JP4507734B2

JP4507734B2 - 車輪支持用転がり軸受ユニット

Info

Publication number: JP4507734B2
Application number: JP2004214078A
Authority: JP
Inventors: 雄二中村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: JP2006037978A

Description

この発明は、自動車の車輪を懸架装置に支持する為の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進入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有する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。

自動車の車輪は、例えば図３に示す様な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する。この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とをナット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により保持された状態で転動自在に設けられている。

又、上記ハブ本体７の外端寄り部分で、上記外輪２の外端開口部から突出した部分には、特許請求の範囲に記載したフランジに相当する、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、車輪を構成するホイールを支持固定できる様にしている。

又、上記外輪２の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、これら外輪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の外端開口部を塞いでいる。又、上記外輪２の内端開口部をカバー１６で塞ぐ事により、この内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。

尚、図示の例では、上記各転動体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場合もある。又、図示の例では、軸方向外側の内輪軌道１０をハブ本体７の外周面に直接形成しているが、軸方向外側の内輪軌道に関しても、軸方向内側の内輪軌道と同様に、ハブ本体と別体の内輪の外周面に形成する場合もある。又、ハブ本体と内輪とを結合固定する為に、図示の様にハブ本体７の内端部にナット９を螺合固定する構造に代えて、ハブ本体の内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部により、このハブ本体に外嵌した内輪の内端面を抑え付ける事もできる。更に、図示の例は、従動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニットである為、ハブ本体７が充実体であるが、駆動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、ハブ本体の中心部にスプライン孔を、このハブ本体を軸方向に貫通する状態で設ける。

何れの構造の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合も、各転動体を設置した内部空間の外端開口部のシールに関しては、外輪の外端部内周面とハブ本体の中間部外周面との間に設けたシールリング１４により図る。これに対して、上記内部空間１５の内端開口部のシールに関しては、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、図示の様なカバー１６或は外輪の内端部内周面と内輪の内端部外周面との間に設置した組み合わせシールリングにより、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、組み合わせシールリングにより、それぞれ図る。

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、上記内部空間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の外端開口側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の内側面に沿って径方向内方に導かれ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、上記内部空間１５の外端開口側に関しては、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合でも、図３に示す様な、相手部材と擦れ合う事のない、非接触式でしかもほぼ完全なシールが可能なシール部材である、カバー１６によるシールは行なえない。

この様な事情に鑑みて従来から、上記内部空間１５の外端開口部をシールする為のシールリングとして、例えば特許文献１〜３に記載されている様に、各種構造のものが考えられている。図４、５は、このうちの特許文献１、２に記載されたシールリング１４ａ、１４ｂを示している。これら各シールリング１４ａ、１４ｂは、それぞれが円輪状に形成された芯金１７ａ、１７ｂとシール材１８ａ、１８ｂとから構成している。このうちの芯金１７ａ、１７ｂは、金属板により造り、外輪２の外端部に内嵌固定している。又、上記シール材１８ａ、１８ｂは、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造り、上記芯金１７ａ、１７ｂに、焼き付け等により結合固定している。又、このシール材１８ａ、１８ｂは、それぞれ３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃを備える。そして、これら各シールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃの先端縁を、回転側フランジ１２の内側面或はハブ３の中間部外周面に、全周に亙って摺接させている。

上述の図４、５に記載された従来構造の場合、雨天時に非舗装路を走行する機会が多い等、使用条件が厳しくなると、必ずしも十分なシール性を発揮できなくなる可能性がある。この理由に就いて、図６を参照しつつ説明する。従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、外輪２の外端面と回転側フランジ１２の内側面との間に存在する隙間２０の、軸方向に関する幅寸法Ｗ₂₀は、これら両面同士が接触しない程度に確保する必要がある。この幅寸法Ｗ₂₀を小さくし過ぎると、運転時に加わるアキシアル荷重或はモーメント荷重により外輪２とハブ３とが相対変位した場合に、上記両面同士が擦れ合う可能性を生じる。この場合の擦れ合いは、金属接触となり、著しい摩擦抵抗を発生するだけでなく、擦れ合い部に著しい摩耗を発生する。又、上記幅寸法Ｗ₂₀を小さくし過ぎると、上記両面が錆びた場合に、これら両面同士が腐食生成物（錆び）により繋がり、上記ハブ３の円滑な回転が損なわれる可能性を生じる。

これらの事、並びに各部の製造誤差を考慮した場合に、上記幅寸法Ｗ₂₀を小さくする事は限度がある。例えば、製造誤差に拘らずこの幅寸法Ｗ₂₀が、上述の様な不都合が生じる可能性がある０．５mm以下にならない様にする事を考慮した場合、上記幅寸法Ｗ₂₀は最大で３mm程度になる場合が考えられる。この幅寸法Ｗ₂₀が３mm程度にもなると、かなり大粒の（例えば粒径が２mm以上の）砂粒等の異物が、上記外輪２の内径側に迄入り込む。この様な大粒の異物が、前記シールリング１４ａ、１４ｂのシールリップ１９ａの先端縁と上記回転側フランジ１２の内側面との摺接部に噛み込まれると、このシールリップ１９ａの先端縁が短期間のうちに損傷し、上記シールリング１４ａ、１４ｂによるシール性能が損なわれる。

一方、特許文献３には、転がり軸受ユニットの内部空間の端部開口を塞ぐ組み合わせシールリングを構成する芯金の一部を径方向外方に延長し、この延長部分に支持したシールリップを相手部材の表面に摺接させる、シール装置に関する発明が記載されている。この様な特許文献３に記載された構造によれば、異物が上記組み合わせシールリングの擦れ合い部に達する事を防止して、この組み合わせシールリングによるシール性能を、長期間に亙って良好に維持できる。但し、上記特許文献３に記載された構造の場合には、必要とするシール性能を確保する為の組み合わせシールリングに加えて、更に接触式のシールリップを付加しているので、シール装置を設置した部分の摩擦抵抗が大きくなり、このシール装置を組み込んだ車輪支持用転がり軸受ユニットの回転抵抗が大きくなる。近年、自動車の走行性能、燃費性能に関する要求が厳しくなっており、この回転抵抗が大きくなる事は好ましくない。

実開平７−３４２２４号公報特開平９−２８７６１９号公報米国特許第５８１３６７５号明細書

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、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進入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有する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。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前述した従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットと同様に、外輪と、ハブと、複数個の転動体と、フランジと、シールリングとを備える。
このうちの外輪は、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。
又、上記ハブは、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設けられ、上記外輪と同心に配置されている。
又、上記各転動体は、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
又、上記フランジは、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もので、上記ハブに対し車輪を支持固定する為のものである。
更に、上記シールリングは、上記外輪の外端部に支持固定されている。

特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記シールリングを構成する弾性材製のシール材は、４本のシールリップを備えている。
そして、このうちで最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップを除く３本のシールリップは、上記ハブの外周面若しくは上記フランジの内側面に、それぞれ全周に亙り摺接している。
一方、上記最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップは、上記外輪の外端部内周面よりも径方向外方に延出したものであって、この１本のシールリップの先端縁が、上記外輪の外周面よりも径方向外方に突出しており、この先端縁は外方に折れ曲がっていて上記フランジの内側面に向けて突出すると共に、この突出した部分の全体が上記外輪の外端部内周面よりも径方向外方に存在している。そして、この突出した部分の先端縁が上記フランジの内側面に全周に亙り近接対向して、これら先端縁と内側面との間にラビリンスシールを設けている。

上述の様に構成する本発明の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進入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有する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、最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップの先端縁とフランジの内側面との間にラビリンスシールを、このラビリンスシール全体が外輪の内周面よりも径方向外方に位置する状態で設けているので、砂粒等の大きな異物が上記ラビリンスシールにより遮られて、残り３本のシールリップを設置した、外輪よりも内径側に入り込む事がなくなる。この為、これら３本のシールリップ（特にこれら３本のシールリップのうちで最も外径側のシールリップ）の先端縁とハブの外周面若しくは上記フランジの内側面との摺接部に上記異物が噛み込まれる事がなくなり、上記３本のシールリップの先端縁の損傷を防止して、これら３本のシールリップによるシール性能を長期間に亙って良好に保てる。

又、上記１本のシールリップは弾性材製であり、仮に上記フランジの内側面と擦れ合っても、擦れ合い部で生じる摩擦は限られたものに留まる。従って、外輪とハブとの間に大きなアキシアル荷重やモーメント荷重が加わって、これら外輪とハブとが相対変位した場合を考慮しても、上記１本のシールリップの先端縁と上記フランジの内側面とを十分に近接させる事ができる。この為、これら先端縁と内側面との間に設けられるラビリンスシールの性能を十分に良好にできる。又、上記１本のシールリップの先端縁と上記フランジの内側面とを十分に近接させた場合でも、これら先端縁と内側面とは、上記アキシアル荷重やモーメント荷重が加わった場合以外、非接触状態に保たれるので、上記ハブの回転抵抗が大きくなる事はない。
更に、最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップの先端縁を、外輪の外周面よりも径方向外方に突出させると共に、この先端縁を外方に折れ曲がった形状としているので、仮に上記１本のシールリップの先端縁とフランジの内側面とが擦れ合う傾向になっても、このシールリップの外径寄り部分の弾性変形に基づいて上記先端縁が、上記内側面から退避する傾向になる。この結果、これら先端縁と内側面との擦れ合い部の面圧の上昇を抑えて、この擦れ合い部で生じる摩擦抵抗が過度に上昇する事を防止できる。又、上記外輪の外端面全体が上記シールリップにより覆われる為、この外端面と上記フランジの内側面とが錆びにより繋がる事がなくなる。

本発明を実施する場合に好ましくは、最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップの先端縁とフランジの内側面との間に存在する隙間の幅を、０mmよりも大きく２mm以下とする。
上記隙間の幅をこの程度に規制すれば、残り３本のシールリップ（特にこれら３本のシールリップのうちで最も外径側のシールリップ）の先端縁とハブの外周面若しくはフランジの内側面との摺接部に、これら各シールリップの先端縁を短期間のうちに損傷する程大きな異物が達する事を有効に防止できる。

図１は、本発明に関する参考例の１例を示している。尚、本参考例の特徴は、シールリング１４ｃを構成するシール材１８ｃに、接触式シールを構成する３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃに加えて、非接触式のラビリンスシールを構成する１本のシールリップ２１を設けた点にある。車輪支持用転がり軸受ユニットの構成を含め、この１本のシールリップ２１以外の構成及び作用に就いては、先に述べた従来構造の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

本参考例の場合には、上記シール材１８ｃを、全周に亙って径方向外方に延出する事により、断面Ｌ字形で全体が円輪状の、上記シールリップ２１としている。このシールリップ２１は、外輪２の外端面の径方向内端部乃至中間部を覆う円輪部２２と、この円輪部２２の外周縁から外方に折れ曲がった、短円筒状の折れ曲がり部２３とを備える。この折れ曲がり部２３の軸方向寸法は、全周に亙って同じとしている。そして、この折れ曲がり部２３の先端縁（外端縁）を、ハブ３の外周面に形成した回転側フランジ１２の内側面内径寄り部分に、全周に亙って近接対向させている。即ち、上記折れ曲がり部２３の先端縁をこの回転側フランジ１２の内側面内径寄り部分に、幅寸法Ｗ_20a が０mmよりも大きく２mm以下（０mm＜Ｗ_20a ≦２mm）の隙間２０ａを介して対向させる事により、当該部分にラビリンスシールを構成している。

上述の様に構成する本参考例の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、上記シールリング１４ｃによるシール性能を向上させて、転動体４、４を設置した内部空間１５（図３参照）への異物進入防止効果を良好にし、優れた耐久性を有する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、最も外径寄り部分に設けられた、上記１本のシールリップ２１の先端縁と、上記回転側フランジ１２の内側面内径寄り部分との間に、上記微小な隙間２０ａによるラビリンスシールを設けているので、砂粒等の大きな異物がこのラビリンスシールにより遮られて、前記残り３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃを設置した、上記外輪２の内周面よりも内径側に入り込む事がなくなる。この為、これら３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、特にこれら３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃのうちで最も外径側のシールリップ１９ａの先端縁と、上記回転側フランジ１２の内側面との摺接部に、上記異物が噛み込まれる事がなくなる。この結果、上記３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃの先端縁の損傷を防止して、これら３本のシールリップ１９ａ、１９ｂ、１９ｃによるシール性能を長期間に亙って良好に保てる。

又、上記１本のシールリップ２１はゴムの如きエラストマー等の弾性材製であり、仮にこのシールリップ２１の先端縁と上記回転側フランジ１２の内側面とが擦れ合っても、擦れ合い部で生じる摩擦は限られたものに留まる。従って、上記シールリップ２１の先端縁と上記回転側フランジ１２の内側面との擦れ合いを確実に防止する様な考慮は不要である。この為、上記外輪２と前記ハブ３との間に大きなアキシアル荷重やモーメント荷重が加わって、これら外輪２とハブ３とが相対変位した場合を考慮しても、上記１本のシールリップ２１の先端縁と上記回転側フランジ１２の内側面とを十分に近接させる事ができて、これら先端縁と内側面との間に設けられるラビリンスシールの性能を十分に良好にできる。又、上記１本のシールリップ２１の先端縁と上記回転側フランジ１２の内側面とを十分に近接させた場合でも、これら先端縁と内側面とは、上記アキシアル荷重やモーメント荷重が加わった場合以外、非接触状態に保たれるので、上記ハブの回転抵抗が大きくなる事はない。

図２は、本発明の実施例を示している。本実施例の場合には、シールリング１４ｄを構成するシール材１８ｄの最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップ２１ａの先端縁を、外輪２の外周面よりも径方向外方に突出させている。この為に本実施例の場合には、上記シールリップ２１ａを構成する円輪部２２ａの径方向に関する幅を、上述した参考例の場合よりも大きくしている。そして、この円輪部２２ａの外径側端部で上記外輪２の外周面よりも径方向外方に突出した部分に、外方に折れ曲がった折れ曲がり部２３を形成している。

本実施例の場合には、この様に、この折れ曲がり部２３を上記外輪２の外周面よりも径方向外方に位置させる事により、この折れ曲がり部２３の先端縁と回転側フランジ１２の内側面内径寄り部分とが擦れ合った場合にも、この擦れ合い部に大きな摩擦力が作用しない様にしている。即ち、本実施例の場合には、仮に上記１本のシールリップ２１ａの先端縁と回転側フランジ１２の内側面とが擦れ合う傾向になっても、このシールリップ２１ａの外径寄り部分の弾性変形に基づいて上記先端縁が、上記内側面から退避する傾向になる。この結果、これら先端縁と内側面との擦れ合い部の面圧の上昇を抑えて、この擦れ合い部で生じる摩擦抵抗が過度に上昇する事を防止できる。又、上記外輪２の外端面全体が上記シールリップ２１ａにより覆われる為、この外端面と上記回転側フランジ１２の内側面とが錆びにより繋がる事がなくなる。
その他の部分の構成及び作用に就いては、隙間２０ａの適正寸法を含めて、前述した参考例と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明に関する参考例の１例を示す、図３のＡ部に相当する拡大断面図。本発明の実施例を示す、図１と同様の図。本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。従来構造の第１例を示す、図３のＡ部に相当する拡大断面図。同第２例を示す、図４と同様の図。従来構造の問題を説明する為の、図４と同様の図。

符号の説明

１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ナット
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、１４ｃ、１４ｄシールリング
１５内部空間
１６カバー
１７ａ、１７ｂ芯金
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄシール材
１９ａ、１９ｂ、１９ｃシールリップ
２０、２０ａ隙間
２１、２１ａシールリップ
２２、２２ａ円輪部
２３折れ曲がり部

Claims

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、外周面のうちでこの外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を設けられ、この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、この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、上記外輪の外端部に支持固定されたシールリングとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、このシールリングを構成する弾性材製のシール材は４本のシールリップを備えており、このうちで最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップを除く３本のシールリップは、上記ハブの外周面若しくは上記フランジの内側面に、それぞれ全周に亙り摺接しており、上記最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップは、上記外輪の外端部内周面よりも径方向外方に延出したものであって、この１本のシールリップの先端縁が、上記外輪の外周面よりも径方向外方に突出しており、この先端縁は外方に折れ曲がっていて上記フランジの内側面に向けて突出すると共に、この突出した部分の全体が上記外輪の外端部内周面よりも径方向外方に存在しており、この突出した部分の先端縁が上記フランジの内側面に全周に亙り近接対向して、これら先端縁と内側面との間にラビリンスシールを設けている事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップが、外輪の外端面の少なくとも径方向内端部乃至中間部を覆う円輪部と、この円輪部の外周縁から外方に折れ曲がった、短円筒状の折れ曲がり部とを備えるものである、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
シールリングを構成する弾性材が芯金により補強されており、最も外径寄り部分に設けられた１本のシールリップの内部にこの芯金が存在しない、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。