JP2022147599A - 車輪用軸受装置の密封装置及びそれを備える車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リップ間の負圧の発生によるトルクの増大を抑制できる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】弾性部材５５には、２枚のサイドリップ５５１・５５２を含む複数のリップと、２枚のサイドリップ５５１・５５２に対して内板部５４２の反対側から軸方向内側へ突起する突起部５５４と、が形成されている車輪用軸受装置１の密封装置５であって、２枚のサイドリップ５５１・５５２のうち径方向内側のサイドリップ５２２は、外板部５１２に摺接し、２枚のサイドリップ５５１・５５２のうち径方向外側のサイドリップ５５１は、外板部５１２との間にラビリンス５６を形成するとともに、他のリップよりも高剛性に形成されている、とした。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪用軸受装置の密封装置及びそれを備える車輪用軸受装置に関する。

従来より、車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置が知られている（特許文献１参照）。かかる車輪用軸受装置は、車体に外方部材が固定される。また、外方部材の内側に内方部材が配置され、外方部材と内方部材のそれぞれの軌道面間に複列の転動体が介装されている。こうして、車輪用軸受装置は、転がり軸受構造を構成し、内方部材に取り付けられた車輪を回転自在としている。

ところで、このような車輪用軸受装置においては、外方部材と内方部材の間に環状空間が形成されている。車輪用軸受装置は、車両が水路に侵入した場合や悪路を走行する場合に、路面の水や異物が環状空間の内部へ侵入することを防ぐため、環状空間の両側開口端に密封装置を適用する必要がある。密封装置は、年々高性能化されているが、日本国内等の道路環境の整った地域では、更に、現在の耐泥水性を保ちつつ、低トルク化を図ることにより車両の低燃費化を実現する必要がある。

第３世代の車輪用軸受装置のインナー側、及び第１世代及び第２世代の車輪用軸受装置のインナー側及びアウター側には、現在、スリンガとシール板で構成される所謂ハイパックシールを適用することが主流である。かかるハイパックシールは、耐泥水性への寄与が大きい２枚のサイドリップを有することにより、サイドリップ、ラジアルリップ、及びグリースリップで構成される通常の構造の密封装置よりも耐泥水性の向上を図った構造となっている。最近では、特許文献１に記載の密封装置のようにスリンガを軸方向外側に折り曲げることで、外方部材との間にラビリンスを形成させ、更に、耐泥水性を向上させた構造が考えられている。

特開２０１５－１５８２２６号公報

密封装置は、通常、２枚から３枚のリップを有し、重ね合わせられた密封装置のリップ間の空気が抜けるとその内部に負圧が発生する。密封装置は、リップ間の内部に発生した負圧によって、リップが吸盤のように張り付き、理論的に計算されるよりも大きいトルクが発生することがある。上述のハイパックシール（以下、単に密封装置と呼ぶ）においては、リップ間の負圧は、密封装置の輸送時や車輪用軸受装置の組み付け時に密封装置が重ね合わせられる際に発生する。例えば、磁気エンコーダを有する密封装置では、磁力により磁気エンコーダと芯金が張り付かないように、シール板の軸方向内側にゴム部材からなる突起部が形成される場合がある（図６参照）。その場合、密封装置が重ね合わせられた際に、突起部が突出している長さだけスリンガが正規の位置よりも沈み込む（図７参照）。その後、密封装置が車輪用軸受装置に組み付けられ、スリンガとシール板が正規の位置に戻ると、リップ間に負圧が発生し、トルクの増大の要因となることがある。

そこで、本発明においては、リップ間の負圧の発生によるトルクの増大を抑制できる車輪用軸受装置の密封装置及びそれを備える車輪用軸受装置を提供する。

即ち、第一の発明は、車輪用軸受装置の外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の密封に用いられ、スリンガと磁気エンコーダとシール板とを備え、前記スリンガは、前記内方部材に外嵌される外嵌部と、前記外嵌部の軸方向一側端部から径方向外側へ延びる外板部と、を有し、前記磁気エンコーダは、前記外板部に固着され、前記シール板は、前記外方部材に嵌合される芯金と、前記芯金に固着される弾性部材と、を有し、前記芯金は、前記外方部材に内嵌される内嵌部と、前記内嵌部の軸方向他側端部から径方向内側へ延びる内板部と、を有し、前記弾性部材には、２枚のサイドリップを含む複数のリップと、前記２枚のサイドリップに対して前記内板部の反対側から軸方向他側へ突起する突起部と、が形成されている車輪用軸受装置の密封装置であって、前記２枚のサイドリップのうち径方向内側のサイドリップは、前記外板部に摺接し、前記２枚のサイドリップのうち径方向外側のサイドリップは、前記外板部との間にラビリンスを形成するとともに、他のリップよりも高剛性に形成されている、としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、第一の発明によれば、リップの変形に伴う、リップ間の負圧の発生が抑制される。従って、リップ間の負圧の発生によるトルクの増大を抑制できる。

車輪用軸受装置の構造を示す断面図。 第一実施形態に係る密封装置を示す拡大図。 第二実施形態に係る密封装置を示す拡大図。 第二実施形態に係る密封装置を示す拡大図。 第三実施形態に係る密封装置を示す拡大図。 従来の密封装置を示す拡大図。 重ね合わせられた従来の密封装置を示す図。

まず、本発明に係る車輪用軸受装置１について説明する。図１は、車輪用軸受装置１の全体構造を示す断面図である。

車輪用軸受装置１は、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１は、外方部材２、内方部材３、及び転動部材４を備えている。なお、本明細書において、「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。また、回転軸Ａに対して垂直に近づく方向を「径方向内側」とし、回転軸Ａから遠ざかる方向を「径方向外側」とする。更に、「軸方向」とは、内方部材３の回転軸Ａに沿う方向を表す。

外方部材２は、転がり軸受構造の外輪部分を構成するものである。外方部材２のインナー側端部における内周には、嵌合面２ａが形成されている。また、外方部材２のアウター側端部における外周には、嵌合面２ｂが形成されている。更に、外方部材２の軸方向中央部における内周には、二つの外側軌道面２ｃ・２ｄが形成されている。加えて、外方部材２には、径方向外側へ広がる車体取り付けフランジ２ｅが形成されている。車体取り付けフランジ２ｅには、複数のボルト穴２ｆが設けられている。

内方部材３は、転がり軸受構造の内輪部分を構成するものである。内方部材３は、ハブ輪３１と内輪３２で構成されている。

ハブ輪３１は、外方部材２の内側に設けられている。ハブ輪３１のインナー側端部における外周には、軸方向中央部まで小径段部３ａが形成されている。小径段部３ａは、ハブ輪３１の外径が小さくなった部分を指し、その外周が回転軸Ａを中心とする円筒形状となっている。また、ハブ輪３１には、そのインナー側端部からアウター側端部まで貫かれたスプライン穴３ｂが形成されている。更に、ハブ輪３１の軸方向中央部における外周には、外側軌道面２ｄと対向する内側軌道面３ｄが形成されている。加えて、ハブ輪３１には、径方向外側へ広がる車輪取り付けフランジ３ｅが形成されている。車輪取り付けフランジ３ｅには、回転軸Ａを中心に複数のボルト穴３ｆが設けられており、それぞれのボルト穴３ｆにハブボルト３３が圧入されている。

内輪３２は、ハブ輪３１の小径段部３ａに外嵌される。内輪３２のインナー側端部における外周には、嵌合面３ｇが形成されている。また、嵌合面３ｇに隣接する外周には、内側軌道面３ｃが形成されている。内輪３２は、ハブ輪３１の小径段部３ａに外嵌されることにより、ハブ輪３１の外周に外側軌道面２ｃと対向する内側軌道面３ｃを構成する。

転動部材４は、転がり軸受構造の転動部分を構成するものである。インナー側の転動部材４は、複列の転動体４１と一つの保持器４２で構成されている。同様に、アウター側の転動部材４も、複列の転動体４１と一つの保持器４２で構成されている。

転動体４１は、それぞれが保持器４２によって円形にかつ等間隔にならべられている。そして、インナー側の転動部材４を構成している転動体４１は、外方部材２の外側軌道面２ｃと内方部材３（内輪３２）の内側軌道面３ｃの間に転動自在に介装されている。また、アウター側の転動部材４を構成している転動体４１は、外方部材２の外側軌道面２ｄと内方部材３（ハブ輪３１）の内側軌道面３ｄの間に転動自在に介装されている。

保持器４２は、転動体４１を収めるためのポケットが等間隔に形成された円環体となっている。保持器４２は、互いに隣り合う転動体４１と転動体４１の間に球面壁が延びており、二つの球面壁によって一つの転動体４１を挟み込むように保持している。

加えて、本車輪用軸受装置１は、外方部材２と内方部材３（ハブ輪３１及び内輪３２）の間に形成される環状空間Ｓの両側開口端を密封すべく、インナー側の密封装置５とアウター側の密封装置６を備えている。密封装置５は、スリンガ５１と磁気エンコーダ５２とシール板５３を備える。密封装置６は、芯金６１と弾性部材６２を備える。なお、密封装置６は、様々な仕様が存在しており、本明細書に開示された仕様に限定するものではない。

次に、図２を用いて、密封装置５について詳しく説明する。なお、以下の説明において、回転軸Ａに沿って環状空間Ｓから遠ざかる方向を「軸方向外側」とし、回転軸Ａに沿って環状空間Ｓに近づく方向を「軸方向内側」とする。「軸方向外側端部」は、「軸方向一側端部」の一例である。「軸方向内側端部」は、「軸方向他側端部」の一例である。

図２は、密封装置５を示す拡大図である。スリンガ５１は、例えば、鋼板で構成され、所定断面を有する円環体となっている。スリンガ５１には、内方部材３の嵌合面３ｇに外嵌される外嵌部５１１が形成されている。また、スリンガ５１には、外嵌部５１１の軸方向外側端部から径方向外側へ延びる外板部５１２が形成されている。

磁気エンコーダ５２は、外板部５１２の先端を覆うようにして、外板部５１２の軸方向外側に固着されている。磁気エンコーダ５２は、周方向に磁極（Ｎ極・Ｓ極）を配列した弾性部材である。

シール板５３は、芯金５４と弾性部材５５を有する。芯金５４は、例えば、鋼板で構成され、所定断面を有する円環体となっている。芯金５４には、外方部材２の嵌合面２ａに内嵌される内嵌部５４１が形成されている。また、芯金５４には、内嵌部５４１の軸方向内側端部から径方向内側へ延びる内板部５４２が形成されている。弾性部材５５は、例えば、合成ゴムで構成され、内嵌部５４１と内板部５４２に固着されている。

弾性部材５５には、２枚のサイドリップ５５１・５５２を含む複数のリップが形成されている。２枚のサイドリップ５５１・５５２は、径方向外側にサイドリップ５５１が配置され、径方向内側にサイドリップ５２２（以下、中間リップ５５２と呼ぶ）が配置されている。サイドリップ５５１は、その先端が隙間を開けて外板部５１２と対向している。中間リップ５５２は、その先端が対向する外板部５１２に摺接している。更に、弾性部材５５には、１枚のグリースリップ５５３が形成されており、その先端が対向する外嵌部５１１に摺接又は近接している。

弾性部材５５には、サイドリップ５５１及び中間リップ５５２に対して内板部５４２の反対側から軸方向内側へ突起する突起部５５４が形成されている。弾性部材５５は、サイドリップ５５１及び中間リップ５５２に対して内板部５４２の反対側の面を覆っており、その径方向外側端部に突起部５５４が形成されている。弾性部材５５は、密封装置５が重ね合わせられる際に、互いに隣接する上側の密封装置５と下側の密封装置５において、上側の密封装置５の突起部５５４が下側の密封装置５の磁気エンコーダ５２に接触するように構成されている。

次に、図２を用いて、第一実施形態である密封装置５の特徴点とその効果について述べる。

図２に示すように、サイドリップ５５１は、中間リップ５５２及びグリースリップ５５３よりも肉厚が厚く形成され、中間リップ５５２及びグリースリップ５５３よりも高剛性に形成されている。例えば、サイドリップ５５１は、その肉厚の厚みが中間リップ５５２の肉厚の厚みの２倍以上に設定される。また、サイドリップ５５１は、その先端面５５１ａが外板部５１２に対して略平行に形成され、先端面５５１ａと外板部５１２が面で接触するようになっている。また、サイドリップ５５１は、外板部５１２と接触する際のサイドリップ５５１の変形を抑制するため、軸方向に対して略平行に延びるように形成されていることが望ましい。なお、サイドリップ５５１を高剛性に形成するために、従来の密封装置よりも高剛性の材料からなる弾性部材を用いてもよい。

サイドリップ５５１は、その先端と外板部５１２との間にラビリンス５６を形成している。サイドリップ５５１は、ラビリンスリップとして機能し、中間リップ５５２よりも先に泥水等の異物の侵入を抑制する。サイドリップ５５１ではなく中間リップ５５２をラビリンスリップとすると、サイドリップ５５１よりも後にラビリンスリップにより異物の侵入を抑制することとなる。しかし、リップ間に侵入した異物に対しては、ラビリンスリップによる異物の侵入の抑制効果が小さくなると考えられる。従って、サイドリップ５５１をラビリンスリップとした方が、中間リップ５５２をラビリンスリップとするよりもラビリンス５６による耐泥水性が大きくなると考えられる。

サイドリップ５５１は、外板部５１２との間の隙間寸法が突起部５５４の軸方向の長さ（突起部５５４が突出している長さ）よりも短く形成されている。これにより、サイドリップ５５１は、密封装置５が重ね合わせられる際に、外板部５１２にサイドリップ５５１の先端が接触して、沈み込もうとするスリンガ５１を支持する。これにより、互いに隣接する上側の密封装置５と下側の密封装置５において、上側の密封装置５の芯金５４と下側の密封装置５の弾性部材５５とが接触する前にスリンガ５１の沈み込みが停止されるため、従来の密封装置よりもスリンガ５１の沈み込む量を小さくすることができる。

このように、第一実施形態の密封装置５において、密封装置５が重ね合わされてスリンガ５１が沈み込んだ際に、外板部５１２にサイドリップ５５１の先端が接触する。サイドリップ５５１は、スリンガ５１がそれ以上沈み込まないように機能するため、リップの変形が抑制される。従って、リップ間の負圧の発生によるトルクの増大を抑制できる。また、サイドリップ５５１をラビリンスリップとすることで、トルクを抑制した仕様となる。

次に、第二実施形態に係る密封装置５の特徴点とその効果について説明する。図３及び図４は、第二実施形態に係る密封装置５を示す拡大図である。ここでは、第一実施形態に係る密封装置５と比較して異なる部分のみを説明する。

図３に示すように、外板部５１２が軸方向内側に折り曲げられることによって、弾性部材５５との間に複雑化されたラビリンス５６を形成している。外板部５１２は、外嵌部５１１の軸方向外側端部から径方向外側へ延びる外板部５１２が軸方向内側へ折り曲げられた第一折り曲げ部５１２ａを形成している。また、外板部５１２は、第一折り曲げ部５１２ａの軸方向内側端部から径方向外側へ折り曲げられた第二折り曲げ部５１２ｂを形成している。外板部５１２は、第二折り曲げ部５１２ｂの先端を覆うようにして、第一折り曲げ部５１２ａ及び第二折り曲げ部５１２ｂに磁気エンコーダ５２が固着されている。ラビリンス５６は、サイドリップ５５１の先端と第二折り曲げ部５１２ｂとの間、及び内嵌部５４１に固着された弾性部材５５の内周と磁気エンコーダ５２の外周との間に形成されている。

或いは、図４に示すように、外板部５１２は、その径方向外側端部が軸方向内側へ折り曲げられた第三折り曲げ部５１２ｃを形成している。外板部５１２は、第三折り曲げ部５１２ｃの外周を覆うようにして、磁気エンコーダ５２が固着されている。ラビリンス５６は、サイドリップ５５１の先端と外板部５１２との間、及び内嵌部５４１に固着された弾性部材５５の内周と磁気エンコーダ５２の外周との間に形成されている。

このように、第二実施形態に係る密封装置５において、ラビリンス５６が複雑化されている。従って、従来の密封装置と同等の耐泥水性を確保した状態で、トルクの増大を抑制できる。

次に、第三実施形態に係る密封装置５の特徴点とその効果について説明する。図５は、第三実施形態に係る密封装置５を示す図である。ここでも、第一実施形態に係る密封装置５と比較して異なる部分のみを説明する。

外板部５１２は、その径方向外側端部が軸方向外側に折り曲げられることによって、外方部材２との間にラビリンス５６を形成している。外板部５１２は、その径方向外側端部が軸方向外側へ折り曲げられた第四折り曲げ部５１２ｄを形成している。外板部５１２は、第四折り曲げ部５１２ｄの先端を覆うようにして、磁気エンコーダ５２が固着されている。ラビリンス５６は、サイドリップ５５１の先端と外板部５１２との間、第四折り曲げ部５１２ｄの外周と外方部材２の内周との間、及び磁気エンコーダ５２の径方向外側端部と外方部材２の内周との間に形成されている。なお、ラビリンス５６が形成される位置は、外方部材２との間に限定されず、他の周辺部品との間であってもよい。

このように、第三実施形態に係る密封装置５において、ラビリンス５６が複雑化されている。従って、従来の密封装置と同等の耐泥水性を確保した状態で、トルクの増大を抑制できる。

また、発明の対象を、密封装置５から密封装置５を備えた車輪用軸受装置１とすることも考えられる。

即ち、車輪用軸受装置１において、リップの変形に伴う、リップ間の負圧の発生が抑制される。従って、リップ間の負圧の発生によるトルクの増大を抑制できる。

本願における車輪用軸受装置１は、ハブ輪３１の外周に内側軌道面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１として構成されているがこれに限定するものではなく、ハブ輪に一対の内輪が圧入固定された第２世代構造、又は、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又は複列円すいころ軸受からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代構造であってもよい。第１世代構造又は第２世代構造の車輪用軸受装置の場合、インナー側に限らず、アウター側に上述の実施形態に係る密封装置５を採用してもよい。

最後に、本願における発明は、各実施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、種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲に記載の均等の意味及び範囲内のすべての変更を含む。

１ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
３ 内方部材
５ 密封装置
５１ スリンガ
５２ 磁気エンコーダ
５３ シール板
５４ 芯金
５５ 弾性部材
５６ ラビリンス
５１１ 外嵌部
５１２ 外板部
５４１ 内嵌部
５４２ 内板部
５５４ 突起部
５５１ サイドリップ
５５２ 中間リップ（サイドリップ）
５５３ グリースリップ
Ｓ 環状空間

Claims (5)

1. 車輪用軸受装置の外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の密封に用いられ、
   スリンガと磁気エンコーダとシール板とを備え、
   前記スリンガは、前記内方部材に外嵌される外嵌部と、前記外嵌部の軸方向一側端部から径方向外側へ延びる外板部と、を有し、
   前記磁気エンコーダは、前記外板部に固着され、
   前記シール板は、前記外方部材に嵌合される芯金と、前記芯金に固着される弾性部材と、を有し、
   前記芯金は、前記外方部材に内嵌される内嵌部と、前記内嵌部の軸方向他側端部から径方向内側へ延びる内板部と、を有し、
   前記弾性部材には、２枚のサイドリップを含む複数のリップと、前記２枚のサイドリップに対して前記内板部の反対側から軸方向他側へ突起する突起部と、が形成されている車輪用軸受装置の密封装置であって、
   前記２枚のサイドリップのうち径方向内側のサイドリップは、前記外板部に摺接し、
   前記２枚のサイドリップのうち径方向外側のサイドリップは、前記外板部との間にラビリンスを形成するとともに、他のリップよりも高剛性に形成されている、ことを特徴とする車輪用軸受装置の密封装置。
2. 前記２枚のサイドリップのうち径方向外側のサイドリップは、他のリップよりも肉厚が厚く形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記外板部が軸方向他側に折り曲げられることによって、前記外板部及び前記磁気エンコーダと前記弾性部材との間にラビリンスが形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封装置。
4. 前記外板部の径方向外側端部が軸方向一側に折り曲げられることによって、前記外板部及び前記磁気エンコーダと前記外方部材との間にラビリンスが形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の密封装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に係る密封装置を備える車輪用軸受装置。

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