CN105917151A - 密封圈 - Google Patents

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CN105917151A CN201580005061.XA CN201580005061A CN105917151A CN 105917151 A CN105917151 A CN 105917151A CN 201580005061 A CN201580005061 A CN 201580005061A CN 105917151 A CN105917151 A CN 105917151A
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细江猛
井上秀行
德永雄郎
德永雄一郎
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Abstract

本发明提供一种不仅能够与旋转方向无关而降低旋转转矩而且能够抑制密封对象流体泄漏的密封装置，其特征在于，在相对于环状槽中的低压侧的侧壁面滑动的密封圈(100)中，在相对于侧壁面滑动的滑动面一侧设置有动态压力产生用槽(120)，所述动态压力产生用槽(120)具有第一槽(121)和第二槽(122)，所述第一槽(121)以固定的径向宽度在周向上延伸，所述第二槽(122)从第一槽(121)中的周向中央的位置延伸至内周面并将密封对象流体导入第一槽(121)内，并且，第一槽(121)设置在相对于侧壁面滑动的滑动区域以内的位置。

Description

密封圈
技术领域
本发明涉及一种用于密封轴与壳体的轴孔之间的环状间隙的密封圈。
背景技术
在汽车用的自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)中设置有用于密封相对旋转的轴与壳体之间的环状间隙以便保持油压的密封圈。近几年，降低油耗作为环境问题的对策正在被推进着，因而要求上述密封圈降低旋转转矩。迄今为止，已知有在密封圈的滑动面一侧设置用于引导密封对象流体的槽的技术。(参照专利文献1和专利文献2)
但仍然有改良的余地，例如希望与旋转方向无关而降低旋转转矩等。并且也需要密封圈本来的功能、即、抑制密封对象体的泄漏。
专利文献1：日本实开平03-088062号公报
专利文献2：国际公布第2011/105513号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种密封装置，其不仅能够与旋转方向无关而降低旋转转矩，而且能够抑制密封对象体的泄漏。
为了解决上述课题，本发明采用了以下的方式。
即，本发明的密封圈，其安装在设置于轴外周的环状槽中，密封相对旋转的所述轴与壳体之间的环状间隙，用于保持流体压力会发生变化的密封对象区域中的流体压力，其特征在于，
在相对于所述环状槽中低压侧的侧壁面滑动的密封圈中，
在相对于所述侧壁面滑动的滑动面侧设置有具有第一槽和第二槽的动态压力产生用槽，所述第一槽以固定的径向宽度在周向上延伸，所述第二槽从第一槽的周向中央位置延伸至内周面，并将密封对象流体导入第一槽内，
第一槽设置在相对于所述侧壁面滑动的滑动区域以内的位置。
本发明将密封对象流体导入动态压力产生用槽。因此，在设置有动态压力产生用槽的范围，由高压侧作用于密封圈的流体压力与由低压侧作用于密封圈的流体压力相互抵消。由此能够减少流体压力相对于密封圈的受压面积。并且当密封圈相对于环状槽中的低压侧的侧壁面滑动时，当密封对象流体从第一槽流出到滑动部分时产生动态压力。由此产生使密封圈离开侧壁面的方向的力。如上所述，受压面积减小和由动态压力产生使密封圈离开侧壁面的方向的力相互作用，能够有效地降低旋转转矩。
并且，动态压力产生用槽的结构为具有第一槽和从第一槽的周向中央延伸至内周面的第二槽。从而，与密封圈相对于环状槽的旋转方向无关而产生上述的动态压力。
而且，由于第一槽设置在相对于侧壁面滑动的滑动区域以内的位置，从而能够抑制密封对象流体的泄漏。
这里，第一槽的槽底的周向两端侧比周向中央浅。
通过这种方式，能够利用楔作用有效地产生上述动态压力。
如上所述，本发明不仅能够与旋转方向无关而降低旋转转矩，而且能够抑制密封对象体的泄漏。
附图说明
图1为本发明的实施例1的密封圈的侧视图。
图2为从外周面一侧观察本发明的实施例1的密封圈的图。
图3为本发明的实施例1的密封圈的侧视图。
图4为本发明的实施例1的密封圈的侧视图的局部放大图。
图5为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图6为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图7为表示本发明的实施例1的密封圈使用状态时的示意剖视图。
图8为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图9为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图10为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图11为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图12为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。
图13为本发明的实施例2的密封圈的侧视图的局部放大图。
图14为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
图15为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
图16为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
图17为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
图18为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
图19为本发明的实施例2的密封圈的示意剖视图。
符号的说明
100 密封圈
110 接缝部
120 动态压力产生用槽
121 第一槽
122 第二槽
200 轴
210 环状槽
211 侧壁面
300 壳体
X 滑动区域
具体实施方式
下面参照附图并根据实施例而详细举例说明用于实施本发明的方式。但是，除非特别声明，在本实施例中记述的组成部件的尺寸、材质、形状及其相对位置等并非将本发明的范围仅限定于此。此外，本实施例的密封圈用于在汽车用的AT和CVT等变速器中密封相对旋转的轴与壳体的轴孔之间的环状间隙以便保持油压。并且，在以下的说明中，“高压侧”是指在密封圈的两侧产生压差时成为高压的一侧，“低压侧”则是指在密封圈的两侧产生压差时成为低压的一侧。
(实施例1)
参照图1～图12对本发明的实施例的密封圈进行说明。图1为本发明的实施例1的密封圈的侧视图。此外，图1表示与密封圈中的滑动面相反一侧的侧面。图2为从外周面一侧观察本发明的实施例1的密封圈的图。图3为本发明的实施例1的密封圈的侧视图。此外，图3表示密封圈中的滑动面一侧的侧面。图4为本发明的实施例1的密封圈的侧视图的局部放大图。此外，图4为放大图3中设置有接缝部110附近的图。图5为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。此外，图5为图3中的AA剖视图。图6为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。此外，图6为图3中的BB剖视图。图7为表示本发明的实施例1的密封圈使用状态时的示意剖视图。此外，图7中的密封圈为图3中的AA剖视图。图8～图12为本发明的实施例1的密封圈的示意剖视图。此外，图8～图12为图4中的CC剖视图。
＜密封圈的结构＞
本实施例的密封圈100安装在设置于轴200的外周的环状槽210中，密封相对旋转的轴200与壳体300(壳体300中的***有轴200的轴孔内周面)之间的轴孔之间的环状间隙。由此，密封圈100保持液体压力(本实施例中为油压)会发生变化的密封对象区域的流体压力。这里，本实施例中，图7中右侧区域的流体压力会发生变化，并且密封圈100起到保持图中右侧的密封对象区域的流体压力的作用。此外，在汽车发动机停止状态下，密封对象区域的流体压力变低，成为无负载状态，而当启动发动机时，密封对象区域的流体压力则变高。并且，图7表示图中右侧的流体压力高于左侧的流体压力的状态。以下，将图7中的右侧称为高压侧(H)，左侧称为低压侧(L)。
而且，密封圈100由聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)等树脂材料构成。并且，密封圈100的外周面的周长小于壳体300的轴孔内周面的周长，并不具有过盈量。因此，在流体压力未作用的状态下，密封圈100的外周面可呈与壳体300的内周面分离的状态。
在该密封圈100的周向的一处设置有接缝部110。并且，在密封圈100的滑动面一侧设置有动态压力产生用槽120。此外，本实施方式的密封圈100的结构为，在剖面为矩形的环状构件上形成有上述的接缝部110和多个动态压力产生用槽120。但是，这仅是对形状的说明，并不意味着以剖面为矩形的环状构件为素材而实施形成这些接缝部110和多个动态压力产生用槽120的加工。当然，当剖面为矩形的环状构件成形之后，也可以利用切削加工获得这些接缝部110和多个动态压力产生用槽120。但是，例如在预先具有接缝部110的环状构件成形之后，也可以利用切削加工获得多个动态压力产生用槽120，制造方法并无特别限定。
接缝部110采用无论从外周面一侧以及两侧壁面一侧中的任何一方观察被切断成台阶状的所谓的特殊阶梯式。由于特殊阶梯式为公知技术，尽管省略其详细说明，但其具有下述的特性，即，即使因热膨胀收缩而使密封圈100的周长发生变化但维持稳定的密封性能。此外，尽管在这里作为接缝部110的一个例子而示出了特殊阶梯式，但接缝部110并不限于此，也可以采用直切式、斜切式和阶梯式等。此外，当采用低弹性的材料(PTFE等)作为密封圈100的材料时，也可以不设置接缝部110而形成为环状。
多个动态压力产生用槽120等间隔地设置在密封圈100中的滑动面一侧的侧面中的除去接缝部110附近以外的整个圆周上(参照图3)。这些多个动态压力产生用槽120被设置用于当密封圈100相对于设置于轴200的环状槽210中的低压侧的侧壁面211滑动时产生动态压力。而且，动态压力产生用槽120由第一槽121和第二槽122构成，所述第一槽121以固定的径向宽度在周向上延伸，所述第二槽122从第一槽121中的周向中央的位置延伸至内周面，并将密封对象流体导入第一槽121内。
第一槽121设置在相对于环状槽210中的低压侧的侧壁面211滑动的滑动区域X内的位置(参照图7)。并且，第一槽121的槽深在径向上的深度为常量(参照图5和图7)。而且，第一槽121的槽深可在周向上采用各种结构。参照图8～图12说明这一点。图8～图11表示第一槽121的槽底两端侧比周向中央浅的各种例子。图8表示第一槽121的槽底从周向中央以平面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。图9表示第一槽121的槽底从周向中央以曲面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。图10表示第一槽121的槽底从周向中央以台阶状朝向两侧变浅时的例子。图11表示第一槽121的槽底从周向中央以台阶状朝向两侧变浅且高度差部分由斜面构成时的例子。如此，通过将第一槽121的槽底构成为两端侧浅于周向的中央，能够利用楔作用更有效地产生动态压力。但是，如图12所示，当将第一槽121的槽底深度构成为在周向上为常量时，也可以产生一定程度的动态压力。此外，本实施例中的第一槽121被设定为最深部分为50μm以下。
＜密封圈使用时的机理＞
尤其是参照图7说明本实施例的密封圈100使用时的机理。图7表示启动发动机并经由密封圈100而产生压差的状态(图中右侧压力高于左侧压力的状态)。在启动发动机而产生压差的状态下，密封圈100同环状槽210的低压侧(L)的侧壁面211以及壳体300的轴孔的内周面为贴紧状态。
由此，通过密封相对旋转的轴200与壳体300之间的环状间隙，能够保持液体压力会发生变化的密封对象区域(高压侧(H)的区域)的液体压力。而且，当轴200与壳体300相对滑动时，在环状槽210的低压侧(L)的侧壁面211与密封圈100之间滑动。并且，当密封对象流体从设置于密封圈100的滑动面一侧的侧面中的动态压力产生用槽120流出到滑动部分时产生动态压力。此外，当密封圈100相对于环状槽210在图3中的顺时针方向旋转时，密封对象流体从第一槽121中的逆时针方向一侧的端部流出到滑动部分。并且，当密封圈100相对于环状槽210在图3中的逆时针方向旋转时，密封对象流体从第一槽121中的顺时针方向一侧的端部流出到滑动部分。
＜本实施例的密封圈的优点＞
本实施例的密封圈100将密封对象流体导入动态压力产生用槽120内。为此，在设置有动态压力产生用槽120的范围内，由高压侧(H)作用于密封圈100的流体压力与由低压侧(L)作用于密封圈100的流体压力互相抵消。由此，能够减少流体压力(从高压侧(H)朝向低压侧(L)的流体压力)相对于密封圈100的受压面积。
并且，当密封圈100相对于环状槽210中的低压侧的侧壁面211滑动时，密封对象流体从第一槽121流出到滑动部分时产生动态压力。由此，产生使密封圈100离开侧壁面211方向的力。
如上所述，受压面积的减少和由动态压力产生的使密封圈100离开侧壁面211方向的力互相结合能够有效地降低旋转转矩。由此，通过能够实现降低旋转转矩(滑动转矩)而能够抑制因滑动产生的发热，从而在高速高压的环境条件下也能够适当地使用本实施例的密封圈100。并且，与此同时，也可以将铝等软质材料用作轴200的材料。
并且，动态压力产生用槽120的结构为具有第一槽121和从第一槽121的周向中央延伸至内周面的第二槽122。因此，与密封圈100相对于环状槽210的旋转方向无关而产生上述动态压力。
而且，由于第一槽121设置在相对于侧壁面211滑动的滑动区域X内的位置，因此能够抑制密封对象流体的泄漏。
而且，如图8～图11所示，如果第一槽121的槽底构成为两端侧浅于周向的中央，则能够利用楔作用而有效地产生上述动态压力。尤其是，如图8和图9所示，当采用第一槽121的槽底从周向中央朝向两侧逐步地变浅时的结构时，即使密封圈100中的滑动侧的侧面磨损随着时间而发展，但也能够稳定地发挥楔作用。
(实施例2)
图13～图19表示本发明的实施例2，并表示以下情况时的结构，即，在本实施例中，将动态压力产生用槽的第一槽中的与第二槽连接部分的深度构成为与第二槽的深度相同，并且深于除去第一槽中的与第二槽连接部分以外的深度。由于其他的结构和作用与实施例1相同，因此对相同的结构部分赋予相同的符号并省略其说明。
图13为本发明的实施例2的密封圈的侧视图的局部放大图，并且为相当于上述实施例1中的图4的图。图14～图19为本发明的实施例2所涉及密封圈的示意剖视图。此外，图14～图19为图13中的CC剖视图。
在本实施中，由于仅动态压力产生用槽的结构与实施例1不同，而其他的结构与实施例1相同，因此省略其说明。在本实施例的密封圈100中，多个动态压力产生用槽120也等间隔地设置在密封圈100中的滑动面一侧的侧面中的除去接缝部110附近以外的整个圆周上。并且，与实施例1的情况同样，动态压力产生用槽120由第一槽121和第二槽122构成，所述第一槽121以固定的径向宽度在周向上延伸，所述第二槽122从第一槽121中的周向中央的位置延伸至内周面，并将密封对象流体导入第一槽121内。
并且，第一槽121设置在相对于环状槽210中的低压侧的侧壁面211滑动的滑动区域X内的位置，这一点也与实施例1同样，(参照图7)。并且，第一槽121的槽深在径向的深度为常量，这一点也与实施例1的情况相同。
而且，对本实施例的动态压力产生用槽120，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的深度与第二槽122的深度相同，并且深于除去第一槽121中的与第二槽122连接部分以外的部分121Y的深度。第一槽121的槽深可以在周向上采用各种结构。采用图14～图19说明这一点。
图14～图19表示第一槽121的槽底的两端侧比周向中央浅的各种例子。图14为实施例1中的图8所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以平面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接部分121X的深度比其他部分121Y更深。图15为图1中的图9所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以曲面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接部分121X的深度比其他部分121Y更深。图16为实施例1中的图10所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以台阶状朝向两侧变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接部分121X的深度比其他部分121Y更深。
图17为实施例1中的图8所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以平面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的深度比其他部分121Y更深。并且，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的槽底形成为曲面。图18为实施例1中的图9所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以曲面状朝向两侧逐步地变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的深度比其他部分121Y更深。并且，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的槽底形成为曲面。图19为实施例1中的图10所示例子的变形例，并表示第一槽121的槽底从周向中央以台阶状朝向两侧变浅时的例子。而且，第一槽121中的与第二槽122连接部分121X的深度比其他部分121Y更深。并且，第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的槽底形成为曲面。
此外，除去本实施例的第一槽121中的与第二槽122连接部分以外的部分121Y的深度也被设定为最深部分为50μm以下。
按照如上所述构成的本实施例的密封圈100，由于动态压力产生用槽120中的第二槽122的深度和第一槽121中的与第二槽122连接的部分121X的深度较深，从而能够提高密封对象流体的导入量。由此能够提高动态压力产生用槽120的动态压力产生效果。

Claims (2)

1.一种密封圈，其安装在设置于轴外周的环状槽中，密封相对旋转的所述轴与壳体之间的环状间隙，用于保持流体压力会发生变化的密封对象区域中的流体压力，其特征在于，
在相对于所述环状槽中低压侧的侧壁面滑动的密封圈中，
在相对于所述侧壁面滑动的滑动面侧设置有具有第一槽和第二槽的动态压力产生用槽，所述第一槽以固定的径向宽度在周向上延伸，所述第二槽从第一槽的周向中央位置延伸至内周面，并将密封对象流体导入第一槽内，
第一槽设置在相对于所述侧壁面滑动的滑动区域以内的位置。
2.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，
第一槽的槽底的周向两端侧比周向中央浅。
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