JP2012193847A - 転がり軸受、スロットルバルブ装置及びａｂｓ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シール部材が受ける外圧が高い状況下での使用に耐えうる高い密封性能を有する転がり軸受、並びに、該転がり軸受を備えるスロットルバルブ装置及びＡＢＳ装置を提供する。
【解決手段】芯金１１に、Ｖ形溝１９の外周側の溝面１９ａに沿って延びる屈曲部２０と、屈曲部２０の内周側の端部からＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びる内周縁部２１とを設け、内周縁部２１の端部と内輪２の外周面２ａとの間の領域に半径方向の隙間を設けたので、シール部材８、９の内周部１５の剛性が確保され、外圧によるリップ部１４の捲れ上がりを効果的に防止することができる。
【選択図】図１
【解決手段】芯金１１に、Ｖ形溝１９の外周側の溝面１９ａに沿って延びる屈曲部２０と、屈曲部２０の内周側の端部からＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びる内周縁部２１とを設け、内周縁部２１の端部と内輪２の外周面２ａとの間の領域に半径方向の隙間を設けたので、シール部材８、９の内周部１５の剛性が確保され、外圧によるリップ部１４の捲れ上がりを効果的に防止することができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、高い密封性能を有する転がり軸受、並びに、該転がり軸受を備えるスロットルバルブ装置及びＡＢＳ装置に関する。なお、本発明において、「ＡＢＳ」は、アンチロックブレーキシステム（Anti-lock Brake System）を指す。
例えば、内燃機関のスロットルバルブ装置においては、スロットルシャフトの両端部が転がり軸受によって支持される構造が知られている。このような圧力変化に晒される転がり軸受においては、内輪と外輪との間の環状空間を密封するシール構造に高い密封性能が要求される。そして、特許文献１には、内輪と外輪との間の環状空間が軸心方向へ対向して配置された一対の環状のシール部材によって密封されるシール構造が開示されている（特許文献１の特に図６参照）。このシール構造においては、一対のシール部材のうち、一方のシール部材が外側から大気圧を上回る高い圧力を受けると、このシール部材のリップ部が環状空間側へ捲れ上がり、その結果、環状空間の内部の圧力が上昇し、他方のシール部材が外側へ捲れ上がり、転がり軸受から脱落するおそれがある。
そこで、従来、一方のシール部材に外側から大気圧を上回る高い圧力が加わり、リップ部が環状空間側へ移動された場合であっても、このリップ部の移動を内輪の外周面に設けた段差部によって規制するように構成された転がり軸受が存在する（特許文献１の特に図１参照）。しかしながら、この転がり軸受においては、段差部、すなわち、リップ部が接触する部分は、切削仕上がりになっており、研磨による仕上げよりも面精度が劣るため、高い密封性能を得ることが困難である。
また、段差部を研磨する方法もあるが、センタレス加工による研磨仕上げができないため、製造コストが増加する。
また、段差部を研磨する方法もあるが、センタレス加工による研磨仕上げができないため、製造コストが増加する。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、シール部材が受ける外圧が高い状況下での使用に耐えうる高い密封性能を有する転がり軸受、並びに、該転がり軸受を備えるスロットルバルブ装置及びＡＢＳ装置を提供することを課題としてなされたものである。
上記課題を解決するために、本発明の転がり軸受は、内輪と外輪との間の環状の空間が軸心方向へ対向して配置された一対の環状のシール部材によって密封されるシール構造を備える転がり軸受であって、前記一対のシール部材のうちの少なくとも一つは、芯金と前記芯金の外側面を覆うように形成された弾性部材とによって構成され、前記内輪の外周面に密着されるリップ部が形成された内周部を有し、前記弾性部材によって構成された前記内周部の外側の部分には、軸心を中心とする環状のＶ形溝が形成されており、前記芯金は、前記Ｖ形溝の外周側の環状の溝面に沿って延びる屈曲部と、前記屈曲部の内周側の端部から前記Ｖ形溝の底部稜線を越えて半径方向へ延びる内周縁部とを有し、前記内周縁部の端部と前記内輪の外周面との間の領域に半径方向の隙間を有する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明のスロットルバルブ装置は、請求項１−４のいずれかに記載の転がり軸受を備えるスロットルバルブ装置であって、スロットルバルブが固定されたスロットルシャフトは、前記転がり軸受を介してスロットルハウジングに支持されることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明のＡＢＳ装置は、請求項１−４のいずれかに記載の転がり軸受を備えるＡＢＳ装置であって、ＡＢＳポンプ駆動用の電動モータの駆動軸は、前記転がり軸受を介してモータハウジングに支持されることを特徴とする。
本発明によれば、シール部材が受ける外圧が高い状況下での使用に耐えうる高い密封性能を有する転がり軸受、並びに、該転がり軸受を備えるスロットルバルブ装置及びＡＢＳ装置を提供することができる。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、以下の説明における軸心とは、図１における左右方向へ延びる転がり軸受１の軸心（回転軸）を指し、また、軸平面とは軸心を含む平面を指し、軸直角平面とは軸心に対して直交する平面を指す。
図１は、第１実施形態の転がり軸受１の軸平面による断面図である。この図に示されるように、転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２の軌道面２ｂと外輪３の軌道面３ｂとの間に収容される複数個の転動体４（鋼球）と、これら転動体４が軌道面２ｂ，３ｂ上で所定間隔を保つように保持するリテーナ５と、軸心方向（図１における左右方向）に対向して配置されて内輪２と外輪３との間に環状空間７を形成する一対のシール部材８，９と、を有する。内輪２の外周面２ａは、一定の直径を有する円筒面を有しており、該円筒面は、内輪２の軌道面２ｂの軸心方向両側から各シール部材８，９に向かって延びている。
本発明の第１実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、以下の説明における軸心とは、図１における左右方向へ延びる転がり軸受１の軸心（回転軸）を指し、また、軸平面とは軸心を含む平面を指し、軸直角平面とは軸心に対して直交する平面を指す。
図１は、第１実施形態の転がり軸受１の軸平面による断面図である。この図に示されるように、転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２の軌道面２ｂと外輪３の軌道面３ｂとの間に収容される複数個の転動体４（鋼球）と、これら転動体４が軌道面２ｂ，３ｂ上で所定間隔を保つように保持するリテーナ５と、軸心方向（図１における左右方向）に対向して配置されて内輪２と外輪３との間に環状空間７を形成する一対のシール部材８，９と、を有する。内輪２の外周面２ａは、一定の直径を有する円筒面を有しており、該円筒面は、内輪２の軌道面２ｂの軸心方向両側から各シール部材８，９に向かって延びている。
シール部材８は、環状空間７に沿って環状に形成され、ニトリルゴム等により構成されるゴム系の弾性部材１０を、金属製の芯金１１と一体成形することで得られる。シール部材８は、外輪３の内周面３ａの図１における軸方向左側の端部に形成された環状の嵌合溝１２に嵌合される外周部１３と、内輪２の外周面２ａに密着されるリップ部１４を有する内周部１５と、外周部１３と内周部１５との間に形成されて軸直角平面に対して平行に配置される中間部１６とを含む。なお、図１に示されるように、弾性部材１０は、芯金１１の外側表面を覆うように形成されている。
シール部材８の外周部１３には、軸直角平面に対して平行な嵌合溝１２の第１シール面１２ａに密着される第１密着面１３ａと、第１シール面１２ａに対して約４５°の開き角度を有する第２シール面１２ｂに密着される角部１３ｂと、角部１３ｂと中間部１６の外側面１６ａとを接続する傾斜面１３ｃと、外輪３の内周面３ａに対して略面一に配置されるフランジ面１３ｄとが形成される。また、外周部１３は、芯金１１の外周縁部を環状空間７側（図１における右側）へ直角に屈曲させて形成した環状のフランジ部１７によって嵌合溝１２へ押し付けられている。なお、図１に示されるように、芯金１１のフランジ部１７は、弾性部材１０によって被覆されている。また、嵌合溝１２と外周部１３との間には既定の環状の空間１８が形成される。
図１及び図２に示されるように、シール部材８の内周部１５には、弾性部材１０に形成される外側面に、軸心を中心とする環状のＶ形溝１９が形成される。このＶ形溝１９は、中間部１６の外側面１６ａと連続する外周側の溝面１９ａと、リップ部１４の外周側の面（内輪２の外周面２ａに密着させる側の面１４ａとは反対側の面）に形成された内周側の溝面１９ｂとを有し、開き角度が９０°以下に設定されている。芯金１１は、中間部１６の内周側の端部から溝面１９ａに沿うように屈曲させた屈曲部２０と、この屈曲部２０の内周側の端部から軸心へ向けてＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びる内周縁部２１とを有する。なお、図２に示されるように、芯金１１の内周縁部２１の端面２１ａと内輪２の外周面２ａの間には、半径方向（図２における上下方向）へ一定間隔を有する隙間Kが形成される。
図２に示されるように、芯金１１の内周縁部２１は、弾性部材１０の内周側に形成された環状の基部２２によって被覆されている。この弾性部材１０の基部２２は、内輪２の外周面２ａと芯金１１の内周縁部２１の端面２１ａとの間に配置されて内輪２の外周面２ａとの間に半径方向へ一定の間隔を有する隙間Kが形成される面２２ａを有する。上記リップ部１４は、基部２２から外側且つ内周側へ向けて延び、リップ部１４の密着面１４ａと基部２２の面２２ａとの稜線を含む軸直角平面Lは、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを含む軸直角平面Hに対して軸方向内側（図２における右側）に位置される。
そして、第１実施形態では、リップ部１４の密着面１４ａは、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下に設定され、さらに、内輪２のリップ部１４が密着される面（外周面２ａ）は、断面曲線の最大断面高さ(Pt) が3.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が0.25μm 以下に設定される。また、図２に示されるように、第１実施形態では、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを含む軸直角平面H（外側の軸直角平面）と芯金１１の内周縁部２１の内側面２１ｂを含む軸直角平面J（内側の軸直角平面）との間の範囲（図２における軸方向H−J 間）で、弾性部材１０と内輪２の外周面２ａとの間に、半径方向（図２における上下方向）の隙間Kが形成されるように構成されている。Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを含む軸直角平面H（外側の軸直角平面）と芯金１１の内周縁部２１の内側面２１ｂを含む軸直角平面J（内側の軸直角平面）との間の範囲（図２における軸方向H−J 間）に隙間Kを設けないと、内輪２の外周面２ａと基部２２の面２２ａ（シール）との間に押圧力が発生し、転がり軸受１の回転トルクが大きくなってしまう。
図２では、リップ部１４が変形していない状態を示しているので、リップ部１４先端は内輪２の外周面２ａに干渉しているように表わされている。実際にシール部材８を組み付けたときは、リップ部１４は内輪２に押されて弾性変形するので、内輪２とシール部材８の間に押圧力が発生し、リップ部１４が内輪２に密着して高い気密性が得られる。ここで、シール部材８，９にＶ形溝１９が形成されていないと、変形したリップ部１４が逃げる空間がなくなり、必要以上の押圧力が発生するので、転がり軸受１の回転トルクが大きくなってしまう。
図２では、リップ部１４が変形していない状態を示しているので、リップ部１４先端は内輪２の外周面２ａに干渉しているように表わされている。実際にシール部材８を組み付けたときは、リップ部１４は内輪２に押されて弾性変形するので、内輪２とシール部材８の間に押圧力が発生し、リップ部１４が内輪２に密着して高い気密性が得られる。ここで、シール部材８，９にＶ形溝１９が形成されていないと、変形したリップ部１４が逃げる空間がなくなり、必要以上の押圧力が発生するので、転がり軸受１の回転トルクが大きくなってしまう。
なお、外周部１３が外輪３の内周面３ａの図１における軸方向右側の端部に形成された環状の嵌合溝２３に嵌合されるシール部材９は、シール部材８と構造が同一であるので、詳細な説明を省略する。また、第１実施形態の転がり軸受１は、シール部材８，９を除く構造が従来技術と同一であるため、明細書の記載を簡潔にすることを目的として、シール部材８，９を除く構造の詳細な説明を省略する。
次に、第１実施形態の作用を説明する。
ここでは、転がり軸受１のシール構造に外圧（空気圧）が付与される空気漏れ試験の試験結果を考察する。また、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１との比較対象として、図３、図４及び図５に示される従来の転がり軸受３１，４１及び５１の空気漏れ試験を実施する。
ここでは、転がり軸受１のシール構造に外圧（空気圧）が付与される空気漏れ試験の試験結果を考察する。また、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１との比較対象として、図３、図４及び図５に示される従来の転がり軸受３１，４１及び５１の空気漏れ試験を実施する。
なお、図３に示される転がり軸受３１は上述した特許文献１の図１に、図４に示される転がり軸受４１は上述した特許文献１の図６に、図５に示される転がり軸受５１は上述した特許文献１の図３に相当し、ここでは、各々の転がり軸受３１，４１及び５１の詳細な説明は省略する。また、各転がり軸受３１，４１及び５１において第１実施形態の転がり軸受１と相当する構成については、図１に示される転がり軸受１と同一の名称及び符号を付与する。
実施例１および比較例１〜３のゴムシールリップ部１４および内輪２外周面２ａの表面粗さは表１のとおりである。各試料について、３個ずつ測定を行った。
表中の断面曲線の最大断面高さ（Ｐｔ）、粗さ曲線の算術平均高さ(Ra) 及び粗さ曲線の最大高さ(Rz) は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１ による。
実施例１および比較例１〜３のゴムシールリップ部１４および内輪２外周面２ａの表面粗さは表１のとおりである。各試料について、３個ずつ測定を行った。
表中の断面曲線の最大断面高さ（Ｐｔ）、粗さ曲線の算術平均高さ(Ra) 及び粗さ曲線の最大高さ(Rz) は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１ による。
図６及び図７は、今回の空気漏れ試験で使用される試験装置３２及び４２の概略構成を示す図である。図６に示される試験装置３２は、円筒形の圧力室３３を有するハウジング３４と、内輪２の内周面に嵌合される軸部３５とこの軸部３５の下端部に設けられて圧力室３３の底部に摺動可能に嵌合されるフランジ部３６とによって構成される治具３７と、圧力室３３へ負圧を供給する減圧用ポンプ３８と、を含む。試験装置３２において、試験対象となる転がり軸受１，３１，４１及び５１の外輪３の外周面３ａは、ハウジング３４の開口部（圧力室３３の上部）に形成された環状の段差部３９に嵌合される。
なお、図６に示される符号４３，４４はＯリング、符号４５は流量計、符号４６はレギュレータ及び符号４７は圧力計である。また、図７に示される試験装置４２は、図６に示される試験装置３２において、減圧用ポンプ３８を加圧用ポンプ４０に置き換えて構成したものである。そして、各転がり軸受１，３１，４１及び５１の摺動トルクは、ハウジング３４に対して軸部３５を軸心回りに相対回転させた時のトルクの測定値に基づき合否が判定される。
今回の空気漏れ試験の条件１−４を以下に示す。
（条件１）
条件１では、圧力室３３の圧力を−60 から＋129kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能（密封性能）及び摺動トルクを測定する。なお、条件１では、気密性能は、100ml/min 以下である場合に合格、100ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件２）
条件２では、圧力室３３の圧力を−60 から＋129kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件２では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件３）
条件３では、圧力室３３の圧力を＋130 から＋235kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件３では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件４）
条件４では、圧力室３３の圧力を−70 から＋300kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件４では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件１）
条件１では、圧力室３３の圧力を−60 から＋129kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能（密封性能）及び摺動トルクを測定する。なお、条件１では、気密性能は、100ml/min 以下である場合に合格、100ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件２）
条件２では、圧力室３３の圧力を−60 から＋129kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件２では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件３）
条件３では、圧力室３３の圧力を＋130 から＋235kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件３では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
（条件４）
条件４では、圧力室３３の圧力を−70 から＋300kPa まで変化させた場合の各転がり軸受１，３１，４１及び５１の気密性能及び摺動トルクを測定する。なお、条件４では、気密性能は、0.5ml/min 以下である場合に合格、0.5ml/min を超える場合に不合格とする。
図８に、条件１−４で実施した空気漏れ試験の試験結果を示す。なお、図表中における○は合格、×は不合格、△は気密性能は合格であるが摺動トルクが不合格（大）であったことを示す。
（条件１）
条件１では、全ての転がり軸受１，３１，４１及び５１において、気密性能（密封性能）が100ml/min 以下であったが、転がり軸受５１については、摺動トルクが過大であった。これは、図５に示される転がり軸受５１は、他の転がり軸受１，３１及び４１のように、シール部材８，９にＶ形溝１９が形成されていないため、シール部材８，９の内周部１５が芯金１１によってより大きい力で内輪２の外周面に押し付けられているからであると推測される。
（条件１）
条件１では、全ての転がり軸受１，３１，４１及び５１において、気密性能（密封性能）が100ml/min 以下であったが、転がり軸受５１については、摺動トルクが過大であった。これは、図５に示される転がり軸受５１は、他の転がり軸受１，３１及び４１のように、シール部材８，９にＶ形溝１９が形成されていないため、シール部材８，９の内周部１５が芯金１１によってより大きい力で内輪２の外周面に押し付けられているからであると推測される。
（条件２）
条件２では、図３に示される転がり軸受３１、図４に示される転がり軸受４１および図５に示される転がり軸受５１が0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができなかった。転がり軸受３１は、リップ部１４が内輪２の段差部２５に接触しており、この段差部２５は、センタレス加工による研磨仕上げができず、面が切削によって仕上られているため、研磨による仕上げ面と比較して面精度が低く、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。一方、転がり軸受４１と５１については、リップ部１４の密着面の粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。
条件２では、図３に示される転がり軸受３１、図４に示される転がり軸受４１および図５に示される転がり軸受５１が0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができなかった。転がり軸受３１は、リップ部１４が内輪２の段差部２５に接触しており、この段差部２５は、センタレス加工による研磨仕上げができず、面が切削によって仕上られているため、研磨による仕上げ面と比較して面精度が低く、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。一方、転がり軸受４１と５１については、リップ部１４の密着面の粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。
（条件３）
条件３では、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のみ、0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができた。図１に示される第１実施形態の転がり軸受１は、芯金１１の内周側の端部が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びているので、シール部材８の内周部１５の剛性があり、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側（軸受の内側）へ捲れ上がることがない。図４に示される転がり軸受４１のシール部材８に、図９に示されるような捲れ上がり（シール反転）が発生した。これは、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のように、芯金１１の内周側の端部が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びていない、言い換えると、芯金１１の内周側の端部の直径がＶ形溝１９の直径よりも大きいため、シール部材８の内周部１５の剛性が不足し、内輪２に図３に示されるような段差部２５が形成されていないと、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側へ捲れ上がるものと推測される。
条件３では、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のみ、0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができた。図１に示される第１実施形態の転がり軸受１は、芯金１１の内周側の端部が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びているので、シール部材８の内周部１５の剛性があり、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側（軸受の内側）へ捲れ上がることがない。図４に示される転がり軸受４１のシール部材８に、図９に示されるような捲れ上がり（シール反転）が発生した。これは、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のように、芯金１１の内周側の端部が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びていない、言い換えると、芯金１１の内周側の端部の直径がＶ形溝１９の直径よりも大きいため、シール部材８の内周部１５の剛性が不足し、内輪２に図３に示されるような段差部２５が形成されていないと、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側へ捲れ上がるものと推測される。
（条件４）
条件４では、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のみ、0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができた。図１に示される第１実施形態の転がり軸受１は、芯金１１の内周縁が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びているので、シール部材８の内周部１５の剛性が確保され、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側（軸受の内側）へ捲れ上がることがない。しかし、図４に示される転がり軸受４１のシール部材８には、図９に示されるような捲れ上がり（シール反転）が発生した。これは、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のように、芯金１１の内周縁がＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びていない、言い換えると、芯金１１の内周縁の直径がＶ形溝１９の直径よりも大きいため、シール部材８の内周部１５の剛性が不足し、図３に示されるような段差部２５が内輪２に形成されていないと、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側へ捲れ上がるものと推測される。図５に示される転がり軸受５１については、シール部材８の捲れ上がり（シール反転）こそ発生しなかったものの、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。また、図３に示される転がり軸受３１は、リップ部１４が内輪２の段差部２５に接触しており、この段差部２５にはセンタレス加工による研磨仕上げが行えず、面が切削によって仕上られているため、研磨による仕上げ面と比較して面精度が低く、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。
条件４では、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のみ、0.5ml/min 以下の気密性能を確保することができた。図１に示される第１実施形態の転がり軸受１は、芯金１１の内周縁が、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びているので、シール部材８の内周部１５の剛性が確保され、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側（軸受の内側）へ捲れ上がることがない。しかし、図４に示される転がり軸受４１のシール部材８には、図９に示されるような捲れ上がり（シール反転）が発生した。これは、図１に示される第１実施形態の転がり軸受１のように、芯金１１の内周縁がＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて半径方向へ延びていない、言い換えると、芯金１１の内周縁の直径がＶ形溝１９の直径よりも大きいため、シール部材８の内周部１５の剛性が不足し、図３に示されるような段差部２５が内輪２に形成されていないと、シール部材８の内周部１５が圧力が低い側へ捲れ上がるものと推測される。図５に示される転がり軸受５１については、シール部材８の捲れ上がり（シール反転）こそ発生しなかったものの、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。また、図３に示される転がり軸受３１は、リップ部１４が内輪２の段差部２５に接触しており、この段差部２５にはセンタレス加工による研磨仕上げが行えず、面が切削によって仕上られているため、研磨による仕上げ面と比較して面精度が低く、リップ部１４の密着面が、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下という条件を満たしていなかったため、リップ部１４の十分な密着力が得られなかった結果であると推測される。
第１実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、芯金１１に、Ｖ形溝１９の外周側の溝面１９ａに沿って延びる屈曲部２０と、屈曲部２０の内周側の端部から軸心へ向けてＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて延びて端部が内輪２の外周面２ａに対して半径方向の隙間を有する内周縁部２１とを設けたので、シール部材８、９の内周部１５の剛性が確保され、リップ部１４の外圧に対する捲れ上がりを効果的に防止することができる。
また、リップ部１４の密着面１４ａを、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下とし、内輪２のリップ部１４が密着される面（外周面２ａ）を、断面曲線の最大断面高さ(Pt) が3.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が0.25μm 以下とし、さらに、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを含む外側の軸直角平面と芯金１１の内周縁部２１の内側面２１ｂを含む内側の軸直角平面との間の範囲（軸方向H-J 間）で、弾性部材１０と内輪２の外周面２ａとの間に半径方向の隙間が形成されるように構成し、シール部材８、９にＶ形溝１９を設けて変形したリップ部１４が逃げる空間を確保したので、シール構造の気密性能（密封性能）を確保しつつ、好適な摺動トルクを得ることができる。
また、シール部材８，９のリップ部１４が密着される内輪２の外周面２ａは、内輪の軌道面に連続する面である、言い換えると、内輪２の外周面２ａは、図３に示される転がり軸受３１のような段差部２５を持たないので、内輪２のリップ部１４が接触する部分を、センタレス加工によって研磨仕上げすることができる。したがって、段差部２５を研削仕上げする場合と比較して、製造コストを削減することができる。また、研磨による仕上面は、切削による仕上面よりも面精度が高いため、要求される気密性能（密封性能）を確保することができる。また、シール部材８を軸受１の両側ではなく、転がり軸受１内の空間と圧力差が生じる側にのみ取り付けて、他方側には通常のシール部材を取り付けた構成としても気密性能を確保することができる。
本実施形態によれば、芯金１１に、Ｖ形溝１９の外周側の溝面１９ａに沿って延びる屈曲部２０と、屈曲部２０の内周側の端部から軸心へ向けてＶ形溝１９の底部稜線１９ｃを越えて延びて端部が内輪２の外周面２ａに対して半径方向の隙間を有する内周縁部２１とを設けたので、シール部材８、９の内周部１５の剛性が確保され、リップ部１４の外圧に対する捲れ上がりを効果的に防止することができる。
また、リップ部１４の密着面１４ａを、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下とし、内輪２のリップ部１４が密着される面（外周面２ａ）を、断面曲線の最大断面高さ(Pt) が3.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が0.25μm 以下とし、さらに、Ｖ形溝１９の底部稜線１９ｃを含む外側の軸直角平面と芯金１１の内周縁部２１の内側面２１ｂを含む内側の軸直角平面との間の範囲（軸方向H-J 間）で、弾性部材１０と内輪２の外周面２ａとの間に半径方向の隙間が形成されるように構成し、シール部材８、９にＶ形溝１９を設けて変形したリップ部１４が逃げる空間を確保したので、シール構造の気密性能（密封性能）を確保しつつ、好適な摺動トルクを得ることができる。
また、シール部材８，９のリップ部１４が密着される内輪２の外周面２ａは、内輪の軌道面に連続する面である、言い換えると、内輪２の外周面２ａは、図３に示される転がり軸受３１のような段差部２５を持たないので、内輪２のリップ部１４が接触する部分を、センタレス加工によって研磨仕上げすることができる。したがって、段差部２５を研削仕上げする場合と比較して、製造コストを削減することができる。また、研磨による仕上面は、切削による仕上面よりも面精度が高いため、要求される気密性能（密封性能）を確保することができる。また、シール部材８を軸受１の両側ではなく、転がり軸受１内の空間と圧力差が生じる側にのみ取り付けて、他方側には通常のシール部材を取り付けた構成としても気密性能を確保することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、図１０及び図１１に示されるように、上述した第１実施形態の転がり軸受１を内燃機関のスロットルバルブ装置６１に採用した態様を説明する。なお、第１実施形態と相当する構成については、同一の名称及び符号を付与する。
スロットルバルブ装置６１は、吸気通路６２を直径方向（図１０における左右方向）へ貫通するスロットルシャフト６３にスロットルバルブ６４が固定され、スロットルシャフト６３の両端部が転がり軸受１によって支持されている。そして、各転がり軸受１の外輪３は、ハウジング６５の嵌合溝１２に嵌合されている。なお、転がり軸受１を除く構成は従来のスロットルバルブ装置と同一であるため、ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、スロットルバルブ装置６１の詳細な説明を省略する。
本発明の第２実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、図１０及び図１１に示されるように、上述した第１実施形態の転がり軸受１を内燃機関のスロットルバルブ装置６１に採用した態様を説明する。なお、第１実施形態と相当する構成については、同一の名称及び符号を付与する。
スロットルバルブ装置６１は、吸気通路６２を直径方向（図１０における左右方向）へ貫通するスロットルシャフト６３にスロットルバルブ６４が固定され、スロットルシャフト６３の両端部が転がり軸受１によって支持されている。そして、各転がり軸受１の外輪３は、ハウジング６５の嵌合溝１２に嵌合されている。なお、転がり軸受１を除く構成は従来のスロットルバルブ装置と同一であるため、ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、スロットルバルブ装置６１の詳細な説明を省略する。
次に、第２実施形態の作用を説明する。
スロットルバルブ装置６１においては、車両の走行時（内燃機関の作動時）に、吸気通路６２内の圧力が頻繁に変化する。これにより、転がり軸受１の各シール部材８，９のうち、吸気通路６２側のシール部材（図１１に示されるシール部材８）には、エンジン構造によって、正圧または負圧が交互に付与される。このため、シール部材８に正圧が付与された場合、リップ部１４が内輪２の外周面２ａに強く押付けられ、その結果、リップ部１４と内輪２の外周面２ａとの摺動抵抗が増大し、転がり軸受１の回転抵抗もこれに伴い増大する。そして、吸気通路６２側のシール部材８に大きい正圧が付与された場合、シール部材８の内周部１５が内側へ反転して捲れ上がってしまい、シール構造の密封性能が損なわれる（図９参照）。
スロットルバルブ装置６１においては、車両の走行時（内燃機関の作動時）に、吸気通路６２内の圧力が頻繁に変化する。これにより、転がり軸受１の各シール部材８，９のうち、吸気通路６２側のシール部材（図１１に示されるシール部材８）には、エンジン構造によって、正圧または負圧が交互に付与される。このため、シール部材８に正圧が付与された場合、リップ部１４が内輪２の外周面２ａに強く押付けられ、その結果、リップ部１４と内輪２の外周面２ａとの摺動抵抗が増大し、転がり軸受１の回転抵抗もこれに伴い増大する。そして、吸気通路６２側のシール部材８に大きい正圧が付与された場合、シール部材８の内周部１５が内側へ反転して捲れ上がってしまい、シール構造の密封性能が損なわれる（図９参照）。
他方、吸気通路６２の反対側のシール部材９に大きい負圧が付与された場合、シール部材９の内周部１５が軸受１の内側へ反転して捲れ上がってしまい、シール構造の密封性能が損なわれる。
第２実施形態では、スロットルシャフト６３の両端部を上述した第１実施形態の転がり軸受１によって支持したことにより、転がり軸受１のシール構造に正圧と負圧のいずれが付与された場合であっても、要求される気密性能（密封性能）を確保することができる。さらに、吸気通路６２と転がり軸受１の環状空間７との圧力差が、−70kPa から＋300kPa までのより過酷な環境下で使用することが可能なスロットルバルブ装置６１を提供することができる。また、第２実施例では、本発明のシール部材を軸受１の両側ではなく、吸気通路６２の反対側のみに取り付けて、吸気通路６２側には通常のシール部材を取り付けた構成としても気密性能を確保することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、図１２に示されるように、上述した第１実施形態の転がり軸受１を車両のＡＢＳ装置７１に採用した態様を説明する。なお、第１実施形態と相当する構成については、同一の名称及び符号を付与する。
ＡＢＳ装置７１は、リザーバタンク内のブレーキ液を汲み上げてブレーキ装置のマスタシリンダへ供給するためのピストン７２と、このピストン７２を駆動するＡＢＳポンプ駆動用の電動モータ７３とを備えている。そして、電動モータ７３の駆動軸７４は、モータハウジング７５に取り付けられた一対の転がり軸受１によって支持されている。なお、転がり軸受１を除く構成は従来のＡＢＳ装置と同一であるため、ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ＡＢＳ装置７１の詳細な説明を省略する。
本発明の第３実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、図１２に示されるように、上述した第１実施形態の転がり軸受１を車両のＡＢＳ装置７１に採用した態様を説明する。なお、第１実施形態と相当する構成については、同一の名称及び符号を付与する。
ＡＢＳ装置７１は、リザーバタンク内のブレーキ液を汲み上げてブレーキ装置のマスタシリンダへ供給するためのピストン７２と、このピストン７２を駆動するＡＢＳポンプ駆動用の電動モータ７３とを備えている。そして、電動モータ７３の駆動軸７４は、モータハウジング７５に取り付けられた一対の転がり軸受１によって支持されている。なお、転がり軸受１を除く構成は従来のＡＢＳ装置と同一であるため、ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ＡＢＳ装置７１の詳細な説明を省略する。
次に、第３実施形態の作用を説明する。
図１２に示されるように、電動モータ７３は密閉されたモータハウジング７５内に収容されているが、駆動軸７４は、ピストン７２側（図１２における左側）へ延長され、その先端部には、ピストン７２を図１２における上下方向へ往復動作させるための偏心転がり軸受７６が組み付けられている。したがって、ピストン７２側でブレーキ液の漏洩があった場合、ピストン７２側に配置された転がり軸受１のピストン７２側のシール構造は、漏洩したブレーキ液に晒される。
図１２に示されるように、電動モータ７３は密閉されたモータハウジング７５内に収容されているが、駆動軸７４は、ピストン７２側（図１２における左側）へ延長され、その先端部には、ピストン７２を図１２における上下方向へ往復動作させるための偏心転がり軸受７６が組み付けられている。したがって、ピストン７２側でブレーキ液の漏洩があった場合、ピストン７２側に配置された転がり軸受１のピストン７２側のシール構造は、漏洩したブレーキ液に晒される。
この時、ピストン７２側に配置された転がり軸受１のピストン７２側のシール構造の液密性能（密封性能）が不足している場合、漏洩したブレーキ液がピストン７２側に配置された転がり軸受１からモータハウジング７５内へ浸入するおそれがある。そして、モータハウジング７５内へ浸入したブレーキ液が電動モータ７３のブラシ７７に到達すると、電動モータ７３が動作不良を起こすおそれがある。
第３実施形態では、電動モータ７３の駆動軸７４を上述した第１実施形態の転がり軸受１によって支持したことにより、ピストン７２側でブレーキ液の漏洩があった場合であっても、漏洩したブレーキ液がピストン７２側に配置された転がり軸受１からモータハウジング７５内へ浸入することを確実に防ぐことができる。これにより、電動モータ７３延いてはＡＢＳ装置の不具合を未然に防ぐことが可能になり、信頼性が高いＡＢＳ装置を提供することができる。なお、駆動軸７４のピストン７２側（図１２における左側）のみを第１実施形態の転がり軸受１とすることでも上記目的を達成することが可能である。さらに、ピストン７２側のシール部材のみをシール部材８とすることもできる。
なお、各実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
上述した各実施形態における転がり軸受１は、玉軸受であったが、転がり軸受１のシール構造をころ軸受に採用することもできる。
上述した各実施形態における転がり軸受１は、玉軸受であったが、転がり軸受１のシール構造をころ軸受に採用することもできる。
１ 転がり軸受、２ 内輪、２ａ 外周面（内輪）、３ 外輪、３ａ 内周面（外輪）、７ 環状空間、８，９ シール部材、１０ 弾性部材、１１ 芯金、１３ 外周部、１４ リップ部、１５ 内周部、１６ 中間部、１９ Ｖ形溝、１９ｃ 底部稜線、２０ 屈曲部、２１ 内周縁部
Claims (6)
- 内輪と外輪との間の環状の空間が軸心方向へ対向して配置された一対の環状のシール部材によって密封されるシール構造を備える転がり軸受であって、
前記一対のシール部材のうちの少なくとも一つは、
芯金と前記芯金の外側面を覆うように形成された弾性部材とによって構成され、前記内輪の外周面に密着されるリップ部が形成された内周部を有し、前記弾性部材によって構成された前記内周部の外側の部分には、軸心を中心とする環状のＶ形溝が形成されており、
前記芯金は、
前記Ｖ形溝の外周側の環状の溝面に沿って延びる屈曲部と、前記屈曲部の内周側の端部から前記Ｖ形溝の底部稜線を越えて半径方向へ延びる内周縁部とを有し、前記内周縁部の端部と前記内輪の外周面との間の領域に半径方向の隙間を有する、
ことを特徴とする転がり軸受。 - 前記内輪の外周面は、一定の直径を有する円筒面を有しており、該円筒面は、前記内輪の軌道面の両側から前記シール部材に向かって延びていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
- 前記リップ部の密着面は、粗さ曲線の最大高さ(Rz) が6.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が1.3μm 以下であり、
前記内輪の前記リップ部が密着される外周面は少なくとも、断面曲線の最大断面高さ(Pt) が3.0μm 以下で、且つ算術平均粗さ(Ra) が0.25μm 以下であることを特徴とする１又は２に記載の転がり軸受。 - 前記Ｖ形溝の底部稜線を含む外側の軸直角平面と前記芯金の内周縁部の内側面を含む内側の軸直角平面との間の範囲で、前記弾性部材と前記内輪の外周面との間に半径方向の隙間が形成されることを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の転がり軸受。
- 請求項１−４のいずれかに記載の転がり軸受を備える内燃機関のスロットルバルブ装置であって、
スロットルバルブが固定されたスロットルシャフトは、前記転がり軸受を介してスロットルハウジングに支持されることを特徴とするスロットルバルブ装置。 - 請求項１−４のいずれかに記載の転がり軸受を備える車両のＡＢＳ装置であって、
ＡＢＳポンプ駆動用の電動モータの駆動軸は、前記転がり軸受を介してモータハウジングに支持されることを特徴とするＡＢＳ装置。
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