JP2024056552A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の侵入を抑制しつつ低トルク化することができる密封構造を提供する。【解決手段】密封構造１は、貫通孔２１を有するハウジング２と、貫通孔２１に挿通される軸部３と、の間を密封装置４によって密封するものである。密封装置４は、貫通孔２１の内周面に固定されるとともに軸部３の外周面３１に摺接する密封装置本体４１と、密封装置本体４１よりも外部空間Ｓ２側において軸部３に接続されて外周側に向かって延びる環状のデフレクタ４２と、を有する。デフレクタ４２は、ハウジング２に向かって突出するデフレクタ凸部４２２を有する。ハウジング２は、デフレクタ４２と対向する位置に、デフレクタ４２に向かって突出するハウジング凸部２３を有する。ハウジング２とデフレクタ４２とが互いに非接触であるとともに、デフレクタ凸部４２２とハウジング凸部２３とが軸線ｘの方向において互いに重なり合う重なり部５を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、密封構造に関する。

従来、トランスファー装置に密封装置を設けることで、潤滑維持を図りつつ異物侵入の防止を図った密封構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された密封装置は、ハウジングに取り付けられる密封装置本体と、軸に取り付けられるデフレクタと、を有する。密封装置本体は、軸に摺接するシールリップと、シールリップよりも外部空間側でデフレクタに摺接するサイドリップと、を有し、サイドリップによって、異物がシールリップにまで到達することを抑制している。

特開２０１８－２８３２６号公報

しかしながら、シールリップだけでなくサイドリップも軸に対して摺接させると、摺動抵抗が大きくなりやすかった。また、サイドリップを省略すると、異物の侵入によってシールリップが摩耗し、密封性が低下してしまう虞がある。即ち、低トルク化と耐異物性とを両立させることは困難であった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異物の侵入を抑制しつつ低トルク化することができる密封構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る密封構造は、貫通孔を有するハウジングと、前記貫通孔に挿通される軸部と、の間を密封装置によって密封する密封構造であって、前記密封装置は、前記貫通孔の内周面に固定されるとともに前記軸部の外周面に摺接する密封装置本体と、該密封装置本体よりも外部空間側において前記軸部に接続されて外周側に向かって延びる環状のデフレクタと、を有し、前記デフレクタは、前記ハウジングに向かって突出するデフレクタ凸部を有し、前記ハウジングは、前記デフレクタと対向する対向面に、該デフレクタに向かって突出するハウジング凸部を有し、前記ハウジングと前記デフレクタとが互いに非接触であるとともに、前記デフレクタ凸部と前記ハウジング凸部とが軸線の方向において互いに重なり合う重なり部を形成する。

本発明の一態様に係る密封構造において、前記デフレクタ凸部及び前記ハウジング凸部は、互いに対向する面に、前記軸線の方向に沿って延びる軸線延在部を有する。

本発明の一態様に係る密封構造において、前記ハウジング凸部は、前記デフレクタ凸部に対して内周側に配置されるとともに、その内周面に、先端に向かうにしたがって拡径する傾斜部を有する。

本発明の一態様に係る密封構造において、前記ハウジング凸部は、その外周面に凹部を有する。

本発明に係る密封構造によれば、異物の侵入を抑制しつつ低トルク化することができる。

本発明の実施の形態に係る密封構造の断面図である。 本発明の変形例１に係る密封構造が形成されるハウジング及び軸部材の断面図である。 本発明の変形例２に係る密封構造が形成されるハウジング及び軸部材の断面図である。 本発明の変形例３に係る密封構造が形成されるハウジング及び軸部材の断面図である。 本発明の実施例及び比較例における水の通過量の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施例における水の通過量の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施例における水の通過量の実験結果を示すグラフである。 本発明の実施例における水の通過量の実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係る密封構造１の断面図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る密封構造１は、貫通孔２１を有するハウジング２と、貫通孔２１に挿通される軸部３と、の間を密封装置４によって密封するものである。密封装置４は、貫通孔２１の内周面に固定されるとともに軸部３の外周面３１に摺接する密封装置本体４１と、密封装置本体４１よりも外部空間Ｓ２側において軸部３に接続されて外周側に向かって延びる環状のデフレクタ４２と、を有する。デフレクタ４２は、ハウジング２に向かって突出するデフレクタ凸部４２２を有する。ハウジング２は、デフレクタ４２と対向する位置に、デフレクタ４２に向かって突出するハウジング凸部２３を有する。ハウジング２とデフレクタ４２とが互いに非接触であるとともに、デフレクタ凸部４２２とハウジング凸部２３とが軸線ｘの方向において互いに重なり合う重なり部５を形成する。

密封構造１は、車両の駆動系装置や車輪軸受装置等において泥水や雨水、ダスト等の異物の侵入を図るとともに、オイルやグリス等の密封対象物の漏出を抑制するためのものである。本実施の形態では、密封構造１は、トランスファー装置１００に採用されるものとする。トランスファー装置１００は、貫通孔２１を有するハウジング２と、貫通孔２１に挿通されるとともに軸線ｘ周りに回転する軸部３と、を備える。ハウジング２は、その内側に密封対象空間Ｓ１を形成し、その外側の空間（大気空間）が外部空間Ｓ２となる。

以下、説明の便宜上、軸部３の中心を通る回転軸である軸線ｘの方向において、矢印ａ（図１参照）方向（密封対象空間Ｓ１に向かう方向）を一方側とし、軸線ｘ方向において矢印ｂ（図１参照）方向（外部空間Ｓ２に向かう方向）を他方側とする。また、軸線ｘに垂直な方向（以下、「径方向」ともいう。）において、軸線ｘから離れる方向（図１の矢印ｃ方向）を外周側とし、軸線ｘに近づく方向（図１の矢印ｄ方向）を内周側とする。

図１では、ハウジング２及び軸部３を模式的に示している。図１では軸部３が１部品として描かれているが、軸部３はボス部等を有していてもよく、複数部品によって構成されていてもよい。即ち、軸線ｘを中心として回転する部品は、棒状の部品以外であっても、「軸部」に含まれることがある。また、デフレクタ４２は、軸部３と別部品として構成されていてもよい。

ハウジング２は、密封対象空間Ｓ１と外部空間Ｓ２とを区画するとともに貫通孔２１が形成される壁部２２を有する。壁部２２には、貫通孔２１を囲む位置に、外部空間Ｓ２側に突出したハウジング凸部２３が形成されている。

ハウジング凸部２３は、軸線ｘ方向に沿って延びる円筒状に形成され、その外周面が軸線ｘに沿って延びることで軸線延在部２３１となっており、その内周面２３２が、先端側に傾斜部２３３を有する。傾斜部２３３は、先端（外部空間Ｓ２側）に向かうにしたがって拡径するように傾斜している。図１に示す例では、傾斜部２３３は断面直線状であるものとするが、凸状又は凹状となるように断面曲線状であってもよいし、凹凸を有していてもよい。

軸部３は、貫通孔２１に挿通されることで密封対象空間Ｓ１から外部空間Ｓ２に亘って延び、軸線ｘ周りに回転することにより、円柱状（棒状）に形成された部分の外周面３１が摺動面となる。

密封装置４は、ハウジング２側に設けられる密封装置本体４１と、軸部３側に設けられるデフレクタ４２と、を別体に有する。

密封装置本体４１は、軸線ｘを中心とする環状の弾性体からなる弾性体部４１Ａと、軸線ｘを中心とする環状の金属製の補強環４１Ｂと、を有する。弾性体部４１Ａは、例えば成形型を用いて架橋（加硫）成型によって成形されればよい。この架橋成型の際に、補強環４１Ｂが成形型の中に配置され、弾性体部４１Ａが架橋接着により補強環４１Ｂに接着され、弾性体部４１Ａが補強環４１Ｂと一体的に成形されればよい。

弾性体部４１Ａを構成する弾性体は、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ－ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等の合成ゴムであればよい。弾性体部４１Ａは、シールリップ４１１と、ダストリップ４１２と、を有する。尚、図１では弾性体部４１Ａにサイドリップ４１３が形成されているが、サイドリップ４１３は形成されていなくてもよい。

シールリップ４１１は、内周側に向かって延び、軸部３の外周面３１に接触する。即ち、軸部３が回転する際、シールリップ４１１が外周面３１に摺接するようになっている。尚、シールリップ４１１を外周面３１に押圧するためにガータスプリング等を設けてもよい。

ダストリップ４１２は、シールリップ４１１よりも外部空間Ｓ２側に形成された部分であり、その先端部が外周面３１に接触し、シールリップ４１１側に外部から泥水や雨水、ダスト等の異物が侵入することを抑制する。

このような密封装置本体４１は、ハウジング２の貫通孔２１内に嵌合することによりハウジング２に固定される。即ち、軸部３が回転した際に密封装置本体４１は連れ回らないようになっている。

デフレクタ４２は、密封装置本体４１よりも外部空間Ｓ２側において軸部３に接続され、外周側に向かって延びることで円環状に形成されている。デフレクタ４２の外径は貫通孔２１の内径よりも大きく、軸線ｘ方向において外部空間Ｓ２側から見て、デフレクタ４２によって貫通孔２１が覆われるようになっている。

デフレクタ４２は、円環状の板部４２１と、板部４２１の外周部から密封対象空間Ｓ１側に向かって突出したデフレクタ凸部４２２と、を有して断面Ｌ字状に形成されている。デフレクタ凸部４２２は、軸線ｘ方向に沿って延びる円筒状に形成され、その内周面が軸線ｘに沿って延びることで軸線延在部４２３となっている。

ここで、ハウジング凸部２３とデフレクタ凸部４２２との関係について具体的に説明する。まず、ハウジング凸部２３は、デフレクタ凸部４２２に対して内周側に配置されている。これにより、ハウジング凸部２３の外周面と、デフレクタ凸部４２２の内周面と、が対向し、これらの対向する面に、軸線延在部２３１，４２３が形成されている。

ハウジング凸部２３の外周面である軸線延在部２３１は、デフレクタ凸部４２２の内周面である軸線延在部４２３と離隔しており、径方向におけるこれらの間隔をＧ１とする。また、ハウジング凸部２３の先端部２３４は、板部４２１と離隔しており、軸線ｘ方向におけるこれらの間隔をＧ２とする。このように、ハウジング２とデフレクタ４２とが互いに非接触となっている。

軸線延在部２３１，４２３同士が径方向に対向することにより、ハウジング凸部２３とデフレクタ凸部４２２とが軸線ｘ方向において重なり合う重なり部５が形成される。即ち、軸線ｘ方向における重なり部５の重なり長さをＬ１とする。

上記の重なり長さＬ１は、１ｍｍ以上であることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましい。また、上記の間隔Ｇ１は、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．８ｍｍ以下であることがより好ましい。

上記のようにハウジング凸部２３とデフレクタ凸部４２２との重なり部５が形成されていることで、外部空間Ｓ２から密封対象空間Ｓ１に向かって異物が侵入しようとする際に、ラビリンス構造として機能する。即ち、デフレクタ凸部４２２の先端部４２４と壁部２２との間の間隙部６から侵入した異物は、軸線ｘ方向の一方側に向かって重なり部５を通過した後に、軸線ｘ方向の他方側に向かわなければ、密封装置本体４１に到達しない。即ち、異物は、シールリップ４１１及びダストリップ４１２に到達するためには、軸線ｘ方向において往復するように移動しなければならず、異物の侵入が抑制されている。

尚、「ハウジング凸部」及び「デフレクタ凸部」は、ハウジング又はデフレクタにおける他の部位に対して相対的に凸状になっていればよい。例えば、デフレクタ凸部がハウジングの凹部と嵌合するような形態の場合、ハウジングには、凹部と隣り合う位置に、凹部の底面よりも突出した凸部が形成される。即ち、ハウジング及びデフレクタの凹凸同士が嵌合する（即ち重なり部を形成する）場合には、ハウジング凸部及びデフレクタ凸部の両方が形成されることとなる。

このように、本発明の実施の形態に係る密封構造１によれば、ハウジング２とデフレクタ４２とが非接触であることで、サイドリップを摺接させて異物の侵入を抑制する構成と比較して、低トルク化することができる。このとき、デフレクタ凸部４２２とハウジング凸部２３とが重なり部５を形成することで、ラビリンス構造によって異物の侵入を抑制することができる。

また、デフレクタ凸部４２２及びハウジング凸部２３が互いに対向する面に軸線延在部２３１，４２３を有することで、軸線ｘの重なり長さＬ１を確保することができ、異物の侵入をさらに抑制しやすくすることができる。

また、ハウジング凸部２３の内周面２３２が傾斜部２３３を有することで、異物の侵入をさらに抑制しやすくすることができる。

尚、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ハウジング凸部２３の内周面２３２が傾斜部２３３を有するものとしたが、変形例１，２として図２，３にそれぞれ示すように、傾斜部が形成されない構成としてもよい。尚、変形例１，２では、ハウジング凸部２３の寸法が異なることにより、重なり長さＬ１が異なっている。

また、上記の実施の形態では、ハウジング凸部２３の外周面が軸線延在部２３１となっているものとしたが、例えば図４に変形例３として示すように、ハウジング凸部２３の外周面２３５に凹部２３６が形成されていてもよい。凹部２３６は、軸線ｘ周りの周方向に連続した周溝であってもよいし、周方向において途切れたものであってもよい。このような凹部２３６を設けることにより、凹部２３６に異物をトラップすることができ、異物の侵入をさらに抑制しやすくすることができる。

また、ハウジング凸部及びデフレクタ凸部の互いに対向する面のうち一方にのみ軸線延在部が形成されていてもよいし、両方に形成されていなくてもよい。即ち、ハウジング凸部及びデフレクタ凸部は、径方向に対向する部分を有して重なり部を形成していればよく、この対向する部分が軸線ｘ方向に沿っていなくてもよい。

また、上記の実施の形態では、ハウジング凸部２３がデフレクタ凸部４２２に対して内周側に配置されるものとしたが、ハウジング凸部がデフレクタ凸部に対して外周面側に配置されてもよい。

また、上記の実施の形態及び変形例１～３に示した各部の形状は、適宜に組み合わせ可能なものであり、例えば、変形例１，２のように傾斜部が形成されない場合に変形例３のような凹部を採用してもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に係密封構造に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

［実施例］
以下、本発明の実施例及び比較例についての実験結果を示す。

［重なり長さについて］
重なり長さＬ１を１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍとした３つの実施例と、重なり部が形成されない（重なり長さＬ１が０ｍｍ）比較例と、について、水の通過量を測定した。実験では、軸部３を所定の速度で回転させつつ、間隙部６に水を供給し、密封対象空間Ｓ１に到達した（即ち通過した）水の量を測定した。軸部３の回転速度０ｒｐｍ，５００ｒｐｍ，７５０ｒｐｍ，１０００ｒｐｍのそれぞれにおいて、上記３つの実施例及び比較例について実験を行った。この結果を図５に示す。

図５の横軸は重なり長さＬ１であり、縦軸は通過した水の量である。軸部３の回転速度が高くなるほど、水が通過しにくいという結果が得られた。さらに、７５０ｒｐｍ以上において、重なり長さＬ１が長いほど、水が通過しにくいという結果が得られた。

［凸部同士の間隔について］
間隔Ｇ１の大きさを０．４ｍｍ，０．６ｍｍ，０．８ｍｍ、１．０ｍｍとした４つの実施例について、上記同様に水の通過量を測定した。尚、上記の実施の形態と同様に、ハウジング凸部２３及びデフレクタ凸部４２２に軸線延在部２３１，４２３が形成された密封構造を用いた。軸部３の回転速度は、０ｒｐｍ，４００ｒｐｍ，５００ｒｐｍ，７００ｒｐｍとした。この結果を図６に示す。

図６の横軸は径方向の間隔Ｇ１であり、縦軸は通過した水の量である。間隔Ｇ１が小さいほど水が通過しにくいという結果が得られた。特に、５００ｒｐｍ以上において、間隔Ｇ１を小さくする（０．８ｍｍ以下にする）ことによって水の通過量が極めて少なくなることが分かった。

［軸線方向の間隔について］
間隔Ｇ２の大きさを１～１０ｍｍの間で変化させた複数の実施例について、上記同様に水の通過量を測定した。軸部３の回転速度は、０ｒｐｍ，５００ｒｐｍ，７００ｒｐｍとした。この結果を図７に示す。

図７の横軸は径方向の間隔Ｇ２であり、縦軸は通過した水の量である。７００ｒｐｍにおいて、間隔Ｇ２が大きいほど水が通過しにくいという結果が得られた。０ｒｐｍ及び５００ｒｐｍでは、間隔Ｇ２が変化しても通過した水の量はほぼ一定であった。

［凸部の形状について］
凸部の形状が異なる４つの実施例について、上記同様に水の通過量を測定した。条件１（condition1）は、図２の変形例１に対応したものであり、間隔Ｇ２が１ｍｍとなっている。条件２（condition2）は、図３の変形例２に対応したものであり、間隔Ｇ２が１０ｍｍとなっている。条件３（condition3）は、図１の実施の形態に対応したものであり、傾斜部２３３を有し、間隔Ｇ２が１ｍｍとなっている。条件４（condition4）は、図４の変形例３に対応したものであり、傾斜部２３３及び凹部２３６を有し、間隔Ｇ２が１ｍｍとなっている。各条件について、軸部３の回転速度を０～１０００の間で変化させ、実験を行った。この結果を図８に示す。

図８の横軸は軸部３の回転速度であり、縦軸は通過した水の量である。条件１～４のいずれにおいても、回転速度が高くなるほど水が通過しにくい傾向が得られたが、水の通過量が急激に減少する回転速度には差が見られた。まず、傾斜部２３３及び凹部２３６を有する条件４では、最も低い回転速度（４００ｒｐｍ近傍）において、水の通過量が急激に減少した。傾斜部２３３を有する条件３では、２番目に低い回転速度（５００ｒｐｍ近傍）において、水の通過量が急激に減少した。傾斜部２３３及び凹部２３６のいずれも有しておらず間隔Ｇ２が１０ｍｍの条件２では、３番目に低い回転速度（７００ｒｐｍ近傍）において、水の通過量が急激に減少した。傾斜部２３３及び凹部２３６のいずれも有しておらず間隔Ｇ２が１ｍｍの条件１では、最も高い回転速度（１０００ｒｐｍ近傍）において、水の通過量が急激に減少した。

１…密封構造、２…ハウジング、２１…貫通孔、２２…壁部、２３…ハウジング凸部、２３１…軸線延在部、２３２…内周面、２３３…傾斜部、２３４…先端部、２３５…外周面、２３６…凹部、３…軸部、３１…外周面、４…密封装置、４１…密封装置本体、４１１…シールリップ、４１２…ダストリップ、４１３…サイドリップ、４１Ａ…弾性体部、４１Ｂ…補強環、４２…デフレクタ、４２１…板部、４２２デフレクタ凸部、４２３…軸線延在部、４２４…先端部、５…重なり部、６…間隙部、１００…トランスファー装置、Ｓ１…密封対象空間、Ｓ２…外部空間、Ｌ１…重なり長さ、Ｇ１，Ｇ２…間隔

Claims (4)

1. 貫通孔を有するハウジングと、前記貫通孔に挿通される軸部と、の間を密封装置によって密封する密封構造であって、
   前記密封装置は、前記貫通孔の内周面に固定されるとともに前記軸部の外周面に摺接する密封装置本体と、該密封装置本体よりも外部空間側において前記軸部に接続されて外周側に向かって延びる環状のデフレクタと、を有し、
   前記デフレクタは、前記ハウジングに向かって突出するデフレクタ凸部を有し、
   前記ハウジングは、前記デフレクタと対向する位置に、該デフレクタに向かって突出するハウジング凸部を有し、
   前記ハウジングと前記デフレクタとが互いに非接触であるとともに、前記デフレクタ凸部と前記ハウジング凸部とが軸線の方向において互いに重なり合う重なり部を形成する、密封構造。
2. 前記デフレクタ凸部及び前記ハウジング凸部は、互いに対向する面に、前記軸線の方向に沿って延びる軸線延在部を有する、請求項１に記載の密封構造。
3. 前記ハウジング凸部は、前記デフレクタ凸部に対して内周側に配置されるとともに、その内周面に、先端に向かうにしたがって拡径する傾斜部を有する、請求項１又は２に記載の密封構造。
4. 前記ハウジング凸部は、その外周面に凹部を有する、請求項１又は２に記載の密封構造。

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