説明

シール構造

【課題】焼入鋼切削後にリードを除去したり、総型工具にてリードを生じないように加工することなく、オイル漏れを生じるのを有効に防止できるシール構造を提供する。
【解決手段】複数のリップ部を有するオイルシールと、オイルシールのリップ部が接触するオイルシール面とを備え、オイルシール面が焼入鋼切削にて仕上げられてなるシール構造体である。少なくともオイルシール面におけるリップ部間に、螺旋状に繋がっていない溝が焼入鋼切削にて形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シール構造に関し、特に、複数のリップ部を有するオイルシールと、このオイルシールのリップ部が接触するオイルシール面とを備えたシール構造に関する。
【背景技術】
【0002】
等速自在継手は,入力軸と出力軸のなす角度が変動しても常に滑らかに回転力を伝えることが可能な継手で自動車のドライブシャフトやプロペラシャフト及び産業機械等に広く使われている。特に自動車では,FF車の前輪駆動軸,4WD車の前輪及び後輪駆動軸等に不可欠な機能部品で,今やほとんどの乗用車に採用されている。一般的に駆動軸では、ホイール側に角度は大きく採れるがスライド機能は持たない固定式等速自在継手,デファレンシャル側にスライド可能な摺動動式等速自在継手が用いられ,これら2種の等速自在継手を中間軸で連結している。
【0003】
摺動式等速自在継手の外側継手部材等においては、オイルシールとの接触面(デフオイルの流出を遮断する部位)は、従来においては研削等によって仕上げられている。しかしながら、近年においては、環境への配慮などから、環境上好ましくないクーラントを必要とする研削加工にかわって、焼入鋼切削の適用が進んでいる。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後(焼入れ後)の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。焼き入れ後に切削を行うため、素材の熱処理変形をこの切削過程で除去することができる。
【0004】
しかしながら、焼入鋼切削の場合、切削のみであるので、図10に示すように、切削面80に螺旋状の溝81が形成される。このような螺旋状の溝81が形成されれば、この溝81に沿ってオイルが外部に流出するおそれがあった。
【0005】
そこで、このように形成されたリード(螺旋状に連続した溝)を弾性砥石(乾式砥石)で除去するもの(特許文献1)や総型工具も用いてリードを生じないようにするもの(特許文献2)等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−15091号公報
【特許文献2】特開2011−12752号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1に記載のように弾性砥石を用いれば、切削工具の他にこの弾性砥石を必要とし、しかも、この弾性砥石は、砥石形状が崩れ易く、定期的にこの砥石のドレッシングが必要となっていた。このため、コスト高となるとともに、サイクルタイムが増加する等の問題があった。
【0008】
特許文献2に示すように、総型工具を用いた場合、総型工具は切削長さが長くなると、切削抵抗が大きくなり、工具にも、機械にも悪い影響を与えるため、切削長さの長い等速自在継手のオイルシール面の加工には不適当である。また、オイルシール面がシール性を保つためには、リード(螺旋状に連続した溝)が生じないだけでなく、ストレートな面形状を保っていなければならない。しかし、総型工具は切削回数の増加と共に、ストレートな面形状が次第に崩れて行く。特に、切削長さが長いほど、それが顕著である。従って、この点からも、等速自在継手の場合、総型工具による加工が不適当であることが分かる。
【0009】
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、焼入鋼切削後にリードを除去したり、総型工具にてリードを生じないように加工することなく、オイル漏れを生じるのを有効に防止できるシール構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のシール構造は、複数のリップ部を有するオイルシールと、このオイルシールのリップ部が接触するオイルシール面とを備え、前記オイルシール面が焼入鋼切削にて仕上げられてなるシール構造体であって、少なくとも前記オイルシール面におけるリップ部間に、螺旋状に繋がっていない溝が焼入鋼切削にて形成されているものである。
【0011】
本発明のシール構造によれば、オイルシール面におけるリップ部間に、螺旋状に繋がっていない溝があるので、オイルが外部に流出するのを防止できる。
【0012】
螺旋状に繋がっていない溝がとしては、独立した多数の周方向溝にて構成されることになる。このような溝によって、オイルの外部への流出を有効に防止できる。
【0013】
オイルシール面として、回転軸の軸線を中心とする円筒面であっても、回転軸の軸線を中心とする円錐面であっても、回転軸の軸線に対して直交する垂直面であってもよい。
【0014】
本発明の固定式等速自在継手は、外側継手部材のステムに形成されるシール面が前記シール構造体のオイルシール面であるものである。
【0015】
本発明の摺動式等速自在継手は、外側継手部材のステムに形成されるシール面が前記シール構造体のオイルシール面であるものである。
【0016】
本発明の軸受構造は、シール部を有する軸受構造であって、このシール部が前記シール構造にて構成されている。
【発明の効果】
【0017】
本発明では、オイルが外部に流出するのを防止できるので、高精度のシール機能を発揮することができる。しかも、焼入切削後に、従来のような弾性砥石を用いる必要がないので、低コスト化を図ることができるとともに、砥石の交換や作業場所の移動等がなくなって作業時間の短縮化を図ることができ、さらには、定期的なドレッシングを必要とせず、大幅に生産に優れたものとなる。また、用いる切削工具は、総型工具とする必要がないので、切削長さの長い等速自在継手のオイルシール面の加工に最適となる。
【0018】
オイルシール面としては、独立した多数の周方向溝にて構成されることによって、オイルの外部への流出を有効に防止でき、しかも、加工性に優れ、低コスト化に寄与する。
【0019】
オイルシール面として、回転軸の軸線を中心とする円筒面であっても、回転軸の軸線を中心とする円錐面であっても、回転軸の軸線に対して直交する垂直面であってもよく、このシール構造の適用範囲が多く汎用性に優れる。
【0020】
固定式等速自在継手、摺動式等速自在継手、及び軸受構造等の種々のシール構造に最適となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明のシール構造を示す断面図である。
【図2】前記シール構造を用いた等速自在継手の要部拡大図である。
【図3】前記図2に示す等速自在継手を用いた前輪駆動軸を示す簡略図である。
【図4】前記図1のシール構造のオイルシール面加工動作を示す工程図である。
【図5】前記図1に示す工具の動作で形成された溝の簡略図である。
【図6】オイルシールにてシールされている状態の回転軸を示す簡略図である。
【図7】オイルシールにてシールされている状態の他の回転軸を示す簡略図である。
【図8】オイルシールにてシールされている状態の別の回転軸を示す簡略図である。
【図9】本発明のシール構造を用いた軸受構造を示す要部断面図である。
【図10】従来の焼入切削によって形成された螺旋状の溝を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【0023】
図1は本発明に係るシール構造を示す断面図であり、図2はこのシール構造を用いた等速自在継手(摺動式等速自在継手)の拡大側面図である。
【0024】
摺動式等速自在継手3は、例えば図3に示すような前輪駆動軸に用いられる。このような駆動軸は、シャフト1と、このシャフト1の一方の端部に連結される固定式等速自在継手2と、このシャフト1の他方の端部に連結される摺動式等速自在継手3とを備え、固定式等速自在継手2が車輪4側(ホイール側)に連結され、摺動式等速自在継手3がデファレンシャル(デフ)5側に連結される。
【0025】
摺動式等速自在継手3は、外側継手部材6と、図示省略の内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材との間に介在されるトルク伝達部材等を備える。また、外側継手部材6は、図2等に示すように、内側継手部材やトルク伝達部材が収納されるマウス部6aと、このマウス部6aの底壁7に連設されるステム部6bとからなる。なお、外側継手部材6のマウス部6aの開口部は、図3に示すように、ブーツ8にて密封される。この摺動式等速自在継手としては、トルク伝達部材としてボールを用いたダブルオフセット型等速自在継手やクロスグルーブ型等速自在継手であっても、さらには、内側継手部材がトリポード部材であるトリポード型等速自在継手であってもよい。
【0026】
固定式等速自在継手2は、外側継手部材10と、図示省略の内側継手部材と、この内側継手部材と外側継手部材との間に介在されるトルク伝達部材等を備える。また、外側継手部材10は、内側継手部材やトルク伝達部材が収納されるマウス部10aと、このマウス部10aの底壁11に連設されるステム部10bとからなる。なお、外側継手部材6のマウス部10aの開口部は、ブーツ12にて密封される。この固定式等速自在継手としては、トラック溝が円弧からなるツェッパ型等速自在継手やトラック溝が円弧と直線部とからなるアンダーカットフリー型等速自在継手であってもよい。
【0027】
ところで、図2に示すように、摺動式等速自在継手3の外側継手部材6のステム部6bには、マウス部側にボス部15が形成され、このボス部15の外径面16が円筒面のオイルシール面Mとされる。すなわち、本発明のシール構造は、少なくとも2つのリップ部22a,22bを有するオイルシール20と、このリップ部22a,22bが接触(圧接)する前記オイルシール面Mとを備える。
【0028】
ここで、オイルシール20は、図1と図2に示すように、内部に金属環21が埋設されたゴム弾性材からなるシール本体22を備えたものである。このシール本体22は、シールリップ部22aと、ダストリップ部22bを有し、シールリップ部22aはバネ部材23によって、オイルシール面M側に押圧され、そのクサビ状のリップ先端部24がオイルシール面Mに押し付けられる。これによって、オイルを密封することができる。なお、ダストリップ部22bは、補助的に設けられるものであって、オイルシール面Mに密接して、ダスト等の侵入を防止する。
【0029】
等速自在継手3の外側継手部材6は、例えば、S53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中炭素鋼からなる。そして、外径面16に硬化層が形成されている。硬化層を形成する硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等にて行われる。高周波加熱による焼き入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。浸炭焼入れとは、活性化した炭素を多く含むガス、液体、固体などの浸炭剤中で鋼を長時間加熱することにより、表面層から炭素を含浸させる処理(浸炭処理)を行い、この浸炭した鋼に対して、焼入れ焼もどしを行う方法である。
【0030】
そして、オイルシール面Mを構成するボス部15の外径面16を図4に示すようなバイト25を有する切削工具26によって焼入鋼切削を行う。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後(焼入れ後)の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。焼き入れ後に切削を行うため、素材の熱処理変形をこの切削過程で除去することができる。
【0031】
切削工具26のバイト25は、焼入鋼切削の可能なバイトであって、例えばCBN(立方晶窒化硼素)に特殊セラミックス結合材を加えた焼結体工具等を使用することができる。
【0032】
この切削工具26と被加工部材である外側継手部材6とを軸心方向および径方向に相対的移動をさせて、切削工具26にて被加工部材の加工面であるボス部15の外径面16を切削することになる。
【0033】
具体的には、外側継手部材6に対して、切削工具26のバイト25が図4に示すような動作を行うことになる。この場合、被加工部材である外側継手部材6を、その軸心廻りの回動が可能とする図示省略の支持装置にて支持する。そして、バイト25を外側継手部材6の軸線方向に沿って往復動させるとともに、軸線方向に対して直交する方向に沿って往復動させることが可能な駆動機構によって支持する。
【0034】
このようにセットした状態において、被加工部材である外側継手部材6を、その軸心廻りに回動させ、バイト25をボス部15の外径面16から所定量だけ外径方向に離間した状態から、まず、外側継手部材6の軸線方向に沿って矢印A1方向に外側継手部材6に対して、軸方向切削開始位置まで移動させる。その位置で、バイト25を外側継手部材6の軸線方向に直交する矢印B1方向に沿って所定量だけ移動させる。これによって、被加工部材である外側継手部材6であるボス部15の外径面16に対して垂直方向に切り込むことになる。その後、矢印B1方向と反対方向である矢印C1方向にバイト25を移動させることによって、ボス部15の外径面16に対して垂直方向にバイト25を離間(後退)させる。これによって、図5に示すような周方向溝30(30A)を形成することができる。
【0035】
その後、外側継手部材6の軸線方向に沿って矢印A2方向に所定量だけ移動させる。その位置で、バイト25を外側継手部材6の軸線方向に直交する矢印B2方向に沿って所定量だけ移動させた後、矢印B2方向と反対方向である矢印C2方向にバイト25を移動させる。これによって、図5に示すような周方向溝30(30B)を形成することができる。以後同様に、矢印A3、B3、C3・・・と移動させることによって、軸方向所定範囲に周方向溝30が軸方向に沿って複数形成されてオイルシール面Mを形成することができる。
【0036】
なお、このバイト25の移動方向、移動量、移送速度、外側継手部材6の回転速度等は、図示省略の制御手段や記憶手段等にて制御される。制御手段は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を中心としてROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等がバスを介して相互に接続されたマイクロコンピューターで構成することがきでる。記憶手段(記憶装置)は、HDD(Hard Disc Drive)やDVD(Digital Versatile Disk)ドライブ、CD−R(Compact Disc-Recordable)ドライブ、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等から構成できる。なお、ROMには、CPUが実行するプログラムやデータを格納することができる。
【0037】
独立した複数の周方向溝30が形成される範囲としては、少なくとも、シールリップ部22aが摺接する範囲とダストリップ部22bが摺接する範囲との間にのみ形成されていればよい。このため、オイルシール面Mとしてシールリップ部22aが摺接する範囲からダストリップ部22bが摺接する範囲までの範囲全体に周方向溝30を形成するものであっても、シールリップ部22aが摺接する範囲とダストリップ部22bが摺接する範囲との間にのみ形成するものであってもよい。また、オイルシール面Mの全範囲に周方向溝30を形成するものであってもよい。
【0038】
本発明のシール構造によれば、被加工部材の加工面(外側継手部材6のボス部15の外径面16)を連続した螺旋状の溝がないオイルシール面Mに切削することができる。このため、このようなオイルシール面Mであれば、オイルを外部に流出させるのを防止でき、高精度のシール機能を発揮することができる。しかも、従来のような弾性砥石を用いる必要がないので、低コスト化を図ることができるとともに、砥石の交換や作業場所の移動等がなくなって作業時間の短縮化を図ることができ、さらには、定期的なドレッシングを必要とせず、大幅に生産に優れたものとなる。また、用いる切削工具は、総型工具とする必要がないので、切削長さの長い等速自在継手のオイルシール面の加工に最適となる。
【0039】
ところで、オイルシール面Mの形成部位としては、前記実施形態では、図6に示すように、回転軸50(50a)の軸線を中心とする円筒面52であったが、図7に示すように、回転軸50(50b)の軸線を中心とする円錐面53であってもよい。さらには、図8に示す示ように、回転軸(50b)の軸線に対して直交する垂直面54であってもよい。なお、図8に示すオイルシール20の場合、この垂直面54に接触するリップ部22cを有する。また、図6から図8の51は、オイルシール20が内嵌される固定側部材である。
【0040】
ところで、固定式等速自在継手の外側継手部材10においても、オイルシール面Mが形成されている。このため、このオイルシール面Mが、前記オイルシール面加工方法によって加工される。
【0041】
したがって、このオイルシール面Mにおいても、螺旋状の溝がないオイルシール面に切削することができ、オイルが外部に流出するのを防止できる。
【0042】
次に、図9は軸受構造を示し、この軸受構造は、固定部材55に挿入される回転軸56を枢支するものであって、軸受57とシール部58とを備える。
【0043】
軸受57は、内輪61と、外輪62と、この内輪61と外輪62との間に介在される転動体としてのボール63とを備える。また、シール部58として、オイルシール20と、図1等に示すオイルシール20と、このオイルシール20のリップ部22a,22bが接触するオイルシール面Mとを備える。
【0044】
したがって、この図9に示すような軸受構造であれば、回転軸56のオイルシール面Mが、図4に示す加工方法によって加工される。このため、螺旋状の溝がないオイルシール面Mを形成することができ、オイルが外部に流出するのを防止できる。このため、高精度のシール効果を発揮する軸受構造を提供できる。
【0045】
ところで、オイルシールは、自動車のエンジンやギヤードモータなどに使用され、主に回転軸端部からの油漏れや、外部からのほこりの侵入を防止するものである。このため、自動車や航空機、船舶、鉄道車輛、建設機械、農業機械、石油化学プラント、家電製品など、さまざまな分野における機械の密封装置に使用される。したがって、本発明のシール構造を用いることができ、このようなシール構造を用いることによって、高精度のシール効果を発揮する各種産業用機械を提供できる。
【0046】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、オイルシールとして、図1、図8等に示すものに限らず、リップ部が少なくとも2個有する種々のタイプのものを用いることができる。
【0047】
また、バイト25の大きさ、形状、材質等は、被加工部材の加工面の材質、硬度等に応じて種々変更できる。切削される周方向凹溝の深さや形成範囲も、オイルを漏らさない範囲で種々変更できる。前記実施形態では、バイト25側を軸方向および径方向に移動させていたが、逆に被加工部材側を軸方向および径方向に移動させても、両者を移動させてもよい。
【符号の説明】
【0048】
2 固定式等速自在継手
3 摺動式等速自在継手
6b ステム部
6a マウス部
6 外側継手部材
10b ステム部
10 外側継手部材
20 オイルシール
22a,22b リップ部
22c リップ部
30 周方向溝
50 回転軸
52 円筒面
53 円錐面
54 垂直面
M オイルシール面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のリップ部を有するオイルシールと、このオイルシールのリップ部が接触するオイルシール面とを備え、前記オイルシール面が焼入鋼切削にて仕上げられてなるシール構造体であって、
少なくとも前記オイルシール面におけるリップ部間に、螺旋状に繋がっていない溝が焼入鋼切削にて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシール構造体。
【請求項2】
螺旋状に繋がっていない溝が独立した複数の周方向溝にて構成されていることを特徴とする請求項1に記載のシール構造体。
【請求項3】
前記オイルシール面が回転軸の軸線を中心とする円筒面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシール構造体。
【請求項4】
前記オイルシール面が回転軸の軸線を中心とする円錐面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシール構造体。
【請求項5】
前記オイルシール面が回転軸の軸線に対して直交する垂直面であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシール構造体。
【請求項6】
固定式等速自在継手であって、外側継手部材のステムに形成されるシール面が前記請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のシール構造体のオイルシール面であることを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項7】
摺動式等速自在継手であって、外側継手部材のステムに形成されるシール面が前記請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のシール構造体のオイルシール面であること特徴とする摺動式等速自在継手。
【請求項8】
シール部を有する軸受構造であって、このシール部が前記請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のシール構造にて構成されていることを特徴とする軸受構造。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−108560(P2013−108560A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−253639(P2011−253639)
【出願日】平成23年11月21日(2011.11.21)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】