CN111316023A - 密封环 - Google Patents

Abstract

密封环安装在相对地进行往复运动的内周部件和外周部件中的任一个上所设置的安装槽中而落座，使密封面与任意另一个紧密接触来密封流体。密封环由作为橡胶状弹性体的内周侧环和外周侧环这两个部件的组合构成。内周侧环和外周侧环中具有密封面的一个部件的硬度设定为比另一个部件的硬度高。在内周侧环与外周侧环之间的接触面上沿着环状方向设置有凹凸嵌合部，该凹凸嵌合部限制这些内周侧环和外周侧环在轴向上的位置偏移。

Description

密封环

技术领域

本发明涉及用于在进行相对往复运动的内周部件和外周部件之间密封流体的密封环。

背景技术

在用于汽车的AT(Automatic Transmission，自动变速器)和CVT(ContinuouslyVariable Transmission，无级变速器)的离合器中，使用了O形环或D形环等密封环。密封环通过保持所承受的压力来实现离合器的离合。

图5表示专利文献1所记载的密封环的一例。该密封环100由橡胶状弹性体构成，其由通过轴心O的平面切断的截面形状形成为扁平的D形(参照图5中的左半部分)。密封环100在外周具备呈向外径侧膨胀的圆弧状截面的密封面101，该密封环100具有位于与轴心O正交的平面上的两侧的侧面102以及形成为圆筒面状的密封内周面103。这种密封环100通常被称为“D形环”。

如图6所示，密封环100例如介于离合器(未图示整体)的外周部件200与内周部件300之间，对在外周部件200与内周部件300之间流动的流体进行密封。作为用于该目的的结构的一例，密封环100以空出间隙的方式安装在内周部件300的外周面301上形成为环状的安装槽302中，使密封面101从该安装槽302向外径侧突出。密封面101与外周部件200的内周面201可滑动地紧密接触。

密封环100嵌入安装槽302而使密封内周面103落座于槽底面302a，通过承受密封在高压空间H侧的工作油的压力，使一个侧面102与安装槽302的内侧面302b紧密接触。密封面101通过形成圆弧状截面，局部地提高了对外周部件200的内周面201的密封面压力，防止工作油从高压空间H向低压空间L的泄漏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-163438号公报

专利文献2：日本特开平11-336908号公报

发明内容

发明所要解决的问题

近年来，以向低碳化社会转移为背景，要求改善燃料消耗率和降低能量损失。在AT和CVT领域中，希望降低密封环滑动时的滑动阻力的要求也越来越高。

作为降低密封环的滑动阻力的方法，采取了降低压溃量或使用低硬度橡胶材料这样的措施。但是，在采用降低压溃量的方法的情况下，初期密封性会降低，或者由于长期使用，密封性能容易劣化。另外，在采用使用低硬度橡胶材料的方法的情况下，耐久性会降低。

关于这一点，在专利文献2中公开了组合硬度不同的两种部件的密封环100(参照专利文献2的图4)。如图7所示，该密封环100包括：内周侧环100a，落座于内周部件300的安装槽302；以及外周侧环100b，配置于该内周侧环100a的外周面，使密封面101与外周部件200的内周面201紧密接触。内周侧环100a是使用低硬度橡胶材料的低硬度部，外周侧环100b是使用高硬度橡胶材料的高硬度部。

根据组合了这样硬度不同的两种部件的密封环100，能够不降低具有密封面101的外周侧环100b的压溃量、并且外周侧环100b不使用低硬度橡胶材料而降低密封环滑动时的滑动阻力。

但是，如图8所示，在专利文献2所记载的密封环100中，由于设备的组装状态、动作状态、压力的影响等，有时会在内周侧环100a与外周侧环100b之间产生位置偏移。

在内周侧环100a相比外周侧环100b向低压空间L侧偏移的情况下(参照图8)，通过油压的作用(箭头a、b)，对外周侧环100b施加向浮起方向(参照空心箭头)的力。于是，密封面101相对于外周部件200的反作用力及摩擦都增大。

相反，在外周侧环100b相比内周侧环100a向低压空间L侧偏移的情况下(参照图9)，通过油压的作用(箭头a、b)，对内周侧环100a施加向槽底面302a按压方向(参照空心箭头)的力。于是，密封面101相对于外周部件200的反作用力及摩擦都降低，从而损害密封性能。

如上所述，在内周侧环100a与外周侧环100b之间产生轴向的位置偏移的情况下，会产生密封面101相对于外周部件200的反作用力及摩擦不稳定的现象，因此要求改善。

本发明的课题在于，在组合了硬度不同的两种部件的密封环中，能够防止伴随两种部件的位置偏移而产生的密封面相对于对方面的反作用力及摩擦的变动。

用于解决问题的手段

本发明的一个方式提供一种密封环，包括：环，具有内周侧环和外周侧环这两个部件，所述内周侧环是与相对于外周部件相对地进行往复运动的内周部件紧密接触的橡胶状弹性体，所述外周侧环是配置在所述内周侧环的外周面且与所述外周部件紧密接触的橡胶状弹性体；落座面，设置于所述两个部件中的一个，并落座于设置在所述内周部件和所述外周部件中的任一个的安装槽；密封面，设置在硬度比所述两个部件中的一个高的所述两个部件中的另一个，并与所述内周部件和所述外周部件中的任意另一个紧密接触；以及凹凸嵌合部，在所述内周侧环与所述外周侧环之间的接触面上沿着环状方向设置，限制这些内周侧环和外周侧环在轴向上的位置偏移。

本发明的其他一个方式提供一种密封环，包括：内周侧环，是与相对于外周部件相对地进行往复运动的内周部件紧密接触的橡胶状弹性体；外周侧环，是配置于所述内周侧环的外周面且与所述外周部件紧密接触的、硬度比所述内周侧环高的橡胶状弹性体；落座面，设置于所述内周侧环，并落座于设置在所述内周部件的安装槽；密封面，设置于所述外周侧环，并与所述外周部件紧密接触；以及凹凸嵌合部，在所述内周侧环与所述外周侧环之间的接触面上沿着环状方向设置，限制这些内周侧环和外周侧环在轴向上的位置偏移。

发明效果

根据本发明，由于内周侧环与外周侧环之间的轴向的位置偏移被凹凸嵌合部限制，因此能够防止伴随两种部件的位置偏移而产生的密封面相对于对方面的反作用力及摩擦力的变动。

附图说明

图1是表示本实施方式的密封环的一例的图，左半部分是以通过轴心O的平面剖开的剖面图，右半部分是外观主视图。

图2是以通过轴心O的平面剖开而表示往复运动用密封环的安装状态的半剖面图。

图3是表示在各种密封环的密封面所产生的反作用力的实验结果的图表。

图4是表示在各种密封环的密封面所产生的摩擦力的实验结果的图表。

图5是表示以往的密封环的一例的图，左半部分是以通过轴心O的平面剖开的剖面图，右半部分是外观主视图。

图6是以通过轴心O的平面剖开而表示往复运动用密封环的安装状态的半剖面图。

图7是作为以往的密封环的一例而表示硬度不同的两种部件组合而成的密封环的一例的图，左半部分是以通过轴心O的平面剖开的剖面图，右半部分是外观主视图。

图8是作为图7所示的往复运动用密封环的安装状态而表示硬度不同的两种部件在轴向上错开的一个方式并以通过轴心O的平面剖开的半剖面图。

图9是作为图7所示的往复运动用密封环的安装状态而表示硬度不同的两种部件在轴向上错开的另一方式并以通过轴心O的平面剖开的半剖面图。

具体实施方式

基于图1至图4对实施的一个方式进行说明。本实施方式是在用于汽车的AT(Automatic Transmission，自动变速器)和CVT(Continuously Variable Transmission，无级变速器)的离合器中使用的密封环的一例。

如图1所示，本实施方式的密封环10由橡胶状弹性材料构成，其以通过轴心O的平面剖开的截面形状具有扁平的D形(参照图1中的左半部分)。密封环10组合了硬度不同的两种部件。两个部件中的一个是内周侧环10a，另外一个是外周侧环10b。

内周侧环10a是占据密封环10的内周侧的环状部件，落座于后述的内周部件30的安装槽32(参照图2)。外周侧环10b是配置在内周侧环10a的外周面并占据密封环10的外周侧的环状部件，使密封面11与后述的外周部件20的内周面21紧密接触。

在这两种部件中，内周侧环10a是使用低硬度橡胶材料的低硬度部，外周侧环10b是使用高硬度橡胶材料的高硬度部。即，内周侧环10a和外周侧环10b中具有密封面11的一侧(外周侧环10b)的硬度比安装在安装槽32中而落座的一侧(内周侧环10a)的硬度高。

在内周侧环10a与外周侧环10b之间设有凹凸嵌合部12。凹凸嵌合部12由突条12a和凹槽12b形成，突条12a沿着环状方向设置在内周侧环10a的外周面，凹槽12b沿着环状方向设置在外周侧环10b的内周面。突条12a和凹槽12b均设置在内周侧环10a和外周侧环10b的周向的整周上，相互嵌合。因此，凹凸嵌合部12限制内周侧环10a和外周侧环10b在轴向上的位置偏移。

内周侧环10a的内周面是形成为圆筒面状的作为落座面的密封内周面13。设置在外周侧环10b上的密封面11具有向外径侧膨胀的圆弧状截面。内周侧环10a和外周侧环10b在位于与轴心O正交的平面上的两侧具有侧面14。在侧面14中，内周侧环10a所形成的部分是侧面14a，外周侧环10b所形成的部分是侧面14b。

因此，密封环10整体上呈“D形环”的形状。

如图2所示，密封环10例如介于离合器(未图示整体)的外周部件20与内周部件30之间，对在外周部件20与内周部件30之间流动的流体进行密封。作为用于该目的的结构的一例，密封环10以空开间隙的方式安装在内周部件30的外周面31上形成为圆环状的安装槽32中，使密封面11从该安装槽32向外径侧突出。密封面11与外周部件20的内周面21可滑动地紧密接触。

密封环10嵌入安装槽32而使作为落座面的密封内周面13落座于槽底面32a，通过承受密封在高压空间H侧的工作油的压力，使侧面14与安装槽32的内侧面32b紧密接触。密封面11通过形成圆弧状截面，局部地提高了对外周部件20的内周面21的密封面压力，防止工作油从高压空间H向低压空间L的泄漏。

本实施方式的密封环10组合硬度不同的两种部件，将内周侧的内周侧环10a作为低硬度部，将外周侧的外周侧环10b作为高硬度部。因此，能够不会降低具有密封面11的外周侧环10b的压溃量、并且外周侧环10b不使用低硬度橡胶材料而降低密封环10滑动时的滑动阻力。

如基于图8、图9所述，在由硬度不同的两种部件组合而成的密封环、例如图7所例示的密封环100中，有时会在内周侧环100a与外周侧环100b之间产生位置偏移。此时，在内周侧环100a相比外周侧环100b向低压空间L侧偏移的情况下(参照图8)，对外周侧环100b施加浮起方向的力。相反地，在外周侧环100b相比内周侧环100a向低压空间L侧偏移的情况下(参照图9)，对内周侧环100a施加向槽底面302a按压方向(参照空心箭头)的力。因此，会损害密封面101相对于外周部件200的反作用力和摩擦力的稳定性。

本实施方式的密封环10由于凹凸嵌合部12限制内周侧环10a与外周侧环10b之间的位置偏移，因此能够使内周侧环10a与外周侧环10b之间不产生位置偏移。其结果是，能够防止伴随图8所例示的外周侧环10b的浮起或者图9所例示的内周侧环10a的按压而产生的密封面11相对于外周部件20的反作用力及摩擦力的变动，能够维持密封环10滑动时的滑动阻力的稳定性。

本实施方式的密封环10包括：内周侧环10a，是橡胶状弹性体，与相对于外周部件20进行相对往复运动的内周部件30紧密接触；以及外周侧环10b，是硬度比内周侧环10a高的橡胶状弹性体，配置在内周侧环10a的外周面31上且与外周部件20紧密接触。内周侧环10a具有作为落座面的密封内周面13，该密封内周面13落座在内周部件30上设置的安装槽32中。外周侧环10b具备与外周部件20紧密接触的密封面11。密封环10具备凹凸嵌合部12，该凹凸嵌合部12在内周侧环10a与外周侧环10b之间的接触面上沿着环状方向设置，限制这些内周侧环10a和外周侧环10b在轴向上的位置偏移。

作为另一实施方式，安装槽32也可以设置在外周部件20上。在该情况下，在外周侧环10b的外周面设置有落座于安装槽32的落座面，在内周侧环10a的内周面设置有密封面11。

作为又一实施方式，也可以在内周侧环10a上设置凹凸嵌合部12的凹槽12b，在外周侧环10b上设置突条12a。

在实施时，允许各种变形或变更。

实施例

为了比较对密封面11的反作用力，假定了六种密封环10的模型，进行了基于有限元法(FEM)的分析。所有模型均由产品内径φ50.5、压溃量0.2mm的丙烯酸橡胶构成。各个规格如下所述。

(模型1)

截面形状部分的大小为1.7×3.4(mm)、硬度为60的单一材料。

(模型2)

截面形状部分的大小为1.7×3.4(mm)、硬度为70的单一材料。

(模型3)

截面形状部分的大小为1.7×3.4(mm)、硬度为90的单一材料。

(模型4)

内周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.7(mm)，硬度为60。

外周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.7(mm)，硬度为90。

(模型5)

内周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.1(mm)，硬度为60。

外周侧环的截面形状部分的大小为1.7×2.3(mm)，硬度为90。

(模型6)

内周侧环的截面形状部分的大小为1.7×2.3(mm)，硬度为60。

外周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.1(mm)，硬度为90。

图3是由密封在外周部件20与内周部件30之间的流体施加的压力为0MPa时和2MPa时的在密封面11上产生的反作用力的分析结果。

关于单一材料的模型(模型1～3)，可知在硬度为60的模型1和硬度为70的模型2中，流体产生的压力为0MPa时和2MPa时都没有大的差异，与此相对，在硬度为90的模型3中反作用力大幅上升。

关于组合了硬度不同的两种部件的模型(模型4～6)，尽管外周侧环10b为硬度90，但与由硬度为90的单一材料构成的模型3相比，模型4～6的反作用力均大幅降低。无论流体产生的压力是0MPa还是2MPa，反作用力的降低率都按照模型5、4、6的顺序变大。即，使用低硬度橡胶材料的内周侧环10a的尺寸比率越大，反作用力越低。

关于组合了硬度不同的两种部件的模型(模型4～6)，即使与由硬度为60的单一材料构成的模型1、由硬度为70的单一材料构成的模型2相比较，当流体产生的压力为2MPa时，反作用力也降低。即，在模型4～6中，可知相对于流体压力的变动的反作用力的差变小。

由以上的分析结果可知，尽管是0.2mm这样相同的压溃量，但组合了硬度不同的两种部件的模型(模型4～6)与单一材料的模型(模型1～3)相比，显然能够降低对密封面11的反作用力。

接着，为了比较在密封面11上产生的摩擦力，假定三种密封环10的模型，进行基于有限元法(FEM)的分析。所有模型均由产品内径φ50.5、压溃量0.2mm的丙烯酸橡胶构成。各个规格如下所述。

(模型7)

截面形状部分的大小为1.7×3.4(mm)，硬度为70的单一材料。

(模型8)

内周侧环的截面形状部分的大小为1.7×2.3(mm)，硬度为60。

外周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.1(mm)，硬度为90。

(模型9)

内周侧环的截面形状部分的大小为1.7×2.3(mm)，硬度为60。

外周侧环的截面形状部分的大小为1.7×1.1(mm)，硬度为90。

在内周侧环与外周侧环之间设有凹凸嵌合部。

图4是由密封在外周部件20与内周部件30之间的流体施加的压力为0MPa时和2MPa时的密封面11上产生的摩擦力的分析结果。

在由流体施加的压力为0MPa时，对于模型7～9的任一个，在密封面11上产生的摩擦力的值都难以产生差异。

当由流体施加的压力为2MPa时，在模型8中摩擦力急剧增大。这是因为产生了如图8所示的现象、即由于使用密封环的设备的工作状态或压力的影响，在内周侧环与外周侧环之间产生位置偏移，在内周侧环比外周侧环向低压空间侧偏移的情况下，通过油压的作用在外周侧环上产生向从内周侧环浮起的方向施加力的现象。由此，密封面相对于外周部件的摩擦力增大。

关于这一点，若着眼于模型9，则与模型8同样，尽管是组合了硬度不同的两种部件的密封环，但是在密封面11上产生的摩擦力与模型8相比格外低。推测这是因为，凹凸嵌合部介于内周侧环与外周侧环之间，这些内周侧环与外周侧环在轴向上不发生位置偏移。即，本来就不会发生图8所示的现象，因此外周侧环不会浮起。

对于模型9，与由单一材料构成的模型7相比，在密封面11上产生的摩擦力也较低。推测这是因为，内周侧环的硬度是比模型7的硬度70低的硬度60。

根据以上的分析结果，关于在密封面11上产生的摩擦力，证明了模型9的优越性。

符号说明

10 密封环

10a 内周侧环

10b 外周侧环

11 密封面

12 凹凸嵌合部

12a 突条

12b 凹槽

13 密封内周面(落座面)

14 侧面

14a 侧面

14b 侧面

20 外周部件

21 内周面

30 内周部件

31 外周面

32 安装槽

Claims (4)

1.一种密封环，其特征在于，包括：

环，具有内周侧环和外周侧环这两个部件，所述内周侧环是与相对于外周部件相对地进行往复运动的内周部件紧密接触的橡胶状弹性体，所述外周侧环是配置在所述内周侧环的外周面且与所述外周部件紧密接触的橡胶状弹性体；

落座面，设置于所述两个部件中的一个，并落座于设置在所述内周部件和所述外周部件中的任一个的安装槽；

密封面，设置在硬度比所述两个部件中的一个高的所述两个部件中的另一个，并与所述内周部件和所述外周部件中的任意另一个紧密接触；以及

凹凸嵌合部，在所述内周侧环与所述外周侧环之间的接触面上沿着环状方向设置，限制这些内周侧环和外周侧环在轴向上的位置偏移。

2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，

所述凹凸嵌合部具有：突条，在所述内周侧环和所述外周侧环中的任一个上沿着环状方向设置；以及凹槽，在该突条嵌入的另一个上沿着环状方向设置。

3.一种密封环，其特征在于，包括：

内周侧环，是与相对于外周部件相对地进行往复运动的内周部件紧密接触的橡胶状弹性体；

外周侧环，是配置于所述内周侧环的外周面且与所述外周部件紧密接触的、硬度比所述内周侧环高的橡胶状弹性体；

落座面，设置于所述内周侧环，并落座于设置在所述内周部件的安装槽；

密封面，设置于所述外周侧环，并与所述外周部件紧密接触；以及

凹凸嵌合部，在所述内周侧环与所述外周侧环之间的接触面上沿着环状方向设置，限制这些内周侧环和外周侧环在轴向上的位置偏移。

4.根据权利要求3所述的密封环，其特征在于，

所述凹凸嵌合部具有：突条，在所述内周侧环上沿着环状方向设置；

以及凹槽，在该突条嵌入的所述外周侧环上沿着环状方向设置。

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