JP2013072553A - シール付車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングによるシール性能を向上させて軸受内への異物侵入防止効果をより良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニットを実現する。
【解決手段】シールリング１４ａは芯金１７ａとシール材１８ａとから成り、芯金１７ａは、外輪２の軸方向外端部内周面に内嵌固定される嵌合筒部２２ａと、この嵌合筒部２２ａの軸方向外端縁から径方向外方に折れ曲がった円輪部２３ａとを備え、シール材１８ａは、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で、芯金１７ａに接合固定しており、３本の接触式のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃと、ラビリンスシールを構成する庇状のラビリンスリップ２１ａとを備え、ラビリンスリップ２１ａは、シールリップ１９ａ〜１９ｃの径方向外方に設けられ、回転側フランジ１２の軸方向内側面に形成された環状溝３０ａの内側面に、ラビリンスリップ２１ａの先端部を全周に亙り近接対向させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に支持する為のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。具体的には、シールリングによるシール性能を向上させて転動体設置空間への異物侵入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニットを、回転抵抗を大きくする事なく実現するものである。

従来より、自動車の車輪は、例えば図３に示す様な、シール付車輪支持用転がり軸受ユニット１により、懸架装置に対し回転自在に支持されている。このシール付車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪２の内径側にハブ３を、複数個の転動体４、４を介して回転自在に支持して成る。このうちの外輪２は、外周面に懸架装置に支持固定する為の静止側フランジ５を、内周面に複列の外輪軌道６、６を、それぞれ設けている。又、上記ハブ３は、ハブ本体７と内輪８とをかしめ部９により組み合わせ固定したもので、外周面に複列の内輪軌道１０、１０を有する。又、上記各転動体４、４は、これら両内輪軌道１０、１０と上記両外輪軌道６、６との間に、各列毎に複数個ずつ、それぞれ保持器１１、１１により保持され、背面組み合わせにより予圧が付与された状態で転動自在に設けられている。
さらに、上記ハブ本体７の軸方向外端寄り部分で、上記外輪２の軸方向外端開口部から突出した部分には、回転側フランジ１２を設けている。この回転側フランジ１２には複数本のスタッド１３の基端部を支持固定しており、これら各スタッド１３によりこの回転側フランジ１２に、図示しない車輪を構成するホイールを高剛性に支持固定できる様にしている。尚、軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で幅方向中央側（各図の右側）を言い、同じく外とは、幅方向外側（各図の左側）を言う。

又、上記外輪２の軸方向外端部内周面と上記ハブ３の中間部外周面との間にシールリング１４を装着して、外輪２の内周面とハブ３の外周面との間に存在し、上記複数個の転動体４、４を設けた内部空間１５の軸方向外端開口部を塞いでいる。さらに、上記外輪２の軸方向内端開口部をカバー１６で塞ぐ事により、これら両端開口部から上記内部空間１５内への塵芥や雨水等の異物の侵入防止、及び、この内部空間１５内に充填したグリースの外部への漏洩防止を図っている。

上記内部空間１５内への異物侵入防止と、この内部空間１５内に充填したグリースの漏洩防止とを十分に図る為には、この内部空間１５の両端開口部を十分にシールする必要がある。特に、この内部空間１５の軸方向外端開口部をシールする為のシールリングに就いては、回転側フランジ１２の軸方向内側面に沿って径方向外方から侵入した異物が上記内部空間１５内に入り込むのを防止する為に、優れたシール性能を要求される。しかも、この内部空間１５の軸方向外端開口部に関しては、図３に示す様な、カバー１６によるシールは行えない。

この様な事情に鑑みて従来から、上記内部空間１５の軸方向外端開口部をシールする為のシールリングとして、各種構造のものが考えられている。例えば特許文献１に係る従来構造の１例に就いて、図４により説明する。
この従来構造のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込むシールリング１４は、芯金１７とシール材１８とから成る。このうちの芯金１７は、軟鋼板等の金属板を曲げ成形して成るもので、嵌合筒部２２と、この嵌合筒部２２の軸方向外端縁から径方向内方に折れ曲がった円輪部２３とを備える。そして、このうちの嵌合筒部２２を、外輪２の軸方向外端部内周面に締り嵌めで内嵌固定している。

上記シール材１８は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で、上記芯金１７に接合固定しており、３本の接触式のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃを備える。各シールリップ１９ａ〜１９ｃは、それぞれの先端縁を回転側フランジ１２の軸方向内側面或いはハブ３の中間部外周面に、全周に亙って摺接させている。尚、図４、及び後述する図１、２は、各シールリップ１９ａ〜１９ｃの自由状態での形状を示している。

以上の様な構成を有する従来構造のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記シールリング１４のシール性能を向上させることで、上記各転動体４、４を設置した内部空間１５への異物侵入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニット１を実現できる。
即ち、図示の従来構造の場合には、回転側フランジ１２の軸方向内側面と外輪２の軸方外端面との間にラビリンスシールを形成し、その径方向内方に、回転側フランジ１２の軸方向内側面或いはハブ３の中間部外周面に先端部を全周に亙って摺接させた３本のシールリップ１９ａ〜１９ｃを備えたシールリング１４を設けることにより、シール性能を確保している。

しかし、この様な構成を有するシールリング１４の場合、使用条件が厳しくなると、必ずしも十分なシール性能を発揮できなくなる可能性がある。即ち、外輪２の軸方向外端面と回転側フランジ１２の軸方向内側面とが接触（金属接触）する事を防止する為に、これら外輪２の外端面と回転側フランジ１２の内側面との間に形成されるラビリンス隙間を狭くするには限界がある。従って、このラビリンス隙間から砂粒等の異物が侵入し、この異物が、上記シールリング１４を構成するシールリップの先端縁と回転側フランジ１２の内側面との摺接部に入り込み、この摺接部に、異常摩耗等の損傷を発生する可能性がある。
さらに、最も外径側に設けられたシールリップ１９ａの先端縁と回転側フランジ１２の軸方向内側面との摺接部は、上記ラビリンスシールを通過した泥水が直撃可能な位置（言い換えれば、外径側からラビリンス隙間を通してしてシールリップ１９ａの摺接部が見える位置）である。従って、ラヒリンスシールを通過した泥水がシールリップ１９ａの摺接部を直撃すると、シールリップ１９ａを捲る（摺接面からはがす）力が働き、シール性能の耐久性が低下する虞がある。

特開平９−２８７６１９号公報 特開２０１０−１８０８９６号公報

本発明は、前述の様な事情に鑑み、シールリングによるシール性能を向上させて転動体設置空間内への異物侵入防止効果をより一層良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニットを、回転抵抗を大きくする事なく実現すべく発明したものである。

本発明のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットは、内周面に外輪軌道を有し、懸架装置に支持された状態で回転しない外輪と、外周面のうちで上記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、上記外輪と同心に配置されたハブと、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記ハブの外周面のうちで上記外輪の外端開口部よりも外方に突出した部分に設けられた、このハブに対し車輪を支持固定する為のフランジと、上記外輪の内周面とこのハブの外周面との間に存在する内部空間の外端開口部を塞ぐシールリングとを備えている。
又、上記シールリングは、上記外輪の外端部に固定される芯金と、この芯金により補強された弾性材製のシール材とから成り、このシール材は、上記フランジの内側面若しくは上記ハブの外周面に全周に亙り摺接する、少なくとも１本のシールリップと、このシールリップよりも径方向外方に設けられ、その先端部を上記フランジの内側面に全周に亙り近接対向させたラビリンスリップとを備えている。
特に、本発明のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記フランジの内側面に環状溝が形成され、上記ラビリンスリップの先端部をこの環状溝の内側面に全周に亙り近接対向させてラビリンスシールが形成されている。

前述の様に構成する本発明のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、シールリングによるシール性能を向上させて、転動体設置空間への異物侵入防止効果をより一層良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニットを、回転抵抗を大きくする事なく実現できる。
即ち、本発明の場合には、フランジの内側面に環状溝が形成され、シールリップよりも径方向外方に設けられたラビリンスリップの先端部をこの環状溝の内側面に全周に亙り近接対向させてラビリンスシールが形成されている。この為、図４に示した従来構造の場合に比べて、回転側フランジの内側面に沿ってシールリップの摺接部に砂粒等の異物が侵入するのを有効に防止することが出来る。又、軸受外部の飛び散った泥水等が、直接シールリップまで到達することを防止しているので、シールリップが捲られることがなく、シールリングの耐久性を向上することが出来る。さらに、非接触であるラビリンスシールは、軸受の回転抵抗を大きくすることはない。

本発明の実施の形態の第１例を示す、図３のａ部に相当する拡大断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。 シール付車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。 従来構造の１例を示す、図３のａ部に相当する拡大断面図。

［実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、塵や泥水等の異物が、外輪２の軸方向外端面と回転側フランジ１２の軸方向内側面とにより形成されるラビリンスシールを通過してシールリップ１９ａの外周面に侵入する事を防止する為の、ラビリンスリップ２１ａ及び環状溝３０ａの構造にある。車輪支持用転がり軸受ユニットの構造を含め、シールリング１４ａ以外の構造及び作用効果に就いては、先に述べた、図３、４に示した従来構造の場合とほぼ同じであるので、重複する説明並びに図示は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分に就いて説明する。

本例の場合にも、上記シールリング１４ａは、芯金１７ａと、この芯金１７ａにより補強されたシール材１８ａとから成る。このうちの芯金１７ａは、軟鋼板等の金属板を曲げ成形して成るもので、嵌合筒部２２ａと、この嵌合筒部２２ａの軸方向外端縁から径方向外方に折れ曲がった円輪部２３ａと、この嵌合筒部２２ａの軸方向内端縁から径方向内方及び軸方向外方に向けてＵ字形に折り返された折れ曲がり部２４とを備える、そして、このうちの嵌合筒部２２ａを、外輪２の軸方向外端部内周面に締め嵌めで内嵌固定すると共に、上記円輪部２３ａの軸方向内側面を、上記外輪２の軸方向外端面に、上記シール材１８ａの一部を介在させた状態で突き当てている。

上記シール材１８ａは、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で、上記芯金１７ａに接合固定しており、３本の接触式のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃと、ラビリンスシールを構成する庇状のラビリンスリップ２１ａと、突起２５とを備える。このうちの各シールリップ１９ａ〜１９ｃは、それぞれの先端縁を回転側フランジ１２の軸方向内側面或いはハブ３の中間部外周面に、全周に亙り摺接させている。又、上記ラビリンスリップ２１ａは、シールリップ１９ａ〜１９ｃの径方向外方に設けられ、上記円輪部２３ａの外径端に基端部を有している。そして、回転側フランジ１２の基端部の軸方向内側面に形成され、断面矩形で全体が円環状である環状溝３０ａの内側面に、ラビリンスリップ２１ａの先端部を全周に亙り近接対向させている。さらに、突起２５は、上記円輪部２３の軸方向内側面を覆うシール材１８ａの全周に亙って設けられ、外輪２の軸方向外端面に当接している。

上記ラビリンスリップ２１ａは、回転側フランジ１２側（軸方向外側）に向かうにつれて大径となる部分円錐面形状としており、その基端部の外径寸法を上記外輪２の軸方向外端部外周面の外径寸法よりも大きくすることにより、止水部２６を設けている。又、ラビリンスリップ２１ａの基端部の内周面には断面円弧形状である曲面部２８を設けており、円輪部２３ａの軸方向外側を覆うシール材１８ａへと滑らかに繋げることにより、泥の堆積を防止している。
尚、ラビリンスリップ２１ａを外輪２の軸方向外端部外周面よりも径方向外方に設けたことにより、従来構造（図４参照）と同様に、回転側フランジ１２の軸方向内側面と外輪２の軸方外端面（本例の場合、円輪部２３ａの軸方向外側を覆うシール材１８ａ）との間にラビリンスシールを形成している。

上記ラビリンスリップ２１ａと、外輪２及び環状溝３０ａとの位置関係について、図１を参照しながら詳細に説明する。ここで、図中におけるＤ１〜Ｄ５は径方向の位置を表しており、Ｄ１は上記突起２５の位置、Ｄ２は外輪２の軸方向外端面における平面部（面取りを含まない部分）の外径側縁の位置、Ｄ３は芯金１７ａ（円輪部２３ａ）の外径端の位置、Ｄ４は環状溝３０ａの外周面の位置、Ｄ５は円輪部２３ａの軸方向外側を覆うシール材１８ａの平面部外径側縁（ラビリンスリップ２１ａの内周面の曲面部２８との繋ぎ目）の位置である。

上述したように、回転側フランジ１２の軸方向内側面と外輪２の軸方外端面とを対向させて成る従来のラビリンスシールを残しつつ、回転側フランジ１２の軸方向内側面に形成した環状溝３０ａとラビリンスリップ２１ａとによるラビリンスシールを追加するために、Ｄ４＞Ｄ２とし、環状溝３０ａは、外輪２の軸方向外端面の平面部より外径側に形成されている。更に、Ｄ５＞Ｄ２とし、円輪部２３ａの軸方向外側を覆うシール材１８ａの平面部（ラビリンスシールを構成する部分）を、外輪２の軸方向外端面の平面部よりも外径側まで延長している。このように、従来のラビリンスシール構造を残しながら、さらにその外方にラビリンスシールを設けているので、シール性能を向上することが出来る。
又、シールリング１４ａを外輪２の軸方向外端内周面に圧入嵌合する場合、円輪部２３ａの軸方向外側面に圧入治具を当接させるが、Ｄ５＞Ｄ２とすることで、外輪２の軸方向外側端面の平面部より大径の圧入冶具が使用可能となり、シールリング１４ａを外輪２へ安定且つ容易に圧入することが出来る。

ラビリンスリップ２１ａの基端部を支持するために、Ｄ３＞Ｄ２とし、芯金１７ａ（円輪部２３ａ）の外径端を外輪２の軸方向外端面の平面部より外径側まで延在させている。そして、その外径端に、軸方向外側に向かうにつれて大径となる部分円錐面形状のラビリンスリップ２１ａの基端部を固定している。
尚、ラビリンスリップ２１ａを軸方向外側が大径となる部分円錐面形状とするのは、使用時（車両装着時）において、ラビリンスリップ２１ａの鉛直方向上半部分ではスプラッシュ（飛び散った泥水）を外輪２側（軸方向内側）に誘導し、ラビリンスシール部へ浸水することを防ぐと伴に、鉛直方向下半部分では、スプラッシュを回転側フランジ１２側（軸方向外側）へ誘導し、回転側フランジ１２の回転による遠心力を利用（振り切り効果）して排水を促す為である。
さらに、外輪２の軸方向外端外周縁よりも径方向外方に突出した止水部２６により、外輪２の外周面に付着した水分がこの外輪２を伝って、ラビリンスリップ２１ａの外周面に迄達すること阻止している。

一方、シールリング１４ａと外輪２の嵌合面からの浸水を防止する為に、円輪部２３ａの軸方向内側面は、外輪２の軸方向外側端面と当接する部分をシール材１８ａで覆うと共に、Ｄ２＞Ｄ１の位置に、突起２５を設けている。突起２５が外輪２の外側端面の平面部に全周に亙って当接するので、シールリング１４ａと外輪２の嵌合面からの浸水を防止することが出来る。

以上のような構成を有する本例のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、シールリングによるシール性能を向上させて、転動体設置空間への異物侵入防止効果をより一層良好にし、優れた耐久性を有するシール付車輪支持用転がり軸受ユニットを、回転抵抗を大きくする事なく実現できる。
即ち、回転側フランジ１２の軸方向内側面に環状溝３０ａが形成され、シールリップ１９ａ〜１９ｃよりも径方向外方に設けられたラビリンスリップ２１ａの先端部をこの環状溝３０ａの内側面に全周に亙り近接対向させてラビリンスシールが形成されている。この為、回転側フランジ１２に沿ってシールリップの摺接部に砂粒等の異物が侵入するのを有効に防止する事ができる。又、軸受外部の飛び散った泥水等が、直接シールリップまで到達することを防止しているので、シールリップが捲られることがなく、シールリング１４ａの耐久性を向上することができる。さらに、非接触であるラビリンスシール２１ａは、軸受の回転抵抗を増大させることはない。

［実施の形態の第２例］
図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、環状溝３０ｂの断面を三角形状とし、その外径側の面を、軸受中心と同心の部分球面（断面が半径Ｒの円弧）又は、この部分球面（円弧）の接線から成る部分円錐面としている。又、芯金１７ａの嵌合筒部２２ａの軸方向外端部分を覆うシール材１８ｂには、外輪２の内周面の全周に亙って当接するガスケット２７を設けることにより、シールリング１４ｂと外輪２の内周面との嵌合面をシールしている。

車輪支持用転がり軸受ユニットは、モーメント荷重を負荷する軸受であり、荷重負荷時における外輪２とハブ３の相対傾きは、軸受中心近傍を中心とする回転運動となることが知られている。従って、本例の様に、環状溝３０ｂの外径側の面を軸受中心と同心の部分球面（又はその接線から成る部分円錐面）とすることで、外輪２とハブ３に相対傾きが発生しても、ラビリンスリップ２１ｂと環状溝３０ｂの外径側面とのラビリンス隙間の変化を小さくすることが出来る。さらに、環状溝３０ｂの外径側の面が斜面となることで、回転側フランジ１２の回転に伴う遠心力による泥水の振り切り効果を高めることが出来る。
又、環状溝３０ｂの内径側の面は、軸方向外側へ向かうに従って、ラビリンスリップ２１ｂとのすきまが狭くなる様な形状とし、外部からの飛び散った泥水に対しては、水の勢いを弱める効果を上げ、且つ、外部への排水を容易にしている。

又、シールリング１４ｂを外輪２に圧入嵌合した後における芯金１７ａのスプリングバックの影響により、外輪２の軸方向外端面に突き当たる突起２５のシール性能が低下した場合でも、嵌合筒部２２ａと外輪２の軸方外端内周面との嵌合面に設けたガスケット２７により、泥水等が軸受内部に浸水することを防止している。
その他の構成及び作用効果に就いては、前述した第１例の場合とほぼ同様である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施例１及び実施例２における形態は、組合わせて実施することも出来る。
尚、各実施例では、各転動体４、４として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車に組み込むシール付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、各転動体として円すいころを使用することも出来る。又、本発明を駆動輪用のシール付車輪支持用転がり軸受ユニットにも適用することが可能であり、この場合には、ハブ本体７の中心部にスプライン孔を、このハブ本体７を軸方向に貫通する状態で設ける。又、ハブ本体７の中間部外周面に直接内輪軌道１０を設ける替わりに、内輪軌道１０を有する別体の内輪を組み込んだ構成とすることも出来る。

本発明に係るシール付車輪支持用転がり軸受ユニットは、外輪とハブとの間に形成された環状空間の開口部にシールが装着された車輪支持用転がり軸受ユニットに適用することができる。

１ シール付車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 外輪
３ ハブ
４ 転動体
５ 静止側フランジ
６ 外輪軌道
７ ハブ本体
８ 内輪
９ かしめ部
１０ 内輪軌道
１１ 保持器
１２ 回転側フランジ
１３ スタッド
１４、１４ａ、１４ｂ シールリング
１５ 内部空間
１６ カバー
１７、１７ａ 芯金
１８、１８ａ、１８ｂ シール材
１９ａ〜１９ｃ シールリップ
２１ａ、２１ｂ ラビリンスリップ
２２、２２ａ 嵌合筒部
２３、２３ａ 円輪部
２４ 折れ曲がり部
２５ 突起
２６ 止水部
２７ ガスケット
２８ 曲面部
３０ａ、３０ｂ 環状溝

Claims (1)

1. 内周面に外輪軌道を有し、懸架装置に支持された状態で回転しない外輪と、外周面のうちで上記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、上記外輪と同心に配置されたハブと、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記ハブの外周面のうちで上記外輪の外端開口部よりも外方に突出した部分に設けられた、このハブに対し車輪を支持固定する為のフランジと、上記外輪の内周面とこのハブの外周面との間に存在する内部空間の外端開口部を塞ぐシールリングとを備え、
   上記シールリングは、上記外輪の外端部に固定される芯金と、この芯金により補強された弾性材製のシール材とから成り、このシール材は、上記フランジの内側面若しくは上記ハブの外周面に全周に亙り摺接する、少なくとも１本のシールリップと、このシールリップよりも径方向外方に設けられ、その先端部を上記フランジの内側面に全周に亙り近接対向させたラビリンスリップとを備えた、シール付車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、
   上記フランジの内側面に環状溝が形成され、上記ラビリンスリップの先端部をこの環状溝の内側面に全周に亙り近接対向させてラビリンスシールが形成されていることを特徴とするシール付車輪支持用転がり軸受ユニット。

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