JP4333126B2

JP4333126B2 - ピニオン軸支持用軸受装置

Info

Publication number: JP4333126B2
Application number: JP2002339624A
Authority: JP
Inventors: 基司河村; 健岩脇; 邦彦横田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP2004169889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピニオン軸支持用軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車に備えるトランスファやデファレンシャルなどに組み込まれるピニオン軸を回転自在に支持するためのピニオン軸支持用軸受装置として、単列円すいころ軸受を二つ用いたもの（特許文献１参照）や、単列円すいころ軸受と単列アンギュラ玉軸受を一体化したもの（特許文献２参照）がある。
【０００３】
上記いずれのピニオン軸支持用軸受装置についても、ピニオンギヤ側はシールが装着されていない開放状態になっていて、トランスファやデファレンシャルの内部に収容されるオイルを利用して潤滑を行うようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２２０４６８号公報
【特許文献２】
特開昭５３−７４６５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、上記トランスファやデファレンシャルにおいて、ピニオン軸の低トルク化が要求されている。
【０００６】
しかしながら、上記いずれのピニオン軸支持用軸受装置でも円すいころ軸受を用いる関係より、トルク低下に限界がある。その他、上記トランスファに用いるピニオン軸支持用軸受装置の場合、ピニオン軸の中心軸線をトランスファのケースの中心位置よりも上に配置する関係より、ケース内のオイルがピニオン軸支持用軸受装置内へ届きにくいことが指摘される。そのため、軸受内部に対してオイルを効率よく導入させるようにトランスファのケース形状を工夫しなければならず、ケースの大型化を余儀なくされている。一方、上記デファレンシャルに用いるピニオン軸支持用軸受装置の場合、ピニオン軸の中心軸線をトランスファのケースの中心位置よりも下に配置する関係より、オイルが過剰に導入されるために、オイルの攪拌抵抗が大となるとともにオイル中の異物が円すいころと軌道面との間に噛み込むなど、トルク低下を図る上で不利であることが指摘される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のピニオン軸支持用軸受装置は、一端にピニオンギヤを有するピニオン軸の胴部を支持する軸受装置であって、複列外向きアンギュラ玉軸受とされており、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されており、前記複列外向きアンギュラ玉軸受は、軸方向に二列の軌道面を有するとともに軸方向両端にカウンタボアを有する単一の外輪と、この外輪の一方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第１内輪と、前記外輪の他方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第２内輪と、前記外輪の二列の軌道面と前記二つの内輪の各軌道面との間に介装される複数の玉とを含む構成であり、前記各シールは、外周部分が前記外輪の二つのカウンタボアに対して取り付けられるもので、内周に前記二つの内輪の各肩部に対して接触されかつ軸受外側へ向けて開きうる形状とされるリップを有し、ピニオンギヤ側に配置されるシールは、そのリップがバネリングでもって内輪肩部に対して強制的に押圧されるものであり、反ピニオンギヤ側に配置されるシールには、軸受内外を連通させる通気部が設けられている。
【０００８】
この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受が円すいころ軸受に比べて転がり抵抗が小さいので、トルク低下に有利となる。しかも、複列外向きアンギュラ玉軸受をシールで密封してグリースで潤滑させる形態にすることにより、前記軸受内部にピニオン軸の使用対象装置内のオイルを導入させないようにしているから、従来例で指摘したようなオイルに関連する不具合が一掃される。
【０００９】
この場合、シールが、軸受外部から内部への異物侵入を防止するのに特に優れたタイプであるから、軸受内部に封入されるグリースの性状を安定にさせるうえで有利となる。また、軸受が高温状態から低温状態に冷却されると、軸受内部の圧力が外部圧力よりも低下することになるが、その場合、反ピニオンギヤ側のシールに設けた通気部による軸受内外の通気作用でもって軸受内外の圧力差を無くせるので、反ピニオンギヤ側のシールのリップが内輪肩部に対して強く押し付けられる現象（いわゆる、吸い付き現象）の発生を防止できるようになる。
なお、前記玉の接触角は、３０度以上４５度以下に設定されているとともに、前記外輪の各軌道面の曲率半径は、玉の直径の５１．０％以上５２％以下に、また、前記各内輪の軌道面の曲率半径は、玉の直径の５０．２％以上５１．２％以下にそれぞれ設定される。
【００１０】
この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受の接触角や軌道面の曲率半径を一般的な規格品と異なるように規定しており、それによって耐荷重性と耐久性とを高めることができる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の一実施形態を、図１から図３に示して説明する。図例のピニオン軸支持装置１は、トランスファやデファレンシャルのケース２に対して組み込まれるもので、ピニオン軸５と、複列外向きアンギュラ玉軸受６と、カップリングスリーブ７と、ナット８とを備えている。なお、複列外向きアンギュラ玉軸受６は、ピニオン軸支持用軸受装置に相当する。
【００１６】
ピニオン軸５は、その胴部５ａの軸方向一端にピニオンギヤ５ｂが、また、軸方向他端にねじ軸部５ｃがそれぞれ設けられている。このピニオン軸５の胴部５ａに対して複列外向きアンギュラ玉軸受６が外装されているとともにカップリングスリーブ７がスプライン嵌合されていて、ピニオン軸５のねじ軸部５ｃに対してナット８を螺合装着することにより、複列外向きアンギュラ玉軸受６に対して予圧を付与した状態で、ピニオン軸５に複列外向きアンギュラ玉軸受６を一体化し、ピニオン軸支持装置１が構成されている。なお、カップリングスリーブ７は、例えば自動車のプロペラシャフト（図示省略）に対して連結されるものであり、一般的に、トランスファの場合には、ピニオン軸５の回転動力を前記プロペラシャフトへ出力する出力フランジと呼ばれる一方、デファレンシャルの場合には、前記プロペラシャフトの回転動力をピニオン軸５に入力するコンパニオンフランジと呼ばれる。
【００１７】
このピニオン軸支持装置１は、ピニオンギヤ５ｂをケース２の内部に配置させる状態で、ピニオン軸５の胴部５ａを複列外向きアンギュラ玉軸受６を介してケース２の貫通孔２ａに対して回転自在に支持させており、ピニオン軸５に作用するアキシアル荷重ならびにラジアル荷重を複列外向きアンギュラ玉軸受６が受けるようになっている。
【００１８】
次に、上記複列外向きアンギュラ玉軸受６を詳細に説明する。この複列外向きアンギュラ玉軸受６は、単一の外輪１０と、二つの内輪１１，１２と、複数の玉１３と、二つの保持器リング１４，１５とを備えている。
【００１９】
外輪１０は、軸方向二列の軌道面１０ａ，１０ｂを有するとともに軸方向両端にカウンタボア１０ｃ，１０ｄを有しており、さらに外径部分に径方向外向きに延びるフランジ１０ｅが設けられている。この外輪１０は、ケース２の貫通孔２ａに対して嵌合された状態とされて、そのフランジ１０ｅがケース２に対してボルト９で止められる。外輪１０とケース２の貫通孔２ａとの嵌め合い面には、Ｏリング３が介装されている。第１内輪１１は、外輪１０の一方の軌道面１０ａに対して対となる単一の軌道面１１ａを有するとともに軸方向内端にカウンタボア１１ｂを有している。第２内輪１２は、外輪１０の他方の軌道面１０ｂに対して対となる単一の軌道面１２ａを有するとともに軸方向内端にカウンタボア１２ｂを有している。これら二つの内輪１１，１２は、ピニオン軸５の胴部５ａに対して外嵌される。玉１３は、外輪１０の二列の軌道面１０ａ，１０ｂと二つの内輪１１，１２の各軌道面１１ａ，１２ａとの間に介装されている。保持器リング１４，１５は、冠型と呼ばれるもので、前記二列で配設される複数の玉１３それぞれを円周ほぼ等間隔に配置するものである。
【００２０】
そして、上記複列外向きアンギュラ玉軸受６について、トランスファやデファレンシャルでの使用条件を考慮して、一般的な規格品と異なるように設計しているので、以下で詳細に説明する。
【００２１】
そもそも、一般的な規格品の複列外向きアンギュラ玉軸受の場合、玉１３の呼び接触角αが２０度以上２５度以下に設定されており、上記外輪１０の各軌道面１０ａ，１０ｂの曲率半径Ｒ１，Ｒ２が玉１３の直径ｒの５２．５％以上５３％以下に、また、各内輪１１，１２の軌道面１１ａ，１２ａの曲率半径Ｒ３，Ｒ４が玉１３の直径ｒの５１．５％以上５２．５％以下に設定されている。
【００２２】
これに対し、この実施形態では、上記玉１３の呼び接触角αを、３０度以上、好ましくは３５度以上４５度以下の範囲内に、また、外輪１０の各軌道面１０ａ，１０ｂの曲率半径Ｒ１，Ｒ２を玉１３の直径ｒの５１．０％以上５２％以下、好ましくは５１．２％以上５１．８％以下に、さらに、各内輪１１，１２の軌道面１１ａ，１２ａの曲率半径Ｒ３，Ｒ４を玉１３の直径ｒの５０．２％以上５１．２％以下、好ましくは５０．５％以上５１％以下にそれぞれ設定している。
【００２３】
このように、上記呼び接触角αを上記一般的な値よりも大きく設定すれば、アキシアル方向の負荷能力を増大させることができ、また、上記曲率半径Ｒ１〜Ｒ４を上記一般的な値よりも小さく設定すれば、外輪１０や二つの内輪１１，１２に対して玉１３による圧痕をつきにくくさせることができるなど、複列外向きアンギュラ玉軸受６としての耐荷重性と耐久性を高めることができる。
【００２４】
また、二つの内輪１１，１２について、一般的な規格品よりも最大厚みを大きくしたうえで、軌道面１１ａ，１２ａの底中心の外径寸法と、肩部外径寸法とを可及的に大きく設定（外輪１０のそれよりも相対的に厚く形成）するとともに、カウンタボア１１ｂ，１２ｂの外径寸法を可及的に小さく設定している。このようにすれば、玉１３のピッチ円直径（ＰＣＤ）を可及的に大きくできるので、玉１３の使用数を多くできて負荷容量をアップできる。しかも、軌道面１１ａ，１２ａからのカウンタボア１１ｂ，１２ｂまでの段差（または段落ち量）が大きくなるので、外輪１０と二つの内輪１１，１２との間の対向環状空間を大きくできて、グリース封入量を増加できるようになる。
【００２５】
しかも、上記複列外向きアンギュラ玉軸受６は、ケース２内に収容されるオイルで潤滑させるようにせずに、グリースでもって潤滑させる形態になっているので、以下で説明する。
【００２６】
つまり、外輪１０の軸方向両端に、接触形のシール２０，３０を装着することによって、外輪１０と二つの内輪１１，１２との間の対向環状空間（軸受内部空間）を密封し、この環状空間に所定量のグリース（図示省略）を封入している。
【００２７】
さらに、テール側のシール３０のさらに外側には、断面コ字形のスリンガー４０が設けられている。このスリンガー４０は、その内周部分がカップリングスリーブ７の外周面に対して圧入により固定されていて、外周部分が外輪１０の外端部内周面に対して微小隙間を介して対向されることでラビリンスシール（非接触密封部）を形成している。
【００２８】
なお、ヘッド側（ピニオンギヤ５ｂ側）に配置されるシール２０は、一般的に、オイルシールと呼ばれるタイプとされており、また、テール側（反ピニオンギヤ５ｂ側）に配置されるシール３０は、軸受シールと呼ばれるタイプとされている。
【００２９】
詳しくは、上記二つのシール２０，３０は、環状芯金２１，３１にゴムなどの弾性体２２，３２を加硫接着した構成である。前記環状芯金２１，３１は、円筒部２１ａ，３１ａの軸方向一端に径方向内向きに延びる環状板部２１ｂ，３１ｂを設けた形状である。また、前記弾性体２２，３２は、前記環状芯金２１，３１の円筒部２１ａ，３１ａ外周から環状板部２１ｂ，３１ｂの一側にかけて覆う包皮部（符号省略）と、環状板部２１ｂ，３１ｂの内周に突出されるリップ２３，３３とを有している。なお、リップ２３，３３は、主として軸受外部からの異物侵入を阻止するように、軸受外側へ向けて開きうる形状になっている。
【００３０】
上記シール２０，３０は、いずれも、環状芯金２１，３１の円筒部２１ａ，３１ａが弾性体２２，３２の包皮部を介して外輪１０の二つのカウンタボア１０ｃ，１０ｄに対して各々圧入嵌合されることにより固定されている。このようにシール２０，３０を固定した状態で、そのリップ２３，３３が、内周に二つの内輪１１，１２の各肩部に対して所定の緊縛力を持つ状態で接触される。
【００３１】
また、上記ヘッド側シール２０は、リップ２３をバネリング２４によって第１内輪１１に対して強制的に押圧させることによって密封性を可及的に高めるようになっていて、ケース２内のオイルが軸受内部に侵入することを強力に防止することができる。
【００３２】
一方、上記テール側シール３０は、バネリングなどを用いておらず、単にリップ３３の内径を内輪１２の肩部外径よりも所定量小さく設定することにより、この寸法差によってリップ３３を弾性的に拡径した状態で内輪１２に対して接触させるようになっている。
【００３３】
さらに、テール側シール３０において外径部分の円周一ヶ所には、軸受内外を連通させる通気部として軸方向に沿う通気溝３４が設けられている。この通気溝３４は、環状芯金３１の円筒部３１ａに対して設けられるもので、この円筒部３１ａに被着される弾性体３２の包皮部は円筒部３１ａの外径形状に倣うように被着されている。この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受６が高温状態から低温状態に冷却されると、軸受内部の圧力が外部圧力よりも低下することになるが、その場合、テール側シール３０に設けた通気溝３４による軸受内外の通気作用でもって軸受内外の圧力差を無くせるので、テール側シール３０のリップ３３が内輪１２の肩部に対して強く押し付けられる現象（いわゆる、吸い付き現象）の発生を防止できるようになる。
【００３４】
ところで、上記シール２０，３０の弾性体２２，３２については、アクリルゴム、耐熱アクリルゴムなどが好適に用いられる。前記耐熱アクリルゴムは、エチレンおよびアクリル酸エステルが共重合体組成の主成分として結合されてなるエチレン−アクリルゴムである。
【００３５】
また、複列外向きアンギュラ玉軸受６の内部に封入されるグリースについては、耐熱性を考慮し、ジウレア系グリースまたはギヤオイルとの相性がよいエステル系グリースが好ましい。このグリースとしては、具体的に、例えば日本グリース株式会社製の商品名ＫＮＧ１７０や、協同油脂株式会社製の商品名マルテンプＳＲＬと呼ばれるものが好適に用いられる。上記ＫＮＧ１７０は、基油をポリαオレフィン鉱油、増ちょう剤をジウレアとしたもので、使用温度範囲は−３０℃〜１５０℃である。上記マルテンプＳＲＬは、基油をエステル、増ちょう剤をリチウム石けんとしたもので、使用温度範囲は−４０℃〜１３０℃である。
【００３６】
以上説明したように、ピニオン軸５の支持に複列外向きアンギュラ玉軸受６を用いているから、円すいころ軸受を用いる場合に比べて転がり抵抗が小さいので、トルク低下を図るうえで有利となる。しかも、複列外向きアンギュラ玉軸受６について、呼び接触角αや、外輪１０の軌道面１０ａ，１０ｂの曲率半径Ｒ１，Ｒ２と各内輪１１，１２の軌道面１１ａ，１２ａの曲率半径Ｒ３，Ｒ４を一般的な規格品と異ならせてトランスファやデファレンシャルでの使用条件をクリアするように規定して、十分な耐荷重性、耐久性を確保している。さらに、複列外向きアンギュラ玉軸受６をシール２０，３０で密封してグリースで潤滑させる形態にすることにより、内部にピニオン軸５の使用対象となるケース２内のオイルを導入させないようにしているから、従来例で指摘したようなオイルに関連する不具合が一掃される。つまり、グリース潤滑としたことで、オイル攪拌抵抗によるトルクの増加を抑えることができ、また、ケース２内にオイル導入路やオイル還流路を形成する必要がないなど、トランスファやデファレンシャルの小型軽量化が図れる他、オイル潤滑の場合のようにオイル中の異物の影響を受けないため、複列外向きアンギュラ玉軸受６の寿命向上、メンテナンスフリー化に貢献できる。
【００３７】
これらのことから、この実施形態のピニオン軸支持装置１では、従来例に比べてピニオン軸５のトルクを低下することができて、トランスファやデファレンシャルの効率向上に貢献できる。
【００３８】
この他、上記実施形態のように、ピニオン軸５と、複列外向きアンギュラ玉軸受６とをユニット化して、ピニオン軸支持装置１を構成しているので、使用対象となるトランスファやデファレンシャルのケース２に対して組み込むときの手間が軽減され、組立性が向上する。
【００３９】
以下に、本発明の他の実施形態を示す。
【００４０】
（１）上記ヘッド側のシール２０については、図４に示すように、環状芯金２１の円筒部２１ａ内周面に弾性体２２の包皮部を設けて、環状芯金２１の円筒部２１ａを外輪１０のカウンタボア１０ｃに対して直接圧入により嵌合している。なお、外輪１０のカウンタボア１０ｃは研磨することにより平滑に仕上げており、これによって、環状芯金２１との嵌め合い面の密封性を高めるようにしている。この場合、ヘッド側のシール２０の組み込み位置精度が向上し、玉１３との干渉を確実に避けることができる。
【００４１】
（２）上記テール側のシール３０としては、図５に示すように、スリンガー５０を組み合わせて、いわゆるパックシールと呼ばれる構成とすることができる。シール３０のリップ３３が、スリンガー５０の円筒部５１の外周面に対して所定の緊縛力をもって接触されており、また、シール３０の環状板部３１ｂを覆う包皮部がスリンガー５０の環状板部５２との間で微小隙間を介して対向されている。この場合、外部から水がかかったときでも、軸受内部に対する水の侵入を防止する効果が増す他、スリンガー５０の存在によってシール３０に対して水が直接触れることを防止できるなど、シール３０の保護が可能となる。
【００４２】
（３）上記実施形態では、ピニオン軸５と複列外向きアンギュラ玉軸受６とを一体化するために、ピニオン軸５のねじ軸部５ｃに対してナット８を螺合装着する構造にしているが、次のようにしてもよい。つまり、ピニオン軸５にねじ軸部５ｃを設けずに、このピニオン軸５の反ピニオンギヤ５ｂ側を円筒形状として、この円筒形状部分を径方向外向きに押し広げる形態でローリングかしめすることにより、このかしめ部分でピニオン軸５と複列外向きアンギュラ玉軸受６とを一体化する構造とすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のピニオン軸支持用軸受装置では、小型軽量にしたうえで、従来例に比べてピニオン軸の低トルク化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るピニオン軸支持装置を示す断面図
【図２】図１中の複列外向きアンギュラ玉軸受の上半分を拡大して示す図
【図３】図１中のテール側シールを示す斜視図
【図４】図１中のヘッド側シールの応用例を示す斜視図
【図５】図１中のテール側シールの応用例を示す斜視図
【符号の説明】
１ピニオン軸支持装置
５ピニオン軸
５ａピニオン軸の胴部
５ｂピニオンギヤ
５ｃピニオンギヤのねじ軸部
６複列外向きアンギュラ玉軸受
１０外輪
１１，１２内輪
２０ヘッド側シール
３０テール側シール

Claims

一端にピニオンギヤを有するピニオン軸の胴部を支持する軸受装置であって、
複列外向きアンギュラ玉軸受とされており、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されており、
前記複列外向きアンギュラ玉軸受は、軸方向に二列の軌道面を有するとともに軸方向両端にカウンタボアを有する単一の外輪と、この外輪の一方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第１内輪と、前記外輪の他方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第２内輪と、前記外輪の二列の軌道面と前記二つの内輪の各軌道面との間に介装される複数の玉とを含む構成であり、
前記各シールは、外周部分が前記外輪の二つのカウンタボアに対して取り付けられるもので、内周に前記二つの内輪の各肩部に対して接触されかつ軸受外側へ向けて開きうる形状とされるリップを有し、ピニオンギヤ側に配置されるシールは、そのリップがバネリングでもって内輪肩部に対して強制的に押圧されるものであり、反ピニオンギヤ側に配置されるシールには、軸受内外を連通させる通気部が設けられている、ピニオン軸支持用軸受装置。
前記玉の接触角は、３０度以上４５度以下に設定されているとともに、前記外輪の各軌道面の曲率半径は、玉の直径の５１．０％以上５２％以下に、また、前記各内輪の軌道面の曲率半径は、玉の直径の５０．２％以上５１．２％以下にそれぞれ設定されている、請求項１のピニオン軸支持用軸受装置。