JP2012037008A

JP2012037008A - 揺動部密封体

Info

Publication number: JP2012037008A
Application number: JP2010179377A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Sato; 孝彦佐藤
Original assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Current assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】シール性能を高くし、その信頼性を長期にわたって維持することができ、コストを低減することができる揺動部密封体を提供する。
【解決手段】環状の芯金２に弾性体３を被覆してなる密封体１であって、弾性体３の外周側端部を外側部材ＯＰの内周面１２に形成された被装着部１２Ａに取り付けられる装着部４とし、弾性体３における芯金２の内周部から径方向内側に延びる円環部５の内周側端部を膨大させたシール部６とし、円環部５を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態でシール部６を内側部材ＩＰの外周面１１に圧接させ、シール部６を内側部材ＩＰに対して摺動不能に保持するとともに、内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰの相対的揺動による装着部４及び芯金２とシール部３との揺動回転方向の角度ずれによって円環部５を弾性変形させ、シール部６が内側部材ＩＰの外周面１１に対して摺動しないように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、揺動回転軸まわりに相対的に揺動する部材間に装着される、前記部材間への異物の侵入を防止するための密封体に関するものである。

回転軸又は揺動回転軸まわりに相対的に回転又は揺動する部材間を密封するために、鋼板等からなる環状の芯金にシールリップを形成する合成ゴム等の弾性体を加硫接着してなる密封体が広く用いられており、このような密封体は、相対的に回転又は揺動する部材の一方（外輪又はハウジング等）に固定されるともに、相対的に回転又は揺動する部材の他方（内輪又は歯車軸等）にシールリップを摺接させている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

実公平４５−２６４９２号公報特開平０７−７７２８１号公報特開２０００−５５１３２号公報

動力伝達軸等において、駆動系のねじり振動に起因する振動や騒音を低減するために弾性体等からなるダンパーを組み込む構成、又は、入力軸と出力軸とをたわみ継手により連結する構成等においても、使用環境によっては、揺動回転軸まわりに相対的に揺動する部材間への異物の侵入を防止する必要があるため、上述のような環状の芯金に弾性体を加硫接着してなる密封体が使用される。
しかしながら、このような密封体では、シールリップの先端を前記揺動する部材の一方に接触させた状態で摺動させながら密封する構成であることにより、摺動抵抗や磨耗を考慮してリップ反力の大きさを抑える必要があることから、シールリップの締付け力が小さくなるためシール性能を高くすることができない。
その上、前記揺動する部材の一方にシールリップを摺接させていることからリップ先端が磨耗するため、シール性能を長期にわたって維持することができない。
その上さらに、シールリップが摺接する部材表面の真円度及び面粗度によりシール性能が大きく影響されるため、前記部材の加工コストが増大する。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、シール性能を高くすることができるとともに、その信頼性を長期にわたって維持することができ、コストを低減することができる揺動部密封体を提供する点にある。

本発明に係る揺動部密封体は、前記課題解決のために、揺動回転軸まわりに相対的に揺動する内側部材及び外側部材間に取り付けられ、これら内側部材及び外側部材間の環状開口を塞ぐ、環状の芯金に弾性体を被覆してなる密封体であって、前記弾性体の外周側端部又は内周側端部を、前記外側部材の内周面又は前記内側部材の外周面に形成された被装着部に取り付けられる装着部とし、前記弾性体における、前記芯金の内周部から径方向内側に延びる円環部の内周側端部又は前記芯金の外周部から径方向外側に延びる円環部の外周側端部を膨大させたシール部とし、前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で前記シール部を前記内側部材の外周面又は前記外側部材の内周面に圧接させ、前記シール部を前記内側部材又は外側部材に対して摺動不能に保持するとともに、前記内側部材及び外側部材の相対的揺動による前記装着部及び芯金と前記シール部との揺動回転方向の角度ずれによって前記円環部が弾性変形することを特徴とする。

このような構成によれば、弾性体のシール部を内側部材の外周面又は外側部材の内周面に圧接させて内側部材又は外側部材に対して摺動不能に保持することから、シールリップを内側部材に対して摺動させる従来の構成のように締付け力が大きくならないように締付け力を適切な範囲にする調整を行う必要がなく、締付け力を大きくすることができるため、シール性能を高めることができる。
また、このようにシール部を内側部材又は外側部材に対して摺動不能に保持することから、内側部材及び外側部材の相対的揺動による装着部及び芯金とシール部との揺動回転方向の角度ずれが生じることになるが、この角度ずれは円環部の弾性変形により吸収されるため、内側部材及び外側部材に不要な負荷が掛かることがないとともに、密封体が損傷することもない。

その上、シール部が内側部材又は外側部材に対して摺動しないことから、シール部が摺動磨耗しないため、密封体によるシール性能の高い信頼性を長期にわたって確保することができる。
その上さらに、シール部が内側部材又は外側部材に対して摺動しないことから、シール部が摺動不能に密着する内側部材の外周面又は外側部材の内周面の真円度を高くする必要がなく、内側部材の外周面又は外側部材の内周面の面粗度を小さくする必要もないため、コストを低減することができる。

ここで、前記弾性体の自由状態で前記シール部には径方向面が形成されており、前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態では前記径方向面が軸方向面となり、該軸方向面が前記内側部材の外周面又は前記外側部材の内周面に圧接すると好ましい。
このような構成によれば、シール部に形成された径方向面が円環部を屈曲させた使用状態では軸方向面となり、該軸方向面が内側部材の外周面又は前記外側部材の内周面に対して面接触した状態で圧接されることから、シール部が内側部材又は外側部材に対してより安定かつ確実に固定されるため、密封体によるシール性能の信頼性をさらに向上することができる。

以上のように、本発明に係る揺動部密封体によれば、シール部が摺動しないことから締付け力を大きくすることができるためシール性能を高くすることができ、シール部が摺動しないことから磨耗しないためシール性能の高い信頼性を長期にわたって維持することができ、シール部が取り付けられる面の真円度を高くする必要がないとともにシール部が取り付けられる面の面粗度を小さくする必要もないためコストを低減することができるという顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る揺動部密封体を用いたダンパーシャフトを示す部分縦断面図である。同じく要部を拡大して示す縦断面図である。本発明の実施の形態に係る揺動部密封体が弾性変形していない自由状態を示す縦断面図である。

次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。また、以下において、揺動回転軸の軸芯方向を「軸方向」といい、回転半径方向を「径方向」という。なお、図１〜図３において、これら図面の見やすさを考慮して揺動部密封体１における切断部端面の向う側に見える外形線の一部を省略し、一部を切断部端面図として示している。

図１に示す本発明の実施の形態に係る揺動部密封体１を用いたダンパーシャフト７は、揺動回転軸Ａまわりに回転する同軸の入力軸８と出力軸９とを、ダンパー部１０を介して連結したものであり、例えば自動車又は産業機械等で使用される等速ボールジョイントの駆動入力軸として使用することにより、ダンパー部１０によるねじり振動のエネルギーを熱エネルギー等に変換して制振する効果によって、動力伝達系の振動及び騒音を低減することができる。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係る揺動部密封体１は、揺動回転軸Ａまわりに相対的に揺動する入力軸８の内側部材ＩＰ及び出力軸９の外側部材ＯＰ間に取り付けられ、これら内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰ間の環状開口Ｂを塞ぐ、鋼板等からなる環状の金属製芯金２に合成ゴム等の弾性体３を加硫接着により被覆してなるものであり、入力軸８と出力軸９との相対的な揺動回転角度は例えば±５°程度である。
ここで、弾性体３として使用するゴム材料としては、耐油性の良好なゴム素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エチレン・アクリルゴム（ＡＥＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＰＭ）、シリコーンゴム（ＶＱＭ）等のゴムから、１種、あるいは２種以上のゴムを適当にブレンドして使用することができる。
また、ゴム材料の練り加工性、加硫成形性、金属板との接着性を考慮した場合、他種のゴム、例えば、液状ＮＢＲ、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等とブレンドして使用することも好ましい使用態様である。

図２に示すように、密封体１の弾性体３の外周側端部の装着部４を、外側部材ＯＰの内周面１２に形成された被装着部である周溝１２Ａに嵌着することにより、密封体１が外側部材ＯＰ及び内側部材ＩＰに対して位置決め固定されるとともに、密封体１の外径部からの異物の浸入を防止することができる。
また、図３に示すように、密封体１が弾性変形していない自由状態では、密封体１の弾性体３における芯金２の内周部から径方向内側に円環部５が延びており、該円環部５の内周側端部を例えば軸方向に膨大させたシール部６としており、該シール部６には径方向面６Ａが形成される。
そして、図３に示す密封体１の自由状態から図２に示すように密封体１が内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰ間の環状開口Ｂを塞ぐように装着された状態では、弾性体３の円環部５が軸方向に屈曲するように弾性変形しているため、図３に示すシール部６の径方向面６Ａは図２では軸方向面６Ｂとなっている。
したがって、軸方向面６Ｂが内側部材ＩＰの外周面１１に対して面接触した状態で圧接し、軸方向面６Ｂと外周面１１とは摺動しないように保持されるため、密封体１の内径部からの異物の浸入を防止することができる。
なお、シール部６の形状は、図２及び図３に示すような揺動回転軸Ａ（図１参照。）を含む平面で切断した断面形状が略矩形であるものに限定されるものではなく、前記断面形状が略円形若しくは楕円形又は多角形状等であってもよい。

図１及び図２に示す揺動部密封体１の使用状態において、上述のとおりシール部６の軸方向面６Ｂと内側部材ＩＰの外周面１１とは摺動不能に保持されることから、シールリップを内側部材１１に対して摺動させる従来の構成のように締付け力が大きくならないように締付け力を適切な範囲にする調整を行う必要がなく、締付け力を大きくすることができるため、シール性能を高めることができる。
また、このようにシール部６が内側部材ＩＰに対して摺動不能に保持されることから、内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰの相対的揺動による装着部４及び芯金２とシール部６との揺動回転方向の角度ずれが生じることになるが、この角度ずれは比較的薄肉に形成された円環部５の主にねじれ変形である弾性変形により吸収されるため、内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰに不要な負荷が掛かることがないとともに、密封体１が損傷することもない。

さらに、シール部６が内側部材ＩＰに対して摺動しないことから、シール部６が摺動磨耗しないため、密封体１によるシール性能の高い信頼性を長期にわたって確保することができる。
さらにまた、シール部６が内側部材ＩＰに対して摺動しないことから、シール部６が摺動不能に密着する内側部材ＩＰの外周面１１の真円度を高くする必要がなく、内側部材ＩＰの外周面１１の面粗度を小さくするように仕上げる必要もないため、コストを低減することができる。

以上のとおり、本発明の揺動部密封体１は、簡素かつコンパクトな構成であるとともに信頼性の高いものであるが、シール部６が内側部材ＩＰの外周面１１に対して摺動不能に保持されており内側部材ＩＰと一体となって揺動するため、内側部材ＩＰと外側部材ＯＰとの相対的な揺動角度範囲には制限がある。
この内側部材ＩＰと外側部材ＯＰとの相対的な揺動角度範囲は、ダンパーシャフト７に用いた上述の例では±５°程度であるが、±２０°程度までの要求仕様には対応可能であり、このような揺動角度範囲の要求仕様、内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰの大きさ並びに揺動部密封体１の寿命等の要求仕様に応じて、例えばＦＥＭ（Finite Element Method）解析等のシミュレーションにより、円環部５の肉厚並びにシール部６の形状及び大きさ等を決定することができる。

以上の説明においては、揺動部密封体１の構成として、その弾性体３に、外側部材ＯＰ側に装着部４を形成して内側部材ＩＰ側にシール部６を形成する場合を示したが、内側部材ＩＰ側に装着部を形成して外側部材ＯＰ側にシール部を形成してもよい。
すなわち、このような場合は、環状の芯金に弾性体を被覆してなる密封体１において、前記弾性体の内周側端部を内側部材ＩＰの外周面１１に形成された被装着部に取り付けられる装着部とし、前記弾性体における前記芯金の外周部から径方向外側に延びる円環部の外周側端部を膨大させたシール部とし、前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で前記シール部を外側部材ＯＰの内周面１２に圧接させ、前記シール部を外側部材ＯＰに対して摺動不能に保持するとともに、内側部材ＩＰ及び外側部材ＯＰの相対的揺動による前記装着部及び芯金と前記シール部との揺動回転方向の角度ずれによって前記円環部が弾性変形するようにすればよい。
また、以上の説明においては、揺動部密封体１をダンパーシャフト７に用いた場合を示したが、本発明の揺動部密封体は、フライホイールダンパやたわみ継手等の揺動回転軸まわりに相対的に揺動する内側部材及び外側部材間においても好適に使用することができる。

Ａ揺動回転軸
Ｂ環状開口
ＩＰ内側部材
ＯＰ外側部材
１密封体
２芯金
３弾性体
４装着部
５円環部
６シール部
６Ａ径方向面
６Ｂ軸方向面
７ダンパーシャフト
８入力軸
９出力軸
１０ダンパー部
１１内側部材の外周面
１２外側部材の内周面
１２Ａ周溝（被装着部）

Claims

揺動回転軸まわりに相対的に揺動する内側部材及び外側部材間に取り付けられ、これら内側部材及び外側部材間の環状開口を塞ぐ、環状の芯金に弾性体を被覆してなる密封体であって、
前記弾性体の外周側端部又は内周側端部を、前記外側部材の内周面又は前記内側部材の外周面に形成された被装着部に取り付けられる装着部とし、
前記弾性体における、前記芯金の内周部から径方向内側に延びる円環部の内周側端部又は前記芯金の外周部から径方向外側に延びる円環部の外周側端部を膨大させたシール部とし、
前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態で前記シール部を前記内側部材の外周面又は前記外側部材の内周面に圧接させ、前記シール部を前記内側部材又は外側部材に対して摺動不能に保持するとともに、前記内側部材及び外側部材の相対的揺動による前記装着部及び芯金と前記シール部との揺動回転方向の角度ずれによって前記円環部が弾性変形することを特徴とする揺動部密封体。
前記弾性体の自由状態で前記シール部には径方向面が形成されており、前記円環部を軸方向に屈曲させるように弾性変形させた状態では前記径方向面が軸方向面となり、該軸方向面が前記内側部材の外周面又は前記外側部材の内周面に圧接する請求項１記載の揺動部密封体。