JP4419388B2

JP4419388B2 - 差動装置

Info

Publication number: JP4419388B2
Application number: JP2002366464A
Authority: JP
Inventors: 英雄上田; 敏弘川口; 健岩脇; 宏城; 宏之大島
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004197819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、左右の車輪に回転差をつける差動装置に関し、特に、その転がり軸受を改良した差動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
差動装置として、ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えたものが使用されている。
【０００３】
差動装置の転がり軸受は、従来、高い剛性を得るために円錐ころ軸受とされていたが、燃費向上の観点から軸受の低トルク化が課題となっており、円錐ころ軸受より回転トルクが小さい玉軸受を使用することが提案されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６１４６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
玉軸受を使用した差動装置では、円錐ころ軸受のものに比べて、通常、剛性が低下するため、低トルクと高剛性とを両立させるための材質変更などによって製造コストが増加すること、異物油中での使用となるために寿命低下が懸念されることなどの新たな課題が生じ、これらの新たな課題を解決しかつ低トルクおよび高剛性を確保した軸受を有する差動装置が求められている。
【０００６】
この発明の目的は、円錐ころ軸受に代えて低トルクの軸受を使用して、燃費向上を可能とするとともに、寿命低下やコスト増の問題を改良した差動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による差動装置は、ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えている差動装置において、前記１対の転がり軸受のうち、少なくともピニオン・ギアとリング・ギアとの噛合位置から遠い側のものを斜接玉軸受とするとともに、該斜接玉軸受の内輪および玉の硬度について、以下の各条件を満たすようにし、
０＜（玉のロックウェルＣ硬さ−内輪のロックウェルＣ硬さ）≦１、
６１≦内輪のロックウェルＣ硬さ≦６６、
６２≦玉のロックウェルＣ硬さ≦６７
さらに、前記斜接玉軸受の内輪は、高炭素鋼系材料よりなり、該内輪に浸炭窒化焼入れおよび焼戻しの熱処理が施されて、その表層部に炭窒化物が析出していることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、内輪および玉の硬度は、表層部（表面から深さ０．５ｍｍ程度）における硬度をいうものとする。
【０００９】
従来の軸受鋼（ＪＩＳＳＵＪ−２）製斜接玉軸受の内輪のロックウェルＣ硬さは、６０〜６４であり、従来の斜接玉軸受の玉のロックウェルＣ硬さは、６２〜６７である。上記条件を満たすためには、内輪の硬さを従来よりも大きくする必要があり、そのために、内輪には、例えば、浸炭窒化焼入を施した後、１８０℃程度で焼もどしする熱処理が施される。その他、特公平３−５６３０５公報に記載されるように、浸炭窒化焼入後にサブゼロ処理を施した熱処理を行ってもよい。玉軸受の接触角は、１５〜２０°とされるが、接触角が大きくなると負荷容量が小さくなるので、１５〜１７°がより好ましい。
【００１０】
この発明の差動装置によると、転がり軸受を斜接玉軸受としているので、円錐ころ軸受より回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができるようになるとともに、該軸受の内輪の硬度を実質的に玉の硬度と同一にすることにより、異物油中での耐摩耗性が向上し、寿命の低下が防止される。斜接玉軸受は、深溝玉軸受に比べて、負荷容量および剛性の点で有利であり、この斜接玉軸受において、その内輪の硬度を玉の硬度と同一にすることによって、低トルクと高剛性との両立が可能となる。しかも、両者の硬度を実質的に同一にするには、材質をセラミックに変更するなどの手段によらずに適切な熱処理方法によって達成可能であり、コスト増を伴わずに低トルクと高剛性とを両立させることができる。
【００１１】
１対の転がり軸受は、通常、正面合わせで使用される。ギア噛合位置から遠い側の斜接玉軸受は、例えば、単列の玉軸受とされ、この場合に、ギア噛合位置に近い側の転がり軸受は、単列の斜接玉軸受であってもよいが、円錐ころ軸受、複列の斜接玉軸受など、同遠い側のものよりも高剛性であるものがより好ましい。ギア噛合位置から近い側の転がり軸受を相対的に高剛性とすることにより、両方の転がり軸受が円錐ころ軸受であるものに比べて、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができるようになるとともに、ギア噛合位置から遠い側の斜接玉軸受の負担は少ないものとでき、車重が大きい、馬力が大きいなどの使用条件が厳しい車にも適用することができる。例えば、複列斜接玉軸受をギア噛合位置に近い側に使用すると、回転トルクの低下の効果が大きく、しかも、軸受の定格容量を増やすことができる。
【００１２】
上記差動装置において、斜接玉軸受の内輪の表層部に微細炭窒化物が析出していることが好ましい。この炭窒化物は、平均粒径で０．３〜０．８μｍ、最大粒径で４μｍ以下であることが好ましい。このような内輪を得るには、高炭素鋼系材料よりなる内輪に浸炭窒化または窒化等の処理を施して表層部の基質を内部より高炭素・高窒素とするとともに、少なくとも表層部に炭・窒化物を形成させ、焼入れを行って表層部の基質の残留オーステナイトを内部より多くし、この後、１８０〜２５０℃の範囲で焼き戻しを行うことにより可能であり、また、１８０〜２５０℃の範囲での焼戻しに代えて、サブゼロ処理を行った後に１５０〜２００℃の範囲で焼戻しを行うことによっても可能である。これにより、熱処理後の内輪は、その内部の残留オーステナイトが実質的にゼロとされる一方、その表層部に適正量のオーステナイトが残留され、かつ、この表層部には、内部よりも残留オーステナイトの分解量が多いことに起因して、残留する圧縮応力も増大されることとなり、しかも、浸炭窒化層の焼戻し抵抗により、表面硬さも保持されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図の左右をいうものとする。
【００１４】
図１は、この発明による差動装置の第１実施形態を示しており、差動装置は、ディファレンシャル・キャリア(1)に回転自在に支持されかつ一端部にドライブピニオン・ギア(3)が配設されたピニオン・シャフト(2)と、ドライブピニオン・ギア(3)に噛み合わされたリング・ギア(4)と、リング・ギア(4)に取り付けられたディファレンシャル・ケース(5)と、ディファレンシャル・ケース(5)をディファレンシャル・キャリア(1)に回転自在に支持する左右１対の転がり軸受(10)(11)と、ディファレンシャル・ケース(5)から左右にのびる左右のサイドギア・シャフト(6)の内側端部にそれぞれ配設されたサイドギア(7)と、スパイダ(9)に回転可能に支持されかつサイドギア(7)に噛み合わされているデフピニオン・ギア(8)とを備えている。
【００１５】
左の転がり軸受(10)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置に近い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の左端部外周に固定された内輪(12)、内輪(12)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(13)、両輪(12)(13)間に配置された複数の玉(14)および保持器(15)を備えた単列の斜接玉軸受とされている。カウンタボア(13a)は、外輪(13)の右側（軸方向内側）に位置させられている。
【００１６】
右の転がり軸受(11)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置から遠い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の右端部外周に固定された内輪(16)、内輪(16)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(17)、両輪(16)(17)間に配置された複数の玉(18)および保持器(19)を備えた単列の斜接玉軸受とされている。カウンタボア(17a)は、外輪(17)の左側（軸方向内側）に位置させられている。
【００１７】
左右の転がり軸受(10)(11)である各斜接玉軸受において、内輪(12)(16)の硬度が実質的に玉(14)(18)の硬度と同一にされている。より具体的には、内輪(12)(16)には、浸炭窒化焼入、１８０℃での焼もどしの順に熱処理が施され、これにより、内輪(12)(16)の表層部に微細炭窒化物（平均粒径０．６μｍ、最大粒径３μｍ）が析出するとともに、６１≦内輪のロックウェルＣ硬さ≦６６、０＜（玉のロックウェルＣ硬さ−内輪のロックウェルＣ硬さ）≦１、（ただし、６２≦玉のロックウェルＣ硬さ≦６７）の条件が満たされている。
【００１８】
上記第１実施形態の差動装置によると、左右の転がり軸受(10)(11)を斜接玉軸受としているので、左右の転がり軸受が円錐ころ軸受のものに比べて、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができ、また、左右の斜接玉軸受(10)(11)の両方において、内輪(12)(16)の硬度が実質的に玉(14)(18)の硬度と同一にされているので、耐摩耗性が向上し、異物油中での転がり軸受(10)(11)の寿命が向上する。
【００１９】
図２は、この発明による差動装置の第２実施形態を示している。第１実施形態との違いは、転がり軸受が異なるだけなので、転がり軸受以外の構成には同じ符号を付して説明を省略し、以下では、転がり軸受についてのみ説明する。
【００２０】
第２実施形態においては、左の転がり軸受(20)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置に近い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の左端部外周に固定された内輪(22)、内輪(22)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(23)、両輪(22)(23)間に配置された複数の円錐ころ(24)および保持器(25)を備えた単列の円錐ころ軸受とされている。
【００２１】
そして、右の転がり軸受(21)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置から遠い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の右端部外周に固定された内輪(26)、内輪(26)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(27)、両輪(26)(27)間に配置された複数の玉(28)および保持器(29)を備えた単列の斜接玉軸受とされている。カウンタボア(27a)は、外輪(27)の左側（軸方向内側）に位置させられている。
【００２２】
右の転がり軸受(21)である斜接玉軸受において、内輪(26)の硬度が実質的に玉(28)の硬度と同一にされている。より具体的には、内輪(26)には、浸炭窒化焼入、１８０℃での焼もどしの順に熱処理が施され、これにより、内輪(26)の表層部に微細炭窒化物（平均粒径０．６μｍ、最大粒径３μｍ）が析出するとともに、６１≦内輪のロックウェルＣ硬さ≦６６、０＜（玉のロックウェルＣ硬さ−内輪のロックウェルＣ硬さ）≦１、（ただし、６２≦玉のロックウェルＣ硬さ≦６７）の条件が満たされている。
【００２３】
上記第２実施形態の差動装置によると、右の転がり軸受(21)を斜接玉軸受としているので、左右の転がり軸受が円錐ころ軸受のものに比べて、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができる。そして、左の転がり軸受(20)すなわち負荷荷重が大きい方の軸受を円錐ころ軸受としているので、第１実施形態のものに比べて、剛性が高くなり、より大きな耐荷重性を得ることができる。
【００２４】
図３は、この発明による差動装置の第３実施形態を示している。第１実施形態との違いは、転がり軸受が異なるだけなので、転がり軸受以外の構成には同じ符号を付して説明を省略し、以下では、転がり軸受についてのみ説明する。
【００２５】
第３実施形態においては、左の転がり軸受(30)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置に近い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の左端部外周に固定された内輪(32)、内輪(32)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(33)、両輪(32)(33)間に２列に配置された複数の玉(34)および保持器(35)を備えた複列のタンデム型斜接玉軸受とされている。この斜接玉軸受(30)は、内輪(32)および外輪(33)は、それぞれ一体に形成されるとともに、カウンタボア(33a)は、外輪(33)の右側（軸方向内側）に位置させられており、左側（軸方向外側）の内輪軌道径および外輪軌道径が右側（軸方向内側）の内輪軌道径および外輪軌道径よりもそれぞれ小さくなされている。
【００２６】
そして、右の転がり軸受(31)すなわちドライブピニオン・ギア(3)とリング・ギア(4)との噛合位置から遠い側の軸受は、ディファレンシャル・ケース(5)の右端部外周に固定された内輪(36)、内輪(36)と対向する位置においてディファレンシャル・キャリア(1)に固定された外輪(37)、両輪(36)(37)間に配置された複数の玉(38)および保持器(39)を備えた単列の斜接玉軸受とされている。カウンタボア(37a)は、外輪(37)の左側（軸方向内側）に位置させられている。
【００２７】
左右の転がり軸受(30)(31)である各斜接玉軸受において、内輪(32)(36)の硬度が実質的に玉(34)(38)の硬度と同一にされている。より具体的には、内輪(36)には、浸炭窒化焼入、１８０℃での焼もどしの順に熱処理が施され、これにより、内輪(36)の表層部に微細炭窒化物（平均粒径０．６μｍ、最大粒径３μｍ）が析出するとともに、６１≦内輪のロックウェルＣ硬さ≦６６、０＜（玉のロックウェルＣ硬さ−内輪のロックウェルＣ硬さ）≦１、（ただし、６２≦玉のロックウェルＣ硬さ≦６７）の条件が満たされている。
【００２８】
上記第３実施形態の差動装置によると、左右の転がり軸受(30)(31)を斜接玉軸受としているので、左右の転がり軸受が円錐ころ軸受のものに比べて、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができる。そして、左の転がり軸受(30)すなわち負荷荷重が大きい方の軸受を複列の斜接玉軸受としているので、第１実施形態のものに比べて、定格容量が増大し、使用条件がより厳しい車への適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明による差動装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による差動装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図３は、この発明による差動装置の第３実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
(1) ディファレンシャル・キャリア
(2) ピニオン・シャフト
(3) ピニオン・ギア
(4) リング・ギア
(5) ディファレンシャル・ケース
(10)(20)(30) 左の転がり軸受
(11)(21)(31) 右の転がり軸受
(12)(16)(26)(32)(36) 内輪
(14)(18)(28)(34)(38) 玉

Claims

ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えている差動装置において、
前記１対の転がり軸受のうち、少なくともピニオン・ギアとリング・ギアとの噛合位置から遠い側のものを斜接玉軸受とするとともに、該斜接玉軸受の内輪および玉の硬度について、以下の各条件を満たすようにし、
０＜（玉のロックウェルＣ硬さ−内輪のロックウェルＣ硬さ）≦１、
６１≦内輪のロックウェルＣ硬さ≦６６、
６２≦玉のロックウェルＣ硬さ≦６７
さらに、前記斜接玉軸受の内輪は、高炭素鋼系材料よりなり、該内輪に浸炭窒化焼入れおよび焼戻しの熱処理が施されて、その表層部に炭窒化物が析出していることを特徴とする差動装置。