JP2023011188A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】デフオイルが転がり軸受内にまで侵入することを抑制するとともに、効率よくデフオイルを吐き出せる密封装置を提供する。【解決手段】車輪用軸受装置において、固定部材である内輪の外周面3bに嵌合される第1円筒部110と、該第1円筒部の軸方向の一方側の端部110aから外径側に延伸する円板部111と、該円板部の外径側の端部111aから軸方向の他方側に延伸する第2円筒部112と、を有するスリンガ部材11と、外輪の内周面2bに嵌合される円筒部120と、を有する芯体部材12と、前記円筒部の内周面120bに固着されたシール体円筒部131と、シールリップ132,133と、を有するシール体13と、を備え、前記シール体円筒部の内周面131aは、前記第2円筒部との間に軸方向の他方側から一方側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスRを形成する傾斜部131aaを有していることを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、駆動軸が軸方向に沿って挿通している車軸管の外周に形成された外周段差部に外嵌される車輪用軸受装置の外輪及び内輪の間に装着される密封装置に関する。
車輪用軸受装置において、車体内側のディファレンシャルギアと連結された駆動軸が、車軸管の中に挿通された全浮動式アクスル・シャフトが知られており、この場合、車軸管の外周に形成された外周段差部には、転がり軸受が装着されている。転がり軸受の外輪には、車輪を取り付けるためのハブ輪が回転可能に当接しており、駆動軸のフランジにボルト等で連結されている。これによりディファレンシャルギアの駆動力がハブ輪を介して車輪に伝達される。
この種の車輪用軸受装置では、ディファレンシャルギアのデフオイルが車軸管内を通って転がり軸受まで到達することがある。そのため、転がり軸受の内部にデフオイルが侵入することを抑制するために、転がり軸受の外輪と内輪との間の環状空間に、下記特許文献1のような密封装置が装着されている。
特開2016-084911号公報 特開2005-240894号公報
デフオイルには、ディファレンシャルギアのギア同士の擦れ合い等によって発生した鉄粉等のコンタミが含まれることが問題となるため、上記特許文献1の密封装置では、コンタミがダストリップに噛み込むことを抑制するためにサイドリップが設けられている。そして、このサイドリップによって、コンタミを含むデフオイルがダストリップにまで到達することが抑制される。
しかしながら、上記特許文献1の密封装置では、ラビリンス構造を介してサイドリップにまで到達したデフオイルがサイドリップと外輪との間に溜まってしまい、デフオイルが効果的に密封装置の外に吐き出せないおそれがある。このようにデフオイルを密封装置の外に吐き出せないと、時間の経過に伴いデフオイルがサイドリップを通過してダストリップまで到達してしまうおそれがある。
上記特許文献2には、上記特許文献1のように車軸管の外周に形成された外周段差部に外嵌された車輪用軸受装置に装着されるものではないが、内部空間に侵入した泥水等の異物を回転力によって吐き出す構造の密封装置が開示されている。しかしながら、上記特許文献2の密封装置では、スリンガ部材が略L字状であるので、シールリップとスリンガ部材との摺動部分にデフオイルが侵入すると、コンタミがシールリップに噛み込むおそれがあるため採用し難い。また上記特許文献2の密封装置では、略L字状のスリンガ部材とシール体との間にラビリンスが形成されないため、密封装置に回転力がかかっても内部空間に侵入した異物の吐き出し効果を十分に発揮できないおそれもある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、デフオイルが転がり軸受内にまで侵入することを抑制するとともに、効率よくデフオイルを吐き出せ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ために、本発明の密封装置は、駆動軸が軸方向に沿って挿通している車軸管と、前記車軸管の外周に形成された外周段差部に外嵌され、車輪を回転自在に支持する転がり軸受とを備えた車輪用軸受装置において、前記転がり軸受を構成し径方向に互いに対向する外輪及び内輪の間に装着される密封装置であって、固定部材である前記内輪の外周面に嵌合される第1円筒部と、該第1円筒部の軸方向の一方側の端部から外径側に延伸する円板部と、該円板部の外径側の端部から軸方向の他方側に延伸する第2円筒部と、を有するスリンガ部材と、回転部材である前記外輪の内周面に嵌合される円筒部と、該円筒部の軸方向の他方側の端部から内径側に延伸する円板部と、を有する芯体部材と、前記円筒部の内周面に固着されたシール体円筒部と、前記スリンガ部材に摺接するシールリップと、を有する弾性部材からなるシール体と、を備え、前記シール体円筒部の内周面は、前記第2円筒部との間に軸方向の他方側から一方側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスを形成する傾斜部を有していることを特徴とする。
本発明の密封装置は上述した構成とされるため、デフオイルが転がり軸受内にまで侵入することを抑制するとともに、効率よくデフオイルを吐き出せる。
本発明の一実施形態に係る密封装置が組み込まれる車両用軸受装置の一例を模式的に示す概略縦断面図である。 図1のX部の模式的拡大図であり、本発明の一実施形態に係る密封装置の模式的縦断面図である。 本発明の変形例に係る密封装置の模式的縦断面図である。 (a)(b)は、それぞれ本発明の変形例に係る密封装置の片側断面の模式的斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、一部の図には、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
図1に示す車輪用軸受装置100は、駆動軸5が軸方向に沿って挿通している車軸管4と、車軸管4の外周4aに形成された外周段差部40に外嵌され、車輪を回転自在に支持する転がり軸受1とを備えている。本実施形態に係る密封装置10は、図1、図2に示すように、車輪用軸受装置100において、転がり軸受1を構成し径方向に互いに対向する外輪2及び内輪3の間に装着される。密封装置10は、スリンガ部材11と、芯体部材12と、シール体13と、を備えている。スリンガ部材11は、固定部材である内輪3の外周面3bに嵌合される第1円筒部110と、第1円筒部110の軸方向の一方側の端部110aから外径側に延伸する円板部111と、円板部111の外径側の端部111aから軸方向の他方側に延伸する第2円筒部112と、を有する。芯体部材12は、回転部材である外輪2の内周面2bに嵌合される円筒部120と、円筒部120の軸方向の他方側の端部120aから内径側に延伸する円板部121と、を有する。シール体13は、円筒部120の内周面120bに固着されたシール体円筒部131と、スリンガ部材11に摺接するシールリップ132,133と、を有する弾性部材からなる。シール体円筒部131の内周面131aは、第2円筒部112との間に軸L方向の他方側から一方側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスRを形成する傾斜部131aaを有している。
以下、詳述する。なお、図1等の紙面上において左側を車輪側、右側を車体内部側(ディファレンシャルギア側)とし、以下では軸方向の一方側を車輪側、軸方向の他方側を車体内部側(ディファレンシャルギア側)として説明する。また、図面上において、シール体13の二点鎖線で示している部分は、変形前の原形状を示している。
まず、図1、図2を参照しながら一実施形態に係る密封装置10について説明する。
図1では、密封装置10が装着される車輪用軸受装置100の一例として、トラックやバス等の重量のある車両に使用される全浮動式とした駆動軸5(アクスル・シャフト)によってホイールを駆動する軸受装置を示している。この車輪用軸受装置100は、駆動軸5が挿通される車軸管4(アクスル・ハウジング)と、複数の円錐ころ9,9を有する転がり軸受1と、ハブ輪6とを備えている。ハブ輪6は駆動軸5のフランジ50にボルト7によって連結され、ハブ輪6にディファレンシャルギアの動力が伝達される。またハブ輪6には、転がり軸受1が内嵌され、転がり軸受1によりハブ輪6が回転自在に支持される。転がり軸受1は、ハブ輪6に内嵌されるとともに、車軸管4の外周4aの車輪側の端部に形成され、軸方向に沿った軸方向外周面40aと径方向に沿った径方向外周面40bとを有する外周段差部40に外嵌される。具体的には転がり軸受1は、車軸管4の車輪側の端部から外周段差部40に外嵌され、内輪3の車体内部側の端面3cが外周段差部40の径方向外周面40bに突き当たるまで嵌入し、その状態で内輪3の車輪側の端面3dに環状の固定部材8に締め付け固定される。図1に示すような全浮動式の場合、ホイールはハブ輪6と転がり軸受1によって、車軸管4に取り付けられており、自動車の荷重は、車軸管4で支えられているため駆動軸5へ加わる荷重を分散させることができ、駆動軸5はホイールに関係なく取り外すことができる構造となっている。よって、駆動軸5にねじれや亀裂がないか等、点検・メンテナンスする際にはボルト7を外せば、駆動軸5を抜き出して取り外すことができる。また転がり軸受1を交換、点検する際には、ボルト7及び固定部材8を外せば、転がり軸受1を車軸管4から取り外すことができる。
転がり軸受1は、外輪2と、一対の内輪3,3と、転動体として配される複数の円錐ころ9,9と、円錐ころ9,9を保持する保持器90,90と、外輪2と内輪3,3との間を密封する密封装置10,19とを有する。外輪2、一対の内輪3,3、複数の円錐ころ9,9は金属材からなり、複数の円錐ころ9,9が、保持器90,90に保持された状態で、外輪2の軌道輪2a、内輪3の軌道輪3a,3aを転動可能に介装されている。
このような構造の車輪用軸受装置100では、車両が旋回する際に働く遠心力等によって駆動軸5の外周と車軸管4の内周との隙間を伝って、図1の二点鎖線の矢印で示すようにデフオイルがフランジ50の内側に流れてくる。このため、転がり軸受1の内部空間へ転がり軸受1の車輪側からデフオイルが侵入しないように密封装置10が設けられている。また、デフオイルは、車輪側だけにとどまらず、内輪3,3と車軸管4との嵌め合い部位にも流入し車体内部側へも侵入するため転がり軸受1の車体内部側にも密封装置19が設けられている。またこれら密封装置10,19は、デフオイルの侵入だけでなく、転がり軸受1の軸受内部に封入されたグリースの外部漏出、外部からの泥水等の侵入も防止するよう機能する。
ここでデフオイルとは、ディファレンシャルギアを滑らかに駆動させるために使用されるオイルのことであり、所定量が充填されるか定期的に補充する必要があるオイルである。以下に説明する本実施形態の密封装置10は、転がり軸受1の車輪側の端部に設けられる密封装置であるが、転がり軸受1の車体内部側の端部に設けられる密封装置19に適用されてもよい。
図1のX部の拡大図である図2に示す本実施形態の密封装置10は、スリンガ部材11と芯体部材12とシール体13とを備えている。スリンガ部材11は、SPCC又はSUS等の鋼板をプレス加工して形成され、図2に示すように片側の縦断面が略倒U字形状の円筒体とされる。スリンガ部材11は、内輪3の外周面3bに嵌合される第1円筒部110と、第1円筒部110の車輪側の端部110aから外径側に延伸する円板部111とを有する。さらにスリンガ部材11は、第1円筒部110、円板部111に加え、円板部111の外径側の端部111aから車体内部側に延伸する第2円筒部112を有する。第2円筒部112は、円板部111の外径側の端部111aから約90度折れ曲がり、第1円筒部110と略平行に形成される。第1円筒部110の車体内部側の端部110bは、第2円筒部112の車体内部側の端部112aよりも車体内部側に延伸し、後述するシール体13のグリースリップ134の先端134aと略同位置に配されている。第2円筒部112の車体内部側の端部112aは、軸方向に対向する後述するシール体13のシール体基部130との間に、後述するラビリンスRに連通する径方向に延びる間隙rが形成される。
芯体部材12は、SPCC又はSUS等の鋼板をプレス加工して形成され、図2等に示すように片側の縦断面が略逆L字形状の円筒形とされる。芯体部材12は、外輪2の内周面2bに嵌合される円筒部120と、円筒部120の車体内部側の端部120aから内径側に延伸する円板部121とを有する。円筒部120の外周面120dの車輪側の面には、内径側に凹んだ形状の凹所120eが設けられている。
シール体13は、ゴム材等の弾性部材からなり、加硫成型により、シール体基部130を介して芯体部材12に固着一体とされる。シール体基部130は、芯体部材12の円板部121の車体内部側の面121aの内径側の面を覆って円板部121の内径側の端部121bを回り込み、円板部121の車輪側の面121cの全面を覆う。さらにシール体基部130は、芯体部材12の円筒部120の内周面120bの全面を覆い、円筒部120の車輪側の端部120cを回り込み、円筒部120の外周面120dの凹所120eに至る。このようにして、シール体13は芯体部材12に固着一体とされる。
シール体13は、芯体部材12の円筒部120の内周面120bに固着されたシール体円筒部131と、スリンガ部材11の円板部111に摺接する第1シールリップ132と、スリンガ部材11の第1円筒部110に摺接する第2シールリップ133と、を有する。さらにシール体13は、先端134aが径方向の内径側且つ転がり軸受1の内部空間側に向けて延出した、スリンガ部材11に接触しないグリースリップ134を有する。芯体部材12の円筒部120の内周面120bの全面を覆うシール体基部130の部分が、シール体円筒部131となる。
第1シールリップ132は、車輪側に延出するサイドリップであり、車輪側に向けて次第に拡径し、その先端部が外径側を向いている。第1シールリップ132の基部132a(根元部分)は、外径側に隆起した形状となっており、他の部位より肉厚に且つ断面視において山形状に膨らんだ様に形成され、シール体基部130から隆起する境目は段部132aaになっている。第2シールリップ133は、車輪側に延出するサイドリップであり、車輪側に向けて次第に縮径し、その先端部が内径側を向いている。また第2シールリップ133は、外径側の面に内径側に凹んだ形状の環状凹部133aが形成されている。環状凹部133aには、コイルバネを環状につなげた環状バネ14が装着されている。この環状バネ14により第2シールリップ133はスリンガ部材11の第1円筒部110の内周面110cにより押圧されるので、シール性能が向上する。
シール体円筒部131の内周面131aは、軸Lに対して他方側から一方側、すなわち、図2の例では、軸受内部側から車輪側に向けて外径側に角度θで傾斜する傾斜部131aaを有している。この傾斜部131aaと第2円筒部112との間に、軸受内部側から車輪側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスRが形成される。傾斜部131aを挟んで車輪側の面131abと軸受内部側の面131acとは、平坦面とされているが(図4(a)等参照)、シール体円筒部131の内周面131aは、傾斜部131aaのみで構成されてもよい。
シール体13において、芯体部材12の凹所120eに至る部分には、外径側に隆起する環状突部135が形成されている。この環状突部135は、芯体部材12が外輪2に内嵌される際、外輪2の内周面2bと芯体部材12の円筒部120の凹所120eとの間に圧縮状態で介在するように形成されている。環状突部135が外輪2と芯体部材12の凹所120eとの間で圧縮された状態で介在することにより、外輪2の内周面2bと芯体部材12の外周面120dとの嵌合部位へデフオイル等の侵入が抑制される。
本実施形態に係る密封装置10は、U字形状のスリンガ部材11を備えた密封装置を、車輪用軸受装置100に単に適用したということに留まるものではなく、シール体円筒部131の内周面131aが、第2円筒部112との間に軸受内部側から車輪側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスRが構成されている。そのため、ラビリンスRの隙間の大きさとしては、車輪側から軸受内部空間に向けて次第に狭くなるため、デフオイル等が侵入し難く、ラビリンスRを通過して間隙rに至りにくい構造となっている。このラビリンスRは、傾斜部131aaと第2円筒部112とによって車輪側に向けて漸次径が大きくなるように構成されているため、駆動軸5が軸L周りに回転するに伴い密封装置10に働く遠心力によって、侵入したデフオイルが傾斜部131aaに沿って密封装置10の内部から吐き出されやすくなっている。よって、第1シールリップ132や第2シールリップ133のスリンガ部材11との摺接部分までに侵入するデフオイルの量を抑制させることができる。その結果、第1シールリップ132及び第2シールリップ133の摺接部位の摩耗を抑制するので、やスリンガ部材11への接触状態の変化も抑制することができる。
傾斜部131aaの角度θは約2~8度が望ましく、本実施形態では角度θは約4度で構成されている。このような角度で形成されることによって、密封装置10内に侵入したデフオイルの吐き出し効果を有しつつ、傾斜部131aaの軸方向の寸法長さを十分に確保することができる。傾斜部131aaの角度θが2度未満ではほとんど傾斜がないのも同然になり、密封装置10の内部に侵入したデフオイルの吐き出し効果が期待できない傾向となる。また、傾斜部131aaの角度θが8度より大きいと、シール体円筒部131の厚みが間隙r側に向けて漸次肉厚になり、第2円筒部112との間のラビリンスRが狭くなりすぎて、吐き出しにくい傾向となる。
また、本実施形態の密封装置10によれば、傾斜部131aa、ラビリンスR、間隙rの構成に加え、第1シールリップ132の基部132aが大きく隆起した山形状となっているので、より一層、第1シールリップ132及び第2シールリップ133の摺接部位、さらには転がり軸受1の軸受内部にまで到達するデフオイル等の量が低減することができる。よって、デフオイルに含まれるコンタミの噛み込み、摺接部位の摩耗を抑制でき、密封装置10の長寿命化を図ることができる。
<変形例>
次に図3、図4に示す変形例について説明する。なお、図1、図2に示す実施形態の密封装置10と共通する部分の構成及び効果の説明は省略する。
図3の密封装置10’は、スリンガ部材11の第2円筒部112の構成が上記実施形態のものとは異なる。図3の密封装置10’におけるスリンガ部材11の第2円筒部112は、車輪側から軸受内部側に向けて、角度θで内径側に漸次径が小さくなるように傾斜している。角度θは、シール体13のシール体円筒部131の内周面131aの傾斜部131aaの傾斜している角度θと略同一が好ましく、本変形例では約4度である。このように傾斜部131aaと第2円筒部112とが略平行に傾斜する構成とすることで軸方向に延びるラビリンスRの隙間の大きさが略一定となるため、ラビリンスRと空隙rの効果でデフオイル等が侵入しがたい構造でありながら、侵入してしまった場合には傾斜部位に誘導され吐き出しやすい構造となる。
なお、スリンガ部材11の第2円筒部112と傾斜部131aの角度θは、上述のように必ずしも同じでなくてもよく、上記実施形態と同様に角度θは約2~8度が望ましい。例えば、第2円筒部112の角度θは3度、傾斜部131aの角度θは8度としてもよい。さらに第2円筒部112は、車輪側から軸受内部側に向けて、内径側に漸次径が小さくなるように傾斜した例に限定されず、車輪側から軸受内部側に向けて、漸次径が大きくなるように傾斜したものとしてもよい。この場合、ラビリンスRの隙間の大きさとしては、車輪側から軸受内部空間に向けて次第に狭くなるため、デフオイル等が侵入し難い構造となる。
次に図4(a)(b)にそれぞれ示された変形例について説明する。図4(a)(b)の変形例は、シール体13のシール体円筒部131の内周面131aの構成が上記実施形態のものと異なる。なお、図4(a)(b)では、内周面131aの説明のためにスリンガ部材11を二点鎖線で示しているが、図4(a)(b)の密封装置10A,10Bは、スリンガ部材11を備えている。
図4(a)の密封装置10Aのシール体13のシール体円筒部131の内周面131aには、軸方向に沿って延び、内径側に突出する突条部136が設けられている。突条部136は、断面形状が半円形状とされ、周方向に適宜間隔を空けて並んで複数形成されている。密封装置10Aによれば、デフオイル等がラビリンスR内に侵入してしまっても、突条部136によって内周面131aの周方向への広がりが抑制され、隣合う突条部136同士の間にデフオイルが留まる状態になる。そして車輪用軸受装置100の回転により、密封装置10Aに働く遠心力によって突条部136,136間に留まるデフオイルを、密封装置10Aの外に効率よく吐き出すことができる。
図4(b)の密封装置10Bのシール体13のシール体円筒部131の内周面131aには、軸方向に沿って延び、外径側に凹む溝状部137が周方向に並んで複数形成されている。溝状部137の溝形状は半円形状に窪んで形成されている。密封装置10Bによれば、デフオイル等がラビリンスR内に侵入してしまっても、溝状部137によって内周面131aの周方向への広がりが抑制され、溝状部137にデフオイルが留まる状態になる。そして車輪用軸受装置100の回転により、密封装置10Bに働く遠心力によって溝状部137に留まるデフオイルを、密封装置10B外に効率よく吐き出すことができる。
図4(a)及び図4(b)の変形例では、スリンガ部材11の第2円筒部112は上記実施形態と同様に軸Lに対して略平行となっているが、これに限定されることはなく、図3の密封装置10’と同様に傾斜部131aaと略平行となるように傾斜して形成されてもよい。また、突条部136や溝状部137の形状や形成される間隔も、図例に限定されることなく適宜設計されればよい。また、突条部136と溝状部137とが周方向に交互に複数形成される構成であってもよい。
上述した各実施形態の密封装置10,10’,10A,10Bの構成は、図例の形状・構成に限定されることはなく、適宜設計されればよい。また、スリンガ部材11や芯体部材12は、上述したような鋼板ではなく、その他の金属材料や樹脂材料等で構成されてもよい。さらに、シール体13が備えるシールリップの形状や個数についても図例の形状・構成に限定されることはない。そして、上記実施形態では、図2に示す密封装置10に基づき傾斜部131aaを説明しているが、密封装置19として同様の構造を適用する場合は、軸受内部側から車体内部側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスRが形成され、外径側に角度θで傾斜する傾斜部を有するものが採用される。
1 転がり軸受
100 車輪用軸受装置
2 外輪
2b 内周面
3 内輪
3b 外周面
4 車軸管
4a 外周
40 外周段差部
5 駆動輪
10,10’,10A,10B 密封装置
11 スリンガ部材
110 第1円筒部
110a 軸方向の一方側の端部(車輪側の端部)
111 円板部
111a 外径側の端部
112 第2円筒部
12 芯体部材
120 円筒部
120a 軸方向の他方側の端部(車体内部側の端部)
121 円板部
13 シール体
131 シール体円筒部
131a 内周面
131aa 傾斜部
132 第1シールリップ
133 第2シールリップ
134 グリースリップ
134a 先端
136 突条部
137 溝状部
R ラビリンス

Claims (6)

  1. 駆動軸が軸方向に沿って挿通している車軸管と、前記車軸管の外周に形成された外周段差部に外嵌され、車輪を回転自在に支持する転がり軸受とを備えた車輪用軸受装置において、前記転がり軸受を構成し径方向に互いに対向する外輪及び内輪の間に装着される密封装置であって、
    固定部材である前記内輪の外周面に嵌合される第1円筒部と、該第1円筒部の軸方向の一方側の端部から外径側に延伸する円板部と、該円板部の外径側の端部から軸方向の他方側に延伸する第2円筒部と、を有するスリンガ部材と、
    回転部材である前記外輪の内周面に嵌合される円筒部と、該円筒部の軸方向の他方側の端部から内径側に延伸する円板部と、を有する芯体部材と、
    前記円筒部の内周面に固着されたシール体円筒部と、前記スリンガ部材に摺接するシールリップと、を有する弾性部材からなるシール体と、を備え、
    前記シール体円筒部の内周面は、前記第2円筒部との間に軸方向の他方側から一方側に向けて漸次径が大きくなるラビリンスを形成する傾斜部を有していることを特徴とする密封装置。
  2. 請求項1において、
    前記シール体は、前記円板部に摺接する第1シールリップと、前記第1円筒部に摺接する第2シールリップと、を有することを特徴とする密封装置。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記シール体は、先端が径方向の内径側且つ前記転がり軸受の内部空間側に向けて延出した、前記スリンガ部材に接触しないグリースリップを有することを特徴とする密封装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記第2円筒部は、前記傾斜部と略平行となるように傾斜していることを特徴とする密封装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
    前記シール体円筒部の前記内周面には、軸方向に沿って延び、内径側に突出する突条部が複数形成されていることを特徴とする密封装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
    前記シール体円筒部の前記内周面には、軸方向に沿って延び、外径側に凹む溝状部が複数形成されていることを特徴とする密封装置。
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