JP5688460B2 - 圧力作動型シーリング・ビードを有するシール - Google Patents

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Description

本発明は、シールに関し、より具体的には、アクチュエータ・ピストン・アセンブリに用いるシールに関する。
種々のクラッチのような機構に用いられるいくつかのアクチュエータ・アセンブリが一般に知られており、それらアクチュエータ・アセンブリは、しばしば、入力部材(例えば、入力シャフト)に連結されるピストンと、そのピストンを変位させる手段であって、例えば、圧力を伝達する媒体である圧力作動流体(hydraulic working fluid、流体圧作動流体)、ソレノイドなどのようなものとを有する。典型的には、前記ピストンは、軸線に沿って直線的に変位し、それにより、前記入力部材を出力部材に連結するクラッチ機構の接続(engage、入れること、係合)または切断(disengage、切ること、係合の解除)を行う。前記ピストンを流体圧(hydraulic pressure)によって駆動する場合には、1または2以上のシールが、前記圧力流体(hydraulic fluid)(例えば、自動変速機用の作動流体)を、前記ピストンを駆動するために用いられる1または2以上の圧力チャンバ(圧力室)内に保持するために要求される。
一側面においては、本発明は、中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であるものである。当該シール・アセンブリは、概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置され、前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びている。ある構成においては、前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部が、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、各々、外径を有し、前記第1シーリング部の外径は、前記第2シーリング部の外径より大きく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記外側部材の内側表面から半径方向内向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されている。別の構成においては、前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部が、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、各々、内径を有し、前記第1シーリング部の内径は、前記第2シーリング部の内径より小さく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記内側部材の外側表面から半径方向外向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されている。
別の側面においては、本発明は、アクチュエータ・アセンブリであって、内側部材および外側部材であって、それら内側部材および外側部材である2つの部材は、それら部材間にクリアランス空間が形成されるように、中心の軸線に関して同軸的に配置されており、前記2つの部材の一方は、他方に対して、概して前記軸線に沿って相対的に直線変位可能であるクラッチ用のアクチュエータ・ピストンであるものと、前記クリアランス空間をシールするシールとを含むものである。
さらに別の側面においては、本発明は、中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であるものである。当該シール・アセンブリは、概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置されている。前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びている。前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、各々、外径を有し、前記第1シーリング部の外径は、前記第2シーリング部の外径より大きい。前記シール本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記外側部材の内側表面から半径方向内向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されている。
さらに別の側面おいては、本発明は、中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であるものである。当該シール・アセンブリは、概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置されている。前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びている。前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、各々、内径を有し、前記第1シーリング部の内径は、前記第2シーリング部の内径より小さい。前記シール本体部は、前記環状の本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記内側部材の外側表面から半径方向外向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されている。
上述の発明の概要は、本発明についての望ましいいくつかの実施形態についての詳細な説明と一緒に、添付されたいくつかの図面に関連付けて読むと、よりよく理解されるであろう。本発明を図によって説明することを目的として、それら図面であって概略的であるものは、現時点において望ましいいくつかの実施形態を図示している。しかし、本発明は、図示されているいくつかの構成(arrangements)およびいくつかの手段(instrumentalities)そのものに限定されないことを理解すべきである。それら図のうち、
図1は、本発明に従う3つのシールを有するアクチュエータ・アセンブリの軸方向断面図である。
図2は、前記アクチュエータ・アセンブリのうちのクラッチ用のアクチュエータ・ピストンを、部分的に破断し、かつ、拡大して示す軸方向断面図であり、第1シールおよび第2シールを示している。
図3は、前記アクチュエータ・アセンブリのうちのクラッチ用のバランス・ピストンを、部分的に破断し、かつ、拡大して示す軸方向断面図であり、第3シールを示している。
図4は、図2の一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記第1シールを変形前(undeflected、非変形、自然)状態で示している。
図5は、図2の別の一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記第2シールを変形前状態で示している。
図6は、図3の一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記第3シールを変形前状態で示している。
図7と総称される図7Aおよび図7Bは、それぞれ、前記第1シールおよび前記第3シールの双方を示す別々の図であり、図7Aは、前記第1/第3シールを低圧状態で示し、図7Bは、前記第1/第3シールを高圧状態で示している。
図8と総称される図8Aおよび図8Bは、それぞれ、前記第2シールを示す別々の図であり、図8Aは、前記第2シールを低圧状態で示し、図8Bは、前記第2シールを高圧状態で示している。
図9は、図1の前記アクチュエータ・アセンブリの一部を、部分的に破断し、かつ、拡大し、かつ、変形例として示す軸方向断面図であり、本発明に従う前記3つのシールを示している。
図10は、図9の前記アクチュエータ・アセンブリの一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記クラッチ用のアクチュエータ・ピストンとハウジングとの間にある外側シールすなわち第1シールを示している。
図11は、図9の別の一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記クラッチ用のアクチュエータ・ピストンと入力シャフトとの間にある内側シールすなわち第2シールを示している。
図12は、図9のさらに別の一部を、部分的に破断し、かつ、さらに拡大して示す軸方向断面図であり、前記バランス・ピストンと前記クラッチ用のアクチュエータ・ピストンとの間にある外側シールすなわち第3シールを示している。
特定の表現形式(terminology、用語群)が後述の詳細な説明の欄において説明の便宜のみを目的として使用されており、これは、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、「接続(connected)」または「連結(coupled)」という単語はそれぞれ、別の部材が介在することなく2つの部材が互いに接続される直接的接続部と、1または2以上の別の部材が介在する状態で部材同士が互いに接続される間接的接続部とを含むことを意図して使用されている。本明細書において使用される表現形式は、本明細書において具体的に述べられている単語と、それから派生した用語と、同様な意味を有する単語とを有する。
ここで、いくつかの図面を詳細に参照するに、それら図面においては、本明細書の全体を通じて、同様な符号が同様な要素を示すために使用され、図1から図12までの複数の図面には、シール10が図示されており、そのシール10は、外側部材1と内側部材2との間のクリアランス空間Scをシールするためのものであり、それら2部材(外側部材および内側部材)1,2は、後述のように、クラッチ用のアクチュエータ・アセンブリの一部を形成することが望ましい。それら2部材1,2は、中心の軸線Acに関して概して同軸的に配置されており、外側部材1は、内側表面1aを有し、内側部材2は、外側表面2aを有し、それら2部材1,2のうちの少なくとも一方は、他方の部材2,1に対して、概して軸線Acに沿った方向に、相対的に直線変位可能である。シール10は、基本的に、概して環状を成すシール本体部(本体部)12であって中心線13を有するものを備えており、その本体部12は、外側部材1と内側部材2との一方に連結される(coupled、固定される、固着される)とともに、少なくとも部分的にそれら2部材1,2の間に、中心線13が軸線Acと概して同一直線的になるように配置される。シール本体部12は、内周面14および外周面15であって、各々、中心線13に沿って延びるものと、概して環状を成す第1および第2シーリング部16,18であって、各々、概して中心線13に沿って軸方向において互いに離間するとともに、中心線13の周りに周方向に延びるものとを備えている。
図4,図6および図7に示す第1の実施形態(first construction)においては、シール10が、外側シール11Aとして形成され、その外側シール11Aは、第1および第2シーリング部16,18を有し、それら第1および第2シーリング部16,18は、本体部12の外面(外周面)15から概して半径方向外向きに延びるとともに、それらシーリング部16,18はそれぞれ、外径D1,D2を有し、第1シーリング部の外径D1 は、第2シーリング部の外径D2より大きい。さらに、シール本体部12は、図7Aに示すように、設定値Vp(例えば、20psi)より低い圧力Pを受ける状態においては、第1シーリング部16は、単独で、外側部材1の内側表面1aに「気密に係合する(sealingly engaged)」(すなわち、シールを構成するように接触する)一方、第2シーリング部18は、外側部材1の内側表面1aから半径方向内向きに離間するように、半径方向に変形する(deflect、撓む)ように構成されている。しかしながら、本体部12が設定値Vp以上の圧力Pを受けると、本体部12は、第1および第2シーリング部16,18の両方が、外側部材1の内側表面1aに気密に係合するように、半径方向外向きに変形(拡径)する。より具体的には、図7Bにうまく示すように、内周面14の駆動表面部14aに作用する圧力Pが設定値Vp以上であると、その圧力Pを原因として、シール本体部12が半径方向外向きに変形させられ、それにより、第2シーリング部18が半径方向に移動させられて外側部材1の内側表面1aに係合する状態に至る。
このように、第1シーリング部16は、概して半径方向において「移動不能(fixed、位置不変)」であって、内側表面1aに定常的に(constantly、継続的に)係合し(軸方向においては、内側表面1aに対してスライド可能であるが)、一方、第2シーリング部18は、連動的に(adjustably)または選択的に内側表面1aに係合するように、概して半径方向に「移動可能(movable、位置可変)」である。すなわち、移動可能な第2シーリング部18は、相対的に高い圧力状態においては気密に係合する係合状態(engaged、使用状態、作用状態)にあるが、低い圧力状態においては非係合状態にある(disengaged、非使用状態、非作用状態、離脱状態、解除状態、解放状態)というように、「圧力作動型(pressure actuatable)」である。クラッチ用のアクチュエータにとって望ましい使用態様(application)においては、設定圧力値Vpが、後述の理由により、約15重量ポンド毎平方インチ(15psi)と25重量ポンド毎平方インチ(25psi)との間の範囲内にあることが望ましい。しかしながら、シール本体部12は、上述のシール10の特定の使用態様によって要求される任意で適切な高さを有する圧力のもと、半径方向に変形して、移動可能な第2シーリング部18を係合状態に移行させるように構成してもよい。
図5および図8に示す第2の実施形態(second construction)においては、シール10が、内側シール11Bとして形成され、その内側シール11Bにおいては、2つのシーリング部(第1および第2シーリング部)16,18 が、本体部12の内面(内周面)14から概して半径方向内向きに延びるとともに、それらシーリング部16,18はそれぞれ、内径DI1,DI2 を有し、第1シーリング部16の内径DI1 は、第2シーリング部18の内径DI2より小さい。シール本体部12は、図8Aに示すように、設定値Vpより低い圧力Pを受ける状態においては、移動不能な第1シーリング部16は、単独で、内側部材2の外側表面2aに「気密に係合する(sealingly engaged)」一方、移動可能な第2シーリング部18は、内側部材2の外側表面2aから半径方向外向きに離間するように、半径方向に変形する(deflect、撓む)ように構成されている。しかしながら、図8Bにうまく示すように、本体部12が設定値Vp以上の圧力Pを受けると、本体部12は、第1および第2シーリング部16,18の両方が、内側部材2の外側表面2aに気密に係合するように、半径方向内向きに変形(縮径)する。すなわち、外周面15の駆動表面部15aに作用する圧力Pが設定値Vp以上であると、その圧力Pを原因として、シール本体部12が半径方向内向きに変形させられ、それにより、第2シーリング部18が半径方向に移動させられて内側部材2の外側表面2aに係合する状態に至る。
外側シール11Aの実施形態(前記第1の実施形態)および内側シール11Bの実施形態(前記第2の実施形態)のいずれにおいても、シール10が、比較的低い圧力状態にあるときに(圧力が低圧であるときに)、摩擦力が軽減されるという利点を有し、なぜなら、唯一のシーリング部(第1シーリング部)16のみが、アクチュエータ部材(外側部材1または内側部材2)の表面(内側表面)1aまたは表面(外側表面)2aに係合させられるからである。よって、連結される(coupled、シール10が固定される)アクチュエータ部材(外側部材または内側部材)1,2が中心の軸線Acに対して傾斜する(angled)かまたは「曲がる(cocked)」可能性がかなり軽減させられる。さらに、シール本体部10は、比較的高い圧力のもとに「作用」を行う状態にあるときに(本来の機能を発揮するときに)、2つのシーリング部16,18 によって向上させられたシーリング能力を有する。
外側シール11Aおよび内側シール11Bの各々は、移動不能な第1シーリング部16を1個、移動可能な第2シーリング部18を1個備えた本体部12を有するものとして、文章によって説明されるとともに図示されているが、シール10は、複数個の第1シーリング部16および/または複数個の第2シーリング部18を用いて形成してもよい。一例においては、シール本体部12は、移動不能な第1シーリング部16を1個、移動可能な第2シーリング部18を2個備え、それら第2シーリング部18は、第1シーリング部16の軸方向両側部のうちのいずれか一方に配置してもよい。別の例においては、シール本体部12が、移動不能な第1シーリング部16を2個(またはそれより多数個)、軸方向に互いに離間する状態で備えるとともに、移動可能な第2シーリング部18を1個、前記複数個の移動不能な第1シーリング部16のうちのいずれかに軸方向に隣接するように配置される状態で備えてもよい。本発明は、上述の第1および第2シーリング部16,18の複数の組合せ、および、第1および第2シーリング部16,18の他の任意のいくつかの組合せを、シールの具体的な用途にとって望ましいかまたは適している態様で包含する。
図1,図2,図9および図10を参照するに、第1シール使用形態において、外側部材1は、ハウジング4(例えば、クラッチ・ドラム)であり、内側部材2は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5であり、そのアクチュエータ・ピストン5は、ハウジング4内において、概して中心の軸線Acに沿った方向に直線変位可能である。この第1シール使用形態においては、シール本体部12が、外側シール11Aとして形成された第1シール17Aであり、その外側シール11Aの第1および第2シーリング部16,18は、シール本体部12の外周面15から概して半径方向外向きに延びている。2つのシーリング部16,18は、ハウジング4の内側表面4aに気密に係合し、また、シール本体部12は、アクチュエータ・ピストン5の周りに少なくとも部分的に配置され、それにより、シール10がアクチュエータ・ピストン5に連結される(coupled、固定される、固着される)。
図1,図2,図9および図11にうまく示すように、第2シール使用形態において、外側部材1は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5であり、内側部材2は、シャフト6であり、シール10は、内側シール11Bとして形成された第2シール17Bである。この使用形態においては、第1および第2シーリング部16,18が、シール本体部12の内周面14から概して半径方向内向きに延びるとともに、シャフト6の外周面6aに気密に係合し、また、シール本体部12は、アクチュエータ・ピストン5の中心ボア5b内において少なくとも部分的に配置され、それにより、アクチュエータ・ピストン5に連結される。シャフト6は、前述のハウジング4と連結されることが望ましいが、後述のように、ハウジング4およびシャフト6が、クラッチ用のアクチュエータ・アセンブリ3のうちの「ピストン・ハウジング」と一体的であるいくつかの部分(integral portions)であることが非常に望ましい。
図1,図3,図9および図12に示す第3シール使用形態においては、外側部材1が、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5であり、内側部材2は、クラッチ用のバランス・ピストン7である。この第3シール使用形態においては、シール10が、外側シール11Aとして形成された第3シール17Cであり、その外側シール11Aは、シール本体部12の外周面15から概して半径方向外向きに延びている第1および第2シーリング部16,18を備えている。それら2つのシーリング部16,18は、アクチュエータ・ピストン5の内側表面5cに気密に係合し、また、シール本体部12は、バランス・ピストン7の周りに少なくとも部分的に配置されている。上述の3つのシール使用形態は、上述するとともに後に詳述するように、アクチュエータ・アセンブリ3の複数の構成要素であることが望ましいが、シール10は、外側部材1と内側部材2との間のシールを必要とする任意の別のアセンブリにおいて使用してもよい。
図7および図8を参照するに、それぞれのシール構成態様(seal construction、実施形態)において、2つのシーリング部16,18は、概して環状を成して潤滑剤(lubricant)を収容する収容溝または収容チャンバ22が、第1および第2シーリング部16,18の間において画定されるように形成されることが望ましい。収容溝(収容チャンバ)22は、第1および第2シーリング部16,18を潤滑するためのある量(一定量)の潤滑剤を保持するように構成される。
次に図4ないし図8を参照するに、第1および第2シーリング部16,18のそれぞれは、概して環状を成す突部またはビード24であって本体部12のうちの残りの部分から概して半径方向に延びるものを、それらシーリング部16,18がシール本体部12と一体的であるいくつかの部分(integral sections)であるように備えることが望ましい。突部またはビード24のそれぞれは、半径方向断面を有するように形成し、その半径方向断面は、「変形前プロファイル(profile、外形形状)」として、概して半円を成す形状(図示されている)、概して三角形を成す形状、または概して四角形を成す形状を有するものを有することが望ましい。すなわち、図4ないし図6にうまく示すように、各突部24は、いずれのシーリング部16,18も、接触面/滑り面(contact/running surface)(内側表面または外側表面)1aまたは2aに係合せず、よって、非圧縮状態または変形前状態(非変形状態)にあるように、シール10が連結されるアクチュエータ部材(外側部材または内側部材)1または2がアクチュエータ・アセンブリ3から分離されている状態で、既に特記したいくつかの形状のうちのいずれかを有する。第1シーリング部16の突部またはビード24は、第2シーリング部18の突部(ビード)24と同じ形状であること、および、その逆であることが望ましいが、2つのシーリング部16,18は、形状が互いに異なるいくつかの突部またはビード24を有してもよく、例えば、第1シーリング部16の突部24は半円を成す一方、第2シーリング部18の突部24は四角形を成してもよい。さらに、2つのシーリング部16,18のうちの複数の突部(ビード)24は、シール本体部12のうちの残りの部分と一体的であることが望ましいが、各シーリング部16,18は、シール本体部12に連結される別体挿入部(a separate insert、本体部12から独立した部品としてのインサート)(図示しない)により実現してもよく、例えば、概して円環状を成すリングであって、本体部12に接着されたもの、本体部12内に溝によって保持された(groove-retained)ものなどであってもよい。
さらに、シール本体部12および一体的な突部またはビード24(integral projections/beads)は、弾性材料、例えば、天然ゴムまたは合成ゴムの成形品として形成することが望ましいが、他の適切な材料から形成してもよい。シール本体部12は、外側部材1および内側部材2のうちのいずれかであってシール本体部12に連結されるものに接合される(bonded)ことが望ましいが、任意の適切な手段、例えば、1以上のファスナ、1以上のクランプ、接着剤、摩擦係合(frictional engagement)などにより、外側部材1または内側部材2に接続(connect、結合)してもよい。さらに、各シール10は、図2および図9に示すように、互いに分離した複数の部材(separate members)として提供するか、または、図1に示すように、シール・アセンブリ30として提供してもよく、そのシール・アセンブリ30は、外側シール11Aおよび内側シール11Bの両方であって中心ウェブ部32により一体的に接続されるものを備え、そのシール・アセンブリ30は、単一のユニットとして(一体的に)外側部材1または内側部材2に接合してもよい。
図1ないし図3および図9ないし図12を参照するに、上述のように、シール10は、クラッチ機構8に組み込まれるクラッチ用のアクチュエータ・アセンブリ3において利用することが望ましく、そのクラッチ機構8は、シャフト6を出力部材9に連結し、その連結を、その連結後にそれらシャフト6および出力部材9が単一のユニットとして(一体的に)回転可能であるように行うことを目的とする。アクチュエータ・アセンブリ3は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5であってシャフト6にスライド可能に連結されるものと、クラッチ用のバランス・ピストン7であってシャフト6に固定的に連結されるものと、クラッチ・パック40とを備えることが望ましい。そのクラッチ・パック40は、少なくとも1つ、望ましくは、複数の第1クラッチ部材40aであってシャフト6(例えば、ハウジング4を通過するように)に連結されるものと、少なくとも1つ、望ましくは、複数の第2クラッチ部材40bであって出力部材9に連結されるものとを備えている。アクチュエータ・ピストン5は、第1および第2クラッチ部材40a,40bを摩擦係合状態(friction engagement)に変位させ、それにより、2つの部品(シャフトおよび出力部材)6,9が単一のユニットとして(一体的に)中心の軸線Aを中心に回転するように、シャフト6を出力部材9に連結するように構成されている。第1圧力チャンバすなわち「駆動」圧力チャンバCPDが、アクチュエータ・ピストン5とハウジング4の間において画定され、また、第2圧力チャンバすなわち「バランス」圧力チャンバCPBが、バランス・ピストン7とアクチュエータ・ピストン5の間において画定されている。
さらに、作動流体、より望ましくはオートマチック・トランスミッション・フルイド(「ATF」)が、各圧力チャンバCPD,CPB内に配置される。アクチュエータ・ピストン5は、駆動圧力チャンバCPD内の流体圧により、初期位置から、アクチュエータ・ピストン5がクラッチ・パック40に係合する作用位置であってシャフト6が出力部材9に連結することを可能にする位置まで直線変位することが可能であり、また、バランス圧力チャンバCPB内の流体圧力が、駆動圧力チャンバCPDの圧力とつり合い、それにより、アクチュエータ・ピストン5の予定外の作用が防止される。さらに、クラッチ機構8は、付勢部材44をも備えており、その付勢部材44は、1以上のコイル・スプリングであることが望ましく、また、その付勢部材44は、アクチュエータ・ピストン5を前記初期位置に向かって付勢し、それにより、駆動圧力チャンバCPD内の圧力が十分に低下すると、アクチュエータ・ピストン5が前記初期位置に戻されるように構成されている。
上述のアクチュエータ・アセンブリ3は、本発明に従って形成された3つのシール10を有することが望ましく、それらシール10は、具体的には、上述されるとともに後に詳述されるように、第1シール17A、第2シール17Bおよび第3シール17Cである。第1シール17Aは、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5とハウジング4の間のクリアランス空間SC1をシールし、第2シール17Bは、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5とシャフト6の間のクリアランス空間SC2をシールし、第3シール17Cは、クラッチ用のアクチュエータ・ピストン5とバランス・ピストン7の間のクリアランス空間SC3をシールする。
さらに具体的には、第1シール17Aに関しては、シール本体部12が、少なくとも部分的にアクチュエーティング・ピストン(アクチュエータ・ピストン)5の外周面5a上に配置され、シーリング部16,18は、ハウジング4の内周面4aに係合するかまたは係合可能であるとともに、内周面4a内において軸方向にスライドする。駆動圧力チャンバCPD内の作動流体は、第1シール17Aに圧力を、その圧力Pが設定圧力値V以上となると、本体部12が半径方向外向きに変形して第2シーリング部18をハウジング4の内周面4aに係合させ、それにより、クリアランス空間SC1の実質的に完全なシールが確保されるように、作用させる。第2シール17Bに関しては、本体部12がクラッチ用アクチュエータ・ピストン5に、本体部12が少なくとも部分的に中心ボア5b内に配置されるように配置され、また、シーリング部16,18は、シャフト6の外周面6aに係合するかまたは係合可能であるとともに、外周面6a上を軸方向にスライドする。駆動圧力チャンバCPD内の作動流体は、第2シール17Bに圧力を、その圧力Pが設定圧力値V以上となると、第2シーリング部18の係合を招来して第2のクリアランス空間SC2の実質的に完全なシールが確保されるように、作用させる。
上述の構造に関しては、第1および第2シール17A,17Bが、第1シーリング部16が、単独で、アクチュエータ・ピストン5の変位中に、ハウジング4の内周面4aまたはシャフト6の外周面6aに係合し、それにより、シール表面積のある一部のみが表面4aまたは6a(内周面4aまたは外周面6a)に係合することを原因として、摩擦を最小化または軽減するように、設計または構成されている。よって、設定圧力値Vは、アクチュエータ・ピストン5を変位させるのに必要な圧力、すなわち、シール(第1および第2シール)17A,17Bとそれぞれに対応する表面4a,6aとの間の摩擦力と、付勢部材44の力との和に打ち勝つのに十分な大きさの圧力より高いことが必要である。アクチュエータ・アセンブリ3の今回のいくつかの実用的な使用態様に関しては、設定圧力値Vが、15psiから25psiまでの間にあって、これは、アクチュエータ・ピストン5の変位中に1つ(または複数)の第1シーリング部16が単独で係合状態に移行するようにアクチュエータ・ピストン5を変位させるのに必要な圧力より十分に高い圧力であるが、その設定圧力値Vは、シール10のはみ出し(extrusion)または他の異常を引き起こす可能性のある圧力に到達してしまう前にシーリング部16,18がいずれも係合状態に移行するのに必要な、十分に低いしきい値(adequately low threshold)を提供する。しかしながら、設定圧力値Vは、シール10が本明細書において開示されるように機能する限り、具体的なシール10の具体的な構造に応じ、任意の他の値または任意の他の数値範囲とすることが可能である。
さらに、第3シール17Cに関しては、シール本体部12がバランス・ピストン7の外周面7a上に配置され、また、シーリング部16,18は、アクチュエータ・ピストン5の第1内周面5aに係合するかまたは係合可能であるとともに、アクチュエータ・ピストン5の第1内周面5aに対して軸方向にスライドする。バランス圧力チャンバCPB内の作動流体は、第3シール17Cに圧力を、設定圧力値V より高い圧力のもと、第2シーリング部18がアクチュエータ・ピストン5の内周面5aに係合し、それにより、第3のクリアランス空間SC3の完全なシールを確保するように、作用させる。上述のシール17A,17B(第1シール17Aおよび第2シール17B)と同様に、第3シール17Cは、アクチュエータ・ピストン5の変位中(バランス・ピストン7は軸方向に変位しない)、摩擦を最小化または軽減するために、1つ(または複数)の第1シーリング部16が単独でピストン5の内周面5aに係合するように、設計または構成される。クラッチ・パック40の複数の部材40a(第1のクラッチ部材)が非係合(disengaged)状態にあり、かつ、シャフト6がまだ回転しているときに、アクチュエータ・ピストン5の相対的な軸方向変位が発生することが必要であるため、第3シール17Cの1つ(または複数)の第2シーリング部18は、第1および第2シール17A,17Bのうちの第2シーリング部18の係合を開始させる圧力より高い圧力(遠心力による)のもとで、非係合状態にあることが必要である。したがって、今回のいくつかの実用的な使用態様における第3シール17のための設定圧力値Vは、20重量ポンド毎平方インチ(20psi)から35重量ポンド毎平方インチ(35psi)までの範囲内にあることが望ましいが、任意の他の適切な値または数値範囲であってもよい。さらに、クラッチ用アクチュエータ・アセンブリ3は、バランス・ピストン7を用いず、ひいては、第3シール17Cを用いることなく、構成してもよい。
上述の3つのシール17A,17B,17C(第1,第2および第3シール)のそれぞれは、第1および第3シール17A,17Cは、複数の外側シール11Aであって、流体圧Pのもとで半径方向外向きに変形するものである一方、第2シール17Bは、内側シール11Bであって、流体圧Pのもとで半径方向内向きに変形するものである点を除き、実質的に互いに同じ方式(manner)で機能することが望ましい。さらに、第1および第2シール17A,17Bは、圧力が互いにほぼ等しい流体圧Pの設定値であるときに、半径方向に変形するように形成することが望ましい。しかしながら、これに代えて、すべてのシール17A,17B,17C(第1,第2および第3シール)を、圧力が、互いに異なる設定圧力値であるときに変形し、クラッチ・アセンブリ8の作動サイクルのうちの互いに異なる時点で変形し、および/または、上述の複数の圧力値から大きく外れた圧力で変形するように構成してもよい。
本発明のシール10は、クラッチ用のアクチュエータ・アセンブリ3において使用されることが望ましいが、このシール10は、外側部材1と内側部材2の間のクリアランス空間をシールするための任意の他の適切な用途において使用してもよい。また、当業者であれば、上述のいくつかの実施形態についての上位概念的な発明思想から逸脱することなく、それら実施形態に対する変更を行うことが可能であることが理解される。よって、本発明は、ここに開示されている具体的ないくつかの実施形態に限定されるのではなく、後続する特許請求の範囲の欄に概略的に記載されている本発明の主旨および範囲内のいくつかの変更点を包含することを意図されていることが理解される。

Claims (19)

  1. 中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であり、
    当該シール・アセンブリは、
    概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置され、前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びており、
    当該シール・アセンブリは、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、各々、外径を有し、前記第1シーリング部の外径は、前記第2シーリング部の外径より大きく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記外側部材の内側表面から半径方向内向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されていることと、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、各々、内径を有し、前記第1シーリング部の内径は、前記第2シーリング部の内径より小さく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記内側部材の外側表面から半径方向外向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されていることと
    のうちのいずれかを含み、
    前記本体部が前記設定値より低い圧力を受ける状態においては、概して環状を成す潤滑ギャップが、概して、前記第2シーリング部と、前記外側部材の内側表面と前記内側部材の外側表面とのうち、前記第2シーリング部により近い位置に位置するものとの間に形成され、
    前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けるとき、概して環状を成して潤滑剤を収容する収容チャンバが、前記第1および第2シーリング部の間において画定され、その収容チャンバは、ある量の潤滑剤を収容するように構成されているシール・アセンブリ。
  2. 前記内側部材は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストンであり、前記外側部材は、ハウジングであり、前記第1および第2シーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、前記ハウジングの内側表面に気密に係合可能であり、前記本体部は、少なくとも部分的に、前記アクチュエータ・ピストンの周りに配置されていることと、
    前記内側部材は、シャフトであり、前記外側部材は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストンであり、前記第1および第2シーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、前記シャフトの外側表面に気密に係合可能であり、前記本体部は、少なくとも部分的に、前記アクチュエータ・ピストンの中心ボア内に配置されていることと、
    前記内側部材は、クラッチ用のバランス・ピストンであり、前記外側部材は、クラッチ用のアクチュエータ・ピストンであり、前記第1および第2シーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、前記アクチュエータ・ピストンの内側表面に気密に係合可能であり、前記本体部は、少なくとも部分的に、前記バランス・ピストンの周りに配置されていることと
    のうちのいずれかである請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  3. 前記第1および第2シーリング部のそれぞれは、概して環状を成すビードを有し、かつ、そのビードにおいて前記内側部材の前記外側表面と前記外側部材の前記内側表面とのうち対応するものに気密に係合可能であり、
    前記ビードは、非係合状態において概して半円を成す半径方向断面を有する請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  4. 前記設定値は、約15重量ポンド毎平方インチと25重量ポンド毎平方インチとの間の範囲内にある請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  5. 圧力チャンバが概して前記内側部材および前記外側部材の間に形成され、前記圧力チャンバは、流体を収容し、前記本体部は、前記圧力チャンバ内の前記流体の圧力を受ける請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  6. 前記本体部は、駆動表面部を有し、その駆動表面部は、前記圧力チャンバ内の圧力を、前記駆動表面部上の前記圧力が前記本体部を変形させて前記第2シーリング部を前記外側部材の内側表面と前記内側部材の外側表面とのうちのいずれかに気密に係合する状態に移動させるように受けることが可能である請求項5に記載のシール・アセンブリ。
  7. 各シーリング部は、概して環状を成す突部であって、前記本体部のうち他の部分から概して半径方向に延びるものを含み、各突部は、半径方向断面を有し、その半径方向断面は、変形前プロファイルとして、概して半円を成す形状と、概して三角形を成す形状と、概して四角形を成す形状とのうちのいずれかを有する請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  8. 前記本体部は、エラストマ材によって形成されている請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  9. 前記本体部は、前記内側部材および前記外側部材のうちのいずれかに接合されている請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  10. 前記内側部材および前記外側部材のうちの少なくとも一方は、前記中心の軸線を中心にして回転することが可能である請求項1に記載のシール・アセンブリ。
  11. アクチュエータ・アセンブリであって、
    内側部材および外側部材であって、それら内側部材および外側部材である2つの部材は、それら部材間にクリアランス空間が形成されるように、中心の軸線に関して同軸的に配置されており、前記2つの部材の一方は、他方に対して、概して前記軸線に沿って相対的に直線変位可能であるクラッチ用のアクチュエータ・ピストンであるものと、
    前記クリアランス空間をシールするシールであって、そのシールは、概して環状を成す本体部であって中心線を有するものを有し、その本体部は、前記2つの部材の一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間に、前記中心線が前記軸線と概して同軸であるように配置されており、前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びているものと
    を含み、
    当該アクチュエータ・アセンブリは、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、各々、外径を有し、前記第1シーリング部の外径は、前記第2シーリング部の外径より大きく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記外側部材の内側表面から半径方向内向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されていることと、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、各々、内径を有し、前記第1シーリング部の内径は、前記第2シーリング部の内径より小さく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記内側部材の外側表面から半径方向外向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されていることと
    のうちのいずれかを含み、
    前記本体部が前記設定値より低い圧力を受ける状態においては、概して環状を成す潤滑ギャップが、概して、前記第2シーリング部と、前記外側部材の内側表面と前記内側部材の外側表面とのうち、前記第2シーリング部により近い位置に位置するものとの間に形成され、
    前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けるとき、概して環状を成して潤滑剤を収容する収容チャンバが、前記第1および第2シーリング部の間において画定され、その収容チャンバは、ある量の潤滑剤を収容するように構成されているアクチュエータ・アセンブリ。
  12. 前記内側部材は、前記クラッチ用の前記アクチュエータ・ピストンであり、前記外側部材は、内周面を有するハウジングであり、前記本体部は、前記アクチュエータ・ピストンに連結され、前記第1および第2シーリング部は、前記ハウジングの内周面に係合可能であることと、
    前記内側部材は、クラッチ用のバランス・ピストンであり、前記外側部材は、前記クラッチ用の前記アクチュエータ・ピストンであり、前記アクチュエータ・ピストンは、内周面を有し、前記本体部は、前記バランス・ピストンに連結され、前記第1および第2シーリング部は、前記クラッチ・ピストンの内周面に係合可能であることと、
    前記内側部材は、外周面を有するシャフトであり、前記外側部材は、前記クラッチ用の前記アクチュエータ・ピストンであり、前記本体部は、前記アクチュエータ・ピストンと連結され、前記第1および第2シーリング部は、前記シャフトの外周面に係合可能であることと
    のうちのいずれかである請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  13. 圧力チャンバが概して前記内側部材および前記外側部材の間に形成され、当該アクチュエータ・アセンブリは、さらに、前記圧力チャンバ内に配置された作動流体を含み、前記本体部は、前記作動流体の圧力が前記設定値以上であるときに、前記本体部が半径方向に変形するように、前記圧力チャンバ内の前記作動流体の圧力を受ける請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  14. 前記設定値は、約15重量ポンド毎平方インチと25重量ポンド毎平方インチとの間の範囲内にある請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  15. 前記本体部は、エラストマ材によって形成されるとともに、前記内側部材および前記外側部材のうちのいずれかに接合されている請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  16. 前記第1および第2シーリング部のそれぞれは、概して環状を成すビードを有し、かつ、そのビードにおいて前記内側部材の前記外側表面と前記外側部材の前記内側表面とのうち対応するものに気密に係合可能であり、
    前記ビードは、非係合状態において概して半円を成す半径方向断面を有する請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  17. 前記外側部材は、前記クラッチ用の前記アクチュエータ・ピストンであり、そのアクチュエータ・ピストンは、前記中心の軸線に沿って、初期位置と作用位置との間を変位することが可能であり、前記内側部材は、外周面を有するシャフトであり、前記第1および第2シーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、前記シャフトの外周面に係合可能であり、
    当該アクチュエータ・アセンブリは、さらに、前記アクチュエータ・ピストンを前記初期位置に向かって付勢するように構成された付勢部材を含む請求項11に記載のアクチュエータ・アセンブリ。
  18. 中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であり、
    当該シール・アセンブリは、
    概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置され、前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びており、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の外周面から概して半径方向外向きに延びるとともに、各々、外径を有し、前記第1シーリング部の外径は、前記第2シーリング部の外径より大きく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記外側部材の内側表面から半径方向内向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記外側部材の内側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されており、
    前記本体部が前記設定値より低い圧力を受ける状態においては、概して環状を成す潤滑ギャップが、概して、前記第2シーリング部と、前記外側部材の内側表面と前記内側部材の外側表面とのうち、前記第2シーリング部により近い位置に位置するものとの間に形成され、
    前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けるとき、概して環状を成して潤滑剤を収容する収容チャンバが、前記第1および第2シーリング部の間において画定され、その収容チャンバは、ある量の潤滑剤を収容するように構成されているシール・アセンブリ。
  19. 中心の軸線に関して概して同軸的に配置された内側部材と外側部材との間の空間をシールするシール・アセンブリであって、前記外側部材は、内側表面を有し、前記内側部材は、外側表面を有し、それら外側部材および内側部材である2つの部材のうちの少なくとも一方は、他方の部材に対して、概して前記軸線に沿って、相対的に直線変位可能であり、
    当該シール・アセンブリは、
    概して環状を成すとともに中心線を有する本体部を含み、その本体部は、前記内側部材と前記外側部材との一方に連結されるとともに、少なくとも部分的に、前記2つの部材の間において、前記中心線が前記軸線と概して同一直線上にあるように配置され、前記本体部は、共に前記中心線の周りに延びる内周面および外周面と、共に概して環状を成す第1および第2シーリング部とを有し、それら第1および第2シーリング部は、概して前記中心線に沿って互いに離間しているとともに、前記中心線の周りに周方向に延びており、
    前記第1および第2シーリング部である2つのシーリング部は、前記本体部の内周面から概して半径方向内向きに延びるとともに、各々、内径を有し、前記第1シーリング部の内径は、前記第2シーリング部の内径より小さく、かつ、前記本体部は、その本体部が設定値より低い圧力を受ける状態においては、前記第1シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するとともに前記第2シーリング部が前記内側部材の外側表面から半径方向外向きに離間する一方、前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けると、前記第1および第2シーリング部が前記内側部材の外側表面に気密に係合するように、半径方向に変形するように構成されており、
    前記本体部が前記設定値より低い圧力を受ける状態においては、概して環状を成す潤滑ギャップが、概して、前記第2シーリング部と、前記外側部材の内側表面と前記内側部材の外側表面とのうち、前記第2シーリング部により近い位置に位置するものとの間に形成され、
    前記本体部が前記設定値以上である圧力を受けるとき、概して環状を成して潤滑剤を収容する収容チャンバが、前記第1および第2シーリング部の間において画定され、その収容チャンバは、ある量の潤滑剤を収容するように構成されているシール・アセンブリ。
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