JP2007107571A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 往復動と回転動の両方が生じ、さらに偏心が生じる場合でもシール性が維持され、かつ、シール部材の耐久性が向上される密封装置を提供する。
【解決手段】 軸穴を有するハウジング３と、該軸穴に挿入される軸４との間の環状隙間を密封する密封装置であって、軸４に設けられる周方向溝４０と、周方向溝４０の溝底側に装着されるＯリング１と、周方向溝４０の開口側に装着されハウジング３に摺動する樹脂リング２と、を備える密封装置において、周方向溝４０の溝底面は、溝側壁４２に向かって開口側に傾斜する傾斜面４３を備えており、ハウジング３と軸４との間で偏心が生じると、Ｏリング１が高圧側からの圧力により傾斜面４３をせり上がりながら低圧側へ移動する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置に関し、例えば、無断変速機のパワーローラの傾転角制御をするサーボピストンに用いるのに適した密封装置に関するものである。

従来、無断変速機におけるサーボピストンとサーボピストンボディ及びコントロールバルブボディとの隙間を密封するシール部材として、樹脂製のシールリングが使用されている（特許文献１参照）。図９に無断変速機のサーボピストン部分の断面図を示す。

サーボピストンボディ１３内に嵌合されたサーボピストン９は、コントロールバルブボディ１４に設けられた油路からの圧力指令に応動して軸線Ｏ_３方向に移動することにより、トラニオン４を軸線Ｏ_３方向にストロークさせる。この時パワーローラの回転軸線Ｏ_２と入出力コーンディスクの回転軸線とのオフセットによって、パワーローラが入出力コーンディスクから首振り分力を受けて軸線Ｏ_３の周りに傾転することにより、変速機の変速比が変化する。そして、所定変速比になったところで、変速比フィードバック制御によりサーボピストン９を介してトラニオン４を元のストローク位置に戻すことにより、当該所定速度比が維持される。

このように変速機の変速においては、サーボピストン９は往復動と回転（傾転）の二種類の運動を行うことになる。したがって、サーボピストン９とサーボピストンボディ１３及びコントロールバルブボディ１４との隙間を密封するシール１５〜１９は、往復動と回転のいずれの運動を行った場合でもシール性が維持されるものが要求される。特に無断変速機の場合は、機構上そのストローク位置と傾転角度を正確に制御する必要があるため、高度な低リーク性が要求される。

また、軸線Ｏ_３周りに回転するパワーローラを支持するトラニオン４が伝動中の力Ｆ２により、リンク７、８との連節点５、６間において曲げ変形され、これに起因してサーボピストン９は傾斜する。このため、特許文献１では、サーボピストン９とこれをガイドする孔壁との隙間を、球面継手６から遠ざかるにつれて大きくすることで、サーボピストン９とサーボピストンボディ１３及びコントロールバルブボディ１４とが干渉することを防止している。

この場合、サーボピストン９はサーボピストンボディ１３及びコントロールバルブボディ１４に対して大きく偏心するため、このような偏心が生じた場合でもシール性を維持可能なシール部材が要求される。
特開平０７−２１７７１６号公報 特開平１１−２４８００３号公報 特開２００２−２８５１４１号公報 実開昭６２−０６９０７４号公報

しかしながら、図１０に示すようなシールリングを用いた場合には、油圧方向が変わる際に、シールリング１００の移動に伴って漏れが発生してしまう（図１０では、油圧を図上右方向に切り替える場合を示す）。

往復運動用に適したシールとしては、図１１に示すような、ゴム状弾性体リング１０１と樹脂リング１０２からなる組合せシールが従来から知られているが（特許文献２、３参照）、回転運動も併せて生じる場合には、耐摩耗性の低いゴム状弾性体リング１０１が樹脂リング１０２と摺動してしまう場合があり（図１１中Ｃ）、ゴム状弾性体リング１０１の摩耗によりシール性の低下等をもたらすおそれがある。特に、サーボピストンのように往復動と回転とが頻繁に起こる場合には、組合せシールの適用は困難である。

また、偏心が生じる場合には、シール部材に偏心追随性がないと、サーボピストン９の回転時に該隙間から密封流体が非密封流体側に漏れるおそれがある。したがって、偏心が生じた場合にもシール性を維持するために、ゴム状弾性体リング１０１のつぶし代を大きくとる必要がある（図１２ａ）。しかし、つぶし代を大きくとると装着時の溝に対するゴム状弾性体リング１０１の充填率が高くなり、シール拡張力が大きくなってしまう(図１２ｂ)。その結果、シール摺動時に生じる摩擦が大きくなってしまい、機器の作動に支障が生じてしまう。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、往復動と回転動の両方が生じる場合でもシール性が維持され、かつ、シール部材の耐久性が向上される密封装置を提供すること、および、さらに偏心が生じる場合でも安定したシール性を得ることができる密封装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の密封装置にあっては、
相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
を備える密封装置において、
前記樹脂リングは、前記他方の部材との摺動面にテーパを有することを特徴とする。

このように、樹脂リングの他方の部材との摺動面にテーパを設けることにより、樹脂リングと他方の部材との接触面積が小さくなり、樹脂リングと他方の部材との摺動抵抗が低減される。その結果、弾性体リングと樹脂リングとの摺動抵抗が相対的に大きくなるので、回転運動時の弾性体リングと樹脂リングとの摺動を抑制することができる。したがって、弾性体リングと樹脂リングとの摺動によるシール部材の摩耗を防止できるので、密封装置の耐久性を向上させることができる。

上記目的を達成するために本発明の密封装置にあっては、
相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
を備える密封装置において、
前記弾性体リングは、前記樹脂リングとの間に、前記弾性体リングの軸方向の幅寸法いっぱいに拡がる当接面を有することを特徴とする。

このように、弾性体リングと樹脂リングとの当接面積を広くしているので、弾性体リングと樹脂リングとの摺動抵抗が相対的に大きくなる。その結果、回転運動時の弾性体リングと樹脂リングとの摺動を抑制することができ、シール部材の摩耗を抑制することできる。したがって、密封装置の耐久性を向上させることができる。

上記目的を達成するために本発明の密封装置にあっては、
相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
を備える密封装置において、
前記樹脂リングは、前記他方の部材との摺動面上に潤滑溝を有していることを特徴とする。

このように、樹脂リングの他方の部材との摺動面上に潤滑溝を設けることにより、樹脂リングと他方の部材との接触面積が小さくなり、また、潤滑溝に作用する潤滑油により、樹脂リングと他方の部材との摺動抵抗が低減される。その結果、弾性体リングと樹脂リングとの摺動抵抗が相対的に大きくなるので、回転運動時の弾性体リングと樹脂リングとの摺動を防止することができる。したがって、弾性体リングと樹脂リングとの摺動によるシールの摩耗を防止できるので、シールの耐久性を向上させることができる。

上記目的を達成するために本発明の密封装置にあっては、
軸穴を有する第１の部材と、該軸穴に挿入される第２の部材との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
一方の部材に設けられる周方向溝と、
前記周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
を備える密封装置において、
前記周方向溝の溝底面は、溝側壁に向かって開口側に傾斜する傾斜面を備えており、
前記第１の部材と前記第２の部材との間で偏心が生じると、前記弾性体リングが高圧側からの圧力により前記傾斜面をせり上がりながら低圧側へ移動することを特徴とする。

このように、偏心が生じた場合には、高圧側からの圧力により弾性体リングは傾斜面をせり上がりながら低圧側に押し付けられるので、つぶし代が確保されシール性を維持することができる。したがって、充填率を上げずにつぶし代を確保することができるので、過大な緊迫力が発生することがなく、密封装置の摺動時の摩擦が大きくならない。

周方向溝の溝底面は、両側の溝側壁のそれぞれに対応する傾斜面を両側に備えていることも好適である。

このように、軸方向両側に傾斜面を設けることにより、往復動によって油圧方向が切り替わった場合でも、偏心に対するシール性を発揮することができる。

以上説明したように、本発明により、往復動と回転動の両方に対してシール性を維持することができ、かつ、シール部材の耐久性を向上させることができる。また、さらに偏心が生じる場合でも、低フリクションの安定したシール性を得ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１〜図２を参照して、第１の実施例に係る密封装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る密封装置の装着時の状態を示す模式的断面である。

本発明の第１の実施例に係る密封装置は、例えば、図９に示すような無断変速機のサーボピストン等の往復動、回転動、偏心が生じる箇所であって、高い密封性が要求される箇所に適用可能な密封装置である。

密封装置は、弾性体リングであるＯリング１と樹脂リング２とから構成され、ハウジング３と、ハウジング３の軸穴に挿入された軸４との間の環状の隙間を密封するものであり、軸４の外周に設けられた周方向溝４０に装着される。ハウジング３と軸４は、相対的に往復動と回転動とを行い、偏心が生じる場合もある。

Ｏリング１は、円形の断面形状を有するゴム状弾性体製の密封部材であり、周方向溝４０の溝底面４１側に装着される。樹脂リング２は、略矩形状の断面形状を有する樹脂材製の密封部材であり、周方向溝４０の開口側（ハウジング３側）に装着される。

Ｏリング１と樹脂リング２は互いに密着して周方向溝４０内に装着される。Ｏリング１は、溝底面４１に対してしめ代Ｉを有するので、装着時に溝底面４１と樹脂リング２に挟まれて径方向に圧縮される。Ｏリング１の弾性復元力は、樹脂リング２をハウジング３の方向に付勢する押圧力として作用する。

樹脂リング２のハウジング３との摺動面上にはテーパ２１が設けられている。そのため、樹脂リング２とハウジング３との接触面Ａが、テーパ２１を設けない場合と比べて小さくなり、樹脂リング２とハウジング３との摺動抵抗が低減される。そうすると、接触面Ａに対するＯリング１と樹脂リング２との接触面Ｂの面積は相対的に増加することになる。その結果、接触面Ｂに生じる摺動抵抗が接触面Ａに生じる摺動抵抗に対して相対的に大きくなるため、軸４がハウジング３に対して回転運動する際にＯリング１と樹脂リング２とが互いに摺動するのを抑制することができる。したがって、Ｏリング１と樹脂リング２との摺動によるシール部材の摩耗を抑制することができ、密封装置の耐久性の向上を図ることができる。

また、このように、組合せシールを往復動と回転動の両方が生じる箇所に好適に適用することができるので、従来使用していたシールリングと比べて安定したシール性を得ることができる。

本実施例においては、ゴム状弾性体であるＯリング１の材質としては、耐油性、圧縮永久歪性、機械的強度が良い材質が好ましく、例えば、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）が好ましい。また、樹脂リング２の材質としては、低摩擦材が好ましく、例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が好ましい。ハウジング３および軸４は金属製である。

ここで、図３を参照して、樹脂リングとハウジングとの接触面積（軸方向の接触幅）を変えた場合の油圧と摺動抵抗との関係を説明する。図３は、油圧と摺動抵抗との関係を示す図表である。

図に示すように、接触面Ａの接触幅を小さくするほど接触面Ａに生じる摺動抵抗が低下することがわかる。

本実施例においては、接触面Ａを小さくするためにテーパ２１を設けているが、テーパを設ける代わりに面取りを設けても同様の効果が得られるのはいうまでもない。

図４を参照して、第２の実施例に係る密封装置について説明する。図４は、本発明の第２の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。なお、上記実施例と同様の構成については同一の番号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ以下述べる。

本実施例においては、溝底４１側に装着されるシール部材として、Ｏリングの代わりに、略矩形の断面形状を有する弾性体リング５を採用している。弾性体リング５の樹脂リング２との当接面（外周面）５１は、弾性体リング５の軸方向の幅寸法いっぱいに拡がる周面となっている。したがって、Ｏリングを使用した場合と比べて、樹脂リング２との接触面Ｂが大きくなるため、シール部材同士の摺動を抑制することができる。

図５を参照して、第３の実施例に係る密封装置について説明する。図５は、本発明の第３の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。なお、上記実施例と同様の構成については同一の番号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ以下述べる。

本実施例においては、弾性体リング６の樹脂リング２との当接面（外周面）６１は、弾性体リング６の軸方向の幅寸法いっぱいに拡がる周面となっている。したがって、Ｏリングを使用した場合と比べて、樹脂リング２との接触面Ｂが大きくなるため、シール部材同士の摺動を抑制することができる。

図６を参照して、第４の実施例に係る密封装置について説明する。図６は、本発明の第４の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。なお、上記実施例と同様の構成については同一の番号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ以下述べる。

本実施例においては、樹脂リング２のハウジング３との摺動面上には周方向の潤滑溝２３が設けられている。したがって、樹脂リング２とハウジング３との接触面積Ａは小さくなり、また、潤滑溝２３に作用する潤滑油により、樹脂リング２とハウジング３との摺動抵抗が低減される。その結果、Ｏリング１と樹脂リング２との摺動抵抗が相対的に大きくなるので、回転運動時のＯリング１と樹脂リング２との摺動を抑制することができる。したがって、Ｏリング１と樹脂リング２との摺動によるシール部材の摩耗を抑制することができるので、密封装置の耐久性を向上させることができる。

図７を参照して、第５の実施例に係る密封装置について説明する。図７は、本発明の第５の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。なお、上記実施例と同様の構成については同一の番号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ以下述べる。

本実施例においては、第４の実施例において樹脂リング２のハウジング３との接触面上に設けられた潤滑溝２３が複数設けられている。潤滑溝２３を設けることによる効果は第４の実施例と同様である。

図８を参照して、第６の実施例に係る密封装置について説明する。図８（ａ）は、本発明の第６の実施例に係る密封装置を示す模式的断面図である。図８（ｂ）は、本発明の第６の実施例に係る密封装置の装着時の状態を示す模式的断面である。なお、上記実施例と同様の構成については同一の番号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ以下述べる。

本実施例においては、Ｏリング１および樹脂リング２が装着される周方向溝４０の溝底に傾斜面４３が設けられている。傾斜面４３は、溝底中央から溝側壁４２に向かって溝開口側に傾斜している。Ｏリング１は傾斜面４３に対してつぶし代Ｉが形成される。そして、ハウジング３と軸４とが偏心した場合、高圧側からの圧力を受けてＯリング１と樹脂リング２は低圧側に押し付けられることになるが、この際、Ｏリング１は傾斜面４３をせり上がりながら移動することになる。すなわち、圧力の印加により低圧側に移動する際もＯリング１はつぶし代を発生させながら移動することになる。したがって、偏心が生じた場合でもシール性を維持することができ、安定したシール性を得ることができる。また、傾斜面４３によりＯリングの充填率を上げずにつぶし代を確保することができるので、高充填率による過大な緊迫力の発生がない。したがって、過大な緊迫力によるシール摺動時の摩擦の増大がなく、機器の作動の障害となることがない。

さらに、本実施例においては、周方向溝４０の両方の側壁４２のそれぞれに対して傾斜面４３が設けられている。このように、軸方向の両方向にそれぞれ傾斜面４３を設けることにより、往復動によって油圧方向が切り替わった場合でも、偏心に対しての傾斜面４３によるシール性維持の効果を得ることができる。

なお、本実施例における傾斜面４３の傾斜角度としては０°より大で４５°以下程度であることが好ましい。

以上の上記実施例においては、周方向溝を軸に設けてハウジングに摺動する構成を示したが、周方向溝をハウジングに設けて軸に摺動する構成にも本発明を好適に用いることができるのはいうまでもない。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図３は接触面積を変えた場合の油圧と摺動抵抗との関係を示す図表である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図６は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図７は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図８は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図９は従来技術に係る無断変速機のサーボピストン部分の模式的断面図である。 図１０は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。 図１１は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。 図１２は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。

符号の説明

１ Ｏリング
２ 樹脂リング
２１ テーパ
３ ハウジング
４ 軸
４０ 周方向溝
４３ 傾斜面

Claims (5)

1. 相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
   前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
   を備える密封装置において、
   前記樹脂リングは、前記他方の部材との摺動面にテーパを有することを特徴とする密封装置。
2. 相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
   前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
   を備える密封装置において、
   前記弾性体リングは、前記樹脂リングとの間に、前記弾性体リングの軸方向の幅寸法いっぱいに拡がる当接面を有することを特徴とする密封装置。
3. 相対的に往復動と回転動とを行い、かつ偏心が生じる２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   一方の部材に設けられた周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
   前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
   を備える密封装置において、
   前記樹脂リングは、前記他方の部材との摺動面上に潤滑溝を有していることを特徴とする密封装置。
4. 軸穴を有する第１の部材と、該軸穴に挿入される第２の部材との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   一方の部材に設けられる周方向溝と、
   前記周方向溝の溝底側に装着される弾性体リングと、
   前記周方向溝の開口側に装着され他方の部材に摺動する樹脂リングと、
   を備える密封装置において、
   前記周方向溝の溝底面は、溝側壁に向かって開口側に傾斜する傾斜面を備えており、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間で偏心が生じると、前記弾性体リングが高圧側からの圧力により前記傾斜面をせり上がりながら低圧側へ移動することを特徴とする密封装置。
5. 前記周方向溝の溝底面は、両側の溝側壁のそれぞれに対応する前記傾斜面を両側に備えていることを特徴とする請求項４に記載の密封装置。

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