JP2015102116A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンシールの破損に繋がる変形を防止する。
【解決手段】流体圧力により軸方向一方側へ移動してディスククラッチＣのディスクＣ１を押圧する環状のピストンシール１１と、ピストンシール１１に対向させた状態でピストンシール１１の軸方向一方側に配置された環状のキャンセルプレート１２とを備え、ピストンシール１１が、環状部１１ａと、ディスクＣ１を押圧する外円筒部１１ｃと、内円筒部１１ｂとを有し、キャンセルプレート１２の内周側の側面と内円筒部１１ｂの先端部との間に、外円筒部１１ｃが軸方向一方側のストロークエンドに到達した状態でキャンセルプレート１２の内周側の側面と内円筒部１１ｂの先端部とによって挟み込んで内円筒部１１ｂが軸方向一方側へ移動するのを流体圧力に抗して停止させることにより、ピストンシール１１の過度の弾性変形を防止するストッパ部材３２を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車等の自動変速機用のクラッチピストンとして用いられる密封装置に関する。

自動車等の自動変速機は、変速比を決定するための複数の遊星ギヤセットごとに、ディスククラッチを備えた動力断続機構を有しており、この動力断続機構それぞれには、当該ディスククラッチを作動させるためのクラッチピストンの機能を備えた密封装置が組み込まれている（例えば、特許文献１参照）。

図２は、前記密封装置４１の従来の一例を示し、前記動力接続部に設けられた環状のハウジング４２の内部に配置されている。図２では、ハウジング４２は、環状の密封装置４１が挿入されたシリンダ部４３と、このシリンダ部４３における外周壁４３ａの軸方向一方側の端部から延びてディスククラッチ４４を収納している外側円筒部４５とを備えている。
密封装置４１は、ハウジング４２との間で油圧室４６を構成しかつ油圧によりハウジング４２内を軸方向一方側へ移動してディスククラッチ４４のディスク４４ａを押圧することによりディスククラッチ４４を動力伝達モードとする環状のボンデッドピストンシール４７と、このボンデッドピストンシール４７に対向させた状態で軸方向一方側に配置された環状のキャンセルプレート４８と、ボンデッドピストンシール４７及び前記キャンセルプレート４８との間に介装され両者を軸方向に離間する方向に付勢するリターンスプリング４９と、を備えている。

ボンデッドピストンシール４７は、断面凹型とされて、軽量化のため、薄くされている。ボンデッドピストンシール４７は、シリンダ部４３の底壁４３ｂに対向している環状部４７ａと、環状部４７ａの内周縁からシリンダ部４３の内周壁４３ｃに沿って軸方向一方側に延びる内円筒部４７ｂと、環状部４７ａの外周縁からシリンダ部４３の外周壁４３ａに沿って軸方向一方側に延びる外円筒部４７ｃとを備えている。図２の断面図で示すように、環状部４７ａと内円筒部４７ｂとの接続部分は、湾曲状に屈曲した断面を有する内側屈曲部４７ｄとされている。又、環状部４７ａと外円筒部４７ｃとの接続部分は、屈曲した断面を有する外側屈曲部４７ｅとされている。ボンデッドピストンシール４７は、各屈曲部４７ｄ，４７ｅで、断面形状が変化している。内円筒部４７ｂの先端部には、径方向内方に突出する内向き折曲部４７ｆが形成されている。この内向き折曲部４７ｆは、軸方向に関して、シール部材５０の基部５０ａ、及び外円筒部４７ｃが軸方向一方側のストロークエンド（最終押圧位置）に到達した状態でもキャンセルプレート４８の内周部と当接しないような大きな隙間５１を介して、キャンセルプレート４８の内周部と対向している。外円筒部４７ｃの先端部には、径方向外方に突出する外向き折曲部４７ｇが形成されている。

特開２００８−２５６０５６号公報

ディスククラッチ４４による動力伝達時には、油圧室４６内に作動油を供給し、ボンデッドピストンシール４７を軸方向一方側に移動させて、その外周部の外向き折曲部４７ｇでディスククラッチ４４のディスク４４ａを押圧して、ディスククラッチ４４を動力伝達モードとする。この際、ボンデッドピストンシール４７には、作動油の油圧により、ボンデッドピストンシール４７を外向き折曲部４７ｇを中心として軸方向一方側に押圧するモーメントＭ１が作用する。
ところで、前記のように、従来では、ボンデッドピストンシール４７の内向き折曲部４７ｆとキャンセルプレート４８の内周部との間には、軸方向に関して、外円筒部４７ｃが軸方向一方側のストロークエンドに到達した状態でも内向き折曲部４７ｆがキャンセルプレート４８の内周部と当接しないような大きな隙間５１が形成されているので、ボンデッドピストンシール４７の大きな弾性変形が許容されていた。そのため、上記モーメントＭ１により、軽量化のため厚みが薄くされているボンデッドピストンシール４７には、その内周部の内向き折曲部４７ｆがキャンセルプレート４８の内周部に向かって軸方向に移動する弾性変形が生じる。又、これと共に、ボンデッドピストンシール４７内部には応力が発生するが、ボンデッドピストンシール４７における、断面形状の変化部である各屈曲部４７ｄ，４７ｅでは、局所的に応力が増大する応力集中が起きる。

しかし、ボンデッドピストンシール４７の弾性変形が大きくなると、ボンデッドピストンシール４７における、応力集中が起きている各屈曲部４７ｄ，４７ｅに生じる応力が増大し、その結果、上記弾性変形の繰り返しにより、各屈曲部４７ｄ，４７ｅにクラックが発生し易くなっていた。又、ボンデッドピストンシール４７の前記の大きな弾性変形は、外側屈曲部４７ｅを中心（支点）とする内周部側の揺動（移動）による弾性変形を含んでいるので、外側屈曲部４７ｅに生じる応力は大きく、外側屈曲部４７ｅに特にクラックが発生し易くなっていた。そして、前記クラックがボンデッドピストンシール４７の破損（疲労破壊）の原因となっていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ピストンシールの破損に繋がる弾性変形を防止することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、流体圧力により軸方向一方側へ移動してディスククラッチのディスクを押圧することにより、前記ディスククラッチを動力伝達モードとする環状のピストンシールと、このピストンシールに対向させた状態で当該ピストンシールの軸方向一方側に配置された環状のキャンセルプレートとを備える密封装置であって、前記ピストンシールが、径方向に延びる環状部と、この環状部の外周側から軸方向一方側に延びて前記ディスクを押圧する外円筒部と、前記環状部の内周側から軸方向一方側に延びる内円筒部とを有し、前記キャンセルプレートの内周側の側面と前記内円筒部の先端部との間に、前記外円筒部が軸方向一方側のストロークエンドに到達した状態で前記キャンセルプレートの内周側の側面と前記内円筒部の先端部とによって挟み込んで当該内円筒部が軸方向一方側へ移動するのを前記流体圧力に抗して停止させることにより、前記ピストンシールの過度の弾性変形を防止するストッパ部材を備えることを特徴としている。

この構成によれば、流体圧力により、ピストンシールを軸方向一方側へ移動させ、ピストンシールの外円筒部により、ディスククラッチのディスクを押圧して、ディスククラッチを動力伝達モードとした状態で、ピストンシールの上記移動に伴って、ストッパ部材がキャンセルプレートの内周側の側面と内円筒部の先端部とによって挟み込まれ、これにより、内円筒部の先端部の軸方向一方側への移動が流体圧力に抗して停止させられる。
このように、ストッパ部材により、ピストンシールの内円筒部の先端部の移動が抑制されるので、前記モーメントに起因するピストンシールの破損に繋がる過度の（大きな）弾性変形が防止される。

尚、前記ストッパが弾性材料により形成されることもある。
この構成によれば、ピストンシールがストッパに当接した際の衝撃は、ストッパの弾性変形により、緩和乃至は吸収され、上記衝撃による異音の発生を抑制できる。

本発明によれば、ピストンシールの破損に繋がる弾性変形を防止することができる密封装置を提供できる。

本発明の実施の形態にかかる密封装置を示す断面図である。 従来の密封装置を示す断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明にかかる密封装置が用いられている自動車用自動変速機の動力断続機構を示す断面図である。
図１中、動力伝達機構１は、遊星ギヤセット（図示せず）に対する動力の伝達を断続するためのディスククラッチＣと、このディスククラッチＣを作動させるためのクラッチピストンの機能を備えた密封装置１０と、これらを内部に収納しているハウジング２０とを備えている。
ハウジング２０は、例えば、熱間圧延鋼板等を用いて板金プレス成型等によって軸方向一方側に開口する断面凹型に形成された環状の部材であり、内部に環状の密封装置１０が挿入、配置されたシリンダ部２１と、このシリンダ部２１における外周壁２１ａの軸方向一方側の端部から延びてディスククラッチＣを収納している外側円筒部２２とを備えている。

密封装置１０は、シリンダ部２１の内部に挿入されかつシリンダ部２１との間で第１油室Ｒ１を画定している環状のボンデッドピストンシール１１と、このボンデッドピストンシール１１に対向させた状態で軸方向一方側に配置された環状のキャンセルプレート（バランサー）１２と、ボンデッドピストンシール１１及びキャンセルプレート１２の間に当接介在しているリターンスプリング１３とを備えている。

ボンデッドピストンシール１１は、例えば、機械構造用鋼を用いて熱間型鍛造加工及び切削加工により形成された断面凹型の環状の部材であり、軽量化のため、厚みが薄くされている。ボンデッドピストンシール１１は、シリンダ部２１の底壁２１ｂに対向して径方向に延びる環状部１１ａと、環状部１１ａの内周縁からシリンダ部２１の内周壁２１ｃに沿って軸方向一方側に延びる内円筒部１１ｂと、環状部１１ａの外周縁からシリンダ部２１の外周壁２１ａに沿って軸方向一方側に延びる外円筒部１１ｃとを備えている。図１の断面図で示すように、環状部１１ａと内円筒部１１ｂとの接続部分は、湾曲状に屈曲した断面を有する内側屈曲部１１ｄとされている。又、環状部１１ａと外円筒部１１ｃとの接続部分は、屈曲した断面を有する外側屈曲部１１ｅとされている。ボンデッドピストンシール１１は、各屈曲部１１ｄ，１１ｅで、断面形状が変化している。環状部１１ａのキャンセルプレート１２側の面には、深さが０．５ｍｍ程度である３〜６個の凹部１１ｆが周方向等間隔に配設されている。環状部１１ａの第１油室Ｒ１側の面には、凹部１１ｆと対応しかつ０．５ｍｍ程度突出する突出部１１ｇが周方向等間隔に配設されている。内円筒部１１ｂの先端部には、径方向内方に突出する内向き折曲部１１ｈが形成されている。

ボンデッドピストンシール１１には、当該ボンデッドピストンシール１１とシリンダ部２１との間を密封する環状の第１・第２シール部材１４，３１が固着されている。第１・第２シール部材１４，３１は、合成ゴム等の弾性部材から形成されている。第１シール部材１４は、環状部１１ａの外周部及び外側屈曲部１１ｅの第１油室Ｒ１側の側面に加硫接着されており、環状部１１ａ等に接着された基部１４ａと、外側屈曲部１１ｅから外周側へ延びることで外周壁２１ａの内周面に摺接するシールリップ１４ｂとを有している。第２シール部材３１は、内円筒部１１ｂの内周部の第１油室Ｒ１側の側面及び内向き折曲部１１ｈに加硫接着されており、内円筒部１１ｂ等に接着された基部３１ａと、内向き折曲部１１ｈの内周部から内周側へ延びることで内周壁２１ｃの外周面に摺接するシールリップ３１ｂを有している。基部３１ａの軸方向一方側の端部は内向き折曲部１１ｈに外嵌されている。
第１・第２シール部材１４，３１は、ボンデッドピストンシール１１とシリンダ部２１との間を密封することで、第１油室Ｒ１を密封している。

シリンダ部２１の内周壁２１ｃには、第１油室Ｒ１に作動油を供給するための供給口２１ｃ１が設けられている。ボンデッドピストンシール１１は、この供給口２１ｃ１から第１油室Ｒ１に供給される作動油の油圧を制御することによって、シリンダ部２１内を軸方向に往復移動させることができる。作動油の油圧は、１．４〜２ＭＰａである。

ボンデッドピストンシール１１の外円筒部１１ｃの先端部には、径方向外方に突出しかつディスククラッチＣを押圧するための外向き折曲部１１ｉが形成されている。ボンデッドピストンシール１１は、作動油の油圧によりシリンダ部２１内を軸方向に往復移動することで、外向き折曲部１１ｉの押圧面１１ｊでディスククラッチＣを押圧、もしくはその押圧を解除し、当該ディスククラッチＣを動力伝達モードと動力伝達切断モードとに切り替える。

キャンセルプレート１２は、ボンデッドピストンシール１１と同様、機械構造用鋼を用いて型鍛造加工及び切削加工により形成された環状の部材であり、ボンデッドピストンシール１１及びハウジング２０との間で第２油室Ｒ２を画定している。キャンセルプレート１２は、ボンデッドピストンシール１１の内周側に位置する大径環状部１２ａと、大径環状部１２ａよりも軸方向一端側に位置する中間環状部１２ｂと、これらを軸方向に繋ぐ円筒部１２ｃと、中間環状部１２ｂよりも軸方向一端側に位置する小径環状部１２ｄと、中間環状部１２ｂと小径環状部１２ｄとを軸方向に繋ぐ環状の連結部１２ｅとを備えている。

小径環状部１２ｄは、その内周端がハウジング２０の内側円筒部２３に外嵌されており、さらに、内側円筒部２３に固定されたストッパ１５によって、軸方向一方側への移動が規制されている。
大径環状部１２ａの外周端部には、キャンセルプレート１２と、ボンデッドピストンシール１１との間を密封する環状の第３シール部材１６が固着されている。第３シール部材１６は、合成ゴム等の弾性部材を用いて大径環状部１２ａの外周端部に加硫接着されており、外周側へ延びることでボンデッドピストンシール１１の外円筒部１１ｃの内周面に摺接するシールリップ１６ａを有している。
第３シール部材１６は、キャンセルプレート１２とボンデッドピストンシール１１との間を密封することで、第２油室Ｒ２を密封している。

キャンセルプレート１２の小径環状部１２ｄの外周部と連結部１２ｅの第２油室Ｒ２側の面には、金属製の環状ストッパ部材３２が固着されている。ストッパ部材３２は、ディスククラッチＣの動力伝達切断モード時に、軸方向に関して、隙間３３を介して、ボンデッドピストンシール１１の内向き折曲部１１ｈと対向すると共に、ディスククラッチＣの動力伝達モード時に、内向き折曲部１１ｈと当接する。隙間３３の大きさは、０．３〜０．５ｍｍ程度とされている。尚、ストッパ部材３２は環状でなくてもよく、キャンセルプレート１２の内周部に周方向等間隔（等間隔でなくてもよい）に複数配設してもよい。

リターンスプリング１３は、ボンデッドピストンシール１１の環状部１１ａとキャンセルプレート１２の中間環状部１２ｂとに当接することで、ボンデッドピストンシール１１及びキャンセルプレート１２の間に介在しており、両者を軸方向に離間する方向に付勢している。リターンスプリング１３は、ボンデッドピストンシール１１が軸方向一方側へ移動してディスククラッチＣを押圧している状態から押圧を解除する際に、その付勢力によって、ボンデッドピストンシール１１を軸方向他方側へ速やかに移動させる。

ディスククラッチＣは、多数のディスクＣ１を重ね合わせて構成されており、ボンデッドピストンシール１１によって押圧されることで、これらディスクＣ１が圧着されて、ディスククラッチＣが動力伝達モードとなり、前記遊星ギヤセットに対して動力を伝達する。一方、押圧が解除されると、ディスククラッチＣが動力伝達切断モードとなり、動力伝達を切断する。すなわち、密封装置１０は、ボンデッドピストンシール１１の軸方向への往復移動によって、ディスククラッチＣを作動させ当該ディスククラッチＣによる動力の伝達を断続することができ、動力伝達機構１におけるクラッチピストンとしての機能を有している。

上記構成例によれば、ディスククラッチＣの動力伝達切断モード時には、図１に示すように、ボンデッドピストンシール１１の内向き折曲部１１ｈは、軸方向に関して、第２シール部材３１の基部３１ａ及び隙間３３を介して、キャンセルプレート１２の内周部に備えられたストッパ部材３２と対向している。
ディスククラッチＣにより、動力伝達を行う際には、第１油室Ｒ１に作動油を供給し、ボンデッドピストンシール１１を軸方向一方側へ移動させて、その外周部の外向き折曲部１１ｉによりディスククラッチＣのディスクＣ１を押圧して、ディスククラッチＣを動力伝達モードとする。

この際、ボンデッドピストンシール１１の軸方向一方側への移動に伴って、ボンデッドピストンシール１１の内向き折曲部１１ｈがストッパ部材３２と当接し、内向き折曲部１１ｈの軸方向一方側への移動が、作動油の油圧に抗して停止させられる。
この停止より前に、ボンデッドピストンシール１１の外向き折曲部１１ｉが、そのディスククラッチＣの押圧ストロークで、ストロークエンド（最終押圧位置）に到達するようであれば、この到達から上記停止までの間に、ボンデッドピストンシール１１には、作動油の油圧により、ボンデッドピストンシール１１を外向き折曲部１１ｉを中心として軸方向一方側に押圧するモーメントＭが作用する。

これにより、軽量化のため厚みが薄くされているボンデッドピストンシール１１には、その内周部の内向き折曲部１１ｈがキャンセルプレート１２の内周部に向かって軸方向に移動する弾性変形が生じる。又、これと共に、ボンデッドピストンシール１１内部には応力が発生するが、ボンデッドピストンシール１１における、断面形状の変化部である各屈曲部１１ｄ，１１ｅでは、局所的に応力が増大する応力集中が起きる。

この場合において、本例では、上記のように、ストッパ部材３２により、ボンデッドピストンシール１１の内向き折曲部１１ｈの移動が停止されるので、ボンデッドピストンシール１１の過度の（大きな）弾性変形が防止される。
その結果、ボンデッドピストンシール１１における、応力集中が起きている各屈曲部１１ｄ，１１ｅに生じる応力が従来のように増大せず、これにより、上記弾性変形の繰り返しによって屈曲部１１ｄ，１１ｅにクラックが発生することを抑制できて、ボンデッドピストンシール１１の破損（疲労破壊）を防止できる。

なお、上記実施の形態では、ストッパ部材３２を金属製としたが、合成ゴム等の弾性部材から形成することもある。この場合、ストッパ部材３２の厚みは、外向き折曲部１１ｉのストロークエンドでストッパ部材３２が軸方向一方側に弾性収縮した状態で内向き折曲部１１ｈの移動を停止させる厚みに設定される。このようにすれば、ボンデッドピストンシール１１がストッパ部材３２に当接した際の衝撃は、ストッパ部材３２の弾性変形により、緩和乃至は吸収され、上記衝撃による異音の発生を抑制できる。ストッパ部材３２の構成材料として、ゴムを使用する場合には、例えば、ゴム硬度８０Ａ以上の硬いゴムが使用される。

上記の場合のストッパ部材３２のキャンセルプレート１２への固着方法としては、（１）ストッパ部材３２をキャンセルプレート１２に加硫接着する方法、（２）キャンセルプレート１２及びストッパ部材３２の一方に、他方側に突出する凸部を形成し、他方に、対応する凹部を形成して、ストッパ部材３２を弾性変形させながら、前記凸部を前記凹部に嵌め込む（嵌合する）方法等がある。前記凸部及び前記凹部は、全周にわたって形成される場合と、周方向等間隔（等間隔でなくてもよい。）に複数形成される場合とがある。キャンセルプレート１２に前記凸部又は前記凹部を形成する場合には、プレス及び打ち出し(叩き出し)等により、形成する。

なお、前記の実施の形態においては、ストッパ部材をキャンセルプレートに備えたが、ストッパ部材をボンデッドピストンシールやそれ以外の部材に備えてもよい。又、前記の実施の形態においては、本発明を密封装置が用いられている自動車用自動変速機の動力断続機構に適用した例について記載した。しかし、本発明はそのような構成に限定されない。

その他、別紙の特許請求の範囲内での種々の設計変更及び修正を加え得ることは勿論である。すなわち、本明細書で開示した実施の形態は単に例示であって、本発明が前述した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、本明細書の記載内容を参酌した上で、別紙の特許請求の範囲によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１０：密封装置、１１：ボンデッドピストンシール、１１ａ：環状部、１１ｂ：内円筒部、１１ｃ：外円筒部、１２：キャンセルプレート、２０：ハウジング、３２：ストッパ部材、３３：隙間、Ｃ：ディスククラッチ、Ｃ１：ディスク

Claims (2)

1. 流体圧力により軸方向一方側へ移動してディスククラッチのディスクを押圧することにより、前記ディスククラッチを動力伝達モードとする環状のピストンシールと、このピストンシールに対向させた状態で当該ピストンシールの軸方向一方側に配置された環状のキャンセルプレートとを備える密封装置であって、
   前記ピストンシールが、径方向に延びる環状部と、この環状部の外周側から軸方向一方側に延びて前記ディスクを押圧する外円筒部と、前記環状部の内周側から軸方向一方側に延びる内円筒部とを有し、
   前記キャンセルプレートの内周側の側面と前記内円筒部の先端部との間に、前記外円筒部が軸方向一方側のストロークエンドに到達した状態で前記キャンセルプレートの内周側の側面と前記内円筒部の先端部とによって挟み込んで当該内円筒部が軸方向一方側へ移動するのを前記流体圧力に抗して停止させることにより、前記ピストンシールの過度の弾性変形を防止するストッパ部材を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記ストッパが弾性材料により形成された請求項１記載の密封装置。
   

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