JP6658216B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪用軸受装置に関するものである。

自動車等の車両において、車輪を回転自在に支持するために車輪用軸受装置（ハブユニット）が用いられている。車輪用軸受装置は、車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、このハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、ハブ軸と外輪との間に設けられている複数の転動体（例えば、複数の玉）と、複数の転動体を保持する保持器とを備えている。また、このような車輪用軸受装置では、ハブ軸と外輪との間であって転動体が設けられている軸受内部に、泥水等の異物が軸受外部から浸入するのを防ぐために、密封装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

従来の密封装置として、外輪の内周面の一部にシール部材が取り付けられており、このシール部材のリップをハブ軸の一部に滑り接触させる構成が提案されている。しかし、ハブ軸は、例えば機械構造用炭素鋼からなるため、リップが滑り接触する部分に泥水が付着して錆が発生すると、錆がリップを攻撃してリップの摩耗が促進され、やがて、軸受内部に異物が浸入するおそれがある。そこで、図６に示すように、ハブ軸９０に環状のスリンガ９９（ステンレス製）を取り付け、シール部材９３のリップ９４をスリンガ９９に滑り接触させることで、リップ９４の摩耗を防ぐという対策が講じられているものがある。

スリンガ９９は、円筒部９８と、この円筒部９８の車両アウタ側から径方向外側に延びている円環部９７とを有しており、円筒部９８がハブ軸９０の一部に外嵌することによりスリンガ９９はハブ軸９０に取り付けられた状態となる。

スリンガ９９は、ハブ軸９０の外周面９１に対して圧入することで取り付けられるが、この際、スリンガ９９の円筒部９８が塑性変形してしまい、取り付け後において、ハブ軸９０への嵌合力（締め付け力）が低下し、スリンガ９９が位置ずれしてしまうおそれがある。

特開２０１４−９５４０３号公報

そこで、図７に示すように、円筒部９８に、車両インナ側で開口しているスリット９６を複数形成し、これにより円筒部９８を弾性変形させやすい構造とし、ハブ軸への圧入によるスリンガ９９の塑性変形を抑えようとしている。なお、図７は、スリンガ９９の一部を径方向外側から見た説明図である。

しかし、円筒部９８にスリット９６を形成すると、ハブ軸への取り付けの際、スリット９６の奥側の部分９６ａには集中応力（局部応力）が発生する。これは、スリンガ９９をハブ軸に圧入すると、円筒部９８は拡径すると共にスリット９６を挾む両側部分９６ｂ，９６ｂが周方向両側（図７において矢印ｊの方向）に広がるように弾性変形し、これにより、奥側の部分９６ｂにおいて応力が集中する。発生する応力が大きくなると、円筒部９８の一部（奥側の部分９６ａ）が弾性域を越えて部分的に塑性変形するおそれがあり、この結果、スリンガ９９のハブ軸への嵌合力が低下する可能性がある。

図６において、スリンガ９９のハブ軸９０への嵌合力が低下すると、車両の走行に伴ってスリンガ９９が車両インナ側（シール部材９３側）へ移動することがある。このようにスリンガ９９が移動すると、シール部材９３のリップ９４の潰れ代が増し、摩擦抵抗が増加して回転損失が大きくなる他、リップ９４の異常摩耗や発熱による劣化の原因となってしまう。

そこで、本発明では、車輪用軸受装置において、ハブ軸に嵌合させるスリンガが塑性変形するのを防ぎ、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぐことを目的とする。

本発明の車輪用軸受装置は、車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記ハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられている複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、前記外輪に取り付けられている環状のシール部材と、前記ハブ軸に取り付けられ前記シール部材が滑り接触する環状のスリンガと、を備え、前記スリンガは、前記ハブ軸に締り嵌めの状態で嵌合している円筒部と、当該円筒部の車両アウタ側から径方向外側に延びている円環部と、を有し、当該スリンガには、前記円筒部の車両インナ側で開口しているスリットが複数形成されており、前記スリットは、周方向で対向し車両インナ側から車両アウタ側に向かって間隔が広くなっている一対の側面と、車両アウタ側の奥面と、前記一対の側面それぞれと前記奥面との間を繋ぐ凹形状のアール面と、を含む。

この車輪用軸受装置によれば、スリンガに形成されているスリットにより、円筒部は弾性変形しやすくなってハブ軸への取り付けが容易となる。また、スリットは凹形状のアール面を有する形状であるが、このスリットでは一対の側面の間隔が車両アウタ側に向かって広くなっていることで、前記アール面のアール寸法を大きく設定することが可能となる。このため、スリンガをハブ軸に嵌合させた場合に、スリットにより発生する応力集中を緩和することができ、スリンガが塑性変形するのを防ぐことが可能となる。
また、スリットでは一対の側面が車両インナ側に向かって狭くなる。このため、円筒部において、車両インナ側ではハブ軸に対して締め代を有して密着する面積が広くなり、嵌合力が確保される。以上より、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぐことが可能となる。

また、前記スリットは、前記円筒部の車両アウタ側の部分を越えて前記円環部の径方向内側部に至る範囲まで形成されているのが好ましい。
この場合、スリンガの円筒部における径方向のばね性がより一層高くなる。このため、例えば車両の走行によってハブ軸が弾性変形しても、円筒部はその変形に追従しやすく、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのをより効果的に防ぐことが可能となる。

本発明によれば、スリンガをハブ軸に嵌合させることで、スリンガが塑性変形するのを防ぎ、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぐことが可能となる。この結果、スリンガに滑り接触するシール部材の潰れ代を長期にわたって維持することができ、これらスリンガとシール部材とによって高い密封性能を確保することが可能となる。

車輪用軸受装置の断面図である。 密封装置を示す拡大断面図である。 スリンガの斜視図である。 スリンガの断面図である。 スリットの形状を説明する説明図である。 従来のスリンガ及びその周囲を示す断面図である。 スリンガの一部を径方向外側から見た説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は車輪用軸受装置の断面図である。この車輪用軸受装置（ハブユニット）１０は、例えば自動車の車体側の懸架装置（ナックル）に取り付けられ、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１０は、ハブ軸１１と、外輪１２と、転動体１３と、保持器１４と、密封装置１５，１７とを備えている。

外輪１２は、円筒状の部材であり、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。外輪１２は、円筒形状である外輪本体５１と、この外輪本体５１から径方向外側に延びて設けられている固定用のフランジ部５２とを有している。このフランジ部５２が車体側部材であるナックル（図示せず）に固定されることで、外輪１２を含む車輪用軸受装置１０はナックルに固定される。

車輪用軸受装置１０が車体側に固定された状態で、ハブ軸１１が有する後述の車輪取り付け用のフランジ部５６側が車両の外側となる。つまり、図１の左側（フランジ部５６側）が車両アウタ側となり、図１の右側が車両インナ側となる。また、図１の左右方向が車輪用軸受装置１０の軸方向となる。

外輪１２の内周面には、車両アウタ側の外輪軌道面１２ａと、車両インナ側の外輪軌道面１２ｂとが形成されている。

ハブ軸１１は、軸本体部５５と、車輪取り付け用のフランジ部５６と、内輪部材５７とを有している。これらは、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。軸本体部５５は軸方向に長い軸部材である。フランジ部５６は、軸本体部５５の車両アウタ側から径方向外側に延びて設けられており、円環形状を有している。フランジ部５６には、周方向に沿って複数の穴が形成されており、この穴に、車輪取り付け用のボルト６９が取り付けられている。フランジ部５６には、図外の車輪の他にブレーキロータが取り付けられる。内輪部材５７は、環状の部材であり、軸本体部５５の車両インナ側に嵌合して取り付けられている。軸本体部５５の車両アウタ側の外周面に軸軌道面１１ａが形成され、内輪部材５７の外周面に内輪軌道面１１ｂが形成されている。

車両アウタ側の外輪軌道面１２ａと軸軌道面１１ａとが径方向に対向し、車両インナ側の外輪軌道面１２ｂと内輪軌道面１１ｂとが径方向に対向し、車両アウタ側及びインナ側それぞれの軌道面間に転動体１３である玉が配置されている。転動体（玉）１３は二列設けられており、各列の転動体（玉）１３は、環状の保持器１４によって保持されている。ハブ軸１１と外輪１２との間に複数の転動体１３が設けられていることで、外輪１２は、ハブ軸１１（軸本体部５５）の径方向外側においてハブ軸１１と同心状に設けられた構成となる。

車両アウタ側の保持器１４は、車両アウタ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。車両インナ側の保持器１４は、車両インナ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。保持器１４は、例えば樹脂製とすることができる。

車両インナ側の密封装置１７は、環状のシール部材４０と、環状のスリンガ５０とによって構成されている。シール部材４０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両インナ側に嵌合して取り付けられている。スリンガ５０は、内輪部材５７の外周面に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。シール部材４０（シール部材４０のリップ）が、スリンガ５０に滑り接触（摺接）することで、車両インナ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制することができる。軸受内部とは、ハブ軸１１と外輪１２との間であって、二列の転動体１３が設けられている領域である。

車両アウタ側の密封装置１５は、環状のシール部材２０と、環状のスリンガ３０とによって構成されている。シール部材２０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両アウタ側に嵌合して取り付けられている。図２は、密封装置１５を示す拡大断面図である。スリンガ３０は、軸本体部５５の外周面であって車両アウタ側に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。シール部材２０のリップ２１ａが、スリンガ３０に滑り接触（摺接）することで、車両アウタ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制することができる。

シール部材２０は、金属製の芯金２５と、ゴム製のシール本体２６とを有している。芯金２５は、外輪１２（外輪本体５１）の車両アウタ側の端部１２ｃの内周面に締り嵌めの状態で取り付けられている。シール本体２６は、芯金２５に固定（加硫接着）されており、スリンガ３０に滑り接触する複数（図例では二つ）の第一のリップ２１ａと、軸本体部５５に滑り接触する第二のリップ２１ｂとを有している。第一のリップ２１ａは、スリンガ３０との間から泥水等の異物が軸受内部に浸入するのを防ぐ機能を有しており、第二のリップ２１ｂは、主として軸受内部のグリースが外部へ流出するのを防ぐ機能を有している。第一のリップ２１ａは、スリンガ３０に対して軸方向から接触する。第二のリップ２１ｂは、軸本体部５５に対して径方向から接触する。

図２に示すシール本体２６は、外輪１２（外輪本体５１）の車両アウタ側の端部１２ｃの外周面に締め代を有して接触している第三のリップ２２を更に有している。このリップ２２は、外輪１２と芯金２５との間を通って泥水等の異物が軸受内部に浸入するのを防ぐ機能を有している。

スリンガ３０は、金属製の環状部材であり、本実施形態ではステンレス製（ＳＵＳ４３０）である。スリンガ３０は、軸本体部５５の車両アウタ側の一部（２９）に締り嵌めの状態で嵌合している円筒部（第一の円筒部）３１と、この円筒部３１の車両アウタ側から径方向外側に延びている円環部３２とを有している。円環部３２は、ハブ軸１１のフランジ部５６の側面５６ａに接触している。本実施形態では、車輪用軸受装置１０の軸線を含む断面（図２に示す断面）において、フランジ部５６の基部５６ｂが凹アール形状を有していることから、これに応じてスリンガ３０の円環部３２はアール形状の曲面部３３を有している。なお、曲面部３３は、アール形状以外として、円弧に沿って折り曲げられた形状であってもよい。

スリンガ３０は、更に、円環部３２の径方向外側の端部３２ａから車両インナ側に延びている第二の円筒部３５を有している。この円筒部３５は、シール部材２０の第三のリップ２２の径方向外側に位置している。第二の円筒部３５と第三のリップ２２との間にラビリンス隙間が形成されており、このラビリンス隙間は、第一のリップ２１ａとスリンガ３０との滑り接触部分に、外部から泥水等の異物が浸入するのを抑制する機能を有している。

以上のように、この車輪用軸受装置１０では、外輪１２の車両アウタ側の内周側の一部（端部１２ｃ）に取り付けられている環状のシール部材２０と、ハブ軸１１の車両アウタ側の外周側の一部（２９）に取り付けられている環状のスリンガ３０とを備えており、シール部材２０（リップ２１ａ）がスリンガ３０に滑り接触する。スリンガ３０は、ハブ軸１１の車両アウタ側の外周側の一部（２９）に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。ハブ軸１１のうち、スリンガ３０（円筒部３１）が密着して嵌合することで取り付けられている部分（前記一部）を「取り付け部２９」と呼ぶ。取り付け部２９の外周面２８は、ハブ軸１１（車輪用軸受装置１０）の軸線を中心線とする円筒面からなる。

図３は、スリンガ３０の斜視図である。図４は、スリンガ３０の断面図である。スリンガ３０には、周方向に沿って複数のスリット６０が形成されている。本実施形態では、周方向に等間隔で複数のスリット６０が形成されている。各スリット６０は、円筒部３１の車両インナ側で開口した形状を有している。図５は、スリット６０の形状を説明する説明図である。なお、スリンガ３０は環状であるが、図５に示す説明図では、スリット６０の形状の説明を容易とするために、円環部３２（曲面部３３）と円筒部３１とを同一平面上に展開した状態（以下、展開状態という。）として示している。
スリット６０は、円筒部３１の車両インナ側の端部３８で開口しており、そして、図３及び図４に示すように、スリット６０は、この円筒部３１の車両アウタ側の部分３９を越えて円環部３２の径方向内側部３７に至る範囲まで形成されている。つまり、スリット６０は、円環部３２の一部である曲面部３３においても形成されている。

図５に示すように、各スリット６０は、一対の側面６１，６２と、車両アウタ側の奥面６３と、一対の凹形状のアール面６４，６５とを含む形状を有している。一対の側面６１，６２は、周方向（図５では左右方向）で対向しており、車両インナ側から車両アウタ側に向かって相互の間隔Ｂｉが広くなっている。奥面６３は、車両インナ側に向かって臨む面であり、本実施形態では、平らな面からなる。一方のアール面６４は、一方の側面６１と奥面６３との間を繋ぐ面であり、他方のアール面６５は、他方の側面６２と奥面６３とを繋ぐ面である。一方のアール面６４と、側面６１及び奥面６３それぞれとは、段差を有することなく滑らかに繋がっており、他方のアール面６５と、側面６２及び奥面６３それぞれとは、段差を有することなく滑らかに繋がっている。このようにスリット６０は、車両インナ側よりも車両アウタ側において広くなる形状を有しており、車両アウタ側において、半径（アール寸法）の大きなアール面６４，６５を有している。

アール面６４，６５それぞれの半径（アール寸法）は、前記展開状態で（図５参照）１ミリメートル以上とするのが好ましい。また、スリット６０の車両インナ側の端部６６，６７における開口寸法Ｂ１は、１ミリメートル程度である。なお、この開口寸法Ｂ１は、スリット６０において（周方向についての）最小寸法となる。スリット６０の車両アウタ側における最大寸法（周方向の寸法）Ｂ２は、開口寸法Ｂ１の２倍以上、５倍以下とすることができる。円筒部３１の車両インナ側の端面３８ａとスリット６０の側面６１との成す角度θ、及び、この端面３８ａとスリット６０の側面６２との成す角度θは、鋭角であり、例えば４５度以上、６０度以下とすることができる。これにより、奥面６３側が広くなるスリット６０となる。なお、前記の各寸法や角度の値は、例示であって、その他の値を採用することができる。

各スリット６０は、スリンガ３０の軸線に平行な中心線Ｃを軸として線対称の形状を有している。そして、このような形状を有するスリット６０がスリンガ３０の周方向に沿って等間隔で形成されている（図３参照）。後にも説明するが、スリンガ３０に前記形状を有するスリット６０が複数形成されることで、ハブ軸１１への取り付けによりスリンガ３０に発生する応力集中を緩和することができると共に、スリンガ３０の軽量化が可能となる。なお、スリンガ３０の軽量化は、車輪用軸受装置１０の軽量化、更には自動車の軽量化に貢献する。

図５に示すスリット６０の場合、両側のアール面６４，６５の間に、円筒部３１の端面３８ａと平行となる平らな奥面６３が介在している。図示しないが、両側のアール面６４，６５同士が交わっていてもよく、この場合、交わっている部分を奥面６３と呼ぶことができる。なお、この構成とするためには、アール面６４，６５の半径を図示する形態よりも大きくする必要があるが、この場合、スリット６０によるスリンガ３０の軽量化の効果が小さくなる。

以上、本実施形態の車輪用軸受装置１０によれば、スリンガ３０に形成されているスリット６０により、円筒部３１は弾性変形しやすくなってハブ軸１１への取り付けが容易となる。つまり、円筒部３１のうちのスリット６０以外の部分６８（図３、図５参照）のばね性が高まることで、弾性変形が容易となり、ハブ軸１１への圧入による取り付けが容易となる。

また、スリット６０は凹形状のアール面６４，６５を有する形状であるが、本実施形態のスリット６０では、一対の側面６１，６２の間隔Ｂｉが車両アウタ側に向かって広くなっていることで、アール面６４，６５のアール寸法（半径）を大きく設定することが可能となる。例えば、アール面６４，６５のアール寸法を１ミリメートルとすることができる。このため、スリンガ３０をハブ軸１１に嵌合させた場合に、スリット６０により発生する応力集中を緩和することができ、スリンガ３０が塑性変形するのを防ぐことが可能となる。更に、本実施形態では、応力集中を緩和するために円筒部３１の厚さ（径方向寸法）が所定の値に設定される。

また、図５に示すように、スリット６０では一対の側面６１，６２が車両インナ側に向かって狭くなっている。このため、円筒部３１において、車両インナ側ではハブ軸１１に対して締め代を有して密着する面積が広くなり、嵌合力が確保される。つまり、円筒部３１のうち、ハブ軸１１に対して締め代を有して密着する（スリット６０以外の）部分６８の面積が広くなり、嵌合力が確保される。

以上より、図２において、スリンガ３０がハブ軸１１の所定位置（取り付け部２９）から移動するのを防ぐことが可能となる。この結果、スリンガ３０に滑り接触するシール部材２０（リップ２１ａ）の潰れ代を長期にわたって維持することができ、これらスリンガ３０とシール部材２０とによって高い密封性能を確保することが可能となる。

ここで、従来（図６参照）車両が走行すると、スリンガ９９が車両インナ側へ移動する、いわゆるスリンガ９９のウォークアウトという現象が生じる。本発明の発明者は、このウォークアウトの原因を探求した結果、その原因の一つとして、次のように推測することができた。すなわち、車両が旋回すると車両旋回荷重が作用し、この旋回荷重によってハブ軸９０が断面において真円形状から楕円形状に弾性的に変形する。従来のスリンガ９９は、このようなハブ軸９０の変形に完全には追従しないことから、スリンガ９９とハブ軸９０との間の面圧が部分的に小さくなり、この面圧の低下によってハブ軸９０とスリンガ９９との間の静止摩擦力が弱くなり、静止摩擦力が弱くなった部分においてスリンガ９９とハブ軸９０との間において位置ずれが発生し、更に、ハブ軸９０が継続して回転することで、この位置ずれが蓄積され、この結果、スリンガがウォークアウトすると推測できるに至った。

これに対して、本実施形態（図３〜図５）のスリンガ３０の場合、スリット６０が周方向に沿って複数形成されていることで、ハブ軸１１に外嵌させる円筒部３１を弾性変形させやすい構成としている（つまり、円筒部３１の径方向のばね性を高くしている）。つまり、ハブ軸１１が弾性変形して断面形状が変化しても、円筒部３１はその変形に追従しやすくしている。
更に、本実施形態では、前記のとおり（図４参照）、スリット６０は、円筒部３１の車両アウタ側の部分３９を越えて円環部３２の径方向内側部３７に至る範囲まで形成されており、これにより、スリンガ３０の円筒部３１における径方向のばね性がより一層高くなっている。このため、車両の走行によってハブ軸１１が弾性変形しても、円筒部３１はその変形に追従しやすく、スリンガ３０のウォークアウトをより効果的に防ぐことが可能となる。

なお、前記スリンガ３０を含む密封装置１５は、車両アウタ側におけるものであるが、車両インナ側の密封装置１７用のスリンガ５０（図１参照）にも、前記のようなスリット６０を適用することができる。これにより、スリンガ５０の移動（ウォークアウト）を抑えることが可能となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の車輪用軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、図２に示すスリンガ３０は径方向外側に第二の円筒部３５を有しているが、この円筒部３５は省略されてもよい。また、シール部材２０は図示した形状以外であってもよい。

１０：車輪用軸受装置 １１：ハブ軸 １２：外輪
１３：玉（転動体） １４：保持器 ２０：シール部材
３０：スリンガ ３１：円筒部 ３２：円環部
３７：径方向内側部 ３９：車両アウタ側の部分 ５６：フランジ部
６０：スリット ６１，６２：側面 ６３：奥面
６４，６５：アール面 Ｂｉ：間隔

Claims (2)

1. 車輪が取り付けられるフランジ部を車両アウタ側に有するハブ軸と、前記ハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられている複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、前記外輪に取り付けられている環状のシール部材と、前記ハブ軸に取り付けられ前記シール部材が滑り接触する環状のスリンガと、を備え、
   前記スリンガは、前記ハブ軸に締り嵌めの状態で嵌合している円筒部と、当該円筒部の車両アウタ側から径方向外側に延びている円環部と、を有し、当該スリンガには、前記円筒部の車両インナ側で開口しているスリットが複数形成されており、
   前記スリットは、周方向で対向し車両インナ側から車両アウタ側に向かって間隔が広くなっている一対の側面と、車両アウタ側の奥面と、前記一対の側面それぞれと前記奥面との間を繋ぐ凹形状のアール面と、を含む形状を有している、車輪用軸受装置。
2. 前記スリットは、前記円筒部の車両アウタ側の部分を越えて前記円環部の径方向内側部に至る範囲まで形成されている、請求項１に記載の車輪用軸受装置。

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