JP2012229742A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール本体とスリンガとの間における摺動抵抗を低減することが可能となる密封装置を提供する。
【解決手段】同心状に配置される回転軸２と固定輪３との間に形成される環状空間Ｓに装着され、当該環状空間Ｓの外部側Ａ１からの異物の浸入を防止する。スリンガ１１と、シール本体１２とを備えている。スリンガ１１は、回転軸２に取り付けられる円筒部２１と、この円筒部２１から弾性体２３を介して径方向外側に延びているフランジ部２２とを有する。シール本体１２は、円筒部２１に摺接可能な主リップ３３と、フランジ部２２の外部側Ａ１の側面２２ａに摺接可能なサイドリップ３５とを有する。フランジ部２２の断面における重心位置Ｇ１は、弾性体２３の断面における重心位置Ｇ２よりも外部側Ａ１に位置している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、同心状に配置された内側回転部材と外側部材との間に形成される環状空間に装着される密封装置に関する。

例えば、自動車などの車両に搭載され車輪を回転可能に支持する車輪用転がり軸受装置は、同心状に配置された径方向内側の回転軸（内側回転部材）と径方向外側の固定輪（外側部材）とを備えており、これら回転軸と固定輪との間に介在する転動体（玉）により、固定輪に対して回転軸が回転可能となる。
そして、回転軸と固定輪との間に形成される環状空間の軸方向両端部に、密封装置が装着されており、この密封装置は、環状空間の軸方向外側から、転動体が設けられている内側へ、泥水などの異物が浸入するのを防止している。

このような密封装置は、例えば特許文献１に開示されているように、回転軸に取り付けられるスリンガと、固定輪に取り付けられるシール本体とを備えている。スリンガは、回転軸に嵌合される円筒部と、この円筒部から径方向外側に延びている円環板状のフランジ部とを有しており、断面Ｌ字形である。シール本体は、前記円筒部の外周面に摺接可能なラジアルリップと、前記フランジ部の側面に摺接可能なサイドリップとを有している。

この密封装置において、軸方向外側からの異物の浸入を防止するためには、シール本体のリップをスリンガに所定の締め代で接触させる必要があるが、この締め代が過大となると、当該リップによるスリンガへの押圧力が大きくなる。この場合、密封装置における摺動抵抗が高くなり、固定輪と回転軸との間で生じる回転抵抗（回転トルク）が大きくなってしまう。

特開２００６−１６１８５８号公報（図１参照）

近年、車両における燃費の向上を目的として、車輪用転がり軸受装置における回転抵抗のさらなる低減が要求されている。したがって、この車輪用転がり軸受装置に装着される密封装置においても、シール本体とスリンガとの間における摺動抵抗を低減することが必要とされている。

そこで、本発明では、シール本体とスリンガとの間における摺動抵抗を低減することが可能となる密封装置を提供することを目的とする。

本発明は、同心状に配置される内側回転部材と外側部材との間に形成される環状空間に装着され、当該環状空間の軸方向外側からの異物の浸入を防止する密封装置であって、前記内側回転部材の外周に取り付けられる円筒部と、この円筒部から弾性体を介して径方向外側に延びている円環板状のフランジ部とを有するスリンガと、前記外側部材の内周に取り付けられ、前記円筒部に摺接可能なラジアルリップと、前記フランジ部の軸方向内側の側面に摺接可能なサイドリップとを有するシール本体とを備え、前記フランジ部の断面における重心位置は、前記弾性体の断面における重心位置よりも軸方向外側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、内側回転部材に取り付けられるスリンガにおいて、フランジ部の断面における重心位置が、弾性体の断面における重心位置よりも軸方向外側に位置しているので、内側回転部材（スリンガ）の回転数が高くなるにつれて、フランジ部は遠心力により軸方向外側へ倒れることができる。このため、フランジ部の側面とサイドリップとの間の締め代を小さくすることができ、フランジ部の側面とサイドリップとの間の摺動抵抗を小さくすることが可能となる。

また、前記弾性体には、軸方向外側へ開いている凹部が形成されているのが好ましい。
この場合、弾性体は、凹部を径方向に狭くするように弾性変形することができる。したがって、フランジ部は、作用する遠心力によって弾性体を基点として軸方向外側へ倒れるが、この際、弾性体に前記凹部が形成されていることで、このフランジ部が軸方向外側へ倒れる方向に弾性体は弾性変形しやすくなる。
さらに、この凹部によって、弾性体の断面における重心位置を軸方向内側へ寄せることが可能となり、相対的にフランジ部の断面における重心位置を弾性体の断面における重心位置よりも軸方向外側に位置させることができる。

また、前記フランジ部は、前記弾性体と接合されている径方向内側部と、この径方向内側部よりも軸方向外側に位置している径方向外側部とを有しているのが好ましい。
この場合、径方向内側部と径方向外側部との間に段差が形成される。径方向外側部が軸方向外側に位置していることで、フランジ部の断面における重心位置を、軸方向外側に寄せることが可能となり、フランジ部は遠心力により軸方向外側へ倒れやすくなる。

本発明の密封装置によれば、内側回転部材の回転数が高くなるにつれて、フランジ部は遠心力により軸方向外側へ倒れ、フランジ部の側面とサイドリップとの間の締め代を小さくすることができる。このため、フランジ部の側面とサイドリップとの間の摺動抵抗を小さくすることが可能となる。

本発明の密封装置が装着されている回転機器の実施の一形態を示す縦断面図である。 密封装置の断面図である。 スリンガ及びサイドリップの一部の断面図である。 回転状態におけるスリンガ及びサイドリップの一部の断面図である。 スリンガを回転させたときの、フランジ部の外部側への倒れをＦＥＭ解析した結果を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の密封装置が装着されている回転機器の実施の一形態を示す縦断面図である。本実施形態の回転機器は、車両に搭載され車輪を回転可能に支持する車輪用転がり軸受装置１であり、この転がり軸受装置１は、同心状に配置された径方向内側の回転軸（内側回転部材）２と径方向外側の固定輪（外側部材）３とを備えている。

固定輪３は円筒形状の部材であり、車体側の懸架装置４０に固定される部材である。回転軸２は、軸本体部５と、この軸本体部５の端部に外嵌している環状の内輪部材６とからなる。これら固定輪３と回転軸２との間に転動体（玉）４が介在しており、固定輪３と回転軸２とは同心状に配置され、固定輪３に対して回転軸２は回転可能となる。
なお、回転軸２の組み立てに関して説明すると、軸本体部５の端部に内輪部材６を外嵌させてから、軸本体部５の最端部（かしめ加工前は円筒形状の部分）を径方向外側へ広げるように塑性変形させる加工（かしめ加工）を行うことにより、図１の形態とされる。

そして、本発明の密封装置は、固定輪３と回転軸２との間に形成されている環状空間Ｓの軸方向両端部に装着されており、各密封装置は、この環状空間Ｓの軸方向外側から、転動体４が設けられている軸方向内側（軸受部）へ、水（泥水）などの異物が浸入するのを防止する。なお、以下の実施形態において、密封装置を基準として、環状空間Ｓの軸方向外側を外部側Ａ１（Ａ２）と呼び、軸方向内側を内部側Ｂと呼ぶ。

具体的に説明すると、車両内側（右側）に設けられている密封装置１０は、外部側Ａ１から内部側Ｂへ異物が浸入するのを防止する。そして、車両外側（左側）に設けられている密封装置９は、外部側Ａ２から内部側Ｂへ異物が浸入するのを防止する。
なお、車両内側に設けられている密封装置１０と、車両外側に設けられている密封装置９とは（左右で反対向きとなっているが）同じ構成であり、以下において、車両内側に設けられている密封装置１０を説明する。

図２は、密封装置１０の断面図である。この密封装置１０は、異物が外部側Ａ１から内部側Ｂへ侵入するのを防止する機能を有していると共に、内部側Ｂに設けられている（転動体４用の）潤滑剤が外部側Ａ１へ漏れるのを防止する機能も有している。

密封装置１０は、内輪部材６の外周面６ａに取り付けられ回転軸２と一体回転するスリンガ１１と、固定輪３の内周面３ａに固定されているシール本体１２とを備えている。
スリンガ１１は、全体が環状の部材であり、内輪部材６の外周面６ａに嵌合されている円筒部２１と、弾性体２３と、フランジ部２２とを有している。スリンガ１１及びシール本体１２それぞれは、周方向同じ断面形状を有している。

円筒部２１は、直線円筒形状である筒本体部２１ａと、この筒本体部２１ａの外部側Ａ１の端部から径方向外向きに屈曲している屈曲部２１ｂとを有している。フランジ部２２は、円環板形状であり、屈曲部２１ｂの径方向外側の端部から、弾性体２３を介して、さらに径方向外側へ延びて設けられている。これにより、スリンガ１１は断面略Ｌ字形となる。スリンガ１１は、円筒部２１とフランジ部２２とが一つの金属部材から一体的に構成されているのではなく、径方向内側と外側とに分断されており、弾性体２３が円筒部２１とフランジ部２２とを連結している構成である。

円筒部２１とフランジ部２２とは、例えば金属製からなるが、弾性体２３は、合成ゴム（例えば、ニトリルゴム）からなり、この弾性体２３と円筒部２１との接合、及び、弾性体２３とフランジ部２２との接合は、例えば加硫による接着、焼き付け等による。

フランジ部２２は、断面が径方向に延びた形状ではあるが、その中間部において折れ曲がり部２９を有している。つまり、フランジ部２２は、折れ曲がり部２９を間に挟んで、径方向に直線的な径方向内側部２７と、径方向に直線的な径方向外側部２８とを有している。径方向内側部２７は、弾性体２３と接合されている部分であり、径方向外側部２８は、径方向内側部２７よりも外部側Ａ１（軸方向外側）に偏心して位置している。

シール本体１２は、全体が環状の部材であり、断面略Ｌ字形の環状の芯金３１と、この芯金３１に固定されているシール部材３２とを有している。芯金３１は、金属製の環状部材であり、固定輪３の内周面３ａに嵌合している円筒形状の筒部３１ａと、この筒部３１ａの内部側Ｂの端部から径方向内向きに屈曲している環状板部３１ｂとを有している。

シール部材３２は、合成ゴム（例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ））等の弾性部材からなり、加硫による接着、焼き付け等により芯金３１に固定されている。
シール部材３２は、芯金３１の筒部３１ａの内周側及び環状板部３１ｂの外部側Ａ１及び径方向内側を覆う本体部３２ａを有しており、さらに、この本体部３２ａの内周側から内輪部材６側でかつ外部側Ａ１へ延伸している主ラジアルリップ（以下、主リップという）３３と、本体部３２ａの内周側から内輪部材６側でかつ内部側Ｂへ延伸している副ラジアルリップ（以下、副リップという）３４と、本体部３２ａの径方向途中部から外部側Ａ１へ斜めに延伸しているサイドリップ３５とを有している。

シール本体１２及びスリンガ１１を環状空間Ｓに組み付けた状態で、主リップ３３の先端は筒本体部２１ａの外周面２１ｃに摺接し、副リップ３４の先端は筒本体部２１ａの外周面２１ｃとの間に隙間をあけて対向しており、これらにより内部側Ｂの潤滑剤が外部側Ａ１へ漏れるのを防止している。主リップ３３の基部は先端部よりも薄くなっており、径方向の変位を容易としている。これにより、主リップ３３と筒本体部２１ａとの間に生じる摺動抵抗が小さくなるようにしている。

また、サイドリップ３５の先端３５ａは、フランジ部２２（径方向外側部２８）の内部Ｂ側の側面２２ａと接触可能であり、回転軸２が静止している状態、及び、回転軸２が回転している状態において、サイドリップ３５はフランジ部２２に対して所定の締め代を有している。なお、この締め代は、フランジ部２２を弾性的に支持している弾性体２３の後述する機能により変化する。そして、このサイドリップ３５の先端３５ａとフランジ部２２の側面２２ａとの間において、外部側Ａ１から異物が内部側Ｂへ侵入するのを防止する。なお、主リップ３３は、外部側Ａ１から異物が内部側Ｂへ侵入するのを防止する機能も有している。

図３は、スリンガ１１及びサイドリップ３５の一部の断面図である。図３に示しているように、スリンガ１１において、フランジ部２２の断面（縦断面）における重心位置Ｇ１は、弾性体２３の断面（縦断面）における重心位置Ｇ２よりも、外部側Ａ１（軸方向外側）に位置している。図３では、重心位置Ｇ１と重心位置Ｇ２との軸方向距離をＷで示している。なお、図３は、回転軸２及びスリンガ１１は静止した状態である。

スリンガ１１は回転軸２に取り付けられ一体回転するが、このようなスリンガ１１において、フランジ部２２の断面における重心位置Ｇ１が、弾性体２３の断面における重心位置Ｇ２よりも外部側Ａ１に位置しているので、スリンガ１１が回転軸２と共に回転すると、図４に示しているように、フランジ部２２は遠心力により弾性体２３を基点として外部側Ａ２（軸方向外側）へ倒れることができる。

また、図３において、この弾性体２３には、外部側Ａ１（軸方向外側）へ開いている凹部１９が形成されている。
弾性体２３の構成を具体的に説明すると、弾性体２３は、円筒部２１の屈曲部２１ｂの端部と接合されている第１接合部２４と、フランジ部２２の径方向内側部２７の端部と接合されている第２接合部２５と、第１接合部２４と第２接合部２５とを連結している連結部２６とを有している。第１接合部２４は、屈曲部２１ｂと径方向に突き合わせ状として接合されており、第２接合部２５は、径方向内側部２７と径方向に突き合わせ状として接合されている。

そして、回転軸２が静止している状態（図３の状態）で、フランジ部２２の径方向内側部２７と、円筒部２１の屈曲部２１ｂとは、軸方向についての位置が一致するようにして配置されているが、連結部２６は、これら径方向内側部２７及び屈曲部２１ｂに対して内部側Ｂに位置ずれして設けられている。なお、本実施形態では、屈曲部２１ｂと径方向内側部２７との軸方向寸法は同じである。

この連結部２６についてさらに説明すると、連結部２６の内部側Ｂの側面２６ａは、フランジ部２２及び円筒部２１の屈曲部２１ｂよりも内部側Ｂに位置しており、また、連結部２６の外部側Ａ１の側面２６ｂは、フランジ部２２の外部側Ａ１の側面２２ｂ及び円筒部２１の屈曲部２１ｂの外部側Ａ１における側面２１ｄよりも内部側Ｂに位置している。
以上より、第１接合部２４、第２接合部２５及び連結部２６により、弾性体２３は、外部側Ａ１に向かって開口している凹部を有する凹形状となる。

以上の前記実施形態に係る密封装置１０によれば、回転軸２と一体回転するスリンガ１１において、フランジ部２２の断面における重心位置Ｇ１が、弾性体２３の断面における重心位置Ｇ２よりも外部側Ｂに位置しているので、回転軸２の回転数が高くなるにつれて、フランジ部２２は遠心力により外部側Ｂへ倒れ（図４の状態）、フランジ部２２の側面２２ａとサイドリップ３５の先端３５ａとの間の締め代が、図３の状態に比べて、小さくなる。なお、回転時における前記締め代は、ゼロとなってもよい。
このため、フランジ部２２の側面２２ａとサイドリップ３５の先端３５ａとの間の摺動抵抗を小さくする（又はゼロとする）ことが可能となり、固定輪３に対する回転軸２の回転抵抗の低減に貢献することができる。
さらに、密封装置１０のサイドリップ３５における摺動抵抗が低減される（又はゼロとなる）ことから、サイドリップ３５の摩耗が抑えられ長寿命化が可能となる。

また、本実施形態では、弾性体２３には、外部側Ａ１へ開いている凹部１９が形成されていることから、この弾性体２３は、凹部１９を径方向に狭くするように容易に弾性変形することができる。したがって、フランジ部２２は、作用する遠心力によって弾性体２３を基点として外部側Ａ１へ倒れるが（図４参照）、この際、弾性体２３に上記のような凹部１９が形成されていることで、このフランジ部２２が外部側Ａ１へ倒れる方向に弾性体２３は弾性変形しやすくなっている。

さらに、本実施形態によれば、弾性体２３の断面を凹形ではなく矩形とした場合に比較して、弾性体２３は前記凹部１９を有する断面形状であることから、重心位置Ｇ２を内部側Ｂへ寄せることが可能となる。この結果、相対的にフランジ部２２の断面における重心位置Ｇ１を、重心位置Ｇ１よりも外部側Ａ２に位置させることができ、フランジ部２２は、作用する遠心力によって外部側Ａ１へ倒れやすくなる。

また、フランジ部２２においては、径方向内側部２７と、この径方向内側部２７よりも外部側Ａ１に位置している径方向外側部２８とを有し、段付き形状としていることから、段付き形状としていない場合に比べて、フランジ部２２の断面における重心位置Ｇ１を、外部側Ａ１に寄せることが可能となり、フランジ部２２は遠心力により外部側Ａ１へ倒れやすくなる。

また、図２において、外部側Ａ１から泥水などの異物が密封装置１０に接近し、スリンガ１１の外部側Ａ１の側面に付着しても、回転軸２（スリンガ１１）の回転数が高くなると、その異物には遠心力が働くため、スリンガ１１とシール本体１２との間に形成されている隙間ｇから当該異物は浸入せずに、スリンガ１１の外周側端部からさらに径方向外側へ、当該異物を振り切ることが可能となる。このため、回転軸２（スリンガ１１）の回転数が高くなるにつれて、上記のとおり、サイドリップ３５のフランジ部２２における締め代が小さくなるが、異物が内部側Ｂへ浸入するのを防ぐことができる。
そして、回転数が低くなると、前記締め代が大きくなるため、たとえ異物が前記隙間ｇから浸入したとしても、サイドリップ３５による密封機能により、異物が内部側Ｂへ浸入するのを防ぐことが可能となる。以上より、密封性能を確保しつつ、摺動抵抗の低減が可能となる。

なお、回転軸に外嵌している円筒部から弾性体を介してフランジ部が径方向外側に延びているスリンガを備えている密封装置がある（特開２００６−２３３９９１号公報）。しかし、この密封装置は、フランジ部の断面における重心位置が、弾性体の断面における重心位置よりも内部側（軸方向内側）に位置しており、本発明と反対の構成である。なお、この密封装置（特開２００６−２３３９９１号公報）は、スリンガの回転に伴い、ジャイロ効果により軸心角度の変動を抑えるものであり、回転軸の回転数が高くなるにつれて、フランジ部を遠心力により軸方向外側へ倒し、フランジ部とサイドリップとの間の締め代を小さくするものではない。

本発明の密封装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、弾性体２３の形状は、他の形状であってもよく、例えば、連結部２６の厚さを変更してもよい。なお、この連結部２６の厚さ（軸方向寸法）を変更することにより、弾性体２３によるフランジ部２２の倒れ量（変位量）を調整することができる。

図５は、スリンガ１１を回転させたときの、フランジ部２２の外部側Ａ１への倒れをＦＥＭ解析した結果を示した図である。二点鎖線が、回転前の状態であり、実線が回転状態である。なお、スリンガ１１の回転数は２０００ｍｉｎ^−１である。この図５からも明らかなように、スリンガ１１が回転すると、フランジ部２２は外部側Ａ１へ倒れる（変位する）ことができる。

２：回転軸（内側回転部材）、 ３：固定輪（外側部材）、 ９：密封装置、 １０：密封装置、 １１：スリンガ、 １２：シール本体、 １９：凹部、 ２１：円筒部、 ２２：フランジ部、 ２２ａ：側面、 ２３：弾性体、 ２７：径方向内側部、 ２８：径方向外側部、 ３３：主リップ（ラジアルリップ）、 ３５：サイドリップ、 Ａ１：外部側、 Ａ２：外部側、 Ｂ：内部側、 Ｇ１：重心位置、 Ｇ２：重心位置、 Ｓ：環状空間

Claims (3)

1. 同心状に配置される内側回転部材と外側部材との間に形成される環状空間に装着され、当該環状空間の軸方向外側からの異物の浸入を防止する密封装置であって、
   前記内側回転部材の外周に取り付けられる円筒部と、この円筒部から弾性体を介して径方向外側に延びている円環板状のフランジ部と、を有するスリンガと、
   前記外側部材の内周に取り付けられ、前記円筒部に摺接可能なラジアルリップと、前記フランジ部の軸方向内側の側面に摺接可能なサイドリップと、を有するシール本体と、
   を備え、
   前記フランジ部の断面における重心位置は、前記弾性体の断面における重心位置よりも軸方向外側に位置していることを特徴とする密封装置。
2. 前記弾性体には、軸方向外側へ開いている凹部が形成されている請求項１に記載の密封装置。
3. 前記フランジ部は、前記弾性体と接合されている径方向内側部と、この径方向内側部よりも軸方向外側に位置している径方向外側部とを有している請求項１又は２に記載の密封装置。

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