前記外側部材は、液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有し、
前記内側部材は、前記液体空間内に配置されており、周溝を有しており、
前記シールリングは、前記外側部材の前記内面に固定され、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離し、
前記シールリングの前記外部空間側の端面には、複数の溝が形成され、
前記複数の溝は、前記シールリングの内周面で開口した端部を有し、前記開口した端部から前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない
ことを特徴とするシールリング。
【００６５】
この態様においては、複数の溝が開口した端部からシールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、開口した端部から主回転方向に向けて延びていない。したがって、複数の溝は、シールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、複数の溝から液体が排出されることを促すとともに、キャビテーションにより液体中の空気が気化することを促して、複数の溝内に空気の膜を形成する。空気の膜は、液体の膜よりもはるかに小さい剪断抵抗を有するので、シールリングと他の部材の間の摩擦が著しく減少し、トルクを低減する。特に、部材の相対回転の速度差が大きい場合に、この効果は顕著である。また、複数の溝は、シールリングに対する内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、複数の溝から液体が排出されることを促すので、溝内に液体を送り込む場合に比べて、液体の漏れ量を低減することができる。
【００６６】
条項２．  前記複数の溝は、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、前記複数の溝から前記液体が排出されることを促すとともに、キャビテーションにより前記液体中の空気が気化することを促して、前記複数の溝内に空気の膜を形成するように、構成されている
ことを特徴とする条項１に記載のシールリング。
【００６７】
条項３．  前記シールリングは、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項１または２に記載のシールリング。
【００６８】
無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である場合には、溝内に液体を送り込んで液体膜の形成を促すシールリングは、摩擦抵抗の著しい増加ひいてはトルクの増加を引き起こすおそれが大きい。これに対して、溝内に空気の膜を形成する態様においては、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上であっても、摩擦抵抗の増加が抑制され、トルクの増加も抑制される。
【００６９】
条項４．  前記シールリングは、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載のシールリング。
【００７０】
シールリングに対する内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である場合には、溝内に液体を送り込んで液体膜の形成を促すシールリングは、摩擦抵抗の著しい増加ひいてはトルクの増加を引き起こすおそれが大きい。これに対して、溝内に空気の膜を形成する態様においては、シールリングに対する内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上であっても、摩擦抵抗の増加が抑制され、トルクの増加も抑制される。
【００７１】
条項５．  前記シールリングは、前記シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項１から４のいずれか１項に記載のシールリング。
【００７２】
シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である場合には、溝内に液体を送り込んで液体膜の形成を促すシールリングでは、溝内および摺動面への液体の導入量が減少し、摩擦抵抗の著しい増加ひいてはトルクの増加を引き起こすおそれが大きい。これに対して、溝内に空気の膜を形成する態様においては、シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下であっても、溝内で空気の膜が形成され、かつ液体膜も薄くなることから、摩擦抵抗の増加が抑制され、トルクの増加も抑制される。
【００７３】
条項６．  液体が内部に配置された液体空間と、断面円形の内面を有する外側部材と、
前記外側部材に相対的に回転する内側部材であって、前記液体空間内に配置されており、周溝を有する内側部材と、
前記外側部材と前記内側部材の間に配置される樹脂製の円環状のシールリングを有し、
前記シールリングは、前記外側部材の前記内面に固定され、前記内側部材に対して摺動可能に前記内側部材の前記周溝内に配置されて、前記液体空間と外部空間を隔離し、
前記シールリングの前記外部空間側の端面は、複数の溝を有し、
前記複数の溝は、前記シールリングの内周面で開口した端部を有し、前記開口した端部から前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向と逆方向に向けて延びており、前記開口した端部から前記主回転方向に向けて延びていない
ことを特徴とする密封構造。
【００７４】
条項７．  前記複数の溝は、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な主回転方向への回転に伴って、前記複数の溝から前記液体が排出されることを促すとともに、キャビテーションにより前記液体中の空気が気化することを促して、前記複数の溝内に空気の膜を形成するように、構成されている
ことを特徴とする条項６に記載の密封構造。
【００７５】
条項８．  前記シールリングは、無次元特性数Ｇが１．０×１０−６以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項６または７に記載の密封構造。
【００７６】
条項９．  前記シールリングは、前記シールリングに対する前記内側部材の相対的な速度差が３ｍ／ｓ以上である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項６から８のいずれか１項に記載の密封構造。
【００７７】
条項１０．  前記シールリングは、前記シールリングに与えられる圧力が１ＭＰａ以下である条件を少なくとも含む使用環境で使用される
ことを特徴とする条項６から９のいずれか１項に記載の密封構造。
【符号の説明】
【００７８】
Ａ  潤滑油空間（液体空間）
Ｂ  外部空間
Ｒ  軸の主回転方向
１  密封構造
２  ハウジング（外側部材）
２Ａ  内面
４  軸（内側部材）
６  シールリング
８  周溝
８ａ  底面
１０  端面
１２  端面
１４  溝
１４ａ  内側端部
１４ｂ  外側端部
１６  空気の膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年8月5日(2021.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
軸４のうち、潤滑油空間Ａの端部の断面円形の内面２Ａ内に配置された部分の外周面には、周溝８が形成されている。周溝８には、樹脂製の円環状のシールリング６が配置されている。シールリング６は、軸４とハウジング２の間の隙間を封止して、ハウジング２の内部の潤滑油空間Ａから外部空間Ｂへ潤滑油が漏出するのを防止または低減させる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図１に戻り、上記のように、シールリング６の外周面はハウジング２の内面２Ａに接触させられている。圧縮されたシールリング６自体が径方向に拡張しようとする弾性力を発揮するので、シールリング６はハウジング２に密着させられる。シールリング６の内周面と、軸４の周溝８の底面８ａとの間には、潤滑油空間Ａ内の潤滑油が流通可能な隙間がある。したがって、シールリング６はシールリング６の内側の潤滑油から圧力を受けるので、ハウジング２に強固に固定される。
【国際調査報告】
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