JP5849647B2 - 密封装置 - Google Patents

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装置に関するものである。

従来、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するシールリングが知られている。図６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の模式的断面図である。なお、図６においてはシールリングの使用時の状態を示しており、同図（Ａ）は差圧がない状態、同図（Ｂ）は差圧が高い状態をそれぞれ示している。

図示のシールリング５００は、軸２００の外周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５００が、ハウジング３００の軸孔３１０の内周面と環状溝２１０の側面のそれぞれに接触することで、軸２００とハウジング３００の軸孔３１０との間の環状隙間を封止する。なお、図示のシールリング５００の場合、軸孔３１０の内周面への接触面積の方が、環状溝２１０の側面への接触面積よりも広くするように設計されている。これにより、軸２００とハウジング３００が相対的に回転する際、シールリング５００と環状溝２１０との間で摺動し、シールリング５００と軸孔３１０との間では摺動しない。

なお、高圧となる側（Ｈ）と低圧となる側（Ｌ）との間の差圧がない場合（あるいは極めて低い場合）には、シールリング５００と軸孔３１０の内周面との間や、シールリング５００と環状溝２１０の側面との間には隙間が生じ得る（図６（Ａ）参照）。そして、高圧となる側（Ｈ）と低圧となる側（Ｌ）との間の差圧が高くなると、シールリング５００は、拡径すると共に、低圧となる側（Ｌ）に押圧され、軸孔３１０の内周面と環状溝２１０の側面に対してそれぞれ接触した状態となる（図６（Ｂ）参照）。

ここで、軸２００とハウジング３００が相対的に回転する際には、上記の通り、シールリング５００と環状溝２１０との間で摺動するため、回転トルクが発生する。この回転トルクは、受圧面積（摺動部分の面積）が広いほど、また、差圧が大きいほど大きくなる。回転トルクが大きければ大きいほど機械的損失が大きくなるため、より低減させることが要求される。

特開平０８−１２１６０３号公報 特開２００７−１９８４７８号公報 特開２０１１−１４４８４７号公報

本発明の目的は、低トルク化を図った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。

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する密封装置において、
前記環状溝内に装着される樹脂製の第１シールリングであって、前記環状溝における低圧となる側の側面に対して密着可能に設けられる胴体部、及び該胴体部の外周において高圧となる側に向かって傾くように伸びるリップ部を有すると共に、高圧となる側の流体圧力が高くなるにつれて第１シールリング自体が拡径することで、前記リップ部の先端が前記ハウジングに設けられた軸孔の内周面に接触するように構成された第１シールリングと、
前記環状溝内において第１シールリングよりも高圧となる側に装着されて、前記流体圧力によって、前記胴体部を押圧し、かつ前記環状溝の溝底面に対して密着するように構成された弾性体製の第２シールリングと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、高圧となる側の流体圧力が高くなると、第１シールリングにおけるリップ部の先端が、ハウジングに設けられた軸孔の内周面に接触する。また、第２シールリングは第１シールリングの胴体部を押圧し、かつ環状溝の溝底面に密着した状態となる。このように、第１シールリングにおけるリップ部の先端と軸孔の内周面との接触部分、第１シールリングの胴体部と第２シールリングとの接触部分、及び第２シールリングと環状溝の溝底面との接触部分にてシール部が発生する。そして、第２シールリングによって第１シールリングの胴体部を低圧となる側に向かって押圧させることによって、軸とハウジングが相対的に回転する際には、第１シールリングにおけるリップ部の先端と軸孔の内周面との接触部分でのみ摺動させることが可能となる。また、第２シールリングが第１シールリングの胴体部を押圧し、かつ環状溝の溝底面に密着した状態となることによって、胴体部の内周面側に密封対象流体が入り込むことを抑制でき、第１シールリングに対して拡径方向に作用する力の増加を抑制することができる。従って、流体圧力が高まっても、第１シールリングにおけるリップ部の先端と軸孔の内周面との摺動抵抗の増加を抑制することができる。

前記胴体部と前記リップ部とを繋ぐ付近は他の部位に比して厚みが厚くなっているとよい。

これにより、流体圧力の増加に伴って、リップ部が拡径方向に変形してしまうことを抑制できる。従って、流体圧力が高まっても、第１シールリングにおけるリップ部の先端と軸孔の内周面との摺動抵抗の増加をより一層抑制することができる。

第１シールリングにおける高圧となる側の側面には、前記胴体部と前記リップ部に跨るリブが複数設けられていることも好適である。

これにより、流体圧力の増加に伴って、リップ部が拡径方向に変形してしまうことを抑制できる。従って、流体圧力が高まっても、第１シールリングにおけるリップ部の先端と軸孔の内周面との摺動抵抗の増加をより一層抑制することができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、低トルク化を図ることができる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。 図５は本発明の実施例３に係る密封装置の模式的断面図である。 図６は従来例に係るシールリングの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。

（実施例１）
図１〜図３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。なお、本実施例に係る密封装置は、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ことが必要な機構を有する各種装置に用いられる。例えば、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好適に用いることができる。なお、この場合、密封対象流体は油である。

＜密封装置の構成＞
本実施例に係る密封装置１００の構成について説明する。なお、図１〜図３はいずれも本実施例に係る密封装置１００の模式的断面図であり、使用時の状態を示している。なお、図１は高圧となる側（以下、高圧側（Ｈ）と称する）と低圧となる側（以下、低圧側（Ｌ）と称する）との差圧がない場合（あるいは極めて低い場合）を示し、図２は高圧側（Ｈ）の流体圧力が高まり始めて、上記差圧が発生し始めた状態を示し、図３は上記差圧が高くなった状態を示している。

本実施例に係る密封装置１００は、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０に装着され、相対的に回転する軸２００とハウジング３００との間の環状隙間を封止する。そして、この密封装置１００は、環状溝２１０内に装着される樹脂製の第１シールリング１０と、環状溝２１０内において第１シールリング１０よりも高圧側（Ｈ）に装着される弾性体製の第２シールリング２０とから構成される。なお、第１シールリング１０の素材としては、例えば、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）やナイロン等を、仕様用途に応じて適宜選択することができる。また、第２シールリング２０の素材としては、例えば、ニトリルゴムやＥＰＤＭ、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムを、仕様用途に応じて適宜選択することができる。

第１シールリング１０は、環状溝２１０における低圧側（Ｌ）の側面に対して密着可能に設けられる胴体部１１と、胴体部１１の外周において高圧側（Ｈ）に向かって傾くように伸びるリップ部１２とを有している。また、第１シールリング１０は、周方向の１か所に不図示のカット部（合口）を有しており、容易に拡径可能に構成されている。なお、カット部の具体例としてはバイアスカットを挙げることができる。

そして、この第１シールリング１０は、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の差圧が発生していない状態（あるいは極めて低い状態）ではハウジング３００に設けられた軸孔３１０の内周面とリップ部１２の先端１２ａとの間には隙間が形成されるように構成されている。また、この第１シールリング１０は、高圧側（Ｈ）の流体圧力が高くなるにつれて第１シールリング１０自体が拡径することで、リップ部１２の先端１２ａが軸孔３１０の内周面に接触するように構成されている。

第２シールリング２０は、いわゆるＯリングである。この第２シールリング２０は、環状溝２１０内に装着されることで、環状溝２１０の溝底面に密着するように構成されている。また、この第２シールリング２０は、高圧側（Ｈ）の流体圧力が高まることによって、第１シールリング１０における胴体部１１を押圧するように構成されている。

また、第１シールリング１０における胴体部１１の幅（軸方向の距離）と第２シールリング２０の最大幅（軸方向の最大距離（直径に相当））の和は、環状溝２１０の溝幅よりも小さくなるように設定されている。従って、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の差圧が発生していない状態（あるいは極めて低い状態）では、第１シールリング１０における胴体部１１と第２シールリング２０との間には隙間が形成され得る（図１参照）。

＜密封装置の使用時のメカニズム＞
高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の差圧が発生していない状態（あるいは極めて低い状態）では、上記の通り、ハウジング３００に設けられた軸孔３１０の内周面と第１シールリング１０におけるリップ部１２の先端１２ａとの間には隙間が形成されている。また、第１シールリング１０における胴体部１１と第２シールリング２０との間には隙間が形成され得る状態にある（図１参照）。

そして、高圧側（Ｈ）の流体圧力が高まり始めると、第１シールリング１０の胴体部１１の内周面と、リップ部１２の内周側の傾斜面に対する流体圧力が高まっていく（図２中、矢印参照）。これにより、第１シールリング１０自体が拡径し、リップ部１２の先端１２ａが軸孔３１０の内周面に接触する（図２参照）。

そして、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の差圧が高くなった状態では、第２シールリング２０が、第１シールリング１０の胴体部１１を押圧し、かつ環状溝２１０の溝底面に対してより密着した状態となる。これにより、第１シールリング１０におけるリップ部１２の先端１２ａと軸孔３１０の内周面との接触部分、第１シールリング１０の胴体部１１と第２シールリング２０との接触部分、及び第２シールリング２０と環状溝２１０の溝底面との接触部分にてシール部が発生する。以下、それぞれシール部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と称する（図３参照）。

また、第１シールリング１０の胴体部１１は、第２シールリング２０により低圧側（Ｌ）に向かって押圧されて、環状溝２１０における低圧側（Ｌ）の側面に押し付けられるため、第１シールリング１０は環状溝２１０に固定された状態となる。従って、軸２００とハウジング３００が相対的に回転する際には、シール部Ｓ１でのみ摺動させることが可能となる。

更に、シール部Ｓ２とシール部Ｓ３が形成されることによって、第１シールリング１０における胴体部１１の内周面側に密封対象流体が入り込むことを抑制できる。そのため、これらのシール部Ｓ２，Ｓ３が形成された後は、高圧側（Ｈ）の流体圧力が高まっても、胴体部１１の内周面側に作用する流体圧力は殆ど変化しない。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上説明したように、本実施例に係る密封装置１００によれば、軸２００とハウジング３００が相対的に回転する際には、第１シールリング１０におけるリップ部１２の先端１２ａと軸孔３１０の内周面との接触部分（シール部Ｓ１）でのみ摺動させることが可能となる。これにより、リップ部１２の先端１２ａはエッジ状であるので、線接触状態での摺動が可能となる。

また、シール部Ｓ２，Ｓ３によって、高圧側（Ｈ）の流体圧力が高まっても、胴体部１
１の内周面側に作用する流体圧力の増加を抑制することができる。これにより、第１シールリング１０に対して拡径方向に作用する力の増加を抑制することができ、リップ部１２の先端１２ａの軸孔３１０の内周面に対する面圧の増加を抑制できる。

以上のように、摺動部分を線接触状態として、摺動部の面積を可及的に狭くすることと、流体圧力が高まっても、リップ部１２の先端１２ａの軸孔３１０の内周面に対する面圧の増加を抑制できることとが相俟って、摺動抵抗の増加を効果的に抑制することができる。これにより、回転トルクの増加を抑制し、機械的損失を低減することが可能となる。

（実施例２）
図４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、第１シールリングにおける胴体部とリップ部とを繋ぐ付近を他の部位に比して厚みを厚くした場合の構成を示している。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。なお、図４は本実施例に係る密封装置１００の模式的断面図であり、使用時の状態（高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）との差圧がない場合（あるいは極めて低い場合））を示している。また、（Ａ）〜（Ｃ）は各種の実施例を示している。

本実施例に係る密封装置１００においても、実施例１の場合と同様に、環状溝２１０内に装着される樹脂製の第１シールリング１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、環状溝２１０内において第１シールリング１０ａ，１０ｂ，１０ｃよりも高圧側（Ｈ）に装着される弾性体製の第２シールリング２０とから構成される。第２のシールリング２０については、上記実施例１の場合と同一である。

本実施例においては、第１シールリング１０ａ，１０ｂ，１０ｃを構成する胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近が他の部位に比して厚みが厚くなっている点のみが上記実施例１と異なっている。

図４（Ａ）に示す第１シールリング１０ａの場合、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近において、内周面側の曲率半径の方が外周面側の曲率半径よりも大きくすることによって、当該付近の厚みを厚くしている。

図４（Ｂ）に示す第１シールリング１０ｂの場合、リップ部１２における内周面側の傾斜面のテーパ角度を、外周面側の傾斜面のテーパ角度よりも大きくすることによって、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近の厚みを厚くしている。

図４（Ｃ）に示す第１シールリング１０ｃの場合、リップ部１２を胴体部１１の先端付近から屈折させた形状とするのではなく、リップ部１２を胴体部１１の側面側から突出させるような形状とすることによって、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近の厚みを厚くしている。

以上のように、本実施例においては、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近が他の部位に比して厚みが厚くなる構成を採用しているので、その付近の剛性が高くなっている。これにより、高圧側（Ｈ）の流体圧力が増加しても、リップ部１２が拡径方向に変形してしまうことを抑制できる。従って、流体圧力が高まっても、第１シールリング１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおけるリップ部１２の先端と軸孔３１０の内周面との摺動抵抗の増加を、上記実施例１の場合に比べて、より一層抑制することができる。なお、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ部位の幅Ｗ（図４（Ａ）参照）が他の部位と同等の幅に設定した場合と、当該幅をその１．４倍に設定した場合とでトルクを比べると、前者に比して後者の方を７０％程度に低減できることが確認できた。

（実施例３）
図５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、第１シールリングにおける高圧となる側の側面には、胴体部とリップ部に跨るリブが複数設けられている場合の構成を示している。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。なお、図５（Ａ）は本実施例に係る密封装置１００の模式的断面図であり、使用時の状態（高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）との差圧がない場合（あるいは極めて低い場合））を示している。また、図５（Ｂ）は本実施例に係る密封装置１００の一部破断斜視図である。

本実施例に係る密封装置１００においても、実施例１の場合と同様に、環状溝２１０内に装着される樹脂製の第１シールリング１０ｄと、環状溝２１０内において第１シールリング１０ｄよりも高圧側（Ｈ）に装着される弾性体製の第２シールリング２０とから構成される。第２のシールリング２０については、上記実施例１の場合と同一である。

本実施例においては、第１シールリング１０ｄにおける高圧側（Ｈ）の側面に、胴体部１１とリップ部１２に跨るリブ１３が複数設けられている点のみが上記実施例１と異なっている。

以上のように、本実施例においては、胴体部１１とリップ部１２に跨るリブ１３が複数設けられている構成を採用しているので、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近の剛性が高くなっている。これにより、高圧側（Ｈ）の流体圧力が増加しても、リップ部１２が拡径方向に変形してしまうことを抑制できる。従って、流体圧力が高まっても、第１シールリング１０ｄにおけるリップ部１２の先端と軸孔３１０の内周面との摺動抵抗の増加を、上記実施例１の場合に比べて、より一層抑制することができる。なお、上記実施例２で説明したように、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近が他の部位に比して厚みが厚くなる構成を採用した上で、本実施例で説明したように複数のリブ１３を設ける構成を採用してもよい。そうすることで、胴体部１１とリップ部１２とを繋ぐ付近の剛性をより一層高めることが可能となる。

（その他）
上記各実施例においては、第２シールリング２０がＯリングの場合を示したが、第２シールリング２０はＯリングに限定されるものではない。すなわち、第２シールリング２０は、第１シールリング１０の胴体部１１を押圧し、かつ環状溝２１０の溝底面に対して密着する機能を有する各種シールリングを採用できる。例えば、Ｄリングや角リングなども採用し得る。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 第１シールリング
１１ 胴体部
１２ リップ部
１２ａ （リップ部の）先端
１３ リブ
２０ 第２シールリング
１００ 密封装置
２００ 軸
２１０ 環状溝
３００ ハウジング
３１０ 軸孔
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ シール部

Claims (3)

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する密封装置において、
   前記環状溝内に装着される樹脂製の第１シールリングであって、前記環状溝における低圧となる側の側面に対して密着可能に設けられる胴体部、及び該胴体部の外周において高圧となる側に向かって傾くように伸びるリップ部を有すると共に、高圧となる側の流体圧力が高くなるにつれて第１シールリング自体が拡径することで、前記リップ部の先端が前記ハウジングに設けられた軸孔の内周面に接触するように構成された第１シールリングと、
   前記環状溝内において第１シールリングよりも高圧となる側に装着されて、前記流体圧力によって、前記胴体部を押圧し、かつ前記環状溝の溝底面に対して密着するように構成された弾性体製の第２シールリングと、
   を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記胴体部と前記リップ部とを繋ぐ付近は他の部位に比して厚みが厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 第１シールリングにおける高圧となる側の側面には、前記胴体部と前記リップ部に跨るリブが複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。

Images