JP2004197913A - 密封装置とこれを組み込んだ転がり軸受及びハブユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】芯金２を内嵌した外輪とスリンガを外嵌した内輪とが互いに傾いたり、偏心した場合でも、転がり軸受の回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能の確保を図る。
【解決手段】シール材４ａを構成する３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４のうち、中間に位置する中間シールリップ１３ａの基端部を、最も外側に位置する外側シールリップ１２ａの内周面の中間部に結合する。この外側シールリップ１２ａが軸方向に押された場合に、上記中間シールリップ１３ａを、この外側シールリップ１２ａに連動して径方向に変位させる。そして、上記内輪が上記外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、ほぼ一定とする。
【選択図】 図２
【解決手段】シール材４ａを構成する３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４のうち、中間に位置する中間シールリップ１３ａの基端部を、最も外側に位置する外側シールリップ１２ａの内周面の中間部に結合する。この外側シールリップ１２ａが軸方向に押された場合に、上記中間シールリップ１３ａを、この外側シールリップ１２ａに連動して径方向に変位させる。そして、上記内輪が上記外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、ほぼ一定とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る密封装置と転がり軸受及びハブユニットは、例えば自動車用車輪の支持装置等の回転支持部に組み込む転がり軸受やハブユニットの密封装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械装置の回転支持部に、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等の転がり軸受が組み込まれている。この様な転がり軸受には密封装置を組み込んで、この転がり軸受の内部に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が転がり軸受の内部に入り込む事を防止している。図５〜６は、この様な目的で転がり軸受の端部開口に装着した密封装置の従来構造の１例を示している。
【０００３】
この図５〜６に示した従来構造の密封装置１、１は、特許文献１に記載されたもので、芯金２と、スリンガ３と、シール材４とから成る。このうちの芯金２は、外輪５の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部６と、この外径側円筒部６の軸方向内端縁（転がり軸受７の軸方向中央寄り端縁で、図６の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部８とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。又、上記スリンガ３は、内輪９の端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１０と、この内径側円筒部１０の軸方向外端縁（転がり軸受７の軸方向開口寄り端縁で、図６の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。又、上記シール材４は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の３本のシールリップ１２〜１４を備え、上記芯金２にその基端部を結合固定している。そして、最も外側に位置する外側シールリップ１２の先端縁を、上記スリンガ３を構成する外側円輪部１１の内側面に摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ１３及び内側シールリップ１４の先端縁を、上記スリンガ３を構成する内径側円筒部１０の外周面に摺接させている。又、図示の例の場合には、上記中間シールリップ１３の軸方向内側の付け根Ｐが、上記外側シールリップ１２の内径側の付け根Ｑよりも軸方向内側（図６の左側）に位置している。尚、上記中間シールリップ１３が請求項１〜３に記載した径方向シールリップに、上記外側シールリップ１２が請求項１〜３に記載した軸方向シールリップに、それぞれ相当する。
【０００４】
上述の様な密封装置１は、転がり軸受７の端部に組み込んで使用する。図５に示す転がり軸受７の場合、１対の内輪９、９の外周面に内輪軌道１７、１７を形成すると共に、これら内輪９、９の周囲に設けた外輪５の内周面に、１対の外輪軌道１８、１８を形成している。そして、これら各外輪軌道１８、１８と上記各内輪軌道１７、１７との間に、複数の転動体１９、１９を転動自在に組み込んでいる。
【０００５】
上述の様に構成する密封装置１の場合、各シール材４に設けた各シールリップ１２〜１４の先端縁とスリンガ３とを摺接させる事により、転がり軸受７の端部開口を塞ぐ。そして、この転がり軸受７の内部に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物がこの転がり軸受７の内部に侵入する事を防止する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２５２７６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図５〜６に示した従来構造の密封装置１の場合、次に述べる様な点を改良する事が望まれている。即ち、この密封装置１を組み込んだ転がり軸受７を、自動車用車輪の回転支持部に使用した場合、この自動車の旋回走行時に、スリンガ３を外嵌した内輪９と、芯金２を内嵌した外輪５とが、相対的に傾く（両部材９、５の中心軸同士が不一致になる）可能性がある。そして、これら内、外両輪９、５同士が相対的に傾いた場合には、上記スリンガ３と芯金２とが円周方向一部で近づいて、上記各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮される可能性がある。又、何らかの理由で、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心した場合でも、これら各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮される可能性がある。この様に、各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮された場合には、相手面であるスリンガ３の側面又は外周面に対するこれら各シールリップ１２〜１４の押し付け力（緊迫力）が大きくなり、転がり軸受７の回転トルクが増大する。
【０００８】
又、上記内、外両輪９、５同士が相対的に傾いたり、或は偏心すると、この内輪９の端部外周面とこの外輪５の端部内周面とが上記円周方向一部と径方向反対側で互いに遠ざかる為、当該部分での上記各シールリップ１２〜１４の緊迫力が小さくなり、密封装置１の内部に泥水等の異物が侵入し易くなる。これに対して、これら各シールリップ１２〜１４の初期締め代を大きくする事により、これら各シールリップ１２〜１４の上記反対側での緊迫力が不足するのを防止する事も考えられる。但し、この様に初期締め代を大きくした場合には、上記内、外両輪９、５同士が傾いたり、偏心した場合に、上記スリンガ３と芯金２とが上記円周方向一部で更に近づき合う為、上記緊迫力が過大となり、転がり軸受７の回転トルクが徒に増大する。
本発明は、この様な事情に鑑みて、転がり軸受の内、外両輪同士が傾いたり、偏心した場合でも、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止すべく発明したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の密封装置と転がり軸受及びハブユニットのうち、請求項１に記載した密封装置は、内輪の外周面に設けた内輪軌道と外輪の内周面に設けた外輪軌道との間に複数の転動体を設けて上記内輪と外輪との相対回転を自在とした転がり軸受に組み込み、これら内輪の外周面と外輪の内周面との間の空間の端部開口を塞ぐものである。この為に、本発明の密封装置は、前述の図５〜６に示した従来構造と同様に、弾性材により全体を円環状に造られたシール材を備える。又、このシール材は、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、軸方向に向いた側面に全周に亙り摺接させた軸方向シールリップと、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、径方向に向いた周面に全周に亙り摺接させた径方向シールリップとを備えたものである。
【００１０】
特に、請求項１に記載した密封装置に於いては、上記内輪が上記外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、上記軸方向シールリップ及び径方向シールリップの緊迫力（シールリップの弾性変形に伴う反力）の合計がほぼ一定（中立状態を基準にして±２０％以内、好ましくは±１０％以内）である。この様に構成する為に、例えば、請求項２に記載した様に、これら軸方向、径方向各シールリップを、この軸方向シールリップが軸方向に変位する場合に、この径方向シールリップがこの軸方向シールリップに連動して径方向に変位する形状とする。この為に、例えば、請求項３に記載した様に、この軸方向シールリップの根元部分の厚さを小さくすると共に、この軸方向シールリップの内周面で、この根元部分よりも先端側に外れた部分に、上記径方向シールリップの基端部を結合する。又、これら軸方向シールリップと径方向シールリップとを、上記転がり軸受内への異物の侵入経路に関して同方向に傾斜させる。
【００１１】
又、請求項４に記載した転がり軸受は、請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んでいる。
更に、請求項５に記載したハブユニットは、内輪又は外輪が車輪を結合固定する為のハブであり、請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んでいる。
【００１２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の密封装置と転がり軸受とハブユニットの場合、内輪が外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、軸方向シールリップ及び径方向シールリップの緊迫力の合計がほぼ一定である。この為、これら内、外両輪同士が傾斜したり、偏心した場合でも、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。本発明の密封装置１ａは、芯金２と、スリンガ３と、シール材４ａとから成る。このうちの芯金２は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形している。この様な芯金２は、転がり軸受７を構成する外輪５（図５参照）の外端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部６と、この外径側円筒部６の軸方向内端縁（図１、２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部８とを備えた、断面略Ｌ字形で全体を円環状としている。
【００１４】
又、上記スリンガ３は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形している。この様なスリンガ３は、上記転がり軸受７を構成する内輪９（図５参照）の外端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１０と、この内径側円筒部１０の軸方向外端縁（図１、２の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１とを備えた、断面略Ｌ字形で全体を円環状としている。
【００１５】
又、上記シール材４ａは、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４を備える。このうちの両側に位置する外側、内側両シールリップ１２ａ、１４は、上記芯金２にそれぞれの基端部を結合している。又、この外側シールリップ１２ａの基端部を、厚さを小さくした括れ部１５としている。更に、この外側シールリップ１２ａの内周面の中間部で、この括れ部１５よりも先端側に外れた部分に、上記中間シールリップ１３ａの基端部を結合している。そして、上記各シールリップ１２ａ、１３ａ、１４のうち、最も外側に位置する外側シールリップ１２ａの先端縁を上記スリンガ３を構成する外側円輪部１１の内側面に摺接させ、中間に位置する中間シールリップ１３ａの先端縁を上記スリンガ３を構成する内径側円筒部１０の外周面に摺接させている。又、最も内側に位置する内側シールリップ１４の先端縁を、この外周面に、微小隙間を介して対向させている。又、上記３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４は総て、それぞれの先端縁に向かう程、上記転がり軸受７内への異物の侵入経路に関して外側に向かう方向に傾斜させている。尚、本例の場合には、上記外側シールリップ１２ａが請求項１〜３に記載した軸方向シールリップに相当し、上記中間シールリップ１３ａが請求項１〜３に記載した径方向シールリップに相当する。
【００１６】
又、図２に示す様に、上記外側、中間両シールリップ１２ａ、１３ａの自由状態の断面形状を考えた場合に、この中間シールリップ１３ａの軸方向内側の付け根Ｐ´を、上記外側シールリップ１２ａの内径側の付け根Ｑ´よりも軸方向外側（図２の右側）に位置させている。そして、本例の場合には、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａを、この外側シールリップ１２ａが軸方向に変位する場合に、この中間シールリップ１３ａがこの外側シールリップ１２ａに連動して径方向に変位する形状としている。そして、前記内輪９が前記外輪５に対し傾斜又は偏心する場合でも、円周方向の各部毎に、上記中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、ほぼ一定としている。
【００１７】
例えば、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜しつつ回転する場合を考える。この様に内輪９が外輪５に対し傾斜した場合には、上記スリンガ３の外側円輪部１１の円周方向一部が上記外側シールリップ１２ａの円周方向一部を軸方向に押し込んで、この外側円輪部１１の円周方向一部に対するこの外側シールリップ１２ａの緊迫力が増大する。これに対して、本例の場合には、この外側シールリップ１２ａの円周方向一部に対応する上記中間シールリップ１３ａの円周方向一部が、この外側シールリップ１２ａに連動して外径側に広がる方向に変位する。この為、上記スリンガ３の内径側円筒部１０の外周面に対する上記中間シールリップ１３ａの締め代が減少する。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合でも、上記中間シールリップ１３ａと外側シールリップ１２ａとの円周方向各部毎に、これら各シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計をほぼ一定とする。
【００１８】
一方、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合には、上記円周方向一部と径方向反対側で、上記外側円輪部１１の内側面が上記外側シールリップ１２ａの先端縁から離れる傾向となる。この様な状態で本例の場合には、上記径方向反対側で上記中間シールリップ１３ａが内径側に変位する事により、上記内径側円筒部１０の外周面に対するこの中間シールリップ１３ａの締め代が増大する。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合でも、この中間シールリップ１３ａと上記外側シールリップ１２ａとの上記径方向反対側での緊迫力の合計をほぼ一定とする。この様に、本例の場合には、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜する場合でもほぼ一定としている。
【００１９】
又、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心する場合には、中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの円周方向一部で、中間シールリップ１３ａの緊迫力が大きくなり、逆に、外側シールリップ１２ａの緊迫力が小さくなる。又、これら中間外側両シールリップ１３ａ、１２ａの上記円周方向一部と径方向反対側で、中間シールリップ１３ａの緊迫力が小さくなり、逆に、外側シールリップ１２ａの緊迫力が大きくなる。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心する場合でも、上記中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計をほぼ一定とする。
【００２０】
上述の様に構成する本発明の密封装置とこれを組み込んだ転がり軸受の場合、上記内、外両輪９、５同士が傾いたり、偏心した場合でも、上記外側、中間両シールリップ１２ａ、１３ａの緊迫力の合計がほぼ一定になる為、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。
【００２１】
次に、本発明の発明者が、外側、中間各シールリップ１２ａ、１３ａの形状がこれら各シールリップ１２ａ、１３ａの動きに及ぼす影響を確認する為に行なったシミュレーションの結果に就いて説明する。このシミュレーションでは、上述の図１、２に示した本発明の構造を有する本発明品と、図３に示す構造を有する従来品とを用いて、各シールリップ１２、１２ａ、１３、１３ａ、１４のうち、外側シールリップ１２ａ、１２のみを軸方向に押し込んだ場合での、中間シールリップ１３ａ、１３の変位量を求めた。
【００２２】
尚、図３に示した従来品の場合には、外側、中間両シールリップ１２、１３の自由状態の断面形状を考えた場合に、この中間シールリップ１３の軸方向内側の付け根Ｐが、上記外側シールリップ１２の内径側の付け根Ｑよりも軸方向に関して内側（図３の左側）に位置している。本シミュレーションは、この様な構造を有する従来品と、本発明品とを用いて、外側シールリップ１２、１２ａの先端縁の円周方向一部を板材２４により軸方向に同じＬ分だけ押し込んだ場合での、中間シールリップ１３、１３ａの変位量を、有限要素法により求めた。
【００２３】
この様にして求めたシミュレーションの結果を、図２、３に示している。尚、図２、３では、二点鎖線が各シールリップ１２、１２ａ、１３、１３ａ、１４の自由状態を、実線が板材２４により外側シールリップ１２、１２ａを軸方向に押し込まれて弾性変形した状態を、それぞれ表している。これら図２、３で示すシミュレーションの結果から明らかな通り、図３に示す従来品の場合には、外側シールリップ１２の円周方向一部を軸方向に押し込んでも、中間シールリップ１３は殆ど変位しない。
【００２４】
これに対して、図２に示す本発明品の場合には、外側シールリップ１２ａの円周方向一部が軸方向に押し込まれた場合に、中間シールリップ１３ａの円周方向一部がこの外側シールリップ１２ａに連動して、外径側に大きく変位する。この様なシミュレーションの結果から明らかな様に、外側、中間各シールリップ１２ａ、１３ａの形状を、図１、２に示した形状とした場合には、前記内輪９が前記外輪５に対し傾斜又は偏心した場合でも、これら中間、外側両シールリップ１２ａ、１３ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、ほぼ一定にし易くできる。
【００２５】
尚、本発明の密封装置及びこれを組み込んだ転がり軸受は、使用時に転がり軸受７を構成する内輪９と外輪５との何れが回転する場合でも実施できる。又、本発明の密封装置及びこれを組み込んだ転がり軸受は、内輪９を、車輪を支持する為のハブの外周面に外嵌固定すると共に、外輪５を、自動車の懸架装置を構成するナックルの支持孔に内嵌固定自在とした、ハブユニットに組み込んで使用する事もできる。又、この場合に、上記外輪５の外周面に、上記ナックルの端面に固定する為の固定側フランジを形成する事もできる。更に、図４に示す様に、ハブ２０の内端部（図４の右端部）外周面に、外周面に内輪軌道１７を有する内輪９を外嵌固定すると共に、このハブ２０の中間部外周面でこの内輪９から外れた部分に直接別の内輪軌道１７を形成したハブユニットに、本発明の密封装置１を組み込む事もできる。尚、上記図４に示したハブユニットの場合には、外輪５の外周面に、ナックル２１の端面に固定する為の固定側フランジ２２を形成している。又、上記ハブ２０の外端寄り部分（図４の左端寄り部分）外周面に、車輪を固定する為の回転側フランジ２３を形成している。
【００２６】
更に、外輪側をハブとした（外輪回転型の）ハブユニットで、本発明を実施する事もできる。又、シール材４ａを内輪９又はハブ２０側に、スリンガ３を外輪５（図４、５参照）側に、それぞれ設けた構造でも実施できる。更には、シール材４ａを構成する軸方向シールリップと径方向シールリップとを、スリンガ３等を介する事なく、直接内輪９又はハブ２０の外周面又は外輪５の内周面に摺接させた構造でも実施できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、転がり軸受又はハブユニットを構成する内、外両輪同士が傾いたり、偏心した場合でも、この転がり軸受又はハブユニットの回転トルクの増大を抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。この為、本発明の密封装置を組み込んだ転がり軸受及びハブユニットを使用した自動車の燃費性能及び走行性能等、各種運転性能の確保と耐久性の確保との両立を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、図６と同様の図。
【図２】外側、中間シールリップの形状がこれら各シールリップの動きに及ぼす影響を確認する為に行なったシミュレーションの結果を、本発明品の外側シールリップを軸方向に押し込んだ状態で示す、図６と同様の図。
【図３】同じく従来品の外側シールリップを軸方向に押し込んだ状態で示す、図６と同様の図。
【図４】本発明の密封装置を組み込んだハブユニットを示す断面図。
【図５】従来構造の密封装置の１例を、転がり軸受に組み込んだ状態で示す部分断面図。
【図６】同密封装置のみを取り出して示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 密封装置
２ 芯金
３ スリンガ
４、４ａ シール材
５ 外輪
６ 外径側円筒部
７ 転がり軸受
８ 内側円輪部
９ 内輪
１０ 内径側円筒部
１１ 外側円輪部
１２、１２ａ 外側シールリップ
１３、１３ａ 中間シールリップ
１４ 内側シールリップ
１５ 括れ部
１７ 内輪軌道
１８ 外輪軌道
１９ 転動体
２０ ハブ
２１ ナックル
２２ 固定側フランジ
２３ 回転側フランジ
２４ 板材
【発明の属する技術分野】
この発明に係る密封装置と転がり軸受及びハブユニットは、例えば自動車用車輪の支持装置等の回転支持部に組み込む転がり軸受やハブユニットの密封装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械装置の回転支持部に、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等の転がり軸受が組み込まれている。この様な転がり軸受には密封装置を組み込んで、この転がり軸受の内部に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が転がり軸受の内部に入り込む事を防止している。図５〜６は、この様な目的で転がり軸受の端部開口に装着した密封装置の従来構造の１例を示している。
【０００３】
この図５〜６に示した従来構造の密封装置１、１は、特許文献１に記載されたもので、芯金２と、スリンガ３と、シール材４とから成る。このうちの芯金２は、外輪５の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部６と、この外径側円筒部６の軸方向内端縁（転がり軸受７の軸方向中央寄り端縁で、図６の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部８とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。又、上記スリンガ３は、内輪９の端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１０と、この内径側円筒部１０の軸方向外端縁（転がり軸受７の軸方向開口寄り端縁で、図６の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。又、上記シール材４は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の３本のシールリップ１２〜１４を備え、上記芯金２にその基端部を結合固定している。そして、最も外側に位置する外側シールリップ１２の先端縁を、上記スリンガ３を構成する外側円輪部１１の内側面に摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ１３及び内側シールリップ１４の先端縁を、上記スリンガ３を構成する内径側円筒部１０の外周面に摺接させている。又、図示の例の場合には、上記中間シールリップ１３の軸方向内側の付け根Ｐが、上記外側シールリップ１２の内径側の付け根Ｑよりも軸方向内側（図６の左側）に位置している。尚、上記中間シールリップ１３が請求項１〜３に記載した径方向シールリップに、上記外側シールリップ１２が請求項１〜３に記載した軸方向シールリップに、それぞれ相当する。
【０００４】
上述の様な密封装置１は、転がり軸受７の端部に組み込んで使用する。図５に示す転がり軸受７の場合、１対の内輪９、９の外周面に内輪軌道１７、１７を形成すると共に、これら内輪９、９の周囲に設けた外輪５の内周面に、１対の外輪軌道１８、１８を形成している。そして、これら各外輪軌道１８、１８と上記各内輪軌道１７、１７との間に、複数の転動体１９、１９を転動自在に組み込んでいる。
【０００５】
上述の様に構成する密封装置１の場合、各シール材４に設けた各シールリップ１２〜１４の先端縁とスリンガ３とを摺接させる事により、転がり軸受７の端部開口を塞ぐ。そして、この転がり軸受７の内部に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物がこの転がり軸受７の内部に侵入する事を防止する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２５２７６２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の図５〜６に示した従来構造の密封装置１の場合、次に述べる様な点を改良する事が望まれている。即ち、この密封装置１を組み込んだ転がり軸受７を、自動車用車輪の回転支持部に使用した場合、この自動車の旋回走行時に、スリンガ３を外嵌した内輪９と、芯金２を内嵌した外輪５とが、相対的に傾く（両部材９、５の中心軸同士が不一致になる）可能性がある。そして、これら内、外両輪９、５同士が相対的に傾いた場合には、上記スリンガ３と芯金２とが円周方向一部で近づいて、上記各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮される可能性がある。又、何らかの理由で、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心した場合でも、これら各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮される可能性がある。この様に、各シールリップ１２〜１４が過度に圧縮された場合には、相手面であるスリンガ３の側面又は外周面に対するこれら各シールリップ１２〜１４の押し付け力（緊迫力）が大きくなり、転がり軸受７の回転トルクが増大する。
【０００８】
又、上記内、外両輪９、５同士が相対的に傾いたり、或は偏心すると、この内輪９の端部外周面とこの外輪５の端部内周面とが上記円周方向一部と径方向反対側で互いに遠ざかる為、当該部分での上記各シールリップ１２〜１４の緊迫力が小さくなり、密封装置１の内部に泥水等の異物が侵入し易くなる。これに対して、これら各シールリップ１２〜１４の初期締め代を大きくする事により、これら各シールリップ１２〜１４の上記反対側での緊迫力が不足するのを防止する事も考えられる。但し、この様に初期締め代を大きくした場合には、上記内、外両輪９、５同士が傾いたり、偏心した場合に、上記スリンガ３と芯金２とが上記円周方向一部で更に近づき合う為、上記緊迫力が過大となり、転がり軸受７の回転トルクが徒に増大する。
本発明は、この様な事情に鑑みて、転がり軸受の内、外両輪同士が傾いたり、偏心した場合でも、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止すべく発明したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の密封装置と転がり軸受及びハブユニットのうち、請求項１に記載した密封装置は、内輪の外周面に設けた内輪軌道と外輪の内周面に設けた外輪軌道との間に複数の転動体を設けて上記内輪と外輪との相対回転を自在とした転がり軸受に組み込み、これら内輪の外周面と外輪の内周面との間の空間の端部開口を塞ぐものである。この為に、本発明の密封装置は、前述の図５〜６に示した従来構造と同様に、弾性材により全体を円環状に造られたシール材を備える。又、このシール材は、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、軸方向に向いた側面に全周に亙り摺接させた軸方向シールリップと、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、径方向に向いた周面に全周に亙り摺接させた径方向シールリップとを備えたものである。
【００１０】
特に、請求項１に記載した密封装置に於いては、上記内輪が上記外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、上記軸方向シールリップ及び径方向シールリップの緊迫力（シールリップの弾性変形に伴う反力）の合計がほぼ一定（中立状態を基準にして±２０％以内、好ましくは±１０％以内）である。この様に構成する為に、例えば、請求項２に記載した様に、これら軸方向、径方向各シールリップを、この軸方向シールリップが軸方向に変位する場合に、この径方向シールリップがこの軸方向シールリップに連動して径方向に変位する形状とする。この為に、例えば、請求項３に記載した様に、この軸方向シールリップの根元部分の厚さを小さくすると共に、この軸方向シールリップの内周面で、この根元部分よりも先端側に外れた部分に、上記径方向シールリップの基端部を結合する。又、これら軸方向シールリップと径方向シールリップとを、上記転がり軸受内への異物の侵入経路に関して同方向に傾斜させる。
【００１１】
又、請求項４に記載した転がり軸受は、請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んでいる。
更に、請求項５に記載したハブユニットは、内輪又は外輪が車輪を結合固定する為のハブであり、請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んでいる。
【００１２】
【作用】
上述の様に構成する本発明の密封装置と転がり軸受とハブユニットの場合、内輪が外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、軸方向シールリップ及び径方向シールリップの緊迫力の合計がほぼ一定である。この為、これら内、外両輪同士が傾斜したり、偏心した場合でも、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。本発明の密封装置１ａは、芯金２と、スリンガ３と、シール材４ａとから成る。このうちの芯金２は、低炭素鋼板等の金属板にプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により、一体成形している。この様な芯金２は、転がり軸受７を構成する外輪５（図５参照）の外端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部６と、この外径側円筒部６の軸方向内端縁（図１、２の左端縁）から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部８とを備えた、断面略Ｌ字形で全体を円環状としている。
【００１４】
又、上記スリンガ３は、ステンレス鋼板等、優れた耐食性を有する金属板に、やはりプレス加工等の打ち抜き加工並びに塑性加工を施す事により一体成形している。この様なスリンガ３は、上記転がり軸受７を構成する内輪９（図５参照）の外端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部１０と、この内径側円筒部１０の軸方向外端縁（図１、２の右端縁）から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部１１とを備えた、断面略Ｌ字形で全体を円環状としている。
【００１５】
又、上記シール材４ａは、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４を備える。このうちの両側に位置する外側、内側両シールリップ１２ａ、１４は、上記芯金２にそれぞれの基端部を結合している。又、この外側シールリップ１２ａの基端部を、厚さを小さくした括れ部１５としている。更に、この外側シールリップ１２ａの内周面の中間部で、この括れ部１５よりも先端側に外れた部分に、上記中間シールリップ１３ａの基端部を結合している。そして、上記各シールリップ１２ａ、１３ａ、１４のうち、最も外側に位置する外側シールリップ１２ａの先端縁を上記スリンガ３を構成する外側円輪部１１の内側面に摺接させ、中間に位置する中間シールリップ１３ａの先端縁を上記スリンガ３を構成する内径側円筒部１０の外周面に摺接させている。又、最も内側に位置する内側シールリップ１４の先端縁を、この外周面に、微小隙間を介して対向させている。又、上記３本のシールリップ１２ａ、１３ａ、１４は総て、それぞれの先端縁に向かう程、上記転がり軸受７内への異物の侵入経路に関して外側に向かう方向に傾斜させている。尚、本例の場合には、上記外側シールリップ１２ａが請求項１〜３に記載した軸方向シールリップに相当し、上記中間シールリップ１３ａが請求項１〜３に記載した径方向シールリップに相当する。
【００１６】
又、図２に示す様に、上記外側、中間両シールリップ１２ａ、１３ａの自由状態の断面形状を考えた場合に、この中間シールリップ１３ａの軸方向内側の付け根Ｐ´を、上記外側シールリップ１２ａの内径側の付け根Ｑ´よりも軸方向外側（図２の右側）に位置させている。そして、本例の場合には、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａを、この外側シールリップ１２ａが軸方向に変位する場合に、この中間シールリップ１３ａがこの外側シールリップ１２ａに連動して径方向に変位する形状としている。そして、前記内輪９が前記外輪５に対し傾斜又は偏心する場合でも、円周方向の各部毎に、上記中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、ほぼ一定としている。
【００１７】
例えば、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜しつつ回転する場合を考える。この様に内輪９が外輪５に対し傾斜した場合には、上記スリンガ３の外側円輪部１１の円周方向一部が上記外側シールリップ１２ａの円周方向一部を軸方向に押し込んで、この外側円輪部１１の円周方向一部に対するこの外側シールリップ１２ａの緊迫力が増大する。これに対して、本例の場合には、この外側シールリップ１２ａの円周方向一部に対応する上記中間シールリップ１３ａの円周方向一部が、この外側シールリップ１２ａに連動して外径側に広がる方向に変位する。この為、上記スリンガ３の内径側円筒部１０の外周面に対する上記中間シールリップ１３ａの締め代が減少する。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合でも、上記中間シールリップ１３ａと外側シールリップ１２ａとの円周方向各部毎に、これら各シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計をほぼ一定とする。
【００１８】
一方、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合には、上記円周方向一部と径方向反対側で、上記外側円輪部１１の内側面が上記外側シールリップ１２ａの先端縁から離れる傾向となる。この様な状態で本例の場合には、上記径方向反対側で上記中間シールリップ１３ａが内径側に変位する事により、上記内径側円筒部１０の外周面に対するこの中間シールリップ１３ａの締め代が増大する。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜した場合でも、この中間シールリップ１３ａと上記外側シールリップ１２ａとの上記径方向反対側での緊迫力の合計をほぼ一定とする。この様に、本例の場合には、これら中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、上記内輪９が上記外輪５に対し傾斜する場合でもほぼ一定としている。
【００１９】
又、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心する場合には、中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの円周方向一部で、中間シールリップ１３ａの緊迫力が大きくなり、逆に、外側シールリップ１２ａの緊迫力が小さくなる。又、これら中間外側両シールリップ１３ａ、１２ａの上記円周方向一部と径方向反対側で、中間シールリップ１３ａの緊迫力が小さくなり、逆に、外側シールリップ１２ａの緊迫力が大きくなる。そして、上記内輪９が上記外輪５に対し偏心する場合でも、上記中間、外側両シールリップ１３ａ、１２ａの緊迫力の合計をほぼ一定とする。
【００２０】
上述の様に構成する本発明の密封装置とこれを組み込んだ転がり軸受の場合、上記内、外両輪９、５同士が傾いたり、偏心した場合でも、上記外側、中間両シールリップ１２ａ、１３ａの緊迫力の合計がほぼ一定になる為、回転トルクが増大するのを抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。
【００２１】
次に、本発明の発明者が、外側、中間各シールリップ１２ａ、１３ａの形状がこれら各シールリップ１２ａ、１３ａの動きに及ぼす影響を確認する為に行なったシミュレーションの結果に就いて説明する。このシミュレーションでは、上述の図１、２に示した本発明の構造を有する本発明品と、図３に示す構造を有する従来品とを用いて、各シールリップ１２、１２ａ、１３、１３ａ、１４のうち、外側シールリップ１２ａ、１２のみを軸方向に押し込んだ場合での、中間シールリップ１３ａ、１３の変位量を求めた。
【００２２】
尚、図３に示した従来品の場合には、外側、中間両シールリップ１２、１３の自由状態の断面形状を考えた場合に、この中間シールリップ１３の軸方向内側の付け根Ｐが、上記外側シールリップ１２の内径側の付け根Ｑよりも軸方向に関して内側（図３の左側）に位置している。本シミュレーションは、この様な構造を有する従来品と、本発明品とを用いて、外側シールリップ１２、１２ａの先端縁の円周方向一部を板材２４により軸方向に同じＬ分だけ押し込んだ場合での、中間シールリップ１３、１３ａの変位量を、有限要素法により求めた。
【００２３】
この様にして求めたシミュレーションの結果を、図２、３に示している。尚、図２、３では、二点鎖線が各シールリップ１２、１２ａ、１３、１３ａ、１４の自由状態を、実線が板材２４により外側シールリップ１２、１２ａを軸方向に押し込まれて弾性変形した状態を、それぞれ表している。これら図２、３で示すシミュレーションの結果から明らかな通り、図３に示す従来品の場合には、外側シールリップ１２の円周方向一部を軸方向に押し込んでも、中間シールリップ１３は殆ど変位しない。
【００２４】
これに対して、図２に示す本発明品の場合には、外側シールリップ１２ａの円周方向一部が軸方向に押し込まれた場合に、中間シールリップ１３ａの円周方向一部がこの外側シールリップ１２ａに連動して、外径側に大きく変位する。この様なシミュレーションの結果から明らかな様に、外側、中間各シールリップ１２ａ、１３ａの形状を、図１、２に示した形状とした場合には、前記内輪９が前記外輪５に対し傾斜又は偏心した場合でも、これら中間、外側両シールリップ１２ａ、１３ａの緊迫力の合計を、円周方向各部毎に、ほぼ一定にし易くできる。
【００２５】
尚、本発明の密封装置及びこれを組み込んだ転がり軸受は、使用時に転がり軸受７を構成する内輪９と外輪５との何れが回転する場合でも実施できる。又、本発明の密封装置及びこれを組み込んだ転がり軸受は、内輪９を、車輪を支持する為のハブの外周面に外嵌固定すると共に、外輪５を、自動車の懸架装置を構成するナックルの支持孔に内嵌固定自在とした、ハブユニットに組み込んで使用する事もできる。又、この場合に、上記外輪５の外周面に、上記ナックルの端面に固定する為の固定側フランジを形成する事もできる。更に、図４に示す様に、ハブ２０の内端部（図４の右端部）外周面に、外周面に内輪軌道１７を有する内輪９を外嵌固定すると共に、このハブ２０の中間部外周面でこの内輪９から外れた部分に直接別の内輪軌道１７を形成したハブユニットに、本発明の密封装置１を組み込む事もできる。尚、上記図４に示したハブユニットの場合には、外輪５の外周面に、ナックル２１の端面に固定する為の固定側フランジ２２を形成している。又、上記ハブ２０の外端寄り部分（図４の左端寄り部分）外周面に、車輪を固定する為の回転側フランジ２３を形成している。
【００２６】
更に、外輪側をハブとした（外輪回転型の）ハブユニットで、本発明を実施する事もできる。又、シール材４ａを内輪９又はハブ２０側に、スリンガ３を外輪５（図４、５参照）側に、それぞれ設けた構造でも実施できる。更には、シール材４ａを構成する軸方向シールリップと径方向シールリップとを、スリンガ３等を介する事なく、直接内輪９又はハブ２０の外周面又は外輪５の内周面に摺接させた構造でも実施できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、転がり軸受又はハブユニットを構成する内、外両輪同士が傾いたり、偏心した場合でも、この転がり軸受又はハブユニットの回転トルクの増大を抑えつつ、シール性能が不足するのを防止できる。この為、本発明の密封装置を組み込んだ転がり軸受及びハブユニットを使用した自動車の燃費性能及び走行性能等、各種運転性能の確保と耐久性の確保との両立を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を示す、図６と同様の図。
【図２】外側、中間シールリップの形状がこれら各シールリップの動きに及ぼす影響を確認する為に行なったシミュレーションの結果を、本発明品の外側シールリップを軸方向に押し込んだ状態で示す、図６と同様の図。
【図３】同じく従来品の外側シールリップを軸方向に押し込んだ状態で示す、図６と同様の図。
【図４】本発明の密封装置を組み込んだハブユニットを示す断面図。
【図５】従来構造の密封装置の１例を、転がり軸受に組み込んだ状態で示す部分断面図。
【図６】同密封装置のみを取り出して示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 密封装置
２ 芯金
３ スリンガ
４、４ａ シール材
５ 外輪
６ 外径側円筒部
７ 転がり軸受
８ 内側円輪部
９ 内輪
１０ 内径側円筒部
１１ 外側円輪部
１２、１２ａ 外側シールリップ
１３、１３ａ 中間シールリップ
１４ 内側シールリップ
１５ 括れ部
１７ 内輪軌道
１８ 外輪軌道
１９ 転動体
２０ ハブ
２１ ナックル
２２ 固定側フランジ
２３ 回転側フランジ
２４ 板材
Claims (5)
- 内輪の外周面に設けた内輪軌道と外輪の内周面に設けた外輪軌道との間に複数の転動体を設けて上記内輪と外輪との相対回転を自在とした転がり軸受に組み込み、これら内輪の外周面と外輪の内周面との間の空間の端部開口を塞ぐ為、弾性材により全体を円環状に造られたシール材を備え、このシール材は、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、軸方向に向いた側面に全周に亙り摺接させた軸方向シールリップと、その先端縁を、上記内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪又はこの一方の軌道輪に支持された部材に設けられた、径方向に向いた周面に全周に亙り摺接させた径方向シールリップとを備えたものである密封装置に於いて、
上記内輪が上記外輪に対し傾斜又は偏心する場合でも、上記軸方向シールリップ及び径方向シールリップの緊迫力の合計がほぼ一定である事を特徴とする密封装置。 - 軸方向、径方向各シールリップを、この軸方向シールリップが軸方向に変位する場合に、この径方向シールリップがこの軸方向シールリップに連動して径方向に変位する形状とした、請求項１に記載した密封装置。
- 軸方向シールリップの根元部分の厚さを小さくすると共に、この軸方向シールリップの内周面でこの根元部分よりも先端側に外れた部分に、径方向シールリップの基端部を結合しており、且つ、これら軸方向シールリップと径方向シールリップとを、転がり軸受内への異物の侵入経路に関して同方向に傾斜させている、請求項２に記載した密封装置。
- 請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んだ転がり軸受。
- 内輪又は外輪が車輪を結合固定する為のハブであり、請求項１〜３の何れかに記載した密封装置を少なくとも１個組み込んだハブユニット。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010001969A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Ntn Corp | 車輪用軸受シールおよびこれを備えた車輪用軸受装置 |
| JP2021038800A (ja) * | 2019-09-03 | 2021-03-11 | 日本精工株式会社 | ハブユニット軸受 |
| CN112727904A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-30 | 万向钱潮传动轴有限公司 | 一种传动轴中间结构 |
-
2002
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