JP2007182959A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性が向上された密封構造を提供する。
【解決手段】軸孔を有するハウジング２０と軸孔に挿入される軸１０のうちの一方の部材に設けられた環状溝１１にシールリング３０が装着されて、該シールリング３０により、環状溝１１の側壁面１１ａと他方の部材の周面とをそれぞれシールすることによって、一方の部材と他方の部材の間の環状隙間を密封する密封構造であって、シールリング３０が摺動接触することによってシールされる環状溝１１の側壁面１１ａに、密封流体側Ｏと非密封流体側Ａとを連通する連通溝１２を設けた密封構造において、連通溝１２は、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａにかけて、弓なりに湾曲している。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用の自動変速機や無断変速機、各種油圧機器、空圧機器等に用いられる密封構造に関するものである。

自動車用自動変速機等の軸シールに用いられる密封構造としては、図３に示すような密封構造が知られている。図示のように、この種の密封構造は、概略、軸１００と、この軸１００が挿入される軸孔が設けられたハウジング２００と、これらの間の環状隙間を密封するためのシールリング３００と、から構成される。

ここで、軸１００とハウジング２００とは、それぞれ相対回転自在に設けられており、また、軸１００には環状溝１０１が形成されており、この環状溝１０１にシールリング３００が装着される。

シールリング３００は樹脂材料から形成されるもので、軸１００に設けられた環状溝１０１の側壁面１０１ａをシールするための第１シール面３０１と、ハウジング２００に設けられた軸孔の内周面２０１をシールするための第２シール面３０２と、を備えている。

そして、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａに向けて、図中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング３００は非密封流体側Ａに押圧されるため、第１シール面３０１は環状溝１０１の側壁面１０１ａを押圧し、また、第２シール面３０２は環状溝１０１に対向するハウジング２００に設けられた軸孔の内周面２０１を押圧し、それぞれの位置でシールする。

このようにして、密封流体の非密封流体側Ａへの漏れを防止していた。ここで、密封流体は、例えば潤滑油であり、特に自動車の変速機に利用される場合にはＡＴＦを指している。

しかしながら、上述した従来技術に係る密封構造においては、シールリング３００の第１シール面３０１と環状溝１０１の側壁面１０１ａとの間に潤滑膜が形成されにくく、シールリング３００と軸１００との相対回転によって、これら第１シール面３０１や側壁面１０１ａに摩耗が発生してしまう。

また、潤滑油中に存在する異物がこれらの間にかみ込まれた場合や摩耗紛が蓄積した場合には、より一層摩耗を助長してしまっていた。特に軸１００がアルミニウム合金等の軟質材であるような場合に、摩耗が激しくなり、異常摩耗が発生することがあった。

そこで、軸１００の環状溝１０１の側壁面１０１ａに密封流体側Ｏと非密封流体側Ａとを連通する連通溝を設けて潤滑油の漏れを生じさせ、第１シール面３０１と環状溝１０１の側壁面１０１ａとの間に油膜が形成されるようにすることによって、潤滑性を高め、耐摩耗性を向上させた密封構造が、特許文献１に開示されている。

特開２００１−３３６６４１号公報

しかしながら、近年、自動変速機等の燃費向上を主な目的とした軽量化が進められてお
り、構造部品の材質を従来の鉄からアルミニウム合金等の軽量な軟質材に変更する流れがあり、より耐摩耗性の優れた密封構造が求められている。また、近年の自動変速機の高性能化に伴い、より高圧・高速下での使用における密封構造の耐久性（耐ＰＶ性）の向上も求められている。

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、耐摩耗性が向上された密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝にシールリングが装着されて、該シールリングにより、前記環状溝の側壁面と他方の部材の周面とをそれぞれシールすることによって、前記一方の部材と前記他方の部材の間の環状隙間を密封する密封構造であって、
前記シールリングが摺動接触することによってシールされる環状溝の側壁面に、密封流体側と非密封流体側とを連通する連通溝を設けた密封構造において、
前記連通溝は、密封流体側から非密封流体側にかけて、弓なりに湾曲している
ことを特徴とする。

このように連通溝が湾曲していることにより、連通溝を通る密封流体の流れに抵抗が生じるため、シールリングを環状溝の側壁面から離す方向に作用する動圧が発生する。その結果、シールリングと環状溝の側壁面との間の面圧が低下し、シールリングと環状溝の側壁面との摺動により発生する摩擦力を低減することができる。

また、シールリングと環状溝の側壁面との間の面圧が低下することにより、摺動面に適度な密封流体の膜を形成することが可能となり、摺動面の潤滑性を高めることができる。さらに、密封流体中に異物が混入している場合に、異物がシールリングと環状溝の側壁面との間に入り込んだとしても、連通溝によって異物は排出される。

前記環状溝は、前記軸に設けられており、
前記連通溝は、前記軸の回転方向に対して反対の方向に出っ張った弓なり形状を有していてもよい。

軸が回転すると軸の回転方向に対して反対の方向に密封流体の相対的な流れが形成される。そうすると、連通溝の密封流体側は、密封流体の流れに略沿った方向に延びていることになり、密封流体を積極的に連通溝内に導くことができる。そして、連通溝に流れ込んだ密封流体は、連通溝の形状に合わせて徐々に軸の回転方向へと向きを変えられていき、その流れに抵抗が生じて動圧が発生する。

前記連通溝は、前記軸の回転方向に対して反対の方向に向かって溝深さが徐々に浅くなっていくのもよい。

連通溝とシールリングとの間の空間は、軸の回転方向と反対の方向に向かうにつれて徐々に狭まっていく断面略くさび状に形成されることになり、その狭い空間へ密封流体が流れ込むことによってくさび効果による動圧が発生し、より効果的に面圧の低下を図ることができる。

以上説明したように、本発明により、耐摩耗性が向上される。

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および図２を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図１（ａ）は、本実施例に係る密封構造の模式的断面図であり、（ｂ）は、連通溝の軸方向の形状を示す本実施例に係る密封構造の模式的断面図であり、（ａ）のＡＡ矢視図である。図２は、連通溝の断面形状を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）のＢＢ矢視図である。

本実施の形態に係る密封構造は、図１（ａ）に示すように、概略、軸１０と、この軸１０が挿入される軸孔が設けられたハウジング２０と、これらの間の環状隙間を密封するためのシールリング３０と、から構成される。

ここで、２部材のうちの一方の部材としての軸１０と、他方の部材としてのハウジング２０とはそれぞれ相対回転自在に設けられており、また、軸１０には環状溝１１が形成されており、この環状溝１１にシールリング３０が装着される。

シールリング３０は、軸１０に設けられた環状溝１１の側壁面１１ａをシールするための第１シール面３１と、ハウジング２０に設けられた軸孔の内周面２１をシールするための第２シール面３２と、を備えている。

そして、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａに向けて、図１（ａ）中矢印Ｐ方向に圧力がかかると、シールリング３０は非密封流体側Ａに押圧されるため、第１シール面３１は環状溝１１の側壁面１１ａを押圧し、また、第２シール面３２はハウジング２０に設けられた軸孔の内周面２１であって、環状溝１１に対向する部分を押圧し、それぞれの位置でシールする。

以上のように、密封流体の非密封流体側Ａへの漏れを防止するものである。

なお、軸４が回転すると、シールリング３０自体は基本的には回転しないので、第２シール面３２とハウジング２０の軸孔内周面２１は、互いに密接し摺動しないが、第１シール面３１と軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａは摺動することになる。

また、シールリング３０を構成する材料としては、耐熱性樹脂と充填材からなる樹脂組成物を適用することができる。

ここで、耐熱樹脂としては、例えば、ポリシアノアリールエーテル系樹脂（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン樹脂、芳香族系熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド４−６系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂などの耐熱性、耐燃性、耐薬品性に優れ、優れた機械的性質を示す樹脂が挙げられる。

なお、充填材は、材料の機械的強度の向上、耐摩耗性の向上、低摩擦特性の付与等を目的に配合されるものであり、特に限定するものではない。

また、本実施の形態における密封流体は、潤滑性を有する流体を意味し、以下の説明では、その一例として潤滑油として説明する。

そして、本実施の形態に係る密封構造においては、軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａ、すなわち、シールリング３０の第１シール面３１によってシールされる面に、密封流体側Ｏと非密封流体側Ａとを連通するための連通溝１２を設けている。

このように連通溝１２を設けることによって、図１中矢印Ｑに示すように潤滑油に漏れが生じるため、第１シール面３１と軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａとの間には油膜が形成され、潤滑状態が良くなり、耐摩耗性が向上する。

また、潤滑油中に異物や摩耗粉（コンタミ）が混入している場合には、これら異物等が第１シール面３１と軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａとの間に進入してしまうことがあるが、これらの異物等は連通溝１２によって非密封流体側Ａに排出されやすくなるため、従来技術のように、異物等のかみ込みによる摩耗の助長を低減でき、耐摩耗性が向上する。

また、図１（ｂ）に示すように、連通溝１２は、密封流体側Ｏから非密封流体側Ａにかけて、軸１０の回転方向（図１（ｂ）中矢印Ｒ）に対して反対の方向に出っ張った弓なり形状を有している。

すなわち、連通溝１２は、密封流体側Ｏにおいては軸１０の回転方向に対して反対の方向に傾斜しており、非密封流体側Ａに向かうにつれて徐々に軸１０の回転方向に大きく湾曲していく形状を呈している。

軸１０が回転すると、軸１０の回転方向に対して反対の方向に流れる潤滑油の相対的な流れが形成される。したがって、連通溝１２は、密封流体側Ｏにおいては潤滑油の流れに略沿った方向に延びていることになり、潤滑油が軸１０の回転により積極的に連通溝１２に流れ込んでくることになる。

しかし、連通溝１２は非密封流体側Ａに向かうにつれて徐々に軸の回転方向に向かって湾曲しているので、潤滑油が徐々に流れの向きを変えられることになる。そうすると、潤滑油の流れに抵抗が生じ、シールリング３０が軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａから離れるように作用する動圧が発生する。

その結果、シールリング３０の第１シール面３１と軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａとの間の面圧が低下し、第１シール面３１と側壁面１１ａとの摺動によって発生する摩擦力が低減される。

また、面圧の低下により、第１シール面３１と側壁面１１ａとの間に適度な潤滑油膜を介在させることが可能となり、これら摺動面の潤滑性を高めることができる。

さらに、図２に示すように、連通溝１２は、軸１０の回転方向の反対側が傾斜面１２ａとなっており、同方向に対して反対の方向に向かうにつれて、溝の深さが徐々に浅くなっている。

すなわち、連通溝１２とシールリング３０の第１シール面３１によって形成される空間は、該方向に向かうにつれて徐々に狭まっていく断面略くさび状に形成されている。

密封流体がこのくさび状の空間の狭い領域に流れ込むことによって、軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａとシールリング３０の第１シール面３１との間には動圧が発生する（くさび効果）。

この動圧によって、シールリング３０は軸１０の環状溝１１の側壁面１１ａから離れる方向に力を受けることになり、シールリング３０の第１シール面３１と軸１０の環状溝１１の溝側面１１ａとの間の面圧が低下する。

したがって、連通溝１２の係る形状により、摺動面における摩擦力の低減および潤滑性の向上をさらに効果的に図ることができる。

なお、シール性能を維持するためには、連通溝１２による潤滑油のリーク量（漏れ量）をある程度に抑える必要がある。したがって、シール性能と耐摩耗性の両方を考慮して、リーク量を抑制しつつ油膜が十分に形成されるように、機器の許容漏れ量に準ずるように、溝の幅や深さ、さらには、長さや湾曲の度合いを設定することが望まれる。

なお、連通溝１２の傾斜面１２ａの傾斜角度αは、０°〜５°の範囲に設定するのが好適である。

本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。 連通溝の断面形状を示す模式的断面図である。 従来技術に係る密封構造の模式的断面図である。

符号の説明

１０ 軸
１１ 環状溝
１１ａ 側壁面
１２ 連通溝
２０ ハウジング
２１ 内周面
３０ シールリング
３１ 第１シール面
３２ 第２シール面

Claims (3)

1. 軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入される軸のうちの一方の部材に設けられた環状溝にシールリングが装着されて、該シールリングにより、前記環状溝の側壁面と他方の部材の周面とをそれぞれシールすることによって、前記一方の部材と前記他方の部材の間の環状隙間を密封する密封構造であって、
   前記シールリングが摺動接触することによってシールされる環状溝の側壁面に、密封流体側と非密封流体側とを連通する連通溝を設けた密封構造において、
   前記連通溝は、密封流体側から非密封流体側にかけて、弓なりに湾曲していることを特徴とする密封構造。
2. 前記環状溝は、前記軸に設けられており、
   前記連通溝は、前記軸の回転方向に対して反対の方向に出っ張った弓なり形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. 前記連通溝は、前記軸の回転方向に対して反対の方向に向かって溝深さが徐々に浅くなっていくことを特徴とする請求項１または２に記載の密封構造。

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