JP2007107674A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転トルクを抑え、更にはシール性に優れ且つシール寿命の長い新規な密封装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スリンガ１２と、芯金１０と、弾性シール部材１１とよりなり、これらが組合わさって構成される密封装置９であって、上記スリンガ１２は、嵌合円筒部１２ａと、該嵌合円筒部１２ａの一端部にその径方向に延出形成された鍔状部１２ｂとよりなり、弾性シール部材１１のシールリップ１１ａ、１１ｂは、上記スリンガ１２における鍔状部１２ｂの内面に弾性摺接するアキシャルリップとされ、該アキシャルリップ１１ａの形成基部１１ｅが、上記スリンガ１２における嵌合円筒部１２ａの周面との間で、軸方向に沿った長さ範囲Ｌに亘り略一定の小間隙を以って互いに近接するラビリンスｒを形成していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の車輪懸架部における軸受ユニット等のように、固定側部材と回転側部材との間を密封することが必要とされる部位に介装される密封装置に関し、更に詳しくは、スリンガと、該スリンガに弾性摺接する弾性シール部材を固着保持する芯金とが組合わさって構成される密封装置に関する。

上記のような密封装置は、パックシール或いは組合せシールと呼ばれ、スリンガと、弾性シール部材を固着保持する芯金とを組合わせてシールリングとされ、これが製品として需要者に供給される。特許文献１乃至特許文献３には、このような密封装置が開示されている。これら特許文献に開示された密封装置は、相対的に同心回転する２部材の一方の部材に嵌合固定される断面Ｌ字形のスリンガと、他方の部材に嵌合固定される断面Ｌ字形の芯金と、上記スリンガに弾性摺接するシールリップを備えて上記芯金に固着された弾性シール部材とよりなり、Ｌ字形状のスリンガと芯金とは、互いに向き合うように組合わせられる。そして、弾性シール部材は、この組合せ状態でスリンガの円筒部の周面に弾性摺接するラジアルリップと、同鍔状部の内面に弾性摺接するアキシャルリップ（サイドリップ）とを、シールリップとして備えている。
特開平９−２９２０３２号公報 特開２００３−３１４６９８号公報 特表２００５−５２４８０７号公報

上記構造の密封装置においては、ラジアルリップがスリンガの嵌合円筒部周面に対して径方向（ラジアル方向）から弾接するから、回転側部材が回転する際、その弾接力により大きなトルクが負荷される。このトルクは、自動車車輪の軸受部に適用した場合は、燃費等にも少なからず影響するものであり、その改善が望まれるところであった。また、スリンガの鍔状部周縁部と、芯金の円筒部（弾性シール部材で覆われている場合もあり）との間には、小間隙（ラビリンス）が形成され、外部からの泥水や塵埃等の浸入の防止が図られているが、経時的にこのラビリンスから塵埃等が浸入することは避けられず、浸入した塵埃等はスリンガと芯金とにより囲まれ、更にはアキシャルリップで仕切られた空間部内に溜まる。溜まった塵埃等は、アキシャルリップとスリンガの鍔状部との弾性摺接部分に噛み込み、これが原因でアキシャルリップが磨耗し、密封装置としてのシール寿命が低下することにもなる。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、回転トルクを抑え、更にはシール性に優れ且つシール寿命の長い新規な密封装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明に係る密封装置は、相対的に同心回転する２部材の一方の部材に嵌合固定されるスリンガと、他方の部材に嵌合固定される芯金と、上記スリンガに弾性摺接するシールリップを備えて上記芯金に固着された弾性シール部材とよりなり、これらが組合わさって、上記２部材の間を密封するよう構成される密封装置であって、上記スリンガは、上記一方の部材に嵌合される嵌合円筒部と、該嵌合円筒部の一端部にその径方向に延出形成された鍔状部とよりなり、上記シールリップは、上記スリンガにおける鍔状部の内面に弾性摺接するアキシャルリップとされ、該アキシャルリップの形成基部が、上記スリンガにおける嵌合円筒部の周面との間で、軸方向に沿った長さ範囲に亘り略一定の小間隙を以って互いに近接するラビリンスを形成していることを特徴とする。

本発明においては、請求項２の発明のように、前記シールリップが、径方向に並設された複数のアキシャルリップからなり、これら複数のアキシャルリップの内、前記スリンガの嵌合円筒部側に位置するアキシャルリップの形成基部において前記ラビリンスが形成されているものとすることができる。また、請求項３の発明のように、前記スリンガにおける鍔状部の周縁部分が、前記嵌合円筒部側に屈折されたテーパー部とされ、前記弾性シール部材にはこのテーパー部の外面に弾性摺接するアウターリップが形成されているものとすることができる。そして、請求項４の発明のように、前記一方の部材を回転側部材とし、他方の部材を固定側部材とすることができる。

請求項１の発明に係る密封装置を、例えば、自動車の車輪軸受ユニットに適用した場合、アキシャルリップとスリンガの鍔状部との弾性摺接により、外部から被密封部位（軸受部分）への泥水や塵埃等の浸入、更には、被密封部位に装填された潤滑剤（グリス等）の外部への漏出が阻止される。また、アキシャルリップの形成基部と、上記スリンガにおける嵌合円筒部の周面との間で、軸方向に沿った長さ範囲に亘る略一定の小間隙を以って近接するラビリンスが形成されているから、このラビリンス及びアキシャルリップのスリンガに対する弾性摺接により、上記潤滑剤の外部への漏出も阻止される。そして、弾性シール部材とスリンガにおける嵌合円筒部の周面との間は非接触であって、ラジアルリップが存在しないから、回転側部材にかかる回転負荷トルクが小さく、自動車の燃費向上に寄与する。因みに、アキシャルリップとスリンガにおける鍔状部との弾性摺接は、アキシャル方向（スラスト方向）での弾性摺接であるから、この弾性摺接による回転トルクは左程大きくなることはない。

また、請求項２の発明のように、アキシャルリップが複数ある場合は、上記塵埃等の浸入阻止機能及び潤滑剤の漏出阻止機能等のシール性がより向上する。更に、請求項３の発明のように、上記スリンガにおける鍔状部の周縁部分に屈折形成されたテーパー部の外面に、弾性シール部材に形成されたアウターリップが弾性摺接するようにすれば、スリンガと弾性シール部材及び芯金とにより形成される空間部分の入口部で、外部からの汚水や塵埃の浸入が阻止されることになるから、この空間部分内に塵埃等が溜まることがない。従って、溜まった塵埃等がアキシャルリップとスリンガの鍔状部との弾性摺接部分に噛み込むことによって、アキシャルリップが磨耗し、シール寿命が低下するようなことがない。

また、ラジアルリップが存在しないことによる部品（スリンガと、弾性シール部材及び芯金）相互の保持性の欠如が、アウターリップとテーパー面との弾接により補われることになるから、パックシールとしての組立て性が良く、部品がばらけることなく、更には、スリンガと弾性シール部材及び芯金との同心性を保った状態で梱包でき、製品としての管理・搬送性にも優れることになる。

また、請求項４の発明のように、スリンガが嵌合固定される部材を回転側部材とし、弾性シール部材及び芯金が嵌合固定される部材を固定側部材とすれば、汎用的な上記軸受ユニットに適用でき、上記効果がより有効となり、実用価値が向上する。

以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の１実施例の密封装置が組み込まれた軸受ユニットの例を示す縦断面図、図２は図１におけるＸ部の拡大図である。

図１は、自動車の車輪を駆動シャフト１に対して転がり軸受ユニット（ハブベアリング）２により支持する構造の一例を示すものであり、内輪（回転側部材）３を構成するハブ輪４のハブフランジ４ａにボルト４ｂによりタイヤホイール（不図示）が固定される。また、４ｃはハブ輪４に形成されたスプライン孔であり、このスプライン孔４ｃには駆動シャフト１がスプライン嵌合され且つハブ輪４に一体固定されて、該駆動シャフト１の回転駆動力がハブ輪４を介してタイヤホイールに駆動伝達される。５は内輪部材であり、上記ハブ輪４と共に内輪３が構成される。

６は外輪（固定側部材）であり、車体の懸架装置（不図示）に不図示のボルトによって取付固定される。この外輪６と上記内輪３（ハブ４及び内輪部材５）との間に２列の転動体（玉）７…がリテーナ７ａで保持された状態で介装されている。８、９は上記転動体７…の転動部に装填される潤滑剤（グリス等）の漏出を防止し、或いは外部からの泥水や塵埃等の浸入を防止するためのシールリングであって、本発明の密封装置に相当し、外輪６と内輪３との間に圧入される。両側のシールリング８、９と内輪３及び外輪６とにより囲まれた部位が被密封部位Ｓとされる。

図２は、図１のＸ部の拡大図を示し、車体側のシールリング９は、外輪６の内周に圧入嵌合されるリング状の芯金１０と、弾性材からなり芯金１０に固着された弾性シール部材１１と、内輪部材５の外周に外嵌固定されるスリンガ１２とが組合わさって、図のようにパックシールタイプのシールリングとして構成されている。スリンガ１２は、内輪部材５の外周に外嵌固定される嵌合円筒部１２ａと、この嵌合円筒部１２ａの被密封部位Ｓに対して外側（車体側）に位置する一端部にその径方向（遠心方向）に延出形成された外向鍔部（鍔状部）１２ｂとよりなる。更に、スリンガ１２は、外向鍔部１２ｂの外周縁部分を、被密封部位Ｓ側（嵌合円筒部１２ａ側）に屈折してなるテーパー部１２ｃを備えている。また、芯金１０は、外輪６の内周に圧入嵌合される嵌合円筒部１０ａと、この嵌合円筒部１０ａの被密封部位Ｓ側に位置する一端部にその径方向（求心方向）に延出形成された内向鍔部１０ｂとよりなる。

スリンガ１２と芯金１０とは断面Ｌ字形とされ、両者が互いに向き合うように組合わされる。図例の弾性シール部材１１は、ゴム材からなり、加硫接着等により、芯金１０の嵌合円筒部１０ａの端部から内向鍔部１０ｂの端部に亘る内面に固着一体とされている。そして、弾性シール部材１１は、スリンガ１２における外向鍔部１２ｂの被密封部位Ｓ側内面に弾接するよう形成された２個の同心状アキシャルリップ１１ａ、１１ｂと、上記テーパー部１２ｃのテーパー面に外側から弾接するよう形成されたアウターリップ１１ｃとを備えている。更に、嵌合円筒部１０ａの端部では外側に回りこみ、この回り込み部の外周部にゴム巻き部１１ｄが突設されている。

上記スリンガ１２と、弾性シール部材１１を有すると芯金１０とは、その断面Ｌ字形状が互いに向き合うように組合わされる。この組合せ状態では、アキシャルリップ１１ａ、１１ｂ及びアウターリップ１１ｃが、図の破線位置から実線位置に弾性変形し、夫々スリンガ１２における外向鍔部１２ｂの被密封部位Ｓ側内面及びテーパー部１２ｃの外面に弾接する。この場合、アウターリップ１１ｃの弾接力が求心方向への力としてスリンガ１２に作用し、スリンガ１２と、弾性シール部材１１を有すると芯金１０とは、この作用力によって相互の保持性が発揮され、同心状の安定した組合せ状態が維持される。従って、梱包や搬送時に各部品がばらけたりすることがない。尚、本明細書においては、アウターリップ１１ｃの呼称は、スリンガ１２に対しその外面から弾接することを意味している。

また、上記組合せ状態では、内側のアキシャルリップ１１ａの形成基部１１ｅと、上記スリンガ１２における嵌合円筒部１２ａの外周面との間で、軸方向に沿った長さ範囲Ｌに亘り略一定の小間隙を以って互いに近接するラビリンスｒが形成される。このラビリンスｒは、０．１〜０．４ｍｍが好ましいとされる。０．１ｍｍ未満では設計公差の関係で形成基部１１ｅと嵌合円筒部１２ａの外周面とが接触し合う可能性があり、また、０．４ｍｍを超えると、シール性が低下する傾向となる。また、上記長さ範囲Ｌは、嵌合円筒部１２ａの外周面部の軸方向長さＬ０の１／３〜２／３が適切とされる。１／３未満ではシール性が低下する傾向となり、２／３を超えるとアキシャルリップ１１ａが短くなってその軟弾性が乏しくなる傾向となる。

上記芯金１０或いはスリンガ１２は、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板を、図例のような形状に板金加工して形成されたものである。また、弾性シール部材１１は、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲ、ＡＣＭ、ＡＥＭ、ＦＫＭ等から選ばれたいずれかのゴム材からなる。

上記のようにスリンガ１２と、弾性シール部材１１及び芯金１０とを組合せてパックシールタイプのシールリング（密封装置）９が構成される。該シールリング９は上記軸受ユニット２における内輪３と外輪６との間に圧入嵌合され、タイヤホイール側のシールリング８とによって、グリス等の潤滑剤が装填された被密封部位Ｓが密封される。この圧入嵌合の際、スリンガ１２が回転側部材である内輪３に嵌合円筒部１２ａをして外嵌固定され、芯金１０が弾性シール部材１１と共に固定側部材である外輪６に嵌合円筒部１０ａをして内嵌固定される。また、前記ゴム巻き部１１ｄが圧縮弾性変形され、外輪６に対し密嵌される。図２における破線部は、アキシャルリップ１１ａ、１１ｂ、アウターリップ１１ｃ及びゴム巻き部１１ｄが弾性変形されていない初期状態の形状を示す。尚、タイヤホイール側のシールリング８にも同様の構成が適用され得ることは言うまでもない。

斯くして、内輪３と外輪６との間に圧入嵌合されたシールリング９においては、内輪３の軸回転と共にスリンガ１２が回転する。このスリンガ１２の回転に伴い、弾性シール部材１１のアキシャルリップ１１ａ、１１ｂ及びアウターリップ１１ｃは、スリンガ１２の鍔状部１２ｂ内面及びテーパー部１２ｃの外面に弾性的に相対摺接する。従って、アウターリップ１１ｃのテーパー部１２ｃの外面に対する弾性摺接によって、外部からの汚水や塵埃のパック空間（スリンガ１２と弾性シール部材１１及び芯金１０で囲まれた空間）Ｓ１への浸入が入口部で阻止され、前記のような塵埃等の噛み込みによるアキシャルリップ１１ａ、１１ｂの磨耗等が生じず、これによってシールリング９の長寿命化が図られる。上記パック空間Ｓ１は、完全な閉塞空間であり、しかもアウターリップ１１ｃは、テーパー部１２ｃに対して弾性摺接するからその密封性に優れ、外部からの塵埃等の浸入阻止効果が大である。また、前記特許文献に開示された密封装置のようなラジアルリップが存在しないから、ラジアルリップの弾性摺接による大きな回転トルクが負荷されない。

また、上記スリンガ１２の回転中も、アキシャルリップ１１ａの形成基部１１ｅと、スリンガ１２における嵌合円筒部１２ａの外周面との間でラビリンスｒが軸方向の長さ範囲Ｌに亘って形成維持される。従って、被密封部位Ｓに装填された潤滑剤が、この小間隙のラビリンスｒを通じて外部に漏出することがなく、転動体７…の円滑な転動が維持される。仮に、一部潤滑剤がラビリンスｒ内に浸出したとしても、上記長さ範囲Ｌが確保されているから、その奥に浸出することが少ない。更に、それ以上の浸出があっても、アキシャルリップ１１ａ、１１ｂの弾性摺接部でその浸出が完全に阻止される。尚、アキシャルリップ１１ａ、１１ｂの弾性摺接部に潤滑剤が浸入すると、弾性摺接の円滑性が得られるので寧ろ好ましく、従って、ラビリンスｒは必要によってこの点を考慮して設計される。因みに、前記特許文献３の図３には、シール部材とスリンガとの間にラビリンスが形成されている例が示されているが、この例ではラジアルリップの形成基部にラビリンスが設けられる為、ラビリンスの軸方向の長さ範囲を十分に確保できず、またラジアルリップの存在の為に回転トルクが大きくなることが予想される。

尚、上記実施例では、内輪３が回転側部材、外輪６が固定側部材としたが、これらが逆であっても良く、この場合はスリンガ１２の外向鍔部１２ｂ及び芯金１０の内向鍔部１０ｂの向きが夫々逆になり、これに伴い、例えば上記テーパー面が被密封部位Ｓに向かって漸次縮径状となる等、他の部位の形状も異なることは当然である。更に、上記実施例では、自動車の駆動シャフトにタイヤホイールを支持する軸受ユニットに適用した例を述べたが、他の密封を必要とされる機構にも適用され得ることも当然である。更に、上記スリンガ１２に周方向に多数のＮ極、Ｓ極が形成された多極磁石を貼り付けてトーンホイールとし、固定側（車体側）にこのトーンホイールと対峙するよう磁気センサーを設置して回転検出磁気エンコーダを構成することも可能である。

本発明の１実施形態の密封装置が組み込まれた軸受ユニットの例を示す断面図である。 図１におけるＸ部の拡大図である。

符号の説明

３ 内輪（２部材の一方の部材、回転側部材）
６ 外輪（２部材の他方の部材、固定側部材）
９ シールリング（密封装置）
１０ 芯金
１１ 弾性シール部材
１１ａ アキシャルリップ
１１ｂ アキシャルリップ
１１ｃ アウターリップ
１１ｅ アキシャルリップの形成基部
１２ スリンガ
１２ａ 嵌合円筒部
１２ｂ 外向鍔部（鍔状部）
１２ｃ テーパー部
Ｌ 長さ範囲
ｒ ラビリンス

Claims (4)

1. 相対的に同心回転する２部材の一方の部材に嵌合固定されるスリンガと、他方の部材に嵌合固定される芯金と、上記スリンガに弾性摺接するシールリップを備えて上記芯金に固着された弾性シール部材とよりなり、これらが組合わさって、上記２部材の間を密封するよう構成される密封装置であって、
   上記スリンガは、上記一方の部材に嵌合される嵌合円筒部と、該嵌合円筒部の一端部にその径方向に延出形成された鍔状部とよりなり、上記シールリップは、上記スリンガにおける鍔状部の内面に弾性摺接するアキシャルリップとされ、該アキシャルリップの形成基部が、上記スリンガにおける嵌合円筒部の周面との間で、軸方向に沿った長さ範囲に亘り略一定の小間隙を以って互いに近接するラビリンスを形成していることを特徴とする密封装置。
2. 請求項１に記載の密封装置において、
   前記シールリップは、径方向に並設された複数のアキシャルリップからなり、これら複数のアキシャルリップの内、前記スリンガの嵌合円筒部側に位置するアキシャルリップの形成基部において前記ラビリンスが形成されていることを特徴とする密封装置。
3. 請求項１又は２に記載の密封装置において、
   前記スリンガにおける鍔状部の周縁部分が、前記嵌合円筒部側に屈折されたテーパー部とされ、前記弾性シール部材にはこのテーパー部の外面に弾性摺接するアウターリップが形成されていることを特徴とする密封装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の密封装置において、
   前記一方の部材が回転側部材であり、他方の部材が固定側部材であることを特徴とする密封装置。

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