JP2008032112A - シール及び油圧式クラッチレリーズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールの背面隙間をできるだけ小さく設定しつつ液量損失低減とシール性確保を両立可能にすること。
【解決手段】シール３は、シリンダ内を摺動するピストン先端部に装着され、シリンダ内を摺動自在に密封する弾性材料よりなる。シール３は、ピストン先端部に当接するベース部３ｂと、ベース部３ｂの両端から油室側に延在しシリンダの壁面に圧接する１対のリップ部３ａと、を有する。ベース部３ｂの軸方向長さＬ２は、シリンダ内に組み付けられていない自由状態において、リップ部３ａとシリンダとの接触面の軸方向長さＬ３以上である。リップ部３ａの接触端３ｃは、リップ部３ａの接触端３ｅよりも小さい曲率半径となるように形成されている。リップ部３ａにおけるシリンダとの接触面３ｄは、シール３をシリンダ内に組み付けた際に略平坦となるように、自由状態において湾曲形状に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、シール及びこれを用いた油圧式クラッチレリーズ装置に関する。

油圧式クラッチレリーズ装置等のようにシリンダ室を有する装置では、油圧室内を摺動するピストンにシールが装着されている。このようなシールの従来技術として、以下のようなシールが開示されている。

例えば、互いに嵌合して、摺動する２つの部材間に介在し、その一方の部材に形成され一対の側壁部と底壁部とを有する装着溝に装着される弾性材料からなるカップシールであって、前記装着溝の一方の側壁部に当接可能なベース部と、このベース部に連設され前記装着溝の他方の側壁部に向けて延びる第１リップ部、及び第２リップ部とを備え、前記第１リップ部は前記装着溝に装着されることにより前記底壁部に弾着し、また、前記第２リップ部は、前記２つの部材の嵌合により、他方の部材に弾接してシール力を得る環状のカップシールにおいて、前記装着溝に装着された状態で、前記第２リップ部の弾接により発生する最大面圧力の位置を前記第１リップ部の弾接により発生する面圧発生領域の略中心とし、かつ前記第１リップ部及びこの第１リップ部と連設するベース部の弾接により発生するシール面圧の合計を、前記第２リップ部の弾接により発生するシール面圧の合計よりも大きく設定したものが開示されている（特許文献１参照）。

また、シールにおいてシールリップ形状が非対称断面に構成され、外径リップを厚く内径リップを長く設定し、また壁面接触部の形状設定によりシール性能のよい面圧分布を形成したものが開示されている（特許文献２参照）。

特開平１１−８２７５０号公報（図１） 米国特許６０３５９９０号明細書（図１）

特許文献１に記載のシールのように内径または外径の一方に装着されたカップシールにおいては、摺動側リップによって引きずられないように固定側リップの面圧合計を摺動側リップより大きくし、引きずりによるシールの傾転を防止、また多少引きずられても傾転しにくくなるように最大面圧位置を固定側面圧発生領域のほぼ中心に設定している。特許文献１に記載のシールを、例えば、特許文献２に示すようなピストンの受圧部に装着する場合、内外両リップが摺動壁となる。特許文献１に記載のシールでは、両摺動面が同一方向に移動する際、受圧時には圧力に相当する面圧でシールが壁面に押し付けられるので、基本的に傾転は発生しないが、加圧力が極めて低い初期のシール挙動は洩れに対して問題がある。つまり、無圧状態での内外径リップの面圧分布をどのように設定するのが望ましいかを明確にする必要があるところ、特許文献１の摺動側リップのように、接触幅を少なく設定し、かつ、面圧にピークを持たせることは、片側のリップが摺動壁となる場合は摺動時に油膜を切りやすくシール性に有効な手段であるが、両側のリップが摺動壁となる場合はシールの変形量が大きくなり結果的に伝達効率の悪化を招く。仮に、摺動側リップについて接触幅を大きく取れば、受圧時の変形量を抑えられるものの、面圧ピークが出にくくなるのでシール性能は悪化してしまう。

特許文献２に記載のシールでは、外径リップの肉厚を厚くして剛性を持たせ、外径側面圧合計を内怪側とバランスさせることでシール姿勢を安定させるとともに、摺動壁との接触端形状を規定し、圧力室側の面圧勾配を急激に設定してシール性を確保しつつピストン側に緩やかな面圧勾配を持たせて潤滑層として作用するクリアランスを形成し、摩擦性を向上させるとしている。しかしながら、確実に油膜切りを行うためには、面圧分布は、油室側に頂点を持った三角形形状ではなく、接触端近傍面圧のみが極めて高く、無圧室側は低くなだらかになっていることが望ましいところ、特許文献２では、その達成手段について述べられていない。

また、図５を参照すると、特許文献２に記載のシールのように、環状ピストン１０６の受圧部に装着されるシール１０３については、一般的には、シール１０３は所定の接触幅をもって摺動面に接しており、シール１０３と内側ハウジング１０１および外側ハウジング１０２の間には背面隙間１０８が形成されている。この背面隙間１０８は、クラッチペダル踏み込み時の圧油の供給によるシール１０３の変形でつぶされることになる。その際、背面隙間１０８の体積に相当する余分な油量が必要になり、クラッチペダルの遊びが増えることになる。したがって、この背面隙間１０８は組み付け状態においてできるだけ少なくして、受圧時の変形による液量損失ができるだけ少なくすることが望ましい。そのための手段として、単純には収納スペース内におけるシールの充填率を高く設定することが考えられる。シール１０３の充填率を高くして背面隙間１０８を減らすと、シール１０３の壁面接触面積を大きくすることになるため、シール１０３の面圧が分散し油膜切りの効果が悪くなってシール性能の悪化を招くとともに、摺動抵抗が増加し荷重伝達効率が悪化する可能性がある。

本発明の主な課題は、シールの背面隙間をできるだけ小さく設定しつつ液量損失低減とシール性確保を両立可能にすることである。

本発明の第１の視点においては、断面が環状のシリンダ室内に供給される圧油により前記シリンダ室内を摺動するピストンの受圧部に装着されるとともに前記シリンダ室内を摺動自在に密封する弾性材料よりなるシールであって、前記ピストンの受圧部に当接するベース部と、前記ベース部の外周側と内周側との両端から前記ピストンの反対側に延在し前記シリンダ室の壁面に圧接する１対のリップ部と、を有し、前記ベース部の軸方向長さは、前記シリンダ室内に組み付けられていない自由状態において、前記リップ部と前記シリンダ室との接触面の軸方向長さ以上であることを特徴とする。

本発明の前記シールにおいて、前記リップ部における前記シリンダ室との接触面における前記ピストンの反対側の接触端は、角形状となるように形成されていることが好ましい。

本発明の前記シールにおいて、前記リップ部における前記シリンダ室との接触面は、前記シールを前記シリンダ室内に組み付けた際に、軸方向に対して前記シリンダ室の壁面と略平行になり、かつ、略平坦となるように、自由状態において湾曲形状に形成されていることが好ましい。

本発明の第２の視点においては、油圧式クラッチレリーズ装置において、回転伝達軸を包囲する環状の内側ハウジングと、前記内側ハウジングを包囲する外側ハウジングと、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングによって構成されるシリンダ室内に前記回転伝達軸の軸方向へ移動可能に収容された環状のピストンと、前記回転伝達軸の軸方向にて前記ピストン部材と隣合い、かつ、前記回転伝達軸の軸方向へ移動可能なレリーズベアリングと、前記ピストンの受圧部に装着されるとともに、前記シリンダ室内を摺動自在に密封する弾性材料よりなるシールと、を備え、前記シールは、前記ピストンの受圧部に当接するベース部と、前記ベース部の両端から前記ピストンの反対側に延在し前記シリンダ室の壁面に圧接する１対のリップ部と、を有し、前記ベース部の軸方向長さは、前記シリンダ室内に組み付けられていない自由状態において、前記リップ部と前記シリンダ室との接触面の軸方向長さ以上であることを特徴とする。

本発明（請求項１、４）によれば、ベース部の軸方向長さを、シリンダ室内に組み付けられていない自由状態において、リップ部とシリンダ室との接触面の軸方向長さ以上とすることで、接触端における拡張力が確保される。

本発明（請求項２）によれば、リップ部におけるシリンダ室との接触面におけるピストンの反対側の接触端を、リップ部におけるシリンダ室との接触面におけるピストン側の接触端よりも小さい曲率半径となるように形成することで、ピストンの反対側の接触端にて面圧にピークを持たせることができ、油切れをよくすることができる。

本発明（請求項３）によれば、リップ部におけるシリンダ室との接触面を、シールをシリンダ室内に組み付けた際に略平坦となるように、自由状態において湾曲形状に形成することで、低い面圧で摺動面に接触するようにして受圧時の変形量を抑えることができ、背面隙間を少なくしてロスを少なくさせることができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置の構成を模式的に示した部分断面図である。

図１を参照すると、油圧式クラッチレリーズ装置は、内側ハウジング１と外側ハウジング２と環状ピストン６とによって内側ハウジング１と外側ハウジング２との間に油室４を形成し、油室４内の油圧によって環状ピストン６及びレリーズベアリング５を回転伝達軸の軸方向へ移動してクラッチ（図示せず）を遮断状態にする装置である。油圧式クラッチレリーズ装置は、内側ハウジング１と、外側ハウジング２と、シール３と、油室４と、レリーズベアリング５と、環状ピストン６と、ばね部材７と、スプリング８と、支持部材９と、支持部材１０と、蛇腹部材１１と、を有する。

内側ハウジング１は、環状（ドラム状、筒状）の部材であり、筒状部１ａと、フランジ部１ｂと、を有する。筒状部１ａは、トランスミッションの回転伝達軸（図示せず）を包囲する部分であり、シリンダ室の一部である。フランジ部１ｂは、筒状部１ａの一端から外周方向に延在した部分である。

外側ハウジング２は、所定間隔をおいて内側ハウジング１を包囲するように配され、シリンダ室の一部となる。外側ハウジング２は、油ポート２ａと、取付フランジ２ｂと、を有する。油ポート２ａは、クラッチマスタシリンダ（図示せず）等から供給された圧油の通路となる部分である。取付フランジ２ｂは、トランスミッション等に取り付けるためのフランジ形状部分である。

シール３は、弾性材料よりなり、油室４を密封する環状のシール部材である。シール３は、内側ハウジング１と外側ハウジング２の間に配され、環状ピストン６の凹部６ｂに装着されている。シール３は、環状ピストン６との受圧部に当接するベース部（図３の３ｂ）と、ベース部の両端から環状ピストン６の反対側に延在するとともに内側ハウジング１と外側ハウジング２によって構成されるシリンダ室の壁面に圧接する１対のリップ部（図３の３ａ）と、を有する。シール３の詳しい構成については後述する。

油室４は、内側ハウジング１、外側ハウジング２及び環状ピストン６に囲まれた環状の油室である。油室４は、油ポート２ａを介してクラッチマスタシリンダ（図示せず）等に接続されている。

レリーズベアリング５は、環状ピストン６の取付部６ａにてばね部材７によって取り付けられている。レリーズベアリング５の内輪５ａは、環状ピストン６に固定された非回転輪である。レリーズベアリング５の外輪５ｂの一方の端面は、支持部材９を介してスプリング８のばね力によってダイヤフラムスプリング（図示せず）に常時接合しており、外輪５ｂの他方の端面は、支持部材９から離れている。したがって、レリーズベアリング５の外輪５ｂは、ダイヤフラムスプリング（図示せず）と一体的に回転する。なお、ダイヤフラムスプリング（図示せず）は、プレッシャプレート（図示せず）を介してクラッチディスク（図示せず）をフライホイール（図示せず）に圧接する。

環状ピストン６は、内側ハウジング１と外側ハウジング２の間において油圧により回転伝達軸（図示せず）の軸方向（図１の左右方向）に摺動可能に作動する部材である。環状ピストン６は、外側ハウジング２に収容されていない部位にレリーズベアリング５を取り付けるための取付部６ａを有する。環状ピストン６は、油室４側の端部にシール３を装着するための凹部６ｂを有する。

ばね部材７は、環状ピストン６の取付部６ａにレリーズベアリング５を取り付けるためのばね弾性を有する環状の部材である。ばね部材７は、レリーズベアリング５を半径方向に調心移動可能に支持する。

スプリング８は、回転伝達軸（図示せず）の軸方向（図１の左右方向）であって支持部材９と支持部材１０との間に介在している。スプリング８は、支持部材９をダイヤフラムスプリング（図示せず）側に付勢している。

支持部材９は、スプリング８の一端を支持するための部材であり、外側ハウジング２に当接している。支持部材１０は、スプリング８の他端を支持するための部材であり、レリーズベアリング５の外輪５ｂに取り付けられている。

蛇腹部材１１は、スプリング８の外周を覆うとともに伸縮自在な部材である。蛇腹部材１１の一端は、支持部材９に取り付けられている。蛇腹部材１１の他端は、支持部材１０に取り付けられている。

次に、本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置の動作について説明する。

クラッチペダル（図示せず）を踏み込んだときにクラッチマスタシリンダ（図示せず）より油室４に圧油が供給され、環状ピストン６、レリーズベアリング５を移動させ、クラッチ（図示せず）が遮断する。

クラッチペダルを解放したときに油室４の圧油が油ポート２ａから排出され、環状ピストン６、レリーズベアリング５が移動され、クラッチ（図示せず）が係合する。

次に、本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置のシールについて図面を用いて説明する。図２は、シールの組み付け状態での油膜切り性を確保するための理想的面圧分布と一般的面圧分布を示した模式図である。図３は、本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置におけるシールの自由状態の構成を模式的に示した断面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置におけるシールの組み付け状態の構成を模式的に示した断面図である。

図２を参照すると、シールの一般的面圧分布では、シール３の油室４側の面圧を勾配をもたせて立ち上がる分布とし、かつ、接触面の中間部分で面圧がピークとなっている。一方、シールの理想的面圧分布では、シール３の油室４側の面圧をできるだけ勾配をもたせず垂直的に立ち上がる分布とし、かつ、油室４側の接触端でピークを持たせており、これにより油膜切り性がよくなる。また、シールの理想的面圧分布では、シール３の油室４側の接触端よりも環状ピストン６側の接触面をできるだけ壁面に近い形状とし、接触面の中間部分から環状ピストン６側の発生面圧を低くして摺動抵抗を抑え、かつ、背面隙間１２を小さくしている。なお、油室４に供給された圧油が作用した圧力負荷状態にあるときシール３の弾性によって接触端よりも環状ピストン６側の全ての壁面に接触し、かつ、負荷圧力に相当する高い面圧が発生するので、シール性についてはほとんど影響しない。

図２の理想的面圧分布を達成するためのシールの構成として、図３のような自由状態のシール構成とする。

図３を参照すると、リップ部３ａの接触端３ｃの曲率半径は、図２の理想的面圧分布のように油室４側の面圧を直線的に立ち上げるために、リップ部３ａの接触端３ｅよりも小さい曲率半径となるように形成されている。さらに、面圧を端部から直線的に立ち上げるために、接触端３ｃは曲率半径が限りなく小さくされた角形状がよく、この角形状は、シール３の材質や形成時の金型等の制約から適宜決まるものである。リップ部３ａにおいて接触端３ｃよりも油室側の部分は、先端角θを設けることも有効である。なお、シール３の製造に当たっては、一般的に、図３の一点鎖線に示したように、シール３の型の油室側にゴム等の弾性材料の注入ゲートが設けられており、離型時には型からピストン側の方向に抜くため、先端角θはアンダーカットとなることから、あまり先端角θを大きく設定すると接触端３ｃを切ってしまうことになる可能性があるので、先端角θは小さく設定してでも接触端３ｃの曲率半径を小さくするほうがよい。また、リップ部３ａの先端部からベース部３ｂの油室側の面までの軸方向長さＬ１を長く設定すると、リップ部３ａの剛性が下がり、接触端３ｃのピーク面圧が低下して、接触面３ｄの全体がベタ当たりするため、接触端３ｅから接触端３ｃまでの軸方向長さＬ３と、ベース部３ｂの軸方向長さＬ２とは、同じ長さにするか、あるいは、ベース部３ｂの軸方向長さＬ２のほうが長くなるよう設定すると、接触端３ｃに面圧ピークを立てやすくなる。

図３の自由状態のシール３を取り付け状態にすると図４のようになる。

シール３の接触面３ｄは、図４の組み付け状態においてほぼ摺動面に等しく略平坦となるように、自由状態においては湾曲形状に形成されている（図３参照）。これにより、図４の組み付け状態におけるシール３の背面隙間１２を極力小さくすることができるので、加圧変形時においてシール３がつぶれる量を小さく、すなわち液量損失を抑えて、効率の向上を図ることが可能になる。

また、環状ピストン（図１の６）との接触面となるシール３におけるベース部３ｂのピストン側の面も、シール３の接触面３ｄと同様に、図４の組み付け状態において環状ピストン（図１の８）の先端面とほぼ同一形状で略平坦となるように、湾曲形状に形成されている。これにより、加圧変形時の変形量を低減させることができ、効率の向上を図ることが可能になる。

なお、図３及び図４には示していないが、図１のシール３のように、環状ピストン（図１の６）の凹部（図１の６ｂ）に対してシール３をはめ込む構造とした場合、組み付け時にシール３におけるベース部３ｂのピストン側の面に凹部（図１の６ｂ）と対応する凸部を設定する。これにより、負圧発生時にピストンからシールが脱落するのを防止することが可能である。なお、ピストン（図１の６）が凹部（図１の６ｂ）の代わりに凸部が形成されている場合は、シール３に対応する凹部を設定することになる。

本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置の構成を模式的に示した部分断面図である。 シールの組み付け状態での油膜切り性を確保するための理想的面圧分布と一般的面圧分布を示した模式図である。 本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置におけるシールの自由状態の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施形態１に係る油圧式クラッチレリーズ装置におけるシールの組み付け状態の構成を模式的に示した断面図である。 従来例に係る油圧式クラッチレリーズ装置におけるシール付近の構成を模式的に示した拡大部分断面図である。

符号の説明

１ 内側ハウジング
１ａ 筒状部
１ｂ フランジ部
２ 外側ハウジング
２ａ 油ポート
２ｂ 取付フランジ
３ シール
３ａ リップ部
３ｂ ベース部
３ｃ、３ｅ 接触端
３ｄ 接触面
４ 油室
５ レリーズベアリング
５ａ 内輪
５ｂ 外輪
６ 環状ピストン
６ａ 取付部
６ｂ 凹部
７ ばね部材
８ スプリング
９ 支持部材
１０ 支持部材
１１ 蛇腹部材
１２ 背面隙間
１０１ 内側ハウジング
１０２ 外側ハウジング
１０３ シール
１０４ 油室
１０６ 環状ピストン
１０８ 背面隙間

Claims (4)

1. 断面が環状のシリンダ室内に供給される圧油により前記シリンダ室内を摺動するピストンの受圧部に装着されるとともに前記シリンダ室内を摺動自在に密封する弾性材料よりなるシールであって、
   前記ピストンの受圧部に当接するベース部と、前記ベース部の外周側と内周側との両端から前記ピストンの反対側に延在し前記シリンダ室の壁面に圧接する１対のリップ部と、を有し、
   前記ベース部の軸方向長さは、前記シリンダ室内に組み付けられていない自由状態において、前記リップ部と前記シリンダ室との接触面の軸方向長さ以上であることを特徴とするシール。
2. 前記リップ部における前記シリンダ室との接触面における前記ピストンの反対側の接触端は、角形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のシール。
3. 前記リップ部における前記シリンダ室との接触面は、前記シールを前記シリンダ室内に組み付けた際に、軸方向に対して前記シリンダ室の壁面と略平行になり、かつ、略平坦となるように、自由状態において湾曲形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のシール。
4. 回転伝達軸を包囲する環状の内側ハウジングと、
   前記内側ハウジングを包囲する外側ハウジングと、
   前記内側ハウジングと前記外側ハウジングによって構成されるシリンダ室内に前記回転伝達軸の軸方向へ移動可能に収容された環状のピストンと、
   前記回転伝達軸の軸方向にて前記ピストン部材と隣合い、かつ、前記回転伝達軸の軸方向へ移動可能なレリーズベアリングと、
   前記ピストンの受圧部に装着されるとともに、前記シリンダ室内を摺動自在に密封する弾性材料よりなるシールと、
   を備え、
   前記シールは、前記ピストンの受圧部に当接するベース部と、前記ベース部の両端から前記ピストンの反対側に延在し前記シリンダ室の壁面に圧接する１対のリップ部と、を有し、
   前記ベース部の軸方向長さは、前記シリンダ室内に組み付けられていない自由状態において、前記リップ部と前記シリンダ室との接触面の軸方向長さ以上であることを特徴とする油圧式クラッチレリーズ装置。

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