JP3952742B2

JP3952742B2 - 密封構造およびこれに用いるシールリング

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Publication number: JP3952742B2
Application number: JP2001343154A
Authority: JP
Inventors: 啓介野村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: JP2003148627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密封構造およびこれに用いるシールリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来例における密封構造の上半分の断面構造を示す。この密封構造は、外筒１と、軸体２と、シールリング３とを備える。このシールリング３は、環状芯金３ａの内径側に対して弾性材からなるラジアルリップ３ｂが被着されて構成されている。
【０００３】
一方、シールリング３を外筒１と軸体２との対向環状空間に軸体２の一端側から図中矢印方向に向けて組み込むとき、ラジアルリップ３ｂの反転を防止するために、軸体２の一端側にはテーパー状面取り２ａが形成されている。
【０００４】
そして、シールリング３を軸体２の一端側から組み込むとき、ラジアルリップ３ｂは、その組み込みの進行に伴ない、実線で示すように軸体２に形成されたテーパー状面取り２ａの昇り勾配を摺動しつつ拡径されながら昇らされ、テーパー状面取り２ａを昇り終えてからはその拡径された状態で、軸体２の外周面上をさらに組み込み方向に所定の距離Ｄ１を摺動させられた後、仮想線で示すように所定のしめしろをもって軸体２の外周面に圧接させられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造では、ラジアルリップ３ｂがテーパー状面取り２ａを拡径されつつ昇り、さらに前記圧接位置まで摺動させられる過程で作用する摺動抵抗により図の仮想線で示すように反転させられることがある。
【０００６】
なお、従来のテーパー状面取り２ａは、軸体２の端面処理のためだけに設けられているから、通常、その角度θ１は大きくされ、また、その軸心方向の領域Ｓ１も小さくされている。
【０００７】
そこで、本発明者らは、ラジアルリップ３ｂの反転を確実に防止するために、テーパー状面取り２ａの角度を通常の端面処理で形成される角度より小さくすることにより、ラジアルリップ３ｂの昇り勾配を緩やかにして、前記摺動抵抗を小さく抑制することを考えた。
【０００８】
しかしながら、前記テーパー状面取り２ａの角度を小さくしてその勾配を緩やかにすると、ラジアルリップ３ｂを所定のしめしろをもって軸体２の外周面に圧接させるに十分な距離を昇らせる必要があるから、その面取り領域が軸心方向に増大し、その増大した分、ラジアルリップ３ｂの接触位置を軸体２の奥側へ配置しなければならなくなるとともに、その面取り領域が増大する分、デッドスペースが大きくなる。
【０００９】
したがって、本発明は、シールリングを組み込むときに、ラジアルリップが反転しないように軸体の外周面上を摺動して適正な接触状態にセットできるようにすることを解決すべき課題とする。
【００１０】
本発明はまた、ラジアルリップの反転をより確実に防止するためテーパー状面取りの角度を小さくしてその勾配を緩やかにし、また、その角度を小さくした結果、面取り領域が増大してもその増大領域がデッドスペースとならず、密封性能を維持させるためのスペースに有効に利用できるようすることを他の解決すべき課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の密封構造は、外筒と、この外筒の内径側に回転自在に挿入支持されかつ一端にテーパー状面取りが設けられた軸体との対向環状空間に対してシールリングが前記軸体の一端側から組み込まれるとともに前記軸体の一端側の近傍に配設される密封構造であって、前記シールリングは、前記外筒内周面に固定されかつ前記軸体の外周面へ延びる環状芯金と、この環状芯金の内径側に前記組み込み方向下流側に向けて延びる状態で被着される主ラジアルリップと、前記環状芯金の内径側に前記組み込み方向上流側に向けて延びる状態で被着される補助ラジアルリップとを有し、前記テーパー状面取りは前記組み込み方向下流側に向って拡径しており、前記主ラジアルリップを前記補助ラジアルリップよりも前記組み込み方向下流側に設けつつ、前記補助ラジアルリップの内周面を前記テーパー状面取りと微小隙間を介して平行に対向させていることを特徴とする。
前記テーパー状面取りの全長が前記補助ラジアルリップの内周面の全幅以上であり、前記補助ラジアルリップの内周面の組み込み方向下流側端部と前記テーパー状面取りの組み込み方向下流側端部とを対向させてもよい。
前記テーパー状面取りの組み込み方向下流側端部からの前記主ラジアルリップの自由端の摺動する距離が、前記補助ラジアルリップの組み込み方向下流側端部と前記主ラジアルリップの自由端との距離に等しくしてもよい。
【００１２】
本発明の密封構造によると、テーパー状面取りを昇り終えた主ラジアルリップは軸体の外周面上を摺動させられるが、主ラジアルリップの実質的な摺動距離は補助ラジアルリップの組み込み方向下流側端部と主ラジアルリップの自由端との距離に等しく、テーパー状面取りを昇り終えてからの主ラジアルリップの摺動距離が短くて済み、主ラジアルリップの反転を確実に防止できるようになる。
【００１４】
そしてまた、前記主ラジアルリップの自由端側が、前記軸体の外周面に所定しめしろをもって圧接させられる状態で、かつ、前記補助ラジアルリップの内周面を前記テーパー状面取りと微小隙間を介して平行に対向させられる状態で組み込まれて使用されるから、テーパー状面取りを補助ラジアルリップとの間で微小隙間を形成させてラビリンスシールとして機能させられ、主ラジアルリップは補助ラジアルリップと相俟ってその密封性能を確保することができる。
【００１５】
そして、この場合、主ラジアルリップがテーパー状面取りで反転させられるのを防止するため、テーパー状面取りの角度を小さくして面取り領域が増大して、主ラジアルリップの摺動面が短くなっても、主ラジアルリップは補助ラジアルリップと相俟って、前記した密封性能を維持できるとともに、その増大した面取り領域がデッドスペースとはならずに済む。
【００２１】
本発明のシールリングは、前記主ラジアルリップの外周面における円周数箇所から前記環状芯金の外径側に向けて、前記リップと同一素材からなる複数のリブを架け渡す状態で設けたものである。このようなリブを設けると、主ラジアルリップに対してそれを反転させる向きの引張力が作用しても、このリブがこの引張力に抗するから、主ラジアルリップの反転をより確実に防止できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る密封構造の上半分を示す断面図、図２は、図１の要部を拡大してシールリングの装着過程を示す断面図、図３は、シールリングの主ラジアルリップの反転に関する作用の説明に供する断面図である。
【００２４】
図１を参照して、図例の密封構造は、外筒１と、軸体２と、シールリング３とを備える。
【００２５】
外筒１は、固定側として、その内周面が円形となっている。
【００２６】
軸体２は、回転側として、外筒１の内径側に回転自在に挿入支持されかつ一端側にテーパー状面取り２ａが設けられている。
【００２７】
シールリング３は、外筒１と軸体２との対向環状空間に対して軸体２の図中左側の一端側から矢印Ｐ方向(組み込み方向)に向けて組み込まれ、該一端側の近傍に設定された所定の装着領域に配設される。
【００２８】
シールリング３は、上半分断面形状が逆さＬの字形状とされて外筒１の内周面に固定されかつ軸体２の外周面へ向けて延びる環状芯金３ａと、環状芯金３ａの内径側に被着された主ラジアルリップ３ｂと、主ラジアルリップ３ｂを軸体２の外周面に圧接させるための環状のガータスプリング３ｃとを有するとともに、環状芯金３ａの内径側にさらに補助ラジアルリップ３ｄを有する。
【００２９】
これら主ラジアルリップ３ｂと補助ラジアルリップ３ｄは、環状芯金３ａの内径側から見て、それぞれ、組み込み方向下流側と上流側に向けて延びている。
【００３０】
そして、本実施の形態においては、主ラジアルリップ３ｂの自由端側３ｂ１を、軸体２の外周面においてテーパー状面取り２ａの側近位置に対して所定しめしろをもって圧接させた状態で、補助ラジアルリップ３ｄの内周面のほぼ全幅を、軸体２のテーパー状面取り２ａの大半領域に対して微小隙間４を介してほぼ平行に対向させたことに特徴を有する。
【００３１】
この特徴構成をさらに詳しく説明する。
【００３２】
テーパー状面取り２ａにおいて、２ａ１は、面取り始端、２ａ２は、面取り終端、Ｓ２は、面取り領域、θ２は、面取り角度を示す。
【００３３】
そして、このテーパー状面取り２ａの角度θ２は、主ラジアルリップ３ｂがリップ反転しないように、通常の面取り角度θ１(＞θ２)よりも小さく緩やかにされており、かつ、面取り領域Ｓ２も通常の面取り領域Ｓ１(＜Ｓ２)よりも大きくなっている。
【００３４】
なお、通常の面取り角度θ１は、４５°であるが、本実施の形態における面取り角度θ２は、２０°〜３０°程度である。
【００３５】
また、主ラジアルリップ３ｂにおいて、３ｂ１は、その自由端を示し、また、補助ラジアルリップ３ｄにおいて、３ｄ１，３ｄ２は、リップ端、Ｌ２は、その内周面全幅を示す。
【００３６】
そして、主ラジアルリップ３ｂは、補助ラジアルリップ３ｄのリップ端３ｄ２がテーパー状面取り２ａの終端２ａ２に近接対向する状態において、その自由端側３ｂ１が軸体２の内周面に圧接する位置がテーパー状面取り２ａの側近位置となる。
【００３７】
また、補助ラジアルリップ３ｄの内周面のほぼ全幅は、テーパー状面取り２ａの面取り領域Ｓ２の大半にわたるほどの十分な幅にされている。これによって、補助ラジアルリップ３ｄは、テーパー状面取り２ａとの間で長い対向隙間４を形成することができる。
【００３８】
図２を参照して、シールリング３の組み込みについて説明する。すなわち、実線で示すように、シールリング３の主ラジアルリップ３ｂが、拡径されず自然状態で軸体２のテーパー状面取り２ａに接している。この状態からシールリング３を軸体２と外筒１との間の環状空間に向けて挿入する。この挿入の進行に伴い、主ラジアルリップ３ｂは、矢印Ｐ１で示すようにテーパー状面取り２ａ上を摺動しながら徐々に昇りつつ拡径されていく。そして、主ラジアルリップ３ｂは、テーパー状面取り２ａの終端２ａ２まで昇ると、それ以降は、矢印Ｐ２で示すように拡径した状態を保って仮想線で示されるテーパー状面取り２ａの側近位置まで摺動させられる。
【００３９】
以上のシールリング３の場合、補助ラジアルリップ３ｄの内周面のほぼ全幅を、軸体１のテーパー状面取り２ａの大半領域に対して微小隙間４を介してほぼ平行に対向させたことで、テーパー状面取り２ａを補助ラジアルリップ３ｄと共にラビリンスシールを構成させることができる。
【００４０】
したがって、主ラジアルリップ３ｂの反転防止のため面取り角度θ２を小さくして、テーパー状面取り２ａの面取り領域Ｓ２が大きくなっても、前記のようにテーパー状面取り２ａをラビリンスシールとして機能させられるから、テーパー状面取り２ａがデッドスペースとならずに済む。
【００４１】
また、主ラジアルリップ３ｂは、軸体２の外周面においてテーパー状面取り２ａの側近位置に対して所定しめしろをもって圧接させられるから、テーパー状面取り２ａの終端２ａ２からその圧接位置まで摺動させられる距離Ｄ２が従来の距離Ｄ１より短くなり、これによって、短くなった距離分(Ｄ２−Ｄ１)、摺動させられずに済んでリップ反転を起こさずに済む。
【００４２】
なお、本実施の形態では、補助ラジアルリップ３ｄとテーパー状面取り２ａとが非接触にされているから、摺動抵抗を小さく抑制でき、シールリング３の組み込みを容易にすることができる。さらに、補助ラジアルリップ３ｄの内周面のほぼ全幅が、テーパー状面取り２ａの大半領域を覆うように対向させられているとともに、補助ラジアルリップ３ｄとテーパー状面取り２ａとが組み込み方向上流側に向けて縮径しているから外部からのダストが前記環状空間内に侵入するのを効果的に防止できる。
【００４３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態にも適用することができる。
【００４４】
(１) 図３および図４に、本発明の他の実施形態に係る密封構造を示す。図３は、密封構造の上半分を示す断面図、図４は、図３の背面を示す断面図である。
【００４５】
この実施形態の場合、主ラジアルリップ３ｂの外周面における円周数箇所から環状芯金３ａの外径側に向けて、主ラジアルリップ３ｂと補助リップ３ｄと同一素材からなるリブ５が架け渡される状態で設けられている。
【００４６】
このようなリブ５は、主ラジアルリップ３ｂがテーパー状面取りを昇りつつ拡径するときにそれに働く反転モーメントにより反転しようとすると、リブ５は、その反転モーメントに対する抗力として作用し、主ラジアルリップ３ｂは反転を防止される。
【００４７】
また、このリブ５は、肉厚を薄くされているから、主ラジアルリップ３ｂがテーパー状面取り２ａを昇るときに圧縮されて座屈するから、主ラジアルリップ３ｂのテーパー状面取り２ａに対する摺動抵抗を大きくするものではない。
【００４８】
(２) 本実施の形態においては、外筒と軸体との間の対向環状空間に組み込まれるが、例えば、転がり軸受において、外輪を外筒、内輪を軸体とし、これら外輪と内輪との対向環状空間を密封するシールリングに適用することができ、また、このシールリングと転がり軸受とを含めた密封構造に適用することができる。
【００４９】
この転がり軸受を用いる車両用軸受装置や、プーリユニットなど、本実施の形態のような外筒と軸体との関係を有する構造を備えた機械や装置のすべてに同様に適用することができる。
【００５０】
この場合、外筒は、単なる名称にすぎず、外筒として上記のように外輪に適用する以外に、単に固定されたハウジングであってもよい。また、外筒そのものは、環状体とされ、他の環状体や円筒体と接続される構造であってもよい。
【００５１】
(３) 本実施の形態においては、テーパー状面取り２ａは軸体の自由端側に設けられるが、図５で示すように、小径領域２ｂと大径領域２ｃとを有し、かつ、小径領域２ｂと大径領域２ｃとの境界に組み込み方向に拡径する斜面２ｄを有する軸体２において、シールリング３を用いて外筒１内部を小径領域２ｂ側と大径領域２ｃ側とに仕切るような密封構造に対しても適用することができる。
【００５２】
このような場合、その大径領域２ｃで構成される軸部分を、上記実施の形態と同様に、一端側にテーパー状面取り２ａが設けられた軸体２に含めることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、テーパー状面取りを昇り終えた主ラジアルリップを、軸体の外周面上を摺動させるにあたり、主ラジアルリップの実質的な摺動距離を補助ラジアルリップの組み込み方向下流側端部と主ラジアルリップの自由端との距離に等しくしたから、テーパー状面取りを昇り終えてからの主ラジアルリップの摺動距離が短くて済み、主ラジアルリップの反転を確実に防止できるようになる。
【００５５】
そしてまた、前記主ラジアルリップの自由端側を、前記軸体の外周面においてテーパー状面取りの側近位置に対して所定しめしろをもって圧接させる状態で、かつ、前記補助ラジアルリップの内周面を前記テーパー状面取りと微小隙間を介して平行に対向させる状態で使用するから、テーパー状面取りを補助ラジアルリップとの間で微小隙間を形成させてラビリンスシールとして機能させられ、主ラジアルリップは補助ラジアルリップと相俟ってその密封性能を確保することができる。
【００５６】
この場合、主ラジアルリップがテーパー状面取りで反転させられるのを防止するため、テーパー状面取りの角度を小さくして面取り領域が増大しても、主ラジアルリップは補助ラジアルリップと相俟って、前記した密封性能を維持できるとともに、その増大した面取り領域がデッドスペースとはならずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る密封構造の上半分を示す断面図
【図２】図１の要部を拡大してシールリングの装着過程を示す断面図
【図３】本発明の他の実施形態に係る密封構造の上半分を示す断面図
【図４】図４の背面を示す断面図
【図５】本発明の他の実施形態に係る密封構造の上半分を示す断面図
【図６】従来の密封構造の上半分を示す断面図
【符号の説明】
１外筒
２軸体
２ａテーパー状面取り
３シールリング
３ａ環状芯金
３ｂ主ラジアルリップ
３ｄ補助ラジアルリップ

Claims

外筒と、この外筒の内径側に回転自在に挿入支持されかつ一端にテーパー状面取りが設けられた軸体との対向環状空間に対してシールリングが前記軸体の一端側から組み込まれるとともに前記軸体の一端側の近傍に配設される密封構造であって、
前記シールリングは、前記外筒内周面に固定されかつ前記軸体の外周面へ延びる環状芯金と、この環状芯金の内径側に前記組み込み方向下流側に向けて延びる状態で被着される主ラジアルリップと、前記環状芯金の内径側に前記組み込み方向上流側に向けて延びる状態で被着される補助ラジアルリップとを有し、
前記テーパー状面取りは前記組み込み方向下流側に向って拡径しており、前記主ラジアルリップを前記補助ラジアルリップよりも前記組み込み方向下流側に設けつつ、前記補助ラジアルリップの内周面を前記テーパー状面取りと微小隙間を介して平行に対向させている、ことを特徴とする密封構造。
前記テーパー状面取りの全長が前記補助ラジアルリップの内周面の全幅以上であり、前記補助ラジアルリップの内周面の組み込み方向下流側端部と前記テーパー状面取りの組み込み方向下流側端部とを対向させている、ことを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
前記テーパー状面取りの組み込み方向下流側端部からの前記主ラジアルリップの自由端の摺動する距離が、前記補助ラジアルリップの組み込み方向下流側端部と前記主ラジアルリップの自由端との距離に等しい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封構造。
請求項１ないし３に記載の密封構造に用いるシールリングであって、
前記主ラジアルリップの外周面における円周数箇所から前記環状芯金の外径側に向けて、前記リップと同一素材からなる複数のリブが架け渡される状態で設けられている、ことを特徴とするシールリング。