JP7489734B2 - 密封装置およびグリース付着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、密封装置およびグリース付着方法に関する。
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、転がり軸受の内輪に固定されるスリンガーと、転がり軸受の外方部材に固定されるシールとを有し、シールはスリンガーに摺動可能に接触する複数のリップを有する。
特開２０１０－１５９７９１号公報
このような密封装置は、外部から水（泥水または塩水を含む）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。特に、水の多い環境で使用される場合には、水が密封対象（例えば軸受）の内部に侵入しないように保護する機能を高めることが要求される。
また、密封装置のリップの数が増えても、リップに潤滑剤としてのグリースを付着させることが容易であることが望ましい。
そこで、本発明は、密封対象への水からの保護性能が高く、リップにグリースを付着させることが容易である密封装置、およびリップにグリースを付着させることが容易であるグリース付着方法を提供する。
本発明のある態様に係る密封装置は、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、前記外側部材に取り付けられる円筒部分と、前記円筒部分から前記内側部材に向けて径方向内側に広がる環状部分を有する第１のシール部材と、前記内側部材に取り付けられるスリーブと、前記スリーブから径方向外側に広がるフランジを有しており、前記フランジが前記第１のシール部材の前記環状部分と対向する、第２のシール部材とを有する。前記第１のシール部材は、前記環状部分から前記第２のシール部材の前記フランジに向けて延びる、弾性材料で形成された少なくとも３つのアキシャルリップを有する。径方向外側に配置された前記アキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置された前記アキシャルリップの締め代よりも大きい。
この態様においては、第１のシール部材が少なくとも３つのアキシャルリップを有するので、密封対象への水からの保護性能が高い。径方向外側に配置されたアキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置されたアキシャルリップの締め代よりも大きいため、径方向外側に配置されたアキシャルリップは径方向内側に配置されたアキシャルリップよりも大きく湾曲させられる。したがって、逆の場合に比べて、狭い領域に多くのアキシャルリップを配置することができる。径方向外側に配置されたアキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置されたアキシャルリップの締め代よりも大きいため、各アキシャルリップの径方向内側からグリースを各アキシャルリップの内周面に供給することにより、各アキシャルリップにグリースを付着させることが容易である。
本発明のある態様に係るグリース付着方法は、前記密封装置の各アキシャルリップの内周面にグリースを付着させる方法であって、各アキシャルリップの径方向内側からグリースを前記内周面に供給することを有する。
この方法によれば、径方向外側に配置されたアキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置されたアキシャルリップの締め代よりも大きいため、各アキシャルリップの径方向内側からグリースを各アキシャルリップの内周面に供給することにより、各アキシャルリップにグリースを付着させることが容易である。
好ましくは、前記グリースを前記内周面に供給することは、径方向の最も内側に配置された前記アキシャルリップの径方向内側の位置からグリースの滴を噴射して、各アキシャルリップの内周面に同時にグリースを付着させることを有する。この場合には、各アキシャルリップの内周面に同時にグリースを付着させることができるので作業効率が高い。
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の密封装置の第１のシール部材の部分断面図である。 本発明の実施形態に係るグリース付着方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るグリース付着方法の他の一例を示す図である。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品を正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
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。また、自動車以外の機械に使用される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列に配置された複数の玉１０と、内輪６と外輪８の間に１列に配置された複数の玉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。
外輪８が固定されている一方で、ハブ４および内輪６は、スピンドルの回転に伴って回転する。
スピンドルおよびハブ軸受１の共通の中心軸線Ａｘは、図１の上下方向に延びている。図１においては、中心軸線Ａｘに対する左側部分のみが示されている。詳細には図示しないが、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。図１に示した外側、内側は、それぞれ径方向の外側、内側を意味する。
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、外輪８よりも半径方向外側に張り出したアウトボード側フランジ１８を有する。アウトボード側フランジ１８には、ハブボルト１９によって、車輪を取り付けることができる。
外輪８のアウトボード側の端部の付近には、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２１が配置されている。これらの密封装置２０，２１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（水（泥水または塩水を含む）およびダストを含む）の流入が防止される。図１において、矢印Ｆは、外部からの異物の流れの方向の例を示す。
密封装置２０は、ハブ軸受１の回転するハブ４と固定された外輪８のアウトボード側の円筒状の端部８Ａとの間に配置され、ハブ４と外輪８との間の間隙を封止する。密封装置２１は、ハブ軸受１の回転する内輪６と固定された外輪８のインボード側の端部８Ｂとの間に配置され、内輪６と外輪８との間の間隙を封止する。
図２に示すように、密封装置２１は、ハブ軸受１の外輪８のインボード側の端部８Ｂと、ハブ軸受１の内輪６との間隙内に配置される。密封装置２１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２１は、第１のシール部材２４と第２のシール部材２６を備える複合構造を有する。
第１のシール部材２４は、外輪８に取り付けられ、回転しない固定シール部材である。第１のシール部材２４は、弾性環２８および剛性環３０を有する複合構造である。弾性環２８は、弾性材料、例えばエラストマーで形成されている。剛性環３０は、剛性材料、例えば金属から形成されており、弾性環２８を補強する。剛性環３０は、ほぼＬ字形の断面形状を有する。剛性環３０の一部は、弾性環２８に埋設されており、弾性環２８に密着している。
第１のシール部材２４は、円筒部分２４Ａ、環状部分２４Ｂ、ラジアルリップ２４Ｃ、およびアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを有する。円筒部分２４Ａは、外輪８に取り付けられる取付け部を構成する。具体的には、円筒部分２４Ａは、外輪８の端部８Ｂに締まり嵌め方式で嵌め入れられる（すなわち圧入される）。環状部分２４Ｂは、円環状であって、円筒部分２４Ａの径方向内側に配置され、内輪６に向けて径方向内側に広がる。円筒部分２４Ａと環状部分２４Ｂは、剛性環３０と弾性環２８から構成されている。
ラジアルリップ２４Ｃおよびアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆは、環状部分２４Ｂから第２のシール部材２６に向けて延び、これらのリップの先端は第２のシール部材２６に接触する。これらのリップは、弾性環２８から構成されている。
第２のシール部材２６は、スリンガーすなわち回転シール部材とも呼ぶことができる。第２のシール部材２６は、内輪６に取り付けられており、内輪６の回転時に、第２のシール部材２６は内輪６とともに回転し、外部から飛散して来る異物を跳ね飛ばす。
この実施形態では、第２のシール部材２６も、弾性環３２および剛性環３４を有する複合構造である。剛性環３４は、剛性材料、例えば金属から形成されている。
剛性環３４は、ほぼＬ字形の断面形状を有する。具体的には、円筒状のスリーブ３４Ａと、スリーブ３４Ａから径方向外側に広がる円環状のフランジ３４Ｂを備える。スリーブ３４Ａは、内輪６に取り付けられる取付け部を構成する。具体的には、スリーブ３４Ａには、内輪６の端部が締まり嵌め方式で嵌め入れられる（すなわち圧入される）。
フランジ３４Ｂは、スリーブ３４Ａの径方向外側に配置され、径方向外側に広がっており、第１のシール部材２４の環状部分２４Ｂと対向する。この実施形態では、フランジ３４Ｂは平板であり、スリーブ３４Ａの軸線に対して垂直な平面内にある。この実施形態では、第２のシール部材２６のフランジ３４Ｂの環状部分２４Ｂに対向する面３４Ｃは、第１のシール部材２４の環状部分２４Ｂのフランジ３４Ｂに対向する面２４Ｇと平行である。
弾性環３２は、剛性環３４のフランジ３４Ｂに密着している。この実施形態では、弾性環３２は、内輪６の回転速度を計測するために設けられている。具体的には、弾性環３２は、磁性金属粉を含有するエラストマー材料で形成されており、磁性金属粉によって多数のＳ極とＮ極を有する。弾性環３２においては、円周方向に等角間隔をおいて多数のＳ極とＮ極が交互に配置されている。図示しない磁気式ロータリーエンコーダーによって、弾性環３２の回転角度を測定することができる。但し、弾性環３２は必ずしも不可欠ではない。
第１のシール部材２４のラジアルリップ（グリースリップ）２４Ｃは、環状部分２４Ｂの内側端から半径方向内側に延びる。ラジアルリップ２４Ｃは、第２のシール部材２６のスリーブ３４Ａに向けて延び、ラジアルリップ２４Ｃの先端は、スリーブ３４Ａに接触する。ラジアルリップ２４Ｃは、半径方向内側かつアウトボード側に向けて延び、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。
第１のシール部材２４のアキシャルリップ（サイドリップ）２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆは、環状部分２４Ｂから側方に延びる。アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの先端は、半径方向外側かつインボード側に向けて延び、第２のシール部材２６のフランジ３４Ｂの面３４Ｃに接触する。アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ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。第１のシール部材２４が３つのアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを有するので、密封対象（ハブ軸受１の内部）への水からの保護性能が高い。
第１のシール部材２４が固定された外輪８に取り付けられている一方、内輪６および第２のシール部材２６は回転するので、ラジアルリップ２４Ｃおよびアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆは第２のシール部材２６に対して摺動する。
アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆは、ラジアルリップ２４Ｃに比較して、内輪６に与えるトルクが小さく、内輪６と外輪８が偏心していても封止性能の変動が小さい。
アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面には、潤滑剤としてグリース３８が付着されている。
図３は、第１のシール部材２４の部分断面図である。図３において、第２のシール部材２６に接触しておらず変形していないラジアルリップ２４Ｃおよびアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆが実線で示されている。また、第２のシール部材２６に接触して変形したラジアルリップ２４Ｃおよびアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆが仮想線で示されている。
径方向の最も外側に配置されたアキシャルリップ２４Ｆの締め代Ｉｆは、中間に配置されたアキシャルリップ２４Ｅの締め代Ｉｅよりも大きい。また、アキシャルリップ２４Ｅの締め代Ｉｅは、径方向の最も内側に配置されたアキシャルリップ２４Ｄの締め代Ｉｄよりも大きい。
アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの基部に相当する面２４Ｇは、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの先端部が接触するフランジ３４Ｂの面３４Ｃに平行である。したがって、径方向の最も外側に配置されたアキシャルリップ２４Ｆの高さ（根元から先端までの軸線方向での距離）Ｈｆは、中間に配置されたアキシャルリップ２４Ｅの高さＨｅよりも大きい。また、アキシャルリップ２４Ｅの高さＨｅは、径方向の最も内側に配置されたアキシャルリップ２４Ｄの高さＨｄよりも大きい。
径方向外側に配置されたアキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置されたアキシャルリップの締め代よりも大きいため、径方向外側に配置されたアキシャルリップは径方向内側に配置されたアキシャルリップよりも大きく湾曲させられる。したがって、逆の場合に比べて、狭い領域に多くのアキシャルリップを配置することができる。具体的には、３つのアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆをより狭い領域に配置することができる。あるいは、同じ領域により多くのアキシャルリップを配置することもできる。
また、径方向外側に配置されたアキシャルリップの締め代は、径方向内側に配置されたアキシャルリップの締め代よりも大きいため、各アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの径方向内側からグリース３８を各アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面に供給することにより、各アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆにグリース３８を付着させることが容易である。
図４は、実施形態に係るグリース付着方法の一例を示す。この方法では、径方向の最も内側に配置されたアキシャルリップ２４Ｄの径方向内側の位置に液滴噴射装置の噴射ノズル４０を配置する。そして、噴射ノズル４０は、グリース３８の滴３８ｄを噴射して、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面に同時にグリース３８を付着させる。
Ｈｆ＞Ｈｅ＞Ｈｄであるため、噴射ノズル４０がほぼ水平に滴３８ｄを噴射したとしても、滴３８ｄはすべてのアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面の先端に到達する。この場合には、単一の噴射ノズル４０によって、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面に同時にグリース３８を付着させることができるので作業効率が高い。噴射ノズル４０を仮想線で示すように旋回させてもよい。
噴射ノズル４０の配置の前に、図４に示すように、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを上方に向け、環状部分２４Ｂを下方に向けることが好ましい。この場合、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの先端に到達したグリース３８が重力によってリップの下方にわずかに流れて広範囲にグリース３８が付着する。
図５は、実施形態に係るグリース付着方法の他の一例を示す。この方法では、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを上方に向け、環状部分２４Ｂを下方に向ける。そして、グリース供給用のノズルまたはピペット４２でグリース３８をアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの径方向内側からグリース３８を内周面に供給することにより、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面にグリース３８を付着させる。
Ｈｆ＞Ｈｅ＞Ｈｄであるため、逆の場合またはＨｆ＝Ｈｅ＝Ｈｄである場合に比較して、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの重なる部分が小さく、ノズルまたはピペット４２の先端をアキシャルリップ２４Ｅ，２４Ｆにアクセスさせやすい。したがって、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆにグリース３８を付着させることが容易である。
図５に示す方法では、３つのノズルまたはピペット４２で同時にアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆにグリース３８を付着させる。しかし単一のノズルまたはピペット４２で、異なる時にアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆにグリース３８を付着させてもよい。ノズルまたはピペット４２の代わりに、ブラシまたは棒でアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆにグリース３８を塗り付けてもよい。
上記のいずれの方法においても、噴射ノズル４０、ノズルもしくはピペット４２、または第１のシール部材２４を旋回させて、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面に、全周にわたってグリース３８を付着させてよい。
但し、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆの内周面の１箇所にグリース３８を付着させてもよい。密封装置２１の使用時には、アキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆが第２のシール部材２６のフランジ３４Ｂに摺動するので、１箇所に付着されたグリース３８は周方向全体に広がるためである。
以上、本発明の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、上記の実施形態においては、内側部材であるハブ４および内輪６が回転部材であり、外側部材である外輪８が静止部材である。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、互いに相対回転する複数の部材の密封に適用されうる。例えば、内側部材が静止し、外側部材が回転してもよいし、これらの部材のすべてが回転してもよい。
本発明の用途は、ハブ軸受１の密封に限定されない。例えば、自動車の差動歯車機構またはその他の動力伝達機構、自動車の駆動シャフトの軸受またはその他の支持機構、ポンプの回転軸の軸受またはその他の支持機構などにも本発明に係る密封装置または密封構造を使用することができる。
実施形態に係る密封装置２１の剛性環３０は、単一の部品であるが、剛性環３０を径方向に互いに分離した複数の剛性環に置換してもよい。
実施形態に係る密封装置２１は、３つのアキシャルリップ２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを有するが、４つ以上のアキシャルリップを有してもよい。
１ ハブ軸受（転がり軸受）、４ ハブ（内側部材）、６ 内輪（内側部材）、８ 外輪（外側部材）、２１ 密封装置、２４ 第１のシール部材、２６ 第２のシール部材、２８ 弾性環、３０ 剛性環、２４Ａ 円筒部分、２４Ｂ 環状部分、２４Ｃ ラジアルリップ、２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ アキシャルリップ、３４Ａ スリーブ、３４Ｂ フランジ、３８ グリース、３８ｄ 滴、４０ 噴射ノズル、４２ ノズルまたはピペット

Claims (4)

  1. 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、
    前記外側部材に取り付けられる円筒部分と、前記円筒部分から前記内側部材に向けて径方向内側に広がる環状部分とを有する、軸線周りに環状の第１のシール部材と、
    前記内側部材に取り付けられるスリーブと、前記スリーブから径方向外側に広がるフランジとを有しており、前記フランジが前記第１のシール部材の前記環状部分と対向する、前記軸線周りに環状の第２のシール部材とを有し、
    前記第１のシール部材は、前記環状部分から前記第２のシール部材の前記フランジに向けて延びる、弾性材料で形成された少なくとも３つの前記軸線周りに環状のアキシャルリップを有し、
    前記少なくとも３つのアキシャルリップはそれぞれ、内周面にグリースが付着される部分を有しており、
    各前記アキシャルリップの前記内周面の前記グリースが付着される部分の少なくとも一部は、前記軸線側から径方向に見て、他の前記アキシャルリップによって隠れていない
    ことを特徴とする密封装置。
  2. 各前記アキシャルリップの前記内周面の前記グリースが付着される部分は、前記アキシャルリップの先端部における前記内周面の部分である
    請求項１に記載の密封装置。
  3. 各前記アキシャルリップの高さは、径方向内側に配置された他の前記アキシャルリップの高さよりも高い
    請求項１又は２に記載の密封装置。
  4. 各前記アキシャルリップの前記内周面の前記グリースが付着される部分の少なくとも一部は、前記アキシャルリップが向かう側から前記軸線方向に見て、他の前記アキシャルリップによって隠れていない
    請求項１から３のいずれか一項に記載の密封装置。
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