(57)【要約】【課題】異物のハウジングの内部への侵入を抑制することができ、相対回転で発生するトルクを低減することができ、複数の密封装置を容易に安定した状態で積み重ねることができる密封装置を提供する。【解決手段】密封装置は、軸の外周面に取り付けられる内側シール部材と、ハウジングに取り付けられる外側シール部材を有する。外側シール部材は、ハウジングに取り付けられる円環状の取付け部と、取付け部から径方向内側に向けて延びる円板部と、円板部から内側シール部材のスリーブに向けて延びる、弾性材料から形成されたラジアルリップと、円板部から内側シール部材のフランジに向けて延び、フランジに接触しない、弾性材料から形成されたアキシャルリップとを有する。アキシャルリップは、内側シール部材のフランジに対して平行で、平坦な端面を有する。外側シール部材は、円板部よりもフランジの反対側に突出する部分を有しない。【選択図】図１
2020076436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に配置され、前記ハウジングに対して相対的に回転する軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、前記スリーブから径方向外側に広がる円環状のフランジを有する内側シール部材と、
前記ハウジングに取り付けられて、前記内側シール部材の少なくとも前記スリーブの周囲に配置される外側シール部材とを有し、
前記外側シール部材は、
前記ハウジングに取り付けられる円環状の取付け部と、
前記取付け部から径方向内側に向けて延びる円板部と、
前記円板部から前記内側シール部材の前記スリーブに向けて延びる、弾性材料から形成されたラジアルリップと、
前記円板部から前記内側シール部材の前記フランジに向けて延び、前記フランジに接触しない、弾性材料から形成されたアキシャルリップとを有し、
前記アキシャルリップは、前記内側シール部材の前記フランジに対して平行で、平坦な端面を有し、
前記外側シール部材は、前記円板部よりも前記フランジの反対側に突出する部分を有しない
ことを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記内側シール部材と前記外側シール部材の間に配置されたグリースをさらに有し、
前記グリースは、前記フランジと、前記スリーブと、前記ラジアルリップと、前記円板部と、前記アキシャルリップと、前記取付け部で区画された空間内に配置されており、
前記グリースは、少なくとも前記フランジと、前記スリーブと、前記アキシャルリップに接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複数の密封装置を積み重ねる方法であって、
下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部および前記アキシャルリップが上方に向けられるように、前記外側シール部材を配置することと、
下方に配置される前記密封装置の前記内側シール部材の前記スリーブが下方に向けられ、当該内側シール部材の前記フランジが、下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記アキシャルリップの前記端面に対面するように、前記内側シール部材を前記外側シール部材の上方に配置することと、
上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部および前記アキシャルリップが上方に向けられ、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記円板部が、下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部に接触するように、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材を配置することと、
上方に配置される前記密封装置の前記内側シール部材の前記スリーブが下方に向けられ、当該内側シール部材の前記フランジが、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記アキシャルリップの前記端面に対面するように、前記内側シール部材を前記外側シール部材の上方に配置することと
を有する密封装置の積み重ね方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封装置および密封装置の積み重ね方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車の車輪が取り付けられる回転ハブまたは回転軸の付近には、軸受などの内部の部品を異物（水およびダストを含む）から保護するために、密封装置が設けられる（特許文献１）。この密封装置は、ハブすなわちハウジングに取り付けられた円環状の部分と、静止したハブ軸に摺動可能に接触するリップを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−９５２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の密封装置は、異物のハウジングの内部への侵入を抑制する機能を維持しつつ、相対回転で発生するトルクを低減することが要求される。また、密封装置の貯蔵または搬送の際には、複数の密封装置を積み重ねることができるのが望ましく、積み重ねられた密封装置が安定しているのがさらに望ましい。
【０００５】
そこで、本発明は、異物のハウジングの内部への侵入を抑制することができ、相対回転で発生するトルクを低減することができ、複数の密封装置を容易に安定した状態で積み重ねることができる密封装置、および複数の密封装置を容易に安定した状態で積み重ねることができる積み重ね方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係る密封装置は、ハウジング内に配置され前記ハウジングに対して相対的に回転する軸の外周面に取り付けられる円筒状のスリーブと、前記スリーブから径方向外側に広がる円環状のフランジを有する内側シール部材と、前記ハウジングに取り付けられて、前記内側シール部材の少なくとも前記スリーブの周囲に配置される外側シール部材とを有する。前記外側シール部材は、前記ハウジングに取り付けられる円環状の取付け部と、前記取付け部から径方向内側に向けて延びる円板部と、前記円板部から前記内側シール部材の前記スリーブに向けて延びる、弾性材料から形成されたラジアルリップと、前記円板部から前記内側シール部材の前記フランジに向けて延び、前記フランジに接触しない、弾性材料から形成されたアキシャルリップとを有する。前記アキシャルリップは、前記内側シール部材の前記フランジに対して平行で、平坦な端面を有する。前記外側シール部材は、前記円板部よりも前記フランジの反対側に突出する部分を有しない。
【０００７】
この態様においては、軸に取り付けられる内側シール部材とハウジングに取り付けられる外側シール部材の組み合わせによって、相対回転するハウジングと軸の間の間隙を封止する。フランジと、スリーブと、ラジアルリップと、円板部と、アキシャルリップと、取付け部で区画された空間内にグリースを配置することが可能であり、グリースによって、外部から異物（水およびダストを含む）がハウジングの内部に侵入することが抑制される。外側シール部材のアキシャルリップはフランジに接触せず、内側シール部材と外側シール部材の間に配置されたグリースが異物の侵入を抑制するため、相対回転で発生するトルクは小さい。また、この態様では、アキシャルリップは、内側シール部材のフランジに対して平行で、平坦な端面を有し、外側シール部材は、円板部よりもフランジの反対側に突出する部分を有しないため、下記の密封装置の積み重ね方法を行うことが可能であり、複数の密封装置の積み重ね状態を安定して維持することができる。したがって、複数の密封装置を容易に安定した状態で積み重ねることができる。
【０００８】
好ましくは、密封装置は、前記内側シール部材と前記外側シール部材の間に配置されたグリースをさらに有し、前記グリースは、前記フランジと、前記スリーブと、前記ラジアルリップと、前記円板部と、前記アキシャルリップと、前記取付け部で区画された空間内に配置されており、前記グリースは、少なくとも前記フランジと、前記スリーブと、前記アキシャルリップに接触する。この場合には、グリースは広範囲にわたって充填され、異物の侵入を抑制する効果が高い。
【０００９】
本発明のある態様に係る密封装置の積み重ね方法は、複数の前記密封装置を積み重ねる方法であって、下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部および前記アキシャルリップが上方に向けられるように、前記外側シール部材を配置することと、下方に配置される前記密封装置の前記内側シール部材の前記スリーブが下方に向けられ、当該内側シール部材の前記フランジが、下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記アキシャルリップの前記端面に対面するように、前記内側シール部材を前記外側シール部材の上方に配置することと、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部および前記アキシャルリップが上方に向けられ、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記円板部が、下方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記取付け部に接触するように、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材を配置することと、上方に配置される前記密封装置の前記内側シール部材の前記スリーブが下方に向けられ、当該内側シール部材の前記フランジが、上方に配置される前記密封装置の前記外側シール部材の前記アキシャルリップの前記端面に対面するように、前記内側シール部材を前記外側シール部材の上方に配置することとを有する。
【００１０】
この態様によれば、複数の密封装置の積み重ね状態を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】使用時の本発明の実施形態に係る密封装置を示す部分断面図である。
【図２】実施形態に係る複数の密封装置の積み重ね時の部分断面図である。
【図３】使用時の本発明の実施形態の変形例に係る密封装置を示す部分断面図である。
【図４】変形例に係る複数の密封装置の積み重ね時の部分断面図である。
【図５】実施形態の変形例に係る密封装置の取付け部の端面を示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品を正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
【００１３】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る密封装置１は、自転車の回転軸（ペダル部クランク軸）４を支持する支持構造のハウジング２と回転軸４との間に配置されて、ハウジング２と回転軸４の間の間隙を封止し、異物のハウジング２の内部への侵入を抑制し、ハウジング２内部の部品を異物から保護する。
【００１４】
密封装置１は、内側シール部材６と外側シール部材８を有する。この実施形態では、内側シール部材６は、回転軸４に取り付けられる回転シール部材であって、異物を跳ね飛ばすスリンガーである。この実施形態では、外側シール部材８は、ハウジング２に取り付けられる静止部材であり、内側シール部材６の周囲に配置される。密封装置１は、回転軸４の回転軸線Ａｘを中心とする環状であるが、図１では密封装置１の左側部分のみを示す。
【００１５】
図１において、回転軸４の回転軸線Ａｘの方向の外側を軸方向外側、回転軸線Ａｘの方向の内側を軸方向内外側と表示する。軸方向外側において、回転軸４には自転車の車輪が取り付けられる。ハウジング２の内部、かつ軸方向内側の空間には、回転軸４を支持する軸受５などの部品が配置されている。
【００１６】
内側シール部材６は、剛性材料、例えば金属から形成されている。内側シール部材６は、円筒状のスリーブ１０と、円環状のフランジ１２を有する。スリーブ１０は、回転軸４の外周面に、例えば締まり嵌めによって取り付けられる。フランジ１２は、スリーブ１０の軸方向外側の端部から径方向外側に広がる。内側シール部材６は、回転軸４に取り付けられているので、クランクシャフト４とともに回転軸線Ａｘを中心にして回転する。
【００１７】
外側シール部材８は、弾性材料、例えばエラストマーで形成された弾性環１４と、弾性環１４を補強する剛性材料、例えば金属製の単一の剛性環１６とを有する二重構造である。剛性環１６は、その一部が弾性環１４に埋設されており、弾性環１４に密着している。
【００１８】
剛性環１６は、外側に配置された円環部１６ａと、円環部の大気側の端部から径方向内側に広がり湾曲した円板部１６ｂを有する。円環部１６ａと円板部１６ｂは一体に形成されている。
【００１９】
弾性環１４は、円環部１４ａ、円板部１４ｂ、端カバー部１４ｃ、ラジアルリップ２２，２４、およびアキシャルリップ２６を有する。円環部１４ａ、円板部１４ｂ、端カバー部１４ｃ、ラジアルリップ２２，２４、およびアキシャルリップ２６は一体に形成されている。
【００２０】
円環部１４ａは、剛性環１６の円環部１６ａに固着され、円板部１４ｂは、剛性環１６の円板部１６ｂの軸方向外側の面に固着されている。端カバー部１４ｃは、円板部１４ｂの径方向内側に配置され、円板部１６ｂの内端を覆うように内端に固着されている環状の部分である。
【００２１】
弾性環１４の円環部１４ａおよび剛性環１６の円環部１６ａは、ハウジング２に取り付けられる取付け部１８を構成する。具体的には、円環部１４ａ，１６ａは、ハウジング２の軸孔に、例えば締まり嵌めによって取り付けられる。但し、円環部１４ａだけがハウジング２の軸孔に締まり嵌めされてもよいし、円環部１６ａだけがハウジング２の軸孔に締まり嵌めされてもよい。
【００２２】
弾性環１４の円板部１４ｂおよび剛性環１６の円板部１６ｂは、取付け部１８から径方向内側に向けて延びる円板部２０を構成する。
【００２３】
ラジアルリップ（グリースリップ）２２，２４は、円板部１４ｂから内側シール部材６のスリーブ１０に向けて、径方向内側に延びる。ラジアルリップ２２，２４は、軸受５のグリースが軸方向外側に漏出することを抑制する。但し、回転軸４に与えるトルクが上昇しないように、この実施形態では、ラジアルリップ２２，２４はスリーブ１０に接触せず、ラジアルリップ２２，２４の先端とスリーブ１０の間には、狭い間隙が設けられている。
【００２４】
アキシャルリップ２６は、円板部１４ｂから内側シール部材６のフランジ１２に向けて、軸方向外側に延びる。但し、回転軸４に与えるトルクが上昇しないように、アキシャルリップ２６はフランジ１２に接触せず、アキシャルリップ２６の先端とフランジ１２の間には間隙が設けられている。アキシャルリップ２６は、その先端に、内側シール部材６のフランジ１２に対して平行で、平坦な端面２６Ａを有する。
【００２５】
アキシャルリップ２６は、外部（軸方向外側）から異物がハウジング２の内部（軸方向内側）に侵入することを抑制する役割を有する。アキシャルリップ２６は、後述するように、グリース３０を保持する役割も有する。さらに、アキシャルリップ２６は、密封装置１の積み重ねの際、内側シール部材６を支持する役割を有する。
【００２６】
外側シール部材８は、円板部２０よりもフランジ１２の反対側（軸方向内側）に突出する部分を有しない。この実施形態では、弾性環１４の端カバー部１４ｃは、円板部２０の（円板部１６ｂ）の端面２０Ａよりも軸方向内側に突出しない。好ましくは、端カバー部１４ｃは端面２０Ａと面一である。
【００２７】
密封装置１は、内側シール部材６と外側シール部材８の間に配置されたグリース３０をさらに有する。グリース３０は、フランジ１２と、スリーブ１０と、ラジアルリップ２４と、円板部２０（円板部１６ｂ）と、アキシャルリップ２６と、取付け部１８（円環部１４ａ）で区画された空間３２内に配置されている。グリース３０は、この空間３２内に広範囲にわたって充填されており、少なくともフランジ１２と、スリーブ１０と、アキシャルリップ２６に接触する。この実施形態では、グリース３０は、フランジ１２と、スリーブ１０と、ラジアルリップ２４と、円板部２０と、アキシャルリップ２６と、取付け部１８のすべてに接触する。このように、空間３２を区画する要素、特にアキシャルリップ２６は、グリース３０を空間３２内に保持する役割を有する。
【００２８】
グリース３０は、外部（軸方向外側）から異物がハウジング２の内部（軸方向内側）に侵入することを抑制する。外側シール部材８のラジアルリップ２２，２４はスリーブ１０に接触せず、アキシャルリップ２６はフランジ１２に接触せず、内側シール部材６と外側シール部材８の間に配置されたグリース３０が異物の侵入を抑制するため、密封装置１が回転軸４に与えるトルクは小さい。具体的には、密封装置１が回転軸４に与えるトルクは、グリース３０の粘性抵抗に起因するトルク成分のみである。したがって、密封装置１が設けられる自転車が人力自転車であれば、運転者がペダルを漕ぐ体力の消耗が抑制され、密封装置１が設けられる自転車が電動アシスト自転車であれば、電力消費が抑制される。
【００２９】
アキシャルリップ２６は、内側シール部材６のフランジ１２に対して平行で、平坦な端面２６Ａを有し、外側シール部材８は、円板部２０よりもフランジ１２の反対側に突出する部分を有しないため、この密封装置１は、下記の通り、容易に安定した状態で積み重ねることができる。
【００３０】
図２に示すように、複数の密封装置１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）は、積み重ねた状態で貯蔵することができる。また、このような積み重ねは、例えば、密封装置１を製造する工場で複数の密封装置１を出荷する際に行うことができ、顧客（例えば自転車の製造者）に搬送される間、この積み重ね状態は維持され、さらに顧客が個々の密封装置１を自転車に組み込む際にも維持される。貯蔵または搬送の際、積み重ねられた密封装置１を紙またはその他のシートで梱包してもよい。
【００３１】
密封装置１の積み重ね方法は、図２に示すように、まず、最も下に位置する密封装置１Ａの外側シール部材８を台３６に載せることで開始する。この時、円環状の取付け部１８およびアキシャルリップ２６が上方に向けられ、円板部２０の端面２０Ａおよび弾性環１４の端カバー部１４ｃが台３６の上面に接触させられる。
【００３２】
次に、この密封装置１Ａの内側シール部材６を外側シール部材８に載せる。この時、スリーブ１０が下方に向けられ、フランジ１２がこの密封装置１Ａのアキシャルリップ２６の端面２６Ａに対面させられる。
【００３３】
次に、次の密封装置１Ｂの外側シール部材８を最も下に位置する密封装置１Ａに載せる。この時、次の密封装置１Ｂの取付け部１８およびアキシャルリップ２６が上方に向けられ、最も下に位置する密封装置１Ａの外側シール部材８の取付け部１８の端面１８Ａに、次の密封装置１Ｂの円板部２０の端面２０Ａが接触させられる。
【００３４】
次に、この密封装置１Ｂの内側シール部材６を外側シール部材８に載せる。この時、スリーブ１０が下方に向けられ、フランジ１２がこの密封装置１Ｂのアキシャルリップ２６の端面２６Ａに対面させられる。
【００３５】
次に、次の密封装置１Ｃの外側シール部材８を密封装置１Ｂに載せる。この時、次の密封装置１Ｃの取付け部１８およびアキシャルリップ２６が上方に向けられ、密封装置１Ｂの外側シール部材８の取付け部１８の端面１８Ａに、次の密封装置１Ｃの円板部２０の端面２０Ａが接触させられる。
【００３６】
次に、この密封装置１Ｃの内側シール部材６を外側シール部材８に載せる。この時、スリーブ１０が下方に向けられ、フランジ１２がこの密封装置１Ｃのアキシャルリップ２６の端面２６Ａに対面させられる。
【００３７】
以降、さらに多くの密封装置を同様の手順でこの積層構造の上に積み重ねることができる。
【００３８】
アキシャルリップ２６は、内側シール部材６のフランジ１２に対して平行で、平坦な端面２６Ａを有し、外側シール部材８は、円板部２０よりもフランジ１２の反対側に突出する部分を有しないため、密封装置１の積み重ね状態を安定して維持することができる。したがって、複数の密封装置１を容易に安定した状態で積み重ねることができる。
【００３９】
図２においては、グリース３０の図示が省略されているが、この積み重ね方法の間に、空間３２内にグリース３０を配置していてもよい。図２においては、フランジ１２がアキシャルリップ２６の端面２６Ａに接触させられているが、フランジ１２と端面２６Ａの間にグリース３０が介在してもよい。いずれにせよ、アキシャルリップ２６は、密封装置１の積み重ねの際、内側シール部材６を支持する役割を有する。
【００４０】
図３は、実施形態の変形例に係る密封装置１を示す。図３においては、グリース３０の図示が省略されているが、グリース３０は空間３２内に配置されている。
【００４１】
この変形例においては、ラジアルリップ２４が内側シール部材６のスリーブ１０に摺動可能に接触させられている。したがって、実施形態に比較して、変形例は、回転軸４に与えるトルクが大きいが、グリース３０を空間３２内に維持する性能は高く、軸受５のグリースが軸方向外側に漏出することを抑制する性能も高い。ラジアルリップ２４に代えて、あるいはラジアルリップ２４に加えて、ラジアルリップ２２が内側シール部材６のスリーブ１０に摺動可能に接触させられてもよい。
【００４２】
また、この変形例においては、内側シール部材６のフランジ１２に弾性環３８が固着されている。弾性環３８は、回転軸４の回転速度を計測するために設けられている。具体的には、弾性環３８は、磁性金属粉を含有するエラストマー材料または樹脂材料で形成されており、磁性金属粉によって多数のＳ極とＮ極を有する。弾性環３８においては、円周方向に等角間隔をおいて多数のＳ極とＮ極が交互に配置されている。図示しない磁気式ロータリーエンコーダーによって、弾性環３８の回転角度を測定することができる。
【００４３】
図４から明らかなように、この変形例に係る密封装置１も、図２を参照して説明した積み重ね方法によって、積み重ねることが可能である。
【００４４】
図５は、実施形態の変形例に係る密封装置の取付け部１８の端面１８Ａを示す拡大平面図である。端面１８Ａには、梨地処理によって多数の微細な凹凸が不規則に形成されている。このような微細な凹凸により、取付け部１８の端面１８Ａと円板部２０の端面２０Ａとの接触面積が低減され、端面２０Ａが端面１８Ａに貼り付きにくい。アキシャルリップ２６の端面２６Ａに内側シール部材６のフランジ１２が接触する可能性がある場合には、端面２６Ａにも同様に梨地処理を行って、多数の微細な凹凸を不規則に形成してもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
例えば、上記実施形態に係る密封装置は、自転車のペダル部クランク軸である回転軸４の周囲に配置され、内側シール部材６が回転シール部材であり、外側シール部材８が静止シール部材である。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、互いに相対回転する複数の部材の密封に適用されうる。例えば、密封装置は、自転車の車輪軸である静止軸とその周囲の回転ハブとの間に配置されてもよい。この場合、内側シール部材６が静止シール部材であり、外側シール部材８が回転シール部材である。また、これらの部材のすべてが回転してもよい。
【００４７】
上記実施形態に係る密封装置は、自転車の回転軸４を支持する支持構造に使用されている。しかし、本発明は、実施形態に限定されず、例えば、荷車の軸を支持するハウジングと軸との間に配置されてもよいし、釣竿のリールの回転軸（スプール軸）を支持するハウジングと回転軸との間に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  密封装置
２  ハウジング
４  軸（回転軸）
６  内側シール部材
８  外側シール部材
１０  スリーブ
１２  フランジ
１４  弾性環
１６  剛性環
１８  取付け部
２０  円板部
２２，２４  ラジアルリップ（グリースリップ）
２６  アキシャルリップ
２６Ａ  端面
３０  グリース
３２  空間
【図１】
2020076436.tif 000003
【図２】
2020076436.tif 000004
【図３】
2020076436.tif 000005
【図４】
2020076436.tif 000006
【図５】
2020076436.tif 000007