JP2014001798A - 転がり軸受及び転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受装置の剛性が低下することなく、組立が容易であり、適正な予圧が長期間に亙って安定して付与された転がり軸受、及び転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】外輪１５の側面の外径側に形成された環状段部２１に収容された皿ばね２０の弾性力によって、円すいころ軸受１３に対して所定の定圧予圧が付与される。衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重が作用した場合、皿ばね２０は大きく弾性変形して軸方向に押し潰されるが、外輪１５の側面の内径側に設けられた環状突出部２２が肩面１９に突き当たる事により、皿ばね２０が塑性変形或いは破損する事を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、予圧条件下で使用される転がり軸受、特に、自動車のディファレンシャル装置に用いられる転がり軸受、及び転がり軸受装置に関するものである。

従来より、自動車の動力伝達系の途中に設けて、プロペラシャフトの回転を減速すると同時に回転方向を直角に変換するディファレンシャル装置が使用されている。このディファレンシャル装置においては、１対の円すいころ軸受（或いは、アンギュラ玉軸受）が両端部の２個所、所定位置に組み込まれたデフケースが、ハウジングに対して回転自在に支持されている。
これら各円すいころ軸受は、それぞれ１個ずつの外輪及び内輪と、それぞれ複数個ずつの円すいころとから構成されており、外輪の内周面には外輪軌道が、内輪の外周面には内輪軌道が、それぞれ形成されている。外輪は前記ハウジングの一部に内嵌し、内輪は前記デフケースの端部に外嵌固定している。そして、アキシャル方向及びラジアル方向の荷重を支承しながら前記デフケースを回転自在に支持する為に、各円すいころ軸受は、適正な予圧が付与された状態で組み込まれている。

上記予圧を付与する方法としては、軸受の外輪とハウジングとの間にシムを介装する、所謂定位置予圧がよく知られている。しかし、定位置予圧では、厚さが異なる複数のシムを用意して、最適なシムを選択する必要があり、部品点数の増加と組み付け作業の煩雑さとによりコストアップするという問題があった。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１に、シムに代えて、弾発部材である皿ばねを用いて定圧予圧により予圧を付与する構成が記載されている。皿ばねを用いる事により、温度変化に伴うハウジング及びデフケースの軸方向の伸縮は皿ばねにより吸収され、軸受には常におおよそ一定の予圧が付与される。また、軸受の組み付けの際、軸受のはめあいや隙間調整は不要となり、１種類の皿バネを用意するだけでよい。

しかし、プロペラシャフトからデフケースに駆動力が伝達されると、デフケースがハウジングに対して軸方向に相対的に移動させられるが、想定以上の過度の荷重が作用した場合、皿ばねが過剰に押しつぶされる事がある。皿ばねの変位量が最大たわみ量を超えた場合、皿ばねのへたりや破損及び寿命低下につながり、完全に潰れた場合には皿ばねが裏返ることもある。

引用文献２には、ハウジング部にウェーブスプリングを収容する環状凹部を設ける事により、外輪とハウジングとの間に配置された前記ウェーブスプリングが、外輪の移動により完全に押し潰される事を防止するストッパ機構を備える構造が記載されている。これにより、ウェーブスプリングの塑性変形が防止され、必要な予圧を安定して発生させることができ、ディファレンシャル装置の機能が長期間維持される。

特開２００３−３４３６９２号公報 特開２００６−１３２６７５号公報

しかしながら、前記特許文献２は、ハウジングに対して環状凹部を形成する加工を施してしまうと、従来のシムによる定位置予圧調整方法との互換性がなくなり、ウェーブスプリングによる定圧予圧のみに対応する（定位置予圧では使用できない）ハウジングとなってしまう。又、ディファレンシャル装置の軽量化を目的として、ハウジングの材料を鉄よりも強度が低いアルミニウム材等とした場合には、ストッパ機構を構成する環状凹部を設けることにより、ハウジングの剛性が低下する虞があった。更に、ウェーブスプリングを収容する為に、ハウジングに対して環状凹部を設ける様な設計変更を実施することは現実的には困難である。

本発明は、転がり軸受装置の剛性が低下することなく、組立が容易であり、適正な予圧が長期間に亙って安定して付与された転がり軸受、及び転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記の様な問題を解決する為に、本発明のうち請求項１に係わる転がり軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを有する。
特に本発明の転がり軸受に於いては、前記外輪の側面に、転がり軸受に所定の予圧を付与する弾性部材を収容する環状段部を形成している。
本発明のうち請求項２に係わる転がり軸受は、前記環状段部の軸方向の長さは、前記弾性部材が完全に圧縮させられた場合の長さよりも大きくされている。
本発明のうち請求項３に係わる転がり軸受は、前記外輪の内周面に互いに内径が異なる２列の外輪軌道を設け、前記外輪の内径側に同心に配置された前記内輪の外周面に互いに外径が異なる２列の内輪軌道を設け、前記両外輪軌道とこれら両内輪軌道との間に、それぞれの列毎に複数個ずつ、両列同士の間で同じ方向の接触角を付与された状態で転動自在に設けられた玉とを備えている。

又、本発明のうち請求項４に係わる転がり軸受装置は、ハウジングに対して軸方向に移動可能な状態で嵌合された外輪と回転体に嵌合固定された内輪とを有する転がり軸受により、前記ハウジングに対して前記回転体を回転可能に支持している。
特に、本発明の転がり軸受装置は、前記ハウジングと前記外輪との間に配置された前記弾性部材によって予圧が付与されており、前記転がり軸受が請求項１から請求項３のいずれかに記載の転がり軸受である。
本発明のうち請求項５に係わる転がり軸受装置は、前記回転体が、ディファレンシャル装置を構成するデフケースである。

本発明によれば、転がり軸受装置の剛性が低下することなく、組立が容易であり、適正な予圧が長期間に亙って安定して付与された転がり軸受、及び転がり軸受装置を提供することができる。
即ち、衝撃荷重又は設計値を超える様な大きなアキシャル荷重が作用した場合においても、軸受の外輪に形成した環状段部に予圧を付与する弾性部材を収容する事により、弾性部材が完全に潰されて塑性変形したり破損することを防止する事ができる。又、外輪の軸方向への移動を制限する環状突出部を外輪の側面に設けているので、ハウジングに対して凹部を新たに設ける必要がない。

本発明の第１の実施形態におけるディファレンシャル装置の断面図である。 同じく、図１の円すいころ軸受を示す部分拡大断面図である。 第２の実施形態におけるタンデムアンギュラ型玉軸受を示す部分拡大断面図である。

［実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例であるディファレンシャル装置１を示している。本例のディファレンシャル装置１は、図１に示す様に、ハウジング２と、デフケース５と、一対の円すいころ軸受１３，１４と、皿ばね２０とを備える。
このうちの、デフケース５は、リングギヤ６と、１対のサイドギヤ１０、１０と、１対のピニオンギヤ９、９とを備え、リングギヤ６とサイドギヤ１０、１０とは、互いに同心に、且つ、相対回転を自在に配置されている。又、前記サイドギヤ１０、１０には、それぞれドライブシャフト７、７の端部がスプライン嵌合されている。前記ピニオンギヤ９、９は、互いに対向させた状態でピニオンシャフト８に外嵌され、回転自在に支持されている。そして、これら両ピニオンギヤ９、９をそれぞれ、前記サイドギヤ１０、１０に噛合させている。

この様なデフケース５に取付けられたリングギヤ６は、一対の円すいころ軸受１１、１２により回転自在に支持されたピニオンシャフト３の端部に設けられたドライブピニオンギヤ４と噛合されている。そして、ドライブピニオンギヤ４によりデフケース５が回転すると、このデフケース５の回転駆動力は、ピニオンギヤ９、９を介してサイドギヤ１０、１０にトルク配分されて、ドライブシャフト７，７を回転駆動させる。

上述した様なデフケース５は、一対の円すいころ軸受１３、１４によって、ハウジング２に対して回転自在に支持されている。図２に示す様に、円すいころ軸受１３（１４）は、デフケース５に外嵌固定される内輪１６と、ハウジング２に軸方向に移動可能な状態で内嵌される外輪１５と、内輪１６と外輪１５との間に転動自在に配置される複数の円すいころ１７と、これら円すいころ１７を円周方向等間隔に保持する保持器１８とを備えている。これら円すいころ軸受１３（１４）に定圧予圧を付与する為に、弾性部材である皿ばね２０が設けられている。皿ばね２０は、ハウジング２の肩面１９と、前記外輪１５の軸方向側面との間に介装されている。

前記ハウジング２の内部に前記デフケース５と前記各円すいころ軸受１３（１４）とを組み込んだ状態において、前記皿ばね２０は、軸方向に圧縮された状態で、前記外輪１５の側面の外径側に形成された環状段部２１に収容されている。これにより、皿ばね２０が弾性変形すると共に、その弾性力によって皿ばね２０が円すいころ軸受１３（１４）の外輪１５をハウジング２の内方（図２における右方向）に押圧し、円すいころ軸受１３（１４）に対して所定の定圧予圧が付与される。

前記皿ばね２０を製造する場合は、鋼製の平板材を円環状に打ち抜いた後、プレス装置によりプレス成形する。プレス装置は、所定の角度で勾配を有するテーパー面が形成された円すい形状の成形面を有する金型を備えており、この金型に前記円環状の板をセットして、所定の圧力を作用させる事によって、皿ばね２０に円すい形状のテーパー面を成形する。

自動車の加速時或いは減速時において、前記リングギヤ６と前記ドライブピニオンギヤ４との噛み合いにより、前記デフケース５は前記ハウジング２に対して軸方向（図２における左右方向）に移動する。そして、変速動作又は急激な加減速等により、衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重がデフケース５に作用した場合、皿ばね２０は大きく弾性変形して、外輪１５の側面の内径側である環状突出部２２が肩面１９に突き当たる。この時、皿ばね２０は軸方向に押し潰されるが、環状段部２１の軸方向長さ（段差）は、皿ばね２０のたわみ量が皿ばね２０の最大たわみ量の７５％を超えないような長さに設定されているので、皿ばね２０が塑性変形或いは破損する事を防止している。

以上の構成により、転がり軸受装置の剛性が低下することなく、組立が容易であり、適正な予圧が長期間に亙って安定して付与された転がり軸受、及び転がり軸受装置を提供することができる。
即ち、ディファレンシャル装置１を構成するデフケース５を回転自在に支承する為に、ハウジング２の内部に組み込まれた１対の円すいころ軸受１３、１４に定圧予圧を付与する皿ばね２０（弾性部材）において、軸方向に衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重が作用した場合においても、外輪１５の側面の外径側に形成した環状段部２１に皿ばね２０を収容し、且つ外輪１５の側面の内径側に軸方向に突出する環状突出部２２を設ける事により、皿ばね２０が完全に潰されて塑性変形したり破損することを防止している。

又、皿ばね２０を収容する環状段部２１と、円すいころ軸受１３（１４）の外輪１５の軸方向への移動を制限する環状突出部２２とは、外輪１５の側面部分に設けられており、ハウジング２に対して環状凹部及び衝止面を形成するような加工を施す事もないので、ディファレンシャル装置１の剛性が低下する事もない。従って、ハウジング２に対して凹部を新たに設ける様な設計変更の必要もない。つまり、従来からのシムによる定位置予圧におけるハウジングをそのまま使用する事ができるので、ハウジング２を共有することが可能であり、コストアップを防止している。

更に、ディファレンシャル装置の組立工程において、ハウジング２に対して外輪１５を内嵌する際に、外輪１５の環状段部２１に皿ばね２０を装着して一体化した組立体とし、この組立体をハウジング２に組み込む事により、組立が容易となり、組立工程が短縮されてコストダウンが可能となる。

［実施の形態の第２例］
図３は、本発明の実施の形態の第２例であるタンデムアンギュラ型玉軸受２３を示している。上述した第１の実施形態の場合、円すいころ軸受は玉軸受に比ベて負荷容量が大きい反面、動トルク(回転抵抗)が大きい。本例の場合には、近年に於ける自動車の省燃費化の流れにより、デフケース５を支持する為の1対の転がり軸受として、ラジアル及びスラスト両方向の荷重を支承可能なタンデムアンギュラ型玉軸受を使用している。タンデムアンギニラ型玉軸受は、運転時に円すいころ軸受の揚合の様な大きな滑り接触を伴わないので、動トルクを低く抑える事ができる。

図３に示したタンデムアンギユラ型玉軸受は、外輪１５ａと、内輪１６ａと、大径側、小径側両玉冽を構成する複数個の玉２４、２５とを備える。このうちの外輪１５ａは、内周面に、互いの内径が異なる、複列アンギュラ型の大径側、小径側両外輪軌道２６ａ、２６ｂを設けている。
又、前記内輪１６ａは、前記外輪１５ａの内径側に前記外輪１５ａと同心に配置され、その外周面に、互いの外径が異なる、複列アンギュラ型の大径側、小径側両内輪軌道２７ａ、２７ｂを設けている。又、前記大径側玉列を構成する各玉２４は、図示しない大径側保持器に保持された状態で、前記大径側の外輪軌道２６ａと前記大径側の内輪軌道２７ａとの問に転動自在に設けられている。又、前記小径側玉列を構成する各玉２５は、図示しない小径側保持器に保持された状態で、前記小径側の外輪軌道２６ｂと前記小径側の内輪軌道２７ｂとの間に転動自在に設けられている。又、この状態で、前記大径側玉列を構成する各玉２４と前記小径側玉列を構成する各玉２５とに、互いに同じ向きの（並列組み合わせ型の）接触角が付与されている。

本例の場合、前記ハウジング２の内部に前記デフケース５と前記タンデムアンギュラ型玉軸受２３とを組み込んだ状態において、前記皿ばね２０は軸方向に圧縮された状態で、前記外輪１５ａの側面の外径側に形成された環状段部２１aに収容されている。その他の作用効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

皿ばねによる定圧予圧機構は、デフケースの軸方向両側にそれぞれ設けられている事が好ましいが、いずれか一方のみに設ける事もできる。
又、弾性部材である皿ばねが自動車用のディファレンシャル装置に組み込まれた円すいころ軸受に予圧を付与する構成について述べたが、本発明に係わる弾性部材はこれに限定されるものでは無く、ウェーブワッシャ、コイルばね等の各種弾性部材を使用する事ができる。さらに、本発明に係わる転がり軸受は円すいころ軸受又はタンデムアンギュラ型玉軸受に限定されるものでは無く、単列のアンギュラ玉軸受等の予圧条件下で使用される各種転がり軸受を使用する事ができる。

本発明は、自動車のディファレンシャル装置、特にデフケースを回転自在に支承する一対の転がり軸受に適用することができる。

１ ディファレンシャル装置
２ ハウジング
３ ピニオンシャフト
４ ドライブピニオンギヤ
５ デフケース
６ リングギヤ
７ ドライブシャフト
８ ピニオンシャフト
９ ピニオンギヤ
１０ サイドギヤ
１１、１２ 円すいころ軸受
１３、１４ 円すいころ軸受
１５、１５ａ 外輪
１６、１６ａ 内輪
１７ 円すいころ
１８ 保持器
１９ 肩面
２０ 皿ばね
２１、２１ａ 環状段部
２２、２２ａ 環状突出部
２３ タンデムアンギュラ型玉軸受
２４、２５ 玉
２６ａ、２６ｂ 外輪軌道
２７ａ、２７ｂ 内輪軌道

Claims (5)

1. 外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受に於いて、
   前記外輪の側面に、転がり軸受に所定の予圧を付与する弾性部材を収容する環状段部を形成したことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記環状段部の軸方向の長さは、前記弾性部材が完全に圧縮させられた場合の長さよりも大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記外輪の内周面に互いに内径が異なる２列の外輪軌道を設け、前記外輪の内径側に同心に配置された前記内輪の外周面に互いに外径が異なる２列の内輪軌道を設け、前記両外輪軌道とこれら両内輪軌道との間に、それぞれの列毎に複数個ずつ、両列同士の間で同じ方向の接触角を付与された状態で転動自在に設けられた玉とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
4. ハウジングに対して軸方向に移動可能な状態で嵌合された外輪と回転体に嵌合固定された内輪とを有する転がり軸受により、前記ハウジングに対して前記回転体を回転可能に支持する転がり軸受装置に於いて、
   前記ハウジングと前記外輪との間に配置された前記弾性部材によって予圧が付与されており、前記転がり軸受が請求項１から請求項３のいずれかに記載の転がり軸受であることを特徴とする転がり軸受装置。
5. 前記回転体が、ディファレンシャル装置を構成するデフケースであることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受装置。

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