JP5184875B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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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装置に関し、詳しくは、軸受部に装着されたシールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受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シールが装着されている。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、シール不具合による損傷が多くを占めている。したがって、シールの密封性と耐久性を高めることにより、軸受寿命の向上を確実に図ることができる。
従来から、密封性を高めたシールに関しては種々提案されているが、こうしたシールが装着された従来の車輪用軸受装置の一例を図７に示す。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（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
この車輪用軸受装置は従動輪用の第３世代と称され、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ５１ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａが一体に形成された外方部材５１と、一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５２を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面５１ａ、５１ａに対向する一方の内側転走面５３ａと、この内側転走面５３ａから軸方向に延びる小径段部５３ｂが形成されたハブ輪５３、およびこのハブ輪５３の小径段部５３ｂに圧入され、外周に前記複列の外側転走面５１ａ、５１ａに対向する他方の内側転走面５４ａが形成された内輪５４からなる内方部材５５と、両転走面間に保持器５６を介して転動自在に収容された複列のボール５７、５７とを備えている。
車輪取付フランジ５２の周方向等配にはハブボルト５２ａが植設されている。そして、ハブ輪５３の小径段部５３ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部５８によって内輪５４が軸方向に固定されている。また、外方部材５１と内方部材５５との間に形成された環状空間の開口部にはシール５９，６０が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、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。
ここで、アウター側のシール５９は、図８に拡大して示すように、芯金６１と、この芯金６１に一体に加硫接着されたシール部材６２とからなる。芯金６１は、外方部材５１に内嵌される円筒状の圧入部６１ａと、この圧入部６１ａの内端から径方向内方側に屈曲した内側部６１ｂとからなり、断面が略Ｌ字状に形成されている。
また、シール部材６２は、合成ゴム等の弾性部材により形成され、芯金６１の内側部６１ｂの範囲に固着され、先端部においてはその内面に回り込んでいる。シール部材６２には内外２枚のサイドリップ６３、６４が設けられ、各サイドリップ６３、６４は外向きに屈曲されて車輪取付フランジ５２の基部の研削加工された壁面に押圧されている。また、芯金６１の内側部６１ｂの内端にはラジアルリップ６５が設けられ、車輪取付フランジ５２の基部の研削加工された隅アール部６６に内向きに屈曲して押圧されている。
さらに、外方部材５１の外周にシールド板６７が装着されている。このシールド板６７は、外方部材５１に外嵌される円周部６７ａと、この円周部６７ａから径方向外方に延びる立板部６７ｂとからなり、断面が略Ｌ字状に形成されている。そして、立板部６７ｂは車輪取付フランジ５２の基端部と所定のすきまを介して対向配置され、ラビリンスシール６８が形成されている。
このラビリンスシール６８によって外部からの雨水やダスト等の侵入が防止されるので、シール５９のサイドリップ６３、６４のシメシロを小さくしても充分な密封機能を確保することができる。したがって、シール５９による接触抵抗で生じる回転トルクが小さくなり、車両の燃費向上に貢献できる。
特開２００５−１４７２９８号公報
こうした従来の車輪用軸受装置では、シール５９の軸受空間の外側に形成されたラビリンスシール６８によって、シール５９の接触抵抗で生じる回転トルクを軽減でき、車両の燃費向上を図ることができる。然しながら、ラビリンスシール６８を通過して侵入した泥水６９等は２枚のサイドリップ６３、６４で軸受内部への侵入が阻止されたとしても、外側のサイドリップ６３の外表面に泥水が溜まって固まった場合にはサイドリップ６３が柔軟に変形できない。
このように、サイドリップ６３の柔軟な変形が抑制されると、回転トルクが増大するだけでなく、リップ先端部で固着した塵埃によってリップ摩耗が促進され、所望の密封性が損なわれる恐れがあった。さらに、溜まった泥水によって外方部材５１とハブ輪５３が発錆する恐れがあり、この錆の成長によって両部材の相対回転が阻害され、異音や振動が発生するだけでなく、剥がれ落ちた錆がシール５９のサイドリップ６３を損傷させて密封性がさらに低下する恐れがある。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に懸架装置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の一方に対向する内側転走面と、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嵌合され、前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側転走面からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、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に装着されたシールとを備え、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が断面円弧状に形成され、この基部に前記シールのうちアウター側のシールが摺接された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのインナー側の側面と前記基部との間に段部が形成され、この段部の隅部が所定の曲率半径からなる円弧面に形成されると共に、前記外方部材のアウター側の端部内周に環状の凹部が形成され、前記段部の角部に僅かなすきまを介して対峙して断面略Ｌ字状の環状のラビリンスシールが形成されている。
このように、車輪取付フランジのインナー側の基部が断面円弧状に形成され、この基部にアウター側のシールが摺接された第３または第４世代構造の車輪用軸受装置において、車輪取付フランジのインナー側の側面と基部との間に段部が形成され、この段部の隅部が所定の曲率半径からなる円弧面に形成されると共に、外方部材のアウター側の端部内周に環状の凹部が形成され、段部の角部に僅かなすきまを介して対峙して断面略Ｌ字状の環状のラビリンスシールが形成されているので、車輪取付フランジに負荷される曲げモーメントに対してハブ輪に生じる応力集中を緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができると共に、ラビリンスシールによって外部から雨水やダスト等が直接シールに曝露するのを防止し、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受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、前記段部の隅部が複数の曲率半径からなる複合の円弧面に形成されていれば、単一Ｒのよりも、複合Ｒのボリュームが増えることによる効果と応力分散効果により、車輪取付フランジに負荷される曲げモーメントに対してハブ輪に生じる応力集中を一層緩和することができる。
また、請求項３に記載の発明のように、前記複列の転動体列のうちアウター側の転動体列のピッチ円直径がインナー側の転動体列のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、前記段部の外径がパイロット部の外径よりも大径に設定されていれば、車輪取付フランジのインナー側段部の隅Ｒだけでなく、パイロット隅部の応力を下げることができるため、軸受剛性と強度の両立を図ることができる。
また、請求項４に記載の発明のように、前記アウター側の転動体列の転動体個数が前記インナー側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されていれば、ピッチ円直径の大径化と相俟って、インナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。
また、請求項５に記載の発明のように、前記アウター側の転動体列の転動体径が前記インナー側の転動体列の転動体径よりも小径に設定されていれば、軸受外径の増大を抑えつつ、インナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、軽量・コンパクト化を図ることができる。
また、請求項６に記載の発明のように、前記ハブ輪のアウター側端部に軸方向に延びるすり鉢状の凹所が形成されると共に、この凹所が前記内側転走面の溝底近傍まで形成され、当該ハブ輪のアウター側の肉厚が略均一に設定されていれば、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決することができる。
また、請求項７に記載の発明のように、前記外方部材の複列の外側転走面に円筒状の肩部と、これら肩部の間にテーパ状の段部が形成され、前記インナー側の外側転走面の溝底径と前記大径側の肩部の内径が略同一寸法に設定されていれば、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決することができる。
本発明に係る車輪用軸受装置は、外周に懸架装置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の一方に対向する内側転走面と、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嵌合され、前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側転走面からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、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に装着されたシールとを備え、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が断面円弧状に形成され、この基部に前記シールのうちアウター側のシールが摺接された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのインナー側の側面と前記基部との間に段部が形成され、この段部の隅部が所定の曲率半径からなる円弧面に形成されると共に、前記外方部材のアウター側の端部内周に環状の凹部が形成され、前記段部の角部に僅かなすきまを介して対峙して断面略Ｌ字状の環状のラビリンスシールが形成されているので、車輪取付フランジに負荷される曲げモーメントに対してハブ輪に生じる応力集中を緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができると共に、ラビリンスシールによって外部から雨水やダスト等が直接シールに曝露するのを防止し、シールの密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
外周に懸架装置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の一方に対向する内側転走面と、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の他方に対向する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両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列のボールと、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に装着されたシールとを備え、前記車輪取付フランジのインナー側の基部が断面円弧状に形成され、この基部に前記シールのうちアウター側のシールが摺接された車輪用軸受装置において、前記車輪取付フランジのインナー側の側面と前記基部との間に段部が形成され、この段部の隅部が複数の曲率半径からなる複合の円弧面に形成されると共に、前記外方部材のアウター側の端部内周に環状の凹部が形成され、前記段部の角部に僅かなすきまを介して対峙して断面略Ｌ字状の環状のラビリンスシールが形成されている。
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のアウター側のシール部を示す要部拡大図である。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。
この車輪用軸受装置は従動輪用の第３世代と称され、ハブ輪１と、このハブ輪１に固定された内輪２とからなる内方部材３と、この内方部材３に複列のボール４、４を介して外挿された外方部材５とを備えている。
ハブ輪１は、一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる小径段部１ｂが形成されている。また、車輪取付フランジ６の周方向等配位置にハブボルト６ａが植設されている。そして、これらハブボルト６ａ間には円孔６ｃが形成されている。この円孔６ｃは軽量化に寄与できるだけでなく、図示しないブレーキ装置等の組立・分解工程において、レンチ等の締結治具をこの円孔６ｃから挿入することができ作業を簡便化することができる。
内輪２は、ハブ輪１の小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入され、外周に他方（インナー側）の内側転走面２ａが形成され、ハブ輪１の小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１ｃによって軸方向に固定されている。
外方部材５は、外周にナックル（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ５ｂを一体に有し、内周に前記内方部材３の内側転走面１ａ、２ａに対向する複列の外側転走面５ａ、５ａが一体に形成されている。そして、これら複列の外側転走面５ａ、５ａと内方部材３の内側転走面１ａ、２ａとの間に複列のボール４、４が保持器７、７を介して転動自在に収容されている。また、外方部材５と内方部材３との間に形成される環状空間の開口部にシール８、９が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、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。
ハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面１ａをはじめ、アウター側のシール８が摺接する車輪取付フランジ６の基部６ｂから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。なお、加締部１ｃは鍛造後の表面硬さのままとされている。
外方部材５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％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５ａ、５ａの表面が高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。一方、内輪２およびボール４はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
アウター側のシール８は、図２に拡大して示すように、外方部材５のアウター側の端部内周に圧入された芯金１０と、この芯金１０に加硫接着等により一体に接合されたシール部材１１とからなる。芯金１０は、防錆能を有する鋼板、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）やフェライト系ステンレス鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０系等）、あるいは、防錆処理された冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて断面が略Ｌ字状に形成されている。
また、シール部材１１はニトリルゴム等の合成ゴムからなり、断面が円弧状に形成された車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂに摺接し、径方向外方に傾斜して形成された一対のサイドリップ１１ａ、１ｂと、軸受内方側に傾斜して形成されたグリースリップ１１ｃとを有している。このように、サイドリップ１１ａは外向きに傾斜して形成されているので、このサイドリップ１１ａに浸入してきた泥水等は樋状の環状空間に沿って下部に流れて排出され、泥水等がリップ摺接部に滞留することなく高い密封性を発揮することができる。
本実施形態では、車輪取付フランジ６が薄肉に形成されると共に、この車輪取付フランジ６のインナー側の側面６ｄと円弧状の基部６ｂとの間に段部１２が形成されている。そして、この段部１２の隅部が所定の曲率半径Ｒａからなる円弧面に形成されている。これにより、ハブ輪１の軽量化を図ることができると共に、車輪取付フランジ６に負荷される曲げモーメントに対してハブ輪１に生じる応力集中を緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができる。
また、外方部材５のアウター側の端部内周に環状の凹部１３が形成されている。この凹部１３は、段部１２の角部に僅かなすきまを介して対峙し、断面が略Ｌ字状の環状のラビリンスシール１４が形成されている。このラビリンスシール１４によって外部から雨水やダスト等が直接シール８に曝露するのを防止し、シール８の密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。なお、ここでは、第３世代構造の車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、ハブ輪の外周に直接内側転走面が形成されている第４世代構造であっても良い。
図３は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す要部拡大図である。なお、この実施形態は、基本的には前述した実施形態と車輪取付フランジの段部の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態では、車輪取付フランジ６の段部１５の隅部が複合の円弧面、すなわち、所定の曲率半径Ｒａ、Ｒｂとからなる複合の円弧面に形成されている。これにより、ハブ輪１’の軽量化を図ることができると共に、車輪取付フランジ６に負荷される曲げモーメントに対してハブ輪１’に生じる応力集中を一層緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができる。また、外方部材５のアウター側の端部内周に環状の凹部１３が形成され、段部１５の角部に僅かなすきまを介して対峙し、略Ｌ字状のラビリンスシール１４が形成されている。このラビリンスシール１４によって外部から雨水やダスト等が直接シール８に曝露するのを防止し、シール８の密封性と耐久性を高めることができる。
ハブ輪１’に生じる応力をＦＥＭ解析により求めた結果、この段部１５の隅ＲがＲａ＝Ｒ１．２に対して、単一ＲでＲａ＝Ｒ８にすることで略２０％の応力緩和を達成でき、さらに、複合ＲでＲａ＝Ｒ８、Ｒｂ＝Ｒ３とすることで略２７％の応力緩和を達成することができることが判った。これは、単一Ｒよりも、複合Ｒの場合のボリュームが増えることによる効果と応力分散効果によるものと考えられる。
図４は、本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態（図１）と軸受部の構成が異なる。その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は従動輪用の第３世代と呼称され、内方部材１６と外方部材１７、および両部材１６、１７間に転動自在に収容された複列のボール４、４列とを備えている。内方部材１６は、ハブ輪１８と、このハブ輪１８に所定のシメシロを介して圧入された内輪２とからなる。
ハブ輪１８は、アウター側の端部に車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面１８ａと、この内側転走面１８ａから軸方向に延びる軸状部１８ｂおよび面取り部１８ｃを介して小径段部１ｂが形成されている。このハブ輪１８はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面１８ａをはじめ、車輪取付フランジ６のインナー側の基部６ｂから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。
外方部材１７は、外周に車体取付フランジ５ｂを一体に有し、内周にハブ輪１８の内側転走面１８ａに対向するアウター側の外側転走面１７ａと、内輪２の内側転走面２ａに対向するインナー側の外側転走面５ａが一体に形成されている。これら両転走面間に複列のボール４、４列が収容され、保持器２０、７によって転動自在に保持されている。この外方部材１７はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、複列の外側転走面１７ａ、５ａ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。
本実施形態では、アウター側のボール４列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側のボール４列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）に設定されると共に、アウター側のボール４列のボール径ｄｏとインナー側のボール４列のボール径ｄｉが同一（ｄｏ＝ｄｉ）に設定されている。このピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いにより、アウター側のボール４列のボール個数Ｚｏがインナー側のボール４列のボール個数Ｚｉよりも多く設定されている（Ｚｏ＞Ｚｉ）。これにより、インナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができ、軸受の長寿命化を図ることができる。
また、ハブ輪１８のアウター側端部には軸方向に延びるすり鉢状の凹所１９が形成されている。この凹所１９は鍛造加工によってアウター側の内側転走面１８ａの溝底近傍まで形成され、ハブ輪１８のアウター側の肉厚が略均一に設定されている。また、ピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、ハブ輪１８の内側転走面１８ａは内輪２の内側転走面２ａよりも拡径して形成され、軸状部１８ｂの外径が内側転走面２ａの溝底径よりも大径に設定されている。
一方、外方部材１７において、ピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、アウター側の外側転走面１８ａがインナー側の外側転走面５ａよりも拡径して形成され、アウター側の外側転走面１８ａから円筒状の肩部２１とテーパ状の段部２１ａを介して小径側の肩部２２に続き、インナー側の外側転走面５ａに到っている。そして、この外側転走面５ａの溝底径と大径側の肩部２１の内径が略同一寸法に設定されている。ハブ輪１８および外方部材１８をこのような形状にすることにより、装置の軽量・コンパクト化と高剛性化という相反する課題を解決することができる。
本実施形態では、前述した実施形態と同様、車輪取付フランジ６が薄肉に形成されると共に、この車輪取付フランジ６のインナー側の側面６ｄと円弧状の基部６ｂとの間に段部１２が形成されている。そして、この段部１２の隅部が所定の曲率半径Ｒａからなる円弧面に形成されている。これにより、ハブ輪１８の軽量化を図ることができると共に、ピッチ円直径ＰＣＤｏの大径化と相俟って、車輪取付フランジ６に負荷される曲げモーメントに対してハブ輪１８に生じる応力集中を一層緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができる。
また、外方部材１７のアウター側の端部内周に環状の凹部１３が形成され、この凹部１３が段部１２の角部に僅かなすきまを介して対峙し、略Ｌ字状のラビリンスシール１４が形成されている。このラビリンスシール１４によって外部から雨水やダスト等が直接シール８に曝露するのを防止し、シール８の密封性と耐久性を高めることができる。
ここで、ラビリンスシール１４を構成する段部１２の外径Ｄｒがパイロット部３０の外径Ｄｐよりも大径に設定されている（Ｄｒ＞Ｄｐ）。これにより、重量の増大を抑えつつ、パイロット部３０の軸方向厚さを厚くすることができ、剛性が高くなってパイロット部３０根元付近が荷重を受けても変形し難くなる。すなわち、車輪取付フランジ６に曲げモーメントが負荷された時、段部１２の隅部の応力だけでなく、パイロット部３０の隅部の応力を低下させることができ、ピッチ円直径ＰＣＤｏアップによる高剛性と高強度化を図ることができる。
図５は、本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、基本的には前述した第３の実施形態（図４）と転動体の仕様および車輪取付フランジの段部の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
この車輪用軸受装置は従動輪用の第３世代と呼称され、内方部材２３と外方部材１７’、および両部材２３、１７’間に転動自在に収容された複列のボール４ａ、４列とを備えている。内方部材２３は、ハブ輪１８’と、このハブ輪１８’に所定のシメシロを介して圧入された内輪２とからなる。
本実施形態では、アウター側のボール４ａ列のピッチ円直径ＰＣＤｏがインナー側のボール４列のピッチ円直径ＰＣＤｉよりも大径（ＰＣＤｏ＞ＰＣＤｉ）に設定されると共に、アウター側のボール４ａ列のボール径ｄｏが、インナー側のボール４列のボール径ｄｉよりも小径（ｄｏ＜ｄｉ）に設定され、このピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉとボール径ｄｏ、ｄｉの違いにより、アウター側のボール４ａ列のボール個数Ｚｏがインナー側のボール４列のボール個数Ｚｉよりも多く設定されている（Ｚｏ＞Ｚｉ）。これにより、軸受外径の増大を抑えつつ、インナー側に比べアウター側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、前述した実施形態に比べ、軽量・コンパクト化を図ることができる。
本実施形態では、車輪取付フランジ６の段部１５の隅部が、所定の曲率半径Ｒａ、Ｒｂとからなる複合の円弧面に形成されている。これにより、ハブ輪１８’の軽量化を図ることができると共に、車輪取付フランジ６に負荷される曲げモーメントに対してハブ輪１８’に生じる応力集中を一層緩和し、強度を高めて耐久性を向上させることができる。また、外方部材１７’のアウター側の端部内周に環状の凹部１３が形成されると共に、段部１５の角部に僅かなすきまを介して対峙し、略Ｌ字状のラビリンスシール１４が形成されている。このラビリンスシール１４によって外部から雨水やダスト等が直接シール８に曝露するのを防止し、シール８の密封性と耐久性を高めることができる。
図６は、本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、基本的には前述した第４の実施形態（図５）と軸受部の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部品や部位には同じ符号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世代と呼称される駆動輪用であって、外方部材２４と、ハブ輪２５、およびこのハブ輪２５に圧入固定された内輪２６からなる内方部材２７と、この内方部材２７と外方部材２４間に収容された複列の円錐ころ２８とを備えている。
外方部材２４は、外周に車体取付フランジ５ｂを一体に有し、内周にテーパ状の複列の外側転走面２４ａ、２４ａが一体に形成されている。外方部材２４は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼、あるいは浸炭鋼からなり、高炭素クロム軸受鋼は８２０〜８６０℃で焼き入れされた後、１６０〜２００℃で焼き戻しされ、５８〜６４ＨＲＣの範囲に芯部まで硬化処理されている。一方、浸炭鋼の場合は、表面が５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理される。後述する内輪２６および円錐ころ２８も、外方部材２４と同様、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、５８〜６４ＨＲＣの範囲に芯部まで硬化処理されている。
ハブ輪２５は、アウター側の端部に車輪取付フランジ６を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面２４ａ、２４ａの一方（アウター側）に対向するテーパ状の内側転走面２５ａと、この内側転走面２５ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２５ｂが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）２５ｃが形成されている。内輪２６は、外周に前記複列の外側転走面２４ａ、２４ａの他方（インナー側）に対向するテーパ状の内側転走面２６ａが形成され、ハブ輪２５の小径段部２５ｂに所定のシメシロを介して圧入固定されている。
ハブ輪２５はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面２５ａをはじめ、アウター側のシール８が摺接する車輪取付フランジ６の基部６ｂから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。
外方部材２４と内方部材２７の両転走面２４ａ、２５ａおよび２４ａ、２６ａ間には複列の円錐ころ２８、２８が保持器２９、２９を介して転動自在に収容されている。ハブ輪２５と内輪２６の内側転走面２５ａ、２６ａの大径側端部には、円錐ころ２８を案内するための大鍔２５ｄ、２６ｂが形成されている。さらに、内輪２６の内側転走面２６ａの小径側端部に小鍔２６ｃが形成され、円錐ころ２８が脱落するのを防止している。
本実施形態では、車輪取付フランジ６の段部１５の隅部が、所定の曲率半径Ｒａ、Ｒｂとからなる複合の円弧面に形成されている。これにより、ハブ輪２５の軽量化を図ることができると共に、車輪取付フランジ６に負荷される曲げモーメントに対してハブ輪２５に生じる応力集中を一層緩和することができる。さらに、転動体を円錐ころ２８にしたことによる軸受剛性アップと相俟ってハブ輪２５の耐久性を向上させることができる。また、外方部材２４のアウター側の端部内周に環状の凹部１３が形成されると共に、段部１５の角部に僅かなすきまを介して対峙し、断面が略Ｌ字状の環状のラビリンスシール１４が形成されているので、外部から雨水やダスト等が直接シール８に曝露するのを防止し、シール８の密封性と耐久性を高めて軸受の長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
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装置は、内輪回転方式の第３または第４世代構造の車輪用軸受装置に適用できる。
本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１のアウター側のシール部を示す要部拡大図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す要部拡大図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 図７のアウター側のシールを示す要部拡大図である。
符号の説明
１、１’、１８、１８’、２５・・・・・・ハブ輪
１ａ、２ａ、１８ａ、２５ａ、２６ａ・・内側転走面
１ｂ、２５ｂ・・・・・・・・・・・・・小径段部
１ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・加締部
２、２６・・・・・・・・・・・・・・・内輪
３、１６、２３、２７・・・・・・・・・内方部材
４、４ａ・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５、１７、１７’、２４・・・・・・・・外方部材
５ａ、１７ａ、１７ａ’、２４ａ・・・・外側転走面
５ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
６・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
６ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
６ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・基部
６ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・円孔
６ｄ・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジのインナー側の側面
７、２０、２０’、２９・・・・・・・・・保持器
８・・・・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のシール
９・・・・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のシール
１０・・・・・・・・・・・・・・・・・芯金
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・シール部材
１１ａ、１１ｂ・・・・・・・・・・・・サイドリップ
１１ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・グリースリップ
１２、１５、２１ａ・・・・・・・・・・段部
１３・・・・・・・・・・・・・・・・・凹部
１４・・・・・・・・・・・・・・・・・ラビリンスシール
１８ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・軸状部
１８ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・面取り部
１９・・・・・・・・・・・・・・・・・凹所
２１、２２・・・・・・・・・・・・・・肩部
２５ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・セレーション
２５ｄ、２６ｂ・・・・・・・・・・・・大鍔
２６ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・小鍔
２８・・・・・・・・・・・・・・・・・円錐ころ
３０・・・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部
５１・・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
５１ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５２・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５２ａ・・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５３・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５３ａ、５４ａ・・・・・・・・・・・・内側転走面
５３ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５４・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５５・・・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５６・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
５７・・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
５８・・・・・・・・・・・・・・・・・加締部
５９、６０・・・・・・・・・・・・・・シール
６１・・・・・・・・・・・・・・・・・芯金
６１ａ・・・・・・・・・・・・・・・・圧入部
６１ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・内側部
６２・・・・・・・・・・・・・・・・・シール部材
６３、６４・・・・・・・・・・・・・・サイドリップ
６５・・・・・・・・・・・・・・・・・ラジアルリップ
６６・・・・・・・・・・・・・・・・・隅アール部
６７・・・・・・・・・・・・・・・・・シールド板
６７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・円周部
６７ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・立板部
６８・・・・・・・・・・・・・・・・・ラビリンスシール
６９・・・・・・・・・・・・・・・・・泥水
ｄｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のボール列のボール径
ｄｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のボール列のボール径
Ｄｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・パイロット部の外径
Ｄｒ・・・・・・・・・・・・・・・・・段部の外径
ＰＣＤｉ・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のボール列のピッチ円直径
ＰＣＤｏ・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のボール列のピッチ円直径
Ｒａ、Ｒｂ・・・・・・・・・・・・・・段部の隅Ｒの曲率半径
Ｚｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・インナー側のボール列のボール個数
Ｚｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・アウター側のボール列のボール個数

Claims (7)

  1. 外周に懸架装置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の一方に対向する内側転走面と、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嵌合され、前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪または等速自在継手の外側転走面からなる内方部材と、
    この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、
    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に装着されたシールとを備え、
    前記車輪取付フランジのインナー側の基部が断面円弧状に形成され、この基部に前記シールのうちアウター側のシールが摺接された車輪用軸受装置において、
    前記車輪取付フランジのインナー側の側面と前記基部との間に段部が形成され、この段部の隅部が所定の曲率半径からなる円弧面に形成されると共に、前記外方部材のアウター側の端部内周に環状の凹部が形成され、前記段部の角部に僅かなすきまを介して対峙して断面略Ｌ字状の環状のラビリンスシールが形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
  2. 前記段部の隅部が複数の曲率半径からなる複合の円弧面に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記複列の転動体列のうちアウター側の転動体列のピッチ円直径がインナー側の転動体列のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、前記段部の外径がパイロット部の外径よりも大径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装置。
  4. 前記アウター側の転動体列の転動体個数が前記インナー側の転動体列の転動体個数よりも多く設定されている請求項３に記載の車輪用軸受装置。
  5. 前記アウター側の転動体列の転動体径が前記インナー側の転動体列の転動体径よりも小径に設定されている請求項３または４に記載の車輪用軸受装置。
  6. 前記ハブ輪のアウター側端部に軸方向に延びるすり鉢状の凹所が形成されると共に、この凹所が前記内側転走面の溝底近傍まで形成され、当該ハブ輪のアウター側の肉厚が略均一に設定されている請求項３乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置。
  7. 前記外方部材の複列の外側転走面に円筒状の肩部と、これら肩部の間にテーパ状の段部が形成され、前記インナー側の外側転走面の溝底径と前記大径側の肩部の内径が略同一寸法に設定されている請求項３乃至６いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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