JP2012112494A - 車輪用軸受の密封装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受の密封装置を提供する。
【解決手段】密封装置が、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板14とスリンガ15とで構成され、シール板14が芯金16と、この芯金16の嵌合部16aに加硫接着により一体に接合されたシール部材17とからなり、このシール部材17に嵌合部16aの外径よりも僅かに大径となる段差0.25〜0.30mmをもって環状凸部20が突出して形成され、この環状凸部20が外方部材10の端面側に向って漸次拡径し、傾斜角5〜15°からなるテーパ面に形成され、外方部材10の端部内周面に嵌合幅0.43〜2.50mmでもって圧入されている。
【選択図】図2
【解決手段】密封装置が、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板14とスリンガ15とで構成され、シール板14が芯金16と、この芯金16の嵌合部16aに加硫接着により一体に接合されたシール部材17とからなり、このシール部材17に嵌合部16aの外径よりも僅かに大径となる段差0.25〜0.30mmをもって環状凸部20が突出して形成され、この環状凸部20が外方部材10の端面側に向って漸次拡径し、傾斜角5〜15°からなるテーパ面に形成され、外方部材10の端部内周面に嵌合幅0.43〜2.50mmでもって圧入されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受における密封装置に関するものである。
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。また、車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第1世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第2世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第3世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第4世代構造とに大別されている。
これらの軸受部には、軸受内部に封入されたグリースの漏れを防止すると共に、外部から雨水やダスト等の侵入を防止するために密封装置が装着されている。近年、自動車のメンテナンスフリー化が進み、車輪用軸受装置においてもさらなる長寿命化が要求されるようになっているが、市場回収品の軸受損傷状況を検証すると、剥離等の本来の軸受寿命よりも、シール不具合あるいはシール性の低下により軸受内に雨水やダスト等が侵入して軸受が損傷する事例が少なくない。したがって、密封装置のシール性を向上させることにより、軸受寿命の向上を図ることができる。
従来から、シール性を高めた密封装置に関しては種々提案されているが、こうした密封装置の一例を図7に示す。このこの密封装置51は、芯金52と、スリンガ53と、シール材54とからなる。芯金52は、低炭素鋼等の金属板にプレス加工等の打ち抜き並びに塑性加工により一体成形され、外輪(図示せず)の端部内周面に内嵌される外径側円筒部52aと、この外径側円筒部52aの軸方向内端縁(図中左端)から径方向内方に折れ曲った内側円輪部52bを備えた、断面略L字形で円環状としている。
スリンガ53は、ステンレス鋼板等、耐食性を有する金属板にプレス加工等の打ち抜き並びに塑性加工により一体成形され、内輪(図示せず)の外端部外周面に外嵌される内径側円筒部53aと、この内径側円筒部53aの軸方向外端縁(図中右端)から径方向外方に折れ曲った外側円輪部53bとを備えた、断面略L字形で円環状としている。
また、シール部材54は、ゴム、エラストマ等の弾性材で成形され、外側、中間、内側の3本のシールリップ54a、54b、54cを備え、芯金52にその基端部を結合している。そして、最も外側に位置する外側シールリップ54aの先端縁をスリンガ53の外側円輪部53bの内側面に摺接させ、残り2本の中間シールリップ54bと内側シールリップ54cの先端縁を内径側円筒部53aの外周面に摺接させている。
さらに、シール材54の基端部55により、芯金52の外径側円筒部52aの先半部(図中右半部)の内周面および外周面を覆っている。ここで、芯金52の外径側円筒部52aと外輪は所定のシメシロを持った金属嵌合をしているが、嵌合部の気密性を向上させるために、シール材54の基端部55が断面略台形状に形成され、外径側円筒部52aの外径よりも径方向外方に突出してゴムパッキンの役割を持たせ、所謂ハーフメタル構造とされている。
3本のシールリップ54a、54b、54cは総て、それぞれの先端縁に向う程、軸受の外部空間に向う方向に傾斜している。そして、最も内側に位置する内側シールリップ54cの先端縁と、スリンガ53の内径側円筒部53aの外周面を当接させた状態で、この内側シールリップ54cが全く弾性変形していないか極く僅かしか弾性変形しない状態である、シメシロがほぼ零の状態としている。このために、内側シールリップ54cの自由状態での内径を、内径側円筒部53aの外径とほぼ同じとしている。
したがって、このような密封装置51では、内側シールリップ54cの先端縁が内径側円筒部53aの外周面から外れた状態から、この内側シールリップ54cを内径側円筒部53aに外嵌しても反転することはない(例えば、特許文献1参照。)。
然しながら、こうした従来の密封装置51では、軸受がタイヤからの荷重を受けることで外輪が変形し、従来の基端部55では、気密性不足となる問題が生じている。この問題の解決策としては、基端部55の幅を広げたり、外輪とのシメシロを上げる方法もあるが、これではコンパクトな設計ができないだけでなく、密封装置51を外輪に圧入する際に、ゴム切れ等、基端部55が損傷する恐れがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受の密封装置を提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項1記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受に装着され、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封する車輪用軸受の密封装置において、前記外方部材の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部を有し、鋼板からプレス加工によって形成された芯金を備え、この芯金の嵌合部に合成ゴムからなるシール部材が加硫接着により一体に接合され、このシール部材に前記嵌合部の外径よりも僅かに大径となる段差をもって環状凸部が突出して形成されると共に、この環状凸部が前記外方部材の端面側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角からなるテーパ面に形成され、前記外方部材の端部内周面に所定の嵌合幅でもって圧入されている。
このように、車輪用軸受に装着され、外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封する車輪用軸受の密封装置において、外方部材の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部を有し、鋼板からプレス加工によって形成された芯金を備え、この芯金の嵌合部に合成ゴムからなるシール部材が加硫接着により一体に接合され、このシール部材に嵌合部の外径よりも僅かに大径となる段差をもって環状凸部が突出して形成されると共に、この環状凸部が外方部材の端面側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角からなるテーパ面に形成され、外方部材の端部内周面に所定の嵌合幅でもって圧入されているので、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受の密封装置を提供することができる。
好ましくは、請求項2に記載の発明のように、前記環状凸部の段差が0.25〜0.30mmの範囲に設定されていれば、圧入時の抵抗を抑制することができると共に、長期間に亘って外方部材と芯金との嵌合部の気密性を高めることができる。
また、請求項3に記載の発明のように、前記環状凸部のテーパ面の傾斜角が5〜15°の範囲に設定されていれば、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させることができる。
また、請求項4に記載の発明のように、前記環状凸部の先端位置が前記外方部材の端部内周に形成された面取り部よりも軸受内部側になるように設定されると共に、当該環状凸部の嵌合幅が0.43〜2.50mmの範囲に設定されていれば、コンパクトで気密性を高めることができる。
また、請求項5に記載の発明のように、前記環状凸部のテーパ面が両側に形成され、その傾斜角が略同一に設定されていても良い。
また、請求項6に記載の発明のように、前記芯金の嵌合部と前記シール部材の環状凸部に、予めグリースが塗布されていれば、圧入時のゴム切れ等の損傷を防止することができる。
また、請求項7に記載の発明のように、前記密封装置が、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとで構成され、前記シール板が前記芯金とシール部材とからなり、前記スリンガが、前記内方部材の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部とを有し、前記シール部材が前記スリンガの立板部に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップと、前記円筒部に所定の径方向シメシロを介して摺接するラジアルリップを備える複合型の密封装置で構成されていても良い。
また、請求項8に記載の発明のように、前記密封装置が、前記芯金とシール部材とからなる一体型の密封装置で構成され、前記シール部材が、断面が円弧状に形成された前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロをもって摺接するサイドリップとダストリップおよび軸受内方側に傾斜して形成されたグリースリップを一体に有していても良い。
また、請求項9に記載の発明のように、前記密封装置が、前記芯金とシール部材とからなるカップ状に形成された保護カバーで構成され、前記芯金が、前記嵌合部と、この嵌合部から縮径部を介して径方向内方に延びる円板状の遮蔽部と、この遮蔽部から段部を介して前記内方部材のインナー側の端部を塞ぐ底部とを備えると共に、前記シール部材が前記縮径部の外周部に接合され、前記環状凸部と、前記芯金の嵌合部の外径よりも僅かに小径に形成された環状部とで構成されていても良い。
また、請求項10に記載の発明のように、前記内輪に磁気エンコーダが外嵌されると共に、前記芯金が非磁性体の鋼板からプレス加工によって形成され、この遮蔽部の側面に回転速度センサが近接または当接され、当該遮蔽部を介して前記磁気エンコーダと回転速度センサが所定の軸方向すきまを介して対峙していても良い。
また、請求項11に記載の発明のように、前記シール部材が、少なくとも前記芯金を前記外方部材に嵌合する前の単体の状態で、前記遮蔽部の外側面よりインナー側に突出しないように設定されていれば、シール部材との干渉を避けるため、回転速度センサを必要以上に磁気エンコーダから遠ざける必要がなくなり、エアギャップを最小限に設定することができ、検出精度を一段と高めることができる。
また、請求項12に記載の発明のように、前記外方部材のインナー側の端面が前記内輪の大端面よりもインナー側に僅かに突出して形成されていれば、芯金が内輪に当接するのを防止することができる。
好ましくは、請求項13に記載の発明のように、前記磁気エンコーダの検出面と前記内輪の大端面が略面一、または、前記大端面よりインナー側に僅かに突出するように設定されていれば、エアギャップ調整が容易となり、エアギャップをより小さく狙うことができる。
本発明に係る車輪用軸受の密封装置は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受に装着され、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封する車輪用軸受の密封装置において、前記外方部材の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部を有し、鋼板からプレス加工によって形成された芯金を備え、この芯金の嵌合部に合成ゴムからなるシール部材が加硫接着により一体に接合され、このシール部材に前記嵌合部の外径よりも僅かに大径となる段差をもって環状凸部が突出して形成されると共に、この環状凸部が前記外方部材の端面側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角からなるテーパ面に形成され、前記外方部材の端部内周面に所定の嵌合幅でもって圧入されているので、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受の密封装置を提供することができる。
外周にナックルに取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受に装着され、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封する車輪用軸受の密封装置において、この芯金の嵌合部に合成ゴムからなるシール部材が加硫接着により一体に接合され、前記密封装置が、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとで構成され、前記シール板が、前記外方部材の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部を有し、鋼板からプレス加工によって形成された芯金と、この芯金の嵌合部に加硫接着により一体に接合された合成ゴムからなるシール部材とからなり、前記スリンガが、前記内輪の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部とを有し、前記シール部材が前記スリンガの立板部に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップと、前記円筒部に所定の径方向シメシロを介して摺接するラジアルリップを備えると共に、前記シール部材に前記嵌合部の外径よりも僅かに大径となる段差0.25〜0.30mmをもって環状凸部が突出して形成され、この環状凸部が前記外方部材の端面側に向って漸次拡径し、傾斜角5〜15°からなるテーパ面に形成され、前記外方部材の端部内周面に嵌合幅0.43〜2.50mmでもって圧入されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る密封装置を備えた車輪用軸受の第1の実施形態を示す縦断面図、図2は、図1の密封装置を示す要部拡大図、図3は、図2のIII部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側(図1の左側)、中央寄り側をインナー側(図1の右側)という。
図1は、本発明に係る密封装置を備えた車輪用軸受の第1の実施形態を示す縦断面図、図2は、図1の密封装置を示す要部拡大図、図3は、図2のIII部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側(図1の左側)、中央寄り側をインナー側(図1の右側)という。
この車輪用軸受は駆動輪側の第3世代と称され、内方部材1と外方部材10、および両部材1、10間に転動自在に収容された複列の転動体(ボール)6、6とを備えている。内方部材1は、ハブ輪2と、このハブ輪2に圧入された内輪3とからなる。
ハブ輪2は、アウター側の端部に車輪(図示せず)を取り付けるための車輪取付フランジ4を一体に有し、この車輪取付フランジ4の円周等配位置に車輪を固定するためのハブボルト5が植設されている。また、ハブ輪2の外周には一方(アウター側)の内側転走面2aと、この内側転走面2aから軸方向に延びる円筒状の小径段部2bが形成され、内周にはセレーション(またはスプライン)2cが形成されている。内輪3は外周に他方(インナー側)の内側転走面3aが形成され、ハブ輪2の小径段部2bに所定のシメシロを介して圧入されている。
ハブ輪2は、S53C等の炭素0.40〜0.80重量%を含む中高炭素鋼で形成され、後述するシール8のシールランド部となる車輪取付フランジ4のインナー側の基部11をはじめ、アウター側の内側転走面2aから小径段部2bに亙り高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ4の基部11の耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ4に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有することになり、ハブ輪2の強度・耐久性が向上する。一方、内輪3および転動体6はSUJ2等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで58〜64HRCの範囲で硬化処理されている。
外方部材10は、外周に車体(図示せず)に取り付けられるための車体取付フランジ10bを一体に有し、内周に前記内方部材1の内側転走面2a、3aに対向する複列の外側転走面10a、10aが一体に形成されている。この外方部材10は、ハブ輪2と同様、S53C等の炭素0.40〜0.80重量%を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面10a、10aが高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理されている。そして、それぞれの転走面10a、2aと10a、3a間に複列の転動体6、6が収容され、保持器7、7によりこれら複列の転動体6、6が転動自在に保持されている。また、外方部材10と内方部材1との間に形成される環状空間の開口部には密封装置8、9が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
本実施形態では、アウター側の密封装置8は、芯金12と、この芯金12に一体に加硫接着されたシール部材13とからなり、このシール部材13は、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)等の合成ゴムからなり、径方向外方に傾斜して延び、円弧状に形成された車輪取付フランジ4の基部11に摺接するサイドリップ13aとダストリップ13b、および軸受内方側に傾斜して延びるグリースリップ13cとを一体に備えている。なお、シール部材13の材質としては、例示したNBR以外にも、例えば、耐熱性に優れたHNBR(水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、EPDM(エチレンプロピレンゴム)等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたACM(ポリアクリルゴム)、FKM(フッ素ゴム)、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。
一方、インナー側の密封装置9は、図2に拡大して示すように、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板14とスリンガ15とからなる、所謂パックシールと呼称される複合型の密封装置を構成している。
環状のシール板14は、外方部材10の端部内周に圧入された芯金16と、この芯金16に一体に加硫接着されたシール部材17とからなる。芯金16は、フェライト系ステンレス鋼板(JIS規格のSUS430系等)やオーステナイト系ステンレス鋼板(JIS規格のSUS304系等)、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板(JIS規格のSPCC系等)からプレス加工にて断面が略L字状に形成され、外方部材10の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部16aと、この嵌合部16aの端部から径方向内方に延びる内径部16bとを有している。また、シール部材17はNBR等の合成ゴムからなり、スリンガ15に摺接するサイドリップ17aと、このサイドリップ17aの内径側で二股状に形成されたラジアルリップ、具体的にはグリースリップ17bとダストリップ17cを有している。
一方、スリンガ15は、強磁性体の鋼板、例えば、フェライト系ステンレス鋼板やオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて断面が略L字状に形成され、内輪3の外周面に圧入される円筒部15aと、この円筒部15aから径方向外方に延びる立板部15bとからなる。なお、スリンガ15の立板部15bの外縁は、シール部材17と僅かな径方向すきまを介して対峙しラビリンスシール18を構成している。
スリンガ15における立板部15bのインナーの側面には、ゴム等のエラストマにフェライト等の磁性体粉が混入された磁気エンコーダ(ゴム磁石)19が加硫接着により一体に接合されている。この磁気エンコーダ19は、周方向に交互に磁極N、Sが着磁され、車輪の回転速度検出用のロータリエンコーダを構成している。
なお、ここでは、転動体6にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、転動体6に円錐ころを使用した複列円錐ころ軸受で構成されていても良い。また、ここでは、ハブ輪2の外周に直接内側転走面2aが形成された第3世代構造を例示したが、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入固定された第1世代または第2世代構造であっても良い。
ここで、芯金16の嵌合部16aの先端部は薄肉に形成されると共に、この先端部を覆うようにシール部材17が回り込んで接合されて環状凸部20が形成されている。この環状凸部20は、図3に拡大して示すように、外方部材10のインナー側の端面10c側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角αからなるテーパ面に形成されると共に、芯金16の嵌合部16aの外径よりも僅かに大径となる段差δに形成され、外方部材10の端部内周面10dに所定のシメシロを介して圧入されている。なお、圧入する前に芯金16の嵌合部16aとシール部材17の環状凸部20に、予めグリースを塗布しておくことにより、圧入時のゴム切れ等の損傷を防止することができる。
環状凸部20の傾斜角αは5〜15°の範囲に設定されている。これにより、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材17の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させた車輪用軸受の密封装置を提供することができる。なお、この傾斜角αが15°を超えると、圧入時の抵抗が大きくなり、損傷の恐れが拡大すると共に、5°未満ではその効果が半減して好ましくない。
また、この種の自動車の車輪を支持する車輪用軸受の場合、芯金16の嵌合部16aの外径は45〜160mm程度となるが、この芯金16の嵌合部16aと外方部材10とのシメシロ(直径)は0.05〜0.25mmの範囲に設定されると共に、嵌合部16aに対する環状凸部20の段差δは0.25〜0.30mmの範囲に設定されている。これにより、長期間に亘って外方部材10と芯金16との嵌合部の気密性を高めることができる。なお、段差δが0.30mmを超えると圧入時の抵抗が大きくなり、シール部材のゴム切れが発生する恐れがあると共に、0.25mm未満では、気密性の効果が小さくなって好ましくない。
さらに、本実施形態では、圧入後の環状凸部20の先端位置が、外方部材10の端部内周に形成された面取り部10eよりも軸受内部側になるように、すなわち、外方部材10の端部内周面10d内に収まるように設定されると共に、環状凸部20の嵌合幅Lが0.43mm以上、好ましくは、0.43〜2.50mmの範囲に設定されている。
次に、本出願人が実施した気密性の試験結果を表1に示す。ここでは、気密性に影響を及ぼす外方部材の端部内周面の真円度と環状凸部の幅の差異による嵌合部のエア漏れを判別した。なお、外方部材の気密性評価のため、外方部材の端部内周面以外はシーラントにて密封すると共に、この端部内周面の真円度は、実機に取り付けた時を想定して外方部材を歪ませて真円度を劣化させている。また、環状凸部の傾斜角αが5〜6°の範囲のものを供試品として使用した。
この試験結果において、比較例では0.14MPaの低い圧力でエア漏れが発生しているのに対し、実施例では環状凸部の嵌合幅が最悪条件で0.39MPaの時にエア漏れが発生した。すなわち、外方部材10の端部内周面10dの真円度の良否に拘わらず、環状凸部の嵌合幅Lが0.43mm以上、好ましくは、0.43〜2.50mmの範囲で優位性が確認でき、コンパクトでエア漏れに効果があることが判った。
図4は、本発明に係る密封装置を備えた車輪用軸受の第2の実施形態を示す縦断面図、図5(a)は、図4のアウター側の密封装置を示す要部拡大図、(b)は、(a)のV部拡大図、(c)は、(b)の変形例を示す拡大図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符合を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は第3世代と称される従動輪用であって、内方部材21と外方部材22、および両部材21、22間に転動自在に収容された複列の転動体6、6とを備えている。内方部材21は、ハブ輪23と、このハブ輪23に所定のシメシロを介して圧入された内輪3とからなる。
外方部材22はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、外周に車体取付フランジ10bを一体に有し、内周に複列の外側転走面10a、10aが一体に形成されている。
ハブ輪23は、アウター側の端部に車輪取付フランジ4を一体に有し、この車輪取付フランジ4の円周等配位置にハブボルト5が植設されている。また、外周に前記複列の外側転走面10a、10aの一方(アウター側)に対向する内側転走面23aと、この内側転走面23aから軸方向に延びる小径段部23bが形成されている。一方、内輪3は外周に前記複列の外側転走面10a、10aの他方(インナー側)に対向する内側転走面3aが形成され、ハブ輪23の小径段部23bに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、ハブ輪23の小径段部23bの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部24によって所定の軸受予圧が付与された状態で内輪3が軸方向に固定されている。
外方部材22の複列の外側転走面10a、10aと、これらに対向する複列の内側転走面23a、3a間には複列の転動体6、6がそれぞれ収容され、保持器7、7によって転動自在に保持されている。また、外方部材22と内方部材21との間に形成される環状空間の開口部のうちアウター側の開口部には密封装置25が装着され、インナー側の開口部には磁気エンコーダ26と保護カバー27が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。
ハブ輪23はS53C等の炭素0.40〜0.80wt%を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面23aをはじめ車輪取付フランジ4のインナー側の基部11から小径段部23bに亙って高周波焼入れによって表面硬さを58〜64HRCの範囲に硬化処理が施されている。なお、加締部24は鍛造加工後の表面硬さのままとされている。これにより、加締加工が容易となり、加工時の微小クラックの発生を防止すると共に、密封装置25のシールランド部となる基部11の耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ4に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪23の耐久性が向上する。
アウター側の密封装置25は、図5(a)に拡大して示すように、外方部材22のアウター側端部の内周に所定のシメシロを介して圧入された芯金12と、この芯金12に接合されたシール部材28とからなる一体型の密封装置で構成されている。
シール部材28はNBR等の合成ゴムからなり、加硫接着によって芯金12に一体に接合されている。このシール部材28は、径方向外方に傾斜して形成され、断面が円弧状に形成された車輪取付フランジ4の基部11に所定のシメシロをもって摺接するサイドリップ28aとダストリップ28b、および軸受内方側に傾斜して形成されたグリースリップ28cとを有している。
ここで、芯金12は、外方部材22のアウター側の端部内周面22aに圧入される円筒状の嵌合部12aと、この嵌合部12aから径方向内方に延びる内径部12bを有している。そして、内径部12bから嵌合部12aに亙る外表面を覆うように、シール部材28が回り込んで接合されて環状凸部29が形成されている。この環状凸部29は、(b)に拡大して示すように、外方部材22のアウター側の端面22b側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角αからなるテーパ面に形成されると共に、芯金12の嵌合部12aの外径よりも僅かに大径となる段差δに形成され、外方部材22の端部内周面22aに所定のシメシロを介して圧入されている。なお、前述した実施形態と同様、圧入する前に芯金12の嵌合部12aとシール部材28の環状凸部29には、予めグリースが塗布されている。
環状凸部29の傾斜角αは5〜15°の範囲に設定され、その段差δは0.25〜0.30mmの範囲に設定されると共に、圧入後の環状凸部29の先端位置が、外方部材22の端部内周22aに形成された面取り部22cよりも軸受内部側になるように設定され、この環状凸部29の嵌合幅Lが0.43mm以上、好ましくは、0.43〜2.50mmの範囲に設定されている。これにより、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材28の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させることができる。なお、図5(c)は、(b)の変形例であるが、環状凸部29’のテーパ面を両側に形成しても良い。
図6(a)に、図4のインナー側の密封装置を示す。ここで、内輪3には断面略L字形に形成された支持環30が外嵌されている。この支持環30は、内輪3の外径に圧入される円筒部30aと、この円筒部30aから径方向外方に延びる立板部30bとを備え、立板部30bのインナー側の側面に前述した磁気エンコーダ26が加硫接着によって一体に接合されている。磁気エンコーダ26は、合成ゴムにフェライト等の磁性体粉が混入され、周方向に交互に等ピッチで磁極N、Sが着磁されたゴム磁石からなる。
また、支持環30は、強磁性体の鋼板、例えば、フェライト系のステンレス鋼板や防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成されている。これにより、支持環30が発錆するのを防止すると共に、磁気エンコーダ26の磁気出力が強くなり安定した検出精度を確保することができる。
外方部材22のインナー側の端部に装着された保護カバー27は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼板からプレス加工にて円環状に形成されている。この保護カバー27は、外方部材22の端部内周面22dに圧入される円筒状の嵌合部27aと、この嵌合部27aから縮径部27bを介して径方向内方に延びる円板状の遮蔽部27cと、この遮蔽部27cから円筒部27dを介して内方部材21のインナー側の端部を塞ぐ底部27eとを備えている。そして、図示しないセンサの検出部は、保護カバー27の遮蔽部27cに近接または当接され、検出部と磁気エンコーダ26とは保護カバー27を介して所定のエアギャップ(軸方向すきま)で対向配置されている。こうした段付き形状によって保護カバー27の剛性が高くなり、飛石等による変形を抑えることができると共に、保護カバー27が非磁性体のため磁束の流れ経路に影響せず、また、耐食性に優れ、長期間に亘って耐久性を向上させることができる。
本実施形態では、保護カバー27の縮径部27bは、段付き形状をなし、その外周部にシール部材31が固着されている。このシール部材31はNBR等の合成ゴムからなり、加硫接着によって保護カバー27に一体に接合され、(b)に拡大して示すように、環状凸部31aと環状部31bとからなる。環状部31bは嵌合部27aの外径よりも僅かに小径に形成されると共に、環状凸部31aは嵌合部27aの外径よりも僅かに大径に形成され、外方部材22の端部内周面22dに所定のシメシロを介して圧入されている。これにより、長期間に亘って外方部材22と保護カバー27との嵌合面の気密性を高めることができる。
ここで、シール部材31の環状凸部31aは、外方部材22のインナー側の端面22e側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角αからなるテーパ面に形成されると共に、この環状凸部31の傾斜角αが5〜15°の範囲に設定され、また、その段差δは0.25〜0.30mmの範囲に設定されている。さらに、圧入後の環状凸部31の先端位置が、外方部材22の端部内周22dに形成された面取り部22cよりも軸受内部側になるように設定され、この環状凸部31の嵌合幅Lが0.43mm以上、好ましくは、0.43〜2.50mmの範囲に設定されている。これにより、圧入時の抵抗を減少させてシメシロを上げることができ、嵌合部の気密性を高めて軸受内部を保護すると共に、シール部材31の圧入時の損傷を防止して信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、外方部材22のインナー側の端面22eが内輪3の大端面3bよりもインナー側に段差L1だけ突出して形成されると共に、保護カバー27の遮蔽部27cと外方部材22の端面22eおよび磁気エンコーダ26の検出面と内輪3の大端面3bが略面一になるように設定されている。これにより、保護カバー27が内輪3に当接するのを防止することができる。また、磁気エンコーダ26の検出面と内輪3の大端面3bが略面一、または、大端面3bよりインナー側に僅かに突出するように設定されていれば、保護カバー27を外方部材22の端面22eを基準に、また、支持環30を内輪3の大端面3bを基準に精度良く位置決め固定することができ、エアギャップ調整が容易にでき、検出精度を高めることができる。
なお、ここでは、シール部材31が接合される保護カバー27の縮径部27bが段付き形状に形成されたものを例示したが、これに限らず、縮径部27bがテーパ状に形成されていても良い。また、なお、回転速度センサ(図示せず)の配置位置によっては、保護カバー27の遮蔽部27cに近接させる前にシール部材31に干渉する恐れがあるため、シール部材31が、少なくとも保護カバー27を外方部材22に嵌合する前の単体の状態で、その遮蔽部27cの外側面よりインナー側に突出しないように設定されている。これにより、シール部材31との干渉を避けるため、回転速度センサを必要以上に磁気エンコーダ26から遠ざける必要がなくなり、エアギャップを最小限に設定することができ、検出精度を一段と高めることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る車輪用軸受の密封装置は、内輪回転タイプの第1乃至第3世代構造の車輪用軸受に装着される密封装置に適用することができる。
1、21 内方部材
2、23 ハブ輪
2a、3a、23a 内側転走面
2b、23b 小径段部
2c セレーション
3 内輪
4 車輪取付フランジ
5 ハブボルト
6 転動体
7 保持器
8、25 アウター側の密封装置
9 インナー側の密封装置
10、22 外方部材
10a 外側転走面
10b 車体取付フランジ
10c 外方部材のインナー側の端面
10d、22a、22d 外方部材の端部内周面
10e、22c 外方部材の面取り部
11 車輪取付フランジのインナー側の基部
12、16 芯金
12a、16a 嵌合部
12b、16b 内径部
13、17、28、28’、31 シール部材
13a、17a、28a サイドリップ
13b、17c、28b ダストリップ
13c、17b、28c グリースリップ
14 シール板
15 スリンガ
15a、27d、30a 円筒部
15b、30b 立板部
18 ラビリンスシール
19、26 磁気エンコーダ
20、29、29’、31a 環状凸部
22b 外方部材のアウター側の端面
24 加締部
27 保護カバー
27a 嵌合部
27b 縮径部
27c 遮蔽部
27e 底部
30 支持環
31b 環状部
51 密封装置
52 芯金
52a 外径側円筒部
52b 内側円輪部
53 スリンガ
53a 内径側円筒部
53b 外側円輪部
54 シール材
54a 外側シールリップ
54b 中間シールリップ
54c 内側シールリップ
55 基端部
L 環状凸部の嵌合幅
L1 外方部材のインナー側の端面と内輪の大端面の段差
α 環状凸部の傾斜角
δ 環状凸部の段差
2、23 ハブ輪
2a、3a、23a 内側転走面
2b、23b 小径段部
2c セレーション
3 内輪
4 車輪取付フランジ
5 ハブボルト
6 転動体
7 保持器
8、25 アウター側の密封装置
9 インナー側の密封装置
10、22 外方部材
10a 外側転走面
10b 車体取付フランジ
10c 外方部材のインナー側の端面
10d、22a、22d 外方部材の端部内周面
10e、22c 外方部材の面取り部
11 車輪取付フランジのインナー側の基部
12、16 芯金
12a、16a 嵌合部
12b、16b 内径部
13、17、28、28’、31 シール部材
13a、17a、28a サイドリップ
13b、17c、28b ダストリップ
13c、17b、28c グリースリップ
14 シール板
15 スリンガ
15a、27d、30a 円筒部
15b、30b 立板部
18 ラビリンスシール
19、26 磁気エンコーダ
20、29、29’、31a 環状凸部
22b 外方部材のアウター側の端面
24 加締部
27 保護カバー
27a 嵌合部
27b 縮径部
27c 遮蔽部
27e 底部
30 支持環
31b 環状部
51 密封装置
52 芯金
52a 外径側円筒部
52b 内側円輪部
53 スリンガ
53a 内径側円筒部
53b 外側円輪部
54 シール材
54a 外側シールリップ
54b 中間シールリップ
54c 内側シールリップ
55 基端部
L 環状凸部の嵌合幅
L1 外方部材のインナー側の端面と内輪の大端面の段差
α 環状凸部の傾斜角
δ 環状凸部の段差
Claims (13)
- 内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受に装着され、前記外方部材と内方部材との間に形成される環状空間の開口部を密封する車輪用軸受の密封装置において、
前記外方部材の端部内周面に所定のシメシロを介して圧入される円筒状の嵌合部を有し、鋼板からプレス加工によって形成された芯金を備え、この芯金の嵌合部に合成ゴムからなるシール部材が加硫接着により一体に接合され、このシール部材に前記嵌合部の外径よりも僅かに大径となる段差をもって環状凸部が突出して形成されると共に、この環状凸部が前記外方部材の端面側に向って漸次拡径し、所定の傾斜角からなるテーパ面に形成され、前記外方部材の端部内周面に所定の嵌合幅でもって圧入されていることを特徴とする車輪用軸受の密封装置。 - 前記環状凸部の段差が0.25〜0.30mmの範囲に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記環状凸部のテーパ面の傾斜角が5〜15°の範囲に設定されている請求項1または2に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記環状凸部の先端位置が前記外方部材の端部内周に形成された面取り部よりも軸受内部側になるように設定されると共に、当該環状凸部の嵌合幅が0.43〜2.50mmの範囲に設定されている請求項1乃至3いずれかに記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記環状凸部のテーパ面が両側に形成され、その傾斜角が略同一に設定されている請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記芯金の嵌合部と前記シール部材の環状凸部に、予めグリースが塗布されている請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記密封装置が、断面が略L字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとで構成され、前記シール板が前記芯金とシール部材とからなり、前記スリンガが、前記内方部材の外周に圧入された円筒部と、この円筒部から径方向外方に延びる立板部とを有し、前記シール部材が前記スリンガの立板部に所定の軸方向シメシロを介して摺接するサイドリップと、前記円筒部に所定の径方向シメシロを介して摺接するラジアルリップを備える複合型の密封装置で構成されている請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記密封装置が、前記芯金とシール部材とからなる一体型の密封装置で構成され、前記シール部材が、断面が円弧状に形成された前記車輪取付フランジのインナー側の基部に所定のシメシロをもって摺接するサイドリップとダストリップおよび軸受内方側に傾斜して形成されたグリースリップを一体に有している請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記密封装置が、前記芯金とシール部材とからなるカップ状に形成された保護カバーで構成され、前記芯金が、前記嵌合部と、この嵌合部から縮径部を介して径方向内方に延びる円板状の遮蔽部と、この遮蔽部から段部を介して前記内方部材のインナー側の端部を塞ぐ底部とを備えると共に、前記シール部材が前記縮径部の外周部に接合され、前記環状凸部と、前記芯金の嵌合部の外径よりも僅かに小径に形成された環状部とで構成されている請求項1に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記内輪に磁気エンコーダが外嵌されると共に、前記芯金が非磁性体の鋼板からプレス加工によって形成され、この遮蔽部の側面に回転速度センサが近接または当接され、当該遮蔽部を介して前記磁気エンコーダと回転速度センサが所定の軸方向すきまを介して対峙している請求項9に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記シール部材が、少なくとも前記芯金を前記外方部材に嵌合する前の単体の状態で、前記遮蔽部の外側面よりインナー側に突出しないように設定されている請求項9または10に記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記外方部材のインナー側の端面が前記内輪の大端面よりもインナー側に僅かに突出して形成されている請求項9乃至11いずれかに記載の車輪用軸受の密封装置。
- 前記磁気エンコーダの検出面と前記内輪の大端面が略面一、または、前記大端面よりインナー側に僅かに突出するように設定されている請求項9乃至12いずれかに記載の車輪用軸受の密封装置。
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