JP5995501B2

JP5995501B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP5995501B2
Application number: JP2012097832A
Authority: JP
Inventors: 柴田　靖史; 靖史柴田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: JP2013224717A

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置に関するものである。

従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。また、車輪用軸受装置には、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等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。

これらの軸受部には、軸受内部に封入されたグリースの漏れを防止すると共に、外部から雨水やダスト等の侵入を防止するために密封装置が装着されている。近年、自動車のメンテナンスフリー化が進み、車輪用軸受装置においてもさらなる長寿命化が要求されるようになっている。例えば、シール不具合あるいはシール性の低下により軸受内に雨水やダスト等の侵入により軸受が損傷するのを防ぐため、密封装置のシール性を向上させることにより、軸受寿命の向上を図ることができる。

従来から、シール性を高めた密封装置に関しては種々提案されているが、こうした密封装置の一例を図１１に示す。この密封装置５１は、取付部材である外輪（図示せず）の内周側に嵌着される芯金５２が設けられており、この芯金５２にゴム状弾性材製のシール部材５３が加硫接着されており、このシール部材５３に複数のシールリップが一体成形されており、この複数のシールリップが、軸受部における相対回転部材であるハブ（図示せず）の外周側に嵌着される金属等剛材製のスリンガ５４の立板部５５の軸方向端面部５５ａに摺動自在に密接するサイドリップ５６と、スリンガ５４の円筒部（軸方向部）５７の外周面５７ａに摺動自在に密接するダストリップ５８とによって構成されている。

サイドリップ５６およびダストリップ５８はそれぞれ、軸受外部の泥水やダスト等の異物が軸受内部へ侵入しないようにこれをシールするものであって、その機能からして外向き構造とされ、特にサイドリップ５６はその基端から先端へかけて径寸法が徐々に拡大するように形成されている。

また、このサイドリップ５６は、その先端面５６ａが内周面５６ｂに対して斜め（鈍角）に交差する断面直線状に形成されており、これによりサイドリップ５６は、その摺動部先端頂角θ１の大きさが９０度よりも大きくかつ１１０度以下の角度（９０°＜θ１≦１１０°、例えば約１００°）に形成されている。摺動部先端頂角θ１は、サイドリップ５６の断面形状において、サイドリップ５６の先端面５６ａと内周面５６ｂとがなす角度である。

このような構成を備えた密封装置５１を実機に装着すると、スリンガ５４がサイドリップ５６に対して相対的に軸方向に変位してスリンガ５４に対するサイドリップ５６のシメシロの大きさが変化したり、スリンガ５４がサイドリップ５６に対して相対的に径方向（軸直角方向）に変位して軸偏心が発生したり、スリンガ５４がサイドリップ５６に対して相対的に揺動変位して、所謂面振れが発生したり、あるいは、これらが複合して発生したりするが、この密封装置５１は前記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。

すなわち、密封装置５１においては、サイドリップ５６の摺動部先端頂角θ１が９０度よりも大きな角度に形成されているために、サイドリップ５６先端のボリュームが従来よりも実質的に増大せしめられている。これは、摺動部先端頂角が９０度以下の場合と比較して、サイドリップ５６の先端面５６ａがサイドリップ５６の先端方向（長手方向）に突出した形状に形成されているからである。

すなわち、サイドリップ５６が変形しにくく、その接触状態が安定したものとされているために、シメシロの変化や面振れの発生等の悪条件下においてもサイドリップ５６の応力分布を適正に保つことができる。したがって、サイドリップ５６の接触面圧ピーク値が極端に小さくなって密封性能が極端に低下するのを防止することができ、これにより密封性能を安定化させることができる。また、サイドリップ５６先端の接触状態が安定すればサイドリップ５６先端の浮き上がりを防止することができるために、この点からも密封性能を安定化させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−９０５２６号公報

サイドリップ５６とスリンガ５４の立板部５５間に強い接触が生じた場合、サイドリップ５６がベタ当たりとなることで接触面圧が低下し、シール性が低下して外部から泥水が浸入し易くなる。こうした従来の密封装置５１では、接触面圧が低下するのを回避するために先端面５６ａの頂角θ１を大きくし、剛性を高めることで接触面圧を抑え、一定の面圧を維持して高いシール性を持続しようとしている。

然しながら、図１２に模式的に示すように、サイドリップ５６とスリンガ５４の立板部５５との接触が強くなる場合は、立板部５５が軸受中心に対して直角のため、内周面５６ｂの摺接幅が増大してベタ当たりとなり、その結果、接触面積が増大して接触面圧が低下する恐れがある。これはサイドリップ５６の先端面５６ａが、図１３に示すように、Ｖ型形状の場合においても同様、内周面５６ｂがベタ当たりとなり、接触面積が増大して接触面圧が低下する恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、シールのリップがベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させた車輪用軸受装置を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、および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転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の両側開口部を密封するシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールのうち少なくとも一方のシールが、前記外方部材の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部、およびこの嵌合部の端部から径方向内方に延びる内径部からなり、鋼板から形成された芯金と、この芯金に一体に接合された合成ゴムからなるシール部材とを備え、このシール部材が径方向外方に傾斜して延びるサイドリップを有し、このサイドリップが相手部材に軸方向のシメシロを介して摺接され、この相手部材の摺接面が、径方向外方に向かって前記サイドリップ側に８６．５°以上９０°未満に傾斜して形成されると共に、前記サイドリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成され、当該サイドリップの摺接部にグリースが塗布されている。

このように、外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の両側開口部を密封するシールを備えた車輪用軸受装置において、シールのうち少なくとも一方のシールが、外方部材の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部、およびこの嵌合部の端部から径方向内方に延びる内径部からなり、鋼板から形成された芯金と、この芯金に一体に接合された合成ゴムからなるシール部材とを備え、このシール部材が径方向外方に傾斜して延びるサイドリップを有し、このサイドリップが相手部材に軸方向のシメシロを介して摺接され、この相手部材の摺接面が径方向外方に向かってサイドリップ側に８６．５°以上９０°未満に傾斜して形成されると共に、サイドリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成され、当該サイドリップの摺接部にグリースが塗布されているので、サイドリップの摺接面がベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。また、内周面が凹面形状に形成されているのでグリースを安定して保持することができ、長期間に亘ってリップ摩耗を防止して耐久性を向上させると共に、摩擦トルクが低減され、シールの回転トルクを低減させることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記サイドリップの内周面の曲率半径が、当該サイドリップの長さの１．０〜３．０倍の範囲に設定されていれば、その先端角度が鋭角になり過ぎず、安定した形状が得られると共に、長期間に亘って所望のシール性を維持することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記シールのうちアウター側のシールが前記芯金とシール部材とからなる一体型のシールで構成され、前記シール部材が、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に摺接するサイドリップと、断面が円弧状に形成された前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定の軸方向シメシロをもって摺接するダストリップおよび軸受内方側に傾斜して形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定の径方向シメシロをもって摺接するグリースリップを一体に有し、前記車輪取付フランジのインナー側の側面が径方向外方に向かって漸次インナー側に傾斜して形成されていても良い。

また、請求項４に記載の発明のように、前記ダストリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成されていても良い。

また、請求項５に記載の発明のように、前記シールが、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとからなるパックシールで構成され、前記シール板が前記芯金とシール部材とからなり、前記スリンガが、前記内輪の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部を有し、前記シール部材が前記スリンガの立板部に摺接するサイドリップと、前記円筒部に摺接するラジアルリップを備え、前記スリンガの側面が前記円筒部の端部から径方向外方に向かって漸次傾斜して形成されていても良い。

また、請求項６に記載の発明のように、前記芯金の嵌合部の先端部が薄肉に形成され、この先端部を覆うように前記シール部材が回り込んで接合されてハーフメタル構造をなしていれば、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、および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転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の両側開口部を密封するシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールのうち少なくとも一方のシールが、前記外方部材の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部、およびこの嵌合部の端部から径方向内方に延びる内径部からなり、鋼板から形成された芯金と、この芯金に一体に接合された合成ゴムからなるシール部材とを備え、このシール部材が径方向外方に傾斜して延びるサイドリップを有し、このサイドリップが相手部材に軸方向のシメシロを介して摺接され、この相手部材の摺接面が径方向外方に向かって前記サイドリップ側に８６．５°以上９０°未満に傾斜して形成されると共に、前記サイドリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成され、当該サイドリップの摺接部にグリースが塗布されているので、サイドリップの摺接面がベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。また、内周面が凹面形状に形成されているのでグリースを安定して保持することができ、長期間に亘ってリップ摩耗を防止して耐久性を向上させると共に、摩擦トルクが低減され、シールの回転トルクを低減させることができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。図１の一方のシールを示す要部拡大図である。図１の他方のシールを示す要部拡大図である。図３のスリンガとシールリップの接触状態を示す模式図である。図４の変形例を示す模式図である。本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。図６の一方のシールを示す要部拡大図である。図６の他方のシールを示す要部拡大図である。図８のスリンガとシールリップの接触状態を示す模式図である。図８のシールリップの接触力が大きい場合の接触状態を示す模式図である。従来の車輪用軸受の密封装置を示す要部拡大図である。図１１のスリンガとシールリップの接触状態を示す模式図である。図１２の変形例を示す模式図である。

外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の両側開口部を密封するシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールのうちインナー側のシールが、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとからなるパックシールで構成され、前記スリンガが、前記内輪の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部を有し、前記シール板が、前記外方部材の端部内周に圧入される芯金と、この芯金に加硫接着により一体に接合されたシール部材とからなり、このシール部材が前記スリンガの立板部に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップと、前記円筒部に所定の径方向シメシロを介して摺接するラジアルリップとを備え、当該スリンガの立板部のアウターの側面が前記円筒部の端部から径方向外方に向かって漸次アウター側に傾斜して形成されると共に、前記サイドリップの内周面がストレートではなく、所定の曲率半径からなる凹面形状に形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の一方のシールを示す要部拡大図、図３は、図１の他方のシールを示す要部拡大図、図４は、図３のスリンガとシールリップの接触状態を示す模式図、図５は、図４の変形例を示す模式図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

この車輪用軸受は駆動輪側の第３世代と称され、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪２は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２の外周には一方（アウター側）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成され、内周にはセレーション（またはスプライン）２ｃが形成されている。内輪３は外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成され、ハブ輪２の小径段部２ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。

ハブ輪２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、後述するシール８のシールランド部となる車輪取付フランジ４のインナー側の基部１１をはじめ、アウター側の内側転走面２ａから小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ４の基部１１の耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ４に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有することになり、ハブ輪２の強度・耐久性が向上する。一方、内輪３および転動体６はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。

外方部材１０は、外周に車体（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ１０ｂを一体に有し、内周に前記内方部材１の内側転走面２ａ、３ａに対向する複列の外側転走面１０ａ、１０ａが一体に形成されている。この外方部材１０は、ハブ輪２と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面１０ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体６、６が収容され、保持器７、７によりこれら複列の転動体６、６が転動自在に保持されている。また、外方部材１０と内方部材１との間に形成される環状空間の開口部にはシール８、９が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

なお、ここでは、転動体６にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、転動体６に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されていても良い。また、ここでは、ハブ輪２の外周に直接内側転走面２ａが形成された第３世代構造を例示したが、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入固定された第１世代または第２世代構造であっても良い。

本実施形態では、アウター側のシール８は、図２に拡大して示すように、芯金１２と、この芯金１２に一体に加硫接着されたシール部材１３とからなる一体型の密封装置で構成されている。芯金１２は、フェライト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）やオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、外方部材１０のアウター側の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部１２ａと、この嵌合部１２ａの端部から径方向内方に延びる内径部１２ｂとを有している。そして、内径部１２ｂから嵌合部１２ａに亙る外表面を覆うように、シール部材１３が回り込んで接合され、所謂ハーフメタル構造をなしている。これにより、嵌合部１２ａの気密性を高めて軸受内部を保護することができる。

一方、シール部材１３は、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延び、車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ａに摺接されるサイドリップ１３ａと、円弧状に形成された車輪取付フランジ４の基部１１に摺接されるダストリップ１３ｂ、および軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ１３ｃを一体に備えている。なお、シール部材１３の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

ここで、車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ａが、軸心に対して直角ではなく、径方向外方に向かって漸次インナー側に傾斜して形成されている。この傾斜角θは、８６．５°以上９０°未満に設定されている（８６．５°≦θ＜９０°）。これにより、サイドリップ１３ａがベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。なお、リップシメシロを考慮した場合、傾斜角θが８６．５°未満では、そのシメシロが増大して発熱や偏摩耗を促進する恐れがあるため好ましくない。また、９０°以上になると、後述するラビリンスシール１８の入り口が開くため、泥水浸入しやすくなると共に、リップとスリンガのなす角度が小さくなることでリップがベタ当たりになるのを防ぐためである。

また、インナー側のシール９は、図３に拡大して示すように、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板１４とスリンガ１５とからなる、所謂パックシールと呼称される複合型のシールを構成している。

環状のシール板１４は、外方部材１０のインナー側の端部内周に圧入された芯金１６と、この芯金１６に一体に加硫接着されたシール部材１７とからなる。芯金１６は、フェライト系ステンレス鋼板やオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、外方部材１０の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部１６ａと、この嵌合部１６ａの端部から径方向内方に延びる内径部１６ｂを有している。そして、芯金１６の嵌合部１６ａの先端部が薄肉に形成されると共に、この先端部を覆うようにシール部材１７が回り込んで接合され、所謂ハーフメタル構造をなしている。

一方、スリンガ１５は、フェライト系ステンレス鋼板やオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、内輪３の外周面に圧入される円筒部１５ａと、この円筒部１５ａから径方向外方に延びる立板部１５ｂとからなる。なお、スリンガ１５の立板部１５ｂの外縁は、シール部材１４と僅かな径方向すきまを介して対峙しラビリンスシール１８を構成している。

シール部材１７はＮＢＲ等の合成ゴムからなり、スリンガ１５の立板部１５ｂのアウター側の側面１９に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップ１７ａと、このサイドリップ１７ａの内径側で二股状に形成され、スリンガ１５の円筒部１５ａの外周面に所定の径方向シメシロを介して摺接するグリースリップ１７ｃとダストリップ１７ｂを有している。

ここで、サイドリップ１７ａが摺接するスリンガ１５の立板部１５ｂが軸心に対して直角ではなく、円筒部１５ａの端部から径方向外方に向かって漸次インナー側に傾斜して形成されている。この傾斜角θは、８６．５°以上９０°未満に設定されている（８６．５°≦θ＜９０°）。

図４に、スリンガ１５とサイドリップ１７ａとの接触状態を模式的に示す。これから分かるように、サイドリップ１７ａとスリンガ１５の立板部１５ｂとの接触が強くなる場合、従来のように立板部が軸受中心に対して直角ではなく、僅かに鋭角になるように傾斜して形成されているため、サイドリップ１７ａの内周面２０がベタ当たりとならず、摺接幅Ｌが実質的に短くなり、その結果、接触面積が増大して接触面圧が低下するのを防止することができる。これはサイドリップ１７ａの先端面１７ａａが、図５に示すように、Ｖ型形状の場合においても同様、内周面２０がベタ当たりとならず、接触面積が増大して接触面圧が低下するのを防止することができる。

図６は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図、図７は、図６の一方のシールを示す要部拡大図、図８は、図６の他方のシールを示す要部拡大図、図９は、図８のスリンガとシールリップの接触状態を示す模式図、図１０は、図８のシールリップの接触力が大きい場合の接触状態を示す模式図である。なお、本実施形態は、前述した実施形態（図１）と基本的にはシールと、このシールの摺接部の構成が異なるだけで、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詳細な説明を省略する。

この車輪用軸受は駆動輪側の第３世代と称され、内方部材２１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体６、６とを備えている。内方部材２１は、ハブ輪２２と、このハブ輪２２に圧入された内輪３とからなる。

ハブ輪２２は、アウター側の端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、この車輪取付フランジ４の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト５が植設されている。また、ハブ輪２２の外周には一方（アウター側）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成され、内周にはセレーション２ｃが形成されている。内輪３は外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成され、ハブ輪２の小径段部２ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。

ハブ輪２２は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、後述するシール２３のシールランド部となる車輪取付フランジ４のインナー側の基部１１をはじめ、アウター側の内側転走面２ａから小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材１０と内方部材２１との間に形成される環状空間の開口部にはシール２３、２４が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

本実施形態では、アウター側のシール２３は、図７に拡大して示すように、芯金１２と、この芯金１２に一体に加硫接着されたシール部材２５とからなる一体型のシールで構成されている。シール部材２５は、ＮＢＲ等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延び、車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ｂに摺接されるサイドリップ２５ａと、断面が円弧状に形成された車輪取付フランジ４の基部１１に摺接されるダストリップ２５ｂ、および軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ２５ｃを一体に備えている。なお、シール部材２５の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ、ＥＰＤＭ等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ、ＦＫＭ、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

ここで、サイドリップ２５ａはストレートではなく、内周面２６が所定の曲率半径Ｒ１からなる凹面形状に形成されている。また、ダストリップ２５ｂの内周面２７も同様に所定の曲率半径Ｒ２からなる凹面形状に形成されている。これにより、サイドリップ２５ａおよびダストリップ２５ｂがベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させた車輪用軸受装置を提供することができる。

なお、内周面２６、２７の曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、リップ長さＷ１、Ｗ２の１．０〜３．０倍の範囲に設定されている。この曲率半径Ｒ１、Ｒ２がリップ長さＷ１、Ｗ２未満では、リップシメシロを考慮した場合、その先端角度が鋭角になり過ぎ、金型の製作が難しく安定した形状が得られないだけでなく、偏摩耗を促進する恐れがある。また、曲率半径Ｒ１、Ｒ２がリップ長さＷ１、Ｗ２の３．０倍を超えると、その効果が半減して好ましくない。

さらに、サイドリップ２５ａとダストリップ２５ｂとの間およびダストリップ２５ｂとグリースリップ２５ｃとの間にグリース２８が塗布されている。このグリース１６は、軸受部の潤滑のために封入されるグリースと同じグリースが使用されている。これにより、リップ摩耗を防止して耐久性を向上させると共に、摩擦トルクが低減され、シール２３の回転トルクを低減させることができる。また、内周面２６、２７が凹面形状に形成されているため、グリース２８を安定して保持することができ、長期間に亘って前述した効果を維持することができる。

なお、塗布するグリース２８を軸受部に封入されるグリースと異ならせても良い。この場合、そのグリース２８の基油動粘度を軸受部に封入されるグリースの基油動粘度以下に設定することにより、リップの摩擦トルクを低減し、回転トルクを一層低減させることができる。

また、インナー側のシール２４は、図８に拡大して示すように、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板２９とスリンガ３０とからなるパックシールで構成されている。

環状のシール板２９は、外方部材１０のインナー側の端部内周に圧入された芯金１６と、この芯金１６に一体に加硫接着されたシール部材３１とからなる。そして、芯金１６の嵌合部１６ａの先端部が薄肉に形成されると共に、この先端部を覆うようにシール部材３１が回り込んで接合されハーフメタル構造をなしている。

一方、スリンガ３０は、フェライト系ステンレス鋼板やオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成され、内輪３の外周面に圧入される円筒部３０ａと、この円筒部３０ａから径方向外方に延びる立板部３０ｂとからなる。なお、スリンガ３０の立板部３０ｂの外縁は、シール板２９の開口部と僅かな径方向すきまを介して対峙し、ラビリンスシール１８を構成している。

シール部材３１はＮＢＲ等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延び、スリンガ３０の立板部３０ｂのアウター側の側面３２に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップ３１ａと、このサイドリップ３１ａの内径側で二股状に形成され、スリンガ３０の円筒部３０ａの外周面に所定の径方向シメシロを介して摺接するとダストリップ３１ｂとグリースリップ３１ｃを有している。

ここで、サイドリップ３１ａはストレートではなく、内周面３３が所定の曲率半径Ｒ３からなる凹面形状に形成されている。これにより、サイドリップ３１ａがベタ当たりとなるのを防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を向上させることができる。なお、内周面３３の曲率半径Ｒ３は、前述したアウター側のサイドリップ２５ａと同様、リップ長さＷ３の１．０〜３．０倍の範囲に設定されている。そして、サイドリップ３１ａの内周面３３にグリース２８が塗布されている。

図９に、スリンガ３０とサイドリップ３１ａとの接触状態を模式的に示す。これから分かるように、サイドリップ３１ａとスリンガ３０の立板部３０ｂとの接触が弱い場合でも、サイドリップ３１ａの先端部３４の接触状態が不安定となり難く、エッジ当たりとなり、接触面圧が高くなってシール性が向上する。

一方、図１０に示すように、サイドリップ３１ａとスリンガ３０の立板部３０ｂとの接触が強くなる場合、サイドリップ３１ａの内周面３３が凹面形状に形成されているため、サイドリップ３１ａの内周面３２の凹面が残存してベタ当たりとならず、摺接幅Ｌ１が実質的に短くなり、その結果、接触面積が増大して接触面圧が低下するのを防止することができる。

なお、このように、サイドリップ３１ａの内周面３３を凹面形状に形成すると共に、さらに前述した実施形態の構成を組み合すこと、すなわち、スリンガ３０の立板部３０ｂを径方向外方に向かって漸次アウター側に傾斜して形成することにより、サイドリップ３１ａの摺接面がベタ当たりとなるのを確実に防止し、リップ部の接触面圧を高めてシール性を一層向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の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、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内輪回転タイプの第１乃至第３世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

１、２１内方部材
２、２２ハブ輪
２ａ、３ａ内側転走面
２ｂ小径段部
２ｃセレーション
３内輪
４車輪取付フランジ
４ａ、４ｂ車輪取付フランジのインナー側の側面
５ハブボルト
６転動体
７保持器
８、２３アウター側のシール
９、２４インナー側のシール
１０外方部材
１０ａ外側転走面
１０ｂ車体取付フランジ
１１車輪取付フランジのインナー側の基部
１２、１６芯金
１２ａ、１６ａ嵌合部
１２ｂ、１６ｂ内径部
１３、１７、２５、３１シール部材
１３ａ、１７ａ、２５ａ、３１ａサイドリップ
１３ｂ、１７ｂ、２５ｂ、３１ｂダストリップ
１３ｃ、１７ｃ、２５ｃ、３１ｃグリースリップ
１４、２９シール板
１５、３０スリンガ
１５ａ、３０ａ円筒部
１５ｂ、３０ｂ立板部
１７ａａサイドリップの先端面
１８ラビリンスシール
１９、３２スリンガの立板部のアウター側の側面
２０、２６、３３サイドリップの内周面
２７ダストリップの内周面
２８リップに塗布されるグリース
３４サイドリップの先端部
５１密封装置
５２芯金
５３シール部材
５４スリンガ
５５立板部
５５ａ軸方向端面部
５６サイドリップ
５６ａ先端面
５６ｂ内周面
５７円筒部
５７ａ円筒部の外周面
５８ダストリップ
Ｌ、Ｌ１サイドリップの摺接幅
Ｒ１、Ｒ３サイドリップの内周面の曲率半径
Ｒ２ダストリップの内周面の曲率半径
Ｗ１、Ｗ３サイドリップの長さ
Ｗ２ダストリップの長さ
θ サイドリップが摺接する相手部材の傾斜角
θ１サイドリップの摺動部先端頂角

Claims

内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、および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転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の両側開口部を密封するシールと、を備えた車輪用軸受装置において、
前記シールのうち少なくとも一方のシールが、前記外方部材の端部内周に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部、およびこの嵌合部の端部から径方向内方に延びる内径部からなり、鋼板から形成された芯金と、この芯金に一体に接合された合成ゴムからなるシール部材とを備え、
このシール部材が径方向外方に傾斜して延びるサイドリップを有し、このサイドリップが相手部材に軸方向のシメシロを介して摺接され、この相手部材の摺接面が径方向外方に向かって前記サイドリップ側に８６．５°以上９０°未満に傾斜して形成されると共に、前記サイドリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成され、当該サイドリップの摺接部にグリースが塗布されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
前記サイドリップの内周面の曲率半径が、当該サイドリップの長さの１．０〜３．０倍の範囲に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記シールのうちアウター側のシールが前記芯金とシール部材とからなる一体型のシールで構成され、前記シール部材が、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に摺接するサイドリップと、断面が円弧状に形成された前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定の軸方向シメシロをもって摺接するダストリップおよび軸受内方側に傾斜して形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定の径方向シメシロをもって摺接するグリースリップを一体に有し、前記車輪取付フランジのインナー側の側面が径方向外方に向かって漸次インナー側に傾斜して形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
前記ダストリップの内周面が所定の曲率半径からなる凹面形状に形成され、その曲率半径が、当該ダストリップの長さの１．０〜３．０倍の範囲に設定されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
前記シールが、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとからなるパックシールで構成され、前記シール板が前記芯金とシール部材とからなり、前記スリンガが、前記内輪の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部を有し、前記シール部材が前記スリンガの立板部に摺接するサイドリップと、前記円筒部に所定の径方向シメシロを介して摺接するラジアルリップを備え、前記スリンガの側面が前記円筒部の端部から径方向外方に向かって漸次傾斜して形成されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
前記芯金の嵌合部の先端部が薄肉に形成され、この先端部を覆うように前記シール部材が回り込んで接合されてハーフメタル構造をなしている請求項１、３、５のいずれかに記載の車輪用軸受装置。