JP6677009B2

JP6677009B2 - 密封構造

Info

Publication number: JP6677009B2
Application number: JP2016031106A
Authority: JP
Inventors: 真利関
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-02-22
Also published as: JP2017150504A; EP3208500A1; EP3208500B1

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。

自動車用のＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＴ）やＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＣＶＴ）においては、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密封装置（シールリング）が設けられている。図６及び図７を参照して、従来例に係るシールリングについて説明する。図６は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持していない状態を示す模式的断面図である。図７は従来例に係るシールリングにおける油圧を保持している状態を示す模式的断面図である。従来例に係るシールリング５００の場合、軸３００の外周に設けられた環状溝３１０に装着され、軸３００が挿通されるハウジング４００の軸孔の内周面と環状溝３１０の側壁面のそれぞれに摺動自在に接触することで、軸３００とハウジング４００の軸孔との間の環状隙間を封止するように構成される。

上記のような用途で用いられるシールリング５００においては、摺動トルクを十分に低くすることが要求される。そのため、シールリング５００の外周面の周長はハウジング４００の軸孔の内周面の周長よりも短く構成されており、締め代を持たないように構成されている。したがって、自動車のエンジンがかかり油圧が高くなっている状態においては、シールリング５００が油圧により拡径し、軸孔の内周面と環状溝３１０の側壁面に密着して十分に油圧を保持する機能を発揮する（図７参照）。これに対して、エンジンの停止により油圧がかからない状態においてはシールリング５００が軸孔の内周面や環状溝３１０の側壁面から離れた状態となるように構成されている（図６参照）。

ここで、シールリング５００には、環状溝３１０への装着性を高めるために、周方向の１箇所に合口部が設けられることが多い。合口部の構造として、熱膨張収縮によっても安定した密封性を発揮する特殊ステップカットが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、特殊ステップカットでも、密封対象流体の漏れを確実に防止できる訳ではなく、更なる密封性の向上が求められている。

また、上記のように構成されたシールリング５００の場合、油圧がかからない状態では封止機能を発揮しない。そのため、ＡＴやＣＶＴのように油圧ポンプによって圧送される油により変速制御が行われる構成においては、油圧ポンプが停止した無負荷状態（例えば、アイドリングストップ時）では、シールリング５００がシールしていた油がシールされずにオイルパンに戻って、シールリング５００の近傍の油がなくなってしまう。従って、この状態からエンジンを始動（再始動）させると、シールリング５００の近傍には油がなく潤滑のない状態で作動が開始され、応答性や作動性が低下するおそれがあるため、改善の余地がある。

特開２００２−３７２１５４号公報

本発明の目的は、密封性を向上させ、かつ、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることのできる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、本発明の密封構造は、
相対的に回転する軸及びハウジングと、
前記軸の外周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して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する密封装置と、
を備える密封構造であって、
前記密封装置は、
前記環状溝における高圧側の側壁面と溝底面に密着し、かつ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に対して摺動する無端状かつ樹脂製の第１シールリングと、
前記環状溝における低圧側の側壁面及び溝底面と、第１シールリングとに対してそれぞれ密着するゴム状弾性体製の第２シールリングと、
を備え、
第１シールリングは、径方向の幅方向の中央から径方向内側かつ高圧側に向かって伸びる第１環状部と、径方向の幅方向の中央から径方向外側かつ高圧側に向かって伸びる第２環状部とを備えており、
第１環状部の径方向内側かつ低圧側の第１端部が前記環状溝の溝底面に密着し、第１環状部の径方向内側かつ高圧側の第２端部が前記環状溝の高圧側の側壁面に密着し、第２環状部の径方向外側かつ低圧側の第３端部が前記軸孔の内周面に対して摺動すると共に、
第２シールリングは、第１環状部を高圧側かつ径方向外側に向かって押圧するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂製の第１シールリングは無端状であるため、合口部を有する樹脂製のシールリングの場合のように、合口部から密封対象流体が漏れてしまうといった問題はない。そして、第２シールリングは、第１環状部を高圧側かつ径方向外側に向かって押圧するように配置されているため、第１シールリング全体が高圧側かつ径方向外側に向かって押圧される。これにより、流体圧力が作用してない（差圧が生じていない）、または流体圧力が殆ど作用していない（差圧が殆ど生じていない）状態においても、第１シールリングを、環状溝における高圧側の側壁面とハウジングの軸孔の内周面のそれぞれに対して接した状態とすることが可能となる。従って、密封機能が発揮されるため、密封対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、密封性を向上させ、かつ、流体圧力が低い状態においても封止機能を発揮させることができる。

図１は本発明の実施例に係る第１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第１シールリングの模式的断面図である。図３は本発明の実施例に係る第２シールリングの側面図である。図４は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。図５は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。図６は従来例に係る密封装置（シールリング）の使用時の状態を示す模式的断面図である。図７は従来例に係る密封装置（シールリング）の使用時の状態を示す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。なお、本実施例に係る密封構造は、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、密封装置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、密封装置の両側に差圧が生じた際に低圧となる側を意味する。

（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図１は本発明の実施例に係る第１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第１シールリングの模式的断面図である。なお、図２は図１中のＡＡ断面図である。図３は本発明の実施例に係る第２シールリングの側面図である。図４及び図５は本発明の実施例に係る密封構造の使用時の状態を示す模式的断面図である。なお、図４及び図５において、第１シールリングについては図１中のＡＡ断面図に相当し、第２シールリングについては図３中のＢＢ断面図に相当する。

＜密封構造の構成＞
本発明の実施例に係る密封構造の構成について説明する。本実施例に係る密封構造は、相対的に回転する軸３００及びハウジング４００と、軸３００とハウジング４００（ハウジング４００における軸３００が挿通される軸孔の内周面）との間の環状隙間を封止する密封装置１０とから構成される。本実施例に係る密封装置１０は、軸３００の外周に設けられた環状溝３１０に装着され、相対的に回転する軸３００とハウジング４００との間の環状隙間を封止する。これにより、密封装置１０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密封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４及び図５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、密封装置１０は図中右側の密封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、密封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密封対象領域の流体圧力は高くなる。

そして、本実施例に係る密封装置１０は、無端状かつ樹脂製の第１シールリング１００と、ゴム状弾性体製の第２シールリング２００とから構成される。第１シールリング１００の材料の一例として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を挙げることができる。また、第２シールリング２００の材料の一例として、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、フロロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ウレタンゴム（ＡＵ）を挙げることができる。

第１シールリング１００は、径方向の幅方向の中央から径方向内側かつ高圧側（Ｈ）に向かって伸びる第１環状部１１０と、径方向の幅方向の中央から径方向外側かつ高圧側（Ｈ）に向かって伸びる第２環状部１２０とから構成されている。また、外力が作用していない状態において、第１シールリング１００の外径のうち、最も大きな部位（第２環状部１２０において径方向外側かつ低圧側の端部１２１）の外径は、ハウジング４００におけ
る軸孔の内径よりも大きくなるように設計されている。なお、第１環状部１１０の高圧側（Ｈ）の面、及び低圧側（Ｌ）の面は、いずれもテーパ面で構成されている。また、第２環状部１２０の高圧側（Ｈ）の面、及び低圧側（Ｌ）の面についても、いずれもテーパ面で構成されている。

そして、第１シールリング１００においては、第１環状部１１０の径方向内側かつ低圧側（Ｌ）の第１端部１１１が環状溝３１０の溝底面に密着し、第１環状部１１０の径方向内側かつ高圧側（Ｈ）の第２端部１１２が環状溝３１０の高圧側（Ｈ）の側壁面に密着する。また、第１シールリング１００における第２環状部１２０の径方向外側かつ低圧側（Ｌ）の第３端部１２１がハウジング４００の軸孔の内周面に対して摺動する。

また、本実施例に係る第２シールリング２００は、断面形状が円形のＯリングである。そして、第２シールリング２００は、環状溝３１０における低圧側（Ｌ）の側壁面及び溝底面と、第１シールリング１００の第１環状部１１０における低圧側（Ｌ）のテーパ面に対してそれぞれ密着する。これにより、第１シールリング１００における第１環状部１１０は、第２シールリング２００によって、高圧側（Ｈ）かつ径方向外側に向かって押圧される。なお、第２シールリング２００については、Ｏリングに限らず、他のゴム製のシールリングも適用可能である。例えば、断面形状がＤ形状のＤリング、断面形状が楕円形のオーバルリング、断面形状がＸ形状のＸリングなども適用可能である。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
特に、図４及び図５を参照して、本実施例に係る密封装置１０の使用時のメカニズムについて説明する。図４はエンジンが停止され、密封装置１０を介して、左側の領域の流体圧力と右側の領域の流体圧力との差圧がない状態を示している。図５はエンジンがかかり、密封装置１０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。

上記の通り、第１シールリング１００における第１環状部１１０は、第２シールリング２００によって、高圧側（Ｈ）かつ径方向外側に向かって押圧される。これにより、第１シールリング１００の全体が、第２シールリング２００によって、高圧側（Ｈ）かつ径方向外側に向かって押圧される。従って、第１シールリング１００は、環状溝３１０における高圧側（Ｈ）の側壁面とハウジング４００の軸孔の内周面のそれぞれに対して接した状態が維持される。

以上のように構成された密封装置１０により、エンジンが停止して、密封装置１０を介して両側の差圧がない状態（無負荷状態）においても、軸３００とハウジング４００との間の環状隙間が封止された状態が維持される（図４参照）。そして、エンジンがかかり、密封装置１０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においても、第１シールリング１００と第２シールリング２００の配置は殆ど変化しない。従って、軸３００とハウジング４００との間の環状隙間が封止された状態が維持される。また、軸３００とハウジング４００が相対的に回転している際には、第１シールリング１００は環状溝３１０の高圧側（Ｈ）の側面及び溝底面に対して密着した状態が維持され、第１シールリング１００とハウジング４００の軸孔内周面との間で摺動する。

＜本実施例に係る密封装置及び密封構造の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１０によれば、樹脂製の第１シールリング１００は無端状であるため、合口部を有する樹脂製のシールリングの場合のように、合口部から密封対象流体が漏れてしまうといった問題はない。そして、第２シールリングは、第１環状部１１０を高圧側（Ｈ）かつ径方向外側に向かって押圧するように配置されているため、第１シールリング１００全体が高圧側（Ｈ）かつ径方向外側に向かって押圧される。これにより、流
体圧力が作用してない（差圧が生じていない）、または流体圧力が殆ど作用していない（差圧が殆ど生じていない）状態においても、第１シールリング１００を、環状溝３１０における高圧側（Ｌ）の側壁面とハウジング４００の軸孔の内周面のそれぞれに対して接した状態とすることが可能となる。従って、密封機能が発揮されるため、密封対象領域の流体圧力が高まりだした直後から流体圧力を保持させることができる。

つまり、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいては、エンジン停止状態からアクセルが踏み込まれることでエンジンが始動することによって、密封対象領域側の油圧が高まりだした直後から油圧を保持させることができる。ここで、一般的には、樹脂製のシールリングの場合、流体の漏れを抑制する機能はあまり発揮されない。しかしながら、本実施例に係る密封装置１０においては、無負荷状態においても、軸３００とハウジング４００との間の環状隙間が封止された状態が維持されるため、流体の漏れを十分抑制する機能が発揮される。そのため、エンジンが停止することでポンプなどによる作用が停止した後も、しばらくの間差圧が生じた状態を維持させることが可能となる。従って、アイドリングストップ機能を有するエンジンにおいて、エンジンの停止状態がそれほど長くない場合には、差圧が生じた状態を維持できるので、エンジンを再始動させた際に、その直後から好適に流体圧力を保持させることができる。

１０密封装置
１００第１シールリング
１１０第１環状部
１１１第１端部
１１２第２端部
１２０第２環状部
１２１第３端部
２００第２シールリング
３００軸
３１０環状溝
４００ハウジング

Claims

相対的に回転する軸及びハウジングと、
前記軸の外周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して、流体圧力が変化するように構成された密封対象領域の流体圧力を保持する密封装置と、
を備える密封構造であって、
前記密封装置は、
前記環状溝における高圧側の側壁面と溝底面に密着し、かつ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に対して摺動する無端状かつ樹脂製の第１シールリングと、
前記環状溝における低圧側の側壁面及び溝底面と、第１シールリングとに対してそれぞれ密着するゴム状弾性体製の第２シールリングと、
を備え、
第１シールリングは、径方向の幅方向の中央から径方向内側かつ高圧側に向かって伸びる第１環状部と、径方向の幅方向の中央から径方向外側かつ高圧側に向かって伸びる第２環状部とを備えており、
第１環状部の径方向内側かつ低圧側の第１端部が前記環状溝の溝底面に密着し、第１環状部の径方向内側かつ高圧側の第２端部が前記環状溝の高圧側の側壁面に密着し、第２環状部の径方向外側かつ低圧側の第３端部が前記軸孔の内周面に対して摺動すると共に、
第２シールリングは、第１環状部を高圧側かつ径方向外側に向かって押圧するように配置されていることを特徴とする密封構造。