JP6202225B2

JP6202225B2 - 密封構造

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Publication number: JP6202225B2
Application number: JP2016569213A
Authority: JP
Inventors: 関　一成; 一成関
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: CN107208799B; EP3246603A4; JP6447667B2; JP2017155940A; WO2016113923A1; US20180010692A1; EP3246603A1; CN107314111A; CN107314111B; EP3246603B1; CN107208799A; JPWO2016113923A1; US10641396B2

Description

本発明は、軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する密封構造に関する。

例えば、自動車用のＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＴ）やＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＣＶＴ）においては、軸の外周面側に設けられた環状溝に装着され、軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するシールリングが備えられている。このような技術においては、ハウジングに設けられた軸孔に対して、予め環状溝にシールリングが装着された軸が挿通される。

ここで、軸が軸孔に挿通される際に、シールリングが損傷してしまうことがある。その理由について、図９を参照して説明する。図９は従来技術においてハウジングに軸を挿通させる作業の説明図である。上記の通り、ハウジング３００に設けられた軸孔３１０に、予め環状溝２１０にシールリング５００が装着された軸２００が、図中矢印Ｘ方向に挿通される。この時、シールリング５００が、自重によって軸２００の外周面よりも下方に飛び出してしまうため、シールリング５００の下方の部分Ｙがハウジング３００の先端に突き当たることにより、当該部分Ｙが損傷してしまうことがある。なお、シールリング５００は、環状溝２１０の側壁面と軸孔３１０の内周面に対してそれぞれ密着することによりシール機能を発揮するように構成されている。そのため、シールリング５００の内周面と環状溝２１０の溝底との間には隙間が形成されている。これにより、軸２００を軸孔３１０に挿通させる作業中、シールリング５００は自重により環状溝２１０に垂れ下がった状態となり、軸２００の中心軸線Ｃに対して、シールリング５００の中心軸線ＣＳは下方に位置する。従って、シールリング５００は軸２００の外周表面よりも下方に飛び出してしまう。なお、図９中の点線は、軸２００の中心軸線Ｃに対して、シールリング５００の中心軸線ＣＳが一致している場合におけるシールリング５００の位置を示している。

ここで、上記の作業中における軸２００の中心軸線Ｃとシールリング５００の中心軸線ＣＳとの間隔は、シールリング５００の内周面と環状溝２１０の溝底との間の隙間の大きさに依存する。そのため、この隙間を狭くすることで、中心軸線Ｃと中心軸線ＣＳとの間隔を狭くすることが可能となる。しかしながら、図１０に示すように、環状溝２１０の溝底両端の隅部２１３は、製法上等の理由から、環状溝２１０の溝底２１２と溝側面（側壁面２１１）とを繋ぐ湾曲面により構成されることがある。なお、図１０は従来例に係るシールリング５００Ｘを備える密封構造の模式的断面図である。上記の通り、シールリング５００は環状溝２１０の側壁面２１１に密着することによりシール機能が発揮される。そのため、シールリング５００は、湾曲面で構成される隅部２１３に接触しないようにしなければならない。従って、湾曲面で構成される隅部２１３が大きいと、シールリング５００の内周面と環状溝２１０の溝底２１２との隙間を広くせざるを得ない。

この対策として、図１１に示すように、シールリング５００Ｙの両側面における各内周面側の端部に凹部５１０が設けられた技術を採用することが考えられる。なお、図１１は従来例に係るシールリング５００Ｙを備える密封構造の模式的断面図である。しかしながら、樹脂製のシールリングの場合、環状溝２１０へのシールリングの装着作業性を高めるために、周方向の１箇所に合口部が設けられることが多い。また、この合口部については、機能上等の理由により、複雑な構造になることがある。そのような場合には、強度や製法上等の理由から合口部付近には、上記のような凹部５１０を設けることができない。

なお、シールリングに用いられる材料としては、ＰＴＦＥやＰＥＥＫなど、各種の材料が用いられるが、シール性が要求される部位においては、ＰＴＦＥが好適に用いられる。ＰＴＦＥの場合、比較的柔らかいため、上記のような損傷の問題がより顕著になる。また、自動車用のＡＴやＣＶＴの場合、ＡＴ，ＣＶＴを組み立てた後の検査によって、シールリングに損傷が生じていることを確認可能なため、シールリングを交換する作業に非常に手間がかかってしまう。

国際公開第２００３／１００３０１号特開平１０−１６９７８２号公報特開２００６−２９３４９号公報

本発明の目的は、ハウジングへの軸の挿通作業時に、軸の中心軸線に対するシールリングの中心軸線のずれを少なくさせることで、シールリングがハウジングの先端に突き当たってしまうことを抑制可能なシールリング及び密封構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のシールリングは、
軸の外周面側に設けられた環状溝に装着され、前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する樹脂製のシールリングであって、
前記環状溝における低圧側の側壁面と、前記ハウジングにおける前記軸が挿通される軸孔の内周面とに対してそれぞれ密着することで、前記環状隙間を封止すると共に、周方向の１箇所には合口部が設けられているシールリングにおいて、
径方向の肉厚が薄く、周方向に対して１８０°未満の範囲で設けられる薄肉部と、該薄肉部の内周面よりも径方向内側に突出するように構成されることで、該薄肉部よりも径方向の肉厚が厚い厚肉部とから構成されると共に、
前記合口部は前記薄肉部に設けられ、
前記厚肉部の両側面における各内周面側の端部には、前記環状溝の溝底両端の隅部との間で隙間を形成させるための凹部が全域に亘ってそれぞれ形成されていることを特徴とする。

また、本発明の密封構造は、
外周面側に環状溝が設けられた軸と、
該軸が挿通される軸孔を有するハウジングと、
前記環状溝における低圧側の側壁面と、前記軸孔の内周面とに対してそれぞれ密着することで、前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止すると共に、周方向の１箇所に合口部が設けられた樹脂製のシールリングと、
を備える密封構造において、
前記シールリングは、
径方向の肉厚が薄く、周方向に対して１８０°未満の範囲で設けられる薄肉部と、該薄肉部の内周面よりも径方向内側に突出するように構成されることで、該薄肉部よりも径方向の肉厚が厚い厚肉部とから構成されると共に、
前記合口部は前記薄肉部に設けられ、
前記厚肉部の両側面における各内周面側の端部には、前記環状溝の溝底両端の隅部との間で隙間を形成させるための凹部が全域に亘ってそれぞれ形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングは、薄肉部と厚肉部により構成され、薄肉部は周方向に対して１８０°未満の範囲に設けられている。これにより、ハウジングへの軸の挿通作業時においては、シールリングにおける厚肉部の内周面が、軸に設けられた環状溝の溝底に対して接触した状態となる。また、厚肉部の両側面における各内周面側の端部には、環状溝の溝底両端の隅部との間で隙間を形成させるための凹部が全域に亘ってそれぞれ形成されている。従って、環状溝の側壁面に対するシールリングの密着が妨げられることはないため、シール性が維持されつつ、厚肉部の肉厚を厚くすることで、ハウジングへの軸の挿通作業時に、軸の中心軸線に対するシールリングの中心軸線のずれを少なくさせることが可能となる。また、合口部は薄肉部に設けられるので、凹部を形成するに当たり、合口部の構造が支障になることもない。

ここで、本発明は、前記環状溝の溝底両端の隅部は、該環状溝の溝底と溝側面とを繋ぐ湾曲面により構成されており、
前記薄肉部の内周面の曲率半径をＲＡ，前記厚肉部の内周面の曲率半径をＲＢ，前記凹部が設けられた部分のうち径方向の最も大きな部位における曲率半径をＲＢＸ，湾曲面で構成された前記隅部のうち径方向の最も大きな部位における外径の半分をＲＣ，前記環状溝の溝底における外径の半分をＲＤとすると、
ＲＡ＞ＲＣと、
ＲＢＸ＞ＲＣ＞ＲＢ＞ＲＤ
のいずれも満たされることを特徴とする。

これにより、環状溝の溝底両端の（湾曲面で構成される）隅部と凹部との間に隙間を形成させることができ、かつ、厚肉部の径方向の肉厚を厚くして、軸の中心軸線に対するシールリングの中心軸線のずれを少なくさせることができる。

前記合口部は、外周面側及び両側壁面側のいずれから見ても階段状に切断されることにより、切断部を介して一方の側の外周面側には第１嵌合凸部及び第１嵌合凹部が設けられ、他方の側の外周面側には第１嵌合凸部が嵌る第２嵌合凹部と第１嵌合凹部に嵌る第２嵌合凸部が設けられているとよい。

また、前記凹部はヒートプレス加工により形成されるとよい。

以上説明したように、本発明によれば、ハウジングへの軸の挿通作業時に、軸の中心軸線に対するシールリングの中心軸線のずれを少なくさせることで、シールリングがハウジングの先端に突き当たってしまうことを抑制することができる。

図１は本発明の実施例に係るシールリングの側面図である。図２は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。図３は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図である。図４は本発明の実施例に係るシールリングの外周面側から見た図の一部拡大図である。図５は本発明の実施例に係るシールリングの内周面側から見た図の一部拡大図である。図６は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。図７は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。図８は本発明の実施例においてハウジングに軸を挿通させる作業の説明図である。図９は従来技術においてハウジングに軸を挿通させる作業の説明図である。図１０は従来例に係るシールリングを備える密封構造の模式的断面図である。図１１は従来例に係るシールリングを備える密封構造の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図８を参照して、本発明の実施例に係るシールリング及び密封構造について説明する。なお、本実施例に係るシールリング及び密封構造は、自動車用のＡＴやＣＶＴなどの変速機において、油圧を保持させるために、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する用途に用いられるものである。また、以下の説明において、「高圧側」とは、シールリングの両側に差圧が生じた際に高圧となる側を意味し、「低圧側」とは、シールリングの両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。

＜シールリング＞
特に、図１〜図５を参照して、本実施例に係るシールリング１００について説明する。図１は本発明の実施例に係るシールリングの側面図である。図２は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、図１中の丸で囲った部分を拡大した図である。図３は本発明の実施例に係るシールリングの側面図の一部拡大図であり、図１中の丸で囲った部分の反対側の面を拡大した図である。図４は本発明の実施例に係るシールリングの外周面側から見た図の一部拡大図であり、図１中の丸で囲った部分を外周面側から見た図である。図５は本発明の実施例に係るシールリングの内周面側から見た図の一部拡大図であり、図１中の丸で囲った部分を内周面側から見た図である。

本実施例に係るシールリング１００は、軸２００の外周面側に設けられた環状溝２１０に装着される。そして、シールリング１００は、相対的に回転する軸２００とハウジング３００（ハウジング３００における軸２００が挿通される軸孔３１０の内周面）との間の環状隙間を封止する（図６及び図７参照）。これにより、シールリング１００は、流体圧力（本実施例では油圧）が変化するように構成されたシール対象領域の流体圧力を保持する。ここで、本実施例においては、図６，７中の右側の領域の流体圧力が変化するように構成されており、シールリング１００は図６，７中右側のシール対象領域の流体圧力を保持する役割を担っている。なお、自動車のエンジンが停止した状態においては、シール対象領域の流体圧力は低く、無負荷の状態となっており、エンジンをかけるとシール対象領域の流体圧力は高くなる。

本実施例に係るシールリング１００は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の環状部材により構成されている。このシールリング１００の周方向の１箇所には合口部１１０が設けられている。また、このシールリング１００は、径方向の肉厚が薄い薄肉部１００Ａと、薄肉部１００Ａの内周面よりも径方向内側に突出するように構成されることで、薄肉部１００Ａよりも径方向の肉厚が厚い厚肉部１００Ｂとから構成される。従って、シールリング１００を側面側から見ると、外周面は円形であるのに対して、内周面は径方向に段差が設けられている。なお、図中の１００Ａと１００Ｂは、薄肉部が設けられる範囲と厚肉部が設けられる範囲とをそれぞれ示している。上記の薄肉部１００Ａは、周方向に対して１８０°未満の範囲で設けられている。そして、この薄肉部１００Ａに、上記の合口部１１０が設けられている。また、厚肉部１００Ｂの両側面における各内周面側の端部には、凹部１２０が全域に亘ってそれぞれ形成されている。これら一対の凹部１２０は、環状溝２１０の溝底両端の隅部２１３との間で隙間を形成させるために設けられている（図７参照）。なお、本実施例に係る凹部１２０は断面が矩形となるように構成されている。

このような一対の凹部１２０が設けられることにより、薄肉部１００Ａの断面は矩形であるのに対して（図６参照）、厚肉部１００Ｂの断面はＴ字形状となる（図７参照）。なお、シールリング１００は、金型による成形により得ることができる。合口部１１０については成形により形成してもよいし、切削加工により形成してもよい。また、凹部１２０については、加熱しつつ加圧するヒートプレスにより形成するのが好適である（特開２０１２−１１６４６号公報参照）。これにより、マシニングによる複雑な加工が不要となり、少ない工数で容易に凹部１２０を形成させることができる。また、凹部１２０を形成する部分の寸法精度を高めることができ、かつプレスを行わない部位の寸法精度への影響も抑制することができる。

本実施例に係る合口部１１０の構成について、特に、図２〜図５を参照して説明する。本実施例に係る合口部１１０は、外周面側及び両側壁面側のいずれから見ても階段状に切断された特殊ステップカットを採用している。これにより、シールリング１００においては、切断部を介して一方の側の外周面側には第１嵌合凸部１１１及び第１嵌合凹部１１４が設けられ、他方の側の外周面側には第１嵌合凸部１１１が嵌る第２嵌合凹部１１３と第１嵌合凹部１１４に嵌る第２嵌合凸部１１２が設けられている。なお、切断部を介して一方の側の内周面側の端面１１５と他方の側の内周側の端面１１６は互いに対向している。特殊ステップカットに関しては公知技術であるので、その詳細な説明は省略するが、熱膨張収縮によりシールリング１００の周長が変化しても安定したシール性能を維持する特性を有する。なお、「切断部」については、切削加工により切断される場合だけでなく、成形により得られる場合も含まれる。

＜密封構造＞
特に、図６及び図７を参照して、本実施例に係る密封構造について説明する。図６及び図７は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図であり、図６中のシールリング１００は図２中のＡＡ断面図であり、図７中のシールリング１００は図１中のＢＢ断面図である。図６及び図７においては、エンジンがかかり、シールリング１００を介して、左側の領域に比べて右側の領域の流体圧力の方が高くなった状態を示している。この状態で、シールリング１００は、環状溝２１０における低圧側の側壁面２１１と、ハウジング３００における軸孔３１０の内周面とに対してそれぞれ密着することで、軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止する。

＜シールリングと環状溝との寸法関係＞
外力が作用していない状態におけるシールリング１００と環状溝２１０との寸法関係について詳細に説明する。環状溝２１０の溝底両端の隅部２１３は、環状溝２１０の溝底２１２と溝側面（側壁面２１１）とを繋ぐ湾曲面により構成されている。ここで、シールリング１００における薄肉部１００Ａの内周面の曲率半径をＲＡとし、厚肉部１００Ｂの内周面の曲率半径をＲＢとする。また、シールリング１００における凹部１２０が設けられた部分のうち径方向の最も大きな部位における曲率半径をＲＢＸとし、凹部１２０の軸線方向の幅をＨＢとする。そして、環状溝２１０において、湾曲面で構成された隅部２１３のうち径方向の最も大きな部位における外径の半分をＲＣとし、隅部２１３の幅をＨＣとし、溝底２１２における外径の半分をＲＤとする。

すると、ＲＡ＞ＲＣ、ＲＢＸ＞ＲＣ＞ＲＢ＞ＲＤ及びＨＢ＞ＨＣのいずれも満たされるように設計されている。ＲＡ＞ＲＣを満たすことにより、薄肉部１００Ａの側面が環状溝２１０における隅部２１３に接触することはない。ＲＢＸ＞ＲＣ及びＨＢ＞ＨＣを満たすことにより、厚肉部１００Ｂの側面が環状溝２１０における隅部２１３に接触することもない。従って、シールリング１００の側面は、全域に亘って隅部２１３に接触することはない。つまり、シールリング１００の側面は、全域に亘って環状溝２１０の側壁面２１１に接触することになる。また、ＲＣ＞ＲＢ＞ＲＤを満たすことにより、シールリング１００が隅部２１３に接触してしまうことなく、厚肉部１００Ｂの肉厚を厚くすることができる。

＜ハウジングへの軸の挿通作業＞
特に、図８を参照して、本実施例に係るハウジングへの軸の挿通作業について説明する。図８は本実施例においてハウジングに軸を挿通させる作業の説明図である。ハウジング３００に設けられた軸孔３１０に、予め環状溝２１０にシールリング１００が装着された軸２００が、図中矢印Ｘ方向に挿通される。本実施例においては、厚肉部１００Ｂにおける内周面が環状溝２１０の溝底２１２に接触した状態となる。そのため、挿通作業時において、軸２００の中心軸線Ｃとシールリング１００の中心軸線ＣＳとをほぼ一致させることができる。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例によれば、シールリング１００は、薄肉部１００Ａと厚肉部１００Ｂにより構成され、薄肉部１００Ａは周方向に対して１８０°未満の範囲に設けられている。これにより、ハウジング３００への軸２００の挿通作業時においては、シールリング１００における厚肉部１００Ｂの内周面が、軸２００に設けられた環状溝２１０の溝底２１２に対して接触した状態となる。また、厚肉部１００Ｂの両側面における各内周面側の端部には、環状溝２１０の溝底両端の隅部２１３との間で隙間を形成させるための凹部１２０が全域に亘ってそれぞれ形成されている。従って、環状溝２１０の側壁面２１１に対するシールリング１００の密着が妨げられることはないため、シール性が維持されつつ、厚肉部１００Ｂの肉厚を厚くすることで、ハウジング３００への軸２００の挿通作業時に、軸２００の中心軸線Ｃに対するシールリング１００の中心軸線ＣＳのずれを少なくさせることが可能となる。これにより、挿通作業時において、シールリング１００が軸２００の外周表面よりも下方に飛び出してしまうことを抑制することができる。従って、シールリング１００がハウジング３００の先端に突き当たってしまうことを抑制することができ、シールリング１００が損傷してしまうことを抑制することができる。

ここで、ＲＢ＝ＲＤとすれば、理論上、軸２００の中心軸線Ｃとシールリング１００の中心軸線ＣＳは完全に一致することになる。しかしながら、シールリング１００の外周面を軸孔３１０の内周面に密着させるために、シールリング１００の内周面に流体圧力を作用させる必要がある。そのため、ＲＢ＞ＲＤとする必要がある。ただし、中心軸線Ｃと中心軸線ＣＳをできる限り一致させるために、できる限りＲＢとＲＤとの差を少なくするのが望ましい。

また、本実施例においては、合口部１１０は薄肉部１００Ａに設けられるので、凹部１２０を形成するに当たり、合口部１１０の構造が支障になることもない。従って、本実施例のように、合口部１１０として、比較的構造が複雑な特殊ステップを採用しても、凹部１２０の形成には支障が来されない。

＜その他＞
本実施例においては、シールリング１００がＰＴＦＥ製の場合を示したが、本発明におけるシールリングの材料としては、ＰＴＦＥに限らず、他の樹脂材料を用いることができる。本発明においては、シールリングがハウジングに突き当たって損傷してしまうことを抑制できるため、柔らかい樹脂材料が採用された場合に特に効果的である。

また、本実施例においては、合口部が特殊ステップカットの場合を示したが、本発明における合口部は、特殊ステップカットに限らず、他の構造の合口部も採用し得る。本発明においては、合口部に凹部を形成する必要がないため、特に、凹部を形成するのが難しい複雑な構造の合口部が採用された場合に効果的である。

また、本実施例においては、凹部１２０は、断面が矩形となるように構成される場合を示した。ただし、本発明における凹部は、環状溝２１０の溝底両端の隅部２１３との間で隙間を形成させることが可能であれば、その形状が限定されることはない。例えば、シールリングにおける厚肉部の軸線方向の幅が外周面側から内周面側に向かって狭くなるように、厚肉部の両側面における各内周面側にテーパ面を形成することで凹部を形成してもよい。つまり、凹部の断面が三角形となるように構成してもよい。

１００シールリング
１００Ａ薄肉部
１００Ｂ厚肉部
１１０合口部
１１１第１嵌合凸部
１１２第２嵌合凸部
１１３第２嵌合凹部
１１４第１嵌合凹部
１１５端面
１１６端面
１２０凹部
２００軸
２１０環状溝
２１１側壁面
２１２溝底
２１３隅部
３００ハウジング
３１０軸孔

Claims

外周面側に環状溝が設けられた軸と、
該軸が挿通される軸孔を有するハウジングと、
前記環状溝における低圧側の側壁面と、前記軸孔の内周面とに対してそれぞれ密着することで、前記軸とハウジングとの間の環状隙間を封止すると共に、周方向の１箇所に合口部が設けられた樹脂製のシールリングと、
を備える密封構造において、
前記シールリングは、
径方向の肉厚が薄く、周方向に対して１８０°未満の範囲で設けられる薄肉部と、該薄肉部の内周面よりも径方向内側に突出するように構成されることで、該薄肉部よりも径方向の肉厚が厚い厚肉部とから構成されると共に、
前記合口部は前記薄肉部に設けられ、
前記厚肉部の両側面における各内周面側の端部には、前記環状溝の溝底両端の隅部との間で隙間を形成させるための凹部が全域に亘ってそれぞれ形成され、
前記環状溝の溝底両端の隅部は、該環状溝の溝底と溝側面とを繋ぐ湾曲面により構成される密封構造であって、
前記薄肉部の内周面の曲率半径をＲＡ，前記厚肉部の内周面の曲率半径をＲＢ，前記凹部が設けられた部分のうち径方向の最も大きな部位における曲率半径をＲＢＸ，湾曲面で構成された前記隅部のうち径方向の最も大きな部位における外径の半分をＲＣ，前記環状溝の溝底における外径の半分をＲＤとすると、
ＲＡ＞ＲＣと、
ＲＢＸ＞ＲＣ＞ＲＢ＞ＲＤ
のいずれも満たされることを特徴とする密封構造。
前記合口部は、外周面側及び両側壁面側のいずれから見ても階段状に切断されることにより、切断部を介して一方の側の外周面側には第１嵌合凸部及び第１嵌合凹部が設けられ、他方の側の外周面側には第１嵌合凸部が嵌る第２嵌合凹部と第１嵌合凹部に嵌る第２嵌合凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
前記凹部はヒートプレス加工により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の密封構造。