JP2012141050A

JP2012141050A - 円すいころ軸受及びこれを用いたピニオン軸支持装置

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Publication number: JP2012141050A
Application number: JP2011001226A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Naito; 淳内藤; Takahiro Maeda; 高弘前田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: JP5736778B2

Abstract

【課題】軸の回転初期に、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に潤滑油を供給することができる円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】円すいころ軸受６は、軸方向一方側の端部に大鍔部１１ｂを有する内輪１１、内輪１１の径方向外方に配置された外輪１２、内輪１１と外輪１２との間に転動自在に配置され、大鍔部１１ｂに摺接する大端面１３ｂを有する複数の円すいころ１３、複数の円すいころ１３の周方向の間隔を保持する保持器１４を備える。保持器１４の前記軸方向一方側の端部には、円すいころ軸受に供給された潤滑油の一部を保持可能な保持空間Ｓと、この保持空間Ｓに対する潤滑油の出入を可能とする開口部１５ｅとを有する潤滑油保持部材１５が設けられ、潤滑油保持部材１５は、保持器１４の回転が開始したときに保持空間Ｓに保持した潤滑油を開口部１５ｅから流出させて大鍔部１１ｂと大端面１３ｂとの接触部に供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、円すいころ軸受及びこれを用いたピニオン軸支持装置に関するものである。

自動車等の車両に搭載されるデファレンシャル装置は、エンジンの出力を伝達するためのプロペラシャフトに接続されて回転駆動されるピニオン軸と、このピニオン軸の先端に設けられたピニオンギヤと噛み合うリングギヤと、このリングギヤに一体回転可能に連結され左右一対の後輪を回転させる差動機構とを備えている。ピニオン軸は、デファレンシャル装置のハウジングに装着された軸方向に一対の円すいころ軸受により回転自在に支持されている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、デファレンシャル装置のハウジングには潤滑油が貯留されており、リングギヤの回転によって貯留された潤滑油をはね上げることで、当該潤滑油がハウジングの内部で循環される。特に、一対の円すいころ軸受は、リングギヤによりはね上げられて両円すいころ軸受の軸方向の間に供給された潤滑油によって潤滑される。

特開２００７−３１５５６６号公報

上記のような円すいころ軸受は、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部ですべりが生じるが、エンジンの始動時などピニオン軸の回転初期は、リングギヤによるはね上げ作用で十分に潤滑油が循環されないため、当該接触部において貧潤滑状態となり、「焼付き」や「かじり」が生じやすくなるという欠点がある。

特許文献１に記載された技術は、内輪の大鍔部の外周面を、円すいころの大端面側ほど外径が拡大する傾斜面に形成し、内輪の回転による遠心力で、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に潤滑油を積極的に供給している。しかしながら、この技術においてピニオン軸の回転初期においては十分に潤滑油を供給することができず、貧潤滑状態を解消するのは困難である。

本発明は、円すいころ軸受によって支持される軸の回転初期においても、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に潤滑油を供給することができる円すいころ軸受及びこれを用いたピニオン軸支持装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、軸方向一方側の端部に大鍔部を有する内輪と、この内輪の径方向外方に配置された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置され、前記大鍔部に摺接する大端面を有している複数の円すいころと、この複数の円すいころの周方向の間隔を保持する保持器と、を備えている円すいころ軸受であって、
前記保持器の前記軸方向一方側の端部に、当該円すいころ軸受に供給された潤滑油の一部を保持可能な保持空間と、この保持空間に対する前記潤滑油の出入を可能とする開口部とを有し、かつ前記保持器の回転が開始されたときに前記保持空間に保持した潤滑油を前記開口部から流出させて前記大鍔部と前記大端面との接触部に供給する、環状の潤滑油保持部が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、円すいころ軸受によって支持された軸の回転初期においても、潤滑油保持部の保持空間に保持された潤滑油を用いて、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部の潤滑を行うことが可能となる。したがって、回転初期の貧潤滑状態を解消し、「焼付き」や「かじり」の発生を抑制することができる。

（２）前記潤滑油保持部は、軸方向両側に配置された一対の側壁部と、径方向両側に配置された一対の周壁部とを備え、これら一対の側壁部及び周壁部によって囲まれた空間が前記保持空間とされており、前記開口部は、軸方向他方側の側壁部の径方向内側であって、前記円すいころの大端面の近傍で当該大端面に臨む位置に形成されていることが好ましい。
このような構成によって、保持器の回転が停止しているときに、潤滑油保持部の下部側において保持空間に潤滑油を保持することができ、保持器の回転に伴う潤滑油保持部の回転によって保持空間に保持された潤滑油を開口部から流出させて、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に潤滑油を供給することができる。

（３）前記潤滑油保持部は、前記保持器の外周側に設けられるとともに、前記外輪の前記軸方向一方側の端面との間にラビリンス隙間を形成していることが好ましい。
円すいころ軸受は、その回転によってポンプ作用を奏し、円すいころの小端面側から引き込んだ潤滑油を大端面側へ向けて軸方向一方側かつ径方向外側へ流動させる。そして、潤滑油保持部と外輪の軸方向一方側の端面との間にはラビリンス隙間が形成されているので、このラビリンス隙間へ向かう方向への潤滑油の流れ、すなわち円すいころ軸受の軸方向一方側で径方向外側へ抜ける潤滑油の流れが抑制され、径方向内側へ向かう潤滑油の流れが多くなる。これにより、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に対してより多くの潤滑油を供給することができる。

（４）前記潤滑油保持部は、前記保持器の外周側に設けられるとともに、前記外輪の外周面が嵌合されるハウジングの装着孔内面との間にラビリンス隙間を形成していることが好ましい。
このような構成によって、ハウジングの装着孔内面と潤滑油保持部との間のラビリンス隙間に向かう潤滑油の流れ、すなわち円すいころ軸受の軸方向一方側で径方向外側へ抜ける潤滑油の流れが抑制され、径方向内側へ向かう潤滑油の流れが多くなる。これにより、内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に対してより多くの潤滑油を供給することができる。

（５）前記潤滑油保持部は、前記保持器とは別体に形成された潤滑油保持部材により構成されており、当該潤滑油保持部材が前記保持器に装着されていることが好ましい。
このような構成によって、保持器自身に加工を施すことによって潤滑油保持部を形成する必要が無くなる。そのため、保持器として、従来から使用されていた公知のものを流用し、当該保持器に対して潤滑油保持部材を装着することによって本発明の円すいころ軸受を安価に構成することが可能となる。

（６）本発明のピニオン軸支持装置は、潤滑油が貯留されるハウジングと、このハウジングに装着された上記の円すいころ軸受と、この円すいころ軸受によって回転自在に支持されるピニオン軸と、このピニオン軸のピニオンギヤに噛み合い、回転することによってハウジングに貯留された潤滑油をはね上げるリングギヤと、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、潤滑油保持部に保持された潤滑油を用いて内輪の大鍔部と円すいころの大端面との接触部に潤滑油を供給することができ、特に、円すいころ軸受によって支持された軸の回転初期における貧潤滑状態を解消し、焼付きやかじりの発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るピニオン軸支持装置を適用したデファレンシャル装置を示す断面図である。軸方向一方側の円すいころ軸受を示す断面図である。同円すいころ軸受の下部側を示す拡大断面図である。

図１は、本発明の実施の形態に係るピニオン軸支持装置を適用したデファレンシャル装置を示す断面図である。
デファレンシャル装置１は、自動車のエンジンの出力を当該デファレンシャル装置１の左右方向（図１の紙面貫通方向）の両側にそれぞれ配置された駆動輪である後輪に伝達するためのものであり、エンジンの出力を伝達するためのプロペラシャフト（図示せず）に一体回転可能に接続されるピニオン軸２と、このピニオン軸２の軸方向一端部（先端部）に設けられたピニオンギヤ２ａに噛合するリングギヤ３と、リングギヤ３に一体回転可能に連結され、後輪を回転させる差動機構４と、これらを収容するハウジング５とを備えている。

また、デファレンシャル装置１は、軸線Ｌがほぼ横向きに配置されたピニオン軸２の軸方向一方側（リングギヤ３側；図１の左側）を支持する第１の円すいころ軸受６と、ピニオン軸２の軸方向他方側（反リングギヤ３側；図１の右側）を支持する第２の円すいころ軸受１０とを備えている。
ピニオン軸２は、２つの円すいころ軸受６，１０によってハウジング５に対して回転自在に支持されている。ハウジング５には、２つの円すいころ軸受６，１０を嵌合するための装着孔５ａが形成されている。ピニオン軸２の軸方向他端部はハウジング５の外部へ突出してプロペラシャフトが接続される。エンジンの回転動力は、トランスミッションを介してプロペラシャフト及びピニオン軸２に伝達され、このピニオン軸２のピニオンギヤ２ａに噛み合うリングギヤ３に伝達される。

デファレンシャル装置１は、ピニオン軸２の軸線Ｌが、自動車の車体水平方向を示す基準線Ｓに対して角度θで傾斜するように車体に搭載されている。通常、後輪駆動の自動車は、そのレイアウト上、後輪がエンジンよりも低位に配置されるため、エンジン（トランスミッション）とデファレンシャル装置１とを接続するプロペラシャフトは、後ろ下がり傾斜状に配置され、このプロペラシャフトに接続されるピニオン軸２も、軸線Ｌが後ろ下がり傾斜状に配置される。このため、第２の円すいころ軸受１０は、自動車の車体が水平な状態にあるときには、第１の円すいころ軸受６よりも僅かに高位に配置される。

ハウジング５の内部には、差動機構４や、リングギヤ３、両円すいころ軸受６，１０等を潤滑するための潤滑油Ｒが貯留されている。本実施の形態では、油面Ｒ１の高さが一対の円すいころ軸受６，１０にまで到らない量の潤滑油Ｒが貯留されている。
また、上述のように、デファレンシャル装置１は、ピニオン軸２の軸線Ｌと、車体水平方向を示す基準線Ｓとが角度θとなるように搭載されるので、自動車の車体が水平な状態にあるときには、油面Ｒ１は、基準線Ｓに平行となる。

また、この潤滑油Ｒは、リングギヤ３の回転によって図中矢印Ｔ１の方向にはね上げられ、再度ハウジング５の下部に流下して貯留される。すなわち、デファレンシャル装置１は、潤滑油Ｒがハウジング５内部で循環するように構成されている。
第１，第２の円すいころ軸受６，１０は、リングギヤ３によってはね上げられて第１，第２の円すいころ軸受６，１０の間に供給された潤滑油Ｒによって潤滑される。第１，第２の円すいころ軸受６，１０の間に供給された潤滑油Ｒは、これら軸受が有するポンプ作用によって、円すいころ１３の小端面側から円すいころ軸受６，１０内に引き込まれ（矢印Ｔ２）、円すいころ１３の大端面側から排出される。

図２は、軸方向一方側（図１の左側）の第１の円すいころ軸受６を示す断面図である。また、図３は、第１の円すいころ軸受６の下部側を拡大して示す断面図である。
図２に示されるように、ピニオン軸２の軸方向一端側（ピニオンギヤ２ａ側）を支持する第１の円すいころ軸受６は、ピニオン軸２に一体回転可能に固定された内輪１１と、ハウジング５に固定された外輪１２と、内外輪１１，１２間に転動自在に配置された複数の円すいころ１３と、複数の円すいころ１３を内外輪１１，１２の周方向に沿って等間隔に保持するための保持器１４とを備えている。なお、以下の説明において、図２及び図３の左側（円すいころ１３の大端面１３ｂ側）を軸方向一方側（又は、軸方向一端側）といい、図２の右側（円すいころ１３の小端面１３ｃ側）を軸方向他方側（又は、軸方向他端側）という。

内輪１１は、例えば、軸受鋼等を用いて形成された円筒状の部材であり、その外周には円すいころ１３が接触して転動する内輪軌道面１１ａが形成されている。内輪軌道面１１ａは、軸方向一方側ほど外径が大きくなるように傾斜状に形成されている。また、内輪１１の外周の軸方向一端部には大鍔部１１ｂが径方向外方へ突設され、軸方向他端部には小鍔部１１ｃが径方向外方へ突設されている。

外輪１２は、例えば、軸受鋼等を用いて形成された円筒状の部材であり、内輪１１の外周側に同心に配置されている。外輪１２の内周には、円すいころ１３が接触し転動する外輪軌道面１２ａが形成されている。外輪軌道面１２ａは、軸方向一方側ほど内径が大きくなるように傾斜状に形成されている。また、外輪１２の外周面は、ハウジング５に形成された装着孔５ａに嵌合、固定されている。

複数の円すいころ１３は、軸受用鋼等からなり、截頭円すい形状に形成されている。円すいころ１３の外周面は、両軌道面１１ａ，１２ａに接触して転動する転動面１３ａとされており、軸方向一方側の端面がより面積の大きい大端面１３ｂとされ、軸方向他方側の端面がより面積の小さい小端面１３ｃとされている。また、円すいころ１３は、内輪１１の大鍔部１１ｂと小鍔部１１ｃとによって軸方向の移動が規制されている。内輪１１と外輪１２とは、両者の軌道面１１ａ，１２ａの間で複数の円すいころ１３が転動することによって相対回転する。

図３に示されるように、保持器１４は、鋼等の金属やポリアミド樹脂等の合成樹脂から形成され、軸方向一端側に配置された大径環状部１４ａと、軸方向他端側に配置された小径環状部１４ｂと、大径環状部１４ａと小径環状部１４ｂとの間に架設された複数の柱部１４ｃとを有している。複数の柱部１４ｃは周方向に間隔をあけて配置されており、周方向に隣接する柱部１４ｃと、大径環状部１４ａ及び小径環状部１４ｂとによって囲まれた空間が、円すいころ１３を収容するためのポケットとされている。

保持器１４の大径環状部１４ａの外周面には、潤滑油保持部材（潤滑油保持部）１５が設けられている。この潤滑油保持部材１５は、保持器１４と同様に金属や合成樹脂から環状に形成され、潤滑油Ｒを保持するための保持空間Ｓを内部に有している。より具体的に、潤滑油保持部材１５は、径方向の両側に配置された一対の周壁部（内周壁部１５ａ、外周壁部１５ｃ）と、軸方向両側に配置された一対の側壁部（外側壁部１５ｂ、内側壁部１５ｄ）とを有し、内周壁部１５ａが、保持器１４の大径環状部１４ａの外周面に嵌合、固定されている。そして、一対の周壁部１５ａ，１５ｃと、一対の側壁部１５ｂ、１５ｄとによって囲まれる空間が、潤滑油Ｒを保持するための保持空間Ｓとされている。

保持空間Ｓは、内側壁部１５ｄの径方向内側に形成された開口部１５ｅにおいて開放されている。この開口部１５ｅは、円すいころ１３の大端面１３ａの近傍位置において当該大端面１３ａに臨むように（対向するように）形成されている。

内側壁部１５ｄは、外輪１２の軸方向一方側の側面１２ｂに対して微小な隙間ｔ１をあけて対向して配置されている。また、外周壁部１５ｃは、ハウジング５の装着孔５ａに対して微小な隙間ｔ２をあけて対向して配置されている。これらの隙間ｔ１，ｔ２は、潤滑油Ｒの流通を制限するラビリンス隙間を構成している。

図１に示すように、第２の円すいころ軸受１０は、第１の円すいころ軸受６に対して軸方向に逆向きに配置されているだけで、以上に説明した第１の円すいころ軸受６と略同様の構成を備えている。したがって、第２の円すいころ軸受１０についての詳細な説明は省略する。

図１に矢印Ｔ１で示すように、リングギヤ３によってはね上げられ、第１，第２の円すいころ軸受６，１０の間に供給された潤滑油Ｒは、第１、第２の円すいころ軸受６，１０の回転によるポンプ作用で、図２の矢印Ｔ２に示すように円すいころ１３の小端面１３ｃ側から内外輪１１，１２の間に引き込まれ、軸方向一方側（図２の左側）及び径方向外側へ向けて流れて円すいころ１３の大端面１３ｂ側から排出される。

この際、図３に示すように、潤滑油保持部材１５と外輪１２及びハウジング５との間には、ラビリンス隙間ｔ１，ｔ２が形成されているため、内外輪１１，１２の間を流れる潤滑油Ｒが隙間ｔ１，ｔ２から流出してしまうことが抑制される。そのため、潤滑油Ｒは、矢印Ｔ３で示すようにより径方向内側へ流れやすくなり、内輪１１の大鍔部１１ｂと円すいころ１３の大端面１３ｂとの接触部に積極的に供給される。この作用によって、当該接触部におけるすべり摩擦に起因する焼付きやかじりの発生を抑制することができる。

また、円すいころ軸受６のポンプ作用によって矢印Ｔ２のように流れる潤滑油Ｒは、その一部が潤滑油保持部材１５の開口部１５ｅから保持空間Ｓ内に流入し、保持される。そして、保持空間Ｓ内に保持された潤滑油Ｒは、ピニオン軸２の回転停止後、次に回転し始めるときの初期潤滑のために利用される。
すなわち、ピニオン軸２の回転が停止すると、保持空間Ｓ内の潤滑油Ｒは、専ら重力によって開口部１５ｅから下方に流れるが、潤滑油保持部材１５の下部側では、外周壁部１５ｃと内外側壁部１５ｂ、１５ｄとに囲まれた部分で潤滑油Ｒが保持される。そして、ピニオン軸２が回転を開始すると、これに伴って潤滑油保持部材１５も周方向に回転し、潤滑油保持部材１５の下部側に保持された潤滑油Ｒが上方へ引き上げられつつ開口部１５ｅから流出する。この開口部１５ｅは、円すいころ１３の大端面１３ｂの近傍で当該大端面１３ｂに臨む位置に配置されているので、開口部１５ｅから流出した潤滑油Ｒは、円すいころ１３の大端面１３ｂに供給され、内輪１１の大鍔部１１ｂとの接触部が適切に潤滑される。したがって、ピニオン軸２の回転開始時に、リングギヤ３によるはね上げ作用で十分に潤滑油Ｒが循環されていない状態であっても、大鍔部１１ｂと大端面１３ｂとの接触部を適切に潤滑し、焼付きやかじりの発生を抑制することができる。

なお、ハウジング５の潤滑油Ｒが、潤滑油保持部材１５を浸積させる程度にまで貯留されている場合には、ピニオン軸２の回転停止時に、潤滑油Ｒに浸積された潤滑油保持部材１５内に開口部１５ｅから潤滑油Ｒを流入させることも可能である。

潤滑油保持部材１５は、保持空間Ｓに潤滑油Ｒを保持する機能だけでなく、外輪１２及びハウジング５との間にラビリンス隙間ｔ１，ｔ２を形成し、円すいころ軸受６の軸方向一方側かつ径方向外側へ潤滑油Ｒが流出するのを抑制する機能をも有しているので、これらの機能を別々に備えた複数の部材をそれぞれ円すいころ軸受６，１０に設ける場合に比べて、部品点数を少なくし、製造コストを低減することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更できるものである。
例えば、潤滑油保持部材（潤滑油保持部）１５は、保持器１４と一体に形成されたものであってもよい。但し、潤滑油保持部材１５を保持器１４とは別体に形成することで、従来から使用されている保持器１４を流用して潤滑油保持部材１５を装着することで、本発明の円すいころ軸受６，１０を安価に構成することができる。
潤滑油保持部材１５は、保持器１４の内周側に設けることも可能である。
また、本実施の形態では、２つのラビリンス隙間ｔ１，ｔ２が形成されているが、いずれか一方のみであってもよい。また、ピニオン軸２は、水平に配置されていてもよい。

１：デファレンシャル装置、２：ピニオン軸、３：リングギヤ、５：ハウジング、６：第１の円すいころ軸受、１０：第２の円すいころ軸受、１１：内輪、１１ｂ：大鍔部、１２：外輪、１３：円すいころ、１３ｂ：大端面、１５：潤滑油保持部材、１５ａ：内周壁部、１５ｂ：外側壁部、１５ｃ：外周壁部、１５ｄ：内側壁部、１５ｅ：開口部、Ｓ：保持空間、ｔ１：ラビリンス隙間、ｔ２：ラビリンス隙間

Claims

軸方向一方側の端部に大鍔部を有する内輪と、この内輪の径方向外方に配置された外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置され、前記大鍔部に摺接する大端面を有している複数の円すいころと、この複数の円すいころの周方向の間隔を保持する保持器と、を備えている円すいころ軸受であって、
前記保持器の前記軸方向一方側の端部に、当該円すいころ軸受に供給された潤滑油の一部を保持可能な保持空間と、この保持空間に対する前記潤滑油の出入を可能とする開口部とを有し、かつ前記保持器の回転が開始されたときに前記保持空間に保持した潤滑油を前記開口部から流出させて前記大鍔部と前記大端面との接触部に供給する、環状の潤滑油保持部が設けられていることを特徴とする円すいころ軸受。
前記潤滑油保持部は、軸方向両側に配置された一対の側壁部と、径方向両側に配置された一対の周壁部とを備え、これら一対の側壁部及び周壁部によって囲まれた空間が前記保持空間とされており、
前記開口部は、軸方向他方側の前記側壁部の径方向内側であって、前記円すいころの大端面の近傍で当該大端面に臨む位置に形成されている請求項１に記載の円すいころ軸受。
前記潤滑油保持部は、前記保持器の外周側に設けられるとともに、前記外輪の前記軸方向一方側の端面との間にラビリンス隙間を形成している請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
前記潤滑油保持部は、前記保持器の外周側に設けられるとともに、前記外輪の外周面が嵌合されるハウジングの装着孔内面との間にラビリンス隙間を形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
前記潤滑油保持部は、前記保持器とは別体に形成された潤滑油保持部材により構成されており、当該潤滑油保持部材が前記保持器に装着されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
潤滑油が貯留されるハウジングと、このハウジングに装着された請求項１〜５のいずれか１項に記載の円すいころ軸受と、この円すいころ軸受によって回転自在に支持されるピニオン軸と、このピニオン軸のピニオンギヤに噛み合い、回転することによってハウジングに貯留された潤滑油をはね上げるリングギヤと、を備えていることを特徴とするピニオン軸支持装置。