CN105378351B - 密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供密封环，其均衡地兼备作为密封环的原本的目的的低漏油性以及为了提高燃料效率的低扭矩性。密封环(1)安装于环状槽中，所述环状槽设置在具有轴孔的壳体和插通于所述轴孔的旋转轴中的一方的部件上，所述密封环与另一方的部件表面接触，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，来将所述部件之间的环状间隙密封，所述密封环至少在环侧面(2)的内径侧端部的一部分设置有成为与所述侧壁面非接触的非接触部的、沿环周向的V字形的凹部(3)，所述环侧面成为与所述侧壁面滑动的滑动面。

Description

密封环
技术领域
本发明涉及密封环，该密封环用于在自动变速器(以下记作AT)或无级变速器(以下记作CVT)等利用液压工作油等流体的流体压力的设备中对该流体进行密封。
背景技术
在AT、CVT等装置中，用于密封工作油的油密封环安装于重要位置。例如，安装于设置在旋转轴上的一对分离开的环状槽中，用两密封环的侧面和内周面承接从位于两环状槽间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与壳体内周面密封，所述旋转轴插通于壳体的轴孔。密封环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。这样的密封环要求摩擦损失少，并且要求有足够的油密封性。尤其在近年，提高燃料效率成为重要课题，希望在AT、CVT等装置中维持良好的密封性并进一步加强低扭矩性。
以往，作为这样的密封环，提出了如图9所示的专利文献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形成导入作为密封对象的流体的流路，在该流路的途中设置突部23(突部的两侧为凹部22)，产生动压力来减轻滑动面之间的面压力。
另外，作为其它的密封环，提出了图10所示的专利文献2的密封环。图10是表示该密封环安装于环状槽中的状态的图。如图10所示，该密封环设置于环状槽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掉了的结构的凹部34。
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
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1的密封环虽然能够期待在高速旋转时由动压力产生的油膜形成效果，但几乎没有在低速旋转时的油膜形成效果。因此，在低速旋转时，工作油不能在密封面(滑动面21中的与环状槽实际相对滑动的部分)形成油膜，无法对扭矩的降低和磨损的降低做出贡献。其原因是，突部23的顶点比密封环的滑动面21向内侧进入，在低速旋转时，进入凹部22(润滑槽)的工作油越过突部23而流向相邻的凹部22。
另外，专利文献2的密封环容易向滑动面32导入工作油，从低速旋转到高速旋转，滑动面32的油膜形成性优良，低扭矩性优良。但是另一方面，滑动面32上的凹部34的面积不能取得大，滑动面积的降低受到限制。
本发明是为了应对这样的问题而做出的，目的在于提供一种均衡地兼备作为密封环的原本的目的的低漏油性以及为了提高燃料效率的低扭矩性的密封环。
用于解决课题的手段
本发明的密封环安装于环状槽中，所述环状槽设置在具有轴孔的壳体和插通于所述轴孔的旋转轴中的一方的部件上，所述密封环与另一方的部件表面接触，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，来将所述部件之间的环状间隙密封，所述密封环的特征在于，所述密封环至少在环侧面的内径侧端部的一部分设置有成为与所述侧壁面非接触的非接触部的、沿环周向的V字形的凹部，所述环侧面成为与所述侧壁面滑动的滑动面。另外，所述密封环的特征在于，所述凹部的外径侧的开口尺寸比内径侧的开口尺寸大。
所述密封环的特征在于，所述凹部的距所述滑动面的深度是：在该凹部的环周向的端部以外存在最深部，从该最深部开始朝向环周向的两端部而深度变浅，在环径向上深度恒定。
所述密封环的特征在于，所述凹部的环周向的端部与所述滑动面的分界部相对于所述滑动面形成为陡坡度，并且形成为圆弧形。另外，所述密封环的特征在于，所述凹部在环周向上分开地设置有多个，相邻的凹部彼此之间的环侧面构成所述滑动面的一部分。
所述密封环的特征在于，所述密封环为合成树脂制，所述合成树脂是聚苯硫醚(以下记作PPS)树脂或聚醚醚酮(以下记作PEEK)树脂。
发明的效果
由于本发明的密封环安装于环状槽中，所述环状槽设置在具有轴孔的壳体和插通于所述轴孔的旋转轴中的一方的部件上，所述密封环与另一方的部件表面接触，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，来将所述部件之间的环状间隙密封，所述密封环至少在环侧面的内径侧端部的一部分设置有成为与所述侧壁面非接触的非接触部的、沿环周向的V字形的凹部，因此，作为密封流体的工作油等容易经由该凹部向滑动面适量地流出。因此，成为均衡地兼备低漏油性和低扭矩性的密封环。
流入凹部的工作油等通过密封环与旋转轴的相对旋转而从凹部内向滑动面流出。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向滑动面流出，发挥充分的低扭矩性。
由于凹部的距所述滑动面的深度是：在该凹部的环周向的端部以外存在最深部，从该最深部开始朝向环周向的两端部而深度变浅，在环径向上深度恒定，因此，作为密封流体的工作油等容易向相邻的凹部彼此之间的滑动面(环侧面)流出，具有充分的低扭矩性。另一方面，由于不易向凹部的外径侧的滑动面流出，因此具有低漏油性。
由于凹部的环周向的端部与所述滑动面的分界部相对于所述滑动面形成为陡坡度，因此，即使在滑动面磨损的情况下，凹部的开口面积的减少小，不会发生扭矩的变化。另外，由于凹部的环周向的端部与滑动面的分界部进一步形成为圆弧形，因此，作为密封流体的工作油等更容易向相邻的凹部彼此之间的滑动面(环侧面)流出，能够实现进一步的低扭矩化。
由于所述密封环为合成树脂制，该合成树脂是PPS树脂或PEEK树脂，因此，弯曲弹性率、耐热性等优良，即使在装入槽时扩大直径也不会破裂，在要密封的工作油的油温高的情况下也能够使用。
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是表示分界部的一例的剖视图。
图6是密封环的试验机的概略图。
图7是表示漏油的试验结果的图。
图8是表示磨损量的试验结果的图。
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其它例的图。
图11是表示V字形的凹部的其它实施方式的图。
具体实施方式
根据图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)的密封环的一部分的放大剖视图，图2表示将该密封环装入液压装置的环状槽的状态的剖视图。如图1(a)和(b)所示，密封环1是具有一处接合口4的截面为大致矩形的环状体，在环的两侧面2的内径侧端部设置有多个沿环周向的V字形的凹部3。另外，环内周面1b与环的两侧面2(包含凹部3)的角部也可以设置有直线状、曲线状的倒角，在利用射出成型制造密封环的情况下，也可以在该部分设置台阶部1c，该台阶部1c作为从模具突出的突出部分。
如图2所示，密封环1安装在设置于旋转轴6的环状槽6a中，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以其环侧面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，密封环1以其外周面1a与轴孔5a的内周面接触。通过该密封结构，将旋转轴6与轴孔5a之间的环状间隙密封。此外，在环状槽不设置于旋转轴侧而是设置于壳体侧的结构中也同样能够适用。另外，工作油适当地选用与用途相应的种类。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左右的条件。
密封环1是具有一处接合口4(参照图1)的切割类型的环，通过弹性变形扩大直径而被安装于环状槽6a中。由于密封环1具有接合口4，所以在使用时由于工作油的液压而直径被扩大，外周面1a与轴孔5a的内周面紧密接触。关于接合口4的形状，也能够做成纵切割型、斜角切割型等，但从其密封性优良出发，优选采用图1(a)所示的复合阶梯切割型。
如图1和图2所示，密封环1的一方的环侧面成为与环状槽的侧壁面滑动的滑动面，在该环侧面(滑动面)形成有V字形的凹部3，该凹部3成为与该侧壁面非接触的非接触部。通过设置该凹部3，作为密封流体的工作油等容易经由该凹部向滑动面适量地流出。详细地说，相邻的凹部彼此之间的滑动面X与凹部的分界部成为连续的形状，而凹部的外径侧的滑动面Y与凹部的分界部成为非连续的形状(台阶)，因此，工作油等容易向滑动面X流出，而与滑动面X相比，不容易向滑动面Y流出。通过使作为密封流体的工作油等向滑动面X和Y流出，从而能够在该滑动面形成油膜，能够实现扭矩和磨损的降低。另外，通过抑制向滑动面Y的流出，从而具有低漏油性。
虽然凹部只要至少形成于作为滑动面的环侧面即可，但从不存在对安装方向的依赖性，重量平衡方面也很优秀出发，优选如图1所示对称地形成于环的两侧面。
另外，如图1所示，优选将凹部3在环周向上分离开地设置多个。相邻的凹部彼此之间的环侧面2构成滑动面的一部分(滑动面X)。如上所述，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，能够实现扭矩和磨损的降低。各个凹部的在环周向上的长度与个数相应地，优选为环整周的约3～20％。凹部的在环径向上的长度优选为环总厚度的10～60％。另外，从使滑动特性稳定出发，优选使凹部全部为相同尺寸，并以大致等间隔分离开地设置多个(在图1中为单面12个)。
根据图3详细地说明V字形的凹部。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。如图3所示，凹部3是沿环周向的V字形。环的侧面2的一方是与环状槽滑动的滑动面。凹部3的距滑动面的深度是：在凹部3的环周向的端部以外存在最深部3c，从最深部3c朝向环周向的两端部而深度变浅。即，越是在环周向上离滑动面近的区域，深度越浅。另外，凹部3的距滑动面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(环的侧面2)起朝向宽度方向中央侧而沿环周向倾斜的平面3a和平面3b构成。
根据图11说明其它形态的V字形的凹部。图11(a)～(c)分别是从正面方向观察密封环的V字形的凹部的图。如图11(a)～(c)所示，在这些形态中，凹部3的外径侧3e的开口尺寸被设计得比凹部3的内径侧3f的开口尺寸大。即，在环侧面2上，与环状槽的侧壁面非接触的非接触面(空白部)即V字形的凹部3的正面形状形成为外径侧3e的非接触面积比内径侧3f大。通过像这样设计凹部，当流入凹部的工作油等通过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，因此与凹部的内径侧的开口尺寸和外径侧的开口尺寸相同的情况相比，更多的工作油等向滑动面流出。这是因为，能够抑制从凹部内流出的工作油等在与凹部的周向端部相碰时向密封环的内径侧脱出的量。
在图1和图3所示的例子中，最深部3c的位置是凹部3的环周向的中央位置，但不特别限定于此。另外，在这些例子中，凹部3的底面由沿环周向倾斜的平面3a和平面3b构成，但也可以不由平面构成而是由曲面构成。另外，凹部3的最深部3c的形状除了将平面3a和平面3b单纯地连结的V字形以外，也可以是曲线状或水平状。即使是曲线状或水平状也不会对扭矩降低的效果造成不良影响。
凹部3的最深部3c距滑动面的深度优选是环总宽度的45％以下，进一步优选是30％以下。此外，这里的“深度”是指，在将凹部形成于环的两侧面的情况下将各侧面的凹部的深度合计的值。在超过环总宽度的45％的情况下，存在环在使用时大幅度变形等担忧。
根据图4和图5说明凹部的在环周向上的端部与滑动面的分界部。图4是图3中的B部的放大图，图5是表示分界部的一例的放大剖视图。如图5(a)所示，优选使凹部3的在环周向上的端部与滑动面(环的侧面2)的分界部3d相对于滑动面形成为陡坡度。即，在凹部3中，优选使分界部3d相对于滑动面的坡度比该分界部3d以外的部分相对于滑动面的坡度大。通过该结构，与不形成陡坡度的情况(图5(b))相比，在滑动面以相同程度磨损的情况下，凹部的开口面积的减少小，不产生扭矩的变化。该陡坡度例如如图4所示，能够在环的宽度方向中央侧形成为凸的圆弧形。通过将分界部3d的陡坡度部形成为圆弧形，从而密封流体即工作油等更容易向滑动面流出，扭矩更低。
本发明的密封环的材质没有特别限定，但考虑到将所述的凹部形成于侧面以及利用弹性变形扩大直径来安装于槽中等，优选为合成树脂的成型体。作为能够使用的合成树脂，例如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、PEEK树脂、全芳香族聚酯树脂、聚四氟乙烯(以下记作PTFE)树脂等氟树脂、PPS树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰胺树脂等。此外，这些树脂可以单独使用，也可以作为两种以上混合了的聚合物合金使用。
从具有所述的凹部和复合阶梯切割的接合口的密封环的制造很容易、成本低，并且在被机械加工的情况下，旋转扭矩更低，更稳定等出发，优选使密封环是将合成树脂射出成型而成的射出成型体。因此，作为合成树脂，优选采用能够射出成型的热塑性树脂。在这其中，从摩擦磨损特性、弯曲弹性率、耐热性、滑动性等方面优良出发，尤其优选采用PEEK树脂或PPS树脂。这些树脂具有高弹性率，即使在装入槽时扩大直径也不会破裂，在要密封的工作油的油温高的情况下也能够使用，另外，不用担心溶剂龟裂(ソルベントクラック)。
另外，能够根据需要在所述合成树脂中掺合碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等纤维状加强材料、球状二氧化硅或球状碳等球状填充材料、云母或滑石等鳞状加强材料、钛酸钾晶须等微小纤维加强材料。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、硫酸钙等滑动加强材料、碳黑等。这些材料能够单独地掺合，也能够组合地掺合。尤其是，在PEEK树脂或PPS树脂中含有作为纤维状加强材料的碳纤维和作为固体润滑剂的PTFE树脂的这种材料容易得到本发明的密封环所要求的特性，因此是优选的。通过掺合碳纤维，能够实现弯曲弹性率等机械强度的提高，通过掺合PTFE树脂能够实现滑动特性的提高。
在是合成树脂制的情况下，将以上各个原材料熔融混炼而做成成型用颗粒，使用该颗粒通过公知的射出成型法等来成型为规定形状。在通过射出成型来制造的情况下，其浇口位置虽然没有特别的限定，但从确保密封性的观点和不需要后加工的方面出发，优选设置于环内周面。另外，从射出成型的流动平衡的方面考虑，浇口位置优选设置于环内周面的接合口相对部。
实施例
实施例1和比较例1～3
使用以PEEK树脂为主材料并掺合了碳纤维和PTFE树脂的树脂组成物(NTN精密树脂社制：ベアリーPK5301)，通过射出成型制造了表1所示的各个形状的密封环(外径φ50mm、内径φ47mm、环宽度1.5mm、环厚度1.5mm)。此外，表中的滑动面积是除去成为非接触部的各凹部的环侧面的面积。
表1
参考例1
使用与实施例1相同的材料，通过射出成型制造了图9(日本特开平8－121603号公报)所示的形状的密封环(外径φ50mm、内径φ47mm、环宽度1.5mm、环厚度1.5mm)。
关于得到的密封环的特性，利用图6所示的试验机分别评估了旋转扭矩、漏油量和磨损量。图6是试验机的概略图。在对象轴11的环状槽中安装密封环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。从装置右侧压送工作油，向密封环12与12’之间的环状间隙供给。旋转扭矩试验的条件是：液压0.5～3.0MPa、油温30～150℃、转速1000～7000rpm；漏油试验是条件是：液压0.5～3.0MPa、转速1000～7000rpm、油温30～150℃(30℃、70℃、110℃、150℃这四个条件)；磨损试验的条件是：液压3.0MPa、油温150℃、转速7000rpm。
利用该试验机，测定了对象轴的旋转扭矩、漏油量(ml/min)、密封环侧面的磨损量(磨损深度，单位为μm)。旋转扭矩和漏油量基于在试验刚刚开始后测定的值，磨损量是试验经过一小时后的量。结果在表2中示出。在这里，关于旋转扭矩，将相同条件的比较例1作为100％，其它例则以与比较例1的相对比示出。另外，漏油量在图7中示出，磨损量在图8中示出。
表2
实施例1 比较例1 比较例2 比较例3 参考例1
旋转扭矩，％ 27～46 100 39～59 35～55 64～78
漏油量，ml/min 5～14 5～14 - 8～16 5～13
磨损量(侧面)，μm 5 50 20 - 40
如表2所示，关于旋转扭矩，实施例1的扭矩从低速到高速旋转时都是最低的，与比较例1(无槽环)相比能够降低50％以上。另外，实施例1的密封特性与比较例1(无槽环)同等。另外，关于磨损量，实施例1最少，是比较例1(无槽环)的10％左右。由该结果可知，实施例1的密封环均衡地兼备了低漏油性和低扭矩性。
工业实用性
本发明的密封环均衡地兼备了作为密封环的原本的目的的低漏油性以及低扭矩性，因此，能够作为要求这些特性的密封环使用在旋转轴与壳体之间。尤其是，能够良好地适用于汽车等中的AT或CVT等液压装置中，以便提高燃料效率。
附图标记说明
1 密封环
2 环侧面
3 V字形的凹部
4 接合口
5 壳体
6 旋转轴
11 对象轴
12、12’ 密封环
13 壳体。

Claims (6)

1.一种密封环，所述密封环安装于环状槽中，所述环状槽设置在具有轴孔的壳体和插通于所述轴孔的旋转轴中的一方的部件上，所述密封环与另一方的部件表面接触，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，来将所述部件之间的环状间隙密封，所述密封环的特征在于，
所述密封环至少在环侧面的内径侧端部的一部分设置有成为与所述侧壁面非接触的非接触部的、沿环周向的V字形的凹部，所述环侧面成为与所述侧壁面滑动的滑动面，
所述凹部的距所述滑动面的深度是：在所述凹部的环周向的端部以外存在最深部，从该最深部开始朝向环周向的两端部而深度变浅，
所述凹部在环周向上分开地设置有多个，相邻的凹部彼此之间的环侧面构成所述滑动面的一部分。
2.根据权利要求1所述的密封环，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。
3.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述凹部的距所述滑动面的深度在环径向上恒定。
4.根据权利要求3所述的密封环，其特征在于，所述凹部的环周向的端部与所述滑动面的分界部相对于所述滑动面形成为陡坡度。
5.根据权利要求4所述的密封环，其特征在于，所述凹部的环周向的端部与所述滑动面的分界部形成为圆弧形。
6.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，所述密封环为合成树脂制，所述合成树脂是聚苯硫醚树脂或聚醚醚酮树脂。
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