JP2005299685A - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】操縦安定性を確保しつつ、車輪と共に回転するハブの回転トルクを低減して、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。
【解決手段】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０．１２〜０．２３Ｎ・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。
【選択図】 図１
【解決手段】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０．１２〜０．２３Ｎ・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。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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１１〜１２に示す様な構造が記載されている。先ず、このうちの図１１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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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１１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。
【０００６】
次に、図１２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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
但し、この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、上記転がり軸受ユ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ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
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玉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。
【００１１】
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、０．４９〜２．９４ｋＮ（５０〜３００kgf ）である。
又、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮ（２００kgf ）である場合の、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（転がり抵抗）が、０．１２〜０．２３Ｎ・ｍである。
又、同じく上記アキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の剛性係数が、０．０９以上である。
更に、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、両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・ｍである。
【００１２】
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１３に示す様にして測定する。尚、この図１３は、前述の図１２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。
【００１３】
測定作業時には、静止側軌道輪である外輪１９を固定台３７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３８の基端部（図１３の左端部）を結合固定する。そして、この梃子板３８の上面で、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３８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３７の上面３９に対する上記取付フランジ１１ａの取付面４０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。
【００１４】
【作用】
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。
即ち、予圧を付与する為のアキシアル荷重を０．４９ｋＮ以上、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の転がり抵抗を０．１２Ｎ・ｍ以上、同じく剛性係数を０．０９以上とした事に伴い、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性を確保して、操縦安定性を良好にできる。
これに対して、上記予圧を付与する為のアキシアル荷重を２．９４ｋＮ以下に、上記転がり抵抗を０．２３Ｎ・ｍ以下に、１対のシールリングの回転抵抗（トルク）の合計を０．４Ｎ・ｍ以下に、それぞれ抑えているので、上記回転トルクの低減を図れる。
【００１５】
尚、上記アキシアル荷重が２．９４ｋＮを越えると、（例えば０．２３Ｎ・ｍ以下と言った様に）上記転がり抵抗を低く抑える事ができなくなって、上記回転トルクを低減できなくなる。これに対して、上記アキシアル荷重が０．４９ｋＮに満たない場合には、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性確保が難しくなって、操縦安定性が低下する。
【００１６】
又、上記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、上記両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。
【００１７】
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。
【００１８】
以上の事から、予圧を付与する為のアキシアル荷重が、０．４９〜２．９４ｋＮ、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の転がり抵抗が０．１２〜０．２３Ｎ・ｍ、同じく剛性係数が０．０９以上、上記両シールリングの回転抵抗が合計で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、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事が分かる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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１１〜１２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１１〜１２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１１の場合はハブ７、図１２の場合は外輪１９）の一端開口をキャップ１７（図１１）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。
【００２０】
先ず、図１に示した第１例は、前述の図１２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。
【００２１】
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０．４９〜２．９４ｋＮとする。そして、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の、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０．１２〜０．２３Ｎ・ｍとする。又、これと共に、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の剛性係数を、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１２に示した構造と同様である。
【００２２】
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。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。
【００２３】
次に、図３に示した第３例の場合には、本発明を、前述の図１１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１１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、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の内端面を抑え付けて、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１１に示した構造と同様である。
【００２４】
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４〜１０により説明する。このうち、図４〜１０に示した５例は、前記図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１１〜１２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。
【００２５】
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２７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。
【００２６】
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２９と、内輪２３（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。
【００２７】
次に、図６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２３（図１〜２）の内端部外周面に摺接させる構造としている。
【００２８】
次に、図７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２３（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２３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。
【００２９】
次に、図８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２３（図１〜２）の内端部外周面に摺接させるものである。
【００３０】
次に、図９〜１０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９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。
【００３１】
次に、図１０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。
【００３２】
上述の様な、図４〜１０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、２２ｂ（図１〜２）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、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。
【００３３】
【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４〜１０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、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。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。
【００３４】
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】
【００３５】
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、▲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、▲４▼＋▲９▼とは、図４に示したシールリングと図９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０．０６Ｎ・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、泥水の浸入を阻止できる事が分かる。
【００３６】
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４に示したシールリングと図９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。
【００３７】
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】
【００３８】
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、０．０３Ｎ・ｍ及び０．０５Ｎ・ｍの場合には、玉１４、１４を設置した内部空間へ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０．４２Ｎ・ｍ、０．４５Ｎ・ｍ及び０．５０Ｎ・ｍの場合には、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。
【００３９】
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全体の回転トルク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】
【００４０】
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０．４９〜２．９４ｋＮであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニット全体の回転トルク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０．２９４ｋＮ及び０．３９２ｋＮ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３．４３ｋＮ及び３．９２ｋＮの場合には、転がり抵抗が高くなって、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。
【００４１】
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全体の回転トルク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、アキシアル荷重（予圧）を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与すると共に、回転速度２００min-1 で行なった。
【表４】
【００４２】
この表４に示した第四の実験の結果、上記転がり抵抗が０．１２〜０．２３Ｎ・ｍであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニット全体の回転トルク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０．１Ｎ・ｍ及び０．１１Ｎ・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。これに対して、上記転がり抵抗が０．２４Ｎ・ｍ及び０．２５Ｎ・ｍの場合には、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。
【００４３】
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。尚、この実験は、アキシアル荷重を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与した状態で行なった。
【表５】
【００４４】
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。
【００４５】
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、アキシアル荷重を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与すると共に、回転速度２００min-1 で行なった。
【表６】
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０．２３Ｎ・ｍ以下に抑えた本発明は、全体としての回転トルクを０．６３Ｎ・ｍ以下と、低く抑える事ができる。
【００４６】
【発明の効果】
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、操縦安定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、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】本発明の対象となる構造の第１例を示す断面図。
【図２】同第２例を示す断面図。
【図３】同第３例を示す断面図
【図４】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。
【図５】同第２例を示す部分断面図。
【図６】同第３例を示す部分断面図。
【図７】同第４例を示す部分断面図。
【図８】同第５例を示す部分断面図。
【図９】同第６例を示す部分断面図。
【図１０】同第７例を示す部分断面図。
【図１１】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。
【図１２】同第２例を示す断面図。
【図１３】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。
【符号の説明】
１ ホイール
２、２ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
３ 車軸
４、４ａ 支持軸
５ 内輪
６ ナット
７、７ａ、７ｂ、７ｃ ハブ
８ スタッド
９ ナット
１０ａ、１０ｂ 外輪軌道
１１、１１ａ 取付フランジ
１２ ドラム
１３ 内輪軌道
１４ 玉
１５ 保持器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ シールリング
１７ キャップ
１８ バッキングプレート
１９ 外輪
２０ 第一の内輪軌道
２１ 第二の内輪軌道
２２、２２ａ、２２ｂ ハブ本体
２３ 内輪
２４ 小径段部
２５ かしめ部
２６ スプライン孔
２７ 外径側シールリング
２８ 内径側シールリング
２９、２９ａ シールリング
３０ スリンガ
３１ａ、３１ｂ シールリップ
３２、３２ａ ガータスプリング
３３ａ、３３ｂ シールリング
３４ シールリング
３５、３５ａ シールリング
３６ シールリップ
３７ 固定台
３８ 梃子板
３９ 上面
４０ 取付面
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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１１〜１２に示す様な構造が記載されている。先ず、このうちの図１１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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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１１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。
【０００６】
次に、図１２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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
但し、この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、上記転がり軸受ユ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ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
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玉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。
【００１１】
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、０．４９〜２．９４ｋＮ（５０〜３００kgf ）である。
又、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮ（２００kgf ）である場合の、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（転がり抵抗）が、０．１２〜０．２３Ｎ・ｍである。
又、同じく上記アキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の剛性係数が、０．０９以上である。
更に、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、両シールリングの合計で０．０６〜０．４Ｎ・ｍである。
【００１２】
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１３に示す様にして測定する。尚、この図１３は、前述の図１２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。
【００１３】
測定作業時には、静止側軌道輪である外輪１９を固定台３７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３８の基端部（図１３の左端部）を結合固定する。そして、この梃子板３８の上面で、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３８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３７の上面３９に対する上記取付フランジ１１ａの取付面４０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。
【００１４】
【作用】
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。
即ち、予圧を付与する為のアキシアル荷重を０．４９ｋＮ以上、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の転がり抵抗を０．１２Ｎ・ｍ以上、同じく剛性係数を０．０９以上とした事に伴い、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性を確保して、操縦安定性を良好にできる。
これに対して、上記予圧を付与する為のアキシアル荷重を２．９４ｋＮ以下に、上記転がり抵抗を０．２３Ｎ・ｍ以下に、１対のシールリングの回転抵抗（トルク）の合計を０．４Ｎ・ｍ以下に、それぞれ抑えているので、上記回転トルクの低減を図れる。
【００１５】
尚、上記アキシアル荷重が２．９４ｋＮを越えると、（例えば０．２３Ｎ・ｍ以下と言った様に）上記転がり抵抗を低く抑える事ができなくなって、上記回転トルクを低減できなくなる。これに対して、上記アキシアル荷重が０．４９ｋＮに満たない場合には、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの剛性確保が難しくなって、操縦安定性が低下する。
【００１６】
又、上記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、上記両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。
【００１７】
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。
【００１８】
以上の事から、予圧を付与する為のアキシアル荷重が、０．４９〜２．９４ｋＮ、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の転がり抵抗が０．１２〜０．２３Ｎ・ｍ、同じく剛性係数が０．０９以上、上記両シールリングの回転抵抗が合計で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、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事が分かる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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１１〜１２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１１〜１２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１１の場合はハブ７、図１２の場合は外輪１９）の一端開口をキャップ１７（図１１）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。
【００２０】
先ず、図１に示した第１例は、前述の図１２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。
【００２１】
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０．４９〜２．９４ｋＮとする。そして、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の、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０．１２〜０．２３Ｎ・ｍとする。又、これと共に、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の剛性係数を、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１２に示した構造と同様である。
【００２２】
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。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。
【００２３】
次に、図３に示した第３例の場合には、本発明を、前述の図１１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１１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、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の内端面を抑え付けて、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１１に示した構造と同様である。
【００２４】
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４〜１０により説明する。このうち、図４〜１０に示した５例は、前記図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１１〜１２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。
【００２５】
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２７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。
【００２６】
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２９と、内輪２３（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。
【００２７】
次に、図６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２３（図１〜２）の内端部外周面に摺接させる構造としている。
【００２８】
次に、図７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２３（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２３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。
【００２９】
次に、図８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２３（図１〜２）の内端部外周面に摺接させるものである。
【００３０】
次に、図９〜１０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９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。
【００３１】
次に、図１０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。
【００３２】
上述の様な、図４〜１０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、２２ｂ（図１〜２）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、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。
【００３３】
【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４〜１０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、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。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。
【００３４】
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、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、▲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、▲４▼＋▲９▼とは、図４に示したシールリングと図９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０．０６Ｎ・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、泥水の浸入を阻止できる事が分かる。
【００３６】
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４に示したシールリングと図９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。
【００３７】
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０．０６〜０．４０Ｎ・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、０．０３Ｎ・ｍ及び０．０５Ｎ・ｍの場合には、玉１４、１４を設置した内部空間へ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０．４２Ｎ・ｍ、０．４５Ｎ・ｍ及び０．５０Ｎ・ｍの場合には、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。
【００３９】
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全体の回転トルク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０．４９〜２．９４ｋＮであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニット全体の回転トルク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０．２９４ｋＮ及び０．３９２ｋＮ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３．４３ｋＮ及び３．９２ｋＮの場合には、転がり抵抗が高くなって、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。
【００４１】
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全体の回転トルク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、アキシアル荷重（予圧）を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与すると共に、回転速度２００min-1 で行なった。
【表４】
この表４に示した第四の実験の結果、上記転がり抵抗が０．１２〜０．２３Ｎ・ｍであれば、操縦安定性、転がり軸受ユニット全体の回転トルク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０．１Ｎ・ｍ及び０．１１Ｎ・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。これに対して、上記転がり抵抗が０．２４Ｎ・ｍ及び０．２５Ｎ・ｍの場合には、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。
【００４３】
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。尚、この実験は、アキシアル荷重を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与した状態で行なった。
【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。
【００４５】
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、アキシアル荷重を１．９６ｋＮ（２００kgf ）付与すると共に、回転速度２００min-1 で行なった。
【表６】
【００４６】
【発明の効果】
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、操縦安定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、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】本発明の対象となる構造の第１例を示す断面図。
【図２】同第２例を示す断面図。
【図３】同第３例を示す断面図
【図４】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。
【図５】同第２例を示す部分断面図。
【図６】同第３例を示す部分断面図。
【図７】同第４例を示す部分断面図。
【図８】同第５例を示す部分断面図。
【図９】同第６例を示す部分断面図。
【図１０】同第７例を示す部分断面図。
【図１１】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。
【図１２】同第２例を示す断面図。
【図１３】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。
【符号の説明】
１ ホイール
２、２ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
３ 車軸
４、４ａ 支持軸
５ 内輪
６ ナット
７、７ａ、７ｂ、７ｃ ハブ
８ スタッド
９ ナット
１０ａ、１０ｂ 外輪軌道
１１、１１ａ 取付フランジ
１２ ドラム
１３ 内輪軌道
１４ 玉
１５ 保持器
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ シールリング
１７ キャップ
１８ バッキングプレート
１９ 外輪
２０ 第一の内輪軌道
２１ 第二の内輪軌道
２２、２２ａ、２２ｂ ハブ本体
２３ 内輪
２４ 小径段部
２５ かしめ部
２６ スプライン孔
２７ 外径側シールリング
２８ 内径側シールリング
２９、２９ａ シールリング
３０ スリンガ
３１ａ、３１ｂ シールリップ
３２、３２ａ ガータスプリング
３３ａ、３３ｂ シールリング
３４ シールリング
３５、３５ａ シールリング
３６ シールリップ
３７ 固定台
３８ 梃子板
３９ 上面
４０ 取付面
Claims (2)
- 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、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、上記各玉に予圧を付与する為のアキシアル荷重が０．４９〜２．９４ｋＮであり、このアキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の、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０．１２〜０．２３Ｎ・ｍであり、同じく上記アキシアル荷重が１．９６ｋＮである場合の剛性係数が０．０９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２００min-1 で相対回転させる為に要するトルクが、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。
- 静止側軌道輪と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、外周面の軸方向中間部に直接形成された静止側軌道面又は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、この小径段部に外嵌固定した内輪とを備えたものであり、この内輪は、外周面に上記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すると共に、上記一方の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ものである、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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