JP6995005B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハブベアリングなどに備えられる密封装置に関する。

自動車に備えられるハブベアリングには、車体側とタイヤ側にそれぞれ密封装置が設けられている。図５及び図６を参照して、従来例に係る密封装置について説明する。図５及び図６は従来例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図であり、タイヤ側に設けられ密封装置について示している。なお、図５及び図６においては、密封装置の中心軸線を含む面で密封装置等を切断した断面図を示している。

密封装置５００は、ハブベアリングに備えられる内輪２０と外輪３０との間の環状隙間を封止する機能を備えている。そして、密封装置５００は、外輪３０に対して嵌合により固定される補強環５１０と、補強環５１０に一体的に設けられる弾性体製の密封装置本体５２０とから構成される。また、密封装置本体５２０は、外部からの異物の侵入を抑制するための異物用リップ５２１と、潤滑剤（グリス）の漏出を抑制するための潤滑剤用リップ５２２と、これら２つのリップの間に設けられる中間リップ５２３とを備えている。また、これらのリップは、内輪２０に対して摺動自在に設けられている。以上のように構成される密封装置５００によれば、異物用リップ５２１と中間リップ５２３との間と、潤滑剤用リップ５２２と中間リップ５２３との間には、それぞれ密閉空間（第１密閉空間Ｓ１，第２密閉空間Ｓ２）が形成される。

なお、タイヤ側に設けられる密封装置５００の場合には、上記の通り、各リップは内輪２０に対して直接摺動するように構成される。これに対して、車体側に設けられる密封装置の場合には、一般的に、各リップは、内輪に固定されるスリンガーに対して摺動するように構成される。

ここで、内輪または内輪に固定されるスリンガーの表面には、研磨の際に形成される螺旋状の加工目が存在する場合がある。この場合、外輪に対して内輪が回転するに伴って、リップと内輪等との摺動により、いわゆるポンピング効果が発揮され、リップの摺動部内の流体は回転方向に応じた方向に移動する。従って、螺旋状の加工目は、外輪に対して内輪が正方向に回転する際に、異物が外部に排出される方向となるように形成されるのが一般的である。そのため、外輪に対して内輪が正方向に回転すると、上記の密閉空間内の気体が外部に排出される。これにより、当該密閉空間内は負圧となる。更に、摺動等による発熱によって、温度が上昇することにより、上記の密閉空間内の気体が熱膨張し、当該密閉空間内の気体が、異物用リップ５２１の摺動部から外部に排出されることもある。この場合にも、その後、温度が低下することで、上記の密閉空間内の気体が収縮して、当該密閉空間内が負圧になる。

以上のように、上記の密閉空間内が負圧になることにより、各リップが内輪等に強く押し付けられてしまう。これにより、摺動により発生するトルクを増加させてしまう原因になっていることが分かった。なお、このような不具合の対策として、リップの内周面に、周方向に間隔を空けて複数の突起部を設けることで負圧を解消させる技術が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、このような技術の場合には、突起部が摺動により摩耗されてしまい易く、負圧を解消させる機能を長期に亘り安定的に発揮させるのが難しいという問題がある。

特開２０１０－２８１３８６号公報

本発明の目的は、密閉空間内が負圧になることに起因するトルクの増加を、長期に亘り安定的に抑制可能な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、
相対的に回転可能に設けられる軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
前記ハウジングに対して固定される補強環と、
前記補強環に一体的に設けられる弾性体製の密封装置本体と、
を備える密封装置であって、
前記密封装置本体は、
径方向外側に向かって伸び、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられ、異物の侵入を抑制するための異物用リップと、
径方向内側に向かって伸び、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられ、潤滑剤の漏出を抑制するための潤滑剤用リップと、
を備え、
前記異物用リップと潤滑剤用リップのうち、少なくともいずれか一つのリップの内周面には、
リップ先端から離れた位置に設けられ、かつリップ先端側からリップ根元側に向かって伸び、リップの変形量が大きくなることで、リップを介して両側の空間を連通可能とする圧力調整溝が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、リップ先端から離れた位置に、圧力調整溝が設けられている。そのため、リップ間に形成される密閉空間内の圧力の低下に伴ってリップが変形することにより、軸または環状部材に対するリップの接触面積が増加しても、圧力調整溝を設けた分だけ接触面積の増加を抑制できる。また、圧力調整溝により、高圧側の空間から低圧側の空間に向けて気体（通常、空気）が供給されるため、密閉空間内の圧力低下を解消させることができる。これにより、リップが軸または環状部材に強く押し付けられることが抑制される。

前記密封装置本体は、前記異物用リップと潤滑剤用リップとの間に設けられ、かつ前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられる中間リップを備えるとよい。

そして、前記中間リップの内周面には、前記圧力調整溝が少なくとも一つ設けられていると好適である。

また、前記圧力調整溝が設けられているリップの内周面には、リップ先端から離れた位置に設けられる環状溝が備えられると共に、
前記圧力調整溝は、リップ先端側から前記環状溝を通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されているとよい。

これにより、リップは環状溝の部分を起点として変形し易くなる。従って、圧力調整溝
による圧力調整機能を好適に発揮させることができる。

前記環状溝及び圧力調整溝は、リップを介して両側の差圧が大きくなることでリップの変形量が大きくなった場合に、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して接触し得る位置に設けられているとよい。

以上説明したように、本発明によれば、密閉空間内が負圧になることに起因するトルクの増加を、長期に亘り安定的に抑制することができる。

図１は本発明の実施例に係るハブベアリングの模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図の一部である。 図４は本発明の実施例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図の一部である。 図５は従来例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図の一部である。 図６は従来例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図の一部である。

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。

（ハブベアリング）
本実施例に係る密封装置が適用されるハブベアリングについて、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るハブベアリングの模式的断面図である。図１においては、内輪の回転中心軸線を含む面でハブベアリングを切断した断面図を示している。

自動車にはハブベアリング１０が備えられている。ハブベアリング１０は、相対的に回転可能に設けられる内輪（軸）２０と、外輪（ハウジング）３０と、これらの間に設けられる複数のボール４０とを備えている。そして、内輪２０側にタイヤ（不図示）が固定され、外輪３０は車体側に取付けられる。以下、説明の便宜上、図１中右側をタイヤ側（Ａ）と称し、左側を車体側（Ｂ）と称する。内輪２０のタイヤ側（Ａ）には、タイヤを取り付けるために外向きフランジ部２１が設けられている。そして、外部からハブベアリング１０内への異物（泥水やごみなど）の侵入を抑制し、かつ内部から潤滑剤としてのグリス（Ｇ）が漏出することを抑制させるために、内輪２０と外輪３０との間の環状隙間を封止する密封装置１００，２００が設けられている。タイヤ側（Ａ）の密封装置１００はアウターシール、車体側（Ｂ）の密封装置２００はインナーシールと呼ばれることもある。

タイヤ側（Ａ）の密封装置１００と車体側（Ｂ）の密封装置２００は、基本的には同様の構成を採用し得る。ただし、ハブベアリング１０に備えられる密封装置１００，２００の場合、内輪２０の回転に伴って、遠心力により異物等が外部に排出し易いように、内輪２０と共に回転する部材の端面に対して摺動するシールリップが設けられる。タイヤ側（Ａ）の密封装置１００の場合には、上述した外向きフランジ部２１に対して摺動するシールリップを設けることができるのに対して、車体側（Ｂ）の密封装置２００の場合には、
外向きフランジ部２１に相当する部分を設けるために、スリンガー（環状部材）２５が設けられるのが一般的である。このように、車体側（Ｂ）の密封装置２００の場合には、スリンガー２５が必要となるのが一般的であるのに対して、タイヤ側（Ａ）の密封装置１００の場合には、必ずしもスリンガー２５を必要としない点で、両者は異なっている。

（実施例）
図２～図４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。図２は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図３及び図４は本発明の実施例に係る密封装置が適用されたハブベアリングの模式的断面図の一部である。これら図２～図４においては、内輪の回転中心軸線を含む面で密封装置等を切断した断面図を示している。

本実施例においては、タイヤ側（Ａ）の密封装置１００の場合を例にして説明する。本実施例に係る密封装置１００は、外輪３０に対して固定される補強環１１０と、補強環１１０に一体的に設けられる弾性体（例えば、ゴム）製の密封装置本体１２０とから構成される。補強環１１０は、外輪３０の内周面に嵌合により固定される略円筒部１１１と、略円筒部１１１の端部から伸びる内向きフランジ部１１２とを備えている。密封装置本体１２０は、内向きフランジ部１１２に一体的に設けられている。

密封装置本体１２０は、異物用リップ１２１と、潤滑剤用リップ１２２と、中間リップ１２３とを備えている。異物用リップ１２１は、異物の侵入を抑制するために設けられている。この異物用リップ１２１は、径方向外側に向かって伸び、内輪２０に対して摺動自在に設けられている。より具体的には、この異物用リップ１２１は、内輪２０における外向きフランジ部２１の端面に対して摺動自在に設けられている。潤滑剤用リップ１２２は、潤滑剤（グリス（Ｇ））の漏出を抑制するために設けられている。この潤滑剤用リップ１２２は、径方向内側に向かって伸び、内輪２０の外周表面２２に対して摺動自在に設けられている。中間リップ１２３は、異物用リップ１２１と同様に、異物の侵入を抑制するために設けられており、異物用リップ１２１では阻止できずに侵入してしまった異物が、ボール４０側に侵入してしまうことを抑制する役割を担っている。この中間リップ１２３は、異物用リップ１２１と潤滑剤用リップ１２２との間に設けられ、かつ径方向外側に向かって伸び、内輪２０に対して摺動自在に設けられている。より具体的には、この中間リップ１２３は、内輪２０の外周表面２２と外向きフランジ部２１との間の湾曲面２３に対して摺動自在に設けられている。

そして、本実施例に係る異物用リップ１２１の内周面には、リップ先端から離れた位置（リップ先端から０．５ｍｍ以上離れた位置）に、環状溝１２１ａ及び圧力調整溝１２１ｂが設けられている。圧力調整溝１２１ｂは、リップ先端側から環状溝１２１ａを通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されている。また、この圧力調整溝１２１ｂの溝深さは、環状溝１２１ａの溝深さよりも深くなるように設定されている。更に、圧力調整溝１２１ｂは、周方向に間隔を空けて複数設けられている。そして、これら環状溝１２１ａ及び圧力調整溝１２１ｂは、異物用リップ１２１を介して両側の差圧が大きくなることで異物用リップ１２１の変形量が大きくなった場合に、内輪２０に対して接触し得る位置に設けられている。

また、本実施例に係る潤滑剤用リップ１２２の内周面にも、リップ先端から離れた位置（リップ先端から０．５ｍｍ以上離れた位置）に、環状溝１２２ａ及び圧力調整溝１２２ｂが設けられている。圧力調整溝１２２ｂは、リップ先端側から環状溝１２２ａを通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されている。また、この圧力調整溝１２２ｂの溝深さは、環状溝１２２ａの溝深さよりも深くなるように設定されている。更に、圧力調整溝１２２ｂは、周方向に間隔を空けて複数設けられている。そして、これら環状溝１２２ａ及び圧力調整溝１２２ｂは、潤滑剤用リップ１２２を介して両側の差圧が大きくな
ることで潤滑剤用リップ１２２の変形量が大きくなった場合に、内輪２０に対して接触し得る位置に設けられている。

更に、本実施例に係る中間リップ１２３の内周面にも、リップ先端から離れた位置（リップ先端から０．５ｍｍ以上離れた位置）に、環状溝１２３ａ及び圧力調整溝１２３ｂが設けられている。圧力調整溝１２３ｂは、リップ先端側から環状溝１２３ａを通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されている。また、この圧力調整溝１２３ｂの溝深さは、環状溝１２３ａの溝深さよりも深くなるように設定されている。更に、圧力調整溝１２３ｂは、周方向に間隔を空けて複数設けられている。そして、これら環状溝１２３ａ及び圧力調整溝１２３ｂは、中間リップ１２３を介して両側の差圧が大きくなることで中間リップ１２３の変形量が大きくなった場合に、内輪２０に対して接触し得る位置に設けられている。

以上のように構成される密封装置１００によれば、内輪２０の表面と、異物用リップ１２１と、中間リップ１２３との間に、密閉された空間（第１密閉空間Ｓ１と称する）が形成される。また、内輪２０の表面と、潤滑剤用リップ１２２と、中間リップ１２３との間にも、密閉された空間（第２密閉空間Ｓ２と称する）が形成される。上記の背景技術の中で説明したように、内輪２０の表面に形成された螺旋状の加工目の影響や温度変化の影響により、これら第１密閉空間Ｓ１及び第２密閉空間Ｓ２の内部から外部（大気側）に気体が排出されることがある。これにより、第１密閉空間Ｓ１及び第２密閉空間Ｓ２の内部は負圧（大気よりも圧力が低い状態）になることがある。

＜密封装置の圧力調整のメカニズム＞
特に、図３及び図４を参照して、本実施例に係る密封装置１００の圧力調整のメカニズムについて説明する。図３は第１密閉空間Ｓ１及び第２密閉空間Ｓ２の内部の気圧が大気圧とあまり変わらない状態を示しており、図４は第１密閉空間Ｓ１の内部が負圧になっている状態を示している。なお、図４においては、密封装置１００全体の断面図においては、圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂが設けられていない部位の断面図を示し、図中、丸で囲った部分には、圧力調整溝１２１ｂが設けられている部位での拡大断面図を示している。

通常の状態においては、第１密閉空間Ｓ１及び第２密閉空間Ｓ２の内部の気圧は、大気圧とあまり変わらない。この状態においては、異物用リップ１２１と、潤滑剤用リップ１２２と、中間リップ１２３は、いずれもリップ先端が内輪２０の表面に摺動自在に接触した状態となっている。また、環状溝１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ及び圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂは、いずれも内輪２０の表面から離れた状態となっている（図３参照）。

そして、加工目の影響や温度変化の影響により、第１密閉空間Ｓ１の内部の圧力が低下していき、この第１密閉空間Ｓ１の内部の圧力と大気との差圧が大きくなるにつれて、異物用リップ１２１は変形していく。すなわち、異物用リップ１２１は、大気圧により、外周面側が内周面側に向かって押圧されるため、内輪２０の表面に対する接触面積が徐々に広くなるように変形していく。また、異物用リップ１２１の内周面には、環状溝１２１ａが設けられているために、環状溝１２１ａの部分は他の部分に比べて剛性が低くなっている。従って、異物用リップ１２１は、環状溝１２１ａの部分を起点として折れ曲がるように変形する（図４参照）。これにより、環状溝１２１ａが設けられている部分は、特に大きく変形する。そして、異物用リップ１２１の両側の差圧が大きくなって、異物用リップ１２１の変形量が大きくなると、圧力調整溝１２１ｂによって、第１密閉空間Ｓ１と大気側とが連通した状態となる（図４中の丸で示した拡大断面図参照）。従って、大気側から第１密閉空間Ｓ１の内部に気体（空気）が流れ込むことで、第１密閉空間Ｓ１の内部の負
圧は解消される。これにより、異物用リップ１２１は図３に示すように元の形状に戻る。従って、異物用リップ１２１が内輪２０の表面に対して強く押し付けられることが抑制される。

なお、第２密閉空間Ｓ２の内部の圧力が、第１密閉空間Ｓ１の内部の圧力に比べて低くなった場合には、中間リップ１２３について、同様の挙動が生じる。これにより、中間リップ１２３を介して両側の差圧がなくなる（または低くなる）ことで、中間リップ１２３が内輪２０の表面に対して強く押し付けられることが抑制される。また、第２密閉空間Ｓ２の内部の圧力が、グリス（Ｇ）が設けられている空間の内部の圧力に比べて低くなった場合には、潤滑剤用リップ１２２について、同様の挙動が生じる。これにより、潤滑剤用リップ１２２を介して両側の差圧がなくなる（または低くなる）ことで、潤滑剤用リップ１２２が内輪２０の表面に対して強く押し付けられることが抑制される。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上のように、本実施例に係る密封装置１００によれば、異物用リップ１２１，潤滑剤用リップ１２２、及び中間リップ１２３においては、リップ先端から離れた位置に、それぞれ、環状溝１２１ａ，１２２ａ，１２３ａと圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂが設けられている。そのため、リップ間に形成される密閉空間内の圧力の低下に伴ってリップが変形することにより、内輪２０に対するリップの接触面積が増加しても、環状溝１２１ａ，１２２ａ，１２３ａ及び圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂを設けた分だけ接触面積の増加を抑制できる。従って、トルクの増加を抑制することができる。

また、圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂにより、高圧側の空間から低圧側の空間に向けて気体（通常、空気）が供給されるため、密閉空間内の圧力低下を解消させることができる。これにより、リップが内輪２０に強く押し付けられることが抑制される。従って、トルクの増加を効果的に抑制することができる。以上のように、本実施例に係る密封装置１００によれば、密閉空間内が負圧になることに起因するトルクの増加を、長期に亘り安定的に抑制することができる。

（その他）
上記実施例においては、異物用リップ１２１，潤滑剤用リップ１２２、及び中間リップ１２３のいずれにも、環状溝１２１ａ，１２２ａ，１２３ａと圧力調整溝１２１ｂ，１２２ｂ，１２３ｂが設けられる場合の構成を説明した。しかしながら、本発明においては、環状溝及び圧力調整溝は、異物用リップ，潤滑剤用リップ、及び中間リップのうち、少なくともいずれか一つのリップの内周面に設けられる構成を採用し得る。例えば、第１密閉空間Ｓ１のみが負圧になり易く、第２密閉空間Ｓ２は負圧になり難いような場合には、異物用リップ１２１にのみ環状溝１２１ａと圧力調整溝１２１ｂを設けて、他のリップには環状溝及び圧力調整溝を設けない構成も採用し得る。このように、使用環境に応じて、いずれのリップに環状溝及び圧力調整溝を設けるかを選択することができる。

また、上記実施例においては、密封装置本体１２０が、異物用リップ１２１と、潤滑剤用リップ１２２と、中間リップ１２３とを備えている場合の構成を示した。しかしながら、本発明においては、密封装置本体が、異物用リップと潤滑剤用リップとを備え、中間リップを備えていない場合の構成にも採用し得る。

また、上記実施例においては、リップの内周面に、圧力調整溝と環状溝の両者を備える場合の構成を示した。環状溝を設ける理由は、リップの両側の差圧が大きくなって、リップが変形する場合に、環状溝の部分を起点として折れ曲がるように、リップの変形の仕方を制御するためである。このように、リップの変形の仕方を制御することで、圧力調整溝による圧力調整機能を十分に発揮させることができる。しかしながら、環状溝を設けなく
ても、圧力調整溝による圧力調整機能を十分に発揮させることができる場合には、環状溝を設けなくてもよい。

また、上記実施例においては、ハブベアリング１０において、タイヤ側（Ａ）に設けられる密封装置１００の場合を例にして説明した。しかしながら、本発明に係る密封装置は、ハブベアリング１０において、車体側（Ｂ）に設けられる密封装置２００にも適用可能である。この場合には、密封装置本体における各リップが、内輪２０ではなく、内輪２０に固定される環状部材（スリンガー２５）に対して摺動する点のみが異なっている。

更に、上記実施例では、ハブベアリング１０に適用される密封装置を例にして説明した。しかしながら、ハブベアリング以外の用途においても、本発明の密封装置は適用され得る。すなわち、上述した各実施例で説明した密封装置と同様の密封装置を他の用途にも適用し得る。例えば、デファレンシャル装置や変速機に用いられる密封装置においても、本発明に係る密封装置を好適に適用することができる。

１０ ハブベアリング
２０ 内輪
２１ 外向きフランジ部
２２ 外周表面
２３ 湾曲面
２５ スリンガー
３０ 外輪
４０ ボール
１００，２００ 密封装置
１１０ 補強環
１１１ 略円筒部
１１２ 内向きフランジ部
１２０ 密封装置本体
１２１ 異物用リップ
１２１ａ 環状溝
１２１ｂ 圧力調整溝
１２２ 潤滑剤用リップ
１２２ａ 環状溝
１２２ｂ 圧力調整溝
１２３ 中間リップ
１２３ａ 環状溝
１２３ｂ 圧力調整溝
Ｓ１ 第１密閉空間
Ｓ２ 第２密閉空間

Claims (5)

1. 相対的に回転可能に設けられる軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する密封装置において、
   前記ハウジングに対して固定される補強環と、
   前記補強環に一体的に設けられる弾性体製の密封装置本体と、
   を備える密封装置であって、
   前記密封装置本体は、
   径方向外側に向かって伸び、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられ、異物の侵入を抑制するための異物用リップと、
   径方向内側に向かって伸び、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられ、潤滑剤の漏出を抑制するための潤滑剤用リップと、
   を備え、
   前記異物用リップと潤滑剤用リップのうち、少なくともいずれか一つのリップの内周面には、
   リップ先端から離れた位置に設けられ、かつリップ先端側からリップ根元側に向かって伸び、リップの変形量が大きくなることで、リップを介して両側の空間を連通可能とする圧力調整溝が少なくとも一つ設けられており、
   前記圧力調整溝が設けられているリップの内周面には、リップ先端から離れた位置に設けられる環状溝が備えられると共に、
   前記圧力調整溝は、リップ先端側から前記環状溝を通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されていることを特徴とする密封装置。
2. 前記密封装置本体は、前記異物用リップと潤滑剤用リップとの間に設けられ、かつ前記軸または該軸に固定される環状部材に対して摺動自在に設けられる中間リップを備えることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記中間リップの内周面には、前記圧力調整溝が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
4. 前記中間リップの内周面には、リップ先端から離れた位置に設けられる環状溝が備えら
   れると共に、
   前記中間リップの内周面に設けられた前記圧力調整溝は、リップ先端側から前記中間リップの内周面に設けられた前記環状溝を通過してリップ根元側に向かって伸びるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の密封装置。
5. 前記環状溝及び圧力調整溝は、リップを介して両側の差圧が大きくなることでリップの変形量が大きくなった場合に、前記軸または該軸に固定される環状部材に対して接触し得る位置に設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の密封装置。

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