JPWO2003081096A1 - シールリング及びシールリング付転がり軸受ユニット - Google Patents

Abstract

耐久性及びシール性を確保しつつ、シールリング付転がり軸受ユニットの回転抵抗の低減を図る。 側方に突出して相手面と摺接するシールリップ２２ａの基端部近傍に、厚さが最も小さい最小肉厚部３０を設ける。又、この最小肉厚部３０に対して先端側に隣接した部分に、厚さが最も大きい最大肉厚部３１を設ける。又、この最大肉厚部３１から先端縁に向けて厚さが漸減する形状とする。更に、上記シールリップ２２ａの各部の厚さの比を適正に規制する事により、上記課題を解決する。

Description

技術分野
この発明は、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に支持する為の転がり軸受ユニットの開口端部を塞ぐシールリングの改良に関する。具体的には、シール性能、即ち、転動体を設置した内部空間内への泥水等の異物の浸入を防止すると共に、この内部空間内に封入したグリースが外部に漏出するのを防止する性能を向上させ、同時に、低摩擦化、低摩耗化を図るものである。そして、燃費性能や加速性能を中心とする車両の走行性能を向上させると共に、上記転がり軸受ユニットの保守・管理の簡略化を図る事を目的とするものである。
背景技術
各種機械装置の回転支持部に、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等の転がり軸受が組み込まれている。この様な転がり軸受にはシールリングを組み込んで、この転がり軸受の内部空間に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が転がり軸受の内部に入り込む事を防止している。図１８は、この様なシールリングを備えた、シールリング付転がり軸受ユニットの１例として、車両の駆動輪を懸架装置に回転自在に支持する為の構造を示している。
上記シールリング付転がり軸受ユニットは、外輪１と、ハブ２と、複数個の転動体３、３とから成る。このうちのハブ２は、ハブ本体４と内輪素子５とを組み合わせて成る。又、上記各転動体３、３は、上記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道６、６と、上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつ、転動自在に設けている。使用時、即ち車両の懸架装置に車輪を回転自在に支持する際には、上記外輪１を懸架装置を構成するナックル８に固定すると共に、上記ハブ本体４に設けた取付フランジ９に車輪を結合固定する。又、このハブ本体４の中心部に設けたスプライン孔１０に、等速ジョイント１１に付属のスプライン軸１２を係合させる。
上述の様なシールリング付転がり軸受ユニットのうちで、上記各転動体３、３を設置した内部空間１３にはグリースを封入して、これら各転動体３、３の転動面と、上記各外輪軌道６、６及び内輪軌道７、７との転がり接触部を潤滑する様にしている。又、上記外輪１の両端部内周面と、上記内輪素子５の内端部外周面及び上記ハブ本体４の中間部外周面との間には、それぞれシールリング１４ａ、１４ｂを設けて、上記内部空間１３の両端開口部を塞いでいる。
上記両シールリング１４ａ、１４ｂのうち、上記内部空間１３の内端（軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で幅方向中寄りとなる側を言う。これに対して、幅方向外寄りとなる側を外と言う。本明細書全体で同じ。）開口部を塞ぐシールリング１４ａは、図１９に示す様に構成している。このシールリング１４ａは、組み合わせシールリングと呼ばれるもので、芯金１５と、スリンガ１６と、シール材１７とから成る。このうちの芯金１５は、上記外輪１の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部１８と、この外径側円筒部１８の軸方向外端縁から直径方向内方に折れ曲がった外側円輪部１９を備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。
又、上記スリンガ１６は、前記内輪素子５の端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部２０と、この内径側円筒部２０の軸方向内端縁から直径方向外方に折れ曲がった内側円輪部２１とを備えた、断面Ｌ字形で円環状としている。又、上記シール材１７は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、３本のシールリップ２２〜２４を備え、上記芯金１５にその基端部を結合固定している。そして、サイドリップと呼ばれる、最も外径側に、軸方向内方に突出する状態で設けられたシールリップ２２の先端縁を、上記スリンガ１６を構成する内側円輪部２１の外側面に全周に亙って摺接させ、残り２本のシールリップ２３、２４の先端縁を、上記スリンガ１６を構成する内径側円筒部２０の外周面に全周に亙って摺接させている。
一方、上記内部空間１３の外端側開口を塞ぐシールリング１４ｂは、図２０に示す様に、芯金２５とシール材２６とから成る。このシール材２６は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、３本のシールリップ２７〜２９を備え、上記芯金２５にその基端部を結合固定している。そして、サイドリップと呼ばれる、最も外径側に、軸方向外方に突出する状態で設けられたシールリップ２７の先端縁を、前記取付フランジ９の基端部内側面に全周に亙って摺接させ、残り２本のシールリップ２８、２９の先端縁を、この基端部内側面と前記ハブ本体４の中間部外周面との連続部乃至この中間部外周面に、全周に亙って摺接させている。
上記内部空間１３の両端開口部を、それぞれ上述の様なシールリング１４ａ、１４ｂで塞ぐ事により、上記内部空間１３内に泥水等の異物が入り込む事を防止すると共に、この内部空間１３内に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止する。尚、従来構造の場合には、上記各シールリング１４ａ、１４ｂを構成する３本ずつのシールリップ２２〜２４、２７〜２９のうち、それぞれ最も外径側に位置して上記泥水等の異物に曝されるシールリップ２２、２７及びシールリング１４ｂの中間のシールリップ２８を従来は、それぞれの基端部から先端部に亙ってほぼ均一の厚さとしていた。
上述の様なシールリング１４ａ、１４ｂによるシール性を良好にする為には、これら各シールリング１４ａ、１４ｂを構成する各シールリップ２２〜２４、２７〜２９の先端縁と相手面との摺接状態が適正である事が必要である。これに対して、上記各シールリング１４ａ、１４ｂを構成する各シールリップ２２〜２４、２７〜２９のうち、それぞれ最も外径側に存在するシールリップ２２、２７と相手面との摺接状態は、組み付け誤差や車両の走行時に於ける各部の弾性変形により不適正になり易い。
この点に就いて、内部空間１３の内端開口側を塞ぐシールリング１４ａを例にして説明すると、芯金１５とスリンガ１６との軸方向位置のずれにより、上記シールリップ２２の先端縁とこのスリンガ１６の内側円輪部２１の外側面との摺接状態が不良になる可能性がある。即ち、上記シールリング１４ａを上記内部空間１３の内端開口部に組み込む際には、上記芯金１５と上記スリンガ１６との軸方向相対位置が、組み付け誤差により或る程度ずれる可能性がある。この場合には、上記芯金１５の外側円輪部１９と上記スリンガ１６の内側円輪部２１との距離が設計値からずれる。例えば、この距離が設計値よりも小さくなった場合には、上記シールリップ２２の締め代（弾性変形量）が大きくなり、このシールリップ２２の先端縁と上記内側円輪部２１の外側面との摺接部の接触圧が高くなる。この結果、この摺接部での摺動抵抗（シールトルク）が増大する他、上記シールリップ２２が摩耗したり、へたり易くなって、上記シールリング１４ａの耐久性確保が難しくなる。
反対に、上記距離が設計値よりも大きくなった場合には、上記シールリップ２２の締め代が小さくなり、このシールリップ２２の先端縁と上記内側円輪部２１の外側面との摺接部の接触圧が低くなる。この結果、上記シールリップ２２によるシール性能が低下し、上記内部空間１３内への異物侵入防止を十分に図りにくくなる。
又、シールリップ２２、２７の先端縁と相手面との摺接状態が不適正となるのは、車両の走行時に於ける各部の弾性変形によっても生じる。即ち、車両の旋回時に車輪を構成するタイヤの接地面から取付フランジ９を介してハブ２に加わるモーメントに基づく転がり軸受ユニットの構成各部材の弾性変形により、上記ハブ２の中心軸が中立状態に対し急激に傾斜する場合がある。この様な場合には、シールリップ２２、２７の先端縁と相手面との摺接状態が円周方向に関して不均一になり、やはりシールリップ２２、２７の耐久性低下やシール性能の低下と言った問題を生じる。この点に就いて、上記内部空間１３の内端開口側のシールリング１４ａを例にして、図２１〜２２により説明する。
図２１に矢印で示す様に、旋回走行に伴うモーメントＭが上記ハブ２に、図２１の時計方向に加わった場合に就いて説明する。この場合、各部の弾性変形により上記ハブ２の中心軸が、中立状態を表すα位置からβ位置にまで、角度θ分だけ変位する。この結果、上記ハブ２を構成する内輪素子５の内端部に外嵌固定したスリンガ１６の内側円輪部２１も、ほぼ上記角度θ分傾斜する。図２１に示した状態の場合には、同図の上側部分で、図２２（Ａ）に示す様に上記内側円輪部２１が、芯金１５から離れる方向に変位する。この結果、上記上側部分では、上記シールリップ２２の締め代が低下する。一方、上記図２１の下側部分では、図２２（Ｂ）に示す様に上記内側円輪部２１が、芯金１５に近づく方向に変位する。この結果、上記下側部分では、上記シールリップ２２の締め代が増大する。一方、上記内部空間１３の外端開口部を塞ぐシールリング１４ｂに関しては、上記内端側のシールリング１４ａとは逆の動きをする。何れにしても、これらシールリング１４ａ、１４ｂのうちで上記シールリップ２２、２７の締め代が低下した部分では、これら各シールリップ２２、２７による異物侵入防止作用が損なわれる。
この為に従来は、上記モーメントＭに基づいて上記ハブ２の中心軸が傾斜し、上記シールリップ２２、２７の締め代が部分的に低下した場合でも、当該部分のシール性を確保できる様に、上記各シールリップ２２、２７の締め代を設定していた。具体的には、上記中心軸が傾斜していない状態での上記各シールリップ２２、２７の締め代を大きめに設定して、上記中心軸が傾斜しても、これら各シールリップ２２、２７に関する締め代が、全周に亙ってシール性確保の為に必要最小限程度残る様にしていた。ところが、この様に締め代を大きめに設定した場合には、旋回時に於けるシール性能確保を図れる代償として、上記各シールリップ２２、２７に関する摺動抵抗が増大する他、これら各シールリップ２２、２７が摩耗したり、へたり易くなる。摺動抵抗の増大は、上記ハブ２の回転抵抗の増大に結び付き、燃費性能や加速性能を中心とする走行性能の悪化に結び付く為、好ましくない。又、摩耗したりへたり易くなる事は、転がり軸受の耐久性低下に結び付く為、やはり好ましくない。
この様な事情に鑑みて、実開平５−７３３６４号公報及び実開平５−７３３６５号公報には、シールリップの締め代の変化が摺接部の圧力変化に結び付きにくくすべく、シールリップの基端部に、肉厚が小さくなった括れ部を設ける構造が記載されている。この様な構造によれば、組み付け誤差や旋回走行時に生じるハブの中心軸の傾斜等に起因するシールリップの締め代の変化に対して、当該シールリップの先端縁と相手面との接触圧力の変化が鈍感になる。言い換えれば、上記締め代が変化した場合でも、この接触圧力はあまり変化しない。この為、締め代を大きめに設定した場合でも、シールリップの摺動抵抗を小さく抑えられる他、このシールリップの摩耗も抑える事ができる。
ところが、上述した実用新案公開公報に記載された構造の場合には、シールリップの基端部の肉厚を小さくする事のみを考慮して、シールリップ全体の形状を考慮していなかった。この為、このシールリップをスリンガに押し付けた場合にこのシールリップに生じる弾性変形の大部分が、このシールリップの基端部に設けた薄肉の括れ部分に集中する。この為、この括れ部分の歪みが大きくなって、このシールリップを構成するゴム材料にへたりや応力緩和が生じ易くなる。この結果、このシールリップの先端縁と上記スリンガとの摺接部の当接圧が経時的に低下し、比較的早いうちに、初期のシール性能を維持できなくなる可能性がある。特に、上記括れ部がへたると、上記シールリップの先端縁の相手面に対する追従性が低下し、スリンガがこのシールリップから離れる方向に変位する場合に、このシールリップの先端縁とスリンガとの摺接部の面圧が極端に低下し、このシールリップによる異物侵入防止効果が非常に悪化する。
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、シールリップによる密封性能を低下させる事なく、このシールリップの摩擦抵抗を低減すると共に耐久性を向上させると言った、相反する二つの性能を同時に実現すべく発明したものである。即ち、シールリップの先端縁と相手面との摺接部の接触圧力が組み付け誤差やモーメント荷重に基づくハブの中心軸の傾斜に基づく締め代の変化の影響を受けにくく、しかも、この傾斜によるスリンガの摺接部の軸方向変位にもシールリップの先端縁を良好に追従させられる構造を実現すべく発明したものである。
発明の開示
本発明のシールリング及びシールリング付転がり軸受ユニットのうち、第１の態様によるシールリングは、前述した従来から知られているシールリングと同様に、弾性材により全体を円環状に造られて、先端縁を側方に存在する相手面に全周に亙り摺接させるシールリップを備える。
特に、本発明のシールリングに於いては、上記シールリップは、基端部近傍に厚さが最も小さい最小肉厚部が存在する。そして、この最小肉厚部に対して先端側に隣接した部分に厚さが最も大きい最大肉厚部が存在し、この最大肉厚部から先端縁に向けて厚さが漸減する形状を有する。
又、好ましくは、各部の厚さを規制する。即ち、上記最大肉厚部の厚さをｔ_１とし、シールリップの厚さ方向中央を通る仮想線分を考えて、この最大肉厚部からこのシールリップの先端までのこの仮想線分の長さの中央位置でのこのシールリップの厚さをｔ_２とし、このシールリップの先端の厚さをｔ_３とした場合に、０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．９で、且つ、０．３≦ｔ_３／ｔ_１≦０．７、より好ましくは請求項３に記載した様に、０．７０≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８５で、且つ、０．３５≦ｔ_３／ｔ_１≦０．６５とする。
尚、上記シールリップには、種々の理由により、突起や切り欠き等を設ける場合があるが、この様な突起や切り欠きを形成した場合の上記各厚さｔ_１、ｔ_２、ｔ_３は、これらの切り欠きや突起等が存在しないと仮定した状態での各部の寸法で表す。
更に、別の態様によるシールリング付転がり軸受ユニットは、やはり前述した従来から知られているシールリング付転がり軸受ユニットと同様に、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間に存在する空間の端部開口を塞ぐシールリングとを備える。
特に、この態様によるシールリング付転がり軸受ユニットに於いては、上記シールリングが、上述した何れかのシールリングである。
尚、上記シールリング付転がり軸受ユニットには、外輪と内輪とのうちの一方の軌道輪で使用時に回転する軌道輪が、使用時に車輪を結合固定するハブであり、上記外輪と内輪とのうちの他方の軌道輪で使用時にも回転しない軌道輪が、懸架装置に支持される静止論である、所謂ハブユニットを含む。
前述の様に構成する本発明のシールリングによれば、シールリップによる密封性能を低下させる事なく、このシールリップと相手面との摺接部の摩擦抵抗を低減すると共に、このシールリップの耐久性向上を図ると言った、相反する二つの性能向上を同時に実現する事ができる。
即ち、本発明のシールリングを構成するシールリップの場合には、このシールリップの変形を、基端部近傍に設けた最小肉厚部に或る程度集中させて、このシールリップの締め代の変化がこのシールリップの先端縁と相手面との摺接部の接触圧に与える影響を小さくしている。従って、組み付け誤差や旋回走行に伴うハブの中心軸の傾斜に拘らず、上記摺接部の接触圧の変化を小さくして、中立状態（初期設定状態）での接触圧を過大にする事なく、十分にシール性を確保して、上記摩擦抵抗の低減を図れる。又、最小肉厚部に隣接した部分に存在する最大肉厚部から先端縁に向けて厚さが漸減する形状としている為、上記シールリップの先端縁を相手面に当接させた場合にこのシールリップが、上記最小肉厚部以外の部分も弾性変形する。この結果、この最小肉厚部の弾性変形量が過大にならず、相手面の軸方向の変位に対するシールリップ先端の追従性を向上させると共に、この最小肉厚部が早期にへたる事を防止して、上記耐久性向上を図れる。
更に詳しく説明すると、スリンガや取付フランジの側面等に押し付けられて軸方向に圧縮される、サイドリップと呼ばれるシールリップの先端縁と相手面との摺接部の接触圧は、主として次の▲１▼▲２▼の力により発生する事が知られている。
▲１▼ シールリップの断面形状の曲率を大きくする（曲率半径を小さくする）折り曲げ力。
▲２▼ シールリップが相手面に押し付けられ、略円すい状のシールリップの直径が弾性的に拡がる事に伴って発生する円周方向のフープ力。
このうちの▲１▼の力は、相手面との距離が変化した場合に大きく変動するのに対して、▲２▼の力は、相手面との距離が変化した場合の変動は比較的小さくて済む。又、この▲２▼の力は、全周に亙ってほぼ均一に発生する。
又、これら▲１▼▲２▼に示した２種類の力のうち、▲２▼に示したフープ力に基づいて摺接部に加わる接触圧は、上記シールリップが厚い程大きく、このシールリップの直径の拡大量が大きい程、それぞれ大きくなる。一方、従来構造に組み込まれていたシールリップは、前述した様に、基端部から先端部にかけての肉厚がほぼ均一であって、このシールリップの基端部の曲面部（Ｒ部）を含めると、この基端部の肉厚が大きめになり、この部分の直径が広がりにくい。この為、上記フープ力による押し付け力は発生しにくく、上記摺接部の接触圧は、主として上記▲１▼の折り曲げ力に基づいて発生する。
これに対して本発明のシールリングの場合には、基端部に設けた最小肉厚部が、あたかもヒンジ（蝶番）の如く機能し、この最小肉厚部に対し先端寄り部分に隣接する最大肉厚部を半径方向及び軸方向に拘束する力が小さくなる。この為、上記▲２▼のフープ力が発生し易くなる。この結果、シールリングの中心軸と、このシールリングを構成するシールリップの先端縁が摺接する相手面を設けた部材の中心軸とが傾斜して、上記シールリングを構成する芯金と相手面との距離が、円周方向に関し不均一になっても、上記シールリップの先端縁と相手面との摺接部の接触面圧が均一化される。この様に摺接部の接触面圧が均一化される結果、シールリップの先端縁と相手面との摺接部の面圧を特に高くしなくても、この先端縁を相手面の変位に対し効果的に追従させる事ができる。そして、前述した様に、シールリップによる密封性能を低下させる事なく、このシールリップと相手面との摺接部の摩擦抵抗を低減すると共に、このシールリップの耐久性向上を図れる。
発明を実施するための最良の形態
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、複数の転動体３、３を設けた内部空間１３の内端開口部を塞ぐシールリング１４ａを構成するシールリップ２２ａの形状を工夫する事により、このシールリップ２２ａによるシール性並びにこのシールリップ２２ａの耐久性の向上を図る点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した従来構造とほぼ同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、以下、本発明の特徴部分、並びに前述した従来構造と異なる部分を中心に説明する。
サイドリップと呼ばれる上記シールリップ２２ａの基端部を、両面側から厚さ方向中央部に向け括れさせる事により、この基端部に最小肉厚部３０を設けている。そして、この最小肉厚部３０に対して上記シールリップ２２ａの先端側に隣接した部分に、厚さが最も大きい最大肉厚部３１を設けている。更に、上記シールリップ２２ａは、この最大肉厚部３１から先端縁に向けて厚さが漸減する、先細り形状としている。上記シールリップ２２ａの厚さに関しては、このシールリップ２２ａの厚さ方向中央を通る仮想線分Ｓを考えて、上記最大肉厚部３１からシールリップ２２ａの先端までのこの仮想線分Ｓの長さの中央位置での厚さｔ_２を、上記最大肉厚部３１の厚さｔ_１の０．６倍以上０．９倍以下（０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．９）、好ましくは０．７０倍以上０．８５倍以下（０．７０≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８５）とする。又、先端縁の厚さｔ_３を、この最大肉厚部３１の厚さｔ_１の０．３倍以上０．７倍以下（０．３≦ｔ_３／ｔ_１≦０．７）、好ましくは０．３５倍以上０．６５倍以下（０．３５≦ｔ_３／ｔ_１≦０．６５）とする。各部の厚さをこの様に規制する事による作用・効果の点に就いては、後述する実施例の項で詳しく説明する。
本例の場合には、上述の様な形状を有するシールリップ２２ａを備えたシールリング１４ａの芯金１５を外輪１ａの内端部に締り嵌めにより内嵌固定すると共に、スリンガ１６を内輪素子５の内端部に、締り嵌めにより外嵌固定している。そして、この状態で上記シールリップ２２ａの先端縁を上記スリンガ１６の内側円輪部２１の外側面に、締め代を持たせた状態で、全周に亙って摺接させている。本例の場合には、上記シールリップ２２ａの基端部に最小肉厚部３０を設けている為、このシールリップ２２ａの先端縁を上記内側円輪部２１の外側面に、効率良く倣わせる事ができる。この為、上記シールリップ２２ａによる密封性能を低下させる事なく、このシールリップ２２ａの先端縁と、相手面である上記内側円輪部２１の外側面との摺接部の摩擦抵抗を低減すると共に、上記シールリップ２２ａの耐久性向上を図ると言った、相反する二つの性能向上を同時に実現する事ができる。
即ち、本例の場合には、上記シールリップ２２ａの変形を、基端部近傍に設けた最小肉厚部３０に或る程度集中させて、このシールリップ２２ａの締め代の変化がこのシールリップ２２ａの先端縁と上記内側円輪部２１の外側面との摺接部の接触圧に与える影響を小さくしている。又、上記最小肉厚部３０をヒンジの如く機能させる事により、上記シールリング１４ａの中心軸に対し上記スリンガ１６の中心軸が傾斜した場合でも、上記シールリップ２２ａのうちで最大肉厚部３１から先端縁にかけての部分を、上記スリンガ１６の傾斜に対応して、円滑に揺動変位させる事ができる。この為、上記シールリップ２２ａの先端縁を上記内側円輪部２１の外側面に対し、円滑に倣わせる事ができる。この状態でも上記シールリップ２２ａの先端縁と上記内側円輪部２１の外側面との摺接部には、このシールリップ２２ａの最大肉厚部３０から先端寄り部分の直径を広げる事に伴って発生するフープ力により、十分な当接圧を付与できる。
従って、組み付け誤差や旋回走行に伴うハブ２の中心軸の傾斜に拘らず、上記摺接部の接触圧の変化を小さくして、中立状態（初期設定状態）での接触圧を過大にする事なく、十分にシール性を確保して、上記摺接部での摩擦抵抗の低減を図れる。又、上記最小肉厚部３０に隣接した部分に存在する上記最大肉厚部３１から先端縁に向けて厚さが漸減する形状としている為、上記シールリップ２２ａの先端縁を相手面に当接させた場合にこのシールリップ２２ａが、上記最小肉厚部３０以外の部分、即ち、上記先端寄り部分も弾性変形する。この結果、この最小肉厚部３０の弾性変形量が極度に過大にならず、この最小肉厚部３０が早期にへたる事を防止して、上記シールリップ２２ａの耐久性向上を図れる。尚、上記最小肉厚部３０を構成する為に図示の例では、上記シールリップ２２ａの両面から厚さ方向中央部に向けて１対の凹入部を設けているが、最小肉厚部を構成する為には、シールリップの基端部片面にこの凹入部を設けるのみでも良い。又、この凹入部の形状は、図示の様なものに限定されない。少なくとも、上記シールリップ２２ａの耐久性を確保できる範囲で、このシールリップ２２ａの基端部に変形を集中させられる形状であれば良い。
又、図示の例の場合には、ハブ本体４の外周面に形成した取付フランジ９の内側面中間部に突条３２を、全周に亙って形成している。この突条３２の内周面は、旋回走行時に上記ハブ本体４の変位中心をその中心とする、曲率半径がＲの部分球状凹面又はこの様な球状凹面の一部に接する様な部分円すい状凹面としている。又、前記外輪１ａの外端部外周面で上記突条３２の内周面と対向する部分は、この内周面と同心で、上記曲率半径Ｒよりも少しだけ小さな曲率半径を有する、部分球状凸面又はこの様な球状凸面の一部に接する様な部分円すい状凸面としている。
そして、この部分球状凹面又は部分円すい状凹面と上記部分球状凸面又は部分円すい状凸面とを近接対向させて、当該部分にラビリンスシールを設けている。このラビリンスシールの隙間の大きさは、旋回走行時に上記ハブ本体４の中心軸が傾斜した場合でも変化せず一定若しくはほぼ一定である。この為、上記隙間を小さくして、常に良好なラビリンス密封性能を得られる。この様なラビリンスシールを設ければ、前記内部空間１３の外端開口側を塞ぐシールリング１４ｂのシールリップの先端縁と相手面との摺接部の接触圧を或る程度低くしても、必要とするシール性能を確保できる。この為、上記シールリング１４ｂに関するシールトルクの低減を図れる。
次に、図３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、シールリング１４ａを構成するシール材１７の最も外径側に設けた、サイドリップと呼ばれるシールリップ２２ｂの基端部に形成する最小肉厚部３０ａの断面形状を湾曲させている。又、この最小肉厚部３０ａを、上記シールリング１４ａの略軸方向に形成している。この様な最小肉厚部３０ａを有する本例の場合、この最小肉厚部３０ａが軸方向に変形し易くなって、締め代が変化した場合でも、上記シールリップ２２ｂの先端縁と相手面との摺接位置が径方向に変化しにくくなり、摺接位置を一定の範囲に納める事ができる。その他の部分の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。
次に、図４〜５は、本発明の実施の形態の第３〜４例を示している。本例の場合には、サイドリップと呼ばれるシールリップ２２ｄ、２２ｅの基端部を、両面側から厚さ方向中央部に向け括れさせる事により、この基端部に最小肉厚部３０を設けている。そして、この最小肉厚部３０に対して上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの先端側に隣接した部分に、厚さが最も大きい最大肉厚部３１を設けている。更に、上記第３〜４例の場合も、前述した第１例及び上述した第２例と同様に、上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの厚さを、上記最大肉厚部３１から先端縁若しくはその近傍に向けて漸減させている。
特に、上記第３〜４例の場合には、上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの中間部先端寄り部分の形状を工夫する事により、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端部の厚さ寸法が小さくなり過ぎない様にして、摩耗時にも、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端部の厚さ寸法を確保できる様にしている。即ち、図４に示した第３例の場合には、上記シールリップ２２ｄの両側面のうち、自由状態で内径側となり、使用状態でスリンガ１６を構成する内側円輪部２１と対向する面の中間部先端寄り部分の存在する点Ｐよりも上記シールリップ２２ｄの先端寄り部分では、このシールリップ２２ｄの厚さ寸法が、僅かしか減少しないか、この厚さ寸法が増大する様にしている。又、図５に示した第４例の場合には、上述した第３例と同様の点Ｐと、シールリップ２２ｅの反対面でほぼこの点Ｐと同じ部分に存在する点Ｑとを境にして、このシールリップ２２ｅの厚さの減少の程度が小さくなる様にしている。先端縁の厚さを増大させても、上記点Ｐ、Ｑまでは厚さが漸減するので、上記各シールリップ２２ｄ、２２ｅの弾性変形は十分に確保できる。尚、図４〜５でシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端部分に記載した鎖線は、点Ｐ、Ｑよりも先端寄り部分の厚さ寸法をそのまま減少させる場合の断面形状を示している。この様に、シールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁の厚さｔ_３（図２参照）を小さくする程度を抑えるか、厚さ寸法を増大させた理由は、次の通りである。
上記シールリップ２２ｄ、２２ｅによる密封性の低下の原因としては、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁のうちで、自由状態で内径側となる面と、スリンガ１６を構成する内側円輪部２１との摺接部に異物が進入し、上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁及びこの内側円輪部２１の側面が摩耗して、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの緊迫力が低下する事が考えられる。図４に示した第３例の場合には、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端部分が厚い為、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁と上記内側円輪部２１の側面との摺接部に異物が進入して、これらシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁及び内側円輪部２１の側面が摩耗しても、緊迫力の低下並びにこのシールリップ２２ｄ、２２ｅのへたりを抑える事ができる。又、図５に示した第４例の場合には、上記第３例の場合よりも、先端縁が更に厚い為、上述の様な摩耗が生じても、上述の様な緊迫力の低下並びにへたりを、より十分に抑える事ができる。
又、上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの厚さを、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端近傍に至るまで、徐々に薄くしているので、組み付け状態でこのシールリップ２２ｄ、２２ｅの先端部分に加わる歪みを小さくできる。又、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの基端部分には、括れた最小肉厚部３０が設けられている為、上記内側円輪部２１の側面に対する上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁部の追従性が良好になり、上記緊迫力を長期間に亙りほぼ一定に維持できる。即ち、本例の場合も、上記最小肉厚部３０の存在に基づいて、上記シールリップ２２ｄ、２２ｅの先端縁部を上記内側円輪部２１の側面の変位に対し、このシールリップ２２ｄ、２２ｅに発生する歪みを低く抑えつつ、良好に追従させる事ができる。この為、このシールリップ２２ｄ、２２ｅの緊迫力を長時間に亙りほぼ一定に維持できて、密封性の向上を図れる。又、内輪素子５の中心軸が外輪１ａの中心軸（図１参照）に対し傾斜する様な場合でも、この外輪１ａ側に固定された上記シールリップ２２ｄ、２２ｅが、上記内輪素子５側に固定された前記スリンガ１６の内側円輪部２１動きに対して良好に追従する為、密封性を十分良好な状態に維持できる。
次に、図６は、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例は、転がり軸受ユニットの内部空間１３（図１参照）の外端部を塞ぐ為のシールリング１４ｂに本発明を適用した場合に就いて示している。この為に本例の場合には、このシールリング１４ｂを構成する３本のシールリップ２７ａ、２８ａ、２９のうち、それぞれ軸方向外方に突出する、最も外径側に存在するシールリップ２７ａの基端部、及び、中間に位置するシールリップ２８ａの基端部に、それぞれ最小肉厚部３０ｂ、３０ｃを形成している。そして、それぞれのシールリップ２７ａ、２８ａの一部で、これら最小肉厚部３０ｂ、３０ｃに関して各シールリップ２７ａ、２８ａの先端側に隣接する部分に、それぞれ最大肉厚部３１ａ、３１ｂを設けている。この様な本例の場合も、上記各シールリップ２７ａ、２８ａに関して、それぞれ最大肉厚部３１ａ、３１ｂから先端縁にかけての部分の肉厚を、前述の実施の形態の第１例の様に規制するのが好ましい。尚、本例の場合、２本のシールリップ２７ａ、２８ａに本発明を適用しているが、少なくとも１本のシールリップに適用すれば、応分の効果を得られる。
次に、図７は、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、軸方向に隣接して設ける１対のシールリング３３、３４のうちの一方（図７の左方）のシールリング３３の側方（図７の右方）に延出したシールリップ３５の先端縁を、他方（図７の右方）のシールリング３４を構成する芯金３６の側面に、全周に亙って摺接させている。上記１対のシールリング３３、３４のうち、一方のシールリング３３は、その外周縁部を外輪の内周面に係止すると共に、その内周縁を内輪の外周面に全周に亙って摺接させる。これに対して他方のシールリング３４は、その内周縁部を内輪の外周面に係止すると共に、その外周縁を外輪の内周面に全周に亙って摺接させる。この様な基本構造を有する本例の場合、上記シールリップ３５を、その基端部に最小肉厚部３０ｄを形成すると共に、隣接する部分に最大肉厚部３１ｃを形成したものとしている。そして、モーメント荷重等により上記外輪の中心軸と上記内輪の中心軸とが不一致になった場合にも、上記シールリップ３５の先端縁を上記芯金３６の側面に、全周に亙って適正に摺接させられる様にしている。又、内外輪の組み付け誤差等による締め代変化に対しても、上記シールリップ３５の先端縁と上記芯金３６の側面との摺接部の接触面圧が変化しにくくなる。
次に、図８は、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合には、一方のシールリング３３ａを構成するシール材３７の一部でシールリップ３５よりも径方向外側に凸部３８を、全周に亙り設けている。そして、この凸部３８の先端面を他方のシールリング３４を構成する芯金３６の側面に近接対向させて、当該部分にラビリンスシールを構成している。互いに近接対向する、上記凸部３８の先端面と芯金３６の側面とは、モーメント荷重に基づく変位中心をその中心とする部分球面若しくはこの様な球面の一部に接する部分円すい面として、変位に拘らず、上記ラビリンスシールの隙間の厚さが変化しない様にしている。本例の場合、このラビリンスシールを設ける事により、必要とするシール性能を確保しつつ、シールリップ３５の先端縁と芯金３６の側面との摺接部の面圧を抑えて、シールリング付転がり軸受ユニットの低トルク化を図れる。
次に、図９は、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例の場合には、それぞれが芯金とシール材とから成るシールリングを組み合わせて成る組み合わせシールリングに本発明を適用している。この為に、側方に延出して相手シールリングを構成する芯金の側面に摺接するシールリップ３９に最小肉厚部３０ｅと最大肉厚部３１ｄとを、基端側から互いに隣接した状態で設けている。
次に、図１０は、本発明の実施の形態の第９例を示している。本例の場合には、１対のシールリングを構成するシール材の一部を互いに近接対向させて、当該部分にラビリンスシールを構成している。互いに近接対向する、上記１対のシール材の互いに対向する面は、モーメント荷重に基づく変位中心をその中心とする部分球面若しくはこの様な球面の一部に接する部分円すい面として、変位に拘らず、上記ラビリンスシールの隙間の厚さが変化しない様にしている。その他の構成は、上述した第８例の場合と同様である。
尚、上述した各例で、最小肉厚部を構成する為には、前述した第１例の場合と同様に、シールリップの両面から厚さ方向中央部に向けて１対の凹入部を設けても、或は何れか一方の面側にのみ凹入部を設けても良い。凹入部の形状に関しても、上記第１例の場合と同様に、図示の形状以外のものを採用可能である。又、最も内部空間１３（図１参照）側に位置するシールリップ（例えば、図２のシールリップ２４）の向きは、特に問わない。但し、図２に示す様に、先端縁に向かう程上記内部空間１３から離れる方向に傾斜させれば、上記内部空間１３内に存在するグリースが、他のシールリップの先端縁と相手面との摺接部に微量ずつ供給され易くなる。この為、これら各摺接部の摩擦を低減して、各シールリップの耐摩耗性や低トルク性が向上する。更に、上記最も内部空間１３側に存在するシールリップ（グリースリップ）の締め代を、ほぼゼロに設定して、このシールリップの先端縁と相手面との接触圧力を低減する事により、必要とするシール性を維持しつつ、シールトルクを効果的に低減する事もできる。又、本発明の効果を得る面からは、シール材に用いられるゴム材料の種類は問わない。例えば、シールリング付転がり軸受ユニット部分での放電を緩和してラジオノイズを防止する面から、導電性ゴム材料を使用する事もできる。
又、シールリング付転がり軸受ユニットの基本構造に関しても、図１に示した様な内輪回転の構造に限らず、外輪回転の構造に適用する事もできる。更には、上記図１に示す様な、ハブ本体４に直接内輪軌道７を形成した、所謂第３世代のハブユニットに限らず、図１１に示す様な、所謂第１世代のハブユニット、図１２〜１４に示す様な第２世代のハブユニットにも適用できる。更には、転動体として玉を使用した構造に限らず、図１５に示す様な、転動体に円すいころを用いたハブユニットにも適用できる。勿論、第１世代、第３世代のハブユニットで転動体を玉から円すいころに変えた構造にも、本発明は適用可能である。更には、車両用以外のシール付転がり軸受ユニットでも、組み付け誤差や使用時に加わるモーメント荷重の影響によるシールリップの締め代の変化がシール性能に影響を及ぼす様な用途であれば、本発明を適用して上述した様な作用・効果を得られる。
実施例
次に、本発明の効果を確認する為に行なったシミュレーションに就いて説明する。図１６は、このシミュレーションの前提とした組み合わせシールリングを、芯金１５とスリンガ１６とを十分に離隔し、シール材１７を自由状態として示している。このシール材１７に設けたシールリップ２２ｃの断面形状の全長に亙って、このシールリップ２２ｃの厚さ方向中央を通る仮想線分Ｓを定義する。尚、この仮想線分Ｓの形状は、このシールリップ２２ｃの形状によって決定され、直線、折れ線、曲線など、任意の形状になり得る。何れにしても、上記仮想線分Ｓのうちで最大肉厚部３１ｅに対応する点をＡ点、上記シールリップ２２ｃの先端縁に対応する部分をＢ点、Ａ点からＢ点までの距離の中央の点をＣ点とする。そして、上記シールリップ２２ｃのＡ点の肉厚をｔ_１、Ｃ点の肉厚をｔ_２、Ｂ点の肉厚をｔ_３とする。
この様な条件の下で、上記各点の肉厚ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３を種々に変化させて、上記シールリップ２２ｃのうちで上記最大肉厚部３１ｅから先端縁にかけての部分に発生する最大歪みを、有限要素法により求めた。図１７は、その結果を示している。この図１７は、縦軸に上記Ａ点と上記Ｃ点の肉厚の比（ｔ_２／ｔ_１）を、横軸に上記Ａ点と上記Ｂ点の肉厚の比（ｔ_３／ｔ_１）を、それぞれ表している。又、上記図１７上の各曲線は、上記シールリップ２２ｃのうちで上記最大肉厚部３１ｅから先端縁にかけての部分に発生する最大歪みの比が等しくなる点を結んだ等高線である。尚、この最大歪みの比は、上記３点の肉厚を全て等しくした時にサイドリップに発生する最大歪みを基準した（この場合の最大歪みを１としてこれに対する比で表した）。
又、解析条件は以下の通りである。
（１）解析対象の組み合わせシールリングの寸法 ： 内径６０ｍｍ、外径８０ｍｍ、組立幅４ｍｍ
（２）シールリップ２２ｃの締め代 ： ０．８ｍｍ
（３）スリンガ１６へのシールリップ２２ｃの接触圧 ： 一定
この様な条件で最大歪みの比を求めた図１７から明らかな通り、上記３点の肉厚ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３の関係を、０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．９で、且つ、０．３≦ｔ_３／ｔ_１≦０．７、より好ましくは０．７０≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８５、且つ、０．３５≦ｔ_３／ｔ_１≦０．６５の範囲内に納めれば、上記シールリップ２２ｃに発生する最大歪みを小さく抑えて、このシールリップ２２ｃにへたりや亀裂等の損傷が発生する事を防止し、このシールリップ２２ｃを含むシールリングの耐久性向上を図れる事が分かる。尚、このシミュレーションの結果による上記最適範囲は、前述の実施の形態の各例を含め、本発明の対象となる総てのシールリングに就いて適用可能である。
産業上の利用可能性
本発明のシールリング及びシールリング付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、最も外部空間寄りに設けられ、異物の侵入防止に対して最も重要なシールリップの先端縁と相手面との摺接部の面圧を、組み付け誤差や運転時に於ける各部の変位に拘らず適正にできる。又、相手面の変位に対しても良好に追従できる。そして、上記シールリップによる摩擦低減とこのシールリップの耐久性向上とを図れる。この為、例えば車両の車輪支持用のシールリング付転がり軸受ユニットに適用した場合に、燃費性能や加速性能を中心とする上記車両の走行性能を向上させると共に、上記シールリング付転がり軸受ユニットの耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す、シールリング付転がり軸受ユニットの断面図である。
図２は、図１のＡ部に組み付けているシールリングの部分拡大断面図である。
図３は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図である。
図４は、本発明の実施の形態の第３例を示す、図２と同様の図である。
図５は、本発明の実施の形態の第４例を示す、図２と同様の図である。
図６は、本発明の実施の形態の第５例を示す、図１のＢ部に組み付けているシールリングの部分拡大断面図である。
図７は、本発明の実施の形態の第６例を示す、シールリングの部分拡大断面図である。
図８は、本発明の実施の形態の第７例を示す、シールリングの部分拡大断面図である。
図９は、本発明の実施の形態の第８例を示す、シールリングの部分拡大断面図である。
図１０は、本発明の実施の形態の第９例を示す、シールリングの部分拡大断面図である。
図１１は、本発明の対象となるシールリング付転がり軸受ユニットの第２例を示す断面図である。
図１２は、本発明の対象となるシールリング付転がり軸受ユニットの第３例を示す断面図である。
図１３は、本発明の対象となるシールリング付転がり軸受ユニットの第４例を示す断面図である。
図１４は、本発明の対象となるシールリング付転がり軸受ユニットの第５例を示す断面図である。
図１５は、本発明の対象となるシールリング付転がり軸受ユニットの第６例を示す断面図である。
図１６は、本発明の効果を確認する為のシミュレーションの対象とした組み合わせシールリングを分解した状態で示す、部分拡大断面図である。
図１７は、シールリップの最大肉厚部から先端縁にかけての部分の肉厚がこのシールリップに発生する最大歪みの大きさに及ぼす影響を有限要素法により求めた結果を示すグラフである。
図１８は、従来構造の１例を示す、シールリング付転がり軸受ユニットの断面図である。
図１９は、図１８のＣ部に組み付けているシールリングの部分拡大断面図である。
図２０は、図１８のＤ部に組み付けているシールリングの部分拡大断面図である。
図２１は、車両の走行時に加わるモーメント荷重によりハブが傾斜する状態を示す、シールリング付転がり軸受ユニットの断面図である。
図２２は、図２１に示したシールリング付転がり軸受ユニットに組み付けているシールリングのスリンガの変位状態を示す部分拡大断面図である。

Claims (5)

1. 弾性材により全体を円環状に造られて、先端縁を側方に存在する相手面に全周に亙り摺接させるシールリップを備えたシールリングに於いて、このシールリップは、基端部近傍に厚さが最も小さい最小肉厚部が存在し、この最小肉厚部に対して先端側に隣接した部分に厚さが最も大きい最大肉厚部が存在し、この最大肉厚部から先端縁に向けて厚さが漸減する形状を有する事を特徴とするシールリング。
2. 最大肉厚部の厚さをｔ_１とし、シールリップの厚さ方向中央を通る仮想線分を考えて、この最大肉厚部からこのシールリップの先端までのこの仮想線分の長さの中央位置でのこのシールリップの厚さをｔ_２とし、このシールリップの先端の厚さをｔ_３とした場合に、０．６≦ｔ_２／ｔ_１≦０．９で、且つ、０．３≦ｔ_３／ｔ_１≦０．７である、請求項１に記載したシールリング。
3. ０．７０≦ｔ_２／ｔ_１≦０．８５で、且つ、０．３５≦ｔ_３／ｔ_１≦０．６５である、請求項２に記載したシールリング。
4. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間に存在する空間の端部開口を塞ぐシールリングとを備えたシールリング付転がり軸受ユニットに於いて、このシールリングが、請求項１〜３の何れかに記載したシールリングである事を特徴とするシールリング付転がり軸受ユニット。
5. 外輪と内輪とのうちの一方の軌道輪で使用時に回転する軌道輪が、使用時に車輪を結合固定するハブであり、上記外輪と内輪とのうちの他方の軌道輪で使用時にも回転しない軌道輪が、懸架装置に支持される静止論である、請求項４に記載したシールリング付転がり軸受ユニット。

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