JP2007071303A - シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール - Google Patents

Abstract

【課題】 低温時においても、高いシール性を有するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを提供する。
【解決手段】 シェル形ころ軸受に備えられたシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は、弾性を有する環状部材１２から構成されている。シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径寸法Ｂは、シェル形外輪の内径寸法Ｃに、熱収縮量を加味した締め代２Ａが加えられた寸法である。低温時においては、環状部材１２は矢印Ｗの方向に収縮するため、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径寸法はＢからＢ’まで小さくなる。しかし、外径寸法Ｂは、予め熱収縮量を加味した締め代Ａが設けられているため、収縮後においても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は、その外径寸法Ｂ’において締め代Ａ’を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、芯金無しシールに関し、特に、シェル形ころ軸受に組み込まれるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールに関する。

自動車のエンジン等へのエアー流入量を制御する装置として、スロットルバルブ装置がある。スロットルバルブ装置の一例の概略図を図５に示す。図５を参照して、スロットルバルブ装置９１は、内部に吸気通路を形成するスロットルボディ９４と、開閉により吸気量を調節するスロットルブレード９５と、スロットルブレード９５を固定するスロットルシャフト９３と、スロットルシャフト９３を回転自在に支持するシェル形ころ軸受９２とを有する。ここで、スロットルシャフト９３を支持する軸受としてシェル形ころ軸受９２を用いるのは、玉軸受等と比較して軸受の外径寸法が小さく、また、内部に密封性の高いシールを組み込むことができ、空気漏れ防止性能を有することによる。

スロットルバルブ装置９１は、スロットルシャフト９３を、ギアを介してワイヤーやモータ（図示せず）等により回転させることにより、スロットルブレード９５を開閉させ、吸気量を調整する。シェル形ころ軸受９２は、スロットルボディ９４に設けられた内径穴へ圧入され、固定されている。

ここで、上記したスロットルシャフトを支持するシェル形ころ軸受には、スロットルシャフトとの間の空気の漏れを防止するため、シールが備えられている。

図６は、シェル形ころ軸受に組み込まれたシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシールの、従来におけるフリーな状態の一部を示す断面図である。図６において、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシールの内径側に位置するスロットルシャフト（図示せず）の外径面を二点鎖線で示す。なお、この明細書中、フリーな状態とは、スロットルシャフトおよびシェル形ころ軸受に組み込まれていない状態をいう。図６を参照して、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１は、弾性を有する環状部材１０２と、金属部材で構成される芯金１０３とを有する。シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１は、芯金１０３を備えることにより、剛性を確保することができ、また、低温時において、大きく熱収縮することがなくなる。

シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１の外径寸法Ｘは、組み込まれるシェル形外輪の内径寸法Ｃに、締め代２Ｙが加えられた寸法である。締め代Ｙを設けることにより、内径穴に圧入されたときに、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１の外径面１０４が、適度な圧力で内径穴の内径面にニップして接触することができ、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１とシェル形ころ軸受との間の漏れを防止することができる。また、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１には、内径側に突出したリップ部１０５が設けられている。リップ部１０５の内径寸法Ｚは、スロットルシャフトの外径寸法Ｅよりも小さく構成されている。こうすることにより、スロットルシャフトに取り付けた際に、リップ部１０５が適度な圧力でスロットルシャフトの外径面にニップし、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１とスロットルシャフトとの間の漏れを防止することができる。

次に、上記したシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１を、シェル形ころ軸受に組み込んだ場合について説明する。図７は、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１を含むシェル形ころ軸受１１１を示す断面図であり、組み込む前のフリーな状態のシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１を点線で示す。図７を参照して、シェル形ころ軸受１１１は、シェル形外輪１１２と、複数のころ１１３と、保持器１１４と、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１とを備える。シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１は、シェル形外輪１１２とスロットルシャフトとの間に組み込まれ、備えられる。ここで、シェル形外輪１１２の内径面１１５とシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１の外径面１０４およびスロットルシャフトの外径面とリップ部１０５は適度な圧力でニップしているため、シェル形外輪１１２とスロットルシャフトとの間に漏れが生じることはない。

しかし、このようなシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１は、複数の部材から構成されるため、コストが高くなる。また、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１は剛性を有するため、シェル形ころ軸受に組み込まれた後に、取り外すことが困難である。

このような問題に対し、シェル形ころ軸受に組み込まれ、その構成材料に芯金を有しない芯金無しシールについて、特開２００４−２９３６１８号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、シェル形ころ軸受組込み用の芯金無しシールは弾性部材のみから構成されているため、コストが安く、また、シェル形ころ軸受に組み込まれた後においても、取り外しが容易である。

ここで、シェル形ころ軸受組込み用の芯金無しシールについて説明する。図８は、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの一部を示す断面図である。図８を参照して、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６は、弾性を有する環状部材１０７のみから構成されている。シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６の寸法については、上記したシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシール１０１と同様であり、外径寸法Ｘは、内径穴の内径寸法Ｃに締め代２Ｙが加えられたものであり、リップ部１０８の内径寸法Ｚは、スロットルシャフトの外径寸法Ｅよりも小さく構成されている。
特開２００４−２９３６１８号公報（段落番号００１８〜００２６、図２）

弾性部材のみから構成されるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６は、常温時においては、上記した通り、シェル形ころ軸受組込み用芯金付きシールと同様、シェル形外輪とスロットルシャフトとの間に組み込まれたときに、その間の漏れを防止することができる。しかし、低温時においては、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６は、上記した寸法関係を有しないため、その間の漏れを防止することができない。

これを、図９を用いて説明する。図９は、低温時において、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６をシェル形ころ軸受１１１に組み込んだ状態を表す断面図の一部である。なお、常温時におけるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６を点線で示す。図９を参照して、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６は、低温時において、矢印Ｗで示す方向に収縮するため、その外径寸法はＸからＸ’となり、シェル形外輪１１２の内径面１１５の内径寸法Ｃよりも小さくなる。そうすると、シェル形ころ軸受１１１に組み込んだ際に、シェル形外輪１１２の内径面１１５とシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６の外径面１０９とはニップせず、その間にすき間Ｖが生じることになる。このようなすき間Ｖがあると、シェル形ころ軸受１１１とスロットルシャフトとの間の漏れを生じさせてしまうことになる。

また、内径側のリップ部１０８についても、矢印Ｗで示す方向に収縮するため、リップ部１０８の内径寸法はＺからＺ’となり、リップ部１０８がより内径側に位置することになる。そうすると、ニップ量が大きくなり、スロットルシャフトとの食いつき量が多くなって、回転時に、スロットルシャフトとシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１０６が一緒に回転し、シール性が損なわれてしまうおそれがある。

この発明は、低温時においても、高いシール性を有するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを提供することを目的とする。

この発明に係るシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールは、シェル形外輪と複数のころとを含むシェル形ころ軸受に組み込まれ、流体の漏れを防止する。ここで、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径は、熱収縮量を加味した締め代を有する。

このように構成することにより、シェル形ころ軸受に支持される回転軸とシェル形外輪との間に配置され、組み込まれたシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールが、低温時において熱収縮し、外径が小さくなっても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径寸法は、シェル形外輪の内径面の内径寸法よりも大きいため、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径面とシェル形外輪の内径面との間にすき間が生じることはない。したがって、低温時においても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径面とシェル形外輪の内径面とが、適度な圧力でニップすることができる。

好ましくは、熱収縮量を加味した締め代の径方向の寸法をＡとし、常温におけるフリーな状態でのシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径寸法をＢとすると、０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂの関係が成り立つ。Ａを０．００５Ｂ以上とすれば、熱収縮量を考慮した最低限の締め代の寸法を確保することができる。また、Ａを０．０３０Ｂ以下とすれば、必要以上に締め代の寸法を大きくとることがなくなるため、シェル形ころ軸受への組み込みが容易となる。

より好ましくは、シェル形外輪の内径寸法をＣとすると、０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂの関係が成り立つ。こうすることにより、熱収縮をほとんど考慮する必要がないシェル形外輪との寸法関係において、最適な寸法をとることができる。

さらに好ましくは、常温におけるフリーな状態でのシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの内径寸法をＤとし、シェル形ころ軸受によって支持される回転軸の外径寸法をＥとすると、Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａの関係が成り立つ。こうすることにより、常温時において、組み込まれた際に、リップ部の内径寸法を回転軸の外径寸法よりも小さくすることができる。また、低温時においても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの回転軸への食いつきを抑えることができる。

この発明によれば、低温時において、シェル形ころ軸受に組み込まれるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールが熱収縮し、外径が小さくなっても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径寸法は、シェル形外輪の内径面の内径寸法よりも大きい。そうすると、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径面とシェル形外輪の内径面との間にすき間が生じることはない。したがって、低温時においても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径面とシェル形外輪の内径面とが適度な圧力でニップすることができる。

その結果、低温時においても、高いシール性を有するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の、常温におけるフリーな状態の一部を示す断面図である。図２を参照して、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は、弾性を有する環状部材１２のみから構成されている。シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径寸法Ｂは、シェル形外輪の内径寸法Ｃに、熱収縮量を加味した締め代２Ａが加えられた寸法である。また、内径側に突出したリップ部１４が位置するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の内径寸法Ｄは、シェル形ころ軸受によって支持される回転軸（図示せず）の外径寸法Ｅよりもやや大きく構成されている。

ここで、上記した寸法関係においては、０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂとすることが好ましい。Ａが０．００５Ｂ以上であると、低温時における最低限の締め代を確保することができる。また、Ａが０．０３０Ｂ以下であると、必要以上に締め代の寸法を大きくとることがなくなるため、組み込みが容易となる。また、０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂとしてもよい。こうすることにより、熱収縮をほとんど考慮する必要がないシェル形外輪の内径寸法Ｃとの関係において、外径寸法Ｂを規定することができる。さらに、Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａとしてもよい。ＤがＥより大きいと、低温時における収縮を考慮して、組み込み時において、回転軸との食いつき量を適当にすることができる。また、ＤがＥ＋２Ａよりも小さいと、リップ部が組み込み時に回転軸と食いつくことができる。

次に、上記したシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１を、スロットルバルブ装置に備えられたシェル形ころ軸受に組み込んだ状態について説明する。図１は、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１を備えるシェル形ころ軸受の一部を示す断面図である。なお、図１中、低温時におけるフリーな状態のシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外形を点線で、常温におけるフリーな状態のシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外形を一点鎖線で示す。図１を参照して、シェル形ころ軸受２１は、その内径側に位置する回転軸としてのスロットルシャフト（図示せず）を支持する。シェル形ころ軸受２１は、その内径面２５に軌道面を有するシェル形外輪２２と、複数のころ２３と、複数のころ２３を保持する保持器２４と、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１とを備える。シェル形外輪２２は、その縁曲げ部が径方向内側に向かって延びている鍔部２６を有する。

シェル形ころ軸受２１の構成部材であるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は、スロットルシャフトとシェル形外輪２２との間に配置され、組み込まれる。シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の軸方向における位置は、保持器２４と、鍔部２６との間である。

ここで、まず、常温時における組み込み状態について説明する。シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径寸法Ｂは、シェル形外輪２２の内径面２５の内径寸法Ｃに、締め代２Ａが加えられた寸法である。したがって、外径側においては、シェル形外輪２２の内径面２５と、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径面１３は、適度な圧力でニップすることができる。また、内径側においては、フリーな状態で、リップ部１４の内径寸法Ｄは、スロットルシャフトの外径寸法Ｅよりも大きく構成されている。しかし、シェル形外輪２２とスロットルシャフトの間に組み込まれたときに、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は収縮する。したがって、スロットルシャフトとシェル形外輪２２の間に組み込まれたときの内径寸法は、スロットルシャフトの外径寸法Ｅよりも小さくなるため、リップ部１４において、適度な圧力でスロットルシャフトとニップすることができる。

次に、低温時における組み込み状態について説明する。外径側においては、環状部材１２は、図１中の矢印Ｗの方向に収縮するため、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径寸法はＢからＢ’まで小さくなる。しかし、外径寸法Ｂには、予め熱収縮量を加味した締め代Ａが設けられているため、収縮後においても、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１は、その外径寸法Ｂ’において締め代Ａ’を有する。したがって、低温時においても、シェル形外輪２２の内径面２５とシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール１１の外径面１３との間にすき間を生じさせることなく、適度な圧力でニップすることができる。また、内径側においては、リップ部１４の内径寸法もＤからＤ’まで小さくなる。しかし、スロットルシャフトの外径寸法Ｅよりも若干小さいだけであり、スロットルシャフトへの食いつき量を多くすることなく、スロットルシャフトの外径面２７と適度な圧力でニップすることができる。

以上より、低温時においても、外径面および内径面に適度な圧力でニップすることができ、シェル形ころ軸受とスロットルシャフトとの間の高いシール性を有するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを提供することができる。

このようなシェル形ころ軸受に組み込まれるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールに関しては、シェル形外輪の一方の鍔部側に組み込まれてもよいし、両方の鍔部側に組み込まれてもよい。図３は、一方の鍔部側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを組み込んだ場合のシェル形ころ軸受の断面図である。図３を参照して、シェル形ころ軸受３１は、シェル形外輪３２の一方の鍔部３３側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール３４を組み込んでいる。こうすることにより、一方の鍔部３３側の漏れを防止することができる。また、図４は、両方の鍔部側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを組み込んだ場合のシェル形ころ軸受の断面図である。図４を参照して、シェル形ころ軸受３６は、シェル形外輪３７の両方の鍔部３８ａ、３８ｂ側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール３９ａ、３９ｂを組み込んでいる。こうすることにより、両方の鍔部３８ａ、３８ｂ側の漏れを防止することができる。

なお、上記の実施の形態においては、シェル形ころ軸受は、保持器を含むこととしたが、これに限らず、保持器を含まない、いわゆる総ころタイプのシェル形ころ軸受であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールは、低温時においても高いシール性を有するため、低温環境下で使用され、高いエアー漏れ防止性能が要求されるスロットルバルブ装置等に備えられるシェル形ころ軸受に組み込まれ、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを組み込んだシェル形ころ軸受の一部を示す断面図である。 常温時におけるフリーな状態でのシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの一部を示す断面図である。 一方の鍔部側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを組み込んだシェル形ころ軸受の断面図である。 両方の鍔部側にシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールを組み込んだシェル形ころ軸受の断面図である。 スロットルバルブ装置の概略図である。 従来におけるシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシールの一部を示す断面図である。 従来におけるシェル形ころ軸受組込み用芯金付きシールをシェル形ころ軸受に組み込んだ状態の一部を示す断面図である。 従来におけるシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの一部を示す断面図である。 従来における低温時でのシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールをシェル形ころ軸受に組み込んだ状態の一部を示す断面図である。

符号の説明

１１，３４，３９ａ，３９ｂ シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール、１２ 環状部材、１３，２７ 外径面、１４ リップ部、２１，３１，３６ シェル形ころ軸受、２２，３２，３７ シェル形外輪、２３ ころ、２４ 保持器、２５ 内径面、２６，３３，３８ａ，３８ｂ 鍔部。

Claims (4)

1. シェル形外輪と複数のころとを含むシェル形ころ軸受に組み込まれ、流体の漏れを防止するシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールであって、
   前記シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径は、熱収縮量を加味した締め代を有する、シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール。
2. 前記熱収縮量を加味した締め代の径方向の寸法をＡとし、常温におけるフリーな状態での前記シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの外径寸法をＢとすると、
   ０．００５Ｂ≦Ａ≦０．０３０Ｂの関係が成り立つ、請求項１に記載のシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール。
3. 前記シェル形外輪の内径寸法をＣとすると、
   ０．９５０Ｂ≦Ｃ≦０．９８５Ｂの関係が成り立つ、請求項１または２に記載のシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール。
4. 常温におけるフリーな状態での前記シェル形ころ軸受組込み用芯金無しシールの内径寸法をＤとし、前記シェル形ころ軸受によって支持される回転軸の外径寸法をＥとすると、
   Ｅ＜Ｄ＜Ｅ＋２Ａの関係が成り立つ、請求項１〜３のいずれかに記載のシェル形ころ軸受組込み用芯金無しシール。

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