WO2020021934A1

WO2020021934A1 - 密封装置

Info

Publication number: WO2020021934A1
Application number: PCT/JP2019/025060
Authority: WO
Inventors: 敦志鈴木
Original assignee: Nok株式会社
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2020-01-30
Also published as: JPWO2020021934A1; US20210131561A1; CN112088269A; EP3828447B1; CN112088269B; EP3828447A1; US11603932B2; EP3828447A4; JP7218368B2

Abstract

密封装置は、ハウジングと、ハウジングに設けられた軸孔内に配置された回転軸との間の隙間を封止する。密封装置は、軸孔の内周面に取り付けられる環状の取付部と、取付部の径方向内側に配置された内側環状部と、内側環状部から延びて、回転軸の外周面に接触するシールリップと、取付部と内側環状部とを接続するベロー部と、取付部に固定されており、取付部から径方向内側に広がり、回転軸が内部を通過する開口を有する遮音環と、内側環状部またはベロー部から遮音環に向けて突出し、遮音環に摺動可能に接触する先端部を有する円環状の遮音リップとを備える。遮音環は、遮音リップの先端が接触する円環部と、円環部の径方向内側、かつ開口の径方向外側に配置され内側環状部に向けて突出する突出壁とを有する。

Description

密封装置

　本発明は、ステアリングダストシールとして用いられるのに適した密封装置に関する。

　ステアリングダストシールは、フロントダッシュパネルに配置され、その内部にステアリングシャフトが回転自在に挿入されている（特許文献１）。

　ステアリングダストシールは、エンジンルームから乗員車室内への異物（ダスト、泥水など）の進入を抑制するとともに、エンジンルームから乗員車室内への音の伝達を抑制する機能を有する。

特開２０１６－２０７２１号公報

　音の伝達を抑制するため、特許文献１に記載のステアリングダストシールは、ベロー部に加えて、フランジと、フランジに摺動可能に接触するリップとを備える。フランジはステアリングシャフトを包囲する。ベロー部とフランジとリップは、音を減衰させる密閉空間を形成する。

　このような構造のステアリングダストシールにおいては、密閉空間を長期にわたって維持することができることが望ましい。

　そこで、本発明は、音を減衰させる密閉空間を長期にわたって維持することができる密封装置を提供する。

　本発明の一態様に係る密封装置は、ハウジングと、前記ハウジングに設けられた軸孔内に配置された回転軸との間の隙間を封止する密封装置であって、前記軸孔の内周面に取り付けられる環状の取付部と、前記取付部の径方向内側に配置された内側環状部と、前記内側環状部から延びて、前記回転軸の外周面に接触するシールリップと、前記取付部と前記内側環状部とを接続するベロー部と、前記取付部に固定されており、前記取付部から径方向内側に広がり、前記回転軸が内部を通過する開口を有する遮音環と、前記内側環状部または前記ベロー部から前記遮音環に向けて突出し、前記遮音環に摺動可能に接触する先端部を有する円環状の遮音リップとを備える。前記遮音環は、前記遮音リップの前記先端が接触する円環部と、前記円環部の径方向内側、かつ前記開口の径方向外側に配置され前記内側環状部に向けて突出する突出壁とを有する。

　この態様においては、取付部とベロー部と遮音環と遮音リップは、音を減衰させる密閉された空間を画定する。回転軸が軸孔に対して偏心した場合には、遮音環は動かないのに対して、遮音リップは回転軸に追随して横移動する。しかし、遮音環の円環部の径方向内側、かつ開口の径方向外側に、突出壁が配置されており、突出壁が遮音リップの過剰な横移動を規制し、遮音リップの一部が開口に達して密閉された空間が開放されることを阻害する。したがって、遮音リップの先端部は、遮音環の円環部に永続的に接触し、音を減衰させる密閉された空間を長期にわたって維持することができる。

　好ましくは、前記遮音リップは、径方向外側に向けて斜めに突出し、前記軸孔の軸線方向に投影した場合の前記円環部の外側部分と前記内側環状部との距離が、前記軸孔の軸線方向に投影した場合の前記円環部の内側部分と前記内側環状部との距離よりも大きくなるように、前記遮音環の前記円環部は、前記軸孔の前記軸線方向に対して傾斜している。

　この場合には、遮音リップの先端部の一部が径方向内側から外側に移動する際、遮音環の円環部に対する遮音リップの当該一部の摺動抵抗が徐々に弱まってゆき、遮音リップは予期せぬ方向に折れ曲がることなく、円滑に円環部に対して摺動する。逆に、遮音リップの先端部の一部が径方向外側から内側に移動する際、遮音リップは円環部によって徐々に大きく曲がってゆき、当該一部が円環部から離れることなく、密閉された空間が開放されることもない。したがって、いずれにせよ、遮音リップの先端部は、遮音環の円環部に永続的に接触し、音を減衰させる密閉された空間を長期にわたって維持することができる。

　好ましくは、前記遮音リップの前記先端部が接触する前記遮音環の部分には、不規則な凹凸が形成されている。この場合には、弾性材料で形成された遮音リップが遮音環に貼り付きにくいので、遮音リップは摩擦に起因する大きな抵抗を受けずに遮音環に対して摺動することができる。

本発明の第１実施形態に係る密封装置を示す断面図である。回転軸が搖動した際の第１実施形態に係る密封装置を示す断面図である。比較例における不具合を示す密封装置の断面図である。図２と逆方向に回転軸が搖動した際の第１実施形態に係る密封装置を示す断面図である。第１実施形態に係る密封装置の遮音環の一部の平面図である。本発明の第２実施形態に係る密封装置を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る密封装置を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る密封装置を示す断面図である。

　以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る複数の実施形態を説明する。

第１実施形態
　図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る密封装置１は、ハウジング（フロントダッシュパネル）２と、ハウジング２に設けられた軸孔２Ａ内に配置された回転軸（ステアリングシャフト）４との間の隙間を封止するステアリングダストシールである。密封装置１は環状の部品であって、図１においては、その左半分が示されている。図１において、符号Ｅはエンジンルーム側の空間を示し、Ｐは乗員車室側の空間を示す。したがって、図面の上下は、密封装置の使用状態の上下と逆である。

　密封装置１は、基本的に、弾性材料、例えばエラストマーから形成された高弾性部品であって、軸孔２Ａの内周面に取り付けられる環状の取付部６と、取付部６よりも径方向内側に配置された内側環状部８と、取付部６と内側環状部８とを接続する曲折したベロー部１０とを有する。

　さらに、密封装置１は、内側環状部８から延びて、回転軸４の外周面に全周にわたって接する複数のシールリップ１２，１４，１６を有する。図示のように、シールリップ１２，１４，１６は、回転軸４に接触して弾性変形させられる。この実施形態においては、３つのシールリップ１２，１４，１６が設けられているが、シールリップの数は実施形態に限定されず、１つでもよいし、２つでもよいし、４以上でもよい。内側環状部８、ベロー部１０、およびシールリップ１２，１４，１６は、弾性材料、例えばエラストマーから形成されている。

　取付部６は、弾性材料、例えばエラストマーから形成された弾性環２２と、弾性環２２の周囲に固着された剛性材料、例えば金属から形成された剛性環２４とを有する。剛性環２４は、軸孔２Ａに嵌め込まれている（圧入されている）。また、剛性環２４において、一端部２４ａは他の部分よりも小さい直径を有しており、端部２４ａの周囲には弾性環２２の一部分２２ａが全周にわたって配置されている。部分２２ａは、剛性環２４の端部２４ａとハウジング２の間で圧縮され、取付部６とハウジング２の間の隙間を封止する。

　回転軸４は、チルトステアリング機構に設けられたステアリングシャフトである。このため、回転軸４は、ドライバーによって搖動されるため、偏心させられうる。ベロー部１０は、弾性変形しやすい部分であり、その弾性変形によって回転軸４のこの回転軸４の移動、すなわち偏心を許容し、なおかつシールリップ１２，１４，１６が回転軸４の外周面に全周にわたって接触することが可能なように設けられている。

　さらに、密封装置１は、内側環状部８の内側に配置されており、内側環状部８に固定された環状の摺動部材２６を有する。例えば、内側環状部８の内周面に形成された凹部に、摺動部材２６の外周面に形成された凸部を嵌め込むことによって、摺動部材２６は内側環状部８に固定されてよい。ただし、摺動部材２６を内側環状部８に固定する方式は限定されない。

　摺動部材２６は、回転軸４が偏心しても、シールリップ１２，１４，１６が回転軸４の外周面に全周にわたって接触することが可能なように設けられている。具体的には、図２および図４に示すように、回転軸４が搖動されるとき、回転軸４の周囲にある摺動部材２６は回転軸４の移動に追随して移動させられる。シールリップ１２，１４，１６は、摺動部材２６に相対的に固定された位置に存在するので、回転軸４に対しても相対的に固定された位置に存在する。したがって、シールリップ１２，１４，１６は回転軸４の外周面に全周にわたって接触することが可能である。

　かくして、回転軸４が回転する時、回転軸４の外周面が摺動部材２６の内周面に対して摺動する。摺動部材２６は、例えばポリテトラフルオロエチレンのような、エラストマーより硬い低摩擦係数の樹脂から形成されている。したがって、回転軸４が回転しても、回転軸４の外周面と摺動部材２６の内周面との摩擦によって異音が発生することが防止される。

　不可欠ではないが、摺動部材２６の内周面には、グリースを保持するための溝２６Ａが形成されている。グリースによって、回転軸４の外周面と摺動部材２６の内周面との摩擦がさらに低減させられる。

　不可欠ではないが、密封装置１は、内側環状部８に埋設された補強環２８を有する。補強環２８は、剛性材料、例えば金属から形成されており、内側環状部８の変形を抑制し、シールリップ１２，１４，１６が安定した姿勢で回転軸４に接触することができるようにする。

　さらに、密封装置１は遮音環３０を有する。遮音環３０は、取付部６に固定されており、取付部６から径方向内側に広がる。遮音環３０は、エンジンルーム側の空間Ｅから乗員車室側の空間Ｐへの音の伝達を阻害するために設けられ、その材質は限定されない。但し、遮音環３０は、後述する密閉空間を維持するため、剛性材料、例えば樹脂または金属から形成されていることが好ましい。

　遮音環３０は、ベロー部１０から離れた位置に配置されており、外側円筒部３０Ａと、円環部３０Ｂと、突出壁３０Ｃと、開口３０Ｄとを有する。外側円筒部３０Ａは、取付部６の弾性環２２の内周面の部分２２ｂに嵌め込まれて、固定されている。円環部３０Ｂは、外側円筒部３０Ａから径方向内側に広がっている。この実施形態において、円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に対して傾斜しており、円環部３０Ｂの外側部分が内側部分よりも図１において上方（すなわちベロー部１０側）に配置されている。円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に対して傾斜角αで交差する。突出壁３０Ｃは、円環部３０Ｂの径方向内側に配置され、図１において上方（すなわち内側環状部８側）に向けて突出する。開口３０Ｄは、遮音環３０の中心に形成されており、回転軸４は開口３０Ｄの内部を通過する。開口３０Ｄの直径は、回転軸４の搖動を許容する大きさを有する。

　突出壁３０Ｃは、開口３０Ｄの径方向外側に配置されている。この実施形態では、突出壁３０Ｃは折り曲げられた形状を有する。

　このような遮音環３０は、例えば板金をプレス加工することにより形成することができる。あるいは、射出成形またはプレス成形により、樹脂材料から遮音環３０を形成してもよい。

　さらに、密封装置１は、弾性材料、例えばエラストマーから形成された円環状の遮音リップ３４を有する。この実施形態では、遮音リップ３４は、内側環状部８とベロー部１０の連結部分から遮音環３０に向けて突出する。但し、遮音リップ３４は、内側環状部８から遮音環３０に向けて突出してもよいし、ベロー部１０から遮音環３０に向けて突出してもよい。

　遮音リップ３４は、径方向外側に向けて斜めに突出し、遮音リップ３４の先端部は遮音環３０の円環部３０Ｂに摺動可能に隙間なく接触する。

　取付部６とベロー部１０と遮音環３０と遮音リップ３４は、音を減衰させる密閉された空間３６を画定する。図２および図４に示すように、回転軸４が搖動して、軸孔２Ａに対して偏心した場合には、遮音環３０は動かないのに対して、遮音リップ３４は回転軸４に追随して横移動する。

　上記の通り、遮音環３０の円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に対して傾斜しているため、軸孔２Ａの軸線方向に投影した場合の円環部３０Ｂの外側部分と内側環状部８との距離が、軸孔２Ａの軸線方向に投影した場合の円環部３０Ｂの内側部分と内側環状部８との距離よりも大きい。したがって、図２に示すように、遮音リップ３４が矢印Ａの方向に移動する際、すなわち、遮音リップ３４の先端部の一部が径方向内側から外側に移動する際、遮音環３０の円環部３０Ｂに対する遮音リップ３４の当該一部の摺動抵抗が徐々に弱まってゆき、遮音リップ３４は予期せぬ方向に折れ曲がることなく、徐々に曲がりが小さくなってゆきながら、円滑に円環部３０Ｂに対して摺動する。したがって、遮音リップ３４の先端部は、遮音環３０の円環部３０Ｂに接触し続け、音を減衰させる密閉された空間３６を維持することができる。

　図３は、比較例における不具合を示す密封装置の断面図である。この比較例では、円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に、傾斜せずに配備されている。この比較例では、遮音リップ３４が矢印Ａの方向に移動する際、すなわち、遮音リップ３４の先端部の一部が径方向内側から外側に移動する際、摺動抵抗のために、遮音リップ３４の当該一部が予期せぬ方向に折れ曲がり、他の部分もこれに影響されて変形し、遮音リップ３４と円環部３０Ｂの間にギャップ３８が発生するおそれがある。ギャップ３８が発生すると、空間３６は密閉されないために、音を減衰させる効力が弱まる。この実施形態は、このような不具合を抑制することができる。

　一方、図４に示すように、遮音リップ３４が矢印Ｂの方向に移動する際、すなわち、図２とは逆に、遮音リップ３４の先端部の一部が径方向外側から内側に移動する際、遮音リップ３４は円環部３０Ｂによって徐々に大きく曲がってゆき、当該一部が円環部３０Ｂから離れることなく、密閉された空間３６が開放されることもない。

　また、遮音環３０の円環部３０Ｂの径方向内側、かつ開口３０Ｄの径方向外側に、突出壁３０Ｃが配置されているため、遮音リップ３４が矢印Ｂの方向に移動する際、突出壁３０Ｃが遮音リップ３４の過剰な横移動を規制し、遮音リップ３４の一部が開口３０Ｄに達して密閉された空間３６が開放されることを阻害する。

　したがって、遮音リップ３４がいずれの方向に移動しても、遮音リップ３４の先端部は、遮音環３０の円環部３０Ｂに永続的に接触し、音を減衰させる密閉された空間３６を長期にわたって維持することができる。また、遮音リップ３４の一部が開口３０Ｄに達することが規制されるので、開口３０Ｄの寸法、ひいては回転軸４の形状を従来より自由に設計することができる。

　図５は、遮音環３０の一部の平面図である。図５に示すように、遮音環３０の円環部３０Ｂの一方の面の全体には、多数の微細な凹凸が不規則に形成されている。微細な凹凸は、例えば梨地処理によって形成することができる。この面は遮音リップ３４の先端部が摺動する面である。このような微細な凹凸により、遮音リップ３４の先端部と円環部３０Ｂとの接触面積が低減され、弾性材料で形成された遮音リップ３４が遮音環３０に貼り付きにくいので、遮音リップ３４は摩擦に起因する大きな抵抗を受けずに遮音環３０に対して摺動することができる。

　微細な凹凸は、図示のように、円環部３０Ｂの一方の面の全体に形成されてもよい。あるいは、微細な凹凸は、この面のうち遮音リップ３４が摺動する可能性がある部分だけに形成されてもよい。あるいは、微細な凹凸は、円環部３０Ｂだけでなく外側円筒部３０Ａまたは突出壁３０Ｃに形成されてもよい。

　微細な凹凸は、後述する他の実施形態においても円環部３０Ｂに形成されてよい。

第２実施形態
　図６は本発明の第２実施形態に係る密封装置１を示す。図６以降の図面において、既に説明した構成要素を示すため、同一の符号が使用され、それらの構成要素については詳細には説明しない。

　第２実施形態に係る密封装置１では、遮音環３０の突出壁３０Ｃは、第１実施形態と異なる形状を有する。突出壁３０Ｃの形状は、第１実施形態および第２実施形態には限定されず、任意である。第２実施形態では、第１実施形態と同様に、遮音環３０の円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に対して傾斜角αで交差する。

第３実施形態
　図７は本発明の第３実施形態に係る密封装置１を示す。

　第３実施形態に係る密封装置１では、遮音環３０の円環部３０Ｂの中心に形成された開口部４０にリング４２が固定されている。固定の方式は、限定されないが、例えば、嵌め込み（圧入）であってよい。第３実施形態では、第１実施形態と同様に、遮音環３０の円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に対して傾斜角αで交差する。

　リング４２には、上記の突出壁３０Ｃと同じ役割を果たす突出壁４４が形成されている。突出壁４４は、円環部３０Ｂの径方向内側、かつ開口３０Ｄの径方向外側に配置され、内側環状部８に向けて突出する。この実施形態では、リング４２の内周面が遮音環３０の開口３０Ｄを構成する。

　リング４２は、剛性材料、例えば樹脂または金属から形成されていてもよいし、弾性材料、例えばエラストマーから形成されていてもよい。

第４実施形態
　図８は本発明の第４実施形態に係る密封装置１を示す。

　第４実施形態は第３実施形態の変形である。第３実施形態では、第１実施形態と同様に、遮音環３０の円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に対して傾斜角αで交差する。しかし、第４実施形態では、円環部３０Ｂは、軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に、傾斜せずに配備されている。

　したがって、第４実施形態では、第１実施形態における円環部３０Ｂの傾斜による効果が享受されない。しかし、第４実施形態では、突出壁４４が遮音リップ３４の過剰な横移動を規制し、遮音リップ３４の一部が開口３０Ｄに達して密閉された空間３６が開放されることを阻害する。

　第４実施形態は第３実施形態の変形であるが、第１実施形態においても、突出壁３０Ｃをそのまま残し、遮音環３０の円環部３０Ｂを軸孔２Ａの軸線方向に垂直な平面に、傾斜せずに配備してよい。

他の変形例
　以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。

　例えば、上記の実施形態では、密封装置１はステアリングダストシールであるが、本発明はステアリングダストシールに限らず、大きく偏心しうる回転軸の周囲を封止するとともに、騒音を減衰させる密封装置に適用可能である。

Ｅ　エンジンルーム側の空間
Ｐ　乗員車室側の空間
１　密封装置（ステアリングダストシール）
２　ハウジング（フロントダッシュパネル）
２Ａ　軸孔
４　回転軸（ステアリングシャフト）
６　取付部
８　内側環状部
１０　ベロー部
１２，１４，１６　シールリップ
２２　弾性環
２４　剛性環
２６　摺動部材
２８　補強環
３０　遮音環
３０Ａ　外側円筒部
３０Ｂ　円環部
３０Ｃ　突出壁
３０Ｄ　開口
３４　遮音リップ
３６　密閉された空間
４０　開口部
４２　リング
４４　突出壁

Claims

　ハウジングと、前記ハウジングに設けられた軸孔内に配置された回転軸との間の隙間を封止する密封装置であって、
　前記軸孔の内周面に取り付けられる環状の取付部と、
　前記取付部の径方向内側に配置された内側環状部と、
　前記内側環状部から延びて、前記回転軸の外周面に接触するシールリップと、
　前記取付部と前記内側環状部とを接続するベロー部と、
　前記取付部に固定されており、前記取付部から径方向内側に広がり、前記回転軸が内部を通過する開口を有する遮音環と、
　前記内側環状部または前記ベロー部から前記遮音環に向けて突出し、前記遮音環に摺動可能に接触する先端部を有する円環状の遮音リップと
を備え、
　前記遮音環は、前記遮音リップの前記先端が接触する円環部と、前記円環部の径方向内側、かつ前記開口の径方向外側に配置され前記内側環状部に向けて突出する突出壁とを有する
ことを特徴とする密封装置。
　前記遮音リップは、径方向外側に向けて斜めに突出し、
　前記軸孔の軸線方向に投影した場合の前記円環部の外側部分と前記内側環状部との距離が、前記軸孔の軸線方向に投影した場合の前記円環部の内側部分と前記内側環状部との距離よりも大きくなるように、前記遮音環の前記円環部は、前記軸孔の前記軸線方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
　前記遮音リップの前記先端部が接触する前記遮音環の部分には、不規則な凹凸が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。