JP2007211834A

JP2007211834A - 歯車用軸受装置

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Publication number: JP2007211834A
Application number: JP2006030089A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ichikawa; 博幸市川; Hideki Akamatsu; 英樹赤松; Eiichiro Shimazu; 英一郎島津
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】軸受とケーシングとの材料特性の差を吸収して、歯車装置の回転軸を安定して支持可能な歯車用軸受装置を提供する。
【解決手段】歯車用軸受装置は、アルミニウム合金等の軽合金で形成されるケーシング１２と、ケーシング１２に挿通する入力軸１３と、入力軸１３と平行に配置される出力軸１４と、入力軸１３に固定連結された歯数ｎ_１の小歯車１５と、出力軸１４に固定連結されて小歯車１５と噛み合う歯数ｎ_２の大歯車１６と、入力軸１３および出力軸１４をケーシング１２に回転自在に支持する４個の軸受１７，１８，１９，２０と、軸受１７〜２０を受け入れる軸受固定部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを有し、ケーシング１２に回転不能に固定される軸受保持部材２１，２２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、歯車用軸受装置、特に、減速機、増速機、変速機、四輪駆動車用トランスファ、および油圧ポンプ等の歯車装置の回転軸を支持する歯車用軸受装置に関するものである。

図１４を参照して、例えば従来の歯車装置１０１は、ケーシング１０２と、ケーシング１０２に挿通する入力軸１０３と、ケーシング１０２に入力軸１０３と平行に配置される出力軸１０４と、入力軸１０３に固定連結された歯数ｎ_１の小歯車１０５と、出力軸１０４に固定連結されて小歯車１０５と噛み合う歯数ｎ_２の大歯車１０６と、入力軸１０３および出力軸１０４をケーシング１０２に回転自在に支持する４個の軸受１０７とを備える。

この歯車装置１０１は、入力軸１０３の回転をｎ_１／ｎ_２の減速比で減速して出力軸１０４に伝達する減速機であって、例えば、特開平８−１９６０５７号公報（特許文献１）にも記載されている。

図１５を参照して、ケーシング１０２は、軸受１０７を受け入れる凹部１０２ｂと、凹部１０２ｂの底壁に回転軸を挿通する開口１０２ａと、凹部１０２ｂの開放端側に、軸受１０７の脱落を防止するリング部材１０８とを備える。一方、軸受１０７は、内輪１０７ａと、外輪１０７ｂと、内輪１０７ａおよび外輪１０７ｂの間に配置される複数の玉１０７ｃとを有する玉軸受１０７である。玉軸受１０７は、凹部１０２ｂに嵌め入れて固定される。
特開平８−１９６０５７号公報

近年、歯車装置１０１の軽量化の要求に伴って、アルミニウム合金等の軽合金製のケーシング１０２が採用されることがある。ケーシング１０２に使用する軽合金は、玉軸受１０７に使用される軸受鋼と比較すると、硬度や剛性が低く、線膨張係数が高い。

玉軸受１０７は、ケーシング１０２の凹部１０２ｂに嵌め合いによって固定されるに過ぎないので、軸受回転時に外輪１０７ｂが凹部１０２ｂ内で回転する現象（以下、この現象を「クリープ」という）が発生する。その結果、外輪１０７ｂと比較して硬度の低い凹部１０２ｂの内壁面には、外輪１０７ｂとの摩擦によって磨耗が生じる。

また、線膨張係数の高いケーシング１０２は、玉軸受１０７と比較して温度変化に伴う寸法変化率が大きいので、玉軸受１０７のケーシング１０２内での位置は、温度変化によって変化する。その結果、入力軸１０３と出力軸１０４との間隔も変化するので、小歯車１０５と大歯車１０６との適正な噛み合いを維持することができない。

そこで、この発明の目的は、軸受とケーシングとの材料特性の差を吸収して、歯車装置の回転軸を安定して支持可能な歯車用軸受装置を提供することである。

この発明に係る歯車用軸受装置は、歯車が固定された回転軸を通過させる開口を有するケーシングと、ケーシングの開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材と、軸受保持部材に保持されて、回転軸を回転自在に支持する軸受とを備える。

一実施形態として、ケーシングは複数の回転軸を通過させる開口を有し、軸受保持部材は複数の回転軸それぞれを回転自在に支持する軸受を保持する。

上記構成とすることにより、軸受とケーシングとのクリープによる磨耗の発生を防止することができる。また、ケーシングと軸受保持部材とを重ねることにより、ケーシングの剛性が向上する。

好ましくは、ケーシングと軸受保持部材とは、異なる材料で形成される。例えば、軸受の線膨張係数α_１と、軸受保持部材の線膨張係数α_２と、ケーシングの線膨張係数α_３とは、α_１≦α_２＜α_３の関係を有する。

上記構成のように、軸受保持部材を形成する材料として、線膨張係数が軸受鋼と近い材料を使用することにより、温度が変化した場合でも、軸受の軸受保持部材内での位置を一定に保つことができる。特に、軸受保持部材が複数の軸受を保持する場合には、温度変化に伴う軸間寸法の変化が極めて少ない歯車用軸受装置を得ることができる。

好ましくは、軸受保持部材は、剛性を向上させるための補強部をさらに有する。例えば、軸受保持部材の外縁部にリブ、および／または、表面に凹凸を形成することによって、軸受保持部材の剛性が向上する。その結果、剛性の低いアルミニウム合金製等のケーシングの剛性を補完することができる。

この発明によれば、軸受とケーシングとの材料特性、特に、剛性や線膨張係数の差を吸収して、歯車装置の回転軸を安定して支持可能な歯車用軸受装置を得ることができる。

図１〜図８を参照して、この発明の一実施形態に係る歯車装置１１を説明する。なお、図１は、この発明に係る歯車用軸受装置が使用される歯車装置１１を示す図である。

図１を参照して、歯車装置１１は、アルミニウム合金等の軽合金で形成されるケーシング１２と、ケーシング１２に挿通する入力軸１３と、入力軸１３と平行に配置される出力軸１４と、入力軸１３に固定連結された歯数ｎ_１の小歯車１５と、出力軸１４に固定連結されて小歯車１５と噛み合う歯数ｎ_２の大歯車１６と、入力軸１３および出力軸１４をケーシング１２に回転自在に支持する４個の軸受１７，１８，１９，２０と、軸受１７〜２０を受け入れる軸受固定部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを有し、ケーシング１２に回転不能に固定される軸受保持部材２１，２２とを備える。この歯車装置１１は、入力軸１３の回転をｎ_１／ｎ_２の減速比で減速して出力軸１４に伝達する減速機である。

図２は、図１のケーシング１２と軸受１７および軸受保持部材２１との嵌合部分の拡大図である。図２を参照して、ケーシング１２は、出力軸１４を通過させる開口１２ａを有する。開口１２ａは、ケーシング１２の内側に突出する凹部１２ｂと、凹部１２ｂの底壁に設けられた穴１２ｃとで構成される。そして、軸受保持部材２１は、ケーシング１２に設けられた凹部１２ｂに嵌め入れて固定される。玉軸受１７は、軸受保持部材２１に設けられた軸受固定部２１ａに嵌め合いによって保持される。なお、入力軸１３の支持部分についても同様の構成である。

なお、玉軸受１７は、内輪１７ａと、外輪１７ｂと、内輪１７ａおよび外輪１７ｂの間に配置された複数の玉１７ｃと、複数の玉１７ｃの間隔を保持する保持器（図示せず）と、内輪１７ａおよび外輪１７ｂの端面を密封する密封部材（図示せず）とを備える玉軸受１７である。なお、軸受１８，１９，２０についても同様の構成である。

図３および図４を参照して、この発明の一実施形態に係る歯車用軸受装置を説明する。なお、図３は、図１に示す軸受保持部材２１の正面図であって、図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。

図３を参照して、この発明の一実施形態に係る歯車用軸受装置は、ケーシング１２（図示省略）と、玉軸受１７，１８と軸受保持部材２１とを含む。軸受保持部材２１は、外形輪郭線が円弧部分と直線部分とを含む非円形で、玉軸受１７，１８を受け入れる軸受固定部２１ａ，２１ｂを有する。また、図４を参照して、軸受保持部材２１は、ケーシング１２の外壁面の凹部１２ｂに沿う板状であって、軸受固定部２１ａ，２１ｂは、内部に玉軸受１７，１８を収容可能な凹部である。また、軸受固定部２１ａ，２１ｂの底壁には、入力軸１３および出力軸１４を挿通する穴２１ｃ，２１ｄが形成されている。

なお、本明細書中「非円形」とは、外形輪郭線が、重心からの距離が相対的に長い第１の部分と、重心からの距離が相対的に短い第２の部分とを含む全ての形状を指すものとする。具体的には、楕円や多角形等である。また、軸受保持部材２２についても同様の構成である。

図１に示す歯車装置１１のように、ケーシング１２と玉軸受１７〜２０との間に軸受保持部材２１，２２を配置することにより、玉軸受１７〜２０のクリープによってケーシング１２が磨耗することはない。また、軸受保持部材２１，２２の外形輪郭線は非円形であるので、軸受保持部材２１，２２がケーシング１２の凹部１２ｂ内部で回転する心配はない。さらに、軸受保持部材２１，２２は、玉軸受１７〜２０と同等の硬度を有する材料で形成されているので、玉軸受１７〜２０のクリープによる磨耗の心配は少ない。

次に、図５〜図７を参照して、軸受保持部材２１の製造方法を説明する。まず、図５を参照して、軸受保持部材２１の出発材料としては、軸受鋼や炭素鋼等の鋼板を使用する。

図６を参照して、第１の工程としては、絞り加工によって鋼板に凹形状の軸受固定部２１ａ，２１ｂを形成する。軸受固定部２１ａ，２１ｂの内壁面の直径は、玉軸受１７，１８の外径寸法に合わせる。また、軸受固定部２１ａ，２１ｂの中心間の間隔は、入力軸１３と出力軸１４との軸芯間の間隔に合わせる。なお、図６では外縁部２１ｅと中央部２１ｆとの高さが同じである例を示したが、軸受固定部２１ａ，２１ｂの間隔が小さい場合には、中央部２１ｆは外縁部２１ｅより低くなることがある。

図７を参照して、第２の工程としては、打ち抜き加工によって軸受固定部２１ａ，２１ｂの底壁に入力軸１３および出力軸１４を挿通する穴２１ｃ，２１ｄを形成する。このとき、穴２１ｃ，２１ｄの直径は、玉軸受１７，１８の円滑な回転を妨げないために、底壁が内輪１７ａ，１８ａの端面に干渉しない大きさとする。

なお、軸受保持部材２１の外形輪郭線を図３に示したような非円形の形状に加工する工程は、図６に示す第１工程の後であってもよいし、図７に示す第２工程の後であってもよい。また、軸受保持部材２１の形状加工後には、所定の機械的性質を得るために、焼入れや浸炭処理、窒化処理等の熱処理を行う。

図５〜図７に示した軸受保持部材２１の製造方法では、製造コストおよび生産効率の観点から鋼板をプレス加工による製造方法の例を示したが、これに限ることなく、鋳造や削り出し加工によって製造してもよい。

上記構成の軸受保持部材２１は、玉軸受１７，１８を組み込んだ状態でケーシング１２に取り付けられる。このとき、軸受固定部２１ａ，２１ｂの間隔は、既に入力軸１３および出力軸１４の間隔と一致しているので、歯車装置１１の組立の際に玉軸受１７，１８の位置決めをする必要がなく、組立工数を削減することができる。

なお、図１に示した歯車装置１１において、ケーシング１２と軸受保持部材２１，２２とは同種材料で形成してもよいが、温度による寸法変化、歯車装置の剛性、および歯車装置の軽量化等の観点からは、異なる材料で形成することが望ましい。

例えば、玉軸受１７〜２０に使用する軸受鋼の線膨張係数をα_１、軸受保持部材２１，２２に使用する軸受鋼や炭素鋼の線膨張係数をα_２、ケーシング１２に使用するアルミニウム合金等の軽合金の線膨張係数をα_３とすると、α_１≦α_２＜α_３の関係を満たすような材料を選択する。

このような材料を選択した場合、温度変化に伴う玉軸受１７〜２０と軸受保持部材２１，２２との膨張量の差は小さいので、玉軸受１７〜２０の軸受保持部材２１，２２内における位置の変化は極めて小さくなる。その結果、入力軸１３および出力軸１４の軸間寸法がほとんど変化しないので、小歯車１５と大歯車１６との噛み合い量を適正に維持することができる。

また、軸受保持部材２１，２２をケーシング１２と比較して剛性の高い材料で形成する。これにより、ケーシング１２の剛性を補完することができる。その結果、ケーシング１２の材料として、軽合金よりさらに軽量な材料、例えばエンジニアリングプラスチック等を採用することも可能となる。

図８および図９を参照して、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を説明する。図８は、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を示す図であって、図９は、図８のＩＸ−ＩＸにおける断面図である。

図８および図９に示す歯車用軸受装置は、ケーシング１２（図示省略）と、玉軸受３２，３３と、軸受保持部材３１とを含む。なお、軸受保持部材３１は、図３および図４に示した軸受保持部材２１と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、玉軸受３２，３３は、玉軸受１７と同じであるので説明は省略する。

軸受保持部材３１の外縁部の全周には、軸受固定部３１ａ，３１ｂの突出方向と逆方向に９０°程度折り曲げて補強部としてのリブ３１ｅが形成されている。これにより、軸受保持部材３１の剛性がさらに向上する。なお、軸受保持部材３１を図５〜図７に示すようなプレス加工によって製造する場合には、リブ３１ｅの形成は、図６に示す第１工程の前または後であってもよいし、図７に示す第２工程の後であってもよい。

なお、図８および図９に示す実施形態においては、軸受保持部材３１の外縁部を軸受固定部３１ａ，３１ｂの突出方向と逆方向に折り曲げてリブ３１ｅを形成した例を示したが、これに限ることなく、突出方向と同一方向に折り曲げて形成してもよい。また、リブ３１ｅは、外縁部の全周に設けた例を示したが、これに限ることなく、一部に設けても効果がある。例えば、円弧部分にのみ設けてもよいし、直線部分にのみ設けてもよい。

図１０および図１１を参照して、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を説明する。図１０は、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を示す図であって、図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩにおける断面図である。

図１０および図１１に示す歯車用軸受装置は、ケーシング１２（図示省略）と、玉軸受４２，４３と、軸受保持部材４１とを含む。なお、軸受保持部材４１は、図３および図４に示した軸受保持部材２１と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、玉軸受４２，４３は、玉軸受１７と同じであるので説明は省略する。

軸受保持部材４１の表面には、軸受固定部４１ａ，４１ｂの突出方向と逆方向に突出する補強部としての凹凸部４１ｅが軸受固定部４１ａ，４１ｂを囲むように連続して設けられている。これにより、軸受保持部材４１の剛性がさらに向上する。なお、軸受保持部材４１を図５〜図７に示すようなプレス加工によって製造する場合には、凹凸部４１ｅの形成は、図６に示す第１工程の前または後であってもよいし、図７に示す第２工程の後であってもよい。

なお、図１０および図１１に示す実施形態においては、凹凸部４１ｅを軸受固定部４１ａ，４１ｂの突出方向と逆方向に突出する構造としたが、これに限ることなく、軸受固定部４１ａ，４１ｂと同一方向に突出する構造としてもよい。また、凹凸部４１ｅは、軸受保持部材４１の表面に連続して形成した例を示したが、これに限ることなく、部分的に設けても効果がある。さらには、図８および図９に示したリブと凹凸部との両方を設けてもよい。

図１２を参照して、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を説明する。図１２は、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の部分断面図である。この歯車用軸受装置は、ケーシング１２（図示省略）と、玉軸受５２と、軸受保持部材５１とを含む。なお、軸受保持部材５１は、図３および図４に示した軸受保持部材２１と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、玉軸受５２は、玉軸受１７と同じであるので説明は省略する。

軸受保持部材５１は、軸受固定部５１ａからの玉軸受５２の脱落を阻止するための軸受固定手段としてのリング部材５３を有する。リング部材５３は、玉軸受５２を組み込んだ軸受固定部５１ａの開口端側の外輪５２ｂの端面に当接する位置に配置され、その外縁部を軸受保持部材５１に溶接して固定される。また、リング部材５３は、中央に回転軸を挿通する穴５３ａを有する。穴５３ａの直径は、玉軸受５２の円滑な回転を妨げないように、内輪５２ａに接触しない大きさとする。上記構成とすることにより、軸受固定部５１ａの内壁面と外輪５２ｂの外径面との寸法公差が大きい場合でも、軸受回転時に玉軸受５２が軸受固定部５１ａから脱落する心配がない。

図１３を参照して、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置を説明する。図１３は、この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の部分断面図である。この歯車用軸受装置は、ケーシング１２（図示省略）と、玉軸受６２と、軸受保持部材６１とを含む。なお、軸受保持部材６１は、図３および図４に示した軸受保持部材２１と基本構成が同じであるので、相違点を中心に説明する。また、玉軸受６２は、玉軸受１７と同じであるので説明は省略する。

軸受保持部材６１は、軸受固定部６１ａからの玉軸受６２の脱落を阻止するための軸受固定手段としての加締部６１ｃを有する。この実施形態では、図１２に示したリング部材５３のような特別な部材を必要としないことから、部品点数を削減することができる。また、溶接によって軸受保持部材６１や玉軸受６２の組織が変質する恐れもない。

なお、図１２および図１３に示した実施形態は、図３〜図１１に示した各実施形態のいずれにも適用することができる。

図１に示す実施形態では、ケーシング１２の外壁面に沿って軸受保持部材２１を配置した例を示したが、これに限ることなく、ケーシング１２の内壁面に沿って軸受保持部材２１を配置してもよい。この場合、軸受保持部材２１は玉軸受１７，１８の円滑な回転を妨げない形状でさえあれば特に穴２１ｃ，２１ｄは無くても構わない。またケーシング１２においても、軸受保持部材２１を固定できる形状であれば、特に穴１２ｃは無くても構わない。

また、図１に示す実施形態では、この発明に係る歯車用軸受装置を減速機に採用した例を示したが、これに限ることなく、増速機、変速機、四輪駆動車用トランスファ、および油圧ポンプ等、複数の回転軸が平行に設けられたあらゆる歯車装置に利用することができる。

また、上記の各実施形態において、軸受保持部材は、２個の軸受固定部を有する例を示したが、これに限ることなく、回転軸の本数に合わせて、１個の軸受固定部を有するものであってもよいし、２個以上の軸受固定部を有するものであってもよい。

また、上記の各実施形態においては、入力軸１３および出力軸１４を支持する軸受として単列の玉軸受を採用した例を示したが、これに限ることなく、複列や多列の玉軸受を採用してもよい。また、玉軸受に限ることなく、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、転動体が玉であるかころであるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。さらには、転動体を有する転がり軸受に限らず、すべり軸受にも適用することができる。

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。

この発明は、歯車用軸受装置、特に、減速機、増速機、変速機、四輪駆動車用トランスファ、および油圧ポンプ等の歯車装置の回転軸を支持する歯車用軸受装置に有利に利用される。

この発明に係る歯車用軸受装置を採用した歯車装置を示す図である。図１のケーシングと歯車用軸受装置との嵌合部分の拡大図である。この発明の一実施形態に係る歯車用軸受装置の正面図である。図３のＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図３および図４に示す歯車用軸受装置の製造方法を示す図であって、出発材料である鋼板を示す図である。図３および図４に示す歯車用軸受装置の製造方法を示す図であって、絞り加工によって軸受固定部を形成する工程を示す図である。図３および図４に示す歯車用軸受装置の製造方法を示す図であって、打抜加工により穴を形成する工程を示す図である。この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の正面図であって、外縁部にリブを有する歯車用軸受装置を示す図である。図８のＩＸ−ＩＸにおける断面図である。この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の正面図であって、表面に凹凸部を有する歯車用軸受装置を示す図である。図１０のＸＩ−ＸＩにおける断面図である。この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の部分断面図であって、軸受固定手段としてのリング部を有する歯車用軸受装置を示す図である。この発明の他の実施形態に係る歯車用軸受装置の部分断面図であって、軸受固定手段としての加締部を有する歯車用軸受装置を示す図である。従来の歯車装置を示す図である。図１４のケーシングと軸受の嵌合部分の拡大図である。

符号の説明

１１，１０１歯車装置、１２，１０２ケーシング、１２ａ，１０２ａ開口、１２ｃ，２１ｃ，２１ｄ，３１ｃ，３１ｄ，４１ｃ，４１ｄ，５１ｂ，５３ａ，６１ｂ穴、１２ｂ，１０２ｂ凹部、１３，１０３入力軸、１４，１０４出力軸、１５，１０５小歯車、１６，１０６大歯車、１７，１８，１９，２０，３２，４２，５２，６２，１０７玉軸受、１７ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ，１０７ａ内輪、１７ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ，１０７ｂ外輪、１７ｃ，３２ｃ，４２ｃ，５２ｃ，６２ｃ，１０７ｃ玉、２１，２２，３１，４１，５１，６１軸受保持部材、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ，６１ａ軸受固定部、２１ｅ外縁部、２１ｆ中央部、３１ｅリブ、４１ｅ凹凸部、５３，１０８リング部材、６１ｃ加締部。

Claims

歯車が固定された回転軸を通過させる開口を有するケーシングと、
前記ケーシングの開口に嵌め入れて固定される軸受保持部材と、
前記軸受保持部材に保持されて、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とを備える、歯車用軸受装置。
前記ケーシングは、複数の前記回転軸を通過させる開口を有し、
前記軸受保持部材は、前記複数の回転軸それぞれを回転自在に支持する軸受を保持する、請求項１に記載の歯車用軸受装置。
前記ケーシングと、前記軸受保持部材とは、異なる材料で形成される、請求項１または２に記載の歯車用軸受装置。
前記軸受の線膨張係数α_１と、前記軸受保持部材の線膨張係数α_２と、前記ケーシングの線膨張係数α_３とは、
α_１≦α_２＜α_３
の関係を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の歯車用軸受装置。
前記軸受保持部材は、剛性を向上させるための補強部をさらに有する、請求項１〜４のいずれかに記載の歯車用軸受装置。