JP2017122474A - Sealing structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する密封構造に関する。 The present invention relates to a sealing structure for sealing an annular gap between a shaft and a shaft hole of a housing.
自動車用のAutomatic Transmission(AT)やContinuously Variable Transmission(CVT)においては、油圧を保持させるために、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置(シールリング)が設けられている。図4及び図5を参照して、従来例に係るシールリングについて説明する。図4は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持していない状態を示す模式的断面図である。図5は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持している状態を示す模式的断面図である。従来例に係るシールリング500の場合、軸600の外周に設けられた環状溝610に装着され、軸600が挿通されるハウジング700の軸孔の内周面と環状溝610の側壁面のそれぞれに摺動自在に接触することで、軸600とハウジング700の軸孔との間の環状隙間を封止するように構成される。
In automotive automatic transmission (AT) and continuously variable transmission (CVT) for automobiles, a sealing device (seal ring) that seals an annular gap between a relatively rotating shaft and a housing is provided in order to maintain hydraulic pressure. Is provided. With reference to FIG.4 and FIG.5, the seal ring which concerns on a prior art example is demonstrated. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the hydraulic pressure is not maintained in the conventional seal ring. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state where the hydraulic pressure is maintained in the seal ring according to the conventional example. In the case of the
上記のような用途で用いられるシールリング500においては、摺動トルクを十分に低くすることが要求される。そのため、シールリング500の外周面の周長はハウジング700の軸孔の内周面の周長よりも短く構成されており、締め代を持たないように構成されている。したがって、自動車のエンジンがかかり油圧が高くなっている状態においては、シールリング500が油圧により拡径し、軸孔の内周面と環状溝610の側壁面に密着して十分に油圧を保持する機能を発揮する(図5参照)。これに対して、エンジンの停止により油圧がかからない状態においてはシールリング500が軸孔の内周面や環状溝610の側壁面から離れた状態となるように構成されている(図4参照)。
In the
このように、従来例に係るシールリング500の場合、油圧がかからない状態では封止機能を発揮しない。そのため、ATやCVTのように油圧ポンプによって圧送される油により変速制御が行われる構成においては、油圧ポンプが停止した無負荷状態(例えば、アイドリングストップ時)では、シールリング500がシールしていた油がシールされずにオイルパンに戻って、シールリング500の近傍の油がなくなってしまう。従って、この状態からエンジンを始動(再始動)させると、シールリング500の近傍には油がなく潤滑のない状態で作動が開始されるので、応答性や作動性が悪いという問題がある。
Thus, in the case of the
本発明の目的は、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることのできる密封構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sealing structure capable of exhibiting a sealing function even when the fluid pressure is low.
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
すなわち、本発明の密封構造は、
相対的に回転する軸及びハウジングと、
前記軸の外周に設けられた環状溝に装着され、前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する密封装置と、
を備える密封構造であって、
前記環状溝における低圧側の側壁面と軸の外周面との交わりの角には全周に亘って面取りが設けられており、
前記密封装置は、
前記環状溝における低圧側の側壁面に密着するように配置される樹脂製の第1シールリングと、
前記環状溝における高圧側の側壁面及び溝底面と、第1シールリングとに対して密着するように配置され、第1シールリングを低圧側に向かって押圧する弾性体製の第2シールリングと、
を備え、
第1シールリングの外径は、前記ハウジングにおける軸孔内周面の内径よりも大きく設定されると共に、第1シールリングにおける外周面側の端部は、前記面取りに沿って撓み、かつ前記軸孔内周面に摺動自在に設けられることを特徴とする。
That is, the sealing structure of the present invention is
A relatively rotating shaft and housing;
A seal that is mounted in an annular groove provided on the outer periphery of the shaft, seals an annular gap between the shaft and the housing, and maintains a fluid pressure in a region to be sealed configured to change the fluid pressure. Equipment,
A sealing structure comprising:
A chamfer is provided over the entire circumference at the intersection of the side wall surface on the low-pressure side and the outer peripheral surface of the shaft in the annular groove,
The sealing device includes:
A resin-made first seal ring disposed so as to be in close contact with the low-pressure side wall surface of the annular groove;
A second seal ring made of an elastic body that is disposed so as to be in close contact with the first seal ring and the side wall surface and the groove bottom surface on the high-pressure side of the annular groove, and presses the first seal ring toward the low-pressure side; ,
With
The outer diameter of the first seal ring is set to be larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the shaft hole in the housing, and the end portion on the outer peripheral surface side of the first seal ring is bent along the chamfer, and the shaft It is slidably provided on the inner peripheral surface of the hole.
本発明によれば、樹脂製の第1シールリングは、弾性体製の第2シールリングによって、低圧側に向かって押圧されるため、環状溝における低圧側の側壁面に密着した状態が維持される。また、第1シールリングにおける外周面側の端部は、環状溝に設けられた面取りに沿って低圧側に撓み、かつハウジングにおける軸孔内周面に摺動自在に設けられる。そのため、流体圧力が作用してない(差圧が生じていない)、または流体圧力が殆ど作用していない(差圧が殆ど生じていない)状態においても、密封機能が発揮される。従って、密封対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。 According to the present invention, the first seal ring made of resin is pressed toward the low pressure side by the second seal ring made of an elastic body, so that the state of being in close contact with the side wall surface on the low pressure side in the annular groove is maintained. The Moreover, the edge part of the outer peripheral surface side in a 1st seal ring bends to a low voltage | pressure side along the chamfering provided in the annular groove, and is slidably provided in the axial peripheral surface of a housing. Therefore, the sealing function is exhibited even in a state where the fluid pressure is not acting (no differential pressure is generated) or the fluid pressure is hardly acting (the differential pressure is hardly generated). Therefore, the fluid pressure can be maintained immediately after the fluid pressure in the region to be sealed starts to increase.
また、第1シールリングの端部は、低圧側に撓むものの、面取りに沿うように撓んでいるので、仮に面取りが設けられていない場合のように、環状溝における低圧側の側壁面と軸の外周面との交わりの角により傷付いてしまうこともない。 In addition, the end portion of the first seal ring is bent toward the low pressure side, but is bent along the chamfer. Therefore, as in the case where no chamfer is provided, the side wall surface on the low pressure side in the annular groove and the shaft are bent. It will not be damaged by the corners of the intersection with the outer peripheral surface.
更に、流体圧力が作用している(差圧が生じている)場合には、第1シールリングにおける外周面側の端部の撓んだ部分に流体圧力が作用する。これにより、径方向内側に向かう力が加わるため、第1シールリングとハウジングの軸孔内周面との摺動トルクが高まってしまうことを抑制することができる。 Furthermore, when the fluid pressure is acting (differential pressure is generated), the fluid pressure acts on the bent portion of the end portion on the outer peripheral surface side of the first seal ring. Thereby, since the force which goes to radial direction inner side is added, it can suppress that the sliding torque with a 1st seal ring and the axial-hole inner peripheral surface of a housing increases.
以上説明したように、本発明によれば、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることができる。 As described above, according to the present invention, the sealing function can be exhibited even in a state where the fluid pressure is low.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、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。なお、本実施例に係る密封装置は、自動車用のATやCVTなどの変速機において、油圧を保持させるために、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する用途に用いられるものである。また、以下の説明において、「高圧側」とは、密封装置の両側に差圧が生じた際に高圧となる側を意味し、「低圧側」とは、密封装置の両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. . The sealing device according to the present embodiment is used for sealing an annular gap between a relatively rotating shaft and a housing in order to maintain hydraulic pressure in a transmission such as an AT or CVT for an automobile. It is used. Further, in the following description, “high pressure side” means a side that becomes high pressure when differential pressure occurs on both sides of the sealing device, and “low pressure side” means that differential pressure occurs on both sides of the sealing device. This means the side that is at low pressure.
(実施例)
図1〜図3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は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図1中の密封装置は、中心軸線(軸及び密封装置の中心軸線)を含む面で切断した断面図を示している。図2は本発明の実施例に係る密封構造の組み立て手順を説明する説明図である。図3は本発明の変形例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図3中の密封装置は、中心軸線(軸及び密封装置の中心軸線)を含む面で切断した断面図を示している。
(Example)
With reference to FIGS. 1-3, the sealing structure which concerns on the Example of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a sealing structure according to an embodiment of the present invention. In addition, the sealing device in FIG. 1 has shown sectional drawing cut | disconnected by the surface containing a central axis (a shaft and the central axis of a sealing device). FIG. 2 is an explanatory view illustrating the assembly procedure of the sealing structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a sealing structure according to a modification of the present invention. Note that the sealing device in FIG. 3 is a cross-sectional view cut along a plane including a central axis (a shaft and a central axis of the sealing device).
<密封構造及び密封装置の構成>
特に、図1を参照して、本発明の実施例に係る密封構造及び密封装置10の構成について説明する。本実施例に係る密封構造は、相対的に回転する軸300及びハウジング400と、軸300とハウジング400(ハウジング400における軸300が挿通される軸孔の内周面)との間の環状隙間を封止する密封装置10とから構成される。本実施例に係る密封装置10は、軸300の外周に設けられた環状溝310に装着され、相対的に回転する軸300とハウジング400との間の環状隙間を封止する。これにより、密封装置10は、流体圧力(本実施例では油圧)が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する。ここで、本実施例においては、図1中の右側の領域の流体圧力が変化するように構成されており、密封装置10は図中右側の密封対象領域の流体圧力を保持する役割を担っている。なお、自動車のエンジンが停止した状態においては、密封対象領域の流体圧力は低く、無負荷の状態となっており、エンジンをかけると密封対象領域の流体圧力は高くなる。
<Configuration of sealing structure and sealing device>
In particular, with reference to FIG. 1, the structure of the sealing structure and the
軸300に設けられた環状溝310の両側壁面と軸300の外周面との交わりの角には、それぞれ全周に亘って面取り311が設けられている。本実施例に係る面取り311は、テーパ面(いわゆるC面)により構成されている。
そして、本実施例に係る密封装置10は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの樹脂製の第1シールリング100と、アクリルゴム(ACM)、フッ素ゴム(FKM)、水素化ニトリルゴム(HNBR)などのゴム状弾性体製の第2シールリング200とから構成される。
The sealing
本実施例に係る第1シールリング100は、外力を受けていない状態においては、平座金形状の部材である。そして、第1シールリング100は、軸300に設けられた環状溝310における低圧側(L)の側壁面に密着するように配置される。また、第1シールリング100の外径は、ハウジング400における軸孔内周面の内径よりも大きく設定されている。更に、第1シールリング100においては、外周面側の端部110が環状溝310における低圧側(L)の面取り311に沿って撓み、かつ高圧側の先端111の付近がハウジング400の軸孔内周面に摺動自在に設けられる。なお、第1シールリング100の内径は、環状溝310の溝底の外径よりも大きく設定されている。ただし、使用時に第1シールリング100の内周面が環状溝310の溝底に接触し得るように構成しても構わない。
The
本実施例に係る第2シールリング200は、断面が円形のいわゆるOリングである。この第2シールリング200は、外力を受けていない状態において、その内径は、環状溝310の溝底の外径よりも小さく設定されている。また、第2シールリング200の線径は、環状溝310の溝幅と第1シールリング100の中心軸線方向の幅との差よりも大きく設定されている。これにより、第2シールリング200は、軸300に設けられた環状溝310における高圧側(H)の側壁面及び溝底面と、第1シールリング100とに対して密着するように配置され、第1シールリング100を低圧側(L)に向かって押圧する機能を発揮する。
The
<密封構造の組み立て手順>
特に、図2を参照して、本実施例に係る密封構造の組み立て手順について説明する。まず、第1シールリング100と第2シールリング200が、図2に示すように、軸300に設けられた環状溝310に装着される。その後、軸300が、ハウジング400の軸孔内に、図中矢印S方向に挿入される。この過程で、第1シールリング100の外周面側の端部110に、ハウジング400の軸孔の開口端部410の付近が突き当たり、端部110が矢印R方向に撓むように変形する。これにより、第1シールリング100においては、外周面側の端部110が環状溝310における低圧側(L)の面取り311に沿って撓み、かつ高圧側の先端111の付近がハウジング400の軸孔内周面に密着した状態となる。
<Assembly procedure for sealing structure>
In particular, the assembly procedure of the sealing structure according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the
<密封装置の使用時のメカニズム>
特に、図1を参照して、本実施例に係る密封装置10の使用時のメカニズムについて説明する。図1は、エンジンがかかり、密封装置10を介して、左側の領域に比べて右側の領域の流体圧力の方が高くなった状態を示している。
<Mechanism when using sealing device>
In particular, with reference to FIG. 1, the mechanism at the time of use of the sealing
上記の通り、第1シールリング100は、第2シールリング200によって、低圧側(L)に向かって押圧されるため、軸300に設けられた環状溝310の低圧側(L)の側壁面に対して密着された状態が維持される。また、第1シールリング100の外径は、ハウジング400における軸孔内周面の内径よりも大きく設定されている。そして、第1シールリング100の外周面側の端部110は、環状溝310における低圧側(L)の面取り311に沿って撓み、かつ高圧側の先端111の付近がハウジング400の軸孔内周面に摺動自在に設けられている。更に、第2シールリング200は、軸300に設けられた環状溝310における高圧側(H)の側壁面及び溝底面と、第1シールリング100とに対して密着するように配置されている。
As described above, since the
従って、エンジンが停止して、密封装置10を介して両側の差圧がない状態(無負荷状態)においても、軸300とハウジング400との間の環状隙間が封止された状態が維持される。そして、エンジンがかかり、密封装置10を介して、左側の領域に比べて右側の領域の流体圧力の方が高くなった状態においても、第1シールリング100と第2シールリング200の配置は殆ど変化しない。従って、軸300とハウジング400との間の環状隙間が封止された状態が維持される。また、軸300とハウジング400が相対的に回転している際には、第1シールリング100は環状溝310の低圧側(L)の側面に対して密着した状態が維持され、接触面積の少ない第1シールリング100とハウジング400の軸孔内周面との間で摺動する。更に、差圧が生じた状態においては、図1中の矢印Pに示すように、第1シールリング100の外周面側の端部110には流体圧力(油圧)が作用する。これにより、ハウジング400の軸孔内周面に対して、第1シールリング100の外周面側の端部110における高圧側の先端111の付近の接触圧力を低下させる機能が発揮される。従って、第1シールリング100と環状溝310の低圧側(L)の側面との間で摺動してしまうことが、より確実に抑制される。
Therefore, even when the engine is stopped and there is no differential pressure on both sides via the sealing device 10 (no load state), the state where the annular gap between the
<本実施例に係る密封構造の優れた点>
本実施例に係る密封構造によれば、密封装置10によって、密封装置10を介して両側の差圧がない状態(無負荷状態)においても、密封機能が発揮される。従って、密封対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。
<Excellent point of sealing structure according to this embodiment>
According to the sealing structure according to the present embodiment, the sealing function is exhibited by the sealing
つまり、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいては、エンジン停止状態からアクセルが踏み込まれることでエンジンが始動することによって、密封対象領域側の油圧が高まりだした直後から油圧を保持させることができる。ここで、一般的には、樹脂製のシールリングの場合、流体の漏れを抑制する機能はあまり発揮されない。しかしながら、本実施例に係る密封装置10においては、無負荷状態においても、軸300とハウジング400との間の環状隙間が封止された状態が維持されるため、流体の漏れを十分抑制する機能が発揮される。そのため、エンジンが停止することでポンプなどによる作用が停止した後も、しばらくの間差圧が生じた状態を維持させることが可能となる。従って、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいて、エンジンの停止状態がそれほど長くない場合には、差圧が生じた状態を維持できるので、エンジンを再始動させた際に、その直後から好適に流体圧力を保持させることができる。
In other words, in an engine having an idling stop function, the hydraulic pressure can be maintained immediately after the hydraulic pressure on the sealing target region side is increased by starting the engine by depressing the accelerator when the engine is stopped. Here, generally, in the case of a resin seal ring, the function of suppressing fluid leakage is not so much exhibited. However, in the
また、第1シールリング100の端部は、低圧側(L)に撓むものの、面取り311に沿うように撓んでいるので、仮に面取りが設けられていない場合のように、環状溝310における低圧側(L)の側壁面と軸300の外周面との交わりの角により傷付いてしまうこともない。
Moreover, although the edge part of the
更に、流体圧力が作用している(差圧が生じている)場合には、第1シールリング100における外周面側の端部110の撓んだ部分に流体圧力(図1中、矢印P参照)が作用する。これにより、径方向内側に向かう力が加わるため、第1シールリング100とハウジング400の軸孔内周面との摺動トルクが高まってしまうことを抑制することができる。
Further, when fluid pressure is acting (differential pressure is generated), fluid pressure (see arrow P in FIG. 1) is applied to the bent portion of the
<変形例>
図1においては、軸300に設けられた環状溝310の両側壁面と軸の外周面との交わりの角に、それぞれ全周に亘って設けられた面取り311がテーパ面の場合を示した。しかしながら、例えば、図3に示すように、面取り312を断面が湾曲線となる面(いわゆるR面)としても構わない。なお、図3に示す変形例と図1に示す上記実施例とは、面取りの形状が異なるのみで、その他の構成は同一である。以上のように構成される図3に示す変形例に係る密封構造においても、上記実施例の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
<Modification>
In FIG. 1, the case where the
(その他)
第1シールリング100については、環状溝310への装着性を高めるために、周方向の1箇所に合口部を設けてもよい。この合口部については、各種公知技術を採用できる。例えば、ストレートカット,バイアスカット,ステップカット,特殊ステップカットなどを採用できる。これらについては、公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、ストレートカットは、径方向に真っ直ぐ切断される構造である。また、バイアスカットは、径方向に対して斜めに切断される構造である。また、ステップカットは、外周面及び内周面から見て階段状に切断され、両側面から見ると直線状に切断される構造、又は、両側面から見ると階段状に切断され、外周面及び内周面から見ると直線状に切断される構造である。更に、特殊ステップカットは、外周面及び両側面から見ると階段状に切断され、内周面から見ると直線状に切断される構造である。なお、これらの切断構造については、文字通り切断により形成される場合の他、成形により形成される場合もある。
(Other)
About the
上記実施例においては、第1シールリング100は、外力を受けていない状態において、平座金形状の部材である場合を示した。しかしながら、本発明における第1シールリングの形状は限定されるものではない。すなわち、第1シールリングについては、軸に設けられた環状溝の低圧側の側壁面に密着することでシール性が発揮され、外周面側の端部が環状溝における低圧側の面取りに沿って撓み、かつハウジングの軸孔内周面に摺動自在に接触してシール性が発揮されれば、その形状は限定されない。また、上記実施例では、第1シールリング100は、平座金形状のまま軸300に設けられた環状溝310に装着される場合を示した。しかしながら、第1シールリング100における外周面側の端部110については、環状溝310に装着する前に、予め、ある程度撓ませた状態で癖付しておいても構わない。
In the said Example, the case where the
また、上記実施例においては、第2シールリング200がOリングの場合を示した。しかしながら、本発明における第2シールリングはOリングに限定されるものではなく、例えば角リングなど各種の公知技術を採用可能である。
Moreover, in the said Example, the case where the
10 密封装置
100 シールリング
110 端部
111 先端
200 シールリング
300 軸
310 環状溝
311 面取り
400 ハウジング
410 開口端部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記軸の外周に設けられた環状溝に装着され、前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する密封装置と、
を備える密封構造であって、
前記環状溝における低圧側の側壁面と軸の外周面との交わりの角には全周に亘って面取りが設けられており、
前記密封装置は、
前記環状溝における低圧側の側壁面に密着するように配置される樹脂製の第1シールリングと、
前記環状溝における高圧側の側壁面及び溝底面と、第1シールリングとに対して密着するように配置され、第1シールリングを低圧側に向かって押圧する弾性体製の第2シールリングと、
を備え、
第1シールリングの外径は、前記ハウジングにおける軸孔内周面の内径よりも大きく設定されると共に、第1シールリングにおける外周面側の端部は、前記面取りに沿って撓み、かつ前記軸孔内周面に摺動自在に設けられることを特徴とする密封構造。 A relatively rotating shaft and housing;
A seal that is mounted in an annular groove provided on the outer periphery of the shaft, seals an annular gap between the shaft and the housing, and maintains a fluid pressure in a region to be sealed configured to change the fluid pressure. Equipment,
A sealing structure comprising:
A chamfer is provided over the entire circumference at the intersection of the side wall surface on the low-pressure side and the outer peripheral surface of the shaft in the annular groove,
The sealing device includes:
A resin-made first seal ring disposed so as to be in close contact with the low-pressure side wall surface of the annular groove;
A second seal ring made of an elastic body that is disposed so as to be in close contact with the first seal ring and the side wall surface and the groove bottom surface on the high-pressure side of the annular groove, and presses the first seal ring toward the low-pressure side; ,
With
The outer diameter of the first seal ring is set to be larger than the inner diameter of the inner peripheral surface of the shaft hole in the housing, and the end portion on the outer peripheral surface side of the first seal ring is bent along the chamfer, and the shaft A sealing structure characterized by being slidably provided on an inner peripheral surface of a hole.
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