JP2009008163A

JP2009008163A - 密封装置

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Publication number: JP2009008163A
Application number: JP2007169994A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Ichikawa; 智也市川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することが可能な低コストの密封装置を提供する。
【解決手段】相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪２、外輪４)と、軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６とを備えた軸受に設けられ、軸受内部を軸受外部から密封する密封装置であり、密封装置は、その基端１０ｅが一方の軌道輪に固定され且つその先端１０ｔが他方の軌道輪に向けて延出している密封板１０と、当該密封板の軸受外部側に対向配置され、その基端１２ｅが他方の軌道輪に固定され且つその先端１２ｔが一方の軌道輪に向けて延出し、その延出端が一方の軌道輪に対して非接触状態に位置決めされた仕切板１２とを備えており、互いに対向配置された密封板と仕切板との間隙には、当該間隙にラビリンスＧを構成するラビリンス機構が介在されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種装置の回転軸を支持する軸受に適用される密封装置に関する。

従来、例えば自動車のエンジンに使用される水ポンプ軸受には、その使用目的や使用環境に応じて種々の密封装置が用いられている。例えば図３に示された水ポンプ軸受は、相対回転可能に対向配置された内輪２及び外輪４と、内外輪2,4間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６と、複数の転動体６を回転自在に支持する保持器８とを備えており、当該軸受には、軸受内部を軸受外部から密封する密封装置が設けられている。なお、図面では転動体６として玉を例示しているが、コロが適用される場合もある。また、保持器８としては、例えば波形保持器、冠形保持器、かご形保持器など、軸受の使用目的や使用環境に応じて種々の保持器を適用することができる。

このような水ポンプ軸受において、密封装置としては、例えばシールやシールドなどの環状の密封板１０を適用することができるが、ここでは一例として、接触タイプの接触シールを想定する。密封板(接触シール)１０は、中空円板状の心金１０ａにゴム材１０ｂを被覆して構成されており、その基端１０ｅが外輪４に固定され、その先端１０ｔが内輪２に向けて延出し、その延出端が内輪２に摺接した状態に位置決めされている。この場合、密封板１０の先端１０ｔには、ゴム材で１０ｂ一体成形された環状のリップＬ１が内輪２に向けて突出しており、当該リップＬ１は、内輪２に対して常に摺接した状態に保持されている。

また、上述したような密封装置には、例えば特許文献１〜３に提案されたような各種の技術が適用されており、これにより軸受内部への異物の侵入防止と共に、軸受外部への潤滑剤の漏洩防止が図られている。ところで、近年の燃費向上や低価格化に伴って、軸受の密封装置には、低コストでありながら同時に密封性能の飛躍的な向上が要求されている。この場合、特に軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することができる技術が求められている。
特開平１０−１９０３８号公報特開２００６−１８３７９５号公報特開２００１−５０２８８号公報

本発明は、このような要求に応えるためになされており、その目的は、軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することが可能な低コストの密封装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた軸受に設けられ、軸受内部を軸受外部から密封する密封装置であって、密封装置は、その基端が一方の軌道輪に固定され且つその先端が他方の軌道輪に向けて延出している密封板と、当該密封板の軸受外部側に対向配置され、その基端が他方の軌道輪に固定され且つその先端が一方の軌道輪に向けて延出し、その延出端が一方の軌道輪に対して非接触状態に位置決めされた仕切板とを備えており、互いに対向配置された密封板と仕切板との間隙には、当該間隙にラビリンスを構成するラビリンス機構が介在されている。

本発明において、ラビリンス機構は、仕切板に対向した密封板の対向面を凹凸状に起伏させて構成しても良いし、或いは、密封板に対向した仕切板の対向面を凹凸状に起伏させて構成しても良い。この場合、ラビリンス機構は、前記対向面に沿って周方向に所定間隔で複数の突起部を配列して構成されている。また、複数の突起部は、それぞれ、前記周方向を横断する方向に延在している。また、複数の突起部は、それぞれ、軸受の回転方向に対して所定角度だけ後傾させて延在している。

また、本発明において、密封板の対向面には、仕切板に向けて突出し且つ当該仕切板に対して所定の接触圧で接触した環状のシール部材が設けられている。この場合、密封板の基端が固定された一方の軌道輪を回転させた際に生じる遠心力により、環状のシール部材は、仕切板に対して非接触状態若しくは接触圧が軽減した状態に維持される。

本発明によれば、軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することが可能な低コストの密封装置を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る密封装置について添付図面を参照して説明する。
なお、本実施の形態は、図３に示された密封装置の改良であるため、以下では、改良部分の説明にとどめる。この場合、上述した軸受及び密封装置(図３)と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を本実施の形態に用いた図面上に付すことで、その説明を省略する。また、密封装置の構成は、軸受の両側で同一となるため、以下では片側の密封装置について説明する。

図１(ａ)に示すように、本実施の形態において、密封板１０は、その基端１０ｅが一方の軌道輪(例えば、外輪４)に固定され、その先端１０ｔが他方の軌道輪(即ち、内輪２)に向けて延出ている。密封板１０としては、その先端１０ｔの環状のリップＬ１が内輪２に摺接した状態に位置決めされた接触シールを想定する。なお、図面には、密封板１０として接触シールを示したが、これ以外の例えば内輪２に対して非接触状態に位置決めされた非接触シールやシールドを適用しても良い。

このような密封装置において、密封板１０の軸受外部側には、仕切板(水切り板)１２が密封板１０を覆うように対向配置されている。仕切板(水切り板)１２は、その基端１２ｅが他方の軌道輪(内輪２)に固定され、その先端１２ｔが一方の軌道輪(外輪４)に向けて延出し、その延出端が外輪４に対して非接触状態に位置決めされている。

また、本実施の形態の密封装置には、互いに対向配置された密封板１０と仕切板(水切り板)１２との間隙に、当該間隙にラビリンスＧを構成するラビリンス機構が介在されている。ラビリンス機構は、仕切板(水切り板)１２に対向した密封板１０の円環状の対向面１０ｓを凹凸状に起伏させて構成されている。この場合、凹凸状の起伏の程度(例えば、起伏の数、高さ、幅、広さなど)を適宜調整することで、密封板１０と仕切板(水切り板)１２との間隙には、複雑に入り込んだ迷路状の狭いすきま(ラビリンスＧ)を構成することができる。

ここで、密封板１０の対向面１０ｓを凹凸状に起伏させる構成例として、ラビリンス機構は、密封板１０の対向面１０ｓに沿って周方向に所定間隔で複数の突起部Ｐを配列して構成されている。複数の突起部Ｐは、それぞれ、仕切板(水切り板)１２に向けて所定量だけ突出して(出っ張って)おり、その突出端が仕切板(水切り板)１２に対して非接触状態に位置決めされている。この場合、各突起部Ｐの突出量(出っ張り量)は、密封板１０と仕切板(水切り板)１２との間隙の大きさ(広さ)に応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。

また、各突起部Ｐの形状については、密封板１０と仕切板(水切り板)１２との間隙に密封性能(シール性能)に優れたラビリンスＧを構成することができれば、任意の形状を適用することができる。例えば、各突起部Ｐを矩形状(図１(ｃ))に構成しても良いし、三角柱形状(図１(ｄ))に構成しても良い。或いは、各突起部Ｐを半円柱形状(図１(ｅ))に構成しても良い。ここでは一例として、複数の突起部Ｐは、密封板１０の円環状の対向面１０ｓに沿って周方向に等間隔で配列されていると共に、各々の突起部Ｐは、前記周方向を横断する方向に延在し且つ軸受の回転方向に直交して配列されている。

以上、本実施の形態の密封装置によれば、密封板１０の対向面１０ｓを凹凸状に起伏させるだけで、密封板１０と仕切板(水切り板)１２との間隙に複雑に入り込んだ迷路状の狭いすきま(ラビリンスＧ)を容易に構成することができる。これにより、低コストでありながら同時に、密封性能(軸受内部への異物の侵入防止、軸受外部への潤滑剤の漏洩防止)を飛躍的に向上させることができる。また、密封板１０と仕切板(水切り板)１２と間隙にラビリンスＧを構成したことにより、特に軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することができる。

この場合、例えば図１(ａ)に示すように、密封板１０の対向面１０ｓに、仕切板(水切り板)１２に向けて突出し且つ当該仕切板(水切り板)１２に対して所定の接触圧で接触した環状のシール部材(第１のリップ)Ｌ２を設けても良い。なお、同図では一例として、第１のリップＬ２は、密封板１０の先端１０ｔと突起部Ｐとの間に設けられている。これにより、ラビリンスＧを越えて浸入した異物は、第１のリップＬ２で確実に塞き止められるため、密封装置の密封性能が低下することは無い。

また、例えば図１(ｂ)に示すように、上述した第１のリップＬ２に加えて更に、密封板１０の対向面１０ｓに、仕切板(水切り板)１２に向けて突出し且つ当該仕切板(水切り板)１２に対して所定の接触圧で接触した環状のシール部材(第２のリップ)Ｌ３を設けても良い。この場合、第２のリップＬ３は、密封板１０の基端１０ｅと突起部Ｐとの間設けられている。これにより、軸受外部の異物は、その殆どが第２のリップＬ３で確実に塞き止められるため、密封装置の密封性能を更に向上させることができる。

更に、密封板１０の基端１０ｅが固定された外輪４を回転させる軸受構造(即ち、外輪回転軸受)では、当該外輪４を回転させた際に生じる遠心力により、シール部材(第１のリップＬ２、第２のリップＬ３)は、仕切板(水切り板)１２から離間するように変形する。これにより、シール部材(第１のリップＬ２、第２のリップＬ３)は、仕切板(水切り板)１２に対して非接触状態若しくは接触圧が軽減した状態に維持される。この結果、軸受運転時の回転トルクの上昇を抑えることができる。また、異物の浸入を確実に塞き止めるために、外輪回転時に例えば第１のリップＬ２を接触状態、第２のリップＬ３を非接触状態となるように当該シール部材L2,L3を設けても良い。この場合、外輪回転時に第２のリップＬ３と仕切板(水切り板)１２との間にはラビリンスが構成されるため、当該外輪回転時に浸入した異物は、遠心力の作用により当該ラビリンスから軸受外部に排出される。

なお、上述した実施の形態において、第１のリップＬ２及び第２のリップＬ３の数について特に言及しなかったが、密封板１０の対向面１０ｓの形状や広さなどに応じて任意に設定することができるため、ここでは特に数値限定はしない。また、第１のリップＬ２及び第２のリップＬ３の突出角度は、図面では斜め上方に傾斜させて設定しているが、その傾斜角度は、例えば軸受の回転速度やシール部材(第１のリップＬ２、第２のリップＬ３)の材質などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。要するに、外輪４を回転させた際にシール部材L1,L2が変形して仕切板(水切り板)１２から離間するような傾斜角度に設定すれば良い。

また、上述した実施の形態では、複数の突起部Ｐを軸受の回転方向Ｒに直交して配列した構成としたが、例えば図２(ａ)に示すように、各々の突起部Ｐを軸受の回転方向Ｒに対して所定角度だけ後傾させて延在させても良い。この場合、各突起部Ｐの後傾角度は、例えば軸受の回転速度や使用環境などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。

また、上述した実施の形態において、各突起部Ｐの断面形状は、例えば図２(ａ)のハッチングで示すような矩形状としたが、これに代えて、例えば図２(ｂ)に示すような半円形状、或いは、例えば図２(ｃ)に示すような三角形状となるように、各突起部Ｐを構成しても良い。この場合、図２(ｂ),(ｃ)の断面形状では、軸受の回転方向Ｒの外径側に向うに従って先細りとなるように構成することが好ましい。これにより、軸受の回転状態及び非回転状態のいずれにおいても、一定の密封性能を発揮することができる。

また、上述した実施の形態において、ラビリンス機構を仕切板(水切り板)１２に対向した密封板１０の円環状の対向面１０ｓを凹凸状に起伏させて構成したが、これに代えて、ラビリンス機構を密封板１０に対向した仕切板(水切り板)１２の対向面(参照符号は省略する)を凹凸状に起伏させて構成しても良い。この場合、仕切板(水切り板)１２の対向面を凹凸状に起伏させる構成例は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

また、上述した実施の形態では、ラビリンス機構を密封板１０又は仕切板(水切り板)１２のいずれか一方に構成する場合を想定したが、密封板１０又は仕切板(水切り板)１２の双方にラビリンス機構(突起部Ｐ)を設けても良い。

また、上述した実施の形態では、ラビリンス機構を構成する複数の突起部Ｐを所定間隔で配列したが、これに代えて、複数の突起部Ｐを互いに交差させても良いし、各突起部Ｐを小さな突起として規則的又は不規則的に点在させるようにしても良い。

(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る密封装置の構成を一部拡大して示す断面図、(ｂ)は、本発明の他の実施の形態に係る密封装置の構成を一部拡大して示す断面図、(ｃ)は、密封装置に設けられたラビリンス機構の構成を一部拡大して示す斜視図、(ｄ)は、ラビリンス機構の他の構成を一部拡大して示す斜視図、(ｅ)は、ラビリンス機構の他の構成を一部拡大して示す斜視図。 (ａ)は、ラビリンス機構のレイアウトを一部拡大して示す平面図、(ｂ)は、ラビリンス機構の他のレイアウトを一部拡大して示す平面図、(ｃ)は、ラビリンス機構の他のレイアウトを一部拡大して示す平面図。従来の密封装置の構成を一部拡大して示す断面図。

符号の説明

２内輪
４外輪
６転動体
１０密封板
１０ｅ密封板の基端
１０ｔ密封板の先端
１２仕切板
１２ｅ仕切板の基端
１２ｔ仕切板の先端
Ｇラビリンス

Claims

相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた軸受に設けられ、軸受内部を軸受外部から密封する密封装置であって、
密封装置は、その基端が一方の軌道輪に固定され且つその先端が他方の軌道輪に向けて延出している密封板と、当該密封板の軸受外部側に対向配置され、その基端が他方の軌道輪に固定され且つその先端が一方の軌道輪に向けて延出し、その延出端が一方の軌道輪に対して非接触状態に位置決めされた仕切板とを備えており、
互いに対向配置された密封板と仕切板との間隙には、当該間隙にラビリンスを構成するラビリンス機構が介在されていることを特徴とする密封装置。
ラビリンス機構は、仕切板に対向した密封板の対向面を凹凸状に起伏させて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
ラビリンス機構は、密封板に対向した仕切板の対向面を凹凸状に起伏させて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
ラビリンス機構は、前記対向面に沿って周方向に所定間隔で複数の突起部を配列して構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の密封装置。
複数の突起部は、それぞれ、前記周方向を横断する方向に延在していることを特徴とする請求項４に記載の密封装置。
複数の突起部は、それぞれ、軸受の回転方向に対して所定角度だけ後傾させて延在していることを特徴とする請求項５に記載の密封装置。
密封板の対向面には、仕切板に向けて突出し且つ当該仕切板に対して所定の接触圧で接触した環状のシール部材が設けられていることを特徴とする２〜６のいずれかに記載の密封装置。
密封板の基端が固定された一方の軌道輪を回転させた際に生じる遠心力により、環状のシール部材は、仕切板に対して非接触状態若しくは接触圧が軽減した状態に維持されることを特徴とする請求項７に記載の密封装置。