JP4369940B2 - 回転軸オイルシール部の潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は車両用の変速機やトランスファ装置の回転軸オイルシール部の構造に関し、より詳細には潤滑油を供給する潤滑構造に関する。

車両用の変速機やトランスファ装置は、入力軸に入力された回転動力の速度を変換しあるいはこれを分配して出力軸から出力するものであり、装置内部には係脱可能に制御されるギヤ機構を備えるのが一般的である。そして、軸受け部やギヤ機構の摩耗、過熱などを防止するために、装置ケーシングには潤滑油が封入され、循環されることにより各部が潤滑されるように構成されている。また、潤滑油の装置外への漏出を防ぐために、各回転軸とケーシングとの間にはオイルシール部が形成されている。オイルシール部の主体となるオイルシールはシールリップとも呼ばれ、例えば合成ゴム製の環状の部材が用いられてケーシングに保持され、回転軸の全周にわたり摺接されている。このオイルシール部は、必ずしも回転軸の重量を支えるわけではないが、摩擦による発熱や、スラッジなどの異物の堆積を抑制するために、潤滑油で潤滑することが一般的となっている。

本願出願人は、この種の潤滑構造の例を特許文献１及び特許文献２に開示している。特許文献１に開示されるオイルシールの潤滑構造は、オイルシールと、ベアリングと、両者の間の空間に潤滑油を導入するためのオイルレシーバと、ベアリング取付穴の底壁に設けられたガイドリブと、を備えている。オイルレシーバは、装置内のギヤによって掻き上げられた潤滑油を受け止めて集めるものであり、ガイドリブは、潤滑油をオイルシールへと案内するものである。また、特許文献２の歯車変速機における潤滑構造は、インプットシャフトを駆動軸とし、インプットシャフトを支持するベアリングのベアリングリテーナをハウジングとするオイルポンプを設けている。そして、オイルポンプは、油受けから導かれた潤滑油を、インプットシャフトとアウトプットシャフトの間のパイロットベアリングに圧送するようになっている。
特開平７−７１６１２号公報 特開平８−２００４７８号公報

ところで、特許文献１のオイルレシーバにより潤滑油を集め重力を利用して導入する方式は、回転軸の遠心力に妨害されるため、オイルシール部を効率的に潤滑することが難しかった。すなわち、回転軸表面とオイルシールとの摺接箇所付近が最も潤滑油の必要な部位であるにもかかわらず、潤滑油は遠心力によって外側に飛散されがちであった。また、特許文献２のオイルポンプにより潤滑油を圧送する方式は、ベアリングのような金属部には好適であるが、合成ゴムのオイルシールでは直接噴射の影響が懸念される。すなわち、オイルシールの特定箇所に圧力油が常時噴射され続けると、部分的に疲労が生じて変形したり、耐久性が低下したりするおそれがあった。さらには、従来の構造では装置停止時に潤滑油が全て流出して、始動直後に良好な潤滑作用を発揮できない場合があり、改良の余地があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、回転軸表面の摺接箇所付近に多量の潤滑油を供給して効率的に潤滑を行うことができ、オイルシールに疲労などの影響を与えることなく、始動直後にも良好な潤滑作用を発揮できる、回転軸オイルシール部の潤滑構造を提供する。

本発明の回転軸オイルシール部の潤滑構造は、ケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持される回転軸と、該ケーシングと該回転軸との間に形成された環状空間と、該環状空間の軸方向の一端側で該ケーシングに保持されて該回転軸との隙間を塞ぐとともに他端側にオイルシール室を区画する環状のオイルシールと、該ケーシングから該オイルシール室に潤滑油を供給する油供給路と、該オイルシール室から該ケーシングまたは該回転軸内部の油路に該潤滑油を排出する油排出路と、を備える回転軸オイルシール部の潤滑構造において、前記オイルシール室を形成する前記ケーシングの内周壁には周方向に三日月形に切り欠かれた油溝が形成され、該油溝の略中央に前記油供給路が開路され、該油供給路には加圧された前記潤滑油が供給されて、該潤滑油は、該油供給路から該油溝の略中央に噴出し、該油溝の底面に沿って流れ、該油溝の端部から前記回転軸の方向に飛び出す、ことを特徴とする。

本発明は変速機やトランスファ装置に適用することができ、回転軸としてはケーシングにベアリングなどで支持される入力軸や出力軸が相当する。ケーシングと回転軸との間には、例えばケーシングの内周壁に円周方向の溝を設けて、環状空間を形成することができる。そして、環状空間の軸方向の両端のうち、装置外側向かう一端側で、ケーシングに環状のオイルシールを保持させることができる。さらに、オイルシールの外周側には環状の弾性部材を巻き付け、オイルシールを回転軸に押圧しながら摺接させることができる。すると、オイルシールは、ケーシングと回転軸との隙間を塞ぐとともに他端側にオイルシール室を区画することになる。

オイルシール室を形成するケーシングの内周壁、前述の例では円周方向の溝の底面にさらに、周方向に三日月形に切り欠かれた油溝を形成することができる。周方向の三日月形の油溝とは、油溝の中央で深く、中央から両端に向かうにつれて徐々に浅くなり、両端で内周壁の面に一致する溝形状を意味する。油溝の中央の深さ、三日月の長さ、及び軸方向の幅寸法に、特別な制約はない。この油溝の略中央に油供給路を開路して、潤滑油を供給するように構成することができる。また、オイルシール室内の別の箇所に油排出路を形成して、ケーシングまたは回転軸内部の油路に潤滑油を排出するように構成することができる。

ここで、油溝及び油供給路と油排出路とは、潤滑油がオイルシール部をより長く流れるように、オイルシール室内の離れた位置に形成されていることが好ましい。

具体的な配置としては、前記油溝及び前記油供給路は前記オイルシール室の最上部よりも前記回転軸の回転方向の手前側の斜め上部に形成され、前記油排出路は該オイルシール室の該油供給路と略軸対称位置の斜め下部に形成されていることが好ましい。

油供給路には加圧された前記潤滑油が供給されるように構成することができる。例えば、 前記回転軸によって駆動され、加圧された前記潤滑油を前記油供給路に供給するポンプを備えることが好ましい。

ポンプの方式としては、トコロイド式やベーン式を適用することができ、回転軸の外周側あるいは端部などの近傍に形成することができる。トコロイド式ポンプは、歯数の異なるインナーロータとアウターロータとが偏心して回転駆動されることにより、歯間の空間容積が増減することを利用したものである。つまり、空間容積が増加して負圧となる行程でケーシングから潤滑油を吸い上げ、空間容積が減少して正圧となる行程で吸い上げた潤滑油を油供給路に圧入するようになっている。同様に、ベーン式ポンプは、複数のベーン部材を備えたロータがステータ内を偏心して回転することにより、ステータに摺動しつつ回転するベーン部材間の空間が増減することを利用したものである。

次に、上述のように構成された本発明の潤滑構造の動作、作用について説明する。回転軸が回転すると、ポンプが動作してケーシングから吸い上げられた潤滑油が油供給路に圧入され、加圧された潤滑油は、三日月形の油溝の中央付近に噴出される。一方、オイルシール室内の空気は、回転軸との摩擦により付勢されて、回転軸の回転方向に対流している。油溝中の潤滑油は、この空気の対流に付勢されて、油溝の底面に沿い回転方向の端部に向かって流れる。ここで、油溝の底面の形状は三日月形であり、周方向に進むにつれて軸心に接近するようになっているので、潤滑油は油溝の端部から周方向と軸心方向の両成分をもつ方向に飛び出して、回転軸表面に到達するように案内される。したがって、従来よりも多量の潤滑油が、回転軸表面とオイルシールとの摺接箇所付近を潤滑することができる。また、潤滑油は、斜め上部の油供給路から略軸対称位置の斜め下部の油排出路までの広い角度範囲を流れて潤滑作用を果たすことができ、潤滑の効率は高い。

一方、オイルシール室内の油排出路よりも低い位置では潤滑油が滞留し、その一部は回転軸に付着して、潤滑油の滞留液面よりも上方の潤滑が行われる。滞留した潤滑油は、始動時にも回転軸に付着して潤滑作用を果たすことができる。ただし、滞留した潤滑油の粘性は回転軸の回転の抵抗となるため、油排出路はあまり高い位置には設けられない。

なお、オイルシールはオイルシール室の一端側に設けられており、油供給路とは直接向かい合っていない。したがって、潤滑油は油溝に噴出された後に空気の対流に付勢されてゆっくりと供給され、オイルシールは直接噴射の影響を受けない。

本発明の回転軸オイルシール部の潤滑構造では、オイルシール室内に三日月形の油溝を形成して、加圧された潤滑油を供給するようにしたので、潤滑油は油溝の底面から回転軸に到達するように案内され、従来よりも多量の潤滑油が摺接箇所付近に供給される。また、オイルシール室の斜め上部に油供給路を、略軸対称位置の斜め下部に油排出路を形成したので、潤滑油は広い角度範囲を流れて潤滑作用を果たすことができ、潤滑の効率は高い。さらには、オイルシール室内には潤滑油が滞留するため、始動直後にも良好な潤滑作用が発揮される。なお、オイルシールは、潤滑油の直接噴射の影響を受けることはない。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、本発明の実施例で、車両用トランスファ装置の入力軸オイルシール部の潤滑構造を説明する断面図であり、軸心Ｃの上半分を示している。実施例の潤滑構造１は、ケーシングの一部を構成するとともに内部にトコロイド式ポンプ６が形成されたポンプケース２と、入力軸３との間の環状空間５にオイルシール４が配されて形成されている。

入力軸３は、内周面３１に図略の変速機出力軸が嵌合するように略円筒状に形成され、ポンプケース２に回転自在に保持されるとともに、図１の右側に延びてケーシングに軸支持されている。ポンプケース２の図１中の右側は、入力軸３の外径に略等しい内径Ｄ１の小径部２１となり、図中左側は大きな内径Ｄ２の大径部２２となっている。そして、大径部２２内面に環状の保持部材２３が固設されて、小径部２１との間に環状空間５が形成されている。環状空間５の軸方向の両端のうち図中左側の装置外側に向かう一端側には、環状のアクリルゴム製のオイルシール４が配設され、保持部材２３に保持されている。オイルシール４は、コイルバネが環状に巻かれて形成されたシール押さえ４１により入力軸３に押圧されて摺接している、また、入力軸３外周の小径部２１と向き合う部分には円周状の溝が形成され、シールリング３２が配設されている。オイルシール４とシールリング３２とにより、環状空間５は油密構造に区画されてオイルシール室５（環状空間と同符号）となっている。

また、ポンプケース２の小径部２１には、トコロイド式ポンプ６が形成されている。トコロイド式ポンプ６は、入力軸３に係止部材６３で係止されて一体に駆動されるドライブギヤ６１と、これに噛み合うドリブンギヤ６２とで形成され、ケーシング底部に連通する図略の油吸入路とオイルシール室５に連通する油供給路７とを備えている。トコロイド式ポンプ６は、ドライブギヤ６１とドリブンギヤ６２とが噛み合うときに両者の歯間の空間容積が変化して、潤滑油を油吸入路から吸い上げ、油供給路７に圧入するようになっている。なお、トコロイド式ポンプ６は、図略の出力軸の軸内油路に潤滑油を圧送する用途にも兼用されている。

次に、オイルシール室５の内部構造について、図２を参考にして説明する。図２は、図１のＺ−Ｚ方向から見たオイルシール室５を説明する断面図である。図２で、入力軸３は時計回りＡに回転するようになっている。オイルルシール室５の最上部よりも入力軸３の回転方向の手前側の斜め上部、すなわち図中左斜め上部には油溝８が形成されている。詳述すると、オイルシール室５を形成するポンプカバー2の大径部２２の内周壁が、周方向に三日月形に、軸方向にはオイルシール室５よりも狭い幅で平行に切り欠かかれて、油溝８が形成されている。したがって、油溝８の底面８１は中央から両端に向かうにつれて徐々に浅くなり、上端部８２では内径Ｄ２に一致する。油溝８の略中央には、トコロイド式ポンプ６から連通する油供給路７が開路されている。

一方、オイルシール室５の油供給路７と略軸対称位置の図中右斜め下部には、油排出路９が設けられている。油排出路９はケーシング内に連通している。

次に、上述のように構成された実施例の潤滑構造１の動作、作用について説明する。入力軸３が回転すると、トコロイド式ポンプ６のドライブギヤ６１とドリブンギヤ６２とが噛み合って回転し、両者の歯間の空間容積が変化して潤滑油を油吸入路から吸い上げ、油供給路７に圧入する。加圧された潤滑油は、油供給路７から三日月形の油溝８の中央付近に噴出される。一方、オイルシール室５内の空気は、回転軸３との摩擦により付勢されて、回転軸と同様に、時計回りＢに対流する。油溝８中の潤滑油は、この空気の対流に付勢されて、油溝８の底面８１に沿い回転方向の上端部８２に向かって流れる。そして、潤滑油は、上端部８２から底面８１の接線方向に飛び出す。底面８１の接線方向は、三日月形に切り欠かれている故に周方向だけでなく軸心方向の成分もあり、図２に示されるとおり、潤滑油は案内経路Ｃにより回転軸３表面に到達するように案内される。

これに対して、従来の三日月形の油溝８を有しない形状、あるいは全周油溝８９を有する形状における潤滑油の流れを、図３を参考にして説明する。図３は従来のオイルシール室５９を説明する断面図である。従来は、オイルシール室５９を形成するポンプカバー2の大径部２２の内周壁が、全周一定の深さに切り欠かかれて、全周油溝８９が形成されていた。そして、油供給路７は、全周油溝８９の略最上部に開路されていた。従来構造では、供給された潤滑油は全周油溝８９の底面に沿う経路Ｘを流れるため、軸心方向に向かい難く、回転軸に到達する量は限られていた。

したがって、実施例の潤滑構造１では、従来よりも多量の潤滑油を回転軸３表面に供給して、オイルシール4との摺接箇所付近を潤滑することができる。また、潤滑油は、図２に示されるように、左斜め上部の油供給路７から略軸対称位置の斜め下部の油排出路９までの約１８０°にわたる広い角度範囲を流れて潤滑作用を果たすことができる。これに対して従来は、図３に示されるように、油供給路７が最上部に開路されていたので、潤滑作用を果たす角度範囲が小さく限定されていた。

また、オイルシール室５内の油排出路９よりも低い位置には潤滑油が滞留するようになっており、動作時には潤滑油の一部は入力軸３に付着して、潤滑作用を果たすようになっている。そして、停止時に滞留された潤滑油は、始動時に入力軸３に付着して良好に潤滑作用を果たすことができるようになっている。

なお、図１に示されるように、オイルシール４はオイルシール室５の図中の右側の一端側に設けられており、油供給路７や油溝８とは直接向かい合っていない。したがって、オイルシール４は、潤滑油の直接噴射を受けることはなく、疲労よる変形や耐久性低下のおそれはない。

本発明の実施例で、車両用トランスファ装置の入力軸オイルシール部の潤滑構造を説明する断面図であり、軸心の上半分を示している。 図１の実施例において、Ｚ−Ｚ方向から見たオイルシール室を説明する断面図である。 従来のオイルシール室を説明する断面図である。

符号の説明

１：入力軸オイルシール部の潤滑構造
２：ポンプカバー（ケーシングの一部）
３：入力軸 ３２：シールリング
４：オイルシール ４１：シール押さえ
５：オイルシール室（環状空間）
６：トコロイド式ポンプ
７：油供給路
８：（三日月形の）油溝
９：油排出路
Ｃ：案内経路

Claims (3)

1. ケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持される回転軸と、該ケーシングと該回転軸との間に形成された環状空間と、該環状空間の軸方向の一端側で該ケーシングに保持されて該回転軸との隙間を塞ぐとともに他端側にオイルシール室を区画する環状のオイルシールと、該ケーシングから該オイルシール室に潤滑油を供給する油供給路と、該オイルシール室から該ケーシングまたは該回転軸内部の油路に該潤滑油を排出する油排出路と、を備える回転軸オイルシール部の潤滑構造において、
   前記オイルシール室を形成する前記ケーシングの内周壁には周方向に三日月形に切り欠かれた油溝が形成され、該油溝の略中央に前記油供給路が開路され、該油供給路には加圧された前記潤滑油が供給されて、
   該潤滑油は、該油供給路から該油溝の略中央に噴出し、該油溝の底面に沿って流れ、該油溝の端部から前記回転軸の方向に飛び出す、
   ことを特徴とする回転軸オイルシール部の潤滑構造。
2. 前記油溝及び前記油供給路は前記オイルシール室の最上部よりも前記回転軸の回転方向の手前側の斜め上部に形成され、前記油排出路は該オイルシール室の該油供給路と略軸対称位置の斜め下部に形成されている、請求項１に記載の回転軸オイルシール部の潤滑構造。
3. 前記回転軸によって駆動され、加圧された前記潤滑油を前記油供給路に供給するポンプを備える請求項１または２に記載の回転軸オイルシール部の潤滑構造。

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