JP2010255733A - シール構造および動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向に相対移動し得る二部材間のシール性を好適に確保できるシール構造を提供する。
【解決手段】相対回転可能に設けられたトランスアクスルケース１０１と車軸１０２との間の隙間を密封するオイルシール１は、トランスアクスルケース１０１に支持されており車軸１０２に密着して隙間を密封するオイルシール本体３０と、径方向に延在するスラスト部４１を有し軸方向に移動可能に車軸１０２に支持されたダストカバー４０と、車軸１０２に支持され軸方向においてダストカバー４０に対しオイルシール本体３０と反対側に配置されているバネ部材５０とを備える。オイルシール本体３０はスラスト部４１のシール面４３に当接し、バネ部材５０はスラスト部４１の反対面４２に当接する。オイルシール本体３０の弾性率は、バネ部材５０の弾性率よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、シール構造および動力伝達装置に関し、特に、相対回転可能に設けられかつ軸方向に相対移動し得る第一部材と第二部材との間の隙間を密封するシール構造と、そのシール構造を備える動力伝達装置に関する。

従来のシール構造に関する技術は、たとえば実開平６−７５８５３号公報（特許文献１）、特開２００８−１４３５０号公報（特許文献２）および特開平１０−８２４２７号公報（特許文献３）などに開示されている。特許文献１では、車両用終減速機のシール構造として、オイルシールのリップがダストシールの円筒面と摺接する構造が提案されている。特許文献２では、ダストカバーを含むプロペラシャフトのシール構造の一例が開示されている。特許文献３では、ダストカバーを含む終減速機のシール構造の一例が開示されている。

実開平６−７５８５３号公報 特開２００８−１４３５０号公報 特開平１０−８２４２７号公報

車両の動力伝達装置に用いられるシール構造では、車両が川や泥水路を走行するときに、シール構造が完全に水没する場合がある。シール構造が水没したときに、たとえば砂の噛み込みなどが発生すると、シール性能が低下してしまう。そのため、耐泥水性に対して効果が大きい、端面当て方式のシール構造が検討されている。端面当てのシール構造は、リップ部を含むシール材と相手部材とを備え、相手部材のスラスト面にリップ部を当接させることにより、シール性能を確保するものである。

しかし、端面当てのシール構造により密封される隙間を形成する２つの回転部材が、軸方向に相対移動する場合がある。シール材と相手部材とが離れる側に相対移動すると、リップ部とスラスト面との間に隙間が発生して非接触状態となりシール性能が著しく低下する問題があった。また、シール材と相手部材とが近接する側に相対移動すると、リップ部とスラスト面との接触が大きくなりすぎ、リップ部の引き摺りが発生して燃費が悪化したり、リップ部のめくれが発生するという問題があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、軸方向に相対移動し得る二部材間のシール性を好適に確保できる、シール構造を提供することである。

本発明に係るシール構造は、相対回転可能に設けられた第一部材と第二部材との間の隙間を密封する。シール構造は、第一弾性体と、カバー部材と、第二弾性体とを備える。第一弾性体は、第二部材に支持されており、第一部材に密着して第一部材と第二部材との間の隙間を密封する。カバー部材は、軸方向に対し略直交する方向に延在するスラスト部を有する。カバー部材は、軸方向に移動可能に第一部材に支持されている。第二弾性体は、第一部材に支持されている。第二弾性体は、軸方向において、カバー部材に対し第一弾性体と反対側に配置されている。第一弾性体は、スラスト部の一方の表面に当接する。第二弾性体は、スラスト部の他方の表面に当接する。第一弾性体の弾性率は、第二弾性体の弾性率よりも大きい。

上記シール構造において好ましくは、第二弾性体は、ゴム弾性体により形成されている。

本発明に係る動力伝達装置は、回転可能に設けられた回転シャフトと、回転シャフトを取り囲むハウジングと、上記のいずれかの局面のシール構造とを備える。シール構造は、回転シャフトとハウジングとの間の隙間を密閉する。

本発明のシール構造によると、第一部材と第二部材との間の隙間において良好な密封性を得ることができる。

本実施の形態のシール構造を備えるディファレンシャルギヤ装置を示す断面模式図である。 オイルシールを拡大して示す模式図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

図１は、本実施の形態のシール構造を備えるディファレンシャルギヤ装置１００を示す断面模式図である。図１には、車両に搭載され、エンジンなどの駆動力源から入力される回転駆動力を駆動輪に伝達する、動力伝達装置の一部を図示している。ディファレンシャルギヤ装置１００は、車両の動力伝達装置の一例である。本実施の形態の動力伝達装置は、エンジン横置きＦＦ（Front engine Front drive）方式をベースとした車両に適用される。

ディファレンシャルギヤ装置１００は、駆動力源より入力される回転力をドライブシャフトである車軸１０２を経由させて左右の前輪へ伝達する、差動装置である。ディファレンシャルギヤ装置１００は、トランスアクスルケース１０１内に収容されている。ディファレンシャルギヤ装置１００は、回転シャフトとしての車軸１０２と、車軸１０２とともに回転運動を行なうディファレンシャルケース１０３とを備える。

ディファレンシャルケース１０３は、仮想の回転中心線である軸線Ｏを車軸１０２と共有するように設けられている。車軸１０２は、軸線Ｏ回りに回転可能に設けられており、トランスアクスルケース１０１は固定されている。つまり、車軸１０２は、トランスアクスルケース１０１に対して軸線Ｏ回りに相対的に回転可能に設けられている。ハウジングとしてのトランスアクスルケース１０１は、車軸１０２を取り囲んでいる。

ディファレンシャルケース１０３には、リングギヤ１０６がボルト結合されている。駆動力源で発生し、変速機で駆動力、回転速度および回転方向が変換された動力は、リングギヤ１０６を経てディファレンシャルケース１０３に伝達される。ディファレンシャルケース１０３の一方端側は軸受１０４により、他方端側は図示しない他の軸受により、それぞれ回転可能にトランスアクスルケース１０１に支持されている。

旋回時や路面に凹凸がある場合などに車軸１０２に回転差を与えて車両の円滑な走行を可能とするディファレンシャルギヤ装置１００は、ピニオンギヤ１０７とサイドギヤ１０８とを含んで構成されている。ピニオンギヤ１０７はディファレンシャルケース１０３に取り付けられており、このピニオンギヤ１０７にサイドギヤ１０８が噛合っている。またサイドギヤ１０８は、スプラインにより車軸１０２と結合している。

車両が平坦路を直進する場合には、左右の駆動輪の転がる距離が等しい。そのため左右のサイドギヤ１０８は同じ回転速度で回転し、サイドギヤ１０８の間に挟まれたピニオンギヤ１０７は自転せず、ディファレンシャルケース１０３、ピニオンギヤ１０７およびサイドギヤ１０８は一体となって公転する。

車両がカーブを曲がる場合には、カーブ外側の駆動輪の転がる距離がカーブ内側の駆動輪よりも長いため、カーブ外側のサイドギヤ１０８はカーブ内側のサイドギヤ１０８よりも速く回転する。このとき、カーブ外側のサイドギヤ１０８はディファレンシャルケース１０３よりも速く回転しており、カーブ内側のサイドギヤ１０８はディファレンシャルケース１０３よりも遅く回転している。したがって、ディファレンシャルケース１０３に取り付けられ左右のサイドギヤ１０８の間に挟まれたピニオンギヤ１０７は、公転だけでなく自転もするようになる。これにより、異なる速度で回転している左右のサイドギヤ１０８にディファレンシャルケース１０３からの動力を伝えることを可能にしている。

このようなディファレンシャルギヤ装置１００の働きにより、車両は駆動輪と路面との間ですべりを起こすことなく、円滑にカーブを曲がったり、凹凸路面を走行することができる。

車軸１０２とトランスアクスルケース１０１との間の隙間には、本実施の形態のシール構造としてのオイルシール１が設けられている。オイルシール１は、トランスアクスルケース１０１と車軸１０２との間の隙間を密封して、トランスアクスルケース１０１内部に封入された潤滑油が外部へ漏出することを抑制している。

図２は、図１に示す領域ＩＩ付近を拡大視して、オイルシールを拡大して示す模式図である。図２中の左右方向であるＤＲ１（ＤＲ１ａ，ＤＲ１ｂ）方向は、軸線Ｏに沿う軸方向である。また図２中の上下方向であるＤＲ２（ＤＲ２ａ，ＤＲ２ｂ）方向は、軸線Ｏと直交する径方向である。図２に示すように、オイルシール１は、第二部材としてのトランスアクスルケース１０１に支持された、シール材としてのオイルシール本体３０を備える。またオイルシール１は、第一部材としての車軸１０２に支持された、カバー部材としてのダストカバー４０を備える。

図２に示すように、車軸１０２は、小径部１２と、小径部１２に対し相対的に大径に形成された中径部１３と、中径部１３に対し相対的に大径に形成された大径部１４とを有する。小径部１２の外周面は、トランスアクスルケース１０１と対向する対向面１１を形成する。トランスアクスルケース１０１の内周面は、車軸１０２の対向面１１と対向する対向面２１を形成する。

ダストカバー４０は、車軸１０２の中径部１３の外周面１６から、ＤＲ２ａ方向に沿って径方向外側に向かって延設されている、スラスト部４１を有する。スラスト部４１は、図２に示すようにＤＲ１方向に対し直交するＤＲ２方向に延在して配置される円環形状に形成されてもよいが、たとえば円錐面形状など軸線Ｏに対し対称な形状に形成され、ＤＲ２方向と平行でなくＤＲ２方向に対し傾斜して配置されてもよい。スラスト部４１は、オイルシール本体３０に対向する一方の表面としてのシール面４３と、シール面４３と反対側の他方の表面としての反対面４２とを有する。

またダストカバー４０は、スラスト部４１の最内径側、すなわちＤＲ２ｂ方向側の端部に接合された、基部４４を有する。基部４４は、スラスト部４１の端部からＤＲ１ａ方向に延びている。基部４４は、ダストカバー４０の最内径側を形成している。基部４４は、たとえばダストカバー４０をプレス加工することにより、オイルシール本体３０から離れる向きに延びるように曲げられて形成されている。これにより、オイルシール本体３０と基部４４との干渉を回避して、オイルシール１のシール性を向上させている。

ダストカバー４０は、基部４４において車軸１０２に支持されている。基部４４の内周面が、たとえば中径部１３の外周面１６に対しスプライン嵌合されており、そのためダストカバー４０は、車軸１０２に対しＤＲ１方向に移動可能、かつ車軸１０２とともに一体として回転可能とされている。ダストカバー４０を車軸１０２の周囲に組み付ける際に、小径部１２側からＤＲ１ａ方向にダストカバー４０を移動し、中径部１３の外周面１６に基部４４をスプライン嵌合させることにより、容易にダストカバー４０を組み付けることができる。

ダストカバー４０が確実に車軸１０２によって支持される構造とするために、ＤＲ１方向における基部４４の延在長さをスラスト部４１の厚みの５倍以上とするように、形成することができる。たとえば、ダストカバー４０が板厚１ｍｍとして形成される場合、基部４４のＤＲ１方向の延在長さは５ｍｍ以上とすることができる。ダストカバー４０の板厚は任意に設定することができ、たとえば０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲とすることができる。

第一弾性体としてのオイルシール本体３０は、樹脂材料に代表される弾性材料により形成されている。オイルシール本体３０は、ＤＲ１ａ方向に沿って延設されたリップ部３１と、ダストリップ３２と、シール部３３とを有する。シール部３３の外周にはスプリングリング３４が配設されており、スプリングリング３４の締付力によって、シール部３３の車軸１０２に対するシール性を向上させている。このシール部３３がラジアル面である車軸１０２の対向面１１と密着することにより、トランスアクスルケース１０１と車軸１０２との間の隙間が密封される。そして、図２中に「オイル側」と示されたトランスアクスルケース１０１内部に封入された潤滑油が、図２中に「空気側」と示された外部へ漏出することが抑制されている。

オイルシール本体３０はまた、円筒形状のスリーブ部３６を有する。円環形状に形成された環状部材としての金属製の支持部材３５と、トランスアクスルケース１０１の対向面２１との間にスリーブ部３６が挟持されることにより、オイルシール本体３０がトランスアクスルケース１０１に支持されている。樹脂材料製のオイルシール本体３０を鋳鉄製のトランスアクスルケース１０１に直接圧入すると、圧入後に逆戻りするスプリングバックが発生し、ＤＲ１方向におけるオイルシール本体３０の寸法バラツキが発生することが懸念される。図２に示すように、支持部材３５を用いてオイルシール本体３０をトランスアクスルケース１０１に組み付けることにより、オイルシール本体３０の寸法バラツキが抑制されている。

リップ部３１は、ＤＲ２方向に延設されているスラスト部４１の、スラスト面であるシール面４３に当接している。ダストカバー４０は、オイルシール本体３０のリップ部３１が接触する相手材である、サイドリップ端面当て板材として機能している。リップ部３１がダストカバー４０のシール面４３に摺接し、またダストリップ３２が車軸１０２の対向面１１に摺接することにより、シール部３３への泥水の浸入が抑制されており、オイルシール１の耐泥水性を向上させてシール性能を向上できる構成とされている。

ダストカバー４０はまた、先端部４５を有する。先端部４５は、円筒形状に形成されており、車軸１０２とともに軸線Ｏ回りに回転するダストカバー４０の最外径側を形成している。先端部４５は、ＤＲ２ａ方向に延びるダストカバー４０において、車軸１０２の対向面１１から最も離れる位置に配設されている。先端部４５は、スラスト部４１の最外径側、すなわちＤＲ２ａ方向側の端部に接合された、ダストカバー４０の外径側端部を形成する。

トランスアクスルケース１０１は、端部２２を有する。トランスアクスルケース１０１はＤＲ１方向に沿って延びる部分を有しており、最もＤＲ１ａ方向に延びる先端に、軸線方向端部としての端部２２が形成されている。端部２２は、ダストカバー４０の先端部４５によって囲まれている。ダストカバー４０の先端部４５は、端部２２に対し外周側、すなわちＤＲ２ａ方向側に配置されており、端部２２を覆うようにＤＲ１方向に延在している。ダストカバー４０の先端部４５は、ＤＲ２方向において、端部２２よりも車軸１０２の対向面１１から離れる側に位置している。

端部２２に対し外周側に配置された先端部４５は、ＤＲ１方向に延びて形成され、端部２２に被せられている。先端部４５の内周面とトランスアクスルケース１０１の外周面との間に微小な隙間が形成されるように、ダストカバー４０が形成されている。そのため、先端部４５とトランスアクスルケース１０１との間の隙間を通過してオイルシール本体３０側へ流れる泥水の流路が狭められており、泥水がオイルシール本体３０に向けて流れることを抑制できる構造が形成されている。

先端部４５とトランスアクスルケース１０１との間の隙間から泥水が浸入した場合でも、シール部３３よりも空気側においてリップ部３１が確実にダストカバー４０のシール面４３と当接しているために、リップ部３１を通過して泥水がさらにＤＲ２ｂ方向へ流れてシール部３３に至ることが抑制される。車軸１０２が回転している場合、リップ部３１によってせき止められた泥水には、回転に伴って発生する遠心力によって、ＤＲ２ａ方向へ向かう力が作用するので、泥水の浸入を一層抑制することができる。

オイルシール１はさらに、第二弾性体としてのバネ部材５０を備える。バネ部材５０は、ダストカバー４０に対し、ＤＲ１ａ方向側に配置されている。バネ部材５０は、ＤＲ１方向において、ダストカバー４０に対しオイルシール本体３０と反対側に配置されている。

バネ部材５０は、ＤＲ１方向に延在している。バネ部材５０のＤＲ１ａ方向側の端部５１は、車軸１０２の大径部１４の、中径部１３側の端面１５に取り付けられている。これにより、バネ部材５０は、車軸１０２によって支持され車軸１０２とともに一体として回転する。バネ部材５０のＤＲ１ｂ方向側の端部５２は、スラスト部４１の反対面４２に取り付けられている。端部５２は、反対面４２に当接している。

バネ部材５０は、樹脂材料などの任意の弾性材料により形成されている。典型的には、バネ部材５０は、ゴム弾性体により形成されている。つまり、バネ部材５０は、弾性率が小さく、変形の範囲すなわち弾性限界が非常に大きく、わずかな外力で大きく伸びるが外力を除くとほとんど瞬間的に元に戻る物性を有する、伸縮のよい材料によって、形成されている。

ゴム弾性体によりバネ部材５０を形成すれば、軸線Ｏ周りの周方向全体において、端部５１を車軸１０２の大径部１４の端面１５に密着させ、かつ端部５２をダストカバー４０のスラスト部４１の反対面４２に密着させることができる。このときバネ部材５０は、ダストカバー４０と車軸１０２の大径部１４との間の隙間を密封する、シール部材としての機能を有する。このようにすれば、ダストカバー４０の反対面４２側と車軸１０２との間を密封するために他の部材を用いる必要がなく、オイルシール１の部品点数を省略できるので、オイルシール１の部品コストの低減と生産性の向上が可能となる。

オイルシール本体３０を形成する第一の弾性材料と、バネ部材５０を形成する第二の弾性材料とを比較した場合に、第一の弾性材料のほうが弾性率（すなわち、弾性体に外力が作用して変形したときの、弾性範囲内での応力とひずみとの比率）が大きくなるように、第一および第二の弾性材料が選定される。つまり、オイルシール本体３０の弾性率がバネ部材５０の弾性率よりも大きくなるように、オイルシール１は形成されている。

以上の構成を備えるオイルシール１について、トランスアクスルケース１０１と車軸１０２とが軸方向に相対移動するときのシール性能について説明する。車軸１０２が回転するとき、ダストカバー４０とバネ部材５０とは車軸１０２に一体回転可能に取り付けられているために、車軸１０２とともに回転する。一方、トランスアクスルケース１０１は回転しない固定部材であって、トランスアクスルケース１０１に取り付けられたオイルシール本体３０も回転しない。車軸１０２がトランスアクスルケース１０１に対して相対回転するとき、オイルシール本体３０のリップ部３１がスラスト部４１のシール面４３に対し摺接し、またダストリップ３２とシール部３３とが小径部１２の対向面１１に対し摺接することにより、トランスアクスルケース１０１と車軸１０２との間の隙間を密封する。

ダストカバー４０のスラスト部４１の、シール面４３にリップ部３１が接触し、反対面４２にバネ部材５０が接触する。リップ部３１とバネ部材５０とは、ダストカバー４０に対し、ＤＲ１方向の弾性力を作用させている。リップ部３１は、ダストカバー４０をＤＲ１ａ方向に付勢する。バネ部材５０は、ダストカバー４０をＤＲ１ｂ方向に付勢する。オイルシール本体３０の弾性率がバネ部材５０の弾性率よりも大きいので、ダストカバー４０に作用する弾性力が釣り合ってダストカバー４０が軸方向に位置決めされる位置で、バネ部材５０は軸方向に圧縮されて弾性エネルギーを蓄積している。ダストカバー４０は、上記の位置決めされる位置において、車軸１０２とともに回転運動を行なう。

回転している車軸１０２に何らかの外乱が入力されることにより、車軸１０２がＤＲ１ａ方向へ移動する場合、ダストカバー４０に作用するリップ部３１の弾性力が小さくなる。ダストカバー４０に対しリップ部３１からＤＲ１ａ方向に作用する弾性力が減少するので、バネ部材５０からダストカバー４０に対しＤＲ１ｂ方向へ作用する弾性力が、リップ部３１の弾性力と比較して相対的に増加する。ダストカバー４０に対してバネ部材５０がＤＲ１ｂ方向に作用する弾性力が、リップ部３１がＤＲ１ａ方向に作用する弾性力よりも大きくなると、ダストカバー４０は車軸１０２に対しＤＲ１ｂ方向へ相対移動する。バネ部材５０の弾性力により、オイルシール本体３０に接近する側へダストカバー４０が移動するので、スラスト部４１のシール面４３に対するリップ部３１の接触を維持し、シール性を好適に確保することができる。

一方、車軸１０２がＤＲ１ｂ方向へ移動する場合、ダストカバー４０に作用するリップ部３１の弾性力が増加するので、ダストカバー４０は車軸１０２に対しＤＲ１ａ方向へ相対移動する。リップ部３１の弾性力の作用により、オイルシール本体３０から離れる側へダストカバー４０が移動する。そのため、スラスト部４１のシール面４３に対するリップ部３１の適切な接触状態を保ち、シール性を好適に確保することができる。

つまり、オイルシール本体３０とダストカバー４０とが接近してシール面４３に対するリップ部３１の接触面積が過大となると、車軸１０２の回転時におけるリップ部３１とシール面４３との間の引き摺り損失が増大して燃費が悪化したり、シール面４３に対するリップ部３１のめくれが発生してシール性が低下したり、リップ部３１が早期に磨耗したりする種々の問題が発生する。リップ部３１とシール面４３との接触状態を良好に保つことにより、上記の問題の発生を回避することができる。

以上説明したように、本実施の形態のオイルシール１では、相対回転するトランスアクスルケース１０１に対し車軸１０２が軸方向に変位した場合に、車軸１０２の軸方向の変位を打ち消す方向に、ダストカバー４０を車軸１０２に対して軸方向に相対移動させる。ダストカバー４０の軸方向の移動によってトランスアクスルケース１０１に対する車軸１０２の変位を吸収できるので、オイルシール本体３０のリップ部３１の変形を抑制し、リップ部３１とダストカバー４０のシール面４３との接触状態を良好に保つことができる。したがって、車軸１０２の回転中のあらゆる場面において、トランスアクスルケース１０１と車軸１０２との間の隙間において良好な密封性を得ることができる。

なお、これまでの説明においては、回転側である車軸１０２にダストカバー４０が固定され、固定側であるトランスアクスルケース１０１にオイルシール本体３０が支持されている例について説明したが、この構成に限られない。つまり、固定部にダストカバーが支持され、当該固定部に対し相対回転する回転部にオイルシール本体が支持される構成であってもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、車両のトランスミッション、トランスファまたはディファレンシャルなどのインプット／アウトプット部に用いられるシール構造に、特に有利に適用され得る。

１ オイルシール、１１ 対向面、１２ 小径部、１３ 中径部、１４ 大径部、１５ 端面、１６ 外周面、２１ 対向面、２２ 端部、３０ オイルシール本体、３１ リップ部、３２ ダストリップ、３３ シール部、３４ スプリングリング、３５ 支持部材、３６ スリーブ部、４０ ダストカバー、４１ スラスト部、４２ 反対面、４３ シール面、４４ 基部、４５ 先端部、５０ バネ部材、５１，５２ 端部、１００ ディファレンシャルギヤ装置、１０１ トランスアクスルケース、１０２ 車軸、Ｏ 軸線。

Claims (3)

1. 相対回転可能に設けられた第一部材と第二部材との間の隙間を密封するシール構造であって、
   前記第二部材に支持され、前記第一部材に密着して前記隙間を密封する第一弾性体と、
   軸方向に対し略直交する方向に延在するスラスト部を有し、前記軸方向に移動可能に前記第一部材に支持されたカバー部材と、
   前記第一部材に支持され、前記軸方向において前記カバー部材に対し前記第一弾性体と反対側に配置された第二弾性体とを備え、
   前記第一弾性体は、前記スラスト部の一方の表面に当接し、
   前記第二弾性体は、前記スラスト部の他方の表面に当接し、
   前記第一弾性体の弾性率は、前記第二弾性体の弾性率よりも大きい、シール構造。
2. 前記第二弾性体は、ゴム弾性体により形成されている、請求項１に記載のシール構造。
3. 回転可能に設けられた回転シャフトと、
   前記回転シャフトを取り囲むハウジングと、
   前記回転シャフトと前記ハウジングとの間の隙間を密閉する、請求項１または請求項２に記載のシール構造とを備える、動力伝達装置。

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