JP2008144844A

JP2008144844A - タンデム型複列アンギュラ玉軸受及びデファレンシャル装置

Info

Publication number: JP2008144844A
Application number: JP2006332115A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Fujiniwa; 郁雄藤庭
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】軸受の初期の予圧量及びギヤの良好な噛み合いを維持することができるデファレンシャル装置およびこのデファレンシャル装置に好適に用いることができるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】タンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群１５、１６とを備える。内輪１２の外輪１４よりも軸方向に突出した端部３３に、耐摩耗性を有する鋼板部材３４を装着した。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンデム型複列アンギュラ玉軸受及びデファレンシャル装置に関する。

軸受には、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができるアンギュラ玉軸受がある。玉（ボール）と内輪・外輪とは接触角をもっており、接触角が大きくなるほどアキシアル荷重の負荷能力が大きくなり、接触角が小さいほど、高速回転に有利となる。

ところで、転がり抵抗を低減するために、円すいころ軸受に代わるものとして複列アンギュラ玉軸受（タンデム型）がある（特許文献１）。また、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受を自動車のトランスファに使用したものがある（特許文献２）。なお、トランスファとは、４ＷＤ車で、トランスミッションから来る動力を前後輪に分けて伝える装置であり、通常はデファレンシャル装置（差動装置）も一緒に組み込まれており、これを総称してセンターデフと呼んでいる。また、複列アンギュラ玉軸受とは、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せとし、内輪、外輪をそれぞれ一体にした構造で、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、しかも、モーメント荷重に対する負荷能力がある軸受である。

タンデム型複列アンギュラ玉軸受は、図４に示すように、複列の軌道面１ａ、１ｂを有する内輪２と、この内輪２の軌道面１ａ、１ｂと対応する複列の軌道面３ａ、３ｂを有する外輪４と、内輪２および外輪４の各列の軌道面１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ間に介装される複列の玉群５、６とを備える。複列の玉群５、６は、それぞれ異なるピッチ円直径をもっている。また、各玉群５、６のボール７，８は内輪２と外輪４との間に配置される保持器９，１０に保持されている。

前記特許文献２に記載のデファレンシャル装置は、図５に示すように、デファレンシャルケース１０１と、このデファレンシャルケース１０１内に配置される差動減速機構（図外）と、差動減速機構のリングギヤ（図外）に噛合するピニオンギヤ１０４と、ピニオンギヤ１０４を支持するピニオン軸１０５とを備え、ピニオン軸１０５が軸受１０６、１０７を介して回転自在にデファレンシャルケース１０１内に支持されている。

そして、軸受１０６、１０７にそれぞれタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ１０４側に配設される一方の軸受１０６は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりもピニオンギヤ１０４側に突出している端面）がピニオンギヤ１０４の端面１０４ａに圧接するとともに、外輪４の反ピニオンギヤ側の端面４ａがケース１０１の内面に形成された段差面１０８に圧接している。

他方の軸受１０７は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりも反ピニオンギヤ側に突出している端面）がピニオンフランジ１００の端縁１００ａに圧接するとともに、外輪４のピニオンギヤ側の端面４ａがケース１０１の内面に形成された段差面１０９に圧接している。また、ピニオン軸１０５は、そのピニオンギヤ１０４側は大径とされて段差部１０５ａが形成され、この段差部１０５ａと他方の軸受１０７の内輪２との間にスリーブ１１０が介在されている。

この場合、ピニオン軸１０５の端部のねじ部１１１にナット部材（図示省略）を螺合することによって、ピニオンフランジ１００を介して軸受１０６、１０７に予圧を付与することになる。すなわち、軸受１０６、１０７に予圧を付与することによって、軸受支持構造の剛性が増し、ピニオン軸１０５の位置が安定してリングギヤとの噛み合いが良好となる。
特許第１８１５４７号特開２００４−１８３７４５号公報

しかしながら、高入力トルク負荷時に、ピニオン軸１０５にねじれが発生し、軸受１０６の内輪２の端面２ａとピニオンギヤ１０４の端面１０４ａ間、また、軸受１０７の内輪２の端面２ａとピニオンフランジ１００の端縁１００ａ間で滑り（スティックスリップ）が発生することがある。この時、カッキン等の金属音、所謂スティックスリップノイズが発生することがある。ここで、スティックスリップとは、外力と摩擦力により起動・停止を繰り返す摩擦振動である。

本発明は、上記課題に鑑みて、軸受の初期の予圧量及びギヤの良好な噛み合いを維持することができるデファレンシャル装置およびこのデファレンシャル装置に好適に用いることができるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、内輪の外輪よりも軸方向に突出した端部に、耐摩耗性を有する鋼板部材を装着したものである。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受によれば、内輪の外輪よりも軸方向に突出した端部に、耐摩耗性を有する鋼板部材を装着したので、この鋼板部材にて、この軸受が組み込まれる他の部材との間にスティックスリップの発生を防止できる。

本発明のデファレンシャル装置は、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン軸が本発明にかかるタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持され、この支持状態で、ピニオン軸のピニオンギヤの端面に前記軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接して、軸受に予圧が付与されているものである。

本発明のデファレンシャル装置によれば、ピニオン軸のピニオンギヤの端面に軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接しているので、高入力トルク負荷時においても、ピニオンギヤの端面と、軸受の内輪の端部との間において、スティックスリップの発生を防止できる。

本発明の他のデファレンシャル装置は、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン軸が本発明にかかるタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持され、この支持状態で、ピニオン軸に装着されているピニオンフランジに前記軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接して、軸受に予圧が付与されているものである。

本発明の他のデファレンシャル装置によれば、ピニオン軸に装着されているピニオンフランジに前記軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接しているので、高入力トルク負荷時においても、ピニオンフランジと軸受の内輪の端部との間において、スティックスリップの発生を防止できる。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受では、スティックスリップの発生を防止できるので、スティックスリップに伴い騒音（金属音）の発生を防止でき、この軸受を使用した装置の騒音が減少する。しかも、鋼板部材の摩耗が少なく、安定した装着状態を長期にわたって維持でき、耐久性に優れる。

本発明のデファレンシャル装置では、ピニオンギヤの端面と、軸受の内輪の端部との間において、スティックスリップの発生を防止できるので、この間における騒音（金属音）の発生を防止でき、デファレンシャル装置としての騒音が減少する。しかも、鋼板部材の摩耗が少ないので、軸受の初期の予圧量を長期にわたって維持でき、ピニオンギヤは良好な噛み合いを維持できて、高品質なデファレンシャル装置を提供できる。

本発明のデファレンシャル装置では、ピニオンフランジと軸受の内輪の端部との間において、スティックスリップの発生を防止できるので、この間における騒音（金属音）の発生を防止でき、デファレンシャル装置としての騒音が減少する。しかも、鋼板部材の摩耗が少ないので、軸受の初期の予圧量を長期にわたって維持でき、ピニオンギヤは良好な噛み合いを維持できて、高品質なデファレンシャル装置を提供できる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に第１実施形態のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を示し、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、この内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に介装される複列の玉群１５、１６とを備える。玉群１５、１６はそれぞれ異なるピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２をもっている。この場合、Ｄ１＞Ｄ２とされる。

内輪１２は、その外径面に第１切欠部２１が形成されるとともに、この第１切欠部２１に第２切欠部２２が形成される。そして、第１切欠部２１の第２切欠部側の端部が前記軌道面１１ａとされ、第２切欠部２２が前記軌道面１１ｂとされる。また、第１切欠部２１の第２切欠部２２側には、周方向溝２３が形成されている。

外輪１４は、その内径面に第１切欠部２４が形成されるとともに、この第１切欠部２４に第２切欠部２５が形成される。第１切欠部２４の第２切欠部側の端部が前記軌道面１３ａとされ、第２切欠部２５が前記軌道面１３ｂとされる。

玉群１５、１６はそれぞれ保持器１９、２０にて保持される。保持器１９、２０は鉄板保持器（金属板を打ち抜いて形成されたもの）であり、平板リング状の基部３０と、この基部３０の外径側から拡径するように延びる周壁３１とを備え、周壁３１に周方向に沿って所定ピッチで配設されるポケット３２が形成されている。各保持器１９、２０のポケット３２には、それぞれ玉群１５、１６を構成するボール２７，２８が保持される。なお、大径側の保持器１９は、その基部３０が内輪１２の周方向溝２３に対応している。

金属板としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）等の圧延鋼板、及びばね鋼等を使用することができる。また、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）であれば、その表面に浸炭窒化処理やガス軟窒化処理等の表面硬化処理を施すのが好ましい。

ところで、この軸受には、その内輪１２の外輪１４よりも軸方向に突出した端部３３に、耐摩耗性を有する鋼板部材３４を装着している。鋼板部材３４は、鋼板をプレス加工等により形成されてなり、平板リング状の本体部３４ａと、この本体部３４ａの外径縁から内輪側に軸方向に延びる短円筒部３４ｂとを有する。そして、この鋼板部材３４を内輪１２の端部３３に嵌合（圧入）することによって、内輪１２に装着することができる。なお、嵌合後、短円筒部３４ｂをかしめてもよい。また、内輪１２の端部３３の外径面に短円筒部３４ｂが嵌合する溝を設けてもよい。

鋼板部材３４は耐摩耗性を有する必要があるので、耐摩耗性を向上させるために、浸炭処理や窒化処理を施すのが好ましい。ここで、浸炭処理とは、加工性の良い低炭素鋼または低炭素合金鋼を機械加工した後、その表面層の炭素量を増加させ、表面層のみを焼入硬化する処理法である。その内部は硬化不能で柔軟な組織のままであるため、処理品はじん性が高く、表面層は耐摩耗性を維持できる。また、窒化処理とは、Ａｌ（アルミニウム）またはＣｒ（クロム）あるいはこの両者をふくんだ窒化鋼をＮＨ_３ガス中で所定温度（約500℃）付近の低温で加熱することにより、その表面に硬い窒化層を得る処理である。窒化層の最表面層には安定な圧縮応力が存在するため耐摩耗性と耐疲労性を有し、約600℃近くまで温度が上昇しても軟化が起こらず、熱的にも安定であり、耐食性も比較的良好である。

二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素樹脂などの固体潤滑剤を使用した潤滑剤を塗布してもよい。固体潤滑剤（Solid Lubricants）とは、「潤滑性」を有する固体を指し、潤滑油のような液体潤滑剤との違いは、摩擦面材料同士の真実接触が生じにくい点にあり、潤滑油による流体潤滑では高い荷重領域や低速域で油膜切れによるかじりが発生しやすいのに対し、固体潤滑剤は適切に使用されると、摩擦面に固体潤滑膜が形成され、摩擦面材料の真実接触を抑制し、かじりが発生し難いという特徴がある。固体潤滑剤の多くは、層状構造を有しているか、または、構造は層状ではないが非常にせん断強さが小さいといった特徴があるため、潤滑効果を発揮する。前者（層状構造を有しているもの）の代表例としては、二硫化モリブデン、グラファイト、雲母などが、後者（層状構造を有しないもの）はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂や軟質金属などが挙げられる。

本発明では、内輪１２の外輪１４よりも軸方向に突出した端部３３に、耐摩耗性を有する鋼板部材３４を装着したので、この鋼板部材３４にて、スティックスリップの発生を防止できる。このため、スティックスリップに伴い騒音（金属音）の発生を防止でき、この軸受を使用した装置の騒音が減少する。しかも、鋼板部材３４の摩耗が少なく、安定した装着状態を長期にわたって維持でき、耐久性に優れる。

保持器１９、２０を鉄板製とすることによって、保持器１９、２０の剛性を高めることができ、長期に亘って安定してボール２７、２８を保持することができる。しかも、耐油性に優れ、油への浸漬による材質劣化を防止できる。

次に、図２は他の実施形態を示し、この場合、保持器１９，２０を樹脂保持器としている。樹脂としてはエンジニアリングプラスチックが好ましい。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器１９，２０に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下に代表的なものを掲げる。なお、これらはエンジニアリングプラスチックの例示であって、エンジニアリングプラスチックが以下のものに限定されるものではない。また、この樹脂保持器１９，２０では、例えば射出成形にて形成することができる。

汎用エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等がある。

大径側の保持器１９は、周方向に沿って所定ピッチでポケット４０が形成された短円筒体からなり、小径側の保持器２０は、周方向に沿って所定ピッチでポケット４１が形成された短円筒状の本体部４２と、この本体部４２の大径側端に設けられる内鍔部４３とを備える。内鍔部４３が内輪１２の周方向溝２３に嵌合している。

この図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受であっても、その内輪１２の外輪１４よりも軸方向に突出した端部３３に、耐摩耗性を有する鋼板部材３４を装着している。

図２において、他の構成は図１に示す軸受と同一構成であるので、図１と同一符号を付してその説明を省略する。

このため、図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受であっても、図１に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受と同様の作用効果を奏する。特に、保持器１９，２０を樹脂保持器としているので、重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適となる。特に、樹脂保持器では、射出成形で形成することができるので、特異形状の保持器でも製作し易い利点がある。

次に、図３は本発明にかかるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用したデファレンシャル装置を示し、このデファレンシャル装置は、デファレンシャルケース５１と、このデファレンシャルケース５１内に配置される差動減速機構５２と、差動減速機構５２のリングギヤ５３に噛合するピニオンギヤ５４と、ピニオンギヤ５４を支持するピニオン軸５５とを備え、ピニオン軸５５が軸受５６、５７を介して回転自在にデファレンシャルケース５１内に支持されている。

そして、軸受５６、５７にそれぞれ前記図１や図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ５４側に配設される一方の軸受５６は、ピニオン軸５５のピニオンギヤ５４の端面５４aに軸受５６の内輪１２の端部３３、つまり端面１２aが鋼板部材３４を介して圧接するとともに、外輪１４の反ピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５８に圧接している。

他方の軸受５７は、内輪１２の端部３３、つまり端面１２a（反フランジ側の端面）が鋼板部材３４がピニオンフランジ５０の端縁５０aに圧接するとともに、外輪１４のピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５９に圧接している。また、一方の軸受５６と他方の軸受５７の内輪１２との間にスリーブ６０が介在されている。

この場合、ピニオン軸５５の端部のねじ部６１にナット部材６２を螺合することによって、ピニオンフランジ５０を介して軸受５６、５７に予圧を付与することになる。

ピニオンギヤ５４の端面５４aと内輪１２の端部１２ａとの間、およびピニオンフランジ５０と軸受５７の内輪１２の端部１２ａとの間において、スティックスリップの発生を防止できるので、この間における騒音（金属音）の発生を防止でき、デファレンシャル装置としての騒音が減少する。しかも、鋼板部材３４の摩耗が少ないので、軸受の初期の予圧量を長期にわたって維持でき、ピニオンギヤ５４は良好な噛み合いを維持できて、高品質なデファレンシャル装置を提供できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、転がり抵抗を低減することができるものであるので、デファレンシャル装置以外の種々の機械、装置、工具等に使用することができる。また、玉群１５，１６のボール２７、２８の数、球径等は任意に変更できる。さらに、玉群１５、１６の各ピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２の差も、使用する機械、装置、工具等に応じて種々変更できる。なお、図３に示すデファレンシャル装置では、両軸受を鋼板部材３４が付設されてタンデム型複列アンギュラ玉軸受にて構成したが、どちらか一方の軸受５６，５７が、鋼板部材３４が付設されないものであってもよい。また、どちらか一方の軸受５６，５７が、タンデム型複列アンギュラ玉軸受ではなくて円すいころ軸受であってもよい。

本発明の実施形態を示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。本発明の実施形態を示す他のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。本発明の実施形態を示すデファレンシャル装置の断面図である。従来のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。従来のデファレンシャル装置の断面図である。

符号の説明

１１ａ軌道面
１１ｂ軌道面
１２内輪
１３ａ軌道面
１３ｂ軌道面
１４外輪
１５玉群
１６玉群
３３端部
３４鋼板部材
５１デファレンシャルケース
５２差動減速機構
５３リングギヤ
５４ピニオンギヤ

Claims

複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、
内輪の外輪よりも軸方向に突出した端部に、耐摩耗性を有する鋼板部材を装着したことを特徴とするタンデム型複列アンギュラ玉軸受。
デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、
前記ピニオン軸が前記請求項１に記載のタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持され、この支持状態で、ピニオン軸のピニオンギヤの端面に前記軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接して、軸受に予圧が付与されていることを特徴とするデファレンシャル装置。
デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、
前記ピニオン軸が前記請求項１に記載のタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持され、この支持状態で、ピニオン軸に装着されているピニオンフランジに前記軸受の内輪の端部が鋼板部材を介して圧接して、軸受に予圧が付与されていることを特徴とするデファレンシャル装置。