JP2009127728A - 軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車両の駆動系に作用する曲げ振動に対して、十分な耐久性を確保するための軸受ユニットを提供すること。
【解決手段】
スプラインが形成された雄側スプライン部と、
雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも大径に形成された大径円柱部と、
大径円柱部と反対側の前記雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも小径に形成された小径円柱部とを備えたスプライン軸と、
雄側スプライン部に嵌合する雌側スプライン部と、
大径円柱部に嵌合する第１の大径円筒部と、
第１の大径円筒部と反対側の雌側スプライン部の軸方向で隣接し、該雌側スプライン部よりも大径に形成された第２の大径円筒部とを備えたコンパニオンフランジと、
前記小径円柱部の外周面と前記第２の大径円筒部の内周面とのそれぞれに当接するスペーサを設けるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプライン軸とコンパニオンフランジとをスプライン結合した、車両の変速機、デファレンシャルなどの駆動系に用いられる軸受ユニットに関するものである。

車両の変速機は、変速機から出力された駆動力をプロペラシャフトを介して、デファレンシャルに伝達するため、変速機の出力軸とプロペラシャフトに結合されるコンパニオンフランジとをスプライン結合した軸受ユニットを備えている。
このようなスプライン結合を利用した軸受ユニットは、変速機に限らず、デファレンシャルやハブユニットなど車両の駆動系に用いられている。

上述した車両の駆動系に用いられる軸受ユニットの一例を図２〜３に示す。図２に示すように、変速機１０１とデファレンシャル１０２との間にプロペラシャフト１０３を介装させることで、変速機１０１から出力された駆動力をデファレンシャル１０２に伝達している。デファレンシャル１０２に伝達された駆動力は、図示しないハブユニットを介して車輪に伝達される。なお、変速機１０１とデファレンシャル１０２との間に介装されるプロペラシャフト１０３の両端部には、変速機１０１とデファレンシャル１０２との相対変位を吸収するために自在継手１０４が設けられており、これらによって車両の駆動系が構成される。

つぎに図３により上記車両の駆動系に用いられる軸受ユニットを説明する。変速機１０１の出力軸１０５は、変速機１０１のケーシング１０７に軸受１０８を介して回転自在に支持され、外周にはスプライン加工が施された雄側スプライン部１０５ａが形成されている。雄側スプライン部１０５ａにスプライン嵌合するようにコンパニオンフランジ１０６には雌側スプライン部１０６ａが形成されている。

プレート１０９はコンパニオンフランジ１０６が出力軸１０５から軸方向（紙面の右方向）に抜けるのを防止するため、出力軸１０５に穿設されたネジ孔にボルト１１０を螺合することにより固定されている。
コンパニオンフランジ１０６のフランジ部１０６ｂには、ボルト孔１０６ｃが設けられており、ボルト孔１０６ｃにはリーマボルト１１１が挿通されている。リーマボルト１１１にはプロペラシャフト１０３の端部に設けられた自在継手１０４が連結され、変速機１０１とプロペラシャフト１０３とが連結されている。
ケーシング１０７とコンパニオンフランジ１０６との間には、オイルシール１１２が介装されており、変速機１０１内の潤滑油が外部に流出することを防止している。

このような車両の駆動系に用いられる軸受ユニットにおいては、以下に示す課題が存在していた。上述したようにプロペラシャフト１０３の両端部には、路面の凹凸や走行中の振動や荷重の変動による変速機１０１とデファレンシャル１０２との相対変位を吸収すべく自在継手１０４が設けられている。これら路面の凹凸や走行中の振動及び荷重の変動が長期間継続されると、自在継手１０４にガタが生じ、プロペラシャフト１０３は軸心がぶれるようにアンバランスな状態で回転する。これにより駆動系には大きな曲げ方向の力が作用し、乗り心地の悪化や駆動系構成部品の耐久性低下を招く原因となっていた。

このように発生する駆動系の曲げ振動は、軸受ユニットにも影響を与えることになる。プロペラシャフト１０３のアンバランスな回転により、プロペラシャフト１０３に連結されたコンパニオンフランジ１０６にも軸方向に対して曲げ方向の力Ｆ１及びＦ２が作用する。
曲げ方向の力Ｆ１及びＦ２は、コンパニオンフランジ１０６の雌側スプライン部１０6ａとスプライン嵌合されている出力軸１０５の雄側スプライン部１０５ａに伝達され、雄側スプライン部１０５ａと雌側スプライン部１０６ａに摩耗が生じて、その結果、両スプライン間に規定以上のクリアランスが発生することにより、更なる振動の悪化を招いていた。

このような課題に対しては、以下のような対策がなされている。まず、プロペラシャフト１０３のアンバランスな回転を防止するため、車両の定期点検の際に、自在継手１０４のガタを計測して、規定以上のガタが生じている場合には、自在継手１０４を交換する。また、プロペラシャフト１０３の動的なバランス量を計測し、バランス量が基準値を超えている場合に場合には、プロペラシャフト１０３にバランスピース（質量体）を取り付け、バランス量を調整している。

また、駆動系の曲げ振動に基づく軸受ユニットのスプライン部に働く曲げ方向の力を低下させるために以下のような対策がなされている。
例えば、特許文献１においては、駆動系の構成部品である車輪駆動用軸受ユニットにおいて、スプライン軸の隣接した位置に大径円柱部を形成し、該大径円柱部をハブ側の円筒部内周に当接させることにより、スプライン軸に作用する曲げモーメントの低下させるものが開示されている。
特開２００１−２０６００４号公報

上記の軸受ユニットでは、スプライン軸のスプライン部と該スプライン部と隣接する小径円柱部との境界である段差部に作用する曲げモーメントを抑制するために、スプライン軸に該スプライン軸と嵌合するハブのケーシング内周部と当接する円柱状部を設けることが記載されている。この対策によれば、段差部に作用する曲げモーメントは従来よりも低下されるが、依然としてスプライン部には曲げモーメントが働いており、上記クリアランス発生の対策上、その効果は十分でなかった。

この発明は、車両の駆動系に作用する曲げ振動に対して、スプライン間に生じるクリアランスの発生を低減すべく、十分な耐久性を確保するための軸受ユニットを提供することを目的とする。

本発明は、ケーシングに軸受を介して回転自在に支持されたスプライン軸と、前記スプライン軸に嵌合するコンパニオンフランジとを備えた軸受ユニットであって、
前記スプライン軸は、
軸方向に沿ってスプラインが形成された雄側スプライン部と、
前記雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも大径に形成された大径円柱部と、
前記大径円柱部と反対側の前記雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも小径に形成された小径円柱部と備え、
前記コンパニオンフランジは、
前記雄側スプライン部に嵌合する雌側スプライン部と、
前記雌側スプライン部の軸方向に隣接し、該雌側スプライン部よりも大径に形成され、且つ、前記大径円柱部に嵌合する第１の大径円筒部と、
前記第１の大径円筒部と反対側の前記雌側スプライン部の軸方向で隣接し、該雌側スプライン部よりも大径に形成された第２の大径円筒部とを備え、
前記小径円柱部の外周面と前記第２の大径円筒部の内周面とのそれぞれに当接するスペーサを設けたことを特徴としている。

また、好ましくは、前記スプライン軸は、変速機出力軸として構成されたことを特徴としている。

本発明によれば、スプライン結合を利用した車両駆動系の軸受ユニットに働く曲げ方向の力を、雄側及び雌側スプライン部の軸方向における両側で受けることにより、該雄側及び雌側スプライン部に曲げ方向の力が作用することがなくなり、スプライン部に生じるクリアランスの発生が低減でき、車両の駆動系に作用する曲げ振動に対して、十分な耐久性を確保することができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る軸受ユニットについて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る軸受ユニットの局部断面図である。図１において、変速機１の出力軸２は、ケーシング３に軸受４を介して、回転自在に支持されている。出力軸２の外周にはスプライン加工が施された雄側スプライン部２ａが設けられている。また、出力軸２の端部側には雄側スプライン部２ａと軸方向で隣接し、雄側スプライン部２ａよりも小径に形成された小径円柱部２ｂが設けられている。さらに、小径円柱部２ｂと反対側の雄側スプライン部２ａの軸方向で隣接し、雄側スプライン部２ａよりも大径に形成された大径円柱部２ｃが設けられている。なお、雄側スプライン部２ａと小径円柱部２ｂ、雄側スプライン部２ａと大径円柱部２ｃとの間には、応力集中を緩和するためのＲ部２ｄが形成されている。

変速機１の駆動力を出力軸２からプロペラシャフト（図示せず）に伝達するべく、出力軸２にはコンパニオンフランジ５が結合される。コンパニオンフランジ５は、出力軸２の雄側スプライン軸２ａにスプライン嵌合する雌側スプライン部５ａと、該雌側スプライン部５ａの軸方向で隣接し、雌側スプライン部５ａよりも内径が大きく形成され、出力軸２の大径円柱部２ｃに嵌合する第１の大径円筒部５ｃと、該第１の大径円筒部５ｃとは反対側で雌側スプライン部５ａに隣接する第２の大径円筒部５ｂを設けている。なお、雌側スプライン部５ａと第１の大径円筒部５ｃ、雌側スプライン部５ａと第２の大径円筒部５ｂとの間には、応力集中を緩和するためのＲ部５ｄが形成されている。

さらにコンパニオンフランジ５には、図示しないプロペラシャフトの自在継手が連結されるフランジ部５ｅが設けられる。フランジ部５ｅにはボルト孔５ｆが形成され、該ボルト孔５ｆにはリーマボルト６が挿通され、リーマボルト６にプロペラシャフトの端部に設けられた自在継手が連結され、変速機１とプロペラシャフトとが連結されている。

ケーシング３とコンパニオンフランジ５との間には、変速機１内の潤滑油が外部に流出することを防止するオイルシール７が介装されている。

図１に示すように、出力軸２にスプライン嵌合されたコンパニオンフランジ５を出力軸２から軸方向（紙面の右方向）に抜けてしまうことを防止するため、スペーサ８が設けられている。このスペーサ８は、出力軸２の端部とコンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂの端部にそれぞれ当接し、出力軸２から軸方向（紙面の右方向）にコンパニオンフランジ５が抜けてしまうことを防止するベース部８ａを設けている。さらにベース部８ａから立設し、出力軸２の小径円柱部２ｂの外周面とコンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂの内周面とのそれぞれに当接する円環部８ｂとを備えている。さらにベース部８ａにはスペーサ８を出力軸２に固定するためのボルト９が挿通されるボルト孔８ｃが穿設され、ボルト９が出力軸２のネジ孔２ｅに締め付けられることで、出力軸に固定されている。

次に本実施形態の作用効果について、説明する。
プロペラシャフトのアンバランスな回転により、自在継手を介してプロペラシャフトに連結されたコンパニオンフランジ５には従来と同様、軸方向に対して曲げ方向の力Ｆ１及びＦ２が入力される。

本実施形態では、コンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂに働く曲げ方向の力Ｆ１を、スペーサ８の円環部８ｂ及びその内周に介装される出力軸２の小径円柱部２ｂが受けることになる。また、コンパニオンフランジ５の第１の大径円筒部５ｃに働く曲げ方向の力Ｆ２を、出力軸２の大径円柱部２ｃが受けることになる。従って、コンパニオンフランジ５の雌側スプライン部５ａとスプライン嵌合されている出力軸２の雄側スプライン部２ａには、曲げ方向の力が作用することがないため、雄側スプライン部２ａと雌側スプライン部５ａに曲げ振動による摩耗が生じることがなく、その結果、両スプライン間にクリアランスが発生することを低減でき、振動の悪化を防止できる。

また、コンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂと出力軸２の小径円柱部２ｂとの間にスペーサ８の円環部８ｂが設けられているため、コンパニオンフランジ５の雌側スプライン部５ａの加工性を損なうことがないという効果を奏する。

コンパニオンフランジ５の雌側スプライン部５ａは、一般的にブローチ加工によってスプラインが形成される。コンパニオンフランジ５に雌側スプライン部５ａを形成する場合には、コンパニオンフランジ５の雌側スプライン部５ａに対応する下穴をスプライン形状のブローチが軸方向（紙面の左右方向）に往復することによりスプラインが形成される。すなわち、ブローチが軸方向（紙面の左右方向）に往復するためには、雌側スプライン部５ａに隣接する第２の大径円筒部５ｂは、雌側スプライン部５ａよりも内径が大きくなくてはならない。従って、コンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂと出力軸２の小径円柱部２ｂとの間には空間が生じてしまうことになり、その結果、曲げ方向に働く力Ｆ１を受けることができなくなってしまう。

そこで、コンパニオンフランジ５の第２の大径円筒部５ｂと出力軸２の小径円柱部２ｂとの間にできた空間にスペーサ８の円環部８ｂを介装することで、コンパニオンフランジ５におけるスプライン加工の加工性を損なうことなく、曲げ方向に働く力Ｆ１を受けることが可能となる。その結果、コンパニオンフランジ５の雌側スプライン部５ａとスプライン嵌合されている出力軸２の雄側スプライン部２ａに働く曲げ方向の力を抑制して振動の悪化を防止することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。例えば、本実施形態では、変速機の出力軸２とコンパニオンフランジ５を用いた軸受ユニットであったが、スプライン結合されるデファレンシャルやハブユニットなど車両の駆動系に用いられている軸受ユニットに使用しても良く、本実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受ユニットの局部断面図である。 従来構造に係る車両の駆動系の模式図である。 従来構造に係る軸受ユニットの断面図である。

符号の説明

１ 変速機
２ 出力軸
２ａ 雄側スプライン部
２ｂ 小径円柱部
２ｃ 大径円柱部
２ｅ ネジ孔（締結部）
３ ケーシング
４ 軸受
５ コンパニオンフランジ
５ａ 雌側スプライン部
５ｂ 第２の大径円筒部
５ｃ 第１の大径円筒部
８ スペーサ
８ａ ベース部
８ｂ 円環部

Claims (2)

1. ケーシングに軸受を介して回転自在に支持されたスプライン軸と、
   前記スプライン軸に嵌合するコンパニオンフランジとを備えた軸受ユニットであって、
   前記スプライン軸は、
   軸方向に沿ってスプラインが形成された雄側スプライン部と、
   前記雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも大径に形成された大径円柱部と、
   前記大径円柱部と反対側の前記雄側スプライン部の軸方向で隣接し、該雄側スプライン部よりも小径に形成された小径円柱部とを備え、
   前記コンパニオンフランジは、
   前記雄側スプライン部に嵌合する雌側スプライン部と、
   前記雌側スプライン部の軸方向で隣接し、該雌側スプライン部よりも大径に形成され、且つ、前記大径円柱部に嵌合する第１の大径円筒部と、
   前記第１の大径円筒部と反対側の前記雌側スプライン部の軸方向で隣接し、該雌側スプライン部よりも大径に形成された第２の大径円筒部とを備え、
   前記小径円柱部の外周面と前記第２の大径円筒部の内周面とのそれぞれに当接するスペーサを設けたことを特徴とする軸受ユニット。
2. 前記スプライン軸は、変速機出力軸として構成されたことを特徴とする請求項１記載の軸受ユニット。