JP7176935B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、密封装置に関する。

自動車等の車両において、車輪を回転自在に支持するために車輪用軸受装置（ハブユニット）が用いられている。車輪用軸受装置は、車体側の懸架装置に固定される外輪と、車輪が取り付けられるハブ軸と、外輪とハブ軸との間に設けられている転動体とを備えている。また、このような車輪用軸受装置には、軸受外部から泥水等の異物が軸受内部に浸入するのを防ぐために、密封装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の密封装置は、ハブ軸の外周側に嵌合して固定されるスリンガと、外輪の車両アウタ側の端部に嵌合して固定される芯金と、この芯金に固着されてスリンガに摺接するシール部材と、を備えている。シール部材は、外輪の外周面に沿って車両アウタ側から車両インナ側に延びるリップを有しており、このリップの径方向外方には、スリンガの径方向外端部から車両インナ側に延びる円筒部が近接して対向している。これにより、リップと円筒部との間にはラビリンス隙間が形成され、泥水等がシール部材とスリンガとの摺接部分に浸入するのを抑制している。

特開２０１７－１７２７１８号公報

前記密封装置では、その使用環境下における泥水等の流量を想定し、この想定した流量に基づいて、対泥水性を確保することが行われている。しかし、最近では、より過酷な使用環境にも対応できるように、泥水等の想定流量として、従来よりも多い量を採用することが多くなってきている。このため、耐泥水性を従来よりも向上させることが望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、耐泥水性を向上させることができる密封装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記フランジ部よりも車両インナ側において前記ハブ軸の外周面の径方向外方に配置された外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられた複数の転動体と、を備えた車輪用軸受装置に用いられる密封装置であって、前記ハブ軸の外周面に嵌合して前記ハブ軸に固定される第１円筒部、前記第１円筒部の車両アウタ側の端部から前記フランジ部の側面に沿って径方向外方に延びる円板部、及び前記円板部の外周端部から車両インナ側に延びる第２円筒部を有するスリンガと、前記外輪の車両アウタ側の端部に嵌合して前記外輪に固定される芯金と、前記芯金に固定され、前記第１円筒部及び前記円板部の少なくとも一方に摺接するシールリップと、前記芯金に固定され、外周面が前記第２円筒部の内周面に対向して配置されることで当該第２円筒部との間でラビリンス隙間を形成する円筒状のデフレクタと、を備え、前記第２円筒部の車両インナ側の端面が、前記デフレクタの車両インナ側の端面と同一面上に配置されている。

上記（１）のように構成された密封装置によれば、第２円筒部の車両インナ側の端面が、デフレクタの車両インナ側の端面と同一面上に配置されることで、泥水等が、第２円筒部とデフレクタとの間から、シールリップとスリンガとの摺接部分に浸入するのを効果的に抑制することができる。これにより、密封装置の耐泥水性を向上させることができる。
すなわち、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、互いにラビリンス隙間を形成する第２円筒部及びデフレクタに着目し、これら両部材の車両インナ側の端面同士を同一面上に配置することで、泥水等が前記両部材の間からシールリップ側に浸入し難くなることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

（２）他の観点から見た本発明は、車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記フランジ部よりも車両インナ側において前記ハブ軸の外周面の径方向外方に配置された外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられた複数の転動体と、を備えた車輪用軸受装置に用いられる密封装置であって、前記ハブ軸の外周面に嵌合して前記ハブ軸に固定される第１円筒部、前記第１円筒部の車両アウタ側の端部から前記フランジ部の側面に沿って径方向外方に延びる円板部、及び前記円板部の外周端部から車両インナ側に延びる第２円筒部を有するスリンガと、前記外輪の車両アウタ側の端部に嵌合して前記外輪に固定される芯金と、前記芯金に固定され、前記第１円筒部及び前記円板部の少なくとも一方に摺接するシールリップと、前記芯金に固定され、外周面が前記第２円筒部の内周面に対向して配置されることで当該第２円筒部との間でラビリンス隙間を形成する円筒状のデフレクタと、を備え、前記第２円筒部の車両インナ側の端面が、前記デフレクタの車両インナ側の端面よりも所定長さだけ車両アウタ側に配置されている。

上記（２）のように構成された密封装置によれば、第２円筒部の車両インナ側の端面が、デフレクタの車両インナ側の端面よりも所定長さだけ車両アウタ側に配置されることで、泥水等が、第２円筒部とデフレクタとの間から、シールリップとスリンガとの摺接部分に浸入するのを効果的に抑制することができる。これにより、密封装置の耐泥水性を向上させることができる。
すなわち、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、互いにラビリンス隙間を形成する第２円筒部及びデフレクタに着目し、第２円筒部の車両インナ側の端面を、デフレクタの車両インナ側の端面よりも所定長さだけ車両アウタ側に配置することで、これら両部材の間から、泥水等がシールリップ側に浸入し難くなることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

前記所定長さは１．０ｍｍであるのが好ましい。
この場合、密封装置の耐泥水性を効果的に向上させることができる。

本発明の密封装置によれば、耐泥水性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る密封装置を備えた車輪用軸受装置を示す断面図である。 前記密封装置を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密封装置を示す拡大断面図である。 評価試験に用いた試験装置の説明図である。 評価試験の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。この車輪用軸受装置（ハブユニット）１０は、例えば自動車の車体側の懸架装置（ナックル）に取り付けられ、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１０は、ハブ軸１１と、外輪１２と、転動体１３と、保持器１４と、密封装置１５，１７とを備えている。

外輪１２は、円筒状の部材であり、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。外輪１２は、円筒形状である外輪本体５１と、この外輪本体５１から径方向外側に延びて設けられている固定用のフランジ部５２とを有している。このフランジ部５２が車体側部材であるナックル（図示せず）に固定されることで、外輪１２を含む車輪用軸受装置１０はナックルに固定される。

車輪用軸受装置１０が車体側に固定された状態で、ハブ軸１１が有する後述の車輪取り付け用のフランジ部５６側が車両の外側となる。つまり、図１の左側（フランジ部５６側）が車両アウタ側となり、図１の右側が車両インナ側となる。また、図１の左右方向が車輪用軸受装置１０の軸方向となる。

ハブ軸１１は、軸本体部５５と、車輪が取り付けられるフランジ部５６と、内輪部材５７とを有している。これらは、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。軸本体部５５は軸方向に長い軸部材である。フランジ部５６は、軸本体部５５の車両アウタ側から径方向外方に延びて設けられており、円環形状を有している。フランジ部５６には、周方向に沿って複数の穴が形成されており、この穴に、車輪取り付け用のボルト６９が取り付けられている。フランジ部５６には、図外の車輪の他にブレーキロータが取り付けられる。内輪部材５７は、環状の部材であり、軸本体部５５の車両インナ側に嵌合して取り付けられている。軸本体部５５の車両アウタ側の外周面には軸軌道面１１ａが形成され、内輪部材５７の外周面には内輪軌道面１１ｂが形成されている。

外輪１２は、フランジ部５６よりも車両インナ側においてハブ軸１１の外周面の径方向外方に配置されている。外輪１２の内周には、車両アウタ側の外輪軌道面１２ａと、車両インナ側の外輪軌道面１２ｂとが形成されている。

車両アウタ側の軸軌道面１１ａと外輪軌道面１２ａとは径方向に対向し、これらの軌道面１１ａ，１２ａ間には転動体１３である玉が配置されている。同様に、車両インナ側の内輪軌道面１１ｂと外輪軌道面１２ｂとは径方向に対向し、これらの軌道面１１ｂ，１２ｂ間には転動体１３である玉が配置されている。これにより、転動体（玉）１３は二列設けられている。

各列の転動体（玉）１３は、環状の保持器１４によって保持されている。車両アウタ側の保持器１４は、車両アウタ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。車両インナ側の保持器１４は、車両インナ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。保持器１４は、例えば樹脂製とすることができる。このように、ハブ軸１１と外輪１２との間に複数の転動体１３が保持器１４により保持されることで、外輪１２は、ハブ軸１１（軸本体部５５）の径方向外方においてハブ軸１１と同心状に設けられている。

車両インナ側の密封装置１７は、環状のシール部材４０と、環状のスリンガ５０とによって構成されている。シール部材４０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両インナ側に嵌合して取り付けられている。スリンガ５０は、内輪部材５７の外周面に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。シール部材４０の一部が、スリンガ５０に摺接することで、車両インナ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制することができる。軸受内部とは、ハブ軸１１と外輪１２との間であって、二列の転動体１３が設けられている領域である。

車両アウタ側の密封装置１５は、車両アウタ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制するものであり、環状のシール部材２０と、環状のスリンガ３０とを備えている。シール部材２０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両アウタ側に嵌合して取り付けられている。スリンガ３０は、軸本体部５５の外周面であって車両アウタ側に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。

図２は、密封装置１５を示す拡大断面図である。シール部材２０は、金属製の芯金２５と、ゴム製のシール本体２６とを有している。芯金２５は、外輪１２（外輪本体５１）の車両アウタ側の端部１２ｃの内周面に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。シール本体２６は、芯金２５に固定（加硫接着）されており、シールリップ２１と、円筒状のデフレクタ２３とを有している。シールリップ２１は、環状の第１リップ２１ａと、環状の第２リップ２１ｂとを有している。

第１リップ２１ａは、芯金２５の径方向内端部から車両アウタ側かつ径方向外方に延びており、スリンガ３０の円板部３２（後述）に対して軸方向から摺接する。これにより、第１リップ２１ａは、スリンガ３０との間から泥水等の異物（以下、単に「泥水等」という）が軸受内部に浸入するのを防ぐ機能を有している。なお、図２では、第１リップ２１ａを自由状態で示している。

第２リップ２１ｂは、芯金２５の径方向内端部から車両インナ側かつ径方向内方に延びており、スリンガ３０の第１円筒部３１（後述）に対して径方向から摺接する。これにより、第２リップ２１ｂは、主として軸受内部のグリースが外部へ流出するのを防ぐ機能を有している。

デフレクタ２３は、芯金２５の径方向外端部から軸方向に延びており、車両インナ側の内周面は外輪本体５１の外周面に密着している。デフレクタ２３の車両アウタ側の端面は、スリンガ３０の円板部３２に対して軸方向に間隔をあけて配置されている。

スリンガ３０は、金属製の環状部材であり、第１円筒部３１、円板部３２、及び第２円筒部３３を有している。第１円筒部３１は、円筒状の部材であり、軸本体部５５における車両アウタ側の外周面に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。

円板部３２は、円環状の平板部材であり、第１円筒部３１の車両アウタ側の端部から径方向外方に延びている。円板部３２は、フランジ部５６の車両インナ側の側面５６ａに沿って配置され、当該側面５６ａに当接している。

第２円筒部３３は、円板部３２の外周端部から車両インナ側に延びている。第２円筒部３３は、デフレクタ２３の径方向外方に近接して配置されている。これにより、デフレクタ２３の外周面と第２円筒部３３の内周面とが対向して配置され、デフレクタ２３と第２円筒部３３と間にラビリンス隙間Ｓが形成されている。ラビリンス隙間Ｓは、第１リップ２１ａと円板部３２との摺接部分に、外部から泥水等が浸入するのを抑制する機能を有している。

本実施形態では、ラビリンス隙間Ｓから前記摺接部分に泥水等が浸入するのをさらに抑制するために、第２円筒部３３の車両インナ側の端面３３ａが、デフレクタ２３の車両インナ側の端面２３ａと同一面上に配置されている。

図３は、本発明の第２実施形態に係る密封装置を示す拡大断面図である。本実施形態の密封装置１５では、第２円筒部３３の軸方向の長さが、第１実施形態における第２円筒部３３の軸方向の長さよりも短く形成されている。すなわち、本実施形態では、ラビリンス隙間Ｓから前記摺接部分に泥水等が浸入するのをさらに抑制するために、第２円筒部３３の車両インナ側の端面３３ａが、デフレクタ２３の車両インナ側の端面２３ａよりも軸方向の所定長さＬだけ車両アウタ側に配置されている。

前記所定長さＬは、１．０ｍｍに設定するのが好ましい。前記所定長さＬを１．０ｍｍ未満又は１．０ｍｍよりも長くすると、耐泥水性能が低下し、ラビリンス隙間Ｓから前記摺接部分に泥水等が浸入し易くなるからである。
なお、第２実施形態において説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。

図４は、本実施形態の密封装置１５により得られる効果を検証するために、本発明者が行った評価試験に用いた試験装置の説明図である。この試験装置９０は、ハブ軸に相当する回転軸９１と、外輪に相当する円筒状の外側部材９２と、外側部材９２の上方に配置されて泥水を注水する注水ノズル９３と、外側部材９２の径方向内側に配置された水受け容器９４とを備えている。

本評価試験では、試験装置９０の回転軸９１と外側部材９２との間に、以下に示す実施例１、実施例２及び比較例の３種類の密封装置をそれぞれ配置した状態で、回転軸９１を回転させながら注水ノズル９３から泥水を注水したときに、密封装置を通過して水受け容器９４に溜まる泥水浸入量を比較した。

実施例１：第２円筒部の車両インナ側の端面を、デフレクタの車両インナ側の端面と同一面上に配置した密封装置（第１実施形態の密封装置に相当）
実施例２：第２円筒部の車両インナ側の端面を、デフレクタの車両インナ側の端面よりも１．０ｍｍだけ車両アウタ側に配置した密封装置（第２実施形態の密封装置に相当）
比較例：第２円筒部の車両インナ側の端面を、デフレクタの車両インナ側の端面よりも１．０ｍｍだけ車両インナ側に配置した密封装置（従来の密封装置に相当）
なお、上記３種類の密封装置は、いずれも第１シールリップ及び第２シールリップを有していない。

本評価試験は、以下の試験条件で行った。
泥水の組成：水１Ｌに対してＪＩＳ８種の関東ローム１２５ｇを懸濁
泥水の注水量：７．２Ｌ／ｍｉｎ
注水ノズル９３の個数：２個（１個当たりの注水量：３．６Ｌ／ｍｉｎ）
各注水ノズル９３の内径：１２．７ｍｍ
各注水ノズル９３の外側部材９２に対する周方向の位置：一方の注水ノズル９３は、外側部材９２の真上の位置から周方向一方側へ３０°傾いた位置、他方の注水ノズル９３は、外側部材９２の真上の位置から周方向他方側へ３０°傾いた位置
各注水ノズル９３の外側部材９２に対する径方向の位置：外側部材９２の外周面から径方向外方に３２ｍｍ離れた位置
回転軸９１の回転数：０ｒｐｍから５００ｒｐｍまでの間で１００ｒｐｍ毎に測定
測定時間：１ｍｉｎ

図５は、本評価試験の試験結果を示すグラフである。図５に示すように、実施例１、実施例２及び比較例は、いずれも回転軸９１の回転数が低くなるほど泥水浸入量が多くなっているが、実施例１及び実施例２の泥水浸入量のほうが、比較例の泥水浸入量よりも少ないことが分かる。特に、回転軸９１の回転数が１００ｒｐｍ以下になると、実施例１及び実施例２の泥水浸入量と比較例の泥水浸入量との差が４０ｇ以上となり、実施例１及び実施例２は、回転軸９１の回転数が低くなるほど泥水浸入量を効果的に減少できることが分かる。

以上より、図２に示す第１実施形態の密封装置１５によれば、スリンガ３０における第２円筒部３３の車両インナ側の端面３３ａが、シール部材２０におけるデフレクタ２３の車両インナ側の端面２３ａと同一面上に配置されることで、泥水等が、第２円筒部３３とデフレクタ２３との間から、シールリップ２１とスリンガ３０との摺接部分に浸入するのを効果的に抑制することができる。これにより、密封装置１５の耐泥水性を向上させることができる。

また、図３に示す第２実施形態の密封装置１５によれば、第２円筒部３３の車両インナ側の端面３３ａが、デフレクタ２３の車両インナ側の端面２３ａよりも所定長さＬだけ車両アウタ側に配置されることで、泥水等が、第２円筒部３３とデフレクタ２３との間から、シールリップ２１とスリンガ３０との摺接部分に浸入するのを効果的に抑制することができる。これにより、密封装置１５の耐泥水性を向上させることができる。

なお、本発明の車輪用軸受装置は、上記実施形態で示すハブユニットに限らず、他の形態のハブユニットにも適用することができる。例えば、転動体として玉ではなく円すいころを用いたハブユニットにも適用することができる。
また、上記実施形態のシールリップ２１は、第１リップ２１ａ及び第２リップ２１ｂを有しているが、少なくとも一方のリップを有していればよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 車輪用軸受装置
１１ ハブ軸
１２ 外輪
１３ 転動体
２１ シールリップ
２３ デフレクタ
２３ａ 端面
２５ 芯金
３０ スリンガ
３１ 第１円筒部
３２ 円板部
３３ 第２円筒部
３３ａ 端面
５６ フランジ部
Ｌ 所定長さ
Ｓ ラビリンス隙間

Claims (3)

1. 車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記フランジ部よりも車両インナ側において前記ハブ軸の外周面の径方向外方に配置された外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられた複数の転動体と、を備えた車輪用軸受装置に用いられる密封装置であって、
   前記ハブ軸の外周面に嵌合して前記ハブ軸に固定される第１円筒部、前記第１円筒部の車両アウタ側の端部から前記フランジ部の側面に沿って径方向外方に延びる円板部、及び前記円板部の外周端部から車両インナ側に延びる第２円筒部を有するスリンガと、
   前記外輪の車両アウタ側の端部に嵌合して前記外輪に固定される芯金と、
   前記芯金に固定され、前記第１円筒部及び前記円板部の少なくとも一方に摺接するシールリップと、
   前記芯金に固定され、外周面が前記第２円筒部の内周面に対向して配置されることで当該第２円筒部との間でラビリンス隙間を形成する円筒状のデフレクタと、を備え、
   前記第２円筒部の車両インナ側の端面が、前記デフレクタの車両インナ側の端面と同一面上に配置されていて、
   前記デフレクタの前記端面の径方向寸法は、前記第２円筒部の前記端面の径方向寸法と前記ラビリンス隙間の車両インナ側の開口における径方向寸法との和よりも大きい、密封装置。
2. 車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記フランジ部よりも車両インナ側において前記ハブ軸の外周面の径方向外方に配置された外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられた複数の転動体と、を備えた車輪用軸受装置に用いられる密封装置であって、
   前記ハブ軸の外周面に嵌合して前記ハブ軸に固定される第１円筒部、前記第１円筒部の車両アウタ側の端部から前記フランジ部の側面に沿って径方向外方に延びる円板部、及び前記円板部の外周端部から車両インナ側に延びる第２円筒部を有するスリンガと、
   前記外輪の車両アウタ側の端部に嵌合して前記外輪に固定される芯金と、
   前記芯金に固定され、前記第１円筒部及び前記円板部の少なくとも一方に摺接するゴム製のシールリップと、
   前記芯金に固定され、外周面が前記第２円筒部の内周面に対向して配置されることで当該第２円筒部との間でラビリンス隙間を形成する円筒状のデフレクタと、を備え、
   前記デフレクタは、前記シールリップとともに前記芯金に固定されていて前記シールリップと繋がっているゴム製であり、
   前記第２円筒部の車両インナ側の端面が、前記デフレクタの車両インナ側の端面よりも所定長さだけ車両アウタ側に配置されていて、
   前記デフレクタの外周面の車両インナ側の端であるインナ端は、前記デフレクタの外周面の車両アウタ側の端であるアウタ端よりも径方向について外側に位置することなく、前記インナ端は前記アウタ端と径方向について同じ位置にあり、
   前記ラビリンス隙間の車両インナ側の開口は、車両インナ側において前記デフレクタによって軸方向について覆われておらず、前記開口は全体として車両インナ側に向かって軸方向に開放されている、密封装置。
3. 前記所定長さが１．０ｍｍである、請求項２に記載の密封装置。

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