WO2014045838A1 - 密封装置 - Google Patents

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WO2014045838A1
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outer peripheral
ring
inner peripheral
fitting
peripheral surface
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関一成
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Nok株式会社
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    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
    • F16J15/24—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings with radially or tangentially compressed packing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3208—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip provided with tension elements, e.g. elastic rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3268—Mounting of sealing rings
    • F16J15/3272—Mounting of sealing rings the rings having a break or opening, e.g. to enable mounting on a shaft otherwise than from a shaft end

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device that seals an annular gap between a shaft and a shaft hole of a housing.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the hydraulic pressure in the seal ring according to the conventional example is not maintained.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the hydraulic pressure is maintained in the seal ring according to the conventional example.
  • the seal ring 600 is attached to the annular groove 410 provided on the outer periphery of the shaft 400, and the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500 through which the shaft 400 is inserted and the side wall surface of the annular groove 410. It is comprised so that the annular clearance between the axis
  • the peripheral length of the outer peripheral surface of the seal ring 600 is configured to be shorter than the peripheral length of the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500, and is configured not to have a tightening allowance. Therefore, in a state where the engine of the automobile is applied and the hydraulic pressure is high, the seal ring 600 is expanded by the hydraulic pressure, and the hydraulic pressure is sufficiently maintained by being in close contact with the inner peripheral surface of the shaft hole and the side wall surface of the annular groove 410. The function is exhibited (see FIG. 11). On the other hand, the seal ring 600 is configured to be separated from the inner peripheral surface of the shaft hole and the side wall surface of the annular groove 410 in a state where no hydraulic pressure is applied by stopping the engine (see FIG. 10).
  • the sealing function is not exhibited in a state where no hydraulic pressure is applied.
  • the seal ring 600 is sealed in the no-load state where the hydraulic pump is stopped (for example, when idling is stopped).
  • the oil returns to the oil pan without being sealed, and the oil in the vicinity of the seal ring 600 disappears. Therefore, when the engine is started (restarted) from this state, the operation is started in a state where there is no oil in the vicinity of the seal ring 600 and there is no lubrication.
  • An object of the present invention is to provide a sealing device capable of exerting a sealing function even when the fluid pressure is low while keeping the sliding torque low.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the sealing device of the present invention is Fluid pressure in a region to be sealed is mounted in an annular groove provided on the outer periphery of the shaft and configured to seal the annular clearance between the relatively rotating shaft and the housing so that the fluid pressure changes.
  • a sealing device that holds A resin-made outer ring that is in close contact with the low-pressure side wall surface of the annular groove and slides with respect to the inner circumferential surface of the shaft hole through which the shaft of the housing is inserted;
  • An inner peripheral ring made of a rubber-like elastic body that is in close contact with the inner peripheral surface of the outer peripheral ring and the groove bottom surface of the annular groove and presses the outer peripheral ring toward the outer peripheral surface side;
  • a recess provided in the center in the width direction and extending in the circumferential direction;
  • a first convex portion provided on the low pressure side through the concave portion and sliding with respect to the inner peripheral surface of the shaft hole;
  • a plurality of second protrusions that are provided on
  • the “high pressure side” means a side that becomes high pressure when differential pressure is generated on both sides of the sealing device
  • the “low pressure side” means that differential pressure is generated on both sides of the sealing device. It means the side that is at low pressure.
  • the outer ring is pressed toward the outer peripheral surface by the inner ring. For this reason, even when fluid pressure is not applied (no differential pressure is generated) or fluid pressure is hardly applied (differential pressure is hardly generated), the outer ring is arranged on the inner periphery of the shaft hole of the housing. It will be in the state which contact
  • the recessed part is formed in the outer peripheral surface side of an outer peripheral ring and the 2nd convex part is provided in the circumferential direction at intervals, the fluid is introduce
  • a joint portion is provided at one place in the circumferential direction of the outer ring, The joint portion is cut in a step shape when viewed from either the outer peripheral surface side or both side wall surfaces, so that the first fitting convex portion and the first fitting are provided on the outer peripheral side of one side through the cutting portion.
  • a mating recess is provided, and on the outer peripheral side of the other side, a second fitting recess that fits the first fitting projection and a second fitting projection that fits in the first fitting recess are provided,
  • the length from the inner peripheral end surface of the cutting portion to the tip of the first fitting convex portion is longer than the length from the inner peripheral end surface of the cutting portion to the rear end of the first fitting concave portion.
  • the length from the inner peripheral side end surface to the tip of the second fitting convex portion may be longer than the length from the inner peripheral side end surface to the rear end of the second fitting concave portion in the cut portion.
  • the peripheral length of the outer ring is increased due to thermal expansion, the tip of the first fitting convex portion hits the rear end of the second fitting concave portion, and the tip of the second fitting convex portion is the first fitting concave portion. Even when the rear end is abutted against the rear end, a state in which a gap is formed between the inner peripheral end faces of the cut portion is maintained. Therefore, it is possible to prevent the inner ring from being damaged due to the sandwiching between the end faces on the inner periphery side in the cut portion.
  • the sealing function can be exhibited even when the fluid pressure is low while the sliding torque is kept low.
  • FIG. 1 is a partially broken cross-sectional view of a sealing device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the outer peripheral ring according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially broken perspective view of the outer peripheral ring according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an unloaded state in the sealing device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an unloaded state in the sealing device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a high-pressure state in the sealing device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a high pressure state in the sealing device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a part of the outer ring according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a part of a side view of the outer peripheral ring according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the hydraulic pressure in the seal ring according to the conventional example is not maintained.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the hydraulic pressure is maintained in the seal ring according to the conventional example.
  • the sealing device according to the present embodiment is used for sealing an annular gap between a relatively rotating shaft and a housing in order to maintain hydraulic pressure in a transmission such as an AT or CVT for an automobile. It is used.
  • high pressure side means a side that becomes high pressure when differential pressure occurs on both sides of the sealing device
  • low pressure side means that differential pressure occurs on both sides of the sealing device. This means the side that is at low pressure.
  • Example 1 A sealing device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the sealing device 100 according to the present embodiment is mounted in an annular groove 410 provided on the outer periphery of the shaft 400, and rotates relative to the shaft 400 and the housing 500 (the inner periphery of the shaft hole through which the shaft 400 in the housing 500 is inserted.
  • the annular gap between the first and second surfaces is sealed.
  • the sealing device 100 maintains the fluid pressure in the region to be sealed configured so that the fluid pressure (hydraulic pressure in this embodiment) changes.
  • the fluid pressure in the region on the right side in FIGS. 4 to 7 is configured to change.
  • the sealing device 100 plays a role of maintaining the fluid pressure in the seal target region on the right side in the drawing.
  • the fluid pressure in the seal target area is low and no load is applied.
  • the fluid pressure in the seal target area increases.
  • the sealing device 100 includes a peripheral ring 200 made of resin such as polyether ether ketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylic rubber (ACM), fluorine
  • PEEK polyether ether ketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ACM acrylic rubber
  • the inner ring 300 is made of a rubber-like elastic body such as rubber (FKM) or hydrogenated nitrile rubber (HNBR).
  • the inner ring 300 is a so-called O-ring having a circular cross-sectional shape.
  • the inner ring 300 is not limited to the O-ring, and other seal rings such as a square ring may be employed.
  • the outer circumference of the outer ring 200 is configured to be longer than the inner circumference of the shaft hole in the housing 500.
  • the outer peripheral ring 200 alone has a peripheral length shorter than that of the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500 and is configured so as not to have a tightening margin. Therefore, if the inner peripheral ring 300 is not attached and no external force is applied, the outer peripheral surface of the outer peripheral ring 200 does not contact the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500.
  • the outer ring 200 is provided with an abutment portion 210 at one place in the circumferential direction. Further, on the outer peripheral surface side of the outer peripheral ring 200, a recess 220 is formed at the center in the width direction and extending in the circumferential direction. Further, on the outer peripheral surface side of the outer peripheral ring 200, a first convex portion 230 provided on the low pressure side (L) via the concave portion 220 and a second convex portion 240 provided on the high pressure side (H) via the concave portion 220. And are formed.
  • the outer periphery ring 200 which concerns on a present Example is the structure by which said joint part 210, the recessed part 220, the 1st convex part 230, and the 2nd convex part 240 were formed with respect to the cyclic
  • each part can be obtained by cutting.
  • the concave portion 220, the first convex portion 230, and the second convex portion 240 may be obtained by cutting after molding a material having the joint portion 210 in advance.
  • a manufacturing method is not specifically limited.
  • the joint portion 210 employs a so-called special step cut that is cut in a step shape when viewed from either the outer peripheral surface side or both side wall surfaces.
  • the 1st fitting convex part 211a and the 1st fitting recessed part 212a are provided in the outer peripheral side of one side via a cutting part, and the 1st fitting convex part 212a is provided in the outer peripheral side of the other side.
  • a second fitting concave portion 212b into which the fitting convex portion 211a is fitted and a second fitting convex portion 211b to be fitted into the first fitting concave portion 212a are provided.
  • the special step cut is a known technique, a detailed description thereof is omitted, but has a characteristic of maintaining a stable sealing performance even if the peripheral length of the outer ring 200 is changed due to thermal expansion and contraction.
  • the case of the special step cut was shown here as an example of the abutment part 210, not only this but the straight cut, the bias cut, etc. can be employ
  • a low-elasticity material PTFE etc.
  • the concave portion 220 and the first convex portion 230 are formed over the entire circumference except for the vicinity of the joint portion 210.
  • the bottom surface of the recess 220 is configured by a surface concentric with the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 200.
  • part in which the recessed part 220 vicinity of the abutment part 210 is not provided, and the outer peripheral surface of the 1st convex part 230 are the same surface. As a result, an annular continuous sealing surface on the outer peripheral surface side of the outer peripheral ring 200 is formed.
  • annular continuous sealing surface is formed only by the 1st convex part 230 by making the 1st convex part 230 into a cyclic
  • the depth of the recess 220 may be set to about 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
  • the width of the first convex portion 230 the torque can be reduced as the width becomes narrower. However, if the width is made too narrow, the sealing performance and the durability are deteriorated. Therefore, it is desirable to reduce the width as much as possible to the extent that the sealing performance and durability can be maintained according to the use environment and the like. For example, when the total length of the lateral width of the outer peripheral ring 200 is 1.9 mm, the width of the first protrusion 230 may be set to about 0.3 mm or more and 0.7 mm or less.
  • a plurality of second protrusions 240 are provided on the high-pressure side (H) via the recesses 220 with an interval in the circumferential direction.
  • FIGS. 4 and 5 show a state in which the engine is stopped and there is no differential pressure in the left and right regions (or almost no differential pressure) via the sealing device 100 and there is no load.
  • 4 corresponds to the AA cross section in FIG. 2
  • the outer ring 200 in FIG. 5 corresponds to the BB cross section in FIG. 6 and 7 show a state where the engine is started and the fluid pressure in the right region is higher than that in the left region through the sealing device 100.
  • 6 corresponds to the AA cross section in FIG. 2
  • the outer peripheral ring 200 in FIG. 7 corresponds to the BB cross section in FIG.
  • the inner ring 300 made of a rubber-like elastic body is in close contact with the inner circumference surface of the outer ring 200 and the groove bottom surface of the annular groove 410, and its elastic repulsion force
  • the function of pressing the outer peripheral ring 200 toward the outer peripheral surface side is exhibited.
  • the outer peripheral ring 200 and the inner peripheral ring 300 are both the left side wall surface in the figure in the annular groove 410. It can become a state away from.
  • the outer peripheral ring 200 is pressed toward the outer peripheral surface side by the inner peripheral ring 300. Therefore, the outer peripheral surface of the outer peripheral ring 200 (the outer peripheral surface of the first convex portion 230 and the second convex portion 240 and the outer peripheral surface of the portion where the concave portion 220 near the joint portion 210 is not formed) is the shaft hole of the housing 500. Maintains contact with the inner surface.
  • the outer peripheral ring 200 In the state where the engine is started and the differential pressure is generated, the outer peripheral ring 200 is caused to flow into the low pressure side (L) in the annular groove 410 by the fluid pressure from the high pressure side (H) as shown in FIGS. It will be in the state closely_contact
  • the outer peripheral ring 200 is pressed toward the outer peripheral surface side by the inner peripheral ring 300. Therefore, even when fluid pressure is not applied (no differential pressure is generated) or fluid pressure is hardly applied (almost no differential pressure is generated), the outer peripheral ring 200 remains in the shaft hole of the housing 500. It will be in the state which contact
  • the recessed part 220 is formed in the outer peripheral surface side of the outer periphery ring 200, and the 2nd convex part 240 is provided at intervals in the circumferential direction, in the recessed part 220, the high voltage
  • the bottom surface of the recess 220 is formed by a surface concentric with the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 200.
  • the direction in which the fluid pressure acts from the inner peripheral surface side and the direction in which the fluid pressure acts from the outer peripheral surface side are exactly opposite. Furthermore, it goes without saying that the outer diameter is larger than the inner diameter in the region receiving pressure from both the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side. Therefore, the area on which the fluid pressure acts is wider on the outer peripheral surface side.
  • the arrows in FIGS. 6 and 7 indicate how the fluid pressure acts on the outer ring 200. From the above, in the sealing device 100 according to the present embodiment, an increase in pressure on the outer peripheral surface side by the outer peripheral ring 200 accompanying an increase in fluid pressure can be suppressed, and a sliding torque can be suppressed low.
  • the inner ring 300 is in close contact with the inner peripheral surface of the outer ring 200 and the groove bottom surface of the annular groove 410, and exhibits a sealing function at these close contact portions. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the action of the fluid pressure on the inner peripheral surface of the outer peripheral ring 200 can be suppressed in the low pressure side (L) region from the inner peripheral ring 300. Thereby, it is possible to make the outer peripheral surface side wider than the inner peripheral surface side in the region where the fluid pressure acts on the outer peripheral ring 200. Therefore, even if the fluid pressure on the high-pressure side (H) increases, an increase in pressure on the outer peripheral surface side by the outer peripheral ring 200 can be effectively suppressed.
  • L low pressure side
  • the recess 220 is formed over the entire circumference except for the vicinity of the joint portion 210.
  • the recess 220 is provided over a wide range of the outer peripheral surface of the outer peripheral ring 200, so that the sliding area between the outer peripheral ring 200 and the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500 is made possible. And the sliding torque can be greatly reduced.
  • the sliding area between the outer peripheral ring 200 and the inner peripheral surface of the shaft hole of the housing 500 is sufficiently narrower than the contact area between the outer peripheral ring 200 and the side wall surface on the low pressure side (L) of the annular groove 410.
  • the outer peripheral ring 200 can suppress that the outer periphery ring 200 slides with respect to the side wall surface of the low pressure side (L) in the annular groove 410.
  • FIG. Accordingly, the outer peripheral ring 200 according to the present embodiment slides on the outer peripheral surface side, and therefore, compared with a seal ring that slides between the side walls of the annular groove, a lubricating film (here, an oil film) by a fluid to be sealed. Can be easily formed, and the sliding torque can be further reduced.
  • a lubricating film here, an oil film
  • the sealing device 100 according to the present embodiment can be suitably used even under high-speed and high-pressure environmental conditions.
  • the first convex portion 230 and the second convex portion 240 provided on both sides of the concave portion 220 slide with respect to the inner peripheral surface of the shaft hole.
  • 200 postures can be stabilized. That is, if a configuration in which the second convex portion 240 is not provided is adopted, the outer peripheral ring 200 is likely to be inclined in the counterclockwise direction in FIGS.
  • the first convex portion 230 and the second convex portion 240 slide relative to the inner peripheral surface of the shaft hole on both sides in the axial direction. It can suppress that 200 tilts (refer FIG.4 and FIG.6).
  • Example 2 shows a second embodiment of the present invention.
  • the structure shown in the said Example 1 shows the modification about an abutment part. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the joint portion 250 in the outer ring 200 adopts a so-called special step cut that is cut in a step shape when viewed from either the outer peripheral surface side or both side wall surfaces. is doing.
  • the 1st fitting convex part 251a and the 1st fitting recessed part 252a are provided in the outer peripheral side of one side via a cutting
  • a second fitting concave portion 252b into which the fitting convex portion 251a is fitted and a second fitting convex portion 251b to be fitted into the first fitting concave portion 252a are provided.
  • FIG. 8 in the abutment part 250, the edge part of one side is shown with the perspective view through the cutting part. Further, FIG. 9 shows a view of the vicinity of the joint portion 250 viewed from the side.
  • the length from the inner peripheral end surface (the end surface of one end portion) to the tip of the first fitting convex portion (corresponding to L1 in the figure) at the cutting portion, and the end surface To the rear end of the first fitting recess (corresponding to L2 in the figure), and the length from the inner peripheral side end face (end face of the other end) to the tip of the second fitting convex part in the cutting part The length (corresponding to L1 in the figure) and the length from the end face to the rear end of the second fitting recess (corresponding to L2 in the figure) are both set to be equal.
  • the gap between the end faces on both sides becomes larger or smaller at the joint portion through the cut portion. Therefore, in a configuration in which an inner ring made of a rubber-like elastic body is provided inside the outer ring, in a state where a part of the outer ring side of the inner ring enters the gap as described above, the gap becomes smaller. There is a risk that the part will be caught and damaged.
  • the length L1 from the inner peripheral end surface (end surface of one end portion) to the tip of the first fitting convex portion 251a in the cutting portion is: It is longer than the length L2 from the inner peripheral side end face (end face of one end) to the rear end of the first fitting recess 252a in the cut part, and the inner peripheral end face (end face of the other end part) in the cut part )
  • To the tip of the second fitting convex portion 251b is longer than the length L2 from the inner peripheral end surface (the end surface of the other end portion) to the rear end of the second fitting concave portion 252b in the cutting portion. Also set to be longer.
  • the length to the tip of the second fitting convex portion 251b is the same L1.
  • the length to the rear end of the second fitting recess 252b is the same L2.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the peripheral length of the outer peripheral ring 200 is increased due to thermal expansion, the tip of the first fitting convex portion 251a hits the rear end of the second fitting concave portion 252b, Even when the front end of the second fitting convex portion 251b hits the rear end of the first fitting concave portion 252a, the state in which the gap S is formed between the end surfaces on the inner peripheral side in the cut portion is maintained. (See FIG. 9). Therefore, it is possible to prevent the inner ring 300 from being damaged due to the sandwiching between the end surfaces on the inner peripheral side in the cut portion. Note that a gap S that does not cause damage to the inner ring 300 is set according to the usage environment, the rigidity of the inner ring 300, and the difference between L1 and L2 is set according to the gap S. .

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Abstract

　摺動トルクを低く抑えつつ、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装置を提供する。　樹脂製の外周リング２００と、ゴム状弾性体製の内周リング３００と、を備えると共に、外周リング２００の外周面側には、幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部２２０と、凹部２２０を介して低圧側に設けられ、軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部２３０と、凹部２２０を介して高圧側に、周方向に間隔を空けて複数設けられ、軸孔の内周面に対して摺動する第２凸部２４０と、を有することを特徴とする。

Description

密封装置
　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装置に関する。
　自動車用のＡｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＴ）やＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（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シールリングが設けられている。図１０及び図１１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１０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１１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６００の場合、軸４００の外周に設けられた環状溝４１０に装着され、軸４００が挿通されるハウジング５００の軸孔の内周面と環状溝４１０の側壁面のそれぞれに摺動自在に接触することで、軸４００とハウジング５００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６００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６００の外周面の周長はハウジング５００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６００が油圧により拡径し、軸孔の内周面と環状溝４１０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１１参照）。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６００が軸孔の内周面や環状溝４１０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１０参照）。
　しかしながら、上記のように構成されたシールリング６００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６００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６００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６００の近傍には油がなく潤滑のない状態で作動が開始されるので、応答性や作動性が悪いという問題がある。
特許第４６６５０４６号公報 特開２０１１－１４４８４７号公報 特開２０１０－２６５９３７号公報
　本発明の目的は、摺動トルクを低く抑えつつ、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装置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、本発明の密封装置は、
　軸の外周に設けられた環状溝に装着され、相対的に回転する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シール対象領域の流体圧力を保持する密封装置において、
　前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、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樹脂製の外周リングと、
　該外周リングにおける内周面と前記環状溝の溝底面にそれぞれ密着して、前記外周リングを外周面側に向かって押圧するゴム状弾性体製の内周リングと、
　を備えると共に、
　前記外周リングの外周面側には、
　幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部と、
　該凹部を介して低圧側に設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部と、
　前記凹部を介して高圧側に、周方向に間隔を空けて複数設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する第２凸部と、
　を有することを特徴とする。
　なお、本発明において、「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。
　本発明の密封装置によれば、外周リングは内周リングによって外周面側に向かって押圧される。そのため、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、外周リングはハウジングの軸孔の内周面に接した状態となり、封止機能が発揮される。従って、シール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。また、外周リングの外周面側には凹部が形成されており、かつ第２凸部は周方向に間隔を空けて設けられていることから、凹部内には高圧側から流体が導入される。そのため、流体圧力が高まっても、凹部が設けられた領域においては流体圧力が内周面側に向かって作用する。従って、流体圧力の増加に伴う、外周リングによる外周面側への圧力の増加を抑制でき、摺動トルクを低く抑えることができる。更に、凹部の両側に設けられた第１凸部と第２凸部が、軸孔の内周面に対して摺動するため、外周リングの姿勢を安定させることができる。
　前記外周リングの周方向の１箇所には合口部が設けられており、
　該合口部は、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おり、
　切断部における内周側の端面から第１嵌合凸部の先端までの長さは、切断部における内周側の端面から第１嵌合凹部の後端までの長さよりも長く、切断部における内周側の端面から第２嵌合凸部の先端までの長さは、切断部における内周側の端面から第２嵌合凹部の後端までの長さよりも長いとよい。
　これにより、熱膨張により外周リングの周長が長くなって、第１嵌合凸部の先端が第２嵌合凹部の後端に突き当たり、第２嵌合凸部の先端が第１嵌合凹部の後端に突き当たった状態となっても、切断部における内周側の端面同士の間には隙間が形成された状態が維持される。従って、切断部における内周側の端面同士の挟み込みによって、内周リングが破損してしまうことを抑制できる。
　以上説明したように、本発明によれば、摺動トルクを低く抑えつつ、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１に係る密封装置の一部破断断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る外周リングの側面図である。 図３は本発明の実施例１に係る外周リングの一部破断斜視図である。 図４は本発明の実施例１に係る密封装置における無負荷状態を示す模式的断面図である。 図５は本発明の実施例１に係る密封装置における無負荷状態を示す模式的断面図である。 図６は本発明の実施例１に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。 図７は本発明の実施例１に係る密封装置における高圧状態を示す模式的断面図である。 図８は本発明の実施例２に係る外周リングの一部を示す斜視図である。 図９は本発明の実施例２に係る外周リングの側面図の一部である。 図１０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１１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。
　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装置は、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１）
　図１～図７を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。
　＜密封装置の構成＞
　特に、図１、図４～図７を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置の構成について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、軸４００の外周に設けられた環状溝４１０に装着され、相対的に回転する軸４００とハウジング５００（ハウジング５００における軸４００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。これにより、密封装置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４～図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いる。そして、密封装置１００は図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。
　そして、本実施例に係る密封装置１００は、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂製の外周リング２００と、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）などのゴム状弾性体製の内周リング３００とから構成される。内周リング３００は、断面形状が円形のいわゆるＯリングである。ただし、内周リング３００については、Ｏリングに限らず、角リングなどのその他のシールリングを採用することもできる。
　また、外周リング２００と内周リング３００が組み合わされた状態においては、外周リング２００の外周面の周長は、ハウジング５００における軸孔の内周面の周長よりも長くなるように構成されている。なお、外周リング２００単体については、その外周面の周長はハウジング５００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。従って、仮に内周リング３００を装着しない状態で、かつ外力が作用しない状態にすると、外周リング２００の外周面はハウジング５００の軸孔の内周面には接しない。
　＜外周リング＞
　特に、図１～図３を参照して、本発明の実施例１に係る外周リング２００について、より詳細に説明する。外周リング２００には、周方向の１箇所に合口部２１０が設けられている。また、外周リング２００の外周面側には、幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部２２０が形成されている。更に、外周リング２００の外周面側には、凹部２２０を介して低圧側（Ｌ）に設けられる第１凸部２３０と、凹部２２０を介して高圧側（Ｈ）に設けられる第２凸部２４０とが形成されている。
　なお、本実施例に係る外周リング２００は、断面が矩形の環状部材に対して、上記の合口部２１０，凹部２２０，第１凸部２３０及び第２凸部２４０が形成された構成である。ただし、これは形状についての説明に過ぎず、必ずしも、断面が矩形の環状部材を素材として、これらの各部を形成する加工を施すことを意味するものではない。勿論、断面が矩形の環状部材を成形した後に、各部を切削加工により得ることもできる。しかしながら、例えば、予め合口部２１０を有したものを成形した後に、凹部２２０，第１凸部２３０及び第２凸部２４０を切削加工により得てもよい。このように、製法は特に限定されるものではない。
　合口部２１０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、いわゆる特殊ステップカットを採用している。これにより、外周リング２００においては、切断部を介して一方の側の外周側には第１嵌合凸部２１１ａ及び第１嵌合凹部２１２ａが設けられ、他方の側の外周側には第１嵌合凸部２１１ａが嵌る第２嵌合凹部２１２ｂと第１嵌合凹部２１２ａに嵌る第２嵌合凸部２１１ｂが設けられている。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、熱膨張収縮により外周リング２００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、ここでは合口部２１０の一例として、特殊ステップカットの場合を示したが、合口部２１０については、これに限らず、ストレートカットやバイアスカットなども採用し得る。なお、外周リング２００の材料として、低弾性の材料（ＰＴＦＥなど）を採用した場合には、合口部２１０を設けずに、エンドレスとしてもよい。
　凹部２２０及び第１凸部２３０は、合口部２１０付近を除く全周に亘って形成されている。ここで、凹部２２０の底面は、外周リング２００の内周面と同心的な面で構成されている。そして、合口部２１０付近の凹部２２０が設けられていない部位と、第１凸部２３０の外周面は同一面となっている。これらによって、外周リング２００の外周面側における環状の連続的なシール面を形成する。なお、合口部２１０を設けない構成を採用する場合には、第１凸部２３０を環状の凸部とすることで、第１凸部２３０のみで、環状の連続的なシール面を形成させることが可能となる。
　凹部２２０の深さについては、浅い方が、第１凸部２３０及び第２凸部２４０の剛性が高くなる。一方、これら第１凸部２３０及び第２凸部２４０は摺動により摩耗するため、凹部２２０の深さは経時的に浅くなっていく。そのため、凹部２２０の深さが浅くなり過ぎると流体を導入することができなくなってしまう。そこで、上記剛性と経時的な摩耗が進んでも流体の導入を維持することの両者を考慮して、初期の凹部２２０の深さを設定するのが望ましい。例えば、外周リング２００の肉厚が１．７ｍｍの場合、凹部２２０の深さを０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度に設定するとよい。
　第１凸部２３０の幅については、狭いほどトルクを低減することができるものの、幅を狭くし過ぎると、シール性及び耐久性が低下してしまう。そこで、使用環境等に応じて、シール性及び耐久性を維持できる程度に、当該幅を可及的に狭くするのが望ましい。なお、例えば、外周リング２００の横幅の全長が１．９ｍｍの場合、第１凸部２３０の幅は、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下程度に設定するとよい。
　第２凸部２４０は、凹部２２０を介して高圧側（Ｈ）に、周方向に間隔を空けて複数設けられている。このような構成を採用したことにより、隣り合う第２凸部２４０の間には隙間が形成されるので、高圧側（Ｈ）から凹部２２０内にシール対象流体を導くことができる。
　＜密封装置の使用時のメカニズム＞
　特に、図４～図７を参照して、本実施例に係る密封装置１００の使用時のメカニズムについて説明する。図４及び図５は、エンジンが停止して、密封装置１００を介して左右の領域の差圧がなく（または、差圧が殆どなく）、無負荷の状態を示している。なお、図４中の外周リング２００は図２中のＡＡ断面に相当し、図５中の外周リング２００は図２中のＢＢ断面に相当する。図６及び図７は、エンジンがかかり、密封装置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。なお、図６中の外周リング２００は図２中のＡＡ断面に相当し、図７中の外周リング２００は図２中のＢＢ断面に相当する。
　密封装置１００が環状溝４１０に装着された状態においては、ゴム状弾性体製の内周リング３００は、外周リング２００における内周面と環状溝４１０の溝底面にそれぞれ密着し、その弾性反発力によって、外周リング２００を外周面側に向かって押圧する機能を発揮する。
　ここで、無負荷状態においては、図４及び図５に示すように、左右の領域の差圧がないため、外周リング２００及び内周リング３００はいずれも環状溝４１０における図中左側の側壁面から離れた状態となり得る。しかしながら、上記の通り、外周リング２００は内周リング３００によって、外周面側に向かって押圧される。従って、外周リング２００の外周面（第１凸部２３０及び第２凸部２４０の外周面と、合口部２１０付近の凹部２２０が形成されていない部分の外周面）は、ハウジング５００の軸孔の内周面に接した状態を維持する。
　そして、エンジンがかかり、差圧が生じた状態においては、図６及び図７に示すように、高圧側（Ｈ）からの流体圧力によって、外周リング２００は、環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となる。なお、外周リング２００は、ハウジング５００における軸孔の内周面に対して接した（摺動した）状態を維持していることは言うまでもない。また、内周リング３００についても、環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に密着した状態となる。
　＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
　本実施例に係る密封装置１００によれば、外周リング２００は内周リング３００によって外周面側に向かって押圧される。そのため、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、外周リング２００はハウジング５００の軸孔の内周面に接した状態となり、封止機能が発揮される。従って、シール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、ブレーキペダルが解除されたり、アクセルが踏み込まれたりすることでエンジンが始動することによって、シール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。また、外周リング２００が内周リング３００により外周面側に向かって押圧されることによって、ある程度封止機能が発揮される。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。そのため、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。
　また、外周リング２００の外周面側には凹部２２０が形成されており、かつ第２凸部２４０は周方向に間隔を空けて設けられていることから、凹部２２０内には高圧側（Ｈ）から流体が導入される（図７参照）。そのため、流体圧力が高まっても、凹部２２０が設けられた領域においては流体圧力が内周面側に向かって作用する。また、本実施例においては、凹部２２０の底面は、外周リング２００の内周面と同心的な面で構成されている。そのため、凹部２２０が設けられている領域においては、内周面側から流体圧力が作用する向きと、外周面側から流体圧力が作用する向きは真逆となる。更に、内周面側と外周面側の双方から圧力を受けている領域において、内径よりも外径の方が、径が大きなことは言うまでもない。従って、流体圧力が作用する面積も外周面側の方が広くなる。なお、図６及び図７における矢印は、流体圧力が外周リング２００に対して作用する様子を示している。以上のことから、本実施例に係る密封装置１００においては、流体圧力の増加に伴う、外周リング２００による外周面側への圧力の増加を抑制でき、摺動トルクを低く抑えることができる。
　また、本実施例においては、内周リング３００は外周リング２００の内周面と環状溝４１０の溝底面に密着しており、これらの密着部位にて封止機能を発揮している。従って、図６及び図７に示すように、内周リング３００よりも低圧側（Ｌ）の領域においては、外周リング２００の内周面に対して流体圧力の作用を抑制できる。これにより、外周リング２００に対して、流体圧力が作用する領域について、内周面側よりも外周面側の方をより広くすることができる。従って、高圧側（Ｈ）の流体圧力が増加しても、外周リング２００による外周面側への圧力の増加を効果的に抑制できる。
　更に、本実施例においては、凹部２２０は、合口部２１０付近を除く全周に亘って形成されている。このように、本実施例においては、外周リング２００の外周面の広範囲に亘って凹部２２０を設けたことにより、外周リング２００とハウジング５００の軸孔の内周面との摺動面積を可及的に狭くすることができ、摺動トルクを極めて軽減することができる。なお、外周リング２００とハウジング５００の軸孔の内周面との摺動面積は、外周リング２００と環状溝４１０の低圧側（Ｌ）の側壁面との密着面積よりも十分狭くなっている。これに伴い、外周リング２００が環状溝４１０における低圧側（Ｌ）の側壁面に対して摺動してしまうことを抑制できる。従って、本実施例に係る外周リング２００は外周面側が摺動するため、環状溝の側壁面との間で摺動するシールリングの場合に比べて、密封対象流体による潤滑膜（ここでは油膜）が形成され易くなり、より一層、摺動トルクを低減させることができる。
　このように、摺動トルクの低減を実現できることにより、摺動による発熱を抑制することができ、高速高圧の環境条件下でも本実施例に係る密封装置１００を好適に用いることが可能となる。
　更に、本実施例に係る外周リング２００においては、凹部２２０の両側に設けられた第１凸部２３０と第２凸部２４０が、軸孔の内周面に対して摺動するため、外周リング２００の姿勢を安定させることができる。すなわち、仮に第２凸部２４０を設けない構成を採用した場合、外周リング２００は環状溝４１０内で、図４～７中、反時計回り方向に傾き易くなってしまう。しかしながら、本実施例に係る外周リング２００の場合には、軸方向の両側で、それぞれ第１凸部２３０と第２凸部２４０が軸孔の内周面に対して摺動するので、外周リング２００が傾いてしまうことを抑制できる（図４及び図６参照）。
　（実施例２）
　図８及び図９には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１に示す構成において、合口部についての変形例を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
　本実施例に係る外周リング２００における合口部２５０も、上記実施例１の場合と同様に、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、いわゆる特殊ステップカットを採用している。これにより、外周リング２００においては、切断部を介して一方の側の外周側には第１嵌合凸部２５１ａ及び第１嵌合凹部２５２ａが設けられ、他方の側の外周側には第１嵌合凸部２５１ａが嵌る第２嵌合凹部２５２ｂと第１嵌合凹部２５２ａに嵌る第２嵌合凸部２５１ｂが設けられている。
　なお、図８においては、合口部２５０において、切断部を介して一方の側の端部を斜視図にて示している。また、図９においては、合口部２５０付近を側面から見た図を示している。
　一般的に、特殊ステップカットの場合、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部の先端までの長さ（図中Ｌ１に相当）と、当該端面から第１嵌合凹部の後端までの長さ（図中Ｌ２に相当）と、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部の先端までの長さ（図中Ｌ１に相当）と、当該端面から第２嵌合凹部の後端までの長さ（図中Ｌ２に相当）はいずれも等しくなるように設定されている。従って、熱膨張により外周リングの周長が長くなっていくと、ある時点で、第１嵌合凸部の先端と第２嵌合凹部の後端、第２嵌合凸部の先端と第１嵌合凹部の後端、及び内周側の端面同士は同時に突き当たる。つまり、切断部を介して両側の端面同士の間には隙間がなくなった状態となる。
　従って、外周リングの熱膨張収縮に伴って、合口部においては、切断部を介して両側の端面同士の隙間が大きくなったり小さくなったりする。そのため、外周リングの内側にゴム状弾性体製の内周リングが備えられる構成においては、上記のような隙間に内周リングの外周側の一部が入り込んだ状態で、当該隙間が小さくなると、当該一部が挟み込まれて破損してしまう虞がある。
　そこで、本実施例に係る外周リング２００の合口部２５０においては、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部２５１ａの先端までの長さＬ１は、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凹部２５２ａの後端までの長さＬ２よりも長く、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部２５１ｂの先端までの長さＬ１は、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凹部２５２ｂの後端までの長さＬ２よりも長くなるように設定している。なお、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凸部２５１ａの先端までの長さと、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凸部２５１ｂの先端までの長さはいずれも同じＬ１である。また、切断部における内周側の端面（一方の端部の端面）から第１嵌合凹部２５２ａの後端までの長さと、切断部における内周側の端面（他方の端部の端面）から第２嵌合凹部２５２ｂの後端までの長さはいずれも同じＬ２である。
　なお、内周リング３００や外周リング２００の外周面に設けられた凹部２２０については、上記実施例１で説明した通りであるので、その説明は省略する。
　以上のように、本実施例に係る密封装置においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に係る密封装置の場合には、熱膨張により外周リング２００の周長が長くなって、第１嵌合凸部２５１ａの先端が第２嵌合凹部２５２ｂの後端に突き当たり、第２嵌合凸部２５１ｂの先端が第１嵌合凹部２５２ａの後端に突き当たった状態となっても、切断部における内周側の端面同士の間には隙間Ｓが形成された状態が維持される（図９参照）。従って、切断部における内周側の端面同士の挟み込みによって、内周リング３００が破損してしまうことを抑制できる。なお、使用環境や内周リング３００の剛性等に応じて、内周リング３００に破損が生じないような隙間Ｓを設定し、当該隙間Ｓに応じて、Ｌ１とＬ２の差を設定すればよい。
　１００　密封装置
　２００　外周リング
　２１０，２５０　合口部
　２１１ａ，２５１ａ　第１嵌合凸部
　２１１ｂ，２５１ｂ　第２嵌合凸部
　２１２ａ，２５２ａ　第１嵌合凹部
　２１２ｂ，２５２ｂ　第２嵌合凹部
　２２０　凹部
　２３０　第１凸部
　２４０　第２凸部
　３００　内周リング
　４００　軸
　４１０　環状溝
　５００　ハウジング
　６００　シールリング

Claims (2)

  1. 　軸の外周に設けられた環状溝に装着され、相対的に回転する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シール対象領域の流体圧力を保持する密封装置において、
    　前記環状溝における低圧側の側壁面に密着し、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樹脂製の外周リングと、
    　該外周リングにおける内周面と前記環状溝の溝底面にそれぞれ密着して、前記外周リングを外周面側に向かって押圧するゴム状弾性体製の内周リングと、
    　を備えると共に、
    　前記外周リングの外周面側には、
    　幅方向の中央に設けられ、周方向に伸びる凹部と、
    　該凹部を介して低圧側に設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する第１凸部と、
    　前記凹部を介して高圧側に、周方向に間隔を空けて複数設けられ、前記軸孔の内周面に対して摺動する第２凸部と、
    　を有することを特徴とする密封装置。
  2. 　前記外周リングの周方向の１箇所には合口部が設けられており、
    　該合口部は、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おり、
    　切断部における内周側の端面から第１嵌合凸部の先端までの長さは、切断部における内周側の端面から第１嵌合凹部の後端までの長さよりも長く、切断部における内周側の端面から第２嵌合凸部の先端までの長さは、切断部における内周側の端面から第２嵌合凹部の後端までの長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
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