滚动轴承、节流阀装置以及防抱死刹车装置制造方法
【专利摘要】一种具有密封功能的滚动轴承，能够提高相对正压及负压的密封性，针对压力的变动能够维持充分的气密性。在轴承（1）的两端部设有密封部件（6）。密封部件（6）由芯骨（10）以及弹性体（11）构成，固定在外圈（3）上，外侧以及内侧的唇部（13A、13B）与内圈（2）的外周面（2A）接触。在正压作用在密封部件（6）的外侧的情况下，通过利用该压力使外侧唇部（13A）按压内圈的外周面来维持气密性。此外，在负压作用情况下，通过利用密封部件的外侧和内侧的压力差，使内侧唇部按压在内圈的外周面上来维持气密性。由此，能够提高相对正压以及负压两者的密封性，针对压力的变动能够维持充分的气密性。
【专利说明】滚动轴承、节流阀装置以及防抱死刹车装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及具有密封性能的滚动轴承，以及具备该滚动轴承的节流阀装置及防抱死刹车装置(以下，称作ABS装置)。另外，在本实用新型中，ABS是指防抱死刹车系统(Ant1-lock brake system)。
【背景技术】
[0002]例如，众所周知，在内燃机(发动机)的节流阀装置中，有如下结构:通过滚动轴承支承节流轴的两端部，该节流轴旋转驱动开关进气通路的蝶形阀。在此结构中，为了防止吸入空气的泄露，要求滚动轴承具有密封性能(气密性)。并且，滚动轴承受到发动机的吸气负压，甚至在带有增压器的发动机的情况下受到增压压力情况下，这类压力由于通过发动机的的运动状态产生较大的变动，要求针对此类较大的压力变动维持充分的气密性。
[0003]对此，专利文献I中，披露了如下密封结构(参照专利文献I的图6)，通过设置在轴承两端部的一对环状的密封部件将内圈和外圈之间的环状空间密封。但是，在此密封结构中，一对密封部件中，当一个密封部件从外侧受到超过大气压的高气压时，该密封部件的唇部朝环状空间侧卷起，结果，环状空间内部的压力上升，另一密封部件朝外侧卷起，存在从滚动轴承脱落的危险。
[0004]进而，专利文献I中，披露了如下结构的滚动轴承(参照专利文献I的图1)，即使向一个密封部件从外侧施加超过大气压的高气压，唇部向环状空间侧移动，通过设置在内圈的外周面的阶梯部，也能够限制该唇部的移动。但是，该滚动轴承中，阶梯部、亦即唇部接触的部分，切削精加工完成后，由于跟通过研磨完成的精加工相比，表面精度差，很难得到较高的密封性能。
[0005]此外，虽然也有研磨阶梯部的方法，由于无法通过无心加工完成研磨工序，避免不了提闻制造成本。
[0006]专利文献1:日本特开2004-263734号公报
【发明内容】
[0007]本实用新型是鉴于上述方式做成的，其目的在于，提供一种能够提高相对于正压以及负压的密封性，对于压力的变动能够维持充分的气密性，并且结构简单且成本低滚动轴承、以及具备这种滚动轴承的节流阀装置和ABS装置。
[0008]为解决上述问题，本实用新型所涉及的滚动轴承的特征在于，具备:内圈；外圈；配置于在所述内圈和所述外圈之间形成的环状空间的多个滚动体；通过芯骨以及覆盖该芯骨的弹性体构成的、密封所述环状空间的环状的密封部件。
[0009]所述密封部件在内周部具有由所述弹性体构成且与所述内圈的外周面接触的唇部，该唇部在内周侧分岔而具有:外侧唇部，其向所述环状空间的外侧倾斜延伸地与所述内圈的外周面接触；内侧唇部，其向所述环状空间的内侧倾斜延伸地与所述内圈的外周面接触。[0010]对于所述唇部，所述外侧唇部和所述内圈的外周面的接触部与所述内侧唇部和所述内圈的外周面的接触部之间的部分，在与所述内圈的外周面之间形成间隙。所述芯骨延伸到所述唇部的所述外侧唇部和内侧唇部的分岔部的附近。
[0011]本实用新型所涉及的节流阀装置的特征在于，该节流阀装置为内燃机的节流阀装置，供开关进气通路的节流阀安装的节流轴，通过所述本实用新型的滚动轴承可旋转地被支承。
[0012]本实用新型所涉及的防抱死刹车系统装置的特征在于，该防抱死刹车系统装置为车辆的防抱死刹车系统装置，ABS泵驱动用的电动马达的驱动轴，通过上述本实用新型的滚动轴承可旋转地被支承。
[0013]根据本实用新型，能够提高滚动轴承相对于正压以及负压的密封性，对于压力的变动能够维持充分的气密性。此外，能够实现结构简单化并且低成本化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的第一实施方式的滚动轴承的纵向剖面图。
[0015]图2是将图1的作为滚动轴承的主要部分的密封部件的局部放大表示的图。
[0016]图3为本实用新型的第二实施方式所涉及的滚动轴承的纵剖图。
[0017]图4为本实用新型的第三实施方式所涉及的滚动轴承的纵剖图。
[0018]图5为用于评价本 实用新型所涉及的滚动轴承的气密性，作为比较对照的第一比较对照轴承的纵剖图。
[0019]图6为用于评价本实用新型所涉及的滚动轴承的气密性，作为比较对照的第二比较对照轴承的纵剖图。
[0020]图7为用于评价本实用新型所涉及的滚动轴承的气密性，作为比较对照的第三比较对照轴承的纵剖图。
[0021]图8为用于评价本实用新型所涉及的滚动轴承的气密性，作为比较对照的第四比较对照轴承的纵剖图。
[0022]图9为用于评价本实用新型所涉及的滚动轴承的气密性的试验装置的示意图。
[0023]图10是示出图6所示的第二比较对照轴承中，通过正压作用，密封部件挠曲卷曲的状态的说明图。
[0024]图11为本实用新型的第四实施方式所涉及的节流阀装置的纵剖图。
[0025]图12为本实用新型的第五实施方式所涉及的ABS装置的要部的纵剖图。
[0026]附图标记的说明
[0027]I…轴承、2…内圈、2A...外周面、3…外圈、6…密封部件、10…芯骨、11...弹性体、13...唇部、13A…外侧唇部、13B…内侧唇部、H…间隙、S…环状空间
【具体实施方式】
[0028]以下，根据附图对本实用新型的实施方式进行详细的说明。
[0029]参照图1以及图2对本实用新型的第一实施方式进行说明。图1为本实施方式所涉及的轴承I的从包含作为旋转轴的轴向X的平面所见的纵剖图。图2为图1的密封部件的局部放大图。[0030]如图1所不，轴承I作为具有S封功能的滚动轴承具备:内圈2 ;外圈3 ;多个滚动体4 (钢球)，它们被收纳于在内圈2的外周面2A上形成的轨道面2B和在外圈3的内周面3A上形成的轨道面3B之间；保持器5，其以规定的间隔将所述滚动体4保持在轨道面2B、3B上。并且，在轴承I上，在内圈2以及外圈3之间的轴向X的两端部设有用于密封内圈2以及外圈3之间的环状空间S的密封部件6、6。另外，由于这些密封部件6、6具有相同的结构，仅对其中一个(图1中右侧的密封部件6)进行详细说明。
[0031]内圈2的外周面2A，除去轴向X的中央部的轨道面2B成为具有一定的直径的圆筒面。在外圈3的内周面3A的轴向X的两端部，沿着圆周方向形成供密封部件6、6安装的同样形状的环状的密封槽8、8。密封槽8的底部剖面形状为大致半圆形状。外圈3的两端的内周缘部3C、3C，亦即密封槽8、8的轴向X的外侧部分，比内侧部分直径大。
[0032]密封部件6由金属材料的芯骨10以及覆盖芯骨10的橡胶状的弹性体11构成。密封部件6是由以下部件一体化形成的环状部件，即包括:外周侧的嵌合部12，该嵌合部12嵌合在外圈3的密封槽8上；内周侧的唇部13，该唇部13与内圈2的外周面2A接触；在所述嵌合部12和唇部13之间的中间部14。嵌合部12以与密封槽8的内表面大致相同的形状嵌合在密封槽8上，进而将密封部件6固定在外圈3上。中间部14从嵌合部12以及唇部13的轴向X的中央向外侧偏置设置，通过倾斜部14A、14B连接在嵌合部12以及唇部13上。唇部13具有在内周侧产生分枝并向环状空间S的外侧以及内侧倾斜并延伸的外侧唇部13A和内侧唇部13B。外侧唇部13A以及内侧唇部13B的前端部与内圈2的外周面2A接触。倾斜部14B和倾斜的外侧唇部13A之间形成有V字形状的槽G。
[0033]弹性体11，在发动机的排出气体中等高温下使用的情况下，用耐热性强的氟橡胶等制造，从而能够抑制由于过热带来的劣化。
[0034]芯骨10，是由以下部件一体化形成的，包括:平坦部15，该平坦部15沿着密封部件6的中间部14配置，与和轴向X垂直的平面平行；外侧凸缘部16，该外侧凸缘部16在平坦部15的外周侧，向轴向X的内侧弯曲成近似直角；倾斜部17，该倾斜部17在平坦部15的内周侧沿着倾斜部14B向轴向X的内侧弯曲；延长部18，该延长部18在倾斜部17的内周侧与平坦部15平行地弯曲，延长到外侧唇部13A和内侧唇部13B的分岔部附近。虽然芯骨10被插入弹性体11中而由弹性体11包覆，但平坦部15的轴向X的内侧部分的一部分没有被弹性体11包覆而是暴露在外面。芯骨10加固弹性体11，抵抗外力保持密封部件6的形状。
[0035]参照图2，对密封部件6的唇部13的形状进行更详细的说明。
[0036]芯骨10的延长部18的前端部，向径方向内侧超过V字状的槽G的最深部地延伸相应于尺寸D的长度，即延长部18的内径，比V字状的槽G的最深处的内径小相当于尺寸D的量。此外，通过外侧以及内侧唇部13A、13B的倾斜，唇部13中与内圈2的外周面2A接触的外侧及内侧唇部13A、13B的前端部之间的部分，与内圈2的外周面2A之间形成间隙H。该间隙H的轴向X的宽度Wl至少遍布外侧以及内侧唇部13A、13B的基部的宽度W (V字状的槽G的最深部的密封部件6的厚度)形成。
[0037]此外，该间隙H，小于外侧以及内侧唇部13A、13B的厚度T (尺寸线仅画在外侧唇部13A上)。外侧及内侧唇部13A、13B的内径比内圈2的外周面2A的外径相应的小规定的尺寸，以使得密封部件6安装在密封槽8时，能够被弹性按压在内圈2的外周面。[0038]不设置这样径向的间隙H的话，外侧以及内侧唇部13A、13B不容易发生变形，成为内圈2的旋转扭矩增大的主要原因。间隙H比外侧以及内侧唇部13A、13B的厚度T大的情况下，当外侧以及内侧唇部13A、13B变形时，容易进入间隙H侧发生卷曲。此外，间隙H在轴向X上设置的范围过小的情况下，外侧及内侧唇部13A、13B变形困难，会产生超过必要的按压力，从而使内圈2的旋转扭矩增大。设置间隙H的范围Wl (轴向X的宽度)优选为外侦似及内侧唇部13A、13B的基部的宽度W以上。
[0039]外侧以及内侧唇部13A、13B接触的内圈2的外周面2A，完成无心研磨，优选做成表面粗糙度的算术平均粗糙度Ra为0.25 μ m以下(Ra < 0.25 μ m),并且，剖面曲线的最大剖面高度Pt为3.Ομπι以下(Pt≤3.0ym)(JISB0601:2001)o此外，对于外侧以及内侧唇部13A、13B与内圈2的外周面2A的接触面，做成粗糙度曲线的最大高度Rz为6.0 μ m以下(Rz ^ 6.0 μ m)，并且算术平均粗糙度Ra为1.3 μ m以下(Ra≤1.3 μ m)。
[0040]并且，向由内圈2、外圈3以及密封部件6、6围成的环状空间S内适当的保持润滑脂等的润滑剂，润滑外圈2、内圈3、滚动体4以及保持器5。
[0041]接下来对以上方式构成的轴承I的作用进行说明。
[0042]参照图2，在向轴承I的密封部件6侧作用正压情况下(参照图2中带有斜线的箭头)，外侧唇部13A由于朝外侧倾斜并突出，通过向其倾斜的外周面13A1作用的压力，变成向内圈2的外周面2A施加压力，从而能够与外圈2的外周面2A紧密结合，维持气密性。此时，由于外侧唇部13A向内圈2的外周面2A按压的力与加压流体的压力成正比，相对于高压力能够维持气密性。
[0043]此外，密封部件6，通过正压作用，作用朝向内侧的力时，通过将外侧唇部13A向内圈2的外表面2A按压，不会损坏向内圈2的紧密结合的状态。
[0044]另一方面，向密封部件6作用负压的情况下(参照图2中白色箭头)，内侧唇部13B由于朝内侧倾斜地突出，通过向其倾斜的外周面13B1作用压力(密封部件6的内侧和外侧的压力差)，变成向内圈2的外周面2A施加压力，从而能够与外圈2的外周面2A紧密结合，维持气密性。此时，由于内侧唇部13B向内圈2的外周面2A按压的力与密封部件6的内侧和外侧的压力差成正比，相对于高负压能够维持气密性。
[0045]此外，密封部件6，通过负压作用，作用朝向外侧的力时，通过将内侧唇部13B向内圈2的外表面2A按压，不会损坏向内圈2的紧密结合的状态。
[0046]并且，密封部件6，通过芯骨10加固而提高刚性，能够保持规定的形状，另外，由于芯骨10的延长部18延长到外侧唇部13A和内侧唇部13B的分岔部附近，无论在向密封部件6作用正压以及负压的任何一种情况下，不会发生外侧唇部13A以及内侧唇部13B挠曲卷曲，或者密封部件6从密封槽8偏离的现象，能够确实地维持气密性。
[0047]这样一来，密封部件6在正压以及负压任意一个作用的情况下，都能相对于高压力(压力差)维持气密性，此外，能够防止异物进入轴承I的内部，以及设置在轴承I的内部的润滑剂的泄露。结果，例如轴承1，能够作为发动机的节流阀、车辆的ABS装置的泵马达等要求气密性良好的轴承使用，另外可以不需要密封机构，从而能够减少部件数目和安装工时。
[0048]另外，对于通过在密封部件6作用的压力(正压及负压)而产生的向内侧推压的力以及向外侧推压的力，优选使内侧唇部13A和外侧唇部13B的倾斜角度大致对称，以至于使其刚性程度相同。但是，例如，正压比负压大很多的使用条件的情况下，使外侧唇部13A的倾斜角度小于内侧唇部13B的倾斜角度，二者不完全相同，能够通过作用在外周面13A1的正压，进一步增大外侧唇部13A向内圈2的外周面2A按压的力。进而，如上所述，通过在芯骨10设置延长部18，充分提高内侧以及外侧唇部13A、13B的刚性，没必要在内圈2的外周面2A设置作为止动件的阶梯来抑制唇部的变形，所以能够将内圈2的外周面2A设置成除去轨道面2B外简单的圆筒面。由此，能够通过无心加工磨削与外侧及内侧唇部13A、13B接触的内圈2的外周面2A表面。由此，由于容易达成内圈2的外周面的算术平均粗糙度Ra ^ 0.25 μ m,并且，剖面曲线最大剖面高度Pt ( 3.0 μ m，因此能够实现较高气密性的同时，能够将内圈2的旋转扭矩抑制得较低。进而，由于内圈2的精加工变的简单，从而能够降低轴承I的制造成本。
[0049]接下来，参照图3及图4对本实用新型的第二以及第三实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，相对于第一实施方式的轴承1，在相同的部分使用相同的参考符号，仅对不同的部分进行详细的说明。
[0050]如上所述，通过在密封部件6上设置由外侧以及内侧唇部13A、13B形成的两个唇部，相对于正压及负压双方，能够通过一端侧的密封部件6维持高气密性。由此，如图3所示，第二实施方式的轴承IA中省略了另一端侧的密封部件6。此外，如图4所示，第三实施方式的轴承IB中，在另一端侧代替密封部件6而设置了密封部件6A (非接触密封部件)，该密封部件6A设置在与内圈2之间的间隙，且不与内圈2接触。密封部件6A由芯骨以及覆盖芯骨的弹性体构成。
[0051]下面，参照图5至图10，对评价所述第一至第三实施方式的轴承1、IA以及IB的气密性以及起动扭矩的比较试验进行说明。作为轴承1、1A以及IB的比较对照，准备了与上述仅密封部件不同的图5至图8所示的比较对照轴承31、41、51以及61，采用图9所示的试验装置60进行比较试验。
[0052]如图5所示，比较对照轴承31，相当于所述专利文献I的图1所示的滚动轴承。在两端部安装唇形密封件32、32，与唇形密封件32、32的唇部32A接触的内圈33的外周面，形成有支承唇部32A的阶梯部34。唇部32A，通过设有V字形的槽35，赋予可挠性，提高向内圈33的贴附性能。
[0053]如图6所示，比较对照轴承41，相当于所述专利文献I的图6所示的滚动轴承。相对于图5所示的比较对照轴承31，省略内圈33的外周面的阶梯部34。
[0054]如图7所示，比较对照轴承51，相当于所述专利文献I的图3所示的滚动轴承，相对于图6所示的比较对照轴承41，加厚唇形密封件52的壁厚，提高唇部52A的刚性。
[0055]如图8所示，比较对照轴承61，相对于所述第三实施方式所涉及的轴承1B，省略密封部件6的两个唇部的当中的一个的内侧唇部13B而做成密封部件6B。
[0056]另外，比较对照轴承31中，由于内圈的外周面的阶梯部34是切削完成的，唇形密封件的接触部分的表面粗糙度如下设定。
[0057]唇形密封件:剖面曲线的最大剖面高度Pt≤14 μ m，算术平均粗糙度Ra < 3.5 μ m0
[0058]内圈外周面:阶梯部的剖面曲线的最大剖面高度Pt < 5.0 μ m算术平均粗糙度Ra ^ 0.5 μ mD[0059]比较对照轴承41、51以及61，内圈的外周面没有阶梯部，与第一至第三实施方式相同，由于能够进行抛光，唇形密封件和内圈的外周面之间接触部分的粗糙度如下设定。
[0060]唇形密封件:剖面曲线的最大剖面高度Pt≤14 μ m，算术平均粗糙度Ra≤ 3.5 μ m0
[0061]内圈外周面:剖面曲线的最大剖面高度Pt≤ 3.0 μ m算术平均粗糙度Ra ≤0.25 μ m。(与第一至第三实施方式具有相同的表面粗糙度)
[0062]如图9所示，试验装置70具备:夹具71，用于设置进行试验的轴承；泵72，向夹具71供给空气(正压或者负压);调节器73，用于调节向夹具71供给的正压和负压；流量计74，用于测定夹具71、泵72之间的空气的流量；压力计75，用于测定向夹具71供给的空气的压力。
[0063]夹具71为如下结构:在剖面圆形的孔76的中心立起设置小径的轴部77，在孔76内形成圆筒形状的空间，孔76的内周槽以及轴部的外周槽上安装O型环78、79。并且，在孔76和轴部77之间的圆筒状的空间内，设置进行试验的轴承，通过O型环78密封这些外圈和孔76之间，通过O型环79密封内圈和轴部77之间，孔76内侧形成密封的圆筒状的轴承室SI。
[0064]在向进行试验的轴承作用正压的情况下，泵72作为加压泵，通过管道80向夹具71的轴承室SI供给压缩空气，通过调节器73和压力计75，将向轴承室SI供给的压缩空气的压力调整到规定压力。并且，通过流量计74，测定从泵72侧向夹具71侧流入的压缩空气的流量。
[0065]在向进行试验的轴承作用负压的情况下，泵72作为真空泵，通过管道80向夹具71的轴承室SI供给负压(吸引轴承室SI的空气)，通过调节器73和压力计75，将向轴承室SI供给的负压调整到规定压力。并且，通过流量计74，测定从夹具71侧向泵72侧流入的空气的流量。
[0066]在夹具71上设置进行试验的轴承，供给下述条件1~3所示的负压以及正压时，通过流量计74测定流过管道80的空气的流量，表1示出了其流量的测定值作为各轴承的泄漏量，评价气密性的结果。
[0067]条件1:对轴承室S1施加_60KPa~+129KPa的压力差。
[0068]条件2:对轴承室S1施加+130KPa~+235KPa的压力差。
[0069]条件3:对轴承室S1施加_70KPa~+500KPa的压力差。
[0070]气密性能的要求,0.5ml/分以下,对起动扭矩的要求在0.015N.m以下。
[0071]基于以下基准评价结果用〇、X以及Λ表示。
[0072]O:满足气密性能以及起动扭矩两个要求。
[0073]Δ:满足气密性能的要求,不满足起动扭矩的要求。
[0074]X:不满足气密性能的要求。
[0075]表1
[0076]
【权利要求】
1.一种滚动轴承，具备:内圈；外圈；多个滚动体，它们配置于在所述内圈和所述外圈之间形成的环状空间；环状的密封部件，其通过芯骨以及覆盖该芯骨的弹性体构成，密封所述环状空间，其特征在于， 所述密封部件在内周部具有由所述弹性体构成且与所述内圈的外周面接触的唇部，该唇部在内周侧分岔而具有:外侧唇部，其向所述环状空间的外侧倾斜延伸地与所述内圈的外周面接触；内侧唇部，其向所述环状空间的内侧倾斜延伸地与所述内圈的外周面接触， 对于所述唇部，所述外侧唇部和所述内圈的外周面的接触部与所述内侧唇部和所述内圈的外周面的接触部之间的部分，在与所述内圈的外周面之间形成间隙， 所述芯骨延伸到所述唇部的所述外侧唇部和内侧唇部的分岔部的附近。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于， 所述唇部的所述外侧唇部和所述内侧唇部之间的部分与所述内圈的外周面之间的间隙的径向尺寸，小于等于所述外侧以及内侧唇部的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于， 所述外侧以及内侧唇部和所述内圈的外周面之间的间隙的轴向的宽度，大于等于所述外侧以及内侧唇部的基部的轴向的宽度。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于， 所述内圈的外周面具有从所述滚动体滚动的轨道面向所述内圈的端部延伸的直径一定的圆筒面。
5.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于， 所述外侧以及内侧唇部的与所述内圈接触的接触面的粗糙度曲线的最大高度Rz在6.0 μ m以下，并且，算术平均粗糙度Ra在1.3 μ m以下， 所述内圈的与所述外侧以及内侧唇部接触的接触面的剖面曲线的最大剖面高度Pt在3.0 μ m以下，并且，算术平均粗糙度Ra在0.25 μ m以下。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于， 所述密封部件仅设置在所述环状空间的一端侧。
7.根据权利要求6所述的滚动轴承，其特征在于， 在所述环状空间的另一端侧不设置密封机构。
8.根据权利要求6所述的滚动轴承，其特征在于， 在所述环状空间的另一端侧设置有与所述内圈不接触的环状的非接触密封部件，该非接触密封部件由芯骨和覆盖该芯骨的弹性体构成。
9.一种节流阀装置，所述节流阀装置为内燃机的节流阀装置，其特征在于，供开闭进气通路的节流阀装置安装的节流轴通过权利要求1至8中任意一项记载的滚动轴承可旋转地被支承。
10.一种ABS装置，该ABS装置为车辆的防抱死刹车装置，其特征在于，ABS泵驱动用的电动马达的驱动轴通过权利要求1至8中任意一项记载的滚动轴承可旋转地被支承。
【文档编号】F16C33/76GK203585077SQ201320660402
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】古越秋三 申请人:美蓓亚株式会社