JP2015064044A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフレクタの環状突部の変形を防止する。【解決手段】上記課題を解決する密封装置１０は、芯金１１の外円環部１７に固定されている外固定部３５と、当該外固定部３５から軸方向のフランジ８の側面２８へ近づく側に延びて当該側面２８に隙間を有して対向する環状突部４１、及び外固定部３５から軸方向のフランジ８の側面２８と離れる側へ延びて外輪２の端部外周面２２ａに弾性変形によって当接する円筒状の外リップ部４５で構成されるデフレクタ４０と、を備えている。そして、芯金１１の外円環部１７は、当該外円環部１７の先端部１７ｅに至るまで径外方向へ直線的に延びており、当該先端部１７ｅが外輪２の端部外周面２２ａよりも径方向外側に位置している。【選択図】 図２

Description

本発明は、車輪用転がり軸受装置が備えている内軸と外輪との間の環状空間に装着され、この環状空間に泥水（異物）が侵入するのを防ぐ密封装置に関する。

自動車等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内軸と外輪とを備えており、これら内軸と外輪との間に介在する転動体（玉やテーパローラ）によって、例えば、外輪に対して内軸が回転可能となる。内軸の軸方向車両外側の端部には、径外方向へ延びたフランジが設けられており、このフランジに車輪及びブレーキディスクが取り付けられる。
このような車輪用転がり軸受装置では、内軸と外輪との間に形成され、転動体が配設されている環状空間に泥水（異物）が侵入するのを防ぐために、この環状空間の軸方向両端部に密封装置が装着されている。

図３に示すように、環状空間１０９の軸方向車両外側の端部に装着されている密封装置１１０として、外輪１０２に嵌合している芯金１１１と、この芯金１１１に固定されているシール部材１１２とを備えたものがある。
図示例では、芯金１１１は、外輪１０２の端部内周面１２１に嵌合して当該外輪１０２に固定される円筒部１１６、及び当該円筒部１１６から径外方向へ直線的に延びて一部が外輪１０２の軸方向端面１２０に接触する外円環部１１７を有している。
また、シール部材１１２は、弾性部材からなり、外円環部１１７に固定されている外固定部１３５、及び外輪１０２よりも径方向外側において、当該外固定部１３５から軸方向に延びる円筒状のデフレクタ１４０を有している。

デフレクタ１４０は、軸方向におけるフランジ１０８の側面１２８に近づく側へ延びて当該側面１２８に隙間を有して対向する環状突部１４１と、外固定部１３５から軸方向におけるフランジ１０８の側面１２８と離れる側へ延びる円筒状の外リップ部１４５とで構成されている。芯金１１１の外円環部１１７の先端部１１７ｅは、外輪１０２の端部内周面１２２ａよりも径方向内側に位置している。環状突部１４１は、その軸方向端部１４１ｅの内周縁１４１ｆとフランジ１０８の側面１２８との軸方向の間隔ｓ１が１．０±０．５ｍｍとなる寸法に形成されている。また、外リップ部１４５の軸方向端部１４５ｅの内周側には、径内方向へ突出する環状の密封部１４８が形成されている。この密封部１４８は、外輪１０２に密封装置１１０が装着されることによって、外リップ部１４５が径外方向へ弾性変形することで、外輪１０２の端部外周面１２２ａに当接している。

上述の密封装置１１０によれば、軸方向端部１４１ｅの内周縁１４１ｆと側面１２８との軸方向の間隔ｓ１を１．０±０．５ｍｍに設定していることで、高速回転（例えば１０００ｒｐｍ）時において、軸方向端部１４１ｅの内周縁１４１ｆとフランジ１０８の角部１２９ｂとの間に表面張力による水の膜が形成される。密封装置１１０は、この水の膜により泥水が内リップ部１３１，１３２，１３３側へ侵入することを防止している。これにより、泥水が内リップ部１３１，１３２，１３３近傍で滞留して内軸１０３の内リップ部摺動部分が錆びることにより、内リップ部１３１，１３２，１３３が摩耗して不具合が発生することが回避される。

しかし、前記密封装置１１０は、外リップ部１４５の密封部１４８が外輪１０２の端部外周面１２２ａに当接することで、外リップ部１４５の軸方向端部１４５ｅが側面１２８方向且つ径外方向に向かうとともに、環状突部１４１の軸方向端部１４１ｅが側面１２８方向且つ径内方向に向かうように、デフレクタ１４０が変形することがある。このような変形が生じると、環状突部１４１の軸方向端部１４１ｅとフランジ１０８の側面１２８との軸方向の間隔ｓ１が想定よりも狭くなり、この間隔ｓ１に泥、砂、小石等の異物が詰まり易くなったり、軸方向端部１４１ｅが側面１２８に接触したりして、車輪用転がり軸受装置に不具合が生じる虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、デフレクタの環状突部の変形を防止することができる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本発明は、同心状に配置された内軸と外輪とを備え、当該外輪の軸方向端面に隙間を有して対向する側面を有したフランジが前記内軸の端部に設けられた車輪用転がり軸受装置に用いられ、前記内軸と前記外輪との間の環状空間に泥水が侵入するのを防ぐ密封装置であって、
前記外輪の端部内周面に嵌合して当該外輪に固定される円筒部、及び当該円筒部から径外方向へ延びる外円環部を有する芯金と、
前記円筒部に固定されている内固定部と、当該内固定部から延びて前記内軸に設けられているシール面に摺接する内リップ部と、を有する第１シール部と、
前記外円環部に固定されている外固定部と、当該外固定部から軸方向の前記フランジの前記側面に近づく側へ延びて当該側面に隙間を有して対向する環状突部、及び前記外固定部から軸方向の前記フランジの前記側面と離れる側へ延びて前記外輪の端部外周面に弾性変形することで当接する円筒状の外リップ部で構成されるデフレクタと、を有する第２シール部と、を備え、
前記芯金の前記外円環部は、当該外円環部の先端部に至るまで径外方向へ直線的に延びており、当該先端部が前記外輪の端部外周面よりも径方向外側に位置していることを特徴とする。

本発明の密封装置において、芯金の外円環部は、当該外円環部の先端部に至るまで径外方向へ直線的に延びており、当該先端部が外輪の端部外周面よりも径方向外側に位置している。本発明の密封装置は、この構成により、当該先端部が外輪の端部外周面よりも径方向内側に位置している従来の密封装置に比べてデフレクタの剛性が高くなる。このため、外輪に密封装置が装着されることでデフレクタの外リップ部が弾性変形するのに伴って、デフレクタの環状突部がフランジの側面方向且つ径内方向に向かって変形することを抑制することができる。その結果、環状突部の軸方向端部とフランジの側面との間隔が想定よりも狭くなって異物が詰まったり、環状突部の軸方向端部がフランジの側面に接触したりして、車輪用転がり軸受装置に不具合が生じることを確実に防止することができる。

また、デフレクタの剛性が高くなることで、外輪の端部外周面に対する外リップ部の当接力が前記従来の密封装置に比べて強くなるので、外リップ部と外輪の端部外周面との間から泥水が侵入することをより確実に防止することができる。その結果、外リップ部と外輪の端部外周面との間から泥水が侵入して外輪と密封装置との間に錆が発生して、車輪用転がり軸受装置に不具合が生じることを確実に回避することができる。

本発明の密封装置によれば、デフレクタの環状突部の変形を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置が装着されている車輪転がり軸受装置の断面説明図である。 本発明の一実施形態に係る密封装置の断面説明図である。 従来の密封装置の断面説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置１０が用いられている車輪用転がり軸受装置１を示す断面説明図である。また、図２は、図１における密封装置１０の断面説明図である。図２では、外輪２及び内軸３（フランジ８及び軸本体部６）を二点鎖線で示している。車輪用転がり軸受装置１（以下、単に「軸受装置」ともいう。）は、自動車の車体に設けられている懸架装置５０に対して車輪を回転可能に支持するためのものであり、図１に示すように、外輪２と内軸３とを備えている。

外輪２は円筒形状の部材であり、車体側の懸架装置５０に固定される。
内軸３は、軸本体部６と、この軸本体部６の車両内側Ａ１の端部に外嵌して固定されている環状の内輪部材７とを有している。外輪２と内軸３との間には２列で且つ各列に複数の玉４が介在している。外輪２と内軸３とは同心状に配置され、本実施形態では、外輪２に対して内軸３が回転自在となる。また、この軸受装置１は、複数の玉４を保持する保持器５を備えている。

内軸３の車両外側Ａ２の端部には、車輪及びブレーキディスク（図示せず）を取り付けるためのフランジ８が設けられている。このフランジ８が有する車両内側Ａ１の側面２８の一部は、外輪２の軸方向端面２０と、隙間Ｓを有して対向している。
以上の構成により、軸受装置１は、複列のアンギュラ玉軸受を構成し、図示しない車輪及びブレーキディスクをフランジ８において固定した内軸３を、車両に対して回転可能に支持することができる。

フランジ８の側面２８は、図２に示すように、第１側面２８ａと第２側面２８ｂと第３側面２８ｃとを有している。第１側面２８ａは、軸本体部６の外周面６ａと滑らかに連続している。第２側面２８ｂは、第１側面２８ａの径外方向において第１側面２８ａよりも軸方向車両外側Ａ２に設けられている。第３側面２８ｃは、第２側面２８ｂの径外方向において第２側面２８ｂよりもさらに軸方向車両外側Ａ２に設けられている。第１側面２８ａと第２側面２８ｂとの間には鈍角の第１角部２９ａが形成されており、第２側面２８ｂと第３側面２８ｃとの間には略直角の第２角部２９ｂが形成されている。第１側面２８ａは第１角部２９ａに至るまで滑らかに連続しており、第２側面２８ｂは第１角部２９ａから第２角部２９ｂに至るまで滑らかに連続している。また、フランジ８の側面２８は第２側面２８ｂと第３側面２８ｃとの間に外周面２８ｄを有しており、外周面２８ｄと第３側面２８ｃとは滑らかに連続している。

図１に示すように、外輪２の軸方向両端部と内軸３との間には、密封装置１０，６０が取り付けられている。これら密封装置１０，６０は、外輪２の径方向外側から外輪２と内軸３との間に形成される環状空間９に泥水（異物）が侵入するのを防ぐ役割を有する。そして、これら密封装置１０，６０のうち、車両外側Ａ２の密封装置１０が本発明の一実施形態に係る密封装置１０である。
この密封装置１０は、図２に示すように、外輪２の軸方向一端部に固定されている円環状の芯金１１と、この芯金１１に取り付けられたシール部材１２とを備えている。

芯金１１は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工することによって環状に形成されている。芯金１１は、外輪２の端部内周面２１に嵌合して外輪２に固定されている円筒部１６と、この円筒部１６の軸方向車両外側Ａ２の端部から径外方向へ延びて外輪２の軸方向端面２０に当接する外円環部１７とを有している。また、芯金１１は、円筒部１６の軸方向車両内側Ａ１の端部に連続する屈曲部１８と、この屈曲部１８から径内方向へ延びる内円環部１９とを有している。

外円環部１７は、外輪２の軸方向端面２０に当接することで、密封装置１０全体を軸方向に関して位置決めする。また、外円環部１７は、外輪２の軸方向端面２０に当接した状態で、フランジ８の第２側面２８ｂと、シール部材１２の一部（後述の外固定部３５）を挟んで対向するように配置されている。

シール部材１２は、ニトリルゴム等のゴムを円環状に形成したものであり、芯金１１に加硫接着している。シール部材１２のゴムの硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６２５３に基づきデュロメータタイプＡにより２３℃の環境下で測定したデュロメータＡ硬さで、例えば７０〜８０度のものが用いられている。シール部材１２は、第１シール部１３と第２シール部１４とで構成されている。第１シール部１３は、芯金１１の円筒部１６、屈曲部１８及び内円環部１９に固定されている部分であり、第２シール部１４は、芯金１１の外円環部１７に固定されている部分及びその径方向外側の部分である。なお、本実施形態では、第１シール部１３と第２シール部１４とは一体形成されている。

以下、シール部材１２を詳細に説明する。第１シール部１３は、芯金１１の円筒部１６、屈曲部１８及び内円環部１９に固定されている内固定部３０と、この内固定部３０から内軸３へ向かって延びている内リップ部３１，３２，３３とを有している。そして、内リップ部３１，３２，３３は、内軸３に設けられているシール面に摺接する。

本実施形態では、第１の内リップ部３１が摺接するシール面は、フランジ８の側面２８（第１側面２８ａ）であり、第２の内リップ部３２及び第３の内リップ部３３が摺接するシール面は、軸本体部６の外周面６ａである。これら内リップ部３１，３２，３３は、外輪２の径外方向（つまり、外部）の泥水、砂、小石等の異物が侵入するのを防止する機能、及び環状空間９に設けられている玉４用の潤滑剤が外部へ漏れるのを防止する機能を有している。

第２シール部１４は、芯金１１の外円環部１７に固定されている外固定部３５と、この外固定部３５と一体であるデフレクタ４０とを有している。
ここで、芯金１１の外円環部１７は、外輪２の軸方向端面２０に接触している当接部１７ａと、この当接部１７ａが軸方向端面２０に接触した状態で当該軸方向端面２０に非接触となる非当接部１７ｂとを有している。当接部１７ａは外円環部１７の基端側（径方向内側）を構成し、非当接部１７ｂは外円環部１７の先端側（径方向外側）を構成している。非当接部１７ｂは当接部１７ａに比べて厚さ（軸方向寸法）が薄くなっており、外円環部１７のフランジ８側の面は平坦であるが外円環部１７の外輪２側の面は段部を有している。なお、非当接部１７ｂを素材の切削によって形成してもよいし、当接部１７ａと非当接部１７ｂとをプレス加工によって形成してもよい。

そして、第２シール部１４の外固定部３５は、外円環部１７（当接部１７ａ及び非当接部１７ｂ）よりもフランジ８側の本体部３５ａと、非当接部１７ｂと軸方向端面２０との間の第１密封部３５ｂとを有している。第１密封部３５ｂは、芯金１１の当接部１７ａよりも軸方向の外輪２側に突出した環状の凸部３５ｂ−１と、当接部１７ａの当接面よりも軸方向のフランジ８側に凹んでいる環状の凹部３５ｂ−２，３５ｂ−３とを有している。凹部３５ｂ−２，３５ｂ−３は、凸部３５ｂ−１の径方向外側及び内側にそれぞれ配設されている。
芯金１１の当接部１７ａが軸方向端面２０に当接した状態で、凸部３５ｂ−１は、押圧されて軸方向端面２０と密着する。凹部３５ｂ−２，３５ｂ−３は、凸部３５ｂ−１の押圧による非圧縮変形を妨げない機能を有する。

第２シール部１４のデフレクタ４０は、外固定部３５の径方向外側の端部からフランジ８の側面２８に近づく側へ延びる環状突部４１と、外固定部３５の径方向外側の端部からフランジ８の側面２８と離れる側へ延びる外リップ部４５とで構成されている。デフレクタ４０は、数ｍｍ程度の厚さを有する円筒状に形成されている。

芯金１１の外円環部１７は、その先端部１７ｅに至るまで径外方向へ直線的に延びており、当該先端部１７ｅが外輪２の端部外周面２２ａ及び外リップ部４５の基端部内周面４９よりも径方向外側、且つ、デフレクタ４０の内部に位置している。先端部１７ｅとデフレクタ４０の外周面との間のゴムの厚さは、加硫成形時に生ゴムを先端部１７ｅとデフレクタ４０の外周面を形成する金型の間から通過可能とするために、例えば０．５ｍｍ以上とすればよい。このため、外円環部１７は、図２に示すように、デフレクタ４０の外周面の近傍まで延びている構成とすることができる。

環状突部４１は、環状に形成されており、その軸方向端部４１ｅがフランジ８の側面２８と隙間を有して対向している。本実施形態では、軸方向端部４１ｅの内周縁４１ｆは、図２に示すように、側面２８の第２角部２９ｂよりもやや径方向内側に位置しており、軸方向端部４１ｅは、その内周縁４１ｆ側の端部のみが第２側面２８ｂと対向している。

また、環状突部４１は、密封装置１０を外輪２に装着した状態で、軸方向端部４１ｅの内周縁４１ｆと側面２８の第２角部２９ｂとの軸方向の間隔ｓ１が、例えば１．０ｍｍ程度（０．５〜１．５ｍｍ）となるように形成されている。この程度の間隔を生じさせることで、高速回転（例えば１０００ｒｐｍ）時において、軸方向端部４１ｅの内周縁４１ｆとフランジ８の第２角部２９ｂとの間に表面張力による水の膜が形成される。そして、密封装置１０は、この水の膜により泥水が内リップ部３１側へ侵入することを防止している。

外リップ部４５は、円筒状に形成されており、外輪２の端部外周面２２ａに当接している。外リップ部４５の軸方向端部４５ｅの内周側には、径内方向へ突出した環状の第２密封部４８が形成されている。この第２密封部４８は、外輪２に対して密封装置１０を装着する際に、外リップ部４５の軸方向端部４５ｅが径外方向へ拡径するように変形することで生じる外リップ部４５の弾性力により、外輪２の端部外周面２２ａに当接している。また、この第２密封部４８よりも外リップ部４５の基端側の部分は、端部外周面２２ａとの間に隙間が形成されている。これにより、第２密封部４８を端部外周面２２ａに全周にわたって線接触させて密封性能を高めている。

また、外リップ部４５の軸方向端面、すなわちデフレクタ４０における軸方向車両内側Ａ１の端面には、端面溝４６が形成されている。端面溝４６は、外リップ部４５の周方向に沿って全周に亘って設けられている。また、端面溝４６は、軸方向車両外側Ａ２に向かって凹状に形成されている。
さらに、デフレクタ４０の外周面には、周面溝４７が軸方向に等間隔に複数（図示例では５つ）形成されている。周面溝４７は、外リップ部４５の周方向に沿って全周に亘って設けられている。また、周面溝４７は、径内方向へ向かって凹状に形成されている。

上述の本発明の実施形態に係る密封装置１０において、芯金１１の外円環部１７は、当該外円環部１７の先端部１７ｅに至るまで径外方向へ直線的に延びており、先端部１７ｅが外輪２の端部外周面２２ａよりも径方向外側に位置している。本発明の実施形態に係る密封装置１０は、この構成により、先端部１１７ｅが外輪１０２の端部外周面１２２ａよりも径方向内側に位置している図３に示した従来の密封装置１１０に比べてデフレクタ４０の剛性が高くなる。このため、外輪２に密封装置１０が装着されることでデフレクタ４０の外リップ部４５が弾性変形するのに伴ってデフレクタ４０の環状突部４１がフランジ８の側面２８方向且つ径内方向に向かって変形することを抑制することができる。その結果、環状突部４１の軸方向端部４１ｅとフランジ８の側面２８との間隔ｓ１が想定よりも狭くなって異物が詰まったり、環状突部４１の軸方向端部４１ｅがフランジ８の側面２８に接触したりして、車輪用転がり軸受装置１に不具合が生じることを確実に防止することができる。

また、デフレクタ４０の剛性が高くなることで、外輪２に装着された密封装置１０は、外輪２の端部外周面２２ａに対する外リップ部４５の当接力が前記従来の密封装置１１０に比べて強くなるので、外リップ部４５と外輪２の端部外周面２２ａとの間から泥水が侵入することをより確実に防止することができる。その結果、外リップ部４５と外輪２の端部外周面２２ａとの間から泥水が侵入して外輪２と密封装置１０との間に錆が発生し、車輪用転がり軸受装置１に不具合が生じることを回避することができる。

次に、外輪２，１０２に密封装置１０，１１０を装着した際のデフレクタ４０，１４０の変形量をＦＥＭ解析によって検証した結果について説明する。実施例のＦＥＭモデルとして、外輪２の端部外周面２２ａの直径が７７．１０ｍｍであり、これに対して芯金１７の先端１７ｅの直径が７７．５０ｍｍであるものを用いた。一方、比較例のＦＥＭモデルとして、外輪１０２の端部外周面１２２ａの直径が７７．１０ｍｍであり、これに対して芯金１１７の先端１１７ｅの直径が７６．９０ｍｍであるものを用いた。なお、その他の寸法及び材料特性は、実施例及び比較例で同一としている。

解析は、外輪の表面を構成する節点を、実際の外輪２，１０２の外側面（図２及び図３における端部外周面２２ａ，１２２ａ、端部内周面２１，１２１及び軸方向端面２０，１２０）の位置まで外輪が徐々に大きくなるように移動させることで行った。このようにして外輪２，１０２に密封装置１０，１１０を装着させた状態において、比較例ではデフレクタ１４０の環状突部１４１の軸方向端部１４１ｅの外周縁１４１ｇは径内方向に０．１０４ｍｍ、軸方向のフランジ１０８側に０．０４７ｍｍ移動するのに対して、実施例では前記外周縁４１ｇは径内方向に０．０７７ｍｍ、軸方向のフランジ側に０．０２６ｍｍ移動するにとどまった。なお、比較例と実施例とで内リップ部３１〜３３，１３１〜１３３の移動量は同一であった。上述のように、ＦＥＭ解析によって、本発明の密封装置１０は、従来の密封装置１１０に比べてデフレクタ４０の環状突部４１が変形し難いことが実証された。

［変形例］
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、デフレクタ４０の外リップ部４５は、外輪２に密封装置１０を装着する際に弾性変形して端部外周面２２ａに当接すればよく、第２密封部４８を備えていない構成であってもよい。また、芯金１１の外円環部１７は、非当接部１７ｂの厚さ（軸方向寸法）と当接部１７ａの厚さ（軸方向寸法）とが同じ構成であってもよい。さらに、芯金１１の外円環部１７は、軸方向の幅が一定であり、外輪２の軸方向端面２０の全面に接触して、外輪２の端部外周面２２ａ及び外リップ部４５の基端部内周面４９よりも径方向外側まで延びている構成であってもよい。

１：車輪用転がり軸受装置、２：外輪、３：内軸、６ａ，２８ａ：シール面、８：フランジ、９：環状空間、１０：密封装置、１１：芯金、１３：第１シール部、１４：第２シール部、１６：円筒部、１７：外円環部、２０：外輪の軸方向端面、２１：外輪の端部内周面、２２ａ：外輪の端部外周面、２８：側面、３０：内固定部、３１，３２，３３：内リップ部、３５：外固定部、４０：デフレクタ、４１：環状突部、４５：外リップ部、４９：外リップ部の基端部内周面、Ｓ：隙間

Claims (1)

1. 同心状に配置された内軸と外輪とを備え、当該外輪の軸方向端面に隙間を有して対向する側面を有したフランジが前記内軸の端部に設けられた車輪用転がり軸受装置に用いられ、前記内軸と前記外輪との間の環状空間に泥水が侵入するのを防ぐ密封装置であって、
   前記外輪の端部内周面に嵌合して当該外輪に固定される円筒部、及び当該円筒部から径外方向へ延びる外円環部を有する芯金と、
   前記円筒部に固定されている内固定部と、当該内固定部から延びて前記内軸に設けられているシール面に摺接する内リップ部と、を有する第１シール部と、
   前記外円環部に固定されている外固定部と、当該外固定部から軸方向の前記フランジの前記側面に近づく側へ延びて当該側面に隙間を有して対向する環状突部、及び前記外固定部から軸方向の前記フランジの前記側面と離れる側へ延びて前記外輪の端部外周面に弾性変形することで当接する円筒状の外リップ部で構成されるデフレクタと、を有する第２シール部と、を備え、
   前記芯金の前記外円環部は、当該外円環部の先端部に至るまで径外方向へ直線的に延びており、当該先端部が前記外輪の端部外周面よりも径方向外側に位置していることを特徴とする密封装置。

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