CN114761714A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

降低旋转扭矩。环状的密封装置(1)安装在设置于轴(200)的外周的环状槽(210)，密封相对旋转的轴(200)与壳体(300)之间的环状空间(S)，构成为流体压力变化而保持密封对象区域的流体压力，并且以能够相对于环状槽(210)中的低压侧的侧壁面(211)滑动的方式与该侧壁面接触。密封装置(1)包括：滑动部(20)，相对于侧壁面(211)滑动；内周部(30)，与轴(200)相接触；滑动部槽(21)，被形成为在滑动部(20)中沿周向延伸，且在轴线(x)方向上呈凹状；导入槽(22)，被形成为从滑动部槽(21)延伸至内周部(30)，且在轴线x方向上呈凹状；以及内周槽(40)，设置于滑动部(20)与内周部(30)之间的接合部，且在轴线(x)方向上呈凹状。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及密封装置。
背景技术
以往，例如已知有在汽车用的自动变速器(AT：Automatic Transmission)、无级变速器(CVT：Continuously Variable Transmission)这样的各种变速器的旋转轴中使用的作为密封环的密封装置(以下，简称为“密封装置”)。作为上述那样的密封装置，公开了：在相对于侧壁面滑动的滑动部侧设有动压产生用槽，该动压产生用槽具有第一槽和第二槽，该第一槽径向的宽度恒定且沿周向延伸，该第二槽从第一槽中的周向的中央位置延伸至内周面并将密封对象流体引导至第一槽内(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/111707号。
发明内容
然而，在用于各种变速器的旋转轴中的密封装置中，为了应对环境问题，期望用于降低旋转扭矩的进一步的改良。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低旋转扭矩的密封装置。
为了实现上述目的，本发明涉及的密封装置是环状密封装置，安装在设置于轴的外周的环状槽中，密封相对旋转的所述轴与壳体之间的环状空间，构成为流体压力变化而保持密封对象区域的流体压力，并且以能够相对于所述环状槽中的低压侧的侧壁面滑动的方式与该侧壁面接触，所述密封装置包括：滑动部，相对于所述侧壁面滑动；内周部，与所述轴相接触；滑动部槽，被形成为在所述滑动部中沿周向延伸，且在轴线方向上呈凹状；导入槽，被形成为从所述滑动部槽延伸至所述内周部，且在所述轴线方向上呈凹状；以及内周槽，设置在所述滑动部与所述内周部之间的接合部，且在所述轴线方向上呈凹状。
在本发明的一个方式涉及的密封装置中，所述内周槽在所述接合部沿周向延伸且连通为环状。
在本发明的一个方式涉及的密封装置中，所述滑动部槽设置于能够在所述滑动部的径向上在使用状态下与所述侧壁面接触的区域。
在本发明的一个方式涉及的密封装置中，所述导入槽设置于所述滑动部槽的周向的端部的位置。
在本发明的一个方式涉及的密封装置中，所述导入槽设置于所述滑动部槽的周向的中央的位置。
在本发明的一个方式涉及的密封装置中，所述滑动部槽的径向的宽度被形成为恒定。
根据本发明的密封装置，能够降低旋转扭矩。
附图说明
图1是用于示出本发明的实施方式涉及的密封装置的简要结构的主视图；
图2是从外周面侧观察图1所示的密封装置的图；
图3是图1所示的密封装置的后视图；
图4是图3所示的密封装置的滑动部的放大立体图；
图5是图1所示的密封装置的使用状态下的沿着轴线的截面的截面立体图；
图6是图4所示的密封装置的滑动部槽的截面A-A的截面图；
图7是图4所示的密封装置的导入槽的截面B-B的截面图；
图8是图1所示的密封装置的使用状态下的沿着轴线的截面的截面图；
图9是参考例涉及的密封装置的沿着轴线的截面的截面立体图；
图10是示出本发明的实施方式涉及的密封装置的滑动部的变形例的放大立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于示出本发明的实施方式涉及的密封装置1的简要结构的主视图。图2是从外周面侧观察密封装置1的图。图3是密封装置1的后视图。图4是密封装置1的滑动部的放大立体图。图5是密封装置1的使用状态下的沿着轴线x的截面的截面立体图。
以下，为了便于说明，如图1至图5所示，将轴线x方向上的箭头a方向(轴线方向上的一侧)设为高压侧，将轴线x方向上的箭头b方向(轴线方向上的另一侧)设为低压侧。另外，在与轴线x垂直的方向(以下，也称为“径向”)上，将从轴线x远离的方向、即箭头c方向设为外周侧，将靠近轴线x的方向、即箭头d方向设为内周侧。在本实施方式中，如图1所示，将在轴线x方向上从一侧朝向另一侧观察密封装置1的方向设为正面，如图2所示，将在轴线x方向上从另一侧朝向一侧观察密封装置1的方向设为背面。
如图1至图5所示，本实施方式涉及的密封装置1例如是：在汽车用的AT、CVT等变速器中，为了保持流体压力(在本实施方式中为油压)而用于密封相对旋转的轴200与壳体300(参照图8)之间的环状间隙的用途的密封环。另外，在以下的说明中，“高压侧”是指在密封装置1的两侧产生差压时成为高压的一侧，“低压侧”是指在密封装置1的两侧产生差压时成为低压的一侧。密封装置1被构成为图5中左侧的区域的流体压力发生变化，密封装置1发挥保持图5中左侧的密封对象区域的流体压力的作用。另外，在汽车的发动机停止的状态下，密封对象区域的流体压力低，成为无负荷的状态，一旦启动发动机，则密封对象区域的流体压力变高。另外，在图5中，示出了图5中左侧的流体压力比右侧的流体压力高的状态。以下，将图8中作为左侧的一侧设为高压侧，将作为左侧的另一侧设为低压侧。
本发明的实施方式涉及的密封装置1是环状的密封装置，其安装在设置于轴200的外周的环状槽210，密封相对旋转的轴200与壳体300之间的环状的空间S，构成为流体压力发生变化而保持密封对象区域的流体压力，并以能够相对于环状槽210的侧壁面211、212中的处于低压侧的侧壁面滑动的方式与该侧壁面接触。密封装置1具备：滑动部20，其相对于侧壁面211、212滑动；内周部30，其与轴200接触；滑动部槽21，其以在滑动部20沿周向延伸的方式形成，并且在轴线x方向上呈凹状；导入槽22，其以从滑动部槽21延伸至内周部30的方式形成，并且在轴线x方向上呈凹状；以及内周槽40，其设置于滑动部20与内周部30的接合部，并且在轴线x方向上呈凹状。以下，对密封装置1进行具体说明。
如图1至图3所示，密封装置1整体形成为环状。密封装置1具备圆盘部10、滑动部20、内周部30、外周面50以及接缝部110。密封装置1被构成为外周面50的周长比壳体300的轴孔的内周面的周长短，并且被够成为不具有过盈量。因此，在没有作用流体压力的状态下，密封装置1的外周面50能够成为从壳体300的内周面离开的状态。
圆盘部10在图1所示的正面侧和图3所示的背面侧，被形成为以轴线x方向为中心的圆盘状。圆盘部10在作为与轴线x方向垂直的方向的径向和周向上，被形成为平坦或大致平坦状。圆盘部10在轴线x方向上面向形成于轴200的环状槽210的侧壁面211、212(参照图5)。
滑动部20被形成在图1所示的正面侧和图3所示的背面侧的圆盘部10。圆盘部10在作为与轴线x方向垂直的方向的径向和周向上，除了设置有滑动部20的滑动部槽21、导入槽22、以及内周槽40的部分之外，被形成为平坦或者大致平坦状。滑动部20在轴线x方向上面向例如形成于轴200的环状槽210的侧壁面211、212(参照图5)。如上所述，滑动部20具有滑动部槽21、导入槽22和内周槽40。
如图3所示，滑动部槽21在滑动部20的滑动面侧的侧面之中的、除接缝部110附近以外的整周上，例如等间隔地设置有多个。
如图4所示，滑动部槽21是为了在密封装置1相对于设置于轴200的环状槽210的使用状态下成为低压侧的侧壁面211、212滑动时产生动压而设置的。滑动部槽21例如以径向的宽度恒定且沿周向R延伸的方式被形成为圆弧状或大致圆弧状。
如图5所示，滑动部槽21被设置在以下区域，该区域在使用状态下能够与环状槽210的使用状态下成为低压侧的侧壁面211、212例如图5中的侧壁面211接触。即，滑动部槽21以收纳于在滑动部20的径向上相对于侧壁面211滑动的滑动区域内的方式设置于滑动部20的靠近内周部30的位置。滑动部槽21被形成为在轴线x方向上从另一侧朝向一侧具有深度的凹槽状。关于滑动部槽21的槽的深度，例如被构成为深度相对于径向恒定。
图6是密封装置1的滑动部槽21的截面A-A的截面图。如图6所示，关于滑动部槽21的槽的深度，相对于周向，例如滑动部槽21的槽底被构成为与位于周向的中央的中央部202相比，两端侧的端部201变得更浅。因此，滑动部槽21相对于滑动部20的槽底的角度被形成为从中央部202朝向两端侧的端部201具有规定的角度α。
图7是密封装置1的导入槽22的截面B-B的截面图。如图4、图5及图7所示，导入槽22例如设置于滑动部槽21的周向的中央的位置。导入槽22被形成为从滑动部槽21朝向内周侧延伸至内周部30、即贯穿滑动部槽21和内周部30。导入槽22将密封对象流体从轴200的环状槽210引导至滑动部槽21内。导入槽22被形成为在轴线x方向上从另一侧朝向一侧而具有深度的凹槽状。导入槽22的槽底的深度例如被形成为比内周槽40、滑动部槽21的底部的深度深。导入槽22被构成为槽底例如从面向内周部30的内周底部221朝向外周侧的外周底部222经由台阶状的台阶部223而变浅。此外，导入槽22的槽底的深度并不限于上述的例子。
内周部30被形成为圆筒状，并且在内周方向上面向环状槽210的周壁面213。内周部30在滑动部20与内周部30的接合部、即在内周部30的轴线x方向的一侧(箭头a方向)以及另一侧(箭头b方向)的端部，设置有在轴线x方向上呈凹状的内周槽40。
内周槽40是以在接合部沿周向延伸的方式连通为环状的槽。内周槽40的内周侧的面在使用状态下面向轴200的环状槽210的周壁面213，内周槽40的滑动部20侧的面在使用状态下面向环状槽210的侧壁面211、212。内周槽40在径向外周侧与导入槽22连接。即，内周槽40经由导入槽22与滑动部槽21连通。内周槽40的径向外周侧的端部延伸至环状槽21的内周侧的端部或其附近。
外周面50被形成为圆筒状，并在外周方向上面向壳体300。
接缝部110设置在密封装置1的周向的一个部位。接缝部110从外周面50侧、圆盘部10侧及滑动部20的任一个观察时，均被切断成台阶状。通过如上所述的那样形成为台阶状，接缝部110具有即使密封装置1的周长因热胀冷缩而变化也能够维持稳定的密封性能的特性。
密封装置1由聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)等树脂材料构成。
接着，对上述密封装置1的使用状态进行说明。
图8是密封装置1的使用状态下的沿着轴线x的截面的截面图。
如图8所示，密封装置1安装在设置于轴200的外周的环状槽210，密封相对旋转的轴200与壳体300(壳体300中的轴200插穿的轴孔的内周面)之间的环状的空间S。由此，密封装置1保持以油压变化的方式构成的密封对象区域的流体压力(油压P)。在此，密封装置1在图8中与图5同样地示出图8中左侧的流体压力比右侧的流体压力高的状态。具体而言，在图8中，示出了通过安装有密封装置1的未图示的发动机起动而经由密封装置1产生差压的状态。在发动机起动而产生差压的状态下，密封装置1成为与环状槽210的相当于低压侧的侧壁面、例如在图8中的侧壁面211以及壳体300的轴孔的内周面紧贴的状态。另外，在该状态下，密封装置1的内周部30从环状槽210的周壁面213上浮。另外，在该状态下，在壳体300的内周面与轴200的外周面之间产生突出间隙D2。
如图8所示，密封装置1在使用状态下密封相对旋转的轴200与壳体300之间的环状空间S。由此，密封装置1能够保持以油压P变化的方式构成的密封对象区域(高压侧的区域)的油压P。在此，密封装置1的滑动部20在轴200与壳体300相对旋转的情况下，在与环状槽210的低压侧的侧壁面211之间滑动。此时，在密封装置1中，密封对象流体从设置于密封装置1的滑动部20的滑动部槽21、导入槽22、以及内周槽40向滑动部20流出时产生动压。在密封装置1相对于环状槽210向图3中的顺时针方向旋转的情况下，密封对象流体从滑动部槽21的逆时针方向侧的端部201向滑动部20流出。另外，在密封装置1相对于环状槽210向图3中的逆时针方向旋转的情况下，密封对象流体从滑动部槽21的顺时针方向侧的端部201向滑动部分流出。
根据以上说明的密封装置1，如上所述，密封对象流体被导入滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40内。因此，在滑动部20中，在设置有滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40的范围、例如图8所示的距内周部30的高度H2的范围内，从高压侧作用于密封装置1的流体压力和从低压侧作用于密封装置1的流体压力被抵消。由此，密封装置1能够将流体压力(从高压侧向低压侧的流体压力)的受压面积减少相当于滑动部20中设置有滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40的区域(比距内周部30的高度H2靠内周侧的区域)的部分。
另外，根据密封装置1，在滑动部20相对于环状槽210中的低压侧的侧壁面211、212滑动时，密封对象流体从滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40向滑动部分流出时产生动压。由此，在密封装置1上产生远离侧壁面211、212的方向的力。
如上所述，根据密封装置1，通过在滑动部20设置滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40来减少受压面积，由此能够有效地降低旋转扭矩。这样，根据密封装置1，能够实现旋转扭矩(滑动扭矩)的降低，由此能够抑制由滑动引起的发热，即使在高速高压的环境条件下也能够适当地使用密封装置1。另外，根据密封装置1，伴随于此，作为轴200的材料也能够使用铝等软质材料。
另外，根据密封装置1，由于能够通过滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40向滑动部20导入密封对象流体，因此能够在侧壁面211、212更高效地形成流体的膜(油膜)。即，根据密封装置1，能够有效地降低旋转扭矩。
另外，根据密封装置1，滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40设置于在使用状态下相对于轴200的环状槽210的侧壁面211、212滑动的滑动区域内。即，由于滑动部槽21、导入槽22以及内周槽40相对于滑动部20的高度H1设置在不属于突出间隙D2的区域的、比高度H2靠下侧的位置，因此能够抑制密封对象流体的泄漏。
另外，根据密封装置1，如图6所示，如果滑动部槽21的槽底被构成为与周向的中央的中央部202相比两端侧的端部201变浅，则通过楔形效应，能够有效地产生上述的动压。特别是，在采用滑动部槽21的槽底从中央部202朝向两侧的端部201逐渐变浅的结构的情况下，即使密封装置1中的滑动部20随时间经过而磨损，也能够稳定地发挥楔形效应。
图9是参考例涉及的密封装置1A的沿着轴线x的截面的截面立体图。参考例涉及的密封装置1A在滑动部20A的内周侧的端部与内周部30之间的接合部没有设置内周槽40这一点上，与之前说明的密封装置1不同。
如图9所示，参考例涉及的密封装置1A在滑动部20A的内周侧的端部与内周部30之间的接合部没有设置内周槽40。因此，在密封装置1A被形成为轴200的环状槽210的侧壁面211、212、例如图9中的侧壁面211从周壁面213朝向外周侧打开的情况下，滑动部20A的内周侧的端部与侧壁面211接触。另外，即使在轴200因某些理由而倾斜的情况下，滑动部20A的内周侧的端部也与侧壁面211接触。在这样的情况下，密封装置1A在滑动部20与侧壁面211之间产生的间隙D3变大，期望密封性的改善。
另一方面，密封装置1在滑动部20的内周侧的端部设置有内周槽40。由此，如图5所示，在密封装置1被形成为轴200的环状槽210的侧壁面211从周壁面213朝向外周侧打开的情况下，能够在该内周槽40的附近与侧壁面211接触。因此，根据密封装置1，能够缩小在滑动部20与侧壁面211之间产生的间隙D1，因此能够实现密封性的改善。
如以上说明的那样，根据本发明的第一实施方式涉及的密封装置1，能够实现旋转扭矩的降低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述本发明的实施方式，包含本发明的概念以及权利要求书所包含的所有方式。另外，为了满足上述的课题以及效果的至少一部分，也可以适当选择性地组合各结构。例如，上述实施方式中的各构成要素的形状、材料、配置、尺寸等可以根据本发明的具体的使用方式而适当变更。
图10是示出本发明的实施方式涉及的密封装置1B的滑动部20B的变形例的放大立体图。如图10所示，在本发明中，设置于密封装置1的滑动部20B的滑动部槽21B的导入槽22B并不限于如上述那样设置于滑动部槽21B的周向的中央部，例如，也可以设置于滑动部槽21B的周向的端部202B。在该情况下，滑动部槽21B的槽底也可以被形成为从端部202B朝向端部201B逐渐变浅。
另外，在密封装置1中，滑动部槽21的形状并不限于上述的形状，能够采用各种结构。例如，在密封装置1中，设置于滑动部20的滑动部槽21的槽底也可以被构成为从周向的中央呈平面状地朝向两侧逐渐变浅。另外，在密封装置1中，滑动部槽21的槽底也可以被构成为从周向的中央呈曲面状地朝向两侧逐渐变浅。另外，在密封装置1中，滑动部槽21的槽底也可以被构成为从周向的中央呈台阶状地朝向两侧变浅。另外，在密封装置1中，滑动部槽21的槽底也可以被构成为从周向的中央呈台阶状地朝向两侧变浅，且台阶部分为倾斜面。这样，密封装置1通过滑动部槽21的槽底被构成为与周向的中央相比两端侧变浅，能够通过楔形效应更有效地产生动压。
另外，密封装置1、1B在圆盘部10的两侧设置有滑动部槽21、21B、导入槽22、22B以及内周槽40。这样，通过在圆盘部10的两侧设置有滑动部20，密封装置1、1B除了在面向另一侧的圆盘部10的环状槽210的侧壁面211以外，还成为与面向一侧的圆盘部10的侧壁面212和壳体300的轴孔的内周面紧贴的状态的情况下、即根据情况而低压侧和高压侧可在一侧和另一侧变化的情况下，也能够起到减少流体压力的受压面积等的上述的作用效果。
另外，密封装置1并不限于在截面为矩形的环状部件形成有上述接缝部110和多个滑动部槽21的结构，意味着并不一定以截面为矩形的环状部件为原材料，实施加工而形成接缝部110和多个滑动部槽21。当然，也可以在成形截面为矩形的环状部件之后，通过切削加工来获得这些部件。但是，例如，也可以在预先成形具有接缝部110的部件之后，通过切削加工得到多个滑动部槽21，制造方法没有特别限定。
另外，接缝部110的形状并不限于上述的形状，例如也可以采用直线切割、斜切、阶梯切割等。此外，作为密封装置1的材料，在采用低弹性的材料(PTFE等)的情况下，也可以不设置接缝部110而形成为环状。
另外，以上说明的密封装置1、1B中的方向只是为了便于说明。因此，例如，在密封装置1、1B中，也可以将轴线x方向上的箭头a方向(轴线方向上的一侧)设为低压侧，将轴线x方向上的箭头b方向(轴线方向上的另一侧)设为高压侧。
并且，在以上说明的密封装置1、1B中，在面向一侧和另一侧这两者的圆盘部10上设置滑动部20、20B，在该滑动部20、20B设置滑动部槽21、21B、导入槽22、22B和内周槽40，但在本发明中，滑动部20也可以设置在一侧或另一侧中的任意一个圆盘部10上。
符号说明
1，1A，1B…密封装置，10…圆盘部，20，20A，20B…滑动部，21，21B…滑动部槽，22，22B…导入槽，30…内周部，40…内周槽，50…外周面，110…接缝部，200…轴，201，201B…端部，202，202B…端部，210…环状槽，211，212…侧壁面，213…周壁面，221…内周底部，222…外周底部，223…台阶部，300…壳体，D1，D3…间隙，D2…突出间隙，H1，H2…高度

Claims (6)

1.一种密封装置，该密封装置是环状密封装置，安装在设置于轴的外周的环状槽中，密封相对旋转的所述轴与壳体之间的环状空间，构成为流体压力变化而保持密封对象区域的流体压力，并且以能够相对于所述环状槽中的低压侧的侧壁面滑动的方式与该侧壁面接触，
所述密封装置包括：
滑动部，相对于所述侧壁面滑动；
内周部，与所述轴相接触；
滑动部槽，被形成为在所述滑动部中沿周向延伸，且在轴线方向上呈凹状；
导入槽，被形成为从所述滑动部槽延伸至所述内周部，且在所述轴线方向上呈凹状；以及
内周槽，设置在所述滑动部与所述内周部之间的接合部，且在所述轴线方向上呈凹状。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其中，
所述内周槽在所述接合部沿周向延伸且连通为环状。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其中，
所述滑动部槽设置于能够在所述滑动部的径向上在使用状态下与所述侧壁面接触的区域。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的密封装置，其中，
所述导入槽设置于所述滑动部槽的周向的端部的位置。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的密封装置，其中，
所述导入槽设置于所述滑动部槽的周向的中央的位置。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的密封装置，其中，
所述滑动部槽的径向的宽度被形成为恒定。
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