JP3800355B2

JP3800355B2 - シール装置

Info

Publication number: JP3800355B2
Application number: JP04685896A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎笠原; 登志夫岡
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2016-02-09
Also published as: JPH09217836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油圧の作用の下で使用されるシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に用いられる自動変速装置にはクラッチ機構やブレーキ機構を作動させるための油圧通路が組込まれており、該油圧通路に供給される油の漏れを防止するためのシールリングおよびシール装置が多用されている。その一例を図５に示す。
【０００３】
図５において、シール装置１は、軸２に設けられた油圧通路３、該軸２の外周面に設けられた対のシールリング溝４、４、該シールリング溝４、４に装着された合成樹脂製のシールリング５、５を有し、シールリング５、５の外周面は駆動側である回転ハウジング６の内周面１６に対接する。
軸２の油圧通路３は、軸２の外周面に形成された環状溝７、ハウジング６の内周面に設けられた入口８を介して、ハウジング６内の作動室９に連通しており、油圧通路３から作動室９内への油圧供給が作動室９を画定するピストン１０を移動させてクラッチを係合し、ハウジング６の回転運動を出力軸１２に伝達させる。作動室９への油圧供給解除が、クラッチを開放し出力軸への回転運動の伝達が停止される。
【０００４】
ここで、軸２の外周面の環状溝７は、各シールリング溝４、４に連通し、シールリング溝４、４に導入された油圧は、シールリング５、５をリング溝側壁面とハウジング６の内周面とに押圧し、その間の油の漏れを防止させる。
【０００５】
図５に示すような従来のシールリング５、５を使用する場合、シールリング５、５の側面に作用する油圧の総和が、シールリング５、５の内周面側に作用する油圧の総和より大であるために、シールリング５、５はシールリング溝４、４の側壁面１８に対してより強く押し付けられ、シールリング５、５の側面とシールリング溝４、４の側壁面１８との間の摩擦力により軸２側に保持され、ハウジング６の内周面に対して摺接することになる。
【０００６】
しかし、この場合、該摺接による損失トルクが大であることから、シールリング５、５の側面とリング溝側壁面１８との間で摺接がなされるようにしたシールリングも提案されている。その例を図６に示す。
【０００７】
図６において、シールリング５′、５′は、その両側面に周方向に延びる環状溝１４、１４と、周方向に離間して設けられていて該環状溝１４、１４をリング内周側に連通させる複数の径方向溝１５、１５を有し、該溝１４、１５に油圧を導くことによりシールリング５′をシールリング溝側壁面１８に押圧する力を緩和し、シールリング５′の側面がシールリング溝側壁面１８に対して摺動し易くする。
【０００８】
上記構成のシールリング５′を使用する場合、シールリング溝加工の精度のバラツキにより溝が外開きに形成されている場合や、ハウジング６の回転軸心と軸２の軸心との間に傾き等がある場合には、シールリング溝側壁面１８に対接してその間をシールするシールリング５′の外周側対接面部ｌ₁とリング溝側壁面１８との間が離されて側面シール特性が損われる難がある。
【０００９】
上記難点の解消を目的とするシールリングとして図８に示す如く、側面をテーパ面とし、外周面を円弧面にしたシールリング５″が提案されている。
この種のシールリング５″は、側面のテーパ面の一部２８でシールリング溝４の側壁面とのシール面を確保し、シールリング側面のテーパ面とリング溝側壁面１８との間に形成されるクサビ状間隙２６ａに導かれる油圧によりシールリング５″をリング溝側壁面１８に押し付ける力を緩和し、トルク損失を低減させるとともに、外周面を円弧面とすることで、ハウジング６や軸２の振れを吸収し外周面とハウジング内周面との対接を確保し、シール特性の劣化を防止することを目的とするシールリングである。
【００１０】
しかしながら、外周面が断面円弧状をなしているために、図９の（ａ）に示すように、シールリング外周面の半分の部分に作用する油圧とシールリングの内周面の半分部分に作用する油が相殺し、シールリング内周面の残りの部分に作用する油圧により、シールリング５″を矢印Ａ方向に回転させるモーメント力を生じ、このモーメント力により図９の（ｂ）に示す如く、シールリングの側面がシールリング溝１８に全面で対接する状態となり、本来の側面テーパの効果が得られず、損失トルクや溝摩耗が大きくなる難点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、シールリングとリング溝側面およびシールリングとハウジング内周面との摺接関係を適正にすることにより、前記従来技術の不具合を解消させ、トルク損失や摩耗の発生を低減させることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記の課題を解決するために、シールリングの径方向内方に向けてリングの幅を減するように傾斜したテーパ面を有する側面と、一方の側面側の外径が、他方の側面側の外径より大となるように一部又は全面テーパあるいは階段状の断面形状をなす外周面とを有するシールリングを、ハウジングに収容された軸の外周面に設けられていて一方側から油圧が導かれるシールリング溝に、前記テーパ状側面と該シールリング溝の側壁面との間に断面クサビ状の間隙が形成され、且つ、前記外径の大なる側面側を油圧導入側の反対側に位置させてシールリング外周面とハウジング内周面との間に油圧導入側に開口された間隙が形成されるように装着するシール装置を提供する。
【００１３】
また、本発明では、油圧を受ける環状溝と該環状溝の両側に配されていて該環状溝に連通するシールリング溝を外周面に有する軸と、前記環状溝に通じる窓を備えた作動室および該作動室内の油圧を受けて往復動するピストンを有するハウジングと、前記シールリング溝に装着されたシールリングとを有するシール装置において、該シールリングが、シールリングの径方向内方に向けてリングの幅を減するように傾斜したテーパ面でなる側面と、一方の側面側の外径が他方の側面側の外径より大となるように一部又は全面テーパあるいは階段状の断面形状をなす外周面を有するシールリングであって、前記テーパ状側面と該シールリング側壁面との間に断面クサビ状の間隙が形成され、且つ、前記外径の大なる側面側を油圧作用側の反対側に位置させてシールリング外周面とハウジング内周面との間に油圧作用側に開放された間隙を形成して装着されている構成のシール装置を提供する。
【００１４】
上記の本発明のシール装置による場合、シールリング側面とリング溝側壁面との間には内方に開放されたクサビ状の間隙が形成され、また、シールリング外周側とハウジング内周面との間には、油圧作用側に開放された間隙がシールリング外周面幅の広い範囲（半分以上）にわたって形状されているので、両側面および内外周面に作用する油圧がそれぞれ打ち消し合い、シールリング外周面とハウジング内周面との間、シールリング側面とリング溝側壁面との間のいずれにおいても摺動し易い状態で対接しているので、トルク損失や異常摩耗の発生が防止される。更に、本発明による場合、シールリングは、外径の大なる側面側を油圧作用側とは反対側（低圧側）に位置させ、即ち、シールリング外周面とハウジング内周面との間に油圧作用側に向けて開放された間隙がシールリング外周面幅の広い範囲にわたって形成される状態で装着されるので、シールリング側面とリング溝側壁面との間のクサビ状間隙を消失させるようにシールリングを回転させる、図９に示すようなモーメント力が緩和され、リング溝内でのシールリングの姿勢が安定に保たれ、トルク損失や摩耗発生等の従来の問題が解消される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のシールリングの使用方法を採用するシール装置を示す。
なお、本装置は、シールリングおよびその装着状態を除くほかは、図５に示すシール装置におけるものと同一であるので、同一部品に同一符号を記しその説明を省略する。
図１の本発明のシール装置におけるシールリングとその装着状態の例を図２、図３、及び図４に基づき説明する。
【００１６】
軸２とハウジング６はアルミ合金（ＪＩＳＡＤＣ１２）製又はスチール（ＪＩＳＳ２５Ｃ）製で、シールリング２０、２０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）、ポリイミド等の耐熱性合成樹脂材又は鋳鉄材から作られる。
軸２の油圧通路３からの油圧は環状溝７を介してシールリング溝４、４に導かれている。シールリング２０、２０は、径方向内方に向けてリングの幅を減ずるように傾斜するテーパ状側面２０ａ、２０ａと、一方の側面側の外径が他方の側面側の外径より大である断面テーパ状の外周面２２、２２を有していて、該テーパ状側面２０ａとリング溝側壁面１８の間に内径方向に向けて開口するクサビ状の間隙３０が形成されるように、また、外周面２２、２２の大径部が油圧作用側、即ち環状溝７に面する側とは反対側に位置して油圧作用側に向けて断面クサビ状の間隙３１をシールリング外周面２２とハウジング内周面１６との間に形状するように装置されている。
【００１７】
上記構成としたシール装置においては、油圧作用側からシールリング２０の外周面２２とハウジング６の内周面１６との間に、外周面２２の幅の広い範囲にわたって形成される断面クサビ状間隙３１に作用する油圧によって、シールリング２０がハウジング６の内周面１６に押し付けられる力が緩和され、また、シールリング２０の側面２０ａとシールリング溝１８との間に形成される間隙に作用する油圧により、シールリング２０がリング側面１８に押し付けられる押圧力が緩和される。従って、シールリング２０とハウジング内周面との間、およびシールリング２０とリング溝壁面１６との間の摺接が容易になされ、損失トルクの発生を低減させることができる。また、シールリング２０の外周面幅の広い範囲に油圧が作用するために、シールリング側面２０ａとリング溝側壁面１８との間のクサビ状間隙を消滅させるようにシールリング２０を回転されるモーメント力の発生が低減されるので、シールリング２０がリング溝側壁面に固定保持されてトルク損失を増大させるといった従来技術において経験される問題が除去される。
【００１８】
図２に示す例では、シールリング２０の外周面を、その全幅にわたってテーパ面とした例を示したが、図３に示すように、テーパ状外周面２２の油圧作用側の反対側に位置する一部分に、ハウジング内周面１６に平行な狭幅の平行面３２を形成することもできる。この場合、平行面３２は外周面２２の半分の幅よりもっと小さいものとさせる。
【００１９】
また、図４に示すように、シールリング外周面２２をテーパ面とする代りに、油圧作用側の反対側に位置する一部分を小さな幅で突出させて階段状に形成することもできる。
【００２０】
以上の本発明のシールリングの例を示す各図では、シールリングの側面の前面をテーパ状に示したが、本発明ではシールリング側面の外周端縁部にリング溝側壁面の外周端縁部に平面で対接する狭い幅の平面部を残しておくこともできる。
【００２１】
【実施例】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）にカーボン繊細を添加分散させた合成樹脂を材料とし、外径φ５８、幅２mm、厚み２mm、外周面テーパ（テーパ角２度）、側面テーパ（テーパ角４度）の本発明に係るシールリング▲３▼、および上記外周面テーパに代えて外周面を端部に0.０７mmの突出部を有する階段状にした本発明に係るシールリング▲４▼を作成した。
比較用シールリングとして、基本寸法を前記シールリングと同一とし、図６および図７に示す形状の従来のシールリング▲１▼および図８に示す形状の従来のシールリング▲２▼（外周円弧凸量：２０μ）を作成し比較テストを実施した。
上記各シールリングを装着した図５と図１に示すシール装置において、ハウジング６の回転速度：４０００rpm 、油圧：１MPa 、油温：１２０℃の条件下で引き擦りトルクテストおよび油漏れ量テストを実施した結果および耐久テストでの軸溝摩耗量を図１０に示す。図１０より本発明の実施例に係るシールリングを使用する場合には、いずれも従来タイプのシールリングを使用する場合に比較して２０％以上の引き擦りトルクの低減が得られ、油漏れ量についても顕著な改善効果が得られることがわかる。
なお、本テストにおいては、シールリングの合い口構造として段付合い口構造を採用したが、他の合い口形状の場合でも油漏れ量の絶対値に差が生ずるのみで低摩擦の効果に影響はない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のシール装置では、シールリングの外周面とハウジング内周面との間に、油圧作用側に開口するシールリング外周面の幅の広い範囲にわたる間隙が形成され、又、シールリングの側面とシールリング側壁面との間に径方向内方に開口するクサビ状間隙が形成されるようにシールリング溝に装着されているので、該間隙に作用する油圧によりシールリングのリング溝側壁面およびハウジング内周面に対する圧接力が低減され、その対接面間での摺動が容易になり、トルク損失や摩耗発生を低減される。
また、シールリング外周面の広い範囲に油圧が作用するので、シールリングの姿勢を傾かせてシールリング側面とリング溝側壁面との間のクサビ状間隙を消失させるような力のモーメントの発生が避けられ、シールリングとリング溝側壁面との摺接関係が安定に維持され、損失トルクの発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール装置の例を示す断面図である。
【図２】本発明のシールリングの使用方法の例を示す図である。
【図３】本発明のシールリングの使用方法の他の例を示す図である。
【図４】本発明のシールリングの使用方法の他の例を示す図である。
【図５】従来のシール装置を示す断面図である。
【図６】従来のシールリングの使用例を示す断面図である。
【図７】図６に示すシールリングの一部断面平面図である。
【図８】従来のシールリングとその使用方法を示す断面図である。
【図９】図８に示すシールリングの装着状態を説明する断面図である。
【図１０】本発明に係るシール装置と従来のシール装置での比較テスト結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１シール装置
２軸
３油圧通路
４シールリング溝
５、５′、５″ シールリング（従来技術）
６ハウジング
９作動室
１０ピストン
１２出力軸
１６ハウジング内周面
１８シールリング側壁面
２０シールリング
２０ａシールリング側面（テーパ面）
２２シールリング外周面
３０シールリング側面とリング側壁面との間の間隙
３１シールリング外周面とハウジング内周面との間の間隙

Claims

シールリングの径方向内方に向けてリング幅を減ずるように傾斜したテーパ面でなる側面と、一方の側面側の外径が他方の側面側の外径より大となるように一部又は全面テーパあるいは階段状の断面形状をなす外周面を有するシールリングを、
ハウジングに収容された軸の外周面に設けられていて一方側から油圧が導かれるシールリング溝に、
前記テーパ面でなる側面と該シールリング溝の側壁面との間に内径方向に開口するクサビ状の間隙が形成され、且つ、前記外径が大なる側面側を油圧導入側の反対側に位置させてシールリング外周面とハウジング内周面との間に油圧導入側に開口する間隙が形成される状態で装着するシール装置。
シールリングの外周面の縦断面形状がテーパ状をなしている請求項１記載のシール装置。
シールリングの外周面の縦断面形状が階段状をなしている請求項１記載のシール装置。
油圧を受ける環状溝と該環状溝の両側に設けられていて該環状溝に連通するシールリング溝を外周面に有する軸と、
前記環状溝に通じる入口を有する作動室および該作動室の一壁を構成し作動室内の油圧を受けて往復動するピストンを有するハウジングと、
前記シールリング溝に装着されたシールリングとを有するシール装置において、該シールリングが、シールリングの径方向内方に向けてリングの幅を減するように傾斜したテーパ面でなる側面と、一方の側面側の外径が他方の側面側の外径よりも大となるように一部又は全面テーパあるいは階段状の断面形状をなす外周面を有するシールリングであって、前記テーパ面でなる側面と該シールリング溝の側壁面との間に内径方向に向けて開口するクサビ状の間隙が形成され、且つ、前記外径が大なる側面側が油圧導入側の反対側に位置されてシールリング外周面とハウジング内周面との間に油圧導入側に向けて開口する間隙を形成して装着されていることを特徴とするシール装置。
シールリングの外周面の全部又は一部がテーパ面である請求項４記載のシール装置。
シールリングの外周面が軸方向に階段状に形成されている請求項４記載のシール装置。