JP3934348B2

JP3934348B2 - シールリング

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Publication number: JP3934348B2
Application number: JP2001025386A
Authority: JP
Inventors: 英樹藤原; 隆弘市原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002228008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸体と、軸体の外径側に同心状に回転自在に配置される外筒との対向環状空間を軸方向で仕切るシールリングシールリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のシールリングにあっては、例えば、図１１に示すように、シールリング７における外筒（図示せず）に嵌合される環状胴体としての環状芯金７１の径方向での内方端箇所に径方向斜め内向きに突出する状態で可撓性部材からなるラジアルリップ７２が設けられていた。
【０００３】
従来から、このようなラジアルリップ７２としては、その径方向に揺動変形し易くなるよう、芯金７１側の基端部箇所から、一旦軸方向で一側に離れるよう延出され、その途中から軸方向他側に向きを変えて延出されるように構成したものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシールリングは、図１１に示すように、ラジアルリップ７２が径方向に撓み変形し易い構造であるので、外筒が高速回転するに伴ってシールリング７も高速回転し、それによって、軸体２外周面に対して所要のしめしろを持つ状態で圧接されるラジアルリップ７２が遠心力Ｆａによって外筒側にめくり上がるように撓み変形する可能性があった。
【０００５】
このめくり上がりによって、ラジアルリップ７２端縁と軸体２外周面との間に比較的大きな隙間が生じ、その隙間を通して外筒と軸体２との間の密封空間におけるグリス等の潤滑剤が外部に洩れるおそれがあるともに、外部から密封空間に異物が侵入するおそれがあった。
【０００６】
特に、エンジンにおけるオルタネータ等を回転駆動する一方向クラッチを備える伝動機構では、このオルタネータへの入力が高速回転駆動で行われるので、それに供されるシールリングにおいて上記不具合が生じやすい。
【０００７】
ところで、一方向クラッチを内装した密封部に対しては、一方向クラッチのころが伝動可能に外筒と軸体とにロックしたときに潤滑剤としてのグリスを噛み込み、そのグリスの増ちょう剤を構成する繊維質材をすり潰して油分を保持できなくした場合に油が増ちょう剤から分離してしまうことがある。
【０００８】
その状態で、遠心力に伴ってラジアルリップがめくれてその端縁が軸体外周から大きく離れて隙間が生じると、グリスの増ちょう剤から分離した油が、シールリングと軸体外周面との間に遠心力で開いた隙間を通して外部に漏洩し易くなる。
【０００９】
そのような油の漏洩を防ぐため、Ｏリング等のシール構造を設けることも考えられるが、シール材を装着する溝を加工形成しなければならない等コスト高を招くという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、外筒が回転するのに伴う遠心力によってシールリングのシール機能が低下することを抑制できるシールリングを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明第１のシールリングは、軸体と、軸体の外径側に同心状に回転自在に配置される外筒との対向環状空間を軸方向で仕切るシールリングであって、外周が前記外筒に対して取り付けられて内周が前記軸体外周面へ向けて延びる環状胴体と、環状胴体の内周に径方向斜め内向きに突出する状態で設けられかつ前記軸体外周面に対して所要のしめしろを持つ状態で圧接させられる可撓弾性材からなるラジアルリップとを有し、該ラジアルリップの断面形状における重心が、その揺動支点よりもラジアルリップ突出方向の軸方向反対側に配置され、回転遠心力を受けたときに前記ラジアルリップの径方向外向きへの撓みを抑制することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明第１のシールリングによると、外筒の回転に伴い、その外筒に固定しているシールリングも回転することで、そのシールリングのラジアルリップに遠心力が作用しても、そのラジアルリップが捲りあがるような径方向外向きへのたわみがそのラジアルリップの断面形状における重心位置の設定配置により抑制されているから、ラジアルリップと軸体外周面との間に潤滑剤が外方へ洩れるような隙間が生じないように維持できる。
【００１３】
これにより、外筒が高速回転するような場合でも、密封機能は十分良好に維持できるものとなり、外筒と軸体との間の潤滑性能を高く維持でき、耐久性も高いものにできる。
【００１４】
本発明第２のシールリングは、第１のシールリングにおいて、前記環状胴体が、金属板のプレス加工品とされることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明第２のシールリングによると、該シールリングを構成する環状胴体が簡易に製造できる。
【００１６】
本発明第３のシールリングは、第１または第２のシールリングにおいて、前記ラジアルリップの断面形状における前記重心が、当該ラジアルリップの基部における軸方向幅内あるいはそれよりも若干外れた位置に配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明第３のシールリングによると、ラジアルリップの断面形状における前記重心が、当該ラジアルリップの基部における軸方向幅内あるいはそれよりも若干外れた位置に配置されていることで、回転に伴う遠心力がラジアルリップに作用しても、ラジアルリップが揺動して径方向外側に揺動変形させるようなモーメントも小さいものとなるとともに、その遠心力は、径方向外方に向かうラジアルリップを圧縮させる力として働く傾向がある。
【００１８】
このことから、ラジアルリップを径方向外方へ屈曲揺動させるものとなりにくくなって、ラジアルリップと軸体外周面との間に隙間が生じることが抑制され、よって、シールリングで密封される対向環状空間内から潤滑剤が洩れないようにできるとともに、外部から密封空間内に異物が侵入しないようにできる。
【００２１】
本発明第４のシールリングは、請求項１ないし３いずれか一項のシールリングにおいて、前記ラジアルリップの基部においてリップ突出方向の反対側領域に、回転遠心力を受けたときに前記ラジアルリップを径方向外向きに撓ませる力に対して逆向きの力を発生させるための重心調整部が設けられていることを特徴構成とする。
【００２２】
本発明第４のシールリングによると、回転遠心力を受けても重心調整部によって、ラジアルリップを径方向外向きに撓ませる力に対して逆向きの力を発生させられて、ラジアルリップが軸体外周面に圧接する側に力が作用するので、ラジアルリップが径方向外向きに撓み変形しないのみならず、一層シール性が高められる。
【００２３】
本発明第５のシールリングは、第４のシールリングにおいて、前記重心調整部が、前記軸体外周面との間で微小隙間からなる非接触密封部を形成するリップ形状とされていることを特徴構成とする。
【００２４】
本発明第５のシールリングによると、重心調整部がリップとして機能するものであるから、ラジアルリップを遠心力の作用で径方向外向きに撓み変形させるのを抑制する機能のみならず、通常のシール機能も兼用するものとなっていて、重心調整部とラジアルリップの補助的なリップとを別々に設けるよりも構造簡単になるとともに、製造コストも低くできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１ないし図８に本発明の一実施形態を示している。図１は外筒への固定前のシールリング等の要部を示す径方向断面図、図２は外筒に固定したシールリング要部と軸体外周面とを示す径方向断面図、図３は、プーリユニットの径方向での展開断面図、図４は、図３の（２）−（２）線断面の矢視図、図５は、一方向クラッチにおける軸体および保持器を示す斜視図、図６は、図３のＡ部を拡大して示す図、図７は、シールリングの組み込み動作の説明に用いる図、図８はシールリングの上半部の断面図である。
【００２７】
図例のプーリユニットは、外筒としてのプーリ１、軸体としてのロータ軸２、一方向クラッチ３、２つの転がり軸受４，５を有している。
【００２８】
なお、この実施形態のプーリユニットは、部品点数を削減するために、一方向クラッチ３の内・外輪および２つの転がり軸受４，５の内・外輪を省略し、これらの外輪をプーリ１で兼用させて、内輪をロータ軸２で兼用させた構成としている。
【００２９】
プーリ１は、例えば自動車エンジンのクランクシャフトによりＶリブドベルト６を介して回転駆動されるもので、その外周にはＶリブドベルト６が巻き掛けられる波状溝が形成されている。
【００３０】
ロータ軸２は、プーリ１の内周に挿通されて、図示しないが自動車エンジンに付設される補機の入力軸（例えばオルタネータのロータ）などに固定される。
【００３１】
一方向クラッチ３は、プーリ１とロータ軸２との対向環状空間の軸方向中央に介装されるもので、複数のころ３１と、それを保持する合成樹脂製の保持器３２と、弾性部材として楕円形のコイルバネ３３とを備える構成になっている。
【００３２】
保持器３２は、ロータ軸２に対して周方向ならびに軸方向に位置決めされた状態で外装されるもので、その円周数カ所には、径方向内外に貫通形成されるポケット３２ａが設けられている。
【００３３】
このポケット３２ａに対してころ３１が収納されている。コイルバネ３３は、保持器３２のポケット３２ａ間に存在する各柱部３２ｂの内壁面に一体形成される突起３２ｃに対して装着されていて、ころ３１をロータ軸２のカム面２１とプーリ１の内周面とで形成するくさび状空間の狭い側（ロック側）へ押圧するものである。
【００３４】
２つの転がり軸受４，５は、プーリ１とロータ軸２との対向環状空間において一方向クラッチ３の軸方向両側に１つずつ介装される。第１転がり軸受４は、複数の玉４１およびそれを保持する冠形保持器４２からなる深溝玉軸受とされ、第２転がり軸受５は、複数のころ５１およびそれを保持する保持器５２からなるケージアンドローラとされている。これらの転がり軸受４，５の軸方向外側のみに対して、シールリング７，７が装着され、プーリ１とロータ軸２との対向環状空間を軸方向で仕切って密封するようにしている。
【００３５】
上述したように、プーリ１は、入力軸に一体となったロータ軸２に転がり軸受４，５および一方向クラッチ３を介して、入力軸の中心軸心Ｐを同心として配置する構成となっている。
【００３６】
上記プーリ１およびロータ軸２の形状について詳細に説明する。
【００３７】
まず、ロータ軸２において軸方向中間領域Ｘ１の円周数カ所には、一方向クラッチ３に用いられる平坦なカム面２１が形成され、その軸方向両側領域Ｘ２，Ｘ３には、転がり軸受４，５の軸体軌道部が確保されている。なお、この例では、ロータ軸２の中間領域Ｘ１に８つのカム面２１を設けているので、外径形状が八角形になっている。また、ロータ軸２の両側領域Ｘ２，Ｘ３は円形に形成されている。
【００３８】
そして、プーリ１とロータ軸２との間に、一方向クラッチ３や２つの転がり軸受４，５を軸方向一方から順番に簡単に組み込めるようにするために、ロータ軸２において第１転がり軸受４の軸体軌道部となる領域Ｘ２の外径寸法は、第２転がり軸受５の軸体軌道部とする領域Ｘ３の外径寸法よりも大きく設定されている。
【００３９】
また、プーリ１の内周面およびロータ軸２の外周面において大径に設定した軸方向一端側の領域Ｘ２には、第１転がり軸受４の玉４１の軌道溝２２が形成されている。
【００４０】
また、プーリ１の内周面およびロータ軸２の外周面において小径に設定した軸方向他端側の領域Ｘ３には、位置決め溝２３が設けられており、この位置決め溝２３に対してケージアンドローラからなる第２転がり軸受５の保持器５２の内周に設けられている径方向内向きの輪状突起５２ａが係入されることにより、当該保持器５２が軸方向に位置決めされるようになっている。
【００４１】
そして、一方向クラッチ３の保持器３２における内周面は、ロータ軸２の外周面において軸方向中間領域Ｘ１の外形形状と合致する形状つまり八角形に形成されているとともに、この保持器３２は、ころ３１をそれぞれ保持させた状態でロータ軸２の軸方向中間領域Ｘ１に外嵌されることにより、周方向に回り止めされている。
【００４２】
この保持器３２は、ロータ軸２における中間領域Ｘ１のカム面２１と大径の領域Ｘ２とを連接するテーパ状段差部２４によって、第１転がり軸受４側への動きが封じられ、ロータ軸２に対して軸方向位置決めされた第２転がり軸受５の保持器５２によって第２転がり軸受５側への動きが封じられるようになっている。
【００４３】
次に、上記プーリユニットの動作を説明する。要するに、プーリ１の回転速度がロータ軸２よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ３のころ３１がくさび状空間の狭い側へ転動させられてロック状態となるので、プーリ１とロータ軸２とが一体化して、ロータ軸２と一体化された前記入力軸の回転中心となる軸心Ｐ周りで同期回転する。
【００４４】
しかし、プーリ１の回転速度がロータ軸２よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ３のころ３１がくさび状空間の広い側へ転動させられてフリー状態となるので、プーリ１からロータ軸２へ回転動力の伝達が遮断されることになってロータ軸２が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。
【００４５】
ちなみに、上記プーリユニットを自動車エンジンのオルタネータに利用する場合、ベルト６の駆動源となるエンジンのクランクシャフトの回転変動に関係なく、オルタネータのロータの回転を高回転域に維持して、発電効率を高めるようにすることができる。
【００４６】
つまり、クランクシャフトの回転数が上昇するとき、一方向クラッチ３がロック状態となってロータ軸２をプーリ１と同期回転させるようにし、一方、クランクシャフトの回転数が低下するとき、一方向クラッチ３がフリー状態となってロータ軸２をプーリ１の減速と無関係に自身の回転慣性力により回転継続させるようにすればよい。
【００４７】
この実施形態では、２つの転がり軸受４，５に対するシールリング７について特徴があるので、以下において詳細に説明する。
【００４８】
このシールリング７は、環状胴体としての環状芯金７１の外周面から外側面および内周面に対してゴムからなるシール用弾性体９が加硫接着されており、このシール用弾性体９の内周部分には、径方向斜め内向きに突出する状態で設けられかつロータ軸２外周面に対して所要のしめしろを持つ状態で圧接させられるラジアルリップとしての主リップ７２と、この主リップ７２のシール用弾性体９に対する付け根部分である基部から軸受内方へ向けて斜めに延びる補助リップ７３とがシール用弾性体９と一体に形成されている。この補助リップ７３もラジアルリップを構成している。
【００４９】
主リップ７２は、軸心Ｐ方向外側に向かう姿勢でその先端が軸体としてのロータ軸２の外周面に摺動自在に接当している。
【００５０】
この主リップ７２先端側においてロータ軸２外周面との摺接箇所より軸心Ｐ方向での内方側の側面には、グリスから分離された油が外部へ洩れ出ていくのを内方へ戻すように作用するヘリックス突起８を周方向に多数並設している。このヘリックス突起８は、図１に示すように、径方向に対して斜めに配置した突条であって、例え油がヘリックス突起８箇所にきても、その油を径方向外側にポンピング作用により案内していくものであって、その案内に伴って油は軸方向内方へ戻される。
【００５１】
補助リップ７３は、転がり軸受４，５や一方向クラッチ３が配備される密封空間側に位置する状態で、ロータ軸２の外周面に対しては、微小隙間を隔ててその先端が位置するようにしている。尚、この微小隙間箇所においても、隙間が極めて狭いので密封空間内のグリスの漏出を阻止できるシール機能、すなわち非接触密封機能を有している。
【００５２】
一方、シールリング７の環状芯金７１は、金属板をプレス加工したものであって、図６に示すように、径方向に沿った板面を成す円板状部分７１ａと、この円板状部分の外周に軸方向に沿うよう曲げ形成された円筒状部分７１ｂとで構成されている。この円筒状部分７１ｂには、プーリ１の内周面に形成された環状溝１ａにシールリング７を密着嵌合させて固定する弾性樹脂シールが接着されている。
【００５３】
なお、シールリング７のプーリ１への装着の様子は図７（ａ），（ｂ）に示している。すなわち、シールリング７は、ロータ軸２に対して一方向クラッチ３および２つの転がり軸受４，５を組み付けた状態で、ロータ軸２の両側からそれぞれ嵌め込み、ロータ軸２の外周をスライドさせることにより、当該シールリング７の外周の弾性体をプーリ１の肩部に設けてある取り付け溝１ａに対して嵌入させ、環状芯金７１の円筒状部分７１ｂにおいてプーリ１に取り付けられる。
【００５４】
そして、主リップ７２については、円板状部分７１ａの内周縁から径方向内方に突出するシール用弾性体９の軸方向での厚みをほぼ同じまま（ただし補助リップ７３の厚み分は除く）その先端まで至るように形成しているとともに、非装着状態の自然状態ではシール用弾性体９の突出方向での途中から軸方向に緩く屈折させた形状となっている（図１参照）。
【００５５】
その径方向上半部もしくは下半部における断面形状が側面視くの字状に屈折された箇所よりも径方向外側に主リップ７２の揺動に対する中心が位置する基部が設定されている。すなわち、その基部の補助リップ７３を除く前記軸心Ｐ方向での肉厚幅における中心位置を揺動支点Ｑとして、主リップ７２は径方向に揺動変形自在となっている。
【００５６】
さらに、ラジアルリップは、その揺動支点Ｑから主リップ７２及び補助リップ７３のそれぞれの先端に至る径方向上半部もしくは下半部での断面形状の重心Ｒが、該ラジアルリップの基部における軸方向幅内で、かつ揺動支点Ｑよりも主リップ７２よりもそのリップ突出方向の反対側に位置するように設定されている（図１，図２参照）。
【００５７】
したがって、プーリ１に嵌合固定した状態のシールリング７３において、この重心Ｒと、揺動支点置Ｑとは軸心Ｐ方向で近接するものであって、それら重心Ｒ，揺動支点Ｑが円板状部７１ａの軸心Ｐ方向での幅内にも位置するように設定されている。
【００５８】
これにより、プーリ１の高速回転に伴うシールリング７３の高速回転により、ラジアルリップを構成する主リップ７２に遠心力が作用しても、ラジアルリップ全体としての重心Ｒが揺動支点Ｑよりも主リップ７２の延出向きとは反対側に位置していることで、補助リップ７３も含むラジアルリップ全体としては遠心力の作用で補助リップ７３側が径方向外向きに変位するようになるので、その変位に引かれて主リップ７２は逆に径方向内向きでロータ軸２に圧接するようになって、主リップ７２とロータ軸２の外周面との間に隙間が生じにくいものとなっている。
【００５９】
ここで、補助リップ７３は、遠心力で主リップ７２が径方向外向きに撓ませる力に対して逆向きの力を発生するための重心調整部を兼用している。
【００６０】
なお、重心調整部はラジアルリップの断面形状においてその重心位置を、ラジアルリップの揺動支点に対してラジアルリップ（上記実施形態の場合主リップが相当）の延出向きとは反対側に位置するよう設定するものであって、補助リップとは別に設けてもよい。
【００６１】
（実施の形態２）
次に、別の実施の形態について図に基いて説明する。尚、図９は、外筒への固定前のシールリング等の要部を示す径方向断面図、図１０は外筒に固定したシールリング要部と軸体外周面とを示す径方向断面図である。
【００６２】
図例において、シールリング７の環状胴体としての環状芯金７１における径方向に沿う板面を成す円板状部分７１ａにゴムからなるシール用弾性体９が加硫接着され、その円板状部分７１ａよりも径方向内方に突出するようにして、ラジアルリップ７２形成している。
【００６３】
このラジアルリップ７２は、円板状部分７１ａの内周縁部分に接着されたシール用弾性体９から径方向内方に突出するように形成しているのであって、その途中から縦断側面でくの字状に緩く屈折した形状となっている。
【００６４】
さらに、ラジアルリップ７２の径方向で揺動自在に変形できるよう、その揺動を行えるようにしている基部をラジアルリップ７２の付け根箇所に設定しているとともに、その基部の軸方向での肉厚中央位置に、ラジアルリップ７２の揺動中心となる揺動支点Ｑを設定している。
【００６５】
それに対して、ラジアルリップ７２は、揺動支点Ｑからその先端に至る径方向上半部もしくは下半部での断面形状の重心Ｒが、該ラジアルリップの基部における軸方向幅内に配置設定されている（図９，図１０参照）。なお、重心Ｒは、円板状部分７１ａの軸方向での幅内に位置するように設定している。
【００６６】
したがって、重心Ｒが揺動支点Ｑに対して軸方向で近くに位置することにより、図示しない外筒の高速回転に伴ってラジアルリップ７２に遠心力が作用しても、揺動支点Ｑを揺動中心としてそのラジアルリップ７２を径方向外方へ揺動させるモーメントはかなり大きくないとラジアルリップ７２は径方向外方へ揺動しないので、ラジアルリップ７２が径方向外向きに撓みにくくなっており、よって、ラジアルリップ７２先端とロータ軸２の外周面との間に隙間が生じにくいものとなっている。
【００６７】
上記各実施の形態では、ラジアルリップの重心が、ラジアルリップの基部における軸方向幅内に位置設定したものを示したが、それよりも若干はずれた位置に配置されていても良い。
【００６８】
【発明の効果】
本発明のよると、外筒の回転に伴い、その外筒に固定しているシールリングも回転することで、そのシールリングのラジアルリップに遠心力が作用しても、そのラジアルリップが捲りあがるような径方向外向きへの撓みがそのラジアルリップの断面形状における重心位置の設定配置により抑制されるから、ラジアルリップと軸体外周面との間に潤滑剤が外方へ洩れるような隙間が生じないように維持できる。
【００６９】
これにより、外筒が高速回転するような場合でも、密封機能は十分良好に維持できるものとなり、外筒と軸体との間の潤滑性能を高く維持でき、耐久性も高いものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のシールリング（プーリへの固定前）の要部の断面図
【図２】同シールリング（プーリへの固定後）の要部等の断面図
【図３】プーリユニットの展開断面図
【図４】図３の（２）−（２）線断面の矢視図
【図５】図３中のロータ軸および一方向クラッチの保持器を示す斜視図
【図６】図３のＡ部を拡大して示す断面図
【図７】シールリングの組み込みの様子を（ａ）（ｂ）の順に示す断面図
【図８】シールリングの上半部を示す断面図
【図９】実施の形態２のシールリング（プーリへの固定前）の要部の断面図
【図１０】同シールリング（プーリへの固定後）の要部等の断面図
【図１１】従来におけるシールリング（プーリへの固定後）の要部等の断面図
【符号の説明】
１プーリ（外筒）
２ロータ軸（軸体）
７シールリング
７１環状芯金（環状胴体）
７２主リップ（ラジアルリップ）
７３補助リップ（重心調整部）

Claims

軸体と、軸体の外径側に同心状に回転自在に配置される外筒との対向環状空間を軸方向で仕切るシールリングであって、
外周が前記外筒に対して取り付けられて内周が前記軸体外周面へ向けて延びる環状胴体と、環状胴体の内周に径方向斜め内向きに突出する状態で設けられかつ前記軸体外周面に対して所要のしめしろを持つ状態で圧接させられる可撓弾性材からなるラジアルリップとを有し、
該ラジアルリップの断面形状における重心が、その揺動支点よりもラジアルリップ突出方向の軸方向反対側に配置され、回転遠心力を受けたときに前記ラジアルリップの径方向外向きへの撓みを抑制する、ことを特徴とするシールリング。
請求項１に記載のシールリングにおいて、
前記環状胴体が、金属板のプレス加工品とされる、ことを特徴とするシールリング。
請求項１または２に記載のシールリングにおいて、
前記ラジアルリップの断面形状における前記重心が、当該ラジアルリップの基部における軸方向幅内あるいはそれよりも若干外れた位置に配置されている、ことを特徴とするシールリング。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシールリングにおいて、
前記ラジアルリップの基部においてリップ突出方向の反対側領域に、回転遠心力を受けたときに前記ラジアルリップを径方向外向きに撓ませる力に対して逆向きの力を発生させるための重心調整部が設けられている、ことを特徴とするシールリング。
請求項４に記載のシールリングにおいて、
前記重心調整部が、前記軸体外周面との間で微小隙間からなる非接触密封部を形成するリップ形状とされている、ことを特徴とするシールリング。