JP6184096B2 - 転がり軸受、スロットルバルブ装置及びアンチロックブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、密封性能を有する転がり軸受、並びに、転がり軸受を備えたスロットルバルブ装置及びアンチロックブレーキ装置（以下、ＡＢＳ装置という）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（エンジン）のスロットルバルブ装置において、吸気通路を開閉するバタフライバルブを回転駆動するスロットルシャフトの両端部を転がり軸受によって支持する構造が公知である。このような構造では、転がり軸受は、吸入空気の漏れを防止するため、密封性能（気密性）が要求される。そして、転がり軸受は、エンジンの吸気負圧、更に、過給機付のエンジンの場合には過給圧力を受け、これらの圧力は、エンジンの運転状態により大きく変動するため、このような大きな圧力変動に対して充分な気密性を維持することが要求される。

これに対して、特許文献１には、内輪と外輪との間の環状空間が軸受の両端部に設けら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）。しがしながら、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してしまう虞がある。

さらに、特許文献１には、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開示されている（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、切削仕上げになっており、研磨による仕上げに対して面精度が劣るため、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、製造コストの上昇が避けられない。

特開２００４−２６３７３４号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、正圧及び負圧に対するシール性を高め、圧力の変動に対して充分な気密性を維持することができ、かつ、構造が簡単で低コストの転がり軸受、並びに、そのような転がり軸受を備えたスロットルバルブ装置及びＡＢＳ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間に配置された複数の転動体と、芯金及び該芯金を覆う弾性体によって構成されて前記環状空間をシールする環状のシール部材と、を備えた転がり軸受であって、
前記シール部材は、内周部に前記弾性体からなり、前記内輪の外周面に接触するリップ部を有し、該リップ部は、内周側で分岐して、前記環状空間の外側へ傾斜して延びて前記内輪の外周面に接触する外側リップ部と、前記環状空間の内側へ傾斜して延びて前記内輪の外周面に接触する内側リップ部とを有し、
前記リップ部は、前記外側リップ部と前記内輪の外周面との接触部と、前記内側リップ部と前記内輪の外周面との接触部との間の部分が前記内輪の外周面との間に隙間を形成し、
前記リップ部の前記外側リップ部と前記内側リップ部との間の部分と前記内輪の外周面との間の前記隙間の径方向の寸法は、前記外側及び内側リップ部の厚さ以下であり、
前記芯金の内周側の端部は、軸方向に直交する平面に平行で該芯金の径方向に、前記外側リップ部及び前記内側リップ部の傾斜面に達する位置を超えて前記弾性体の内部に延ばされ、
前記外側リップ部の傾斜角度は、前記外側リップ部に作用する圧力に応じて設定され、前記内側リップ部の傾斜角度は、前記内側リップ部に作用する圧力に応じて設定されて、前記外側リップ部及び前記内側リップ部が前記圧力によって前記内輪に押付けられる力が調整され、前記シール部材は、正圧及び負圧に対して前記環状空間をシールすることを特徴とする。
本発明に係るスロットルバルブ装置は、内燃機関のスロットルバルブ装置であって、吸気通路を開閉するスロットルバルブが取付けられたスロットルシャフトは、上記本発明の転がり軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とする。
本発明に係るアンチロックブレーキ装置は、車両のアンチロックブレーキ装置であって、ＡＢＳポンプ駆動用の電動モータの駆動軸は、上記本発明の転がり軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、転がり軸受の正圧及び負圧に対するシール性を高め、圧力の変動に対して充分な気密性を維持することができ。また、構造が簡単で低コスト化を達成することができる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 図１に示す転がり軸受の要部であるシール部材の部分を拡大して示す図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の気密性を評価するための比較対照となる第１比較対照軸受の縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の気密性を評価するための比較対照となる第２比較対照軸受の縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の気密性を評価するための比較対照となる第３比較対照軸受の縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の気密性を評価するための比較対照となる第４比較対照軸受の縦断面図である。 本発明に係る転がり軸受の気密性を評価するための試験装置の概略図である。 図６に示す第２比較対照軸受において、正圧の作用によりシール部材が撓んで捲れた状態を示す説明図である。 本発明の第４実施形態に係るスロットルバルブ装置の縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係るＡＢＳ装置の要部の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る軸受１の回転軸となる軸方向Ｘを含む平面による縦断面図であり、図２は、図１のシール部材の部分の拡大図である。

図１に示すように、軸受１は、シール機能を有する転がり軸受であって、内輪２と、外輪３と、内輪２の外周面２Ａに形成された軌道面２Ｂと外輪３の内周面３Ａに形成された軌道面３Ｂとの間に収容される複数個の転動体４（鋼球）と、これらの転動体４を軌道面２Ｂ、３Ｂ上において所定間隔で保持するリテーナ５とを備えている。そして、軸受１には、内輪２及び外輪３の間の軸方向Ｘの両端部に、これらの間の環状空間Ｓをシールするシール部材６、６が設けられている。なお、これらのシール部材６、６は、同様な構造であるから、一方（図１において右側のシール部材６）についてのみ詳細に説明する。

内輪２の外周面２Ａは、軸方向Ｘの中央部の軌道面２Ｂを除いて一定の直径を有する円筒面となっている。外輪３の内周面３Ａの軸方向Ｘの両端部には、シール部材６、６が取付けられる同形状の環状のシール溝８、８が円周方向に沿って形成されている。シール溝８の底部の断面形状は、略半円となっている。外輪３の両端の内周縁部３Ｃ、３Ｃすなわち、シール溝８、８の軸方向Ｘの外側部分は、内側部分よりも大径となっている。

シール部材６は、金属製の芯金１０及び芯金１０を被覆するゴム状の弾性体１１で構成されている。シール部材６は、外輪３のシール溝８に嵌合する外周側の嵌合部１２と、内輪２の外周面２Ａに接触する内周側のリップ部１３と、これらの間の中間部１４とが一体に形成された環状部材である。嵌合部１２は、シール溝８の内面と略同形状で、シール溝８に嵌合してシール部材６を外輪３に固定する。中間部１４は、嵌合部１２及びリップ部１３の軸方向Ｘの中央から外側にオフセットされて、傾斜部１４Ａ、１４Ｂを介して嵌合部１２及びリップ部１３に連なっている。リップ部１３は、内周側が分岐して環状空間Ｓの外側及び内側に傾斜して延びる外側リップ部１３Ａと内側リップ部１３Ｂとを有し、外側リップ部１３Ａ及び内側リップ部１３Ｂの先端部が内輪２の外周面２Ａに接触している。傾斜部１４Ｂと傾斜した外側リップ部１３Ａとの間にＶ字状の溝Ｇが形成されている。弾性体１１は、エンジンの排出ガス中等の高温下で使用され場合には、耐熱性の高いフッ素ゴム等で製造して熱による劣化を抑制することが望ましい。

芯金１０は、シール部材６の中間部１４に沿って配置されて軸方向Ｘに直交する平面に平行な平坦部１５と、平坦部１５の外周側で軸方向Ｘの内側に略直角に折曲された外側フランジ部１６と、平坦部１５の内周側で傾斜部１４Ｂに沿って軸方向Ｘの内側に折曲された傾斜部１７と、傾斜部１７の内周側で平坦部１５に平行に折曲されて、外側リップ部１３Ａと内側リップ部１３Ｂとの分岐部付近まで延びる延長部１８とが一体に形成されている。芯金１０は、弾性体１１にインサートされて、弾性体１１によって被覆されているが、平坦部１５の軸方向Ｘの内側部分の一部は、弾性体１１に覆われず、外部に露出している。芯金１０は、弾性体１１を補強して、外力に対してシール部材６の形状を保持する。

図２を参照してシール部材６のリップ部１３の形状について更に詳細に説明する。
芯金１０の延長部１８の先端部は、径方向内側にＶ字状の溝Ｇの最深部を超えて寸法Ｄだけ延びており、すなわち、延長部１８の内径は、Ｖ字状の溝Ｇの最深部の径よりも寸法Ｄだけ小さくなっている。また、リップ部１３は、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂが傾斜していることにより、内輪２の外周面２Ａに接触する外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂの先端部の間の部分が内輪２の外周面２Ａとの間に隙間Ｈを形成している。この隙間Ｈの軸方向Ｘの幅Ｗ１は、少なくとも外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂの基部の幅Ｗ（Ｖ字状の溝Ｇの最深部におけるシール部材６の厚さ）にわたって形成されている。また、この隙間Ｈは、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂの厚さＴ（寸法線は外側リップ部１３Ａにのみ付してある）よりも小さくなっている。外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂは、その内径が内輪２の外周面２Ａの外径よりも所定寸法だけ小さく、シール部材６がシール溝８に装着されたとき、内輪２の外周面に弾性的に押付けられるようになっている。

このような径方向の隙間Ｈを設けないと、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂが変形しにくくなって、内輪２の回転トルクの増大の要因になる。隙間Ｈが外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂの厚さＴよりも大きいと、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂが変形したとき、隙間Ｈ側に入り込んで捲れやすくなる。また、隙間Ｈが設けられる軸方向Ｘの範囲が小さすぎると外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂが変形し難くなり、必要以上の押圧力が発生して内輪２の回転トルクが大きくなってしまう。隙間Ｈを設ける範囲Ｗ１（軸方向Ｘの幅）は、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂの基部の幅Ｗの範囲以上であることが望ましい。

外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂが接触する内輪２の外周面２Ａは、センタレス研磨仕上げされ、望ましくは面粗さが算術平均粗さＲａを０．２５μｍ以下（Ｒａ≦０．２５μｍ）、かつ、断面曲線の最大断面高さＰｔを３．０μｍ以下（Ｐｔ≦３．０μｍ）（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）とする。また、外側及び内側リップ１３Ａ、１３Ｂの内輪２の外周面２Ａとの接触面は、粗さ曲線の最大高さＲｚが６．０μｍ以下（Ｒｚ≦６．０μｍ）で、かつ、算術平均粗さＲａが１．３μｍ以下（Ｒａ≦１．３μｍ）とする。

そして、内輪２、外輪３及びシール部材６、６によって囲まれた環状空間Ｓ内にグリース等の潤滑剤が適量保持され、外輪２、内輪３、転動体４及び保持器５を潤滑する。

以上のように構成した軸受１の作用について次に説明する。
図２を参照して、軸受１のシール部材６側に正圧が作用する場合（図２の斜線を付した矢印参照）、外側リップ部１３Ａは、外側に向って傾斜して突出しているので、その傾斜した外周面１３Ａ１に作用する圧力によって内輪２の外周面２Ａに押付けられることになり、外輪２の外周面２Ａに密着して気密性を維持することができる。このとき、外側リップ部１３Ａを内輪２の外周面２Ａに押付ける力は、加圧流体の圧力に比例するので、高い圧力に対して気密性を維持することが可能になる。
また、シール部材６は、正圧の作用によって内側に傾けようとする力が作用したとき、外側リップ部１３Ａが内輪２の外表面２Ａに押付けられることになるので、内輪２への密着状態が損なわれることがない。

一方、シール部材６に負圧が作用する場合（図２の白抜き矢印参照）、内側リップ部１３Ｂは、内側に向って傾斜して突出しているので、その傾斜した外周面１３Ｂ１に作用する圧力（シール部材６の内側と外側との差圧）によって内輪２の外周面２Ａに押付けられることになり、外輪２の外周面２Ａに密着して気密性を維持することができる。このとき、内側リップ部１３Ｂを内輪２の外周面２Ａに押付ける力は、シール部材６の内側と外側との差圧に比例するので、高い負圧に対して気密性を維持することが可能になる。
また、シール部材６は、負圧の作用によって外側に傾けようとする力が作用したとき、内側リップ部１３Ｂが内輪２の外表面２Ａに押付けられることになるので、内輪２への密着状態が損なわれることがない。

そして、シール部材６は、芯金１０によって補強されて剛性が高められ、所定の形状が保持され、更に、芯金１０の延長部１８が外側リップ部１３Ａと内側リップ部１３Ｂとの分岐部の近傍まで延びているので、シール部材６に正圧及び負圧のいずれが作用する場合でも、外側リップ部１３Ａ及び内側リップ部１３Ｂが撓んで捲れたり、シール部材６がシール溝８から外れたりすることがなく、確実に気密性を維持することができる。

このようにして、シール部材６は、正圧及び負圧のいずれが作用する場合でも、高い圧力（差圧）に対して気密性を維持することができ、また、軸受１の内部への異物の侵入及び軸受１の内部に設けられた潤滑剤の漏出を防止することができる。その結果、軸受１を例えば、エンジンのスロットルバルブ、車両のＡＢＳ装置のポンプモータ等の気密性が要求される軸受をとして用いることができ、別途、シール手段を不要にして、部品点数及び組付工数を削減することができる。

なお、シール部材６は、これに作用する圧力（正圧及び負圧）によって生じる内側へ押す力及び外側へ押す力に対して、剛性が同程度になるように、内側リップ部１３Ａと外側リップ部１３Ｂの傾斜角度は略対称であることが望ましい。しかしながら、たとえば、正圧が負圧よりも大幅に大きい使用条件の場合は、外側リップ部１３Ａの傾斜角度を内側リップ部１３Ｂの傾斜角度よりも小さくして互いに異ならせ、外周面１３Ａ１に作用する正圧によって外側リップ部１３Ａが内輪２の外周面２Ａに押付けられる力をより大きくすることもできる。更に、上述のように、芯金１０に延長部１８を設けて内側及び外側リップ部１３Ａ、１３Ｂの剛性を充分高くすることにより、内輪２の外周面２Ａにストッパとなる段差を設けてリップ部の変形を抑制する必要がないので、軌道面２Ｂを除く内輪２の外周面２Ａを単純な円筒面とすることができる。これにより、外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂと接触する内輪２の外周面２Ａをセンタレス加工により研削仕上げすることが可能になる。これにより、内輪２の外周面の算術平均粗さＲａ≦０．２５μｍ、かつ、断面曲線の最大断面高さＰｔ≦３．０μｍを容易に達成できるので、高い気密性を実現できると共に、内輪２の回転トルクを低く抑えることができる。さらに、内輪２の仕上げ加工が簡単になるので軸受１の製造コストを低減することができる。

次に、本発明の第２及び第３実勢形態について、図３及び図４を参照して、説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る軸受１に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

以上のように、シール部材６に外側及び内側リップ部１３Ａ、１３Ｂからなる２つのリップ部を設けることにより、正圧及び負圧の両方に対して一端側のシール部材６により高い気密性を維持することができる。これにより、図３に示すように、第２実施形態に係る軸受１Ａでは、他端側のシール部材６を省略している。また、図４に示すように、第３実施形態に係る軸受１Ｂでは、他端側については、シール部材６の代りに、内輪２との間に隙間を設けて内輪２に接触しないシール部材６Ａ（非接触シール部材）が設けられている。シール部材６Ａは、芯金及びこれを被覆する弾性体から構成されている。

次に、図５乃至図１０を参照して、上記第１乃至第３実施形態に係る軸受１、１Ａ及び１Ｂの気密性及び起動トルクを評価する比較試験について説明する。軸受１、１Ａ及び１Ｂの比較対照として、これらとシール構造のみが異なる図５乃至図８に示す比較対照軸受３１、４１、５１及び６１を用意し、図９に示す試験装置６０を用いて比較試験を行った。

図５に示すように、比較対照軸受３１は、上述の特許文献１の図１に示される転がり軸受に相当し、両端部にリップシール３２、３２が装着され、リップシール３２、３２のリップ部３２Ａが接触する内輪３３の外周面に、リップ部３２Ａを支持する段差部３４が形成されている。リップ部３２Ａは、Ｖ字型の溝３５を設けることにより、可撓性を付与して、内輪３３への密着性を高めている。

図６に示すように、比較対照軸受４１は、上述の特許文献１の図６に示される転がり軸受に相当し、図５に示す比較対照軸受３１に対して、内輪３３の外周面の段部３４を省略したものである。

図７に示すように、比較対照軸受５１は、上記特許文献１の図３に示される転がり軸受に相当し、図６に示す比較対照軸受４１に対して、リップシール５２の肉厚を厚くしてリップ部５２Ａの剛性を高めたものである。

図８に示すように、比較対照軸受６１は、上記第３実施形態に係る軸受１Ｂに対して、シール部材６の２つのリップ部のうち一方の内側リップ部１３Ｂを省略してリップシール６Ｂとしたものである。

なお、比較対照軸受３１では、内輪の外周面の段差部３４は、切削仕上げとなるので、リップシールとの接触部分の粗さを次のように設定した。
・リップシール：断面曲線の最大断面高さＰｔ≦１４μｍ 算術平均粗さＲａ≦３．５μｍ
・内輪外周面：段差部の断面曲線の最大断面高さはＰｔ≦５．０μｍ 算術平均粗さＲａ≦０．５μｍ

比較対照軸受４１、５１及び６１は、内輪の外周面に段差部がなく、第１乃至第３実施形態と同様、研磨仕上げが可能なので、リップシールと内輪の外周面との接触部分の粗さを次の様に設定した。
・リップシール：断面曲線の最大断面高さＰｔ≦１４μｍ 算術平均粗さＲａ≦３．５μｍ
・内輪外周面：断面曲線の最大断面高さＰｔ≦３．０μｍ 算術平均粗さＲａ≦０．２５μｍ（第１乃至第３実施形態と同じ面粗さ）

図９に示すように、試験装置７０は、試験を行う軸受をセットする治具７１と、治具７１に空気（正圧又は負圧）を供給するポンプ７２と、治具７１に供給する正圧又は負圧を調整するレギュレータ７３と、治具７１、ポンプ７２間の空気の流量を測定する流量計７４と、治具７１に供給する空気の圧力を測定する圧力計７５とを備えている。

治具７１は、断面円形のボア７６の中心に小径のシャフト部７７を立設してボア７６内に円筒状の空間を形成し、ボア７６の内周溝及びシャフト部の外周溝にそれぞれＯリング７８、７９を装着した構造となっている。そして、ボア７６とシャフト部７７との間の円筒状の空間に、試験を行う軸受をセットして、これらの外輪とボア７６との間をＯリング７８によってシールし、内輪とシャフト部７７との間をＯリング７９によってシールして、ボア７６内に密閉された円筒状の軸受室Ｓ１を形成する。

試験を行う軸受に正圧を作用させる場合には、ポンプ７２を加圧ポンプとして、管路８０を通して治具７１の軸受室Ｓ１に圧縮空気を供給し、レギュレータ７３及び圧力計７５により軸受室Ｓ１に供給する圧縮空気の圧力を所定圧力に調整する。そして、流量計７４により、ポンプ７２側から治具７１側へ流れる圧縮空気の流量を測定する。

試験を行う軸受に負圧を作用させる場合には、ポンプ７２を真空ポンプとして、管路８０を通して治具７１の軸受室Ｓ１に負圧を供給（軸受室Ｓ１の空気を吸引）し、レギュレータ７３及び圧力計７５により軸受室Ｓ１に供給する負圧を所定圧力に調整する。そして、流量計７４により、治具７１側からポンプ７２側へ流れる空気の流量を測定する。

試験を行う軸受を治具７１にセットし、次の条件１〜３に示す負圧及び正圧を供給したとき、管路８０を流れる空気の流量を流量計７４により測定し、その流量の測定値を各軸受の漏れ量として気密性を評価した結果を表１に示す。
・条件１：軸受室Ｓ１に−６０ｋＰａ〜＋１２９ｋＰａの圧力差を付与する。
・条件２：軸受室Ｓ１に＋１３０ｋＰａ〜＋２３５ｋＰａの圧力差を付与する。
・条件３：軸受室Ｓ１に−７０ｋＰａ〜＋５００ｋＰａの圧力差を付与する。
要求気密性能は、０．５ｍｌ／分以下とし、また、起動トルクの要求は、０．０１５Ｎ・ｍ以下とする。
評価結果は以下の基準により、○、×および△で表す。
○：気密性能および起動トルクの両方の要求を満足する。
△：気密性能は要求を満足するが、起動トルクは要求を満足しない。
×：気密性能の要求を満足しない。

表１に示されるように、条件１では、０．５ｍｌ／分以下の気密性能は第１実施形態の軸受１、及び、比較対照軸受５１で満足された。ただし、比較対照軸受５１は摺動トルクが高いため評価は△となった。比較対照軸受３１はリップシールが密着する面の面粗さが大きいため、０．５ｍｌ／分以下の気密性能を満足できなかった。比較対照軸受４１はリップシールの接触部分の面粗さが大きいため、０．５ｍｌ／分以下の気密性能を満足できなかった。

条件２では、比較対照軸受３１、４１は、０．５ｍｌ／分以下の気密性能を満足できなかった。内輪の外周面が切削加工仕上げでは、リップシールと内輪が接触する部分の粗さを抑えることが難しく、気密性を確保できないことが確認された。また、リップシールの接触部分の面粗さも抑える必要がある。

条件２及び３で、０．５ｍｌ／分以下の気密性能が要求された場合、比較対照軸受４１のようにリップシール３２にＶ字状の溝３５を形成してリップ部３２Ａを設け、芯金の内径をＶ字状の溝の直径よりも大きくするとリップシール３２のリップ部３２Ａに剛性が不足するため、内輪３３の外周面がストレート形状（円筒面）であると、図１０に示すように、リップ部３２Ａが低圧側（軸受内部側）へ反転してしまい（捲れてしまい）、気密性が維持できない。比較対照軸受３１は、内輪の外周面に段差部３４を設けてリップ部３２Ａを支持しているので、リップ部３２Ａは反転しないが、段差部３４を切削加工するため、面粗さが大となり、気密性の確保が困難である。

比較対照軸受５１では、図示のようにリップシール５２の内径部分を厚くして剛性を持たせることにより、内径部分が反転せず、気密性は確保できたが、リップシール５２と内輪３３との接触部の摩擦抵抗が大きくなり、起動トルクが増大することになる。

次に、片側のみにシール部材６を設けた第２及び第３実施形態に係る軸受１Ａ、１Ｂ及び比較対照軸受６１をそれぞれ治具７１にセットし、次の条件４〜７に示す負圧及び正圧を供給したとき、管路８０を流れる空気の流量を流量計７４により測定し、その流量の測定値を各軸受の漏れ量として気密性を評価した結果を表２に示す。
・条件４：軸受室Ｓ１に−２０ｋＰａの圧力差を付与する。
・条件５：軸受室Ｓ１に−７０ｋＰａの圧力差を付与する。
・条件６：軸受室Ｓ１に＋３００ｋＰａの圧力差を付与する。
・条件６：軸受室Ｓ１に＋５００ｋＰａの圧力差を付与する。
要求気密性能は、０．５ｍｌ／分以下とし、また、起動トルクの要求は、０．０１５Ｎ・ｍ以下とする。
評価結果は以下の基準により、○、×および△で表す。
○：気密性能および起動トルクの両方の要求を満足する。
△：気密性能は要求を満足するが、起動トルクは要求を満足しない。
×：気密性能の要求を満足しない。
なお、表２中において、シール部材６側を大気側に向けて設置した場合を「向きＡ」とし、軸受室Ｓ１側に向けて設置した場合を「向きＢ」とする。

表２に示されるように、比較対照軸受６１は、起動トルクについてはすべての条件で要求を満足したが、条件５（圧力差−７０ＫＰａ）、条件６（圧力差＋３００ｋＰａ）及び条件７（圧力差＋５００ｋＰａ）において、流量０．５ｍｌ／分以上のエアー漏れが確認された。これに対して、第２及び第３実施形態に係る軸受１Ａ、１Ｂは、いずれの条件においても全ての要求を満足する結果が得られた。

次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して説明する。第４実施形態は、図１に示す第１実施形態に係る軸受１を内燃機関のスロットルバルブ装置１６１に組込んだものである。
スロットルバルブ装置１６１は、吸気通路１６２を直径方向（図１１における左右方向）へ貫通するスロットルシャフト１６３にスロットルバルブ１６４が固定され、スロットルシャフト１６３の両端部が軸受１によって支持されている。そして、各軸受１の外輪３は、ハウジング１６５の嵌合溝１１２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様であるため、ここでは、スロットルバルブ装置１６１の詳細な説明を省略する。

スロットルバルブ装置１６１においては、車両の走行時（内燃機関の作動時）に、吸気通路１６２内の圧力が頻繁に変化する。これにより、軸受１の各シール部材６のうち、吸気通路１６２側のシール部材６には、エンジン構造によって、正圧または負圧が付与される。このため、たとえば比較対照軸受４１を用いて従来のシール部材３２に正圧が付与された場合、リップ部３２Ａが内輪３３の外周面に強く押付けられ、その結果、リップ部３２Ａと内輪３３の外周面との摺動抵抗が増大し、転がり軸受の回転抵抗もこれに伴い増大する。そして、吸気通路１６２側のシール部材３２に大きい正圧が付与された場合、図１０に示すようにシール部材３２のリップ部３２Ａ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ことになる。また、吸気通路１６２の反対側のシール部材３２に大きい負圧が付与された場合、シール部材３２のリップ部３２Ａの内周部が軸受４１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ことになる。

第４実施形態では、スロットルシャフト１６３の両端部を上述した第１実施形態の軸受１によって支持したことにより、軸受１のシール部材６に正圧又は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。更に、吸気通路１６２と軸受１の環状空間Ｓとの圧力差が、−７０ｋＰａから＋５００ｋＰａ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１６１を提供することができる。また、シール部材６は、リップ部が外側リップ１３Ａと内側リップ１３Ｂとのダブルリップ構造なので、正圧と負圧のいずれに対しても、気密性能を維持することができる。したがって、第４実施例では、シール部材６を軸受１の両側ではなく、たとえば吸気通路１６２側のみに取付けた構成としても気密性能を確保することができる。この場合、反対側には非接触ゴムシールを設けるか、又は、シール部材を取付けずに解放されたままとすることができる。シール部材６は接触シールなので、軸受１の片側のみに取付けることにより両側に取付けた場合よりも摺動抵抗が減少して、起動トルクを小さくすることができる。

軸受１の反対側にシールを取付けずに解放にした場合は、図１１のように解放側の端面を別の部材に当接させて異物が転がり軸受１の内部に侵入しないようにするのが好ましい。また、図４に示す第３実施形態の軸受１Ｂのように、反対側に非接触ゴムシール６Ａを取付けた場合は、起動トルクを大きくせずに軸受単体で異物の侵入防止ができる。更に、いずれの場合でも、転がり軸受１の両側にシール部材６を取付けるよりも製造コストが安くなる。

次に、本発明の第５実施形態について、図１２を参照して説明する。第５実施形態は、図１に示す第１実施形態に係る軸受１を車両のＡＢＳ装置１７１に組込んだものである。
ＡＢＳ装置１７１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１７２と、このピストン１７２を駆動するＡＢＳポンプ駆動用の電動モータ１７３とを備えている。そして、電動モータ１７３の駆動軸１７４は、モータハウジング１７５に取付けられた一対の軸受１によって支持されている。

図１２に示すように、電動モータ１７３は密閉されたモータハウジング１７５内に収容されているが、駆動軸１７４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１７２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１７６が組み付けられている。したがって、ピストン１７２側でブレーキ液の漏洩があった場合、ピストン１７２側に配置された転がり軸受１のピストン１７２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１７２側に配置された転がり軸受１のピストン１７２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１７２側に配置された転がり軸受１からモータハウジング１７５内へ浸入するおそれがある。そして、モータハウジング１７５内へ浸入したブレーキ液が電動モータ１７３のブラシ１７７に到達すると、電動モータ１７３が動作不良を起こす虞がある。

第５実施形態では、電動モータ１７３の駆動軸１７４を第１実施形態の軸受１によって支持したことにより、ピストン１７２側でブレーキ液の漏洩があった場合であっても軸受１のシール部材６のダブルリップ構造により、漏洩したブレーキ液がピストン１７２側に配置された軸受１からモータハウジング１７５内へ浸入するのを確実に防ぐことができる。これにより、電動モータ１７３、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１７４のピストン１７２側（図１２における左側）のみを軸受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１７２側にのみシール部材６を設けるようにしてもよい。

なお、上記各実施形態では、一例として玉軸受について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、ころ軸受等の他の転がり軸受にも同様に適用することができる。

１…軸受、２…内輪、２Ａ…外周面、３…外輪、６…シール部材、１０…芯金、１１…弾性体、１３…リップ部、１３Ａ…外側リップ部、１３Ｂ…内側リップ部、Ｈ…隙間、Ｓ…環状空間

Claims (9)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成される環状空間に配置された複数の転動体と、芯金及び該芯金を覆う弾性体によって構成されて前記環状空間をシールする環状のシール部材と、を備えた転がり軸受であって、
   前記シール部材は、内周部に前記弾性体からなり、前記内輪の外周面に接触するリップ部を有し、該リップ部は、内周側で分岐して、前記環状空間の外側へ傾斜して延びて前記内輪の外周面に接触する外側リップ部と、前記環状空間の内側へ傾斜して延びて前記内輪の外周面に接触する内側リップ部とを有し、
   前記リップ部は、前記外側リップ部と前記内輪の外周面との接触部と、前記内側リップ部と前記内輪の外周面との接触部との間の部分が前記内輪の外周面との間に隙間を形成し、
   前記リップ部の前記外側リップ部と前記内側リップ部との間の部分と前記内輪の外周面との間の前記隙間の径方向の寸法は、前記外側及び内側リップ部の厚さ以下であり、
   前記芯金の内周側の端部は、軸方向に直交する平面に平行で該芯金の径方向に、前記外側リップ部及び前記内側リップ部の傾斜面に達する位置を超えて前記弾性体の内部に延ばされ、
   前記外側リップ部の傾斜角度は、前記外側リップ部に作用する圧力に応じて設定され、前記内側リップ部の傾斜角度は、前記内側リップ部に作用する圧力に応じて設定されて、前記外側リップ部及び前記内側リップ部が前記圧力によって前記内輪に押付けられる力が調整され、前記シール部材は、正圧及び負圧に対して前記環状空間をシールすることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記外側及び内側リップ部と前記内輪の外周面との間の隙間の軸方向の幅は、前記外側及び内側リップ部の基部の軸方向の幅以上であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記内輪の外周面は、前記転動体が転動する軌道面から前記内輪の端部まで延びる一定の直径の円筒面を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記外側及び内側リップ部の前記内輪との接触面は、粗さ曲線の最大高さ（Ｒｚ）が６．０μｍ以下で、かつ、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．３μｍ以下であり、
   前記内輪の前記外側及び内側リップ部との接触面は、断面曲線の最大断面高さ（Ｐｔ）が３．０μｍ以下で、かつ、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記シール部材は、前記環状空間の一端側にのみ設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
6. 前記環状空間の他端側には、シール手段が設けられていないことを特徴とする請求項５に記載の転がり軸受。
7. 前記環状空間の他端側に、芯金と該芯金を覆う弾性体からなり、前記内輪に接触しない環状の非接触シール部材が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の転がり軸受。
8. 内燃機関のスロットルバルブ装置であって、吸気通路を開閉するスロットルバルブが取付けられたスロットルシャフトは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の転がり軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とするスロットルバルブ装置。
9. 車両のアンチロックブレーキ装置であって、ＡＢＳポンプ駆動用の電動モータの駆動軸は、請求項１乃至７いずれか１項に記載の転がり軸受によって回転可能に支持されていることを特徴とするＡＢＳ装置。

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