WO2004022991A1

WO2004022991A1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット

Info

Publication number: WO2004022991A1
Application number: PCT/JP2003/011111
Authority: WO
Inventors: Junshi Sakamoto
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2004-03-18
Also published as: US7287909B2; CN1678836B; US20060165330A1; KR100642589B1; KR20050057193A; AU2003264359A1; JPWO2004022991A1; EP1548306A1; EP1548306A4; CN1678836A

Abstract

車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、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。予圧に基づいて変化する転がり抵抗を0.15～0.45N・mの範囲に規制すると共に、上記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

車輪支持用転がり軸受ュニット <技術分野 >

この発明は、車両（自動車）の懸架装置に対して車輪、特に従動輪（F F車の後輪、？車及び！^^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ュ-ットの改良に関する。明

ぐ背景技術 > 田

車輪支持用転がり軸受ュニットとして、例えば特開 2 0 0 1— 2 2 1 2 4 3号公報には、図 1 1 ~ 1 2に示す様な構造が記載されている。先ず、このうちの図 1 1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ュニット 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によりこの内輪 5、 5を固定している。一方、上記車輪支持用転がり軸受ュ-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 1 0 a、 1 0 bを、外周面には取付フランジ 1 1を、それぞれ形成している。上記ホィール 1は、制動装置を構成する為のドラム 1 2と共に、上記取付フランジ 1 1 の片側面（図示の例では外側面、図 1 1〜 1 2の左側面）に、上記各スタツド 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 1 0 a、 1 0 b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 1 3、 1 3との間には、玉 1 4、 1 4を複数個ずつ、それぞれ保持器 1 5、 1 5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ユ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、上記ハプ 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 1 6 a、 1 6 bを設けて、上記各玉 1 4、 1 4を設けた空間と外部空間とを遮断している。更に、上記ハプ 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 1 7により塞いでいる。このキャップ 1 7は、他方の軌道輪である上記各内輪 5、 5及びこれら各内輪 5、 5に対し固定の部分である、上記車軸 3及びナツト 6に対して摺接する部分を持たない。上述の様な車輪支持用転がり軸受ュニット 2の使用時には、図 1 1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、ハプ 7の取付フランジ 1 1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 1 2を固定する。又、このうちのドラム 1 2と、上記車軸 3の端部に固定のバッキングプレート 1 8に支持した、図示しないホイルシリンダ及ぴシユ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 1 2の内径側に設けた 1対のシユーをこのドラム 1 2の内周面に押し付ける。

次に、図 1 2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ュニット 2 aの場合には、静止側軌道輪である外輪 1 9の内径側に、回転側軌道輪であるハブ 7 aを、複数の玉 1 4、 1 4により、回転自在に支持している。この為に、上記外輪 1 9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 1 0 a、 1 0 bを、上記ハブ 7 a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 2 0、 2 1を、それぞれ設けている。

上記ハプ 7 aは、主軸部材であるハブ本体 2 2と、内輪 2 3とを組み合わせて成る。このうちのハプ本体 2 2の外周面の外端部に車輪を支持する為の取付フランジ 1 1 aを、同じく中間部に上記第一の内輪軌道 2 0を、同じく中間部内端寄り部分にこの第一の内輪軌道 2 0を形成した部分よりも小径である小径段部 2 4 を、それぞれ設けている。そして、この小径段部 2 4に、外周面に断面円弧状である上記第二の内輪軌道 2 1を設けた上記内輪 2 3を外嵌している。更に、上記ハブ本体 2 2の内端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部 2 5により上記内輪 2 3の内端面を抑え付けて、この内輪 2 3を上記ハプ本体 2 2に対し固定している。更に上記外輪 1 9の両端部内周面と、上記ハブ 7 aの中間部外周面及ぴ上記内輪 2 3の内端部外周面との間に、それぞれシールリング 1 6 c、 1 6 d を設けて、上記外輪 1 9の内周面と上記ハブ 7 aの外周面との間で上記各玉 1 4、 1 4を設けた空間と、外部空間とを遮断している。

尚、上述した様な図 1 2に示した車輪支持用転がり軸受ュニット 2 aの場合、第一の内輪軌道 2 0を上記ハブ本体 2 2の中間部外周面に直接形成している為、剛性を高くできる。即ち、車輪支持用転がり軸受ユニットの中間部に設ける第一の内輪軌道を、ハブ本体と別体の内輪の外周面に形成し、この内輪をこのハブ本体に外嵌固定する事も可能である。但し、この場合には、このハブ本体に対する上記内輪の締め代を大きくしない限り、上記図 1 2に示した構造の様に、上記第一の内輪軌道 2 0を上記ハプ本体 2 2の中間部外周面に直接形成した場合に比べて剛性が低くなる。上記別体の内輪を上記ハプ本体の内端部から中間部まで、大きな締め代を確保しつつ大きなストロークで外嵌する作業は面倒である。これに対して、図 1 2に示す様に、上記第一の内輪軌道 2 0を上記ハブ本体 2 2の中間部外周面に直接形成した構造によれば、剛性の高い車輪支持用転がり軸受ュニット 2 aを面倒なく造れる。

上述した従来構造の場合、玉 1 4、 1 4を設置した内部空間の両端開口部にシ一ルリング 1 6 a、 1 6 b (又は 1 6 c、 1 6 d ) を設置していた為、ハブ 7 (又は 7 a ) 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 2 0 0 1— 2 4 1 4 5 0号公報に記載されている様に、従来から知られている。

伹し、上記特開 2 0 0 1— 2 4 1 4 5 0号公報に記載された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ュ-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ュュ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。特開平 8— 3 1 9 3 7 9号公報には、シール材を構成するゴム組成物中に、潤滑剤を含浸させたプラスチック微粒子を混入する事で、シール材と相手面との摺接部の摺動抵抗を低減する技術が知られている。但し、上記特開平 8— 3 1 9 3 7 9号公報には、上記ゴム組成物を車輪支持用転がり軸受ュ-ットに適用して、全体として高性能の構造を得る事を示唆する様な記述は存在しない。

更に、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 1 0— 2 5 2 7 6 2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事が考えられている。

本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ュ-ットの場合、回転トルクを低減する場合でも、操縦安定性を確保すべく、車輪の支持剛性を確保する事、転がり軸受ュニットの耐久性を確保すべく、この転がり軸受ュニットの内部空間への異物進入防止を十分に図れる構造とする事が必要である。即ち、上記操縦安定性を確保する為には、上記転がり軸受ユニットの剛性を高くして上記支持剛性を確保する必要があるが、単にこの剛性を高くすべく各転動体に付与する予圧を高くすると、これら各転動体の転がり抵抗が増大して、上記回転トルクを低減できない。又、シールリングの摺動抵抗に関しても、単に低くする事のみを考えた場合には、上記転がり軸受ュニットの内部空間への異物進入防止を十分に図れず、上記耐久性を十分に確保できなくなる。

本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットは、この様な事情に鑑みて発明したもので、剛性が高く、優れた耐久性を有し、且つ、回転トルクが低い構造を実現するものである。

<発明の開示 >

本発明の車輪支持用転がり軸受ュ-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、複数個の玉と、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、上記各玉は、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、それぞれが断面円弧形であ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玉を設置した空間の両端部開口部のうち、一方の開口部のみを塞ぐものである。

又、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの径方向内方に位置する他方の軌道輪は、主軸部材と内輪とから成る。そして、このうちの主軸部材は、外周面の軸方向中間部に直接形成された、上記静止側軌道面又は上記回転側軌道面である第一の内輪軌道と、外周面の軸方向一端部に形成された小径段部とを備える。又、上記内輪は、外周面に静止側軌道面又は回転側軌道面である第二の内輪軌道を形成されて、上記小径段部に外嵌固定されたものである。

更に、上記シールリングは、それぞれが弹性材製であってそれぞれの先端縁を相手面に対し摺接させる、 2〜3本のシールリップを有するものである。

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、上記各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重が、 1. 96〜4. 9 kNである。

又、剛性係数が、 0. 09以上である。

又、上記各シールリップと相手面との摩擦に基づく、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とを 20 Omin— ¹ ( 1分間に 200回転）で相対回転させる為に要するトノレクが、 0. 03〜0. 2N ' mである。

更に、上記各玉の転がり抵抗に基づく、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とを 20 Omin— ¹で相対回転させる為に要するトルクが、 0. 1 5〜0. 45Ν · mであ。。

尚、本明細書中に記載する上記剛性係数とは、上記車輪支持用転がり軸受ュニットの剛性 R [kN ■ m/deg ] と、この車輪支持用転がり軸受ュニットのラジアル動定格荷重 C r [N] との比 (R/C r ) である。又、この場合に於ける剛性 Rは、上記車輪支持用転がり軸受ュニットを構成する静止側軌道輪を固定した状態で回転側軌道輪にモーメント荷重を負荷した場合に於ける、上記両軌道輪の傾斜角度で表すもので、例えば、図 1 3に示す様にして測定する。尚、この図 1 3は、前述の図 1 2に示した車輪支持用転がり軸受ュニット 2 aの剛性 Rを測定する状態に就いて示している。

測定作業時には、静止側軌道輪である外輪 1 9を固定台 2 6の上面に固定すると共に、回転側軌道輪であるハブ 7 aの取付フランジ 1 1 aに、梃子板 2 7の基端部（図 1 3の左端部）を結合固定する。そして、この梃子板 2 7の上面で、例えば上記ハブ 7 aの回転中心からタイヤの回転半径分の距離 Lだけ離れた部分に荷重を加えて、上記梃子板 2 7を介して上記ハブ 7 aに、 1 . 5 k N ' niのモーメント荷重を加える。このモーメント荷重に基づいて上記ハブ 7 aが、上記外輪 1 9に対し傾斜するので、この傾斜角度を、上記固定台 2 6の上面 2 8に対する上記取付フランジ 1 1 aの取付面 2 9の傾斜角度 [deg ] として測定する。そして、上記モーメント荷重（1 . 5 k N ' m) をこの傾斜角度で除する事により、上記剛性 R [ k N■ m/deg ] を求める。更に、この剛性 Rを上記車輪支持用転がり軸受ユニット 2 aのラジアル動定格荷重 C r [N] で除する事により、前記剛性係数を求める。 ' 上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ュ-ットの場合には、必要とする剛性及び耐久性を確保しつつ、回転トルクを十分に低減できる。

先ず、第一に、各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重を 1 . 9 6〜4 . 9 k Nの範囲に規制している為、剛性及び耐久性を碓保しつつ、回転トルクの低減を図れる。上記アキシアル荷重が 1 . 9 6 k N未満の場合には、上記予圧が不足し、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性が不足して、この車輪支持用転がり軸受ュニットを組み込んだ車両の操縦安定性が悪化する。

これに対して、上記アキシアル荷重が 4 . 9 k Nを上回った場合には、上記予圧が過剰になって（転がり接触部の面圧が高くなり過ぎて）、上記車輪支持用転がり軸受ュュットの転がり抵抗（回転トルク）が大きくなり過ぎる。そして、上記転がり接触部での発熱量が多くなり過ぎて上記車輪支持用転がり軸受ュニット内部の温度上昇が著しくなり、この内部に封入したグリースが早期に劣化し易くなる。この結果、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性が低下する。又、上記転がり接触部の面圧が高くなり過ぎる結果、静止側軌道面及び回転側軌道面、各玉の転動面の転がり疲れ寿命が低下し、この面からも上記車輪支持用転がり軸受ュニットの耐久性が低下する。

これに対して本発明の場合には、上述の様に、各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重を 1 . 9 6〜4 . 9 k Nの範囲に規制している為、剛性及び耐久性を確保しつつ、回転トルクの低減を図れる。

又、剛性係数を 0 . 0 9以上としている為、上記車輪支持用転がり軸受ュニットの剛性を確保して、この車輪支持用転がり軸受ュニットを組み込んだ車両の操縦安定性を確保できる。逆に言えば、上記剛性係数が 0 . 0 9未満の場合には、この操縦安定性が悪化する。

尚、この剛性係数は、操縦安定性確保の面からは、高い程好ましい為、特に上限は定めない。他の要件を満たせば、どんなに高くなつても構わない。一方、上記剛性係数を高くする為に一般的に考えられる手法としては、予圧の値を大きくしたり、或は、玉のピッチ円直径、複列に配置した玉の軸方向に関するピッチを大きくする事が考えられる。

但し、上記予圧を大きくする事は、上述した様に限度がある。又、上記ピッチ円直径及び軸方向ピッチを大きくする事も、小型■軽量化の面から限度がある。従って、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを、一般的な鋼材により（外輪及びハプを S 5 3 Cにより、内輪及び玉を S U J 2により）造る場合には、上記剛性係数の上限は、 0 . 1 8程度となる。但し、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの構成部品の一部（例えば玉）又は全部をセラミック製とすれば、上記予圧ゃ上記ピッチ円直径及び軸方向ピッチを大きくしなくても、上記剛性係数を大きくできる。従って、この場合には、この剛性係数を 0 . 1 8を越えて大きくする事も考えられる。

又、前記各シールリップと相手面との摩擦に基づく、静止側軌道輪と回転側軌道輪とを 2 0 O min—¹ で相対回転させる為に要するトルクを、 0 . 0 3〜0 . 2 N · mとした為、上記車輪支持用転がり軸受ュニットの耐久性を確保しつつ、回転トルクを十分に低減できる。

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、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。

本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットの場合、上記トルクを 0. 03 N■ m 以上確保している為、シールリングを構成する各シールリップの先端と相手面との摺接部の面圧を十分に確保して、上記シールリングによるシール性を十分に確保できる。この結果、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの内部に泥水等の異物が侵入する事を有効に防止して、この車輪支持用転がり軸受ュニットの耐久性を確保できる。逆に言えば、上記トルクを 0. 03 N · m未満にする程、上記各シ一ルリップの先端と相手面との摺接部の面圧を低くすると、上記異物の侵入防止機能が不十分となり、上記車輪支持用転がり軸受ュニットの耐久性が低下する。一方、上記トルクが 0. 2N■ mを越えた場合には、上記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十分に低く（0. 65Ν · πι以下に）抑える事が難しくなる。

これに対して本発明の場合には、上述の様に、上記各シールリップと相手面との摩擦に基づく、静止側軌道輪と回転側軌道輪とを 200 min"¹ で相対回転させる為に要するトルクを、 ◦. 03〜0. 2N · mの範囲に規制している為、耐久性を確保しつつ、回転トルクの低減を図れる。

更に、上記各玉の転がり抵抗に基づく、静止側軌道輪と回転側軌道輪とを 20 Omin—¹ で相対回転させる為に要するトルクを、 0. 1 5〜0. 45Ν · πιとしている為、操縦安定性や耐久性を確保しつつ、上記車輪支持用転がり軸受ュニット全体としての回転トルクを十分に低く（0. 65N ' m以下に）抑えられる。上記トルクが 0. 1 5N · m未満になる程低い場合、前記予圧を相当に低くせざるを得ず、前述した様に、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性が不足して、この車輪支持用転がり軸受ュニットを組み込んだ車両の操縦安定性が悪化する。

反対に、上記トルクが 0 . 4 5 N · mを越える程大きくなる場合には、上記予圧が高くなる事にも繋がり、前述した様に、転がり接触部での発熱量の増大に伴うグリースの劣化や転がり疲れ寿命の低下による、上記車輪支持用転がり軸受ュニットの耐久性の低下の原因ともなる。又、上記車輪支持用転がり軸受ュュット全体としての回転トルクを十分に低く抑える事が難しくなる。

これに対して本発明の場合には、上述の様に、上記各玉の転がり抵抗に基づく、静止側軌道輪と回転側軌道輪とを 2 0 0 min-¹ で相対回転させる為に要するトルクを、 0 . 1 5〜0 . 4 5 N · mの範囲に規制している為、操縦安定性や耐久性を確保しつつ、回転トルクの低減を図れる。

<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り、

図 2は、同第 2例を示す断面図であり、

図 3は、同第 3例を示す半部断面図であり、

図 4は、同第 4例を示す半部断面図であり、

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 1例を示す部分断面図であり、

図 6は、周第 2例を示す部分断面図であり、

図 7は、同第 3例を示す部分断面図であり、

図 8は、同第 4例を示す部分断面図であり、

図 9は、同第 5例を示す部分断面図であり、

図 1 0は、摺動抵抗を低減できる構造の 1例を示す部分断面図であり、図 1 1は、従来から知られている車輪支持用転がり軸受ュニットの第 1例を、懸架装置への組み付け状態で示す断面図であり、

図 1 2は、同第 2例を示す断面図であり、

図 1 3は、車輪支持用転がり軸受ュニットの剛性を測定する状態を示す断面図である。

<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ュニットの構造の 4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 1 1に示した構造に改良を加えて、シール性能及び操縦安定性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 1 3 aを、主軸部材である支持軸 4 aの中間部外周面に直接形成している。これにより、製造作業を面倒にする事なく剛性を確保し易い構造とすると共に、上記図 1 1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 1 1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 1 6 aを取り除き、内側のシールリング 1 6 bのみとしている。

この様な構造に本発明を適用する場合には、上記支持軸 4 aの外端部に螺着したナット 6を緊締するトルクを適正に規制する事により、各玉 14、 14に予圧を付与する為のアキシアル荷重を 1. 96〜4. 9 kNとする。そして、上記支持軸 4 aの周囲でハブ 7を 20 Orain— ¹ で回転させる為に要するトルク（転がり抵抗）を 0. 1 5〜0. 45N ' mとする。尚、このトルクは、他の仕様を同じとした場合には、上記アキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って、上記トルクを下限（0. 1 5N ' m) 近くに設定する為には、上記アキシアル荷重を下限（1. 96 kN) 近くの値にする。上記トルクを上限（0. 45N ' m) 近くに設定する場合には、上記アキシアル荷重として上限（4. 9 kN) 近くの値を採用できるが、次述する剛性係数等、他の要件を満たす事ができれば、必ずしも上記アキシアル荷重として上限近くの値を採用する必要はない。例えば、各外輪軌道 10 a、 10 b及び各内輪軌道 1 3、 1 3 aの断面形状の曲率半径を、各玉 14、 14の直径の 50%に近付ける事で上記剛性係数を確保し、上記アキシアル荷重として下限若しくは中央程度の値を採用する事も可能である。

又、上記アキシアル荷重を 1. 96〜4. 9 kNとすると共に、剛性係数を、 0. 09以上とする。

更に、上記内側のシールリング 16 bの回転抵抗（トルク）を、 0. 03〜0. 2N · mの範囲に規制する。上記各玉 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 1 6 bと、ハブ 7の外端開口部に被着した、密封部材であるキャップ 1 7とにより防止する。その他の部分の構造は、前記図 1 1に示した従来構造と同様である。尚、上記キャップ 1 7は、上記ハブ 7の外端開口部に締り嵌めで内嵌固定したもので、前記支持軸 4 aの先端面（外端面）との間には隙間が存在し、上記ハブ 7の回転時にも、この支持軸 4 aと摺接する事はない。

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。上述した図 1に示す構造が、支持軸 4 aの外端部に螺着したナット 6により内輪 5を固定しているのに対して、本例は、主軸部材である支持軸 4 b の外端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部 2 5により内輪 5の外端面を抑え付けて、この内輪 5を上記支持軸 4 bに固定している。予圧付与の為のァキシアル荷重は、上記かしめ部 2 5を加工する際の荷重により調節する。その他の部分の構造及ぴ作用は上述した第 1例と同様である。

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。本例は、前述の図 1 2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 1 9の内端開口部を、密封部材であるキャップ 1 Ί aにより塞ぐと共に、この外輪 1 9の外端部内周面とハブ本体 2 2の中間部外周面との間をシールリング 1 6 cにより塞いでいる。上記キャップ 1 7 aは、上記外輪 1 9の内端開口部に締り嵌めで内嵌固定したもので、主軸部材であるハブ 7 aの内端部に形成したかしめ部 2 5との間には隙間が存在し、このハブ 7 aの回転時にも、このハブ 7 aと摺接する事はない。上記外輪 1 9の内端部内周面と内輪 2 3の外周面との間のシールリング 1 6 d (図 1 2 ) を取り除いている。そして、上記シールリング 1 6 cの回転抵抗を、 0 . 0 3〜0 . 2 N · mの範囲に規制している。各玉 1 4、 1 4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 1 6 cと上記キヤップ 1 7 aとにより防止している。予圧付与の為のアキシアル荷重は、かしめ部 2 5を加工する際の荷重により調節する。その他の部分の構造は、上述した第 1〜2例、並びに上記図 1 2に示した従来構造と同様である。次に、図 4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 4例を示している。本例の場合には、主軸部材であるハブ本体 2 2 aの内端部に設けた雄ねじ部 3 9に螺着したナット 3 0により、このハブ本体 2 2 aの小径段部 2 4 に外嵌した内輪 2 3の内端面を抑え付けている。これに合わせて、外輪 1 9の内端開口部に被着したキャップ 1 7 bの形状を膨らませ、上記雄ねじ部 3 9及びナット 3 0との干渉を防止している。従って、上記キャップ 1 7 bは、上記ハブ本体 2 2 aの回転時にも、上記雄ねじ部 3 9や上記ナツト 3 0と摺接する事はない。予圧付与の為のアキシアル荷重は、このナツト 3 0を緊締するトルクにより調節する。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 5例に就いて、図 5〜 9により説明する。これら、図 5〜 9に示した 5例は、前記図 1〜2に示した車輪支持用転がり軸受ュニットの第 1〜 2例で、内側のシールリング 1 6 bとして利用可能な構造を示している。

先ず、図 5に示した第 1例は、ハプ 7 (図 1〜2 ) の内端部に内嵌固定する外径側シールリング 3 1と、支持軸 4 a (図 1 )、 4 b (図 2 ) の内端寄り部分に外嵌固定する内径側シールリング 3 2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。この様な構造の場合、従来は上記外径側、内径側両シールリング 3 1、 3 2同士の相対回転に要するトルク（回転抵抗）が 0 . 2 2 N ' m以上であった。これに対して、本例の構造を本発明に適用する場合には、上記 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 3 1、 3 2同士の相対回転に要するトルク（回転抵抗）を、例えば後述の方法により、 0 . 0 3〜0 . 2 N · mの範囲に規制する。

次に、図 6に示した第 2例は、ハブ 7 (図 1〜2 ) の内端部に内嵌固定するシールリング 3 3と、支持軸 4 a (図 1 )、 4 b (図 2 ) の内端寄り部分に外嵌固定するスリンガ 3 4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 3 3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 3 4の表面との摩擦に基づく、上記シールリング 3 3とスリンガ 34との相対回転に要するトルク（回転抵抗）を、例えば後述の方法により、 0. 03〜0. 2N · mの範囲に規制する。

次に、図 7に示した第 3例は、ハブ 7 (図 1〜2) の内端部内周面に係止するシールリング 35 aと、支持軸 4 a (図 1)、 4 b (図 2 ) の内端寄り部分の外周面に係止するシールリング 35 b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 35 aに 2本、支持軸 4 a、 4 b側に係止するシールリング 3 5 b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 4 a、 4 bの外周面、芯金の表面）との摩擦に基づく、ハブ 7 と支持軸 4 a、 4 bとの相対回転に要するトルク（回転抵抗）を、 0. 03〜0. 2 N · mの範囲に規制する。

次に、図 8は、ハブ 7 (図 1〜2) の内端部に内嵌するシールリング 36に設けた 2本のシールリップの先端縁を、支持軸 4 a (図 1)、 4 b (図 2) 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 4 a、 4 bの内端部外周面との摩擦に基づく、上記シールリング 36と支持軸 4 aとの相対回転に要するトルク（回転抵抗）を、 0. 03〜0. 2 N . mの範囲に規制する。

次に、図 9に示したシールリング 37は、上記図 2で内側のシールリングとして使用可能な他、前記図 3〜4に示した車輪支持用転がり軸受ュニットの第 3〜 4例で、外輪 1 9 (図 3〜4) の外端部内周面とハブ本体 22 (図 3)、 22 a (図 4) の中間部外周面との間に設けるシールリングとしても利用可能な構造を示している。このシールリング 37は、上記外輪 1 9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 1 1 a (図 3~4) の内側面、或はこの内側面と上記ハブ本体 22、 2 2 a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、 22 aの表面との摩擦に基づく、上記シールリング 3 7とハブ本体 22, 22 a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。尚、上述の様なシールリングのうちの何れかを採用する場合で、当該シールリングと相手部材との相対回転に要するトルクを低減する為の方法としては、例えば次の①〜④の様な方法があり、これらはそれぞれ単独で、或は任意に組み合わせて採用可能である。

① シールリップを薄肉化する。

この場合には、シールリップの剛性が低下して、当該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低下し、上記トルクを低減できる。

② 3本設けたシールリップのうち、玉を設置した内部空間に最も近いシールリップの先端縁に関する締め代を実質的になくす。

この場合には、当該シールリップが相手面との間でラビリンスシールを構成する。そして、当該シールリップに関する摩擦抵抗が 0になる。

③ シールリップを構成する弾性材として、現在一般的に使用されている二トリルゴムに比べて摩擦係数の低い材料を使用する。

この場合に使用可能な、摩擦係数の低い弾性材としては、前述の特許文献 3 (特開平 8— 3 1 9 3 7 9号公報）に記載された様な、シール材を構成するゴム組成物中に、潤滑剤を含浸させたプラスチック微粒子を混入したものが採用可能である。

④ シールリップの断面形状を工夫する。

この場合に使用可能な断面形状としては、例えば特願 2 0 0 2— 7 1 3 3 8号に開示された、先発明に係るものが考えられる。この先発明に係る構造は、図 1 0に示す様に、 3本のシールリップ 3 8 a、 3 8 b、 3 8 cのうち、中間に位置するシールリップ 3 8 bの厚さを、基端部から中間部に向かう程徐々に小さくすると共に、この中間部から先端部に向かう程大きくする。又、当該シールリップ 3 8 bの厚さを、先端寄り部分の一部で最大にする。更に、このシールリップ 3 8 bの基端部の厚さをとし、中間部で厚さが最小になった最小厚さ部分の厚さを d ₂ とし、軸方向に関する断面で、上記基端部から上記最小厚さ部分に亙る部分の面積を S i とし、この最小厚さ部分から先端縁に亙る部分の面積を S ₂ とした場合に、 0 . 8 0

5 S₂ を満たす形状とする。

ぐ実施例 >

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。第一の実験では、図 5〜 9に示した 5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、シールリップの厚さの調整、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 5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. 1 5Ν · 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 3 に示した車輪支持用転がり軸受ュ-ットに組み込んで、泥水侵入試験に供した。この泥水侵入試験は、上記各シールリングの設置部分に、泥水を 3000 cc/min の割合で注ぎつつこれら各シールリングと相手面を有する部材とを相対回転させる行程を 1 7時間継続後、 3時間継続して回転及び泥水の注水を停止させて乾燥させる行程を 1サイクルとするもので、各試料毎に 20サイクルずつ行なった。又、車輪支持用転がり軸受ュニットの潤滑は、粘度が 10〜 14 c S t ( 1 Ox 1 0— ⁶〜 14x1 0— ⁶m² / s ) のグリースを封入する事により行ない、 20°Cの環境下で、ハブ 7、 7 &を200111：1 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。

表 1

尚、この表 1中、「X」印はグリースを封入した内部空間に多量の泥水が侵入した事を、「△」印は少量の泥水が侵入した事を、「〇」印は泥水の侵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. 03 N · m以上であれば、何れの構造のシールリングの場合でも、泥水の侵入を阻止できる事が分かる。

次に、シールトルク（回転抵抗）、予圧付与の為のアキシアル荷重、転がり抵抗、剛性係数が、操縦安定性、転がり軸受ユニット全体の回転トルク、耐久性に及ぼす影響を知る為に、図 4に示した車輪支持用転がり軸受ュニットに図 9に示したシールリング 37を組み込んで行なった、第二〜第五の実験に就いて、表 2〜5 を参照しつつ説明する。尚、以下に示す表 2〜 5中、「x」印は何らかの面で実用上問題が生じた事を、「△」印は何らかの面で若干の問題が生じた事を、「〇」印は何れの面からも問題が生じなかった事を、それぞれ表している。尚、第二〜第五の実験は、同じ条件で 3回ずつ行なった。

先ず、表 2は、上記シールトルクが、転がり軸受ユニット全体の回転トルク、耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった、第二の実験の結果に就いて示している。尚、この実験は、回転速度 200min— ¹ で行なった。

表 2

この表 2に示した第二の実験の結果、上記シールトルクが 0. 03〜0. 20 N ■ mの範囲にあれば、転がり軸受ュ-ット全体の回転トルク、耐久性の何れの面からも満足できる性能を得られる事が分かった。これに対して、上記シールトルクが ON ' m及び 0. 0 1 N■ mの（小さい）場合には、玉 14、 14を設置した内部空間への泥水等の異物進入を十分に防止できず、耐久性確保の面で問題を生じた。これに対して、上記シールトルクが 0. 33N . ni及び 0. 45Ν · mの（大きい）場合には、後述する転がり軸受ユニット全体の回転トルクを十分に低く抑える事ができなかった。

次に、表 3は、前記アキシアル荷重（予圧） 1 転がり軸受ユニットの剛性及び耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった、第三の実験の結果に就いて示している。

表 3

この表 3に示した第三の実験の結果、上記アキシアル荷重が 1. 96〜4. 9 O kNであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニットの耐久性の何れの面からも満足できる性能を得られる事が分かった。これに対して、上記アキシァル荷重が 0. 49 1^及ぴ0. 98 kNの（低過ぎる）場合には、上記転がり軸受ユニットの剛性が低く、十分な操縦安定性を確保できなかった。これに対して、上記アキシアル荷重が 5. 88 kN及び 6. 86 kNの（高過ぎる）場合には、転がり抵抗が高くなつて、この転がり軸受ュニットの耐久性が低下した。

次に、表 4は、前記転がり抵抗が、転がり軸受ュュットの剛性及び耐久性に及ぼす影響を知る為に行なった、第四の実験の結果に就いて示している。尚、この実験は、回転速度 20 Omiii— ¹ で行なった。

表 4 転がり抵抗 [Ν·πΟ 評価

0.10 X X X

0.12

0.15 O O O

0.25 o o o

0.35 o o o

0.45 o o o

0.55 Δ X Δ

0.65 X X X この表 4に示した第四の実験の結果、上記転がり抵抗が 0. 1 5〜0. 45N - mであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニットの耐久性の何れの面からも満足できる性能を得られる事が分かった。これに対して、上記転がり抵抗が 0. 10N - m及び 0. 1 2N · mの（低過ぎる）場合には、上記転がり軸受ュュットの剛性が低く、十分な操縦安定性を確保できなかった。これに対して、上記転がり抵抗が 0. 55^" * 111及び0. 65 N · mの（高過ぎる）場合には、転がり軸受ュニットの耐久性が低下した。

更に、表 5は、前記剛性係数が、転がり軸受ユニットの剛性に及ぼす影響を知る為に行なった、第五の実験の結果に就いて示している。

表 5

この表 5に示した第五の実験の結果、上記剛性係数が 0. 09以上であれば、操縦安定性に関して満足できる性能を得られる事が分かった。これに対して、上記剛性係数が 0. 07、 0. 08の場合には、上記転がり軸受ユエットの剛性が低く、十分な操縦安定性を確保できなかった。尚、上記剛性係数は、他の要件を満たす限り高い程良い事は、前述した通りである。

更に、次の表 6は、前記シールトルクと前記転がり抵抗とが、転がり軸受ュニット全体としての回転トルクに及ぼす影響に就いて知る為に行なった実験の結果を示している。尚、この実験は、回転速度 Z O Orain-¹ で行なった。 ¾6

尚、この表 6中、「x」印は全体としての回転トルクが大きかった事を、「△」印はやや大きかった事を、「〇o」印は小さかった事を、それぞれ表している。この様な表 6から明らかな通り、シールトルクを 0. 2 Ν · ιη以下、転がり抵抗を 0. 4 5 Ν ■ m以下に抑えた本発明は、全体としての回転トルクを 0. 6 5 Ν · m以下と、低く抑える事ができる。

下記の表 7に、本発明の技術的範囲に属する車輪支持用転がり軸受ュニットの仕様の 4例を示す。

表 7

この表 7中、玉径とは各玉の直径を、 P CDとはこれら各玉による玉列のピッチ円直径を、列間距離とは複列に配置された玉列の軸方向に関するピッチ（玉の中心間距離）を、接触角とは各玉と内輪軌道及び外輪軌道との接触角を、それぞれ表している。

又、次の表 8に、接触角が剛性係数に及ぼす影響に就いて示している。この表 8から、接触角が小さくなると剛性係数も小さくなる事が分かる。表 8

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとつて明らかである。

本出願は、 2002年 9月 6日出願の 0本特許出願（特願 2002— 261195) に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

<産業上の利用可能性 >

本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、剛性及び耐久性を確保しつつ、車輪と共に回転するハブの回転トルクを低減して、操縦安定性、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。

燃費性能を向上させる点に関する試算の 1例に就いて以下に述べる。前述の図 1 ~ 4に示した様な構造を有する車輪支持用転がり軸受ュ-ットの回転抵抗は、従来は 1 N■ m程度であった。これに対して本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットの回転抵抗は、 0 . 1 8〜0 . 6 5 N · mの範囲である。つまり、従来よりも 3 5 %以上、回転抵抗を下げたものである。車輪支持用転がり軸受ユニットの回転抵抗が 1 0 %低下した場合に、燃費（燃料消費率）が 0 . 1 %程度改善されると考えられている。従って、燃費が 1 O km/ L程度である自動車が年間 1 0万 km走行する事を考えた場合、本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットを採用する事により、 1年間で燃料を 3 5〜 8 2 L程度節約できる事になる。この様な自動車が、仮に国内で 1 0 0万台走行するとすれば、 1年間に節約できる燃料は 3 5 0 0万 L〜8 2 0 0万 Lにもなる。しかも、他に不具合を生じる事なく燃費改善を行なえる事からして、産業上の利用性は極めて高いと言う事ができる。

Claims

請求の範囲

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、それぞれが断面円弧形であ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玉と、

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玉を設置した空間の両端部開口部のうち、一方の開口部のみを塞ぐシールリングとを備え、

上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とのうちの径方向内方に位置する他方の軌道輪は、主軸部材と内輪とから成り、このうちの主軸部材は、外周面の軸方向中間部に直接形成された、上記静止側軌道面又は上記回転側軌道面である第一の内輪軌道と、外周面の軸方向一端部に形成された小径段部とを備え、上記内輪は、外周面に静止側軌道面又は回転側軌道面である第二の内輪軌道を形成されて、上記小径段部に外嵌固定されたものであり、

上記シールリングは、それぞれが弹性材製であってそれぞれの先端縁を相手面に対し摺接させる、 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ュニットに於いて、

上記各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重が、 1 . 9 6〜4 . 9 k Nであり、

剛性係数が、 0 . 0 9以上であり、

上記各シールリップと相手面との摩擦に基づく、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とを 2 0 O min-¹で相対回転させる為に要するトルクが、 0 . 0 3〜0 . 2 N■ mであり、

上記各玉の転がり抵抗に基づく、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪とを 2 0 O min— ¹ で相対回転させる為に要するトルクが、 0 . 1 5 ~ 0 . 4 5 N ■ mであることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

2 . 内輪は、主軸部材の一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その一端面を抑え付けられたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載した車輪支持用転がり軸受ュ-ット。