JP6722517B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受の内部を密封する密封装置に関する。

例えば玉軸受のような転がり軸受は周知であり、例えば自動車のハブに使用されている。転がり軸受の内部を密封する密封装置としては、特許文献１に記載されたものがある。この密封装置は、転がり軸受の外輪に固定される環状体と、環状体から半径方向内側に延びるラジアルリップと、環状体から側方に延びる２つのサイドリップとを備える。ラジアルリップは、軸受の内輪の外周面または内輪に固定される部品の外周面に接触して、軸受内部の潤滑剤を密封する機能を有し、２つのサイドリップは、内輪のフランジ等に接触して、外部から泥水やダスト等の異物が軸受内部へ侵入しないように封止する機能を有する。

特許３９９１２００号公報

この種の密封装置については、軸受内部と外部を遮断する機能が重要である一方で、密封装置自体が回転軸に与えるトルクができるだけ少ないことが望ましい。

そこで、本発明は、転がり軸受内部と外部を適切に遮断するととともに、回転軸に与えるトルクの上昇を抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る密封装置は、転がり軸受の相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、前記外側部材に固定される環状体と、前記環状体から半径方向内側に延びるラジアルリップと、前記環状体から側方に互いに並んで延びる２つのサイドリップとを備え、一方のサイドリップの他方のサイドリップに対向する面には、前記２つのサイドリップの周方向全体にわたる密着を防止するための突起または溝が形成されていることを特徴とする。

なんらかの原因で、２つのサイドリップが周方向全体にわたって密着し一体化してしまうと、一方のサイドリップが、内側部材または内側部材に固定される部品に対して、所望の接触状態を維持することができず、他方のサイドリップが内側部材または内側部材に固定される部品に対して、大きな力を与えてしまう。これは回転軸に与えるトルクの上昇の原因になる。そして、２つのサイドリップ間の空間内部が負圧になると、この状態が継続する。しかるに、本発明に係る密封装置においては、一方のサイドリップの他方のサイドリップに対向する面には、２つのサイドリップの周方向全体にわたる密着を防止するための突起または溝が形成されている。したがって、２つのサイドリップが互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、２つのサイドリップ間の空間内部が他の部分と連通し、２つのサイドリップが離れることが容易である。このため、回転軸に与えるトルクの上昇を抑制することが可能である。

前記突起または前記溝が密封装置の周方向に不連続に複数設けられていると好ましい。突起が周方向に不連続なことにより、２つのサイドリップが互いに接近して、突起が対向するサイドリップに接触したとしても、突起以外の部分を介して、２つのサイドリップ間の空間内部が他の部分と連通する。また、周方向に不連続に複数の突起が設けられることによって、単一の突起が設けられる場合に比べて、２つのサイドリップ間の接触箇所が分散されるため、内側部材または内側部材に固定される部品に対する両方のサイドリップの接触圧の周方向のバラツキが低減される。溝が周方向に不連続なことにより、２つのサイドリップが互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、溝を介して、２つのサイドリップ間の空間内部が他の部分と連通する。また、周方向に不連続に複数の溝が設けられることによって、単一の溝が設けられる場合に比べて、内側部材または内側部材に固定される部品に対する両方のサイドリップの接触圧の周方向のバラツキが低減される。

本発明においては、２つのサイドリップの周方向全体にわたる密着が防止される。このため、１つのサイドリップだけが、内側部材または内側部材に固定される部品に接触する事態が低減し、トルクの上昇を抑制することができる。また、２つのサイドリップの各々が、内側部材または内側部材に固定される部品に接触する期間がより長くなるため、外部からの異物の侵入を防止するサイドリップの機能が適切に維持される。

本発明の実施形態に係る密封装置が使用される転がり軸受の一例の部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係る密封装置の部分断面図である。 図２の密封装置の一部の拡大断面図である。 図２の密封装置の一部の拡大斜視図である。 比較例の密封装置の一部の拡大断面図である。 密封装置で起こり得る不利な状況を示す比較例の密封装置の一部の拡大断面図である。 密封装置に起こり得る不利な状況の一因を説明するための概略図である。 本発明の第２実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。 本発明の第５実施形態に係る密封装置の部分断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の実施形態に係る密封装置が使用される転がり軸受の一例である自動車用のハブ軸受を示す。但し、本発明の用途はハブ軸受には限定されず、他の転がり軸受にも本発明は適用可能である。また、以下の説明では、ハブ軸受は、玉軸受であるが、本発明の用途は玉軸受には限定されず、他の種類の転動体を有する、ころ軸受、針軸受などの他の転がり軸受にも本発明は適用可能である。

このハブ軸受１は、スピンドル（図示せず）が内部に挿入される孔２を有するハブ（内側部材）４と、ハブ４に取り付けられた内輪（内側部材）６と、これらの外側に配置された外輪（外側部材）８と、ハブ４と外輪８の間に１列に配置された玉１０と、内輪６と外輪８の間に１列に配置された玉１２と、これらの玉を定位置に保持する複数の保持器１４，１５とを有する。

スピンドルおよびハブ軸受１の共通軸線は、図１の上下方向に延びている。図１においては、共通軸線に対する左側部分のみが示されている。図示しないが、図１の上側は自動車の車輪が配置される外側（アウトボード側）であり、下側は差動歯車などが配置される内側（インボード側）である。ハブ軸受１の外輪８は、ハブナックル１６に固定される。ハブ４は車輪を取り付けるためのアウトボード側フランジ１８を有する。

外輪８のアウトボード側の端部の内側には、外輪８とハブ４との間の間隙を封止する密封装置２０が配置されており、外輪８のインボード側の端部の内側には、外輪８と内輪６との間の間隙を封止する密封装置２２が配置されている。これらの密封装置２０，２２の作用により、ハブ軸受１の内部からのグリース、すなわち潤滑剤の流出が防止されるとともに、外部からハブ軸受１の内部への異物の流入が防止される。

図２に示すように、密封装置２０は、ハブ軸受１の外輪８のアウトボード側の端部と、ハブ軸受１のハブ４の玉１０の近傍の外周面２３と、ハブ４の外周面２３よりも外側に広がるフランジ面２４と、外周面２３とフランジ面２４とを連結する円弧面２５とで囲まれた空間内に配置される。密封装置２０は環状であるが、図２においては、その左側部分のみが示されている。

密封装置２０は、弾性体、例えばエラストマーで形成された弾性環３０と、弾性環３０を補強する剛体、例えば金属製の断面がほぼＬ字形の補強環３２とを有する。補強環３２は、その一部が弾性環３０に埋設されており、弾性環３０に密着している。

密封装置２０は、外輪８に固定される主環状体２６と、主環状体２６から半径方向内側に延びるラジアルリップ３４と、主環状体２６から側方に互いに並んで延びる２つのサイドリップ３６，３８とを有する。

主環状体２６は、弾性環３０と補強環３２から構成される部分である。ラジアルリップ３４およびサイドリップ３６，３８は、弾性体のみから形成されており、弾性環３０から延びる薄板状の円環である。

主環状体２６は、外輪８の端部の内部空間の内周面に固定される外側シール部である。固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。補強環３２の図２中の上下に延びる部分、すなわち円筒状の部分は、外輪８の端部の内部空間に挿入される。補強環３２の外側には、弾性環３０の一部分が配置されており、補強環３２はその部分を外輪８の端部の内部空間の内周面に強固に押圧する。

ラジアルリップ３４は、主環状体２６から半径方向内側、かつ密封される転動体である玉１０側に向けて延び、ハブ４の玉１０の近傍の外周面２３に接触する。ラジアルリップ３４は、主にハブ軸受１の内部からの潤滑剤の流出を阻止する役割を担う。

サイドリップ３６，３８は、主環状体２６から側方（この実施の形態ではアウトボード側）、かつ半径方向外側に向けて延びる。サイドリップ３６は、ハブ４のフランジ面２４に接触し、サイドリップ３８はフランジ面２４または円弧面２５に接触する。サイドリップ３６，３８は、主に外部からハブ軸受１の内部への異物の流入を阻止する役割を担う。サイドリップ３８に比べて、大気側に配置されるサイドリップ３６は長いので、異物を阻止する能力が高い。サイドリップ３８は、サイドリップ３６をすり抜けて流入した異物を阻止するバックアップ機能を有する。サイドリップ３８は、ラジアルリップ３４とサイドリップ３６との間に存在するので、中間リップと呼ぶこともできる。

図面においては、密封装置２０をハブ軸受１に配置していない時のラジアルリップ３４およびサイドリップ３６，３８が示されている。この時、ラジアルリップ３４およびサイドリップ３６，３８は、外力を受けておらず、真っ直ぐな状態である。しかし、実際には、密封装置２０をハブ軸受１に配置すると、これらのリップはハブ４に接触し反力を受けて変形する。

図３に拡大して示すように、一方のサイドリップ３６の他方のサイドリップ３８に対向する面には、２つのサイドリップ３６，３８の周方向全体にわたる密着を防止するための突起４０が形成されている。図４に示すように、突起４０はサイドリップ３６の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられている。図６との対比から明らかなように、突起４０は、サイドリップ３８の先端が接触しうる位置に配置されている。

突起４０の効果を以下に説明する。突起４０が設けられていない図５に示すような密封装置を想定する。このような比較例の密封装置については、なんらかの原因で、図６に示すように、２つのサイドリップ３６，３８が周方向全体にわたって密着し一体化してしまうことがありうる。その原因としては以下が考えられる。

図７に示すように、サイドリップ３６，３８が接触するハブ４の外面に、ハブ４の製造時の切削加工または研磨加工によって螺旋状の微小な溝が残されてしまうことありうる（加工精度が低い場合）。ハブ軸受１の使用時に、このような螺旋状の溝が残ったままでいると、スピンドルひいてはハブ４の回転に伴って、溝による気流（図中矢印で示す）が発生し、この気流が短い方のサイドリップ３８をサイドリップ３６に近づけてゆき、ついにはサイドリップ３８を周方向全体にわたってサイドリップ３６に接触させてしまう可能性がある。また、スピンドルひいてはハブ４の回転に伴って、溝があたかも送りネジのように作用し、場合によっては、短い方のサイドリップ３８をサイドリップ３６に近づけてゆき、ついにはサイドリップ３８を周方向全体にわたってサイドリップ３６に接触させてしまう可能性がある。

また、密封装置２０がハブ４に対して偏心している場合には、サイドリップ３８の先端の一部がサイドリップ３６に向けて強く押圧されて移動し、ハブ４の回転に伴って、その移動が進行し、ついにはサイドリップ３８を周方向全体にわたってサイドリップ３６に接触させてしまう可能性がある。

いずれの原因にせよ、２つのサイドリップ３６，３８が一体化してしまうと、一方のサイドリップ（特に短い方のサイドリップ３８）が、ハブ４に対して、所望の接触状態を維持することができず、他方のサイドリップ（特に長い方のサイドリップ３６）がハブ４に対して、大きな力を与えてしまう。これは回転スピンドルに与えるトルクの上昇の原因になる。

そして、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が負圧になると、この状態が継続する。密封装置２０の使用時には、スピンドルひいてはハブ４の回転時には熱が発生し温度が上昇し、回転が停止すると温度が低下する。互いに接触する２つのサイドリップ３６，３８で画定される空間内部の温度が低下すると、空間内部が負圧になり、サイドリップ３６，３８が密着した状態が維持される。したがって、スピンドルの回転再開時には、２つのサイドリップ３６，３８が密着しており、その時のトルクが高くなってしまう。

しかるに、密封装置２０においては、図３および図４に示すように、一方のサイドリップ３６の他方のサイドリップ３８に対向する面には、２つのサイドリップ３６，３８の周方向全体にわたる密着を防止するための突起４０が形成されている。したがって、２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が突起４０以外の部分を介して他の部分と連通し、２つのサイドリップ３６，３８が離れることが容易である。このため、１つのサイドリップだけがハブ４に接触する事態が低減し、スピンドルに与えるトルクの上昇を抑制することが可能である。

また、２つのサイドリップ３６，３８の各々が、ハブ４に接触する期間がより長くなるため、外部からの異物の侵入を防止するサイドリップ３６，３８の機能が適切に維持される。

以上の観点から、突起４０の数は１つでもよい。２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、突起４０が対向するサイドリップ３８に接触したとしても、突起４０以外の部分を介して、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が他の部分と連通する。

但し、図４に示すように、突起４０はサイドリップ３６の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられていると好ましい。突起４０が周方向に不連続なことにより、２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、突起４０以外の部分を介して、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が他の部分と連通する。また、周方向に不連続に複数の突起４０が設けられることによって、単一の突起が設けられる場合に比べて、２つのサイドリップ３６，３８間の接触箇所が分散されるため、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキが低減される。

限定されないが、これらの突起４０の高さｈ（図３参照）は均等であると好ましく、突起４０の周方向の間隔も均等であると好ましい。これらの場合には、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキがより低減される。

第２実施形態
図８は、本発明の第２実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。図９は、本発明の第３実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。図１０は、本発明の第４実施形態に係る密封装置の一部の拡大断面図である。図８以降の図面において、第１実施形態と共通する構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

図８に示すように、第２実施形態においては、突起４０の代わりに、溝４２がサイドリップ３６に形成されている。図６との対比から明らかなように、溝４２は、溝４２がなければサイドリップ３８の先端が接触しうる位置に配置されている。図示しないが、溝４２はサイドリップ３６の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられている。

第２実施形態においても、２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が溝４２を介して他の部分と連通し、２つのサイドリップ３６，３８が離れることが容易である。このため、１つのサイドリップだけがハブ４に接触する事態が低減し、スピンドルに与えるトルクの上昇を抑制することが可能である。また、２つのサイドリップ３６，３８の各々が、ハブ４に接触する期間がより長くなるため、外部からの異物の侵入を防止するサイドリップ３６，３８の機能が適切に維持される。

以上の観点から、溝４２の数は１つでもよい。２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、突起４０が対向するサイドリップ３８に接触したとしても、溝４２を介して、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が他の部分と連通する。

但し、溝４２はサイドリップ３６の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられていると好ましい。溝４２が周方向に不連続なことにより、２つのサイドリップ３６，３８が互いに接近して、それらの一部同士が接触したとしても、溝４２を介して、２つのサイドリップ３６，３８間の空間内部が他の部分と連通する。また、周方向に不連続に複数の溝４２が設けられることによって、単一の溝が設けられる場合に比べて、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキが低減される。

限定されないが、これらの溝４２の深さｄは均等であると好ましく、溝４２の周方向の間隔も均等であると好ましい。これらの場合には、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキがより低減される。

第３実施形態
第１実施形態ではサイドリップ３６に突起４０が形成されているが、同じ目的のため、図９に示す第３実施形態のように、サイドリップ３８の先端のサイドリップ３６に対向する面に突起４４が形成されてもよい。

第１実施形態に関して上述したのと類似の理由で、突起４４の数は１つでもよいが、サイドリップ３８の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられていると好ましい。また、限定されないが、複数の突起４４の高さｈは均等であると好ましく、突起４４の周方向の間隔も均等であると好ましい。これらの場合には、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキがより低減される。

第４実施形態
第２実施形態ではサイドリップ３６に溝４２が形成されているが、同じ目的のため、図１０に示す第４実施形態のように、サイドリップ３８の先端のサイドリップ３６に対向する面に溝４６が形成されてもよい。

第２実施形態に関して上述したのと類似の理由で、溝４６の数は１つでもよいが、サイドリップ３８の周方向（すなわち密封装置２０の周方向）に不連続に複数設けられていると好ましい。また、限定されないが、複数の複数の溝４２の深さｄは均等であると好ましく、溝４２の周方向の間隔も均等であると好ましい。これらの場合には、ハブ４に対する両方のサイドリップ３６，３８の接触圧の周方向のバラツキがより低減される。

第５実施形態
図１１は、本発明の第５実施形態に係る密封装置５０の部分断面図である。この密封装置５０と、図２に示す第１実施形態の密封装置２０では、補強環３２の形状および向きが異なっている。

また、第５実施形態においては、密封装置５０は、スリンガと呼ばれる回転シール部材５２とともに使用されている。密封装置５０と回転シール部材５２は組み合わせられたアセンブリとみなすことも可能である。密封装置５０と回転シール部材５２は協働して、ハブ軸受１の内部からの潤滑剤の流出を防止する。

回転シール部材５２は、ハブ４の外周面に固定されるスリーブ５４と、スリーブ５４のアウトボード側の端部に一体に連結されてその外側に放射状に広がるフランジ５６とを有する。ハブ４とスリーブ５４の固定の方式は、限定されないが、例えば締まり嵌めであってよい。

フランジ５６は、アウトボード側からの異物の侵入を低減する機能を有する。特に、ハブ４の回転には、フランジ５６は異物を跳ね飛ばす。

密封装置５０のラジアルリップ３４は、回転シール部材５２のスリーブ５４の外周面に接触する。ラジアルリップ３４は、主にハブ軸受１の内部からの潤滑剤の流出を阻止する役割を担う。サイドリップ３６，３８は、回転シール部材５２のフランジ５６に接触し、第１実施形態と同様に、主に外部からハブ軸受１の内部への異物の流入を阻止する役割を担う。図面においては、密封装置５０をハブ軸受１に配置していない時のラジアルリップ３４およびサイドリップ３６，３８が示されている。この時、ラジアルリップ３４およびサイドリップ３６，３８は、外力を受けておらず、真っ直ぐな状態である。しかし、実際には、密封装置５０をハブ軸受１に配置すると、これらのリップはハブ４に接触し反力を受けて変形する。

第５実施形態の密封装置５０においても、第１〜第４実施形態と同様に、一方のサイドリップの他方のサイドリップに対向する面には、これらの２つのサイドリップの周方向全体にわたる密着を防止するための突起４０もしくは４４または溝４２もしくは４６を形成することができる。

第５実施形態の密封装置５０を図１に示す密封装置２２として使用してもよい。この場合、図１１のアウトボード側とインボード側が逆になる。

他の変形
以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。

例えば、サイドリップ３６またはサイドリップ３８に突起と溝の両方を形成してもよい。

また、サイドリップ３６に突起を形成し、サイドリップ３８の突起と噛み合わない位置に溝を形成してもよいし、逆にサイドリップ３８に突起を形成し、サイドリップ３６の突起と噛み合わない位置に溝を形成してもよい。これらの場合には、周方向に不連続な突起によって、２つのサイドリップ３６，３８の周方向全体にわたる密着を防止することができるので、溝は周方向に連続的であってもよい。

上記の溝または突起は、意図的に形成された溝または突起に限られず、サイドリップの表面の粗さによって現れる凹凸であってもよく、例えば、表面への梨地処理による凹凸であってもよい。

１ ハブ軸受
２ 孔
４ ハブ（内側部材）
６ 内輪（内側部材）
８ 外輪（外側部材）
１０，１２ 玉
１４，１５ 保持器
１６ ハブナックル
１８ アウトボード側フランジ
２０，２２，５０ 密封装置
２３ 外周面
２４ フランジ面
２５ 円弧面
２６ 主環状体（環状体）
３０ 弾性環
３２ 補強環
３４ ラジアルリップ
３６，３８ サイドリップ
４０，４４ 突起
４２，４６ 溝
５２ 回転シール部材
５４ スリーブ
５６ フランジ

Claims (2)

1. 転がり軸受の相対的に回転する内側部材と外側部材との間に配置され、前記内側部材と前記外側部材との間の間隙を封止する密封装置であって、
   前記外側部材に固定される環状体と、
   前記環状体から半径方向内側に延びるラジアルリップと、
   前記環状体から側方に互いに並んで延びる２つのサイドリップとを備え、
   一方のサイドリップの他方のサイドリップに対向する面には、前記２つのサイドリップの周方向全体にわたる密着を防止するための突起または溝が形成されており、
   前記突起または前記溝が密封装置の周方向に不連続に複数設けられていることを特徴とする密封装置。
2. 前記突起または溝は、前記サイドリップの先端またはサイドリップの先端が接触しうる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
   

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