JP6576752B2 - シール構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸部及びその外周面に固定された環状部品を備え、環状部品とこれに対して相対回転するシール部材とでシール機構を構成するシール構造体及びその製造方法に関し、特に、シール構造体を適用した等速自在継手に関する。

特許文献１には、無段変速機に組み込まれたデファレンシャル装置とドライブシャフトとの組付構造が示されている。具体的には、図７に示すように、無段変速機のハウジング１０２の左右両側の開口部にそれぞれドライブシャフト１０８が挿入され、各ドライブシャフト１０８の先端がデファレンシャル装置１０７のサイドギア１２８とスプライン嵌合している。

ハウジング１０２の開口部の内周面とドライブシャフト１０８の外周面との間には、ハウジング１０２の内部に充填された潤滑油の外部への漏れだしを防止するオイルシール１３３が設けられる。オイルシール１３３は、図８に拡大して示すように、ハウジング１０２の開口部の内周面に固定されたシール部材１３５と、ドライブシャフト１０８の外周面に固定された金属製のシールカップ１３６とで構成される。シール部材１３５は、ゴム製の第１リップ１３５ａ、第２リップ１３５ｂ、及び第３リップ１３５ｃを有する。シール部材１３５の第１リップ１３５ａ及び第２リップ１３５ｂはドライブシャフト１０８の外周面と摺接し、シール部材１３５の第３リップ１３５ｃは、シールカップ１３６と協働してラビリンスシールを構成する。

特開２００９−２１４６６２号公報

上記のシールカップ１３６は、ドライブシャフト１０８の外周面に軸端側から締め代を介して嵌合固定される。通常、シールカップ１３６は生材（非熱処理品）の金属板で構成され、ドライブシャフト１０８の外周面には焼き入れ処理が施されるため、シールカップ１３６はドライブシャフト１０８の外周面よりも硬度が低くなっている。このため、図９に示すように、シールカップ１３６をドライブシャフト１０８の外周面に軸方向一方側（図中左側）から締め代を介して嵌め合わせる（すなわち圧入する）と、シールカップ１３６の内周面の一部が削られて、その削り屑が細かな糸状のバリＢとなってシールカップ１３６の軸方向一方側に付着する。このバリＢが、シールカップ１３６から脱落してハウジング１０２内の潤滑油にコンタミとして混入すると、デファレンシャル装置１０７の各部に不具合が生じる恐れがある。このため、従来は、ドライブシャフト１０８にシールカップ１３６を固定した後に、バリＢを除去する作業が必要となり、工数増によるコスト高が問題であった。

以上の事情から、本発明が解決すべき課題は、シールカップ（環状部品）を軸部の外周面に締め代を介して嵌合固定して得られるシール構造体の製造コストを低減することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、環状部品と、外周面に前記環状部品が固定された軸部とを備え、前記環状部品とこれに対して相対回転するシール部材とでシール機構を構成するシール構造体であって、前記軸部の外周面に、前記環状部品の内周面が締め代を介して嵌合固定される固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面との間に、前記環状部品から生じたバリを収容する隙間を設けたことを特徴とするシール構造体を提供する。

また、前記課題を解決するために、本発明は、環状部品と、外周面に前記環状部品が固定された軸部とを備え、前記環状部品とこれに対して相対回転するシール部材とでシール機構を構成するシール構造体の製造方法であって、前記軸部の外周面に、固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、前記環状部品を、前記軸部の固定面に軸方向一方側から締め代を介して嵌合固定すると共に、このときに前記環状部品が削られて生じるバリを、前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面との間の隙間に収容する等速自在継手の製造方法を提供する。

このように、本発明では、環状部品の内周面を、固定面の軸方向一方側に隣接した小径外周面まで延ばし、環状部品と小径外周面との間に隙間を設けた。これにより、環状部品を固定面の軸方向一方側から締め代を介して嵌合させた（すなわち圧入した）ときに、環状部品と固定面との圧入領域の軸方向一方側（圧入方向後方側）に隣接して上記の隙間が形成されるため、圧入により環状部品から生じたバリを上記の隙間に収容することができる。これにより、環状部品を固定面に固定した後にバリを除去する工程が不要となり、シール構造体の製造コストを低減することができる。

上記のシール構造体において、前記環状部品の軸方向一方側の端部に、軸方向一方側を縮径させたテーパ部を設ければ、バリを収容する隙間の開口部の径方向幅を狭めることができるため、バリが隙間から出ていく事態を防止できる。特に、前記環状部品の軸方向一方側の端部を前記軸部の小径外周面に当接させれば、バリを収容する隙間の軸方向一方側の端部を閉じることができるため、隙間内にバリを確実に捕捉しておくことができる。

上記のシール構造体において、前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な円筒面を有する場合、前記環状部品の軸方向一方側の端部を前記円筒面の軸方向領域に配すれば、前記環状部品の内周面と前記円筒面との間に前記隙間を形成することができる。この場合、環状部品の軸方向長さを調整することで、前記隙間の容積を調整することができる。

また、前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な円筒面と、前記固定面と前記円筒面とを連続するテーパ面とを有する場合、前記環状部品の軸方向一方側の端部を前記テーパ面の軸方向領域に配すれば、前記環状部品の内周面と前記テーパ面との間に前記隙間を形成することができる。この場合、円筒面の軸方向領域まで環状部品を延ばす必要がないため、環状部品を小型化することができる。

また、前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な第一円筒面と、前記第一円筒面の軸方向他方側に設けられ、前記第一円筒面よりも大径な第二円筒面と、前記第一円筒面と前記第二円筒面とを連続するテーパ面とを有する場合、前記環状部品の内周面と前記第二円筒面との間に前記隙間を形成することができる。この場合、第二円筒面の軸方向長さや外径寸法を調整することで、前記隙間の容積を調整することができる。また、前記環状部品のテーパ部の軸方向に対する傾斜角度と、前記テーパ面の軸方向に対する傾斜角度とを同一とし、前記環状部品のテーパ部の内周面を前記テーパ面に当接させれば、これらを面接触させることができるため、前記隙間を確実に密閉することができる。

上記のシール構造体は、例えば等速自在継手に適用することができる。すなわち、本発明は、マウス部及び該マウス部の底部の軸心から軸方向一方側に延びる軸部を有する外側継手部材と、前記マウス部の内周に収容された内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記外側継手部材の軸部の外周面に固定され、相対回転するシール部材とでシール機構を構成する環状部品とを備えた等速自在継手であって、前記軸部の外周面に、前記環状部品の内周面が締め代を介して嵌合固定される固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面との間に、前記環状部品から生じたバリを収容する隙間を設けたことを特徴とする等速自在継手として特徴づけることができる。

以上のように、本発明によれば、環状部品を固定面に対して締め代を介して嵌合固定した後に、環状部品から生じるバリを除去する工程が不要となるため、シール構造体の製造コストを低減することができる。

本発明の一実施形態に係るシール構造体を適用した等速自在継手の断面図である。 上記シール構造体の環状部品の断面図である。 上記環状部品を軸部に嵌合した状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る環状部品を軸部に嵌合した状態を示す断面図及びその拡大図である。 他の実施形態に係る環状部品を軸部に嵌合した状態を示す断面図及びその拡大図である。 他の実施形態に係る環状部品を軸部に嵌合した状態を示す断面図の拡大図である。 デファレンシャル装置とドライブシャフトとの組付構造を示す断面図である。 上記組付構造のオイルシール付近を示す拡大図である。 図８のオイルシールの環状部品（シールカップ）を軸部に取り付ける様子を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係るシール構造体を適用した等速自在継手１を示す。等速自在継手１は、外側継手部材１０と、内側継手部材２０と、トルク伝達部材としての複数のボール３０と、複数のボール３０を保持するケージ４０と、ブーツ５０とを主に備える。図示例の等速自在継手１は、外側継手部材１０と内側継手部材２０との相対的な軸方向移動を許容しながら、両者の間でトルクを等速で伝達する、いわゆる摺動型の等速自在継手である。この等速自在継手１は、ドライブシャフトの一部を構成し、外側継手部材１０の軸部１２が、図７に示すハウジング１０２の開口部に挿入され、その先端がデファレンシャル装置１０７のサイドギア１２８に取り付けられる。

外側継手部材１０は、カップ状のマウス部１１と、マウス部１１の底部の軸心から軸方向一方側（図中右側）に延びる軸部１２を有する。マウス部１１の内周面には、軸方向に延びる複数（例えば６本）のトラック溝１１ａが形成される。図示例では、トラック溝１１ａが軸方向と平行な直線状に形成される。

内側継手部材２０は、外側継手部材１０のマウス部１１の内周に収容され、外周面に、軸方向に延びる複数（例えば６本）のトラック溝２１が形成される。図示例では、トラック溝２１が軸方向と平行な直線状に形成される。内側継手部材２０の軸心には軸方向の貫通孔２２が形成され、この貫通孔２２に形成された雌スプライン部に、中間シャフト２の先端に形成された雄スプライン部が嵌合している。

外側継手部材１０のトラック溝１１ａと内側継手部材２０のトラック溝２１とで形成される複数のボールトラックには、ボール３０が一つずつ配される。各ボール３０は、ケージ４０のポケットに収容され、周方向等間隔位置で保持される。

ブーツ５０は、中間シャフト２に固定される小径部５１と、外側継手部材１０のマウス部１１の外周面に固定される大径部５２と、小径部５１と大径部５２とを連結する蛇腹部５３とを有する。このブーツ５０の内部にグリースが充填され、このグリースにより、外側継手部材１０、内側継手部材２０、ボール３０、及びケージ４０間の摺動部の潤滑が行われる。

外側継手部材１０の軸部１２の外周面には、環状部品６０が固定される。環状部品６０は、例えば生材の金属板（鋼板等）のプレス成形品からなる。環状部品６０は、図２に示すように、軸方向一方側（図中右側）に開口した断面コの字形状を成している。具体的に、環状部品６０は、小径筒部６１と、大径筒部６２と、小径筒部６１及び大径筒部６２の軸方向他端（図中左端）同士を径方向に連結する連結部６３とを有する。小径筒部６１は、円筒部６１ａと、円筒部６１ａの軸方向一方側に隣接して設けられ、軸方向一方側を縮径させたテーパ部６１ｂとを有する。大径筒部６２は、軸方向一方側を若干拡径させた略円筒部６２ａと、略円筒部６２ａの軸方向一方側に隣接して設けられ、外径側に屈曲させた屈曲部６２ｂとを有する。連結部６３は、軸方向と直交する平板状とされる。

外側継手部材１０の軸部１２の外周面には、図３に示すように、軸部１２の軸方向他端付近に設けられた円筒面状の固定面１２ａと、固定面１２ａの軸方向一方側に設けられ、固定面１２ａよりも小径な小径外周面１２ｂとが設けられる。図３の拡大図に示すように、小径外周面１２ｂは、固定面１２ａよりも小径な円筒面１２ｂ１と、固定面１２ａと円筒面１２ｂ１とを連続するテーパ面１２ｂ２とを有する。円筒面１２ｂ１は、後述するシール部材７０が接触するシール面として機能する。

外側継手部材１０の軸部１２は、鍛造あるいは切削によりマウス部１１と一体に形成された後、熱処理（焼き入れ処理）が施される。この熱処理により、軸部１２の外周面に表面硬化層が形成される。このため、軸部１２の外周面は、生材の金属板のプレス品からなる環状部品６０よりも硬度が高くなっている。その後、軸部１２の円筒面状の外周面の軸方向一部領域に研削加工が施すことにより、小径外周面１２ｂが形成される。すなわち、軸部１２の外周面のうち、小径外周面１２ｂ（円筒面１２ｂ１及びテーパ面１２ｂ２）は研削面であり、固定面１２ａは、研削加工が施されていない鍛造面あるいは切削面である。

軸部１２及び環状部品６０は、ハウジング（図示省略）の内周面に圧入固定されたシール部材７０（図３に点線で示す）と協働してシール機構を構成する。シール部材７０は、樹脂製（ゴム製）の第１リップ７１、第２リップ７２、及び第３リップ７３を一体に有する。シール部材７０の第１リップ７１及び第２リップ７２は、軸部１２の小径外周面１２ｂの円筒面１２ｂ１と摺動して、接触シールを構成する。シール部材７０の第３リップ７３は、環状部品６０の小径筒部６１、大径筒部６２、及び連結部６３で囲まれた空間に挿入され、これにより非接触シール（ラビリンスシール）が構成される。尚、第３リップ７３を環状部品６０に摺動させて、接触シールを構成してもよい。

環状部品６０は、外側継手部材１０の軸部１２の外周面に固定される。詳しくは、環状部品６０の小径筒部６１の円筒部６１ａのうちの軸方向他方側の領域が、外側継手部材１０の軸部１２の固定面１２ａに締め代を介して嵌合固定される。このとき、環状部品６０の小径筒部６１の円筒部６１ａの軸方向寸法Ｌ２（図２参照）は、円筒部６１ａと外側継手部材１０の軸部１２の固定面１２ａとの嵌合領域（圧入領域）の軸方向寸法Ｌ１（図３参照）よりも大きくなっている。これにより、環状部品６０の小径筒部６１が、外側継手部材１０の軸部１２の小径外周面１２ｂの軸方向領域まで延び、環状部品６０の小径筒部６１と軸部１２の小径外周面１２ｂとの間に径方向の隙間Ｇが形成される。

環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端にはテーパ部６１ｂが設けられているため、隙間Ｇの開口部の径方向幅は狭められている。特に、図示例では、テーパ部６１ｂの端部が小径外周面１２ｂに全周で当接し、隙間Ｇの軸方向一方の端部が完全に閉じている。詳しくは、軸部１２に装着する前の環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端の内径ｄ２（図２参照）が、軸部１２の小径外周面１２ｂの円筒面１２ｂ１の外径ｄ１（図３参照）と同じかこれよりも僅かに小さくなっている（ｄ２≦ｄ１）。

環状部品６０は、外側継手部材１０の軸部１２に軸方向一方側（軸端側）から組み付けられる。具体的には、環状部品６０を外側継手部材１０の軸部１２に軸端側から外嵌し、小径筒部６１の円筒部６１ａと軸部１２の固定面１２ａとを締め代を介して嵌合させながら、環状部品６０を軸方向他方側へ押し進める。このとき、環状部品６０よりも固定面１２ａの方が硬いため、環状部品６０の内周面の一部が削られて、環状部品６０と固定面１２ａとの嵌合領域（圧入領域）の軸方向一端に糸状のバリＢが形成される（図３の拡大図参照）。ここで、環状部品６０と固定面１２ａとの嵌合領域の軸方向一方側には、環状部品６０の小径筒部６１と軸部１２の小径外周面１２ｂとで囲まれた隙間Ｇが設けられるため、この隙間ＧにバリＢを捕捉することができる。本実施形態では、環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端にテーパ部６１ｂを設けることにより、隙間Ｇの開口部の径方向幅が小さくなっている。特に、図示例では、隙間Ｇの開口部の径方向幅が０になっており、すなわち、隙間Ｇが密閉空間になっている。これにより、バリＢを隙間Ｇの内部に確実に捕捉することができ、隙間ＧからバリＢが出ていくことがない。従って、環状部品６０を軸部１２に取り付けた後にバリＢを除去する工程を省略することができるため、等速自在継手１の製造工程における工数が削減され、製造コストの低減が図られる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と重複する点については説明を省略する。

図４に示す実施形態では、環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端（テーパ部６１ｂの内径端）を、軸部１２の小径外周面１２ｂのテーパ面１２ｂ２に当接させている。環状部品６０のテーパ部６１ｂの軸方向に対する傾斜角度θ１は、軸部１２の小径外周面１２ｂのテーパ面１２ｂ２の軸方向に対する傾斜角度θ２よりも大きい（θ１＞θ２）。これにより、小径筒部６１の内周面とテーパ面１２ｂ２との間に隙間Ｇが形成され、この隙間Ｇに、環状部品６０から生じるバリＢが捕捉される。この場合、環状部品６０の小径筒部６１を、軸部１２の小径外周面１２ｂの円筒面１２ｂ１の軸方向領域まで延ばす必要がなくなるため、小径筒部６１の軸方向寸法を縮小できる。

図５に示す実施形態は、軸部１２の小径外周面１２ｂのテーパ面１２ｂ２の軸方向他方側に、固定面１２ａより小径で、円筒面（第一円筒面）１２ｂ１よりも大径な第二円筒面１２ｂ３を設けている。環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端は、軸部１２のテーパ面１２ｂ２に当接させている。これにより、環状部品６０の小径筒部６１の内周面と、軸部１２の小径外周面１２ｂの第二円筒面１２ｂ３との間に隙間Ｇが形成され、この隙間ＧにバリＢが捕捉される。このように、固定面１２ａとテーパ面１２ｂ２との間に、固定面１２ａよりも小径な第二円筒面１２ｂ３を設けることで、隙間Ｇの容積を十分に確保することができる。特に図示例のように、第二円筒面１２ｂ３のうちの軸方向他方側の領域に凹部１２ｂ３０を設けることで、隙間Ｇの容積をさらに拡大することができる。

また、図５に示す実施形態では、環状部品６０のテーパ部６１ｂの軸方向に対する傾斜角度θ１と、軸部１２の小径外周面１２ｂのテーパ面１２ｂ２の軸方向に対する傾斜角度θ２とを同一としているため、これらの面が面接触している。これにより、隙間Ｇの開口部を確実に閉塞し、隙間ＧからバリＢが飛び出る事態を確実に防止できる。

このとき、環状部品６０の軸方向一端を当接させる場所は、図５に示すテーパ面１２ｂ２に限らず、例えば図６に示すように、軸部１２の第二円筒面１２ｂ３に当接させてもよい。あるいは、環状部品６０の軸方向一端を、軸部１２の第一円筒面１２ｂ１に当接させてもよい（図示省略）。

以上の実施形態では、環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端を、軸部１２の小径外周面１２ｂ（円筒面１２ｂ１、テーパ面１２ｂ２等）に当接させた場合を示したが、これに限らず、環状部品６０の小径筒部６１の軸方向一端と軸部１２の小径外周面１２ｂとを離隔させてもよい。特に、図３に示す実施形態において、環状部品６０の最小内径ｄ２を、軸部１２の円筒面１２ｂ１の外径ｄ１よりも僅かに大きくすれば、環状部品６０を軸部１２の軸方向一方側から嵌合させる際に、両者の過度の接触を回避して、シール面として機能する軸部１２の円筒面１２ｂ１が傷つく事態を防止できる。

また、環状部品６０の加工方法や材質は上記に限らず、例えば、プレス品以外の金属加工品や、樹脂で形成してもよい。また、環状部品６０の形状も上記に限らず、軸部１２の固定面１２ａに締め代を介して嵌合固定され、且つ、軸部１２の小径外周面１２ｂとの間に隙間Ｇを形成するものであればよい。

また、本発明のシール構造体は、トリポード型等速自在継手や、ダブルオフセット型等速自在継手、固定型等速自在継手等の他の等速自在継手や、等速自在継手以外の他の機械部品に適用することもできる。

１ 等速自在継手
１０ 外側継手部材
１１ マウス部
１２ 軸部
１２ａ 固定面
１２ｂ 小径外周面
１２ｂ１ 円筒面
１２ｂ２ テーパ面
６０ 環状部品
６１ 小径筒部
６１ａ 円筒部
６１ｂ テーパ部
６２ 大径筒部
６３ 連結部
７０ シール部材
７１ 第１リップ
７２ 第２リップ
７３ 第３リップ
Ｂ バリ
Ｇ 隙間

Claims (3)

1. 環状部品と、外周面に前記環状部品が固定された軸部とを備え、前記環状部品とこれに対して相対回転するシール部材とでシール機構を構成するシール構造体であって、
   前記軸部の外周面に、前記環状部品の内周面が締め代を介して嵌合固定される固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、
   前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面との間に、前記環状部品から生じたバリを収容する隙間を設け、
   前記環状部品の軸方向一方側の端部に、軸方向一方側を縮径させたテーパ部を設け、
   前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な第一円筒面と、前記第一円筒面の軸方向他方側に設けられ、前記第一円筒面よりも大径な第二円筒面と、前記第一円筒面と前記第二円筒面とを連続するテーパ面とを有し、
   前記環状部品の内周面と前記第二円筒面との間に前記隙間を形成し、
   前記環状部品のテーパ部の軸方向に対する傾斜角度と、前記テーパ面の軸方向に対する傾斜角度とを同一とし、前記環状部品のテーパ部の内周面を前記テーパ面に当接させたシール構造体。
2. マウス部及び該マウス部の底部の軸心から軸方向一方側に延びる軸部を有する外側継手部材と、前記マウス部の内周に収容された内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記外側継手部材の軸部の外周面に固定され、相対回転するシール部材とでシール機構を構成する環状部品とを備えた等速自在継手であって、
   前記軸部の外周面に、前記環状部品の内周面が締め代を介して嵌合固定される固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、
   前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面との間に、前記環状部品から生じたバリを収容する隙間を設け、
   前記環状部品の軸方向一方側の端部に、軸方向一方側を縮径させたテーパ部を設け、
   前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な第一円筒面と、前記第一円筒面の軸方向他方側に設けられ、前記第一円筒面よりも大径な第二円筒面と、前記第一円筒面と前記第二円筒面とを連続するテーパ面とを有し、
   前記環状部品の内周面と前記第二円筒面との間に前記隙間を形成し、
   前記環状部品のテーパ部の軸方向に対する傾斜角度と、前記テーパ面の軸方向に対する傾斜角度とを同一とし、前記環状部品のテーパ部の内周面を前記テーパ面に当接させた等速自在継手。
3. 環状部品と、外周面に前記環状部品が固定された軸部とを備え、前記環状部品とこれに対して相対回転するシール部材とでシール機構を構成するシール構造体の製造方法であって、
   前記軸部の外周面に、固定面と、前記固定面の軸方向一方側に隣接し、前記固定面よりも小径な小径外周面とを設け、
   前記環状部品の軸方向一方側の端部に、軸方向一方側を縮径させたテーパ部を設け、
   前記軸部の小径外周面が、前記固定面よりも小径な第一円筒面と、前記第一円筒面の軸方向他方側に設けられ、前記第一円筒面よりも大径な第二円筒面と、前記第一円筒面と前記第二円筒面とを連続するテーパ面とを有し、
   前記環状部品のテーパ部の軸方向に対する傾斜角度と、前記テーパ面の軸方向に対する傾斜角度とを同一とし、
   前記環状部品を、前記軸部の固定面に軸方向一方側から締め代を介して嵌合固定すると共に、前記環状部品のテーパ部の内周面を前記テーパ面に当接させ、このときに前記環状部品が削られて生じるバリを、前記環状部品の内周面と前記軸部の小径外周面の前記第二円筒面との間の隙間に収容するシール構造体の製造方法。