JP2004332829A - 軸封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低温時から高温時までの洩れ量を安定させることで、機器の温度変化に伴う信頼性を確保する。
【解決手段】ハウジング２内に軸体４を挿入する。外周凹溝６を軸体４に形成する。シールリング７はこの外周凹溝６に装着される。合口８がこのシールリング７に形成されている。シールリング７自体の熱膨張によって、合口８が閉鎖状となって、流体洩れ量が減少するのを、洩れ量補填手段Ｑにて、補填する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸封構造に係り、特に合口を有するプラスチック製シールリングを備えた軸封構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の軸封構造は自動変速機（オートマチックトランスミッション）等に用いられている。
従来、この種の軸封構造用に鋳鉄製シールリングが使用されていたが、鋳鉄では（アルミニウム製の）回転軸やハウジングを傷付けてしまう欠点がある。
【０００３】
そこで、この欠点を解消したプラスチック製シールリングが用いられるようになった。例えば、図１７（Ａ）の平面図と図１７（Ｂ）の正面図に示すようなプラスチック製シールリング４０は、円環状のリング体を径方向に割った合口４１を有する形状である。また、傾斜状に合口が形成されたプラスチック製シールリングも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８２９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこの種のシールリングは、オートマチックミッションオイル（潤滑油）の漏洩を防止する方向で技術改良が行われてきた。上記特許文献１も、合口の隙間を通って洩れる潤滑油の量を、低減することを目的とした発明である。
【０００６】
しかしながら、寒冷地で車を使用した場合、エンジン始動時と走行時では温度差が大きく、（上述したように）熱膨張の大きいプラスチック製シールリングでは、合口（割面）４１の接合状態が異なってしまう。即ち、図１８（Ａ）はシールリング４０の合口４１が開いている低温状態───エンジン始動時───を示す。この低温状態から、車の走行に伴って潤滑油の温度が上昇すると、熱膨張率の大きいプラスチック製のシールリング４０は矢印Ｃ，Ｃのように大きく熱膨張して、合口４１が図１８（Ｂ）のように閉鎖状となる。
【０００７】
その結果、図１９に示すように、潤滑油の洩れ量Ｖが、温度Ｔ上昇に伴って急激に減少する。かつ、始動時は洩れ量Ｖが過大となる。これによって、エンジン始動時には、ミッションが入りにくいという現象が起こる場合がある。逆に、高速で長時間走行すると、軸との回転摩擦熱によって、シールリングが材質劣化や損傷を受けるという、別の問題もある。
【０００８】
本発明は低温でも高温でも、できるだけ同量の洩れを発生させることにより、上述の問題を解決することを目的とする。即ち、本発明は、低温での洩れを従来よりも減少させ、他方、高温でも比較的多目の洩れを継続的に発生させることで、ミッションの入りが悪くなるのを防止し、回転摩擦熱でシールリングの耐久性が悪化するのを防止することを、目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ハウジング内に挿入された軸体の外周凹溝に、合口を有するプラスチック製シールリングを装着した軸封構造に於て、上記シールリング自体の熱膨張によって上記合口が閉鎖状となって流体洩れ量が減少するのを補填する洩れ量補填手段を具備している。
【００１０】
そして、洩れ量補填手段が、上記シールリングの上記合口を径方向から見た場合に第１端部と第２端部の両合口端面を傾斜状に形成し、上記シールリング自体の熱膨張によって上記両合口端面が閉鎖状となると共に両合口端面が相対的摺り運動して、上記第１端部が上記第２端部に乗り上げて、上記外周凹溝の低圧側内面と上記第１端部との間に圧力室側から低圧側へ流体を洩らすリークパス用間隙を形成するように構成した。
または、洩れ量補填手段が、上記シールリングの上記合口を軸心方向から見た場合に第１端部と第２端部の両合口端面を傾斜状に形成し、上記シールリング自体の熱膨張によって上記両合口端面が閉鎖状となると共に両合口端面が相対的摺り運動して、上記第１端部が上記第２端部に乗り上げて、上記ハウジングの内周面と上記第１端部との間に圧力室側から低圧側へ流体を洩らすリークパス用間隙を形成するよう構成した。
【００１１】
または、洩れ量補填手段が、上記シールリングの上記合口を径方向から見た場合に第１半肉厚突片部と第２半肉厚突片部とが相互に当接するステップカット状に第１端部・第２端部を形成し、さらに、軸心方向に上記第１・第２半肉厚突片部に夫々流体洩れ用小孔又は外周切欠を形成し、低温時には夫々の該小孔又は外周切欠が相互に周方向に位置ずれする位置に配設し、上記シールリング自体の熱膨張によって上記第１・第２端部が閉鎖状となると上記両小孔又は両外周切欠が相互に連通状として圧力室側から低圧側へ流体を洩らすように構成した。
そして、流体の使用温度範囲における下限の低温度と上限の高温度の洩れ量を略同一値となるように洩れ量補填手段にて補填する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１、及び、図４と図５に於て、一部断面をもって本発明に係る軸封装置の実施の一形態を示す。この軸封装置１は、例えば自動変速機のオイルポンプ等に用いられ、ハウジング２の孔部３内に軸体４が所定の径方向ギャップ５をもって挿入されている。６は断面矩形状の外周凹溝であり、軸体４の外周に凹設されてシール溝となる。
【００１３】
７はポリイミド等のプラスチック製のシールリングである。図２の断面図、及び、図３の斜視図に示すように、このシールリング７は、合口８を円周の一箇所に有する、横断面矩形である。このシールリング７は、受圧状態でその外周面９は上記孔部３に圧接し、ハウジング２が回転し軸体４が静止しており、シールリング７はハウジング２と共に回転する。又は、使用箇所によっては、逆に、軸体４が回転してハウジング２とシールリング７は静止している。
そして、このシールリング７は上述のようにプラスチック製であるので熱膨張率は高い。このシールリング７自体の熱膨張によって合口８が閉状態となって流体洩れ量が減少するのを補填する洩れ量補填手段Ｑを、この軸封装置１は具備している。
【００１４】
図１と図４は（潤滑油等の被密封用流体の）低温状態を示し、図５は高温状態を示す。図５の高温状態では、シールリング７自体の熱膨張によって、周方向線長が増加して、矢印Ｐ，Ｐで示す如く、合口８が閉鎖状となる力（内部応力）が発生する。さらに、詳しく説明すれば、洩れ量補填手段Ｑは次のように構成されている。即ち、シールリング７の合口８を径方向Ｒ（図３参照）から見た場合───図１，図２，図４，図５はそのように径方向から見た場合を示す───に、両側の第１端部１１と第２端部１２の両合口端面１１ａ，１２ａを、傾斜状に形成し、シールリング７自体の熱膨張によって両合口端面１１ａ，１２ａが、圧接して、閉鎖状（図５参照）となると共に、両合口端面１１ａ，１２ａが相対的に摺り運動（摺動）して、（図５のように）第１端部１１が第２端部１２に乗り上げるように変形して、外周凹溝（シール溝）６の低圧側内面６ａと第１端部１１の低圧側（軸方向）端面との間に（細長低三角状の）リークパス用間隙１３───図５中に点々をもって示した───を形成するように、洩れ量補填手段Ｑが構成される。
【００１５】
図１，図４，図５に於て、図の左側（左方）は被密封流体が収納された圧力室側１４であり、図の右側（右方）はタンクや大気がある低圧側１５を示すが、上記リークパス用間隙１３によって、圧力室側１４から低圧側１５へ流体を洩らす構造である。
【００１６】
ところで、図２に於て、合口端面１１ａ又は合口端面１２ａのカット角度αは、５°〜４５°とするが、好ましくは５°〜３０°とする。その理由は、上限値を越した場合、同じ熱膨張（矢印Ｐ，Ｐ方向参照）のときのリークパス用間隙１３（の流路断面積）が過大となって、洩れが大きくなってしまう。逆に下限値未満のカット角度αでは、第１・第２端部１１， １２の三角状頂部近傍の強度が弱くなって、破損の虞が生じ、又は、流体圧力によって変形し易く、合口端面１１ａ，１２ａ間に隙間が残っている状態で上記三角状頂部近傍の変形にてこの隙間が閉じられて洩れが（低圧でも）小さくなるという問題を生じる。さらに、カット角度αが下限値未満であると、同じ熱膨張下で、リークパス用間隙１３の流路断面積が過小となる。
【００１７】
次に、図６は横軸に被密封流体（シールリング７自体）の温度Ｔ（℃）をとり、縦軸に軸封装置１としての洩れ量Ｖをとった、洩れ量Ｖの変化を示すグラフ図である。このグラフ図のように、流体の使用温度範囲Ｔ_０ における下限の（低）温度Ｔｍｉｎ ───例えば２５℃───と、上限の（高）温度Ｔｍａｘ ───例えば １４５℃───の洩れ量Ｖを、略同一値とするのが、良い。つまり、図４から図５のように変化するに伴って、合口８がしだいに閉じて行くので、合口８からの流体洩れ量は減少するが、これを洩れ量補填手段Ｑにて補填して、上限温度Ｔｍａｘ と下限温度Ｔｍｉｎ での全体洩れ量を略同一にする。このようにすれば、温度変化に伴う洩れ量Ｖの変化も最も小さくできる。
【００１８】
図６についてさらに説明する。Ｄ_１ 領域は、図１と図２に示した合口８のスキマ（ギャップ）Ｇが温度上昇に伴うシールリング７の熱膨張により減少し、よって洩れ量Ｖが減少していくゾーンである。なお、下限温度Ｔｍｉｎ における初期のスキマ（ギャップ）Ｇは、 ０．３〜 １．１ｍｍが好ましい。次にＤ_２ 領域は加圧により第１・第２端部１１， １２の三角状頂部近傍が変形して、洩れ量Ｖが特に少ないゾーンである。Ｄ_３ 領域は（図５に示したように）前記スキマＧが無くなった閉鎖状態からさらにシールリング７の熱膨張によって、合口端面１１ａ，１２ａが摺動して一方が他方に乗り上げ初めて、リークパス用間隙１３から、別の洩れ（補填洩れ）が発生しているゾーンを示す。
【００１９】
次に、図７の斜視図と図８の側面図、及び、図９と図１０の使用状態を示す一部断面側面図に示した他の実施の形態について説明する。
この実施の形態では、シールリング７の合口８を軸心方向から見た場合（図８，図９，図１０の場合）、第１端部１１と第２端部１２の両合口端面１１ａ，１２ａを傾斜状に形成し、シールリング７自体の熱膨張によって（図１０に示すように）両合口端面１１ａ，１２ａが閉鎖状となると共に両合口端面１１ａ，１２ａが相対的に摺り運動（摺動）して、第１端部１１が第２端部１２に少し（僅かに）乗り上げて、ハウジング２の孔部３の内周面３ａと上記第１端部１１の外周面との間に、圧力室側１４から低圧側１５───図１〜図５の実施の形態の図面参照───へ流体を洩らすリークパス用間隙１３を形成するように、洩れ量補填手段Ｑを構成する。
【００２０】
図８に示すカット角度αは、５°〜４５°（好ましくは５°〜３０°）に設定する。その理由は、前述の図１〜図６の実施の形態と同様である。また、図１０中の矢印Ｐ，Ｐは熱膨張に伴って発生する合口８への押圧力を示す点も図５の場合と同様である。
【００２１】
次に、図１１〜図１３は別の実施の形態を示す。図１１は初期状態を（ハウジングや軸体を図示省略して）示す。図１２は温度が上昇してシールリング７の熱膨張によって合口８が閉じた状態を（ハウジングや軸体を図示省略して）示す。図１３は、図１２の状態下での一部破断正面図である。
この図１１〜図１３では、シールリング７の合口８を径方向から見た場合に、第１半肉厚突片部１６と第２半肉厚突片部１７とが相互に当接するステップカット状に、第１端部１１・第２端部１２を形成する。さらに、軸心（と平行な）方向に、第１・第２半肉厚突片部１６， １７に、夫々流体洩れ用小孔１８， １８を形成（貫設）する。
【００２２】
低温時（図６の温度Ｔｍｉｎ の時）には、図１１に示す如く、両小孔１８， １８が相互に周方向に位置ずれする位置に配設し、シールリング７自体の熱膨張によって、第１・第２端部１１， １２が、図１２及び図１３に示すように、閉鎖状になると、両小孔１８， １８が相互に連通状として、圧力室側１４から低圧側１５へ流体を、矢印Ｆのように洩らすように、洩れ量補填手段Ｑを、構成している。なお、貫設した小孔１８を円形とした場合を示したが、これを長孔や円弧状孔として、両孔の重なる面積（リークパス流路面積）を微妙に変化させ、図６に示したＤ_３ ゾーンの曲線の形状・勾配を、最適値に設定するも、好ましい（図示省略）。
【００２３】
次に、図１４〜図１６はさらに別の実施の形態を示す。図１４は図１１に、図１５は図１２に、図１６は図１３に、夫々ほぼ対応した図面である。同じ符号は同様の構成であるので説明省略するが、図１１〜図１３と相違する点は、以下の通りである。
第１・第２半肉厚突片部１６， １７に夫々流体洩れ用外周切欠１９，１９を形成し、図１４に示した低温時には外周切欠１９， １９が相互に周方向に位置ずれする位置に配設し、シールリング７自体の熱膨張によって、図１５と図１６に示す如く、第１・第２端部１１， １２が閉鎖状となると、両外周切欠１９， １９が相互に連通状として、図１６の矢印Ｆのように、圧力室側１４から低圧側１５へ流体を洩らすように、洩れ補填手段Ｑを構成している。
【００２４】
なお、外周切欠１９は矩形状（かまぼこ型）とした場合を示したが、所望により、この形状は変更自由であり、切欠深さを周方向にしだいに増加（又は減少）させて、図６のＤ_３ ゾーンの曲線形状や傾斜角度を、最適化することが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏する。
（請求項１，２，３，４によれば、）低温時と高温時に、略同量の洩れを生じさせることにより、例えば、車のミッションオイルの洩れ量が変わらず、エンジン始動時にオートマチックミッションが入りにくいといった現象を防ぎ得る。
また、低温時と高温時に、略同量に洩れを生じさせて、回転摩擦による発熱からシールリング７を（冷却して）保護することが、簡易な構成にて、可能となり、シールリング７の寿命が著しく延びる。このように、従来のこの種のシールリングのように、洩れ量を可能な限り減少するのではなく、逆に、適量（少量）の洩れ量を、低温時のみならず、高温時にも生じさせて、オートマチックトランスミッション等に使用して、優れた作用効果を発揮する。
【００２６】
（請求項２，３によれば、）合口端面１１ａ，１２ａの加工が簡単であり、安価に、かつ、高精度に大量生産ができる。
（請求項４によれば、）洩れの補填量を、微妙に設定しやすい利点がある。
（請求項５によれば、）使用温度範囲Ｔ_０ における下限と上限で略同一洩れ量Ｖとすることは、全体的に、温度変化に伴う洩れ量全体の変化が、最少となり、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す一部破断正面図である。
【図２】シールリングの断面正面図である。
【図３】シールリングの斜視図である。
【図４】低温時（初期状態）の一部断面正面図である。
【図５】高温時の一部断面正面図である。
【図６】グラフ図である。
【図７】他の実施の形態を示す斜視図である。
【図８】シールリングの側面図である。
【図９】低温時（初期状態）の一部断面正面図である。
【図１０】高温時の一部断面正面図である。
【図１１】別の実施の形態を示す低温時（初期状態）の要部説明図である。
【図１２】高温時の要部説明図である。
【図１３】高温時の一部破断正面図である。
【図１４】さらに別の実施の形態を示す低温時（初期状態）の要部説明図である。
【図１５】高温時の要部説明図である。
【図１６】高温時の一部破断正面図である。
【図１７】従来例の説明図である。
【図１８】従来例の問題の説明図である。
【図１９】従来例の特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
２ ハウジング
３ａ 内周面
４ 軸体
６ 外周凹溝
７ シールリング
８ 合口
１１ 第１端部
１１ａ 合口端面
１２ 第２端部
１２ａ 合口端面
１３ リークパス用間隙
１４ 圧力室側
１５ 低圧側
１６ 第１半肉厚突片部
１７ 第２半肉厚突片部
１８ 小孔
１９ 外周切欠
Ｖ 洩れ量
Ｑ 洩れ量補填手段
Ｔ_０ 使用温度範囲

Claims (5)

1. ハウジング（２）内に挿入された軸体（４）の外周凹溝（６）に、合口（８）を有するプラスチック製シールリング（７）を装着した軸封構造に於て、上記シールリング（７）自体の熱膨張によって上記合口（８）が閉鎖状となって流体洩れ量が減少するのを補填する洩れ量補填手段（Ｑ）を具備したことを特徴とする軸封構造。
2. 洩れ量補填手段（Ｑ）が、上記シールリング（７）の上記合口（８）を径方向（Ｒ）から見た場合に第１端部（１１）と第２端部（１２）の両合口端面（１１ａ）（１２ａ）を傾斜状に形成し、上記シールリング（７）自体の熱膨張によって上記両合口端面（１１ａ）（１２ａ）が閉鎖状となると共に両合口端面（１１ａ）（１２ａ）が相対的摺り運動して、上記第１端部（１１）が上記第２端部（１２）に乗り上げて、上記外周凹溝（６）の低圧側内面（６ａ）と上記第１端部（１１）との間に圧力室側（１４）から低圧側（１５）へ流体を洩らすリークパス用間隙（１３）を形成するように構成した請求項１記載の軸封構造。
3. 洩れ量補填手段（Ｑ）が、上記シールリング（７）の上記合口（８）を軸心方向から見た場合に第１端部（１１）と第２端部（１２）の両合口端面（１１ａ）（１２ａ）を傾斜状に形成し、上記シールリング（７）自体の熱膨張によって上記両合口端面（１１ａ）（１２ａ）が閉鎖状となると共に両合口端面（１１ａ）（１２ａ）が相対的摺り運動して、上記第１端部（１１）が上記第２端部（１２）に乗り上げて、上記ハウジング（２）の内周面（３ａ）と上記第１端部（１１）との間に圧力室側（１４）から低圧側（１５）へ流体を洩らすリークパス用間隙（１３）を形成するよう構成した請求項１記載の軸封構造。
4. 洩れ量補填手段（Ｑ）が、上記シールリング（７）の上記合口（８）を径方向から見た場合に第１半肉厚突片部（１６）と第２半肉厚突片部（１７）とが相互に当接するステップカット状に第１端部（１１）・第２端部（１２）を形成し、さらに、軸心方向に上記第１・第２半肉厚突片部（１６）（１７）に夫々流体洩れ用小孔（１８）又は外周切欠（１９）を形成し、低温時には夫々の該小孔（１８）（１８）又は外周切欠（１９）（１９）が相互に周方向に位置ずれする位置に配設し、上記シールリング（７）自体の熱膨張によって上記第１・第２端部（１１）（１２）が閉鎖状となると上記両小孔（１８）（１８）又は両外周切欠（１９）（１９）が相互に連通状として圧力室側（１４）から低圧側（１５）へ流体を洩らすように構成した請求項１記載の軸封構造。
5. 流体の使用温度範囲（Ｔ_０ ）における下限の低温度（Ｔｍｉｎ ）と上限の高温度（Ｔｍａｘ ）の洩れ量（Ｖ）を略同一値となるように洩れ量補填手段（Ｑ）にて補填する請求項１，２，３又は４記載の軸封構造。

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