JP4654779B2 - シール部材及びシール部材付き転がり軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、シール部材及びシール部材付き転がり軸受ユニットに関するものであり、特に、自動車等の車輪を支持するのに好適なシール部材付き転がり軸受ユニットに関する。

従来、この種のシール部材付き転がり軸受ユニットとしては、例えば、図７に示すようなシール部材付き転がり軸受ユニット１００が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のシール部材付き転がり軸受ユニット１００は、図７に示すように、外輪１０２と、内輪に相当するハブ１０３と、複数個の転動体１０４，１０４とからなる。このうちのハブ１０３は、ハブ本体１０５と内輪素子１０６とを組み合わせてなる。また、各転動体１０４，１０４は、外輪１０２の内周面に形成した複列の外輪軌道面１０２ａ，１０２ａと、ハブ１０３の外周面に形成した内輪軌道面１０３ａ，１０３ａとの間に、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。そして、車両の懸架装置に車輪を回転自在に支持する際には、外輪１０２を懸架装置を構成するナックル１０７に固定すると共に、ハブ本体１０５に設けた取付フランジ１０８に車輪を固定する。

また、シール部材付き転がり軸受ユニット１００は、外輪１０２のインボード側端部と内輪素子１０６との間、及び外輪１０２のアウトボード側端部とハブ本体１０５との間に、シール部材１０９，１１０をそれぞれ設けている。これにより、転がり軸受ユニット１００内に封入したグリースが外部に漏洩することを防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が転がり軸受ユニット１００内に浸入することを防止している。

シール部材１０９は、図８に示すように、外輪１０２のインボード側端部の内周面に嵌合される芯金１１１と、内輪素子１０６の外周面に嵌合されるスリンガ１１２と、芯金１１１に接着等により固定され、スリンガ１１２に摺接するシールリップ１１３と、を備えている。シールリップ１１３は、図示の例では、スリンガ１１２に対して軸方向に摺接するアキシアルリップ１１４と、径方向に摺接するラジアルリップ１１５と、を有している。

シール部材１１０は、図７に示すように、外輪１０２のアウトボード側端部の内周面に嵌合される芯金１１６と、芯金１１６に接着等により固定され、ハブ本体１０５の外周面に摺接するシールリップ１１７と、を備えている。

特開２００４−６８８４４号公報（第２−５頁、第２７，２８図）

ところで、一般的に、シール部材により転がり軸受ユニットの密封性を確保するためには、シールリップとシールリップ相手部材（スリンガ１１２、ハブ本体１０５）とのしめしろを大きくしたほうが効果的であるが、その反面、トルクが大きくなるので、従来においては、密封性を確保すると共に、低トルク化を図るために、しめしろの最適化を図っていた。

しかしながら、シール部材付き転がり軸受ユニット１００では、しめしろの最適化は図られているものの、トルク変動（バラツキ）の面が考慮されておらず、シールリップ１１３とスリンガ１１２とのしめしろが寸法公差（組み付け誤差）の範囲内で変化するため、トルク変動が発生してしまう。つまり、シール部材の低トルク化も重要であるが、トルク変動を抑制することも重要な要素となる。

また、シールリップ１１３とスリンガ１１２とのしめしろが不適切になるのは、車両の走行時における各部の弾性変形によっても生じる。即ち、車両の旋回時に車輪を構成するタイヤの接地面から取り付けフランジ１０８を介してハブ１０３に加わるモーメントＭ（図７参照）に基づく転がり軸受ユニット１００の構成各部材の弾性変形により、ハブ１０３の中心軸が中立状態から角度λ分だけ変位して、図８に示すように、シールリップ１１３とスリンガ１１２との摺接状態が円周方向に関して不均一になるみそすり運動（軸方向及び径方向への運動）が発生する。これにより、しめしろが変化するため、トルク変動が発生してしまう。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、シールリップとシールリップ相手部材とのしめしろが変化したとしても、密封性を確保することができ、トルク変動を抑制することができるシール部材及びシール部材付き転がり軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） １又は複数のシールリップと、前記シールリップの少なくとも１つが摺接するシールリップ相手部材と、を備えるシール部材であって、前記シールリップ相手部材はスリンガであり、前記スリンガに軸方向外側に傾斜する斜部を設け、前記シールリップの少なくとも１つは径方向外方に向けて斜めに立ち上がるように形成されるアキシアルリップであり、前記斜部に前記アキシアルリップの先端を摺接させ、且つ前記アキシアルリップの根元から立ち上がる部分と軸とのなす角度である立ち上がり角度は、前記斜部と軸とのなす角度である傾斜角度よりも大きく、前記斜部は、軸方向で前記スリンガを前記アキシアルリップとのしめしろが増大する方向に移動させることで描かれる前記アキシアルリップの先端と前記斜部との接触点の円弧状の軌跡で、設定した接触点での接線に対して９０°±１５°となるように設定されることを特徴とするシール部材。
（２） 少なくとも一つの軌道面が形成される静止輪と、少なくとも一つの軌道面が形成される回転輪と、静止輪及び回転輪の両軌道面の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備え、静止輪及び回転輪の軸方向端部に（１）に記載のシール部材を設けることを特徴とするシール部材付き転がり軸受ユニット。

本発明のシール部材及びシール部材付き転がり軸受ユニットによれば、シールリップ相手部材はスリンガであり、スリンガに軸方向外側に傾斜する斜部を設け、斜部にシールリップの先端を摺接させるため、シールリップとシールリップ相手部材とのしめしろが変化したとしても、密封性を確保することができ、トルク変動を抑制することができる。

以下、本発明に係るシール部材及びシール部材付き転がり軸受ユニットの一実施形態を説明するために、シール部材付き転がり軸受ユニットについて、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るシール部材付き転がり軸受ユニットの一実施形態を説明するための断面図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図２のシール部材を説明するための要部拡大図、図４は本発明例及び従来例におけるしめしろとトルク比との関係を示すグラフ図、図５はシール部材の第１変形例を説明するための断面図、図６はシール部材の第２変形例を説明するための断面図である。

本実施形態のシール部材付き転がり軸受ユニット１は、図１に示すように、静止輪である外輪２と、回転輪であるハブ輪３及び内輪４と、複数の転動体である玉５と、玉５を円周方向に等間隔に保持する一対の保持器６，６と、を備えている。なお、図中７は、外輪２のインボード側端部に外嵌固定されるハブキャップである。

外輪２は、懸架装置を構成するナックル８に形成される保持孔８ａに内嵌され、外輪２の外周面に設けられる懸架用フランジ９をナックル８にボルト締結することによって、ナックル８に結合固定される。また、外輪２の内周面には、２列の外輪軌道面２ａ，２ａが形成され、一方、ハブ輪３及び内輪４の外周面には、外輪２の外輪軌道面２ａ，２ａに対応する１列の内輪軌道面３ａ，４ａがそれぞれ形成されており、これら両軌道面２ａ，２ａ，３ａ，４ａの間に玉５が転動自在に配置されている。

ハブ輪３のインボード側端部には、小径段部３ｂが形成されており、内輪４は、この小径段部３ｂに外嵌され、ハブ輪３のインボード側端部を径方向外方に加締め広げた加締め部３ｃによって、ハブ輪３に結合固定される。また、加締め部３ｃによって内輪４を押圧することで、適正な与圧が付与されている。

また、ハブ輪３は、そのアウトボード側端部の外周面に径方向外方に延びるフランジ３ｄを有しており、このフランジ３ｄには、不図示のホイール及びブレーキロータ等を締結するためのハブボルト１０が周方向に略等間隔で複数植設されている。

そして、外輪２のアウトボード側端部とハブ輪３との間には、シール部材１１が設けられ、外輪２のインボード側端部と内輪４との間には、シール部材１２が設けられる。これにより、転がり軸受ユニット１の軸受空間の軸方向両端部をシールして、封入したグリースが外部に漏洩することを防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が軸受空間内に浸入することを防止している。

シール部材１１は、外輪２のアウトボード側端部の内周面に嵌合される芯金１３と、この芯金１３に接着固定されてハブ輪３のフランジ３ｄの内側面（図１の右側面）と摺接するシールリップ１４と、を備えている。

シール部材１２は、図２に示すように、外輪２のインボード側端部の内周面に嵌合される芯金１５と、内輪４のインボード側端部の外周面に嵌合されるスリンガ１６（シールリップ相手部材）と、芯金１５に接着固定されてスリンガ１６と摺接するシールリップ１７と、を備えている。

芯金１５は、外輪２の内周面に内嵌固定される円筒部１５ａと、この円筒部１５ａの軸方向内端縁（図２の左端縁）から径方向内方に延びる環状のフランジ部１５ｂと、を有して、断面略Ｌ字状に形成される。

スリンガ１６は、内輪４の外周面に外嵌固定される円筒部１６ａと、この円筒部１６ａの軸方向外端縁（図２の右側縁）から径方向外方に延びる内側円環部１６ｂと、内側円環部１６ｂの外周縁部から軸方向外方及び径方向外方に向けて斜めに延びる斜部１６ｃと、斜部１６ｃの外周縁部から径方向外方に延びる外側円環部１６ｄと、を有している。また、スリンガ１６の外側面、即ち、内側円環部１６ｂ、斜部１６ｃ及び外側円環部１６ｄの軸方向外側面（図２の右側面）には、例えば、車両のＡＢＳ用のセンサ等として使用される磁気エンコーダ１８が接着等により固定されている。

シールリップ１７は、ゴム材料によって形成され、芯金１５の円筒部１５ａ及びフランジ部１５ｂに接着固定される。また、シールリップ１７は、スリンガ１６の斜部１６ｃに対して軸方向に摺接するアキシアルリップ１７ａと、スリンガ１６の円筒部１６ａの外周面に対して径方向に摺接するラジアルリップ１７ｂと、スリンガ１６の円筒部１６ａの外周面との間にラビリンスシール１９を形成する内側リップ１７ｃと、を有している。

斜部１６ｃは、スリンガ１６をアキシアルリップ１７ａとのしめしろが増大する方向（図２の左方向）に移動させることで描かれるアキシアルリップ１７ａの先端と斜部１６ｃとの接触点の円弧状の軌跡Ｓにおいて、設定した接触点での接線Ｔに対して９０°の角度となるように設定される。

このように構成されるシール部材１２では、図２に示すように、スリンガ１６とシールリップ１７とをパッキングする際に、スリンガ１６が軸方向動き量（しめしろ）δ分だけ移動する。この時、シールリップ１７のアキシアルリップ１７ａの先端は、スリンガ１６の斜部１６ｃに接触し、押圧されて、支点Ｘを中心にして、破線から実線へと円弧を描くように移動する。

図２の状態をさらに詳述すると、図３に示すように、スリンガ１６に接触する前のアキシアルリップ１７ａの先端位置はＱ’点にある。そして、スリンガ１６を軸方向動き量δだけ押し込んでいくと、アキシアルリップ１７ａの先端位置はＱ’点からＰ’点へと移動する。

ここで、従来の平面状のスリンガ（Ａ−Ａ線）を使用した場合を説明すると、スリンガを軸方向動き量δだけ押し込んでいくと、アキシアルリップ１７ａの先端位置は、Ｑ’点からＰ’’点まで移動する。シールリップ１７の長さに対して軸方向動き量δは十分に小さいので、アキシアルリップ１７ａの先端が描く円弧状の軌跡（曲線）は、線分ＰＱとして近似できる。

そして、平面状スリンガを使用した場合のアキシアルリップ１７ａの先端移動量ＰＱは、ＰＱ＝Ｏ’Ｑ／ｓｉｎθとなり、本実施形態のスリンガ１６を使用した場合のアキシアルリップ１７ａの先端移動量はＰ’Ｑは、Ｐ’Ｑ＝Ｏ’Ｑ・ｓｉｎθとなる。従って、Ｐ’Ｑ＝ＰＱ・ｓｉｎ^２θとなる。即ち、本実施形態のスリンガ１６の方が、従来の平面状のスリンガよりもアキシアルリップ１７ａの先端移動量がｓｉｎ^２θ分だけ小さくなる。

これにより、組み付け誤差やみそすり運動等によって、シールリップ１７とスリンガ１６とのしめしろが変化したとしても、アキシアルリップ１７ａの先端移動量を小さくすることができるので、アキシアルリップ１７ａに与えるしめしろの変化の影響を最低限に抑えることができる。この結果、転がり軸受ユニット１の密封性を確保することができ、トルク変動（ばらつき）を抑制することができる。

また、本実施形態では、アキシアルリップ１７ａの根元にくびれを設け、先端に向かうに従って肉厚が漸増するようにアキシアルリップ１７ａを形成している。これは、アキシアルリップ１７ａの変形を根元に設けたくびれにある程度集中させることによって、しめしろの変化がアキシアルリップ１７ａに与える影響を低減するためである。なお、本実施形態では、アキシアルリップ１７ａの根元にくびれを設けているが、アキシアルリップ１７ａの形状は、本発明を達成できるものであれば任意であり、特に限定されない。

また、一般的に、設計上のしめしろは、シール部材１２の作製精度や、組み付け誤差及びみそすり運動によるしめしろの変化等を考慮して、ある程度の範囲をもっている。この範囲を考慮すると、本実施形態のスリンガ１６の斜部１６ｃに対して±１５°の許容範囲を設けることができる。即ち、本実施形態の接線Ｔに対して９０°±１５°の角度となるように斜部１６ｃを設定することができ、この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

図４は、本発明例及び従来例におけるしめしろとトルク比との関係を示すグラフ図である。このグラフ図は、しめしろが公差中央時のトルクを１とした場合の公差上限時と公差下限時とのトルク比を示している。

図４から明らかなように、本実施例がトルク比０．８〜１．１６の範囲でトルク変動しているのに対して、従来例はトルク比０．６２〜１．２８の範囲でトルク変動していることから、本実施例の方が、従来例よりもトルク値が安定しており、トルク変動が抑制されているのがわかった。

従って、本実施形態のシール部材付き転がり軸受ユニット１によれば、スリンガ１６に軸方向外側に傾斜する斜部１６ｃを設け、斜部１６ｃにシールリップ１７のアキシアルリップ１７ａの先端を摺接させるため、シールリップ１７とスリンガ１６とのしめしろが変化したとしても、密封性を確保することができ、トルク変動を抑制することができる。

なお、本実施形態の第１変形例として、シール部材１２は、図５に示すように、内側円環部１６ｂ及び斜部１６ｃの軸方向外側面を外側円環部１６ｄの軸方向外側面と面一になるように形成、即ち、スリンガ１６の軸方向外側面を平面状に形成して、その外側面に磁気エンコーダ１８を接着等により固定するようにしてもよい。

また、本実施形態の第２変形例として、シール部材１２は、図６に示すように、スリンガ１６の軸方向外側面に磁気エンコーダ１８を設けなくてもよい。この場合、外側円環部１６ｄを径方向外方に延ばし、その外周縁部を芯金１５の円筒部１５ａの内周面に近接させて、外側円環部１６ｄと円筒部１５ａとの間にラビリンスシール２０を形成する。

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、アキシアルリップは、その先端が斜部に接触していればよく、その形状は任意であり、特に限定するものではない。
また、本実施形態では、シールリップにアキシアルリップを１つ設ける場合を例示したが、これに限定されず、アキシアルリップを複数個設けて、このアキシアルリップの数に対応する複数の斜部をスリンガに設けてもよい。
また、本実施形態では、転動体として玉を使用しているが、これに限定されず、円筒ころ、円すいころ及び針状ころ等を使用してもよい。
また、本実施形態では、内輪回転の駆動輪用の転がり軸受ユニットに本発明を適用した場合を例示したが、これに代えて、内輪回転の従動輪用の転がり軸受ユニットや、外輪回転の従動輪用及び駆動輪用の転がり軸受ユニットに本発明を適用してもよい。
さらに、本実施形態では、転がり軸受ユニットのシール部材に本発明を適用した場合を例示したが、転がり軸受のシール部材に本発明を適用してもよい。

本発明に係るシール部材付き転がり軸受ユニットの一実施形態を説明するための断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図２のシール部材を説明するための要部拡大図である。 本発明例及び従来例におけるしめしろとトルク比との関係を示すグラフ図である。 シール部材の第１変形例を説明するための断面図である。 シール部材の第２変形例を説明するための断面図である。 従来のシール部材付き転がり軸受ユニットを説明するための断面図である。 図７に示すシール部材付き転がり軸受ユニットに装着されるシール部材を示す一部切欠断面図である。

符号の説明

１ シール部材付き転がり軸受ユニット
２ 外輪（静止輪）
３ ハブ輪（回転輪）
４ 内輪（回転輪）
５ 玉（転動体）
６ 保持器
８ ナックル
１１，１２ シール部材
１５ 芯金
１６ スリンガ（シールリップ相手部材）
１６ａ 円筒部
１６ｂ 内側円環部
１６ｃ 斜部
１６ｄ 外側円環部
１７ シールリップ
１７ａ アキシアルリップ
１７ｂ ラジアルリップ
１７ｃ 内側リップ
１９，２０ ラビリンスリール

Claims (2)

1. １又は複数のシールリップと、前記シールリップの少なくとも１つが摺接するシールリップ相手部材と、を備えるシール部材であって、
   前記シールリップ相手部材はスリンガであり、前記スリンガに軸方向外側に傾斜する斜部を設け、
   前記シールリップの少なくとも１つは径方向外方に向けて斜めに立ち上がるように形成されるアキシアルリップであり、
   前記斜部に前記アキシアルリップの先端を摺接させ、且つ
   前記アキシアルリップの根元から立ち上がる部分と軸とのなす角度である立ち上がり角度は、前記斜部と軸とのなす角度である傾斜角度よりも大きく、
   前記斜部は、軸方向で前記スリンガを、前記アキシアルリップとのしめしろが増大する方向に移動させることで描かれる前記アキシアルリップの先端と前記斜部との接触点の円弧状の軌跡で、設定した接触点での接線に対して９０°±１５°となるように設定されることを特徴とするシール部材。
2. 少なくとも一つの軌道面が形成される静止輪と、少なくとも一つの軌道面が形成される回転輪と、前記静止輪及び前記回転輪の両軌道面の間に転動自在に配置される複数の転動体と、を備え、
   前記静止輪及び前記回転輪の軸方向端部に請求項１記載のシール部材を設けることを特徴とするシール部材付き転がり軸受ユニット。

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