JP5170326B2

JP5170326B2 - シール構造

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Publication number: JP5170326B2
Application number: JP2011549375A
Authority: JP
Inventors: 勇仁服部; 謙大木村; 貴文稲垣; 智一稲川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: JPWO2012144024A1; CN102844596A; CN102844596B; DE112011100047T5; US8876116B2; DE112011100047B4; US20140035237A1; WO2012144024A1; DE112011100047B8

Description

この発明は、二つの部材の間に介在させられたシールリングによって、これらの部材同士の間の隙間を液密状態もしくは気密状態に封止するシール構造に関するものである。

従来知られたベルト式無段変速機は、油圧アクチュエータに供給されたオイルの油圧もしくは油量を変化させることにより変速比やトルク容量を変化させるように構成されている。また、車両に搭載されたベルト式無段変速機は、動力源の動力を利用するオイルポンプによって、オイルパンに溜められたオイルを汲み上げかつ加圧されたオイルが、油圧アクチュエータに供給されるように構成されている。そのため、ベルト式無段変速機からオイルが漏洩すると、漏洩したオイル量を更にオイルポンプによって供給することとなり、その結果、オイルポンプの駆動頻度が増大してしまい、ひいては車両の燃費が低下してしまう可能性があった。

国際公開第２０１０／０２１２１８号には、ベルト式無段変速機およびベルト式無段変速機にオイルを供給もしくは排出する制御弁からのオイルの漏洩を抑制もしくは防止するための油圧回路が記載されている。具体的には、ベルト式無段変速機を構成する各プーリのそれぞれにオイルの漏洩が少ないポペット型の電磁弁が連結されており、各プーリの油圧あるいは油量を一定に保つときには、各電磁弁を閉弁状態とするように構成されている。

一方、油圧アクチュエータに供給するオイルは、オイルパンに溜められたオイルを利用しているため、他の摺動部の潤滑性を向上させるために利用されたオイルが混入している。したがって、オイルパンから汲み上げられて油圧アクチュエータに供給されるオイルには、少なからず摩耗粉などの異物が混入してしまう。そのため、一定量のオイルと同時に異物を排出するように構成されたシールリングが特開平８−１３５７９７号公報に記載されている。この特開平８−１３５７９７号公報に記載されたシールリングは、オイルの温度上昇に起因してシールリングの温度が上昇した場合であっても、流路断面積が変化しないように構成することによって、常時、一定のオイルを排出することができるように構成されている。

上述した国際公開第２０１０／０２１２１８号に記載されたベルト式無段変速機のように、油圧アクチュエータからオイルが漏洩することを抑制することによってオイルポンプの駆動頻度を低下させることができる。一方、変速比やトルク容量を一定に保つために油圧アクチュエータに油圧を封じ込めると、油圧アクチュエータの内部のオイルの温度が上昇してしまい、その結果、オイルが劣化しやすくなってしまう可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、オイル供給部からのオイルの漏洩を抑制するとともに、オイルの温度上昇によるオイルの劣化を抑制することができるシール構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、二つの部材の間に介在させられたシールリングによって、これらの部材同士の間の隙間を液密状態もしくは気密状態に封止するシール構造において、流体圧を受けて前記封止状態を維持しかつ熱膨張して相対移動することにより前記封止を解除する可動部が前記シールリングに設けられ、前記可動部は、前記シールリングの幅方向に重なり合いかつ長手方向に互いに摺動する一対の可動片と、熱膨張してそれらの可動片が相対的に長手方向に摺動した場合にその熱応力によってそれらの可動片を互いに離隔させるガイド部とを有し、前記シールリングには、互いに離隔した前記可動片同士の間に開口する連通部が形成され、前記ガイド部は、前記一方の可動片の先端部に形成され、該一方の可動片の長手方向に向けた熱応力に基づいて前記シールリングの幅方向で外側に向けた分力を生じさせる傾斜面部と、その傾斜面部の先端側に該傾斜面部と対向するように形成された、傾斜受け面とを有することを特徴とするものである。

また、この発明は、前記二つの部材のうちの一方の部材に形成され、前記シールリングが嵌め込まれたシール溝を更に備え、前記シールリングは、他方の部材に密着するとともに、前記シール溝の一方の内側壁面に流体圧で押し付けられて密着することにより、前記二つの部材同士の間の隙間を封止していることを特徴とするシール構造である。

さらに、この発明は、上記の発明において、前記シールリングは、前記各部材に密着して前記二つの部材同士の間の隙間を封止し、前記可動部は、前記シールリングの一部をいずれか一方の部材から離隔させて隙間を生じさせるように構成されていることを特徴とするシール構造である。

さらにまた、この発明は、上記の発明において、前記他方の可動片の先端部の端面と該端面と対向する面との間に形成された隙間が、前記傾斜面部と前記傾斜受け面とが接触するときに、前記他方の可動片の先端部の端面と該端面と対向する面とが接触しないように構成されていることを特徴とするシール構造である。

この発明によれば、二つの部材の間に介在させられたシールリングによって、これらの部材同士の間の隙間を液密状態もしくは気密状態に封止することができる。また、シールリングには、可動部が設けられており、その可動部は、流体圧を受けて封止状態を維持するように構成されている。そのため、二つの部材の隙間の流体による圧力によって、二つの部材同士の間の隙間を封止状態とすることができる。さらに、可動部は、熱膨張して相対移動することにより封止状態を解除するように構成されているので、二つの部材の間の隙間に介在する流体の温度が伝達してシールリングが熱膨張した場合に、二つの部材の間の隙間に介在する流体を外部に排出することができる。その結果、流体の温度が過剰に上昇することを抑制もしくは防止することができる。

また、この発明によれば、可動部は、シールリングの幅方向に重なり合いかつ長手方向に互いに摺動する一対の可動片と、熱膨張してそれらの可動片が相対的に長手方向に摺動した場合にその熱応力によってそれらの可動片を互いに離隔させるガイド部とを有しており、シールリングには、互いに離隔した可動片同士の間に開口する連通部が形成されているので、シールリングの温度に応じて可動片同士を離隔させて、二つの部材の隙間を封止している状態を解除することができる。

さらに、この発明によれば、ガイド部は、一方の可動片の先端部に形成され、その一方の可動片の長手方向に向けた熱応力に基づいてシールリングの幅方向で外側に向けた分力を生じさせる傾斜面部と、その傾斜面部の先端側に傾斜面部と対向するように形成された、傾斜受け面とを有するので、シールリングが熱膨張して傾斜面部と傾斜受け面とが接触することで、二つの部材の隙間を封止している状態を解除することができる。

さらにまた、この発明によれば、二つの部材のうちの一方の部材に、シールリングが嵌め込まれたシール溝を備え、シールリングは、他方の部材に密着するとともに、シール溝の一方の内側壁面に流体圧で押し付けられて密着することにより、二つの部材同士の間の隙間を封止することができる。

さらにまた、この発明によれば、シールリングは、各部材に密着して二つの部材同士の間の隙間を封止し、可動部は、シールリングの一部をいずれか一方の部材から離隔させて隙間を生じさせるように構成されているので、可動部が離隔して隙間が生じることによって、二つの部材の隙間を封止している状態を解除することができる。

さらにまた、この発明によれば、他方の可動片の先端部の端面とその端面と対向する面との間に形成された隙間が、傾斜面部と傾斜受け面とが接触するときに、他方の可動片の先端部の端面とその端面と対向する面とが接触しないように構成されているので、その隙間から流体を外部に排出することができ、その結果、二つの部材の隙間を封止している状態を解除することができる。

この発明に係るシール構造の構成例を説明するための斜視図である。シールリングの外周面を示す図である。一方の可動片の形状を示す斜視図である。他方の可動片の形状を示す斜視図である。図２におけるV-V断面を示す図である。図２におけるVI-VI断面を示す図である。この発明に係るシール構造の他の構成例を説明するための斜視図である。この発明に係るシール構造を利用することのできる前後進切換装置の模式図である。前後進切換装置に取り付けられたクラッチ機構の構成を説明するための断面図である。

つぎにこの発明について具体的に説明する。図８は、車両に搭載された前後進切換装置１を模式的に示した図である。まず、図に示す前後進切換装置１の構成を簡単に説明する。前後進切換装置１は、従来知られた遊星歯車機構２を主体として構成されたものであって、エンジン３から入力された動力の回転方向を選択的に反転させて出力することができるように構成されている。ここで、図に示す遊星歯車機構２の構成を簡単に説明すると、内歯車であるリングギヤ２Ｒと、そのリングギヤ２Ｒと同軸上に配置されたサンギヤ２Ｓと、それらのギヤ２Ｒ，２Ｓと噛み合って自転しつつ、リングギヤ２Ｒの回転軸線を中心として公転する複数のピニオンギヤ２Ｐと、それらピニオンギヤ２Ｐを自転できるように保持するキャリア２Ｃとで構成されており、上記サンギヤ２Ｓに出力軸４が一体に形成されている。

また、エンジン３からのトルクが伝達されて前後進切換装置１にそのトルクを入力する入力軸５と一体に回転するように構成されたハウジング６が設けられており、そのハウジング６と上記リングギア２Ｒとが連結されている。つまり、リングギヤ２Ｒが遊星歯車機構２の入力要素とされている。そして、遊星歯車機構２に入力される動力の回転方向を反転させるために、キャリア２ＣにはブレーキＢ１が連結されている。したがって、ブレーキＢ１が作用するとピニオンギヤ２Ｐの公転動作が制限され、サンギヤ２Ｓの回転方向が反転させられる。なお、図に示すブレーキＢ１の構成は、従来知られたものと同様である。このように構成することによって、キャリア２Ｃの回転を制限させるか否かにより、サンギヤ２Ｓの回転方向を選択的に切り替えて動力を出力することができる。つまり、車両の進行方向を切り替えることができる。

一方、車両が前進走行する場合には、入力軸５と出力軸４との回転方向を同一方向とし、入力軸５の回転数を変化させずに出力するために、図に示す例では、リングギヤ２Ｒとサンギヤ２Ｓとを一体に回転させるクラッチ機構７が設けられている。そのクラッチ機構７の構成について図９を参照しつつ説明すると、前述したハウジング６は、入力軸５の外周面に沿って形成された円筒部６ａと、その円筒部６ａの入力側の端部、すなわち図に示す右側の端部が外周側に折り曲げられて形成された側板部６ｂと、その側板部６ｂの外周側の端部を軸線方向の出力側、すなわち図に示す左側に折り曲げて形成された外周壁部６ｃとで構成されており、円筒部６ａが図示しない締結部材もしくは溶接などによって入力軸５と連結されている。

そして、ハウジング６の外周壁部６ｃには、リングギヤ２Ｒと一体に形成されかつそれぞれ軸線方向に間隔を空けて形成された複数のプレート８ａ，８ａを有する係合部８が連結されている。また、上述したサンギヤ２Ｓには、上記プレート８ａ，８ａ同士の間隔に挟まれるように構成された他の複数のプレート９ａ，９ａを有する係合部９が一体に形成されている。さらに、円筒部２ａと外周壁部２ｃとの間には、円筒部２ａの外周面に沿って軸線方向に移動できるように配置されたピストン１０が、ハウジング６の側板部６ｂと所定の間隔を空けて配置されている。このピストン１０は、リングギヤ２Ｒと一体に形成された係合部８を軸線方向に押圧するように構成されており、ピストン１０の外周側は、半径方向においてリングギヤ２Ｒの係合部８が配置されている位置で、軸線方向における出力側に折り曲げられている。そして、ピストン１０を軸線方向に移動させるために、ハウジング６の側板部６ｂとピストン１０との隙間に油圧が供給され、その油圧に応じてピストン１０が軸線方向に移動する荷重が変化するように構成されている。つまり、側板部６ｂとピストン１０との隙間を油圧室１１として、その油圧室１１の油圧を制御することによって、リングギヤ２Ｒの係合部８を押圧する押圧力を制御するように構成されている。なお、図に示すピストン１０の左側に配置されたバネ１２は、ピストン１０を入力側すなわち図に示す右側に移動させるために常時ピストン１０に弾性力を作用させている、いわゆるリターンスプリングである。

上述したようにクラッチ機構７を構成することによって、車両が前進走行する場合には、油圧室１１の油圧を増圧して係合部８の押圧力を増加させることにより、リングギヤ２Ｒとサンギヤ２Ｓとの係合部８，９同士が摩擦係合し、その結果、リングギヤ２Ｒとサンギヤ２Ｓとが一体に回転することができる。つまり、入力軸５の回転方向と同一方向に出力軸４を回転させることができる。なお、車両は後進走行より前進走行する頻度が高いため、油圧室１１の油圧が高圧に保たれている期間が長い。

つぎに、上記油圧室１１にオイルを供給する油圧回路について説明する。上述した入力軸５は、回転中心を中空に形成した円筒部材であって、その中空部５ａには、図示しないオイルポンプが連結されている。また、中空部５ａから入力軸５の外周面に連通し、上記油圧室１１に向かって開口した流路１３が形成されている。したがって、オイルポンプから吐出されたオイルは、入力軸５の中空部５ａを介して油圧室１１に供給される。

一方、ハウジング６の円筒部６ａの内周部に沿って入力軸５を挿入することによって組み付けるように構成されているので、円筒部６ａの内周面と入力軸５の外周面とには少なからず隙間１４が形成されている。そのため、油圧室１１に供給するオイルがその隙間１４から外部に漏洩してしまうので、油圧室１１の油圧を増圧する場合、もしくは油圧を一定にする場合には、上記隙間１４から漏洩してしまうオイル量を過剰に供給しなければならない。また、油圧室１１の油圧が一定に保たれてオイルの流動性がなくなると、オイルの温度が上昇してしまい、オイルが劣化しやすくなってしまう。したがって、オイルの温度が常温以下である場合には、隙間１４から外部にオイルが漏洩することを抑制することができ、オイルの温度が高温である場合には、オイルを外部に排出することができるように構成されたシールリング１５が、入力軸５から油圧室１１に連通する油路の軸線方向における両側に配置されている。なお、入力軸５の外周面にシールリング１５を嵌合させた状態でハウジング６が組み付けられるように構成されており、そのため、入力軸５の外周面には、シールリング１５を嵌合させるシール溝１６が円周方向に形成されている。また、シールリング１５の外径は、ハウジング６の円筒部６ａにおける内周面の直径より大きく形成されており、そのため、ハウジング６が組み付けられた後は、ハウジング６の円筒部６ａにおける内周面にシールリング１５の外周面が弾性力によって押圧されるように構成されている。

ここで、この発明に係るシール構造の一例を具体的に説明する。図１ないし図６は、この発明に係るシール構造の一例を説明するための図である。この発明に係るシール構造は、シールリング１５の温度が常温以下である場合には、入力軸５とハウジング６との隙間を封止してオイルの漏洩を抑制し、シールリング１５の温度が高温である場合には、シールリング１５の円周方向の一部に形成された破断部１７，１９から外部にオイルを流出させるように構成されている。図に示すシールリング１５の構成について具体的に説明する。まず、シールリング１５の厚み方向における内周側は、軸線方向に貫通した溝１８が形成されている。この溝１８の幅、すなわち破断されて互いに対向した面の隙間は、シールリング１５が熱膨張した場合であっても、それらの面が接触しない程度に設定されている。そして、溝１８の高さは、シールリング１５が、前述したシール溝１６に嵌合し、入力軸５にハウジング６が組み付けられた状態で、入力軸５とハウジング６との隙間１４より入力軸５の中心側に位置する程度に設定されている。すなわち、シールリング１５がシール溝１６の内側壁面に接触することで、溝１８がその内側壁面によって封止されるように構成されている。

また、シールリング１５の厚み方向における外周側は、軸線方向に亘って破断されており、その破断された部分は、クランク状に屈曲した状態に形成されている。すなわち、シールリング１５の外周側に形成された破断部１９は、図２に示すようにシールリング１５の円周方向に所定の長さを有する第１破断部１９ａと、その第１破断部１９ａの一方の端部から上記油圧室１１にオイルを流入する油路側（以下、単に高油圧側と記す。）に亘って形成された第２破断部１９ｂと、第１破断部１９ａの他方の端部からオイルを排出する側（以下、単に低油圧側と記す。）に亘って形成された第３破断部１９ｃとによって構成されている。なお、図２の（ａ）はシールリング１５が常温以下の状態を示し、（ｂ）はシールリング１５が高温となって熱膨張した状態を示している。したがって、シールリング１５は、図３および図４に示すように形成された円周方向に所定の長さを有する可動片１５ａ，１５ｂが、幅方向に重なり合うように構成されている。また、低油圧側の可動片１５ｂの先端部の端面１５ｃと、その端面１５ｃと対向した面１５ｄとの隙間、すなわち第３破断部１９ｃは、シールリング１５が高温となって熱膨張した場合に、それらの面１５ｃ，１５ｄが接触しない程度に設定されている。さらに、高油圧側の可動片１５ａの先端部の端面１５ｅと、その端面１５ｅと対向した面１５ｆとの隙間、すなわち第２破断部１９ｂは、シールリング１５が高温となって熱膨張した場合に、それらの面１５ｅ，１５ｆが接触して押圧されるように設定されている。そして、高油圧側の可動片１５ａの先端部の端面１５ｅと、その端面１５ｅと対向した面１５ｆとは、斜面状に形成されており、それらの面１５ｅ，１５ｆが接触する方向に荷重が作用した場合に、軸線方向に重なり合った可動片１５ａ，１５ｂのうち、高油圧側に位置する可動片１５ａが高油圧側に荷重を受けるように構成されている。

つぎに、上述したように構成されたシールリング１５の作用について説明する。図５および図６は、図２におけるV-V断面およびVI-VI断面を示しており、各図における（ａ）は常温以下の状態、（ｂ）は高温時の状態を示している。なお、図に示す矢印は、オイルの流れを示している。上述したシールリング１５の一方の端面は、入力軸５とハウジング６との隙間１４に滞留するオイルと接触しているので、そのオイルの温度が伝達される。そのため、シールリング１５はオイルの温度に起因して温度変化をする。また、入力軸５とハウジング６との隙間１４に滞留する油圧によって、高油圧側から油圧が作用してシール溝１６の一方の内側壁面に押圧される。そのため、シールリング１５が常温以下のとき、すなわちオイルの温度が常温以下のときは、シールリング１５の外周面とハウジング６の円筒部６ａの内壁面とがシールリング１５の弾性力によって押圧されて接触し、かつシールリング１５の低油圧側の面とシール溝１６の内側壁面とが油圧によって押圧されて接触し、さらに可動片１５ａ，１５ｂ同士が接触することで、入力軸５とハウジング６との隙間１４が液密状態に封止される。

一方、シールリング１５が高温のとき、すなわちオイルの温度が高温のときには、シールリング１５が熱膨張するため、高油圧側の可動片１５ａの先端部の端面１５ｅと、その端面１５ｅと対向する面１５ｆとが接触し互いに押圧しあって、可動片１５ａが高油圧側に変形する。つまり、シールリング１５に捩れ方向の荷重が作用して変形する。そのため、可動片１５ａ，１５ｂ同士が接触していた接触面が図５の（ｂ）に示すように離隔することによって第１破断部１９ａが開口される。したがって、入力軸５とハウジング６との隙間１４に滞留したオイルが、シールリング１５の厚み方向における内周側の溝１８から第１破断部１９ａおよび第３破断部１９ｃを流動して、低油圧側の隙間１４に排出される。その結果、オイルが滞留することによる過剰な温度上昇を抑制もしくは防止することができるので、オイルの劣化を抑制もしくは防止することができる。なお、シールリング１５が高温となったときに熱膨張して変形すると、可動片１５ａのみならず、シーリング１５全体として捩れるので、第３破断部１９ｃに加えて、その第３破断部１９ｃの低油圧側の開口部の近傍が、シール溝１６から離隔して隙間２０を形成し、その結果、その隙間２０からもオイルを排出することができる。

つぎにこの発明に係るシール構造の他の構成例について説明する。図７は、他の構成例を説明するための図であって、基礎となる構成は上述した第１の構成と同様である。第２の構成例では、図に示すようにそれぞれの可動片１５ａ，１５ｂの外周部に所定の深さの溝２１，２２が形成され、高油圧側の可動片１５ａの先端部の端面１５ｅと、その端面１５ｅと対向した面１５ｆとの隙間は、可動片１５ａが熱膨張したときに接触しない程度に設定されている。また、それぞれの可動片１５ａ，１５ｂに形成された溝２１，２２は、シールリング１５が低温のときに、円周方向にずれるように構成され、シールリング１５が高温となって熱膨張した場合に、それぞれの溝２１，２２が円周方向で一致して厚み方向に流路が形成されるように構成されている。このようにシールリング１５を構成することによって、シールリング１５が熱膨張することによって、それぞれの溝２１，２２が円周方向で一致して厚み方向に流路が形成されるので、入力軸５とハウジング６との隙間１４に滞留したオイルを外部に排出することができる。その結果、オイルが滞留することによる過剰な温度上昇を抑制もしくは防止することができるので、オイルの劣化を抑制もしくは防止することができる。

なお、この発明に係るシール構造は、上述した各構成例に限定されず、要は、シールリング１５が低温のときに液密状態とすることができ、シールリング１５が高温のときに、シールリング１５の熱膨張によってオイルを外部に排出するように構成されていればよい。そのため、シールリング１５を取り付けた部材が、上記の入力軸５のように回転する部材であってもよく、もしくは回転動作を制限された部材であってもよい。また、上述した各構成例では、オイルの漏洩を抑制するシールリングを対象としているが、これに限定されず、空気などの気体の漏洩を抑制するシールリングを対処としてもよい。つまり、流体の漏洩を抑制するシールリングを対象とすることができる。

Claims

二つの部材の間に介在させられたシールリングによって、これらの部材同士の間の隙間を液密状態もしくは気密状態に封止するシール構造において、
流体圧を受けて前記封止状態を維持しかつ熱膨張して相対移動することにより前記封止を解除する可動部が前記シールリングに設けられ、
前記可動部は、前記シールリングの幅方向に重なり合いかつ長手方向に互いに摺動する一対の可動片と、熱膨張してそれらの可動片が相対的に長手方向に摺動した場合にその熱応力によってそれらの可動片を互いに離隔させるガイド部とを有し、
前記シールリングには、互いに離隔した前記可動片同士の間に開口する連通部が形成され、
前記ガイド部は、前記一方の可動片の先端部に形成され、該一方の可動片の長手方向に向けた熱応力に基づいて前記シールリングの幅方向で外側に向けた分力を生じさせる傾斜面部と、その傾斜面部の先端側に該傾斜面部と対向するように形成された、傾斜受け面とを有する
ことを特徴とするシール構造。
前記二つの部材のうちの一方の部材に形成され、前記シールリングが嵌め込まれたシール溝を更に備え、
前記シールリングは、他方の部材に密着するとともに、前記シール溝の一方の内側壁面に流体圧で押し付けられて密着することにより、前記二つの部材同士の間の隙間を封止していることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
前記シールリングは、前記各部材に密着して前記二つの部材同士の間の隙間を封止し、
前記可動部は、前記シールリングの一部をいずれか一方の部材から離隔させて隙間を生じさせるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシール構造。
前記他方の可動片の先端部の端面と該端面と対向する面との間に形成された隙間が、前記傾斜面部と前記傾斜受け面とが接触するときに、前記他方の可動片の先端部の端面と該端面と対向する面とが接触しないように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシール構造。