(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体側に非回転に支持される外輪部材と、この外輪部材に保持された二列の転動体を介して軸心回りに回転自在に支持された内輪部材を有し、
前記内輪部材は、車輪を取付けるためのハブホイールを有し、このハブホイールにおける外輪部材から車両アウタ側に突出した部分の外周面には、径方向外向きに突出するハブフランジが形成され、
前記外輪部材と内輪部材との間の環状軸受空間をそのアウタとインナ両側で密封して、環状軸受空間に潤滑剤を封入するとともに外部からの泥水等の侵入を防ぐための密封装置を有する車輪用転がり軸受装置において、
インナ側密封装置は、外輪部材の内周面に嵌着された芯金と、内輪部材の外周面に嵌着された断面Ｌ字形の金属環と、前記芯金に固定されて金属環の芯金対向面である摺接面に接触するリップを有する弾性シール体とから構成され、
このリップは、金属環の嵌着部にラジアル方向で接触するラジアルリップと、金属環の立上げ面にアキシャル方向で接触するアキシャルリップとで構成され、
金属環は、金属板をその弾性シール体が接触する接触面の表面十点平均粗さが軸受の回転摩擦トルクを低減しつつ前記リップの磨耗進行を抑制すべく1.50μm〜3.00μmの領域になるようローラー転写されるとともに圧延され、かつプレス加工によって断面Ｌ字形に形成されて内輪部材の外周面に嵌着されたことを特徴とする車輪用転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪用転がり軸受装置、特に外輪部材と内輪部材との間の環状軸受空間の密封に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１に示すように、車輪用.転がり軸受装置１には、車体側に非回転に支持される外輪部材２と、この外輪部材２に複列の玉３を介して軸心４回りに回転自在に支持される内輪部材５とを有し、外輪部材２と内輪部材５との間の環状軸受空間６に潤滑剤を封入するために、環状軸受空間６の両側を密封装置７Ａ，７Ｂで密封したものがある。
【０００３】
この密封装置７のうち車両インナ側の密封装置７Bは、図２に示すように、前記外輪部材２の内周面に嵌着された芯金９Bと、内輪部材５の外周面に嵌着された金属環８B（スリンガー）と、前記芯金９Bに固定されて、金属環８Bに接触するリップ１０ｃ、１０ｄを有する合成ゴム製の弾性シール体１１Bとから構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記密封装置７では、弾性シール体１１Bのリップ１０ｃ、１０ｄが金属環８Bに接触しており、このため車輪用.転がり軸受装置１の内輪部材５が軸心４回りに回転した際、リップ１０ｃ、１０ｄと金属環８Bの摩擦力が内輪部材５の回転に際して働いている。
【０００５】
従って内輪部材５を軸心４回りに回転させようとする回転摩擦トルクを減少させるためには、リップ１０ｃ、１０ｄと金属環８Bの摩擦力を低減させる必要がある。
【０００６】
これを解決するためには、金属環８Bの表面粗さを大きくすることが考えられる。このようにすると、リップ１０ｃ、１０ｄと金属環８Bの摩擦力が低減されて、回転摩擦トルクを減少させることができる。しかし、金属環８Bの表面粗さが大きいと、逆にリップ１０ｃ、１０ｄの摩耗が促進されて密封装置７Bのシール性が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決し得る車輪用転がり軸受装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明における車輪用転がり軸受装置は、車体側に非回転に支持される外輪部材と、この外輪部材に保持された二列の転動体を介して軸心回りに回転自在に支持された内輪部材を有し、
前記内輪部材は、車輪を取付けるためのハブホイールを有し、このハブホイールにおける外輪部材から車両アウタ側に突出した部分の外周面には、径方向外向きに突出するハブフランジが形成され、
前記外輪部材と内輪部材との間の環状軸受空間をそのアウタとインナ両側で密封して、環状軸受空間に潤滑剤を封入するとともに外部からの泥水等の侵入を防ぐための密封装置を有する車輪用転がり軸受装置において、
インナ側密封装置は、外輪部材の内周面に嵌着された芯金と、内輪部材の外周面に嵌着された断面Ｌ字形の金属環と、前記芯金に固定されて金属環の芯金対向面である摺接面に接触するリップを有する弾性シール体とから構成され、
このリップは、金属環の嵌着部にラジアル方向で接触するラジアルリップと、金属環の立上げ面にアキシャル方向で接触するアキシャルリップとで構成され、
金属環は、金属板をその弾性シール体が接触する接触面の表面十点平均粗さが軸受の回転摩擦トルクを低減しつつ前記リップの磨耗進行を抑制すべく1.50μm〜3.00μmの領域になるようローラー転写されるとともに圧延され、かつプレス加工によって断面Ｌ字形に形成されて内輪部材の外周面に嵌着されたことを特徴とする。
【００１１】
このように、密封装置のリップが接触する金属環の接触面の十点平均粗さを、1.50μm〜3.00μmに設定したことにより、リップが金属環に接した状態で、外輪部材と内輪部材とが軸心回りに相対的に回転した際の回転摩擦トルクが大幅に軽減されるとともに、必要な密封性も確保される。
【００１２】
また、金属環は、金属板をその表面十点平均粗さが1.50μm〜３.00μmの領域になるようローラー転写されるとともに圧延され、かつプレス加工によって断面Ｌ字形に形成されて内輪部材の外周面に嵌着されたことによれば、金属環を内輪部材の外周面に嵌着した後に金属環の表面粗さの値を所定の領域になるよう形成する場合に比べて、製造が容易になり、生産性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車輪用転がり軸受装置を図面に基づいて説明する。図１は密封装置を有する車輪用転がり軸受装置の全体断面図、図２は密封装置の拡大断面図である。
【００１５】
なお、図１および図２は、従来の車輪用転がり軸受装置１および密封装置７の共通の図面として用いる。
【００１６】
まず、車輪用転がり軸受装置１の全体構成を説明すると、これは、車体側に図示しないナックルを介して非回転に支持される外輪部材（外側部材の一例）２と、この外輪部材２に、冠形保持器１５によって円周等配位置に保持された二列の玉（転動体）３を介して軸心４回りに回転自在に支持された内輪部材（内側部材の一例）５とを有している。
【００１７】
この内輪部材５は、車輪（ブレーキディスクロータおよびタイヤホイール）を取付けるためのハブホイール１６と、このハブホイール１６の車両インナ側外周面に嵌着されたハブホイール１６とは別部材の環状体１７とから構成されている。前記ハブホイール１６における外輪部材２から車両アウタ側に突出した部分の外周面には、径方向外向きに突出する取付けフランジ（ハブフランジ）１８が形成され、この取付けフランジ１８の周方向所定箇所には、ブレーキディスクロータおよびタイヤホイールを重ねて固定するための取付けボルト（ハブボルト）１９が圧入されている。なお、ハブホイール１６には、動力伝達軸が挿通される中心穴２０が形成されている。
【００１８】
次に、前記外輪部材２と内輪部材５との間の環状軸受空間６をその両側で密封して、環状軸受空間６に潤滑剤を封入するとともに外部からの泥水等の侵入を防ぐための密封装置７を説明する。この密封装置７は、アウタ側密封装置７Ａとインナ側密封装置７Ｂとからなっている。
【００１９】
前記アウタ側密封装置７Ａは、外輪部材２のアウタ側内周面に嵌着された芯金９Aと、この芯金９Aに固定されてハブホイール１６の外周面と取付けフランジ１８との連続部分にラジアル方向で接触するラジアルリップ１０ａおよび取付けフランジ１８の側面にアキシャル方向で接触するアキシャルリップ１０ｂとを有する弾性シール体１１Ａとから構成されている。
【００２０】
前記インナ側密封装置７Ｂは、上記従来技術で述べ図２に示したように、外輪部材２のインナ側内周面に嵌着された芯金９Ｂと、前記環状体１７の外周面に嵌着された断面Ｌ字形の金属環８Ｂと、前記芯金９Ｂに固定されて金属環８Ｂの芯金９Ｂ対向面である摺接面に接触するリップ１０を有する弾性シール体１１とから構成されている。このリップ１０は、金属環８の嵌着部にラジアル方向で接触するラジアルリップ１０ｃと、金属環８の立上げ面にアキシャル方向で接触するアキシャルリップ１０ｄとから構成されている。
【００２１】
なお、金属環８Ｂの材料として、ＪＩＳ・ＳＵＳ４３０，３０４等のステンレス鋼が用いられる。
【００２２】
ところで上記密封装置７、特にインナ側密封装置７Ｂでは、弾性シール体１１Ｂのラジアルリップ１０ｃ、アキシャルリップ１０ｄが金属環８にそれぞれ接触しており、このため車輪用.転がり軸受装置１の内輪部材５が軸心４回りに回転する際には金属環８の摩擦力が働いている。従って、内輪部材５を軸心４回りに回転させようとする回転トルクを減少させるためには、金属環８Ｂの表面粗さを調節してその摩擦力を低減させる必要がある。このためには金属環８Ｂの摩擦係数ｆを減少させることで実現できると考えられる。
【００２３】
この摩擦係数ｆは、運転状態を表す無次元特性数Ｇと下記式（１）の関係があることが知られている。
【００２４】
ｆ＝φ・Ｇ1/3……（１）
なお、無次元特性数Ｇは、
Ｇ＝μ・ｕ・ｂ／Ｐ
で表される。ここでμ：油（潤滑剤）粘度，ｕ：軸（金属環８Ｂ）周速，ｂ：シール接触幅（リップ１０ｃ，１０ｄの接触幅），Ｐ：緊迫力（リップ１０ｃ，１０ｄの接触荷重の和）である。また、φは密封性を示す係数であり、次式
φ＝5（ｈmax/λ）2/3（Ｄ／2・ｈmax）1/3×exp（α・ｐ・ｊ・λ／ｈmax）
で表される。ここでｈmax：軸表面粗さ（金属環８Ｂ表面の十点平均粗さと同等なので以下Ｒｚと表す），λ：粗さの波長，Ｄ：軸径（金属環８の径），α：定数，ｐ：接触面圧（緊迫力を接触面積で割った値），ｊ：弾性シール体（リップ１０ｃ，１０ｄ）の複素弾性率の実数部である。
【００２５】
そして、弾性シール体１１Ｂの形状、その材質（合成ゴム）、その表面粗さ（その波長）を同一とし、金属環８Ｂの摺動面の粗さのみ変化させた場合、上記係数φは、軸粗さＲｚに対して下記の関係があることが知られている。
【００２６】
φ∝β〔＝Ｒｚ1/3×exp（１／Ｒｚ）〕
下記（表１）に、Ｒｚの値と、それぞれのＲｚの値について上式に基づいて求めたβの値と、従来（現行）のＲｚの値：0.67μmの場合のβの値3.89に対する各Ｒｚから求められるβの値との比を示す。
【００２７】
【表１】
0004055398.tif 000002
上記（表１）から、Ｒｚの値が3.00μｍまでの領域では、Ｒｚの値の増加とともにβの値は減少することがわかる。ところで、Ｒｚの値が3.00μｍ以上になると、Ｒｚの値の増加とともにβの値は増加することもわかる。
【００２８】
ところで、上記（表１）において、Ｒｚが1.50〜7.00μｍの場合、従来（現行）のＲｚの値0.67μｍと比較すると、βの値は約４割低減する計算になることから、摩擦トルクも４割程度低減されるものと推定される。
【００２９】
このようなβの値の低減を基準に考えると、Ｒｚの値は1.50〜7.00μｍが適当であるが、一方でＲｚの値が大きいと弾性シール体１１と金属環８との接触（摺動）部分の密封性が低下することが考えられる。
【００３０】
ここで下記（表２）に、Ｒｚを変化させ他の密封条件を同一として行った実験によって得た回転摩擦トルクの値を示す。
【００３１】
【表２】
0004055398.tif 000003
Ｒｚの値が1.00μｍ以上、特に1.50〜3.00μｍの領域での回転摩擦トルクはそれぞれほぼ同等の値を示し、この回転摩擦トルクは、現行品と比較して約３割程度低減されていることが、実験によっても証明された。
【００３２】
また、所定の密封性を保つためのＲｚの値の限界値を知る実験を図３に示すような装置を用いて行った。すなわち芯金３０に弾性シール体３１を取付け、この弾性シール体３１のリップ３２を、Ｒｚの値の異なった軸体３３（金属環８Ｂに相当する）表面に接触させ、軸体３３をその軸心回りに所定時間回転させた際のリップ３２の摩耗幅γmmを測った。なお、この試験における条件は下記の通りである。
【００３３】
潤滑剤：ATF油（デキシロンII），軸体径：35mm，軸体回転数：4000/min，軸体偏心：0.1mmTIR，軸体回転時間：504ｈ。
【００３４】
この実験による試験結果を下記（表３）に示す。
【００３５】
【表３】
0004055398.tif 000004
上記（表３）から摩耗幅γの値が良好（小さい）のは、Ｒｚの値が1.00〜3.00μmの領域であることがわかる。
【００３６】
以上の実験結果により回転摩擦トルクおよび密封性を考慮するとＲｚの値は1.50〜３.00μmの領域が適当であると判断される。
【００３７】
なお、上記（表３）において、Ｒｚの値が0.80μm以下で摩耗幅γの値が増加しているのは、軸体３３表面の平滑度が高くなり過ぎて表面に潤滑剤が保持されにくくなり、潤滑性が悪くなって摩耗が進行するためであると考えられる。
【００３８】
ところで、本発明の実施の形態において、金属環８はプレス加工によって断面Ｌ字形に形成されるものであるが、このプレス加工に先立ち、金属環８となる板材を、ローラーを用いて圧延して形成する。そしてこの圧延の際に、板材の表面粗さＲｚが1.50〜３.00μmの領域になるよう前記ローラーによって転写することで製作する。このようにすることにより、プレス加工の後に金属環８の表面粗さＲｚが1.50〜３.00μmの領域になるよう形成する場合に比べて、製造が容易になり、生産性が向上する。
【００３９】
以上のように、本発明の実施の形態では、金属環８の表面粗さＲｚの値を1.50〜３.00μmに設定したことにより、弾性シール体１１（リップ１０ｃ，１０ｄ）が金属環８に接触した状態で外輪部材２が軸心４回りに回転する際の回転摩擦トルクが、従来の場合に比較して大幅に低減でき、かつ必要な密封性も確保できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形や応用が考えられる。
【００４１】
例えば、上記実施の形態では、密封装置７のうちインナ側密封装置７Ｂの場合で説明したが、これに限定されるものではなく、アウタ側密封装置７Ａにも適用可能である。この場合は、ハブホイール１６の外周面と取付けフランジ１８との連続部分の表面粗さＲｚを1.50〜３.00μmの領域になるよう形成する。このようにすることにより、上記実施の形態と同様に弾性シール体１１（リップ１０ａ，１０ｂ）が連続部分に接触した状態で外輪部材２が軸心４回りに回転する際の回転摩擦トルクが、従来の場合に比較して大幅に低減でき、かつ必要な密封性も確保できる。
【００４２】
そして、アウタ側密封装置７Ａおよびインナ側密封装置７Ｂの双方について本発明を適用させることで、所定の密封性を確保しながらさらに回転摩擦トルクを低減させることができる。
【００４３】
また、上記実施の形態の密封装置７を適用させる車輪用転がり軸受装置１は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、図４に示す車輪用転がり軸受装置１は、内輪部材５が車体側に非回転に支持されるもので、２列の玉３を介して外輪部材２が軸心４回りに回転自在に支持された構成で、外輪部材２と内輪部材５の間の環状軸受空間６を車両インナ側で密封する密封装置７が設けられている。
【００４５】
この密封装置７は前述のインナ側密封装置７Bの構成と同様の構成であるが、上記実施の形態と異なる点は、外輪部材２のインナ側内周面に嵌着された芯金９B、および芯金９Bに固定されて内輪部材２の外周面に嵌着された金属環８Bの摺接面に接触するリップを有する弾性シール体１１Bが回転し、金属環８Bは非回転である点である。この構成の密封装置７（７B）においても、上記実施の形態と同様に、金属環８Bの表面粗さＲｚの値を1.50〜３.00μmに設定している。
【００４６】
また、図５に示す車輪用転がり軸受装置１は、車体側に非回転に支持される外輪部材２と、この外輪部材２に玉３を介してハブホイール１６および等速ジョイントの椀形外輪部材４０が軸心4回りに回転自在に支持されている。そして外輪部材２およびハブホイール１６と椀形外輪部材４０とで形成される環状軸受空間６を密封する密封装置７として、アウタ側密封装置７Ａとインナ側密封装置７Ｂとを有し、それぞれ弾性シール体１１Ａ，１１Ｂが、外輪部材２の内周面に嵌着された芯金９Ａ，９Ｂに取付けられ、弾性シール体１１Ａ，１１Ｂは、ラジアルリップとアキシャルリップ（符号省略）とを有し、これらそれぞれの弾性シール体１１Ａ，１１Ｂのリップがハブホイール１６、椀形外輪部材４０の外周面に直接接触した構成である。
【００４７】
この構成の場合、ハブホイール１６、椀形外輪部材４０におけるラジアルリップとアキシャルリップが接触する接触部分の表面粗さＲｚの値を1.50〜３.00μmに設定している。
【００４８】
このようにすることにより、上記実施の形態と同様に弾性シール体１１Ａ，１１Ｂが接触部分に接触した状態で外輪部材２が軸心４回りに回転する際の回転摩擦トルクが、従来の場合に比較して大幅に低減でき、かつ必要な密封性も確保できる。
【００４９】
なお、上記各実施の形態では、転動体の一例として２列の玉３を用いた車輪用転がり軸受装置の場合を示したが、これに限定されるものではなく、図示しないが転動体としてころを用いた車輪用転がり軸受装置にも適用できることは勿論であり、リップの接触する部分のＲｚの値を1.50〜３.00μmとすることにより、上記実施の形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、内輪部材の外周面に嵌着した金属環の、リップが接触する接触面の十点平均粗さを1.50μm〜3.00μmに設定しているので、必要な密封性を確保した状態で、リップが金属環に接触して外輪部材と内輪部材とが軸心回りに相対的に回転する際の回転摩擦トルクが大幅に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す車輪用転がり軸受装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】  同じく要部拡大断面図である。
【図３】  所定の密封性を保つためのＲｚの値の限界値を知るための実験図である。
【図４】  別の実施の形態を示す車輪用転がり軸受装置の全体構成を示す断面図である。
【図５】  さらに別の実施の形態を示す車輪用転がり軸受装置の全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１      車輪用転がり軸受装置
２      外輪部材
５      内輪部材
６      環状軸受空間
７      密封装置
７Ａ    アウタ側密封装置
７Ｂ    インナ側密封装置
８B    金属環
９B    芯金
１０    リップ
１０ｃ  ラジアルリップ
１０ｄ  アキシャルリップ
１６    ハブホイール
１８    取付けフランジ
【図１】
0004055398.tif 000005
【図２】
0004055398.tif 000006
【図３】
0004055398.tif 000007
【図４】
0004055398.tif 000008
【図５】
0004055398.tif 000009