JP2015102120A - Sealing device - Google Patents
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本発明は、円筒状の内軸収容部と、この内軸収容部内に回動可能に配設される内軸との間の環状空間を密封する密封装置に関する。 The present invention relates to a sealing device for sealing an annular space between a cylindrical inner shaft housing portion and an inner shaft rotatably disposed in the inner shaft housing portion.
自動車のラック・ピニオン機構は、ピニオン軸と、当該ピニオン軸の一部を収容している有底円筒状のピニオン軸収容部とを備えている。そして、ピニオン軸収容部のステアリングホイール側(すなわち上側)に形成されている開口部に、ピニオン軸とピニオン軸収容部との間の環状空間を密封して外部からの泥水や塵の侵入を防ぐ密封装置が配設されている。 The rack and pinion mechanism of an automobile includes a pinion shaft and a bottomed cylindrical pinion shaft housing portion that houses a part of the pinion shaft. Then, an annular space between the pinion shaft and the pinion shaft housing portion is sealed in the opening formed on the steering wheel side (that is, the upper side) of the pinion shaft housing portion to prevent entry of muddy water and dust from the outside. A sealing device is provided.
ラック・ピニオン機構に用いられる従来の密封装置110は、例えば、図5に示すように、芯金111とシール部114とで構成されている。芯金111は、円筒部112と、この円筒部112の上端から径内方向に延設された円環部113と、で構成されている。シール部114は、ニトリルゴム等の弾性材で作製されている。また、図示例では、シール部114は、接着部115とバネ部117とリップ部118とで構成されている。接着部115は、芯金111に加硫接着されている。バネ部117は、接着部115の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の下方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の上方に向かって延出している。リップ部118は、バネ部117から軸方向の上方に向かって延出しており、ピニオン軸120の外周に当接している。
A
リップ部118は、径方向内側の軸方向先端側(上側)に断面三角形状(テーパ状)の主リップ118aを備え、径方向内側の軸方向基端側(下側)に補助リップ118bを備えている。主リップ118aの軸方向先端側のテーパ面118tは、図6に示すように、シール部114の加硫成形時に発生するバリBを図中の一点鎖線に沿ってカットすることで形成される。
The
密封装置110は、無負荷状態の最内径が、ピニオン軸120の径よりも小さく形成されている。このため、密封装置110がピニオン軸120とピニオン軸収容部141の間の環状空間Sに配設されると、主リップ118a及び補助リップ118bがピニオン軸120の外周に当接して、バネ部117及びリップ部118が拡径される。これにより、バネ部117及びリップ部118は、ピニオン軸120を径内方向に付勢して、環状空間Sを密封し、ピニオン軸120の偏心に対しても追従することができる。
The
しかし、密封装置110が環状空間Sに配設されると、バネ部117及びリップ部118は拡径されるために、当該バネ部117及びリップ部118では周方向に引張り応力が常に生じている状態となる。特に、図5に示すように、リップ部118の軸方向の先端部118cは、バネ部117及びリップ部118の他の部分に比べて大きく拡径されるので、より大きな引張り応力が生じる。リップ部118における主リップ118aの径方向内側の角部は常にピニオン軸120と接触しているために、ここにオゾンクラックは発生しないが、リップ部118の軸方向の先端角部118e,118fには、大きな引張り応力のために、径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生する。このため、密封装置110のシール部114は、所望の耐オゾン性能を有するものではなかった。
However, when the
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、密封装置のシール部の耐オゾン性を向上させることを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at improving the ozone resistance of the sealing part of a sealing device.
上記目的を達成する本発明は、
円筒状の内軸収容部と、この内軸収容部内に回動可能に配設される内軸との間の環状空間を密封する密封装置であって、
前記内軸収容部に固設される円筒部と、この円筒部の軸方向の一端から径内方向に延設された円環部と、を有する芯金と、
この芯金に接着された接着部と、この接着部の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の一方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の他方に向かって延出しているバネ部と、このバネ部から軸方向の他方に向かって延出しており、拡径されることで前記内軸の外周に当接するリップ部と、を有する、弾性材で作製されたシール部と、を備え、
前記リップ部は、軸方向の先端角部が断面略円弧状に形成されていることを特徴とする。
The present invention for achieving the above object
A sealing device for sealing an annular space between a cylindrical inner shaft housing portion and an inner shaft rotatably disposed in the inner shaft housing portion,
A cored bar having a cylindrical part fixed to the inner shaft accommodating part, and an annular part extending radially inward from one axial end of the cylindrical part;
From the bonded portion bonded to the core metal and the radially inner end of the bonded portion, it extends toward one side in the axial direction as it goes in the radial direction, and then toward the other axial direction as it goes in the radial direction. An elastic material having a spring portion extending toward the outside and a lip portion extending from the spring portion toward the other in the axial direction and contacting the outer periphery of the inner shaft by being expanded in diameter. A prepared seal part,
The lip portion is characterized in that a tip corner portion in an axial direction is formed in a substantially arc shape in cross section.
本発明の密封装置において、リップ部は、軸方向の先端角部が断面略円弧状に形成されている。このため、当該軸方向の先端角部に生じる引張り応力を分散させることができ、当該軸方向の先端角部に、径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生することを防止できる。このため、シール部の耐オゾン性を向上させることができる。 In the sealing device of the present invention, the lip portion is formed such that the tip end corner portion in the axial direction has a substantially arc-shaped cross section. For this reason, the tensile stress which arises in the front-end | tip corner | angular part of the said axial direction can be disperse | distributed, and it can prevent that an ozone crack generate | occur | produces in the front-end | tip corner | angular part of the said axial direction early along a radial direction. For this reason, the ozone resistance of a seal part can be improved.
前記リップ部は、軸方向の先端部に前記内軸の外周に当接するシールリップを備えており、このシールリップは、軸方向先端側にテーパ面を有しており、このテーパ面は、軸方向の先端面と連続する二段テーパとなっていることが好ましい。
この場合、前記シールリップの軸方向先端側のテーパ面が一段テーパである場合に比べて、軸方向の先端角部が一つ増えるとともに、より大きな鈍角となるので、軸方向の先端角部に引張り応力が集中するのを抑制することができる。
The lip portion includes a seal lip that abuts the outer periphery of the inner shaft at an axial tip portion, and the seal lip has a tapered surface on the axial tip side. It is preferable that the taper has a two-step taper that is continuous with the tip surface in the direction.
In this case, as compared with the case where the taper surface on the axial front end side of the seal lip is a one-step taper, the front end corner in the axial direction is increased by one and the obtuse angle becomes larger. Concentration of tensile stress can be suppressed.
本発明の密封装置によれば、シール部の耐オゾン性を向上させることができる。 According to the sealing device of the present invention, the ozone resistance of the seal portion can be improved.
以下、自動車のステアリング装置のラック・ピニオン機構1に用いられる本発明の実施形態に係る密封装置10を図面に基づいて説明する。
図1は、密封装置10が配設されているラック・ピニオン機構1を示す断面説明図である。
Hereinafter, a
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a rack and pinion mechanism 1 in which a
ラック・ピニオン機構1は、ピニオン軸20と、当該ピニオン軸20の一部を収容している有底円筒状のピニオン軸収容部41(ハウジング40の一部)とを備えている。そして、ピニオン軸収容部41のステアリングホイール(図示省略)側に形成されている開口部41aには、ピニオン軸収容部41とピニオン軸20との間の環状空間Sを密封する密封装置10が内嵌されている。この密封装置10は、外部から開口部41aを通って環状空間Sに泥水や塵が侵入することを防止している。
The rack and pinion mechanism 1 includes a
図2は、図1における密封装置10の横断面の片側部分を拡大した断面説明図である。
密封装置10は、円環状且つ断面L字状の芯金11にニトリルゴム等の弾性材からなる円環状のシール部14が加硫接着されている構成である。
芯金11は、ピニオン軸収容部41の内径よりもやや小径に形成されており、当該ピニオン軸収容部41の内周面に固設される円筒部12と、この円筒部12の軸方向の一端である上端から円筒部12の径内方向に沿って延設された円環部13と、で構成されている。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view in which one side portion of the transverse cross section of the
The
The core metal 11 is formed to have a diameter slightly smaller than the inner diameter of the pinion
シール部14は、接着部15とバネ部17とリップ部18とで構成されている。
接着部15は、芯金11の外側面(円筒部12の外周面と円環部13の上面)に対して加硫接着されており、芯金11とほぼ同形の横断面L字状に形成されている。また、接着部15は、図2に示すように、芯金11の円筒部12の先端面にまで回り込んでおり、当該先端面にも加硫接着されている。さらに、接着部15は、芯金11の円環部13の先端部において円環部13の内側面(下面)にまで回り込んでおり、円環部13の先端面及び円環部13の内側面の先端部分に加硫接着されている。
The seal part 14 includes an
The
バネ部17は、接着部15の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて芯金11の円筒部12の軸方向の斜め下方に向かって延出して、途中で滑らかに径内方向に湾曲し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の斜め上方に向かうように延びることにより横断面U字形状を呈している。バネ部17の先端部は、円環部13よりも軸方向の下側に位置している。
The spring portion 17 extends obliquely downward in the axial direction of the cylindrical portion 12 of the core metal 11 from the radially inner end of the
リップ部18は、バネ部17の先端部の径方向内方に当該バネ部17の先端部と連続するように形成されている。リップ部18は、軸方向の上方に向かって延出している。リップ部18の先端部18cは、円環部13よりも軸方向外側に位置している。そして、リップ部18の径方向内側には、主リップ18aと補助リップ18bが形成されている。
The
主リップ18aは、リップ部18の軸方向の先端側おいて径内方向に突出する断面略三角形状の凸部である。補助リップ18bは、リップ部18の軸方向の下側において径内方向に向かうにつれて軸方向の下方に向かうように突出している。補助リップ18bの軸方向上側には、補助リップ18bの径外方向への極度の変形を抑制する腹当たり部18sが径内方向に突出する態様で形成されている。主リップ18aは、補助リップ18bよりも径内側に突出している。
The
リップ部18の径方向外側には、主リップ18aと略同一の軸方向位置に、主リップ18aを径内方向に付勢するためのガータスプリング19が嵌入する断面略円弧状の環状溝18uが形成されている。リップ部18の軸方向の先端には、主リップ18aから径外方向に向かって突出しており、前記環状溝18uの一部を構成しているガイド部18dが形成されている。
On the radially outer side of the
リップ部18の軸方向の先端の径外側角部18eは断面略円弧状に形成されている。なお、リップ部18の径方向外側のその他の角部も断面略円弧状に形成されている。主リップ18aの軸方向先端側のテーパ面18tは、二段テーパになっており、径方向に対して略45度傾斜している第1テーパ面18pと、径方向に対して第1テーパ面18pよりも鋭角に傾斜している第2テーパ面18qとで構成されている。第1テーパ面18pは第2テーパ面18qと連続しており、第2テーパ面18qは先端面18hと連続している。
A radially
図3は、二段テーパ面18tの形成方法を示す拡大断面説明図である。二段テーパ面18tは、第2テーパ面18qを予め加硫成形にて形成し、加硫成形時に発生するバリBを図中の一点鎖線に沿ってカットすることで第1テーパ面18pが形成される。リップ部18の先端面18hと第2テーパ面18qと第1テーパ面18pとによって軸方向先端の2つの角部18f,18gが形成されている。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional explanatory view showing a method for forming the two-step tapered
密封装置10は、環状空間Sに配設されることで径方向へ変形可能な寸法が、想定されるピニオン軸20の最大偏心量よりも充分に大きくなるように形成されている。そして、図2に示すように、密封装置10がピニオン軸収容部41に内嵌されると、バネ部17及びリップ部18は拡径される。このとき、バネ部17及びリップ部18のうち主リップ18aを備えているリップ部先端部18cが最も大きく拡径される。また、ガータスプリング19は、自然状態よりも径外方向に押し広げられた状態となる。そして、主リップ18a及び補助リップ18bは、バネ部17及びリップ部18とガータスプリング19の径内方向への付勢力によりピニオン軸20の外周面に対して押圧される。
The sealing
本発明の実施形態に係る密封装置10において、リップ部18は、バネ部17及びリップ部18のうちで最も大きく拡径される軸方向の先端部18cにおける軸方向先端の径外側角部18eが断面略円弧状に形成されている。このため、従来において当該径外側角部118eに集中していた引張り応力を分散させることができる。また、主リップ18aは、軸方向先端側にテーパ面18tを有しており、このテーパ面18tは、軸方向の先端面18hと連続する二段テーパとなっている。このため、軸方向先端側のテーパ面118tが先端面118hと連続する一段テーパである従来例(図6の場合)に比べて、軸方向先端の径内側角部18f,18gが一つ増えるとともにより大きな鈍角となるので、当該角部18f,18gに引張り応力が集中するのを抑制することができる。
このため、軸方向の先端角部18e,18f,18gに径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生することを防止できる。これにより、シール部14の耐オゾン性を向上させることができる。
In the
For this reason, it is possible to prevent ozone cracks from occurring at an early stage along the radial direction in the
なお、本発明の密封装置10は、図5及び図6に示す従来例よりもオゾンクラックが発生するまでの時間が長くなることが、偏心量0.2mmTIR、オゾン濃度:50±5pphm、温度:40±2℃を条件とし、シール部14の材料としてHNBR(水素添加ニトリルゴム)を用いた耐オゾン性評価試験において実証されている。
In the
[変形例]
本発明の密封装置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、図4に示すように、主リップ18aのテーパ面18tを二段テーパとする代わりに、一段テーパとし、先端面18hと一段テーパ18tとで形成される径内側角部18fが断面略円弧状に形成されていてもよい。また、上述の実施形態において、軸方向の先端角部18f,18gが断面略円弧状に形成されていてもよい。さらに、上述の密封装置10は、ラック・ピニオン機構1のみならず円筒状の内軸収容部に対して内軸が偏心し得る他の機構に対しても適用することができる。
[Modification]
The sealing device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, as shown in FIG. 4, instead of making the
10:密封装置、11:芯金、12:円筒部、13:円環部、14:シール部、15:接着部、17:バネ部、18:リップ部、18a:主リップ(シールリップ)、18e:径外側角部(先端角部)、18f:径内側角部(先端角部)、18g:径内側角部(先端角部)、18h:先端面、18t:テーパ面、20:ピニオン軸(内軸)、41:ピニオン軸収容部(内軸収容部)、S:環状空間 10: sealing device, 11: cored bar, 12: cylindrical part, 13: ring part, 14: seal part, 15: adhesive part, 17: spring part, 18: lip part, 18a: main lip (seal lip), 18e: Diameter outer corner (tip corner), 18f: Diameter inner corner (tip corner), 18g: Diameter inner corner (tip corner), 18h: Tip surface, 18t: Tapered surface, 20: Pinion shaft (Inner shaft), 41: pinion shaft housing portion (inner shaft housing portion), S: annular space
Claims (2)
前記内軸収容部に固設される円筒部と、この円筒部の軸方向の一端から径内方向に延設された円環部と、を有する芯金と、
この芯金に接着された接着部と、この接着部の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の一方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の他方に向かって延出しているバネ部と、このバネ部から軸方向の他方に向かって延出しており、拡径されることで前記内軸の外周に当接するリップ部と、を有する、弾性材で作製されたシール部と、を備え、
前記リップ部は、軸方向の先端角部が断面略円弧状に形成されていることを特徴とする密封装置。 A sealing device for sealing an annular space between a cylindrical inner shaft housing portion and an inner shaft rotatably disposed in the inner shaft housing portion,
A cored bar having a cylindrical part fixed to the inner shaft accommodating part, and an annular part extending radially inward from one axial end of the cylindrical part;
From the bonded portion bonded to the core metal and the radially inner end of the bonded portion, it extends toward one side in the axial direction as it goes in the radial direction, and then toward the other axial direction as it goes in the radial direction. An elastic material having a spring portion extending toward the outside and a lip portion extending from the spring portion toward the other in the axial direction and contacting the outer periphery of the inner shaft by being expanded in diameter. A prepared seal part,
The said lip | rip part has the front-end | tip corner | angular part of the axial direction formed in the cross-sectional arc shape substantially, The sealing device characterized by the above-mentioned.
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