JP2015148331A

JP2015148331A - シール装置

Info

Publication number: JP2015148331A
Application number: JP2014023112A
Authority: JP
Inventors: 池田　暁彦; Akihiko Ikeda; 暁彦池田; 慎吾吉田; Shingo Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP6164108B2

Abstract

【課題】オイル通路の確保と圧入嵌合部の必要軸長の確保とを両立できるシール装置を提供する。
【解決手段】ケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂと軸穴２１ａを貫通するドライブシャフト３０との間に介装されるシール装置であって、ケース２１の内周壁面部２１ｂに圧入される圧入嵌合部１２と、軸穴２１ａ内で圧入嵌合部１２の一端側に支持されつつドライブシャフト３０に接触するオイルシール部１３と、軸穴２１ａの軸方向でオイルシール部１３よりケース２１の外方側に位置するダストシール部１４とを有する環状シール部材１１を備えており、圧入嵌合部１２は、軸穴２１ａの軸方向でダストシール部１４より長く形成されるとともに、軸穴２１ａの軸方向でケース２１の内方側に位置する圧入嵌合部１２の他端側に、軸穴２１ａの径方向に貫通する切欠きを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、シール装置に関し、特にケースの軸穴を貫通するシャフトとケースの間に介装されて軸穴を封止するシール装置に関する。

車両に搭載されるディファレンシャル装置等の動力伝達装置においては、回転軸が挿入されるケースの軸穴内への異物の侵入を防止するとともに、ケース内の機構部の潤滑・冷却用のオイルが軸穴から外部に漏れ出るのを防止するシール装置が多用されている。

そのようなシール装置としては、軸穴の内周壁面部に圧入される金属製の補強環を埋め込んだ圧入嵌合部と、その圧入嵌合部に一体に支持されつつシャフトの外周面に摺動接触するオイルシール部と、そのオイルシール部より軸方向外方側に位置するダストシール部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このシール装置では、シール部材のダストシール部をシャフト側のデフレクタに近接するように軸方向外方側に突出させて、泥水等が軸穴内のオイルシール部側に侵入するのを抑制するとともに、ダスト侵入経路を複雑にするラビリンス強化を図っている。

特開２０１０−２４３５３８号公報

しかしながら、上述のような従来のシール装置にあっては、デフレクタとケースの間にシャフトの軸方向許容変位量以上の隙間が存在することから、ダストシール部をシール装置の軸方向に長くしなければならなかった。

また、シール装置の製造や搬送の段階では、複数のシール装置がそれらの圧入嵌合部を軸方向に重ねるように段積みされることが多いため、その段積み状態で隣接するシール装置のダストシール部を収納することになる各圧入嵌合部を軸方向長さの大きいダストシール部よりもさらに軸方向に長くしなければならなかった。そのため、シール装置をケースの軸穴に圧入する際に、圧入嵌合部のゴムが損傷し易くなるという問題があった。

さらに、ディファレンシャル装置等で潤滑・冷却用のオイルをケース内の歯車等によりはね上げてオイルを循環させたり、オイルポンプを用いてディファレンシャル装置側のオイルをトランスミッション側のオイルと共に循環させたりする場合に、シール装置の圧入嵌合部が軸方向に長くなっていると、オイル通路の配置やオイルの流れがその圧入嵌合部によって妨げられてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、オイル通路の確保と圧入嵌合部の必要軸長の確保とを両立させることのできるシール装置を提供することを目的とする。

本発明に係るシール装置は、上記目的達成のため、ケースの軸穴の内周壁面部と前記軸穴を貫通する回転軸との間に介装されるシール装置であって、前記ケースの前記内周壁面部に圧入される圧入嵌合部と、前記軸穴内で前記圧入嵌合部の一端側に支持されつつ前記回転軸に接触するオイルシール部と、前記軸穴の軸方向で前記オイルシール部より前記ケースの外方側に位置するダストシール部とを有する環状シール部材を備えており、前記圧入嵌合部は、前記軸穴の軸方向で前記ダストシール部より長く形成されるとともに、前記軸穴の軸方向で前記ケースの内方側に位置する前記圧入嵌合部の他端側に、前記軸穴の径方向に貫通する切欠きを有している。

この構成により、ケースの軸穴の内周壁面部に圧入される圧入嵌合部は、その一端側では、回転軸に接触する内周側のオイルシール部を支持する一方、その他端側では、軸穴の径方向に貫通する切欠きを有している。したがって、ケースの軸穴の内周壁面部に、切欠き内に開口するオイル通路を形成したり、切欠きをその一部とするオイル通路を形成したりすることが可能になり、オイル通路の確保と圧入嵌合部の必要軸長の確保とを両立させることのできるシール装置を提供することができる。

前記圧入嵌合部の切欠きは、前記圧入嵌合部に埋設される補強環の軸方向一端側に、前記ケース内のオイル通路の配置および横断面形状に対応する形状にして設けるのがよい。

本発明によれば、オイル通路の確保と圧入嵌合部の必要軸長の確保とを両立させることのできるシール装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るシール装置を装着したディファレンシャル装置のそのシール装置付近の部分拡大断面図である。本発明の第１実施形態に係るシール装置の環状シール部材のダストシール部側から見た外観斜視図である。本発明の第１実施形態に係るシール装置を装着したディファレンシャル装置の要部断面図である。本発明の第２実施形態に係るシール装置の環状シール部材のダストシール部側から見た外観斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１ないし図３は、本発明の第１実施形態に係るシール装置を示している。

なお、本実施形態のシール装置は、車両に搭載されるディファレンシャル装置に装着されており、そのディファレンシャル装置は、トランスミッションとディファレンシャルギヤを同一ケース内に収納したトランスアクスルの一部を構成している。

まず、本実施形態の構成について説明する。

図１および図３に示すように、本実施形態のシール装置１０は、車両に搭載されるディファレンシャル装置２０のケース２１と同車両の左右のドライブシャフト３０との間に介装されている。なお、ここでは、説明の便宜上、左右のシール装置１０および左右のドライブシャフト３０を同一の符号で示すが、左右で詳細形状やサイズが異なり得る。

ディファレンシャル装置２０のケース２１は、詳細を図示しないトランスミッションケースと一体に結合されており、トランスミッションケース内には、図示しないトルクコンバータや変速歯車機構が収納されている。そして、その変速歯車機構のファイナルドライブギヤからの回転動力が、ディファレンシャル装置２０を介して左右のドライブシャフト３０に差動可能に伝達されるようになっている。

各シール装置１０は、ディファレンシャル装置２０のケース２１の軸穴２１ａの内方、すなわち、ケース２１と各ドライブシャフト３０との間に配置される環状シール部材１１と、ケース２１の軸穴２１ａを外方側から覆うよう各ドライブシャフト３０に支持されたデフレクタ１６と、を備えている。

環状シール部材１１は、ケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂに圧入された圧入嵌合部１２と、軸穴２１ａの内方で圧入嵌合部１２の一端側（図１中の右端側）に支持されつつドライブシャフト３０の外周シール面３２に摺動可能に接触する環状のオイルシール部１３と、これら圧入嵌合部１２およびオイルシール部１３に対して軸穴２１ａの軸方向外方側に位置するダストシール部１４とを有している。

圧入嵌合部１２には、略Ｌ字形断面の金属製の補強環１２ｒがケース２１の軸穴２１ａの軸方向における外端側で軸穴２１ａの外周部近傍を閉塞するように埋設されており、この金属補強環１２ｒの周囲にゴム弾性を有する膜状の弾性体１２ｂが加硫接着等により一体的に被覆されている。弾性体１２ｂは、例えばアクリルゴムやニトリルゴム等の弾性材料からなる。

オイルシール部１３は、図１に示すように、ドライブシャフト３０の外周シール面３２に接触するメインシールリップ１３ａと、このメインシールリップ１３ａより軸穴２１ａの軸方向で外方側に位置するサブシールリップ１３ｂと、メインシールリップ１３ａをドライブシャフト３０の外周シール面３２に一定の接触圧で接触させるように締め付け付勢するガータスプリング１３ｃとを有している。

ダストシール部１４は、圧入嵌合部１２の金属補強環１２ｒの内周部近傍に支持された基端部１４ｂと、この基端部１４ｂからデフレクタ１６側に向かって軸方向外方側に突出する先端部１４ａとを有している。

軸穴２１ａの軸方向におけるダストシール部１４の突出方向の長さＬ１は、ケース２１とデフレクタ１６の対向面間の離間距離の設計値と略同等に、例えばその離間距離よりわずかに長く形成されており、ケース２１に対するドライブシャフト３０の軸方向変位が一定範囲内で生じても、ダストシール部１４による所要のダストシール機能が発揮できるようになっている。

このダストシール部１４は、先端部１４ａに近付くほど直径が大きくなるテーパ管状をなしており、例えばその自由形状からわずかに撓んだ状態で、その先端部１４ａをデフレクタ１６に摺動可能に接触させている。そして、ケース２１とデフレクタ１６との相対的な軸方向変位によってダストシール部１４の先端部１４ａがデフレクタ１６に接触した状態で軸方向に加圧されるときには、ダストシール部１４が径方向内側に凸となる撓み曲線形状で弾性変形しつつ先端部１４ａの傾斜角度を増加させるようになっている。

圧入嵌合部１２は、軸穴２１ａの軸方向におけるダストシール部１４の自由長（デフレクタ１６に圧接しない状態での軸方向長さ）より長い軸方向長さＬ２を有している。

また、ケース２１の軸穴２１ａの軸方向における環状シール部材１１の圧入嵌合部１２の内端側（図１中の左端側）には、図２に示すように、その圧入嵌合部１２を軸穴２１ａの径方向に貫通するように複数の略Ｕ字形の切欠き１５が、略等角度間隔に形成されている。

複数の切欠き１５は、圧入嵌合部１２の内端側で軸穴２１ａ内に露出している金属補強環１２ｒの内端側部分に、周方向に等間隔に、かつ、金属補強環１２ｒの外周面から内周面までの板厚全域を切り欠くように形成されている。これら複数の切欠き１５は、それぞれケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂに対向する開口を形成している。

デフレクタ１６は、図１に示すように、ドライブシャフト３０に圧入等により固定された円筒状基端部１６ａと、この円筒状基端部１６ａに一体に支持されつつダストシール部１４の先端部１４ａに近接するか摺動可能に接触する円板状部１６ｂと、この円板状部１６ｂの外周部に連結された円筒状の外周カバー部１６ｃとを有している。

図３に示すように、ディファレンシャル装置２０は、ディファレンシャルリングギヤ（以下、デフリングギヤという）２２、ディファレンシャルケース（以下、デフケースという）２３、一対のディファレンシャルピニオンギヤ（以下、ピニオンギヤという）２４、一対のディファレンシャルサイドギヤ（以下、サイドギヤという）２５およびデフサイドワッシャ２６を含んで構成されている。

デフリングギヤ２２は、前記変速歯車機構のファイナルドライブギヤからの回転動力を入力する外歯の歯車である。デフケース２３は、一対のテーパころ型の軸受１７を介してケース２１に回転自在に支持された両端側の円筒部２３ａを有しており、両円筒部２３ａの間の外周壁部にデフリングギヤ２２が締結固定されている。一対のピニオンギヤ２４は、シャフト２８を介してデフケース２３内に回転自在に支持されつつ、デフケース２３内に回転自在に保持された左右のかさ歯車状のサイドギヤ２５に噛合している。デフサイドワッシャ２６は、対応するサイドギヤ２５の背面側に配置され、そのサイドギヤ２５とデフケース２３の間でスラスト荷重を担持するようになっている。なお、複数の歯車を用いる減速や差動といったディファレンシャル装置２０の一般的な機能については、公知であり、ここではこれ以上詳述しない。

一対のサイドギヤ２５に結合する左右のドライブシャフト３０の内端部３１は、それぞれデフケース２３の両端側の円筒部２３ａの内部に回転自在に保持されるとともに、両円筒部２３ａよりも内方側でサイドギヤ２５の内周部にスプライン嵌合している。

また、デフケース２３の両端側の円筒部２３ａの内周あるいは左右のドライブシャフト３０の内端部３１の外周には、左右で互いに逆向きとなる２組の略螺旋状の溝３４がそれぞれ等角度間隔に形成されており、左右のドライブシャフト３０とデフケース２３との間にこれら相対回転によって作動する螺旋ポンプが構成されている。そして、例えば左右のドライブシャフト３０が差動回転するとき、高回転速度側となるデフケース２３の一端側からオイルが掻き込まれ、低回転速度側となるデフケース２３の他端側からオイルが掻き出されるようになっている。

さらに、前記トランスミッションケース内には、インプットシャフトにより駆動される図示しない歯車ポンプ式のオイルポンプが収納されており、このオイルポンプからオイル通路２１ｉを通して左右の螺旋溝３４の近傍にオイルが供給されるようになっている。さらに、ケース２１には、デフリングギヤ２２等によりケース２１内の上部に掻き上げられたオイルの一部を左右の螺旋溝３４の近傍に案内する溝状のオイル通路２１ｈが形成されている。

ここにいう左右の螺旋溝３４の近傍とは、ケース２１と、デフケース２３の両端側の円筒部２３ａと、左右のドライブシャフト３０と、左右一対のテーパころ型の軸受１７と、左右のドライブシャフト３０が貫通するケース２１の左右の軸穴２１ａを封止する左右の環状シール部材１１とによって区画される、左右の環状空間３８の内方である。

これら左右の環状空間３８は、螺旋溝３４を介してデフケース２３の内部に連通するとともに、一対のテーパころ型の軸受１７の隙間部を通してデフケース２３を収納するケース２１の変速機構側の内部空間３９にも連通している。

ケース２１のオイル通路２１ｈ、２１ｉは、それぞれ対応する軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂ上であって、環状シール部材１１の圧入嵌合部１２の切欠き１５の内方に開口しており、オイル通路２１ｈ、２１ｉを通して供給される潤滑・冷却用のオイルが切欠き１５を通過して各環状空間３８内に導入されることで、切欠き１５をその一部とするオイル循環経路が形成されるようになっている。

ところで、デフレクタ１６とケース２１の間には、ドライブシャフト３０の軸方向における一定範囲内の変位を許容し得る所定値以上の隙間が必要になる。したがって、デフレクタ１６の円板状部１６ｂと環状シール部材１１のオイルシール部１３との間の軸方向隙間は或る程度大きく設定されており、ダストシール部１４の軸方向長さＬ１も或る程度大きく設定されている。

また、シール装置１０の製造段階や製造から組付けまでの搬送段階においては、複数の環状シール部材１１がそれらの圧入嵌合部１２を軸方向に重ねるように段積みされる。すなわち、隣接する任意の一対（の環状シール部材１１）のうち一方の環状シール部材１１の補強環１２ｒの曲げ部（肩部）付近に、隣接する一対のうち他方の環状シール部材１１の補強環１２ｒの内端部が近接するように、多数の環状シール部材１１が段積み状態で出荷され、搬送される。

そこで、ダストシール部１４をシール装置１０の軸方向に長くするのに対応して、隣接する各一対のうち一方の環状シール部材１１の圧入嵌合部１２に当接しつつ一方の環状シール部材１１のダストシール部１４を覆うことになる他方の環状シール部材１１の圧入嵌合部１２を、一方の環状シール部材１１のダストシール部１４の長さＬ１よりもさらに長い軸方向長さＬ２に設定している。

さらに、シール装置１０の圧入嵌合部１２が軸方向長さＬ２に設定されることで、オイル通路２１ｈ、２１ｉの配置やオイルの流れが妨げられることがないように、ケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂ上におけるオイル通路２１ｈ、２１ｉの開口位置に対応して、環状シール部材１１の圧入嵌合部１２に複数の切欠き１５の周方向位置が設定されている。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のシール装置１０およびこれを備えたディファレンシャル装置２０においては、ケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂに圧入される圧入嵌合部１２が、その一端側では、ドライブシャフト３０に接触する内周側のオイルシール部１３を支持する一方、その他端側では、軸穴２１ａの径方向に貫通する切欠き１５を有している。

したがって、切欠き１５内に開口するオイル通路２１ｈ、２１ｉを形成することで、切欠き１５をその一部とするオイル循環経路が形成されることになり、シール装置１０におけるオイル通路の確保と圧入嵌合部１２の必要軸長の確保とを両立させることが可能となる。

しかも、本実施形態では、圧入嵌合部１２の切欠き１５は、圧入嵌合部１２に埋設される補強環１２ｒの軸方向一端側に、ケース２１内のオイル通路２１ｈ、２１ｉの開口配置および開口形状（横断面形状）に対応する凹形状にして設けられる。

したがって、切欠き１５のサイズを抑えながらもオイル通路２１ｈ、２１ｉの横断面積より大きい切欠き領域内にオイル通路２１ｈ、２１ｉを開口させることができ、環状シール部材１１のケース２１内への圧入作業の作業性を低下させることなくオイル通路断面積を十分に確保することができる。

このように、本実施形態によれば、オイル通路２１ｈ、２１ｉの確保と圧入嵌合部１２の必要軸長の確保とを両立させることのできるシール装置１０を提供することができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るシール装置の環状シール部材をそのダストシール部側から見た外観斜視図である。なお、本実施形態は、環状シール部材における金属製の補強環の形状が、前述の第１実施形態における環状シール部材１１の金属製の補強環１２ｒの形状と相違するものの、その他の構成は、前述の第１実施形態と同様のものである。

したがって、以下の説明においては、前述の第１実施形態と同様の構成については、図１〜図３中の対応する構成要素の符号を用いて、その詳細な説明を省略し、前述の第１実施形態と相違する点について詳述する。

本実施形態においては、前述の第１実施形態における環状シール部材１１に対応する環状シール部材４１の金属製の補強環４２ｒが、ケース２１の軸穴２１ａの軸方向における圧入嵌合部１２の内端側（図１中の左端側）に、図４に示すような複数の円形穴状の切欠き４５を有している。

複数の切欠き４５は、圧入嵌合部１２の内端側で軸穴２１ａ内に露出している金属補強環４２ｒの内端側部分に、周方向に等間隔に、かつ、金属補強環４２ｒの外周面から内周面までの板厚全域にわたって切り欠くように貫通形成されている。これら複数の切欠き４５は、それぞれケース２１の軸穴２１ａの内周壁面部２１ｂに対向する円形の開口を形成している。

そして、複数の切欠き４５のうちいずれか１つの切欠き４５が、あるいは、軸穴２１の内周壁面部２１ｂ上における各オイル通路２１ｈ、２１ｉの開口数や開口形状（例えば、周方向に延びる開口の長さ）に対応する２つ以上の切欠き４５が、各オイル通路２１ｈ、２１ｉと対応する左右一方または他方の環状空間３８とを連通させることで、切欠き４５をその一部とするオイル循環経路が形成されるようになっている。

本実施形態においても、オイル通路２１ｈ、２１ｉの確保と圧入嵌合部１２の必要軸長の確保とを両立させることのできるシール装置１０を提供することができる。

なお、上述の各実施形態においては、環状シール部材１１、４１の金属製の補強環１２ｒ、４２ｒの断面形状やその補強環１２ｒ、４２ｒに対する弾性体１２ｂの接着部位等が任意であることはいうまでもない。また、切欠き１５、４５の数や形状は、オイル通路２１ｈ、２１ｉを含むオイル循環経路の形成の妨げとならない数や形状であればよく、切欠き１５、４５を圧入嵌合部１２の全周に周方向等間隔に形成しなくてもよい。さらに、切欠き１５、４５は、圧入嵌合部１２の外周面（圧入嵌合面）側を径方向に貫通するように切り欠くとともに、圧入嵌合面から径方向内方側に凹み形状をなす凹状の切欠きとすることも考えられるが、圧入嵌合部の外周面から内周面までを径方向に貫通させて流れの抵抗を抑えたオイルの循環経路を成立させるのがよい。勿論、貫通形状の切欠きに加えて凹状の切欠きを設けてオイルを特定部位に案内するようなことは可能である。

以上説明したように、本発明に係るシール装置は、オイル通路の確保と圧入嵌合部の必要軸長の確保とを両立させ得るシール装置を提供できるものであり、ケースの軸穴を貫通するシャフトとケースの間に介装されて軸穴を封止するシール装置全般に有用である。

１０…シール装置、１１…環状シール部材、１２…圧入嵌合部、１２ｂ…弾性体、１２ｒ…補強環、１３…オイルシール部、１３ａ…メインシールリップ、１３ｂ…サブシールリップ、１３ｃ…ガータスプリング、１４…ダストシール部、１４ａ…先端部、１４ｂ…基端部、１６…デフレクタ、１６ａ…円筒状基端部、１６ｂ…円板状部、１６ｃ…外周カバー部、１７…軸受、２０…ディファレンシャル装置、２１…ケース、２１ａ…軸穴、２１ｂ…内周壁面部、２１ｈ…オイル通路（溝状のオイル通路）、２１ｉ…オイル通路、２２…デフリングギヤ（ディファレンシャルリングギヤ）、２３…デフケース（ディファレンシャルケース）、２３ａ…円筒部、２４…ピニオンギヤ（ディファレンシャルピニオンギヤ）、２５…サイドギヤ（ディファレンシャルサイドギヤ）、２６…デフサイドワッシャ、２８…シャフト、３０…ドライブシャフト、３１…内端部、３２…外周シール面、３４…螺旋溝、３８…環状空間、３９…内部空間、４１…環状シール部材、４２ｒ…補強環、Ｌ１…長さ（ダストシール部の突出方向の長さ）、Ｌ２…軸方向長さ（必要軸長）

Claims

ケースの軸穴の内周壁面部と前記軸穴を貫通する回転軸との間に介装されるシール装置であって、
前記ケースの前記内周壁面部に圧入される圧入嵌合部と、前記軸穴内で前記圧入嵌合部の一端側に支持されつつ前記回転軸に接触するオイルシール部と、前記軸穴の軸方向で前記オイルシール部より前記ケースの外方側に位置するダストシール部とを有する環状シール部材を備えており、
前記圧入嵌合部は、前記軸穴の軸方向で前記ダストシール部より長く形成されるとともに、前記軸穴の軸方向で前記ケースの内方側に位置する前記圧入嵌合部の他端側に、前記軸穴の径方向に貫通する切欠きを有していることを特徴とするシール装置。