JP4240217B2

JP4240217B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP4240217B2
Application number: JP2003320656A
Authority: JP
Inventors: 剛神前; 一記武野; 弘一水野谷
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005090526A

Description

本発明は、密封装置に係り、更に詳しくは、サイドリップを有する密封装置に関するものである。本発明の密封装置は例えばハブベアリングシールとして自動車関連分野に用いられ、または汎用機械等に用いられる。

従来から、図４に示すように、摺動の相手部材である回転ハブ６１の軸方向端面部６２または曲面部６３に摺動自在に密接するサイドリップ５２，５３を有する密封装置５１が知られており（特許文献１参照）、この密封装置５１は、ハブ６１に対するサイドリップ５２，５３のしめしろの大きさが通常状態（ＭＩＤ状態、設計狙い値）にあるときには、適正な応力分布（リップ接触圧力分布）を示し、よって安定した密封性能を発揮するように構成されている。

しかしながら、この従来の密封装置５１によると、図５（Ａ）に拡大して示すように、サイドリップ５２の先端面５２ａが同サイドリップ５２の内周面５２ｂに対して直角に交差するように形成されていて両面５２ａ，５２ｂのなす摺動部先端頂角θ_１の大きさがちょうど９０度（θ_１＝９０°）に形成されているか、あるいは図５（Ｂ）に拡大して示すように、サイドリップ５３の先端面５３ａが断面Ｖ字形に形成されていて摺動部先端頂角θ_２の大きさが９０度よりも小さな角度（θ_２＜９０°）に形成されているために、以下のような不都合がある。

すなわち、ハブ６１がサイドリップ５２，５３に対して相対に軸方向変位すると、ハブ６１に対するサイドリップ５２，５３のしめしろの大きさが適宜変化するが、このようにサイドリップ５２，５３のしめしろの大きさが変化したり、あるいはハブ６１がサイドリップ５２，５３に対して面振れしたりすると、上記従来の密封装置５１では、上記形状によりサイドリップ５２，５３先端のボリュームが余り大きくないために、サイドリップ５２，５３の形状変化や応力変化が大きく、リップ接触状態が不安定なものとなり、特にしめしろＭＡＸ近傍では、サイドリップ５２，５３がべた当たりとなって、接触圧力ピーク値が小さくなる（しめしろＭＡＸ＋面振れＭＡＸ状態により、より厳しいべた当たりとなる）。したがって、この状態で更にラジアル方向の動き（軸偏心等）が加わると、サイドリップ５２，５３はもはや水膜を切ることができなくなり、よって密封性能が極端に低下してしまう。

特開平９−２８７６１９号公報

本発明は以上の点に鑑みて、上記しめしろの変化や面振れの発生等の悪条件下においてもサイドリップの応力分布を適正に保つことができ、もって安定した密封性能を発揮することが可能な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、本発明の請求項１によるハブベアリング用密封装置は、ハブ側の相手部材の軸方向端面部または曲面部に摺動自在に密接する摺動部先端を備えたものであって、ベアリング外輪に嵌着される金属等剛材製の取付環に加硫接着され、前記取付環から前記軸方向端面部に向って外周側に伸び、前記軸方向端面部とその内周面とのなす角度が鋭角であるゴム状弾性材製のサイドリップを有するハブベアリング用密封装置において、
前記サイドリップの先端面と内周面との間の摺動部先端頂角の大きさを９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度に設定し、
かつ、前記サイドリップの先端面はこれを前記内周面に対して斜め鈍角に交差する断面直線状に形成するとともに、前記相手部材との接触状態において、前記摺動部先端の更に外周側に前記先端面が位置する様にしたことを特徴とするものである。

サイドリップ断面形状における長さや幅等の寸法がほぼ同じでリップ材質も同じである場合、本発明の請求項１による密封装置のように、サイドリップの摺動部先端頂角の大きさを９０度よりも大きな角度に設定すると、サイドリップ先端のボリュームが従来よりも増大せしめられることになる。したがって、サイドリップが変形しにくいものとなり、サイドリップの接触状態が安定したものとなる。

尚、このように本発明では、サイドリップが変形しにくくなるようサイドリップ先端のボリュームを増大させる趣旨でサイドリップの摺動部先端頂角を９０度より大きな角度（鈍角）に設定することにしたが、角度を大きくし過ぎると、サイドリップの摺動部先端に極端な応力集中が発生することがある。そこで、これを併せて対策するには、サイドリップの摺動部先端頂角を９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度（鈍角最小範囲）に設定するのが好適である。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１による密封装置においては、サイドリップの摺動部先端頂角の大きさを９０度よりも大きな角度に設定したために、サイドリップ先端のボリュームが従来よりも増大せしめられる。したがって、サイドリップが変形しにくく、その接触状態が安定したものとなるために、しめしろの変化や面振れの発生等の悪条件下においてもサイドリップの応力分布を適正に保つことができる。したがって、サイドリップの接触面圧ピーク値が極端に小さくなって密封性能が極端に低下するのを防止することができ、これにより密封性能を安定化させることができる。また、サイドリップ先端の接触状態が安定すれば、サイドリップ先端の浮き上がりが防止されるために、この点からも密封性能を安定化させることができる。

またこれに加えて、サイドリップの摺動部先端頂角が余り大きくなり過ぎないようにこの頂角の大きさを１１０度以下の角度に設定したために、サイドリップの摺動部先端に極端な応力集中が発生するのを防止することができる。したがって、サイドリップ延いては当該密封装置の耐久性を維持・向上させることができる。

サイドリップの摺動部先端頂角の大きさを９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度に設定するには、サイドリップの先端面を内周面に対して斜め（鈍角）に交差するように形成する。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。この密封装置１は例えば自動車用車輪懸架装置におけるベアリング部にハブベアリング用シールとして用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、上記ベアリング部における密封装置取付部材であるベアリング外輪（図示せず）の内周側に嵌着される金属等剛材製の取付環２が設けられており、この取付環２にゴム状弾性材製の弾性体３が加硫接着されており、この弾性体３に複数のシールリップが一体成形されており、この複数のシールリップが、上記ベアリング部における相対回転部材であるハブ（図示せず）の外周側に嵌着される金属等剛材製のスリンガー４のフランジ部（径方向部）５の軸方向端面部５ａに摺動自在に密接するサイドリップ６と、スリンガー４の筒部（軸方向部）７の周面部（外周面）７ａに摺動自在に密接するダストリップ８とによって構成されている。

上記サイドリップ６およびダストリップ８はそれぞれ、ベアリング外部の泥水やダスト等の異物がベアリング内部へ侵入しないようにこれをシールするものであって、その機能からして外向き構造とされ、特にサイドリップ６はその基端から先端へかけて径寸法が徐々に拡大するように形成されている。

また、このサイドリップ６は、その先端面６ａが内周面６ｂに対して斜め（鈍角）に交差する断面直線状に形成されており、これによりサイドリップ６は、その摺動部先端頂角θ_３の大きさが９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度（９０°＜θ_３≦１１０°、例えば約１００°）に形成されている。摺動部先端頂角θ_３は、サイドリップ６の断面形状において、サイドリップ６の先端面６ａと内周面６ｂとがなす角度である。

上記構成を備えた密封装置１を実機に装着すると、スリンガー４がサイドリップ６に対して相対に軸方向変位してスリンガー４に対するサイドリップ６のしめしろの大きさが変化したり、スリンガー４がサイドリップ６に対して相対に径方向（軸直角方向）変位して軸偏心が発生したり、スリンガー４がサイドリップ６に対して相対に揺動変位していわゆる面振れが発生したり、あるいはこれらが複合して発生したりするが、上記密封装置１は上記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。

すなわち、上記構成の密封装置１においては、サイドリップ６の摺動部先端頂角θ_３が９０度よりも大きな角度に形成されているために、サイドリップ６先端のボリュームが従来よりも実質的に増大せしめられている。これは、摺動部先端頂角が９０度以下の場合と比較して、サイドリップ６の先端面６ａがサイドリップ６の先端方向（長手方向）に突出した形状に形成されているからである。したがって、サイドリップ６が変形しにくく、その接触状態が安定したものとされているために、しめしろの変化や面振れの発生等の悪条件下においてもサイドリップ６の応力分布を適正に保つことができる。したがって、サイドリップ６の接触面圧ピーク値が極端に小さくなって密封性能が極端に低下するのを防止することができ、これにより密封性能を安定化させることができる。また、サイドリップ６先端の接触状態が安定すれば、サイドリップ６先端の浮き上がりを防止することができるために、この点からも密封性能を安定化させることができる。

図２は、この作用効果を比較例と比較しながら説明するものであって、同図（Ｃ）の比較例に係る密封装置１では、サイドリップ６の先端面６ａが断面Ｖ字形に形成されていてサイドリップ６の摺動部先端頂角が９０度よりも小さな角度に形成されているために、同図（Ｄ）に示すように、スリンガー４がサイドリップ６に対して相対に近付く方向に軸方向変位すると、サイドリップ６の接触面圧ピーク値ｐが極端に小さくなる。これに対して、同図（Ａ）の当該実施例に係る密封装置１では、サイドリップ６の先端面６ａが当該サイドリップ６の長手方向に対して斜め（鈍角）に交差する断面直線状に形成されていてサイドリップ６の摺動部先端頂角が９０度より大きな角度に形成されているために、同図（Ｂ）に示すように、サイドリップ６の接触面圧ピーク値ｐが比較的大きく確保される。この両者の違いは、サイドリップ６先端のボリュームの大小に由来し、特に実施例では、同図（Ｂ）の拡大図に示すように、摺動部先端６ｃの更に外周側にリップ先端面６ａが位置して、サイドリップ６先端をスリンガー４に押し付ける向きのモーメントが作用するからであると考えられる。

また、上記密封装置１においては併せて、サイドリップ６の摺動部先端頂角θ_３が１１０度以下の角度に設定されているために、摺動部先端６ｃに極端な応力集中が発生するのを防止することができ、よってサイドリップ６の耐久性が低下するのを防止することができる。

第二実施例・・・
図３は、本発明の第二実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。この密封装置１は例えば自動車用車輪懸架装置におけるベアリング部にハブベアリング用シールとして用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち先ず、上記ベアリング部における密封装置取付部材であるベアリング外輪（図示せず）の内周側に嵌着される金属等剛材製の取付環２が設けられており、この取付環２にゴム状弾性材製の弾性体３が加硫接着されており、この弾性体３に複数のシールリップが一体成形されており、この複数のシールリップが、上記ベアリング部における相対回転部材でありかつ摺動の相手部材であるハブ９の軸方向端面部９ａに摺動自在に密接する外周側のサイドリップ６と、ハブ９の軸方向端面部９ａと周面部（外周面）９ｂとを連続させる断面円弧状の曲面部９ｃに摺動自在に密接する内周側のサイドリップ（中間リップとも称する）１０と、ハブ９の周面部９ｂに摺動自在に密接する内向きのグリースリップ１１とによって構成されている。

上記３本のシールリップのうち、外周側および内周側のサイドリップ６，１０はそれぞれ、ベアリング外部の泥水やダスト等の異物がベアリング内部へ侵入しないようにこれをシールするものであって、その機能からして外向き構造とされ、その基端から先端へかけて径寸法が徐々に拡大するように形成されている。

また、このサイドリップ６，１０はそれぞれ、その先端面６ａ，１０ａが内周面６ｂ，１０ｂに対して斜め（鈍角）に交差する断面直線状に形成されており、これによりサイドリップ６，１０はそれぞれ、その摺動部先端頂角θ_３，θ_４の大きさが９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度（９０°＜θ_３≦１１０°，９０°＜θ_４≦１１０°、例えば約１００°）に形成されている。摺動部先端頂角θ_３，θ_４は、サイドリップ６，１０の断面形状において、サイドリップ６，１０の先端面６ａ，１０ａと内周面６ｂ，１０ｂとがなす角度である。

上記構成を備えた密封装置１を実機に装着すると、ハブ９がサイドリップ６，１０に対して相対に軸方向変位してハブ９に対するサイドリップ６，１０のしめしろの大きさが変化したり、ハブ９がサイドリップ６，１０に対して相対に径方向（軸直角方向）変位して軸偏心が発生したり、ハブ９がサイドリップ６，１０に対して相対に揺動変位していわゆる面振れが発生したり、あるいはこれらが複合して発生したりするが、上記密封装置１は上記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。

すなわち、上記構成の密封装置１においては、サイドリップ６，１０の摺動部先端頂角θ_３，θ_４がそれぞれ９０度よりも大きな角度に形成されているために、サイドリップ６，１０先端のボリュームが従来よりも実質的に増大せしめられている。これは、摺動部先端頂角が９０度以下の場合と比較して、サイドリップ６，１０の先端面６ａ，１０ａがサイドリップ６，１０の先端方向（長手方向）に突出した形状に形成されているからである。したがって、サイドリップ６，１０が変形しにくく、その接触状態が安定したものとされているために、しめしろの変化や面振れの発生等の悪条件下においてもサイドリップ６，１０の応力分布を適正に保つことができる。したがって、サイドリップ６，１０の接触面圧ピーク値が極端に小さくなって密封性能が極端に低下するのを防止することができ、これにより密封性能を安定化させることができる。また、サイドリップ６，１０先端の接触状態が安定すれば、サイドリップ６，１０先端の浮き上がりを防止することができるために、この点からも密封性能を安定化させることができる。

また、上記密封装置１においては併せて、サイドリップ６，１０の摺動部先端頂角θ_３，θ_４が１１０度以下の角度に設定されているために、摺動部先端６ｃ、１０ｃに極端な応力集中が発生するのを防止することができ、よってサイドリップ６，１０の耐久性が低下するのを防止することができる。

本発明の密封装置は、上記したように自動車用車輪懸架装置におけるベアリング部にハブベアリング用シールとして用いられるが、そのほか汎用機械のシール部等に広く用いられる。

本発明の第一実施例に係る密封装置の要部断面図（Ａ）は同密封装置の軸方向変位前の状態を示す要部断面図、（Ｂ）は同密封装置の軸方向変位時の状態を示す要部断面図、（Ｃ）は比較例に係る密封装置の軸方向変位前の状態を示す要部断面図、（Ｄ）は同密封装置の軸方向変位時の状態を示す要部断面図本発明の第二実施例に係る密封装置の要部断面図従来例に係る密封装置の要部断面図（Ａ）（Ｂ）とも同密封装置におけるサイドリップ先端部の拡大断面図

符号の説明

１密封装置
２取付環
３弾性体
４スリンガー（相手部材）
５フランジ部
５ａ，９ａ軸方向端面部
６，１０サイドリップ
６ａ，１０ａ先端面
６ｂ，１０ｂ内周面
６ｃ，１０ｃ摺動部先端
７筒部
７ａ，９ｂ周面部
８ダストリップ
９ハブ（相手部材）
９ｃ曲面部
１１グリースリップ

Claims

ハブ側の相手部材（４）（９）の軸方向端面部（５ａ）（９ａ）または曲面部（９ｃ）に摺動自在に密接する摺動部先端（６ｃ）を備えたものであって、ベアリング外輪に嵌着される金属等剛材製の取付環（２）に加硫接着され、前記取付環（２）から前記軸方向端面部（５ａ）（９ａ）に向って外周側に伸び、前記軸方向端面部（５ａ）（９ａ）とその内周面（６ｂ）（１０ｂ）とのなす角度が鋭角であるゴム状弾性材製のサイドリップ（６）（１０）を有するハブベアリング用密封装置（１）において、
前記サイドリップ（６）（１０）の先端面（６ａ）（１０ａ）と前記内周面（６ｂ）（１０ｂ）との間の摺動部先端頂角（θ_３）（θ_４）の大きさを９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度に設定し、
かつ、前記サイドリップ（６）（１０）の先端面（６ａ）（１０ａ）はこれを内周面（６ｂ）（１０ｂ）に対して斜め鈍角に交差する断面直線状に形成するとともに、前記相手部材（４）（９）との接触状態において、前記摺動部先端（６ｃ）の更に外周側に前記先端面（６ａ）（１０ａ）が位置する様にしたことを特徴とするハブベアリング用密封装置。