JP2008045673A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】一端部に車輪取付フランジ6を有し、外周に直接内側転走面4aが形成されたハブ輪4を備え、アウター側のシール11が、先端に向う程径方向外方に傾斜し、車輪取付フランジ6のインナー側の基部6cに所定のシメシロを介して摺接するサイドリップ18aを一体に有し、このサイドリップ18aの最大径が、当該シール11の最大径よりも小径に形成されると共に、この径差eが片側で少なくとも1mmに設定されているので、サイドリップ18aに干渉することなく圧入治具によってシール11を安定して圧入でき、所定の引抜き耐力が確保できると共に、所望のシール性能を確保でき、シール11の密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置に関し、詳しくは、軸受部に装着されたシールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置に関するものである。
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。また、車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第1世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第2世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第3世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第4世代構造とに大別されている。
これらの軸受部には、軸受内部に封入されたグリースの漏れを防止すると共に、外部から雨水やダスト等の侵入を防止するためにシールが装着されている。近年、自動車のメンテナンスフリー化が進み、車輪用軸受装置においてもさらなる長寿命化が要求されるようになっているが、市場回収品の軸受損傷状況を検証すると、剥離等の本来の軸受寿命よりも、シール不具合による損傷が多くを占めている。したがって、シールの密封性と耐久性を高めることにより、軸受寿命の向上を図ることができる。
従来から、密封性を高めたシールに関しては種々提案されているが、こうしたシールの一例を図4に示す。シール50は、内周に外側転走面51aが形成された外輪51と、この外側転走面51aに対向する内側転走面52aが形成されたハブ輪52との間に装着され、外輪51の内周面とハブ輪52の外周面との間に存在する外端開口部を塞いでいる。このシール50は、外輪51の内周面に圧入された軟鋼板等の金属板製の芯金53と、この芯金53に接合され、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製のシール材54とからなる。このシール材54は、互いに同心の3本のシールリップ、すなわち、サイドリップ55と、ダストリップ56と、グリースリップ57とを備えている。
これら3本のシールリップ55、56、57のうち、最も外径側に設けられたサイドリップ55は、先端縁に向う程径方向外方に位置する方向に傾斜したもので、その先端縁はハブ輪52の外周面に設けられた車輪取付フランジ58の内側面内径寄り部分に、全周に亙ってシメシロを持った状態で摺接している。
中間に設けられたダストリップ56は、先端縁を内部空間59と反対側に向けた状態で、車輪取付フランジ58の内側面とハブ輪52の外周面との連結部に設けられた曲面部60に、全周に亙ってシメシロを持った状態で摺接している。
さらに、最も内部空間59寄りに設けられたグリースリップ57は、先端縁をこの内部空間59に向けた状態で、ハブ輪52の外周面に近接対向してラビリンス隙間61が形成されている。このラビリンス隙間61が内部空間59の外端開口部のうち内径寄り部分に存在するため、この内部空間59内に封入されたグリースは、ハブ輪52の回転に伴って加わる遠心力により、この内部空間59の外径寄りに集まる傾向になる。
すなわち、ハブ輪52が回転すると、この内部空間59に設置されたボール62および保持器63が、このハブ輪52の回転速度の凡そ1/2の回転速度で回転し、この回転がグリースに伝わる。この結果、このグリースは内部空間59の外径寄りに集まり、ラビリンス隙間61が存在する内径寄り部分には殆どグリースが存在しない状態となる。したがって、前記グリースリップ57を径方向内方に向う程内部空間59に向う方向に傾斜させたことと相俟って、前記グリースがラビリンス隙間61を通過して内部空間59外に漏れ出すのを防止することができ、必要とするシール性能を確保しつつ、ハブ輪52の回転抵抗を低減し、車両の走行性能を向上させることができる。
特開2003−222145号公報
こうした従来のシール50では、グリースリップ57のラビリンス隙間61によってグリース漏れを有効に防止すると共に、先端縁に向う程径方向外方に位置する方向に傾斜したサイドリップ55とダストリップ56により、外部から雨水やダスト等の侵入を防止することができる。ここで、特に、最も外径側に設けられたサイドリップ55は、シールリップを長くする程、適度な弾性力が得られ、車輪取付フランジ58の内側面内径寄り部分に全周に亙って均一なシメシロを持った状態で摺接することになるため、シール性能が向上することが知られている。
然しながら、前記サイドリップ55の長さが長くなればその外径が大きくなり、シール50を外輪51に圧入する際、圧入治具(図示せず)がこのサイドリップ55に干渉して損傷等が発生する。したがって、このサイドリップ55との干渉を避けるためには、例えば、サイドリップ55の外周部の狭い環状空間内に突出し、シール50の端面を押圧する爪等を有する簡易的な圧入治具を使用して圧入する方法が採用されていた。これでは、シール圧入力が不足し、軸受の昇温によって内部圧力が増大した時にはシール50が抜け出し、本来のシール性能が得られないと言った不具合が発生する恐れがあった。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1記載の発明は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体群と、前記外方部材のアウター側の端部に装着されたシールとを備え、このシールが、先端に向う程径方向外方に傾斜し、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップを一体に有し、このサイドリップの最大径が、当該シールの最大径よりも小径に形成されると共に、この径差が片側で少なくとも1mmに設定されている。
このように、一端部に車輪取付フランジを有し、外周に直接内側転走面が形成されたハブ輪を備え、アウター側のシールが、先端に向う程径方向外方に傾斜し、車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップを一体に有し、このサイドリップの最大径が、当該シールの最大径よりも小径に形成されると共に、この径差が片側で少なくとも1mmに設定されているので、サイドリップに干渉することなく圧入治具によってシールを安定して圧入でき、所定の引抜き耐力が確保できると共に、所望のシール性能を確保でき、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記複列の転動体群のうちアウター側の転動体群のピッチ円直径が、インナー側の転動体群のピッチ円直径よりも大径に設定されていれば、有効に軸受スペースを活用してインナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができると共に、アウター側のシールがそのピッチ円直径の違いに伴い、シールの抜け耐力が増大しても抜け出すことなく長期間に亘って安定した密封性を維持することができる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記基部が断面円弧状に形成されると共に、前記シールが、前記サイドリップの内径側に設けられ、先端に向う程径方向外方に傾斜し、当該サイドリップよりも短く形成されて前記基部に所定のシメシロを介して摺接するダストリップと、先端縁が軸受内方側に向けた状態でラジアルリップを構成するグリースリップとを備えていれば、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを効果的に防止することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体群と、前記外方部材のアウター側の端部に装着されたシールとを備え、このシールが、先端に向う程径方向外方に傾斜し、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップを一体に有し、このサイドリップの最大径が、当該シールの最大径よりも小径に形成されると共に、この径差が片側で少なくとも1mmに設定されているので、サイドリップに干渉することなく圧入治具によってシールを安定して圧入でき、所定の引抜き耐力が確保できると共に、所望のシール性能を確保でき、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
外周にナックルに取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体群と、前記外方部材のアウター側の端部に装着されたシールとを備え、このシールが、先端に向う程径方向外方に傾斜してそれぞれ異なった長さに形成され、前記車輪取付フランジのインナー側で、断面円弧状に形成された基部に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップとダストリップ、および先端縁が軸受内方側に向けた状態でラジアルリップを構成するグリースリップを一体に有すると共に、前記サイドリップの最大径が、当該シールの最大径よりも小径に形成され、この径差が片側で少なくとも1mmに設定されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図、図2は、図1の要部拡大図、図3は、本発明に係るシールの圧入方法を示す説明図である。
この車輪用軸受装置は第3世代と呼称される従動輪用であって、内方部材1と外方部材2、および両部材1、2間に転動自在に収容された複列の転動体(ボール)3、3群とを備えている。内方部材1は、ハブ輪4と、このハブ輪4に所定のシメシロを介して圧入された内輪5とからなる。
ハブ輪4は、アウター側の端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ6を一体に有し、外周に一方(アウター側)の内側転走面4aと、この内側転走面4aから軸方向に延びる軸状部7を介して小径段部4bが形成されている。車輪取付フランジ6にはハブボルト6aが周方向等配に植設されると共に、これらハブボルト6a間には円孔6bが形成されている。この円孔6bは軽量化に寄与できるだけでなく、装置の組立・分解工程において、レンチ等の締結治具をこの円孔6bから挿入することができ作業を簡便化することができる。
内輪5は、外周に他方(インナー側)の内側転走面5aが形成され、ハブ輪4の小径段部4bに圧入されて背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成すると共に、小径段部4bの端部を塑性変形させて形成した加締部8によって内輪5が軸方向に固定されている。なお、内輪5および転動体3はSUJ2等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。
ハブ輪4はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面4aをはじめ、車輪取付フランジ6のインナー側の基部6cから小径段部4bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。なお、加締部8は鍛造加工後の表面硬さのままとされている。これにより、車輪取付フランジ6に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、内輪5の嵌合部となる小径段部4bの耐フレッティング性が向上すると共に、微小なクラック等の発生がなく加締部8の塑性加工をスムーズに行うことができる。
外方部材2は、外周にナックル(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ2cを一体に有し、内周にハブ輪4の内側転走面4aに対向するアウター側の外側転走面2aと、内輪5の内側転走面5aに対向するインナー側の外側転走面2bが一体に形成されている。これら両転走面間に複列の転動体3、3群が収容され、保持器9、10によって転動自在に保持されている。
この外方部材2はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼で形成され、複列の外側転走面2a、2bが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。そして、外方部材2と内方部材1との間に形成される環状空間の開口部にはシール11、12が装着されている。インナー側のシール12は、スリンガ12aと環状のシール板12bとからなる、所謂パックシールを構成している。そして、後述するアウター側のシール11と共に、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。なお、ここでは、転動体3にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、転動体3に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受であっても良い。また、従動輪側の第3世代構造に限らず、ハブ輪に直接内側転走面が形成された第4世代構造であっても良い。
本実施形態では、アウター側の転動体3群のピッチ円直径PCDoがインナー側の転動体3群のピッチ円直径PCDiよりも大径に設定されている。そして、転動体3、3のサイズは同じであるが、このピッチ円直径PCDo、PCDiの違いにより、アウター側の転動体3群の転動体数がインナー側の転動体3群の転動体数よりも多く設定されている。これにより、有効に軸受スペースを活用してインナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。
ハブ輪4の外郭形状は、内側転走面4aの溝底部からカウンタ部13と、このカウンタ部13から円弧状の段部7aを介して軸方向に延びる軸状部7、および内輪5が突き合わされる肩部7bを介して小径段部4bに続いている。また、ハブ輪4のアウター側の端部にはすり鉢状の凹所14が形成されている。この凹所14の深さは内側転走面4aの溝底付近までの深さとされ、ハブ輪4のアウター側が略均一な肉厚に形成されている。そして、ピッチ円直径PCDo、PCDiの違いに伴い、ハブ輪4の内側転走面4aは内輪5の内側転走面5aよりも拡径して形成され、軸状部7の外径が内側転走面5aの溝底径と略同一径になるように形成されている。これにより、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決することができる。
一方、外方部材2において、ピッチ円直径PCDo、PCDiの違いに伴い、アウター側の外側転走面2aがインナー側の外側転走面2bよりも拡径して形成され、アウター側の外側転走面2aから円筒状の肩部15とテーパ状の段部15aを介して小径側の肩部16に続き、インナー側の外側転走面2bに到っている。そして、この外側転走面2bの溝底径と大径側の肩部15の内径が略同一径になるように形成されている。
ここで、アウター側のシール11は、図2に拡大して示すように、芯金17と、この芯金17に加硫接着により一体に接合されたシール部材18とからなる。芯金17は、オーステナイト系ステンレス鋼鈑(JIS規格のSUS304系等)や防錆処理された冷間圧延鋼鈑(JIS規格のSPCC系等)等、耐食性を有する鋼板等をプレス加工にて断面が略コの字状に形成されている。この芯金17は、外方部材2の端部内周に内嵌される円筒状の嵌合部17aと、この嵌合部17aから屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部17bとを備えている。
一方、シール部材18は、ニトリルゴム等の合成ゴムからなり、芯金17の嵌合部17aの一部から内側部17bの内端部に亙る範囲に固着され、サイドリップ18aとダストリップ18bおよびグリースリップ18cを有している。車輪取付フランジ6の基部6cは断面が円弧状の曲面に形成されると共に、サイドリップ18aとダストリップ18bは、先端に向う程径方向外方に傾斜し、それぞれ異なった長さに形成されている。そして、基部6cにその全周が所定のシメシロを介して摺接している。また、グリースリップ18cは、先端縁を軸受内方側に向けた状態でラジアルリップを構成し、基部6cの外周面に所定のシメシロを介して摺接している。
本実施形態では、サイドリップ18aの最大径が、シール11の最大径よりも小径に形成されている。この径差eは、片側(半径)で1mmに設定されている。これにより、図3に示すように、サイドリップ18aに干渉することなく圧入治具19でシール11を外方部材2に圧入することができる。この圧入治具19は円環状に形成され、端部に環状の押圧部19aが一体に突設されている。そして、この押圧部19aの断面肉厚が1mmに設定されている。
軸受部は運転中に昇温によって、通常、内圧が0.2MPaまで上昇することが知られている。さらに、運転中の振動や衝撃等の外部要因を考慮して最大内圧を0.3MPa(安全率1.5)とした時、こうした内圧が生じてもシール11が抜け出さないためには、シール11は所定の圧入力(抜け耐力)をもって圧入される必要がある。この種のシール11では、例えば、シール11の外径が60mmとした場合、略2000kgfの荷重が作用すると考えられる。したがって、この荷重に耐えられるよう、シール11の圧入力は少なくとも略600kgfに設定する必要がある。すなわち、シール部材18の許容面圧を3kgf/mmとした場合、圧入治具19の押圧部19aの面圧がこの許容面圧以下になるよう、押圧部19aの肉厚が1mm以上に設定されている。
本実施形態では、アウター側のシール11が車輪取付フランジ6の基部6cに摺接するサイドリップ18aを有し、このサイドリップ18aの最大径がシール11の最大径よりも少なくとも片側で径差e=1mm小径に形成されているので、サイドリップ28aに干渉することなく圧入治具19によってシール11を安定して圧入でき、所定の引抜き耐力が確保できると共に、所望のシール性能を確保でき、シール11の密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。取り分け、本実施形態のように、軸受スペースを有効活用し、複列の転動体3群のうちアウター側のピッチ円直径PCDoがインナー側のピッチ円直径PCDiよりも大径に設定された車輪用軸受装置では、アウター側のシール11がそのピッチ円直径の違いに伴い大径になり、その分シール11の抜け耐力が増大するため、こうした簡単な構成からなるシール11を採用する効果は大きい。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る車輪用軸受装置は、駆動輪用、従動輪用に拘わらず、ハブ輪に直接内側転走面が形成された第3または第4世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図1の要部拡大図である。 本発明に係るシールの圧入方法を示す説明図である。 従来の車輪用軸受装置のシールを示す要部拡大図である。
符号の説明
1・・・・・・・・・・・内方部材
2・・・・・・・・・・・外方部材
3・・・・・・・・・・・転動体
4・・・・・・・・・・・ハブ輪
4a、5a・・・・・・・内側転走面
4b・・・・・・・・・・小径段部
5・・・・・・・・・・・内輪
6・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
6a・・・・・・・・・・ハブボルト
6b・・・・・・・・・・円孔
6c・・・・・・・・・・基部
7・・・・・・・・・・・軸状部
7a、15a・・・・・・段部
7b、14、16・・・・肩部
8・・・・・・・・・・・加締部
9、10・・・・・・・・保持器
11、12・・・・・・・シール
12a・・・・・・・・・スリンガ
12b・・・・・・・・・シール板
13・・・・・・・・・・カウンタ部
14・・・・・・・・・・凹所
17・・・・・・・・・・芯金
17a・・・・・・・・・嵌合部
17b・・・・・・・・・内側部
18・・・・・・・・・・シール部材
18a・・・・・・・・・サイドリップ
18b・・・・・・・・・ダストリップ
18c・・・・・・・・・グリースリップ
19・・・・・・・・・・圧入治具
19a・・・・・・・・・押圧部
50・・・・・・・・・・アウター側のシール
51・・・・・・・・・・外方部材
51a・・・・・・・・・外側転走面
52・・・・・・・・・・ハブ輪
52a・・・・・・・・・内側転走面
53・・・・・・・・・・芯金
54・・・・・・・・・・シール材
55・・・・・・・・・・サイドリップ
56・・・・・・・・・・ダストリップ
57・・・・・・・・・・グリースリップ
58・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
59・・・・・・・・・・内部空間
60・・・・・・・・・・曲面部
61・・・・・・・・・・ラビリンス隙間
62・・・・・・・・・・ボール
63・・・・・・・・・・保持器
e・・・・・・・・・・・径差
PCDi・・・・・・・・インナー側の転動体のピッチ円直径
PCDo・・・・・・・・アウター側の転動体のピッチ円直径

Claims (3)

  1. 外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、
    一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に嵌合され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、
    この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体群と、
    前記外方部材のアウター側の端部に装着されたシールとを備え、
    このシールが、先端に向う程径方向外方に傾斜し、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロを介して摺接するサイドリップを一体に有し、このサイドリップの最大径が、当該シールの最大径よりも小径に形成されると共に、この径差が片側で少なくとも1mmに設定されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記複列の転動体群のうちアウター側の転動体群のピッチ円直径が、インナー側の転動体群のピッチ円直径よりも大径に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記基部が断面円弧状に形成されると共に、前記シールが、前記サイドリップの内径側に設けられ、先端に向う程径方向外方に傾斜し、当該サイドリップよりも短く形成されて前記基部に所定のシメシロを介して摺接するダストリップと、先端縁が軸受内方側に向けた状態でラジアルリップを構成するグリースリップとを備えている請求項1または2に記載の車輪用軸受装置。
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