JP6603078B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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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し、詳しくは、軸受部に装着されたシールの低トルク化を図りつつ、密封性を高めて軸受の長寿命化を図った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。
こうした車輪用軸受装置では、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、雨水や泥水等に直接曝される環境下にあるため、この雨水や泥水等が軸受内部に浸入しないように強固な密封性を有するシールが装着されている。従来から、密封性を高めたシール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４に示す。この密封装置は、第１のシール５０と、この第１のシール５０の軸受空間の外側にさらに配設された第２のシール５１とからなる。第１のシール５０は、芯金５２と、この芯金５２に一体に加硫接着されたシール部材５３とからなる。芯金５２は、鋼板等をプレス加工にて形成され、外方部材５４の端部内周に内嵌される円筒状の嵌合部５２ａと、この嵌合部５２ａから屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部５２ｂとを備えている。
一方、シール部材５３は合成ゴムからなり、芯金５２の嵌合部５２ａの一部から、内側部５２ｂの内端部に亙る範囲に固着されて径方向外方に傾斜して形成され、車輪取付フランジ５５の基部５６の壁面５６ａに軸方向シメシロをもって摺接するサイドリップ５３ａとダストリップ５３ｂ、およびこのダストリップ５３ｂの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップ５３ｃを有している。このラジアルリップ５３ｃは径方向シメシロをもって基部５６の外周面に摺接し、軸受内部に封入されたグリースが外部に流出するのを防止している。
第２のシール５１は第１のシール５０の軸受空間の外側に装着され、外方部材５４の端部外周面５７に圧入される円周部５８ａと、径方向外方に延びる立板部５８ｂと、径方向内方に延び、端面５４ｃに密着する鍔部５８ｃを備える芯金５８と、この芯金５８に一体に加硫接着されたシール部材５９を備えると共に、このシール部材５９が、芯金５８の外表面に亙る範囲に固着され、堰部５９ｂと外向きに傾斜したサイドリップ５９ａを一体に有し、このサイドリップ５９ａが車輪取付フランジ５５の傾斜部５６ｂに沿って所定のすきまをもって対向し、ラビリンスシール６０を構成している。サイドリップ５９ａは、第１のシール５０のサイドリップ５３ａより軸受外方側、すなわち、サイドリップ５９ａの先端が基部５６の壁面５６ａより軸受外方側にＬ１（Ｌ１＞０）だけオフセットした位置に配設されると共に、サイドリップ５９ａの長さＬ２が、その厚さＴ１の３倍以上になるように設定されている（Ｌ２＞Ｔ１）。これにより、第１のシール５０に泥水等が直接侵入するのを阻止することができると共に、多量の泥水等がサイドリップ５９ａに飛散した時に、その泥水の飛散力によってサイドリップ５９ａが変形して車輪取付フランジ５５の傾斜部５６ｂに摺接し、過酷な条件の時に、一時的に接触シールとなって、効果的に密封性を向上させることができる。
さらに、堰部５９ｂの高さＬ３が外方部材５４の外周面５７の段部５７ａよりも高く、３ｍｍ以上に設定されると共に、堰部５９ｂの角度αが９０°±１５°に設定されている。これにより、車両の走行中に外方部材５４にかかった雨水や泥水が外周面を伝って車輪取付フランジ５５と外方部材５４との間に流動するのを確実に防止することができると共に、第２のシール５１の堰部５９ｂと外周面５７および段部５７ａとで形成される樋状の環状空間に沿って下部にスムーズに排出させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
また、図５に示すようなシール６１も知られている。このシール６１は、外方部材６２と、車輪取付フランジ６３を一体に有するハブ輪６４との間に装着され、外方部材６２の端部内周に嵌合される芯金６５と、この芯金６５に一体に加硫接着された４枚のシールリップを有するシール部材６６とを備えている。
シール部材６６は、車輪取付フランジ６３に傾斜して向くように形成され、車輪取付フランジ６３の側面６３ａに弾性摺接された２枚のサイドリップ６６ａ、６６ｂと、１枚のラジアルリップ６６ｃと、サイドリップ６６ａのさらに外径側にあって、車輪取付フランジ６３に傾斜して向くように形成された外装リップ６７を備えている。この外装リップ６７は、車輪取付フランジ６３に向って突き出た突出部６７ａと、車輪取付フランジ６３の側面６３ａに向って拡径状に傾斜して延びる傾斜部６７ｂと、この傾斜部６７ｂの先端から車輪取付フランジ６３に対して略平行状態に延出形成された平行部６７ｃを備えている。これにより、外装リップ６７を備えたものでありながら、回転トルクの増大を抑え、シール性に優れ、かつシール寿命の長いシール６１を提供することができる（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０１３−０３２８２３号公報 特開２０１３−２０００３９号公報
こうした従来のシールのうち前者のシールでは、第１のシール５０に泥水等が直接侵入するのを阻止することができると共に、多量の泥水等がサイドリップ５９ａに飛散した時に、その泥水の飛散力によってサイドリップ５９ａが変形して車輪取付フランジ５５の傾斜部５６ｂに摺接し、過酷な条件の時に、一時的に接触シールとなって密封性が向上する反面、このサイドリップ５９ａに加え、第１のシール５０のサイドリップ５３ａが車輪取付フランジ５５の基部５６の壁面５６ａに摺接されているので、自ずとシールトルクが大きくなり、燃費の向上を阻害する一要因となる。
一方、後者のシール６１においても、２枚のサイドリップ６６ａ、６６ｂが車輪取付フランジ６３の側面６３ａに弾性摺接されているため、前者の第１のシール５０と同様、シールトルクが大きくなるのは否めない。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、サイドリップを非接触として回転に伴う摺動抵抗を抑えると共に、この非接触のサイドリップの耐泥水性の低下を補うために二重のラビリンスシールを構成することに着眼し、シールトルクを増大させることなくシールの密封性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に懸架装置を構成するナックルに取り付け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、およびこのハブ輪に嵌合され、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または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材とハブ輪との間に形成される環状空間のアウター側の開口部に装着されたシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールが、前記外方部材のアウター側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って一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材とからなる一体型シールで構成され、前記芯金が鋼板からプレス加工にて形成され、前記外方部材の端部内周に内嵌された円筒状の嵌合部と、この嵌合部から屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部と、前記嵌合部のアウター側の端部から径方向外方に延び、前記外方部材のアウター側の端面に密着する円板部と、を備え、この円板部の外端部にインナー側に延びる円筒状の鍔部が形成されると共に、前記シール部材が合成ゴムからなり、前記芯金の径方向内方に延びる内側部の内端部から前記嵌合部と円板部の外表面を介して前記鍔部に亙る範囲に固着され、前記芯金の内側部から径方向外方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軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップと、この第１のサイドリップの内径側に形成され、前記基部に軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップおよびこの第２のサイドリップの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップと、前記芯金の鍔部の外表面を覆うように回り込んで固着された基部から前記車輪取付フランジに向って径方向外方に傾斜して形成された第３のサイドリップと、を備え、この第３のサイドリップの先端部が垂直方向に平坦に形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシールが構成されると共に、この第１のラビリンスシールと、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップとの間に第２のラビリンスシールが構成され、この第２のラビリンスシールが垂直方向に平坦に形成されている。
このように、外方部材とハブ輪との間に形成される環状空間のアウター側の開口部に装着されたシールを備えた車輪用軸受装置において、シールが、外方部材のアウター側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って一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材とからなる一体型シールで構成され、芯金が鋼板からプレス加工にて形成され、外方部材の端部内周に内嵌された円筒状の嵌合部と、この嵌合部から屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部と、嵌合部のアウター側の端部から径方向外方に延び、外方部材のアウター側の端面に密着する円板部と、を備え、この円板部の外端部にインナー側に延びる円筒状の鍔部が形成されると共に、シール部材が合成ゴムからなり、芯金の径方向内方に延びる内側部の内端部から嵌合部と円板部の外表面を介して鍔部に亙る範囲に固着され、芯金の内側部から径方向外方に傾斜して形成され、車輪取付フランジのインナー側の基部に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップと、この第１のサイドリップの内径側に形成され、基部に軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップおよびこの第２のサイドリップの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップと、芯金の鍔部の外表面を覆うように回り込んで固着された基部から車輪取付フランジに向って径方向外方に傾斜して形成された第３のサイドリップと、を備え、この第３のサイドリップの先端部が垂直方向に平坦に形成され、車輪取付フランジのインナー側の側面に軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシールが構成されると共に、この第１のラビリンスシールと、車輪取付フランジのインナー側の基部に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップとの間に第２のラビリンスシールが構成され、この第２のラビリンスシールが垂直方向に平坦に形成されているので、シールトルクを増大させることなく内径側のサイドリップに泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、シールの密封性を向上させて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
また、請求項２に記載の発明のように、前記外方部材のアウター側の外周面からテーパ状の段部を介して小径部が形成されると共に、前記シール部材の基部に径方向内方に突出して環状凸部が形成され、この凸部が前記小径部に弾性密着されていれば、シールの気密性を向上させることができると共に、芯金と外方部材の接触部の発錆を防止することができる。さらに、シール部材の基部が堰の役割りをなすと共に、この基部と外方部材の小径部および段部によって樋状の環状空間が形成されるため、外方部材の外周面を通して流動してきた泥水等がこの樋状の環状空間に沿って下部に流れて排出され、泥水等が車輪取付フランジと外方部材との間に流動するのを防止することができ、高い密封性を発揮することができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に金属環が嵌着され、この金属環に対向するように前記シールが配設されると共に、前記金属環が、鋼板からプレス加工にて形成され、前記ハブ輪の肩部に外嵌される円筒状の嵌合部と、円弧状に形成された基部に対応して円弧状に形成された湾曲部と、この湾曲部から径方向外方に延び、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に弾性部材を介して密着される円板部と、この円板部の外径部から前記車輪取付フランジに対して軸方向に離間し、径方向外方に突出して形成された屈曲部と、を備え、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が曲率半径ｒからなる断面円弧面に形成されると共に、前記金属環の湾曲部が曲率半径Ｒからなる円弧面からなり、それぞれの曲率半径Ｒ、ｒがＲ≧ｒになるように設定されていれば、金属環を基部に嵌合した時に基部の円弧面に金属環の湾曲部が干渉して浮き上がるのを防止することができる。
また、請求項４に記載の発明は、前記金属環の表面に摩擦係数低減処理が施されていれば、リップ摩耗を抑制すると共に、シールトルクを低減させることができる。
また、請求項５に記載の発明のように、前記金属環の円板部と屈曲部に亙って合成ゴムからなる弾性部材が加硫接着によって一体に接合され、前記車輪取付フランジの基部の壁面に弾性接触されると共に、前記屈曲部の端部に覆うように回り込んで接合された先端部から前記基部の壁面に向って径方向外方に傾斜して延びる弾性リップが一体に形成されていれば、車輪取付フランジの基部と金属環の円板部との間から異物が浸入するのを防止し、金属環との装着部の基部の発錆を長期間に亘って防止することができる。
また、請求項６に記載の発明のように、前記車輪取付フランジのインナー側の基部の壁面に対向する前記シールの表面に環状の凹部が形成され、この凹部に前記弾性部材の先端部が軸方向すきまをもって対峙され、クランク状のラビリンスシールが形成されていれば、サイドリップのラビリンスシールを通過して流動してきた泥水等が内径側のサイドリップに浸入するのを防止することができる。
また、請求項７に記載の発明のように、前記車輪取付フランジのインナー側の基部の壁面に軸方向に延びる環状の凸部が形成されると共に、この凸部は、先端部が垂直方向に平坦で、断面が尖塔状に形成され、前記シール部材に軸方向すきまをもって対峙され、ラビリンスシールが構成されていれば、シールトルクを増大させることなくサイドリップのラビリンスシールを通過して流動してきた泥水等が内径側のサイドリップに泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、シールの密封性を向上させることができる。
また、請求項８に記載の発明のように、前記内径側の第１のサイドリップが、先端部が二股状に形成された一対のリップを備えていれば、一層シールの密封性を向上させることができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に懸架装置を構成するナックルに取り付け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、およびこのハブ輪に嵌合され、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または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材とハブ輪との間に形成される環状空間のアウター側の開口部に装着されたシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールが、前記外方部材のアウター側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って一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材とからなる一体型シールで構成され、前記芯金が鋼板からプレス加工にて形成され、前記外方部材の端部内周に内嵌された円筒状の嵌合部と、この嵌合部から屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部と、前記嵌合部のアウター側の端部から径方向外方に延び、前記外方部材のアウター側の端面に密着する円板部と、を備え、この円板部の外端部にインナー側に延びる円筒状の鍔部が形成されると共に、前記シール部材が合成ゴムからなり、前記芯金の径方向内方に延びる内側部の内端部から前記嵌合部と円板部の外表面を介して前記鍔部に亙る範囲に固着され、前記芯金の内側部から径方向外方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軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップと、この第１のサイドリップの内径側に形成され、前記基部に軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップおよびこの第２のサイドリップの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップと、前記芯金の鍔部の外表面を覆うように回り込んで固着された基部から前記車輪取付フランジに向って径方向外方に傾斜して形成された第３のサイドリップと、を備え、この第３のサイドリップの先端部が垂直方向に平坦に形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシールが構成されると共に、この第１のラビリンスシールと、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップとの間に第２のラビリンスシールが構成され、この第２のラビリンスシールが垂直方向に平坦に形成されているので、シールトルクを増大させることなく内径側のサイドリップに泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、シールの密封性を向上させて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１のシール部を示す要部拡大図である。 図２の変形例を示す要部拡大図である。 従来のシールを示す要部拡大図である。 従来の他のシールを示す要部拡大図である。
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両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、前記外方部材とハブ輪との間に形成される環状空間の開口部に装着されたシールと、を備えた車輪用軸受装置において、前記シールが、前記外方部材のアウター側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って一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材とからなる一体型シールで構成され、前記芯金が鋼板からプレス加工にて形成され、前記外方部材の端部内周に内嵌された円筒状の嵌合部と、この嵌合部から屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部と、前記嵌合部のアウター側の端部から径方向外方に延び、前記外方部材のアウター側の端面に密着する円板部と、を備え、この円板部の外端部にインナー側に延びる円筒状の鍔部が形成されると共に、前記シール部材が合成ゴムからなり、前記芯金の径方向内方に延びる内側部の内端部から前記嵌合部と円板部の外表面を介して前記鍔部に亙る範囲に固着され、前記芯金の内側部から径方向外方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装着された金属環に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップと、この第１のサイドリップの内径側に形成され、前記金属環に軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップおよびこの第２のサイドリップの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップと、前記芯金の鍔部の外表面を覆うように回り込んで固着された基部から前記車輪取付フランジに向って径方向外方に傾斜して形成された第３のサイドリップと、を備え、この第３のサイドリップの先端部が垂直方向に平坦に形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシールが構成されると共に、前記金属環の外縁が前記シール部材に軸方向すきまをもって対峙され、第２のラビリンスシールが構成されている。
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一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のシール部を示す要部拡大図、図３は、図２の変形例を示す要部拡大図である。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。
図１に示す車輪用軸受装置は従動輪用で、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）７、７とを備え、第３世代と称される構成をなしている。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、一端部に車輪（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、外周に一方（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小径段部２ｂが形成されている。また、車輪取付フランジ４の周方向等配位置に車輪を固定するためのハブボルト４ａが植設されている。
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。そして、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５によって所定の軸受予圧が付与された状態で、ハブ輪２に対して軸方向に固定されている。
ハブ輪２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面２ａをはじめ、車輪取付フランジ４の基部１８から小径段部２ｂに亙って高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。なお、加締部５は鍛造後の生のままとされている。一方、内輪３はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。また、転動体７は、内輪３と同様、ＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
外方部材１０は、外周に懸架装置を構成するナックル（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。これら両転走面１０ａ、２ａおよび１０ａ、３ａ間には保持器６、６を介して複列の転動体７、７が転造自在に収容されている。この外方部材１０は、ハブ輪２と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％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５８〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。
外方部材１０の両端部にはシール８、９が装着され、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を密封している。このシール８、９により、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、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。
シール８、９のうちインナー側のシール９は、互いに対向配置されたスリンガ１１と環状のシール板１２とからなる、所謂パックシールで構成されている。スリンガ１１は、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、内輪３に圧入される円筒部１１ａと、この円筒部１１ａから径方向外方に延びる立板部１１ｂとからなる。
一方、シール板１２はスリンガ１１に対向して外方部材１０に装着され、断面略Ｌ字状に形成されている。そして、外方部材１０の端部に内嵌される芯金１３と、この芯金１３に加硫接着されたシール部材１４とからなる。芯金１３は、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形成されている。
シール部材１４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、加硫接着によって芯金１３に一体に接合され、スリンガ１１に摺接するサイドリップとラジアルリップを有している。
なお、シール部材１４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。
なお、ここでは、転動体７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、本発明はこれに限らず、転動体７に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受であっても良い。また、本発明に係る車輪用軸受装置は、内輪回転方式であれば、例示した第３世代構造以外にも、例えば、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪をハブ輪に圧入した、所謂第２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世代構造であっても良い。
ここで、アウター側のシール８は、図２に拡大して示すように、外方部材１０のアウター側の端部内周に圧入される芯金１５と、この芯金１５に加硫接着によって一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材１６とからなる一体型シールで構成されている。本実施形態では、車輪取付フランジ４のインナー側の基部１８に金属環１７が嵌着され、シール８は、この金属環１７に対向するように配設されている。
芯金１５は、オーステナイト系ステンレス鋼板や防錆処理された冷間圧延鋼板等、耐食性を有する鋼板等をプレス加工にて形成され、外方部材１０の端部内周に内嵌され、重合するように屈曲して形成された円筒状の嵌合部１５ａと、この嵌合部１５ａから屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部１５ｂと、嵌合部１５ａのアウター側の端部から径方向外方に延び、外方部材１０のアウター側の端面１０ｃに密着する円板部１５ｃを備えている。そして、この円板部１５ｃの外端部にはインナー側に延びる円筒状の鍔部１５ｄが形成されている。
一方、シール部材１６は、ＮＢＲ等の合成ゴムからなり、芯金１５の内側部１５ｂの内端部から嵌合部１５ａ、円板部１５ｃの外表面を介して鍔部１５ｄに亙る範囲に固着されている。シール部材１６は、芯金１５の内側部１５ｂから径方向外方に傾斜して形成され、後述する金属環１７の円板部１７ｃに軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップ１６ａと、金属環１７の湾曲部１７ｂに所定の軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップ１６ｂおよびこの第２のサイドリップ１６ｂの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップ１６ｃを有している。このラジアルリップ１６ｃは所定の径方向シメシロをもって金属環１７の嵌合部１７ａの外周面に摺接し、軸受内部に封入されたグリースが外部に流出するのを防止している。
さらに、このシール部材１６は、芯金１５の鍔部１５ｄの外表面を覆うように回り込んで固着された基部１９から車輪取付フランジ４に向って傾斜して形成された第３のサイドリップ１９ａを備えている。この第３のサイドリップ１９ａの先端部は垂直方向に平坦に形成され、車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ｂに所定の軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシール２０を構成している。これにより、シールトルクを増大させることなく第１のサイドリップ１６ａに泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、シール８の密封性を向上させることができる。
第１のラビリンスシール２０のすきま（軸方向すきま）Ｓ１は、０．２〜１．０ｍｍの範囲に設定されている。シール８の位置決め精度を±０．１として、製造上の板厚のバラツキおよび外方部材１０と車輪取付フランジ４の寸法バラツキを加味したとしても、第３のサイドリップ１９ａと車輪取付フランジ４の側面４ｂとの第１のラビリンスすきまＳ１が残るか、僅かに摺接するように設定されている。一方、１．０ｍｍを超えると、第１のラビリンスすきまＳ１が大きくなり、ラビリンス効果が低下するので好ましくない。
また、外方部材１０のアウター側の外周面１０ｄからテーパ状の段部２３ａを介して一段小径の小径部２３が形成されている。そしてこの小径部２３に前述した芯金１５の鍔部１５ｄの外表面に回り込んで接合されたシール部材１６の基部１９に径方向内方に突出して形成された環状凸部１９ｂが弾性密着されている。これにより、シール８の気密性を向上させることができると共に、芯金１５と外方部材１０の接触部の発錆を防止することができる。
さらに、シール部材１６の基部１９が堰の役割りをなすと共に、この基部１９と外方部材１０の小径部２３および段部２３ａによって樋状の環状空間が形成されているため、外方部材１０の外周面１０ｄを通して流動してきた泥水等がこの樋状の環状空間に沿って下部に流れて排出され、泥水等が車輪取付フランジ４と外方部材１０との間に流動するのを防止することができ、高い密封性を発揮することができる。
金属環１７は、耐食性を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼板、フェライト系ステンレス鋼板（例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）、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形成され、ハブ輪２の肩部２ｃに外嵌される円筒状の嵌合部１７ａと、円弧状に形成された基部１８に対応して円弧状に形成された湾曲部１７ｂと、この湾曲部１７ｂから径方向外方に延び、車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ｂに弾性部材２１を介して密着される円板部１７ｃと、この円板部１７ｃの外径部から車輪取付フランジ４に対して軸方向に離間し、径方向外方に突出して形成された屈曲部１７ｄを備えている。
なお、この金属環１７は、素材となる鋼板の表面粗さがＲａ０．２〜０．６の範囲に設定されている。これにより、良好なシール摺接面を得ることができ、リップ摩耗を抑制すると共に、劣悪な環境で使用されても、シール８の密封性能の維持を図ることができる。さらに、この金属環１７の表面にモリブデンコーティング等の摩擦係数低減処理を施すことにより、一層リップ摩耗を抑制すると共に、シールトルクを低減させることができる。なお、Ｒａは、ＪＩＳの粗さ形状パラメータの一つで（ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）、算術平均粗さのことで、平均線から絶対値偏差の平均値を言う。
基部１８は、ハブ輪２の肩部２ｃと車輪取付フランジ４との間の角部に所定の曲率半径ｒからなる断面円弧面に形成されている。そして、この円弧面に対応して、金属環１７の湾曲部１７ｂは所定の曲率半径Ｒからなる円弧面からなり、それぞれの曲率半径Ｒ、ｒがＲ≧ｒになるように設定されている。これにより、金属環１７を基部１８に嵌合した時に基部１８の円弧面に金属環１７の湾曲部１７ｂが干渉して浮き上がるのを防止することができる。
また、金属環１７の円板部１７ｃと屈曲部１７ｄに亙って弾性部材２１が加硫接着によって一体に接合され、車輪取付フランジ４の基部１８の壁面１８ａに弾性接触されると共に、屈曲部１７ｄの端部に覆うように回り込んで接合された先端部２１ａから壁面１８ａに向って径方向外方に傾斜して延びる弾性リップ２１ｂが形成されている。この弾性部材２１はＮＢＲ等の合成ゴムからなり、車輪取付フランジ４の基部１８と金属環１７の円板部１７ｃとの間から異物が浸入するのを防止し、金属環１７との装着部の基部１８の発錆を長期間に亘って防止することができる。
さらに、本実施形態では、金属環１７に接合された弾性部材２１の先端部２１ａが芯金１５の円板部１５ｃの外表面に接合されたシール部材１６に所定の軸方向すきまをもって対峙され、ラビリンスシール２５が形成されている。具体的には、シール部材１６の表面に環状の凹部２４が形成され、この凹部２４に弾性部材２１の先端部２１ａがクランク状の軸方向すきまをもって対峙されている。これにより、前述した第３のサイドリップ１９ａの第１のラビリンスシール２０を通過して流動してきた泥水等が第１のサイドリップ１６ａに浸入するのをこのラビリンスシール２５で防止することができる。
このように、本実施形態では、第１のサイドリップ１６ａが金属環１７に非接触の第２のラビリンスシールで構成されると共に、第３のサイドリップ１９ａの先端部と車輪取付フランジ４のインナー側の側面４ｂとの間の第１のラビリンスシール２０と、金属環１７に接合された弾性部材２１の先端部２１ａと芯金１５の円板部１５ｃの外表面に接合されたシール部材１６との間のラビリンスシール２５の２重のラビリンスシール２０、２５で構成されているので、シールトルクを増大させることなく第１のサイドリップ１６ａに泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、シール８の密封性を向上させて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
図３は、図２のシール８の変形例を示す。なお、この実施形態は、前述した実施形態とハブ輪２とシール８の構成が一部異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
このシール２６は、外方部材１０のアウター側の端部内周に圧入される芯金１５と、この芯金１５に加硫接着によって一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材２７とからなる一体型シールで構成されている。
シール部材２７は、ＮＢＲ等の合成ゴムからなり、芯金１５の内側部１５ｂの内端部から嵌合部１５ａ、円板部１５ｃの外表面を介して鍔部１５ｄに亙る範囲に固着されている。そして、シール部材２７は、芯金１５の内側部１５ｂから径方向外方に傾斜して形成され、円弧状に形成された車輪取付フランジ２８の基部１８の壁面１８ａに軸方向すきまをもって対峙し、先端部が二股状に形成された一対のリップ２９ａ、２９ｂを備えた第１のサイドリップ２９と、円弧状に形成された基部１８に所定の軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップ１６ｂおよびこの第２のサイドリップ１６ｂの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップ１６ｃを有している。このラジアルリップ１６ｃは所定の径方向シメシロをもってハブ輪３０の肩部２ｃの外周面に摺接し、軸受内部に封入されたグリースが外部に流出するのを防止している。
ここで、基部１８の壁面１８ａに軸方向に延びる環状の凸部３１が形成されている。この凸部３１は、先端部が垂直方向に平坦に形成された尖塔状に形成され、芯金１５の円板部１５ｃの外表面に接合されたシール部材２７に所定の軸方向すきまをもって対峙され、ラビリンスシール３２を構成している。これにより、シールトルクを増大させることなく前述した第３のサイドリップ１９ａの第１のラビリンスシール２０を通過して流動してきた泥水等が第１のサイドリップ２９に泥水等が直接侵入するのを阻止することができ、二股状に形成された第１のサイドリップ２９のラビリンス効果と相俟ってシール２６の密封性を向上させることができる。
ラビリンスシール３２のすきま（軸方向すきま）Ｓ２は、前述した第１のラビリンスすきまＳ１よりも僅かに大きい０．５〜１．５ｍｍの範囲に設定されている。シール２６の位置決め精度を±０．１として、製造上の板厚のバラツキおよび外方部材１０と凸部３１の寸法バラツキを加味したとしても、凸部３１とシール部材２７とのラビリンスすきまＳ２が残るように設定されている。一方、１．５ｍｍを超えると、ラビリンスすきまＳ２が大きくなり、ラビリンス効果が著しく低下するので好ましくない。
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、内輪回転方式の第２乃至第４世代の車輪用軸受装置に適用できる。
１ 内方部材
２、３０ ハブ輪
２ａ、３ａ 内側転走面
２ｂ 小径段部
３ 内輪
４、２８ 車輪取付フランジ
４ａ ハブボルト
４ｂ 車輪取付フランジのインナー側の側面
５ 加締部
６ 保持器
７ 転動体
８、２６ アウター側のシール
９ 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
１０ｃ 外方部材のアウター側の端面
１０ｄ 外方部材の外周面
１１ スリンガ
１１ａ 円筒部
１１ｂ 立板部
１２ シール板
１３、１５ 芯金
１４、１６、２７ シール部材
１５ａ、１７ａ 嵌合部
１５ｂ 内側部
１５ｃ、１７ｃ 円板部
１６ａ、２９ 第１のサイドリップ
１６ｂ 第２のサイドリップ
１６ｃ ラジアルリップ
１７ 金属環
１７ｂ 湾曲部
１７ｄ 屈曲部
１８ 車輪取付フランジのインナー側の基部
１８ａ 基部の壁面
１９ シール部材の基部
１９ａ 第３のサイドリップ
２０、２５、３２ ラビリンスシール
２１ 弾性部材
２１ａ 弾性部材の先端部
２１ｂ 弾性リップ
２３ 外方部材のアウター側端部の外周面
２３ａ 段部
２４ 凹所
２９ａ、２９ｂ リップ
３１ 凸部
５０ 第１のシール
５１ 第２のシール
５２、５８、６５ 芯金
５２ａ 嵌合部
５２ｂ 内側部
５３、５９、６６ シール部材
５３ａ、５９ａ、６６ａ、６６ｂ サイドリップ
５３ｂ ダストリップ
５３ｃ、６６ｃ ラジアルリップ
５４、６２ 外方部材
５４ｃ 外方部材の端面
５５、６３ 車輪取付フランジ
５６ 車輪取付フランジの基部
５６ａ 基部の壁面
５６ｂ 車輪取付フランジの傾斜部
５７ 外方部材の外周面
５７ａ 外方部材の外周面の段部
５８ａ 円周部
５８ｂ 立板部
５８ｃ 鍔部
５９ｂ 堰部
６０ ラビリンスシール
６１ シール
６３ａ 車輪取付フランジの側面
６４ ハブ輪
６７ 外装リップ
６７ａ 突出部
６７ｂ 傾斜部
６７ｃ 平行部
Ｌ１ サイドリップの先端の基部の壁面からのオフセット量
Ｌ２ サイドリップの長さ
Ｌ３ 堰部の高さ
Ｓ１、Ｓ２ ラビリンスすきま
Ｔ１ サイドリップの厚さ
α 堰部の角度

Claims (8)

  1. 外周に懸架装置を構成するナックルに取り付け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、およびこのハブ輪に嵌合され、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または等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、
    この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、
    前記外方部材とハブ輪との間に形成される環状空間のアウター側の開口部に装着されたシールと、を備えた車輪用軸受装置において、
    前記シールが、前記外方部材のアウター側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って一体に接合され、複数のシールリップを有するシール部材とからなる一体型シールで構成され、
    前記芯金が鋼板からプレス加工にて形成され、前記外方部材の端部内周に内嵌された円筒状の嵌合部と、この嵌合部から屈曲して形成され、径方向内方に延びる内側部と、前記嵌合部のアウター側の端部から径方向外方に延び、前記外方部材のアウター側の端面に密着する円板部と、を備え、この円板部の外端部にインナー側に延びる円筒状の鍔部が形成されると共に、
    前記シール部材が合成ゴムからなり、前記芯金の径方向内方に延びる内側部の内端部から前記嵌合部と円板部の外表面を介して前記鍔部に亙る範囲に固着され、前記芯金の内側部から径方向外方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軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップと、この第１のサイドリップの内径側に形成され、前記基部に軸方向シメシロをもって摺接する第２のサイドリップおよびこの第２のサイドリップの基部から径方向内方に傾斜して延びるラジアルリップと、前記芯金の鍔部の外表面を覆うように回り込んで固着された基部から前記車輪取付フランジに向って径方向外方に傾斜して形成された第３のサイドリップと、を備え、
    この第３のサイドリップの先端部が垂直方向に平坦に形成され、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に軸方向すきまをもって対峙され、第１のラビリンスシールが構成されると共に、
    この第１のラビリンスシールと、前記車輪取付フランジのインナー側の基部に軸方向すきまをもって対峙する第１のサイドリップとの間に第２のラビリンスシールが構成され、この第２のラビリンスシールが垂直方向に平坦に形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記外方部材のアウター側の外周面からテーパ状の段部を介して小径部が形成されると共に、前記シール部材の基部に径方向内方に突出して環状凸部が形成され、この凸部が前記小径部に弾性密着されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記車輪取付フランジのインナー側の基部に金属環が嵌着され、この金属環に対向するように前記シールが配設されると共に、前記金属環が、鋼板からプレス加工にて形成され、前記ハブ輪の肩部に外嵌される円筒状の嵌合部と、円弧状に形成された基部に対応して円弧状に形成された湾曲部と、この湾曲部から径方向外方に延び、前記車輪取付フランジのインナー側の側面に弾性部材を介して密着される円板部と、この円板部の外径部から前記車輪取付フランジに対して軸方向に離間し、径方向外方に突出して形成された屈曲部と、を備え、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が曲率半径ｒからなる断面円弧面に形成されると共に、前記金属環の湾曲部が曲率半径Ｒからなる円弧面からなり、それぞれの曲率半径Ｒ、ｒがＲ≧ｒになるように設定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記金属環の表面に摩擦係数低減処理が施されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記金属環の円板部と屈曲部に亙って合成ゴムからなる弾性部材が加硫接着によって一体に接合され、前記車輪取付フランジの基部の壁面に弾性接触されると共に、前記屈曲部の端部に覆うように回り込んで接合された先端部から前記基部の壁面に向って径方向外方に傾斜して延びる弾性リップが一体に形成されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
  6. 前記車輪取付フランジのインナー側の基部の壁面に対向する前記シールの表面に環状の凹部が形成され、この凹部に前記弾性部材の先端部が軸方向すきまをもって対峙され、クランク状のラビリンスシールが形成されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
  7. 前記車輪取付フランジのインナー側の基部の壁面に軸方向に延びる環状の凸部が形成されると共に、この凸部は、先端部が垂直方向に平坦で、断面が尖塔状に形成され、前記シール部材に軸方向すきまをもって対峙され、ラビリンスシールが構成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  8. 前記内径側の第１のサイドリップが、先端部が二股状に形成された一対のリップを備えている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
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