(57)【要約】【課題】低摩擦トルク性を確保しつつ高気密性の実現を図る転がり軸受を提供することである。【解決手段】外輪６と内輪７と、外輪と内輪との間に組み込まれる複数個の転動体１０と、外輪のシール溝１１に取り付けられると共に、内輪のシール溝１２にリップ１３ｄ先端が接触して軸受空間内を密封する密封板１３とで構成され、上記密封板のリップ先端の接触するシール溝１２は、径方向深さが転動体最大径の１７％以上で、かつシール溝傾斜面１２ａの角度が、該シール溝を備えた内輪の外径に対して６０°〜９０°の範囲内となるように構成し、密封板は、上記シール溝傾斜面の径方向深さＬ１の内輪中心軸寄り５０％の範囲でリップ先端が接触するものとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、一対の軌道輪と、該一対の軌道輪間に組み込まれる複数個の転動体と、いずれか一方の軌道輪のシール溝に取り付けられると共に、他方の軌道輪のシール溝にリップ先端が接触して軸受空間内を密封する密封板とで構成され、
上記密封板のリップ先端の接触するシール溝は、
径方向深さが転動体最大径の１７％以上で、かつ
シール溝傾斜面の角度が、該シール溝を備えた軌道輪の外径又は内径に対して６０°〜９０°の範囲内となるように構成し、
密封板は、上記シール溝傾斜面の径方向深さの内輪中心軸寄り５０％の範囲でリップ先端が接触することを特徴とする密封転がり軸受。
【請求項２】
密封板のリップ先端の接触するシール溝が、内輪の外径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封転がり軸受。
【請求項３】
スロットルバルブの軸支持部に組み込まれることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の密封転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロットルバルブ用軸受など高気密性と低摩擦トルク性が要求される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車用のスロットルバルブの軸支持部分には、小径の深溝玉軸受やミニチュア玉軸受などが主に使用されている。そして、この軸受に組み込まれている密封板（ゴムシールなど）は、図５に示すように、スロットルバルブの追従性を考慮して低トルクのゴムシール１００が使用され、該シール１００の内径リップ１０１は図５（ａ）（ｂ）のようにシール溝２００に接触して軸受空間の密封を図っている。
例えば、図５（ａ）は、外輪側シール溝に外径を固定したゴムシール１００の内径シールリップ１０１が、内輪のシール摺動面（内輪側シール溝の傾斜面）２０１に対して軸方向から接触している。
また、図５（ｂ）は、外輪側シール溝に外径側を固定したゴムシール１００の内径シールリップ１０１が、内輪の外径部（この内輪外径部は幅中心線に対して直角の面となっている）３００に対して径方向から接触している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２００８９９（段落番号００２７，００３２，図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車において、一般的には、アクセルワイヤ及びリンク機構を介してアクセルペダルよりスロットルバルブを開閉作動させている。
このスロットルバルブの開閉作動時に、例えば、スーパーチャージャー（過給機）の場合、圧縮エアーが押し込められるため、スロットルバルブを開いている状態の時には軸受部分に正圧が負荷されることがある。一方、スロットルバルブは、閉じている状態の時にはバルブからエンジンまでが負圧で真空状態となり、軸受部分に負圧が負荷されることがある。
【０００５】
図５（ａ）の構造では、シール内径リップ１０１が圧力変化に敏感に追随して動き、軸受外から正圧が負荷された場合、シール内径リップ１０１は圧力によって内輪外径に設けられたシール溝傾斜面２０１に押し付けられる。
かかる構成の場合、過給機を有しない場合は問題ないが、過給機が設けられる厳しい条件で使用される場合、高正圧になるに従い、リップ１０１全体が軸受内部に向かって変形し、最悪の場合、リップ１０１が内輪外径にめくれてしまい気密性が確保できなくなるおそれがある。
また、軸受の一方の側面に負圧が負荷された場合は、軸受内外との差圧で、負圧負荷側のシール内径リップ１０１が内輪外径に設けられたシール溝傾斜面２０１から離れる作用が働き、ある負荷レベルになると、内径リップ１０１がシール溝傾斜面２０１から離れてしまい気密性が確保できないおそれがある。
なお、その場合でも負圧負荷された軸受側面のもう一方の側面に同形状のシールを装着しておけば、軸受内側に発生した負圧力がそのシールを軸受内部に吸引する作用が働くので、内径リップが内輪外径のシール溝傾斜面に押し付けられ気密性を確保することはできる。
だが、このように構成したとしても、高負圧になるに従い（真空度が大きくなるに従い）、リップ全体が軸受内部に向かって変形し、最悪の場合、リップが内輪外径にめくれてしまい気密性は確保できないおそれがある。
図５（ａ）の構造は、設計段階でシール内径リップとシール溝傾斜面の間に締め代を設けており、実際の軸受製品では、その締め代分だけリップを弾性変形させる事でリップとシール溝傾斜面に接触力を発生させ気密性を確保させている。この構造で耐圧性を向上させる従来手法は、前述の締め代量を大きくする事で、前述の接触力を増大させて気密性を向上させるのが一般的である。
しかしながら、接触力の増大はリップとシール溝傾斜面との摩擦トルクを増大させる事になり、バルブ応答性が重要視されるスロットルバルブ等の場合、バルブを支持する軸受は低摩擦トルクであることが求められるので締め代を大きく出来る量にも限界がある。
【０００６】
図５（ｂ）の構造では、外圧が正圧、負圧いずれのケースとも発生する場合、シール内径リップの内輪外径部への接触状態が線接触（又はいくらか幅を持った面接触状態、ただし面の幅は広くない）を保ち、シール内径リップと内輪外径の間の接触力変動が小さい事から、摩擦トルクの急激な増大はない。
しかしながら、この図５（ｂ）の構造では外圧が高正圧になるに従い、リップ部全体が軸受内部に向かって変形して、最悪の場合、リップ部が内輪外径から離れてしまい気密性が確保できないおそれがある。
また、外圧が負圧の場合も同様で、高負圧（高真空度）になるに従い、リップ部全体が軸受外部に向かって変形して、最悪リップ部が内輪外径から離れてしまい気密性が確保できないおそれがある。なお、図５（ｂ）の構造に負圧が負荷されてリップ部が内輪外径から離れてしまった場合でも、軸受側面のもう一方の側面に同形状のシールを装着しておくと、軸受内側に発生した負圧力がそのシールを軸受内部に吸引する作用が働くので、内径部リップが軸受内部に向かって変形して、ある程度の負圧力まではリップ部と内輪外径との接触が保たれ機密性は確保できる。
しかしながら、上述した図５（ａ）の構造のようにリップ部がシール溝傾斜面に押し付けられる作用は発生しないため、比較的低負圧（低真空度）で、リップ部が内輪外径から離れて気密性が損なわれるおそれがある。
図５（ｂ）の構造は、設計段階におけるシール内径リップ部と内輪外径の間の締め代量を多くしても、図５（ａ）の構造のようにリップ部がシール溝傾斜面に押し付けられる作用は発生しないため、耐圧性向上に効果的な手法を見い出すのが困難である。
本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、厳しい条件で使用される場合にも低摩擦トルク性を確保しつつ高気密性の実現を図る転がり軸受を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明がなした技術的手段は、少なくとも、一対の軌道輪と、該一対の軌道輪間に組み込まれる複数個の転動体と、いずれか一方の軌道輪のシール溝に取り付けられると共に、他方の軌道輪のシール溝にリップ先端が接触して軸受空間内を密封する密封板とで構成され、上記密封板のリップ先端の接触するシール溝は、径方向深さが転動体最大径の１７％以上で、かつシール溝傾斜面の角度が、該シール溝を備えた軌道輪の外径又は内径に対して６０°〜９０°の範囲内となるように構成し、密封板は、上記シール溝傾斜面の径方向深さの内輪中心軸寄り５０％の範囲でリップ先端が接触するものとした。
また、密封板のリップ先端の接触するシール溝は、例えば内輪の外径に形成されている。この転がり軸受は、例えばスロットルバルブの軸支持部に組み込まれる。
上述のような構成により、軸受外部からの高正圧負荷（又は軸受内部の高負圧負荷）に伴なってシールリップ全体が軸受内部に向かって変形してシールリップが内輪外径にめくれてしまうのを抑制する効果があり、従来技術と比べると軸受外部からの高正圧負荷（又は軸受内部の高負圧負荷）に対する気密性を確保することが出来る。
また、シール内径リップとシール溝傾斜面の接触による摩擦トルクには、シール溝深さは影響せず、又シール内径リップとシール溝傾斜面の摩擦トルクは、シールリップと傾斜面の摩擦係数と接触力が支配的であることから、シール溝傾斜面の角度を６０°〜９０°の範囲であっても何ら摩擦トルクへの影響がない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明転がり軸受の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態にすぎずなんらこれに限定して解釈されるものではなく、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。
図１は、本発明転がり軸受の一実施形態を示す概略断面図で、本発明転がり軸受は、例えば図４に図示した自動車のスロットルバルブ（図示例では全閉状態）の軸支持部位など高気密性と低摩擦トルク性が要求される部位に使用されるとその作用効果が発揮される。図４において、１はスロットルバルブ、２は軸、３は吸気管、４はバルブ全閉時のエアバイパスとしての隙間、５は転がり軸受を示す。なお、図示したスロットルバルブ構成は一実施形態にすぎず他の形態を採用することも可能である。
【０００９】
本実施形態において転がり軸受は、図１に示すように、外輪６の内径６ａと内輪７の外径７ａに形成されて対向する軌道溝８に、保持器９を介して複数個の転動体１０が組み込まれ、外輪６のシール溝１１に外径固定部１３ｃを固定すると共に、内輪７のシール溝１２に内径のリップ１３ｄ先端が接触して軸受空間内を密封する密封板１３を備えて構成されている密封形の深溝転がり軸受とする。
外輪６は、内径６ａの円周方向に軌道溝８を周設すると共に、内径６ａの両端に密封板の外径を固定するシール溝１１を周設してなる。
内輪７は、外径７ａの円周方向に軌道溝８を周設すると共に、外径７ａの両端に密封板の内径のリップ先端を摺接させるシール溝１２を周設してなる。
転動体１０は、本実施形態では、玉（球状）を一例としてあげるが、玉はその形状に何等限定されるものではなく既知の形状の玉が使用に応じて適宜選択される。また、既知のころを用いることももちろん可能である。
内輪７に設けたシール溝（密封板１３のリップ１３ｄ先端の接触するシール溝）１２は、内輪７の外径７ａに対して所望角度の傾斜をもって位置するシール溝傾斜面１２ａと、該傾斜面１２ａの端部から軸方向に延びるシール溝口元面１２ｂ（図２参照）とで形成されている。
なお、シール溝１２は、本実施形態のシール溝傾斜面１２ａを備えているものであれば他の構成を採用することも可能である。
図１で示すように、シール溝１２の径方向深さＬ１は、転動体１０の最大径（直径）Ｄｗの１７％以上の深さとし、シール溝傾斜面１２ａの角度（図２中のａで示す部分の角度）は、内輪７の外径７ａに対して６０°〜９０°の範囲内となるように構成する。本実施形態では、シール溝傾斜面１２ａの角度を内輪７の外径７ａに対して約６５°の傾斜をもって構成した。シール溝１２の径方向深さＬ１が、転動体１０の最大径Ｄｗの１７％未満の深さではシールリップが内輪外径７ａ側にめくれる虞があり高気密性が確保できず、またシール溝傾斜面１２ａの角度が、内輪７の外径７ａに対して６０°未満の場合であっても、シールリップが内輪外径７ａ側にめくれる虞があり高気密性が確保できない。
【００１０】
密封板１３は、例えば本実施形態では、図１・図２に示すように、円環状に形成した芯金１３ａをゴム又は樹脂等１３ｂで覆うように全体円環状に形成すると共に、外径をゴム又は樹脂からなる固定部１３ｃとし、内径に内輪７のシール溝傾斜面１２ａと摺接するゴム又は樹脂からなるリップ１３ｄを備えて構成されている、芯金入りの接触シールである。図２，３において、破線は弾性変形したリップ１３ｄ先端を示している。
なお、本実施形態では、図２に示すように断面視直角状の単一のリップ１３ｄや、図３に示すように断面視鋭角状の単一のリップ１３ｄをもって説明するが、リップ構成は特に限定されず、低摩擦トルクを図り得る範囲であれば適宜既知のリップ構成が適用可能である。また、外輪６のシール溝１１に固定される外径固定部１３ｃにあっても既知の構造が選択可能で、例えばそのゴム又は樹脂からなる固定部１３ｃの形状を他の任意の形状とすることや、あるいは固定部１３ｃを芯金の外径にて構成し、該芯金外径をカシメ固定する構成とすることも本発明の範囲内で可能である。また、芯金１３ａを有しない構造であってもよい。
そして、密封板１３は、内輪７のシール溝傾斜面１２ａにおける径方向深さＬ１の内輪中心軸１４寄り５０％の範囲内（図２中のｂで示す範囲内）で、リップ１３ｄの先端が接触するものとする。これを言い換えると、内輪外径７ａと内輪シール溝口元面１２ｂとの間のシール溝傾斜面１２ａの径方向深さＬ１を１００％としたとき、内輪シール溝口元面１２ｂから５０％の範囲（図２中のｂで示す範囲）までの間で、リップ１３ｄ先端がシール溝傾斜面１２ａに接触しているものとする。５０％を超えた位置で接触すると、シールリップ１３ｄが内輪外径７ａ側にめくれる虞があり高気密性が確保できない。
【００１１】
本実施形態において、内輪７のシール溝１２構成と密封板１３のリップ１３ｄ先端の接触構成を上述の通り特有の構成とした以外は、軸受寸法・転動体径・保持器構成あるいは材質などの諸構成は限定されず、本発明の範囲内で設計変更可能である。本実施形態では潤滑剤（油、グリースなど）について特に説明しないが、例えばスロットルバルブの軸支持に使用される軸受で一般的に使用されるグリースなど（リチウム系・ウレア系グリースなど）を本発明の範囲内で適宜使用することができる。
なお、本実施形態では、密封板１３の外径固定部１３ｃを外輪６のシール溝１１に固定し、内径のリップ１３ｄを内輪７のシール溝傾斜面１２ａに摺接させる形態であるが、例えば図示はしないが、密封板の内径を内輪のシール溝に固定し、外径のリップを外輪のシール溝傾斜面に摺接する形態を採用することも可能である。
【００１２】
「実施例」
以下、本発明品と従来品の空気漏れなどの試験を行った実施の一例を示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１は、本発明品、従来品１（図５（ａ）形態）、従来品２（図５（ｂ）形態）のそれぞれに正圧負荷時の空気漏れを比較した結果である。
［試験条件］軸受側面の一方に正圧を負荷させ、他方の側面からの空気漏れの有無を確認する。
［判定条件］瞬間的な漏れもＮＧ（×）とした。
［軸受仕様］本発明品、従来品１、２ともに次の仕様とした。
軸受型番  ６９００
外径：φ２２
内径：φ１０
幅：６
玉径：φ３．１７５
玉数：９
これによれば、従来品２にあっては１００ｋｐａあたりから空気漏れが確認され、従来品１にあっても２５０ｋｐａあたりから空気漏れが確認されたが、本発明品にあっては３５０ｋｐａの高い正圧を負荷させても空気漏れは確認されなかった。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２は、本発明品、従来品１（図５（ａ）形態）、従来品２（図５（ｂ）形態）のそれぞれに負圧負荷時の空気漏れを比較した結果である。
尚、軸受仕様は、上述の正圧負荷時の空気漏れ試験の場合と同じとした。
［試験条件］軸受側面の一方に負圧を負荷させ、他方の側面からの空気吸入の有無を確認する。
［判定条件］瞬間的な吸入もＮＧ（×）とした。
これによれば、従来品１，従来品２にあっては−８０ｋｐａあたりから空気吸入が確認されたが、本発明品にあっては−９０ｋｐａの高い負圧を負荷させても空気吸入は確認されなかった。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
表３は、空気漏れへのシール溝深さの影響を確認した結果である。
［試験条件］軸受側面の一方に正圧３００ｋｐａを負荷させ、他方の側面からの空気漏れ有無を確認する。
同一仕様の軸受で、内輪シール溝の径方向深さを１３％〜２０％の範囲で変えたものを使用した。
［判定条件］瞬間的な漏れもＮＧ（×）とした。
これによれば、内輪シール溝の径方向深さが転動体の最大径の１６％以下の場合で空気漏れが確認されたが、１７％以上の深さの場合では空気漏れは全く確認されなかった。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
表４は、空気漏れへのシール溝傾斜面角度の影響を確認した結果である。
［試験条件］軸受側面の一方に正圧３００ｋｐａを負荷させ、他方の側面からの空気漏れ有無を確認する。
同一仕様の軸受で、内輪外径に対するシール溝傾斜面の角度を５０°〜９０°の範囲で変えたものを使用した。
［判定条件］瞬間的な漏れもＮＧ（×）とした。
これによれば、内輪外径に対するシール溝傾斜面の角度が、５５°・５０°の場合で空気漏れが確認されたが、６０°以上である場合には空気漏れが全く確認されなかった。
【００２１】
【表５】
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【００２２】
表５は、空気漏れへのシール溝傾斜面とシールリップ先端の径方向接触位置の影響を確認した結果である。
［試験条件］軸受側面の一方に正圧３００ｋｐａを負荷させ、他方の側面からの空気漏れ有無を確認する。
同一仕様の軸受で、シールリップのシール溝傾斜面への接触位置を、内輪シール口元面から２０％〜８０％の範囲で変えたものを使用した。
［判定条件］瞬間的な漏れもＮＧ（×）とした。
これによれば、内輪シール溝口元面から５０％の範囲まで（内輪のシール溝傾斜面における径方向深さの内輪中心軸寄り５０％の範囲内）の間で、リップ先端がシール溝傾斜面に接触しているときは空気漏れが全く確認されなかったが、５０％を超えた位置から空気漏れが確認された。
【００２３】
【表６】
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【００２４】
表６は、摩擦トルクへのシール溝傾斜面角度の影響を確認した結果である。
［試験条件］回転数１ｍｉｎ−１で内輪を回転させて摩擦トルクを測定する。
同一仕様の軸受で、内輪外径に対するシール溝傾斜面の角度を５０°〜９０°の範囲で変えたものを使用した。
［判定条件］０．０４Ｎ・ｍ以下でＯＫ（○）とした。
これによれば、５０°〜９０°の範囲で全て０．０４Ｎ・ｍ以下と判定されたため、シール溝傾斜面の角度は摩擦トルクへの影響が無いことがわかる。これは、シールリップとシール溝傾斜面の摩擦トルクは、シールリップとシール溝傾斜面の摩擦係数と接触力が支配的であることから、シール溝傾斜面の角度が摩擦トルクに及ぼす影響がないといえる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、高気密性の実現と低摩擦トルク性を確保できる転がり軸受の提供が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明転がり軸受の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【図３】他の実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【図４】本発明の転がり軸受を組み込んだスロットルバルブの一実施形態を示す概略図。
【図５】（ａ）は従来のシールと内輪の接触形態を示した概略図で、（ｂ）は他の形態を示した概略図である。
【符号の説明】
１：スロットルバルブ              ２：軸
３：吸気管                        ５：転がり軸受
６：外輪                          ７：内輪
７ａ：外径                      １０：転動体
１１：シール溝（外輪側）        １２：シール溝（内輪側）
１２ａ：内輪シール溝傾斜面      １２ｂ：内輪シール溝口元面
１３：密封板                    １３ｄ：リップ
１４：内輪中心軸
Ｌ１：シール溝径方向深さ          Ｄｗ：転動体最大径
【図１】
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【図２】
2004324779.tif 000010
【図３】
2004324779.tif 000011
【図４】
2004324779.tif 000012
【図５】
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