JP3193242U - オイルシール - Google Patents

Abstract

【課題】良好なシール性を長期的に維持することができるオイルシールを提供する。【解決手段】オイルシール１は、被着体であるラック軸５と略同軸で配置された筒状部１１と、該筒状部の外部側の端部に設けられたフランジ部１２とを有する金属環１０と、ラック軸と当接して密封対象をシールするシールリップ２２を有し、金属環に保持されたエラストマー製のシール部２０と、フランジ部の径方向内側端部とシールリップとの間に介挿され、シールリップを支持する支持リング４０とを備える。フランジ部の厚みは、１．０〜２．０ｍｍである。フランジ部が厚く、高剛性を有していることにより、使用時に密閉対象Ｂ側からシールリップに大きな外力を受け、支持リングを介してフランジ部の内側端部に圧力が加えられても、フランジ部の内側端部の変形を抑制することができる。【選択図】図２

Description

本考案は、車両の軸に使用されるオイルシールに関し、特に、自動車のパワーステアリングに使用されるオイルシールに関する。

従来、自動車分野において、油圧式のパワーステアリング部には、ステアリングホイールからの回転を伝達するステアリングシャフト（インプットシャフト）と、該シャフトに連結されるステアリングギアボックス（ラック＆ピニオン）と、ステアリングギアボックスから略水平に配され、ラック軸を内包する油圧シリンダとが設けられている。パワーステアリング部では、ステアリングギアボックスや油圧シリンダ内に充填されたオイルをシールするために、ステアリングシャフトとステアリングギアボックスの連結部や、上記油圧シリンダの両端部に、オイルシールが取り付けられている。

例えば、従来のオイルシール１００では、図５（ａ）に示すように、金属環１０３にゴム状弾性材製のシールリップ１０５が一体成形されてシールリップ本体１０２をなしている。シールリップ１０５の外部Ａ’側には樹脂製の支持リング１１１が組み付けられており、この支持リング１１１の更に外部Ａ’側には、シールリップ本体１０２に支持リング保持部材１１２が組み付けられている。本構成では、支持リング１１１が、シールリップ本体１０２の支持リング組付部１０９に組み付けられ、その後、支持リング保持部材１１２を支持リング保持部材組付部１１０に組み付けられる。支持リング保持部材１１２は、金属環１０３と同様の金属によって環状のプレート状に成形されており、支持リング１１１の外径よりも小さな内径を有している。

上記のように構成されるオイルシール１００では、シールリップ１０５が密封対象Ｂ’側からオイル等を介して外力を受けた際、支持リング１１１がシールリップ１０５を外部Ａ’側からバックアップする。これにより、シールリップ１０５と被着体であるラック軸との間のシール性が確保される。

しかしながら、従来のオイルシールにおいて、パワーステアリング部の作動により、シールリップ１０５に対して密閉対象Ｂ’側から外力が加えられると、支持リング１１１を介して、金属製の支持リング保持部材１１２にも外力が加えられる。このとき、支持リング保持部材１１２の径方向内側端部１１２ａが、外部Ａ’側に曲がって塑性変形する可能性があり、シールリップ支持の信頼性に懸念が生じることから、良好なシール性を長期的に維持するのに十分とは言えない。

また、従来のラック軸用オイルシールでは、シールリップ１０５での潤滑油の保持性の観点から、シールリップ１０５における外部Ａ’側の傾斜面１０５ｃに、複数の突条部１２０が周方向に沿って形成されている（図５（ｂ））。シールリップに設けられる突条部１２０は、通常、オイルシールの径方向断面において、その頂部１２０ａを通る上記傾斜面の垂線Ｙに対してほぼ線対称となる形状を有している。このような構成では、近接する２つの突条部１２０，１２０間に溝部１２１が形成され、当該溝部に潤滑油が一時的に溜められることにより、シールリップ１０５の傾斜面１０５ｃで潤滑油を保持することが可能となっている。しかし近年、良好なシール性を長期的に維持するべく、シールリップでの潤滑油の保持力を向上することが求められている。

本考案の目的は、良好なシール性を長期的に維持することができるオイルシールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本考案のオイルシールは、被着体である軸と略同軸で配置された筒状部と、該筒状部の外部側の端部に設けられたフランジ部とを有する金属環と、被着体である軸と当接して密封対象をシールするシールリップを有し、前記金属環に保持されたエラストマー製のシール部と、前記フランジ部の径方向内側端部と前記シールリップとの間に介挿され、前記シールリップを支持する支持リングとを備え、前記フランジ部の厚みが１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とする。

また、前記シールリップは、前記軸と当接する頂部と、該頂部近傍に設けられ且つ前記頂部の密封対象側に形成された第１傾斜面と、前記頂部の近傍に設けられ且つ前記頂部の密封対象側に形成された第２傾斜面と、該第２傾斜面に形成された複数の突条部とを有し、前記突条部は、密封対象側に形成された第３傾斜面と、外部側に形成された第４傾斜面とを有し、前記第２傾斜面に対する前記第３傾斜面の斜度が、前記第２傾斜面に対する第４傾斜面の斜度よりも大きい。

好ましくは、前記第２傾斜面に対する前記第３傾斜面の斜度をθ１、前記第２傾斜面に対する第４傾斜面の斜度をθ２としたとき、５０°≦θ１≦９０°、且つ２０°≦θ２＜５０°を満たす。

また、前記複数の突条部が、前記オイルシールの周方向に沿って環状に形成されており、好ましくは、前記第２傾斜面の傾斜方向に関して所定ピッチで形成されている。

また、上記オイルシールは、車両に搭載される軸に好適に取り付けられ、特に、自動車のパワーステアリング部のラック軸に好適に使用される。

本考案によれば、シールリップを支持する支持リングが、フランジ部の径方向内側端部とシールリップとの間に介挿されており、当該フランジ部の厚みが１．０〜２．０ｍｍであるため、従来と比較してフランジ部の厚みが大きく、高剛性を有している。これにより、使用時に密閉対象Ｂ側からシールリップに大きな外力を受け、支持リングを介してフランジ部の内側端部に圧力が加えられても、当該フランジ部の内側端部の変形を抑制することができる。この結果、シールリップを確実に支持することができ、良好なシール性を長期的に維持することが可能となる。

また、シールリップの第２傾斜面に形成された突条部が、密封対象側に形成された第３傾斜面と、外部側に形成された第４傾斜面とを有している。そして、第２傾斜面に対する第３傾斜面の斜度が、第２傾斜面に対する第４傾斜面の斜度よりも大きい。突条部がこのような形状を有することにより、突条部間に保持された潤滑油が外部Ａ側に流れ難くなり、第２傾斜面での潤滑油の保持力を向上することができる。

更に、複数の突条部が、オイルシールの周方向に沿って環状に形成され、また、第２傾斜面の傾斜方向に関して所定ピッチで形成されるので、第２傾斜面での潤滑油の保持力を更に向上することができる。

また本考案のオイルシールを、自動車のパワーステアリング部のラック軸に使用することにより、ラック軸を内包する油圧シリンダ内のフルードを介してシールリップに高い圧力が加えられても、油圧シリンダ内のフルードを確実且つ長期的にシールすることができる。

本考案の実施形態に係るオイルシールが取り付けられるパワーステアリング部の構成を概略的に示す図である。 図１におけるオイルシールの構成を概略的に示す断面図である。 図２のオイルシールの変形例を示す断面図である。 図３におけるシールリップに設けられた突条部の構成を示す拡大部分断面図である。 従来のオイルシールの構成を示す断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はシールリップに設けられた突条部の構成を示す部分拡大図である。

以下、本考案の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

オイルシールは、各種車両、特に自動車に使用され、パワーステアリング部に充てんされる作動油等（以下、密封対象という）をシールすることを目的として軸に装着される。なお、本実施形態では油圧式のパワーステアリング部を例に挙げて説明するが、本考案のオイルシールは、電動油圧式などの他のパワーステアリング部にも適用することができる。

パワーステアリング部は、図１に示すように、ステアリングホイール２にインプットシャフト３を介して接続されたステアリングギアボックス（ラック＆ピニオン）４と、該ステアリングギアボックスから略水平に配され、ラック軸５を内包する油圧シリンダ６とを備えている。ステアリングギアボックス４の上方には油圧制御弁７が配置されており、油圧制御弁７は、オイル送出路７ａ，７ｂを介して油圧室６ａ，６ｂと接続されている。油圧シリンダ６の両端部には、ラック軸５に摺動可能に当接するオイルシール１，１’が配置されている。

ステアリングホイール２が操作されていない状態では、油圧室６ａ，６ｂ内の圧力は均等であり、オイルシール１，１’に加えられる圧力は等しくなっている。ステアリングホイール２が操舵されると（例えば、反時計回りに回動）、作動油がオイル送出路７ｂを介して油圧シリンダ６内（反時計回りの回動の場合、油圧室６ｂ内）に導入され、ラック軸５の中心に位置するフランジを押圧し（反時計回りの回動の場合、左方向に押圧）、これによりステアリングホイール２の操舵力が補助される。このように、ステアリングホイール２の未操舵時にはオイルシール１，１’に所定圧力が加えられており、ステアリングホイール２の操舵時には、未操舵時よりも大きな圧力がオイルシール１，１’に加えられる。

図２は、本実施形態に係るオイルシールの構成を概略的に示す断面図である。なお、図２のオイルシールは、その一例を示すものであり、本考案に係るオイルシールの構成は、図２のものに限られないものとする。また、本実施形態では、説明の便宜上、油圧シリンダ６の一端に配置されたオイルシール１の位置を基準として、ラック軸５の軸方向に関してオイルシール１よりも外側（ステアリングギアボックス側）を「外部Ａ側」、オイルシール１よりも油圧室側（油圧室６ｂに充填された作動油側）を「密封対象Ｂ側」とする。

オイルシール１は、金属環１０と、該金属環に保持されたエラストマー製のシール部２０と、シール部２０に嵌着されたガータースプリング３０とを備えている。オイルシール１は略円環状の部材であり、その環状内空間に被着体であるラック軸５が挿通されると、シール部２０の内周部がラック軸５の外周面５ａに圧接される。

金属環１０は、ラック軸５と略同軸で配置される筒状部１１と、該筒状部の外部Ａ側の端部に一体成形されたフランジ部１２とを有している。金属環１０は、径方向縦断面略Ｌ字型の部材であり、この金属環１０にシール部２０が加硫接着される。

金属環１０の厚みＤ１はほぼ一定であり、筒状部１１とフランジ部１２の厚みは同一（Ｄ１）である。そして、金属環１０の厚みＤ１は、従来のものに比べて大きくなるように設計されており、望ましくは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。また、図２において、筒状部１１が内包されている部位全体の厚みＤ２に対する、金属環１０の厚みＤ１の比率（Ｄ１／Ｄ２）は、従来に比べて大きく、例えば０．５程度である。同様に、フランジ部１２が内包されているオイルシール１の部位全体の厚みＤ３に対する、金属環１０の厚みＤ１の比率（Ｄ１／Ｄ３）も、従来に比べて大きく、例えば０．３程度である。このように、金属環１０の厚みＤ１を従来よりも大きくすることで金属環１０の剛性が高くなり、特に、フランジ部１２の厚みを従来よりも大きくすることで、フランジ部１２の軸方向に関する曲げ剛性が高くなる。

シール部２０は、筒状部１１の内周面に固着されたシール基部２１と、該シール基部の内周部から更に内方に延出し、ラック軸５と当接して密封対象をシールするシールリップ２２とを有している。シール部２０は、エラストマーで成形され、例えばＮＢＲやＨＮＢＲなどの合成ゴムで成形されている。シール基部２１の内周部には、後述する支持リングを保持するための切り欠き２１ａが形成されており、この切り欠き２１ａとフランジ部１２の径方向内側端部１２ａとで画定される空間が、溝部２３を構成している。

シールリップ２２は、筒状部１１よりも径方向内側であって且つフランジ部１２よりも密封対象Ｂ側に配置されており、その径方向断面形状は略Ｖ字型である。具体的には、シールリップ２２は、ラック軸５の外周面５ａに圧接する頂部２２ａと、該頂部の近傍に設けられ且つ頂部２２ａの密封対象Ｂ側に形成された傾斜面２２ｂ（第１傾斜面）と、頂部２２ａの近傍に設けられ且つ該頂部の外部Ａ側に形成された傾斜面２２ｃ（第２傾斜面）とを有している。傾斜部２２ｃは、頂部２２ａに関して傾斜面２２ｂの反対側に形成されており、この傾斜面２２ｃには、潤滑油を保持するための複数の突条部２３が形成されている。

また、オイルシール１は、フランジ部１２の径方向内側端部１２ａとシールリップ２２との間に介挿され、且つシールリップ２２を支持する支持リング４０を備える。支持リング４０は、例えば金属あるいは硬質の樹脂で成形されており、その径方向断面形状は略台形である。この支持リング４０は、シール基部２１の径方向内側であって且つシールリップ２２よりも外部Ａ側に配置されており、シール基部２１の径方向内側に設けられた溝部２４に嵌入される。このとき、支持リング４０の外部Ａ側の平面４０ａは、フランジ部１２における径方向内側端部１２ａの平面１３と当接し、また、支持リング４０の密封対象Ｂ側の平面４０ｂが、シールリップ２２の外部Ａ側に設けられた平面２５と当接している。

上記のように構成されるオイルシール１が装着されたパワーステアリング部において、ステアリングホイール２が例えば反時計回りに回動されると、油圧室６ｂ内に作動油が導入され、シールリップ２２は、密封対象Ｂ側から作動油を介して外力を受ける。このとき、支持リング４０及びフランジ部１２が協働してシールリップ２２を支持する。具体的には、シールリップ２２に加えられた密封対象Ｂ側からの外力が、支持リング４０を介してフランジ部１２の径方向内側端部１２ａに伝達される。この外力により、支持リング４０を介してフランジ部１２の径方向内側端部１２ａに応力が生じるが、フランジ部１２の軸方向に関する曲げ剛性が高いため、径方向内側端部１２ａが上記応力の発生によって外部Ａ側に曲げられることが無い。よって、支持リング４０が、軸方向に関して使用開始前の組み込み時とほぼ同位置で保持され、シールリップ２２の外部Ａ側への弾性変形が長期に亘って抑制される。

上述したように、本実施形態によれば、シールリップ２２を支持する支持リング４０が、フランジ部１２の径方向内側端部１２ａとシールリップ２２との間に介挿されており、当該フランジ部の厚みが１．０〜２．０ｍｍであるため、従来と比較してフランジ部の厚みが大きく、高剛性を有する。これにより、使用時に密閉対象Ｂ側からシールリップ２２に大きな外力を受け、支持リング４０を介してフランジ部１２に圧力が加えられても、フランジ部１２の径方向内側端部１２ａの変形を抑制することができる。特に、ステアリングホイール２の操舵により、シールリップ２２が密封対象Ｂ側から大きな外力を急激に受けた場合であっても、径方向内側端部１２ａの変形を抑制することができ、また、外力に対する十分な反力をフランジ部１２で発生させることができる。この結果、シールリップ２２を確実に支持することができ、良好なシール性を長期的に維持することが可能となる。

特に、本考案のオイルシール１を、自動車のパワーステアリング部のラック軸５に使用することにより、ラック軸５を内包する油圧シリンダ６内のフルード（作動油）を介してシールリップ１に高い圧力が加えられても、油圧シリンダ６内のフルードを確実且つ長期的にシールすることができる。

図３は、図２のオイルシールの変形例を示す断面図であり、図４は、図３におけるシールリップに設けられた突条部の構成を示す拡大部分断面図である。図３のオイルシールは、図２の構成に対して、金属環の厚みと突条部の形状が異なるので、同一部分には同じ番号を付し、以下に異なる部分を説明する。

図３において、オイルシール６０は、金属環７０と、該金属環に保持されたエラストマー製のシール部８０とを備えている。金属環７０は、ラック軸５と略同軸で配置される筒状部７１と、該筒状部の外部Ａ側の端部に一体成形されたフランジ部７２とを有しており、本変形例では、金属環７０の厚みＤ１’は、図２における金属環１０の厚みＤ１よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ１’）。

また、シールリップ２２の傾斜面２２ｃには、潤滑油を保持するための複数の突条部７３が形成されている。複数の突条部７３は、オイルシール１’の周方向に沿って環状に形成されており、好ましくは、傾斜面２２ｃの傾斜方向に関して所定ピッチで並行して設けられている。

突条部７３は、図４に示すように、頂部７３ａと、頂部７３ａよりも密封対象Ｂ側に形成された傾斜面７３ｂ（第３傾斜面）と、外部Ａ側に形成された傾斜面７３ｃ（第４傾斜面）とを有している。そして本変形例では、傾斜面２２ｃに対する傾斜面７３ｂの斜度が、傾斜面２２ｃに対する傾斜面７３ｃの斜度よりも大きい点に特徴がある。具体的には、傾斜面２２ｃに対する傾斜面７３ｂの斜度をθ１、傾斜面２２ｃに対する傾斜面７３ｃの斜度をθ２としたとき、５０°≦θ１≦９０°、且つ２０°≦θ２＜５０°を満たす。傾斜面７３ｂの斜度θ１と傾斜面７３ｃの斜度θ２が上記の関係を有することで、突条部７３，７３間に形成された溝部７４内の潤滑油Ｘが外部Ａ側に流れ出し難くなり、潤滑油Ｘが突条部７３，７３間に安定的に保持される。また、ラック軸５の往復動によって、密封対象である作動油がシールリップから掻き出されて傾斜面２２ｃに到達した場合であっても、突条部７３，７３間に介在する潤滑油Ｘが作動油によって外部Ａ側に押し出されることが無く、潤滑油Ｘが安定的に保持される。よって、斜度θ１が斜度θ２と同じである従来の突条部と比較して、傾斜面２２ｃでの潤滑油Ｘの保持力を向上することができる。

以上、上記実施形態に係るオイルシールについて述べたが、本考案は記述の実施形態に限定されるものではなく、本考案の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

例えば、図２のオイルシール１では金属環１０の厚みＤ１を１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとする点、また、図３のオイルシール６０では傾斜面７３ｂの斜度が傾斜面７３ｃの斜度よりも大きい点を規定したが、これに限らず、オイルシールが、厚み１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであるフランジ部を有し、且つ、密封対象Ｂ側に形成された傾斜面の斜度が、外部Ａ側に形成された傾斜面の斜度よりも大きい突条部を有していてもよいことは言うまでもない。

また、上記実施形態では、金属環における筒状部とフランジ部の厚みは同一であるが、これに限らず、筒状部とフランジ部の厚みが異なっていてもよい。

また、上記実施形態では、シールリップの傾斜面に複数の突起部が設けられ、複数の突起部が所定ピッチで設けられているが、これに限らず、異なるピッチで設けられてもよい。

また上記実施形態では、オイルシールにガータースプリングが設けているが、これに限らず、ガータースプリングを設けなくてもよい。

また、上記実施形態ではシール部にダストリップが設けられていないが、これに限らず、シールリップの外部側にダストリップが設けられてもよい。

本考案のオイルシールは、各種車両の伝達軸に好適に用いられ、特に自動車のパワーステアリング用オイルシールとして極めて有用である。

１， オイルシール
１’ オイルシール
２ ステアリングホイール
３ インプットシャフト
４ ステアリングギアボックス
５ ラック軸
５ａ 外周面
６ 油圧シリンダ
６ａ 油圧室
６ｂ 油圧室
７ 油圧制御弁
７ａ オイル送出路
７ｂ オイル送出路
１０ 金属環
１１ 筒状部
１２ フランジ部
１２ａ 径方向内側端部
１３ 平面
２０ シール部
２１ シール基部
２１ａ 切り欠き
２２ シールリップ
２２ａ 頂部
２２ｂ 傾斜面
２２ｃ 傾斜面
２３ 突条部
２５ 平面
３０ ガータースプリング
４０ 支持リング
４０ａ 平面
４０ｂ 平面
６０ オイルシール
７０ 金属環
７１ 筒状部
７２ フランジ部
７３ 突条部
７３ａ 頂部
７３ｂ 傾斜面
７３ｃ 傾斜面
７４ 溝部
８０ シール部

Claims (7)

1. 被着体である軸と略同軸で配置された筒状部と、該筒状部の外部側の端部に設けられたフランジ部とを有する金属環と、
   被着体である軸と当接して密封対象をシールするシールリップを有し、前記金属環に保持されたエラストマー製のシール部と、
   前記フランジ部の径方向内側端部と前記シールリップとの間に介挿され、前記シールリップを支持する支持リングとを備え、
   前記フランジ部の厚みが１．０〜２．０ｍｍであることを特徴とするオイルシール。
2. 前記シールリップは、前記軸と当接する頂部と、該頂部の近傍に設けられ且つ前記頂部の密封対象側に形成された第１傾斜面と、前記頂部の近傍に設けられ且つ前記頂部の密封対象側に形成された第２傾斜面と、該第２傾斜面に形成された複数の突条部とを有し、
   前記突条部は、密封対象側に形成された第３傾斜面と、外部側に形成された第４傾斜面とを有し、
   前記第２傾斜面に対する前記第３傾斜面の斜度が、前記第２傾斜面に対する第４傾斜面の斜度よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載のオイルシール。
3. 前記第２傾斜面に対する前記第３傾斜面の斜度をθ１、前記第２傾斜面に対する第４傾斜面の斜度をθ２としたとき、５０°≦θ１≦９０°、且つ２０°≦θ２＜５０°を満たすことを特徴とする、請求項２記載のオイルシール。
4. 前記複数の突条部が、前記オイルシールの周方向に沿って環状に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のオイルシール。
5. 前記複数の突条部が、前記第２傾斜面の傾斜方向に関して所定ピッチで形成されていることを特徴とする、請求項１記載のオイルシール。
6. 車両に搭載される軸に取り付けられることを特徴とする、請求項１記載のオイルシール。
7. パワーステアリング部のラック軸に使用されることを特徴とする、請求項６記載のオイルシール。

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