JP2014040890A - シール付ハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】密封される内部空間と外部空間との間に圧力差が生じることを防止して、内部空間内への異物の侵入を抑制して密封性を長期に亙って維持可能なシール付ハブユニット軸受を提供する。
【解決手段】空気の様な気体は通過可能であるが、水分、油分の様な液体を遮断可能な多孔質ポリテトラフルオロエチレンから成るフィルタ２７の外部側に、フィルタ２７全体を覆うカバー３０を設けている。カバー３０の底板部３２の中心部分には、この底板３２を軸方向に貫通するピンホール３３が、ピンで刺す等の切粉が発生しない加工方法により開けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するためのハブユニット軸受に関するものである。

従来より、自動車の車輪を支持するハブユニット軸受においては、外部の塵埃及び泥水等が軸受内部に侵入することを防止すると共に、軸受内部に封入されたグリースが外部に漏洩することを防止する為に、軸受の両端部にシール部材を配置したシール付ハブユニット軸受が使用されている。このシール付ハブユニット軸受１は、図４に示す様に、静止輪である外輪２は、その外周面に形成された取付フランジ６によって図示しない懸架装置のナックルに支持固定され、自動車の使用時にも回転しない。このような外輪２の内径側には、回転輪であるハブ３が外輪２と同心に配されており、自動車の使用時にハブ３が回転するようになっている。このハブ３はハブ本体４と内輪５とで構成されており、ハブ本体４の軸方向外側の外周面には回転フランジ７が形成され、この回転フランジ７に車輪が固定される。尚、ハブユニット軸受を車両に取り付けた状態において、車両の幅方向外側（図４の左側）を「外側」と称し、車両の幅方向中央側（図４の右側）を「内側」と称する。

また、静止周面である前記外輪２の内周面には、静止軌道である複列の外輪軌道８、８が形成され、回転周面であるハブ本体４の中間部外周面及び内輪５の外周面には、それぞれが回転軌道である内輪軌道９、９が形成されている。そして、これら両外輪軌道８、８と両内輪軌道９、９との間には、転動体１０、１０がそれぞれ複数個ずつ配置され、ハブ３を回転自在としている。さらに、各転動体１０、１０は、それぞれ保持器１１、１１により、転動自在に保持されている。また、図４の例では転動体１０として円すいころを使用しているが、回転トルクを低減して省燃費を図る為に、転動体として玉を使用することもできる。

さらに、外輪２の内端部内周面と内輪５の内端部外周面との間にはシール装置１３が取り付けられ、外輪１の外端部内周面とハブ本体４の中間部外周面との間にはシール装置１２が取り付けらている。そして、これらシール装置１２、１３により、外輪２の内周面とハブ３の外周面との間に形成されて各転動体１０、１０が配置された内部空間１４の両端開口部を塞いで密封している。

ところで、ハブユニット軸受は、外気に晒された環境において、自動車の制動装置を構成するディスクブレーキ等が取付られた状態で使用される。従って、激しい制動動作又は長い下り坂等の状況下においてハブユニット軸受の温度が急激に上昇した場合、シール装置により密封された軸受内部空間と外部空間（外気）との間に圧力差が生じる。この圧力差により、シール装置を構成するシールリップが変形して摺動面に貼り付いて回転トルクが増大したり、最悪の場合にはシールリップが捲くれ上がって隙間が発生する虞があった。一方、軸受の内圧を調整する為にシール装置の一部に切り欠き等の空気通り孔を設けた場合には、空気と共に塵埃及び水分（油分）等が内部空間に侵入して、ハブユニット軸受の寿命低下を招くことになる。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１に記載された様に、シール装置に形成した開口に、空気を通過可能で水分及び油分を遮断可能な材質から成る弁体を設けることで、軸受の内部と外部との圧力調整を可能にすると共に、水分の浸入を防止して軸受の寿命を確保している。

特開２００４−０５２９２４

しかしながら、この先行技術においては、弁体として、ゴアテックス（登録商標）に代表される多孔質ポリテトラフルオロエチレンのシートが水分、油分を遮断しつつ空気の流通を確保する為のフィルタとして用いられているが、このフィルタは直接軸受外部空間に露出している。この為、例えばハブユニット軸受の様に、路面の泥水等が直接跳ね掛かるような軸受では、多孔質ポリテトラフルオロエチレンの多孔質部分に細かい泥が侵入して詰り、通気性が失われる、或は、孔の壁部が細かい泥に覆われて、多孔質ポリテトラフルオロエチレンの特徴である撥水性や撥油性が阻害され、フィルタ機能を長期に亘って維持できないという問題が発生する。また、跳ね石等の衝突により、弁体自体が破壊される可能性もある。

本発明は、上記のような従来のシール装置が有する問題点を解決し、密封される内部空間と外部空間との間に圧力差が生じることを防止して、内部空間内への異物の侵入を抑制して密封性を長期に亙って維持可能なシール付ハブユニット軸受を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明のシール付ハブユニット軸受は、静止周面に複列の静止軌道を有する静止輪と、この静止輪と同心に設けられて、回転周面に複列の回転軌道を有する回転輪と、前記両静止軌道と前記両回転軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体と、前記静止輪の静止周面と前記回転輪の回転周面との間に存在する内部空間の軸方向端部開口を塞ぐシールリングとを備え、このシールリングは、前記静止輪の軸方向端部に固定される円環状の芯金と、この芯金の全周に固定されるシール材とを備え、前記シールリングには前記内部空間と外部空間とを連通する開口を設け、気体は通過するが液体は通過しない性質を有するフィルタで前記開口を塞いでいる。
特に、本発明のシール付ハブユニット軸受に於いては、前記フィルタが多孔質ポリテトラフルオロエチレン製のシートであり、前記フィルタの外部側にはフィルタ全体を覆うゴム製で底板部を有するカバーを備え、前記底板部には切粉が発生しない加工方法により弁が形成され、この弁は前記内部空間の圧力変化により開閉する。

更に、前記カバーは有底円筒形状で断面が略コの字状あり、底板部にはピンホールが設けられている。
または、前記カバーは楕円形ドーム状で断面が円弧形状であり、底板部にはスリットが設けられている。

本発明によれば、密封される内部空間と外部空間との間に圧力差が生じることを防止して、内部空間内への異物の侵入を抑制して密封性を長期に亙って維持可能なシール付ハブユニット軸受を提供することができる。
即ち、空気の様な気体を通過させながら水分又は油分の様な液体は通過させないフィルタの外部空間側を、ゴム製のカバーによりその全面を覆っている為に、路面から跳ね上げられた泥水等が直接フィルタに付着することを防止している。従って、フィルタの表面は常に清浄な状態に保たれるので、気体の通気性、撥水性及び撥油性を長期に亙り維持することができる。さらに、ゴム製のカバーの底板部には切粉が発生しない加工方法によりピンホール又はスリットが形成されており、温度上昇に伴い内部空間の内圧が上昇する等の理由により内部空間と外部空間との間に圧力差が生じた場合には、底板部が圧力により弾性変形する。これにより、ピンホール（又はスリット）周辺に引っ張り応力を発生させて、ピンホール（又はスリット）を広げることで、カバーを通気可能な状態とし、内部空間の圧力調整を可能にしている。

第１の実施の形態を示すシールリングの（ａ）部分断面図、（ｂ）ピンホールの変形例、（ｃ）ピンホールの別の変形例である。 第２の実施の形態を示す排気用シールリングの（ａ）部分断面図、（ｂ）スリットの拡大図である。 同吸気用シールリングの部分断面図である。 従来のシール付ハブユニット軸受の構造を示す断面図である。

［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、転動体を設置した内部空間１４の軸方向端部開口を塞ぐシールリング１３の構造を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４に示した従来構造の１例の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

図１の（Ａ）に示す様に、内部空間１４の軸方向内端部開口を塞ぐシールリング１３ａは、それぞれが円環状に形成された芯金２０及びシール部材２１と、フィルタ機構２６とから成る。このうちの芯金２０は金属板にプレス加工等の打ち抜き加工及び塑性加工を施すことにより、断面が略コの字状に一体成形されている。そして、芯金２０の径方向外方に形成された環状の円筒部２４を、前記シール材２１を介して外輪２の軸方向内端部の内周面に圧入嵌合することで、シールリング１３ａを外輪２に固定している。

また、シール材２１は、ゴムのようなエラストマー等の弾性材により構成されており、加硫成形接着により、前記芯金２０に接合されている。シール部材２１の内径側にはシールリップ２２を設けており、このシールリップ２２の先端縁を内輪５の外周面に全周に亙って摺接させると共に、ガータースプリング２３によりシールリップ２２を内輪５の外周面に向けて押圧することにより、内部空間１４の外端部開口を密封している。

さらに、シールリング１３ａの径方向外側寄り部分には、内部空間１４と外部空間とを連通する開口２５が設けられており、この開口部２５は、内部空間と外部空間との圧力調整をするためのフィルタ２７及びカバー３０を備えたフィルタ機構２６により塞がれている。このフィルタ機構２６を構成する、合成樹脂又は金属製で全体が中空円環状のフィルタ本体２８が、前記開口２５の内周面に接着固定されている。このフィルタ本体２８の軸方向内側には、内部空間１４と外部空間との圧力調整をするための前記フィルタ２７
により塞がれている。このフィルタ２７は、空気の様な気体は通過可能であるが、水分、油分の様な液体を遮断可能な材質でシート状に形成されており、気体透過性、接着性、強靭性、耐候性などに優れる材質であり、例えば、多孔質ポリテトラフルオロエチレン（登録商標：ゴアテックス）
などが用いられる。

さらに、前記フィルタ本体２８の軸方向内側には、前記フィルタ２７の外部側全体を覆うカバー３０が設けられている。このカバー３０はゴム材料から成り、有底円筒形状で断面が略コの字状とし、円板状の底板部３２と、この底板部３２の外周縁から軸方向に延びる円筒状の連結部３４と、この連結部３４の前記底板部３２とは反対側となる端部に形成された嵌合円輪部３１とにより構成されている。そして、前記嵌合円輪部３１を、前記フィルタ本体２８の軸方向内端面に形成された環状の係止溝２９に嵌合固定することで、前記カバー３０をフィルタ本体２８に固定している。尚、前記係止溝２９への嵌合方法は、外嵌合でも内嵌合でもよく両嵌合とすることもでき、さらに接着剤を併用することもできる。

前記底板部３２の中心部分には、この底板３２を軸方向に貫通する少なくとも1つのピンホール３３が、ピンで刺す等の切粉が発生しない加工方法により開けられている。このピンホール３３は切粉を発生させない方法で加工されているので、底板部３２に応力が掛かっていない状態、言い換えれば底板部３２が変形していない状態では、ピンホール３３は閉じられており、空気がこのピンホール３３を通過することはできない。そして、急激な温度変化等により軸受の内部空間１４と外部空間とに気圧の差が発生すると、底板部３２は軸方向に凸形状或は凹形状に変化し、ピンホール３３周辺に引っ張り応力が発生して、ピンホール３３が拡がり、通気可能な状態となって内部空間１４の内圧調整が行われる。その後、内部空間１４と外部空間との圧力差がなくなる（圧力調整が完了する）と、底板部３２の変形が除去され、ピンホール３３は閉じられる。

更に、連結部３４の肉厚を底板部３２の肉厚よりも薄くしており、これにより、嵌合円輪部３１に作用する応力が底板部３２に伝播する、或は、成形収縮により底板部３２が引張り応力場となることを防止している。
また、底板部３２はその形状を維持する為にある程度の肉厚が必要であり、肉厚を厚くしすぎると前記ピンホール３３の開閉運動が発生しにくくなる虞がある。その様な場合には、図１の（Ｂ）に示す様に、底板部３２の軸方向両側に同軸の凹部３５、３５を設け、その凹部３５の底部にピンホール３３を形成けることで、ピンホール３３の開閉感度を上げることができる。また、図１の（Ｃ）に示す様に、底板部３２の片側のみに凹部３５を設け、その底部にピンホール３３を形成することもできる。これらの様に、ピンホール３３が凹部３５の奥に配置される為、ピンホール３３からの浸水やほこりの侵入をより抑制可能である。

以上の様な構成により、本発明のシール付ハブユニット軸受１は、密封される内部空間１４と外部空間との間に圧力差が生じることを防止して、内部空間１４内への異物の侵入を抑制して密封性を長期に亙って維持することができる。
即ち、空気の様な気体を通過させながら水分又は油分の様な液体は通過させないフィルタ２７の外部空間側を、ゴム製のカバー３０によりその全面を覆って保護している為に、路面から跳ね上げられた泥水等がフィルタ２７に付着することを防止している。従って、フィルタ２７の表面は常に清浄に保たれるので、気体の通気性、撥水性及び撥油性を長期に亙り維持することができる。さらに、ゴム製のカバー３０の底板部３２には切粉が発生しない加工方法によりピンホール３３が形成されており、内部空間１４と外部空間との間に圧力差が生じた場合（温度上昇に伴い内部空間の内圧が上昇した場合）には、底板部３２が圧力により弾性変形して凸形状（又は凹形状）に変化することでピンホール３３周辺に引っ張り応力を発生させて、ピンホール３３を広げることで、カバー３０を通気可能な状態とし、内部空間の圧力調整を可能にしている。

［実施の形態の第２例］
図２、３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本実施例の場合、図２に示すシールリング１３ｂは、内部空間１４の空気を外部に放出する排気用のフィルタ機構２６ａを有しており、図３は、内部空間１４に外部の空気を取り込む吸気用のフィルタ機構２６ｂを有するシールリング１３ｃを示しており、カバー３０ａ及び３０ｂの形状により空気の通過可能な方向を規制している。

図２は排気用のフィルタ機構２６ａを示している。本例のカバー３２ａは、ゴム材料により成形され、全体が軸受外部側（軸方向内側）に凸となる楕円形ドーム状で径方向の断面を円弧形状としており、外部側に凸となる楕円形ドーム状の底板部３２ａと、この底板部３２ａの外周縁に全周に亙り形成された嵌合円輪部３１とを備えている。そして、前記嵌合円輪部３１をフィルタ本体２８ａに形成された係止溝２９ａに嵌合固定することにより、フィルタ２７の外部空間側の全体を覆っている。尚、係止溝２９への嵌合方法は、外嵌合でも内嵌合でもよく両嵌合とすることもでき、さらに接着剤を併用することもできる。

そして、前記底板部３２ａの中心部分には、カッターで切断する等の切粉が発生しない加工方法により、前記底板部３２ａを軸方向に貫通するスリット３６が形成されている。このスリット３６は切粉を発生させない方法で加工されているので、通常（底板部３２ａに応力が掛かっていない状態）は、スリット３６は閉じられており、空気がこのスリット３６を通過することはできない。内部空間１４の圧力が上昇した場合、底板部３２ａは外部側に凸の形状となっているため、スリット３６が開口して空気を放出することが可能である。一方、内部空間１４の圧力が減少した場合、スリット３６は開口せずに空気は通過しない。さらに、軸受外部からの泥水等の跳ね掛けに対しては、スリット３６が硬く閉じており、泥水や塵埃の侵入を防いでいる。

図３は吸気用のフィルタ機構２６ｂを示している。本例のカバー３２ｂも、ゴム材料により成形され、全体を有底円筒形状としており、軸受内部側（軸方向外側）に凸となる楕円形ドーム状の底板部３２ｂと、この底板部３２ａの外周縁から軸方向内側に延出する円筒形状の壁部３７と、同じく底板部３２ａの外周縁から軸方向外側に延出する円筒形状の連結部３４ａと、この連結部３４ａの軸方向外端部に形成された嵌合円輪部３１とを備えている。そして、前記嵌合円輪部３１をフィルタ本体２８ａに形成された係止溝２９ａに嵌合固定することにより、フィルタ２７の外部空間側の全体を覆っている。そして、前記底板部３２ｂの中心部分には、カッターで切断する等の切粉が発生しない加工方法により、前記底板部３２ｂを軸方向に貫通するスリット３６が形成されている。この吸気用のカバー３０ｂでは、底板部３２ｂは軸受外部側に凹の形状となっているため、内部空間の圧力が低下した時のみにスリット３６が開口して、内部空間１４の圧力を大気圧まで増加することが可能である。また、軸受外部からの泥水等の跳ね掛けに対しては、底板部３２ｂの周りを保護する壁部３７を設けて、泥水や塵埃の侵入を防いでいる。

以上のような本実施例の場合には、カバー３２ａ及び３２ｂの形状により空気の通過可能な方向が決まるので、フィルタ機構２６ａ及び２６ｂをシールリング１３ｂの位相が異なる２箇所にそれぞれ設けている。もちろん、シールリングの圧入に伴う軸受内部空間の内圧上昇を防ぐ等の特定の目的がある場合は、図２に示した排気用のフィルタ機構２６ａ、又は図３に示した吸気用のフィルタ機構２６ｂのどちらか一方を装着することも可能である。

尚、図４に示したシール付ハブユニット軸受は第３世代のハブユニット軸受であるが、本発明のシールリングは、各種ハブユニットにも適用する事ができる。例えば、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、これら外輪軌道にそれぞれ対向する内輪軌道を有する複数の内輪と、これら複列の外内輪軌道間に介在する転動体とを備え、回転フランジ及び取付フランジを持たない第１世代のハブユニット軸受に適用する事ができる。さらに、第１世代のハブユニット軸受に対して、外輪の外周面に取付フランジのみを形成した第２世代のハブユニット軸受にも適用することができる。また、外輪が回転輪となる、外輪回転型のハブユニット軸受にも適用する事ができる。
さらに、本願発明の特徴であるフィルタ機構２６、２６ａ、２６ｂは、上述した各実施例（図１〜３）のシールリングに限定されるものではなく、フィルタ機構２６、２６ａ、２６ｂを組込み可能なあらゆる形式のシールに適用可能である。

本発明のシール付軸受は、泥水環境で使用され、しかも温度変化の大きい条件で使用される軸受、例えば自動車の車輪を回転自在に支持する車輪支持用バフユニット軸受として好適に使用することができる。

１ シール付ハブユニット軸受
２ 外輪
３ ハブ
４ ハブ本体
５ 内輪
６ 取付フランジ
７ 回転フランジ
８ 外輪軌道
９ 内輪軌道
１０ 転動体
１１ 保持器
１２ シール装置
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ シールリング
１４ 内部空間
２０ 芯金
２１ シール部材
２２ シールリップ
２３ ガータースプリング
２４ 円筒部
２５ 開口
２６、２６ａ、２６ｂ フィルタ機構
２７ フィルタ
２８、２８ａ フィルタ本体
２９、２９ａ 係止溝
３０、３０ａ、３０ｂ キャップ
３１ 嵌合円輪部
３２、３２ａ、３２ｂ 底板部
３３ ピンホール
３４、３４ａ 連結部
３５ 凹部
３６ スリット
３７ 壁部

Claims (3)

1. 静止周面に複列の静止軌道を有する静止輪と、この静止輪と同心に設けられて、回転周面に複列の回転軌道を有する回転輪と、前記両静止軌道と前記両回転軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体と、前記静止輪の静止周面と前記回転輪の回転周面との間に存在する内部空間の軸方向端部開口を塞ぐシールリングとを備え、このシールリングは、前記静止輪の軸方向端部に固定される円環状の芯金と、この芯金の全周に固定されるシール材とを備え、前記シールリングには前記内部空間と外部空間とを連通する開口を設け、気体は通過するが液体は通過しない性質を有するフィルタで前記開口を塞いだシール付ハブユニット軸受に於いて、
   前記フィルタが多孔質ポリテトラフルオロエチレン製のシートであり、前記フィルタの外部側にはフィルタ全体を覆うゴム製で底板部を有するカバーを備え、前記底板部には切粉が発生しない加工方法により弁が形成され、この弁は前記内部空間の圧力変化により開閉することを特徴とするシール付ハブユニット軸受。
2. 前記カバーは有底円筒形状で断面が略コの字状あり、底板部にはピンホールが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシール付ハブユニット軸受。
3. 前記カバーは楕円形ドーム状で断面が円弧形状であり、底板部にはスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシール付ハブユニット軸受。

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