JP2019011817A - 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における領域Ｓ側の側面２１１と軸２００の外周面との間には、領域Ｔ側から領域Ｓ側に向かって拡径する軸側傾斜面２１２が設けられると共に、シールリング１００には、環状溝２１０における領域Ｓ側の側面２１１に接するシール面１４１よりも径方向外側に、領域Ｔ側から領域Ｓ側に向かって突出する環状突出部１４２が設けられており、かつ環状突出部１４２の内周面は、軸側傾斜面２１２に対して傾斜方向に摺動自在に設けられ、領域Ｔ側から領域Ｓ側に向かって拡径するシールリング側傾斜面１４２ａにより構成されていることを特徴とする。【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６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６は従来例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。シールリング５００は、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０Ｘに装着される。そして、軸２００が挿通されるハウジング３００の軸孔の内周面３１０と環状溝２１０Ｘの側壁面のそれぞれに、シールリング５００が接することで、軸２００とハウジング３００の軸孔の内周面３１０との間の環状隙間を封止される。

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５１０の周長はハウジング３００の軸孔の内周面３１０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３１０と環状溝２１０Ｘの側壁面に接して油圧を保持する機能を発揮する（図６中の実線部を参照）。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３１０や環状溝２１０Ｘの側壁面から離れた状態となり得る。図６中の点線は、シールリング５００が軸孔の内周面３１０から離れた状態を示している。

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、シールリング５００の外周面５１０と軸孔の内周面３１０との間から油が吹き抜けてしまう現象が発生してしまうことがある。この点について、図７及び図８を参照して説明する。

図７及び図８は従来例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。ここで、図７は、シールリング５００に対して、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の様子を示している。より具体的には、図７においては、図中左側の領域Ｓの油圧に対して図中右側の領域Ｔの油圧が急激に高くなった場合の様子を示している。急激に右側の領域Ｔの油圧が高くなった場合には、シールリング５００の内周面側には、流体（ここでは油）は直ぐには流れ込んで行かない。そのため、シールリング５００における領域Ｔ側の側面に作用する油圧Ｐ１０は上方ほど大きくなり、かつシールリング５００の内周面５２０に作用する油圧Ｐ２０は油圧Ｐ１０よりも小さい。従って、シールリング５００が内周面側からの油圧Ｐ２０によって拡径しない状態で、シールリング５００の外周面５１０と軸孔の内周面３１０との間に流れ込んだ流体により、シールリング５００の外周面５１０に作用する油圧が内周面５２０に作用する油圧Ｐ２０よりも大きくなってしまうことがある。これにより、シールリング５００の外周面５１０と軸孔の内周面３１０との間から、図８中の矢印Ｒに示すように、油が吹き抜けてしまう現象が発生してしまうことがある。

特開２０１３−１０８６０５号公報 特開２００８−２７５０９２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。

本発明の密封構造は、
軸孔を有するハウジングと、
前記軸孔に挿通され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸と、
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、
外力が作用していない状態における前記シールリングの外周面の周長は、前記軸孔の内周面の周長よりも短く構成されると共に、
前記環状隙間内において、前記シールリングを介して両側に差圧が生じた場合に、前記シールリングが、前記環状溝における低圧側の側面と前記軸孔の内周面に接することで前記環状隙間が封止される密封構造であって、
前記環状溝における前記低圧側の側面と前記軸の外周面との間には、高圧側から低圧側に向かって拡径する軸側傾斜面が設けられると共に、
前記シールリングには、前記環状溝における前記低圧側の側面に接するシール面よりも径方向外側に、高圧側から低圧側に向かって突出する環状突出部が設けられており、かつ該環状突出部の内周面は、前記軸側傾斜面に対して傾斜方向に摺動自在に設けられ、高圧側から低圧側に向かって拡径するシールリング側傾斜面により構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングを介して両側に差圧が生じていない状態から差圧が生じた状態になると、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、シールリング側傾斜面が軸側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、軸側傾斜面は、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が、ハウジングにおける軸孔内周面に接した状態となる。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。

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シールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。 図４は本発明の実施例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。 図５は本発明の実施例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。 図６は従来例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。 図７は従来例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。 図８は従来例に係るシールリングを用いた密封構造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５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シールリングの模式的断面図であり、図１中のＡＡ断面図である。図３〜図５は本発明の実施例に係るシールリングを用いた密封構造を示す模式的断面図である。なお、図３は差圧がない状態（無負荷の状態）を示し、図４は差圧が生じ始めた状態を示し、図５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、軸孔を有するハウジング３００と、軸孔に挿通され、ハウジング３００に対して相対的に回転する軸２００と、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリング１００とを備えている。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に設けられた軸孔の内周面３１０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。図３〜図５において、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間のうち、シールリング１００を介して図中左側の領域を領域Ｓと称し、図中右側の領域を領域Ｔと称する。本実施例においては、領域Ｔ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、この密封対象領域である領域Ｔ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。

本実施例に係る軸２００に設けられた環状溝２１０について説明する。本実施例に係る環状溝２１０においては、領域Ｓ側の側面２１１と軸２００の外周面との間には、領域Ｔ側から領域Ｓ側に向かって拡径する軸側傾斜面２１２が設けられている。軸２００とハウジング３００との間の環状隙間内において、シールリング１００を介して両側に差圧が生じた場合には、領域Ｔ側が高圧側となり、領域Ｓ側が低圧側となる。従って、環状溝２１０における低圧側の側面２１１と軸２００の外周面との間に、高圧側から低圧側に向かっ
て拡径する軸側傾斜面２１２が設けられると言うこともできる。

本実施例に係るシールリング１００について説明する。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。また、外力が作用していない状態におけるシールリング１００の外周面１１０の周長は、ハウジング３００の軸孔の内周面３１０の周長よりも短く設定されている。

このシールリング１００には、環状溝２１０における領域Ｓ側（低圧側）の側面２１１に接するシール面１４１よりも径方向外側に、領域Ｔ側（高圧側）から領域Ｓ側（低圧側）に向かって突出する環状突出部１４２が設けられている。この環状突出部１４２の内周面は、軸側傾斜面２１２に対して傾斜方向に摺動自在に設けられ、領域Ｔ側（高圧側）から領域Ｓ側（低圧側）に向かって拡径するシールリング側傾斜面１４２ａにより構成されている。

なお、軸側傾斜面２１２とシールリング側傾斜面１４２ａは、いずれもテーパ面により構成されている。また、これらのテーパ面のテーパ角度は同一となるように設計されている。

＜シールリングの使用時のメカニズム＞
図３〜図５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３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４は、エンジンがかかり、シールリング１００の両側に差圧が生じ始めた状態を示している。図５は、シールリング１００の両側に差圧が生じて、シールリング１００による密封機能が働き、領域Ｔ内の流体圧力が保持された状態を示している。なお、図３〜図５中のシールリング１００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１１０の周長は、ハウジング３００の軸孔の内周面３１０の周長よりも短く設定されている。従って、無負荷状態（図３参照）においては、シールリング１００の外周面１１０は、ハウジング３００の軸孔の内周面３１０から離れた状態となり得る。また、シールリング１００におけるシール面１４１も、環状溝２１０の領域Ｓ側の側面２１１から離れた状態となり得る。ただし、シールリング１００における環状突出部１４２のシールリング側傾斜面１４２ａは、軸側傾斜面２１２に接している。

そして、エンジンがかかり、差圧が生じ始めた状態（図４参照）においては、領域Ｔ側（高圧側）からの流体圧力（油圧）Ｐ１によって、シールリング１００における領域Ｔ側の側面１３０が押圧される。これにより、環状突出部１４２のシールリング側傾斜面１４２ａが軸側傾斜面２１２に対して摺動しながら、シールリング１００は領域Ｓ側（低圧側）に移動する。ここで、軸側傾斜面２１２は、領域Ｓ側（高圧側）から領域Ｔ側（低圧側）に向かって拡径しているため、シールリング側傾斜面１４２ａは、軸側傾斜面２１２からの反力を受けて、径方向外側に向かう力を受ける。また、シールリング１００は、内周面１２０側からの流体圧力Ｐ２も受ける。

このように、軸側傾斜面２１２からシールリング側傾斜面１４２ａが受ける反力（径方向外側に向かう力）と、内周面１２０側からの流体圧力Ｐ２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の外周面１１０が、ハウジング３００における軸孔の内周面３１０に接した状態となる。また、領域Ｔ側からの流体圧力Ｐ１によって、シールリング１００のシール面１４１は、環状溝２１０にお
ける領域Ｓ側の側面２１１に接した状態となる。

ここで、急激に領域Ｔの流体圧力が高くなった場合には、シールリング１００の内周面側には、流体（ここでは油）は直ぐには流れ込んで行かない。そのため、シールリング１００における領域Ｔ側の側面１３０に作用する流体圧力Ｐ１は上方ほど大きくなり、かつシールリング１００の内周面１２０に作用する流体圧力Ｐ２は流体圧力Ｐ１よりも小さい。しかしながら、軸側傾斜面２１２からシールリング側傾斜面１４２ａが受ける反力は、流体圧力Ｐ１に比例して大きくなるため、シールリング１００を即座に拡径するように変形させることが可能となる。

以上のように、シールリング１００の外周面１１０が、ハウジング３００における軸孔の内周面３１０に接し、かつシールリング１００のシール面１４１が環状溝２１０における領域Ｓ側の側面２１１に接することによって、密封対象領域（領域Ｔ）の流体圧力が保持される。なお、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、シールリング１００の外周面１１０及び側面（シール面１４１）のうちの少なくともいずれか一方は摺動する。いずれを摺動させるかについては、使用環境等に応じて適宜設定することができる。なお、いずれが摺動するかについては、内周面側からの受圧面積と側面側からの受圧面積に依存するため、シールリング１００の各部の寸法を適宜設定すればよい。また、シールリング１００によって、密封対象領域（領域Ｔ）の流体圧力が保持された状態においては、シールリング１００における領域Ｔ側の側面１３０に作用する流体圧力Ｐ３と、シールリング１００の内周面１２０に作用する流体圧力Ｐ３は等しくなる（図５参照）。

＜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、領域Ｔと領域Ｓとの間で差圧が生じていない状態から差圧が生じた状態になると、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の外周面１１０が、ハウジング３００における軸孔内周面３１０に接した状態となる。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３１０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。

（その他）
本実施例においては、軸側傾斜面２１２と、シールリング側傾斜面１４２ａ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（軸２００の中心軸線及びシールリング１００の中心軸線）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。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 外周面
１２０ 内周面
１３０ 側面
１４１ シール面
１４２ 環状突出部
１４２ａ シールリング側傾斜面
２００ 軸
２１０ 環状溝
２１１ 側面
２１２ 軸側傾斜面
３００ ハウジング
３１０ 内周面

Claims (1)

1. 軸孔を有するハウジングと、
   前記軸孔に挿通され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸と、
   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、
   外力が作用していない状態における前記シールリングの外周面の周長は、前記軸孔の内周面の周長よりも短く構成されると共に、
   前記環状隙間内において、前記シールリングを介して両側に差圧が生じた場合に、前記シールリングが、前記環状溝における低圧側の側面と前記軸孔の内周面に接することで前記環状隙間が封止される密封構造であって、
   前記環状溝における前記低圧側の側面と前記軸の外周面との間には、高圧側から低圧側に向かって拡径する軸側傾斜面が設けられると共に、
   前記シールリングには、前記環状溝における前記低圧側の側面に接するシール面よりも径方向外側に、高圧側から低圧側に向かって突出する環状突出部が設けられており、かつ該環状突出部の内周面は、前記軸側傾斜面に対して傾斜方向に摺動自在に設けられ、高圧側から低圧側に向かって拡径するシールリング側傾斜面により構成されていることを特徴とする密封構造。

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