JP5765519B2 - 密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車や一般機械、産業機械等におけるベアリング等へダストや泥水が侵入するのを防止する密封装置において、回転側密封要素の振り切り作用によってシールを行うものに関する。
自動車のベアリングを密封する密封装置の一種として、回転側密封要素を有するものがある。図８は、この種の密封装置の典型的な従来技術を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図であり、図９は、回転側密封要素に磁気エンコーダの多極着磁円盤を設けた密封装置の典型的な従来技術を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。
図８又は図９に示される密封装置は、例えばベアリング１００の外輪１０１（静止側）の内周に装着される静止側密封要素１１０と、前記ベアリング１００の内輪（回転側）１０２の外周に嵌着されるスリーブ１２１及びその一端から延びるフランジ１２２からなる金属製の回転側密封要素１２０とを備え、静止側密封要素１１０に設けられたスラストリップ１１１が、回転側密封要素１２０のフランジ１２２に摺動可能に密接され、静止側密封要素１１０にスラストリップ１１１の内周側に位置して設けられたラジアルリップ１１２及びグリース用リップ１１３が、回転側密封要素１２０のスリーブ１２１の外周面に摺動可能に密接されている。
また、図９に示される密封装置では、回転側密封要素１２０のフランジ１２２の外側面に、磁性体の微粉末を混合したゴム材料又は合成樹脂材料で円盤状に成形されると共に円周方向所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された多極着磁円盤（パルサーリング）１３０が一体に設けられている。この多極着磁円盤１３０は、その外側に非回転状態で対向配置された不図示の磁気センサと共に磁気エンコーダを構成するものである。
そして図８又は図９に示される密封装置は、回転側密封要素１２０のフランジ１２２とスラストリップ１１１の密接摺動部において、内輪１０２と一体的に回転するフランジ１２２の遠心力による振り切り作用によって、ベアリング１００の外部Ａからのダストや泥水等の侵入を阻止するものである。また、フランジ１２２とスラストリップ１１１の密接摺動部からその内周側へダストや泥水等が僅かに通過しても、これらは回転側密封要素１２０のスリーブ１２１とラジアルリップ１１２の密接摺動部においてシールされ、フランジ１２２の遠心力による振り切り作用によって、スラストリップ１１１の外周側へ押し戻される。また、図９に示される密封装置の場合は、このようなシール機能に加えて、多極着磁円盤１３０に対向配置された不図示の磁気センサが、その前面を回転によってＮ極とＳ極が交互に通過することによる磁界の変化に対応した波形のパルス信号を発生し、回転を検出するものである（例えば特許文献１，２参照）。
特開平１１−８３５４３号公報 特開２００８−１６８６６５号公報
しかしながら、上述した従来の技術によれば、回転側密封要素１２０のスリーブ１２１が、内輪１０２の外周面に金属同士で接触しているため、外部Ａの泥水などが、スリーブ１２１と内輪１０２との嵌合面間の微小隙間からベアリング１００の内部空間Ｂへ浸入するおそれがあった。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、回転側密封要素のシールフランジの回転による振り切り作用によってシールを行う密封装置において、回転側密封要素とこの回転側密封要素が取り付けられる回転部材との嵌着部から侵入する泥水等による不具合を防止することにある。
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、静止部材に取り付けられ第一リップ及び第二リップを有する静止側密封要素と、前記静止部材の内径側の回転部材に嵌着されるスリーブ及びその端部から延びて前記第一リップと摺動可能に密接されるシールフランジを有する回転側密封要素を備え、前記第二リップが前記回転部材に摺動可能に密接され、前記スリーブが前記回転部材に前記第二リップとの密接摺動部より外側かつ内径側に位置して形成された円周方向へ連続した溝の内径の筒状面に嵌着され、前記シールフランジが、第一リップ及び第二リップの密接摺動部と前記スリーブの嵌着部の間で前記回転部材の端面と当接され、前記スリーブの嵌着部と、前記シールフランジと前記回転部材の端面の当接部との間に、前記溝による空間が画成されたものである。
請求項１の発明に係る密封装置によれば、溝の内径の筒状面とスリーブとの嵌着部から溝による空間へ外部の流体等が侵入しても、この侵入流体はシールフランジと回転部材の端面との当接部でシールされるので、静止側密封要素の第二リップと回転部材との密接摺動部へ到達しにくくなる。さらにこの侵入流体は静止側密封要素の第二リップと回転部材との密接摺動部でそれより内部への侵入が阻止されると共に、回転側密封要素のシールフランジの回転による振り切り作用によって静止側密封要素の第一リップと前記シールフランジの密接摺動部の外側へ排出されるので、優れたシール効果を奏する。
本発明に係る密封装置の好ましい第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第二の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第三の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第四の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第五の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第六の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 本発明に係る密封装置の好ましい第七の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 従来の技術に係る密封装置の一例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。 従来の技術に係る密封装置の他の例を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。
以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、第一の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す断面図である。
図１において、参照符号１００は、車輪のハブ用ベアリングで、外輪１０１と、内輪１０２と、その間に転動可能に配置された多数の鋼球１０３からなり、このベアリング１００を密封する密封装置は、外輪１０１の内周に取り付けられる静止側密封要素１と、内輪１０２に取り付けられる回転側密封要素２を備える。なお、外輪１０１は請求項１に記載された静止部材に相当するものであり、内輪１０２は請求項１に記載された回転部材に相当するものである。
詳しくは、静止側密封要素１は、外輪１０１の内周面に取り付けられる金属製の取付環１１と、この取付環１１にゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）によって一体に成形された第一リップ１２、第二リップ１３、第三リップ１４及び固定シール１５を有する。
静止側密封要素１における取付環１１は、金属板の塑性加工等により製作されたものであって、ベアリング１００の外輪１０１の内周面に圧入嵌着される円筒状の外周圧入部１１ａと、その外端部に適宜小径に絞って形成されたガスケット支持部１１ｂと、前記外周圧入部１１ａの内端部から内径方向へ延びる内向きフランジ１１ｃからなる。そして前記外周圧入部１１ａは、ベアリング１００の外輪１０１の内周面に適当な締め代をもって圧入されるように、外径が、外輪１０１の内周面より僅かに大径に形成されている。
静止側密封要素１における第一リップ１２は、取付環１１の内向きフランジ１１ｃにおける外部を向いた面にゴム状弾性材料で形成された基部弾性層１６から、先端が大径となるような円錐筒状をなして延びており、第二リップ１３は、第一リップ１２の内周側に位置して、基部弾性層１６の内周端部から先端が小径となるような円錐筒状をなして延びており、第三リップ１４は、基部弾性層１６の内周端部から第二リップ１３と反対側（ベアリング内部側）へ向けて、先端が小径となるような円錐筒状をなして延びており、固定シール１５は、基部弾性層１６の一部が取付環１１におけるガスケット支持部１１ｂの外周へ廻り込んで山形の断面形状に形成されている。
回転側密封要素２は金属板の塑性加工等により製作されたものであって、回転部材である内輪１０２に固定されるスリーブ２１と、その外端部から円盤状に展開するシールフランジ２２を有する。ベアリング１００の内輪１０２の外側端面１０２ａには円周方向へ連続した溝１０２ｂが形成されており、回転側密封要素２のスリーブ２１は、この溝１０２ｂの内径の筒状面１０２ｃに圧入嵌着されている。
そして、静止側密封要素１の第一リップ１２は、回転側密封要素２のシールフランジ２２の内側面（ベアリング１００の内部空間Ｂ側を向いた面）に摺動可能に密接され、第二リップ１３及び第三リップ１４は、ベアリング１００の内輪１０２の外周面に摺動可能に密接され、固定シール１５は、ベアリング１００の外輪１０１の内周面に適当なつぶし代をもって密接されるものである。
回転側密封要素２におけるシールフランジ２２の外側面（ベアリング１００の外部Ａ側を向いた面）には、その全域に、フェライトや希土類等の磁性体微粉末を混合したゴム材料又は合成樹脂材料で円盤状に成形されると共に円周方向所定ピッチでＮ極及びＳ極が交互に着磁された多極着磁円盤（パルサーリング）３が一体に設けられている。この多極着磁円盤３は、その外側に非回転状態で対向配置された不図示の磁気センサと共に磁気エンコーダを構成するものである。
また、回転側密封要素２におけるシールフランジ２２及び多極着磁円盤３は、外径端部が、静止側密封要素１における取付環１１のガスケット支持部１１ｂの内周面を覆うゴム層と隙間Ｇ１を介して径方向に近接対向しており、前記シールフランジ２２の内側面は、第一リップ１２及び第二リップ１３の密接摺動部Ｓ１，Ｓ２とスリーブ２１の嵌着部Ｓ３との間の位置が、ベアリング１００の内輪１０２の端面（溝１０２ｂの外周側の端面）１０２ａと隙間Ｇ２を介して軸方向に近接対向している。
以上の構成によれば、外部Ａから飛来してシールフランジ２２及び多極着磁円盤３と静止側密封要素１との隙間Ｇ１を通過したダストや泥水等の侵入は、ベアリング１００の内輪１０２と一体回転する回転側密封要素２のシールフランジ２２と、非回転の静止側密封要素１における第一リップ１２との密接摺動部Ｓ１において、遠心力によるシールフランジ２２の振り切り作用によって阻止される。そして、ダストや泥水等が、前記密接摺動部Ｓ１からその内周側へ僅かに通過することがあっても、これらは前記内輪１０２の外周面と第二リップ１３の密接摺動部Ｓ２においてシールされるので、ベアリング内部空間Ｂへ侵入することはできず、結局、シールフランジ２２の回転による振り切り作用によって、第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外側へ排出される。また、第三リップ１４は、ベアリング内部空間Ｂからのグリースの流出を防止するものである。
一方、ベアリング１００の内輪１０２と回転側密封要素２のスリーブ２１の嵌着部Ｓ３は、金属同士の嵌合であるため、この嵌着部Ｓ３は外部Ａの泥水等の侵入を完全に遮断するものではない。しかしながら上記構成によれば、内輪１０２とスリーブ２１の嵌着部Ｓ３から外部Ａの泥水やダスト等が侵入しても、スリーブ２１の外径側は狭い隙間Ｇ２によるラビリンスシールが形成されており、さらにその外周側には静止側密封要素１の第二リップ１３と前記内輪１０２との密接摺動部Ｓ２が存在するため、前記泥水やダスト等がベアリング内部空間Ｂへ侵入することはできず、シールフランジ２２の回転による振り切り作用によって第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外側へ排出されるので、優れたシール効果を奏する。
また、多極着磁円盤３が回転側密封要素２のシールフランジ２２と一体に回転するため、不図示の磁気センサの検出面の正面を、多極着磁円盤３のＮ極とＳ極が回転方向へ交互に通過することになり、これによる磁界の変化に対応した波形のパルス状の信号が前記磁気センサから出力されるので、このパルスのカウントによって、回転を計測することができる。なお、多極着磁円盤３は、その円周方向１箇所に、着磁ピッチの異なる部分（不図示）などを設けることによって、エンジンの点火時期制御等の目的で、例えばピストンの上死点（ＴＤＣ）等の特定のポジションを検出するための原点とすることもできる。
そして上記構成によれば、回転側密封要素２のスリーブ２１をベアリング１００の内輪１０２の外周面に嵌着する従来構造のものと比較すると、スリーブ２１の嵌着位置が内輪１０２の外周面よりも内径側へ位置する分、シールフランジ２２の径方向幅が大きくなるので、その外側面に設けられた多極着磁円盤３の径方向幅も大きくすることができ、その着磁面積を大きくすることができる。したがって、例えば多極着磁円盤３の外径側と内径側に、位相間隔が同じで、かつその位相間隔より小さな角度だけ互いに異なる位相をもって複数の着磁トラックを形成するといった、マルチトラック形式の着磁パターンとすることによって、回転数や回転角のほか、回転方向も検出可能としたり、回転検出精度を向上させたりすることができる。
次に図２〜図７は、本発明に係る密封装置の好ましい他の形態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す片側断面図である。
このうち図２に示される第二の形態は、回転側密封要素２のスリーブ２１が、ベアリング１００の内輪１０２に形成された円周方向へ連続した溝１０２ｂの外径の筒状面１０２ｄに圧入嵌着されるものである点のみが、上述した第一の形態と異なるものであり、第一の形態とほぼ同様の効果を実現することができる。
また、図３に示される第三の形態は、回転側密封要素２のシールフランジ２２の内側面が、第一リップ１２及び第二リップ１３の密接摺動部Ｓ１，Ｓ２とスリーブ２１の嵌着部Ｓ３との間の位置で、ベアリング１００の内輪１０２の端面（溝１０２ｂの外周側の端面）１０２ａと当接している点のみが、先に説明した第一の形態と異なる。この構成によれば、外部Ａの泥水やダスト等が内輪１０２とスリーブ２１の嵌着部Ｓ３から溝１０２ｂ内へ侵入しても、その外周側には内輪１０２とシールフランジ２２との接触部Ｓ４が形成されているので、図１のような隙間Ｇ２によるラビリンスシールに比較して、泥水やダストを一層確実に遮断することができる。しかも第一の形態と同様、さらにその外周側には静止側密封要素１の第二リップ１３と前記内輪１０２との密接摺動部Ｓ２が存在するため、前記泥水やダスト等がベアリング内部空間Ｂへ侵入することはできず、シールフランジ２２の回転による振り切り作用によって第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外側へ排出される。
また、図４に示される第四の形態は、第二の形態と同様、回転側密封要素２のスリーブ２１が、ベアリング１００の内輪１０２に形成された円周方向へ連続した溝１０２ｂの外径の筒状面１０２ｄに圧入嵌着されると共に、第三の形態と同様、回転側密封要素２のシールフランジ２２の内側面が、第一リップ１２及び第二リップ１３の密接摺動部Ｓ１，Ｓ２とスリーブ２１の嵌着部Ｓ３との間の位置で、ベアリング１００の内輪１０２の端面（溝１０２ｂの外周側の端面）１０２ａと当接しているものである。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。
次に、図５に示される第五の形態は、回転側密封要素２におけるシールフランジ２２の外径部２２ａが、静止側密封要素１における取付環１１のガスケット支持部１１ｂ（ガスケット支持部１１ｂを覆うゴム層）の端面の外側を外径側へ延び、このガスケット支持部１１ｂの端面及びベアリング１００の外輪１０１の端面１０１ａに、隙間Ｇ３，Ｇ４を介して軸方向に近接対向することによって、シールフランジ２２と第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外径側に隙間Ｇ３，Ｇ４からなる非接触シール部を形成したものである。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。
この形態によれば、シールフランジ２２の外径部２２ａがベアリング１００の外輪１０１の端面１０１ａと軸方向に対向する位置まで延びているため、外輪１０１との間に径方向に長い隙間Ｇ３，Ｇ４からなる非接触シール部が形成され、シールフランジ２２の外径部２２ａが大径になることによって遠心力による振り切り作用が増大するばかりでなく、顕著な動圧も発生するため、外部Ａから飛来するダストや泥水が一層侵入しにくいものとなる。
しかも、スリーブ２１の嵌着位置が内輪１０２の外周面よりも内径側へ位置することによって、シールフランジ２２の径方向幅が内径側へ拡張されるのに加え、シールフランジ２２の外径部２２ａがベアリング１００の外輪１０１の端面１０１ａと軸方向に対向する位置まで延びることによって、シールフランジ２２の径方向幅が外径側へも拡張されているので、多極着磁円盤３の着磁面積を一層増大させることができる。
さらに、図６に示される第六の形態は、上述した第五の形態におけるシールフランジ２２の外径部２２ａに、多極着磁円盤３の外径端部から軸方向へ延びてベアリング１００の外輪１０１の外周面と狭い隙間Ｇ５を介して径方向に近接対向する（包囲する）筒状部３１を設け、これによって、シールフランジ２２と第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外径側に、隙間Ｇ３，Ｇ４及びＧ５からなる非接触シール部を形成したものである。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。なお、筒状部３１は多極着磁円盤３とは独立したゴム材料又は合成樹脂材料で成形することもできる。
また、図７に示される第七の形態は、上述した第五の形態におけるシールフランジ２２の外径部２２ａから、軸方向へ延びてベアリング１００の外輪１０１の外周面と狭い隙間Ｇ５を介して近接対向する（包囲する）筒状部２３を形成し、これによって、シールフランジ２２と第一リップ１２の密接摺動部Ｓ１の外径側に隙間Ｇ３，Ｇ４及びＧ５からなる非接触シール部を形成したものである。その他の部分は、第一の形態と同様に構成されている。
第六及び第七の形態によれば、第五の形態による効果に加え、非接触シール部がベアリング１００の外輪１０１の外周側まで延長されるため、外部Ａから飛来するダストや泥水がさらに侵入しにくいものとすることができる。
なお、図５，図６，図７（第五〜第七の形態）では、ベアリング１００の内輪１０２に対する回転側密封要素２のスリーブ２１の嵌着部Ｓ３を図１と同様に構成し、シールフランジ２２と内輪１０２の端面１０２ａを図３と同様に当接させた構成としたが、これは、図２あるいは図４と同様に構成しても良いことはもちろんである。
また、上述した各実施の形態では、回転側密封要素２のシールフランジ２２に多極着磁円盤３を一体に設けたものについて説明したが、多極着磁円盤３を設けないものについても同様に構成することができる。
１ 静止側密封要素
１１ 取付環
１２ 第一リップ
１３ 第二リップ
１４ 第三リップ
１５ 固定シール
２ 回転側密封要素
２１ スリーブ
２２ シールフランジ
２３，３１ 筒状部
３ 多極着磁円盤
１００ ベアリング
１０１ 外輪（静止部材）
１０２ 内輪（回転部材）
１０２ｃ，１０２ｄ 筒状面
Ａ 外部
Ｂ 内部空間
Ｇ１〜Ｇ５ 隙間
Ｓ１，Ｓ２ 密接摺動部

Claims (1)

  1. 静止部材に取り付けられ第一リップ及び第二リップを有する静止側密封要素と、前記静止部材の内径側の回転部材に嵌着されるスリーブ及びその端部から延びて前記第一リップと摺動可能に密接されるシールフランジを有する回転側密封要素を備え、前記第二リップが前記回転部材に摺動可能に密接され、前記スリーブが前記回転部材に前記第二リップとの密接摺動部より外側かつ内径側に位置して形成された円周方向へ連続した溝の内径の筒状面に嵌着され、前記シールフランジが、第一リップ及び第二リップの密接摺動部と前記スリーブの嵌着部の間で前記回転部材の端面と当接され、前記スリーブの嵌着部と、前記シールフランジと前記回転部材の端面の当接部との間に、前記溝による空間が画成されたことを特徴とする密封装置。
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