JP6106425B2

JP6106425B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP6106425B2
Application number: JP2012275912A
Authority: JP
Inventors: 真太郎境; 修司藤田
Original assignee: Koyo Sealing Techno Co Ltd
Current assignee: Koyo Sealing Techno Co Ltd
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: JP2013190102A

Description

本発明は、例えば、自動車の車輪を支持するための転がり軸受に用いられる密封装置に関する。

従来より、自動車等の車輪を支持するための転がり軸受装置には、その内部に泥水や異物等が侵入するのを防止するために内外輪間を密封するための密封装置が用いられている。このような密封装置は、転がり軸受装置の内外輪間の両端に取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。
図４は、自動車用の転がり軸受装置の一端部側に取り付けられた従来の密封装置を示す断面図である。図中、転がり軸受装置６０は、自動車の車輪を固定するためのフランジ部６１が形成された回転輪としての内輪６２と、固定輪としての外輪６３と、転動体としての円錐ころ６４とを備えている。転がり軸受装置６０に取り付けられた密封装置５０は、フランジ部６１に対向する外輪６３の端部に内嵌固定された金属製の芯金５１と、弾性素材からなるとともに芯金５１に取り付けられて内輪６２の外周面及びフランジ部６１に摺接する複数のシールリップ５２〜５４とを備えている。これら複数のシールリップ５２〜５４は、芯金５１の外方側面を基端として内輪６２の外周面及びフランジ部６１へ延びるように形成されており、車両の走行に伴って回転する内輪６２の外周面及びフランジ部６１に摺接することで、内外輪の隙間を密封し、当該転がり軸受装置６０内部に泥水や異物等が侵入するのを防止している。

特開２００４−７６７８４号公報

上記密封装置５０は、外輪６３と芯金５０との間が金属同士の嵌合となっているので、加工精度の誤差や、嵌合時において芯金５０に生じる歪み等によって、外輪６３と芯金５０との間にすき間が生じることがある。このようなすき間が生じると、泥水や異物等が転がり軸受装置６０の内部に侵入するおそれが生じる。泥水や異物等が前記すき間から転がり軸受装置６０の内部に侵入すれば、転がり軸受装置６０の寿命低下等の原因となるため好ましくない。
このため、このような密封装置において、外輪と芯金との間の密封性を高めるための方策が嘱望されていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、外輪と芯金との間の密封性を高めることができ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の本発明は、内輪と、前記内輪の外周側に同心に配置された外輪と、を備えた転がり軸受装置に用いられ、前記内輪と前記外輪との間の環状空間を密封する転がり軸受装置用の密封装置であって、前記外輪の一端部の内周面に嵌合固定される円筒部、及び、前記外輪の一端面と当接した状態で前記円筒部の一端部から径方向外側に延びる円環部を有する金属製の芯金と、弾性素材からなるとともに、前記芯金に取り付けられ、前記内輪の周面に摺接するシールリップと、基端部が前記円環部の径方向先端部に密着され、前記外輪の一端部側から前記外輪の外周面に沿って軸方向に延びるとともに当該外輪の外周面に密接嵌合する内周面を有している弾性素材からなる外周筒状部と、前記円環部の先端に設けられた薄肉部から前記外輪の一端面側に環状に突出し、前記外輪の一端面と前記薄肉部との間で弾性的につぶされて前記外輪の一端面と前記薄肉部との間を密封する突起と、を備えていることを特徴としている。

上記のように構成された密封装置によれば、転がり軸受装置に取り付けた状態で、外輪の外周面に、弾性素材からなる外周筒状部の内周面を密接させることができるので、外周筒状部と外輪との間を密封することができる。このため、外輪の内周面と、この内周面に内嵌される芯金の円筒部との間にすき間が生じたとしても、軸受内部に泥水や異物等が侵入するのを防止でき、外輪と芯金との間の密封性を高めることができる。

上記密封装置において、前記外周筒状部を径方向に締め付けて当該外周筒状部の内周面を前記外輪外周面に押圧させる締付手段をさらに備えていることが好ましい。
この場合、外周筒状部の内周面を外輪に強く密着させることができるので、外輪と芯金との間の密封性をより高めることができる。

上記密封装置において、前記内輪の一端部に車輪を固定するためのフランジ部が一体に形成されており、このフランジ部の一側面の一部が前記円環部にすき間を有して対向しており、前記円環部の前記フランジ部に対向する対向面には、当該対向面から前記フランジ部に向かって突出するとともに、その先端と前記フランジ部の一側面との間で前記すき間を密封するラビリンスシールを構成している環状突起部が形成されていることが好ましい。
この場合、円環部の対向面に、その先端とフランジ部との間で前記すき間をシールするラビリンスシールを構成する環状突起部が設けられているので、転がり軸受の回転トルクを過大に増加させることなく、外輪とフランジ部との間のすき間から外輪の内周側に泥水や異物が侵入するのを抑制できる。
この結果、外輪の内周側に留まる泥水等に過度にさらされることによって生じるシールリップの密封性の低下を防止でき、密封性能を長期に渡って維持することができる。

本発明の密封装置によれば、外輪と芯金との間の密封性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置が用いられている転がり軸受装置の断面図である。図１中の密封装置の拡大断面図である。密封装置の他の例を示す断面図である。自動車用の転がり軸受装置の一端部側に取り付けられた従来の密封装置を示す断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る密封装置が用いられている転がり軸受装置の断面図である。この転がり軸受装置１は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する。

転がり軸受装置１は、外輪２と、内輪としての内軸３と、外輪２と内軸３の間に配置された転動体としての複数の円錐ころ４と、これらの円錐ころ４をそれぞれ保持する保持器５と、を備えており、複列の円錐ころ軸受を構成している。
外輪２は、自動車の懸架装置に固定される固定輪であり、内軸３の外周側に同心に配置されている。外輪２の内周面には、円錐ころ４が転動する外輪軌道２ａが形成されている。

内軸３は、回転輪であると同時に図示しない車輪が取り付けられる車軸を構成している。内軸３の外周面には、円錐ころ４が転動する内輪軌道３ａが形成されている。内軸３の一端部には、車輪を固定するためのフランジ部６が形成されている。このフランジ部６は、その一側面の一部が外輪２の一端面との間ですき間Ｓを有して対向している。転がり軸受装置１は、このフランジ部６が形成されている一端部側が車両外方側、他端部側が車両内方側となるように懸架装置に固定される。
以上の構成により、転がり軸受装置１は、図示しない車輪が固定される内軸３を車両に対して回転自在に支持する。

また、外輪２の両端部と、内軸３との間には、外輪２と内軸３との間の環状空間を密封するための密封装置９，１０が取り付けられている。このうち、フランジ部６との間ですき間Ｓを形成している外輪２の一端部側に取り付けられている密封装置１０には、本発明の一実施形態である密封装置が用いられている。

図２は、図１中の密封装置１０を拡大して示した断面図である。図において、密封装置１０は、外輪２の一端部に固定された円環状の芯金１１と、この芯金１１に取り付けられたシール部材１２とを備えている。

芯金１１は、ＳＰＣＣ等の鋼板をプレス加工することによって環状に形成されており、外輪２一端部の内周面２ｄに嵌合固定された円筒部１３と、外輪２の一端面２ｂに当接した状態で円筒部１３の一端部から径方向外側に延びている円環部１４と、円筒部１３の他端部から径方向内側に延びてシール部材１２を支持している内鍔部１５とを有している。
円環部１４は、外輪２の一端面２ｂに当接することで、密封装置１０全体を軸方向に対して位置決めしている。また、円環部１４は、一端面２ｂと当接して形成されていることで、フランジ部６に対して対向配置されている。

シール部材１２は、ニトリルゴム等の弾性素材を円環状に形成したもので、内鍔部１５及び円筒部１３に加硫接着することによって芯金１１に密着形成されている。このシール部材１２は、内軸３の外周面３ｂに摺接するラジアルリップ１２ａ，１２ｂと、フランジ部６の一側面６ａに摺接するアキシャルリップ１２ｃとを有している。これらラジアルリップ１２ａ，１２ｂ及びアキシャルリップ１２ｃは、芯金１１の内鍔部１５を基端としてそれぞれ外周面３ｂ、一側面６ａに延びるように形成されており、当該転がり軸受装置１の内部に泥水や、砂、小石等の異物が進入しないように密封している。

また、シール部材１２は、円環部１４に設けられてフランジ部６に向かって突出している環状突起部２０を有している。この環状突起部２０は、円環部１４のフランジ部６に対向している対向面１４ａからフランジ部６に向かって突出するように形成されている。環状突起部２０は、芯金１１の外側面に沿って密着形成されている基部１２ｄによって、各リップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと繋がっており、上記各リップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとともにシール部材１２として一体的に芯金１１に密着形成されている。従って、環状突起部２０は、ニトリルゴム等の弾性素材により形成されている。

環状突起部２０は、円環部１４側から軸方向に沿ってフランジ部６の一側面６ａ側に延びる環状の外周部２１と、この外周部２１の先端部２２から円環部１４側に向かって漸次縮径する内周部２３とを有しており、その断面形状が、ほぼ直角三角形とされている。
外周部２１の先端部２２は、内周部２３との間を滑らかに繋ぐＲ面に形成されている。先端部２２は、フランジ部６の一側面６ａに対して例えば、０．５ｍｍのクリアランスをおいて形成されている。これによって、環状突起部２０の外周部２１の先端部２２と、フランジ部６の一側面６ａとの間で、すき間Ｓを密封するラビリンスシールが構成されている。

よって、本実施形態の密封装置１０では、転がり軸受装置１の回転トルクを過大に増加させることなく、外輪２とフランジ部６との間のすき間Ｓから外輪２の内周側に泥水や異物が侵入するのを抑制できる。

さらに、環状突起部２０の外周部２１が、円環部１４側から軸方向に沿ってフランジ部６の一側面６ａ側に延びているので、すき間Ｓから侵入しようとする外部からの泥水等を遮蔽することができその侵入をより効果的に防止できる。
また、環状突起部２０の内周部２３が、外周部２１の先端部２２から円環部１４側に向かって漸次縮径しているので、万一、外輪２の内周側に泥水等が侵入してしまったとしても、密封装置１０の下部において、侵入した泥水等をその自重によって環状突起部２０の先端部２２まで段差なく導くことができ、前記ラビリンスシールを通して外部へ向けて排出することができる。この結果、泥水等が外輪２の内周側に留まってしまうのを防止することができる。

円環部１４の外周先端側には、外輪２の一端面２ｂに離間している薄肉部１４ｃが形成されている。薄肉部１４ｃは、外輪２の一端面２ｂに当接している円環部１４の本体部１４ｅの先端から径方向に延びて形成されている。

薄肉部１４ｃと、外輪２の一端面２ｂとの間には、円環部１４と外輪２の一端面２ｂとの間を密封するための環状シール部３１が介在している。
環状シール部３１は、薄肉部１４ｃの外輪２側の側面を覆うように後述する外周筒状部４０の基端部４１に繋がって形成されている。環状シール部３１は、環状突起部２０や、各リップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとともにシール部材１２として一体的に芯金１１に密着形成されている。従って、環状シール部３１は、ニトリルゴム等の弾性素材により形成されている。

環状シール部３１には、外輪２の一端面２ｂ側に環状に突出した突起３１ａと、突起３１ａの基端部の内外周側それぞれにおいて薄肉部１４ｃ側に凹んだ環状凹部３１ｂ，３１ｃとが形成されている。

突起３１ａは、外輪２に取り付けられる前の自由状態においては、図中、破線で示すように、本体部１４ｅに対して外輪２側に向けて突出している。突起３１ａは、外輪２に取り付けられると、薄肉部１４ｃと、外輪２の一端面２ｂとによって強圧され、図２に示すように、つぶされて弾性変形した状態で、薄肉部１４ｃと、外輪２の一端面２ｂとの間に介在する。図２中、破線で示されている部分は、突起３１ａにおける締め代である。

環状凹部３１ｂ，３１ｃは、図２に示すように、外輪２に取り付けられた状態で、その底部が一端面２ｂに接しない程度の深さに形成されている。環状凹部３１ｂ，３１ｃは、突起３１ａが弾性変形したときに、当該変形した環状突起３１ａを径方向に逃がすための空間を確保している。これによって、環状突起３１ａが外輪２の一端面２ｂに接触したときにスムーズに弾性変形させ、当該環状突起３１ａと、一端面２ｂとの間にすき間が生じるのを抑制することができる。

このように、環状シール部３１は、突起３１ａがつぶされて弾性変形した状態で、薄肉部１４ｃと、外輪２の一端面２ｂとの間に介在しているので、薄肉部１４ｃと一端面２ｂとの間を効果的に密封することができる。

また、シール部材１２は、外輪２の外周面２ｃに嵌合している外周筒状部４０を有している。この外周筒状部４０は、基端部４１が円環部１４の径方向先端部に繋がって密着形成されている。外周筒状部４０は、芯金１１の外側面に沿って密着形成されている基部１２ｄによって、各リップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと繋がっており、上記各リップ１２ａ，１２ｂ，１２ｃとともにシール部材１２として一体的に芯金１１に密着形成されている。従って、本実施形態において、外周筒状部４０は、ニトリルゴム等の弾性素材により形成されている。

外周筒状部４０は、外輪２の一端部側から外輪２の外周面２ｃに沿って軸方向に延びる内周面４２を有している。内周面４２は、当該密封装置１０（外周筒状部４０）が外輪２に取り付けられる前の自由状態においては、図中、破線で示すように、外輪２の外周面２ｃの外径寸法よりも小さい内径寸法に形成されている。この破線で示されている部分は、内周面４２における、外周面２ｃに対する締め代４２ａであり、この締め代４２ａは、軸方向にほぼ均等に形成されている。外周筒状部４０の内周面４２は、この締め代４２ａを設けたことによる弾性収縮によって、外輪２の外周面２ｃに密接嵌合している。

なお、本実施形態の密封装置１０は、転がり軸受装置１に取り付ける際、芯金１１の円筒部１３を外輪２の内周面２ｄに嵌合しつつ、外周筒状部４０を外輪２の外周面２ｃに嵌合しなければならない。このため、締め代４２ａは、このような取り付け作業を行うことができる程度の値に設定される。

外周筒状部４０の外周面４０ａには、軸方向において外輪２の一端部に対応する位置から径方向外側に環状に突出している外周鍔部４３と、当該外周面４０ａに対して僅かに凹む環状溝４４とが形成されている。

外周鍔部４３は、フランジ部６に対向して形成されており、外部の泥水や異物等がラビリンスシールを構成している環状突起部２０とフランジ部６との間に到達するのを制限することができる。なお、この外周鍔部４３は、小石等の異物が衝突したとしても、変形や破損が生じない程度に比較的厚肉に形成されている。
また、外周鍔部４３は、外輪２の一端部側から突出しているので、円環部１４の径方向先端部を外輪２の外周面２ｃよりも径方向外側に延長すれば、当該円環部１４を外周鍔部４３の内部に配置することができる。しかし、本実施形態では、円環部１４の径方向先端部を外輪２の外周面２ｃよりも径方向内側に留め、外周鍔部４３にまで円環部１４を延ばさない構成としている。
これは、外周鍔部４３にまで円環部１４が延びていると、外周鍔部４３に小石等の異物が衝突したときに、当該異物の衝突による衝撃力が円環部１４を介して芯金１１全体に作用し、密封装置１０が破損したり、転がり軸受装置１からはずれてしまうおそれが生じるからである。外周鍔部４３にまで円環部１４を延ばさない構成とすることで、外周鍔部４３に異物が衝突したとしても、芯金１１全体にその衝撃力が及ぶのを抑制することができる。

環状溝４４は、軸方向において内周面４２に対応する位置に形成されている。環状溝４４の溝内には、スチールバンド４５が巻き付けられている。環状溝４４は、スチールバンド４５の軸方向における位置を内周面４２に対応する位置に位置決めしている。
スチールバンド４５は、例えばステンレス鋼により形成されたものであり、外周筒状部４０を径方向に締め付けている。これにより、スチールバンド４５は、外周筒状部４０の内周面４２を外輪２の外周面２ｃに押圧させている。つまり、スチールバンド４５は、外周筒状部４０を径方向に締め付けて当該外周筒状部４０の内周面４２を外輪２の外周面２ｃに押圧させる締付手段を構成している。

上記のように構成された密封装置１０によれば、転がり軸受装置１に取り付けた状態で、外輪２の外周面２ｃに、弾性素材からなる外周筒状部４０の内周面４２を密接させることができるので、外周筒状部４０と外輪２との間を密封することができる。このため、外輪２の内周面２ｄと、この内周面２ｄに嵌合される芯金１１の円筒部１３との間にすき間が生じたとしても、軸受内部に泥水や異物等が侵入するのを防止でき、外輪２と芯金１１との間の密封性を高めることができる。

また、上記密封装置１０では、外周筒状部４０を径方向に締め付けているスチールバンド４５を備えているので、外周筒状部４０の内周面４２を外輪２の外周面２ｃに強く密着させることができ、外輪２と芯金１１との間の密封性をより高めることができる。
特に、密封装置１０を転がり軸受装置１取り付ける際の作業性を考慮して、締め代４２ａを比較的緩い値に設定した場合であっても、スチールバンド４５によって、外周筒状部４０の内周面４２を外輪２の外周面２ｃに強く密着させることができ、十分な密封性を確保することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、外周筒状部４０の内周面４２の締め代４２ａを軸方向にほぼ均等に形成した場合を例示したが、例えば、図３に示すように、締め代４２ａを、軸方向断面が三角形状のリップ状に形成してもよい。この場合、外周筒状部４０の締め代４２ａを、軸方向にほぼ均等に形成した場合よりも大きくすることができ、内周面４２の外輪２の外周面２ｃに対する密着力をより高めることができる。
また、上記実施形態では、締付手段としてスチールバンド４５を用いたが、図３に示すように、ステンレス鋼製のスプリングを用いたバンド４６によって外周筒状部４０を締め付けてもよい。

１軸受装置２外輪２ｂ一端面２ｃ外周面
２ｄ内周面３内軸３ｂ外周面６フランジ部
６ａ一側面１０密封装置１１芯金１２シール部材
１２ａ，１２ｂ，１２ｃシールリップ１３円筒部
１４円環部１４ａ対向面２０環状突起部
４０外周筒状部４１基端部４２内周面４５スチールバンド
４６バンド

Claims

内輪と、前記内輪の外周側に同心に配置された外輪と、を備えた転がり軸受装置に用いられ、前記内輪と前記外輪との間の環状空間を密封する転がり軸受装置用の密封装置であって、
前記外輪の一端部の内周面に嵌合固定される円筒部、及び、前記外輪の一端面と当接した状態で前記円筒部の一端部から径方向外側に延びる円環部を有する金属製の芯金と、
弾性素材からなるとともに、前記芯金に取り付けられ、前記内輪の周面に摺接するシールリップと、
基端部が前記円環部の径方向先端部に密着され、前記外輪の一端部側から前記外輪の外周面に沿って軸方向に延びるとともに当該外輪の外周面に密接嵌合する内周面を有している弾性素材からなる外周筒状部と、
前記円環部の先端に設けられた薄肉部から前記外輪の一端面側に環状に突出し、前記外輪の一端面と前記薄肉部との間で弾性的につぶされて前記外輪の一端面と前記薄肉部との間を密封する突起と、
を備えていることを特徴とする転がり軸受装置用の密封装置。
前記外周筒状部を径方向に締め付けて当該外周筒状部の内周面を前記外輪外周面に押圧させる締付手段をさらに備えている請求項１に記載の転がり軸受装置用の密封装置。
前記内輪の一端部に車輪を固定するためのフランジ部が一体に形成されており、このフランジ部の一側面の一部が前記円環部にすき間を有して対向しており、
前記円環部の前記フランジ部に対向する対向面には、当該対向面から前記フランジ部に向かって突出するとともに、その先端と前記フランジ部の一側面との間で前記すき間を密封するラビリンスシールを構成している環状突起部が形成されている請求項１又は２に記載の転がり軸受装置用の密封装置。