JP4843405B2

JP4843405B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP4843405B2
Application number: JP2006210754A
Authority: JP
Inventors: 仁志長谷川; 智大宇佐美; 崇穴生
Original assignee: Koyo Sealing Techno Co Ltd
Current assignee: Koyo Sealing Techno Co Ltd
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-08-02
Also published as: JP2008038945A

Description

本発明は、自動車等の自動変速機用のクラッチピストンとして用いられる密封装置に関する。

従来、自動車等の自動変速機には、変速比を決定する複数の遊星ギヤセットごとに多板クラッチ等を備えた動力接続部を有しており、この多板クラッチそれぞれには、当該多板クラッチを作動させるためのクラッチピストンの機能を備えた密封装置が組み込まれている。
前記密封装置は、上記動力接続部のケーシングに設けられた凹部の開口側を閉塞して油圧室を構成するピストンシールを有している。このピストンシールは、前記油圧室を構成する環状のピストン部と、このピストン部の外周縁から軸方向に延びる円筒部とを有しており、前記密封装置は、前記油圧室に供給される作動油の油圧によって前記ピストンシールを、軸方向に移動させることができる。そして、このピストンシールが軸方向へ移動すると、前記ピストンシールの円筒部が多板クラッチを押圧もしくはその押圧を解除し、多板クラッチの動力伝達を断続できるように構成されており、前記密封装置は、前記多板クラッチを作動させるためのクラッチピストンの機能を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−６２９４６号公報（図３）

ところで、上記ピストンシールの円筒部には、その内周側に配置される他の装置等を挿入するための切り欠き部が形成される場合があった。
前記ピストンシールにおいて、一様な円筒状の円筒部の一部を切り欠いて形成された当該切り欠き部は、周囲と比較してその強度が低下する。この局部的な強度低下は、ピストンシールの軸方向への移動に伴って作用する繰り返し応力の応力集中を招き、それに伴う金属疲労による亀裂の発生原因となり、当該密封装置の耐久性を低下させるおそれがあった。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、耐久性の低下を抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

本発明は、ケーシングに設けた凹部の開口側を閉鎖して油圧室を構成するとともに軸方向に往復摺動する環状のピストン部と、このピストン部の外周縁から軸方向に延びるとともにその端部で多板クラッチを押圧する円筒部と、を有し、前記円筒部における周方向の一部に切り欠き部が形成されたピストンシールを有する密封装置において、前記切り欠き部を構成する円筒部の切り欠き端縁の中央部分のみに、径方向外方に突出した鍔部が形成されていることを特徴としている。

上記のように構成された密封装置によれば、切り欠き部を構成する切り欠き端縁に鍔部を形成したので、当該鍔部が、切り欠き端縁を補強するリブとして機能する。すなわち、鍔部によって補強された切り欠き端縁によって、円筒部における切り欠き部による強度の低下を抑制することができるので、当該切り欠き部に繰り返し応力が集中するのを緩和することができ、金属疲労による亀裂が生じるのを防止することができる。この結果、当該密封装置の耐久性の低下を抑制することができる。

また、上記密封装置において、前記切り欠き端縁は、前記円筒部の周方向に沿った周方向端縁と、この周方向端縁の両側から当該円筒部の端部に延びる一対の側方端縁と、を有しており、前記鍔部が前記周方向端縁に形成されていてもよい。
軸方向に往復動する環状のピストン部（ピストンシール）に作用する応力は主に軸方向に作用するため、上記のように切り欠き端縁が周方向端縁と一対の側方端縁とによって構成されている場合、特に、軸方向に対して直交する周方向端縁に応力集中が生じやすい。このため、鍔部を、切り欠き端縁全体に渡って形成しなくても、周方向端縁のみに形成することで、応力集中を効果的に抑制することができる。

また、前記鍔部は、前記切り欠き端縁を径方向外方に折り曲げることで形成されていることが好ましく、この場合、プレス加工等によって、容易に鍔部を形成することができるので、製造コストを過大に上昇させることがない。

本発明の密封装置によれば、切り欠き端縁に形成された鍔部によって、ピストンシールに亀裂が生じるのを防止することができるので、当該密封装置の耐久性の低下を抑制することができる。

以下、好ましい実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置を適用した自動車用自動変速機の動力接続部を示す要部断面図である。
図１において、動力接続部は、図示しないギヤセットの動力を断続するための多板クラッチＣと、この多板クラッチＣを作動させるためのクラッチピストンの機能を備えた密封装置１０と、これらを内部に格納するケーシング２０とを備えている。
ケーシング２０は、その内側端面２１から突出し図示しない回転軸等と同軸に接続される軸部２２が形成されている。また、内側端面２１において、軸部２２の周囲には、当該内側端面２１から軸方向に凹む環状の凹部２３が形成されている。
この環状の凹部２３には、その開口を閉塞するように密封装置１０の一部が挿入されている。
また、凹部２３の小径円筒面２３ａ、及び、大径円筒面２３ｂは、それぞれ軸部２２に対して同心の円筒面として形成されており、凹部２３に挿入された密封装置１０が、後述するように、両円筒面２３ａ，２３ｂに沿って軸方向に往復動可能とされている。

密封装置１０は、ピストンシール１１と、このピストンシール１１に加硫成型された弾性材料からなるシール部１２と、を有している。ピストンシール１１は、鋼板等をプレス成形したものであり、環状のピストン部１１ａと、このピストン部１１ａの外周縁から軸方向に延びる円筒部１１ｂとを有している。ピストン部１１ａには、軸方向に突出する突出部１１ｃが形成されており、ピストンシール１１は、突出部１１ｃの外周壁部１１ｃ１と、凹部２３の大径円筒面２３ｂとを対向させかつ、ピストン部１１ａの内周端部１１ｄと、凹部２３の小径円筒面２３ａとを対向させてケーシング２０に配置されている。すなわち、当該ピストンシール１１は、この突出部１１ｃをケーシング２０の凹部２３に挿入するように配置されている。

シール部１２は、上記ピストン部１１ａのケーシング２０側に向く外端面に設けられており、凹部２３の小径円筒面２３ａに摺接する内リップ１２ａと、大径円筒面２３ｂに摺接する外リップ１２ｂとが形成されている。内リップ１２ａは、ピストン部１１ａの内周端部１１ｄから、小径円筒面２３ａに向かって延びるように形成されている。外リップ１２ｂは、突出部１１ｃの外端部から大径円筒面２３ｂに向かって延びるように形成されている。これら両リップ１２ａ，１２ｂは、ピストンシール１１のピストン部１１ａと、凹部２３との間を密封しており、これによって、凹部２３の開口側を密封状態で閉鎖している。密封装置１０は、上記のように、ピストン部１１ａによって凹部２３の開口側を閉鎖することで、ピストン部１１ａの外側面と凹部２３との間に、油圧室２４を構成している。
また、ピストンシール１１は、上述のように、突出部１１ｃをケーシング２０の凹部２３に挿入して配置されており、密封装置１０は、上記シール部１２によって油圧室２４を密封した状態で、軸方向に移動可能である。

密封装置１０と、ケーシング２０の凹部２３とによって構成される油圧室２４には、当該油圧室２４の内部に作動油を給排するための図示しない油孔が設けられており、油孔を介して油圧室２４内に作動油を吸排することで、内部の油圧を調整することができる。この油圧室２４の油圧を制御することで、軸方向に移動可能な密封装置１０を往復動させることができる。

ピストン部１１ａの外周縁から延びる円筒部１１ｂは、その端部に多板クラッチＣと当接する折曲部１１ｂ１が形成されており、当該密封装置１０が軸方向に往復動することで、後述するように、多板クラッチＣを押圧もしくはその押圧を解除し、当該多板クラッチＣによる動力の伝達を断続できるように構成されている。

また、密封装置１０は、軸部２２に固定された皿ばね等からなる環状の弾性部材２５によって、ピストン部１１ａの縁部１１ａ１が内側端面２１に当接した状態で、軸方向ケーシング２０の内側端面２１側に付勢されている。このとき、ピストンシール１１の円筒部１１ｂは、多板クラッチＣを押圧しないように形成されている。

上記構成の密封装置１０は、油圧室２４の油圧が所定の値より低い場合には、弾性部材２５による付勢力によって、ピストン部１１ａの縁部１１ａ１が内側端面２１に当接した状態が維持され、円筒部１１ｂは、多板クラッチＣを押圧しない。
一方、油圧室２４の油圧を所定の値よりも高くすると、密封装置１０は、油圧によって軸方向に押圧され、弾性部材２５による付勢力に抗して多板クラッチＣ側に移動する。そして、円筒部１１ｂによって、多板クラッチＣを押圧する。

多板クラッチＣは、多数のフリクションプレートＣ１を重ね合わせて構成されており、密封装置１０によって押圧されることで、これらフリクションプレートＣ１が圧着され、動力の伝達がなされる。一方、押圧されていないときには、多板クラッチＣによる動力の伝達は切断される。
すなわち、本実施形態の密封装置１０は、油圧室２４の油圧の制御による軸方向への往復動によって、多板クラッチＣを押圧もしくはその押圧を解除し、当該多板クラッチＣによる動力の伝達を断続することができるように構成されており、クラッチピストンとしての機能を有している。

次に、密封装置１０のピストンシール１１について、詳細に説明する。図２は、図１中、矢印Ａ方向にピストンシール１１を見たときの図であり、図３は、図２中、矢印Ｂ方向に見たピストンシール１１の要部外観図である。図２及び図３のように、ピストンシール１１の円筒部１１ｂには、その周方向の一部に切り欠き部１３が設けられている。この切り欠き部１３が形成されているピストンシール１１の周方向における角度範囲αは、例えば、６２．５°に設定されており、この角度範囲αの範囲で円筒部１１ｂの一部を取り除いて形成されており、円筒部１１ｂの内周側に配置される動力接続部に必要な部材等を内周側に挿入するための挿入口を確保するために設けられている。

切り欠き部１３を構成する円筒部１１ｂの切り欠き端縁１４は、当該円筒部１１ｂの周方向に沿った周方向端縁１４ａと、この周方向端縁１４ａの両側から円筒部１１ｂの端部側に延びる一対の側方端縁１４ｂとを有している。
図４は、図２中、ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図４のように、周方向端縁１４ａには、径方向外方に突出した鍔部１５が設けられている。この鍔部１５は、周方向端縁１４ａを径方向外方に僅かに折り曲げることで形成されている。このように、周方向端縁１４ａを折り曲げることで鍔部１５を形成したので、当該鍔部１５をプレス加工等によって、容易に形成することができる。従って、鍔部１５を形成することによって、当該密封装置１０の製造コストを過大に上昇させることがない。

鍔部１５が円筒部１１ｂの外周面から突出している突出寸法Ｔは、例えば、０．３ｍｍに設定されている。また、鍔部１５は、図２に示すように周方向端縁１４ａの全範囲に形成されておらず、周方向端縁１４ａの中央付近４０°に設定された角度範囲βの範囲で形成されている。すなわち、上述のように６２．５°に設定された角度範囲αの範囲で形成されている切り欠き部１３に対して、鍔部１５は、４０°に設定された角度範囲βで形成されており、切り欠き部１３の角度範囲αに対する鍔部１５の角度範囲βの割合は、約６４％である。

上記のように構成された密封装置１０によれば、切り欠き部１３を構成する切り欠き端縁１４の周方向端縁１４ａに鍔部１５を形成したので、当該鍔部１５が、切り欠き端縁１４を補強するリブとして機能する。すなわち、鍔部１５によって補強された切り欠き端縁１４によって、ピストンシール１１の円筒部１１ｂにおける切り欠き部１３による強度の低下を抑制することができるので、当該切り欠き部１３に繰り返し応力が集中するのを緩和することができ、金属疲労による亀裂が生じるのを防止することができる。この結果、当該密封装置１０の耐久性の低下を抑制することができる。
また、切り欠き部１３における局部的な強度の低下による応力集中は、ピストンシール１１の変形を生じさせ、ピストンシール１１の周辺に配置される部材等に当該ピストンシール１１が緩衝するおそれがあった。しかし、本実施形態の密封装置１０によれば、上述のように切り欠き部１３による強度の低下を抑制し応力集中を緩和できるので、ピストンシール１１の変形を抑えることができ、前記部材等に緩衝するのを防止できる。

また、上記鍔部１５は、切り欠き端縁１４の全範囲に渡って形成してもよいが、本実施形態のように切り欠き端縁１４が、周方向端縁１４ａと、一対の側方端縁１４ｂとによって構成されている場合には、周方向端縁１４ａに縁部１５を設けることが好ましい。
軸方向に往復動する環状のピストンシール１１に作用する応力は主に軸方向に作用するため、上記のように切り欠き端縁１４が周方向端縁１４ａと、一対の側方端縁１４ｂとによって構成されている場合、特に、軸方向に対して直交する周方向端縁１４ａに応力集中が生じやすい。このため、鍔部１５を、切り欠き端縁１４全体に渡って形成しなくても、周方向端縁１４ａのみに形成することで、応力集中を効果的に緩和することができる。また、鍔部１５を形成するための工数を大きく増やすことがないので、製造コストの上昇を抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、鍔部１５の突出寸法Ｔを０．３ｍｍ、切り欠き部１３の角度範囲αに対する鍔部１５の角度範囲βの割合を約６４％に設定したが、これら数値は、切り欠き部１３の大きさ、形状や、ピストンシール１１の板厚寸法等に応じて、切り欠き部１３に生じる応力集中を効果的に緩和することができる値に適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、切り欠き部１３を構成する切り欠き端縁１４が、周方向端縁１４ａと、一対の側方端縁１４ｂとからなる場合を例示したが、例えば、切り欠き端縁１４全体を一様な曲線で形成した場合等、切り欠き端縁１４の形状に限定されることなく、本発明を適用することができる。なお、前記のように切り欠き端縁１４全体を一様な曲線で形成した場合においても、切り欠き端縁１４全体に鍔部１５を設けることができるし、応力集中が大きくなる切り欠き端縁１４の中央部分にのみに鍔部１５を設けることもできる。

次に、本発明者が、密封装置１０に荷重が作用した際の応力集中の状態を、ＦＥＭ解析によって検証した結果について説明する。実施例としては、上記本実施形態で示した密封装置１０、比較例としては、上記実施形態の密封装置１０において、鍔部１５が形成されていないものを採用した。
図５は、実施例に係る解析モデルを示した図であり、（ａ）は外径側から解析モデルを観た図、（ｂ）は折曲部を上方として内径側から観た図である。前記実施例及び比較例について、図５に示すような、切り欠き部１３の中心から９０°の範囲のみを解析モデルとして構築し、図中、円筒部１１ｂの折曲部１１ｂ１の下面Ｓ１を固定面、周方向の両切片Ｓ２，Ｓ３は円周方向のみ固定とし、ピストン部１１ａから一様に荷重２．０ＭＰａを作用させたときの応力分布についてＦＥＭ解析を行い、最大応力値を算出し両者を比較した。

なお、図５において、ハッチングで示した範囲Ｘにおいて、他の部分と比較して最も高い引張応力値が算出された。すなわち、周方向端縁１４ａの中央部周辺に応力集中が生じることがこの結果より判る。また、この範囲Ｘは、鍔部１５を形成した範囲Ｈとほぼ一致しており、本実施例における鍔部１５は、応力集中部分を効果的に補強していることが判る。また、図示していないが、比較例においても、実施例と同様の範囲において応力集中が生じていることを確認した。従って、両者共に、最も応力が高くなる周方向端縁１４ａの範囲Ｘにおける引張応力値を最大応力値として比較した。
また、上記両解析モデルは、密封装置におけるピストンシールのみを対象とし、ピストンシールに接着されるシール部については、考慮していない。

上記のようにして算出された、実施例に係る範囲Ｘにおける最大応力値と、比較例に係る範囲Ｘにおける最大応力値とを比較したところ、比較例における最大応力値に対して実施例における最大応力値は、約２０％低減されるという結果が得られた。
このように、実施例及び比較例の解析モデルに基づいて応力集中の状態を比較検証した結果、本実施形態の密封装置は、周方向端縁に鍔部を設けることによって、応力集中が生じる部分における最大応力値を低減することができ、その応力集中が緩和できることが確認できた。

本発明の一実施形態に係る密封装置を適用した自動車用自動変速機の動力接続部を示す要部断面図である。図１中、矢印Ａ方向にピストンシールを見たときの図である。図２中、矢印Ｂ方向に見たピストンシールの要部外観図である。図２中、ＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。実施例に係る解析モデルを示した図であり、（ａ）は外径側から解析モデルを観た図、（ｂ）は折曲部を上方として内径側から観た図である。

符号の説明

１０密封装置
１１ピストンシール
１１ａピストン部
１１ｂ円筒部
１３切り欠き部
１３ａ周縁部
１４切り欠き端縁
１４ａ周方向端縁
１４ｂ側方端縁
１５鍔部
２０ケーシング
２３凹部
２４油圧室
Ｃ多板クラッチ

Claims

ケーシングに設けた凹部の開口側を閉鎖して油圧室を構成するとともに軸方向に往復摺動する環状のピストン部と、このピストン部の外周縁から軸方向に延びるとともにその端部で多板クラッチを押圧する円筒部と、を有し、前記円筒部における周方向の一部に切り欠き部が形成されたピストンシールを有する密封装置において、
前記切り欠き部を構成する円筒部の切り欠き端縁の中央部分のみに、径方向外方に突出した鍔部が形成されていることを特徴とする密封装置。
前記切り欠き端縁は、前記円筒部の周方向に沿った周方向端縁と、この周方向端縁の両側から当該円筒部の端部に延びる一対の側方端縁と、を有しており、前記鍔部が前記周方向端縁に形成されている請求項１に記載の密封装置。
前記鍔部は、前記切り欠き端縁を径方向外方に折り曲げることで形成されている請求項１又は２に記載の密封装置。