JP5803434B2

JP5803434B2 - シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニット

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Publication number: JP5803434B2
Application number: JP2011186689A
Authority: JP
Inventors: 晴美高梨
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-08-30
Also published as: JP2013050114A

Description

本発明は、例えば車両（自動車）の車輪を懸架装置に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットの開口端部を塞ぐ為のシール装置を備えたシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。具体的には、モーメント荷重等に基づき、回転側軌道輪の中心軸と静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜した場合にも、シールリップの締め代が変化する事を防止できる構造を実現すべく発明したものである。

各種機械装置の回転支持部に、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受等の転がり軸受が組み込まれている。この様な転がり軸受にはシール装置を組み込んで、この転がり軸受の内部空間に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止すると共に、外部に存在する雨水、泥、塵等の各種異物が転がり軸受の内部に入り込む事を防止している。図４は、この様なシール装置を備えた、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの１例として、車両の駆動輪を懸架装置に回転自在に支持する為の構造を示している。

前記シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、特許請求の範囲に記載した静止側軌道輪に相当する外輪１と、同じく回転側軌道輪に相当するハブ２と、複数個の転動体３、３とから成る。このうちのハブ２は、ハブ本体４と内輪５とを組み合わせて成る。又、前記各転動体３、３は、前記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道６、６と、前記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつ、転動自在に設けている。そして、懸架装置に対し車輪を回転自在に支持する為に、前記外輪１を懸架装置を構成するナックル８に固定すると共に、前記ハブ本体４に設けた取付フランジ９に車輪を結合固定する。又、図４に示す構造は、駆動輪を支持する為の構造であるので、このハブ本体４の中心部に設けたスプライン孔１０に、等速ジョイント１１に付属のスプライン軸１２を係合させている。

上述の様なシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットのうちで、前記外輪１の内周面と前記ハブ２の外周面との間部分に存在する、前記各転動体３、３を設置した内部空間１３には、グリースを封入して、これら各転動体３、３の転動面と、前記各外輪軌道６、６及び内輪軌道７、７との転がり接触部を潤滑する様にしている。又、前記外輪１の軸方向両端部内周面と、前記内輪５の軸方向内端部外周面及び前記ハブ本体４の軸方向中間部外周との間には、それぞれシール装置１４ａ、１４ｂを設けて、前記内部空間１３の軸方向両端開口部を塞いでいる。尚、本明細書中で、軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で車両の幅方向中寄りとなる側を言い、各図の右側を言う。これに対し、各図の左側で、車両の幅方向外寄りとなる側を、軸方向に関して外と言う。

前記両シール装置１４ａ、１４ｂのうち、前記内部空間１３の軸方向内端側の開口部を塞ぐシール装置１４ａは、図５に示す様に構成している。このシール装置１４ａは、組み合わせシールリングと呼ばれるもので、シールリング１５と、スリンガ１６とを備える。このうちのシールリング１５は、芯金１７とシール材１８とから成り、この芯金１７は、前記外輪１の軸方向内端部内周面に内嵌固定可能な外径側円筒部１９と、この外径側円筒部１９の軸方向外端縁から直径方向内方に折れ曲がった外径側円輪部２０とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。又、前記シール材１８は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の、３本のシールリップ２１〜２３を備え、前記芯金１７にその基端部を結合固定している。

又、前記スリンガ１６は、前記内輪５の軸方向内端部外周面に外嵌固定可能な内径側円筒部２４と、この内径側円筒部２４の軸方向内端縁から直径方向外方に折れ曲がった内径側円輪部２５とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている。そして、前記シールリング１５を構成する３本シールリップ２１〜２３のうちで、サイドリップと呼ばれる、最も外径側に、軸方向内方に突出する状態で設けられた、外側シールリップ２１の先端縁を、前記スリンガ１６を構成する内径側円輪部２５の軸方向外側面に全周に亙り摺接させている。これに対して、残り２本の、中間、内側シールリップ２２、２３の先端縁を、前記スリンガ１６を構成する内径側円筒部２４の外周面に全周に亙り摺接させている。

一方、前記内部空間１３の軸方向外端側の開口部を塞ぐシール装置１４ｂは、図６に示す様に、スリンガを持たない、単体のシールリング２６により構成されている。このシールリング２６は、芯金２７とシール材２８とから成る。このうちのシール材２８は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材により造られて、外側、中間、内側の、３本のシールリップ２９〜３１を備え、前記芯金２７にそれぞれの基端部を結合固定している。そして、サイドリップと呼ばれる、軸方向外方に突出する状態で設けられた外側シールリップ２９の先端縁を、前記取付フランジ９の基端部内側面に全周に亙り摺接させ、残り２本の、中間、内側シールリップ３０、３１の先端縁を、この基端部内側面と前記ハブ本体４の軸方向中間部外周面との連続部乃至この軸方向中間部外周面に、全周に亙り摺接させている。

以上の様に、前記シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、それぞれ上述の様なシール装置１４ａ、１４ｂで前記内部空間１３の軸方向両端開口部を塞ぐ事により、この内部空間１３内に泥水等の異物が入り込む事を防止すると共に、この内部空間１３内に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止している。従って、前記各シール装置１４ａ、１４ｂによるシール性を良好にする為には、これら各シール装置１４ａ、１４ｂを構成する各シールリップ２１〜２３、２９〜３１の先端縁と相手面との摺接状態が適正である事が必要である。

但し、上述の様なシール装置１４ａ、１４ｂを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、例えば特許文献１に記載されている様に、車両の旋回時、前記ハブ２に対し、車輪を構成するタイヤの接地面から取付フランジ９を介してモーメント荷重が加わる。この結果、構成各部材が弾性変形し、前記各シールリップ２１〜２３、２９〜３１（特に外側シールリップ２１、２９）の先端縁と相手面との摺接状態が円周方向に関して不均一になって、これら各シールリップ２１〜２３、２９〜３１の耐久性低下やシール性能の低下と言った問題を生じる。この点に就いて、前記内部空間１３の軸方向内端開口側のシール装置１４ａを例に、各シールリップ２１〜２３のうちで締め代の変化が大きくなり易い外側シールリップ２１に着目して、図７〜８により説明する。

図７に矢印で示す様に、前記ハブ２に、旋回走行に伴うモーメントＭが、図７の時計方向に加わった場合に就いて説明する。この場合、各部の弾性変形により、前記外輪１及び前記ハブ２は共に傾きを生じるが、前記各転動体３、３と前記各外輪軌道６、６及び前記各内輪軌道７、７との接触部分での弾性変形量が最も大きくなる為、その傾き（傾斜角度）は前記外輪１に比べて前記ハブ２の方が大きくなる。ここで、前記外輪１が傾斜していない（外輪１を中立状態に固定した）と仮定すれば、前記ハブ２の中心軸は、この外輪１の中心線を表すα位置からβ位置にまで、角度θ分だけ、相対的に傾斜する（ハブ２に相対傾きが発生した）事になる。この結果、前記外輪１に支持されたシールリング１５に対しても、前記ハブ２を構成する内輪５の軸方向内端部に外嵌固定したスリンガ１６は、ほぼ前記角度θ分だけ相対的に傾斜する。図７に示した状態の場合には、同図の上側部分で、図８（Ａ）に示す様に前記スリンガ１６を構成する内径側円輪部２５が、芯金１７から離れる方向に変位する。この結果、前記上側部分では、前記外側シールリップ２１の締め代が低下する。一方、前記図７の下側部分では、図８（Ｂ）に示す様に前記内径側円輪部２５が、芯金１７に近づく方向に変位する。この結果、前記下側部分では、前記外側シールリップ２１の締め代が増大する。一方、前記内部空間１３の軸方向外端開口部を塞ぐシール装置１４ｂに関しては、前記内端側のシール装置１４ａとは逆の動きをする。何れにしても、これらシール装置１４ａ、１４ｂのうちで前記外側シールリップ２１、２９の締め代が低下した部分では、これら各外側シールリップ２１、２９による異物浸入防止作用が損なわれる。

この為に従来は、モーメントＭに基づいて、外輪とハブとが相対的に傾き、シールリップの締め代が部分的に低下した場合でも、当該部分のシール性を確保できる様に、これら各シールリップの締め代を設定していた。具体的には、中立状態でのこれら各シールリップの締め代を大きめに設定して、外輪とハブとの相対的な傾きが発生しても、これら各シールリップに関する締め代を、全周に亙ってシール性確保を図れる分だけ残る様にしていた。ところが、この様に締め代を大きめに設定した場合には、その代償として、各シールリップに関する摺動抵抗が増大する他、これら各シールリップが摩耗したり、へたり易くなる。摺動抵抗の増大は、前記ハブの回転抵抗の増大に結び付き、燃費性能や加速性能を中心とする走行性能の悪化に結び付く為、好ましくない。又、摩耗したりへたり易くなる事は、転がり軸受の耐久性低下に結び付く為、やはり好ましくない。

近年、上述の様なシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットを、大型車両に適用する場合が増加している。但し、この様な大型車両用のシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、上述した様なシールリップの締め代の変化の問題をより生じ易くなる。即ち、モーメント荷重に基づき外輪とハブとに生じる相対的な傾き角度は、車両の操縦性、安定性等に影響する為、大型車両用と小型車用（乃至は中型車用）とでほぼ同じになる様に設計されているが、大型車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットは、小型車或いは中型車用のものに比べて、外径寸法が大きい為、組み込むシール装置の外径寸法も大きくなる。特に、前記図４に示した様な、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、内側にスプライン軸を挿入する必要上、外径寸法が一層大きくなり、組み込むシール装置の外径寸法もより大きくなる。そして、この様にシール装置の外径寸法が大きくなると、外輪とハブとに相対的な傾きが発生した場合のシールリップの変位量が大きくなる為、シールリップの締め代の変化も大きくなる。この結果、シールリップの耐久性低下やシール性能の低下と言った問題を生じ易くなる。

上述の様に、大型車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合に、シールリップの締め代の変化が大きくなる（締め代が不足し易くなる）点に就いて、より具体的に詳しく説明する。例えば、前記図５に示した様な、３本のシールリップを備えたシール装置の場合、これら３本のシールリップのうちで最も傾斜中心（ハブの中心軸が外輪の中心軸に対し傾斜する場合の傾斜中心）からの距離が大きい、言い換えれば、締め代の変化が大きくなり易いサイドリップ（外側シールリップ）を例に考えた場合、一般的に、サイドリップの基端部から先端縁までの軸方向寸法（幅寸法）は、シール装置全体の軸方向寸法（幅寸法）の２／３程度であり、その締め代の大きさは、サイドリップの軸方向寸法の１／３程度である。この為、この締め代の大きさは、シール装置全体の軸方向寸法の２／９程度となる。これに対して、シールリップ（サイドリップ）が追従可能な変位量（振幅）は、このシールリップの材質、即ち、硬さにより変化する。一般的な車輪支持用転がり軸受ユニットでは、シールリップの材質として、硬さが７０（デュロメータＡ）程度のアクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）が使用される場合が多く、この場合には、シールリップが追従可能な変位量は、締め代の１／３程度となる（非特許文献１参照）。従って、サイドリップが追従可能な締め代変化（振幅）は、シール装置全体の軸方向寸法の２／２７程度となる。一方、シール装置の外径（直径）に比例して締め代を設定すると、径の２乗に比例してシールトルクが増加してしまう為、大型車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込むシール装置の場合（大径のシール装置の場合）でも、締め代を安易に増加させる事はできない。この為、大型車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込む大径のシール装置ほど、締め代は不足し易くなる。

尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２、３に記載された発明がある。これら特許文献２、３には、外側シールリップの締め代の変化が摺接部の圧力変化に結び付きにくくすべく、この外側シールリップの基端部に、肉厚が小さくなった括れ部を設ける構造が記載されている。この様な構造によれば、旋回走行時に生じる外輪とハブとの相対的な傾きに起因する外側シールリップの締め代の変化に対して、当該外側シールリップの先端縁と相手面との接触圧力の変化が鈍感になる。但し、この様な特許文献２、３に記載された構造の場合にも、中立状態での締め代の大きさを大きめに設定する為、外側シールリップの摺動抵抗並びに摩耗が、締め代の大きさを大きくしない場合に比べて、増大する事は避けられない。

特開２００３−２４０００３号公報実開平５−７３３６４号公報実開平５−７３３６５号公報

近森徳重、河原由夫共著、「トライボロジー叢書７密封装置」、株式会社幸書房、昭和５０年１２月１日初版発行、第１５０頁

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、モーメント荷重等に基づき、回転側軌道輪の中心軸と静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜した場合にも、シールリップの締め代が変化する事を防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットは、車輪を懸架装置に回転自在に支持する為のもので、回転側周面に回転側軌道を有する回転側軌道輪と、静止側周面に静止側軌道を有する静止側軌道輪と、これら回転側軌道と静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記回転側周面と前記静止側周面との間部分に存在する空間の端部開口を塞ぐシール装置とを備えたものである。
又、本発明のシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットに使用可能なシール装置は、シールリングと、転がり軸受と、シール機能付回り止め機構とを備える。
このうちのシールリングは、芯金と、この芯金により補強された弾性材製のシール材とから成る。又、このシール材には、前記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材（例えばスリンガ）に対し全周に亙り摺接する、１乃至複数本のシールリップが設けられている。
又、前記転がり軸受は、外輪相当部材と内輪相当部材と複数個の転動体とを有し、前記回転側軌道輪と前記シールリングとの間部分に設けられている。そして、このシールリングをこの回転側軌道輪に対し相対回転可能に支持している。
又、本発明の場合には、追加的に、前記転がり軸受を、前記シールリップ及び前記シール機能付回り止め機構による弾力と前記シールリングの自重のみをそれぞれ支承するものとすると共に、このシールリングを前記回転側軌道輪に対し、軸方向に関する相対変位を不能に支持するものとしている。
又、前記シール機能付回り止め機構は、前記静止側周面と前記シールリングとの間部分をシールすると共に、前記回転側軌道輪の中心軸と前記静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜する事に伴う前記シールリングとこの静止側軌道輪との相対変位を許容しつつ、このシールリングがこの静止側軌道輪に対して相対回転（シールリングの中心軸周りに回転）する事を阻止するものである。

本発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項２に記載した発明の様に、前記シール機能付回り止め機構を、固定部材と、撓みシールとにより構成する。
このうちの固定部材は、前記静止側周面に嵌合固定されている。
又、前記撓みシールは、全体形状が略円輪状で、中心線を含む仮想平面に関する断面形状が非直線状（例えばく字形状、蛇腹状、鋸歯状等）であり、その径方向両周縁部を、前記固定部材と前記シールリングを構成する芯金とにそれぞれ接着固定している。

或いは、請求項３に記載した発明の様に、前記シール機能付回り止め機構を、前記芯金の一部に形成した凸面部と、Ｏリングとにより構成する。
このうちの凸面部は、前記芯金のうちで、前記静止側周面に対向する部分に形成されており、中心線を含む仮想平面に関する断面形状が円弧形である。
又、前記Ｏリングは、断面円形であり、前記静止側周面に形成された凹溝内に配置され、この凹溝の底部と前記凸面部との間で、全周に亙り弾性的に挟持（圧縮）されている。
尚、請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、前記凸面部の外面形状（外周面形状或いは内周面形状）を、前記回転側軌道輪の中心軸と前記静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜する場合での傾斜中心をその中心とした部分球状凸面とする。

上述の様に構成する本発明のシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、モーメント荷重等に基づき、回転側軌道輪の中心軸と静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜した場合にも、シールリップの締め代が変化する事を有効に防止できる。
即ち、本発明の場合には、シール機能付回り止め機構によって、静止側軌道輪に対する相対回転を阻止されたシールリングが、転がり軸受により、回転側軌道輪に対して相対回転自在に支持されている。又、前記シール機能付回り止め機構は、モーメント荷重が加わる等して、前記回転側軌道輪の中心軸と前記静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜した場合の、前記シールリングとこの静止側軌道輪との相対変位を許容できるだけでなく、この様な相対変位が生じた場合にも、これらシールリングと静止側軌道輪との間部分をシールできる。従って、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込まれたシール装置を構成するシールリングは、前記回転側軌道輪と共に回転する事はない（静止側軌道輪と共に静止している）が、モーメント荷重等が加わった場合には、前記静止側軌道輪との間のシール性が確保された状態のまま、この静止側軌道輪に対し前記回転側軌道輪と共に傾斜する。この結果、本発明によれば、モーメント荷重等が加わる事により、前記回転側軌道輪の中心軸と前記静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜した場合にも、シールリップの締め代が変化する事を有効に防止できる。
これにより、本発明によれば、シール性の確保の為に、中立状態でのシールリップの締め代を大きめに設定しなくて済む為、シールリップによる摩擦（トルク）低減と、シールリップの耐久性向上とを図れる。従って、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性向上を図れると同時に、燃費性能や加速性能を中心とする車両の走行性能を向上させる事ができる。
特に本発明は、車両の旋回時に於ける旋回加速度が、通常の運転では発生し得ないか稀に発生する程度のレベル（例えば１Ｇ好ましくは０．８Ｇ）に於いて、シール装置のシールリップ（サイドリップ）の締め代変化（振幅）が、シール装置全体の軸方向寸法の２／２７を超える様な条件となる、大型車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用した場合に、より顕著に有利な効果が得られる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、図４のＸ部に相当する拡大図。同じく第２例を示す、図４のＹ部に相当する拡大図。同じく第３例を示す、図４のＸ部に相当する拡大図。従来構造の第１例を示す、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図。図４のＸ部に組み付けているシール装置の部分拡大断面図。同じくＹ部に組み付けているシール装置の部分拡大断面図。車両の走行時に加わるモーメント荷重によりハブが傾斜する状態を示す、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの断面図。図７に示したシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットに組み付けているシール装置のスリンガの変位状態を示す部分拡大断面図。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例のシール装置１４ｃは、シールリング３２と、転がり軸受３３と、シール機能付回り止め機構３４と、スリンガ３５とを組み合わせて、組み合わせシールリングを構成したものである。又、前記シール装置１４ｃは、互いに相対回転する静止側軌道輪である外輪１と回転側軌道輪であるハブ２（内輪５）との間に装着されており、この外輪１の内周面とこのハブ２の外周面との間部分に存在する内部空間１３のうちの軸方向内端開口部を塞いでいる。この内部空間１３の軸方向外端開口部を塞ぐシール装置１４ｂを含め、前記シール装置１４ｃ以外のその他の部分の構成及び作用・効果に就いては、前述した従来構造の場合と同様である。

前記シールリング３２は、芯金３６と、シール材３７とから成る。このうちの芯金３６は、径方向外側部分に設けられた略円筒状の静止側円筒部３８と、この静止側円筒部３８の軸方向外端部から直径方向内方に向けて折れ曲がった外径側円輪部３９と、この外径側円輪部３９の内径側端部から軸方向外方に向けて折れ曲がり、その中間部を軸方向内方に１８０度折り返して成る折り返し筒部４０と、この折り返し筒部４０の軸方向内端部から直径方向内方に向けて折れ曲がった内径側円輪部４１とを備えている。そして、前記シール材３７は、この様な構成を有する前記芯金３６により補強されている。このシール材３７は、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で、複数本（図示の例では３本）のシールリップ４２〜４４を備えている。尚、本例を実施する場合に、前記外径側円輪部３９を省略し、前記静止側円筒部３８と前記折り返し筒部４０の外径側部分とを直接（同径で）連続させる事もできる。

又、前記スリンガ３５は、金属板を断面略Ｌ字形に曲げ形成して成るもので、前記ハブ２を構成する内輪５の軸方向内端部外周面に外嵌固定された回転側円筒部４５と、この回転側円筒部４５の軸方向内端部から直径方向外方に向けて折れ曲がった回転側円輪部４６とを備えている。そして、本例の場合には、この様なスリンガ３５に対して、前記各シールリップ４２〜４４の先端縁を摺接させている。具体的には、これら各シールリップ４２〜４４のうち、サイドリップと呼ばれる、外側シールリップ４２の先端縁を前記回転側円輪部４６の軸方向外側面に、全周に亙り摺接させている。一方、ラジアルリップと呼ばれる、中間シールリップ４３及び内側シールリップ４４の先端縁を、前記回転側円筒部４５の外周面にそれぞれ全周に亙り摺接させている。特に本例の場合、中立状態での前記各シールリップ４２〜４４の締め代の大きさを、モーメント荷重が作用した場合の前記ハブ２の傾斜を考慮して大きめに設定する事はしていない｛通常の大きさ（中立状態での摺動抵抗並びに摩耗が過大にならない大きさ）に設定している｝。

又、前記転がり軸受３３は、転がり軸受用外輪４７と、転がり軸受用内輪４８と、複数個の玉（転動体）４９とから成るもので、図示の例では、モーメント荷重に対する剛性の高い、４点接触型のラジアル玉軸受としている。このうちの転がり軸受用外輪４７の内周面には、深溝型の外輪軌道５０が形成されており、前記転がり軸受用内輪４８の外周面には、深溝型の内輪軌道５１が形成されている。又、これら両軌道５０、５１の断面形状は、前記各玉４９の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する１対の円弧を幅方向中央部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状としている。これにより、前記各玉４９の転動面と、前記各軌道５０、５１とが、それぞれ２点ずつ（合計４点）で接触する様にしている。そして、本例の場合には、この様な構成を有する転がり軸受３３を、前記内輪５に外嵌固定したスリンガ３５と前記シールリング３２を構成する芯金３６との間部分に設けている。具体的には、前記転がり軸受３３を構成する転がり軸受用内輪４８を、前記スリンガ３５を構成する回転側円筒部４５の軸方向外半部外周面に外嵌固定すると共に、前記転がり軸受用外輪４７を、前記芯金３６を構成する折り返し筒部４０の内周面に内嵌固定している。本例の場合には、この様な転がり軸受３３を設ける事により、前記シールリング３２を、前記ハブ２（内輪５）に対して相対回転自在に且つ軸方向に関する相対変位を不能に支持している。

又、前記シール機能付回り止め機構３４は、特許請求の範囲に記載した固定部材に相当する略円筒状の固定用芯金５２と、同じく撓みシールに相当する全体形状が略円輪状のベローズシール（ダイアフラム）５３とを備える。このうちの固定用芯金５２は、前記外輪１の軸方向内端部内周面に嵌合固定されている。又、前記ベローズシール５３は、前記シールリング３２を構成するシール材３７と同様に、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製（本例の場合には同じ材料製）である。尚、前記ベローズシール５３に負荷される円周方向の力は、前記各シールリップ４２〜４４が発生する摩擦トルク、及び、前記ベローズシール５３と前記各シールリップ４２〜４４とによる弾力と前記シールリング３２の自重とをそれぞれ支承した前記転がり軸受３３に生じる転がり抵抗（動トルク）だけであるので、前記ベローズシール５３の円周方向に関する弾性変形量（伸縮量）は無視できる程度に小さい（実質的に円周方向に伸縮する事はない）。又、前記ベローズシール５３の外周縁部は、前記固定用芯金５２の軸方向内端部内周面に全周に亙り加硫接着されており、同じく内周縁部は、前記シールリング３２の芯金３６のうちで、前記固定用芯金５２の径方向内方に配置された前記静止側円筒部３８の軸方向内端部外周面に全周に亙り加硫接着されている。又、本例の場合には、前記ベローズシール５３の外周縁部を、前記固定用芯金５２の軸方向内端部外周面及び軸方向内端面を覆った、ノーズガスケットとして機能する外径側シール材５４に連続させると共に、同じく内周縁部を、前記シールリング３２を構成するシール材３７の外周縁部（静止側円筒部３８の軸方向内端面を覆った部分）に連続させている。これにより、前記両シール材３７、５４と、前記ベローズシール５３とを、一体的に構成している。

又、前記ベローズシール５３は、その中心線を含む仮想平面に関する断面形状を非直線状としている。図示の例では、この断面形状を、径方向中間部が軸方向内方に向けて突出した断面略く字形として、このベローズシール５３に撓み（可撓性）を持たせている。従って、この様なベローズシール５３を介して連結された前記固定用芯金５２と前記シールリング３２とは、このベローズシール５３の撓み量分だけ、径方向及び軸方向に相対変位可能になる。但し、このベローズシール５３の両周縁部は、前記固定用芯金５２と前記シールリング３２とに全周に亙り接着されており、前記ベローズシール５３は円周方向に伸縮できない為、前記固定用芯金５２と前記シールリング３２との円周方向への相対変位は阻止される。尚、前記ベローズシール５３の断面形状に関しては、図示のものに限定されず、例えば蛇腹状、鋸歯状等、撓みを有するものであれば良い。

この様な構成を有する前記シール機能付回り止め機構３４は、前記外輪１の内周面と前記シールリング３２（静止側円筒部３８）との間部分をシール（密封）し、当該部分を通じて、前記内部空間１３内に泥水等の異物が入り込む事を防止すると共に、この内部空間１３内に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止する。又、前記シール機能付回り止め機構３４は、前記ベローズシール５３の撓みを利用して、前記ハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対し傾斜した場合の、前記シールリング３２（静止側円筒部３８）のこの外輪１に対する傾斜（図１の矢印Ａ方向の相対変位）を許容する。但し、前記シールリング３２が前記外輪１に対し、このシールリング３２の中心軸周りに回転する事は阻止する。

以上の様な構成を有する本例の場合には、車両の旋回時、車輪を構成するタイヤの接地面から取付フランジ９（図４、７参照）を介して、前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対し傾斜した（外輪１とハブ２とに相対的な傾きが発生した）場合にも、前記各シールリップ４２〜４４の締め代が変化する事を防止できる。
即ち、本例のシール装置１４ｃの場合には、前記シール機能付回り止め機構３４によって、前記外輪１に対する相対回転を阻止された前記シールリング３２が、前記転がり軸受３３により、前記ハブ２（スリンガ３５）に対して相対回転自在に支持されている。又、前記シール機能付回り止め機構３４は、車両の旋回時、前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対して傾斜した場合の、前記シールリング３２（静止側円筒部３８）のこの外輪１に対する傾斜を許容できる。しかも、この様に傾斜した場合にも、このシールリング３２（静止側円筒部３８）と前記外輪１との間部分のシール性（密封性）を確保できる。

この為、前記シールリング３２は、前記ハブ２（スリンガ３５）と共に回転する事はない（外輪１と共に静止している）が、このハブ２にモーメント荷重が加わった場合には、前記外輪１との間部分のシール性が確保された状態で、前記ハブ２（スリンガ３５）と共に傾斜する。特に、本例の場合には、前記シールリング３２が、４点接触型の転がり軸受３３を用いて前記ハブ２（スリンガ３５）に支持されている為、前記シールリング３２の傾斜角度はこのハブ２（スリンガ３５）の傾斜角度とほぼ等しくなる。この結果、本例の場合には、前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対して傾斜した場合にも、前記各シールリップ４２〜４４の締め代が変化する事を有効に防止できる。これにより、本例の場合には、シール性の確保の為に、中立状態での前記各シールリップ４２〜４４の締め代を大きめに設定しなくて済む為、これら各シールリップ４２〜４４による摩擦（トルク）低減と、これら各シールリップ４２〜４４の耐久性向上（へたれ防止）とを図れる。そして、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性向上を図れると同時に、燃費性能や加速性能を中心とする車両の走行性能を向上させる事ができる。
その他の構成及び作用・効果に就いては、前述した従来構造の場合と同様である。

［実施の形態の第２例］
図２は、やはり請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例のシール装置１４ｄは、外輪１の内周面とハブ２の外周面との間部分に存在する内部空間１３のうちの軸方向外端開口部を塞ぐものである。この内部空間１３の軸方向内端開口部を塞ぐシール装置１４ｃとしては、上述した実施の形態の第１例で示したものを使用している。本例のシール装置１４ｄは、この第１例のシール装置１４ｃからスリンガ３５（図１参照）を省略した如き構造を有している。

即ち、本例の場合には、転がり軸受３３を構成する転がり軸受用内輪４８を、ハブ本体４の軸方向中間部外周面に直接外嵌固定している。又、シールリング３２を構成する各シールリップ４２〜４４のうち、外側シールリップ４２の先端縁を、取付フランジ９の基端部内側面に全周に亙り摺接させると共に、中間、内側シールリップ４３、４４の先端縁を、この基端部内側面と前記ハブ本体４の軸方向中間部外周面との連続部乃至この軸方向中間部外周面に、全周に亙り摺接させている。この様な構成を有する本例の場合には、前記内部空間１３の軸方向外端開口部を塞ぐシール装置１４ｄに関しても、前記各シールリップ４２〜４４の締め代の変化を有効に防止できる。
その他の部分の構成は、軸方向に関する内外が逆になった以外、前記第１例のシール装置１４ｃと基本的に同じであり、得られる作用・効果に就いても同じである為、同等部分には同一符号を付し、説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図３は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例のシール装置１４ｅも、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、外輪１の内周面とハブ２の外周面との間部分に存在する内部空間１３のうちの軸方向内端開口部を塞ぐものである。本例のシール装置１４ｅと、前記第１例のシール装置１４ｃとは、シール機能付回り止め機構３４ａの構成が異なる以外、その他の部分の構成はほぼ同じであるので、異なる部分を中心に説明する。

本例の場合、シールリング３２ａの芯金３６ａを構成する外径側円輪部３９ａの径方向寸法を大きくする（径方向外方に延長する）と共に、この外径側円輪部３９ａの外径側端部から軸方向内方に向けて折れ曲がる状態で形成した、静止側円筒部３８ａの形状を前記第１例の場合とは異ならせている。具体的には、この静止側円筒部３８ａを部分球面状として、前記外輪１の内周面に対向（近接対向）するこの静止側円筒部３８ａの外周面形状を、前記ハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対し傾斜する場合の傾斜中心｛外輪１及びハブ２の中心軸上で両列の転動体３、３の軸方向中央部に位置する点γ（図７参照）｝をその中心とする、曲率半径がＲ₅₅である部分球状凸面５５としている。従って、前記静止側円筒部３８ａの外周面を、前記芯金３６ａの中心軸を含む仮想平面で切断した場合の断面形状は、円弧形となっている。又、この様な本例の場合には、前記ハブ２が前記点γを中心として前記外輪１に対し傾斜した場合にも、この点γから前記部分球状凸面５５と後述するＯリング５７との当接部までの距離が一定となる。

又、前記外輪１の内周面のうちで、前記部分球状凸面５５と対向する部分に、断面矩形状の凹溝５６を形成し、この凹溝５６内に、弾性材製で断面円形のＯリング５７の外径側半部をほぼ隙間なく収納している。そして、このＯリング５７を、この凹溝５６の底部と前記部分球状凸面５５との間で全周に亙り弾性的に挟持（圧縮）している。この様な状態で、前記Ｏリング５７は、断面中心Ｏ₅₇回りの回転（Ｏリング５７の中心軸を含む仮想平面で切断した場合の断面形状の中心を回転中心とした回転、図３中の矢印Ｂ方向の回転）のみが可能になる｛周方向に関する回転（Ｏリング５７の中心軸回りの回転）は不能になる｝。特に、本例の場合、前記点γから前記Ｏリング５７と前記部分球状凸面５５との当接部までの距離を一定としている為、前記シールリング３２ａが傾斜した場合にも、前記Ｏリング５７にそれ以上の圧縮応力を作用させずに済む。

又、本例の場合には、前記Ｏリング５７の断面中心Ｏ₅₇回りの回転を容易に（部分球状凸面５５との間に作用する摩擦力により）行わせる為に、このＯリング５７の近傍（特に凹溝５６内）にグリースを保持している。この為に、前記静止側円筒部３８ａの軸方向内端部外周面と前記外輪１の軸方向内端部内周面との間部分に、外径側シールリップ（ノーズガスケット）５８を設け、前記Ｏリング５７の近傍のグリースが軸方向内方に漏れ出す事を防止している。又、このＯリング５７を設置した部分に、泥水等の異物が入り込む事も防止している。尚、本例の場合には、前記外径側シールリップ５８を、前記シールリング３２ａを構成するシール材３７の一部により形成している。

以上の様な構成を有する本例の場合、前記Ｏリング５７と前記外径側シールリップ５８とにより、前記外輪１と前記シールリング３２ａ（静止側円筒部３８ａ）との間部分をシールし、当該部分を通じて、前記内部空間１３内に泥水等の異物が入り込む事を防止すると共に、この内部空間１３内に封入したグリースが外部に漏洩する事を防止する。又、前記シール機能付回り止め機構３４ａは、前記ハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対し傾斜した場合に、前記部分球状凸面５５との当接部に作用する摩擦力により前記Ｏリング５７を断面中心Ｏ₅₇回りに回転させる事で、前記シールリング３２ａが前記外輪１に対して傾斜する事を許容する。但し、このシールリング３２ａが前記外輪１に対して相対回転する事は、前記Ｏリング５７と前記部分球状凸面５５及び前記凹溝５６の内面との間にそれぞれ作用する摩擦抵抗により阻止される。

以上の様な構成を有する本例の場合にも、車両の旋回時、車輪を構成するタイヤの接地面から取付フランジ９（図４参照）を介して、前記ハブ２にモーメント荷重が加わり、このハブ２の中心軸が前記外輪１の中心軸に対し傾斜した場合にも、前記各シールリップ４２〜４４の締め代が変化する事を防止できる。又、本例の場合には、ベローズシール５３（図１参照）を使用せずに済む分、前記第１例の場合に比べて、前記シール装置１４ｅの径方向寸法を小さくする上で有利になる。
その他の構成及び作用・効果に就いては、前記第１例の場合と同様である。

前述した実施の形態の各例では何れも、シール装置を構成する転がり軸受として、４点接触型の転がり軸受を用いた場合に就いて説明したが、本発明のシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込まれるシール装置を構成する転がり軸受は、この様な４点接触型（多点接触型）の転がり軸受に限定されない。シールリップの締め代に関して僅かな変化を許容する（シールリングの傾斜角度と回転側軌道輪の傾斜角度との間に僅かな差を許容する）場合には、各軌道面の断面形状に関する曲率半径の玉径比を小さくした、単列深溝玉軸受を使用する事も可能である。又、アンギュラ玉軸受、ラジアルニードル軸受、円筒ころ軸受等、各種の転がり軸受を用いる事もできる。又、複数の転がり軸受や滑り軸受を組み合わせて用いる事もできる。更に、転がり軸受を構成する外輪相当部材並びに内輪相当部材に就いては、前記各例の場合の様に、転がり軸受用外輪及び転がり軸受用内輪を、芯金やスリンガとは別に設ける事もできるが、各軌道を直接形成した芯金やスリンガ（或いはハブを構成する内輪、ハブ本体）等により代用しても良い。この場合には、芯金やスリンガ等の部材を浸炭処理或いは窒化処理により硬化させる事が好ましい。この様に、芯金やスリンガ等の部材により代用する場合には、部品点数の減少に伴うコストの低減と、シール装置の軽量化、径方向寸法の短縮化を図れる。

更に、本発明を実施する場合に、シール装置を構成するシールリップの数は１本（好ましくは締め代の変化を生じ易いサイドリップのみ）でも良いし、２本或いは前記各例の場合の様に３本、又はそれ以上でも良い。又、前述した実施の形態の各例では、外輪が静止側軌道輪でハブ（内輪）が回転側軌道輪である構造（内輪回転型の車輪支持用転がり軸受ユニット）に就いて示したが、外輪が回転側軌道輪であり、内輪が静止側軌道輪である構造（外輪回転型の車輪支持用軸受ユニット）にも、本発明を適用できる。

１外輪
２ハブ
３転動体
４ハブ本体
５内輪
６外輪軌道
７内輪軌道
８ナックル
９取付フランジ
１０スプライン孔
１１等速ジョイント
１２スプライン軸
１３内部空間
１４ａ〜１４ｅシール装置
１５シールリング
１６スリンガ
１７芯金
１８シール材
１９外径側円筒部
２０外径側円輪部
２１外側シールリップ
２２中間シールリップ
２３内側シールリップ
２４内径側円筒部
２５内径側円輪部
２６シールリング
２７芯金
２８シール材
２９外側シールリップ
３０中間シールリップ
３１内側シールリップ
３２、３２ａシールリング
３３転がり軸受
３４、３４ａシール機能付回り止め機構
３５スリンガ
３６、３６ａ芯金
３７シール材
３８、３８ａ静止側円筒部
３９、３９ａ外径側円輪部
４０折り返し筒部
４１内径側円輪部
４２外側シールリップ
４３中間シールリップ
４４内側シールリップ
４５回転側円筒部
４６回転側円輪部
４７転がり軸受用外輪
４８転がり軸受用内輪
４９玉
５０外輪軌道
５１内輪軌道
５２静止側筒状部
５３ベローズシール
５４シール材
５５部分球状凸面
５６凹溝
５７Ｏリング
５８外径側シールリップ

Claims

回転側周面に回転側軌道を有する回転側軌道輪と、静止側周面に静止側軌道を有する静止側軌道輪と、これら回転側軌道と静止側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記回転側周面と前記静止側周面との間部分に存在する空間の端部開口を塞ぐシール装置とを備えた、シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、
このシール装置が、シールリングと、転がり軸受と、シール機能付回り止め機構とを備えたものであり、
このうちのシールリングは、芯金と、この芯金により補強された弾性材製のシール材とから成り、このシール材には、前記回転側軌道輪若しくはこの回転側軌道輪と共に回転する部材に対し全周に亙り摺接するシールリップが設けられており、
前記転がり軸受は、前記回転側軌道輪と前記シールリングとの間部分に設けられ、前記シールリップ及び前記シール機能付回り止め機構による弾力と前記シールリングの自重のみをそれぞれ支承するものであり、このシールリングを前記回転側軌道輪に対し、相対回転可能に且つ軸方向に関する相対変位を不能に支持しており、
前記シール機能付回り止め機構は、前記静止側周面と前記シールリングとの間部分をシールすると共に、前記回転側軌道輪の中心軸と前記静止側軌道輪の中心軸とが互いに傾斜する事に伴う前記シールリングとこの静止側軌道輪との相対変位を許容しつつ、このシールリングがこの静止側軌道輪に対して相対回転する事を阻止するものである、
シール装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
シール機能付回り止め機構が、静止側周面に嵌合固定された固定部材と、全体形状が略円輪状で、その径方向両周縁部がこの固定部材とシールリングを構成する芯金とにそれぞれ接着された、中心線を含む仮想平面に関する断面形状が非直線状である撓みシールとを備える、請求項１に記載したシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。
シール機能付回り止め機構が、シールリングを構成する芯金のうちで静止側周面に対向する部分に形成された、中心線を含む仮想平面に関する断面形状が円弧形である凸面部と、この静止側周面に形成された凹溝内に配置され、この凹溝の底部とこの凸面部との間で全周に亙り弾性的に挟持されたＯリングとを備える、請求項１に記載したシール装置付車輪支持用転がり軸受ユニット。