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（１０〜１４×１０−６ｍ２／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。
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（１０〜１４×１０−６ｍ２／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。
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。
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（１０〜１４×１０−６ｍ２／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。
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（１０〜１４×１０−６ｍ２／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。
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)
- 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。
- 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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