JP2017133528A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングとハウジングの軸孔の内周面との間の隙間から密封対象流体が吹き抜けてしまうことを抑制可能な密封構造を提供する。
【解決手段】環状溝２１０の溝底面には、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって拡径する傾斜面２１１が設けられると共に、シールリング１００は、内周面側かつ低圧側（Ｌ）には、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって拡径する傾斜面１３０により構成され、環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１に対して摺動自在な第１シール面が設けられ、外周面側には、軸線方向の中央に環状凸部１１０が設けられ、環状凸部１１０の先端の外周面がハウジング３００における軸孔内周面に摺動する第２シール面となっている。
【選択図】図３

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。

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。

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）。

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せず、油圧がかかるとシールリング５００が拡径し、封止機能が発揮される。しかしながら、油圧がかからない無負荷状態から、急激に油圧が高くなった場合に、シールリング５００が十分に拡径せずに（図中、点線５００Ｘ参照）、シールリング５００の外周面と軸孔の内周面との間から油が吹き抜けてしまう現象（図５中、矢印Ｘ参照）が発生してしまうことがある。

特開２０１３−１９４７６４号公報

本発明の目的は、シールリングとハウジングの軸孔の内周面との間の隙間から密封対象流体が吹き抜けてしまうことを抑制可能な密封構造を提供することにある。

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。

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樹脂
製のシールリングと、
を備える密封構造であって、
前記環状溝の溝底面には、高圧側から低圧側に向かって拡径する傾斜面が設けられると共に、
前記シールリングは、
内周面側かつ低圧側には、高圧側から低圧側に向かって拡径する傾斜面により構成され、前記環状溝の溝底面に設けられた前記傾斜面に対して摺動自在な第１シール面が設けられ、
外周面側には、軸線方向の中央に環状凸部が設けられ、該環状凸部の先端の外周面が前記ハウジングにおける軸孔内周面に摺動する第２シール面となっており、
第１シール面が前記環状溝の溝底面に設けられた傾斜面に密着し、第２シール面が前記軸孔内周面に摺動自在に接触することによって、前記密封対象領域の流体圧力が保持されることを特徴とする。

本発明によれば、流体圧力が作用してない（差圧が生じていない）状態から流体圧力が高くなると、シールリングは高圧側から低圧側に押圧される。これにより、シールリングの内周面側の第１シール面が、環状溝の溝底面に設けられた傾斜面に対して摺動しながら、シールリングは低圧側に移動する。そして、環状溝の溝底面に設けられた傾斜面は、高圧側から低圧側に向かって拡径しているため、シールリングは拡径するように変形する。これにより、内周面側からの流体圧力と相まって、シールリングは即座に拡径するように変形し、シールリングにおける外周面側の環状凸部の先端の外周面である第２シール面が、ハウジングにおける軸孔内周面に密着した状態となる。従って、シールリングとハウジングの軸孔の内周面との間の隙間から密封対象流体が吹き抜けてしまうことを抑制することができる。また、シールリングにおける外周面側の環状凸部は、軸線方向の中央に設けられているため、シールリングの外周面のうち環状凸部よりも高圧側には流体圧力が作用する。従って、流体圧力が高まっても、シールリングと軸孔内周面との摺動抵抗の増加を抑制することが可能となる。

第１シール面が前記環状溝の溝底面に設けられた傾斜面に密着し、第２シール面が前記軸孔内周面に摺動自在に接触した状態で、前記シールリングと前記環状溝における低圧側の側壁面との間には隙間が確保されるとよい。

これにより、流体圧力の作用に伴ってシールリングが拡径する動作が妨げられてしまうことがない。

以上説明したように、本発明によれば、シールリングとハウジングの軸孔の内周面との間の隙間から密封対象流体が吹き抜けてしまうことを抑制することができる。

図１は本発明の実施例に係るシールリングの側面図である。 図２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。 図３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。 図４は従来例に係るシールリングの使用時の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の使用時の状態を示す模式的断面図である。

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、本実施例に係るシールリングは、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、シールリング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、シールリングの両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。

（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を構成するシールリングの側面図である。図２及び図３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２は無負荷の状態を示し、図３は差圧が生じた状態を示している。

＜密封構造の構成＞
本実施例に係る密封構造は、相対的に回転する軸２００及びハウジング３００と、軸２００とハウジング３００（ハウジング３００における軸２００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シールリング１００とから構成される。本実施例に係るシールリング１００は、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０に装着され、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止する。これにより、シールリング１００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２及び図３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、シールリング１００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。

そして、本実施例に係るシールリング１００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）などの樹脂材により構成される。このシールリング１００における外周面の周長は、ハウジング３００の軸孔の内周面の周長よりも短く設定されている。

また、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０の溝底面には、その両側に、側壁面に向かうにつれて拡径する傾斜面２１１がそれぞれ設けられている。本実施例においては、図２，３中、左側の傾斜面２１１が、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって拡径する傾斜面となる。なお、本実施例における傾斜面２１１はテーパ面である。

本実施例に係るシールリング１００の内周面側には、両側面側にそれぞれ傾斜面１３０が設けられている。本実施例においては、図２，３中、左側の傾斜面１３０が、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって拡径する傾斜面となる。なお、本実施例に係る傾斜面１３０は、テーパ面である。また、テーパ面である傾斜面１３０のテーパ角度は、環状溝２１０に設けられたテーパ面である傾斜面２１１のテーパ角度と同一となるように設計されている。

そして、シールリング１００における内周面側の傾斜面１３０は、環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１に対して摺動自在に構成される。本実施例においては、図２，３中、左側の傾斜面１３０が第１シール面となる。

また、シールリング１００の外周面側には、軸線方向（シールリング１００の中心軸線の方向）の中央に環状凸部１１０が設けられている。この環状凸部１１０の先端の外周面
がハウジング３００における軸孔内周面に摺動する第２シール面となる。なお、環状凸部１１０が設けられることにより、シールリング１００の外周面において、環状凸部１１０の両側には環状凹部１２０がそれぞれ形成される。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
特に、図２及び図３を参照して、本実施例に係るシールリング１００の使用時のメカニズムについて説明する。図２は、エンジンが停止して、シールリング１００を介して左右の領域の差圧がなく（または、差圧が殆どなく）、無負荷の状態を示している。図３は、エンジンがかかり、シールリング１００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。なお、図２及び図３中のシールリングは、図１中のＡＡ断面に相当する。

上記の通り、本実施例に係るシールリング１００における外周面の周長は、ハウジング３００の軸孔の内周面の周長よりも短く設定されている。従って、無負荷状態においては、シールリング１００の外周面は、ハウジング３００の軸孔の内周面から離れた状態となる（図２参照）。

そして、エンジンがかかり、差圧が生じた状態においては、図３に示すように、高圧側（Ｈ）からの流体圧力（油圧）Ｐ１によって、シールリング１００は高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に押圧される。これにより、シールリング１００の内周面側の第１シール面（図２，３中、左側の傾斜面１３０）が、環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１に対して摺動しながら、シールリング１００は低圧側（Ｌ）に移動する。そして、環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１（図中、左側の傾斜面２１１）は、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かって拡径しているため、シールリング１００の第１シール面は、傾斜面からの反力を受けて、径方向外側に向かう力Ｎを受ける。また、シールリング１００は、内周面側からの流体圧力Ｐ３も受ける。

このように、傾斜面２１１から第１シール面が受ける反力（径方向外側に向かう力Ｎ）と、内周面側からの流体圧力Ｐ３とが相まって、シールリング１００は即座に拡径するように変形する。そして、シールリング１００における外周面側の環状凸部１１０の先端の外周面である第２シール面が、ハウジング３００における軸孔内周面に密着した状態となる。以上のように、第１シール面が環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１に密着し、第２シール面が軸孔内周面に摺動自在に接触することによって、密封対象領域の流体圧力が保持される。なお、本実施例においては、軸２００とハウジング３００が相対的に回転している状態においては、第１シール面と傾斜面２１１との間では摺動せずに、第２シール面とハウジング３００の軸孔内周面との間でのみ摺動するように設計されている。これにより、摺動トルクが低くなるようにしている。

ここで、本実施例に係る密封構造においては、シールリング１００の第１シール面が環状溝２１０の溝底面に設けられた傾斜面２１１に密着し、第２シール面が軸孔内周面に摺動自在に接触した状態で、シールリング１００と環状溝２１０における低圧側（Ｌ）の側壁面との間には隙間Ｓが確保されるように設定されている。

＜本実施例に係る密封構造の優れた点＞
以上のように、本実施例に係る密封構造によれば、流体圧力が作用してない（差圧が生じていない）状態から流体圧力が高くなると、シールリング１００は、即座に拡径するように変形する。そして、シールリング１００における外周面側の環状凸部１１０の先端の外周面である第２シール面が、ハウジング３００における軸孔内周面に密着した状態となる。従って、無負荷状態から、急激に流体圧力が高くなった場合でも、シールリング１００とハウジング３００の軸孔の内周面との間の隙間から密封対象流体が吹き抜けてしまう
ことを抑制することができる。

また、シールリング１００における外周面側の環状凸部１１０は、軸線方向の中央に設けられており、シールリング１００の外周面において、環状凸部１１０の両側には環状凹部１２０がそれぞれ設けられている。これにより、高圧側（Ｈ）の環状凹部１２０には、流体圧力Ｐ２が作用する。従って、流体圧力が高まっても、シールリング１００とハウジング３００における軸孔内周面との摺動抵抗の増加を抑制することが可能となる。

また、本実施例においては、エンジンがかかり、差圧が生じた状態においても、上記の通り、シールリング１００と環状溝２１０における低圧側（Ｌ）の側壁面との間には隙間Ｓが確保される。これにより、流体圧力の作用に伴ってシールリング１００が拡径する動作が妨げられてしまうことがない。

なお、本実施例に係るシールリング１００は、軸線方向の中心面に対して対称的な形状をなしている。従って、環状溝２１０内にシールリング１００を取り付ける際に、取付方向を気にする必要がなく、装着性に優れている。また、本実施例においては、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０の溝底面には、その両側に、側壁面に向かうにつれて拡径する傾斜面２１１がそれぞれ設けられている。従って、高圧側と低圧側が入れ替わるような環境下でも用いることができる。

（その他）
本実施例においては、環状溝の溝底面に設けられる傾斜面２１１と、シールリング１００の内周面側に設けられる傾斜面１３０が、いずれもテーパ面の場合を示した。しかしながら、これらの傾斜面については、テーパ面でなくてもよい。例えば、これらの傾斜面は、中心軸線を含む断面で見た場合に、直線ではなく曲線となるような湾曲面により構成してもよい。

また、シールリング１００については、環状溝２１０への装着性を高めたり、拡径し易くさせたりするために、周方向の１箇所に合口部を設けてもよい。この場合には、環状凸部１１０，環状凹部１２０及び傾斜面１３０については、必要に応じて、合口部付近には設けない構成を採用することもできる。なお、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。

１００ シールリング
１１０ 環状凸部
１２０ 環状凹部
１３０ 傾斜面
２００ 軸
２１０ 環状溝
２１１ 傾斜面
３００ ハウジング
Ｓ 隙間

Claims (2)

1. 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樹脂製のシールリングと、
   を備える密封構造であって、
   前記環状溝の溝底面には、高圧側から低圧側に向かって拡径する傾斜面が設けられると共に、
   前記シールリングは、
   内周面側かつ低圧側には、高圧側から低圧側に向かって拡径する傾斜面により構成され、前記環状溝の溝底面に設けられた前記傾斜面に対して摺動自在な第１シール面が設けられ、
   外周面側には、軸線方向の中央に環状凸部が設けられ、該環状凸部の先端の外周面が前記ハウジングにおける軸孔内周面に摺動する第２シール面となっており、
   第１シール面が前記環状溝の溝底面に設けられた傾斜面に密着し、第２シール面が前記軸孔内周面に摺動自在に接触することによって、前記密封対象領域の流体圧力が保持されることを特徴とする密封構造。
2. 第１シール面が前記環状溝の溝底面に設けられた傾斜面に密着し、第２シール面が前記軸孔内周面に摺動自在に接触した状態で、前記シールリングと前記環状溝における低圧側の側壁面との間には隙間が確保されることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。

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