JP2021055813A - 軸受構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】腐食性のある流体に対しても、軸受本体が腐食を生じない軸受構造体を提供する。【解決手段】円筒形状の軸受本体1の一端面5と外周面20Aの角部20を包囲被覆する断面L字状の固定リング12を有し、この固定リング12によって、J字状シールエレメント10を挾着保持する。【選択図】図3

Description

本発明は、軸受構造体に関する。
従来、図11,図12に示すような焼結軸受を、本出願人等が提案している(特許文献1参照)。即ち、図11と図12に於て、ハウジング51の孔部に内嵌された軸受本体(軸受スリーブ)52を介して、回転軸53を、回転(揺動)自在に枢支する構造であるが、被密封流体54を密封するために、シールエレメント(シール部材)55を付設している。
図11,図12に示すような焼結軸受は、例えば、EGR(Exhaust Gas Recirculation;排ガス再循環)装置のEGRバルブに使用される。つまり、被密封流体54は、排ガス等の流体であり、回転軸53は、図外の弁体を揺動開閉させる弁軸である。
軸受本体52の形状は、全体が円環状であり、横断面は、矩形の基本形から、一端面56の内周域を切除して、外周薄肉壁部57を残留させると同時に、円環状凹所58を形成した断面形状である。
この軸受本体52の一端面56に形成された円環状凹所58に、シールエレメント55及び金属ワッシャ59を重ね合わせて収納し、外周薄肉壁部57のアキシャル方向の外端面57Aを、複数箇所にわたってポンチ等で叩いて、収納した上記シールエレメント55とワッシャ59を強固に保持させる構造であり、複数のへこみ60が外端面57Aに形成されると同時に、ラジアル内方向に小突隆部61が形成されてワッシャ59の外周端縁を押圧状に固定する構成であった。
特開2018−84292号公報
しかしながら、図11,図12に示した従来の焼結軸受では、次のような問題点がある。
(i)焼結金属から成る軸受本体52の一端面56は、大半部位はシールエレメント55とワッシャ59にて被覆されているが、外周薄肉壁部57の外端面57Aは、被密封流体54に直接に接触するように、露出状態である。排気ガス等の腐食性の強い流体54によって、外周薄肉壁部57の外端面57Aが、早期に腐食を起こす点。
(ii)小突隆部61も同時に早期腐食を起こして、ワッシャ59及びシールエレメント55が正常姿勢を保持できずにがたつきを生じて密封性能が低下する点。
(iii) ポンチ等で叩いてシールエレメント55とワッシャ59を保持させる際に、強度不足により、割れが発生する虞れがある点。
(iv)周方向に複数のへこみ60(小突隆部61)を均等に形成する作業は難しく(ばらつきを生じ易く)、周方向に均等にシールエレメント55の密封性を発揮させることが難しい点。
そこで、本発明は、これらの問題点を解決して、腐食性のある被密封流体に対しても、軸受本体が腐食を生じ難く、また、製作も容易であって、シールエレメントが(組立)使用状態下で安定姿勢を示して常に優れた密封性能を発揮する軸受構造体の提供を目的とする。
本発明は、円筒形状の軸受本体の軸心に直交する一端面と、上記軸受本体の軸心孔に挿入された可動軸の外周面とによって、形成される隅部に配設される断面J字状のシールエレメントを有する軸受構造体に於て;上記シールエレメントの外周端面が当接しつつラジアル方向位置が決定される円環状凸条を、上記一端面に一体形成し;上記軸受本体の上記一端面、及び、上記軸受本体の外周面によって、形成された角部を、包囲する断面L字状の固定リングによって、上記シールエレメントの外周縁を、上記一端面へ押圧して固着するように構成した。
また、上記軸受本体の角部の外周面には雄ネジ部が設けられ;上記固定リングは、上記雄ネジ部に螺着される雌ネジ部を内周面に有する円周壁部と、上記シールエレメントを上記一端面へ押圧して固着する軸心直交壁部とを、有する。
また、上記軸受本体の角部の外周面には、略短円筒形状の切欠部が形成され、しかも、上記切欠部の奥方段付部の近傍には、係止用小凹周溝が形成され;上記固定リングは、上記係止用小凹周溝に係合する係止小爪部を、先端内周に有する円周壁部と、上記シールエレメントを上記一端面へ押圧して固着する軸心直交壁部とを、有する。
また、上記軸受本体の角部の外周面には、略短円筒形状の切欠部が形成され;上記固定リングは、上記切欠部によって形成された外周面に対してスキマバメにて外嵌される円周壁部と、上記シールエレメントに対向する軸心直交壁部とを、有し;さらに、上記軸受本体と上記固定リングを嵌合させるハウジング孔部の内周面に対して、上記軸受本体と上記固定リングの各外周面は、シバリバメにて内嵌された組立完了状態となり;上記スキマバメにて外嵌された上記円周壁部が、上記ハウジング孔部の内周面から、上記シバリバメに伴うラジアル内方向の締付力を受けて、縮径変形し、上記軸受本体の上記切欠部の外周面に圧接状として、上記固定リングは軸受本体と一体化されて、上記シールエレメントを上記一端面へ押圧固着するように構成されている。
また、上記シールエレメントの自由状態での肉厚寸法をTとし、上記円環状凸条の高さ寸法をΔHとすると、0.4・T≦ΔH≦0.95・Tに設定した。
また、上記軸受本体の上記一端面に、シールエレメント廻り止め用の加工を施したものである。
本発明に係る軸受構造体によれば、軸受本体の一端面は、シールエレメント及び固定リングによって、包囲され、非露出状態となり、腐食性のある流体から、上記一端面は保護され、腐食発生を防止できる。そして、長期にわたって、シールエレメントは高い密封性を発揮できる。さらに、製作が容易である。
本発明の第1の実施形態を示す一部破断斜視図である。 本発明の第1の実施形態の断面図であって(A)は組立説明のための要部拡大断面図、(B)は組立完了状態の要部拡大断面図である。 ハウジングへの組立完了状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の第2の実施形態を示し、組立途中の状態を示す要部拡大断面図である。 第2の実施形態を示す要部拡大断面図である。 第3の実施形態を示し、組立途中の状態を示す要部拡大断面図である。 第3の実施形態を示し、ハウジングへの組立てる前の状態の要部拡大断面図である。 ハウジングへ組立てた使用状態を示す要部拡大断面図である。 シールエレメント廻り止め用の加工の2つの具体例を示した、軸受本体の一端面の平面図である。 シールエレメント廻り止め用の加工の他の3つの具体例を示した、軸受本体の一端面の平面図である。 従来例を示す一部破断斜視図である。 ハウジングへ組立てられた使用状態を示した要部拡大断面図である。
以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図1〜図3に示す本発明の第1の実施形態から、説明すると、1は円筒形状の軸受本体であり、その軸心孔2には、回転又は枢動、或いは、軸心L2 に沿った往復動する可動軸3が、挿通されている。
10はシールエレメントであって、合成樹脂やゴムである。そして、図3に示すように、組立状態では、軸受本体1の軸心L2 に直交する一端面5と、可動軸3の外周面3Aとによって、形成された隅部8に、配設される。
そして、シールエレメント10は、組立状態(及び使用状態)で、上記隅部8に配設されて、断面J字状に(弾性)変形する。
また、軸受本体1の一端面5には、円環状凸条6が、一体形成される。上記一端面5は所定幅の円形環状であるが、その一端面5の外周縁寄りに、円環状の凸条6が、形成される。小さな断面形状のこの凸条6は、断面が略矩形であって、全体が円環状である凸条6の内周面に、シールエレメント10の外周端面10Aが当接して(図2(A)の仮想線から実線で示したシールエレメント10を参照)、シールエレメント10のラジアル方向位置が決定される。
言い換えれば、シールエレメント10の外周端面10Aが、円環状凸条6の内周面に当接して、シールエレメント10の軸心と、軸受本体1(軸心孔2)との、芯合せ(調芯)が、高精度に行われる。
そして、12は断面L字状の固定リングである。
軸受本体1の一端面5、及び、軸受本体1の外周面11によって、形成された角部20を、上記固定リング12によって包囲し、図2(B)と図1に示すように、シールエレメント10の外周縁10Bを、継手本体1の一端面5へ押圧して、シールエレメント10を固着する。
ところで、図1〜図3に示した第1の実施形態にあっては、軸受本体1の角部20の外周面20Aには、雄ネジ部13が形成されている。
さらに、固定リング12は、(上述のように)断面L字状であって、円周壁部12Aと軸心直交壁部12Bとを、有する。かつ、円周壁部12Aの内周面には、前記雄ネジ部13に螺着される雌ネジ部14を有する。
上記軸心直交壁部12Bは、シールエレメント10を、軸受本体1の一端面5へ押圧して固着(挾着)する。
なお、図3に示す如く、ハウジング15の内周面15Aに嵌着されるように、図1と図2(B)に示した固定リング12の外径寸法と、軸受本体1の外径寸法を、同一に設定する。なお、場合によって、前者の外径寸法を、僅かに小さく設定して、ハウジング15の内周面15Aには、主として、軸受本体1を強固に嵌合させるのが良い。
次に、図4と図5は、第2の実施形態を示す。即ち、軸受本体1の角部20の外周面20Aには、略短円筒形状の切欠部Yが形成されている。即ち、図4に於て、2点鎖線の斜線をもって示す切欠部Yが形成される。
しかも、この切欠部Yの奥方(下方)段付部17の近傍には、係止用小凹周溝18が形成されている。
なお、切欠部Yの軸心L2 方向の中間位置から、図4の上方にゆくに従って外径寸法の減少する勾配面19を、外周面20Aに形成するのが望ましい。
そして、図4の未組立状態と、図5の組立状態に示すように、固定リング12は、上記係止用小凹周溝18に係合する係止小爪部21を、円周壁部12Aの先端内周に有する。
また、固定リング12は、(図1〜図3で述べた第1の実施形態と同様に、)シールエレメント10を、一端面5に押圧して固着するための軸心直交壁部12Bとを、有する断面L字状である。
なお、一端面5には円環状凸条6が設けられている。
図4の矢印Cのように、シールエレメント10を一端面5に接近させ、固定リング12を矢印Eのように接近させてゆけば、まず、係止小爪部21が勾配面19に摺接し、この勾配面19によって円周壁部12Aの下端が拡径方向に弾性変形しつつ、スムーズに係止小爪部21は小凹周溝18に係止する(図5参照)。
次に、図6と図7と図8は、本発明の第3の実施形態を示す。
図6と図7に於て、軸受本体1の角部20の外周面20Aには、略短円筒形状の切欠部Yが形成されている。
固定リング12は、上記切欠部Yによって形成された外周面22に対して、円周壁部12Aの内周面は、「スキマバメ」にて外嵌される。即ち、JIS規格に規定されるように、常にスキマができる(ハメアイとなる)寸法公差の組み合せに設定して、図7に於て、固定リング12に矢印F方向の外力を加えると、簡単にスライド可能な状態とする。
また、固定リング12の軸心直交壁部12Bは、シールエレメント10に対向する。つまり、矢印Cに示すようにシールエレメント10を、軸受本体1の一端面5に接近させ、かつ、円環状凸条6によって、調芯しつつ、図6に実線で示すように一端面5に当接状態とし、続いて、矢印Eに示すように、固定リング12を接近させ、円周壁部12Aの内周面と、軸受本体1の外周面22を、「スキマバメ」にて嵌合させる(図7参照)。
その後、図8に示したように、ハウジング15の孔部15Cに、図7に示した組付ユニット状態で挿入するのであるが、ハウジング15の(嵌合用)孔部15Cの内周面15Aに対して、軸受本体1と固定リング12の(最大径寸法の)各外周面24,25は、「シバリバメ」にて内嵌された組立完了状態となる。
即ち、JIS規格に規定されるように、常にシメシロができる(ハメアイとなる)寸法公差の組合せに設定して、ハウジング15の内周面15Aと、軸受本体1の外周面24・固定リング12の外周面25は、「シバリバメ」にて各々が嵌着される。
このようにして、上述の「スキマバメ」にて外嵌されていた固定リング12の円周壁部12Aが、ハウジング孔部15Cの内周面15Aから、「シバリバメ」に伴うラジアル内方向の締付力G(図8参照)を受けて、円周壁部12Aが縮径変形し、軸受本体1の切欠部Yの外周面22に圧接状として、固定リング12は軸受本体1と(相互にアキシャル方向へも回転方向にも相対的に動かず)一体化されて、シールエレメント10を一端面5へ押圧固着する。
なお、図8に示すように、段付部26をハウジング15の内周面15Aに形成して、軸受本体1の他端面27を当てて、軸受本体1の奥方への動きを阻止する。そして、図8の組立状態で、固定リング12を孔部15Cの奥方へ作業治具等にて(念のために)押圧すれば、シールエレメント10を上記一端面5へ確実に押圧固着できる。
ところで、図1〜図8に示した、いずれの実施形態に於ても、シールエレメント10の自由状態での肉厚寸法をTとすると共に、円環状凸条6の高さ寸法をΔHとすれば、次式(1)が成立するように、設定する。
即ち、0.4・T≦ΔH≦0.95・T………式(1)
とする。
式(1)に於て、円環状凸条6の高さ寸法ΔHが、下限値未満であると、シールエレメント10の外周端面10Aの当接状態が不安定となって、調芯が不十分となる虞れがあり、逆に、上限値を越すと、軸心直交壁部12Bが十分にシールエレメント10を押圧保持できない場合が生ずる。
次に、図9(A)(B)は、シールエレメント廻り止め用の加工を、軸受本体1の一端面5に、施した2つの具体例を示す。
即ち、図9(A)では、一端面5に複数個の円形の小突出子30を突設しており、例えば、図5に示すように、固定リング12の押圧力によって、小突出子30がシールエレメント10に食い込み、軸心L2 廻りにシールエレメント10が廻ることを、阻止する。さらには、シールエレメント10がラジアル内方向に移動することを阻止する。
また、図9(B)に於ては、放射状短突条31を一端面5に突設して、同様の作用・効果を得るようにしている。なお、図9(A)(B)に示した小突出子30,放射状短突条31を、小凹窪部や放射状凹溝とするも自由である(図示省略)。
さらに、図10(A)に示すように、多角形パターン32を一端面5に、突条又は凹溝をもって、施している。あるいは、図10(B)に示すように、楕円形パターン33を一端面5に、突条又は凹溝をもって、施すも好ましい。若しくは、図10(C)に示すように、中心点O2 に関して偏心した円形の突条又は凹溝をもって構成した偏心パターン34を施すことも望ましい。
この図10(A)(B)(C)では、シールエレメント10の廻り止め、及び、流体の密封性能向上という2つの作用・効果を発揮する。
本発明は、上述の実施形態に限らず、設計変更自由であって、軸受本体1としては、焼結合金製に限らず、研削加工された真鍮やアルミ合金等の金属製としたり、カーボン製であっても、良い。また、軸受本体1は滑り軸受(Sliding bearing )の場合について、図示して、以上説明したが、これを、玉軸受やころ軸受やニードル軸受等のころがり軸受とすることも可能である。
なお、図1〜図10に示したシールエレメント10及び固定リング12を、取着する部品は、ころがり軸受の場合にあっては、外輪とすれば良い。
また、本発明に係る軸受構造体は、軸3が回転又は揺動する回転(揺動)軸受に限らず、軸3が軸心方向に移動する直線往復動用の軸受であっても、良い。
本発明は、以上詳述したように、円筒形状の軸受本体1の軸心L2 に直交する一端面5と、上記軸受本体1の軸心孔2に挿入された可動軸3の外周面3Aとによって、形成される隅部8に配設される断面J字状のシールエレメント10を有する軸受構造体に於て;上記シールエレメント10の外周端面10Aが当接しつつラジアル方向位置が決定される円環状凸条6を、上記一端面5に一体形成し;上記軸受本体1の上記一端面5、及び、上記軸受本体1の外周面11によって、形成された角部20を、包囲する断面L字状の固定リング12によって、上記シールエレメント10の外周縁10Bを、上記一端面5へ押圧して固着するように構成したので、軸受本体1の一端面5は、シールエレメント10及び固定リング12によって、被密封流体に対して、直接触れないように、完全に被覆され、軸受本体1が排気ガス等の腐食性流体54によって腐食することを、防止でき、軸受本体1は耐久性に優れる。しかも、シールエレメント10の外周端面10Aは円環状凸条6に当接して、シールエレメント10の軸心は、高精度に、軸受本体1の軸心に、一致する(調芯される)。また、シールエレメント10は、360°全周にわたって均等に一端面5へ押圧され、その結果、シールエレメント10が軸3に対しても、正常な断面J字状姿勢を360°全周に渡り保ちつつ、360°全周に渡って優れた密封性能を維持する。
また、本発明は、上記軸受本体1の角部20の外周面20Aには雄ネジ部13が設けられ;上記固定リング12は、上記雄ネジ部13に螺着される雌ネジ部14を内周面に有する円周壁部12Aと、上記シールエレメント10を上記一端面5へ押圧して固着する軸心直交壁部12Bとを、有する構成であるので、図11,図12に示す従来のポンチ等で叩いてシールエレメント55を固着させる作業に比較して、(単に、固定リング12を回転して螺着させれば良いので)作業性に優れる。さらに、固定リング12は、横断面形状がL字状であって剛性が高いために、360°均等にシールエレメント10を確実固定保持でき、密封性能も優れる。
また、上記軸受本体1の角部20の外周面20Aには、略短円筒形状の切欠部Yが形成され、しかも、上記切欠部Yの奥方段付部17の近傍には、係止用小凹周溝18が形成され;上記固定リング12は、上記係止用小凹周溝18に係合する係止小爪部21を、先端内周に有する円周壁部12Aと、上記シールエレメント10を上記一端面5へ押圧して固着する軸心直交壁部12Bとを、有する構成であるので、固定リング12は、図4から図5のように、迅速かつ容易に、軸受本体1に固着でき、シールエレメント10を簡単迅速に挾圧状に固着できる。
また、上記軸受本体1の角部20の外周面20Aには、略短円筒形状の切欠部Yが形成され;上記固定リング12は、上記切欠部Yによって形成された外周面22に対してスキマバメにて外嵌される円周壁部12Aと、上記シールエレメント10に対向する軸心直交壁部12Bとを、有し;さらに、上記軸受本体1と上記固定リング12を嵌合させるハウジング孔部15Cの内周面15Aに対して、上記軸受本体1と上記固定リング12の各外周面24,25は、シバリバメにて内嵌された組立完了状態となり;上記スキマバメにて外嵌された上記円周壁部12Aが、上記ハウジング孔部15Cの内周面15Aから、上記シバリバメに伴うラジアル内方向の締付力Gを受けて、縮径変形し、上記軸受本体1の上記切欠部Yの外周面22に圧接状として、上記固定リング12は軸受本体1と一体化されて、上記シールエレメント10を上記一端面5へ押圧固着するように構成されているので、図6から図7に示した如く、部品相互を予め組立てる作業が(手作業にて)容易かつ迅速に行い得ると共に、その後は、(図7から)図8のように、シバリバメにてハウジング15内に正規組立完了状態とできる。このように、巧妙に組立作業を楽に行い得る。
言い換えれば、従来例の図11,図12における、ポンチ等によるへこみ60によって小突隆部61を形成する作業も、図1,図2に示した螺合作業も、図4,図5に示した係止小爪部21を小凹周溝18に係止させる作業も、省略して、ハウジング15内に於て、正規組立完了状態に移行でき、作業性に優れる。
また、上記シールエレメント10の自由状態での肉厚寸法をTとし、上記円環状凸条6の高さ寸法をΔHとすると、0.4・T≦ΔH≦0.95・Tに設定したので、円環状凸条6によるシールエレメント10の調芯作用は確実かつ十分に行われると共に、固定リング12の軸心直交壁部12Bは、シールエレメント10を十分圧縮させて、流体の漏洩を阻止できる。
つまり、ΔH<0.4・Tであると、シールエレメント10の外周端面10Aの、円環状凸条6への係り代が過小となり、調芯が行われ難くなる。逆に、ΔH>0.95・Tであれば、固定リング12の軸心直交壁部12Bが(早目に)円環状凸条6に当接して、シールエレメント10を圧縮させ得ず、流体の漏洩を生ずる。
また、上記軸受本体1の上記一端面5に、シールエレメント廻り止め用の加工を施したので、回転又は揺動する軸3につられて、シールエレメント10が回転(揺動)することを阻止して、流体の外部漏洩を防ぐことができ、あるいは、シールエレメント10の早期摩耗や離脱を防ぐ。また、直線往復動する軸3につられて、シールエレメント10がラジアル内方向に離脱する事故も防止できる。
1 軸受本体
2 軸心孔
3 可動軸
3A 外周面
5 一端面
6 円環状凸条
8 隅部
10 シールエレメント
10A 外周端面
10B 外周縁
11 外周面
12 固定リング
12A 円周壁部
12B 軸心直交壁部
13 雄ネジ部
14 雌ネジ部
15A 内周面
15C ハウジング孔部
17 奥方段付部
18 係止用小凹周溝
20 角部
20A 外周面
21 係止小爪部
22 外周面
24 外周面
25 外周面
G 締付力
ΔH 高さ寸法
2 軸心
T 肉厚寸法
Y 切欠部

Claims (6)

  1. 円筒形状の軸受本体(1)の軸心(L2 )に直交する一端面(5)と、上記軸受本体(1)の軸心孔(2)に挿入された可動軸(3)の外周面(3A)とによって、形成される隅部(8)に配設される断面J字状のシールエレメント(10)を有する軸受構造体に於て、
    上記シールエレメント(10)の外周端面(10A)が当接しつつラジアル方向位置が決定される円環状凸条(6)を、上記一端面(5)に一体形成し、
    上記軸受本体(1)の上記一端面(5)、及び、上記軸受本体(1)の外周面(11)によって、形成された角部(20)を、包囲する断面L字状の固定リング(12)によって、上記シールエレメント(10)の外周縁(10B)を、上記一端面(5)へ押圧して固着するように構成したことを特徴とする軸受構造体。
  2. 上記軸受本体(1)の角部(20)の外周面(20A)には雄ネジ部(13)が設けられ、
    上記固定リング(12)は、上記雄ネジ部(13)に螺着される雌ネジ部(14)を内周面に有する円周壁部(12A)と、上記シールエレメント(10)を上記一端面(5)へ押圧して固着する軸心直交壁部(12B)とを、有する請求項1記載の軸受構造体。
  3. 上記軸受本体(1)の角部(20)の外周面(20A)には、略短円筒形状の切欠部(Y)が形成され、しかも、上記切欠部(Y)の奥方段付部(17)の近傍には、係止用小凹周溝(18)が形成され、
    上記固定リング(12)は、上記係止用小凹周溝(18)に係合する係止小爪部(21)を、先端内周に有する円周壁部(12A)と、上記シールエレメント(10)を上記一端面(5)へ押圧して固着する軸心直交壁部(12B)とを、有する請求項1記載の軸受構造体。
  4. 上記軸受本体(1)の角部(20)の外周面(20A)には、略短円筒形状の切欠部(Y)が形成され、
    上記固定リング(12)は、上記切欠部(Y)によって形成された外周面(22)に対してスキマバメにて外嵌される円周壁部(12A)と、上記シールエレメント(10)に対向する軸心直交壁部(12B)とを、有し、
    さらに、上記軸受本体(1)と上記固定リング(12)を嵌合させるハウジング孔部(15C)の内周面(15A)に対して、上記軸受本体(1)と上記固定リング(12)の各外周面(24)(25)は、シバリバメにて内嵌された組立完了状態となり、
    上記スキマバメにて外嵌された上記円周壁部(12A)が、上記ハウジング孔部(15C)の内周面(15A)から、上記シバリバメに伴うラジアル内方向の締付力(G)を受けて、縮径変形し、上記軸受本体(1)の上記切欠部(Y)の外周面(22)に圧接状として、上記固定リング(12)は軸受本体(1)と一体化されて、上記シールエレメント(10)を上記一端面(5)へ押圧固着するように構成されている請求項1記載の軸受構造体。
  5. 上記シールエレメント(10)の自由状態での肉厚寸法を(T)とし、上記円環状凸条(6)の高さ寸法を(ΔH)とすると、0.4・T≦ΔH≦0.95・Tに設定した請求項1,2,3又は4記載の軸受構造体。
  6. 上記軸受本体(1)の上記一端面(5)に、シールエレメント廻り止め用の加工を施した請求項1,2,3,4又は5記載の軸受構造体。
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