JPWO2016021473A1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

軸が偏心かつ回転する場合において、ベロー部への応力集中を緩和することのできる密封装置を提供する。ハウジング（２００）の軸孔の内周側に固定される固定部（１１０）と、固定部（１１０）から軸（３００）の表面に向かって蛇腹状に伸びる薄肉のベロー部（１２０）と、ベロー部（１２０）の径方向内側に設けられるシール部（１３０）と、を備える密封装置（１００）において、ベロー部（１２０）は、一方の面には、径方向外側から径方向内側に伸びる凸部（１２１）と、径方向外側から径方向内側に伸びる凹部（１２２）が周方向に交互に形成され、かつ、他方の面には、一方の面に設けられた各凸部（１２１）の真裏側にそれぞれ凹部（１２３）が形成され、一方の面に設けられた各凹部（１２２）の真裏側にそれぞれ凸部（１２４）が形成されており、ベロー部（１２０）は全周に亘って肉厚ｔが略等しくなるように構成されていることを特徴とする。

Description

本発明は、薄肉のベロー部を有する密封装置に関する。

従来、ハウジングと軸との間の環状隙間を封止する密封装置が知られている。そして、軸がハウジングに対して大きく偏心する装置に用いられる密封装置として、軸に接触するシール部が軸の偏心に追随するように、薄肉のベロー部の径方向の内側に前記シール部が設けられる密封装置が知られている（特許文献１参照）。

このような従来例に係る密封装置について、図７を参照して説明する。図７は従来例に係る密封装置の模式的断面図の一部である。図７に示す従来例に係る密封装置５００は、ハウジングの軸孔の内周側に固定される固定部５１０と、固定部５１０から軸表面に向かって蛇腹状に伸びる薄肉のベロー部５２０と、ベロー部５２０の径方向内側に設けられるシール部５３０とを備えている。シール部５３０は、軸の外周表面に摺動可能に接触する。この従来例に係る密封装置５００においては、軸が偏心しても、シール部５３０が軸に密着したままの状態で、ベロー部５２０が変形することによって、シール部５３０は安定的に軸の外周表面に密着した状態となり、密封性が維持される。

しかしながら、軸の偏心と回転が同時に繰り返されることによって、ベロー部５２０に割れや裂けが生じてしまう問題がある。これについて図８を参照して説明する。図８は軸が偏心かつ回転している場合において密封装置５００を軸方向に見た模式図である。図８において、５００Ｐはシール部５２０の内周端の位置を示し、５００Ｑは固定部５１０の外周端の位置を示している。

軸が偏心かつ回転した状態においては、シール部５２０の内周端５００Ｐは、軸の偏心方向への移動に伴って固定部５１０の外周端５００Ｑに対して偏心する方向（矢印Ａ方向）に移動し、かつ軸の回転に伴って回転方向（矢印Ｂ方向）への力（トルク）が加えられる。これにより、ベロー部５２０は捩れた状態となり、一部（図中Ｘ部）に応力が集中した状態となる。そのため、軸の偏心と回転が同時に繰り返されることで、応力が集中した状態が繰り返されることになり、割れや裂けが生じてしまうことがある。また、部分的に捩れが発生するため、軸に対するシール部５２０の追随性が低下したり、シール部５２０の姿勢が不安定となり、密封性が低下したりすることもある。

以上のように、薄肉のベロー部を有する密封装置においては、ベロー部への応力集中を如何にして緩和するかが重要な課題の一つになっている。

特開２０１０−２１６６０７号公報

本発明の目的は、軸が偏心かつ回転する場合において、ベロー部への応力集中を緩和することのできる密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
軸孔を有するハウジングと、前記軸孔に挿通され、かつ前記ハウジングに対して回転及び偏心する（ハウジングが静止し軸が運動する場合の他、軸が静止しハウジングが運動する場合及び両者が運動する場合を含む）ように構成された軸との間の環状隙間を封止する密封装置であって、
前記ハウジングの軸孔の内周側に固定される固定部と、
該固定部から前記軸表面に向かって蛇腹状に伸びる薄肉のベロー部と、
該ベロー部の径方向内側に設けられ、前記軸の外周表面に摺動可能に接触するシール部と、
を備える密封装置において、
前記ベロー部は、
一方の面には、径方向外側から径方向内側に伸びる凸部と、径方向外側から径方向内側に伸びる凹部が周方向に交互に形成され、
かつ、他方の面には、一方の面に設けられた各凸部の真裏側にそれぞれ凹部が形成され、一方の面に設けられた各凹部の真裏側にそれぞれ凸部が形成されており、
前記ベロー部は全周に亘って肉厚が略等しくなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ベロー部における一方の面と他方の面にそれぞれ設けられた凸部と凹部によって、ベロー部は、周方向に対しても蛇腹形状となり、周方向に対して伸縮し易い特性を有する。これにより、軸が偏心かつ回転した状態でも、ベロー部が部分的に捩れてしまうことを抑制できる。また、ベロー部は全周に亘って肉厚が略等しいため、部分的に強度が低下してしまうこともない。以上のことから、ベロー部の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

前記一方の面に設けられた各凸部及び凹部と、前記他方の面に設けられた各凹部及び凸部は、いずれも前記ベロー部における径方向外側の端部から径方向内側の端部まで伸びるように設けられているとよい。

これにより、ベロー部の全体において、ベロー部が部分的に捩れてしまうことを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、軸が偏心かつ回転する場合において、ベロー部への応力集中を緩和することができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図の一部である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置におけるベロー部の模式的断面図の一部である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置におけるベロー部の一例を示す斜視図である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置におけるベロー部の一例を示す斜視図である。 図５は本発明の実施例に係る密封装置におけるベロー部の一例を示す斜視図である。 図６は本発明の実施例に係る密封装置におけるベロー部の一例を示す斜視図である。 図７は従来例に係る密封装置の模式的断面図の一部である。 図８は軸が偏心かつ回転している場合において密封装置を軸方向に見た模式図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図６を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。なお、以下に示す実施例においては、密封装置の一例として、ステアリングダストシールの場合を説明する。なお、ステアリングダストシールは、上記従来例と同様に、軸孔を有するハウジングと、前記軸孔に挿通されるように構成された軸との間の環状隙間を封止するものである。そして、上記従来例と同様に、軸がハウジングに対して回転し、かつ揺動（ハウジングに対して偏心）するように構成されている。なお、図１において、図中、密封装置よりも上側が運転席側となり、下側がエンジンルーム側となる。

＜密封装置の全体構成＞
特に、図１を参照して、本実施例に係る密封装置１００の全体構成について説明する。密封装置１００は、軸孔を有するハウジング２００と、前記軸孔に挿通され、かつハウジング２００に対して回転及び偏心するように構成された軸３００との間の環状隙間を封止する役割を担っている。図１においては、ハウジング２００と軸３００は点線にて示している。また、図１においては、密封装置１００については、上記の環状隙間に配置される前の状態、つまり外力を受けていない状態を示している。

本実施例に係る密封装置１００は、ハウジング２００の軸孔の内周側に固定される固定部１１０と、この固定部１１０から軸３００の表面に向かって蛇腹状に伸びる薄肉のベロー部１２０と、ベロー部１２０の径方向内側に設けられるシール部１３０とを備えている。このシール部１３０は軸３００の外周表面に対して摺動可能に構成されたバンパー部１３１とリップ部１３２とを備えている。固定部１１０は、金属製の補強環１１１と、この補強環１１１の内側に設けられる外周弾性体部１１２とを備えている。また、シール部１３０の外周には、金属製の締め付けリング１３３が設けられている。この締め付けリング１３３によって、シール部１３０が軸３００の外周面から離れてしまうことを抑制している。なお、密封装置１００においては、補強環１１１と締め付けリング１３３を除く部分、つまり、外周弾性体部１１２とベロー部１２０とバンパー部１３１とリップ部１３２は、ゴムなどの弾性体により構成されている。

シール部１３０においては、バンパー部１３１は、剛性が高くなるように肉厚が厚く構成されており、軸３００が運動（回転や偏心）した場合でも、あまり変形しない。これにより、肉厚の薄いリップ部１３２もあまり変形せず、軸表面に対して安定した状態で接する。また、上記の通り、締め付けリング１３３によって、リップ部１３２が軸３００から離れてしまうことがより確実に抑制される。そして、軸３００が偏心した場合には、このバンパー部１３１が軸３００に密着したままの状態で、バンパー部１３１自体は変形することなく、ベロー部１２０が変形する。このとき、上記の通り、リップ部１３２も軸表面に対して安定した状態で接しているので、密封性が維持される。

＜ベロー部の詳細＞
特に、図１及び図２を参照して、ベロー部１２０について、より詳しく説明する。なお、図２は本実施例に係る密封装置１００におけるベロー部１２０を周方向に切断した断面図の一部を示している。ベロー部１２０は、軸３００が偏心してもシール部１３０による密封性を維持するべく、偏心追随機能を発揮するために設けられたものである。そのため、このベロー部１２０は、肉厚が薄く、かつ固定部１１０から軸表面に向かって蛇腹状に伸びるように構成されている。従って、本来的には、径方向に対して容易に変形するだけでなく、周方向に対しても剛性が低く変形し易い性質を有している。周方向に対して剛性が低いと、従来例でも説明した通り、軸３００が偏心かつ回転した状態になるとベロー部１２０が部分的に捩れてしまうことによる割れや裂けの問題が生じ得る。そこで、本実施例においては、ベロー部１２０が部分的に捩れてしまうことを抑制するために、以下に説明する構成を採用している。

本実施例に係るベロー部１２０においては、一方の面に、径方向外側から径方向内側に伸びる凸部１２１と、径方向外側から径方向内側に伸びる凹部１２２が周方向に交互に形成されている。また、ベロー部１２０の他方の面には、一方の面に設けられた各凸部１２１の真裏側にそれぞれ凹部１２３が形成され、一方の面に設けられた各凹部１２２の真裏側にそれぞれ凸部１２４が形成されている。

そして、ベロー部１２０は全周に亘って肉厚ｔが略等しくなるように構成されている。設計上は、図２に示すように、凸部１２１と凹部１２３が設けられている部分の肉厚ｔと、凹部１２２と凸部１２４が設けられている部分の肉厚ｔと、凸部１２１と凹部１２２とを繋ぐ部分１２５と凹部１２３と凸部１２４とを繋ぐ部分１２６が設けられている部分の肉厚ｔが、いずれも等しくなるように設計されている。なお、凸部１２１と、凸部１２１と凹部１２２とを繋ぐ部分１２５は湾曲面により繋がっており、凹部１２２と、凸部１２１と凹部１２２とを繋ぐ部分１２５も湾曲面により繋がっている。同様に、凹部１２３と、凹部１２３と凸部１２４とを繋ぐ部分１２６も湾曲面により繋がっており、凸部１２４と、凹部１２３と凸部１２４とを繋ぐ部分１２６も湾曲面により繋がっている。このように、各部を繋ぐ部分を湾曲面で構成することにより、応力が集中してしまうことを抑制している。

また、本実施例に係る密封装置１００においては、ベロー部１２０の一方の面に設けられた各凸部１２１及び凹部１２２と、他方の面に設けられた各凹部１２３及び凸部１２４は、いずれもベロー部１２０における径方向外側の端部から径方向内側の端部まで伸びるように設けられている。これらの凸部１２１，凹部１２２，凹部１２３、及び凸部１２４の数及び周方向の幅については、特に限定されるものではなく、使用条件に応じて適宜設定することができる。例えば、図３に示すベロー部１２０ａ、図４に示すベロー部１２０ｂ、図５に示すベロー部１２０ｃ、図６に示すベロー部１２０ｄなど、各種の構成を採用し得る。なお、図３〜図６においては、密封装置のうち、ベロー部のみの斜視図を示している。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００によれば、ベロー部１２０における一方の面と他方の面にそれぞれ設けられた凸部１２１，１２４と凹部１２２，１２３によって、ベロー部１２０は、周方向に対しても蛇腹形状となる。これにより、本実施例に係るベロー部１２０は、周方向に対しても伸縮し易い特性を有する。これにより、軸３００が偏心かつ回転した状態でも、ベロー部１２０が部分的に捩れてしまうことを抑制できる。すなわち、背景技術の中で参照した図８に示すように、ベロー部においては、軸の偏心する方向に対して垂直方向の部分に捩れが発生することが分かっている。これは、当該部分が周方向に強く引っ張られた状態となり応力が集中してしまうことが原因と考えられる。本実施例に係る密封装置１００によれば、上記の通り、ベロー部１２０が周方向に対しても伸縮し易い特性を有するため、ベロー部１２０が部分的に捩れてしまうことを抑制することができる。また、ベロー部は全周に亘って肉厚が略等しいため、部分的に強度が低下してしまうこともない。以上のことから、ベロー部の一部に応力が集中してしまうことを抑制することができる。

（その他）
上記実施例においては、ベロー部１２０の一方の面に設けられた各凸部１２１及び凹部１２２と、他方の面に設けられた各凹部１２３及び凸部１２４は、いずれもベロー部１２０における径方向外側の端部から径方向内側の端部まで伸びるように設けられている場合を示した。しかしながら、これらの凸部及び凹部は、ベロー部１２０において、捩じりが生じやすい範囲にのみ設けて、捩じりが生じ難い部分には設けない構成を採用することもできる。

また、上記の実施例においては、密封装置の一例として、ステアリングダストシールの場合を示したが、本発明は軸が回転かつ偏心する各種装置における密封装置に適用可能である。

１００ 密封装置
１１０ 固定部
１１１ 補強環
１１２ 外周弾性体部
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ ベロー部
１２１ 凸部
１２２ 凹部
１２３ 凹部
１２４ 凸部
１３０ シール部
１３１ バンパー部
１３２ リップ部
１３３ 締め付けリング
２００ ハウジング
３００ 軸
ｔ 肉厚

Claims (2)

1. 軸孔を有するハウジングと、前記軸孔に挿通され、かつ前記ハウジングに対して回転及び偏心するように構成された軸との間の環状隙間を封止する密封装置であって、
   前記ハウジングの軸孔の内周側に固定される固定部と、
   該固定部から前記軸表面に向かって蛇腹状に伸びる薄肉のベロー部と、
   該ベロー部の径方向内側に設けられ、前記軸の外周表面に摺動可能に接触するシール部と、
   を備える密封装置において、
   前記ベロー部は、
   一方の面には、径方向外側から径方向内側に伸びる凸部と、径方向外側から径方向内側に伸びる凹部が周方向に交互に形成され、
   かつ、他方の面には、一方の面に設けられた各凸部の真裏側にそれぞれ凹部が形成され、一方の面に設けられた各凹部の真裏側にそれぞれ凸部が形成されており、
   前記ベロー部は全周に亘って肉厚が略等しくなるように構成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記一方の面に設けられた各凸部及び凹部と、前記他方の面に設けられた各凹部及び凸部は、いずれも前記ベロー部における径方向外側の端部から径方向内側の端部まで伸びるように設けら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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