JP6468702B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状の内軸収容部と、この内軸収容部内に回動可能に配設される内軸との間の環状空間を密封する密封装置に関する。

自動車のラック・ピニオン機構は、ピニオン軸と、当該ピニオン軸の一部を収容している有底円筒状のピニオン軸収容部とを備えている。そして、ピニオン軸収容部のステアリングホイール側（すなわち上側）に形成されている開口部に、ピニオン軸とピニオン軸収容部との間の環状空間を密封して外部からの泥水や塵の侵入を防ぐ密封装置が配設されている。

ラック・ピニオン機構に用いられる従来の密封装置１１０は、例えば、図５に示すように、芯金１１１とシール部１１４とで構成されている。芯金１１１は、円筒部１１２と、この円筒部１１２の上端から径内方向に延設された円環部１１３と、で構成されている。シール部１１４は、ニトリルゴム等の弾性材で作製されている。また、図示例では、シール部１１４は、接着部１１５とバネ部１１７とリップ部１１８とで構成されている。接着部１１５は、芯金１１１に加硫接着されている。バネ部１１７は、接着部１１５の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の下方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の上方に向かって延出している。リップ部１１８は、バネ部１１７から軸方向の上方に向かって延出しており、ピニオン軸１２０の外周に当接している。

リップ部１１８は、径方向内側の軸方向先端側（上側）に断面三角形状（テーパ状）の主リップ１１８ａを備え、径方向内側の軸方向基端側（下側）に補助リップ１１８ｂを備えている。主リップ１１８ａの軸方向先端側のテーパ面１１８ｔは、図６に示すように、シール部１１４の加硫成形時に発生するバリＢを図中の一点鎖線に沿ってカットすることで形成される。

密封装置１１０は、無負荷状態の最内径が、ピニオン軸１２０の径よりも小さく形成されている。このため、密封装置１１０がピニオン軸１２０とピニオン軸収容部１４１の間の環状空間Ｓに配設されると、主リップ１１８ａ及び補助リップ１１８ｂがピニオン軸１２０の外周に当接して、バネ部１１７及びリップ部１１８が拡径される。これにより、バネ部１１７及びリップ部１１８は、ピニオン軸１２０を径内方向に付勢して、環状空間Ｓを密封し、ピニオン軸１２０の偏心に対しても追従することができる。

しかし、密封装置１１０が環状空間Ｓに配設されると、バネ部１１７及びリップ部１１８は拡径されるために、当該バネ部１１７及びリップ部１１８では周方向に引張り応力が常に生じている状態となる。特に、図５に示すように、リップ部１１８の軸方向の先端部１１８ｃは、バネ部１１７及びリップ部１１８の他の部分に比べて大きく拡径されるので、より大きな引張り応力が生じる。リップ部１１８における主リップ１１８ａの径方向内側の角部は常にピニオン軸１２０と接触しているために、ここにオゾンクラックは発生しないが、リップ部１１８の軸方向の先端角部１１８ｅ，１１８ｆには、大きな引張り応力のために、径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生する。このため、密封装置１１０のシール部１１４は、所望の耐オゾン性能を有するものではなかった。

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、密封装置のシール部の耐オゾン性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、
円筒状の内軸収容部と、この内軸収容部内に回動可能に配設される内軸との間の環状空間を密封する密封装置であって、
前記内軸収容部に固設される円筒部と、この円筒部の軸方向の一端から径内方向に延設された円環部と、を有する芯金と、
この芯金に接着された接着部と、この接着部の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の一方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の他方に向かって延出しているバネ部と、このバネ部から軸方向の他方に向かって延出しており、拡径されることで前記内軸の外周に当接するリップ部と、を有する、弾性材で作製されたシール部と、を備え、
前記リップ部は、軸方向の他方の先端部に前記内軸の外周に当接するシールリップを備えており、このシールリップは、軸方向の他方の先端側に先端面とその先端面から軸方向の一方かつ径内方向に延びるテーパ面を有しており、前記先端面とテーパ面とで形成される径内側角部は断面略円弧状に形成されていることを特徴とする。

本発明の密封装置において、リップ部は、軸方向の先端角部が断面略円弧状に形成されている。このため、当該軸方向の先端角部に生じる引張り応力を分散させることができ、当該軸方向の先端角部に、径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生することを防止できる。このため、シール部の耐オゾン性を向上させることができる。

前記リップ部は、軸方向の先端部に前記内軸の外周に当接するシールリップを備えており、このシールリップは、軸方向先端側にテーパ面を有しており、このテーパ面は、軸方向の先端面と連続する二段テーパとなっていることが好ましい。
この場合、前記シールリップの軸方向先端側のテーパ面が一段テーパである場合に比べて、軸方向の先端角部が一つ増えるとともに、より大きな鈍角となるので、軸方向の先端角部に引張り応力が集中するのを抑制することができる。

本発明の密封装置によれば、シール部の耐オゾン性を向上させることができる。

自動車のステアリング装置のラック・ピニオン機構の断面説明図である。 本発明の実施形態に係る密封装置の断面説明図である。 二段テーパ面の形成方法を示す拡大断面説明図である。 本発明の密封装置の変形例の断面説明図である。 従来の密封装置の断面説明図である。 一段テーパ面の形成方法を示す拡大断面説明図である。

以下、自動車のステアリング装置のラック・ピニオン機構１に用いられる本発明の実施形態に係る密封装置１０を図面に基づいて説明する。
図１は、密封装置１０が配設されているラック・ピニオン機構１を示す断面説明図である。

ラック・ピニオン機構１は、ピニオン軸２０と、当該ピニオン軸２０の一部を収容している有底円筒状のピニオン軸収容部４１（ハウジング４０の一部）とを備えている。そして、ピニオン軸収容部４１のステアリングホイール（図示省略）側に形成されている開口部４１ａには、ピニオン軸収容部４１とピニオン軸２０との間の環状空間Ｓを密封する密封装置１０が内嵌されている。この密封装置１０は、外部から開口部４１ａを通って環状空間Ｓに泥水や塵が侵入することを防止している。

図２は、図１における密封装置１０の横断面の片側部分を拡大した断面説明図である。
密封装置１０は、円環状且つ断面Ｌ字状の芯金１１にニトリルゴム等の弾性材からなる円環状のシール部１４が加硫接着されている構成である。
芯金１１は、ピニオン軸収容部４１の内径よりもやや小径に形成されており、当該ピニオン軸収容部４１の内周面に固設される円筒部１２と、この円筒部１２の軸方向の一端である上端から円筒部１２の径内方向に沿って延設された円環部１３と、で構成されている。

シール部１４は、接着部１５とバネ部１７とリップ部１８とで構成されている。
接着部１５は、芯金１１の外側面（円筒部１２の外周面と円環部１３の上面）に対して加硫接着されており、芯金１１とほぼ同形の横断面Ｌ字状に形成されている。また、接着部１５は、図２に示すように、芯金１１の円筒部１２の先端面にまで回り込んでおり、当該先端面にも加硫接着されている。さらに、接着部１５は、芯金１１の円環部１３の先端部において円環部１３の内側面（下面）にまで回り込んでおり、円環部１３の先端面及び円環部１３の内側面の先端部分に加硫接着されている。

バネ部１７は、接着部１５の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて芯金１１の円筒部１２の軸方向の斜め下方に向かって延出して、途中で滑らかに径内方向に湾曲し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の斜め上方に向かうように延びることにより横断面Ｕ字形状を呈している。バネ部１７の先端部は、円環部１３よりも軸方向の下側に位置している。

リップ部１８は、バネ部１７の先端部の径方向内方に当該バネ部１７の先端部と連続するように形成されている。リップ部１８は、軸方向の上方に向かって延出している。リップ部１８の先端部１８ｃは、円環部１３よりも軸方向外側に位置している。そして、リップ部１８の径方向内側には、主リップ１８ａと補助リップ１８ｂが形成されている。

主リップ１８ａは、リップ部１８の軸方向の先端側おいて径内方向に突出する断面略三角形状の凸部である。補助リップ１８ｂは、リップ部１８の軸方向の下側において径内方向に向かうにつれて軸方向の下方に向かうように突出している。補助リップ１８ｂの軸方向上側には、補助リップ１８ｂの径外方向への極度の変形を抑制する腹当たり部１８ｓが径内方向に突出する態様で形成されている。主リップ１８ａは、補助リップ１８ｂよりも径内側に突出している。

リップ部１８の径方向外側には、主リップ１８ａと略同一の軸方向位置に、主リップ１８ａを径内方向に付勢するためのガータスプリング１９が嵌入する断面略円弧状の環状溝１８ｕが形成されている。リップ部１８の軸方向の先端には、主リップ１８ａから径外方向に向かって突出しており、前記環状溝１８ｕの一部を構成しているガイド部１８ｄが形成されている。

リップ部１８の軸方向の先端の径外側角部１８ｅは断面略円弧状に形成されている。なお、リップ部１８の径方向外側のその他の角部も断面略円弧状に形成されている。主リップ１８ａの軸方向先端側のテーパ面１８ｔは、二段テーパになっており、径方向に対して略４５度傾斜している第１テーパ面１８ｐと、径方向に対して第１テーパ面１８ｐよりも鋭角に傾斜している第２テーパ面１８ｑとで構成されている。第１テーパ面１８ｐは第２テーパ面１８ｑと連続しており、第２テーパ面１８ｑは先端面１８ｈと連続している。

図３は、二段テーパ面１８ｔの形成方法を示す拡大断面説明図である。二段テーパ面１８ｔは、第２テーパ面１８ｑを予め加硫成形にて形成し、加硫成形時に発生するバリＢを図中の一点鎖線に沿ってカットすることで第１テーパ面１８ｐが形成される。リップ部１８の先端面１８ｈと第２テーパ面１８ｑと第１テーパ面１８ｐとによって軸方向先端の２つの角部１８ｆ，１８ｇが形成されている。

密封装置１０は、環状空間Ｓに配設されることで径方向へ変形可能な寸法が、想定されるピニオン軸２０の最大偏心量よりも充分に大きくなるように形成されている。そして、図２に示すように、密封装置１０がピニオン軸収容部４１に内嵌されると、バネ部１７及びリップ部１８は拡径される。このとき、バネ部１７及びリップ部１８のうち主リップ１８ａを備えているリップ部先端部１８ｃが最も大きく拡径される。また、ガータスプリング１９は、自然状態よりも径外方向に押し広げられた状態となる。そして、主リップ１８ａ及び補助リップ１８ｂは、バネ部１７及びリップ部１８とガータスプリング１９の径内方向への付勢力によりピニオン軸２０の外周面に対して押圧される。

本発明の実施形態に係る密封装置１０において、リップ部１８は、バネ部１７及びリップ部１８のうちで最も大きく拡径される軸方向の先端部１８ｃにおける軸方向先端の径外側角部１８ｅが断面略円弧状に形成されている。このため、従来において当該径外側角部１１８ｅに集中していた引張り応力を分散させることができる。また、主リップ１８ａは、軸方向先端側にテーパ面１８ｔを有しており、このテーパ面１８ｔは、軸方向の先端面１８ｈと連続する二段テーパとなっている。このため、軸方向先端側のテーパ面１１８ｔが先端面１１８ｈと連続する一段テーパである従来例（図６の場合）に比べて、軸方向先端の径内側角部１８ｆ，１８ｇが一つ増えるとともにより大きな鈍角となるので、当該角部１８ｆ，１８ｇに引張り応力が集中するのを抑制することができる。
このため、軸方向の先端角部１８ｅ，１８ｆ，１８ｇに径方向に沿ってオゾンクラックが早期に発生することを防止できる。これにより、シール部１４の耐オゾン性を向上させることができる。

なお、本発明の密封装置１０は、図５及び図６に示す従来例よりもオゾンクラックが発生するまでの時間が長くなることが、偏心量０．２ｍｍＴＩＲ、オゾン濃度：５０±５ｐｐｈｍ、温度：４０±２℃を条件とし、シール部１４の材料としてＨＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）を用いた耐オゾン性評価試験において実証されている。

［変形例］
本発明の密封装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、図４に示すように、主リップ１８ａのテーパ面１８ｔを二段テーパとする代わりに、一段テーパとし、先端面１８ｈと一段テーパ１８ｔとで形成される径内側角部１８ｆが断面略円弧状に形成されていてもよい。また、上述の実施形態において、軸方向の先端角部１８ｆ，１８ｇが断面略円弧状に形成されていてもよい。さらに、上述の密封装置１０は、ラック・ピニオン機構１のみならず円筒状の内軸収容部に対して内軸が偏心し得る他の機構に対しても適用することができる。

１０：密封装置、１１：芯金、１２：円筒部、１３：円環部、１４：シール部、１５：接着部、１７：バネ部、１８：リップ部、１８ａ：主リップ（シールリップ）、１８ｅ：径外側角部（先端角部）、１８ｆ：径内側角部（先端角部）、１８ｇ：径内側角部（先端角部）、１８ｈ：先端面、１８ｔ：テーパ面、２０：ピニオン軸（内軸）、４１：ピニオン軸収容部（内軸収容部）、Ｓ：環状空間

Claims (1)

1. 円筒状の内軸収容部と、この内軸収容部内に回動可能に配設される内軸との間の環状空間を密封する密封装置であって、
   前記内軸収容部に固設される円筒部と、この円筒部の軸方向の一端から径内方向に延設された円環部と、を有する芯金と、
   この芯金に接着された接着部と、この接着部の径方向内側の端部から径内方向に向かうにつれて軸方向の一方に向かって延出し、ついで径内方向に向かうにつれて軸方向の他方に向かって延出しているバネ部と、このバネ部から軸方向の他方に向かって延出しており、拡径されることで前記内軸の外周に当接するリップ部と、を有する、弾性材で作製されたシール部と、を備え、
   前記リップ部は、軸方向の他方の先端部に前記内軸の外周に当接するシールリップを備えており、このシールリップは、軸方向の他方の先端側に先端面とその先端面から軸方向の一方かつ径内方向に延びるテーパ面を有しており、前記先端面とテーパ面とで形成される径内側角部は断面略円弧状に形成されていることを特徴とする密封装置。

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