CN104067035A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封装置，其能够抑制滑动转矩，并能够在流体压力低的状态下起到密封功能。该密封装置的特征在于，包括：树脂制的外周环（200）、和橡胶状弹性体制的内周环（300），在外周环（200）的外周面侧具有：设置在宽度方向中央，周向延伸的凹部（220）；设置在凹部（220）的低压侧，相对轴孔的内周面滑动的第1凸部（230）；和在周向上隔开间隔，设置在凹部（220）的高压侧，相对轴孔内周面滑动的多个第2凸部（240）。

Description

密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，其用于密封轴与壳体轴孔之间的环形间隙。

背景技术

在机动车用自动变速器（Automatic Transmission：AT）和无级变速器（Continuously Variable Transmission：CVT）中，为了保持油压而设有用于对相对旋转的轴和壳体之间的环形间隙进行密封的密封环。结合图10和图11说明现有技术例的密封环。图10是表示现有技术例中密封环未保持油压状态的示意剖视图。图11是表示现有技术例中密封环保持油压状态的示意剖视图。现有技术例的密封环600安装在轴400外周的环形槽410内，分别与有轴400穿过的壳体500的轴孔内周面和环形槽410的侧壁面自由滑动地接触，由此对轴400和壳体500的轴孔之间的环形间隙进行密封。

对于用于上述用途的密封环600而言，需要充分降低滑动转矩。因此，使密封环600外周面的周长小于壳体500的轴孔内周面的周长，不具有紧固余量（締め代）。因而，在机动车引擎启动，油压升高的状态下，密封环600在油压作用下直径变大，与轴孔内周面和环形槽410的侧壁面贴紧，充分发挥保持油压的功能（参照图11）。相反，在因引擎停止而不施加油压的状态下，密封环600形成与轴孔内周面及环形槽410的侧壁面脱离的状态（参照图10）。

然而，如上所述构成的密封环600，在未施加油压的状态下不起密封功能。因此，在如AT及CVT这类利用由油压泵压送油进行变速控制的结构中，在油压泵停止的无负荷状态（例如，怠速熄火：idling stop时）下，由密封环600封闭的油未能被密封而返回油底壳，致使密封环600附近没有油。因此，当在该状态下启动引擎（再启动）时，是以密封环600附近无油无润滑的状态开始工作的，因此存在反应性能和动作性能变差的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本发明专利第4665046号公报

[专利文献2]日本发明专利申请公开第2011-144847号公报

[专利文献3]日本发明专利申请公开第2010-265937号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封装置，其能够抑制滑动转矩，并能够在流体压力低的状态下发挥密封功能。

本发明为解决上述课题采用如下技术手段。

即，本发明的密封装置，其被安装在设于轴外周的环形槽内，用于对相对旋转的所述轴与壳体之间的环形间隙进行密封，保持流体压力发生变化的密封对象区域内的流体压力，其特征在于，包括：树脂制的外周环，其与所述环形槽低压侧的侧壁面贴紧，且相对于所述壳体的、有所述轴穿过的轴孔内周面滑动；和橡胶状弹性体制的内周环，其分别与该外周环的内周面和所述环形槽的槽底面贴紧，向外周面侧推压所述外周环，在所述外周环的外周面侧具有：设置于宽度方向中央，并周向延伸的凹部；设置在该凹部的低压侧，相对所述轴孔的内周面滑动的第1凸部；和在周向上隔开间隔，设置在所述凹部的高压侧，相对所述轴孔的内周面滑动的多个第2凸部。

在本发明中，“高压侧”是指，当在密封装置两侧发生压差时，压力高的一侧；“低压侧”是指，当在密封装置两侧发生压差时，压力低的一侧。

根据本发明的密封装置，外周环被内周环推向外周面侧。因此，在未作用流体压力（未产生压差），或几乎未作用流体压力（几乎未产生压差）的状态下，外周环200也保持与壳体500的轴孔内周面接触的状态，发挥密封功能。因而，能够在密封对象区域的流体压力提高时，立刻保持流体压力。由于在外周环的外周面侧形成有凹部，且第2凸部在周向上隔开间隔设置，因此能够从高压侧向凹部内导入流体。由此，即使流体压力提高，流体压力也会在设有凹部的区域向内周面侧作用。因此，能够抑制外周环对外周面侧作用的压力随流体压力增大而增大，能够降低滑动转矩。进而，由于设于凹部两侧的第1凸部和第2凸部相对轴孔的内周面滑动，因此能够使外周环的姿态稳定。

优选，在所述外周环的周向一处设有合缝部，该合缝部，从外周面侧和两侧壁面侧观看均呈切断为阶梯形，由此，在切断部的一侧的外周侧设有第1嵌合凸部和第1嵌合凹部；在另一侧的外周侧设有使第1嵌合凸部嵌入的第2嵌合凹部，和嵌入到第1嵌合凹部中的第2嵌合凸部，从切断部的内周侧端面到第1嵌合凸部的前端的长度，大于从切断部的内周侧端面到第1嵌合凹部的后端的长度，从切断部的内周侧端面到第2嵌合凸部前端的长度，大于从切断部的内周侧端面到第2嵌合凹部的后端的长度。

由此，即使在因热膨胀使外周环的周长变长，使第1嵌合凸部前端与第2嵌合凹部后端抵触、第2嵌合凸部前端与第1嵌合凹部后端抵触的状态下，维持在切断部的内周侧端面彼此之间形成间隙的状态。因此，能够抑制因被切断部的内周侧两端面夹持所导致的内周环破损。

如上所述说明，根据本发明，能够将滑动转矩抑制得很低，并且即使在流体压力低的状态下也能发挥密封功能。

附图说明

图1是本发明实施例1的密封装置的部分剖视图。

图2是本发明实施例1的外周环的侧面图。

图3是本发明实施例1的外周环的部分剖视立体图。

图4是表示本发明实施例1的密封装置在无负荷状态下的示意剖视图。

图5是表示本发明实施例1的密封装置在无负荷状态下的示意剖视图。

图6是表示本发明实施例1的密封装置在高压状态下的示意剖视图。

图7是表示本发明实施例1的密封装置在高压状态下的示意剖视图。

图8是表示本发明实施例2外周环的一部分的立体图。

图9是本发明实施例2的外周环的侧面图的一部分。

图10是表示现有技术例的密封环在未保持油压状态下的示意剖视图。

图11是表示现有技术例的密封环在保持油压状态下的示意剖视图。

符号说明

100 密封装置

200 外周环

210、250 合缝部

211a、251a 第1嵌合凸部

211b、251b 第2嵌合凸部

212a、252a 第1嵌合凹部

212b、252b 第2嵌合凹部

220 凹部

230 第1凸部

240 第2凸部

300 内周环

400 轴

410 环形槽

500 壳体

600 密封环

具体实施方式

下面结合附图，根据实施例用例子详细说明用于实施本发明的实施方式。其中，除非有特别的记载，否则实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，不构成对本发明范围的限定。本实施例的密封装置的用途是，在机动车用AT及CVT等变速器中，对相对旋转的轴和壳体之间的环形间隙进行密封，以保持油压。在以下说明中，“高压侧”是指，当在密封装置两侧发生压差时，压力高的一侧；“低压侧”是指，当在密封装置两侧发生压差时，压力低的一侧。

（实施例1）

结合图1～图7说明本发明实施例1的密封装置。

<密封装置的结构>

结合图1、图4～图7，对本发明实施例1的密封装置的结构进行说明。本实施例的密封装置100安装在设于轴400外周的环形槽410内，对相对旋转的轴400和壳体500（壳体500上穿过有轴400的轴孔的内周面）之间的环形间隙进行密封。由此，密封装置100保持流体压力（在本实施例中为油压）会发生变化的密封对象区域的流体压力。在本实施例中，图4～图7中右侧区域的流体压力发生变化。而且，密封装置100起到保持图中右侧密封对象区域的流体压力的作用。在机动车引擎停止状态下，密封对象区域的流体压力低，为无负荷的状态，启动引擎后，密封对象区域的流体压力升高。

本实施例的密封装置100包括：聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚四氟乙烯（PTFE）等树脂制的外周环200；丙烯酸橡胶（ACM）、氟橡胶（FKM）、氢化丁腈橡胶（HNBR）等橡胶状弹性体制的内周环300。内周环300是截面形状为圆形的所谓O环。其中，内周环300不限于O环，也可采用方型环等其他密封环。

在将外周环200和内周环300组合的状态下，外周环200的外周面周长大于壳体500的轴孔内周面周长。外周环200单体的外周面周长小于壳体500的轴孔内周面的周长，不具有紧固余量（締め代）。因此，假设在未安装内周环300，且未作用外力的状态下，外周环200的外周面不与壳体500的轴孔内周面接触。

<外周环>

结合图1～图3详细说明本发明实施例1的外周环200。在外周环200上，在周向一处设有合缝部210。在外周环200的外周面侧形成有凹部220，其设于宽度方向的中央处并向周向延伸。在外周环200的外周面侧还形成有：夹着凹部220、设于低压侧（L）的第1凸部230；和夹着凹部220、设于高压侧（H）的第2凸部240。

本实施例的外周环200，在截面为矩形的环形部件上形成有上述合缝部210、凹部220、第1凸部230和第2凸部240。但此仅是对形状的说明，并不是说必须以截面为矩形的环形部件为原料，实施用于形成上述各部分的加工。当然，可以在形成截面为矩形的环形部件后，通过切削加工而得到各部分。不过，例如也可以在形成事先就具有合缝部210的坯料后，通过切削加工而得到凹部220、第1凸部230和第2凸部240。如上所述，不存在对制造方法的特别限定。

对于合缝部210采用从外周面侧和两侧壁面侧的任一方观看均被切断成阶梯形的所谓特殊阶梯切割（step cut）。由此，在外周环200上，由切断部在一侧的外周侧形成第1嵌合凸部211a和第1嵌合凹部212a，在另一侧的外周侧形成使第1嵌合凸部211a嵌入的第2嵌合凹部212b和嵌入到第1嵌合凹部212a中的第2嵌合凸部211b。特殊阶梯切割为公知技术，因此省略其详细说明，其具有即使在热膨胀收缩下外周环200周长发生变化，也能保持稳定密封性能的特性。在此，作为合缝部210的一个例子展示了特殊阶梯切割的情形，但合缝部210并不限于此，也可通过纵切割（straight-cut）及斜切割（bias cut）等得到。在采用低弹性材料（PTFE等）作为外周环200的材料时，也可不设置合缝部210，而形成连续环形（endless）。

除合缝部210附近，整个圆周上均形成有凹部220和第1凸部230。在此，凹部220的底面为与外周环200的内周面同心的面。合缝部210附近未设置凹部220的部位与第1凸部230的外周面为同一面。由此，在外周环200外周面侧形成环形的连续密封面。在采用不设置合缝部210的结构的情形下，可以使第1凸部230形成为环形的凸部，而仅利用第1凸部230形成环形连续的密封面。

凹部220深度越小，第1凸部230和第2凸部240的刚性越高。另一方面，上述第1凸部230和第2凸部240因滑动而摩耗，因此凹部220的深度随时间推移而变浅。因而，若凹部220的深度过浅，则不能导入流体。在设定凹部220的初始深度时，应当考虑到上述刚性、和即使磨损随时间推移而加剧也能保证导入流体这两方面。例如，在外周环200的厚度为1.7mm时，可设定凹部220的深度为0.1mm以上0.3mm以下的范围。

第1凸部230的宽度越小，越能减小转矩，但宽度过小，则会使密封性和耐久性下降。因而，可根据使用环境等，在维持密封性和耐久性的条件下，使该宽度尽可能小。例如，外周环200的横向宽度的全长为1.9mm时，可以设定第1凸部230的宽度为0.3mm以上0.7mm以下的范围。

夹着凹部220、于高压侧（H）在周向上隔开间隔设置多个第2凸部240。通过采用这样的结构，在相邻的第2凸部240之间形成间隙，因此能从高压侧（H）向凹部220内导入密封对象流体。

<密封装置在使用时的原理>

结合图4～图7对本实施例的密封装置100在使用时的原理进行说明。图4和图5表示引擎停止，隔着密封装置100在左右区域没有压差（或者是几乎没有压差）的无负荷状态。图4中的外周环200对应于图2中AA截面，图5中的外周环200对应于图2中的BB截面。图6和图7表示引擎启动，隔着密封装置100右侧区域的流体压力比左侧区域高的状态。图6中的外周环200对应于图2中的AA截面，图7中的外周环200对应于图2中的BB截面。

在将密封装置100安装于环形槽410的状态下，橡胶状弹性体制内周环300分别与外周环200的内周面和环形槽410的槽底面贴紧，利用其弹性反作用力，发挥向外周面侧推压外周环200的功能。

在此，在无负荷状态下，如图4和图5所示，由于左右区域无压差，因此外周环200和内周环300离开环形槽410的图中左侧的侧壁面。但是，如上所述，在内周环300的作用下将外周环200向外周面侧推压。因此，外周环200的外周面（第1凸部230和第2凸部240的外周面，和合缝部210附近未形成凹部220部分的外周面）维持与壳体500的轴孔内周面接触的状态。

接下来，引擎启动，在发生压差的状态下，如图6和图7所示，在来自高压侧（H）的流体压力的作用下，形成外周环200贴紧环形槽410的低压侧（L）侧壁面的状态。当然，外周环200仍维持与壳体500的轴孔内周面接触（滑动）的状态。而内周环300与环形槽410的低压侧（L）侧壁面贴紧。

<本实施例的密封装置的优点>

根据本实施例的密封装置100，外周环200被内周环300推向外周面侧。因此，即使在未作用流体压力（未发生压差），或几乎未作用流体压力（几乎未发生压差）的状态下，外周环200也保持与壳体500的轴孔内周面接触的状态，发挥密封功能。因此，能够在密封对象区域的流体压力升高时，立即保持流体压力。也就是说，对于具有怠速熄火功能的引擎而言，在从引擎停止状态解除制动踏板或踩下加速踏板使引擎启动，而使密封对象区域侧的油压提高时，能够立即保持油压。通过利用内周环300将外周环200推向外周面侧，而在一定程度上发挥密封功能。因此，在因引擎停止而使泵等的作用停止后，能够在一定时间内维持发生压差的状态。因而，对于具有怠速熄火功能的引擎，在引擎停止状态时间不长的情形下，能够维持发生压差的状态。因此，在再次启动引擎时，能够立刻保持适当的流体压力。

由于在外周环200的外周面侧形成有凹部220，且使第2凸部240在周向上隔开间隔设置，因此能从高压侧（H）向凹部220内导入流体（参照图7）。因此，即使流体压力提高，在设有凹部220的区域向内周面侧也作用有流体压力。在本实施例中，凹部220的底面与外周环200的内周面为同心的面。因而，在设有凹部220的区域处，从内周面侧作用流体压力的方向，正对着从外周面侧作用流体压力的方向。进而，在受到内周面侧和外周面侧两者的压力的区域，显然外径比内径要大。因此，外周面侧受到流体压力作用的面积大。图6和图7的箭头表示对外周环200作用流体压力的情况。根据上述可知，在本实施例的密封装置100中，能够抑制外周环200对外周面侧的压力随着流体压力的增大而增大，可将滑动转矩抑制得很低。

另外，在本实施例中，内周环300与外周环200的内周面和环形槽410的槽底面贴紧，这些贴紧部位起到密封作用。因此，如图6和图7所示，能够抑制在内周环300的低压侧（L）的区域，对外周环200的内周面作用流体压力。由此，可使得与内周面侧相比，外周面侧对外周环200作用流体压力的区域更大。因此，可有效抑制在高压侧（H）的流体压力增大时，外周环200对外周面侧作用压力的增大。

进而，在本实施例中，除了合缝部210附近，在整个圆周上均形成有凹部220。如上所述，在本实施例中，通过在外周环200外周面的大范围设置凹部220，能够尽可能地减小外周环200与壳体500的轴孔内周面的滑动面积，极大地降低滑动转矩。而且，使外周环200与壳体500的轴孔内周面的滑动面积，与外周环200与环形槽410的低压侧（L）侧壁面的贴紧面积相比充分缩窄。由此，能够抑制外周环200相对环形槽410的低压侧（L）侧壁面滑动。由于本实施例的外周环200是外周面侧滑动，因此与在环形槽的侧壁面处发生滑动的密封环相比，容易形成密封对象流体的润滑膜（在此为油膜），能够进一步降低滑动转矩。

如上所述，通过降低滑动转矩，可抑制滑动所产生的发热，能够在高速高压的环境条件下，良好地使用本实施例的密封装置100。

在本实施例的外周环200中，设置于凹部220两侧的第1凸部230和第2凸部240相对轴孔内周面滑动，因此能够使外周环200的姿态稳定。即，在假设采用不设置第2凸部240的结构的情形下，外周环200易于在环形槽410内向图4～7中逆时针方向倾斜。然而，在本实施例的外周环200的情形下，由于在轴向两侧，第1凸部230和第2凸部240均相对于轴孔内周面滑动，因此能够抑制外周环200倾斜（参照图4和图6）。

（实施例2）

图8和图9表示本发明实施例2。在本实施例中表示在上述实施例1的结构中针对合缝部的变形例。其他结构和作用与实施例1相同，因此，对于相同组成部分添加相同的符号，并省略其说明。

本实施例的外周环200的合缝部250，与上述实施例1的情形相同，采用从外周面侧和两侧壁面侧的任一方观看均被切断成阶梯形的所谓特殊阶梯切割。由此，在外周环200上，夹着切断部，在一侧的外周侧形成第1嵌合凸部251a和第1嵌合凹部252a，在另一侧的外周侧形成使第1嵌合凸部251a嵌入的第2嵌合凹部252b、和嵌入到第1嵌合凹部252a中的第2嵌合凸部251b。

在图8中，用立体图表示在合缝部250处，切断部的一侧端部。图9是表示从侧面观看合缝部250附近的图。

通常，在特殊阶梯切割中，将从切断部的内周侧端面（一方端部的端面）到第1嵌合凸部前端的长度（相当于图中L1），从该端面到第1嵌合凹部的后端的长度（相当于图中L2），从切断部的内周侧端面（另一方端部的端面）到第2嵌合凸部前端的长度（相当于图中的L1），以及从该端面到第2嵌合凹部的后端的长度（相当于图中的L2）均设为相等。因此，在因热膨胀使外周环的周长变长时，在某一时刻，第1嵌合凸部的前端与第2嵌合凹部的后端、第2嵌合凸部的前端与第1嵌合凹部的后端、以及内周侧的两个端面，会同时发生抵触。也就是说，由切断部形成的两侧端面彼此之间的间隙会消失。

因此，随着外周环热膨胀收缩，在合缝部处，由切断部形成的两侧端面彼此之间的间隙时大时小。因而，对于在外周环的内侧设有橡胶状弹性体制内周环的结构，在内周环的外周侧的一部分压入上述间隙的状态下，若该间隙减小，则存在该部分被夹持而破损的问题。

因而，在本实施例的外周环200的合缝部250处，将从切断部的内周侧端面（一方端部的端面）到第1嵌合凸部251a的前端的长度L1设为大于从切断部的内周侧端面（一方端部的端面）到第1嵌合凹部252a的后端的长度L2，并将从切断部的内周侧端面（另一方端部的端面）到第2嵌合凸部251b的前端的长度L1设为大于从切断部的内周侧端面（另一方端部的端面）到第2嵌合凹部252b的后端的长度L2。而且，从切断部的内周侧端面（一方端部的端面）到第1嵌合凸部251a的前端的长度，和从切断部的内周侧端面（另一方端部的端面）到第2嵌合凸部251b的前端的长度相同，均为L1。从切断部的内周侧端面（一方端部的端面）到第1嵌合凹部252a的后端的长度，和从切断部的内周侧端面（另一方端部的端面）到第2嵌合凹部252b的后端的长度相同，均为L2。

此外，内周环300以及设于外周环200外周面的凹部220，与在上述实施例1中进行说明的情形相同，因而省略其说明。

如上所述，本实施例的密封装置能够得到与上述实施例1相同的效果。在本实施例的密封装置的情形下，即使在因热膨胀使得外周环200的周长增加，使第1嵌合凸部251a的前端与第2嵌合凹部252b的后端发生抵触，第2嵌合凸部251b的前端与第1嵌合凹部252a的后端发生抵触的状态下，也能维持在切断部的内周侧端面彼此之间形成间隙S的状态（参照图9）。因此，能够抑制因切断部内周侧端面彼此之间的夹持而导致的内周环300破损。而且，也可根据使用环境及内周环300的刚性等对间隙S进行设定，以使内周环300不会发生破损，再根据该间隙S设定L1和L2的差。

Claims (2)

1.一种密封装置，其被安装在设于轴外周的环形槽内，用于对相对旋转的所述轴与壳体之间的环形间隙进行密封，保持流体压力发生变化的密封对象区域内的流体压力，其特征在于，包括：

树脂制的外周环，其与所述环形槽低压侧的侧壁面贴紧，且相对于所述壳体的、有所述轴穿过的轴孔内周面滑动；和

橡胶状弹性体制的内周环，其分别与该外周环的内周面和所述环形槽的槽底面贴紧，向外周面侧推压所述外周环，

在所述外周环的外周面侧具有：

设置于宽度方向中央，并周向延伸的凹部；

设置在该凹部的低压侧，相对所述轴孔的内周面滑动的第1凸部；和

在周向上隔开间隔，设置在所述凹部的高压侧，相对所述轴孔的内周面滑动的多个第2凸部。

2.如权利要求1所述密封装置，其特征在于：

在所述外周环的周向一处设有合缝部，

该合缝部，从外周面侧和两侧壁面侧观看均被切断成阶梯形，从而在切断部的一侧的外周侧设有第1嵌合凸部和第1嵌合凹部，在另一侧的外周侧设有使第1嵌合凸部嵌入的第2嵌合凹部、和嵌入到第1嵌合凹部中的第2嵌合凸部，

从切断部的内周侧端面到第1嵌合凸部的前端的长度，大于从切断部的内周侧端面到第1嵌合凹部的后端的长度，从切断部的内周侧端面到第2嵌合凸部前端的长度，大于从切断部的内周侧端面到第2嵌合凹部的后端的长度。