(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6202225
(24)【登録日】2017年9月8日
(45)【発行日】2017年9月27日
(54)【発明の名称】密封構造
(51)【国際特許分類】
F16J 15/3272 20160101AFI20170914BHJP
F16J 15/18 20060101ALI20170914BHJP
【FI】
F16J15/3272
F16J15/18 C
【請求項の数】3
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2016-569213(P2016-569213)
(86)(22)【出願日】2015年6月18日
(86)【国際出願番号】JP2015067556
(87)【国際公開番号】WO2016113923
(87)【国際公開日】20160721
【審査請求日】2017年6月13日
(31)【優先権主張番号】特願2015-5072(P2015-5072)
(32)【優先日】2015年1月14日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004385
【氏名又は名称】NOK株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085006
【弁理士】
【氏名又は名称】世良 和信
(74)【代理人】
【識別番号】100096873
【弁理士】
【氏名又は名称】金井 廣泰
(74)【代理人】
【識別番号】100131532
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 浩一郎
(72)【発明者】
【氏名】関 一成
【審査官】
竹村 秀康
(56)【参考文献】
【文献】
特開平10−169782(JP,A)
【文献】
特許第5382272(JP,B1)
【文献】
特開2005−223630(JP,A)
【文献】
特開平7−325309(JP,A)
【文献】
特開2008−151201(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16J 15/16 −15/32
F16J 15/324−15/3296
F16J 15/46 −15/53
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
例えば、自動車用のAutomatic Transmission(AT)やContinuously Variable Transmission(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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】国際公開第2003/100301号
【特許文献2】特開平10−169782号公報
【特許文献3】特開2006−29349号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【発明の効果】
【0017】
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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】
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】
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】
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】
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】
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】
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】
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】
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】
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】
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】
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。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
(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。
【0021】
<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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
<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。
【0027】
<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。
【0028】
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。
【0029】
<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。
【0030】
<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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
<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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【符号の説明】
【0036】
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