CN110770484A

CN110770484A - 密封圈

Info

Publication number: CN110770484A
Application number: CN201880039586.9A
Authority: CN
Inventors: 吉田勇介; 渡部浩二
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JP6687162B2; JP2020046077A; KR20200008159A; KR102362482B1; US20210140545A1; JPWO2019004268A1; DE112018003269T5; WO2019004268A1; US11333250B2; CN110770484B

Abstract

本发明提供一种减小扭矩且使密封性能稳定化的密封圈，其特征在于，在密封圈(100)的外周面侧上分别在周向上隔着间隔而设置有多个第一动压力产生槽(131)和第二动压力产生槽(132)，其中，第一动压力产生槽(131)被设置成自轴线方向的宽度中心偏向一侧的侧面(100A)的位置延伸至一侧的侧面(100A)，并随着壳体与密封圈(100)的相对旋转而产生动压力，第二动压力产生槽(132)被设置成自轴线方向的宽度中心偏向另一侧的侧面(100B)的位置延伸至另一侧的侧面(100B)，并随着壳体与密封圈(100)的相对旋转而产生动压力。

Description

密封圈

技术领域

本发明涉及一种用于对轴与壳体的轴孔之间环状间隙进行密封的密封圈。

背景技术

在汽车用的Automatic Transmission(AT)或Continuously VariableTransmission(CVT)中，为了保持油压而设置有用于密封相对旋转的轴与壳体之间环状间隙的密封圈。近几年，作为环境问题对策正在推进低耗油率，在上述密封圈中减小扭矩的要求正在高涨。迄今为止，采取减小安装有密封圈的环状槽侧面与密封圈之间的滑动部分接触面积的对策。参照图10对这种现有例所涉及的密封圈进行说明。

图10为用于表示现有例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。现有例所涉及的密封圈300安装在设置于轴500外周上的环状槽510中。而且，密封圈300通过紧贴用于插通轴500的壳体600轴孔的内周面610且可滑动地与环状槽510的侧壁面接触，对轴500与壳体600的轴孔之间的环状间隙进行密封。

这里，在现有例所涉及的密封圈300上且在两侧面的内周面侧上设置有沿周向延伸的一对凹部311、312。这使得当密封对象流体自高压侧(在图示的示例中为图中区域(P)侧)朝向低压侧(在图示的示例中为图中区域(Q)侧)并沿着轴线方向按压密封圈300时的有效受压区域为由图10中的T0所示的区域。也就是说，在密封圈300的侧面中未设置凹部311、312部分的径向区域为有效受压区域T0。这是因为在设置有凹部311、312的区域中，流体压力自轴线方向的两侧作用而使得沿轴线方向施加到密封圈300的力被抵消。此外，受压区域T0在整个周长上的面积为在轴线方向上的有效受压面积。

此外，当密封对象流体自内周面侧朝向外周面侧并向径向外侧按压密封圈300时的有效受压区域为图10中的H0所示的区域。也就是说，密封圈300在轴线方向上的厚度部分为有效的受压区域H0。此外，受压区域H0在整个周长上的面积为在径向上的受压面积。

如上所述，通过设定成[区域T0的长度]＜[区域H0的长度]，能够在密封圈300与环状槽510的侧壁面之间滑动。而且，通过尽可能地减小受压区域T0的长度，能够减小扭矩。

但是，密封圈300与环状槽510的侧壁面的接触区域为图10中的U0所示区域。换句话说，密封圈300的低压侧的侧面，且在未设置有凹部312的部分中仅除去暴露在轴500与壳体600之间间隙部分以外的部分与环状槽510的侧壁面接触。因而，密封圈300中的接触区域U0会受到轴500与壳体600之间间隙的尺寸和设置在环状槽510上的倒角的尺寸的影响。因此，根据使用环境的不同，密封圈300与环状槽510侧壁面的接触面积会变得过小而可能会导致密封性能降低。而且，还存在根据使用环境不同而导致接触区域发生变化，使密封性能不稳定等问题。

专利文献1：日本专利第3437312号公报

专利文献2：日本专利第4872152号公报

专利文献3：国际公开第2014/196403号

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小扭矩且使密封性能稳定化的密封圈。

本发明为了解决上述课题而采用了以下方法。

即，本发明的密封圈安装在设置于轴的外周上的环状槽中，通过对相对旋转的所述轴与壳体之间的环状间隙进行密封而保持被构成为液体压力变化的密封对象区域的流体压力，所述密封圈紧贴所述环状槽中的低压侧的侧壁面，并在所述壳体中的用于插通所述轴的轴孔内周面上滑动，所述密封圈的特征在于，在外周面侧上分别在周向上隔着间隔设置有多个第一动压力产生槽和第二动压力产生槽，其中，所述第一动压力产生槽被设置成从轴线方向的宽度中心偏向一侧侧面的位置延伸至一侧侧面，并随着所述壳体与密封圈之间的相对旋转而产生动压力，所述第二动压力产生槽被设置成从轴线方向的宽度中心偏向另一侧侧面的位置延伸至另一侧侧面，并随着所述壳体与密封圈之间的相对旋转而产生动压力。

由于本发明的密封圈被构成为紧贴环状槽低压侧的侧壁面，并在壳体的轴孔内周面上滑动，因而无论轴与壳体之间的环状间隙的大小如何，均能够使滑动部分的面积稳定。因此能够使密封性能稳定化。此外，由于在密封圈的外周面侧上设置有第一动压力产生槽和第二动压力产生槽，能够降低滑动阻力，从而能够减小扭矩。

在第一动压力产生槽中，所述壳体与密封圈相对旋转方向的上游侧的侧面由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成，在第二动压力产生槽中，所述壳体与密封圈相对旋转方向的上游侧的侧面也由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。

这使得当壳体与密封圈相对旋转时，第一动压力产生槽和第二动压力产生槽内的密封对象流体自槽内流向密封圈外周面而产生动压力。

在密封圈的内周面侧上且在周向上隔着间隔设置有多个朝向径向内侧突出的突起。

此外，可以尽可能组合采用上述各构成。

如上所述，本发明不仅能够减小扭矩，而且能够使密封性能稳定化。

附图说明

图1为本发明实施例所涉及的密封圈的侧视图。

图2为自本发明实施例所涉及的密封圈外周面侧观察的图的一部分。

图3为本发明实施例所涉及的密封圈侧视图的局部放大图。

图4为用于表示本发明实施例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。

图5为用于表示本发明实施例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。

图6为用于表示本发明实施例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。

图7为本发明变型例1所涉及的密封圈侧视图的局部放大图。

图8为本发明变型例2所涉及的密封圈侧视图的局部放大图。

图9为本发明变型例3所涉及的密封圈侧视图的局部放大图。

图10为用于表示现有例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图并根据实施例而示例性地对用于实施本发明的方式进行详细说明。但若无特别记载，本实施例所记载的组成部件的尺寸、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。

(实施例)

参照图1～图6对本发明实施例所涉及的密封圈进行说明。图1为本发明实施例所涉及的密封圈的侧视图。图2为自本发明实施例所涉及的密封圈外周面侧观察的图的一部分且为用于表示设置在密封圈上的接缝部附近的图。图3为本发明实施例所涉及的密封圈侧视图的局部放大图。图4～图6为用于表示本发明实施例所涉及的密封圈使用状态的示意剖视图。此外，图4、5中的密封圈相当于图3中的BB剖面图。图6中的密封圈相当于图3中的AA剖面图。此外，在以下的说明中，“轴线方向”意味着轴500和密封圈100的中心轴线延伸的方向。

<密封圈的结构>

本实施例所涉及的密封圈100安装在设置于轴500外周上的环状槽510中，用于密封相对旋转的轴500与壳体600(壳体600中的用于插通轴500的轴孔的内周面610)之间的环状间隙。即，例如如图5所示，密封圈100将轴500与壳体600的轴孔的内周面610之间的环状间隙分割成区域(P)和区域(Q)。这使得密封圈100保持被构成为液体压力(在本实施例中为油压)变化的密封对象区域的流体压力。这里，在本实施例中则被构成为图4～图6中右侧的区域(P)的流体压力变化，且密封圈100起到用于保持作为密封对象区域的区域(P)的流体压力的作用。此外，在汽车的发动机处于停止状态下，密封对象区域的流体压力较低而成为无负载状态，当启动发动机时，密封对象区域的流体压力则会变高。

并且，密封圈100由聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)等树脂材料形成。而且，密封圈100外周面的周长被构成为小于壳体600的轴孔内周面的周长，并被构成为不具有过盈量。

在该密封圈100周向的一部位上设置有接缝部110。并且，在密封圈100的外周面侧上分别在周向上隔着间隔设置有多个第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132。而且，在密封圈100的内周面侧上且在周向上隔着间隔设置有多个朝向径向内侧突出的突起150。这样，通过设置多个突起150，能够在密封圈100被安装到环状槽510中并被组装到壳体600的轴孔中之前的状态下，防止密封圈100大幅突出于轴500的外周面。也就是说，尽管密封圈100因重力而垂向下方，但上方的若干个突起150则会抵靠在环状槽510的槽底上。因而能够防止密封圈100朝向下方大幅突出于密封圈100的外周面。这提高了在密封圈100安装到环状槽510中的状态下将轴500***壳体600的轴孔时的组装作业性能。

此外，本实施方式所涉及的密封圈100是在剖面为矩形的环状构件上形成有上述接缝部110、多个第一动压力产生槽131、多个第二动压力产生槽132和多个突起150的结构。但这些仅为形状的说明而已，并非意味着必需以剖面为矩形的环状构件为素材并施加用于形成该各部的加工。当然，在将剖面为矩形的环状构件成形后，也可以通过切削加工获得各部。但也可以例如在预先形成具有接缝部110和多个突起150的环状构件之后，再通过切削加工获得多个第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132，制造方法并无特别限定。

接缝部110采用从外周面侧和两侧壁面侧任何一方观察均为切断成台阶状的所谓特殊阶梯式。这样，在密封圈100中隔着切断部而在一侧的外周面侧上设置有第一嵌合凸部111a和第一嵌合凹部112a，在另一侧的外周面侧上设置有用于第一嵌合凸部111a嵌合的第二嵌合凹部112b和与第一嵌合凹部112a嵌合的第二嵌合凸部111b。此外，在密封圈100中隔着切断部而在一侧内周面侧的面113a与另一侧内周侧的面113b之间形成有间隙S(参照图1)。由于特殊阶梯式为公知常识，尽管省略其详细说明，但其具有即使因热膨胀收缩而使密封圈100的周长变化也维持稳定的密封性能的特性。此外，尽管这里示出特殊阶梯式的情形作为接缝部110的一例，但接缝部110并不限于此，也可以采用直切、斜切或阶梯式等。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而设置为环状。

第一动压力产生槽131被设置成自密封圈100轴线方向的宽度中心(参照图2中L)偏向一侧侧面100A的位置延伸至一侧的侧面100A。在该第一动压力产生槽131中，周向两侧的侧面131a、131b均由朝向两侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。更为具体而言，该倾斜面由从密封圈100的侧面侧观察弯曲的面(所谓R面)构成。根据以这种方式构成的第一动压力产生槽131，无论轴500与壳体600的相对旋转方向如何，均可以说该旋转方向的上游侧的侧面(侧面131a或者侧面131b)由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。

第二动压力产生槽132被设置成自密封圈100轴线方向的宽度中心偏向另一侧侧面100B的位置延伸至另一侧的侧面100B。在该第二动压力产生槽132中，周向两侧的侧面均由朝向两侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。更为具体而言，该倾斜面由从密封圈100的侧面侧观察弯曲的面(所谓R面)构成。根据以这种方式构成的第二动压力产生槽132，无论轴500与壳体600的相对旋转方向如何，均可以说该旋转方向的上游侧的侧面由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。此外，由于第二动压力产生槽132和第一动压力产生槽131的形状相同，因而省略从第二动压力产生槽132的侧面侧观察的图。

在除去接缝部110附近以外的整个周长上，沿着周向并隔着间隔均设置有多个第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132。如上所述，第一动压力产生槽131被设置成自密封圈100轴线方向的宽度中心偏向一侧侧面100A的位置延伸至一侧的侧面100A。而且，第二动压力产生槽132被设置成自密封圈100轴线方向的宽度中心偏向另一侧侧面100B的位置延伸至另一侧的侧面100B。因此，在密封圈100外周面中穿过轴线方向的宽度中心的部分上形成有环状的凸起120。并且，在相邻的第一动压力产生槽131之间分别形成有肋状的第一肋部141。而且，在相邻的第二动压力产生槽132之间也分别形成有肋状的第二肋部142。并且，接缝部110附近的外周面、凸部120的外周面、多个第一肋部141的外周面和多个第二肋部142的外周面位于同一面上。由此形成密封圈100外周面侧上的环状连续密封面(圆柱状的密封面)。

尽管凸部120的宽度越窄则可以减小扭矩，但当使宽度过窄时，则会导致密封性能和耐久性能降低。因此，优选根据使用环境等不同而尽可能地使该宽度狭窄至能够维持密封性能和耐久性能程度。例如，当密封圈100的横向宽度的长度为1.9mm时，将凸部120的宽度设定为0.3mm以上0.7mm以下程度。

并且，在本实施例所涉及的密封圈100中，自凸部120一侧的侧面至密封圈100另一侧的侧面100B的距离(在图5中相当于区域H1的长度)以及自凸部120另一侧的侧面至密封圈100一侧的侧面100A的距离被设定为小于自密封圈100的内周面至凸部120的外周面的距离(在图5中相当于区域T1的长度)。此外，自凸部120一侧的侧面至密封圈100另一侧的侧面100B的距离以及自凸部120另一侧的侧面至密封圈100一侧的侧面100A的距离相等。此外，在使用密封圈100时，也可以将区域H1称为自凸部120的高压侧侧面至密封圈100的低压侧侧面的区域。

通过以上述方式设定区域H1与区域T1之间的关系，密封圈100被设定成由有助于液体压力按压轴孔内周面610的力的内周面侧构成的有效受压面积小于由有助于液体压力按压环状槽510中的低压侧侧壁面的力的侧面侧构成的有效受压面积。

<密封圈使用时的机理>

特别参照图4～图6对本实施例所涉及的密封圈100使用时的机理进行说明。图4表示发动机停止且隔着密封圈100的区域(P)侧的流体压力与区域(Q)侧的流体压力相等(无负荷状态)的状态。图5和图6表示发动机启动且隔着密封圈100产生压力差的状态(区域(P)的流体压力高于区域(Q)侧的流体压力的状态)。

在无负荷状态下，由于区域(P)与区域(Q)之间没有压力差，且也没有来自内周面侧的流体压力作用，因而，密封圈100可以成为与环状槽510中的图4中左侧的侧壁面以及轴孔的内周面610分离的状态。

然后，在启动发动机而产生压力差的状态下，密封圈100成为紧贴环状槽510低压侧(在图示的示例中为区域(Q)侧)的侧壁面的状态，且成为在轴孔的内周面610上滑动的状态(参照图5和图6)。

<本实施例所涉及的密封圈的优点>

本实施例所涉及的密封圈100被构成为紧贴环状槽510低压侧的侧壁面，且在壳体600的轴孔内周面610上滑动。对这一点进行更为详细地说明。在本实施例所涉及的密封圈100中，图5所示的区域H1的长度被设定成小于区域T1的长度。这使得密封圈100被设定成由有助于液体压力按压轴孔内周面610的力的内周面侧构成的有效受压面积小于由有助于液体压力按压环状槽510中的低压侧侧壁面的力的侧面侧构成的有效受压面积。

即，区域T1为密封对象流体自高压侧朝向低压侧沿轴线方向按压密封圈100时的有效受压面积。并且，受压区域T1在整个周长上的面积为在轴线方向上的有效受压面积。而且，区域H1为密封对象流体自内周面侧朝向外周面侧而向径向外侧按压密封圈100时的有效受压面积。这是因为在设置有高压侧的动压力产生槽(在本实施例的情形下为区域(P)侧的第一动压力产生槽131)的区域中，流体压力从径向两侧作用而使得沿径向施加到密封圈100上的力被抵消。此外，受压区域H1在整个周长上的面积为在径向上的有效受压面积。

因此，当在密封圈100的两侧产生压力差时，密封圈100的朝向径向外侧方向的有效受压面积(受压面积)小于朝向轴线方向的有效受压面积。因而能够防止密封圈100在环状槽510中滑动，从而能够更为可靠地使密封圈100的外周面在轴孔的内周面610上滑动。这使得无论轴500与壳体600之间的环状间隙的大小如何，均能够使滑动部分的面积稳定。从而能够使密封性能稳定化。而且，由于密封圈100的外周面侧滑动，因而同与环状槽侧壁面之间滑动的密封圈相比，密封对象流体容易形成润滑膜(这里为油膜)，从而能够进一步减小滑动扭矩。这是由于当在密封圈100的外周面与轴孔内周面之间滑动时，其间的微小间隙部分可以发挥楔效果。

而且，根据本实施例所涉及的密封圈100，当隔着密封圈100而在两侧产生压力差时，密封对象流体会被导入至一对动压力产生槽中高压侧的动压力产生槽(在本实施例的情形下为第一动压力产生槽131)内。因此，即使流体压力增大，但在设置有第一动压力产生槽131的区域中，由于流体压力会从外周面侧和内周面侧两侧作用于密封圈100，因而能够使该流体压力抵消。此外，图5中的箭头表示流体压力作用于密封圈100的状态。这样，在本实施例所涉及的密封圈100中，能够防止随着流体压力的增加而使朝向密封圈100的外周面侧的压力增加，从而能够将滑动扭矩抑制为较小。

而且，在本实施例中，在除去接缝部110附近的整个周长上沿着周向并隔着间隔形成有多个第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132。这样，在本实施例中，由于在密封圈100外周面的大范围内设置有第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132，因而能够尽可能地使密封圈100与壳体600的轴孔内周面610之间的滑动面积变窄，从而能够极大地减小滑动扭矩。

而且，在本实施例所涉及的密封圈100中，第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132会随着壳体600与密封圈100之间的相对旋转而产生动压力。更为详细地对这一点进行说明。例如，在第一动压力产生槽131中，壳体600与密封圈100相对旋转方向的上游侧的侧面(侧面131a或者侧面131b)由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。因此，当壳体600与密封圈100相对旋转时，第一动压力产生槽131内的密封对象流体从槽内流向密封圈100的外周面而产生动压力。第二动压力产生槽132的动压力产生的机理也同样。这种动压力成为使密封圈100的外周面离开壳体600的轴孔内周面610方向的力。并且还能够使形成于密封圈100的外周面与壳体600的轴孔内周面610之间的密封对象流体的膜厚变厚。从而能够进一步减小滑动扭矩(扭矩)。

这样，由于能够实现减小滑动扭矩，因而能够防止滑动产生的发热，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所涉及的密封圈100。而且，由于在环状槽510的侧面上不滑动，因而也能够将铝等软质材料用作轴500的材料。

而且，由于在本实施例所涉及的密封圈100中设置有多个第一肋部141和第二肋部142，能够使密封圈100的刚性变高，尤其是使弯曲方向的强度变高。因而在压力差变大的环境下，也可以防止密封圈100变形，从而稳定地发挥密封性能。而且，还能够防止密封圈100在环状槽510中倾倒。

(变型例)

尽管在上述实施例所涉及的第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132中示出了周向两侧的侧面由所谓的R面构成的情形。但本发明中的第一动压力产生槽131和第二动压力产生槽132并不限于该结构，只要随着壳体600与密封圈100之间的相对旋转而产生动压力，则可以采用各种公知技术。例如，如图7的变型例1所示的动压力产生槽131X，周向两侧的侧面131Xa、131Xb均可以由朝向两侧而深度逐渐变浅的平面状倾斜面构成。当然，该变型例1也可以取得与上述实施例1的情形同样的效果。

而且，如图8的变型例2所示的动压力产生槽131Y，周向一侧的侧面131Ya也可以与上述实施例1的情形同样由R面构成。但当采用该变型例2所涉及的动压力产生槽131Y时，则需要壳体600与密封圈100相对旋转方向的上游侧的侧面131Ya由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面(R面)构成。图8中的箭头R1为密封圈100相对于壳体600的相对旋转方向。因此，当壳体600与轴500(以及密封圈100)相对旋转时，密封对象流体相对于密封圈100沿图中箭头R2方向流动。

而且，如图9的变型例3所示的动压力产生槽131Z，周向一侧的侧面131Za也可以与上述变型例1同样由平面状的倾斜面构成。此外，在该变型例3的情形下，也可以将侧面131Za称作槽底面。当采用该变型例3所涉及的动压力产生槽131Z时，则需要壳体600与密封圈100相对旋转方向的上游侧的侧面131Za由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。图9中的箭头R1为壳体600与密封圈100的相对旋转方向。因此，当壳体600与轴500(以及密封圈100)相对旋转时，密封对象流体相对于密封圈100沿图中箭头R2方向流动。

附图标记说明

100 密封圈

100A 一侧的侧面

100B 另一侧的侧面

110 接缝部

111a 第一嵌合凸部

111b 第二嵌合凸部

112a 第一嵌合凹部

112b 第二嵌合凹部

120 凸部

131 第一动压力产生槽

132 第二动压力产生槽

131X、131Y、131Z 动压力产生槽

131a、131b、131Xa、131Xb、131Ya、131Za 侧面

141 第一肋部

142 第二肋部

150 突起

500 轴

510 环状槽

600 壳体

610 内周面

Claims

1.一种密封圈，安装在设置于轴的外周上的环状槽中，通过对相对旋转的所述轴与壳体之间的环状间隙进行密封而保持被构成为液体压力变化的密封对象区域的流体压力，

所述密封圈紧贴所述环状槽中的低压侧的侧壁面，并在所述壳体中的用于插通所述轴的轴孔内周面上滑动，

所述密封圈的特征在于，

在外周面侧上分别在周向上隔着间隔设置有多个第一动压力产生槽和第二动压力产生槽，

其中，所述第一动压力产生槽被设置成从轴线方向的宽度中心偏向一侧侧面的位置延伸至一侧侧面，并随着所述壳体与密封圈之间的相对旋转而产生动压力，

所述第二动压力产生槽被设置成从轴线方向的宽度中心偏向另一侧侧面的位置延伸至另一侧侧面，并随着所述壳体与密封圈之间的相对旋转而产生动压力。

2.根据权利要求1所述的密封圈，其特征在于，

在第一动压力产生槽中，所述壳体与密封圈相对旋转方向的上游侧的侧面由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成，

在第二动压力产生槽中，所述壳体与密封圈相对旋转方向的上游侧的侧面也由朝向该上游侧而深度逐渐变浅的倾斜面构成。

3.根据权利要求1或2所述的密封圈，其特征在于，

在内周面侧上且在周向上隔着间隔设置有多个朝向径向内侧突出的突起。