CN101660608A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够维持密封性、并且实现旋转转矩的降低的密封装置。该密封装置(6)由嵌合固定在相对地同心旋转的两部件的一个部件上的芯骨(80)、嵌合固定在另一个部件上的金属制吊环(7)、和具备弹性滑动接触在上述吊环上的密封唇(82)而粘合在上述芯骨上的弹性密封部件(8)构成，它们组合而构成为将上述两部件之间密封，其特征在于，将上述吊环的与上述密封唇的滑动接触面(73)进行使算术平均粗糙度Ra为0.5μm～1.5μm、均方根粗糙度Rq为0.6μm～2.0μm、凹凸的平均间隔Sm为0.05mm～0.17mm，峰值计数Pc(50％)为20～60的表面加工。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及由嵌合固定在相对地同心旋转的两部件的一个部件上的芯骨、嵌合固定在另一个部件上的金属制吊环、和具备弹性滑动接触在上述吊环上的密封唇并固定在上述芯骨上的弹性密封部件构成、它们组合而构成以将上述两部件之间密封的密封装置。
背景技术
以往，已知有夹装在车辆的车轮悬架部的轴承单元等的固定侧部件与旋转侧部件之间、防止水、尘埃的侵入的密封装置。近来，采取了各种用来实现车辆的低燃耗化的对策，在轴承单元部分中，也要求旋转转矩的降低化。将密封唇配置为，使其弹性滑动接触在嵌合固定在密封装置的旋转侧部件上的吊环上，在为了提高密封装置的密封性而将密封唇弹性滑动接触在吊环上的力取较大的情况下，使吊环与密封唇的摩擦变大、给旋转转矩带来影响、阻碍低转矩化的问题已经被指出。
所以，有对吊环上的与密封唇的滑动接触面进行表面加工、降低与密封唇的摩擦力、实现低转矩的技术。
图7(a)、图7(b)是示意地表示以往例的部分放大剖视图，是吊环的与密封唇的滑动接触面的部分放大图。图中，70是构成密封装置、嵌合固定在旋转侧部件上的吊环，730是吊环70的滑动接触面，750是由粘接剂构成的粘接层。
将吊环70的滑动接触面730表面加工的方法有多种，但在如图7(a)所示那样将滑动接触面730粗糙化而在凹凸上形成棱边的方法的情况下，有滑动接触的密封唇磨损的问题。
此外，在吊环70的外面侧具备由磁性橡胶等构成的转速脉冲轮、与磁传感器一起构成磁编码器的结构的情况下，转速脉冲轮通过粘接剂相对于吊环70粘接而成为一体。在粘接时，在将吊环70整体浸渍在粘接剂中之后粘贴转速脉冲轮，所以即使如图7(b)所示那样对滑动接触面730进行粗糙化处理，也会在粘接面730之上形成粘接层750，有旋转转矩的降低效果变弱的问题。
在下述专利文献1中，记载有使吊环的与密封唇的滑动接触面成为规定的表面粗糙度的方法。在这里，公开了在利用辊轧制吊环时、利用实施了凹凸处理的辊将凹凸转印到吊环的表面上、将吊环的表面粗糙化为规定的表面粗糙度的方法。
此外，作为为了提高密封性而将吊环的与密封唇的滑动接触面表面加工的方法，有下述专利文献2。
在下述专利文献2中，记载有对滑动接触面喷射具有适当的粒度的球状物而成为规定的表面粗糙度的方法。
【专利文献1】日本特开平2003-148626号公报
【专利文献2】日本实开平3-43174号公报
但是，在如上述专利文献1所述的方法那样用实施了凹凸处理的辊进行表面加工的情况下，每当重叠了辊转印时辊表面的凹凸就会磨损，所以有难以在长期间中将一定的表面粗糙度转印到吊环的滑动接触面上的难点而成为问题。
上述专利文献2所述的所谓的喷丸处理，是喷射球状物而进行粗糙化，所以在能够形成没有棱边的凹凸这一点上能有效地防止密封唇的磨损。
但是，根据滑动接触面的粗糙化的程度，也有促进密封唇的摩擦、或给作为密封装置的密封性带来不良影响的情况。此外，还知道有不显示旋转转矩的降低效果的情况。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种能够维持密封性、并且能够实现旋转转矩及密封唇的发热温度的降低的密封装置。
为了达到上述目的，有关本发明的密封装置，由嵌合固定在相对地同心旋转的两部件的一个部件上的芯骨、嵌合固定在另一个部件上的金属制吊环、和具备弹性滑动接触在上述吊环上的密封唇而粘合在上述芯骨上的弹性密封部件构成，他们组合而构成为将上述两部件之间密封，其特征在于，上述吊环的与上述密封唇的滑动接触面进行使算术平均粗糙度Ra为0.5μm～1.5μm、均方根粗糙度Rq为0.6μm～2.0μm、凹凸的平均间隔Sm为0.05mm～0.17mm，峰值计数Pc(50％)为20～60的表面加工。
本发明的密封装置，在技术方案1中，其特征在于，具备由下述算式
(1)计算出的值A与上述Ra的测量值的误差满足下述条件(1)的上述滑动接触面。
算式(1)：
A＝0.8462Rq-0.5078Sm-0.0012Pc+0.0516
条件(1)：
关于计算出的值A与上述Ra的测量值的误差(A-Ra)/Ra×100(％)，以随机的方向测量得到的上述误差的分布，在统计上考虑到3σ的情况下，在±7％以内。
此外，在本发明中，也可以构成为，上述一个部件是固定侧部件，另一个部件是旋转侧部件；上述吊环由嵌合在上述旋转侧部件上的嵌合圆筒部、和在该嵌合圆筒部的相对于被密封部位位于外侧的一端部上沿其径向延伸形成的凸缘状部构成，在上述凸缘状部的上述滑动接触面的相反侧面上，粘贴有沿周向交替地磁化形成有多个N极、S极的转速脉冲轮而成为一体；在粘接了上述转速脉冲轮之后，进行上述滑动接触面的上述表面加工。
由此，即使在将吊环整体浸渍在粘接剂中之后粘合转速脉冲轮的情况下，表面加工后的滑动接触面也不会受到粘接层的影响，所以能够降低滑动接触面的摩擦阻力。由此，能够在维持密封性的同时，实现旋转转矩的降低，能够实现车辆的低燃耗化。
进而，在本发明中，也可以构成为，上述一个部件是固定侧部件，另一个部件是旋转侧部件；上述吊环包括嵌合在上述旋转侧部件上的嵌合圆筒部、和在该嵌合圆筒部的相对于被密封部位位于外侧的一端部上沿其径向延伸形成的凸缘状部，在上述凸缘状部上的上述滑动接触面的相反侧面上，粘贴有沿周向交替地磁化形成有多个N极、S极的转速脉冲轮而成为一体；在上述吊环上涂敷了粘接剂的状态下，将上述滑动接触面以外掩蔽，对上述滑动接触面进行上述表面加工，解除上述掩蔽后，将上述转速脉冲轮粘接在上述吊环上而成为一体。
由此，也不会受到涂敷在吊环整体上的粘接剂的粘接层的影响而进行滑动接触面的表面加工，所以能够降低滑动接触面的摩擦阻力。由此，在此情况下，也能够在维持密封性的同时，实现旋转转矩的降低，能够实现车辆的低燃耗化。
发明效果
根据本发明的密封装置，由于对吊环的与上述密封唇的滑动接触面进行使算术平均粗糙度Ra为0.5μm～1.5μm、均方根粗糙度Rq为0.6μm～2.0μm、凹凸的平均间隔Sm为0.05mm～0.17mm、峰值计数Pc(50％)为20～60的表面加工，所以能够形成粗糙度的间距较细且没有棱边的凹凸面。由此，能够降低滑动接触面的摩擦阻力，能够在维持密封性的同时实现旋转转矩的降低。此外，还能够实现密封唇的发热温度的降低，所以也能够实现密封部件的长寿命化。进而，在将本发明的密封装置用在车辆的轴承单元中的情况下，能够实现低燃耗化。
上述规定的参数是发明人以各种参数进行表面加工、试制并反复试验的结果而得到的参数，与单纯地进行表面加工的参数不同，是不会阻碍密封性、能够实现显著的转矩的降低的参数。
如果变得比上述规定的参数的数值小，则吊环与密封唇的摩擦力为变大的倾向，不能期待旋转转矩的降低效果。
此外，如果变得比上述规定的参数的数值大，则逐渐转矩的降低效果成为饱和状态，成为对密封性的不良影响变得显著的倾向。
附图说明
图1是表示在轴承单元中采用了本发明的密封装置的一例的纵剖视图。
图2是图1的X部的放大图。
图3是图2的Y部的放大图。
图4是表示本发明的密封装置的变形例的图，是与图2同样的图。
图5是将实验的测量值及计算值、降低率等的实验结果汇总到表中的图。
图6是将汇总到图5中的实验结果做成了图表的图。
图7(a)、图7(b)是示意地表示以往的密封装置的吊环的滑动接触面的部分剖视图。
标记说明
1轴承单元
6密封装置
7吊环
73滑动接触面
8密封部件
80芯骨
82密封唇
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示在轴承单元中采用了本发明的密封装置的一例的纵剖视图，图2是图1的X部的放大图，图3是图2的Y部的放大图，图4是表示本发明的密封装置的变形例的图，是与图2同样的图。
图1是表示通过滚动轴承单元1将汽车的车轮支撑在驱动轴2上的构造的一例的图，通过螺栓31将胎轮(未图示)固定在构成内轮的轮毂3上。此外，32是形成在轮毂3上的花键孔，在该花键孔32中花键嵌合着驱动轴2并且一体固定在轮毂3上，将该驱动轴2的旋转驱动力驱动传递给胎轮。33是内轮部件，与上述轮毂3构成内轮。
4是外轮，安装固定在车体的悬架装置(未图示)上。在该外轮4与上述内轮(轮毂3及内轮部件33)之间以由保持架51保持的状态夹装有两列滚动体(球)5……。6、6′是用来防止装填在上述滚动体5……的滚动部中的润滑剂(润滑脂等)的漏出及从外部的泥及水等的侵入的密封装置，压入在外轮4与内轮(轮毂3及内轮部件33)之间。
图2表示图1的X部的放大图，在内轮(轮毂3及内轮部件33)侧的周体中，压入嵌合着通过不锈钢(SUS430等)等板金加工的环状的吊环7。该吊环(slinger)7由嵌装在内轮(轮毂3及内轮部件33)的周体中的嵌合圆筒部71、和在该嵌合圆筒部71的相对于被密封部位S位于外侧的一端部上沿其径向延伸形成的凸缘状部72构成。
此外，压入嵌合着由从NBR、H-NBR、ACM、AEM、FKM等中选择的橡胶材料等构成的密封部件8。该密封部件8通过由不锈钢或低碳钢等构成的芯骨(core)80和与该芯骨80一体成形的由橡胶等的弹性材料构成的唇主体81构成。唇主体81包括多个以舌状延伸的密封唇82……，在将上述吊环7及密封部件8相互嵌合组合而构成密封装置6时，该密封唇82……的前侧部分随着弹性变形而弹性接触在吊环7的表面上。并且，在此状态下压入嵌装在外轮4侧的周体(内周面)中。
这样，通过上述吊环7及密封部件8构成密封装置6，随着内轮(轮毂3及内轮部件33)的旋转，吊环7的密封唇82……弹性接触的面成为相互滑动接触的密封面(以下称作滑动接触面73)，防止从外部向轴承单元1的泥及水等的侵入或填充在轴承单元1内的润滑脂等的漏出。在图例中，表示了形成有3个密封唇82的例子，但密封唇82的形状并不限于此。此外，滑动接触面73也可以为涂敷了酯类、合成碳化氢类或矿物油类的润滑脂的面。
吊环7的与密封唇82的滑动接触面73被按照以下的规定的参数(JISB0601-1994)实施了表面加工。
算术平均粗糙度Ra为0.5μm～1.5μm。
均方根粗糙度Rq为0.6μm～2.0μm。
凹凸的平均间隔Sm为0.05mm～0.17mm。
峰值计数Pc(50％)为20～60。
上述规定的参数是发明者以各种各样的参数进行表面加工、试制并反复实验的结果而得到的参数。关于上述参数，对进行了转矩及密封唇的发热温度的降低的证实的实验结果的一例在后面说明。
图3是示意地表示滑动接触面73的形成形态的图，是图2的Y部的部分放大图。
使这样基于上述规定的参数形成的滑动接触面73为粗糙度的间距较细而没有棱边的凹凸面。使滑动接触面73成为上述规定的参数的表面加工方法并没有被限定，可以举出例如通过切削加工形成吊环7、或将形成有凹凸的模转印到吊环上的凹凸转印加工处理、湿喷丸处理、喷丸硬化处理等。
由下述算式(1)计算出的值A与上述Ra的测量值的误差如果满足下述条件(1)，则能够成为转矩值及发热温度的降低更好的状况。对此，参照后述的实验结果进行说明。
算式(1)：
A＝0.8462Rq-0.5078Sm-0.0012Pc+0.0516
条件(1)：
关于计算出的值A与上述Ra的测量值的误差(A-Ra)/Ra×100(％)，以随机的方向测量得到的上述误差的分布在统计上考虑到3σ的情况下包含在±7％以内。
为了使其满足上述条件(1)，如果通过使微小刚体粒子撞击的喷丸硬化处理调节微小刚体粒子的直径或控制喷射速度，则能够容易地形成满足条件的滑动接触面73。这里，作为微小刚体粒子，使用直径40～200μm的钢球，通过使其以100m/sec以上的喷射速度喷射撞击在上述滑动接触面73上，能够形成想要的粗糙度的滑动接触面73。作为微小刚体粒子，除此以外也可以使用由金属或玻璃、陶瓷构成的粒子。
另外，本发明并不限于图例的轴承单元1，当然也能够用于内轮固定、外轮旋转的轴承机构。
接着说明的图4是表示本发明的密封装置的变形例的图，与图2是同样的图。另外，对于与上述例子共通的部分赋予相同的标号而省略说明。
这里，表示在吊环7的凸缘状部72的滑动接触面73的相反侧面74(即与被密封部位S相反侧面)上粘接着沿周向交替地磁化形成有多个N极、S极的转速脉冲轮9而成为一体的密封装置6。
在外轮4或车体的固定侧部件上，固定配置有磁传感器10，与转速脉冲轮9构成检测胎轮的旋转速度的磁编码器E。转速脉冲轮9由从NBR、H-NBR、ACM、AEM、FKM等中选择的任一种橡胶材料中事先混匀铁素体类、稀土类等的磁性粉末而成的磁性橡胶片构成，磁化形成，以使其在周向上交替地排列有多个N极、S极。作为转速脉冲轮9，并不限于上述由磁性橡胶构成的结构，也可以为塑料磁铁、烧结磁铁。
转速脉冲轮9经由粘接剂粘合在吊环7的凸缘状部72中的滑动接触面73的相反侧面74上而成为一体。作为粘接剂，环氧类粘接剂粘接力较强而优选地采用，但也可以使用密封剂或弹性体类粘接剂那样的弹性粘接剂。
对于吊环7的滑动接触面73，与上述例子同样实施了规定的参数的表面加工。这里，该表面加工是在将转速脉冲轮9粘接在吊环7上之后、即从粘接剂的粘接层的上方进行表面加工。
由此，即使在将吊环7整体浸渍在粘接剂中之后粘合转速脉冲轮9的情况下，也被表面加工的滑动接触面73不会受到粘接层的影响，所以能够降低滑动接触面73的摩擦阻力。由此，能够在维持密封性的同时实现旋转转矩的降低、实现车辆的低燃耗化。
另外，上述表面加工也可以是将粘接剂浸入吊环7整体而形成粘接层后，对进行表面加工的滑动接触面73以外的面进行了掩蔽，进行向滑动接触面73的表面加工处理，在解除了上述掩蔽之后，将转速脉冲轮9粘接在吊环7而成为一体。
由此也可以不受到涂敷在吊环7整体上的粘接剂的粘接层的影响，实现滑动接触面73的表面加工，所以能够降低接触面73的摩擦阻力。因此，在该情况下，能够维持密封性的同时，降低旋转转矩，能够实现车辆的低燃耗化。
以上，对吊环7的滑动接触面73的表面加工的顺序是，在对滑动接触面73进行表面加工之后，在滑动接触面73以外、即仅在与转速脉冲轮9的粘接面上涂敷粘接剂，将转速脉冲轮9粘接在吊环7上等，并不限于上述例子，但需要以表面加工后的滑动接触面73不受粘接层的影响、满足规定的参数的条件那样的顺序加工。
接着，参照附图，对证实了如果设为上述规定的参数则能够实现转矩的降低及密封唇的发热温度的降低的实施例进行说明。图5是将实验的测量值及计算值、降低率等的实验结果汇总到表中的图，图6是将汇总到图5中的实验结果做成了曲图表的图。
(实验例)
使用SUS430的金属材料准备形成样品A～样品H的吊环。
样品A是通过轧制钢板形成的吊环，是没有实施表面加工的样品。样品B是将上述金属材料切削加工而形成了吊环的样品。样品C是通过上述金属材料形成吊环、对与密封唇的滑动接触面实施了通过上述凹凸转印加工处理进行的表面加工的样品。样品D～样品H是对与密封唇的滑动接触面实施了通过喷丸硬化处理进行的表面加工的样品。样品D～样品H的喷丸硬化处理是上述那样使直径40～200μm的钢球的微小刚体粒子以100m/sec以上的喷射速度喷射撞击而进行处理，在处理后，为了将残留在处理过的面上的微小刚体粒子除去，用清洗液清洗而制成。
将这8种样品设置到旋转转矩测量器上，以转速500rpm测量旋转转矩，并且使密封唇滑动接触在滑动接触面上，还测量密封唇的发热温度。试验温度是室温。关于样品A～样品H的与密封唇的滑动接触面的表面粗糙度，基于JIS B0601-1994，测量表面粗糙度的参数。在图5中，Ra(μm)是算术平均粗糙度，Rq(μm)是均方根粗糙度，Sm(mm)是凹凸的平均间隔，Pc(50％)是峰值计数。
(结果)
图5、图6是将上述实验结果汇总的图，图5表示上述8种吊环的滑动接触面的表面加工状态、滑动接触面的表面粗糙度的各参数、根据由算式(1)计算出的计算值A与测量值Ra计算的误差、以及在实验结果中得到的转矩降低率及发热温度降低率。另外，记载在图5的表中的误差是根据将样品A～样品H的滑动接触面沿随机的方向进行测量的测量数n＝50的数据计算得到的误差，在统计上表示±3σ：99.8％的范围的误差。此外，转矩降低率及发热温度降低率分别表示以样品A为基准的降低率。
样品A是Rq(μm)与Pc(50％)的测量值是上述规定参数的树脂的范围外、没有进行任何表面加工的样品。根据实验结果，可知样品B～样品H的转矩降低率及发热温度降低率以样品A为基准降低了。此外，如果计算样品A的误差(％)，则在±3σ：99.8％的范围中为-132.5％～136.4％，也大大地超过了条件(1)的±7％的范围。
样品B是通过切削处理进行了表面加工的样品，是上述规定参数的数值范围内的样品。根据实验结果，可知满足上述规定参数、进行了表面加工的样品在转矩及密封唇的发热温度的降低方面表现出良好的性能。
样品C是通过凹凸转印加工处理进行了表面加工的样品，是上述规定参数的数值范围内的样品。根据实验结果，可知满足上述规定参数、进行了表面加工的样品在转矩及密封唇的发热温度的降低方面表现出良好的性能。
接着的样品D～H是实施了喷丸硬化处理的粗面化处理的样品，是上述规定参数的数值范围内且也满足上述条件(1)的条件的样品。根据实验结果，可知样品D～H的转矩的降低率为-27％～-55％，密封唇的发热温度的降低率为-27％～-53％，表现出良好的性能。由此，如果进行滑动接触面的表面加工，以使得除了上述规定参数以外还满足上述条件(1)的条件，则可以说能够稳定地实现转矩的降低。此外，通过这样测量密封唇的发热温度，可以看出密封唇的阻力的程度。由此，如果发热温度被降低，则可以说作用在密封唇上的阻力较小，根据样品B～样品H，能够实现密封部件的长寿命化。
图6是基于图5所示的实验结果将转矩及密封唇的发热温度的降低率与算术平均粗糙度Ra的关系做成了图表的图。图6的曲线的纵轴是转矩的降低率及密封唇的发热温度降低率，横轴是测量出的算术平均粗糙度Ra(μm)。
由该曲线也可知，样品A与进行了表面加工的样品B～样品H相比没有降低转矩及密封唇的发热温度，样品B～样品H在转矩及密封唇的发热温度的降低方面具备良好的性能。
根据以上可知，在进行表面加工以使吊环的滑动接触面的表面粗糙度满足上述规定的参数的数值的情况下，能够实现转矩及密封唇的发热温度的降低。此外可知，如果进一步做成满足上述条件(1)的结构，则能够更有效地稳定地发挥上述降低效果。

Claims (4)

1、一种密封装置，由嵌合固定在相对地同心旋转的两部件的一个部件上的芯骨、嵌合固定在另一个部件上的金属制吊环、和具备弹性滑动接触在上述吊环上的密封唇而粘合在上述芯骨上的弹性密封部件构成，该密封装置构成为将上述两部件之间密封，其特征在于，
上述吊环具备密封唇滑动接触面，该密封唇滑动接触面进行了用以下的表面粗糙度的参数定义的表面加工；
表面粗糙度的参数：算术平均粗糙度Ra为0.5μm～1.5μm，均方根粗糙度Rq为0.6μm～2.0μm，凹凸的平均间隔Sm为0.05mm～0.17mm，峰值计数Pc(50％)为20～60。
2、如权利要求1所述的密封装置，其特征在于，
上述密封唇滑动接触面由下述算式(1)计算出的值A与上述Ra的测量值的误差满足下述条件(1)；
算式(1)：
A＝0.8462Rq-0.5078Sm-0.0012Pc+0.0516；
条件(1)：
关于计算出的值A与上述Ra的测量值的误差(A-Ra)/Ra×100(％)，以随机的方向测量得到的上述误差的分布，在统计上考虑到3σ的情况下，在±7％以内。
3、如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，
上述一个部件是固定侧部件，另一个部件是旋转侧部件；
上述吊环具备嵌合在上述旋转侧部件上的嵌合圆筒部、和在该嵌合圆筒部的相对于被密封部位位于外侧的一端部上沿其径向延伸形成的凸缘状部，并且，在上述滑动接触面的相反侧面上，粘贴有沿周向交替地磁化形成有多个N极、S极的转速脉冲轮而成为一体；
上述吊环的密封唇滑动接触面是在上述滑动接触面的相反侧面粘接了上述转速脉冲轮之后、上述滑动接触面被进行上述表面加工而形成的。
4、如权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，
上述一个部件是固定侧部件，另一个部件是旋转侧部件；
上述吊环包括嵌合在上述旋转侧部件上的嵌合圆筒部、和在该嵌合圆筒部的相对于被密封部位位于外侧的一端部上沿其径向延伸形成的凸缘状部，在上述凸缘状部上的上述滑动接触面的相反侧面上，粘贴有沿周向交替地磁化形成有多个N极、S极的转速脉冲轮而成为一体；
上述吊环的密封唇滑动接触面是在吊环的整个面上涂敷粘接剂、将上述滑动接触面以外掩蔽后进行上述表面加工而形成的，上述转速脉冲轮在解除了上述掩蔽之后粘接在上述吊环上而成为一体。
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