JP6686692B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車輪用軸受装置に関するものである。
自動車等の車両において、車輪を回転自在に支持するために車輪用軸受装置（ハブユニット）が用いられている。車輪用軸受装置は、車輪が取り付けられるフランジを車両アウタ側に有するハブ軸と、このハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、ハブ軸と外輪との間に設けられている複数の転動体（例えば、複数の玉）と、複数の転動体を保持する保持器とを備えている。また、このような車輪用軸受装置では、ハブ軸と外輪との間であって転動体が設けられている軸受内部に、泥水等の異物が軸受外部から浸入するのを防ぐために、密封装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
従来の密封装置として、外輪の一部にシール部材が取り付けられており、このシール部材のリップをハブ軸の一部に滑り接触させる構成が提案されている。しかし、ハブ軸は、例えば機械構造用炭素鋼からなるため、リップが滑り接触する部分に泥水が付着して錆が発生すると、錆がリップを攻撃してリップの摩耗が促進され、やがて、軸受内部に異物が浸入するおそれがある。
そこで、図６に示すように、ハブ軸９０に環状のスリンガ９９（ステンレス製）を取り付け、シール部材９３のリップ９４をスリンガ９９に滑り接触させることで、リップ９４の摩耗を防ぐという対策が講じられているものがある。
特開２０１４−９５４０３号公報
スリンガ９９は、ハブ軸９０の一部（取り付け部９１）に外嵌して取り付けられているのみであるため、車両が走行すると、やがてスリンガ９９が車両インナ側へ移動することがある（この現象をウォークアウトという）。スリンガ９９が車両インナ側（つまり、シール部材９３側）へ移動すると、シール部材９３のリップ９４の締め代が増し、摩擦抵抗が増加して回転損失が大きくなる他、リップ９４の異常摩耗や発熱による劣化の原因となってしまう。
また、前記のようなウォークアウトが発生しなくても、スリンガ９９とフランジ９２との間に隙間が生じていると、外部からこの隙間を通じて水等が浸入し、ハブ軸９０において錆が発生する原因となる。また、水等が前記隙間から浸入し、更に軸受内部にまで到達すると、転動体（玉）９６や軌道９７を損傷させる原因となり、車輪用軸受装置の寿命を低下させてしまう。
そこで、本発明では、車輪用軸受装置において、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぎ、スリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防止することを目的とする。
本発明の車輪用軸受装置は、車輪が取り付けられるフランジを車両アウタ側に有するハブ軸と、前記ハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられている複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、前記外輪に取り付けられている環状のシール部材と、前記ハブ軸に外嵌して取り付けられ前記シール部材が滑り接触する環状のスリンガと、を備え、前記スリンガは、前記フランジに接触している円環部と、当該円環部から車両インナ側に延びている筒部と、を有し、当該筒部は、車両インナ側に、前記ハブ軸の外周の一部に係合し当該スリンガが車両インナ側に変位するのを阻止する爪部を有し、前記筒部には、更に、車両インナ側で開口するスリットが周方向に沿って複数形成されており、当該複数のスリットには、深さが異なるスリットが含まれている。
この車輪用軸受装置によれば、スリンガが有する筒部の爪部がハブ軸の外周の一部に係合し、スリンガが有する円環部がフランジに接触していることで、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぐことができる。これにより、スリンガとフランジとの間に隙間が生じるのを防ぎ、これらスリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防止することが可能となる。また、前記スリットによれば、スリンガの筒部の剛性を、周方向の位置によって異ならせることができる。つまり、スリットが浅く剛性が高くなる部分により、スリンガとフランジとの間に隙間が生じるのを防ぐ機能を高めることができる。これに対して、スリットが深く剛性が低くなる部分によれば、スリンガをハブ軸に外嵌させ爪部を係合させる際、筒部は弾性変形しやすくなり、スリンガの取り付けが容易となる。
また、前記円環部と前記フランジとの間には環状の止水部材が介在しているのが好ましい。
この構成によれば、スリンガの円環部がフランジに接触した状態で止水部材をこれらにより挟むことができ、スリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防ぐ機能を高めることができる。
また、スリンガが有する筒部において、剛性が高くなる部分を周方向に沿って均等配置するのが好ましく、そのために、前記筒部の周方向に沿って浅い前記スリットと深い前記スリットとが交互に並んでいるのが好ましい。この構成により、スリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防ぐ機能を全周にわたって高めることができる。また、この場合、剛性が低くなる部分が周方向に沿って均等配置され、ハブ軸に対するスリンガの取り付けが容易となる。
また、前記爪部が係合している前記ハブ軸の外周の一部と前記フランジとの間の軸方向寸法は、自然状態にある前記スリンガの軸方向寸法よりも小さく、当該スリンガが当該ハブ軸に取り付けられた状態で、前記円環部は前記フランジを軸方向に押し付けた状態となるのが好ましい。
この構成により、スリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防止する機能が高まる。また、前記のとおり、複数のスリットには、深さが異なるスリットが含まれていることから、スリットが浅く剛性が高くなる部分により、スリンガの円環部をハブ軸のフランジに対して軸方向に押し付ける作用を強めることができる。
本発明によれば、スリンガがハブ軸の所定位置から移動するのを防ぎ、スリンガとフランジとの間から水等の異物が浸入するのを防ぎ、高い密封性能を確保することが可能となる。
車輪用軸受装置の断面図である。 密封装置及びその周囲を示す拡大断面図である。 スリンガの斜視図である。 スリンガに設けられているスリットの説明図である。 スリンガがハブ軸から取り外されている状態を示す説明図である。 従来のスリンガ及びその周囲を示す断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は車輪用軸受装置の断面図である。この車輪用軸受装置（ハブユニット）１０は、例えば自動車の車体側の懸架装置（ナックル）に取り付けられ、車輪を回転自在に支持するものである。車輪用軸受装置１０は、ハブ軸１１と、外輪１２と、転動体１３と、保持器１４と、密封装置１５，１７とを備えている。
外輪１２は、円筒状の部材であり、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。外輪１２は、円筒形状である外輪本体５１と、この外輪本体５１から径方向外側に延びて設けられている固定用のフランジ部５２とを有している。このフランジ部５２が車体側部材であるナックル（図示せず）に固定されることで、外輪１２を含む車輪用軸受装置１０はナックルに固定される。
車輪用軸受装置１０が車体側に固定された状態で、ハブ軸１１が有する後述の車輪取り付け用のフランジ５６側が車両の外側となる。つまり、図１の左側（フランジ５６側）が車両アウタ側となり、図１の右側が車両インナ側となる。また、図１の左右方向が車輪用軸受装置１０の軸方向となる。
外輪１２の内周面には、車両アウタ側の外輪軌道面１２ａと、車両インナ側の外輪軌道面１２ｂとが形成されている。
ハブ軸１１は、軸本体部５５と、車輪取り付け用のフランジ５６と、内輪部材５７とを有している。これらは、例えば機械構造用炭素鋼により製造されている。軸本体部５５は軸方向に長い軸部材である。フランジ５６は、軸本体部５５の車両アウタ側から径方向外側に延びて設けられており、円環形状を有している。フランジ５６には、周方向に沿って複数の穴が形成されており、この穴に、車輪取り付け用のボルト６９が取り付けられている。フランジ５６には、図外の車輪の他にブレーキロータが取り付けられる。内輪部材５７は、環状の部材であり、軸本体部５５の車両インナ側に嵌合して取り付けられている。軸本体部５５の車両アウタ側の外周面に軸軌道面１１ａが形成され、内輪部材５７の外周面に内輪軌道面１１ｂが形成されている。
車両アウタ側の外輪軌道面１２ａと軸軌道面１１ａとが径方向に対向し、車両インナ側の外輪軌道面１２ｂと内輪軌道面１１ｂとが径方向に対向し、車両アウタ側及びインナ側それぞれの軌道面間に転動体１３である玉が配置されている。転動体（玉）１３は二列設けられており、各列の転動体（玉）１３は、環状の保持器１４によって保持されている。ハブ軸１１と外輪１２との間に複数の転動体１３が設けられていることで、外輪１２は、ハブ軸１１（軸本体部５５）の径方向外側においてハブ軸１１と同心状に設けられた構成となる。
車両アウタ側の保持器１４は、車両アウタ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。車両インナ側の保持器１４は、車両インナ側に位置する転動体列に含まれる複数の転動体１３を、周方向に間隔をあけて保持する。保持器１４は、例えば樹脂製とすることができる。
車両インナ側の密封装置１７は、環状のシール部材４０と、環状のスリンガ５０とによって構成されている。シール部材４０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両インナ側に嵌合して取り付けられている。スリンガ５０は、内輪部材５７の外周面に締り嵌めの状態で嵌合して取り付けられている。シール部材４０（シール部材４０のリップ）が、スリンガ５０に滑り接触（摺接）することで、車両インナ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制することができる。軸受内部とは、ハブ軸１１と外輪１２との間であって、二列の転動体１３が設けられている領域である。
車両アウタ側の密封装置１５は、環状のシール部材２０と、環状のスリンガ３０とによって構成されている。シール部材２０は、外輪１２（外輪本体５１）の内周側であって車両アウタ側に嵌合して取り付けられている。図２は、密封装置１５及びその周囲を示す拡大断面図である。スリンガ３０は、軸本体部５５の車両アウタ側に取り付けられている。シール部材２０のリップ２１ａが、スリンガ３０に滑り接触（摺接）することで、車両アウタ側の外部から異物が軸受内部に浸入するのを抑制することができる。
シール部材２０は、金属製の芯金２５と、ゴム製のシール本体２６とを有している。芯金２５は、外輪１２（外輪本体５１）の車両アウタ側の端部１２ｃの内周面に締り嵌めの状態で取り付けられている。シール本体２６は、芯金２５に固定（加硫接着）されており、スリンガ３０に滑り接触する第一リップ２１ａと、スリンガ３０との間に隙間を形成している第二リップ２１ｂと、軸本体部５５に滑り接触する第三リップ２１ｃとを有している。第一リップ２１ａは、スリンガ３０との間から泥水等の異物が軸受内部に浸入するのを防ぐ機能を有している。第二リップ２１ｂは、第一リップ２１ａとスリンガ３０との滑り接触部分に泥水等の異物が到達するのを抑制する機能を有している。第三リップ２１ｃは、主として軸受内部のグリースが外部へ流出するのを防ぐ機能を有している。第一リップ２１ａは、スリンガ３０に対して軸方向から接触する。第三リップ２１ｃは、軸本体部５５に対して径方向から接触する。
図２に示すシール本体２６は、外輪１２（外輪本体５１）の車両アウタ側の端部１２ｃの外周面に締め代を有して接触している第四リップ２２を更に有している。このリップ２２は、外輪１２と芯金２５との間を通って泥水等の異物が軸受内部に浸入するのを防ぐ機能を有している。
スリンガ３０は、金属製の環状部材であり、本実施形態ではステンレス製（ＳＵＳ４３０）である。スリンガ３０は、車両アウタ側の円環部３２と、この円環部３２から車両インナ側に延びている筒部３１とを有している。円環部３２は、円環板状となっている部分であり、ハブ軸１１のフランジ５６の（裾部５６ｂの）側面５６ａに対して軸方向から接触している。筒部３１は、筒形状となっている部分である。
車輪用軸受装置１０（図１参照）の中心線Ｃ（以下、軸受中心線Ｃという。）を含む断面において（図２参照）フランジ５６と軸本体部５５との間の部分が凹アール形状となる面５８を有していることから、この形状に応じてスリンガ３０の筒部３１はテーパ筒部３１ｂを有している。つまり、図２及び図３において、筒部３１は、車両インナ側の円筒部３１ａと、この円筒部３１ａと連続している車両アウタ側のテーパ筒部３１ｂとを有している。円筒部３１ａは、軸受中心線Ｃを中心とする仮想の円筒面に沿った形状を有している。テーパ筒部３１ｂは、断面においてアール形状（全体としてテーパ形状）を有している。なお、テーパ筒部３１ｂは、これ以外として、円弧に沿って折り曲げられた形状であってもよい。
筒部３１の円筒部３１ａは、車両インナ側にハブ軸１１（図２参照）の外周の一部に係合している爪部３３を有している。本実施形態では、軸本体部５５の車両アウタ側の一部（２９）の外周面に、周方向に沿って凹部１８が形成されており、この凹部１８に爪部３３が係合している。爪部３３は、径方向内側に向かって突出している（折れ曲がっている）部分である。
スリンガ３０の筒部３１のうちの円筒部３１ａが、軸本体部５５の車両アウタ側の一部（２９）に締り嵌めの状態で外嵌していると共に、前記爪部３３が前記凹部１８に係合している。本実施形態の凹部１８は、環状の凹溝（周方向に連続している凹溝）からなるが、爪部３３の位置に応じて周方向に沿って部分的に（間欠的に）設けられた凹溝であってもよい。ハブ軸１１のうち、スリンガ３０の筒部３１が外嵌して取り付けられている部分（前記一部）を「取り付け部２９」とも言う。取り付け部２９の外周面は、軸受中心線Ｃを中心とする円筒面からなる。
スリンガ３０の円環部３２は、フランジ５６の（裾部５６ｂの）側面５６ａに面で接触している。この円環部３２がフランジ５６に接触している状態で、スリンガ３０は車両アウタ側へ変位することができない。
そして、前記筒部３１の爪部３３が、ハブ軸１１の外周の一部（凹部１８）に係合していることで、スリンガ３０が車両インナ側に変位するのを阻止している。なお、図３に示すように、爪部３３は、周方向に沿って複数設けられている。つまり、後に説明するが、筒部３１には周方向に沿ってスリット４９が複数形成されており、周方向で隣り合うスリット４９，４９の間がばね片部４８となっており、各ばね片部４８の先端が、爪部３３となっている。なお、全てのばね片部４８が爪部３３を有していなくてもよく、間欠的に爪部３３が設けられていてもよい。ただし、爪部３３を周方向に沿って均等配置するのが好ましい。
筒部３１には、車両インナ側で開口するスリット４９が周方向に沿って複数形成されている。図４は、スリット４９の説明図である。この説明図では、スリット４９の形状の説明を容易とするために、筒部３１を平面上に展開した状態として示している。図３及び図４に示すように、複数のスリット４９には、深さが異なるスリット（４９ａ，４９ｂ）が含まれている。つまり、軸方向に浅いスリット４９ａと、軸方向に深いスリット４９ｂとが設けられており、筒部３１の周方向に沿って浅いスリット４９ａと深いスリット４９ｂとは交互に並んでいる。
深いスリット４９ｂは、円筒部３１ａの他に、テーパ筒部３１ｂのうちの円環部３２に近い領域まで形成されている。図２では、深いスリット４９ｂを示している。浅いスリット４９ａは、円筒部３１ａと、テーパ筒部３１ｂのうちの円筒部３１ａに近い領域のみに形成されている。なお、浅いスリット４９ａは、円筒部３１ａのみに形成されていてもよい。
図５は、スリンガ３０がハブ軸１１から取り外されている状態（取り付け前の状態）を示す説明図である。この状態では、スリンガ３０は自然状態にある。スリンガ３０がハブ軸１１に取り付けられた状態（図２に示す状態）では、スリンガ３０は軸方向に圧縮弾性変形している。つまり、図５に示すように、爪部３３が係合するハブ軸１１の外周の一部（凹部１８）とフランジ５６（径方向内側面部６１）との間の軸方向寸法Ｌ１は、取り付け前の自然状態にあるスリンガ３０の軸方向寸法Ｌ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。このため、図２に示す取り付け状態では、スリンガ３０は軸方向に圧縮弾性変形しており、円環部３２がフランジ５６を軸方向に（車両アウタ側に向かって）押し付けた状態となっている。スリンガ３０の軸方向寸法Ｌ２は、円環部３２の車両アウタ側の面３２ｂから、爪部３３の先端３３ａまでの軸方向についての寸法である。
スリンガ３０の円環部３２と、フランジ５６との間には環状の止水部材が介在している。図２に示す前記止水部材は、ゴム製のＯリング６０である。フランジ５６の側面５６ａは、円環部３２が面で接触する径方向内側面部６１と、この径方向内側面部６１と繋がっている径方向外側面部６２とを有しており、径方向外側面部６２は、径方向内側面部６１よりも車両アウタ側に位置している。径方向外側面部６２のうち、径方向内側面部６１と繋がる部分は曲面形状となっており、この曲面形状の部分と、スリンガ３０の円環部３２との間にＯリング６０が介在している。Ｏリング６０は、円環部３２及びフランジ５６の双方に密着している。
図２に示す本実施形態では、スリンガ３０は、円環部３２の径方向外側の端部３２ａから車両インナ側に延びている第二の円筒部３５を有している。この第二の円筒部３５は、シール部材２０の第四リップ２２の一部の径方向外側に位置している。第二の円筒部３５と第四リップ２２との間にラビリンス隙間が形成されており、このラビリンス隙間は、第一リップ２１ａとスリンガ３０との滑り接触部分に、外部から泥水等の異物が浸入するのを抑制する機能を有している。
以上のように、本実施形態の車輪用軸受装置１０によれば、スリンガ３０の筒部３１が有する爪部３３がハブ軸１１の外周に設けられている凹部１８に係合し（図２参照）、スリンガ３０の円環部３２がフランジ５６に接触していることで、スリンガ３０がハブ軸１１における所定の取り付け位置（取り付け部２９）から軸方向に移動するのを防ぐことができる。これにより、スリンガ３０とフランジ５６との間に隙間が生じるのを防ぎ、これらの間から泥水等の異物が浸入するのを防止することが可能となる。また、スリンガ３０の移動を防ぐことで、リップ２１ａの締め代は所望の一定値に保たれる。以上より、車両アウタ側の密封装置１５において、高い密封性能を確保することができる。
また、前記のとおり（図５参照）爪部３３が係合するハブ軸１１の凹部１８とフランジ５６との間の軸方向寸法Ｌ１は、自然状態にあるスリンガ３０の軸方向寸法Ｌ２よりも小さいことから、このスリンガ３０がハブ軸１１に取り付けられた状態で、スリンガ３０（筒部３１）は軸方向に圧縮弾性変形し、これにより円環部３２はフランジ５６を軸方向に押し付けた状態となる。そして、円環部３２とフランジ５６との間にはＯリング６０が介在している。このため、円環部３２がフランジ５６に接触した状態（軸方向に押し付けた状態）で、これらによりＯリング６０を挟み更に弾性圧縮変形させることができ、Ｏリング６０に締め代（緊迫力）を持たせ、スリンガ３０とフランジ５６との間から泥水等の異物が浸入するのを防止する機能を高めている。なお、Ｏリング６０は、フランジ５６に対する円環部３２の押し付け力が比較的高くなる領域に設けられている。
図４に示すように、スリンガ３０の筒部３１に形成されている複数のスリット４９には、深さが異なるスリット４９ａ，４９ｂが含まれていることから、この筒部３１の剛性を、周方向の位置によって異ならせることができる。この構成による機能の一つとして、スリット４９が浅く剛性が高くなる部分３７により、円環部３２をフランジ５６に対して軸方向に押し付ける作用を強めている。すなわち、スリンガ３０は軸方向に圧縮弾性変形された状態となってハブ軸１１に取り付けられるが、スリンガ３０のうち、軸方向に長さを有する部分（つまり、筒部３１）の剛性を高めることで、前記圧縮弾性変形に基づく反発力（復元力）は部分的に大きくなる。そして、この反発力が、円環部３２をフランジ５６に押し付ける力となって現れる。そこで、スリット４９が浅く剛性が高くなる部分３７により前記反発力を部分的に大きくすることで、前記押し付け力が大きくなり、スリンガ３０とフランジ５６とを密着させ、隙間を防ぐ機能が高まる。
スリンガ３０の筒部３１の剛性を周方向の位置によって異ならせることによる別の機能として、スリット４９が深く剛性が低くなる部分３８によれば、ハブ軸１１に対するスリンガ３０の取り付けが容易となる。すなわち、スリンガ３０をハブ軸１１に外嵌させ爪部３３を係合させる際（図５及び図２参照）、爪部３３を含むばね片部４８を径方向外側に変形させる必要がある。そこで、スリット４９が深く剛性が低くなる部分３８によれば、筒部３１（ばね片部４８）は部分的に径方向に弾性変形しやすくなり、この結果、スリンガ３０の取り付けが容易となる。
仮に（例えばスリット４９が無く）筒部３１の全体の剛性が高い場合、ハブ軸１１への取り付けのために、筒部３１を径方向外側に変形させるとスリンガ３０が塑性変形することがある。この場合、爪部３３が凹部１８に係合しないで脱落する可能性があり、取り付け不良となり、また、前記押し付け力が弱くなるおそれがある。
しかし、本実施形態では、前記のようなスリット４９の構成（図４参照）によって、筒部３１（ばね片部４８）は部分的に径方向に弾性変形しやすくなっており、これにより、スリンガ３０が塑性変形してしまうのを防ぐことができる。
更に、スリンガ３０とフランジ５６との間から水等の異物が浸入するのを防ぐ機能を全周にわたって高めるのが好ましい。このために、スリンガ３０の筒部３１では、剛性が高くなる部分３７を周方向に沿って均等配置すればよい。そこで、本実施形態では、筒部３１の周方向に沿って浅いスリット４９ａと深いスリット４９ｂとが交互に並んでいる。なお、この場合、剛性が低くなる部分３８が周方向に沿って均等配置され、ハブ軸１１に対するスリンガ３０の取り付けをより一層、容易としている。
以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の車輪用軸受装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、図２に示すスリンガ３０は径方向外側に円筒部３５を有しているが、この円筒部３５は省略されてもよい。また、シール部材２０は図示した形状以外であってもよい。
１０：車輪用軸受装置 １１：ハブ軸 １２：外輪
１３：転動体 １４：保持器 ２０：シール部材
３０：スリンガ ３１：筒部 ３２：円環部
３３：爪部 ４９：スリット ４９ａ：浅いスリット
４９ｂ：深いスリット ５６：フランジ ６０：Ｏリング（止水部材）
Ｌ１：軸方向寸法 Ｌ２：軸方向寸法

Claims (4)

  1. 車輪が取り付けられるフランジを車両アウタ側に有するハブ軸と、前記ハブ軸の径方向外側に設けられている外輪と、前記ハブ軸と前記外輪との間に設けられている複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、前記外輪に取り付けられている環状のシール部材と、前記ハブ軸に外嵌して取り付けられ前記シール部材が滑り接触する環状のスリンガと、を備え、
    前記スリンガは、前記フランジに接触している円環部と、当該円環部から車両インナ側に延びている筒部と、を有し、当該筒部は、車両インナ側に、前記ハブ軸の外周の一部に係合し当該スリンガが車両インナ側に変位するのを阻止する爪部を有し、
    前記筒部には、更に、車両インナ側で開口するスリットが周方向に沿って複数形成されており、当該複数のスリットには、深さが異なるスリットが含まれている、車輪用軸受装置。
  2. 前記円環部と前記フランジとの間には環状の止水部材が介在している、請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記筒部の周方向に沿って浅い前記スリットと深い前記スリットとが交互に並んでいる、請求項１又は２に記載の車輪用軸受装置。
  4. 前記爪部が係合している前記ハブ軸の外周の一部と前記フランジとの間の軸方向寸法は、自然状態にある前記スリンガの軸方向寸法よりも小さく、当該スリンガが当該ハブ軸に取り付けられた状態で、前記円環部は前記フランジを軸方向に押し付けた状態となる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
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