CN108291647A - 轴和密封构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴和密封构造，其能够与密封环的侧面的随时间变化磨耗无关地使密封环的滑动阻力降低。一种相对于壳体(300)进行旋转的轴(200)，在该轴的外周侧具有用于安装树脂制的密封环(400)的环状槽(210)，该密封环(400)密封与壳体(300)之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，在轴(200)中，环状槽(210)中的密封环(400)滑动的侧壁面(213)由金属构成，并且在侧壁面(213)形成有动压产生槽(220)，该动压产生槽(220)利用在相对旋转时导入的密封对象流体来产生动压。

Description

轴和密封构造

技术领域

本发明涉及一种相对于壳体进行旋转的轴、以及密封相对旋转的壳体与轴之间的环状间隙的密封构造。

背景技术

以往，在汽车用的自动变速器(AT)、无级变速器(CVT)中，为了保持液压，而使用了密封相对旋转的轴与壳体之间的环状间隙的树脂制的密封环。一般而言，该种类的密封环安装在设于轴的外周侧的环状槽上，将其外周面紧贴于壳体轴孔的内周面，并且使另一侧面(轴向中的一个端面)紧贴于环状槽的侧壁面，从而密封轴与壳体之间的环状间隙。在此，公知的是如下的技术：在所谓的侧面滑动类型的密封环、即其侧面相对于环状槽的侧壁面紧贴并滑动的密封环中，使密封对象流体导入而产生动压的凹部形成在该侧面，由此降低该侧面与环状槽的侧壁面之间的滑动阻力(参照专利文献1)。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：国际公开第2011/105513号

发明内容

【发明要解决的问题】

在密封环为树脂制的情况下，其滑动面将可能会随时间变化磨耗。因此，在将上述现有技术中公开的凹部形成在树脂制的密封环的侧面时，因该侧面的随时间变化的磨耗，凹部形状将可能会发生变化。特别是凹部将可能会逐渐变浅，该凹部带来的滑动阻力的降低作用将可能逐渐下降。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种轴和密封构造，其能够与密封环侧面的随时间变化的磨耗无关地降低密封环的滑动阻力。

【用于解决问题的方案】

本发明为了解决上述问题而采用了以下方案。

即，本发明的一种轴，其被插通于设在壳体上的轴孔而相对于所述壳体进行旋转，在该轴的外周侧具有用于安装树脂制的密封环的环状槽，该密封环密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，该轴的特征在于，使所述环状槽中的与所述密封环滑动的侧壁面由金属构成，并且在所述侧壁面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

根据本发明的轴，利用在形成于环状槽的侧壁面上的动压产生槽中产生的动压，与将密封环按压在该侧壁面的密封对象流体的压力一部分抵消。由此，密封环相对于该侧壁面的滑动阻力降低。在此，环状槽的侧壁面由金属构成，因此，树脂制的密封环发生滑动也难以产生磨耗。因此，能够抑制形成在侧壁面的动压产生槽的形状随磨耗而发生变化，从而也能够抑制动压产生槽引起的滑动阻力的降低作用的下降。特别是，即使密封环的侧面随时间变化产生了磨耗，也不会有损动压产生槽带来的滑动阻力的降低作用。因此，根据本发明，能够与密封环侧面的随时间变化的磨耗无关地使密封环的滑动阻力降低。

此外，本发明的轴也可以具有构成所述环状槽的侧壁面的金属制的环状部件。若采用这样的结构，则例如将预先形成了动压产生槽的环状部件安装在轴上，从而能够构成环状槽的侧壁面。因此，与已经在构成于轴上的环状槽的侧壁面形成动压产生槽的情况相比，容易形成动压产生槽。

此外，所述动压产生槽也可以具有第一槽和第二槽，该第一槽沿周向延伸，该第二槽从所述第一槽中的周向的中央向径向内侧延伸，并将所述密封对象流体导入所述第一槽内。由此，能够与轴的相对旋转方向无关地在动压产生槽中产生动压。此外，能够抑制导入到第一槽内的密封对象流体在径向(第一槽的宽度方向)漏出，因此能够有效地产生动压。

此外，本发明的密封构造，其特征在于，包括：设有轴孔的壳体；轴，被插通到所述轴孔而相对于所述壳体进行旋转，并在其外周侧具有环状槽；以及树脂制的密封环，安装于所述环状槽，并密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，所述环状槽中与所述密封环滑动的侧壁面由金属构成，在所述侧壁面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

在本发明的密封构造中，与上述本发明的轴同样地，能够与密封环的侧面的随时间变化的磨耗无关地使密封环的滑动阻力降低。

此外，本发明的密封构造也可以具有构成所述环状槽的侧壁面的金属制的环状部件。此外，所述动压产生槽也可以具有第一槽和第二槽，所述第一槽沿周向延伸，所述第二槽从所述第一槽中的周向的中央向径向内侧延伸，并将所述密封对象流体导入到所述第一槽内。在任何情况下，也能够得到与上述本发明的轴同样的效果。

在此，本发明能够作为安装于设置在轴的外周侧的环状槽上的环状部件、密封装置。

即，本发明的环状部件，其被固定在插通于设在壳体上的轴孔而相对于所述壳体进行旋转的轴的外周侧的环状槽中，在该环状槽中安装有密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力的树脂制的密封环，所述环状部件的特征在于，该环状部件具有与所述密封环的侧面滑动的滑动面，所述滑动面由金属构成，在所述滑动面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

此外，本发明的密封装置，其密封壳体与轴之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，所述壳体设有轴孔，所述轴被插通于所述轴孔而相对于所述壳体进行旋转，并且该密封装置安装于设在所述轴的外周侧的环状槽中，所述密封装置的特征在于，包括：树脂制的密封环，密封所述环状间隙而保持所述密封对象流体的压力；以及环状部件，包括与所述密封环的侧面进行滑动的滑动面，并被固定在所述环状槽中，所述滑动面由金属构成，在所述滑动面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

在任何方案中，均能够与上述本发明的轴、密封构造同样地，与密封环的侧面的随时间变化的磨耗无关而使密封环的滑动阻力降低。

【发明效果】

如上所述，根据本发明，能够与密封环侧面的随时间变化的磨耗无关而使密封环的滑动阻力降低。

附图说明

图1是表示实施例1的轴使用时的状态的示意剖视图。

图2是实施例1的轴的剖视图。

图3是实施例1的密封环的侧面图。

图4是实施例1的环状槽的侧壁面的局部扩大图。

图5是实施例1的动压产生槽的示意剖视图。

图6是表示实施例1的动压产生槽的其他形状的示意剖视图。

图7是表示实施例1的动压产生槽的其他形状的示意剖视图。

图8是表示实施例1的动压产生槽的其他形状的示意剖视图。

图9是表示实施例2的轴使用时的状态的示意剖视图。

图10是实施例2的环状部件的侧面图。

具体实施方式

以下参照附图，基于实施例示例性地详细说明用于实施本发明的方式。其中，在该实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别特定的记载，并不意在将本发明的范围仅限定于此。此外，本实施例的轴用于汽车用的AT、CVT等的变速器，被插通于壳体的轴孔，相对于此进行旋转。在此，该轴在外周侧设有环状槽，在该槽安装密封环等密封装置。此外，在本实施例中，密封对象流体为变速器的液压油，在以下的说明中，“高压侧”和“低压侧”分别表示在密封环的两侧产生了差压时液压变高的一侧和液压变低的一侧。

[实施例1]

参照图1～图5，说明本发明实施例1的轴及密封构造。图1是表示实施例1的轴使用时的状态的示意剖视图。图2是实施例1的轴的剖视图(图1中的AA剖视图)，为表示环状槽侧壁面的结构的图。图3是表示安装在实施例1的轴的密封环的侧视图。图4是表示图2所示的环状槽的侧壁面的局部扩大图。图5是设置于侧壁面上的动压产生槽的示意剖视图，为图4的CC剖视图。

＜轴及密封构造的结构＞

如图1所示那样，实施例1的密封构造100包括：设有轴孔310的壳体300、插通于轴孔310而与壳体300相对旋转的金属制的轴200、安装于设在轴200的外周侧的环状槽210上的树脂制的密封环400。

密封环400密封轴孔310的内周面与轴200的外周面之间的环状间隙，从而保持图中左侧的高压侧H内的液压油的压力。即，在本实施例中，高压侧H的区域为密封对象区域。该密封环400由聚醚醚酮(PEEK)，聚苯硫醚(PPS)，聚四氟乙烯(PTFE)等树脂材料构成。如图3所示，密封环400在周向的1处具有接缝部410，被该接缝部410所分割。在本实施例中，如图3所示那样，接缝部410采用了从外周面侧及两侧面侧的任一侧观察均被台阶状分割的，所谓的特殊阶梯切割。特殊阶梯切割为公知技术，因此省略其详细的说明，但具有如下的特性，即：即使由于热膨胀收缩而密封环400的周长发生变化，也维持稳定的密封性能。此外，在密封环400中，特殊阶梯切割的形状通过注塑成型而形成。此外，在本实施例中，作为接缝部410的一例采用了特殊阶梯切割，但并不限于此，只要能发挥所期望的密封性能，则也可以采用直切或斜切等。此外，如图3所示，密封环400的侧面401(轴方向的端面)除了接缝部410之外呈平坦状形成。此外，其他侧面也同样形成。

形成于轴200的环状槽210包括槽底211、高压侧H(图中左侧)的侧壁面212、以及低压侧L(图中右侧)的侧壁面213。如图2所示，在侧壁面213上，多个(本实施例中为29个)的动压产生槽220沿周向等间隔地形成。其详细内容在后面说明，但在密封环400的侧面与侧壁面213滑动时，液压油流入动压产生槽220从而产生动压。如图4所示那样，动压产生槽220包括第一槽221和第二槽222，该第一槽221的径向宽度恒定而沿周向延伸，该第二槽222从第一槽221中的周向的中央向径向内侧延伸，并将密封对象流体导入第一槽221内。

在此，第一槽221设置于收纳于密封环400的侧面进行滑动的滑动区域X内的位置(参照图1和图4)。此外，第一槽221如图4的CC剖视图即图5所示那样，构成为其周向的深度在中央部恒定，但朝向两端在平面上逐渐变浅。另一方面，如图4所示那样，第二槽222形成为径向内侧的部分与滑动区域X相比更延伸到内侧为止。此外，在本实施例中，动压产生槽220通过对环状槽210的侧壁面213直接实施切削等加工而形成。

＜轴以及密封构造的使用时的机制＞

尤其参照图1，说明本实施例的轴200及密封构造100使用时的机制。图1示出通过汽车的引擎起动，由此隔着密封环400的2个区域之间产生差压，高压侧H的压力变高的状态。根据该差压，流体压力(液压)作用于密封环400的高压侧H的侧面与内周面。通过该流体压力，密封环400对壳体300的轴孔310的内周面与环状槽210的低压侧L的侧壁面213紧贴。由此，在密封环400的外周面与轴孔310的内周面之间、以及密封环400的侧面401与侧壁面213之间形成密封面，因此轴200与壳体300之间的环状间隙被密封而保持液压。

而且，在本实施例中，构成为轴200与壳体300相对旋转时，至少密封环400的侧面401相对于侧壁面213进行旋转滑动。因此，在旋转时，从第二槽222中的与滑动区域X相比更靠径向内侧的部分流入液压油。流入第二槽222的液压油被引导到第一槽221后，在第一槽221内沿周向流动后在滑动面间流出，但此时产生动压。此外，密封环400在相对于侧壁面213沿图2中的顺时针方向相对旋转时，从第一槽221的顺时针方向侧的端部流出液压油。另一方面，密封环400相对于侧壁面213沿图2中的逆时针方向相对旋转时，从第一槽221的逆时针方向侧的端部流出液压油。

＜本实施例的密封装置的优点＞

根据本实施例的轴200及密封构造100，在动压产生槽220内导入液压油，因此相对于密封环400从低压侧作用的液压油的压力与从高压侧作用的液压油的压力的一部分抵消。由此，作用于密封环400的侧壁面213方向(低压侧L方向)的按压力降低。此外，密封环400相对于侧壁面213滑动时，液压油从第一槽221流出至滑动面之间时产生动压。根据该动压，对密封环400作用离开侧壁面213的方向的力。这样，在侧壁面213方向作用的按压力降低，并且产生离开侧壁面213的方向的力，从而密封环400的相对于侧壁面213的滑动阻力被有效降低。进而，由于滑动阻力的降低，还能够降低滑动带来的发热，因此在高速高压的环境条件下也能够适当地使用密封环400。

在此，轴200为金属制，因此环状槽210的侧壁面213也由金属构成。因此，即使是硬度相对较低的树脂制的密封环400滑动，侧壁面213也难以产生磨耗。因此，能够抑制形成于侧壁面213的动压产生槽220的形状因磨耗而发生变化，因此动压产生槽220引起的滑动阻力的降低作用的降低也被抑制。此外，实际上动压产生槽220的形状几乎没有变化，不会变浅，因此滑动阻力的降低作用也几乎不降低。特别是，树脂制的密封环400即使产生了随时间变化的磨耗，由于侧壁面213几乎没有磨耗，因此动压产生槽220引起的滑动阻力的降低作用也几乎没有损失。因此，根据轴200及密封构造100，能够与密封环400侧面的随时间变化的磨耗无关地使密封环400的滑动阻力降低。

此外，动压产生槽220包括第一槽221、以及从第一槽221的周向的中央延伸至径向内侧的第二槽222，因此与相对于侧壁面213的密封环400的旋转方向无关地产生上述动压。此外，第一槽221根据其形状在径向内侧和径向外侧具有壁面，因此能抑制导入第一槽221内的液压油沿径向漏出，因此能够有效地产生动压。此外，第一槽221形成在收容于相对密封环400的侧面滑动的滑动区域X内的位置，因此能够进一步抑制导入第一槽221内的密封对象流体在径向流出。进而，第一槽221构成为其周向的深度朝向两端变浅。因此，根据所谓的楔效果，能够有效地产生上述动压。然后，第二槽222形成为比滑动区域X更靠内侧延伸，因此在轴200的相对旋转时也能够有效地将液压油导入内部。

此外，根据本实施例，在侧壁面213设有动压产生槽220，因此能够将密封环400的两侧面均做成平坦状。因此，在将密封环400安装于环状槽210时，不需要考虑其朝向，因此作业性提高。

此外，在本实施例中，仅在环状槽210中的一个侧壁面213形成了动压产生槽220，但也可以在另一个侧壁面212也形成动压产生槽220。此时，在由密封环400隔开的2个区域的压力的高低互换的状况下，也能够使作用于密封环400的滑动阻力降低。

＜动压产生槽的形状的其他例＞

接着，参照图6～图8，说明动压产生槽220的其他形状。图6～图8与上述图5同样，是相当于图4中的CC剖视图的图。图6及图7示出了构成为与周向的中央部相比两端侧更浅的第一槽221的槽底的其他例子。图6示出了从周向的中央部向两侧呈曲面状逐渐变浅的槽底的例子。另一方面，图7示出了从周向的中央部向两侧呈台阶状变浅时的例子。无论任何形状，都能有效地产生楔形效果带来的动压。此外，如图8所示，即使在构成为第一槽221的槽底的深度在周向恒定的情况下，也能够在某种程度上产生动压。

[实施例2]

接着，参照图9及图10，说明本发明的实施例2的轴及密封构造。实施例2与上述实施例1的不同之处在于，轴另外具有构成形成有动压产生槽的侧壁面的金属制的环状部件。此外，与实施例1相同的结构标以相同符号而省略其说明。此外，相同结构的作用也实质相同。此外，图9是表示实施例2的轴使用时的状态的示意剖视图。图10是实施例2的轴具有的环状部件的侧面图，示出了形成有动压产生槽一侧的侧面。

如图9所示，实施例2的轴200具有构成环状槽210的侧壁面213的金属制的环状部件230。也就是说，在环状槽210内固定于靠低压侧L的位置的环状部件230中的高压侧H的侧面233，构成环状槽210的侧壁面213。此外，如图10所示，在环状部件230的一个侧面233与实施例1中的侧壁面213同样地形成有多个动压产生槽220。形成在环状部件230上的动压产生槽220的形状、作用与实施例1同样，因此省略说明。此外，在本实施例中，动压产生槽220也通过对侧面233实施切削等加工而形成。

此外，环状部件230具有的轴孔231，其内径构成为与环状槽210的槽底211的外径大致相同。由此，通过使轴孔231与轴200的槽底211配合，从而能够使环状部件230相对于轴200固定。此外，如图9所示，本实施例的轴200由可拆卸地构成的2个轴部200A、200B所构成。因此，在形成于轴部200A的槽底211固定了环状部件230之后，组合轴部200A和轴部200B，从而能够将不具有切断部的环状部件230安装在轴200上。

此外，在本实施例中，密封环400和环状部件230作为密封壳体300与轴200之间的环状间隙来保持液压油的压力的密封装置110而发挥作用。

＜轴以及密封构造的使用时的机制＞

特别是参照图9，说明本实施例的轴200及密封构造100的使用时的机制。与上述的实施例1同样，图9示出了高压侧H的压力变高的状态，利用差压，密封环400相对于壳体300的轴孔310的内周面和环状槽210的低压侧L的侧壁面213、即环状部件230的侧面233紧贴。由此，轴200与壳体300之间的环状间隙被密封而保持液压。在本实施例中，也是构成为在轴200与壳体300的相对旋转时，至少密封环400的侧面401相对于侧面233进行旋转滑动。因此，旋转时液压油流入动压产生槽220内，因此在滑动面之间产生动压。

＜本实施例的密封装置的优点＞

在本实施例的轴200及密封构造100中，也发挥与上述实施例1同样的作用和效果。此外，在本实施例中，环状槽210的侧壁面213由与轴200不同的结构部件即金属制的环状部件230构成。因此，在本实施例中，在侧面233预先形成了动压产生槽220之后，将环状部件230安装在轴200上，从而能够构成环状槽210的侧壁面213。因此，相比于上述实施例1那样，在构成于金属制的轴200上的环状槽210的侧壁面213直接形成动压产生槽220的情况，容易形成动压产生槽220。此外，由于环状部件230为金属制，因此能够使用其他材料作为轴200，从而设计自由度变高。

此外，根据本实施例实现的效果，也能够作为环状部件230其自身、或者具有密封环400和环状部件230的密封装置110所能实现的效果而把握。

此外，在本实施例中，仅环状槽210中的一个侧壁面213由环状部件230构成，也可以是另一侧壁面212也由环状部件230构成。此时，形成有动压产生槽220的侧面233面向环状槽210的内侧地固定环状部件230。在采用这样的结构时，即使在由密封环400隔开的2个区域的压力的高低互换的状况下，也能够降低作用于密封环400的滑动阻力。

＜其他＞

动压产生槽220的形状不限于上述形状，也可以适当采用其他形状。此外，对于上述实施例2的环状部件230，为了实现本发明的目的，则至少构成环状槽210的侧壁面213的部分由金属构成即可。因此，作为环状部件230不限于上述金属制的部件，也可以采用仅是构成侧壁面213的部分(相对于密封环400滑动的部分)由金属构成，其他部分由其他材料构成的方式。

此外，在上述实施例中，说明了环状槽的侧壁面由金属构成的情况，但若能确保相对于与密封环的滑动的耐磨耗性，也可以由其他材料构成。

符号说明

100：密封构造

110：密封装置

200：轴

200A、200B：轴部

210：环状槽

211：槽底

212、213：侧壁面

220：动压产生槽

221：第一槽

222：第二槽

230：环状部件

231：轴孔

233：侧面

300：壳体

310：轴孔

400：密封环

401：侧面

410：接缝部

H：高压侧

L：低压侧

X：滑动区域

Claims (8)

1.一种轴，其被插通于设在壳体上的轴孔而相对于所述壳体进行旋转，在该轴的外周侧具有用于安装树脂制的密封环的环状槽，该密封环密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，该轴的特征在于，

使所述环状槽中的与所述密封环滑动的侧壁面由金属构成，并且在所述侧壁面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

2.根据权利要求1所述的轴，其特征在于，

具有构成所述环状槽的侧壁面的金属制环状部件。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的轴，其特征在于，

所述动压产生槽具有第一槽和第二槽，

该第一槽沿周向延伸，该第二槽从所述第一槽中的周向的中央向径向内侧延伸，并将所述密封对象流体导入所述第一槽内。

4.一种密封构造，其特征在于，包括：

设有轴孔的壳体；

轴，被插通到所述轴孔而相对于所述壳体进行旋转，并在其外周侧具有环状槽；以及

树脂制的密封环，安装于所述环状槽，并密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，

所述环状槽中与所述密封环滑动的侧壁面由金属构成，在所述侧壁面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

5.根据权利要求4所述的密封构造，其特征在于，

还包括构成所述环状槽的侧壁面的金属制环状部件。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的密封构造，其特征在于，

所述动压产生槽具有第一槽和第二槽，

所述第一槽沿周向延伸，所述第二槽从所述第一槽中的周向的中央向径向内侧延伸，并将所述密封对象流体导入到所述第一槽内。

7.一种环状部件，其被固定在插通于设在壳体上的轴孔而相对于所述壳体进行旋转的轴的外周侧的环状槽中，在该环状槽中安装有密封与所述壳体之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力的树脂制的密封环，

所述环状部件的特征在于，

该环状部件具有与所述密封环的侧面滑动的滑动面，

所述滑动面由金属构成，在所述滑动面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。

8.一种密封装置，其密封壳体与轴之间的环状间隙而保持密封对象流体的压力，所述壳体设有轴孔，所述轴被插通于所述轴孔而相对于所述壳体进行旋转，并且该密封装置安装于设在所述轴的外周侧的环状槽中，

所述密封装置的特征在于，包括：

树脂制的密封环，密封所述环状间隙而保持所述密封对象流体的压力；以及

环状部件，包括与所述密封环的侧面进行滑动的滑动面，并被固定在所述环状槽中，

所述滑动面由金属构成，在所述滑动面形成有动压产生槽，该动压产生槽利用在所述壳体与所述轴相对旋转时导入的所述密封对象流体产生动压。