JP3848394B2 - シール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、相対的に回転しあうハウジングと軸との間のシール装置に関し、更に詳しくは、ハウジングと軸との間の間隙に加圧状態で供給される油の漏洩を防止す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等には、相対的に回転するハウジングと軸との間を介して形成される油圧回路を通して導かれる油圧により作動するクラック機構やブレーキ機構等が設けられており、これらハウジングと軸との間には、加圧状態で供給される油の漏洩を防止するシール装置が備えられている。この種のシール装置の例を図５に示す。
【０００３】
自動変速機のクラッチ機構部分を示す図５において、シール装置１は、軸２と、軸２を収容し軸２に対して相対的に回転するハウジング６と、ハウジング６の内周面に対向する軸２の外周面に軸方向に離間して形成されたシールリング溝４、４と、シールリング溝４、４に装着されたシールリング５、５と、軸２のシールリング溝４、４の間に形成され、該シールリング溝４、４に連通する環状溝７に油圧を導く油圧通路３を有す。
【０００４】
ここで、クラッチ機構の作動について概略を説明する。油圧通路３を通して導かれる油圧は、シールリング溝４、４間の環状溝７、ハウジング６の内周面１６に設けられた入口８を通してハウジング６内の作動室９に導かれる。
作動室９内の油圧は、該作動室壁の一部を構成しているピストン１０を押圧し、移動させ、ハウジング側に軸方向に移動可能に取り付けられているクラッチ板１１と出力軸１２側に取り付けられているクラッチ板１３とを圧接係合させることでハウジング６の回転運動の出力軸１２への伝達を可能にする。
油圧通路３を介して作動室９の油圧を低下させると、ピストン１０が逆方向に移動し、両クラッチ板１１、１３の圧接係合関係が解除され、前記回転運動の伝達が停止する。
【０００５】
ハウジング６と軸２との間に導かれた油圧は、シールリング溝４、４にも導かれており、シールリング溝内のシールリング５、５の側面に作用して該シールリング５、５をシールリング溝４、４の溝側壁面１８に押し付けるとともに、シールリングの内周側に作用して該シールリング５、５を外方に押圧し、シールリング外周面１９をハウジング６の内周面１６に押し付け、両シールリング溝４、４間の油の漏洩を防止する。
【０００６】
ここで、従来の図５に示すような断面矩形のシールリングを使用する場合には、一般的には、油圧の作用でシールリング５、５がシールリング溝側壁面１８に押し付けられる力が、シールリング５、５がハウジング６の内周面１６に押し付けられる力に優っている。
従って、ハウジング６と軸とが相対的に回動する場合、シールリング５、５は軸２のシールリング溝側壁面１８に圧接された状態で保持され、シールリング５、５の外周面がハウジング６の内周面１６に対して摺動する。
【０００７】
ハウジング６の回転中心軸と軸２の軸心との間には、幾分かの偏芯や傾き等の誤差が存在する。
従って、シールリング５、５が軸２のシールリング溝側面１８に強く圧接された形で保持され、シールリング５、５の外周面１９がハウジング６の内周面１６に対して摺動している場合には、ハウジング６と軸２との相対的回転時に、シールリング５、５は、その側面とシールリング溝側壁面１８との間の摩擦力に抗してずり動かされ、トルク損失を増加させる。また、前記摩擦力に起因して、シールリング外周面１９のハウジング内周面１６に対して追従性が損われ、その間のシール性能を劣化させる。
なお、この種の、シールリング外周面１９とハウジング内周面１６との間に生じるシール性能の劣化現象は、シールリング外周面１９がハウジング内周面１６と平行な面で構成されている場合に特に発生し易い。
【０００８】
このような事実をふまえ、相対的回転時に、シールリングがシールリング溝側壁面に対して摺動し得るように、シールリングの側面とシールリング側壁面との間の圧接力を低減させる構成としたシールリングも提案されている。
【０００９】
図６、図７において、シールリング５′、５′は、その側面に周方向に延びる環状溝２０と、周方向に離間して径方向を向けて設けられた複数個の溝２１を有し、該径方向溝２１を介して環状溝２０はシールリング５′、５′の内周面側に開放されている。
図６に装着状態を示すように、シールリング５′、５′のシールリング溝側壁面１８に対接する側面には、径方向溝２１を介して環状溝２０に油圧が導かれている。
それ故、シールリング５′、５′をシールリング溝側壁面１８に押し付ける力は、前記径方向溝２１および環状溝２０に導入された油圧により低減されるので、シールリング５′とシールリング溝側壁面１８との間の圧接力は低減されたものとなり、リング溝側壁面１８に対して摺動し易くされている。
【００１０】
しかしながら、このようなシールリング５′を使用する場合、シールリング５′の内周側の角部がシールリング溝４の溝側壁面１８に対接しているので、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との間が離間されて、側面シール特性に劣化現象が発生する難がある。
【００１１】
上記難点の解消を目的とするシールリングとして、図８および図９に示すように、側面をテーパ状側面７０とし、且つ、外周面を断面円弧状の外周面２３とし、更に、一方の合い口端部の外周側の片側部分を周方向に延出させて突出部片２４を形成し、他方の合い口端部の前記突出部片２４に対向する部位に該突出部片２４に対応する形状をなしていて、装着状態において該突出部片２４を収容する切欠溝部２５を形成してなる合い口構造を有するシールリング５″が提案されている。
【００１２】
上記シールリング５″は、外周面２３が断面円弧状に形成されているために、ハウジング６と軸２との間に少々の軸振れがある場合においても、ハウジング６の内周面１６とシールリング外周面２３との摺接関係は良好に維持され、また、シールリング側面が内径方向内側に傾斜するテーパ面で形成されているために、シールリング側面とシールリング溝側壁面１８との間に径方向内方に向けて開放するクサビ状の間隙２６が形成され、該間隙２６に導入される油圧の作用によりシールリング５″とシールリング溝側壁面１８との間の圧接力が低減され、シールリング５″とリング溝側壁面１８との摺動が容易になされる。
【００１３】
しかしながら、シールリング５″とリング溝側壁面１８とは、リング溝４の外側端縁部５５で極所的に対接しているので、シールリング５″のリング溝側壁１８に対する径方向の相対的移動の容易性が害され易い。
また、前記合い口構造の突出部片２４の先端部と切欠溝部２５の該先端部に対向する端面との間の間隙２７は、前記クサビ状間隙２６を介して内部の油圧を外部に開放する油圧路を形成することとなり、この種の特殊合い口構造の本来のシール効果が充分に発揮されない難点を有す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記に鑑み、トルク損失を低減することができ、かつ、良好なシール特性を発揮する、相対的に回転しあうハウジングと軸との間のシール装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明では、前記の課題を解決するために、相対的に回転し合うハウジングおよび軸の該ハウジングの内周面に対向する軸の外周面に設けられたシールリング溝に、該ハウジングと軸との間の間隙に加圧状態で供給される油の漏洩を防止するための、合い口部を有するシールリングを装着したシール装置において、該シールリングとして、合い口部が、一方の合い口端部の外周側の片側部分を周方向に延出させた突出部片と、他方の合い口端部の前該突出部片に対向する位置に該突出部片の形状に対応する形状をなして、装着状態で該突出部片を収容する切欠溝部とを有する特殊合い口構造とさせる。さらに、シールリング溝側壁面に対向するシールリングの側面が、前記特殊構造の合い口部分を含むその近傍部分においてはシール溝側壁面に対接する平行面でなる側面でなり、前記合い口部近傍を除く側面部分においては、該側面の外周側に位置して前記シールリング溝側壁面に対接する環状平行面帯部と、該環状平行面帯部の内側に連続して設けられていて装着状態でシールリング溝側壁面との間にクサビ状の間隙を形成する傾斜面でなる環状傾斜面との複合面構造の側面をなしているシールリングを使用する。更に、この発明では、ハウジングの内周面に対接するシールリングの外周面を断面円弧状に形成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明のシール装置およびこれに使用するシールリングの例を図１〜図４に示す。
図１はこの発明のシール装置を示し、シールリングの構成を除く他の部分の構成は図５あるいは図６におけるものと同一である。よって、同一部品には同一符号を記し、その説明を省略する。
シールリング５０は、前記図８に示したシールリングの合い口部と同様な特殊合い口構造を有す。即ち、図２に示すように、シールリング５０の一方の合い口端部の外周側の片側部分に周方向に延出する突出部片２４が設けられ、該突出部片２４と対向する他方の合い口端部には該突出部片２４の形状に対応する形状をなしていて装着状態（図２に示す状態）で該突出部片２４を収容する切欠溝部２５が設けられている。
また、シールリング溝側壁面１８に対向するシールリング５０の側面は、前記特殊合い口構造部を含み合い口部近傍ｍの範囲の側面がシールリング溝側壁面１８に平行な平行面５１で構成され、該合い口部近傍ｍ以外の部分の側面は、その外周側に位置してリング溝側壁面１８に平行な環状平行面帯部５２と、この環状平行面帯部５２の内側に連続して、内径方向内側に傾斜する傾斜面でなる環状傾斜面５３との複合面構造をなす。
また、シールリング５０の外周面は、断面円弧状の円弧面２３とする。
【００１７】
上記シールリング５０は、装着の状態では、その特殊合い口構造の合い口部近傍（ｍの部分）においては、図３に示すように、平行面で構成された側面５１がシールリング溝側壁面１８に対接しており、該合い口部近傍ｍ以外の部分においては、図４に示すように、該シールリング５０の側面の環状平行面帯部５２がＬ₁ の巾でシールリング溝側壁面１８の外周側部分に対接し、環状平行面帯部５２の内側には環状傾斜面部５３とシールリング溝側壁面１８との間に内径方向に開放されたクサビ状の間隙５４が形成される。
【００１８】
したがって、シールリング５０をシールリング溝側壁面１８に押し付ける油圧の作用は、シールリング５０の側面とリング溝壁側面１８との間に形成されるクサビ状間隙に導かれる油圧の作用で低減され、シールリング５０とリング溝側壁面１８との摺動が容易になるためにトルク損失を低減することができる。
シールリング５０の側面とリング溝側壁面１８との対接は、側面の環状平行面帯部５２によりなされるので、安定した摺接関係が得られ、対接部分の摩擦や摩耗の発生を低減させる上で有効に作用する。
更に、シールリング５０の特殊合い口構造部分の近傍ｍの範囲の側面は、図３に示す如く、平行面でなる側面で相手溝側壁面１８に対接するために、特殊合い口を構成する合い口端部の突出部片２４とこれを収容する切欠溝部２５の端面間に形成される空間２７を通しての図７に３ａで示すような油の通路が形成されず、したがって合い口部を通しての油の漏洩が防止される。
また、この発明では、シールリングの外周面を断面円弧状にしているので、ハウジング６と軸２との間の軸芯にずれがあっても、外周面２３とハウジング内周面１６との摺接関係は安定に維持され、外周面のシール性が良好に維持される。
【００１９】
それ故、上記のシールリングを装着した本発明のシール装置によれば、ハウジング内の作動室９の油圧が油漏れに起因して変動することがないので、ハウジング内のピストンの往復動制御を正しく行うことができ、従って、クラッチ機構やブレーキ機構を正しく作動させることができる。
【００２０】
上記シールリング５０において、側面の環状傾斜面部５３の傾斜角は、これが小さ過ぎるとクサビ状間隙に油が導入され難くなり、また、過度に大であると、シールリング自体の形状安定性が損われるので、３度〜１２度の範囲、好ましくは、４度〜８度の範囲とすることが望ましい。
環状平行面帯部５２の径方向巾は、これが小さ過ぎるとシールリング溝側壁との対接巾が狭くなり、その間のシール性が低下する。好ましいシール性を得るためには、0.１mm〜1.０mm程度、好ましくは0.２mm〜0.５mm程度の環状平行面部５２とシールリング溝側壁面との摺接巾が得られるよう環状平行面帯部５２の径方向巾を設定することが望ましい。
また、シールリング５０の外周の円弧面の曲率半径は、これが小さ過ぎると外周摩耗を増大させ、また、過度に大きいと外周面に油圧が作用し難くなるために、シールリングをハウジングに押し付ける押圧力が大きくなり、シールリングとハウジングとの間の摺動関係を阻害するので好ましくない。
この外周円弧面の曲率半径は２〜５０Ｒの範囲、好ましくは２０〜４０Ｒの範囲とすることが望ましい。
【００２１】
【実施例】
次に、前記図８に示したタイプの従来タイプのシールリングと、図２〜４に示すタイプの本発明に係るシールリングを図１に示すシール装置に装着して油漏洩比較テストを行った結果を図１１、図１２に示す。なお、シールリングの材質としては、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）材にカーボン繊維を添加した合成樹脂を使用した。
【００２２】
なお、本比較テストでは、本発明に係るシールリングとして、外径３9.５７mmφ、軸方向の巾2.３mm、半径方向の厚さ2.３mm、外周円弧面の曲率半径２０Ｒ、側面の傾斜角度５度、環状平行面帯部の巾1.０mm、環状平行面帯部とリング溝側壁面との対接巾0.２mmとし、合い口構造が図１０に示すような一方の合い口端部の外周側の側面側に寄った角部に軸方向の巾がリング巾の１／２で、径方向の巾がＫの突出部片２４を周方向に延出させ、他方の合い口端部には前記突出部片２４に対応する形状の切欠溝部２５を形成し、装着状態で前記突出部片２４が前記切欠溝部２５に収容されて、突出部片２４の先端面と切欠溝部２５の対向面との間隙Ｓと突出部片２４の径方向巾Ｋとによりリング側面に面積Ｋ×Ｓの窓が開放される構造の特殊合い口構造のものを使用した。また、比較のための従来タイプのシールリングとしては、材質および基本的寸法を上記シールリングと同一とする図８に示す従来タイプのシールリングを使用した。
【００２３】
上記シールリングを使用して、ハウジング６の回転速度２０００rpm 、油圧1.０ＭＰａ、油温８０℃の条件で、合い口部開口面積（Ｋ×Ｓ）に対する油漏れ量の関係を調べたテスト結果を図１１に示す。
図１１より、従来タイプのシールリングを使用する場合には、合い口部開口面積（Ｋ×Ｓ）を増加させるに従って油漏れ量が増加するが、本発明に係るシールリングを使用する場合には、油漏れ量は、合い口部開口面積（Ｋ×Ｓ）の大小には関係なく一定であり、特殊合い口構造のシール特性が安全して維持されることが明る。
【００２４】
次に、上記シールリングを使用し、上記と同じ条件で、ハウジング６の回転軸芯と軸２の軸芯との間の偏芯量に対する油漏れ量の関係について調べたテスト結果を図１２に示す。図１２より、本発明に係るシール装置の場合には、相対的に回転するハウジングと軸とが偏芯している場合であっても、良好な安定したシール特性が得られることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の相対的に回転するハウジングと軸との間のシール装置においては、シールリングとリング溝側壁面との対接面間にクサビ状の間隙が形成され該間隙に油圧が導かれるので、シールリングとリング溝側壁との間の圧接力が低減され、リング溝側壁面に対するシールリングの摺動が容易になり、トルク損失が低減される。また、シールリング側面に形成される環状平行面帯部でリング溝側壁に対接させることにより、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るとともに、特殊合い口構造の合い口部近傍の側面を平行面で構成し、該平行面でリング溝側壁面に対接させているために、合い口部開口部が油圧作用側スペースに開放されない構成としているので、合い口部を通しての油漏れの発生が防止される。
また、シールリングの外周面を断面円弧状に形成しているので、軸振れ等が発生する場合においても、シールリングの外周面のハウジング内周面に対する対接関係が安定して得られ、上記本発明のシールリングの他の構成とあいまって、優れたシール特性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の相対的に回転するハウジングと軸との間のシール装置の例を示す断面図である。
【図２】本発明のシール装置に使用されるシールリングの実施例を示す平面図である。
【図３】本発明のシール装置のシールリング装着部分を示す断面図である（合い口近傍部分）。
【図４】本発明のシール装置のシールリング装着部分を示す断面図である（合い口近傍以外の部分）。
【図５】従来のシール装置の例を示す断面図である。
【図６】従来のシール装置の例を示す断面図である。
【図７】図６に示す従来のシールリングの装着状態を示す一部断面図である。
【図８】従来のシールリングの装着状態を示す断面図である。
【図９】図８に示す従来のシールリングの合い口構造（特殊合い口構造）を示す斜視図である。
【図１０】比較テストに使用したシールリングの合い口構造（特殊合い口構造）を示す斜視図である。
【図１１】合い口部開口面積（Ｋ×Ｓ）と油漏れ量との関係を示すグラフ図である。
【図１２】相対的に回転するハウジングと軸との偏芯量と油漏れ量との関係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
３ａ 油の漏洩通路
４ シールリング溝
５、５′、５″ シールリング
５０ シールリング
６ ハウジング
７ 環状溝
８ 作動室の入口
９ 作動室
１０ ピストン
１１、１３ クラッチ板
１２ 出力軸
１６ ハウジングの内周面
１８ シールリングの側壁面
１９ シールリングの外周面
２０ 環状溝
２１ 径方向溝
２３ シールリングの外周面
２４ 突出部片
２５ 切欠溝部
２６ クサビ状間隙
２７ 合い口開口部
５１ 平行面（シールリング側面：合い口部近傍）
５２ 環状平行面帯部（シールリング側面）
５３ 環状傾斜面部（シールリング側面）
５４ クサビ状間隙（シールリング側面とリング溝側壁面間）

Claims (2)

1. 相対的に回転するハウジングおよび軸を備え、前記ハウジングの内周面に対向する前記軸の外周面に設けられたシールリング溝にシールリングが装着されるシール装置において、前記シールリングの合い口は、一方の合い口端部の外周側片側の角部分から周方向に延出する突出部片が形成され、他方の合い口端部の前記突出部片に対向する部位には前記突出部片の形状に対応する形状をなし装着状態で前記突出部片を収容する切欠溝部が形成された構造で、且つ前記シールリングの側面は、合い口部では、シールリング溝側壁面に対接する平行面であり、その他の部分では、外周側が溝側壁面に対接する環状平行面帯部で、該環状平行面帯部の内側が傾斜面であり、装着状態でシールリング溝側壁面との間にクサビ状の間隙を形成する複合面構造であることを特徴とするシール装置。
2. ハウジングの内周面に対接する前記シールリングの外周面の軸方向断面形状が、径方向外方に突出する円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。

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