JP2022140147A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部のシール密封空間に生じる正圧または負圧を解消して、シールリップの摺動面への吸着を抑えて、軸受性能の低下を抑えることができる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】外輪２とハブ輪３及び内輪によって形成された環状空間の開口端を塞ぐシール部材を備える車輪用軸受装置であって、環状空間とシール部材により区画される軸受内部空間Ａを有し、外輪は軸受内部空間Ａに大気を通気可能な大気通気部を有し、シール部材は、外輪とハブ輪及び内輪の一方に設けられ、摺動面に摺動可能に接触する複数のシールリップと、複数のシールリップと摺動面とで区画されるシール密閉空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと軸受内部空間Ａとの間で通気可能な通気孔と、外輪の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに生じる正圧及び負圧により通気孔を開閉する通気弁と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は車輪用軸受装置に関する。

車輪用軸受装置には、泥水等の異物の入り込みを防止するシール部材が外方部材と内方部材との間に設けられている。車輪用軸受装置のアウター側シール部材は、外方部材のアウター側端部に嵌合され、外方部材と内方部材とによって形成された環状空間のアウター側開口端を塞いでいる。車輪用軸受装置のインナー側シール部材は、外方部材のインナー側端部に嵌合され、外方部材と内方部材とによって形成された環状空間のインナー側開口端を塞いでいる。

車輪用軸受装置において、軸受の構造を工夫して軸受の内部空間の内圧変化を抑えるものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に開示されたハブユニット軸受では、軸受の内部空間（シール部材により密閉される空間）の内圧変化を抑えるために以下の３つの構造がある。

１つ目の構造は、外輪（外方部材）の外部空間に通気孔と圧力センサを設け、大気開放部、圧縮空気供給源及び制御器へと繋がる通気管を接続した構造である。圧力センサが負圧を感知した場合、制御器が機能して圧縮空気供給源から通気管を通して軸受内部に適量な空気を送り込み、軸受内部を常に大気圧または正圧に保つ機能となっている。

２つ目の構造は、従動輪のハブ輪内部に軸受内部と外部空間を繋ぐ通気孔を開けた構造となっている。また、このハブ輪内部には、径方向に押圧ばねとピストンが、径方向外側から押圧ばね、ピストンの順に、不釣り合いを解消するように２つ付いており、このピストンが摺動運動をするシリンダ側面の径方向外側には、軸受内部の通気孔に通じる通気路と外部空間の通気孔に通じる通気路を仲介する通気孔が開いている。シリンダの径方向内側底面には外部空間と通じる通気孔があり、シリンダ径方向内側の空間を常に大気圧と同圧に保っている。車両の運転時は遠心力により、ピストンが押圧ばねを押しつぶしながら径方向外側に移動して、シリンダ側面の通気孔を塞ぐ。車両の停止時には遠心力がなくなることで、押圧ばねがピストンを径方向内側に押し出し、ピストンが径方向内側に移動して、シリンダ側面の通気孔を開放するため、外部空間の通気孔から通気路とシリンダ側面の通気孔を介し、軸受内部の通気孔を通して内部空間に空気が流れ込む。これにより、軸受内部を常に大気圧と同圧に保つ機能となっている。

３つ目の構造は、従動輪のハブ輪内部に軸受内部と外部空間を繋ぐ通気孔を開けた構造となっている。また、このハブ輪内部には、径方向に押圧ばねとピストンが、径方向外側から押圧ばね、ピストンの順に、不釣り合いを解消するように２つ付いている。シリンダの径方向内側底面には通気孔が開口されており、軸受内部の通気孔及び外部空間の通気孔に繋がる通気路に通じている。この通気路の軸方向には、押圧ばねと通気弁のセットがシリンダ径方向内側と通気路の間で閉じた空間を形成するようにして、通気路の軸受内部側と外部空間側に２つ付いている。なお、押圧ばねは軸受内部側から外部空間側に通気弁を押し出す形で通気路を塞いている。車両の運転時には遠心力によりシリンダ内のピストンが押圧ばねを押しつぶしながら径方向外側に移動し、これによりシリンダ径方向内側と通気路間の閉じた空間に負圧が生じる。この負圧により、外部空間側の空気弁が引っ張られて押圧ばねを押しつぶしながら軸受内部側に移動し、空気弁が開くことでシリンダ径方向内側と通気路間の空間に空気が取り込まれる。そして、車両の停止時には遠心力がなくなることで、径方向の押圧ばねがピストンを径方向内側に押し込み、シリンダ径方向内側と通気路の閉じた空間に正圧が加わる。この正圧により、軸受内部側の空気弁が押圧ばねを押しつぶしながら軸受内部側に移動し、空気弁が開くことで軸受内部に空気が流れ込む。これにより、軸受内部を常に大気圧と同圧に保つ機能となっている。
以上３パターンの構造により、軸受内部空間が常に大気圧もしくは正圧に保たれ、シールリップの摺動面吸着を防止し、摩擦トルクの増加を抑制する。

また、特許文献２に開示された軸受では、密封装置のスリンガ部を径方向に延長し、さらにこの延長した部分が軸受内側に屈曲した屈曲延在部をスリンガ部の円周上に持つ。また、この密封装置では、シール密封空間の内圧の変化に応じてアキシアルリップが径方向外側または内側に変形する。軸受温度の上昇に伴うシール密封空間内の空気膨張によりシール密封空間の内圧が上昇した場合、シール密封空間内には空間内表面を外側に押し出す力が生じ、これによりアキシアルリップは径方向外側に変形して、スリンガ部に接触しない一方で屈曲延在部に外周側先端部で接触する第１状態をとる。また、軸受温度の低下に伴うシール密封空間内の空気量の減少によりシール密封空間の内圧が低下した場合には、シール密封空間内表面を内側に引っ張る力が生じ、これによりアキシアルリップは径方向内側に変形して、スリンガ部に内周側先端部で接触する一方で屈曲延在部には接触しない第２状態をとる。

第１状態の場合、アキシアルリップの外周側先端部が屈曲延在部に密着し、シール密封空間を閉じることで、シール密封空間内の空気がアキシアルリップと摺動面の間から外部空間に漏れ出すことを防ぐ。これにより、シール密封空間の空気が保持されるため、第２状態となったとき、シール密封空間での空気収縮による負圧を抑え、アキシアルリップがスリンガ部に吸着することを防ぎ、摩擦トルクの増加を抑えることができる。

しかしながら、従来の車輪用軸受装置では、軸受内部空間Ａ（図９参照）及びシール密封空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ（図１０参照）が密封状態にあるため、走行時の軸受温度の上昇による空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の空気膨張によって、各シール密封空間に正圧が生じ、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内に空間内の表面を押し出す力が働き、シールリップが径方向外側に持ち上げられることで、シールリップと摺動面の間に隙間ができ、空気が軸受の外部に漏れ出す。そして、車両の停車時には軸受温度の低下によって空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の空気が収縮し、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内が負圧になる。これにより、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内表面を引っ張る力が働き、シールリップが径方向内側に変形し、シールリップが摺動面に吸着して（図１０参照）、軸受の摩擦トルクが上昇するという現象が課題となっている。ここで、特許文献１の３つの構造について、１つ目の構造は比較的簡単であるが、制御器や圧縮空気供給源などの外部装置の設計が別途必要となる。また、１つ目の構造では、図９の空間Ａ内を介して図１０の空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内にも圧縮空気を送り込むことで密封空間内を正圧に保つとしているが、温度上昇等で空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の内圧が上昇すれば、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の空気と同時にシールグリースがシールリップと摺動面の間から外部空間に吐き出されることが予想され、この場合、シールの潤滑不良が生じる。加えて、圧力センサは図９の空間Ａの負圧は感知するが、図１０の空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の負圧は感知できないため、空間Ａ内は正圧である一方で空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内のみが負圧になっている状態が生じうる。この場合、この構造では期待した機能を十分に果たさないと考えられる。

２つ目及び３つ目の構造については、ハブ輪に複数の孔を開ける必要があり、特にピストンとシリンダの摺動面では高い精度を必要とするため工数がかかる。加えて、押圧ばねを用いる機構であることから、回転数の変化に伴う押圧ばねの共振現象も考慮して設計する必要があり、実用化には相応の時間とコストを要すると考えられる。また、ハブ輪に開けた通気孔を通して外部空間から粉塵等が吸い込まれる可能性があり、この場合は軸受寿命の低下を招くことが考えられる。

次に、特許文献２の密封装置であるが、アキシアルリップが屈曲延在部に接触する第１状態になるのは、例えば、軸受の組立の際や悪路を走行する際の衝撃で、シール密封空間に大きな正圧が瞬間的に作用したときに限られると考えられる。この特許文献２では、温度上昇により密封装置に正圧が加わり、第１状態となることを期待しているが、通常、軸受温度の上昇は比較的緩やかであることから正圧も緩やかに増加する。よって、この密封装置は第１状態とはならず、アキシアルリップの径方向外側へのわずかな変形により、シール密封空間から少しずつ空気が抜けると考えられる。この場合、第２状態では期待した機能は発揮されず、通常の密封装置と変わらない性能になる。また、たとえ第１状態になることがあったとしても、第１状態の屈曲延在部のリップ接触部は外部空間に開放されているため、シールグリースが気化しやすく、粉塵を取り込みやすい状態にある。アキシアルリップが第１、２状態を繰り返せば、リップが粉塵を巻き込む可能性が高く、この場合、この密封装置のシール性能は大きく低下すると考えられる。

特開２０２０－１１８２２２号公報 特開２０１０－１９０３２３号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、軸受内部のシール密封空間に生じる正圧または負圧を解消して、シールリップの摺動面への吸着を抑えて、軸受性能の低下を抑えることができる車輪用軸受装置の提供を目的とする。

第一の発明は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、外周に軸方向に延びる小径段部、および前記小径段部よりもアウター側に配置される車輪取り付けフランジを有するハブ輪、ならびにこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と前記内方部材とによって形成された環状空間の開口端を塞ぐシール部材と、を備える車輪用軸受装置であって、前記環状空間と前記シール部材により区画される軸受内部空間を有し、前記外方部材は、前記軸受内部空間に大気を通気可能な大気通気部を有し、前記シール部材は、前記外方部材と前記内方部材の一方に設けられ、前記外方部材と前記内方部材の他方に設けられる摺動面に摺動可能に接触する複数のシールリップと、前記複数のシールリップと前記摺動面とで区画されるシール密閉空間と、前記軸受内部空間と前記シール密閉空間との間で通気可能な通気孔と、前記大気通気部により前記軸受内部空間を大気圧に保持した状態において前記シール密閉空間に生じる正圧及び負圧により前記通気孔を開閉する通気弁と、を有する。

本発明によれば、軸受内部のシール密封空間に生じる正圧または負圧を解消して、シールリップの摺動面への吸着を抑えて、軸受性能の低下を抑えることができる。

車輪用軸受装置の第一実施形態における全体構成を示す断面図。 （ａ）図１におけるＨ部を拡大して示す拡大断面図、（ｂ）図１におけるＩ部を拡大して示す拡大断面図、（ｃ）アウター側シール部材の外側通気弁を示す拡大断面図、（ｄ）アウター側シール部材の内側通気弁を示す拡大断面図。 （ａ）は第一実施形態におけるアウター側シール部材を示す正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＪ－Ｊ線断面図。 車輪用軸受装置の第二実施形態における全体構成を示す断面図。 （ａ）図４におけるＫ部を拡大して示す拡大断面図、（ｂ）図４におけるＬ部を拡大して示す拡大断面図、（ｃ）アウター側シール部材の通気弁を示す拡大断面図。 （ａ）は第二実施形態におけるアウター側シール部材を示す正面図、（ｂ）は（ａ）におけるアウター側シール部材のＭ－Ｍ線断面図。 （ａ）は第二実施形態のアウター側シール部材の変形例を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における通気弁の先端形状を示す拡大断面図。 （ａ）は第二実施形態のアウター側シール部材の変形例を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における通気弁の先端形状を示す拡大断面図。 従来の車輪用軸受装置を示す断面図。 図９のＦ部及びＧ部を拡大して示す拡大断面図。

以下に、図１から図３を用いて、車輪用軸受装置の第一実施形態である車輪用軸受装置１について説明する。なお、以下の説明において、インナー側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車体側を表し、アウター側とは、車体に取り付けた際の車輪用軸受装置１の車輪側を表す。

図１に示すように、車輪用軸受装置１は、自動車等の車両の懸架装置において車輪を回転自在に支持する。車輪用軸受装置１は、外輪２、ハブ輪３、内輪４、転動体５、インナー側シール部材６およびアウター側シール部材７を具備する。

図１に示すように、外方部材である外輪２は、ハブ輪３と内輪４とを支持する。外輪２のインナー側端部には、インナー側シール部材６が嵌合可能なインナー側開口部２ｂが設けられている。外輪２のアウター側端部２ｆには、アウター側シール部材７を嵌合可能なアウター側開口部２ｃが設けられている。外輪２の外周面２ｅには、図示しない懸架装置のナックルに取り付けるための車体取り付けフランジ２ｄが一体に設けられている。外輪２の内周面には、そのインナー側及びアウター側に周方向に複列の内側軌道面２ａ・２ａが設けられている。

内方部材は、ハブ輪３と内輪４とによって構成されている。ハブ輪３は、図示しない車両の車輪を回転自在に支持する。ハブ輪３のインナー側端部には、外周面に縮径された小径段部３ａが設けられている。ハブ輪３のアウター側端部には、車輪を取り付けるための車輪取り付けフランジ３ｂが一体的に設けられている。車輪取り付けフランジ３ｂには、ハブ輪３と車輪又はブレーキ装置とを締結するためのハブボルト３ｃが圧入されている。また、ハブ輪３のアウター側の外周面には、内側軌道面３ｄが設けられている。また、ハブ輪３においては、車輪取り付けフランジ３ｂの基部側にアウター側シール部材７が摺接する断面視円弧状のリップ摺動面３ｅが形成されている（図２（ａ）参照）。

内輪４は、ハブ輪３の小径段部３ａに圧入されている。内輪４の外周面には、内側軌道面４ａが設けられている。つまり、ハブ輪３のインナー側には、内輪４によって内側軌道面４ａが構成されている。

転動体５は、複数のボールと、当該ボールを保持する保持器とを有している。

図１及び図２（ａ）に示すように、アウター側シール部材７は、外輪２とハブ輪３と内輪４とによって形成された環状空間のうちアウター側開口端を塞いでいる。アウター側シール部材７は、芯金８と、弾性部材９とを有している。

芯金８は、例えば鋼板をプレス加工することによって形成されている。図２（ａ）に示すように、芯金８は、円筒部８ａと、屈曲部８ｂと、切欠部８ｃとを含んでいる。

円筒部８ａは、外輪２のアウター側開口部２ｃ（外輪２のうちアウター側端部２ｆの内周面）に嵌合している。屈曲部８ｂは、円筒部８ａのアウター側端部から屈曲しつつ径方向内方に延びている。切欠部８ｃは、後述する内側通気孔９ｄ及び外側通気孔９ｅに対応する位置において屈曲部８ｂの径方向内側縁部を円弧状に切り欠いている。

芯金８には、例えば合成ゴムからなる弾性部材９が接合（ここでは、加硫接着）されている。屈曲部８ｂには、シールリップの一例であるラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃが接合されている。ラジアルリップ９ａは、屈曲部８ｂの最も径方向内側に設けられている。ラジアルリップ９ａは、車輪用軸受装置１の内部のグリースが外部へ漏れることを防止している。内側アキシアルリップ９ｂは、ラジアルリップ９ａよりも径方向外側に設けられている。外側アキシアルリップ９ｃは、内側アキシアルリップ９ｂよりも径方向外側に設けられている。ラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃのそれぞれは、グリース油膜を介してハブ輪３のリップ摺動面３ｅに摺動可能に接触している。

図1に示すように、車輪用軸受装置１は、外輪２とハブ輪３と内輪４とによって形成された環状空間とインナー側シール部材６及びアウター側シール部材７により区画される軸受内部空間Ａ（本明細書では、単に空間Ａともいう）を有している。図２（ａ）に示すように、アウター側シール部材７は、ラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃとハブ輪３のリップ摺動面３ｅとで区画されるシール密閉空間Ｂ，Ｃ（本明細書では、単に空間Ｂ，Ｃともいう）を有している。

図１に示すように、外輪２には、軸受内部空間Ａと外輪２の外部空間とを連通する外輪通気孔２１と、当該外輪通気孔２１に一端が連結されるとともに他端にフィルタ２２が取り付けられた通気管２３が設けられている。外輪通気孔２１、フィルタ２２及び通気管２３は、軸受内部空間Ａに外部空間の大気を通気可能である大気通気部を構成している。フィルタ２２は、外部空間から粉塵等が軸受内部空間Ａ内に吸い込まれないようにフィルタリングするものである。

図３に示すように、アウター側シール部材７は、弾性部材９の円周上に沿って複数の円弧状の通気孔の一例である、内側通気孔９ｄと、内側通気孔９ｄよりも径方向外側に設けられる外側通気孔９ｅとを有している。アウター側シール部材７においては、内側通気孔９ｄ及び外側通気孔９ｅは、それぞれ一体形成されている。一対の内側通気孔９ｄ及び一対の外側通気孔９ｅは、アウター側シール部材７の中心Ｏに対して対称の位置に配置されている。内側通気孔９ｄと外側通気孔９ｅのそれぞれの円周方向の両端部は、アウター側シール部材７の中心Ｏを通る水平線を中心とした３０°のなす角となる位置まで延びている。すなわち、アウター側シール部材７は、中心Ｏに対する開口角度が３０°となる内側通気孔９ｄ及び外側通気孔９ｅを、それぞれ二つ有している。
なお、本実施形態の通気孔は、内側通気孔９ｄ及び内側通気孔９ｄの二つで構成されているが、通気孔はシール部材の円周上に１つ以上設ければよく、特に通気孔の数を限定するものではない。

内側通気孔９ｄは、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｃとの間で通気可能な貫通孔である。内側通気孔９ｄは、断面視おいてラジアルリップ９ａと内側アキシアルリップ９ｂの間に配置され、空間Ｃ側（アウター側）に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材９を貫通している。内側通気孔９ｄは、ラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及びハブ輪３のリップ摺動面３ｅにより区画される空間Ｃに連通している。内側通気孔９ｄは、空間Ｃ側（アウター側）に向かうにつれて最も狭くなる部分であるシール開口部９ｆを有している。シール開口部９ｆの周囲には、シール密閉空間Ｃの気圧の状態に応じてシール開口部９ｆを通る通気を制御する内側通気弁９ｇが設けられている。

内側通気弁９ｇは、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｃに生じる正圧及び負圧により内側通気孔９ｄの空間Ｃ側のシール開口部９ｆを開閉する。内側通気弁９ｇは、空間Ｃ（アウター側）に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｃの気圧変化に応じてシール開口部９ｆの間隙Ｗ（内側通気孔９ｄの空間Ｃ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。ここで、不完全接触状態とは、常圧時において接触していない状態のことをいう。内側通気弁９ｇの厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。

外側通気孔９ｅは、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｂとの間で通気可能な貫通孔である。外側通気孔９ｅは、断面視おいて内側アキシアルリップ９ｂと外側アキシアルリップ９ｃの間に配置され、空間Ｂ側（アウター側）に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材９を貫通している。外側通気孔９ｅは、内側アキシアルリップ９ｂ、外側アキシアルリップ９ｃ及びハブ輪３のリップ摺動面３ｅにより区画される空間Ｂに連通している。外側通気孔９ｅは、空間Ｂ側（アウター側）に向かうにつれて最も狭くなる部分であるシール開口部９ｈを有している。シール開口部９ｈの周囲には、シール密閉空間Ｂの気圧の状態に応じてシール開口部９ｈを通る通気を制御する外側通気弁９ｊが設けられている。

外側通気弁９ｊは、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｂに生じる正圧及び負圧により外側通気孔９ｅの空間Ｂ側のシール開口部９ｈを開閉する。外側通気弁９ｊは、空間Ｂ側（アウター側）に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｂの気圧の変化に応じてシール開口部９ｈの間隙Ｗ（外側通気孔９ｅの空間Ｂ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。外側通気弁９ｊの厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。
なお、内側通気弁９ｇ及び外側通気弁９ｊの各間隙Ｗの条件は、先端部の各空間Ｂ，Ｃ内における可動域を考慮して、０≦Ｗ≦０．１ｄ_０［ｍｍ］（ｄ_０はアウター側シール部材７の嵌合部となる芯金８の嵌合外径、図３（ｂ）参照）を満たすことが好ましい。

図１及び図２（ｂ）に示すように、インナー側シール部材６は、外輪２とハブ輪３と内輪４とによって形成された環状空間のうちインナー側開口端を塞いでいる。インナー側シール部材６は、芯金１０と、弾性部材１１と、断面視Ｌ字状のスリンガ１２とを有している。また、スリンガ１２においては、インナー側シール部材６が摺接する断面視Ｌ字状のリップ摺動面１２ａが形成されている（図２（ｂ）参照）。

芯金１０は、例えば鋼板をプレス加工することによって断面視で略Ｌ字状に形成されている。図２（ｂ）に示すように、芯金１０は、円筒部１０ａと、円環部１０ｂと、切欠部１０ｃとを含んでいる。

円筒部１０ａは、外輪２のインナー側開口部２ｂに嵌合している。円環部１０ｂは、円筒部１０ａのアウター側端部から径方向内方に延びている。切欠部１０ｃは、後述する内側通気孔１１ｄ及び外側通気孔１１ｅに対応する位置において円環部１０ｂの径方向内側縁部を円弧状に切り欠いている。

芯金１０には、例えば合成ゴムからなる弾性部材１１が接合（ここでは、加硫接着）されている。円環部１０ｂには、シールリップの一例であるラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃが接合されている。ラジアルリップ１１ａは、円環部１０ｂの最も径方向内側に設けられている。ラジアルリップ１１ａは、車輪用軸受装置１の内部のグリースが外部へ漏れることを防止している。内側アキシアルリップ１１ｂは、ラジアルリップ１１ａよりも径方向外側に設けられている。外側アキシアルリップ１１ｃは、内側アキシアルリップ１１ｂよりも径方向外側に設けられている。ラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃのそれぞれは、グリース油膜を介してスリンガ１２のリップ摺動面１２ａに摺動可能に接触している。

図２（ｂ）に示すように、インナー側シール部材６は、ラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃとスリンガ１２のリップ摺動面１２ａとで区画されるシール密閉空間Ｄ，Ｅ（本明細書では、単に空間Ｄ，Ｅともいう）を有している。

インナー側シール部材６は、弾性部材１１の円周上に沿って設けられる複数の円弧状の通気孔の一例である、内側通気孔１１ｄと、内側通気孔１１ｄよりも径方向外側に設けられる外側通気孔１１ｅとを有している。インナー側シール部材６においては、内側通気孔１１ｄ及び外側通気孔１１ｅは、それぞれ一体形成されている。一対の内側通気孔１１ｄ及び一対の外側通気孔１１ｅは、インナー側シール部材６の中心に対して対称の位置に配置されている（図示せず）。内側通気孔１１ｄと外側通気孔１１ｅのそれぞれの周方向の両端部は、インナー側シール部材６の中心を通る水平線を中心とした３０°のなす角となる位置まで延びている。すなわち、インナー側シール部材６は、中心に対する開口角度が３０°となる内側通気孔１１ｄ及び外側通気孔１１ｅを、それぞれ二つ有している。

内側通気孔１１ｄは、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｅとの間で通気可能な貫通孔である。内側通気孔１１ｄは、断面視おいてラジアルリップ１１ａと内側アキシアルリップ１１ｂの間に配置され、インナー側に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材１１を貫通している。内側通気孔１１ｄは、ラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及びスリンガ１２のリップ摺動面１２ａにより区画される空間Ｅに連通している。内側通気孔１１ｄは、空間Ｅ側（インナー側）に向かうにつれて最も狭くなる部分であるシール開口部１１ｆを有している。シール開口部１１ｆの周囲には、シール密閉空間Ｅの気圧の状態に応じてシール開口部１１ｆを通る通気を制御する内側通気弁１１ｇが設けられている。

内側通気弁１１ｇは、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｅに生じる正圧及び負圧により内側通気孔１１ｄの空間Ｅ側のシール開口部１１ｆを開閉する。内側通気弁１１ｇは、空間Ｅ（インナー側）に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｅの気圧変化に応じてシール開口部１１ｆの間隙Ｗ（内側通気弁１１ｇの空間Ｅ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。内側通気弁１１ｇの厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。

外側通気孔１１ｅは、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｄとの間で通気可能な貫通孔である。外側通気孔１１ｅは、断面視おいて内側アキシアルリップ１１ｂと外側アキシアルリップ１１ｃの間に配置され、インナー側に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材１１を貫通している。外側通気孔１１ｅは、内側アキシアルリップ１１ｂ、外側アキシアルリップ１１ｃ及びスリンガ１２のリップ摺動面１２ａにより区画される空間Ｄに連通している。外側通気孔１１ｅは、空間Ｄ側（インナー側）に向かうにつれて最も狭くなる部分であるシール開口部１１ｈを有している。シール開口部１１ｈの周囲には、シール密閉空間Ｄの気圧の状態に応じてシール開口部１１ｈを通る通気を制御する外側通気弁１１ｊが設けられている。

外側通気弁１１ｊは、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｄに生じる正圧及び負圧により外側通気孔１１ｅの空間Ｄ側のシール開口部１１ｈを開閉する。外側通気弁１１ｊは、空間Ｄ（アウター側）に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｄの気圧の変化に応じてシール開口部１１ｈの間隙Ｗ（外側通気孔１１ｅの空間Ｄ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。外側通気弁１１ｊの厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。
なお、内側通気弁１１ｇ及び外側通気弁１１ｊの各間隙Ｗの条件は、先端部の各空間Ｄ，Ｅ内における可動域を考慮して、０≦Ｗ≦０．１ｄ_０［ｍｍ］（ｄ_０はインナー側シール部材６の嵌合部となる芯金１０の嵌合外径）を満たすことが好ましい。

上述した車輪用軸受装置１では、図１に示す空間Ａと図２に示すシール密封空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで空気の出入りを可能にするために、アウター側シール部材７には内側通気孔９ｄ、外側通気孔９ｅ、内側通気弁９ｇ及び外側通気弁９ｊを、インナー側シール部材６には内側通気孔１１ｄ、外側通気孔１１ｅ、内側通気弁１１ｇ及び外側通気弁１１ｊを設けている。ここで、図２に示す各通気弁の弁の厚み寸法は各シールリップの厚み寸法に比べて薄いため、各通気弁は変形しやすい。各通気弁の弁先端部は不完全接触状態となっており、間隙Ｗが空いている。

図1に示すように、車輪用軸受装置１の外輪２には、軌道面間の部分に外輪通気孔２１及び大気に繋がる通気管２３が設けられている。これにより、軸受温度が上昇または低下した場合でも、空間Ａが常に大気圧と同圧に保たれる。なお、図１に示す外輪２の外輪通気孔２１及び通気管２３を設けずに、かつ、空間Ａと空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの気圧差が初期状態で生じていない場合は、軸受温度が変化しても、空間Ａ内の内圧と空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の内圧が常に同圧となってしまう。車輪用軸受装置１では、空間Ａと空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの気圧差を利用して作用するため、外輪２の外輪通気孔２１及び通気管２３は必須の構成となる。

また、車両の通常走行時の軸受温度の上昇に伴う空気膨張で、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内に正圧が緩やかに生じる場合、各通気弁の間隙Ｗを通して空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅから大気圧である空間Ａへ空気が流入して、空間Ａと空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを同圧に保つことができる。
一方、軸受温度の低下に伴う空気減圧で、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内に負圧が生じた場合、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内には空間内の表面を引っ張る力が働き、通常はシールリップが径方向内側に変形してシールリップの摺動面吸着が起こるが、車輪用軸受装置１では、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内表面を引っ張る力が各通気弁の弁を開こうとする力として作用し、開いた各通気弁を通して、大気圧である空間Ａから空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに空気が流入して、空間Ａと空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを同圧に保つことができる。

また、車両の組立時や悪路走行時の衝撃や振動により、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内に瞬間的で大きな正圧が連続して生じる場合、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内には表面を押しつぶす力が働き、各通気弁が閉じて、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の空気はシールリップと摺動面の間から吐き出される。これにより、大きな正圧によって各通気孔から勢いよく、軸受装置内部のシールグリース及び粉塵等が空間Ａに吹き込まれることを防いでいる。

この場合、通常の軸受装置では、空気が抜けた分だけ空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内に負圧が生じ、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の表面を引っ張る力が働くことで、シールリップを径方向内側に変形させ、シールリップの摺動面への吸着を生じさせてしまうが、本実施形態の車輪用軸受装置１では、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ内の表面を引っ張る力が通気弁を開く力として働いて各通気弁が開くため、大気圧である空間Ａから空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅへ空気が流入し、空間Ａと空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを同圧に保つことができる。

以上のように、第一実施形態の車輪用軸受装置１では、軸受内部に通じる通気孔及び通気弁を設けて、軸受内部の空間Ａとシール密封空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの気圧差に応じて、通気弁の開閉を行うことで、通気弁を通して空気の流通を可能としている。これにより、シール密封空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに生じる正圧または負圧を解消して、シールリップの摺動面への吸着を抑えるともに、摩擦トルクの低減を行って、軸受性能の低下を抑えることができる。

次に、図を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置の変形例として第二実施形態について説明する。以下の各実施形態の説明では、各実施形態において追加、変更した部位について主に説明を行い、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して、その説明を省略する。

[第二実施形態]
次に、図４から図６を用いて、本発明に係る車輪用軸受装置の第二実施形態である車輪用軸受装置１Ａについて説明する。本実施形態に係る車輪用軸受装置１Ａは、第一実施形態の車輪用軸受装置１の変形例であり、第一実施形態の車輪用軸受装置１のアウター側シール部材７及びインナー側シール部材６における通気孔及び通気弁の数及び形状の変形例である。具体的には、第一実施形態のアウター側シール部材７における内側通気孔９ｄ及び外側通気孔９ｅ、第一実施形態のインナー側シール部材６における内側通気孔１１ｄ及び外側通気孔１１ｅの替わりに、アウター側シール部材７の弾性部材９に通気孔９ｅ１及び通気弁９ｊ１をインナー側シール部材６における弾性部材１１に通気孔１１ｅ１及び通気弁１１ｊ１を設けた構成となっている。

芯金８は、第一実施形態の切欠部８ｃの替わりに、後述する通気孔９ｅ１に対応する位置において当該通気孔９ｅ１が連通する円弧状の貫通孔８ｄを有している。

図６に示すように、アウター側シール部材７は、弾性部材９の円周上に沿って設けられる複数の円弧状の通気孔の一例である、通気孔９ｅ１を有している。通気孔９ｅ１は、本実施形態では３個設けられており、アウター側シール部材７の中心Ｏに対して１２０度回転させると重なる位置に配置されている。通気孔９ｅ１の周方向の両端部は、当該中心に対して１０°のなす角となる位置まで延びている。
また、シール部材における通気孔の円周方向の開口幅は、通気性及びシール性能の観点から、通気孔個数をＮ，通気孔１つあたりの中心Ｏに対する開口角度θ［°］としたときに、円周方向の通気孔の開口総角度はＮθで求められる。このＮθは、５≦Ｎθ≦３５５の関係を満たすことが好ましい。例えば、第一実施形態の車輪用軸受装置１では、Ｎθが２×３０＝６０°となり、第二実施形態の車輪用軸受装置１Ａでは、Ｎθが３×１０＝３０°となり、Ｎθの条件を満たしている。

通気孔９ｅ１は、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｂとの間で通気可能な貫通孔である。通気孔９ｅ１は、断面視おいて内側アキシアルリップ９ｂと外側アキシアルリップ９ｃの間に配置され、アウター側に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材９を貫通している。通気孔９ｅ１は、内側アキシアルリップ９ｂ、外側アキシアルリップ９ｃ及びハブ輪３のリップ摺動面３ｅにより区画される空間Ｂに連通している。通気孔９ｅ１は、空間Ｂ側（アウター側）に向かうにつれて最も狭くなる部分であるシール開口部９ｈ１を有している。シール開口部９ｈ１の周囲には、シール密閉空間Ｂの気圧の状態に応じてシール開口部９ｈ１を通る通気を制御する通気弁９ｊ１が設けられている。

通気弁９ｊ１は、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｂに生じる正圧及び負圧により通気孔９ｅ１の空間Ｂ側のシール開口部９ｈ１を開閉する。通気弁９ｊ１は、空間Ｂ側（アウター側）に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｂの気圧の変化に応じてシール開口部９ｈ１の間隙Ｗ（通気孔９ｅ１の空間Ｂ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。通気弁９ｊ１の厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ９ａ、内側アキシアルリップ９ｂ及び外側アキシアルリップ９ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。
なお、通気弁９ｊ１の間隙Ｗの条件は、先端部の空間Ｂ内における可動域を考慮して、０≦Ｗ≦０．１ｄ_０［ｍｍ］（ｄ_０はアウター側シール部材７の嵌合部となる芯金８の嵌合外径、図６（ｂ）参照）を満たすことが好ましい。

インナー側シール部材６の弾性部材１１の円周上に沿って複数（本実施形態では３個）の円弧状の通気孔１１ｅ１が設けられている。通気孔１１ｅ１は、インナー側シール部材６の中心に対して１２０度回転させると重なる位置に配置されている（図示せず）。通気孔１１ｅ１の周方向の両端部は、当該中心に対して１０°のなす角となる位置まで延びている。

通気孔１１ｅ１は、軸受内部空間Ａとシール密閉空間Ｄとの間で通気可能な貫通孔である。通気孔１１ｅ１は、断面視おいて内側アキシアルリップ１１ｂと外側アキシアルリップ１１ｃの間に配置され、インナー側に向かうに従って径方向内側に傾斜するように弾性部材１１を貫通している。通気孔１１ｅ１は、内側アキシアルリップ１１ｂ、外側アキシアルリップ１１ｃ及びスリンガ１２のリップ摺動面１２ａにより区画される空間Ｄに連通している。通気孔１１ｅ１は、空間Ｄ側（インナー側）に向かうにつれて最も狭くなるシール開口部１１ｈ１を有している。シール開口部１１ｈ１の周囲には、シール密閉空間Ｄの気圧の状態に応じてシール開口部１１ｈ１を通る通気を制御する通気弁１１ｊ１が設けられている。

通気弁１１ｊ１は、外輪２の大気通気部により軸受内部空間Ａを大気圧に保持した状態においてシール密閉空間Ｄに生じる正圧及び負圧により外側通気孔１１ｅ１の空間Ｄ側のシール開口部１１ｈ１を開閉する。通気弁１１ｊ１は、アウター側に向かって突出する肉厚の唇形状であって空間Ｄの気圧の変化に応じてシール開口部１１ｈ１の間隙Ｗ（通気孔１１ｅ１の空間Ｄ近傍における最も狭い間隙部分）が変化する不完全接触状態となっている。通気弁１１ｊ１の厚み寸法は、断面視においてラジアルリップ１１ａ、内側アキシアルリップ１１ｂ及び外側アキシアルリップ１１ｃのそれぞれのリップの先端部の厚さ寸法に比べて薄くなっている。
なお、通気弁１１ｊ１の間隙Ｗの条件は、先端部の空間Ｄ内における可動域を考慮して、０≦Ｗ≦０．１ｄ_０［ｍｍ］（ｄ_０はインナー側シール部材６の嵌合部となる芯金１０の嵌合外径）を満たすことが好ましい。

また、第二実施形態である車輪用軸受装置１Ａにおいて、通気弁９ｊ１の先端形状を適宜変形してもよい。例えば、図７（ｂ）に示す通気弁９ｊ２のように、空間Ｂ側（アウター側）に向かって突出する薄肉のくちばし形状であって空間Ｂの気圧の変化に応じてシール開口部９ｈ１の間隙Ｗが変化する不完全接触状態となっている構成でもよい。
なお、通気弁９ｊ２の間隙Ｗの条件は、先端部の空間Ｂ内における可動域を考慮して、０≦Ｗ≦０．１ｄ_０［ｍｍ］（ｄ_０はアウター側シール部材７の嵌合部となる芯金８の嵌合外径）を満たすことが好ましい。

また、車輪用軸受装置１Ａにおいて、例えば、図８（ｂ）に示す通気弁９ｊ３のように、空間Ｂ側（アウター側）に向かって突出する薄肉のくちばし形状であって、先端が細く反り返っており、シール開口部９ｈ１の間隙Ｗが０ｍｍ（完全接触状態）となるように構成してもよい。このように第二実施形態の車輪用軸受装置１Ａを構成することで、車輪用軸受装置１Ａは、第一実施形態の車輪用軸受装置１と同様の効果を奏することができる。

また、第一実施形態の車輪用軸受装置１では、空間Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対応する通気孔及び通気弁を設ける構成としているが、例えば空間Ｂ，Ｄのみに対応する通気孔及び通気弁を設ける構成、もしくは空間Ｃ，Ｅのみに対応する通気孔及び通気弁を設ける構成としてもよく、既存のシール部材の構造に応じて適宜通気孔及び通気弁の位置や数を変更してもよい。

以上、本実施形態に係る車輪用軸受装置１・１Ａは、ハブ輪３の外周に転動体５の内側軌道面３ｄが直接形成されている第３世代構造の車輪用軸受装置として説明したがこれに限定されるものではなく、例えば、ハブ輪３に一対の内輪４が圧入固定された内輪回転の第２世代構造であってもよい。また、上述の実施形態は、本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 車輪用軸受装置
２ 外輪
２ａ 外側軌道面
３ ハブ輪
３ａ 小径段部
３ｂ 車輪取り付けフランジ
４ 内輪
４ａ 内側軌道面
５ 転動体
６ インナー側シール部材
７ アウター側シール部材
８，１０ 芯金（嵌合部）
２１ 外輪通気孔（大気通気部）
２２ フィルタ（大気通気部）
２３ 通気管（大気通気部）
Ａ 軸受内部空間
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ シール密閉空間

Claims (4)

1. 内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、
   外周に軸方向に延びる小径段部、および前記小径段部よりもアウター側に配置される車輪取り付けフランジを有するハブ輪、ならびにこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面を有する内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材のそれぞれの軌道面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
   前記外方部材と前記内方部材とによって形成された環状空間の開口端を塞ぐシール部材と、を備える車輪用軸受装置であって、
   前記環状空間と前記シール部材により区画される軸受内部空間を有し、
   前記外方部材は、前記軸受内部空間に大気を通気可能な大気通気部を有し、
   前記シール部材は、
   前記外方部材と前記内方部材の一方に設けられ、前記外方部材と前記内方部材の他方に設けられる摺動面に摺動可能に接触する複数のシールリップと、
   前記複数のシールリップと前記摺動面とで区画されるシール密閉空間と、
   前記軸受内部空間と前記シール密閉空間との間で通気可能な通気孔と、
   前記大気通気部により前記軸受内部空間を大気圧に保持した状態において前記シール密閉空間に生じる正圧及び負圧により前記通気孔を開閉する通気弁と、を有する、車輪用軸受装置。
2. 前記通気弁の開口部の間隙をＷ、
   前記外方部材に嵌合される前記シール部材の嵌合部の外径をｄ_０とした場合に、
   ０≦Ｗ≦０．１ｄ_０の関係を満たす、請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 前記通気孔は、前記シール部材の周方向に沿って設けられ、
   前記シール部材の周方向に配置される前記通気孔の個数をＮ、前記通気孔の１個あたりの開口角度θ［°］をとした場合に、
   ５≦Ｎθ≦３５５の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記通気弁の先端は、前記シール密閉空間に向けて突出する、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。

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