JP2017122486A - ボンデッドピストンシール - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの応答性を安定させる。【解決手段】ハウジング2の内部空間に往復動可能に配置され、当該ハウジング2の内周面2aと密封摺動する環状のピストンリップ35,36を有し、ハウジング2と共にピストン油圧室38を形成するピストン2と、ピストン2の内周面33aと密封摺動するキャンセラーリップ44を有し、ハウジング2の内部空間に固定され、ピストン3と共にキャンセラー油圧室48を形成する環状のキャンセラー4と、ピストン3とキャンセラー4との間に配置されたスプリング6と、ピストン3の内周面33aと密封摺動するキャンセラーリップ44の外周側端部に、ハウジング2の内部空間に存在する回転駆動軸の軸x方向に沿って形成された所定深さの複数の溝部45と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ボンデッドピストンシールに関し、特に、自動車等の車両用の自動変速機（ＡＴ(Automatic Transmission)やＣＶＴ(Continuously Variable Transmission)等）に用いられるボンデッドピストンシールに関する。

従来、自動車等の車両の自動変速機にはボンデッドピストンシールが装着されている。ボンデッドピストンシールは、多板クラッチの締結に使用されるゴムリップ加硫接着タイプのピストンシール（以下、これを「ピストン」ともいう。）と、キャンセラーシール（以下、これを「キャンセラー」ともいう。）とによって構成されている（例えば、特許文献１を参照）。

ピストンは、一般に自動変速機の内部における多板クラッチを締結または解放させるための供給油圧を受けてクラッチハウジング（以下、これを「ハウジング」ともいう。）の軸方向に作動（往復動）する金属環である。キャンセラーは、駆動軸と一体に回転するハウジングの高速回転時に、ピストンの平坦な円環部にかかる遠心油圧をキャンセルするために当該ピストンと対向配置される金属環である。

ピストンが装着されるハウジングの内周面と、当該ピストンとの間にはピストン油圧室が形成されており、このピストン油圧室にハウジングのポートから作動油が供給される。ただし、駆動軸と一体に回転するハウジングの高速回転時には、ピストン油圧室に遠心力により生じる圧力（以下、これを「遠心油圧」ともいう。）が発生し、この遠心油圧がピストンとキャンセラーとの間のキャンセル油圧室に取り付けられたリターンスプリングによる当該ピストンの解放方向への動きを阻害することになる。

一方、ピストンとキャンセラーとの間に形成されたキャンセル油圧室には、ハウジングの高速回転時に、ピストン油圧室に発生する遠心油圧と同じ遠心油圧が発生する。これにより、ハウジングの高速回転時において、ピストン油圧室に発生する遠心油圧を、キャンセル油圧室に発生する遠心油圧でキャンセルすることができる。このため、ボンデッドピストンシールは、回転速度依存性が無くなり、ピストンの応答性を向上させることができる。

特開２００６−１７７５０１号公報

しかしながら、キャンセル油圧室にエアー（空気）が残っている場合がある。このような場合には、キャンセル油圧室で発生するキャンセル力（遠心油圧）を発揮させるための作動油が空気の分だけ不足し、キャンセル力がピストンに伝達され難くなるので、当該ピストンの応答性が不安定になっていた。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ピストンの応答性を安定させることができるボンデッドピストンシールを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、ハウジングの内部に往復動可能に配置され、当該ハウジングの内周面と密封摺動するピストンリップを有し、前記ハウジングと共にピストン油圧室を形成する環状のピストンと、前記ピストンの内周面と密封摺動するキャンセラーリップを有し、前記ハウジングに固定され、前記ピストンと共にキャンセラー油圧室を形成する環状のキャンセラーと、前記ピストンの内周面と密封摺動する前記キャンセラーリップの外周側端部に、軸方向に沿って形成された所定深さの溝部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るボンデッドピストンシールにおいて、前記溝部は、前記キャンセラーリップの外周側端部に等間隔で複数形成されている。

本発明に係るボンデッドピストンシールにおいて、前記溝部は、前記キャンセラーが所定の回転数未満の低速回転時、前記キャンセラーリップの外周側端部と前記ハウジングの内周面との間に当該溝部による隙間が形成される。

本発明に係るボンデッドピストンシールにおいて、前記溝部は、前記キャンセラーが所定の回転数以上の高速回転時、前記キャンセラーリップの外周側端部が前記ハウジングの内周面に押しつけられて当該溝部が塞がれる。

本発明によれば、ピストンの応答性を安定させることができるボンデッドピストンシールを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るボンデッドピストンシールが変速機のハウジングに装着された状態を示す軸線に沿う断面における断面図である。 本発明の実施の形態に係るボンデッドピストンシールのキャンセラーリップの構造を示す部分拡大図である。 本発明の実施の形態に係るボンデッドピストンシールの低速回転時におけるハウジングの内周面とキャンセラーリップとの摺動状態の説明に供する断面図である。 本発明の実施の形態に係るボンデッドピストンシールの高速回転時におけるハウジングの内周面とキャンセラーリップとの摺動状態の説明に供する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。ここでは、説明の便宜上、図１乃至図４において、ボンデッドピストンシール１の径方向を矢印ａｂ方向とし、外周側とは、ボンデッドピストンシール１の外周側すなわち矢印ａ方向とする。内周側とは、ボンデッドピストンシール１の内周側すなわち矢印ｂ方向とする。また、筐体側とは、ボンデッドピストンシール１の径方向（矢印ａｂ方向）とは直交する矢印ｃ方向とする。多板クラッチ側とは、ボンデッドピストンシール１の径方向（矢印ａｂ方向）とは直交する矢印ｄ方向とする。なお、軸線ｘは、駆動軸（図示せず）やハウジング２の回転中心である。

図１乃至図４に示すように、ボンデッドピストンシール１は、全体として円環状に形成され、ハウジング２の内部に装着されている。ボンデッドピストンシール１は、ピストン３、および、キャンセラー４を備えている。なお、ボンデッドピストンシール１がハウジング２に装着された状態で所定の機能を発揮するためには、スナップリング５、リターンスプリング６を用いてハウジング２に取り付けられる必要がある。

ピストン３は、ハウジング２の軸線ｘを中心とする環状の金属材からなる環状部材であり、ハウジング２に装着された状態で当該ハウジング２の回転と共に連れ回るものである。ピストン３の金属材としては、ステンレス鋼やＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）等があり、主にＳＰＦＨ（熱間圧延鋼）、ＳＡＰＨ（熱間圧延鋼）である。ピストン３は、例えば、プレス加工や鍛造により製造される。

ピストン３は、軸線ｘに沿って延び当該軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である内周側円筒部３１と、内周側円筒部３１の筐体側（矢印ｃ方向）の端部から外周側（矢印ａ方向）に向かって延びる軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である内周側フランジ部３２と、内周側フランジ部３２の外周側（矢印ａ方向）の端部から多板クラッチ側（矢印ｄ方向）に向かって延びる軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である外周側円筒部３３と、外周側円筒部３３の多板クラッチ側（矢印ｄ方向）の端部から外周側（矢印ａ方向）に向かって延びる軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である外周側フランジ部３４とを備えている。外周側フランジ部３４は、ピストン３全体の軸線ｘに沿った動きに応じて、多層構造の多板クラッチ８を多板クラッチ側（矢印ｄ方向）に向かって押圧する部分、または、多板クラッチ８から離れる部分であり、多板クラッチ８の締結または解放を行う。

ピストン３における内周側フランジ部３２の外周側（矢印ａ方向）の端部であり、かつ、外周側円筒部３３の筐体側（矢印ｃ方向）の端部には、外周側ピストンリップ３５が加硫接着されている。外周側ピストンリップ３５は、内周側フランジ部３２の端部および外周側円筒部３３の端部を筐体側（矢印ｃ方向）および外周側（矢印ａ方向）から覆い、かつ、その先端部がハウジング２の内周面２ａと摺接するように外周側（矢印ａ方向）へ向かって延在している。すなわち、ボンデッドピストンシール１のハウジング２に対する装着時、外周側ピストンリップ３５の先端部がハウジング２の内周面２ａに沿って摺動するように当接される。

ピストン３における内周側円筒部３１の多板クラッチ側（矢印ｄ方向）の端部には、内周側ピストンリップ３６が加硫接着されている。内周側ピストンリップ３６は、内周側円筒部３１の多板クラッチ側（矢印ｄ方向）の端部において、その先端部がハウジング２の内周面２ａと摺接するように内周側（矢印ｂ方向）に向かって延在している。すなわち、ボンデッドピストンシール１のハウジング２に対する装着時、内周側ピストンリップ３６の先端部がハウジング２の内周面２ａに沿って摺動するように当接される。

外周側ピストンリップ３５および内周側ピストンリップ３６は、弾性体であり、例えば、各種のゴム状弾性部材により構成されている。ゴム状弾性部材としては、例えば、二トリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の合成ゴムが用いられる。

ピストン３は、ハウジング２の内部に装着された状態において、当該ピストン３の外側(矢印ｃ方向)の上面とハウジング２の内周面２ａとの間にピストン油圧室３８が形成されている。ピストン油圧室３８は、ハウジング２に形成されたポート２ｂと連通されている。ピストン３を軸線ｘに沿って移動させるためのＡＴＦ(Automatic Transmission Fluid)等からなる作動油は、このポート２ｂを介してピストン油圧室３８へ供給される。すなわち、ピストン３は、ポート２ｂを介してピストン油圧室３８に供給される作動油の油圧に応じて、ハウジング２の内周面２ａを軸線ｘに沿って当該ハウジング２と相対移動する移動部材である。

キャンセラー４は、ピストン３と対向配置された断面略Ｓ字状の金属環であり、ハウジング２の所定回転数以上の高速回転時に、ピストン３の内周側フランジ部３２の外周側（矢印ａ方向）寄りの部分にかかる遠心油圧をキャンセルするものである。キャンセラー４の金属材としては、ステンレス鋼やＳＰＣＣ（冷間圧延鋼）等があり、主にＳＰＦＨ（熱間圧延鋼）、ＳＡＰＨ（熱間圧延鋼）である。キャンセラー４は、ピストン３と同様に、例えば、プレス加工や鍛造により製造される。

キャンセラー４は、軸線ｘとは直交する径方向（矢印ａｂ方向）の外周側（矢印ａ方向）に向かって延び当該軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である内周側フランジ部４１と、内周側フランジ部４１の外周側（矢印ａ方向）の端部から軸線ｘに沿って外側（矢印ｃ方向）へ延び、当該軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である円筒部４２と、円筒部４２の外側（矢印ｃ方向）の端部から径方向（矢印ａｂ方向）の外周側（矢印ａ方向）に向かって延び当該軸線ｘを中心とする板状の環状の部分である外周側フランジ部４３とを備えている。

キャンセラー４の内周側フランジ部４１における内周側（矢印ｂ方向）の端部は、スナップリング５に固定されている。スナップリング５は、ハウジング２の内周面２ａに取り付けられている。すなわち、キャンセラー４は、スナップリング５を介してハウジング２に固定された固定部材であるが、ハウジング２に固定された状態で当該ハウジング２の回転と共に連れ回るものである。

キャンセラー４の外周側フランジ部４３の外周側（矢印ａ方向）の端部には、キャンセラーリップ４４が加硫接着されている。キャンセラーリップ４４は、外周側フランジ部４３の外周側（矢印ａ方向）の端部において、外周側（矢印ａ方向）へ延在している。すなわち、ボンデッドピストンシール１のハウジング２に対する装着時、キャンセラーリップ４４の先端部がピストン３の外周側円筒部３３の内周面３３ａに沿って摺動するように当接される。

キャンセラー４とピストン３との間には、キャンセラー油圧室４８が形成されている。キャンセラー油圧室４８には、作動油が充填されており、ハウジング２の回転時には遠心油圧が発生し、ピストン油圧室３８の遠心油圧をキャンセルするように作用する。

ピストン３の内周側フランジ部３２とキャンセラー４の内周側フランジ部４１との間には、リターンスプリング６が介装されている。リターンスプリング６は、圧縮コイルバネ等からなる弾性部材であり、キャンセラー４からピストン３を離間させるように当該ピストン３を外側（矢印ｃ方向）へ向かって付勢している。

かくして、ピストン３は、ハウジング２の高速回転時であっても、ピストン油圧室３８の遠心油圧がキャンセラー油圧室４８の遠心油圧によりキャンセルされるので、リターンスプリング６による当該ピストン３の解放動作が阻害されることがなくなる。これにより、ボンデッドピストンシール１は、回転速度依存性を無くしている。

かかる構成に加えてキャンセラー４４のキャンセラーリップ４４は、図２に示すように、軸線ｘと直交する径方向（矢印ａｂ方向）の外周側（矢印ａ方向）へ向かって断面が凸の楔形状かつ環状のリップ先端部４４ａ、リップ天井面４４ｃ、および、リップ外周面４４ｄを有している。

リップ先端部４４ａは、リップ外側面４４ｂｔ、リップ先端４４ｂ、リップ内側面４４ｂｉにより構成されている。リップ外側面４４ｂｔは、リップ天井面４４ｃからリップ先端４４ｂに向かって外周側（矢印ａ方向）および多板クラッチ側（矢印ｄ方向）に傾斜した傾斜面である。リップ内側面４４ｂｉは、リップ先端４４ｂからリップ外周面４４ｄに向かって内周側（矢印ｂ方向）および多板クラッチ側（矢印ｄ方向）に傾斜した傾斜面である。リップ外側面４４ｂｔとリップ内側面４４ｂｉとの交差する稜線部分が、ピストン３の外周側円筒部３３の内周面３３ａと摺接されるリップ先端４４ｂとなる。

このリップ先端部４４ａの外周側端部には、軸線ｘに沿って形成された所定深さの溝部４５が一定の間隔を空けて複数形成されている。溝部４５の数は、任意で構わないが、キャンセラー油圧室４８に残存すると予想される空気の量に応じて適宜決定すればよい。溝部４５は、リップ外側面４４ｂｔおよびリップ内側面４４ｂｉの双方に跨り、かつ、リップ先端４４ｂから所定深さに切り欠かれた断面略三角形状の所定の幅を有する切欠部である。

以上の構成において、ボンデッドピストンシール１は、図３に示すように、ハウジング２の所定の回転数未満の低速回転時、キャンセラー４の外周側フランジ部４３の外周側端部に固定されたキャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａがピストン３の外周側円筒部３３の内周面３３ａに当接されている。

このとき、キャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａと外周側円筒部３３の内周面３３ａとの間には、複数の溝部４５による微小な隙間が形成されており、キャンセラー４よりも筐体側（矢印ｃ方向）のキャンセラー油圧室４８と当該キャンセラー４よりも多板クラッチ側（矢印ｄ方向）の空間とが複数の溝部４５の隙間を介して連通されている。

したがって、低速回転時においてキャンセラー油圧室４８の作動油に小さな遠心力が加えられたことにより、キャンセラーリップ４４に向かって作動油が押し付けられると、キャンセラー油圧室４８に残存している空気が作動油によって複数の溝部４５から押し出される。

因みに、キャンセラー油圧室４８に残存している空気は、キャンセラー４とスナップリング５の周辺の隙間からも逃がしている。したがって、キャンセラー４とスナップリング５の周辺の隙間に加えて複数の溝部４５を併用することにより、キャンセラー油圧室４８のほぼ全ての空気を短時間のうちに押し出すことができる。

なお、低速回転時においては、キャンセラー油圧室４８の作動油に小さな遠心力しか加えられないが、低速回転時には、ピストン油圧室３８にピストン３の軸線ｘに沿った動きに影響を与えるほどの遠心油圧がそもそも発生していない。したがって、低速回転時においては、ピストン油圧室３８の遠心油圧をキャンセラー油圧室４８の遠心油圧でキャンセルする必要がないのである。

一方、ボンデッドピストンシール１は、図４に示すように、ハウジング２の所定の回転数以上の高速回転時、大きな遠心力の作用により、外周側フランジ部４３の外周側端部に固定されたキャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａがピストン３の外周側円筒部３３の内周面３３ａに押し付けられ、所謂ベタ当たりすることになる。

このとき、キャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａと内周面３３ａとの間に存在する複数の溝部４５は、リップ先端部４４ａが押し潰されたことにより当該複数の溝部４５による微小な隙間が無くなり、キャンセラー油圧室４８と空間との連通が遮断される。これによりキャンセラー油圧室４８が密閉され、高速回転時において当該キャンセラー油圧室４８に発生する遠心油圧の圧力が維持される。

このように、ボンデッドピストンシール１は、ハウジング２の低速回転時にキャンセラー油圧室４８の空気を全て押し出すことができる。また、キャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａに複数の溝部４５が形成されていても、ハウジング２の高速回転時にはキャンセラーリップ４４のリップ先端部４４ａがピストン３の外周側円筒部３３の内周面３３ａに押し付けられて一時的に複数の溝部４５が消滅し、キャンセラー油圧室４８を密閉することができる。したがって、ボンデッドピストンシール１は、ハウジング２の高速回転時に、ピストン油圧室３８に発生する遠心油圧をキャンセラー油圧室４８で発生する遠心油圧によりキャンセルし、ピストン３を安定して作動させることができる。

かくして、ハウジング２が低速回転から高速回転まで連続的に動作するのであれば、ボンデッドピストンシール１が低速回転時から高速回転時へと遷移したときには、既に、キャンセラー油圧室４８の空気を全て押し出した状態でピストン３を安定動作させる状態になっている。かくして、変速機としては、駆動軸を介してハウジング２を普通に低速から高速に連続して回転させるだけで、自動的にピストン３の動作を安定させることができる。

以上の構成によれば、ボンデッドピストンシール１は、ハウジング２の低速回転時にキャンセラー油圧室４８の空気を予め押し出しておくことにより、ハウジング２の高速回転時にピストン３の応答性を安定させることができる。

＜他の実施の形態＞
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係るボンデッドピストンシール１に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

本願発明のボンデッドピストンシールは、自動車等の車両およびその補機、一般産業機械、建設機械等においてピストンの動きを安定させる種々の分野において利用することが可能である。

１ ボンデッドピストンシール
２ ハウジング
２ａ、３３ａ 内周面
３ ピストン（ＢＰＳ）
４ キャンセラー（ＢＣＳ）
５ スナップリング
６ リターンスプリング
８ 多板クラッチ
３１、４１ 内周側円筒部
３２ 内周側フランジ部
３３ 外周側円筒部
３４、４３ 外周側フランジ部
３５ 外周側ピストンリップ
３６ 内周側ピストンリップ
４２ 円筒部
４４ キャンセラーリップ
４４ａ リップ先端部
４４ｂｔ 外側面
４４ｂｉ 内側面
４４ｃ 天井面
４４ｄ リップ外周面
４５ 溝部
ｘ 軸線

Claims (4)

1. ハウジングの内部に往復動可能に配置され、当該ハウジングの内周面と密封摺動するピストンリップを有し、前記ハウジングと共にピストン油圧室を形成する環状のピストンと、
   前記ピストンの内周面と密封摺動するキャンセラーリップを有し、前記ハウジングに固定され、前記ピストンと共にキャンセラー油圧室を形成する環状のキャンセラーと、
   前記ピストンの内周面と密封摺動する前記キャンセラーリップの外周側端部に、軸方向に沿って形成された所定深さの溝部と
   を備えることを特徴とするボンデッドピストンシール。
2. 前記溝部は、前記キャンセラーリップの外周側端部に等間隔で複数形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のボンデッドピストンシール。
3. 前記溝部は、前記キャンセラーが所定の回転数未満の低速回転時、前記キャンセラーリップの外周側端部と前記ハウジングの内周面との間に当該溝部による隙間が形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のボンデッドピストンシール。
4. 前記溝部は、前記キャンセラーが所定の回転数以上の高速回転時、前記キャンセラーリップの外周側端部が前記ハウジングの内周面に押しつけられて当該溝部が塞がれる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のボンデッドピストンシール。

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