JP2005265094A - 複列斜接玉軸受およびピニオン軸支持用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪２の内周面に設けた大径と小径の軌道部２ａ，２ｂそれぞれと、内輪３の外周面に設けた大径と小径の軌道部３ａ，３ｂそれぞれとの間に複数の玉４Ａ，４Ｂを介装し、互いの接触角θ１，θ２の傾きを同じ向きにしてなる複列斜接玉軸受１において、所定の予圧を付与した状態で使用する場合に、複列斜接玉軸受１に働くラジアル方向の圧縮荷重や、外輪２と内輪３とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大したときに予圧が増大することを抑制し、軸受機能を安定化する。
【解決手段】大径列の玉４Ａの接触角θ１を３０度以上４０度以下にし、かつ、大径列の玉４Ａの直径ｄ１と外輪２の大径軌道部２ａの外端の大径肩部２ｃの径方向厚みＣとの関係を、１≧Ｃ／ｄ１≧０．７５にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いの接触角の傾きを同じ向きにした複列斜接玉軸受およびこの複列斜接玉軸受を用いたピニオン軸支持用軸受装置に関する。

例えば自動車等の車両に搭載されるデファレンシャルや四輪駆動車両に搭載されるトランスファ等では、それらのピニオン軸をハウジングの内周に二つの円すいころ軸受を介して支持している（例えば特許文献１参照。）。しかし、円すいころ軸受は、外輪および内輪と円すいころとの接触面積が大きく、かつ内輪の大鍔部との間ですべりが生じるため、回転抵抗が比較的大きい。

そこで、円すいころ軸受に比べて回転抵抗の小さい玉軸受を用いることが考えられるが、アキシアル荷重やラジアル荷重の負荷容量の大きな複列斜接玉軸受を用いるのが好ましい。この複列斜接玉軸受には、例えば図４に示すように、互いの接触角の傾き、つまり二つの作用線Ｘ１，Ｘ２の傾きを同じ向きにしたタンデム型と呼ばれるものがある。外輪８１は大径軌道部８２と小径軌道部８３とを有し、大径軌道部８２の外端に大径肩部８４を、小径軌道部８３の外端に小径肩部８５を、大径軌道部８２と小径軌道部８３との間に中径肩部８６を設けている。内輪９１は大径軌道部９２と小径軌道部９３とを有し、大径軌道部９２の外端に大径肩部９４を、小径軌道部９３の外端に小径肩部９５を、大径軌道部９２と小径軌道部９３との間に中径肩部９６を設けている。外輪８１の大径軌道部８２と内輪９１の大径軌道部９２との間に介装されてピッチ円直径Ｄ１が大きくなった列の玉８０Ａを大径列の玉と言う。また、外輪８１の小径軌道部８３と内輪９１の小径軌道部９３との間に介装されてピッチ円直径Ｄ２が小さくなった列の玉８０Ｂを小径列の玉と言う。

近年では、デファレンシャルやトランスファのハウジングを軽量化のために鉄系金属に替えて軽合金（例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等）で形成することがあるが、ピニオン軸を強度や剛性の関係より鉄系金属にしているので、ピニオン軸の支持に用いる複列斜接玉軸受に定位置予圧を付与している場合、ハウジングとピニオン軸との線膨張係数の差により、常温（例えば２０℃）より低温になると複列斜接玉軸受の予圧が増大し、耐焼付き性が低下する傾向となる。
特開平１０−２２０４６８号

本発明は、互いの接触角の傾きを同じ向きにした複列斜接玉軸受において、所定の予圧を付与した状態で使用する場合に、複列斜接玉軸受に働くラジアル方向の圧縮荷重や、外輪と内輪とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大したときに予圧が増大することを抑制することを解決すべき課題としている。

本発明は、外輪の内周面に設けた大径と小径の軌道部それぞれと、内輪の外周面に設けた大径と小径の軌道部それぞれとの間に複数の玉を介装し、互いの接触角θ１，θ２の傾きを同じ向きにしてなる複列斜接玉軸受であって、大径列の玉の接触角θ１を３０度以上４０度以下にし、かつ、大径列の玉の直径ｄ１と外輪の大径軌道部の外端の大径肩部の径方向厚みＣとの関係を、１≧Ｃ／ｄ１≧０．７５にしたことを特徴としている。

本発明によると、外輪において最も肉厚が薄い大径肩部の肉厚を従来例に比べて厚くしているので、外輪の剛性が従来例に比べて向上する。しかも、大径列の玉の接触角を従来例に比べて大きくしているので、アキシアル荷重の負荷容量が従来例に比べて向上する。

このため、例えば本発明の複列斜接玉軸受に働くラジアル方向の圧縮荷重や、外輪と内輪とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大したときでも、外輪の大径肩部が弾性変形しにくくなるとともに、外輪の特に大径軌道部が弾性変形しにくくなる。これらの相乗効果により、複列斜接玉軸受に働く荷重が増大したときでも当該複列斜接玉軸受に付与している予圧が増大することを抑制できるので、玉の転動動作が円滑となって軸受機能が安定する。

好ましくは、上記二列の玉それぞれの接触角θ１，θ２および直径ｄ１，ｄ２を同一にした。

本発明は、ピニオンギヤが一端に設けられた金属製のピニオン軸を、該金属より線膨張係数の大きい金属からなるハウジングの内周に二つの斜接型転がり軸受を介して支持し、この二つの斜接型転がり軸受を背面組み合わせとして、この二つの斜接型転がり軸受に定位置予圧を付与したピニオン軸支持用軸受装置であって、上記少なくともいずれか一方の斜接型転がり軸受を上記複列斜接玉軸受としたことを特徴としている。

この場合、仮に、常温より低温になると、ハウジングとピニオン軸との素材の線膨張係数の差が原因で複列斜接玉軸受に働くラジアル方向の圧縮荷重や、外輪と内輪とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大するが、上述したように複列斜接玉軸受の外輪の剛性およびアキシアル荷重の負荷容量を従来例より向上させているので、外輪の大径肩部が弾性変形しにくくなるとともに外輪の特に大径軌道部が弾性変形しにくくなる。したがって、例えば環境温度が常温より低温になっても複列斜接玉軸受に付与している予圧が増大することを抑制できるから、温度低下に関係なくピニオン軸を回転抵抗少なく安定的に支持できる。

本発明は、ラジアル方向の圧縮荷重および、外輪と内輪とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大したときでも、予圧の増大を抑制でき、玉の転動動作を円滑にできて、軸受機能が安定する。

以下、本発明を図面に示す最良の実施形態に基づいて説明する。図１は、複列斜接玉軸受の上半分を示す断面図である。

図に示す複列斜接玉軸受１は、外輪２、内輪３、二列の玉４Ａ，４Ｂ、二つの保持器５，６を備えた構成であり、二列の玉４Ａ，４Ｂの直径ｄ１，ｄ２を同一にし、一方列の玉４Ａのピッチ円直径Ｄ１を他方列の玉４Ｂのピッチ円直径Ｄ２より大きくし、さらに、二列の玉４Ａ，４Ｂの接触角θ１，θ２を同一にし、互いの接触角θ１，θ２の傾きを同じ向きにしている。このような構成の複列斜接玉軸受１を、タンデム型と言う。但し、二列の玉４Ａ，４Ｂの直径ｄ１，ｄ２や、接触角θ１，θ２が異なる場合もタンデム型の複列斜接玉軸受と言う。

外輪２は、内周面が軸方向に階段状に縮径された形状であり、具体的に、軸方向に並ぶ大径軌道部２ａおよび小径軌道部２ｂを有し、大径軌道部２ａの外端側に大径肩部２ｃが、また、小径軌道部２ｂの外端側に小径肩部２ｄが、さらに、大径軌道部２ａと小径軌道部２ｂとの間に中径肩部２ｅが、それぞれ設けられている。大径肩部２ｃの内径は大径軌道部２ａの底部の内径と同じである。小径肩部２ｄの内径は小径軌道部２ｂの底部の内径より小さい。中径肩部２ｅの内径は、大径軌道部２ａの底部の内径より小さくかつ小径軌道部２ｂの底部の内径より僅かに大きい。大径軌道部２ａは大径肩部２ｃと中径肩部２ｅとの段差部分に設けられる湾曲斜面からなり、小径軌道部２ｂは中径肩部２ｅと小径肩部２ｄとの段差部分に設けられる湾曲斜面からなる。

内輪３は、外周面が軸方向に階段状に縮径された形状であり、具体的に、軸方向に並ぶ大径軌道部３ａおよび小径軌道部３ｂを有し、大径軌道部３ａの外端側に大径肩部３ｃが、また、小径軌道部３ｂの外端側に小径肩部３ｄが、さらに、大径軌道部３ａと小径軌道部３ｂとの間に中径肩部３ｅが、それぞれ設けられている。大径肩部３ｃの外径は大径軌道部３ａの底部の外径より大きい。小径肩部３ｄの外径は中径肩部３ｅの外径より小さくかつ小径軌道部３ｂの底部の外径より僅かに大きい。中径肩部３ｅの外径は、大径肩部３ｃの外径より小さくかつ大径軌道部３ａの底部の外径より僅かに大きい。大径軌道部３ａは大径肩部３ｃと中径肩部３ｅとの段差部分に設けられる湾曲斜面からなり、小径軌道部３ｂは中径肩部３ｅと小径肩部３ｄとの段差部分に設けられる湾曲斜面からなる。

外輪２の大径軌道部２ａと内輪３の大径軌道部３ａとの間に介装されてピッチ円直径Ｄ１が大きくなった列の玉４Ａを大径列の玉と言う。また、外輪２の小径軌道部２ｂと内輪３の小径軌道部３ａとの間に介装されてピッチ円直径Ｄ２が小さくなった列の玉４Ｂを小径列の玉と言う。これら大径列の玉４Ａおよび小径列の列４Ｂは、保持器５，６で別々に保持され、玉一つずつが円周方向等間隔に配置されている。

このようなタンデム型の複列斜接玉軸受１において、大径列の玉４Ａの接触角θ１を特定するとともに、大径列の玉４Ａの直径ｄ１と外輪２の大径肩部２ｃの径方向厚みＣとの関係を特定したので、以下で説明する。

具体的に、大径列の玉４Ａの接触角θ１を３０度以上４０度以下、好ましくは、３０度以上３５度以下にした。しかも、大径列の玉４Ａの直径ｄ１と外輪２の大径肩部２ｃの径方向厚みＣとの関係を、１≧Ｃ／ｄ１≧０．７５に設定した。

なお、この実施の形態では、二列の玉４Ａ，４Ｂの接触角θ１，θ２および直径ｄ１，ｄ２を同一にしているので、小径列の玉４Ｂの接触角θ２は大径列の玉４Ａの接触角θ１と同じ数値とする。

この場合、要するに、外輪２において最も肉厚が薄い大径肩部２ｃの肉厚が従来例に比べて厚く、大径列の玉４Ａ，４Ｂの接触角θ１，θ２が従来例に比べて大きくなっている。これにより、外輪２の剛性が従来例に比べて向上するとともに、アキシアル荷重の負荷容量が従来例に比べて向上する。

ここで、大径列の玉４Ａの接触角θ１の下限値を３０度未満に設定すると、アキシアル荷重の負荷容量が減少する一方、接触角θ１の上限値を４０度より大きくすると、ラジアル荷重の負荷容量が減少する。

また、Ｃ／ｄ１の下限値を０．７５未満に設定すると、複列斜接玉軸受１が径方向に沿う圧縮荷重を受けたときに外輪２の大径肩部２ｃが径方向に弾性収縮しやすくなるなど外輪２の剛性が低下する一方、Ｃ／ｄ１の上限値を１より大きくしても、外輪２の厚みが大きくなって大型化することに見合うだけ剛性が向上しないので好ましくない。

したがって、複列斜接玉軸受１を所定の予圧を付与した状態で所定場所に組み込んだ状況において、例えば複列斜接玉軸受１に働くラジアル方向の圧縮荷重や、外輪２と内輪３とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大しても、外輪２の剛性が従来例よりも向上しているので、外輪２の大径肩部２ｃが弾性変形しにくくなるとともに、外輪２の特に大径軌道部２ａが弾性変形しにくくなる。これらの相乗効果により、複列斜接玉軸受１に働く荷重が増大したときでも複列斜接玉軸受１に付与している予圧が増大することを抑制できるので、玉４Ａ，４Ｂの転動動作が円滑となって軸受機能が安定する。

ところで、上述したタンデム型の複列斜接玉軸受１は、図２に示すように、デファレンシャルに用いることができる。デファレンシャルのハウジング１０内にピニオンギヤ１３付きのピニオン軸１２を、円すいころ軸受１４と図１に示すタンデム型の複列斜接玉軸受１とを介して回転自在に支持している。円すいころ軸受１４および複列斜接玉軸受１は、背面組み合わせで組み込まれて、定位置予圧が付与されている。

具体的に、この定位置予圧は、円すいころ軸受１４の外輪１４ａの背面および複列斜接玉軸受１の外輪２の背面をハウジング１０の径方向内向きの段部１０ａ，１０ｂにそれぞれ当接させ、円すいころ軸受１４の内輪１４ｂの背面をピニオンギヤ１３の一側面にそれぞれ当接させ、また、複列深溝玉軸受１の内輪３の背面をコンパニオンフランジ１５の内端面に、さらに、円すいころ軸受１４の内輪１４ｂの正面と複列斜接玉軸受１の内輪３の正面との間に間座１６を挟んだ状態において、ナット１７を締めこむことにより設定する。

このような構造において、ハウジング１０を軽合金（例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等）とし、ピニオン軸１２を鉄系金属としている場合、それらの線膨張係数の差により、温度変化により複列斜接玉軸受１に付与している予圧が変化する。具体的に、デファレンシャルの温度が常温（例えば２０℃）より高温になると各軸受１４，１に付与している予圧が抜ける傾向となる一方、常温より低温になると各軸受１４，１に付与している予圧が増大する傾向となる。この例では、高温時の予圧抜けを抑制することを考慮して予め経験的に常温時の予圧を調整している。

ここで、仮に、常温より低温になると、ハウジング１０の径方向での収縮率がピニオン軸１２の径方向での収縮率より大きく、かつ、ハウジング１０の段部１０ａ，１０ｂ間の間隔の拡がり率がピニオン軸１２の軸方向の膨張率より大きいので、複列斜接玉軸受１に働くラジアル方向に沿う圧縮荷重や外輪２と内輪３とを軸方向に近づける向きのアキシアル荷重が増大するが、上述したように複列斜接玉軸受１の諸元を特定したことによって、従来例のように予圧が増大することを抑制できる。したがって、特に複列斜接玉軸受１の軸受機能が安定するので、温度低下に関係なくピニオン軸１２を回転抵抗少なく安定的に支持できる。

なお、図２において、円すいころ軸受１４とタンデム型の複列斜接玉軸受１との配置を図３に示すように反対にしたものも本発明に含む。この場合も、常温より低温になったときに予圧が増大することを抑制できて、ピニオン軸１２の回転抵抗を軽減するうえで有利である。また、本発明の複列斜接玉軸受１の使用対象は、上記以外に自動車に搭載されるトランスファの適宜の回転軸支持部分等に用いることができる。

本発明の最良の形態に係る複列斜接玉軸受の上半分を示す断面図 図１に示す複列斜接玉軸受の使用例を示す断面図 図１に示す複列斜接玉軸受の他の使用例を示す断面図 従来例のタンデム型の複列斜接玉軸受の上半分を示す断面図

符号の説明

１…複列斜接玉軸受、２…外輪、２ａ…大径軌道部、２ｂ…小径軌道部、２ｃ…大径肩部、３…内輪、３ａ…大径軌道部、３ｂ…小径軌道部、４Ａ…大径列の玉、４Ｂ…小径列の玉。

Claims (3)

1. 外輪の内周面に設けた大径と小径の軌道部それぞれと、内輪の外周面に設けた大径と小径の軌道部それぞれとの間に複数の玉を介装し、互いの接触角θ１，θ２の傾きを同じ向きにしてなる複列斜接玉軸受であって、
   大径列の玉の接触角θ１を３０度以上４０度以下にし、かつ、大径列の玉の直径ｄ１と外輪の大径軌道部の外端の大径肩部の径方向厚みＣとの関係を、１≧Ｃ／ｄ１≧０．７５にしたことを特徴とする複列斜接玉軸受。
2. 上記二列の玉それぞれの接触角θ１，θ２および直径ｄ１，ｄ２を同一にしたことを特徴とする請求項１に記載の複列斜接玉軸受。
3. ピニオンギヤが一端に設けられた金属製のピニオン軸を、該金属より線膨張係数の大きい金属からなるハウジングの内周に二つの斜接型転がり軸受を介して支持し、この二つの斜接型転がり軸受を背面組み合わせとして、この二つの斜接型転がり軸受に定位置予圧を付与したピニオン軸支持用軸受装置であって、
   上記少なくともいずれか一方の斜接型転がり軸受を請求項１または２に記載の複列斜接玉軸受としたことを特徴とするピニオン軸支持用軸受装置。

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