JP2010133511A - 密封装置 - Google Patents

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博明 佐藤
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Abstract

【課題】ピストンなど往復動部分をシールする密封装置において、高圧時のシールリング3のはみ出しによる破損を防止すると共に、シールリング3の摺動抵抗を抑制する。
【解決手段】外周部材1の内周面1aとその内周に軸方向移動可能に配置された内周部材2の外周面2aのうち一方に形成され円周方向へ連続した装着溝21内に、ゴム状弾性材料からなるシールリング3と、このシールリング3より硬質の材料からなり高さhが装着溝21の深さdより高いバックアップリング4とを有し、バックアップリング4の内周面又は外周面に、このバックアップリング4の両側間を連通する所要数の切欠41が形成される。バックアップリング4は、装着溝21からのシールリング3のはみ出しを防止するものであり、切欠41が、このバックアップリング4の軸方向両側間で流体の流通を許容するので、この流体によるシールリング3の潤滑性が確保される。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車の無段変速機用クラッチピストンや、その他、機器の往復動部分を密封するための密封装置に関する。

近年、自動車の変速機は、これまでの自動変速機(AT)から無段変速機(CVT)への切り替えが進んできている。そしてこれに伴い、変速機内のピストンの外周をシールする密封装置は、その使用環境が高圧化しているため、一層の耐圧性向上が要求されている(AT:MAX2MPa→CVT:MAX6MPa)。

図7は、ピストンの外周をシールする従来の密封装置を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。すなわち図7において、参照符号101はハウジング、102はこのハウジング101の内周に軸方向移動可能に配置されたピストンである。ピストン102の外周面には、円周方向へ連続したコ字形断面の装着溝102aが形成されており、この装着溝102aには、ゴム状弾性材料(ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料)からなるシールリング(図示の例ではOリング)103が装着され、ハウジング101の内周面に摺動可能に密接されている。

しかしながら、図7のように、装着溝102aにシールリング103を配置しただけの構成では、高圧空間Hからハウジング101とピストン102との間の隙間を通じてシールリング103に作用する圧力Pが高圧になると、このシールリング103の一部103aが装着溝102aから、図中に破線で示されるように低圧空間L側の隙間へはみ出し、破損するおそれがあった。そしてこのようなはみ出しを防止するために、シールリング103のゴム状弾性材料の高硬度化を図った場合は、ハウジング101に対するシールリング103の摺動抵抗が大きくなり、ユニット全体の作動不良及びシールリング103の早期摩耗を引き起こすおそれがあった。

また、シールリング103のはみ出しを防止するためには、例えば下記の特許文献1に開示されているように、装着溝内に、シールリングのほか、このシールリングより硬質の材料からなり高さが装着溝の深さより高いバックアップリングを配置した構成とすることが有効である。しかしながら、このようなバックアップリングによってはみ出し隙間を埋めた場合、潤滑の役割を担うオイルをバックアップリングがかき出して油膜の形成を阻害し、シールリングの摩耗を促進するおそれがある。
特開平08−200501号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ピストンなど往復動用の密封装置において、高圧時のシールリングのはみ出しによる破損を防止すると共に、シールリングの摺動抵抗を抑制することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る密封装置は、外周部材の内周面とその内周に軸方向移動可能に配置された内周部材の外周面のうち一方に形成され円周方向へ連続した装着溝内に、ゴム状弾性材料からなるシールリングと、このシールリングより硬質の材料からなり高さが前記装着溝の深さより高いバックアップリングとを有し、前記バックアップリングの内周面又は外周面に、このバックアップリングの軸方向両側空間を互いに連通する所要数の切欠が形成されたものである。

上記構成において、バックアップリングは、シールリングより硬質の材料からなると共に装着溝の深さより高いため、装着溝が形成された面との対向面側へ突出して、装着溝からのシールリングのはみ出しを防止するものであるが、このバックアップリングは、内周面又は外周面に形成された所要数の切欠が、このバックアップリングの軸方向両側空間の間で流体の流通を許容するので、この流体によりシールリングの潤滑性が確保される。

本発明に係る密封装置によれば、シールリングより硬質の材料からなるバックアップリングによって、シールリングのはみ出しを防止することができるばかりでなく、バックアップリングに形成した切欠によってシールリングの潤滑を確保するため、シールリングの早期摩耗も防止され、しかもシールリングの硬度を上げる必要がないため、外周部材と内周部材を互いに組み込む時の挿入荷重や、作動時の摩擦抵抗を低減することができる。

以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図1は、本発明に係る密封装置の第一の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図、図2及び図3は、図1におけるバックアップリングの一例及び他の例を示す部分的な斜視図である。

図1において、参照符号1は、自動車の無段変速機等の機器におけるハウジング、参照符号2は、このハウジング1の内周に軸方向移動可能に配置されたピストンである。なお、ハウジング1は請求項1に記載された外周部材に相当し、ピストン2は請求項1に記載された内周部材に相当するものである。

ピストン2の外周面には、円周方向へ連続した装着溝21が形成されており、この装着溝21には、シールリング3と、このシールリング3からみて、ハウジング1内の空間S1への油圧の印加によって相対的に低圧となる空間S2側に位置するバックアップリング4が装着されている。

シールリング3は、ゴム状弾性材料(ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料)、好ましくは、耐油性、耐熱性、コストからACM(アクリルゴム)が用いられ、特に、シール性からHs50〜80のものが使用されていて、ハウジング1の内周面1a及び装着溝21の溝底面21aに対する適当なつぶし代を有する。言い換えれば未装着状態でのシールリング3の断面径が、ハウジング1の内周面1aと装着溝21の溝底面21aとの対向距離よりも大きく、したがって、ハウジング1の内周面1aと装着溝21の溝底面21aとの間で適当に圧縮された状態で装着されるようになっている。なお、図示の例では、シールリング3は断面が円形のいわゆるOリングが採用されているが、その他、断面が略方形を呈する角リングや、断面が略D字形を呈するDリング、断面が略T字形を呈するTリング、断面が略X字形を呈するXリングなど、種々のものが採用可能である。

バックアップリング4は、シールリング3のゴム状弾性材料より硬質でかつ低摩擦係数のPTFE(四フッ化エチレン)あるいはナイロン等の合成樹脂材料からなり、その径方向の高さhは装着溝21の深さdよりも高く、言い換えればバックアップリング4の外径はピストン2の外径よりも大径で、ハウジング1の内周面1aに対して微小隙間をもって対向しており、空間S1への油圧の印加によってシールリング3の一部が相対的に低圧となる空間S2側の隙間Gへはみ出すのを防止するものである。

バックアップリング4の外周面には、その軸方向両側空間(装着溝21内と隙間G)を互いに連通する多数の切欠41が円周方向等間隔で形成されている。この切欠41は、例えば図2に示されるように軸方向へ延びるもの、あるいは図3に示されるように、円周方向に対して斜めに延びるものとなっている。

なお、空間S1への印加油圧が2MPa程度まで上昇するものでは、ピストン2の外周面2aとハウジング1の内周面1aとの間の隙間Gの大きさは0.5mm以下とし、前記油圧が6MPa程度まで上昇するものでは、前記隙間Gの大きさは0.3mm以下とし、バックアップリング4に形成される切欠41の深さは、0より大きくかつ前記隙間G以下とし、幅Wは、その総和がバックアップリング4の外周面の周長の1/2程度となるようにすることが好ましい。

以上の構成を備える密封装置において、空間S1への印加油圧Pは、ハウジング1の内周面1aとピストン2の外周面2aとの間の隙間を通じてシールリング3に作用しており、前記油圧Pが上昇した場合は、シールリング3はこの油圧Pによって装着溝21内を相対的に低圧となる側(図1における左側)へ移動し、バックアップリング4の内側面に押し付けられて変形するので、ハウジング1の内周面1a及び装着溝21の溝底面21aに対する面圧を増大する。このため、印加油圧Pに応じてシール面圧が変化し、優れた密封機能を奏する。

そして、バックアップリング4は、その外径がピストン2の外周面2aよりも大径で、ハウジング1の内周面1aに微小隙間をもって対向しているので、油圧Pによって変形されたシールリング3の一部が、低圧側の隙間Gへはみ出すのを有効に防止する。

また、バックアップリング4の外周面に形成された切欠41が、このバックアップリング4のシールリング3側と隙間Gとの間で作動油の流通を許容するので、この作動油によりハウジング1の内周面1aに対するシールリング3の潤滑性が確保され、低摩擦が維持されると共にシールリング3の摩耗が抑制される。

図4、図5及び図6は、それぞれ本発明に係る密封装置の他の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。

このうち図4に示される形態は、切欠41がバックアップリング4の内周面に形成された点で図1に示される形態と異なるものであるが、このような構成としても、バックアップリング4の軸方向両側空間の間で作動油の流通を許容し、シールリング3の油潤滑を確保することができる。

また、図5に示される形態は、外周面に切欠41が形成されたバックアップリング4をシールリング3の軸方向両側に位置して装着溝21に配置したものである。このように構成することによって、例えばピストン2の軸方向両側の空間S1,S2に交互に高圧の油圧が印加され、又は交互に高圧の油圧が発生するものにおいて有用である。

すなわち、図5における右側の空間S1の油圧が上昇した場合は、シールリング3はこの油圧によって装着溝21内を相対的に低圧となる左側へ移動し、図5における左側のバックアップリング4の内側面に押し付けられて変形し、ハウジング1の内周面1a及び装着溝21の溝底面21aに対する面圧を増大すると共に、シールリング3のはみ出しが左側のバックアップリング4の外径部によって防止される。次に、図5における左側の空間S2の油圧が上昇した場合は、シールリング3はこの油圧によって装着溝21内を相対的に低圧となる右側へ移動し、図5における右側のバックアップリング4の内側面に押し付けられて変形し、ハウジング1の内周面1a及び装着溝21の溝底面21aに対する面圧を増大すると共に、シールリング3のはみ出しが右側のバックアップリング4の外径部によって防止される。

更に、図6に示される形態は、切欠41が内周面に形成された図4と同様のバックアップリング4を、図5と同様にシールリング3の軸方向両側に位置して装着溝21に配置したものである。このように構成してもシールリング3の油潤滑が確保されるので、図5と同様の効果を得ることができる。

なお、上述の形態ではシールリング3及びバックアップリング4が装着される装着溝21がピストン2(内周部材)の外周面2aに形成されたものとしたが、この装着溝はハウジング1(外周部材)の内周面1aに形成され、これに装着されたシールリング3がピストン2(内周部材)の外周面2aに摺動可能に密接されるものについても、本発明を適用することができる。

本発明に係る密封装置の第一の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 図1におけるバックアップリングの一例を示す部分的な斜視図である。 図1におけるバックアップリングの他の例を示す部分的な斜視図である。 本発明に係る密封装置の他の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の他の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の他の形態を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。 クラッチピストンの外周をシールする従来の密封装置を、その軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。

符号の説明

1 ハウジング(外周部材)
1a 内周面
2 ピストン(内周部材)
2a 外周面
21 装着溝
21a 溝底面
3 シールリング
4 バックアップリング
41 切欠
G 隙間
S1,S2 空間

Claims (1)

  1. 外周部材の内周面とその内周に軸方向移動可能に配置された内周部材の外周面のうち一方に形成され円周方向へ連続した装着溝内に、ゴム状弾性材料からなるシールリングと、このシールリングより硬質の材料からなり高さが前記装着溝の深さより高いバックアップリングとを有し、前記バックアップリングの内周面又は外周面に、このバックアップリングの軸方向両側空間を互いに連通する所要数の切欠が形成されたことを特徴とする密封装置。
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