JP2009115110A

JP2009115110A - 密封装置

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Publication number: JP2009115110A
Application number: JP2007285214A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kuzumaki; 義宏葛巻; Yuichi Shudo; 雄一首藤; Takeshi Kanzaki; 剛神前; Yoshimi Imamoto; 善美今本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】軸に対して角度をもつ面に接するシールリップの断面形状を最適化し、具体的には、スラスト方向の面振れおよびリップ締め代の周期的な変化に対するシールリップの追随性を高め、シール性を向上させることを目的とする。
【解決手段】シールリップは、その根元部の先端側に屈曲部を介して先端部を一体成形したもので、先端部の長さＬ_１を２．０〜４．０ｍｍ、根元部の長さＬ_２を０．４〜２．０ｍｍ、先端部先端部分の厚さＴ_１を０．３〜０．７ｍｍ、先端部基端部分の厚さＴ_２を０．９Ｔ_１〜１．５Ｔ_１ｍｍ、根元部の厚さＴ_３を０．３〜０．７ｍｍ、先端部内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１を５０〜８０°、最先端部の尖端角度Ｑ_２を６０〜１１０°に設定した密封装置において、Ｌ_１／Ｌ_２を２．０以上５．０以下、Ｔ_１／Ｔ_３を０．８５以上１．３以下に設定したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、密封技術に係る密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えば、自動車関連分野においてハブシール（ハブベアリングシール）として用いられ、または一般汎用機械の分野等において用いられる。

従来から、図３に示す密封装置５１が知られている（特許文献１参照）。この密封装置５１は、ベアリングのアウターレース（ハウジング）６１に取り付けられて回転軸７１に摺動自在に密接するものであって、アウターレース６１に固定される取付環５２と、取付環５２に被着されたゴム状弾性体５３とを有し、後者のゴム状弾性体５３によって、回転軸７１の端面部７１ａに摺動自在に密接するシールリップ（サイドリップ）５４と、回転軸７１の周面部７１ｂに摺動自在に密接するシールリップ（メインリップ）５５とが一体成形されている。

上記密封装置５１は、メインリップ５５の大気側にサイドリップ５４が配置されていることから、対ダスト性、特に対泥水性について優れたシール効果を発揮することができるが、このサイドリップ５４につきその断面形状の最適化については未だ十分な究明がなされていない。

すなわち例えば上記ハブベアリングシールにおいては、軸７１は、単にその中心軸線が平行的に移動するよう偏心するだけでなく、中心軸線の傾きが変わるよう偏心することがあり、後者の場合、軸７１の端面部７１ａはいわゆるミソスリ運動をする。この場合、メインリップ５５は軸７１の周面部７１ｂとの接触角度が変わるのみであるが、サイドリップ５４については、軸７１の端面部７１ａが当該密封装置５１との間隔を周期的に変えるように動く（スラスト方向への面振れ：サイドリップ５４の締め代が周期的に変わる）ので、このスラスト方向の面振れへの追随性がシール性に大きく影響する。したがって、このスラスト方向の面振れおよびリップ締め代の周期的な変化に対するサイドリップ５４の追随性を十分に究明する必要がある。

特開２００４−１５０４８４号公報

本発明は以上の点に鑑みて、サイドリップ、すなわち軸に対して角度をもつ面に摺動自在に密接するシールリップの断面形状を最適化することを目的とし、具体的には、スラスト方向の面振れおよびリップ締め代の周期的な変化に対するシールリップの追随性を高め、もってシールリップのシール性を向上させることが可能な密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の密封装置は、軸に対して角度をもつ面に摺動自在に密接するシールリップを有する密封装置であって、前記シールリップは、リップ根元部の先端側に屈曲部を介してリップ先端部を一体成形したものであって、前記リップ先端部をその根元部側の基端部分から先端部分へかけてリップ径寸法が徐々に拡大するよう形成し、前記リップ先端部の長さＬ_１を２．０〜４．０ｍｍ、リップ根元部の長さＬ_２を０．４〜２．０ｍｍ、リップ先端部の先端部分の厚さＴ_１を０．３〜０．７ｍｍ、リップ先端部の基端部分の厚さＴ_２を０．９Ｔ_１〜１．５Ｔ_１ｍｍ、リップ根元部の厚さＴ_３を０．３〜０．７ｍｍ、リップ先端部内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１を５０〜８０°、リップ最先端部の尖端角度Ｑ_２を６０〜１１０°の各範囲に設定した密封装置において、前記寸法諸元におけるＬ_１／Ｌ_２の値を２．０以上５．０以下に設定し、かつ、Ｔ_１／Ｔ_３の値を０．８５以上１．３以下に設定したことを特徴とするものである。

条件値・・・
Ｌ_１＝２．０〜４．０ｍｍ（２．０≦Ｌ_１≦４．０）、
Ｌ_２＝０．４〜２．０ｍｍ（０．４≦Ｌ_２≦２．０）、
Ｔ_１＝０．３〜０．７ｍｍ（０．３≦Ｔ_１≦０．７）、
Ｔ_２＝０．９Ｔ_１〜１．５Ｔ_１ｍｍ（０．９Ｔ_１≦Ｔ_２≦１．５Ｔ_１）、
Ｔ_３＝０．３〜０．７ｍｍ（０．３≦Ｔ_３≦０．７）、
Ｑ_１＝５０〜８０°（５０≦Ｑ_１≦８０）、
Ｑ_２＝６０〜１１０°（６０≦Ｑ_２≦１１０）、
提唱値・・・
２．０≦Ｌ_１／Ｌ_２≦５．０、かつ、０．８５≦Ｔ_１／Ｔ_３≦１．３。

上記構成を有する本発明において、Ｌ_１／Ｌ_２はリップ先端部とリップ根元部のリップ長さ比、Ｔ_１／Ｔ_３はリップ先端部の先端部分とリップ根元部のリップ厚さ比であり、リップ先端部の先端部分が薄過ぎたりリップ根元部が短過ぎたりすると、リップが撓み過ぎることになって面圧が不足し、漏れにつながる。また反対に、リップ先端部の先端部分が厚過ぎたりリップ根元部が長過ぎたりすると、リップが十分に撓まず面圧が過大となり、摺動摩耗による漏れにつながる。中庸の最適範囲は上記したように、Ｌ_１／Ｌ_２の値は２．０以上５．０以下、Ｔ_１／Ｔ_３の値は０．８５以上１．３以下の各領域である。尚、本発明は、リップ先端部の長さＬ_１が２．０〜４．０ｍｍと比較的長い場合におけるＬ_１／Ｌ_２およびＴ_１／Ｔ_３の最適値を提唱するものである。

したがって、リップ先端部とリップ根元部のリップ長さ比、およびリップ先端部の先端部分とリップ根元部のリップ厚さ比をそれぞれ最適化した本発明によれば、シールリップの接触面圧が適切に設定されることから、スラスト方向の面振れおよびリップ締め代の周期的な変化に対するシールリップの追随性を高めることができ、延いては、極めて優れたシール性ないし対泥水性を発揮する密封装置を提供することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置１は例えば自動車用車輪懸架装置におけるベアリング部にハブシール（ハブベアリングシール）として用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、上記ベアリング部における取付部材（ハウジング）であるアウターレース１１に固定される金属製の取付環（金属環）２が設けられており、この取付環２にゴム状弾性体３が被着（加硫接着）されている。取付環２は、アウターレース１１の内周面に嵌合される筒状部２ａの軸方向一端に径方向内方へ向けて内向きのフランジ部２ｂを一体成形したものである。ゴム状弾性体３は、取付環２の主にフランジ部２ｂの端面に被着されており、その構成要素として、アウターレース１１の内周面に静止的に密接する外周シール部４と、回転軸２１の端面部２１ａに摺動自在に密接するシールリップ（サイドリップ）５と、回転軸２１の周面部（外周面）２１ｂに摺動自在に密接するシールリップ（メインリップ）６およびサブリップ（グリースリップ）７とを一体に有している。サイドリップ５は、図では１つのみ設けられているが、複数設けられていても良い。回転軸２１は、図では端面部２１ａと周面部２１ｂが一体成形されているが、周面部２１ｂを有する通常の回転軸２１に、端面部を有する金属環（スリンガー等、図示せず）を別途嵌合するものであっても良い。また、端面部２１ａは必ずしも軸直角平面でなくても良く、軸（軸の中心軸線）に対して角度をもった面であれば良い（断面円弧状の曲面を含む）。

上記したように、本発明はサイドリップ５の断面形状を最適化することを目的とするものであって、当該実施例においてサイドリップ５は、図２の模式図に拡大して示すように、その根元部５ａの先端側（図では右端側）に屈曲部（変曲部）５ｂを介して先端部５ｃを一体成形したものとされている。リップ根元部５ａは、略円筒面状に成形され、所定の長さＬ_２および厚さＴ_３を有している。リップ先端部５ｃは、その根元部５ａ側の基端部分（図では左端部分）から先端部分（図では右端部分）へかけて径寸法（内径寸法および外径寸法とも）が徐々に拡大するよう円錐面状に成形され、その内周面において軸直角平面と交差する所定の傾斜角度Ｑ_１を有し、また所定の長さＬ_１を有している。また、リップ先端部５ｃはその厚さをその基端部分から先端部分へかけて徐々に小さくするよう成形されており、すなわち基端部分の厚さをＴ_２、先端部分の厚さをＴ_１として、Ｔ_２＞Ｔ_１となるように設定されている。一方、リップ根元部５ａの厚さがその基端部分から先端部分へかけて徐々に小さくなるように成形されている場合には、請求項１に記載したリップ根元部の厚さＴ_３はこのうちの大きい方の、基端部分の厚さＴ_３のことを云う。また、リップ先端部５ｃはその最先端（リップ先端部５ｃ内周面の最先端）に、所定の尖端角度Ｑ_２をもつリップ最先端部５ｄが設けられており、このリップ最先端部５ｄからリップ先端部５ｃの内周面へかけての表面部位（リップ先端部５ｃ内周面の先端部位）が軸２１の端面部２１ａに摺動自在に密接する。

上記各部位の寸法諸元は以下のように設定されており、これらの数値がＬ_１／Ｌ_２の値およびＴ_１／Ｔ_３の値を定めるに当たっての前提条件とされている。
（１）
リップ先端部５ｃの長さＬ_１：２．０〜４．０ｍｍ、更に好ましくは、２．２〜３．０ｍｍ（２．０≦Ｌ_１≦４．０、更に好ましくは、２．２≦Ｌ_１≦３．０）
（２）
リップ根元部５ａの長さＬ_２：０．４〜２．０ｍｍ、更に好ましくは、０．５〜１．５ｍｍ（０．４≦Ｌ_２≦２．０、更に好ましくは、０．５≦Ｌ_２≦１．５）
（３）
リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１：０．３〜０．７ｍｍ、更に好ましくは、０．４〜０．６ｍｍ（０．３≦Ｔ_１≦０．７、更に好ましくは、０．４≦Ｔ_１≦０．６）
（４）
リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２：０．９×Ｔ_１〜１．５×Ｔ_１、更に好ましくは、０．９５Ｔ_１〜１．２Ｔ_１ｍｍ（０．９Ｔ_１≦Ｔ_２≦１．５Ｔ_１、更に好ましくは、０．９５Ｔ_１≦Ｔ_２≦１．２Ｔ_１）
（５）
リップ根元部５ａの厚さＴ_３：０．３〜０．７ｍｍ、更に好ましくは、０．４〜０．５ｍｍ（０．３≦Ｔ_３≦０．７、更に好ましくは、０．４≦Ｔ_３≦０．５）
（６）
リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１：５０〜８０°、更に好ましくは、６０〜７０°（５０≦Ｑ_１≦８０、更に好ましくは、６０≦Ｑ_１≦７０）
（７）
リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２：６０〜１１０°、更に好ましくは、８０〜９０°（６０≦Ｑ_２≦１１０、更に好ましくは、８０≦Ｑ_２≦９０）

上記したように、リップ先端部５ｃとリップ根元部５ａのリップ長さ比Ｌ_１／Ｌ_２およびリップ先端部５ｃの先端部分とリップ根元部５ａのリップ厚さ比Ｔ_１／Ｔ_３は接触面圧に及ぼす影響がきわめて大きいものであって、リップ先端部５ｃが薄過ぎたりリップ根元部５ａが短過ぎたりすると、リップ５が撓み過ぎて接触面圧が不足し、漏れにつながる。反対に、リップ先端部５ｃが厚過ぎたりリップ根元部５ａが長過ぎたりすると、リップ５は十分に撓むことができずに接触面圧が過大となり、摺動摩耗が促進されて漏れにつながる。この点につき、本願発明者らが行なった泥水漏れ試験の結果から知得したところによると、上記各寸法諸元による条件のもとで、Ｌ_１／Ｌ_２の値はこれを２．０以上５．０以下、更に好ましくは、２．０以上４．４以下、Ｔ_１／Ｔ_３の値はこれを０．８５以上１．３以下、更に好ましくは、１．０以上１．２以下の各領域内に設定すれば、面圧は適正となり、泥水漏れは発生せず、良好な結果を得ることができた。

２．０≦Ｌ_１／Ｌ_２≦５．０、一層好ましくは、２．０≦Ｌ_１／Ｌ_２≦４．４
かつ
０．８５≦Ｔ_１／Ｔ_３≦１．３、一層好ましくは、１．０≦Ｔ_１／Ｔ_３≦１．２

泥水漏れ試験の一例を示すと、以下のとおりである（下記表１を参照）。

［実施例１（試料１）］
当該試料１では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は２．５３ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は０．６５ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．４５ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．４５ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．４５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６２°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８７°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は３．８９、Ｔ_１／Ｔ_３の値は１．００に設定されている。

［実施例２（試料２）］
当該試料２では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は２．５３ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は１．１０ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．４５ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．４５ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．４５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６２°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８７°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は２．３０、Ｔ_１／Ｔ_３の値は１．００に設定されている。

［実施例３（試料３）］
当該試料３では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は２．５０ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は１．１０ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．５０ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．５０ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．４５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６２°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８７°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は２．２７、Ｔ_１／Ｔ_３の値は１．１１に設定されている。

［比較例１（試料４）］
当該試料４では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は２．１５ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は０．９０ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．４０ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．５２ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．５５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６２°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８９°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は２．３９、Ｔ_１／Ｔ_３の値は０．７３に設定されている。

［比較例２（試料５）］
当該試料５では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は１．８５ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は１．２０ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．３８ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．５９ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．６５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６７°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８２°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は１．５４、Ｔ_１／Ｔ_３の値は０．５８に設定されている。

［比較例３（試料６）］
当該試料６では、リップ先端部５ｃの長さＬ_１は１．８５ｍｍ、リップ根元部５ａの長さＬ_２は０．７０ｍｍ、リップ先端部５ｃの先端部分の厚さＴ_１は０．５０ｍｍ、リップ先端部５ｃの基端部分の厚さＴ_２は０．５１ｍｍ、リップ根元部５ａの厚さＴ_３は０．５５ｍｍ、リップ先端部５ｃ内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１は６７°、リップ最先端部５ｄの尖端角度Ｑ_２は８２°であり、よってＬ_１／Ｌ_２の値は２．６４、Ｔ_１／Ｔ_３の値は０９１に設定されている。

［試験条件・結果］
上記試料１〜６のサイドリップ５を有するハブベアリングシールを用いて、軸回転数１０００ｒｐｍ、サイドリップ５の面振れ量（軸端面の移動量、締め代の変化量）０．２５ｍｍにおける泥水シール試験を行ない、そのときのサイドリップ５から泥水が漏れ出すまでの時間を測定した。結果は下記表１における「泥水試験の漏れ時間」に示すとおりで、本件条件のサイドリップ５では、実施例１〜３において泥水漏れが生じるまでの時間がしきい値の２５０時間よりも長く、よって軸２１の偏心および振れを伴う際のシール性に優れることが確認された。

結果の良好な実施例１〜３はいずれも、リップ長さ比Ｌ_１／Ｌ_２およびリップ厚さ比Ｔ_１／Ｔ_３がともに、本発明の上記２．０≦Ｌ_１／Ｌ_２≦５．０、一層好ましくは、２．０≦Ｌ_１／Ｌ_２≦４．４、かつ、０．８５≦Ｔ_１／Ｔ_３≦１．３、一層好ましくは、１．０≦Ｔ_１／Ｔ_３≦１．２の領域内のものである。尚、比較例３では、Ｌ_１／Ｌ_２の値およびＴ_１／Ｔ_３の値は本件条件を満たしているが、Ｌ_１が２ｍｍ未満の短いリップなので、十分な効果を得ることができない。

サイドリップ５の接触面圧については、０．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ未満であることが好ましい。０．５ＭＰａ未満であると、面圧不足による漏れが発生し、３．５ＭＰａ以上であると、リップ摩耗が促進し、漏れにつながる。更に好ましいのは、１．５ＭＰａ以上２．５ＭＰａ未満の範囲である。

また、サイドリップ５の接触幅については、０．００５ｍｍ以上０．０３ｍｍ未満であることが好ましい。０．００５ｍｍ未満であると、面圧が高くなり過ぎてリップ先端に応力が集中して摩耗が進行してしまい、結果、漏れにつながる。また、０．０３ｍｍ以上であると、面圧の最大値がリップ先端（リップ最先端部５ｄ）以外の部位に発生してしまい、結果、シール信頼性が低くなる。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図同密封装置におけるサイドリップの断面模式図従来例に係る密封装置の要部断面図

符号の説明

１密封装置
２取付環
２ａ筒状部
２ｂフランジ部
３ゴム状弾性体
４外周シール部
５シールリップ（サイドリップ）
５ａ根元部
５ｂ屈曲部
５ｃ先端部
５ｄ最先端部
６シールリップ（メインリップ）
７シールリップ（グリースリップ）
１１アウターレース（ハウジング）
２１回転軸（軸）
２１ａ端面部（面）
２１ｂ周面部

Claims

軸に対して角度をもつ面に摺動自在に密接するシールリップを有する密封装置であって、
前記シールリップは、リップ根元部の先端側に屈曲部を介してリップ先端部を一体成形したものであって、前記リップ先端部をその根元部側の基端部分から先端部分へかけてリップ径寸法が徐々に拡大するよう形成し、前記リップ先端部の長さＬ_１を２．０〜４．０ｍｍ、リップ根元部の長さＬ_２を０．４〜２．０ｍｍ、リップ先端部の先端部分の厚さＴ_１を０．３〜０．７ｍｍ、リップ先端部の基端部分の厚さＴ_２を０．９Ｔ_１〜１．５Ｔ_１ｍｍ、リップ根元部の厚さＴ_３を０．３〜０．７ｍｍ、リップ先端部内周面の軸直角平面に対する傾斜角度Ｑ_１を５０〜８０°、リップ最先端部の尖端角度Ｑ_２を６０〜１１０°の各範囲に設定した密封装置において、
前記寸法諸元におけるＬ_１／Ｌ_２の値を２．０以上５．０以下に設定し、かつ、Ｔ_１／Ｔ_３の値を０．８５以上１．３以下に設定したことを特徴とする密封装置。