JP2008180277A - 車輪用軸受の密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密封装置内に侵入した泥水等の異物を排出する性能を向上させることにより、シール性能の低下を防止して長寿命化した密封装置を提供すること。
【解決手段】本発明の密封装置５は、芯金に弾性体からなるシール部材を一体化した、外輪部材１に取り付けられる第１シール環体５０と内輪部材２に取り付けられる第２シール環体６０とを備えている。第１シール環体５０の第１シール部材には、ラジアルシールリップ５４，５５が形成され、第２シール環体６０の第２シール部材には、第２フランジ部６３の外周側端部から径方向外方に傾斜しながら延びて第１フランジ部５３に摺接するアキシャルシールリップ６４が形成されている。このように構成することにより、第２フランジ部６３の外周側端部と第１円筒部５２の内周面との間隙５８を大きくして、密封装置５の異物排出性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪用軸受の密封装置に関し、特に、車体に固定される外輪部材と車輪とともに回転する内輪部材とを有する車輪用軸受の密封装置に関する。

自動車の車輪を支持する車輪用軸受には従動軸用のものと駆動軸用のものとがあるが、駆動軸用の車輪用軸受の多くは、例えば特許文献１に記載されたようなものであって、図２に示すような構造を有する。すなわち、同図に示すように、多くの駆動軸用の車輪用軸受は、図示しない車体に固定される外輪部材１と図示しない車輪とともに回転する内輪部材２とを有する。そして、外輪部材１と内輪部材２との間に形成される環状空間３には保持器４１により保持される転動体４が介装されるとともに、環状空間３の両端部には環状空間３を密封する密封装置５が設けられている。なお、外輪部材１には、車体に連結するためのフランジ１１が形成されている。また、内輪部材２は、車輪に連結するためのフランジ２１が形成されたハブ部材２２と、ハブ部材２２の端部に嵌合された内輪２３とから構成されている。

密封装置５、特に車体の幅方向の中心側の密封装置５は、図３に示すように、固定の外輪部材１に取り付けられるシール環体１１０と、回転する内輪２３に取り付けられるスリンガ１２０とから構成されている。シール環体１１０は、芯金１１１に弾性部材からなるシール部材１１２を焼き付けたものである。シール環体１１０の芯金１１１は、外輪部材１の内周面に嵌合固定される外側円筒部１１３と、この外側円筒部１１３の軸受内部方向側端部から径方向内方に向かって（すなわち、内輪２３に向かって）延びる外側フランジ部１１４とからなり、断面逆Ｌ形に形成されている。シール環体１１０のシール部材１１２は、アキシャルシールリップ１１５と、外側フランジ部１１４の内周側端部から内輪２３の方に延びる二つのラジアルシールリップ１１６、１１７とを有している。

スリンガ１２０は、前記外側円筒部１１３と対向するように内輪２３の外周面に固定される内側円筒部１２１と、この内側円筒部１２１の軸受外部方向側（この場合、車体の幅方向の中心側）の端部から径方向外方に向かって（すなわち、外輪部材１に向かって）延びる内側フランジ部１２２とからなり、断面Ｌ形に形成されている。そして、内側円筒部１２１には前記二つのラジアルシールリップ１１６、１１７の先端が摺接され、内側フランジ部１２２には前記アキシャルシールリップ１１５の先端縁が摺接されるように構成されている。また、内側フランジ部１２２の外周側端部と外側円筒部１１３の内周面との間にはラビリンス隙間１３０が形成されている。

上記のように構成された密封装置５において、ラビリンス隙間１３０は、外部から雨水、泥水、塵埃等の異物が侵入することを防止するものであり、その効果を上げるために、製作公差、振動などを加味して内側フランジ部１２２の外周側端部が外側円筒部１１３に接触しない範囲で最小の隙間に形成されている。また、アキシャルシールリップ１１５は、先端縁に向かうにつれ径方向外方に向かうように傾斜して内側フランジ部１２２に摺接して、ラビリンス隙間１３０を通過して外部から侵入した異物が環状空間３内に侵入することを防止するように構成されている。また、二つのラジアルシールリップ１１６，１１７のうちの軸受外部方向側よりに位置するラジアルシールリップ１１６は、先端縁を軸受外部方向側に向けた状態で内側円筒部１２１に摺接して、アキシャルシールリップ１１５を通過した異物が環状空間３の内部に侵入することを防止するように構成されている。また、二つのラジアルシールリップ１１６，１１７のうちの軸受内部方向側よりに位置するラジアルシールリップ１１７は、先端縁を軸受内部方向側に向けた状態で内側円筒部１２１に摺接して、環状空間３の内部に存在するグリースが環状空間３の外部に漏洩することを防止するように構成されている。なお、このように構成される従来の密封装置は、外輪部材１が回転する従動軸用の軸受の場合も、内輪部材２が回転する駆動軸用の軸受の場合も同一のものが用いられている。
実開平５−２６７００号公報

上述の車輪用軸受においては、内側フランジ部１２２の外周側端部と外側円筒部１１３の内周面との間のラビリンス隙間１３０は、外部から異物が侵入することを抑制するものであるが、隙間にシール機能を持たせたものであるため異物の侵入を完全に防止することができない。このため、このラビリンス隙間１３０から密封装置５内に侵入した雨水、泥水、塵埃等の異物は、アキシャルシールリップ１１５及び軸受外部方向側よりに位置するラジアルシールリップ１１６により２段構えで環状空間３の内部への侵入が防止されている。しかし、ラビリンス隙間１３０から一旦侵入した異物は、密封装置５が固定の外輪部材１に取り付けられているため自動車走行中に遠心力が作用して排出されることもない。このため、ラビリンス隙間１３０から侵入した異物は、アキシャルシールリップ１１５の外表面等を伝って下方に自然落下し、下方のラビリンス隙間１３０から排出されることになる。しかし、自然落下に任せるだけでは異物が速やかに下方に流れ難い上、ラビリンス隙間１３０が出口となるため、一旦密封装置５内に入った異物はこのラビリンス隙間１３０を通じてはなかなか排出されない。この結果、密封装置５内に浸入した泥水は、長期に渡り密封装置５内に滞留するおそれがある。その結果、泥水中の泥や、泥水が乾燥して固形化した土などの異物がアキシャルシールリップ１１５の先端縁と内側フランジ部１２２との摺接部に噛み込まれることが推測される。もし、このようにアキシャルシールリップ１１５の先端縁と内側フランジ部１２２との摺接部に泥や土成分が掻き込まれると、アキシャルシールリップ１１５の磨耗が激しくなる上、内側フランジ部１２２との摺接面にも傷が付くことが予測される。そして、アキシャルシールリップ１１５のシール性能が低下するおそれがある。そうなると、軸受外部方向側のラジアルシールリップ１１６の先端縁と内側円筒部１２１との摺接部にも泥や土成分が掻き込まれるようになり、環状空間３の軸受外部方向側のラジアルシールリップ１１６の先端縁も磨耗しやすくなるばかりでなく、内側円筒部１２１における摺接面も傷が付けられることになる。このようにして、密封装置５のシール性能が低下し、寿命が短くなることが予測される。

本発明は、このような事情に鑑み成されたものであって、密封装置内に侵入した泥水等の異物の排出性能を向上させることにより、リップ先端縁の摺接部への異物の噛み込みを抑制してシール性能の低下を防止し、密封装置を長寿命化することを目的とする。

本発明の密封装置は、車体に取り付けられる外輪部材と車輪とともに回転する内輪部材との間に形成される環状空間の端部を密封する車輪用軸受の密封装置である。また、この密封装置は、弾性体からなる第１シール部材を第１芯金に一体化した、外輪部材に取り付けられる第１シール環体と、弾性体からなる第２シール部材を第２芯金に一体化した、内輪部材に取り付けられる第２シール環体とを備えている。そして、前記第１芯金は、外輪部材の端部内周面に嵌合固定される第１円筒部と、第１円筒部の軸受内部方向側端部から径方向内方へ延びる第１フランジ部とを有する。また、前記第２芯金は、第１円筒部と対向して内輪部材の端部外周面に嵌合固定される第２円筒部と、前記第１フランジ部と対向するように第２円筒部の軸受外部方向側端部から径方向外方へ延びる第２フランジ部とを有する。また、前記第１シール部材は、前記第２円筒部に摺接するように延びるラジアルシールリップを有し、さらに、前記第２シール部材は、第２フランジ部の外周側端部近傍から径方向外方に傾斜しながら延びて第１フランジ部に摺接するアキシャルシールリップを有するように構成されている。

本発明の密封装置は、上記のように構成されているので、第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部との間隙が大きく形成される。これにより、第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部との間にラビリンス隙間を形成した従来のものとは異なり、外部から異物がアキシャルシールリップまで容易に侵入する反面、侵入した雨水、泥水、塵埃などの異物は、内輪部材とともに回転するアキシャルシールリップの遠心力により跳ね飛ばされる。また、アキシャルシールリップは外周側表面が第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部との間隙の方に向くように形成されるとともに、第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部との間隙が大きく形成されるため、侵入した泥水等の異物が第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部との間隙から容易に排出される。また、このように密封装置の排出性が向上するため、密封装置内に侵入した泥水が長期に滞留し、泥水中の泥や、泥水の乾燥により固形化された土などがアキシャルシールリップの先端縁と第１フランジ部との摺接部に噛み込むことが抑制される。これにより、アキシャルシールリップの先端縁の摺接部を通過する異物の量が減少するので、ラジアルシールリップの先端縁と第２円筒部との摺接部への泥の噛み込みも減少する。この結果、アキシャルシールリップ及びラジアルシールリップのシール性能の低下が防止されて密封装置が長寿命化される。

また、前記第２フランジ部の外周側端部と前記第１円筒部の内周面との間隙は、前記アキシャルシールリップの先端縁が第１円筒部に触れないようにする大きさであって、前記ラジアルシールリップの形成を阻害しない範囲で大きく形成されていることが好ましい。このように前記第２フランジ部の外周側端部と前記第１円筒部の内周面との間隙をできるだけ大きくした方が密封装置内の排水性が向上するので、より一層シール性能の低下を防止するとともに密封装置を長寿命化することができる。

また、前記第１円筒部と前記外輪部材との間には、第１シール層を介装させることが好ましい。このようにすることにより、第１円筒部と外輪部材との間からの環状空間内への異物の侵入をより一層防止することができ、密封装置をより一層長寿命化することができる。

また、第２円筒部と前記内輪部材との間には、第２シール層を介装させることが好ましい。このようにすることにより、第２円筒部と内輪部材との間からの環状空間内への異物の侵入をより一層防止することができ、密封装置をより一層長寿命化することができる。

本発明によれば、第２シール部材に、第２フランジ部の外周側端部から径方向外方に傾斜しながら延びて第１フランジ部に摺接するアキシャルシールリップを形成することにより、第２フランジ部の外周側端部と第１円筒部の内周面との間隙を大きくしている。これにより、密封装置の異物排出性能が向上し、密封装置内に泥水等の異物が長時間滞留することが回避される。その結果、泥水中の泥や、泥水が乾燥してできる土などの異物がアキシャルシールリップの先端縁に付着してシール性能が劣化することが防止され、密封装置が長寿命化される。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る密封装置周りの拡大図である。本実施の形態に係る密封装置は、例えば、図２に記載の車輪用軸受における密封装置として使用されるものであるが、ここでは、図２についての重ねての説明を省略するとともに、図１における図２と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１に記載した本実施の形態に係る密封装置５は、固定の外輪部材１と回転する内輪部材２との間に形成される環状空間３の車体の幅方向の中心側に取り付けられている。この密封装置５は、外輪部材１に取り付けられる第１シール環体５０と内輪部材２に取り付けられる第２シール環体６０とから構成されている。

第１シール環体５０は、第１芯金５１に対し弾性体からなる第１シール部材が焼き付けられて一体化されたものである。第１芯金５１は、固定の外輪部材１の軸受外部方向側の端部内周面に嵌合固定される第１円筒部５２と、第１円筒部５２の軸受内部方向側端部から径方向内方に向かって延びる第１フランジ部５３とからなり、逆Ｌ字状に形成されている。第１シール部材は、第１フランジ部５３の内周側端部から径方向内方に向かって延びるように形成された、二つのラジアルシールリップ５４，５５を有する。二つのラジアルシールリップ５４，５５は密封装置５内において軸方向に並ぶように形成されている。また、第１シール部材は、軸受外部方向側端部おいて第１円筒部５２と外輪部材１の内周面との間をシールするための第１シール層５６を有する。この第１シール層５６は、第１円筒部５２の軸方向端部に対し、外周面から内周面に折り返したような形態に形成されている。また、このように第１シール層５６を形成するために、第１円筒部５２の端部の厚みを薄くするように、第１円筒部５２の外周面側に段部５２ａが成されている。

第２シール環体６０は、第２芯金６１に弾性体からなる第２シール部材を焼き付けて一体化したものである。また、第２芯金６１は、第１円筒部５２と対向して内輪２３の端部外周面に嵌合固定される第２円筒部６２と、前記第１フランジ部５３と対向するように第２円筒部６２の軸受外部方向側端部から径方向外方へ延びる第２フランジ部６３とから構成されている。第２円筒部６２は、ラジアルシールリップ５４，５５が摺接する摺接面を形成している。第２シール部材は、第２フランジ部６３の外周側端部付近から径方向外方に傾斜しながら延びて第１フランジ部５３に摺接するアキシャルシールリップ６４を有する。このアキシャルシールリップ６４の外周側表面は、アキシャルシールリップ６４が上記のように傾斜することから、第２フランジ部６３の外周側端部と第１円筒部との間隙５８を向くようになる。また、第２シール部材は、軸受外部方向側端部において第２円筒部６２と内輪２３の外周面との間をシールするための第２シール層６５を有する。この第２シール層６５は、第２円筒部６２から第２フランジ部６３にかけてのコーナ外側に取り付けられている。また、このように第２シール層６５を形成するために、第２円筒部６２の端部の厚みを薄くするように、第２円筒部６２の外周面側に段部６２ａが形成されている。

前述のアキシャルシールリップ６４は、先端縁が径方向外方を向くように第１フランジ部５３に圧接されて、外部から侵入した雨水、泥水、塵埃などの異物が環状空間３へ侵入することを防止する第１段目のシール部を形成する。このシール機能を大きくするには接触圧力を大きくする必要があるが、接触圧力を大きくし過ぎるとアキシャルシールリップ６４の先端縁の磨耗が大きくなり寿命が短くなる。なお、接触圧力を大きくするには、アキシャルシールリップ６４の中心軸に対する傾斜角度θを小さくすることにより大きくすることができる。したがって、アキシャルシールリップ６４の傾斜角度θは、アキシャルシールリップ６４の寿命を考えて適切な接触圧力を付与するように設定される。このような適切な接触圧力を付与する適切な傾斜角度θは実験的に求められる。なお、アキシャルシールリップ６４が、図１の場合と異なり径方向内包を向くように形成された場合は、アキシャルシールリップ６４の先端縁と第１フランジ部５３との摺接部に異物が噛み込みやすくなるので好ましくない。

また、二つのラジアルシールリップ５４，５５のうちの軸受外部方向側に配置されたラジアルシールリップ５４は、その先端縁を軸受外部方向側に向かうように圧接されるとともに、スプリング５７により第２円筒部６２の外周面に押接されている。このラジアルシールリップ５４は、アキシャルシールリップ６４から異物が侵入してきた場合に、この異物が環状空間３内に侵入することを防止する第２段目のシール部である。また、二つのラジアルシールリップ５４，５５のうちの軸受内部方向側に配置されたラジアルシールリップ５５は、その先端縁を環状空間３の内側に向かうように圧接されて、環状空間３内に封入されるグリースが漏洩することを防止している。

上記構成において、第１芯金５１及び第２芯金６１は、ステンレス製板材等の優れた耐食性を有する金属板に対しプレス加工による打ち抜き、折り曲げ及び切削加工を施すことにより製作されている。また、第１シール部材及び第２シール部材は二トリルゴム、アクセルゴム、シリコンゴム、その他の弾性材料から構成される。また、スプリング５７は、ばね鋼等の耐食性を有する弾性金属材料からなる引っ張りコイルばねであって、この引っ張りコイルばねの両端部同士を結合したものである。

そして、本実施の形態に係る密封装置５においては、第２フランジ部６３の外周側端部と第１円筒部５２との間隙５８が大きく形成されている。この間隙５８は、従来のものでは、外部から異物が侵入しないようにできるだけ小さく形成され、ラビリンス隙間として形成されていた。ところが、本実施の形態においては、アキシャルシールリップ６４が前述のように適正な傾斜角度θで径方向外方に向かうように形成されている。そして、アキシャルシールリップ６４の先端縁の締め代が最大となるときに、つまり、アキシャルシールリップ６４の先端縁が外周側に最も曲がった状態となるときに、アキシャルシールリップ６４の先端縁が第１円筒部５２に接触しないように、間隙５８が大きく形成されている。間隙５８は、少なくともこの大きさの開口にすることが必要であるが、この実施の形態においてはさらに大きく形成されており、第１円筒部５２と第２円筒部６２との径方向間隔の約半分が開口されている。間隙５８を大きくし過ぎると、第１フランジ部５３の内周側端部が第２円筒部６２に近づくため二つのラジアルシールリップ５４，５５の形成が難しくなる。したがって、間隙５８は、これらラジアルシールリップ５４，５５の形成を阻害しない程度の開口とするように大きく形成されている。

上記のように構成される本実施の形態に係る密封装置５によれば、次のような作用効果を奏することができる。
本実施の形態に係る密封装置５は、車輪用軸受に使用されると、第２フランジ部６３の外周側端部と第１円筒部５２との間隙５８が大きく形成されているので、雨水、泥水、塵埃等の外部の異物が容易にアキシャルシールリップ６４の外周側に到達する。しかし、アキシャルシールリップ６４の外周側表面が間隙５８側を向いた状態で取り付けられるとともに、アキシャルシールリップ６４が内輪２３と一体となって回転するため、外部から侵入した異物は、アキシャルシールリップ６４の外周側表面で間隙５８側に跳ね飛ばされる。また、跳ね飛ばされた異物は、間隙５８が大きいため、容易に外部へ排出される。

また、第１フランジ部５３の表面を伝って環状空間３内に侵入しようとする異物は、アキシャルシールリップ６４の先端縁と第１フランジ部５３との摺接により、アキシャルシールリップ６４と第１フランジ部５３との摺接部によりシールされているので、環状空間３内への侵入が防止される。また、この先端縁は外周側に曲がるように圧接されているため、異物の噛み込みが少なくなっている。また、万一アキシャルシールリップ６４と第１フランジ部５３との接触部から異物が内部に侵入した場合は、この異物は二つのラジアルシールリップ５４，５５のうちの軸受外部方向側のラジアルシールリップ５４により環状空間３内への侵入が防止される。

なお、第１円筒部５２の端部に取り付けられた第１シール層５６により、第１円筒部５２と外輪部材１の内周面との間からの異物の侵入が防止されている。この異物侵入防止効果は、第１円筒部５２が単に外輪部材１の内周面に嵌合されている場合に比し向上することは言うまでもない。また、第２円筒部６２の端部に取り付けられた第２シール層６５により、第２円筒部６２と内輪２３の内周面との間からの異物の侵入が防止されている。この異物侵入防止効果は、第２円筒部６２が単に内輪２３の外周面に嵌合されている場合に比し向上することは言うまでもない。また、二つのラジアルシールリップ５４，５５のうちの軸受内部方向側のラジアルシールリップ５５は、環状空間３の内部に封入されているグリースが漏洩することを防止している。

上記実施の形態に係る密封装置５は、次のように変形することもできる。
（１）軸受外部方向側のラジアルシールリップ５４は、スプリング５７により第２円筒部６２の外周面に押接されているが、このスプリング５７は補助的なものである。したがって、このラジアルシールリップ５４の形状や材料を適宜設定することにより、スプリング５７を省略することもできる。

（２）また、第１円筒部５２の端部に取り付けられた第１シール層５６及び第２円筒部６２の端部に取り付けられた第２シール層６５も補助的なものであるので、従来の密封装置における円筒部のように、円筒部の端部にこのようなシール層を設けずに外輪部材１の内周面又は内輪の外周面に嵌合固定するようにしてもよい。なお、この場合、第１シール層５６及び第２シール層６５を取り付けるために第１円筒部５２及び第２円筒部６２の端部にそれぞれ設けていた段部５２ａ、６２ａを形成する必要がないことは言うまでもない。

（３）軸受内部方向側のラジアルシールリップ５５は、前述のように環状空間３内に封入されたグリースの漏洩を防止するものであるが、このラジアルシールリップ５５を省略して、グリースの漏洩を防止する機能を軸受外部方向側のラジアルシールリップ５４に持たせることも可能である。

（４）本密封装置５は、前述の実施の形態に係る車輪用軸受においては、環状空間３の車体の幅方向の中心側端部に使用されるものとして説明したが、このような使用に限定されるものではない。例えば、外輪部材１の車体の幅方向の外側端部と内輪部材２のフランジとの間隙を広くすることにより、環状空間３の車体の幅方向の外側端部に使用することも可能である。

（５）前述の実施の形態において、内輪部材２は、１個の内輪２３を設けたものとしているが、これに限定されるものではなく、両転動体４の軌道面を形成する２個の内輪を使用したものとすることもできる。

上記実施の形態は複列スラスト玉軸受を用いた車輪用軸受について説明したが、本密封装置５はこのような軸受に限定されるものではない。例えば、複列ラジアル玉軸受としてもよく、また、ラジアルころ軸受、スラストころ軸受などの転がり軸受を用いた車輪用軸受にも適用することができる。

本発明の実施の形態に係る密封装置周りの断面図である。 一般の駆動軸側車輪用軸受の断面図である。 従来の車輪用軸受の密封装置の断面図である。

符号の説明

１…外輪部材、２…内輪部材、３…環状空間、５…密封装置、５０…第１シール環体、５１…第１芯金、５２…第１円筒部、５３…第１フランジ部、５４，５５…ラジアルシールリップ、５６…第１シール層、５８…間隙、６０…第２シール環体、６１…第２芯金、６２…第２円筒部、６３…第２フランジ部、６４…アキシャルシールリップ、６５…第２シール層。

Claims (4)

1. 車体に取り付けられる外輪部材と車輪とともに回転する内輪部材との間に形成される環状空間の端部を密封する車輪用軸受の密封装置であって、
   この密封装置は、弾性体からなる第１シール部材を第１芯金に一体化した、外輪部材に取り付けられる第１シール環体と、弾性体からなる第２シール部材を第２芯金に一体化した、内輪部材に取り付けられる第２シール環体とを備え、
   前記第１芯金は、外輪部材の端部内周面に嵌合固定される第１円筒部と、第１円筒部の軸受内部方向側端部から径方向内方へ延びる第１フランジ部とを有し、
   前記第２芯金は、第１円筒部と対向して内輪部材の端部外周面に嵌合固定される第２円筒部と、前記第１フランジ部と対向するように第２円筒部の軸受外部方向側端部から径方向外方へ延びる第２フランジ部とを有し、
   前記第１シール部材は、第１フランジ部から前記第２円筒部に摺接するように延びるラジアルシールリップを有し、
   前記第２シール部材は、第２フランジ部の外周側端部近傍から径方向外方に傾斜しながら延びて第１フランジ部に摺接するアキシャルシールリップを有する
   ことを特徴とする車輪用軸受の密封装置。
2. 前記第２フランジ部の外周側端部と前記第１円筒部の内周面との間隙は、前記アキシャルシールリップの先端縁が第１円筒部に触れないようにする大きさであって、前記ラジアルシールリップの形成を阻害しない範囲で大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の車輪用軸受の密封装置。
3. 前記第１円筒部と前記外輪部材との間には第１シール層が介装されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車輪用軸受の密封装置。
4. 前記第２円筒部と前記内輪部材との間には第２シール層が介装されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車輪用軸受の密封装置。

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