(57)【要約】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を、それぞれが２〜３本のシールリップを有するシールリング１６ｃ、１６ｄ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、これら両シールリング１６ｃ、１６ｄの回転抵抗の合計を、０．０６〜０．４Ｎ・ｍの範囲内に規制する。
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【特許請求の範囲】
【請求項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の両端開口部を塞ぐ１対のシールリングとを備え、これら両シールリングは、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両シールリングの回転抵抗が、両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・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。
【請求項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、１対のシールリングが、上記外輪の両端開口部と上記ハブ本体の中間部外周面及び上記内輪の内端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。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、自動車の懸架装置に対して車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１０〜１１に示す様な構造が記載されている。先ず、このうちの図１０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１０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１１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。
上述した様な車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、玉１４、１４を設置した内部空間の両端開口部を塞いだシールリング１６ａ、１６ｂ（又は１６ｃ、１６ｄ）の存在に基づき、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。この結果、上記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、１対の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。
更に、上記１対のシールリングは、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の両端開口部を塞ぐ。
そして、上記両シールリングは、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両シールリングの回転抵抗が、両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・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、１対のシールリングの回転抵抗の合計を０．４Ｎ・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の合計を０．０６Ｎ・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、各シールリングに関して、シールリップの数が２本又は３本である限り、これら各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、これら両シールリングの回転抵抗の合計の大小により、シール性能の適否を判定できる事が分かった。勿論、１対のシールリングの回転抵抗の間の差が小さい事が、回転抵抗の小さいシールリングのシール性能を確保する面から重要である。この面から、回転抵抗の低いシールリングに関しても、回転抵抗を０．０３Ｎ・ｍ以上確保する事が必要である。回転抵抗の低いシールリングの回転抵抗を０．０３Ｎ・ｍ以上確保し、上記１対のシールリングの回転抵抗の合計が０．０６Ｎ・ｍ以上であれば、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１対のシールリングの回転抵抗の合計が０．０６〜０．４Ｎ・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２例に就いて説明する。尚、本発明は、前述の図１０〜１１に示した構造に関しても対象となるが、以下に述べる別の２例は、本発明を、駆動輪（ＦＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに適用する場合に就いて示している。本発明は、駆動輪用の転がり軸受ユニットとして特に重要性が高い。この理由は、上記図１０〜１１に示した様な従動輪（ＦＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）の場合、外径側に位置する軌道輪（図１０の場合はハブ７、図１１の場合は外輪１９）の一端開口をキャップ１７（図１０）により塞ぐ事によりこの一端側のシールリング（１６ａ、１６ｄ）を省略し、摺動抵抗を発生するシールリングを１個のみにできるのに対して、駆動輪用の転がり軸受ユニットの場合には、シールリングが２個必要となる為である。
先ず、図１に示した第１例は、前述の図１１に示した構造と同様に、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７ｂ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。上記ハブ７ｂを構成するハブ本体２２ａの中心部には、等速ジョイントに付属のスプライン軸（図示省略）を挿入する為のスプライン孔２６を形成している。又、上記ハブ本体２２ａの内端部に形成した小径段部２４に外嵌した内輪２３の内端面を、このハブ本体２２ａ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により抑え付けて、上記内輪２３を上記ハブ本体２２ａに対し固定し、上記ハブ７ｂを構成している。そして、上記外輪１９の両端部内周面と、上記ハブ本体２２ａ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７ｂ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。
本例の場合には、上記両シールリング１６ｃ、１６ｄの回転抵抗の合計を、０．０６〜０．４Ｎ・ｍの範囲に規制している。そして、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を、上記両シールリング１６ｃ、１６ｄにより行なっている。その他の部分の構造は、上記図１１に示した構造と同様である。
次に、図２に示した第２例の場合には、ハブ本体２２ｂの内端部に設けた小径段部２４に外嵌してこのハブ本体２２ｂと共にハブ７ｃを構成する内輪２３の内端面を、このハブ本体２２ｂの内端面よりも内方に突出させている。車両への組み付け状態で上記内輪２３の内端面には、図示しない等速ジョイントの外端面が突き当たり、この内輪２３が上記小径段部２４から抜け落ちる事を防止する。その他の構成は、上述の図１に示した第１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３〜９により説明する。このうち、図３〜７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ユニットの第１〜２例及び先に説明した図１０〜１１の構造で、内側のシールリング１６ｂ、１６ｄとして利用可能な構造を示している。尚、以下の説明は、図１〜２の構造に適用する場合を例に説明する。
先ず、図３に示した第１例は、外輪１９（図１〜２）の内端部に内嵌固定する外径側シールリング２７と、内輪５（図１〜２）の内端部に外嵌固定する内径側シールリング２８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。
次に、図４に示した第２例は、外輪１９（図１〜２）の内端部に内嵌固定するシールリング２９と、内輪５（図１〜２）の内端部に外嵌固定するスリンガ３０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２９に３本のシールリップを備える。
次に、図５に示した第３例は、外輪１９（図１〜２）の内端部に内嵌固定するシールリング２９ａを構成する２本のシールリップ３１ａ、３１ｂのうちの内側のシールリップ３１ａを、ガータスプリング３２により、内輪５（図１〜２）の内端部外周面に摺接させる構造としている。
次に、図６に示した第４例は、外輪１９（図１〜２）の内端部内周面に係止するシールリング３３ａと、内輪５（図１〜２）の内端部外周面に係止するシールリング３３ｂ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、上記外輪１９側に係止するシールリング３３ａに２本、内輪５側に係止するシールリング３３ｂに１本の、合計３本のシールリップを備える。
次に、図７は、外輪１９（図１〜２）の内端部に内嵌するシールリング３４に設けた２本のシールリップの先端縁を、内輪５（図１〜２）の内端部外周面に摺接させるものである。
次に、図８〜９に示した２例は、外輪１９（図１〜２）の外端部内周面とハブ本体２２ａ、２２ｂ（図１〜２）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８に示した第１例のシールリング３５は、上記外輪１９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１〜２）の内側面、或はこの内側面と上記ハブ本体２２ａ、２２ｂの外周面とを連続させる曲面部に摺接自在としている。
次に、図９に示した第２例の場合には、シールリング３５ａ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３６を、ガータスプリング３２ａにより、ハブ本体２２ａ、２２ｂ（図１〜２）の中間部外周面に押し付ける様にしている。
上述の様な、図３〜９に示した中から選択した１対のシールリングは、前述の図１〜２に示した車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪１９の両端部内周面とハブ本体２２ａ、２２ｂの中間部外周面及び内輪２３の内端部外周面との間に組み付けて、玉１４、１４を設置した空間の両端開口部を塞ぐ。そして、何れのシールリング同士を組み合わせた場合でも、両シールリングの回転抵抗の合計を、０．０６〜０．４Ｎ・ｍの範囲に規制する。又、回転抵抗の低いシールリングの回転抵抗を０．０３Ｎ・ｍ以上確保する。
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３〜９に示した７種類のシールリングのうちから選択した１対のシールリングを、前記図１又は図１０に示した車輪支持用転がり軸受ユニットに組み付け、これら両シールリングの回転抵抗（シールトルク）の合計値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同士の組み合わせを１２種類用意し、それぞれに就いて、シールトルクの合計値が０．０１〜０．１０Ｎ・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１０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７ｂ（又は７）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。
2003071146.tif 000003
尚、この表１中、丸で囲まれた数字は、当該シールリングを記載した図面番号を表している。例えば、▲３▼は図３に示したシールリングを、▲９▼は図９に示したシールリングを、それぞれ表している。又、▲３▼＋▲８▼とは、図３に示したシールリングと図８に示したシールリングとを組み合わせた事を表している。又、「×」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０．２Ｎ・ｍ以上であれば、何れの構造のシールリングを組み合わせた場合でも、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３に示したシールリングと図８に示したシールリングとを、図１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０．１〜０．６Ｎ・ｍの間で６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７ｂ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７ｂ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。
2003071146.tif 000004
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０．５Ｎ・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例を示す断面図である。
図３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２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３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４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５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６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７例を示す部分断面図である。
図１０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２例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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