JP6540433B2 - 密封装置及び密封装置付ハブユニット軸受 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する軸受ユニットのうち、転動体を設置した内部空間の端部開口を塞ぐ密封装置、及びこの密封装置を装着した密封装置付ハブユニット軸受に関する。

自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する密封装置付ハブユニット軸受として、例えば、図５に示す様な構造が知られている。密封装置付ハブユニット軸受１は、静止側軌道輪である外輪２と回転側軌道輪であるハブ３とを互いに同心に配置している。そして、外輪２の内周面に設けた複列の外輪軌道４と、ハブ３の外周面に設けた複列の内輪軌道５との間に、転動体である玉６を、各列に複数個ずつ転動自在に配置している。ハブ３の外周面には、車輪（不図示）を支持固定する為の回転フランジ７を設けている。本構成により、懸架装置に支持固定される外輪２の内径側に、車輪を固定したハブ３を回転自在に支持している。

外輪２の内周面とハブ３の外周面との間で、玉６を設置してグリースが封入された内部空間８の両端開口は、それぞれが密封装置であるシールリング９と組み合わせシールリング１０とにより、全周に亙り塞いでいる。シールリング９は、金属板製の芯金１１とシール部材１２とを備えている。シール部材１２は、ゴムの如きエラストマー製で、複数本（図示の例では３本）のシールリップ１３を有している。そして、芯金１１を外輪２の軸方向一端部の内周面に締り嵌めで内嵌した状態で、各シールリップ１３の先端縁をハブ３の外周面に、それぞれ全周に亙り摺接させている。

図６（特許文献１参照）に示す組み合わせシールリング１０は、外径側シールリング１４と内径側シールリング１５とを組み合わせて成る。外径側シールリング１４は、金属板製の外径側芯金１６とシール部材１９とを備えている。外径側芯金１６は、金属板を曲げ成形する事により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成したもので、外径側円筒部１７と、外径側円筒部１７の軸方向端縁から径方向内側に折れ曲がった外径側円輪部１８とから成る。シール部材１９は、シールリップ２０ｃを備えている。この様な外径側シールリング１４は、外径側円筒部１７を外輪２の軸方向他端部の内周面に締り嵌めで内嵌固定している。一方、内径側シールリング１５は、金属板製の内径側芯金２１とシール部材２４とを備えている。内径側芯金２１は、金属板を曲げ成形する事により断面Ｌ字形で全体を円環状に構成したもので、内径側円筒部２２と、内径側円筒部２２の軸方向端縁から径方向外側に折れ曲がった内径側円輪部２３とから成る。シール部材２４は、２本のシールリップ２０ａ，２０ｂを備えている。内径側円輪部２３の軸方向側面には、エンコーダ２５が固定されている。この様な内径側シールリング１５は、内径側円筒部２２をハブ３の軸方向他端部の外周面に締り嵌めで外嵌固定している。

外径側シールリング１４と内径側シールリング１５とを組み合わせた状態で、外径側シールリング１４を構成するシールリップ２０ｃの先端縁を、内径側芯金２１を構成する内径側円筒部２２の外周面に、全周に亙って摺接させている。これに対して、内径側シールリング１５を構成するシールリップ２０ａ，２０ｂの先端縁を、外径側芯金１６を構成する外径側円筒部１７の内周面、及び外径側円輪部１８の軸方向側面に、それぞれ全周に亙って摺接させている。尚、図６には、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの自由状態での形状を示している。

上述した様な組み合わせシールリング１０は、小形で低トルクでありながら、３枚の外向きのシールリップ（シールリップの先端部が外部空間側に向いた状態で形成）により高い密封性と耐久性とを備えている。しかしながら、泥水等がかかる厳しい条件で使用される密封装置付ハブユニット軸受１の耐久性を確保する為には、組み合わせシールリング１０の更なる密封性能の向上が求められている。近年の自動車が使用される地域の広がりに伴い、未舗装道路で使用される車両が増加してきており、特に、回転する車輪が泥水（雨水）等を跳ね上げるスプラッシュへの耐性が、密封装置に対して求められている。

特開２００７−２９２０９２号公報 特開昭５９−１６４４５７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ハブユニット軸受の内部空間の端部開口を塞ぐ、密封装置である組み合わせシールリングの密封性能に関して、特にスプラッシュへの耐性を向上して、耐久性を確保した密封装置、及び密封装置付ハブユニット軸受を提供する事を課題とする。

本発明の密封装置は、外径側シールリングと内径側シールリングとを組み合わせて成り、前記外径側シールリングは、外径側芯金とシールリップとを備え、全体を円環状に構成された前記外径側芯金は、外径側円筒部と、前記外径側円筒部の軸方向端縁から径方向内側に延びる外径側円輪部とから成り、前記内径側シールリングは、内径側芯金とシール部材とを備え、全体を円環状に構成された前記内径側芯金は、内径側円筒部と、前記内径側円筒部の軸方向端縁から径方向外側に延びる内径側円輪部とから成り、前記シール部材は、第１シールリップと、第２シールリップと、ラビリンスリップとを有し、
前記外径側シールリングのシールリップが、前記内径側円筒部に摺接しており、前記内径側シールリングの第１シールリップが、前記外径側円筒部に摺接し、前記内径側シールリングの第２シールリップが、前記外径側円輪部に摺接している。

特に、本発明の密封装置に於いては、前記外径側円輪部の内周縁にグリースリップを設け、前記グリースリップの先端部は、径方向内側に向かうに従い軸方向内部側に延びた状態で、前記内径側円筒部に対して全周に亙って摺接しており、前記内径側円輪部の外周縁に前記ラビリンスリップを設け、前記ラビリンスリップの先端部は、前記外径側円筒部の軸方向外部側の内周面に対して全周に亙って近接対向して、ラビリンスシールを形成し、
前記内径側シールリングの第１シールリップと前記ラビリンスリップとの間の部分において前記内径側円輪部の外径面を覆う部分の前記シール部材の最小外径と、前記内径側円輪部の外径との厚さを、前記ラビリンスリップの基端部の厚さ以上に設け、
前記ラビリンスリップの軸方向外部側面において前記ラビリンスリップの基端部よりも小径となる部分に、軸方向内部側に凹むシール凹部を設け、
前記ラビリンスシールのラビリンス隙間を、前記内径側シールリングの第１シールリップの先端部の厚さ以下に設けている。
更に、前記ラビリンスリップの先端面を傾斜面に設けて、前記ラビリンス隙間を傾斜して形成している。
更に、密封装置付ハブユニット軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有するハブと、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記転動体を設置した内部空間の端部開口を塞ぐ組み合わせシールリングとを備えており、前記組み合わせシールリングが、前記密封装置である。

上述の様に構成する本発明の密封装置によれば、外径側シールリングと内径側シールリングとの間に存在する、組み合わせシールリングの密封空間への、泥水等の異物の侵入を効果的に防止できる。即ち、本発明の密封装置である組み合わせシールリングの場合、ラビリンスシールを、外径側シールリングと内径側シールリングとの間に存在する密封空間の外部空間側に設けている為、ラビリンスシールを通過して、外部空間から密封空間迄入り込む異物（スプラッシュ）の量を、僅少に抑えられる。弾性材製のラビリンスリップによりラビリンス隙間の幅を狭くできる為、ラビリンスシールを通過する異物の量を僅少に抑えられる。この結果、本発明の密封装置は長期間に亙り良好な密封性能を得られ、この密封装置を装着した、密封装置付きハブユニット軸受の耐久性を確保できる。
また、内径側シールリングを製造する工程において加硫成形が完了した内径側シールリングを成形金型から取り出す場合、シールリップとラビリンスリップとの間にある部分は、ラビリンスリップを変形させて引き抜く必要がある（所謂無理抜き）。本発明では、内径側シールリングの第１シールリップとラビリンスリップとの間の部分において内径側円輪部の外径面を覆う部分のシール部材の最小外径と、内径側円輪部の外径との厚さを、ラビリンスリップの基端部の厚さ以上に設けている。このため、無理抜きした場合でも、シール部材を強固に固定することができる。更に、本発明では、ラビリンスリップの軸方向外部側面においてラビリンスリップの基端部よりも小径となる位置に、軸方向内部側に凹むシール凹部を設けている。このため、無理抜き時にラビリンスリップを容易に変形することができる。
また、ラビリンスシールのラビリンス隙間を、内径側シールリングの第１シールリップの先端部の厚さ以下に設けている。このため、ラビリンスシールを通過する泥水の量を抑制すると共に、ラビリンスシールを通過した泥水がシールリップの摺接点に到達するのを防止することができる。

第１実施形態を示す、組み合わせシールリングの断面図（自由状態）。 内径側シールリングの製造方法を説明する金型の断面図。 図１を、シールリップが芯金に摺接した状態を示す断面図。 第２実施形態を示す、組み合わせシールリングの断面図。 従来構造の１例を示す、密封装置付ハブユニット軸受の断面図。 従来構造の１例を示す、組み合わせシールリングの断面図。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態を示している。本実施形態を含めて本発明の密封装置である組み合わせシールリング１０ａ、及び密封装置付ハブユニット軸受の特徴は、ラビリンスリップ３１及びグリースリップ３２を設ける事により、組み合わせシールリング１０ａのシール性能を長期間に亙って良好に保ち、密封装置付ハブユニット軸受の耐久性を向上する構造にある。その他の部分の構成及び作用に就いては、前述の図５，６に示した組み合わせシールリング１０及び密封装置付ハブユニット軸受１と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
尚、本実施形態の組み合わせシールリング１０ａは、図１〜４の左側（外径側円輪部１８の側）を内部空間８と隣接させた状態で密封装置付ハブユニット軸受に装着される。従って、本明細書及び請求項に於いては、軸方向に関して、図１〜４の左側を内部側と言う。反対に、異物が存在する外部空間側となる図１〜４の右側（内径側円輪部２３ａの側）を、外部側と言う。

本実施形態の組み合わせシールリング１０ａは、１対のシールリングである、外径側シールリング１４ａと内径側シールリング１５ａとを組み合わせて、断面矩形で全体を円環状に構成している。外径側シールリング１４ａは、外径側芯金１６とシール部材１９ａとを備えている。外径側芯金１６は、軟鋼板等の金属板を折り曲げる事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成しており、円筒形状である外径側円筒部１７と、外径側円筒部の軸方向内部側の端縁（図１の左側の縁）から径方向内側に延びる外径側円輪部１８とから成る。シール材１９ａは、ゴムの如き弾性材製で、外径側円輪部１８に対して全周に亙って加硫成形されており、外径側円輪部１８の内周縁にシールリップ２０ｃとグリースリップ３２とを有し、外径側円輪部１８の外周縁にシール凸条３３を有している。グリースリップ３２は、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちで最も内部空間８寄りに位置するシールリップ２０ｃよりも、さらに軸方向内部側（内部空間８側）に位置している。

内径側シールリング１５ａは、内径側芯金２１ａとシール部材２４ａとを備えている。内径側芯金２１ａは、軟鋼板等の金属板を折り曲げる事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成しており、円筒形状である内径側円筒部２２と、内径側円筒部の軸方向外部側の端縁（図１の右側の縁）から径方向外側に延びる内径側円輪部２３ａとから成る。内径側円輪部２３ａの外径寄り部分には、軸方向内部側に凹ませた、円輪状の芯金凹部３０を形成している。シール材２４ａは、ゴムの如き弾性材製で、芯金凹部３０に対して全周に亙って加硫成形されており、芯金凹部３０の軸方向内部側面にシールリップ２０ｂを有し、芯金凹部３０の外周縁にシールリップ２０ａ及びラビリンスリップ３１を有している。ラビリンスリップ３１は、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちで最も外部空間寄りに位置するシールリップ２０ａよりも、さらに軸方向外部側（外部空間側）に位置している。

外径側シールリング１４ａと内径側シールリング１５ａとを組み合わせた状態では、外径側シールリング１４ａを構成するシールリップ２０ｃ及びグリースリップ３２の先端部が、内径側芯金２１ａを構成する内径側円筒部２２の外周面に、全周に亙って摺接する。一方、内径側シールリング１５ａを構成するシールリップ２０ａ，２０ｂの先端部が、外径側芯金１６を構成する外径側円筒部１７の内周面及び外径側円輪部１８の軸方向内部側面に、それぞれ全周に亙って摺接する。更に、ラビリンスリップ３１の先端部が、外径側円筒部１７の軸方向外部側の端部内周面に対して径方向に近接対向して、軸方向のラビリンスシール３４を形成している。尚、図１は、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及びグリースリップ３２の自由状態での形状を示している。

組み合わせシールリング１０ａは、前述した図５に示した密封装置付ハブユニット１の開口部を塞ぐ密封装置として、内部空間８の端部開口（図５の右側の開口部）に装着される。具体的には、外輪２の軸方向端部の内周面に外径側シールリング１４ａを構成する外径側円筒部１７を内嵌固定し、ハブ３の軸方向端部の外周面に内径側シールリング１５ａを構成する内径側円筒部２２を外嵌固定している。更に、外径側円輪部１８の外周部に設けられたシール凸部３３は、外径側円筒部１７の外周面よりも径方向外側に突出しており、外輪２の内周面に、全周に亙って弾性変形した状態で当接する。これにより、外輪２と外径側円筒部１７との嵌合面（金属嵌合）から、泥水等の異物が内部空間８に侵入する事を防止している。

図２は、内径側シールリング１５ａを製造する工程に於いて、内径側芯金２１ａにシール部材２４ａを加硫成形する金型を示している。シール部材２４ａを加硫成形する成形金型は、上型４０と下型４１とを組み合わせる事により構成されており、内径側芯金２１ａをキャビティ４２内にセットした状態で、シールリップ２０ａ，２０ｂ及びラビリンスリップ３１を内径側芯金２１ａに加硫接着している。
加硫成形が完了した内径側シールリング１５ａを成形金型から取り出す場合、上型４０のうちで、シールリップ２０ａとラビリンスリップ３１との間にある部分は、ラビリンスリップ３１を変形させて引き抜く必要がある（所謂無理抜き）。従って、シール部材２４ａを強固に芯金凹部３０に接着固定する為、シールリップ２０ａとラビリンスリップ３１の間の最小径部分と、内径側円輪部２３ａ（芯金凹部３０）の外径との厚さＴ２４を、ラビリンスリップ３１の基端部の厚さＴ３１以上としている（Ｔ２４≧Ｔ３１）。更に、無理抜き時にラビリンスリップ３１が変形容易とする為に、ラビリンスリップ３１の軸方向外部側面で、基端部よりも若干小径となる位置に、軸方向内部側に凹んだシール凹部３５を設けている。

又、内径側円輪部２３ａ（芯金凹部３０）の外径縁は、金属板をプレス加工により成形する際のブランキング時のせん断面及び破断面であり、加硫接着剤の載りが悪く、成形ゴム材を接着固定できない。本実施形態では、内径側円輪部２３ａの外径側を軸方向内部側に凹ませた芯金凹部３０を設け、この芯金凹部３０の軸方向両側面にラビリンスリップ３１の根元部分を強固に接着固定しているため、前述したラビリンスリップ３１の無理抜きを容易にしている。
尚、内径側円輪部２３ａの内径側部分と、外径側円筒部１７の軸方向外部側の端面と、ラビリンスリップ３１の軸方向外部側面とは、同一面上に位置している。本構成により、組み合わせシールリング１０ａを密封装置付ハブユニット軸受に装着する際、内径側芯金２１ａと外径側芯金１６とを同時に押して、１度の圧入工程により組み合わせシールリング１０ａを位置決め可能としている。

図３は、各シールリング１４ａ，１５ａを組み合わせた状態に於いて、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及びグリースリップ３２が変形した（摺接面に接触した）状態を示している。シールリップ２０ａは、スプラッシュの水圧によりシールリップ２０ａの緊迫力が高まる断面Ｕ字状のシールリップ形態であり、単純にラビリンスリップを設けてしまうとシールリップ２０ａに水圧が掛からないままに摺接点に泥水が到達する状態となる為、逆に耐泥水性能が低下してしまう場合がある。本実施形態では、シールリップ２０ａには水圧が掛からない事を前提として、ラビリンスシール３４を通過する泥水の量を抑制すると共に、ラビリンスシール３４を通過した泥水がシールリップ２０ａの摺接点に到達するのを防止している。具体的には、ラビリンスシール３４の径方向隙間Ｌ３４を、シールリップ２０ａの先端部の厚さＴ２０ａ以下（Ｌ３４≦Ｔ２０ａ）としており、好ましくはシールリップ２０ａの先端部の厚さの１／２以下（Ｌ３４≦（Ｔ２０ａ／２））とする。更に、ラビリンスリップ３１の先端部の軸方向内部側面と、摺接状態のルールリップ２０ａの摺接点との軸方向距離Ｌ１を、十分に確保している（例えは、Ｌ１≧（Ｌ３４×５））。

又、各シールリップ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、その先端部を外部空間側に向けた状態で摺接面を移動する外向きリップである為、内部空間８に封入されたグリースは、外部空間に漏洩し易い。本実施形態では、内径側円筒部２２に摺接するグリースリップ３２が、基端部を外径側円輪部１８の内径部に有して、先端部を径方向内側に向かうに従い軸方向内部側に延ばす内向きリップである。本構成により、グリースの漏洩を防止して、密封装置付ハブユニット軸受の耐久性を維持している。

上述の様に構成する、本実施形態の組み合わせシールリング１０ａ、及び組み合わせシールリング１０ａを組み込んだ密封装置付ハブユニット軸受によれば、外径側シールリング１４ａと内径側シールリング１５ａとの間に存在する、密封空間２６への、泥水等の異物の侵入を効果的に防止できる。即ち、泥水等の異物が存在する外部空間と、最も外部空間側に設けられたシールリップ２０ａとの間に、ラビリンスシール３４を設ける事により、スプラッシュがシールリップ２０ａの摺接点まで到達するのを防止している。この為、ラビリンスシール３４を通過して、密封空間２６から内部空間８迄入り込む異物の量を僅少に抑えられる。

更に、ラビリンスシール３４は、弾性材製のラビリンスリップ３１の先端部を相手面に近接対向させており、仮に相手面と軽く擦れ合っても、自身及び相手面に著しい損傷を与える事はない。従って、ラビリンス隙間Ｌ３４の幅を狭くして、ラビリンスシール３４を通過する異物の量を僅少に抑え、長期間に亙り良好なシール性能を得られる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態を示している。本実施形態の組み合わせシールリング１０ｂの場合、内径側シールリング１５ｂを構成する芯金凹部３０ａを、径方向外側に向かうに従い軸方向内部側に傾斜して延びる傾斜面とし、この芯金凹部３０ａに、ラビリンスリップ３１ａの根元部を加硫接着している。
又、ラビリンスリップ３１ａの先端面を、外径側円筒部１７の軸方向外部側の端部内周面に形成した面取りと近接対向する傾斜面として、傾斜したラビリンス隙間Ｌ３４ａを有するラビリンスシール３４ａを形成している。本構成により、ラビリンスシール３４ａを通過した泥水等の異物が、シールリップ２０ａの摺接点に到達するのを効果的に防止している。
その他の構成及び作用効果は、前述した第１実施形態と同様である。

本発明は、軸受ユニットの内部空間の端部開口を塞ぐ密封装置として、好適に実施できる。又、本発明の密封装置を装着した、密封装置付ハブユニット軸受は、自動車の車輪を懸架装置に対して支持する為の車輪支持用軸受ユニットとして実施する事が、その作用・効果を十分に得る面から好ましい。
尚、上述した第１及び第２実施形態の各個別の構成は、相互に置き換えて利用可能である。

１ 密封装置付ハブユニット軸受
２ 外輪
３ ハブ
４ 外輪軌道
５ 内輪軌道
６ 玉
７ 回転フランジ
８ 内部空間
９ シールリング
１０、１０ａ、１０ｂ 組み合わせシールリング
１１ 芯金
１２ シール部材
１３ シールリップ
１４、１４ａ 外径側シールリング
１５、１５ａ、１５ｂ 内径側シールリング
１６ 外径側芯金
１７ 外径側円筒部
１８ 外径側円輪部
１９、１９ａ シール部材
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ シールリップ
２１，２１ａ，２１ｂ 内径側芯金
２２ 内径側円筒部
２３，２３ａ，２３ｂ 内径側円輪部
２４，２４ａ，２４ｂ シール材
２５ エンコーダ
２６ 密封空間
３０，３０ａ 芯金凹部
３１，３１ａ ラビリンスリップ
３２ グリースリップ
３３ シール凸条
３４，３４ａ ラビリンスシール
３５ シール凹部
４０ 上型
４１ 下型
４２ キャビティ

Claims (3)

1. 外径側シールリングと内径側シールリングとを組み合わせて成り、
   前記外径側シールリングは、外径側芯金とシールリップとを備え、全体を円環状に構成された前記外径側芯金は、外径側円筒部と、前記外径側円筒部の軸方向端縁から径方向内側に延びる外径側円輪部とから成り、
   前記内径側シールリングは、内径側芯金とシール部材とを備え、全体を円環状に構成された前記内径側芯金は、内径側円筒部と、前記内径側円筒部の軸方向端縁から径方向外側に延びる内径側円輪部とから成り、前記シール部材は、第１シールリップと、第２シールリップと、ラビリンスリップとを有し、
   前記外径側シールリングのシールリップが、前記内径側円筒部に摺接しており、前記内径側シールリングの第１シールリップが、前記外径側円筒部に摺接し、前記内径側シールリングの第２シールリップが、前記外径側円輪部に摺接している密封装置であって、
   前記外径側円輪部の内周縁にグリースリップを設け、前記グリースリップの先端部は、径方向内側に向かうに従い軸方向内部側に延びた状態で、前記内径側円筒部に対して全周に亙って摺接しており、
   前記内径側円輪部の外周縁に前記ラビリンスリップを設け、前記ラビリンスリップの先端部は、前記外径側円筒部の軸方向外部側の内周面に対して全周に亙って近接対向して、ラビリンスシールを形成し、
   前記内径側シールリングの第１シールリップと前記ラビリンスリップとの間の部分において前記内径側円輪部の外径面を覆う部分の前記シール部材の最小外径と、前記内径側円輪部の外径との厚さを、前記ラビリンスリップの基端部の厚さ以上に設け、
   前記ラビリンスリップの軸方向外部側面において前記ラビリンスリップの基端部よりも小径となる部分に、軸方向内部側に凹むシール凹部を設け、
   前記ラビリンスシールのラビリンス隙間を、前記内径側シールリングの第１シールリップの先端部の厚さ以下に設けている事を特徴とする密封装置。
2. 前記ラビリンスリップの先端面を傾斜面に設けて、前記ラビリンス隙間を傾斜して形成している、請求項１に記載した密封装置。
3. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有するハブと、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記転動体を設置した内部空間の端部開口を塞ぐ組み合わせシールリングとを備え、
   前記組み合わせシールリングが、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した密封装置である密封装置付ハブユニット軸受。

Images