JPWO2003071147A1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

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Abstract

車輪と共に回転するハブの回転トルクを低減して、加速性能、燃費性能を中心とする車両の走行性能を向上させる。玉14、14を設置した空間の両端開口のうち、内端開口をキャップ17aにより塞ぐ。又、外端開口を、3本のシールリップを備えたシールリング16cにより塞ぐ。これら各シールリップと相手面との摩擦に基づく、このシールリング16cの回転抵抗を、0.03〜0.2N・mの範囲内に規制する。

Description

技術分野
この発明は、自動車の懸架装置に対して車輪、特に従動輪(FF車の後輪、FR車及びRR車の前輪)を回転自在に支持する為の、車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。
背景技術
車輪支持用転がり軸受ユニットとして、例えば特開2001−221243号公報には、図11〜12に示す様な構造が記載されている。先ず、このうちの図11に示した第1例の構造に就いて説明する。車輪を構成するホイール1は、車輪支持用転がり軸受ユニット2により、懸架装置を構成する車軸3の端部に回転自在に支持している。即ち、この車軸3の端部に固定した支持軸4に、上記車輪支持用転がり軸受ユニット2を構成する、静止側軌道輪である内輪5、5を外嵌し、ナット6により固定している。一方、上記車輪支持用転がり軸受ユニット2を構成する、回転側軌道輪であるハブ7に上記ホイール1を、複数本のスタッド8、8とナット9、9とにより結合固定している。
上記ハブ7の内周面には、それぞれが回転側軌道面である複列の外輪軌道10a、10bを、外周面には取付フランジ11を、それぞれ形成している。上記ホイール1は、制動装置を構成する為のドラム12と共に、上記取付フランジ11の片側面(図示の例では外側面)に、上記各スタッド8、8とナット9、9とにより、結合固定している。
上記各外輪軌道10a、10bと、上記各内輪5、5の外周面に形成した、それぞれが静止側軌道面である各内輪軌道13、13との間には、それぞれが転動体である玉14、14を複数個ずつ、それぞれ保持器15、15により保持した状態で転動自在に設けている。構成各部材をこの様に組み合わせる事により、背面組み合わせである複列アンギュラ型の玉軸受を構成し、上記各内輪5、5の周囲に上記ハブ7を、回転自在に、且つ、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在に支持している。尚、上記ハブ7の両端部内周面と、上記各内輪5、5の端部外周面との間には、それぞれシールリング16a、16bを設けて、上記各玉14、14を設けた空間と外部空間とを遮断している。更に、上記ハブ7の外端(軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で幅方向外側を言う。同じく、幅方向中央側を内と言う。本明細書全体で同じ。)開口部は、キャップ17により塞いでいる。
上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット2の使用時には、図11に示す様に、内輪5、5を外嵌固定した支持軸4を車軸3に固定すると共に、ハブ7の取付フランジ11に、図示しないタイヤを組み合わせたホイール1及びドラム12を固定する。又、このうちのドラム12と、上記車軸3の端部に固定のバッキングプレート18に支持した、図示しないホイルシリンダ及びシューとを組み合わせて、制動用のドラムブレーキを構成する。制動時には、上記ドラム12の内径側に設けた1対のシューをこのドラム12の内周面に押し付ける。
次に、図12に示した従来構造の第2例に就いて説明する。この車輪支持用転がり軸受ユニット2aの場合には、静止側軌道輪である外輪19の内径側に、回転側軌道輪であるハブ7aを、それぞれが転動体である複数の玉14、14により、回転自在に支持している。この為に、上記外輪19の内周面にそれぞれが静止側軌道面である複列の外輪軌道10a、10bを、上記ハブ7aの外周面にそれぞれが回転側軌道面である第一、第二の内輪軌道20、21を、それぞれ設けている。このハブ7aは、ハブ本体22と内輪23とを組み合わせて成る。このうちのハブ本体22の外周面のうちの外端部に車輪を支持する為の取付フランジ11aを、同じく中間部に上記第一の内輪軌道20を、同じく中間部内端寄り部分にこの第一の内輪軌道20を形成した部分よりも小径である小径段部24を、それぞれ設けている。そして、この小径段部24に、外周面に断面円弧状である上記第二の内輪軌道21を設けた上記内輪23を外嵌している。更に、上記ハブ本体22の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部25により上記内輪23の内端面を抑え付けて、この内輪23を上記ハブ本体22に対し固定している。更に上記外輪19の両端部内周面と、上記ハブ7aの中間部外周面及び上記内輪23の内端部外周面との間に、それぞれシールリング16c、16dを設けて、上記外輪19の内周面と上記ハブ7aの外周面との間で上記各玉14、14を設けた空間と、外部空間とを遮断している。
上述した従来構造の場合、玉14、14を設置した内部空間の両端開口部にシールリング16a、16b(又は16c、16d)を設置していた為、ハブ7(又は7a)の回転に要するトルク(車輪支持用転がり軸受ユニットの回転抵抗)が大きくなる事が避けられない。一方、上記内部空間と外部空間との遮断を行なうのに、この内部空間の一端側をキャップにより塞ぎ、シールリングを軸方向他端側にのみ設ける構造も、例えば特開2001−241450号公報に記載されている様に、従来から知られている。
但し、従来の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、シールリングの回転抵抗が必ずしも低くない為、この車輪支持用転がり軸受ユニットの転がり抵抗に就いても十分に低くできなかった。この結果、この車輪支持用転がり軸受ユニットを組み込んだ車両の、加速性能、燃費性能を中心とする走行性能が悪化する為、近年に於ける省エネルギ化の流れを受けて、改良が望まれている。
シールリング設置部分の抵抗を低減して転がり軸受の回転トルクを低減する構造として従来から、特開平10−252762号公報に記載されたものの如きシールリップの締め代を工夫する構造の他、軸受型式、予圧量、各部の形状、接触角や軌道面の曲率半径等の内部設計、グリースの種類、シールリングの形状や材料等を工夫する事が考えられている。但し、これらの要素を互いに関連付けつつ適正に規制して、必要とするシール性能を確保し、且つ、上記回転トルクを低減する設計は面倒であった。この為、より簡便に車輪支持用転がり軸受ユニットの回転トルクを低減できる構造の実現が望まれている。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
発明の開示
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、静止側軌道輪と、回転側軌道輪と、複数個の転動体と、キャップと、シールリングとを備える。
このうちの静止側軌道輪は、使用状態で懸架装置に支持固定される。
又、上記回転側軌道輪は、使用状態で車輪を支持固定する。
又、上記各転動体は、上記静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道面と回転側軌道面との間に設けられている。
又、上記キャップは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの外径側に位置する軌道輪の軸方向一端開口部の全体を塞ぐ。
更に、上記シールリングは、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との互いに対向する周面同士の間で上記各転動体を設置した空間を、上記キャップと軸方向反対側で塞ぐ。
そして、上記シールリングは、それぞれが弾性材製である2〜3本のシールリップを有する。
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、上記各シールリップと相手面との摩擦に基づく上記シールリングの回転抵抗が、0.03〜0.2N・mである。
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の場合には、必要とするシール性能を確保しつつ、回転トルクを十分に低減できる。即ち、シールリングの回転抵抗を0.2N・m以下に抑えているので、車輪支持用転がり軸受ユニット全体としての回転トルクを低減できる。
一方、上記シールリングの回転抵抗を0.03N・m以上確保しているので、必要とするシール性能(主として泥水の侵入防止の為の耐泥水性能)を確保できる。
即ち、本発明者の行なった実験の結果、シールリップの数が2本又は3本である限り、このシールリップの形状や材質を含め、シールリングの構造に関係なく、このシールリングの回転抵抗の大小により、シール性能の適否を判定できる事が分かった。同時に、上記シールリングの回転抵抗を0.03N・m以上にすれば、必要とするシール性能を得られる事も分かった。
これらにより、上記シールリングの回転抵抗が0.03〜0.2N・mである本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、必要とするシール性能を確保しつつ回転トルクを十分に低減できる事が分かる。
発明を実施するための最良の形態
先ず、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの構造の3例に就いて説明する。先ず、図1は、その第1例として、前述の図11に示した構造に改良を加えて、シール性能を確保しつつ回転トルクの低減を行ない易くした構造を示している。この為に本例の場合には、内側の内輪軌道13aを、支持軸4aの中間部外周面に直接形成している。これにより、上記図11に示した従来構造で考えられた、内側の内輪5と支持軸4との嵌合部を通じての異物侵入をなくせる構造としている。又、上記図11に示した従来構造に組み込んでいた、外側のシールリング16aを省略し、内側のシールリング16bのみとしている。そして、この内側のシールリング16bの回転抵抗(トルク)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制している。各玉14、14を設置した空間内への、泥水等の異物侵入防止は、上記シールリング16bと、ハブ7の外端開口部に被着したキャップ17とにより防止している。その他の部分の構造は、上記図11に示した従来構造と同様である。
次に、図2は、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第2例を示している。本例は、前述の図12に示した構造を、本発明を適用可能な構造に変更したものである。この為に本例の場合には、外輪19の内端開口部をキャップ17aにより塞ぐと共に、この外輪19の外端部内周面とハブ本体22の中間部外周面との間をシールリング16cにより塞いでいる。上記外輪19の内端部内周面と内輪23の外周面との間のシールリング16d(図12)は省略している。そして、上記シールリング16cの回転抵抗を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制している。各玉14、14を設置した空間内への、泥水等の異物侵入防止は、上記シールリング16cと上記キャップ17aとにより防止している。その他の部分の構造は、上記図12に示した従来構造と同様である。
次に、図3は、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第3例を示している。本例の場合には、ハブ本体22aの内端部に設けた雄ねじ部26に螺着したナット27により、このハブ本体22aの小径段部24に外嵌した内輪23の内端面を抑え付けている。これに合わせて、外輪19の内端開口部に被着したキャップ17bの形状を膨らませ、上記雄ねじ部26及びナット27との干渉を防止している。その他の構成は、上述した第2例の場合と同様である。
次に、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の7例に就いて、図4〜10により説明する。このうち、図4〜8に示した5例は、前記図1に示した車輪支持用転がり軸受ユニットの第1例で、内側のシールリング16bとして利用可能な構造を示している。
先ず、図4に示した第1例は、ハブ7(図1)の内端部に内嵌固定する外径側シールリング28と、支持軸4a(図1)の内端寄り部分に外嵌固定する内径側シールリング29とを組み合わせた組み合わせシールリングであり、内径側に2本、外径側に1本の、合計3本のシールリップを備える。本例の場合、これら3本のシールリップの先端縁と相手面(芯金の表面)との摩擦に基づく、上記外径側、内径側両シールリング28、29同士の相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図5に示した第2例は、ハブ7(図1)の内端部に内嵌固定するシールリング30と、支持軸4a(図1)の内端寄り部分に外嵌固定するスリンガ31とを組み合わせた組み合わせシールリングであり、上記シールリング30に3本のシールリップを備える。本例の場合、これら3本のシールリップの先端縁と上記スリンガ31の表面との摩擦に基づく、上記シールリング30とスリンガ31との相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図6に示した第3例は、ハブ7(図1)の内端部に内嵌固定するシールリング30aを構成する2本のシールリップ32a、32bのうちの内側のシールリップ32aを、ガータスプリング33により、支持軸4a(図1)の内端寄り部分の外周面に摺接させる構造としている。本例の場合、上記2本のシールリップ32a、32bの先端縁と上記支持軸4aの内端寄り部分の外周面との摩擦に基づく、上記シールリング30aと支持軸4aとの相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図7に示した第4例は、ハブ7(図1)の内端部内周面に係止するシールリング34aと、支持軸4a(図1)の内端寄り部分の外周面に係止するシールリング34bとを組み合わせた組み合わせシールリングである。本例の場合、ハブ7側に係止するシールリング34aに2本、支持軸4a側に係止するシールリング34bに1本の、合計3本のシールリップを備える。この様な本例の場合、これら3本のシールリップの先端縁と相手面(ハブ7の内周面、支持軸4aの外周面、芯金の表面)との摩擦に基づく、ハブ7と支持軸4aとの相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図8は、ハブ7(図1)の内端部に内嵌するシールリング35に設けた2本のシールリップの先端縁を、支持軸4a(図1)の内端寄り部分の外周面に摺接させるものである。この様な本例の場合、上記2本のシールリップの先端縁と上記支持軸4aの内端部外周面との摩擦に基づく、上記シールリング35と支持軸4aとの相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図9〜10に示した2例は、前記図2〜3に示した車輪支持用転がり軸受ユニットの第2〜3例で、外輪19の外端部内周面とハブ本体22、22aの中間部外周面との間に設けるシールリングとして利用可能な構造を示している。
先ず、図9に示した第1例のシールリング36は、上記外輪19(図2〜3)の外端部に内嵌固定自在な芯金に3本のシールリップを設けたもので、これら各シールリップの先端縁を、取付フランジ11a(図2〜3)の内側面、或はこの内側面と上記ハブ本体22、22a(図2〜3)の外周面とを連続させる曲面部に摺接自在としている。この様な本例の場合、上記3本のシールリップの先端縁と上記ハブ本体22、22aの表面との摩擦に基づく、上記シールリング36とハブ本体22、22aとの相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
次に、図10に示した第2例の場合には、シールリング36aに設けた3本のシールリップのうちの中間のシールリップ37を、ガータスプリング33aにより、ハブ本体22、22a(図2〜3)の中間部外周面に押し付ける様にしている。この様な本例の場合も、3本のシールリップの先端縁と上記ハブ本体22、22aの表面との摩擦に基づく、上記シールリング36aとハブ本体22、22aとの相対回転に要するトルク(回転抵抗)を、0.03〜0.2N・mの範囲に規制する。
実施例
次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験の結果に就いて説明する。実験では、図4〜10に示した7種類のシールリングに就いて、シールリング単体での回転抵抗(シールトルク)とシール性能との関係を求めた。シールトルクの調節は、シールリップの締め代(弾性変形量)の調整、弾性材の変更、相手面との接触状態の調整により行なった。そして、上記7種類のシールリングのそれぞれに就いて、シールトルクが0〜0.22N・mまでのものを6種類ずつ製作した。そして、各シールリングを、図1又は図2に示した車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込んで、泥水浸入試験に供した。車輪支持用転がり軸受ユニットの潤滑は、粘度が10〜14cSt(10〜14×10−6/s)のグリースを封入する事により行ない、20℃の環境下で、ハブ7、7aを200min−1で回転させた。
この様な条件で行なった実験の結果を次の表1に示す。
Figure 2003071147
尚、この表1中、「×」印はグリースを封入した内部空間に多量の泥水が浸入した事を、「△」印は少量の泥水が浸入した事を、「○」印は泥水の浸入が観測されなかった事を、それぞれ表している。この様な実験の結果から、シールトルクが0.03N・m以上であれば、何れの構造のシールリングの場合でも、泥水の浸入を阻止できる事が分かる。
次に、シールトルク(回転抵抗)が、転がり軸受ユニット全体の回転トルクに及ぼす影響を知る為に行なった実験に就いて説明する。実験は、図9に示したシールリング36を、図2に示した車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込む事により行なった。そして、シールトルクを0.1〜0.3N・mの間で5段階に変化させ、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ7aの回転トルクを観察した。車輪支持用転がり軸受ユニットの潤滑は、粘度が10〜14cSt(10〜14×10−6/s)のグリースを封入する事により行ない、20℃の環境下で、ハブ7aを200min−1で回転させた。
この様な条件で行なった実験の結果を次の表2に示す。
Figure 2003071147
この様な実験の結果を示す表2から明らかな通り、シールトルクが0.22N・m以上になると、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの回転トルクを十分に低く抑えられなくなる。
産業上の利用可能性
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、車輪と共に回転するハブの回転トルクを低減して、加速性能、燃費性能を中心とする車両の走行性能の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の対象となる構造の第1例を示す断面図である。
図2は、本発明の対象となる構造の第2例を示す半部断面図である。
図3は、本発明の対象となる構造の第3例を示す半部断面図である。
図4は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第1例を示す部分断面図である。
図5は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第2例を示す部分断面図である。
図6は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第3例を示す部分断面図である。
図7は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第4例を示す部分断面図である。
図8は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第5例を示す部分断面図である。
図9は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第6例を示す部分断面図である。
図10は、本発明に適用し得るシールリングの具体的構造の第7例を示す部分断面図である。
図11は、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第1例を、懸架装置への組み付け状態で示す断面図である。
図12は、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第2例を示す断面図である。

Claims (2)

  1. 使用状態で懸架装置に支持固定される静止側軌道輪と、使用状態で車輪を支持固定する回転側軌道輪と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との互いに対向する周面に存在する静止側軌道面と回転側軌道面との間に設けられた複数個の転動体と、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの外径側に位置する軌道輪の軸方向一端開口部の全体を塞ぐキャップと、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との互いに対向する周面同士の間で上記各転動体を設置した空間を、上記キャップと軸方向反対側で塞ぐシールリングとを備え、このシールリングは、それぞれが弾性材製である2〜3本のシールリップを有するものである車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、これら各シールリップと相手面との摩擦に基づく上記シールリングの回転抵抗が0.03〜0.2N・mである事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
  2. 静止側軌道輪が、内周面にそれぞれが断面円弧状である複列の外輪軌道を設けた外輪であり、回転側軌道輪が外周面に複列の内輪軌道を設けたハブであり、このハブはハブ本体と内輪とを組み合わせて成るものであり、このうちのハブ本体の外周面のうちの外端部に車輪を支持する為の取付フランジが、同じく中間部に断面円弧状である第一の内輪軌道が、同じく中間部内端寄り部分にこの第一の内輪軌道を形成した部分よりも小径である小径段部が、それぞれ設けられており、この小径段部に外嵌された、外周面に断面円弧状である第二の内輪軌道を設けた内輪の内端面が、上記ハブ本体の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部により抑え付けられており、上記各外輪軌道と上記第一、第二の内輪軌道との間に設けられた転動体が玉であり、上記外輪の内端開口部全体がキャップにより塞がれており、シールリングが、この外輪の外端開口部と上記ハブ本体の中間部外周面との間に設けられている、請求項1に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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