JP2017150594A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】密封性を向上させ、かつ、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。【解決手段】ハウジング４００における軸３００が挿通される軸孔の内周面に対して密着する無端状かつゴム状弾性体製の第１シールリング１００と、第１シールリング１００における軸線方向の両側に配置される、無端状かつ樹脂製の一対の第２シールリング２００と、を備え、密封装置１０を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリング１００による弾性反発力によって、一対の第２シールリング２００は、環状溝３１０の両側壁面に対してそれぞれ密着する。【選択図】図５

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樹脂製のシールリングが設けられている。図９及び図１０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９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１０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３００の外周に設けられた環状溝３１０に装着され、軸３００が挿通されるハウジング４００の軸孔の内周面と環状溝３１０の側壁面のそれぞれに摺動自在に接触することで、軸３００とハウジング４００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４００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３１０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１０参照）。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３１０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９参照）。

ここで、シールリング５００には、環状溝３１０への装着性を高めるために、周方向の１箇所に合口部が設けられることが多い。合口部の構造として、熱膨張収縮によっても安定した密封性を発揮する特殊ステップカットが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、特殊ステップカットでも、密封対象流体の漏れを確実に防止できる訳ではなく、更なる密封性の向上が求められている。

また、上記のように構成されたシールリング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、応答性や作動性が低下するおそれがあるため、改善の余地がある。

また、ゴム状弾性体製のシールリング（ＯリングやＤリング等）においては、樹脂製のシールリングに比べて、密封性に優れている。しかしながら、ゴム状弾性体製のシールリングの場合には、摺動摩耗し易いという短所がある。

特開２００２−３７２１５４号公報 実開昭５２−４２９６２号公報

本発明の目的は、密封性を向上させ、かつ、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。

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密封装置と、
を備える密封構造であって、
前記密封装置は、
前記ハウジングにおける前記軸が挿通される軸孔の内周面に対して密着する無端状かつゴム状弾性体製の第１シールリングと、
第１シールリングにおける軸線方向の両側に配置される、無端状かつ樹脂製の一対の第２シールリングと、
を備え、
前記密封装置を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリングによる弾性反発力によって、一対の第２シールリングは、前記環状溝の両側壁面に対してそれぞれ密着すると共に、
前記密封装置を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧が発生した状態では、高圧側から低圧側に向かう流体圧力によって、一対の第２シールリングのうち高圧側の第２シールリングは前記環状溝の側壁面から離れ、低圧側の第２シールリングは前記環状溝の側壁面に対して摺動自在に密着することを特徴とする。

本発明によれば、第１シールリング及び第２シールリングは無端状であるため、合口部を有するシールリングの場合のように、合口部から密封対象流体が漏れてしまうといった問題はない。そして、密封装置を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリングによる弾性反発力によって、一対の第２シールリングは、環状溝の両側壁面に対してそれぞれ密着している。これにより、差圧が生じていない状態においても、密封機能が発揮されるため、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。また、軸とハウジングが相対的に回転した状態においては、樹脂製の第２シールリングと環状溝の側壁面との間で摺動する。従って、ゴム状弾性体製の第１シールリングが摺動によって摩耗してしまうことも抑制することができる。

第１シールリングの径方向外側は、径方向外側に向かうにつれて軸線方向の幅が狭くなるように構成されているとよい。

これにより、第１シールリングが、第２シールリングと軸孔との間の隙間にはみ出してしまうことを抑制することができる。

第１シールリングと一対の第２シールリングとの間で摺動しないように位置決めがなされているとよい。

これにより、第１シールリングが第２シールリングとの間で摺動してしまうことによる摺動摩耗を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、密封性を向上させ、かつ、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。

図１は本発明の実施例に係る第１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第１シールリングの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る第２シールリングの側面図である。 図４は本発明の実施例に係る第２シールリングの模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。 図６は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。 図７は本発明の実施例に係る第１シールリングの変形例１を示す模式的断面図である。 図８は本発明の実施例に係る第１シールリングの変形例２を示す模式的断面図である。 図９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１０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、本実施例に係る密封構造は、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。

（実施例）
図１〜図８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第１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第１シールリングの模式的断面図である。なお、図２は図１中のＡＡ断面図である。図３は本発明の実施例に係る第２シールリングの側面図である。図４は本発明の実施例に係る第２シールリングの模式的断面図である。なお、図４は図３中のＢＢ断面図である。図５及び図６は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。なお、図５及び図６において、第１シールリングについては図１中のＡＡ断面図に相当し、第２シールリングについては図３中のＢＢ断面図に相当する。図７は本発明の実施例に係る第１シールリングの変形例１を示す模式的断面図である。図８は本発明の実施例に係る第１シールリングの変形例２を示す模式的断面図である。

＜密封構造の構成＞
本発明の実施例に係る密封構造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５及び図６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。

そして、本実施例に係る密封装置１０は、無端状かつゴム状弾性体製の第１シールリング１００と、無端状かつ樹脂製の一対の第２シールリング２００とから構成される。第１シールリング１００の材料の一例として、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ウレタンゴム（ＡＵ）を挙げることができる。また、第２シールリング１００の材料の一例として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）を挙げることができる。

本実施例に係る第１シールリング１００は、断面形状がＤ形状のＤリングを採用している。この第１シールリング１００においては、軸線方向の長さＸが径方向の長さＹよりも大きくなるように設計されている（図２参照）。これにより、流体圧力を受けた際に、受圧面積が軸線方向よりも径方向の方が大きくなる。そして、第１シールリング１００の外径は、ハウジング４００における軸孔の内径よりも大きく設計されている。これにより、第１シールリング１００の外周面は軸孔の内周面に対して密着する。また、第１シールリング１００の内径は、軸３００に設けられた環状溝３１０の溝底面の外径よりも大きく設計されている。これにより、第１シールリング１００と環状溝３１０の溝底面との間には環状の隙間が形成される。

本実施例に係る第２シールリング２００は、断面形状が矩形のシールリングを採用している。そして、一対の第２シールリング２００は、第１シールリング１００における軸線方向の両側に配置される（図５及び図６参照）。また、第２シールリング２００の外径は、軸３００の外径よりも大きく、かつハウジング４００における軸孔の内径よりも小さく設計されている。これにより、第１シールリング１００が第２シールリング２００とハウジング４００の軸孔との間の隙間にはみ出してしまうことを抑制しつつ、第２シールリング２００とハウジング４００の軸孔の内周面との間には隙間が形成される。また、第２シールリング２００の内径は、軸３００に設けられた環状溝３１０の溝底面の外径よりも大きく設計されている。これにより、第２シールリング２００と環状溝３１０の溝底面との間には環状の隙間が形成される。なお、本実施例においては、第２シールリング２００の内径と第１シールリング１００の内径は同一となるように設計されている。

また、軸３００に設けられた環状溝３１０の溝幅は、外力を受けていない状態における密封装置１０の軸線方向の幅よりも狭くなるように設計されている。つまり、第２シールリング２００の軸線方向の長さをＸ１（図４参照）とすると、環状溝３１０の溝幅は、Ｘ＋２Ｘ１よりも狭くなるように設計されている。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
特に、図５及び図６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５はエンジンが停止され、密封装置１０を介して、左側の領域の流体圧力と右側の領域の流体圧力との差圧がない状態を示している。図６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。

密封装置１０を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリング１００による弾性反発力によって、一対の第２シールリング２００は、環状溝３１０の両側壁面に対してそれぞれ密着する（図５参照）。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（図５参照）。

また、密封装置１０を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧が発生した状態では、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう流体圧力によって、高圧側（Ｈ）の第２シールリング２００は環状溝３１０の側壁面から離れ、低圧側（Ｌ）の第２シールリング２００は環状溝３１０の側壁面に対して摺動自在に密着する（図６参照）。従って、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は、第１シールリング１００とハウジング４００の軸孔の内周面との間では密着した状態が維持され、第２シールリング２００と環状溝３１０における低圧側（Ｌ）の側壁面との間で密着し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は軸孔の内周面に対して密着した状態が維持され、第２シールリング２００と環状溝３１０の低圧側（Ｌ）の側壁面との間で摺動する。

＜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、第１シールリング１００及び第２シールリング２００は無端状であるため、合口部を有するシールリングの場合のように、合口部から密封対象流体が漏れてしまうといった問題はない。そして、密封装置１０を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリング１００による弾性反発力によって、一対の第２シールリング２００は、環状溝３１０の両側壁面に対してそれぞれ密着している。これにより、差圧が生じていない状態においても、密封機能が発揮されるため、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。

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。

また、本実施例に係る密封装置１０においては、軸３００とハウジング４００が相対的に回転した状態においては、樹脂製の第２シールリング２００と環状溝３１０の側壁面との間で摺動する。従って、ゴム状弾性体製の第１シールリング１００が摺動によって摩耗してしまうことも抑制することができる。なお、上記の通り、第１シールリング１００においては、流体圧力を受けた際に、受圧面積が軸線方向よりも径方向の方が大きくなっている。また、ゴム状弾性体製の第１シールリング１００の方が、樹脂製の第２シールリング２００よりも摩擦抵抗が高い。これらのことが相俟って、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してしまうことを抑制し、第２シールリング２００と環状溝３１０の側壁面との間で摺動させることが可能となる。

また、上記の構成により、第１シールリング１００と第２シールリング２００との間で摺動してしまうことも抑制することもできる。ただし、第１シールリング１００と第２シールリング２００との間で摺動してしまうことをより確実に抑制するために、第１シールリング１００と一対の第２シールリング２００とを位置決めさせるのが望ましい。位置決めの方法については、特に限定されるものではない。例えば、第１シールリング１００と一対の第２シールリング２００とをそれぞれ接着等により固定させることもできる。また、第１シールリング１００と第２シールリング２００のうちの一方に嵌合凸部を設け、他方に嵌合凹部を設けることで、嵌合凹部に嵌合凸部を嵌合させることもできる。これにより、第１シールリング１００と第２シールリング２００とを径方向と周方向の双方に対して位置決めさせることもできる。

また、上記実施例においては、第１シールリング１００がＤリングの場合を示した。しかしながら、本発明においては、第１シールリングはＤリングに限定されることはない。ただし、第１シールリングの径方向外側は、径方向外側に向かうにつれて軸線方向の幅が狭くなるように構成されているのが望ましい。これにより、第１シールリングが、第２シールリング２００と軸孔との間の隙間にはみ出してしまうことを抑制することができる。例えば、図７に示す変形例１に係る第１シールリング１００ａのように、断面形状において、径方向内側が矩形で、径方向外側が半円形のシールリングを採用することもできる。また、図８に示す変形例２に係る第１シールリング１００ｂのように、断面形状が台形のシールリングを採用することもできる。

１０ 密封装置
１００，１００ａ，１００ｂ 第１シールリング
２００ 第２シールリング
３００ 軸
３１０ 環状溝
４００ ハウジング

Claims (3)

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密封装置と、
   を備える密封構造であって、
   前記密封装置は、
   前記ハウジングにおける前記軸が挿通される軸孔の内周面に対して密着する無端状かつゴム状弾性体製の第１シールリングと、
   第１シールリングにおける軸線方向の両側に配置される、無端状かつ樹脂製の一対の第２シールリングと、
   を備え、
   前記密封装置を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧がない状態では、第１シールリングによる弾性反発力によって、一対の第２シールリングは、前記環状溝の両側壁面に対してそれぞれ密着すると共に、
   前記密封装置を介して軸線方向の両側の流体圧力の差圧が発生した状態では、高圧側から低圧側に向かう流体圧力によって、一対の第２シールリングのうち高圧側の第２シールリングは前記環状溝の側壁面から離れ、低圧側の第２シールリングは前記環状溝の側壁面に対して摺動自在に密着することを特徴とする密封構造。
2. 第１シールリングの径方向外側は、径方向外側に向かうにつれて軸線方向の幅が狭くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. 第１シールリングと一対の第２シールリングとの間で摺動しないように位置決めがなされていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封構造。

Images