JP6181473B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車のトランスファ装置等の出力軸部分の密封に用いられる密封装置に関する。

例えば、自動車のトランスファ装置には、駆動機構を収容しているケースと、そのケースに形成されたハウジングから突出して駆動力を出力する出力軸（回転軸）との間に、ケース内に泥水や塵埃が浸入するのを防止するとともにケース内の潤滑油が大気側に漏れるのを防止するための密封装置が設けられている。

上記密封装置は、図５に示すように、ハウジング１０１に設けられた第１シール部材１０２と、水平軸線回りに回転可能な回転軸１０３に設けられた第２シール部材１０４とを組み合わせて構成されている。
第１シール部材１０２は、ハウジング１０１に固定される第１金属環１０５と、この第１金属環１０５に設けられ回転軸１０３の外周面に摺接するシールリップ１０６とを有している。

第２シール部材１０４は、回転軸１０３に嵌合して固定される第２金属環１０７と、この第２金属環１０７に設けられた円環状のダストリップ１０８及びサイドリップ１０９とを有し、これら両リップ１０８，１０９が第１シール部材１０２の第１金属環１０５に摺接することで、ハウジング１０１と回転軸１０３との間の環状空間を密封するようになっている。ダストリップ１０８は、サイドリップ１０９の径方向外方に配置され、主としてハウジング１０１内に泥水が浸入するのを防止している。サイドリップ１０９は、主としてダストリップ１０８を通過した泥水がハウジング１０１内に侵入するのを防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１７２１２号公報

前記密封装置にあっては、回転軸１０３を低速回転しているときに、大気側の泥水がダストリップ１０８とサイドリップ１０９との間に浸入する場合がある。この浸入した泥水は、回転軸１０３の回転に伴う遠心力によって、ダストリップ１０８付近で連れ回っているが、回転軸１０３の回転が停止すると、前記浸入した泥水は重力によってダストリップ１０８の周面や第１金属環の周面を伝って、図５のクロスハッチング部分で示すように、第１金属環１０５の下側に堆積し、その堆積した泥水がサイドリップ１０９の径方向内方に浸入するという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、回転軸の回転を停止させたときに、泥水がサイドリップの径方向内方に浸入するの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。

本発明のシール部材は、ハウジングに設けられる第１シール部材と、外径が４０ｍｍ以上かつ４５ｍｍ以下の回転軸に対してその水平軸線回りに一体回転可能に設けられる第２シール部材とを備え、前記第１シール部材は、前記ハウジングに固定される第１金属環と、前記第１金属環に設けられ前記回転軸の外周面に摺接するシールリップとを有し、前記第２シール部材は、前記回転軸に固定される第２金属環と、前記第２金属環に設けられ前記第１金属環に摺接するサイドリップと、前記サイドリップの径方向外方において前記第１金属環に摺接するダストリップとを有する密封装置であって、前記サイドリップにおける前記第１金属環との摺接部分と、前記ダストリップにおける前記第１金属環との摺接部分との径方向の離反距離が、２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ダストリップの摺接部分をサイドリップの摺接部分に対して径方向外方に離反させることができるため、回転軸の回転中にダストリップとサイドリップとの間に浸入した泥水が、回転軸の回転を停止させたときに、重力によって第１金属環の下側に堆積しても、その堆積した泥水がサイドリップの径方向内方に浸入するのを抑制することができる。

本発明によれば、回転軸の回転を停止させたときに、泥水がサイドリップの径方向内方に浸入するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る密封装置を用いた自動車用トランスファ装置を示す断面図である。 上記密封装置の要部を示す拡大断面図である。 上記密封装置の耐泥水性の試験結果を示すグラフである。 上記密封装置の下側に泥水が堆積した状態を示す断面図である。 従来の密封装置を示す断面図である。

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密封装置を用いた自動車用トランスファ装置を示す断面図である。図１に示すように、トランスファ装置１は、エンジン（図示省略）の駆動力を後輪側と前輪側とに分配するための装置である。このトランスファ装置１は、一端部２ａがエンジン側に接続されるとともに他端部２ｂが後輪側デファレンシャル装置（図示省略）に接続されるメインシャフト２と、動力伝達チェーン３を介してメインシャフト２の駆動力が伝達されるとともに前輪側デファレンシャル装置（図示省略）に接続されるアウトプットシャフト４と、これらを収容するトランスファケース５とを備えている。

メインシャフト２は、動力伝達チェーン３が巻き掛けられるスプロケット２ｃや、このスプロケット２ｃをメインシャフト２に断続可能に接続する接続手段２ｄ等を有している。
トランスファケース５内には、内部に収容している各部を潤滑するための潤滑油が所定量貯留されている。本実施形態のトランスファ装置１には、比較的低粘度（例えば、ＳＡＥ粘度番号７５Ｗ−９０）の潤滑油が用いられている。

トランスファ装置１は、メインシャフト２の一端部２ａから入力される前記エンジンの駆動力を、他端部２ｂに接続される前記後輪側デファレンシャル装置に伝達する。また、前記前輪側デファレンシャル装置に対しては、接続手段２ｄによってスプロケット２ｃをメインシャフト２に接続することで、当該メインシャフト２に入力される駆動力を動力伝達チェーン３を介してアウトプットシャフト４に分配する。これによって、トランスファ装置１は、アウトプットシャフト４に接続される前輪側デファレンシャル装置及びメインシャフト２の他端部２ｂに接続される後輪側デファレンシャル装置の双方に対してエンジンの駆動力を分配する。

また、トランスファ装置１は、当該トランスファ装置１が搭載される自動車の車体下側に配置される。トランスファ装置１のメインシャフト２及びアウトプットシャフト４は、平行に配置されている。この内、メインシャフト２は、その両端がエンジン側及び後輪側に接続されるため、トランスファ装置１は、メインシャフト２がエンジンと後輪側デファレンシャル装置との間に配置される。このため、アウトプットシャフト４は、メインシャフト２よりもさらに車体下側にオフセットして配置される。従って、トランスファ装置１は、アウトプットシャフト４側が車体下側に突出するように車体に配置される。

アウトプットシャフト４は、動力伝達チェーン３が巻き掛けられたスプロケット６が設けられた本体部４ａと、本体部４ａの一端に固定されたフランジ部材４ｂとを有しており、トランスファケース５内に設けられた軸受８によって水平軸線Ｘ回りに回転可能に支持されている。また、アウトプットシャフト４は、トランスファケース５に形成されケース内外を連通するハウジング７から、フランジ部材４ｂがケース外部に突出するように配置されている。アウトプットシャフト４の本体部４ａの外径Ｄは、４０ｍｍ以上かつ４５ｍｍ以下に設定されている。本実施形態の外径Ｄは、４１ｍｍに設定されている。

上記のように、トランスファケース５内には潤滑油が貯留されているので、この潤滑油がケース外部（大気側）に漏洩するのを防止すると同時にケース内部に大気側の泥水や塵埃が浸入するのを防止するために、回転軸としてのアウトプットシャフト４とハウジング７との間に形成される環状空間には、アウトプットシャフト４とハウジング７との間の環状空間を密封する密封装置１０が設けられている。

図２は、密封装置１０の要部を示す図１の拡大断面図である。図２において、密封装置１０は、ハウジング７の端部に固定された第１シール部材２０と、ハウジング７に対して相対回転するアウトプットシャフト４に一体回転可能に固定された第２シール部材３０とを組み合わせて構成されている。

第１シール部材２０は、ハウジング７に固定された第１金属環２１と、この第１金属環２１に設けられた第１シール本体２２とを有している。第１金属環２１は、ハウジング７の内周面７ａに嵌合固定されている第１円筒部２１ａと、第１円筒部２１ａの一端部から径方向内方に延びる環状の固定部２１ｂとを有している。また、第１金属環２１は、第１円筒部２１ａの他端部から径方向外方に延びハウジング７の端面７ｂに当接している円環部２１ｃと、円環部２１ｃの外周端部から軸方向外方に延びる第２円筒部２１ｄと、第２円筒部２１ｄの軸方向端部から径方向外方に延びる環状部２１ｅとを有している。
なお、本明細書では、軸方向においてトランスファケース５から見てケース外部側に向く方向を軸方向外方、ケース内部側に向く方向を軸方向内方ともいう。

第１金属環２１とハウジング７との間は、第１円筒部２１ａを内周面７ａに嵌合固定されることで互いに密接しており、密封性を有している。第１金属環２１は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０といったステンレス鋼板をプレス加工することによって形成された環状の部材である。このため、例えばＳＰＣＣ等の冷延鋼板と比較して、耐食性に優れるとともに、材質としての硬さも高いため、後述する各リップが摺接したとしても、第１金属環２１自体が早期に摩耗してシール性を低下させることがない。

第１シール本体２２は、合成ゴムを用いて形成されており、第１金属環２１の固定部２１ｂに加硫接着されている。第１シール本体２２は、固定部２１ｂの内側側面に沿う基部２２ａを有している。この基部２２ａには、固定部２１ｂの先端側から軸方向内方に延びてアウトプットシャフト４の本体部４ａの外周面４ｃに摺接する環状の主リップ（シールリップ）２２ｂと、固定部２１ｂの先端側から軸方向斜め外方に延びてアウトプットシャフト４の外周面４ｃとの間で隙間を形成する環状の補助リップ２２ｃと、固定部２１ｂから軸方向外方（第２シール部材３０側）に延びる環状突起部２２ｄとが形成されている。

主リップ２２ｂの外周面には周溝２２ｂ１が形成されており、この周溝２２ｂ１には、主リップ２２ｂを外周側から緊迫している環状のばね部材２３が装着されている。主リップ２２ｂは、ばね部材２３によって緊迫されることで、アウトプットシャフト４の外周面４ｃに押圧されており、その外周面４ｃと第１金属環２１との間を密封している。

また、主リップ２２ｂは、アウトプットシャフト４の外周面４ｃに対して比較的高い速度で摺接するため、その摩擦によって生じる熱によって劣化するおそれがある。また、トランスファ装置１に用いられる潤滑油は、比較的低粘度であるため、低温下でリップの偏心追随性が低下すると当該リップから潤滑油が漏れ易くなるおそれがある。上記の点を考慮すると、第１シール本体２２は、アクリルゴムを用いて形成することが好ましい。アクリルゴムを用いることで、各リップの耐熱性を高めることができることに加え、低温下における偏心追随性を高めることができるからである。

第１シール本体２２の環状突起部２２ｄは、その先端部２２ｄ１が、後述する突出部３２ｃの内周面３２ｃ１及びその径方向内方の側壁面３２ｃ２との間で僅かな隙間となるように形成されており、環状突起部２２ｄと突出部３２ｃとによりラビリンスシールが構成されている。

第１シール本体２２の基部２２ａの外周側には、ハウジング７の内周面７ａに沿って形成され、内周面７ａに密接している密接部２２ｅが形成されている。この密接部２２ｅは、内周面７ａに密接することで、その内周面７ａと第１金属環２１の第１円筒部２１ａとの間における嵌合による密封性が低下したとしても、ケース内部に泥水が浸入したり、ケース内部の潤滑油が大気側に漏洩したりするのを防止することができる。

第２シール部材３０は、アウトプットシャフト４に固定された第２金属環３１と、この第２金属環３１に設けられた第２シール本体３２とを有している。第２金属環３１は、冷延鋼板をプレス加工することによって形成された環状の部材である。第２金属環３１は、アウトプットシャフト４のフランジ部材４ｂの外周面に一体回転可能に外嵌固定された円筒部３１ａと、円筒部３１ａから径方向外方に延び第１金属環２１の円環部２１ｃに対向配置された円環状の本体部３１ｂと、本体部３１ｂの外周端部から第１金属環２１側に延びて第１金属環２１の第２円筒部２１ｄの外周側を覆う外覆部３１ｃとを有している。

第２金属環３１の外覆部３１ｃは、第１金属環２１の環状部２１ｅの外周端部との間で僅かな隙間を置いて、第２円筒部２１ｄの外周側を覆っている。これにより、外覆部３１ｃは、環状部２１ｅとの間でラビリンスシールを構成している。

第２金属環３１とアウトプットシャフト４との間は、円筒部３１ａをフランジ部材４ｂの外周面に外嵌固定させることで互いに密接しており、密封性を有している。第２金属環３１は、比較的加工性のよいＳＰＣＣ等の冷延鋼板を用いて形成されているが、第１金属環２１と同様にＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０といった耐食性の高いステンレス鋼板を用いることもできる。

第２シール本体３２は、合成ゴム（例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ））を用いて形成された部材であり、第２金属環３１の本体部３１ｂに加硫接着されている。第２シール本体３２は、本体部３１ｂの内側面及び円筒部３１ａの外周面に沿う厚肉の基部３２ａを有している。この基部３２ａには、その外周端部から軸方向内方へ径方向斜め外方に延びて第１金属環２１の第２円筒部２１ｄの内周面に摺接する環状のダストリップ３２ｂと、基部３２ａの側面から軸方向内方に環状に突出した突出部３２ｃと、この突出部３２ｃの先端部からさらに軸方向内方へ径方向斜め外方に延び第１金属環２１の円環部２１ｃの外側面に摺接する環状のサイドリップ３２ｄとが形成されている。これにより、ダストリップ３２ｂ及びサイドリップ３２ｄは、第１金属環２１と第２金属環３１との間を密封している。

ダストリップ３２ｂは、基部３２ａの外周端部から軸方向内方へ径方向斜め外方に延び、さらにその先端部が軸方向外方に向くように折り返すことで断面Ｃ形に形成されて、第１金属環２１の第２円筒部２１ｄの内周面に摺接している。このようにダストリップ３２ｂを断面Ｃ形に形成することで、ハウジング７に対するアウトプットシャフト４の偏心量が過大になったとしても、ダストリップ３２ｂによるアウトプットシャフト４に対する反力を低く抑えることができ、当該密封装置１０の回転抵抗が増加するのを抑えることができるとともに、ダストリップ３２ｂが過度に摩耗するのを防止することができる。

ダストリップ３２ｂは、サイドリップ３２ｄよりも径方向外方に離反して配置されている。具体的には、サイドリップ３２ｄにおける第１金属環２１の円環部２１ｃとの摺接部分と、ダストリップ３２ｂにおける第１金属環２１の第２円筒部２１ｄとの摺接部分との径方向の離反距離Ｌが、２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に設定されている。本実施形態における離反距離Ｌは、５．０ｍｍに設定されている。

なお、前記離反距離Ｌを、２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に設定したのは、２．５ｍｍ未満であれば、泥水がサイドリップ３２ｄの径方向内方に浸入するのを防止するという効果が低下するためであり、５．０ｍｍを超えると、第２金属環３１の外覆部３１ｃの外周端が他部材であるトランスファケース５に当接する場合があるためである。

次に、上記実施形態に係る密封装置１０の効果を検証するために、本発明者らが行った検証試験の結果について説明する。
本試験に供した密封装置としては、図２に示した密封装置において第１シール部材２０を取り除いた状態、つまり第２シール部材３０のみとした状態を実施例品として用い、比較例品としては、図５に示す従来の密封装置を用いた。

試験方法としては、所定の混合比で水と試験用ダスト（ＪＩＳ規格品）とを混合した泥水を泥水槽に貯留し、その泥水槽内において回転軸（アウトプットシャフト４）を低速（回転速度＝５６０回転／分）で回転させる。そして、密封装置１０のサイドリップ３２ｄの径方向内方に泥水が浸入するまでの時間を泥水密封時間として測定し、その泥水密封時間を実施例品と比較例品とで比較することにより耐泥水性の評価を行った。

図３は、耐泥水性の試験結果を示すグラフである。図において、比較例品では７２時間で泥水が浸入したのに対して、実施例品では６８０時間を経過しても泥水が浸入することはなかった。この結果より、実施例品の耐泥水性が飛躍的に向上していることが分かる。

以上、本実施形態の密封装置１０によれば、サイドリップ３２ｄにおける第１金属環２１との摺接部分と、ダストリップ３２ｂにおける第１金属環２１との摺接部分との径方向の離反距離Ｌを２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に設定しているため、第２シール部材３０が他部材であるトランスファケース５と干渉することなく、ダストリップ３２ｂの摺接部分をサイドリップ３２ｄの摺接部分に対して径方向外方に離反させることができる。

これにより、アウトプットシャフト４の回転中にダストリップ３２ｂとサイドリップ３２ｄとの間に浸入した泥水が、アウトプットシャフト４の回転を停止させたときに、重力によってダストリップ３２ｂの周面等を伝って、図４のクロスハッチング部分で示すように、第１金属環２１におけるサイドリップ３２ｄとの摺接部分よりも下側で堆積する。したがって、アウトプットシャフト４の回転を停止させたときに泥水が重力によって第１金属環２１の下側に堆積しても、その堆積した泥水がサイドリップ３２ｄの径方向内方に浸入するのを抑制することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態の密封装置１０は、トランスファ装置１のアウトプットシャフト４とハウジング７との間を密封するものとして例示したが、メインシャフト２の両端側とトランスファケース５との間を密封するものに適用することもできるし、デファレンシャル装置のインプットシャフトやアウトプットシャフトとデファレンシャルケースとの間を密封するものに適用することもできる。

４：アウトプットシャフト（回転軸）、７：ハウジング、１０：密封装置、２１：第１金属環、２２：第１シール部材、２２ｂ：主リップ（シールリップ）、３０：第２シール部材、３１：第２金属環、３２ｂ：ダストリップ、３２ｄ：サイドリップ、Ｄ：外径、Ｌ：離反距離、Ｘ：水平軸線

Claims (1)

1. ハウジングに設けられる第１シール部材と、外径が４０ｍｍ以上かつ４５ｍｍ以下の回転軸に対してその水平軸線回りに一体回転可能に設けられる第２シール部材とを備え、
   前記第１シール部材は、前記ハウジングに固定される第１金属環と、前記第１金属環に設けられ前記回転軸の外周面に摺接するシールリップとを有し、
   前記第２シール部材は、前記回転軸に固定される第２金属環と、前記第２金属環に設けられ前記第１金属環に摺接するサイドリップと、前記サイドリップの径方向外方において前記第１金属環に摺接するダストリップとを有する密封装置であって、
   前記サイドリップにおける前記第１金属環との摺接部分と、前記ダストリップにおける前記第１金属環との摺接部分との径方向の離反距離が、２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする密封装置。

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