(57)【要約】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。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。
2004022992.tif 000002
【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、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開口部を塞ぐ１対の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一方の軌道輪は、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、
上記両シールリングはそれぞれ、それぞれが弾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ユニットに於いて、
上記各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重が、１．９６〜４．９ｋＮであり、
剛性係数が、０．０９以上であり、
上記両シールリングに設けた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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクが、上記両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクが、０．１５〜０．４５Ｎ・ｍであることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項２】
前記内輪は、前記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項に記載の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、車両（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、図１０〜１１の左側面）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、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、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。
上記ハブ７ａは、主軸部材であるハブ本体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。
尚、上述した様な図１１に示した車輪支持用転がり軸受ユニット２ａの場合、第一の内輪軌道２０を上記ハブ本体２２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１１に示した構造の様に、上記第一の内輪軌道２０を上記ハブ本体２２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ブ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１１に示す様に、上記第一の内輪軌道２０を上記ハブ本体２２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ユニット２ａを面倒なく造れる。
上述した特開２００１−２２１２４３号公報に記載した様な車輪支持用転がり軸受ユニット２（又は２ａ）の場合には、玉１４、１４を設置した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、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。特開平８−３１９３７９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、特開平８−３１９３７９号公報には、上記ゴム組成物を車輪支持用転がり軸受ユニットに適用して、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１０−２５２７６２号公報に記載されたものの如きシールリップの諦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ユニットの場合、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、転がり軸受ユニットの耐久性を確保すべく、この転がり軸受ユニットの内部空間への異物侵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、上記転がり軸受ユニットの内部空間への異物侵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ユニットは、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、複数個の玉と、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、上記両シールリングは、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開口部を塞ぐものである。
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一方の軌道輪は、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、上記両シールリングはそれぞれ、それぞれが弾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、１．９６〜４．９ｋＮである。
又、剛性係数が、０．０９以上である。
又、上記両シールリングに設けた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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクが、上記両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・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２００ｍｉｎ−１（１分間に２００回転）で相対回転させる為に要するトルクが、０．１５〜０．４５Ｎ・ｍである。
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ユニットの剛性Ｒ［ｋＮ・ｍ／ｄｅｇ］と、この車輪支持用転がり軸受ユニットのラジアル動定格荷重Ｃｒ［Ｎ］との比（Ｒ／Ｃｒ）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ユ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１２に示す様にして測定する。尚、この図１２は、前述の図１１に示した車輪支持用転がり軸受ユニット２ａ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１９を固定台２６の上面に固定すると共に、回転側軌道輪であるハブ７ａの取付フランジ１１ａに、梃子板２７の基端部（図１２の左端部）を結合固定する。そして、この梃子板２７の上面で、例えば上記ハブ７ａ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２７を介して上記ハブ７ａに、１．５ｋＮ・ｍ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７ａが、上記外輪１９に対し傾斜するので、この傾斜角度を、上記固定台２６の上面２８に対する上記取付フランジ１１ａの取付面２９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（１．５ｋＮ・ｍ）をこの傾斜角度で除する事により、上記剛性Ｒ［ｋＮ・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２ａのラジアル動定格荷重Ｃｒ［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ユニットの場合には、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１．９６〜４．９ｋＮ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。上記アキシアル荷重が１．９６ｋＮ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ユ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４．９ｋＮ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ユニットの転がり抵抗（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ユ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ユ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１．９６〜４．９ｋＮ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０．０９以上としている為、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性を確保して、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操縦安定性を確保できる。逆に言えば、上記剛性係数が０．０９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、どんなに高くなっても構わない。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（外輪及びハブをＳ５３Ｃにより、内輪及び玉をＳＵＪ２により）造る場合には、上記剛性係数の上限は、０．１８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、上記予圧や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０．１８を越えて大きくする事も考えられる。
又、前記両シールリングにそれぞれ複数ずつ設けた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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクを、０．０６〜０．４Ｎ・ｍとした為、上記車輪支持用転がり軸受ユ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、上記両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、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、回転抵抗の低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、回転抵抗が低い方の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ユニットの場合、上記トルクを０．０６Ｎ・ｍ以上確保している為、上記両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、上記両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ユニットの耐久性を確保できる。逆に言えば、上記トルクを０．０６Ｎ・ｍ未満にする程、上記両シールリングの各シー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ユニットの耐久性が低下する。
一方、上記トルクが０．４Ｎ・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（０．８５Ｎ・ｍ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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクを、０．０６〜０．４Ｎ・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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクを、０．１５〜０．４５Ｎ・ｍ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ユニット全体としての回転トルクを十分に低く（０．８５Ｎ・ｍ以下に）抑えられる。
上記トルクが０．１５Ｎ・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ユ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０．４５Ｎ・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ユ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ユニ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２００ｍｉｎ−１で相対回転させる為に要するトルクを、０．１５〜０．４５Ｎ・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例を示す断面図であり、
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り、
図５は、同第２例を示す部分断面図であり、
図６は、同第３例を示す部分断面図であり、
図７は、同第４例を示す部分断面図であり、
図８は、同第５例を示す部分断面図であり、
図９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り、
図１１は、同第２例を示す断面図であり、
図１２は、車輪支持用転がり軸受ユ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ユニットの構造の３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、以下に述べる第１〜２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車輪支持用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、駆動輪用の車輪支持用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）用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、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）で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、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、主軸部材であるハブ本体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３０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。
この様な構造に本発明を適用する場合には、上記ハブ本体２２ａの内端部に形成する上記かしめ部２５を加工する際の荷重を適正に規制する事により、上記各玉１４、１４に予圧を付与する為のアキシアル荷重を１．９６〜４．９ｋＮとする。そして、上記外輪１９の内側で上記ハブ７ｂを２００ｍｉｎ−１で回転させる為に要するトルク（転がり抵抗）を０．１５〜０．４５Ｎ・ｍとする。又、これと共に、剛性係数を、０．０９以上とする。更に、上記両シールリング１６ｃ、１６ｄの回転抵抗（トルク）の合計を、０．０６〜０．４Ｎ・ｍの範囲に規制する。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により行なう。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、主軸部材であるハブ本体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と共に回転側軌道輪であるハブ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。予圧付与の為のアキシアル荷重は、図示しないスプライン軸の外端部に螺着するナットを緊締するトルクにより調節する。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、図３に示した第３例の場合には、本発明を、前述の図１０に示す様な、従動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。前述した図１０に示す構造が、支持軸４の外端部に螺着したナット６により１対の内輪５、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４ａの中間部に第一の内輪軌道２０を直接形成すると共に、この支持軸４ａの外端部を径方向外方に塑性変形させて成るかしめ部２５により内輪５の外端面を抑え付けて、この内輪５を上記支持軸４ａに固定している。予圧付与の為のアキシアル荷重は、上記かしめ部２５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、前述の第１例並びに上記図１０に示した構造と同様である。
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４〜８により説明する。このうち、図４〜７に示した４例は、上述の図１〜３に示した車輪支持用転がり軸受ユニットの第１〜３例及び先に説明した図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４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３１と、内輪２３（図１〜２）の内端部に外嵌固定する内径側シールリング３２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５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３３と、内輪２３（図１〜２）の内端部に外嵌固定するスリンガ３４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３３に３本のシールリップを備える。
次に、図６に示した第３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３５ａと、内輪２３（図１〜２）の内端部外周面に係止するシールリング３５ｂ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３５ａに２本、内輪２３側に係止するシールリング３５ｂ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３６に設けた２本のシールリップの先端縁を、内輪２３（図１〜２）の内端部外周面に摺接させるものである。尚、図７に示したシールリング３６は玉を設置した空間の外端開口部側を塞ぐのにも使用可能である。
次に、図８に示したシールリング３７は、外輪１９（図１〜２）の外端部又はハブ７の内端部（図３）内周面とハブ本体２２ａ（図１）、２２ｂ（図２）、支持軸４ａ（図３）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。上記シールリング３７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。
上述の様な、図４〜８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１〜３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（図１〜２）、ハブ７（図３）の両端部内周面とハブ本体２２ａ（図１）、２２ｂ（図２）、支持軸４ａ（図３）の中間部外周面及び内輪２３の内端部外周面（図１〜２）、内輪５の外端部外周面（図３）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、例えば後述の方法により、０．０６〜０．４Ｎ・ｍの範囲に規制する。又、回転抵抗の低い方のシールリングの回転抵抗を例えば後述の方法により低くしつつ、０．０３Ｎ・ｍ以上確保する。
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ニ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、前述の特開平８−３１９３７９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２００２−７１３３８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９に示す様に、３本のシールリップ３８ａ、３８ｂ、３８ｃのうち、中間に位置するシールリップ３８ｂ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３８ｂ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３８ｂの基端部の厚さをｄ１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ｄ２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Ｓ１とし、この最小厚さ部分から先端縁に亙る部分の面積をＳ２とした場合に、０．８０ｄ１≦ｄ２≦０．９８ｄ１で、且つ、０．１Ｓ２≦Ｓ１≦０．５Ｓ２を満たす形状とする。
【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４〜８に示した５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３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、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同士の組み合わせを５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３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。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３０００ｃｃ／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１７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。車輪支持用転がり軸受ユニットの潤滑は、粘度が１０×１０−６〜１４×１０−６ｍ２／ｓ（１０〜１４ｃＳｔ）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。
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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、▲４▼は図４に示したシールリングを、▲８▼は図８に示したシールリングを、それぞれ表している。又、▲４▼＋▲８▼とは、図４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侵入した事を、「△」印は少量の泥水が浸入した事を、「○」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０．０６Ｎ・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１に示した車輪支持用転がり軸受ユニットに、図５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、「×」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、「○」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。
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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０．０６〜０．４０Ｎ・ｍの範囲にあれば、転がり軸受ユニ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０．０１Ｎ・ｍ及び０．０３Ｎ・ｍの場合には、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。又、上記シールトルクが０．５５Ｎ・ｍ及び０．７０Ｎ・ｍの場合には、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。尚、表２にその結果を示した第二の実験の結果から、「▲５▼＋▲８▼」の組み合わせに関しては、シールトルクが０．０５Ｎ・ｍでも良好な性能を得られたが、前述した表１に示した実験の結果から、シールトルクの下限は０．０６Ｎ・ｍとする。
次に、表３は、前記アキシアル荷重（予圧）が、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。
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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１．９６〜４．９０ｋＮの範囲にあれば、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、上記アキシアル荷重が０．４９ｋＮ及び０．９８ｋＮの場合には、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５．８８ｋＮ及び６．８６ｋＮの場合には、転がり抵抗が高くなって、この転がり軸受ユ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２００ｍｉｎ−１で行なった。
2004022992.tif 000006
この表４に示した第四の実験の結果、上記転がり抵抗が０．１５〜０．４５Ｎ・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０．１２Ｎ・ｍの場合には、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。又、上記転がり抵抗が０．５５Ｎ・ｍ及び０．６５Ｎ・ｍの場合には、転がり軸受ユ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。
2004022992.tif 000007
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。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、転がり軸受ユ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２００ｍｉｎ−１で行なった。
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尚、この表６中、「×」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、「○」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、１対のシールリングのシールトルクの合計を０．４Ｎ・ｍ以下、転がり抵抗を０．４５Ｎ・ｍ以下に抑えた本発明は、全体としての回転トルクを０．８５Ｎ・ｍ以下と、低く抑える事ができる。
又、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ユニットの仕様の４例を示す。
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この表７中、玉径とは各玉の直径を、ＰＣＤ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。
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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って明らかである。
本出願は、２００２年９月６日出願の日本特許出願（特願２００２−２６１１９４）、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ユニットは、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１〜３に示した様な構造を有する車輪支持用転がり軸受ユニットの回転抵抗は、従来は１．５Ｎ・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ユニットの回転抵抗は、０．２１〜０．８５Ｎ・ｍの範囲である。つまり、従来よりも４３％以上も、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１０％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１０ｋｍ／Ｌ程度である自動車が年間１０万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ユニットを採用する事により、１年間で燃料を４３〜８６Ｌ程度節約できる事になる。この様な自動車が、仮に国内で１００万台走行するとすれば、１年間に節約できる燃料は４３００万Ｌ〜８６００万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。
【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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【図１２】
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【国際調査報告】
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