JP4449716B2 - 軸受予圧機構 - Google Patents

Description

この発明は、軸受予圧機構に関する。

特開平８−７４８４５号公報 特開平７−１４５８１４号公報 特開２０００−１９２９７８号公報

自動車用のギア式駆動伝達ユニット、例えばトランスミッションユニットにおいては、その要所（例えばトランスミッションユニットでは終減速装置部分）に円錐ころ軸受が採用されている。円錐ころ軸受は、コンパクトでありながら大容量で使用可能な利点があり、また、ギアチェンジ時等における衝撃荷重への耐久性にも優れている利点がある。しかし、円錐ころ軸受は、ころ転走面が傾斜しているためアキシャル隙間規制用の予圧が必要である。予圧により、円錐ころ軸受のアキシャル隙間を負に設定することで、ギアの噛合い精度も向上する。

他方、近年は軽量化の一環として、トランスミッションのケースをＡｌ合金などの軽金属で構成することが行なわれている。Ａｌは構造材料中でも線膨張率が最も高く（室温で約２３．５×１０^−６／℃：以下、線膨張率の単位はｐｐｍ／℃と略記する））、回転軸を構成する鋼（Ｆｅ系材料）の線膨張率（室温で約１２ｐｐｍ／℃）とは相当の差がある。自動車の使用環境上の可能性を考慮すると、トランスミッションひいては回転軸を支持する円錐ころ軸受がさらされる温度環境は、最大で−４０℃以上１５０℃以上にも及び、軽金属製のケースの回転軸に対する相対的な寸法変化範囲も相当に大きい。この場合、寒冷地以外の通常の使用環境では、走行中にトランスミッションの温度は室温よりも高い、例えば５０℃以上８０℃以下の温度域に昇温する。

円錐ころ軸受にアキシャル方向の予圧を加えると、その外輪は、傾斜したころ転送面上での分力を受けてラジアル方向にも変位し、軸受外径面がケース内面に押し付けられて予圧が支持される。しかし、上記のごとくケースを軽合金で構成する場合、トランスミッションが昇温すると、軽金属製のケースは軸受が取り付けられた回転軸よりも大きく膨張するから、特許文献１のような定位置予圧方式を採用した場合はケース内面が軸受外径面から離間する。つまり、予圧状態での軸受のアキシャル隙間の温度変化が大きく、昇温時に予圧不足となってギアがたつきによる騒音等も生じやすくなる問題がある。この場合、この予圧をコイルばねや皿ばねを用いて加える定圧予圧方式を採用すれば、ケース内面による軸受外径面の支持位置が温度変化しても、ばね付勢により予圧状態でのアキシャル隙間をほぼ一定に保つことができる。

トランスミッションに採用されるギアは、古くはスパーギアが採用され、例えばマニュアルトランスミッション車では、逆転用ギアのスライドを考慮し、現在でもバックギアにはスパーギアが採用されることがある。しかし、スパーギアはギアノイズ（うなり音）が大きいため、最近ではバックギアも含めてトランスミッションの全てのギアに、低ノイズのヘリカルギアが採用される場合がある。ヘリカルギアは歯面の接触面積がスパーギアよりも大きいため荷重容量も大きく、トランスミッションユニットの高耐久化や小形化にも寄与している。

他方、ヘリカルギアは噛合い回転に伴いスラストが発生する。このスラストは回転軸を介してこれを支持する円錐ころ軸受にも伝わることとなるが、円錐ころ軸受に付加される予圧の軸線がスラストの軸線と一致しているために、次のような問題を生ずる。すなわち、トランスミッションユニットにおいては、円錐ころ軸受への予圧付加方向が、自動車の前進回転時におけるヘリカルギアのスラストの向きと合わされており、スラストは予圧をいわば補強する向きに働くので、特に問題は生じない。他方、後退回転時の場合、バックギアがスパーギアであれば問題はないが、ヘリカルギアで構成されている場合は上記のラストの向きも逆転することになる。この場合、上記のように、ばねを用いた定圧予圧方式が採用されていると、スラストでばねが押し戻される（換言すれば、ばねによる予圧の一部がスラストで相殺される）ので、予圧不足ひいてはギアのがたつきを招きやすくなる。この事情は、トランスミッションユニットに限らず、自動車において軸回転方向の反転が考慮される全てのヘリカルギアユニット（例えば、四輪駆動車の各輪への駆動分配軸用のギアユニット）において生じうる。

なお、特許文献２及び特許文献３には、軽金属製のケースと外輪との間に、ばねに代えて樹脂製あるいは鋼製のソリッドな弾性体からなるシムを配置する技術が開示されている。しかし、このようなシムは予圧付勢のための弾性圧縮ストロークが小さいので、ケースの熱膨張が大きくなると予圧不足に陥りやすいし、後退時のスラストが大きい場合にはつぶれ変形することもあり、シムを介在させない定位置予圧方式と比較すれば、がたつき防止効果に乏しいことは否めない。

本発明の課題は、ケーシングが軽合金で構成されるヘリカルギア式の駆動伝達ユニットにおいて、ユニットの環境温度が変化しても主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧を十分なレベルに保つことができるとともに、逆転駆動時においてヘリカルギアからのスラストによる予圧相殺を生じにくい軸受予圧機構を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の軸受予圧機構の第一は、
他軸からの回転がヘリカルギアを介して主回転軸に正逆両方向に伝達されるギア式駆動伝達ユニットにおける、主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧機構であって、
円錐ころ軸受の外輪は、軸受外径面が、主回転軸の構成材料よりも線膨張率の大きい材質よりなる軸受ハウジングの内面と当接し、背面が予圧部材と当接する形で配置され、ヘリカルギアからのスラストを、主回転軸の正転時には予圧部材からの予圧付与方向と一致した正方向スラストとして受ける一方、逆転時にはスラストを予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストとして受けるようになっており、さらに、
予圧部材を介して外輪を予圧付与方向に付勢することにより円錐ころ軸受に予圧を加えるとともに、当該付勢により、軸受ハウジングと主回転軸との線膨張率差に由来した、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収する予圧付勢機構と、
主回転軸の逆転時に、逆方向スラストにより予圧部材が予圧付与方向と逆向きに変位することを阻止する予圧部材逆変位阻止機構と、を有したことを前提とする。

この前提構成によると、ヘリカルギアを介して正逆両方向の回転伝達を受ける主回転軸を円錐ころ軸受で支持し、その円錐ころ軸受の軸受外径面を軽金属製の軸受ハウジングの内面で支持する。そして、軸受の外輪背面に当接する予圧部材を、ヘリカルギアの正方向スラストと一致した向きに予圧付勢機構により付勢することで、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収でき、ユニットの環境温度が変化しても主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧を十分なレベルに保つことができる。他方、主回転軸の逆転時には、予圧部材が逆方向スラストによって予圧付与方向と逆向きに変位することが、上記の予圧部材逆変位阻止機構により阻止される。すなわち、ヘリカルギアからの逆方向スラストに抗して予圧部材がアキシャル方向に定位置保持されるので、予圧不足ひいてはギアのがたつきを極めて効果的に防止することができる。

そして、本発明の第一では、予圧付勢機構は、予圧部材を予圧付与方向に付勢する液圧シリンダを含んで構成され、予圧部材逆変位阻止機構は、予圧部材を付勢するために液圧シリンダに圧送注入される液状圧力媒体の逆流を防止する逆止弁を含んで構成されることを特徴とする。液圧シリンダを用いることで、予圧部材を予圧付与方向に均一に付勢することができ、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置が変化した場合でも、液圧シリンダによる付勢ストロークを変化させることで、予圧部材を常時適切な付勢位置に保持することができる。そして、ヘリカルギアからの逆方向スラストが加わった場合は、液圧シリンダに注入される液状圧力媒体の逆流を阻止し、シリンダからの液状圧力媒体の流出を遮断することで液状圧力媒体が剛体化するので、予圧部材の変位を強固に阻止することができる。つまり、逆方向スラストを受けない状態では液圧シリンダへの液状圧力媒体の流入を許容し、同じく逆方向スラストを受ける状態では流出を阻止することで、本発明の軸受予圧機構の第一の機能を、流体圧制御機構により簡単に実現することができる。特に、液圧シリンダに液状圧力媒体を圧送注入するための媒体注入経路上に設けられた逆止弁を用いれば、上記逆流防止機構を極めて簡単に構成することができる。

また、予圧付勢機構は液圧シリンダのみで構成することも可能であるが、予圧に必要な荷重を液圧シリンダが単独で担う関係上、やや大型のシリンダが必要となる。そこで、予圧付勢機構を、（液圧シリンダと協働して）予圧部材を予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材を有するものとして構成すると、予圧に必要な荷重の一部を弾性付勢部材（例えばコイルばねや皿ばね）に担わせることで液圧シリンダの荷重負担が減り、シリンダのサイズを縮小することができる。この場合、予圧付与の機能の要部を弾性付勢部材に担わせ、液圧シリンダについては、前述の逆流防止機構と組み合わせにより、予圧部材をアキシャル方向に定位置保持するための機能を優先させた構成となっていてもよい。これにより、液圧シリンダの付勢力はさらに小さくてもよくなるから、予圧付勢機構のサイズ縮小効果がさらに高められる。

また、本発明の第一では、軸受ハウジングは、円錐ころ軸受をその主回転軸線周りに取り囲む筒状のハウジング壁部を有し、主回転軸線方向において該ハウジング壁部の外輪の背面よりも延出して液圧シリンダのシリンダ本体を形成し、予圧部材は、外輪の背面と当接する形で配置される液圧シリンダのピストンを形成するように構成され、シリンダ本体の内周面に対するピストンの摺動隙間が、液圧シリンダの内圧が過剰となった場合の液状圧力媒体の逃がし通路として機能するように構成されることを特徴とする。液圧シリンダのピストンに予圧部材を兼用させることで、予圧付勢機構をより単純に構成することができる。この場合、液圧シリンダには液状圧力媒体の逃がし通路を設けることにより、円錐ころ軸受が過予圧となる不具合を効果的に防止することができる。逃がし通路は、リリースバルブ付きの逃がし通路を液圧シリンダに別途設ける形にしてもよいが、シリンダ本体の内周面に対するピストンの摺動隙間を、液圧シリンダの内圧が過剰となった場合の液状圧力媒体の逃がし通路として利用すれば、構造をより簡略化できる。この場合、摺動隙間における液状圧力媒体の通過抵抗に打ち勝つ予圧が加わったとき、該摺動隙間を経て液状圧力媒体がシリンダ外に漏れ出し、過予圧が防止されることとなる。

過予圧は、予圧機構に対する温度履歴が原因となる。具体的には、温度上昇時においては、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収するために、液圧シリンダへの液状圧力媒体の注入によりピストンは外輪を付勢する向きに変位する。しかし、その後温度が低下すると、線膨張率が主回転軸よりも小さい（例えば軽金属製の）軸受ハウジング及びシリンダ本体は大きく収縮する。このとき、ピストンの移動によって液圧シリンダへの液状圧力媒体の注入体積は増加しているので、上記収縮が起こると閉じ込められた液状圧力媒体が圧縮され、液圧シリンダの内圧が上昇して過予圧となる場合がある。そこで、上記摺動隙間を介して液状圧力媒体を逃がせば、過予圧となることを抑制することができる。

次に、摺動隙間にはシリンダ本体の内周面とピストンの外周面とをシールする弾性シール部材を圧縮形態で配置することができる。シリンダ本体の熱膨張により摺動隙間が増加しても、弾性シール部材の配置により液圧シリンダから液圧シリンダが過剰に漏出することを防止することができる。この効果は、シリンダ本体がピストンよりも線膨張率の高い材質で構成されている場合に特に顕著である。

この場合、弾性シール部材に液状圧力媒体の逃がし制御機能を担わせることもできる。すなわち、液圧シリンダの内圧が過剰となった場合に液状圧力媒体を、弾性シール部材のシール力に打ち勝って摺動隙間内を通過させることによりこれを逃がすようにするのである。弾性シール部材の配置により摺動隙間を大きくできるので、クリアランス単体での流通抵抗は小さくなり、かつ、弾性シール部材のシール力の調整により、液状圧力媒体を適切な限界圧力で確実に逃がすことができるようになる。また、摺動隙間が大きくてよいので、液圧シリンダないしピストンの摺動面の仕上げ精度はそれ程必要でなくなり、製造が容易になる利点がある。

次に、本発明の軸受予圧機構の第二は、他軸からの回転がギアを介して主回転軸に正逆両方向に伝達されるギア式伝達機構において、主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧機構であって、
円錐ころ軸受の外輪は、軸受外径面が、主回転軸の構成材料よりも線膨張率の大きい材質よりなる軸受ハウジングの内面と当接し、背面が予圧部材と当接する形で配置され、外輪は、ギアからのスラストを、主回転軸の正転時には予圧部材からの予圧付与方向と一致した正方向スラストとして受ける一方、逆転時にはスラストを予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストとして受けるようになっており、さらに、
主回転軸と軸受ハウジングとの線膨張率差に由来した軸受ハウジング内面の軸受外径面からの熱的相対変位を吸収するために、予圧部材を介して外輪を予圧付与方向に付勢する予圧付勢機構を備えることを前提とする。

この前提構成によると、ヘリカルギアを介して正逆両方向の回転伝達を受ける主回転軸を円錐ころ軸受で支持し、その円錐ころ軸受の軸受外径面を軽金属製の軸受ハウジングの内面で支持する。そして、比較的低温となる第一温度域においては、軸受の外輪背面に当接する予圧部材を、ヘリカルギアの正方向スラストと一致した向きに予圧付勢機構により付勢することで、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収でき、ユニットの環境温度が変化しても主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧を十分なレベルに保つことができる。

そして、本発明の第二では、予圧付勢機構は、予圧部材を予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材を有するものとして構成される。弾性付勢部材による予圧付加により、軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収でき、第一温度域において多少温度変化が大きくても、主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧を十分なレベルに保つことができる。また、弾性付勢部材により予圧付勢機構の構成を単純化することができる。

また、本発明の第二では、軸受ハウジングは、円錐ころ軸受をその主回転軸線周りに取り囲む筒状のハウジング壁部を有し、主回転軸線方向において該ハウジング壁部を外輪の背面よりも延出して支持壁部を形成しており、予圧部材は、支持壁部の内側に配置されるとともに温度上昇に応じて外径が拡径変化する膨張・収縮部材であり、予め定められた第一温度域では自身の外周面と支持壁部の内面との間に隙間を生じることにより、弾性付勢部材による該予圧部材の予圧付与方向への変位を許容し、第一温度域よりも高温の第二温度域においては、自身の拡径により、その外周面にて支持壁部の内面に自身を突っ張り固定することにより、主回転軸の逆転時に、逆方向スラストによる該予圧部材の予圧付与方向と逆向きの変位を阻止する機能を実現するものとされている。予圧部材を上記のような膨張・収縮部材とすることで、自身の逆変位を阻止する機構を極めて簡単に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の適用対象となるギア式駆動伝達ユニットの一例を断面構造にて示すものである。該ギア式駆動伝達ユニット２０はケース２Ｍを有し、その内部にギアボックス７が配置されている。ケース２Ｍ内において、入力軸（他軸：回転軸線Ｏ２）３と主回転軸（出力軸：回転軸線Ｏ１）４とが、それぞれギアボックス７を貫通する形で配置され、該ギアボックス７内において各々の軸上に配置されたギア３０，３１とが噛合っている。そして、入力軸３の回転はギア３０，３１を介して主回転軸４に正逆両方向に伝達される。出力軸３の両端は、ケース２Ｍの内側に固定された円筒ころ軸受５と玉軸受６とによりそれぞれ支持されている。一方、主回転軸４の両端はいずれも円錐ころ軸受８，９により支持されている。このうち、第一端側の円錐ころ軸受９はケース２Ｍと一体のブラケット９Ｂに当て止め固定されている。他方、第二端側の円錐ころ軸受８は、ケース２Ｍと一体の軸受ハウジング２Ｂに挿入され、かつ、外輪１５の背面において、本発明の第一の一実施形態である軸受予圧機構（以下、単に「予圧機構」ともいう）１により、上記第一端側に向けて予圧付勢されている。

ギア式駆動伝達ユニット２０は、自動車のトランスミッション又は四輪駆動車の駆動分配軸用ギアユニットをなすものである。トランスミッションの場合、ギアボックス７内に配置されるギアは、入力軸３上に配置される歯数の異なる複数枚の入力側ギア（符号３１側）と、主回転軸４上の同様の複数枚の出力側ギア（符号３０側）であり、得るべき変速比ないし前進／後退の区別に応じて、噛合いの組み合わせが切替え可能に構成されている（例えば、マニュアルトランスミッション車の場合）。他方、オートマチック車の場合は、ギア３０，３１が遊星ギア機構の遊星ギアと太陽ギアとに振り分けられた構造となる場合がある。また、四輪駆動車の駆動分配軸用ギアユニットの場合は、ギア３０，３１のギア比は固定される。ギア３０，３１は、（トランスミッションの場合はバックギアも含めて）その全てが図２に示すようなヘリカルギアで構成されている。

図３及び図４は予圧機構１の要部を拡大して示すものである。円錐ころ軸受８の外輪１５は、軸受外径面１５ａが、主回転軸４の構成材料よりも線膨張率の大きい材質よりなる軸受ハウジング２Ｂの内面と当接している。具体的には、主回転軸４が鋼製（例えば、機械構造用低合金鋼）であり、軸受ハウジング２Ｂが軽金属製である。軽金属はＡｌ又はＭｇのいずれかを主成分（含有率にて５０質量％以上）とする金属であるが、加工性及び耐食性の観点からＡｌ又はＡｌ合金が使用される。また、円錐ころ軸受８は、転動体（円錐ころ１６）及び軌道輪（外輪１５／内輪１４）が、いずれも軸受鋼にて構成されている。本実施形態では、ケース２ＭもＡｌ合金製であり、軸受ハウジング２Ｂは該ケース２Ｍの内面に一体化されてなる。Ａｌ合金としては、具体的にはダイキャスト用Ａｌ合金が使用される。自動車用のトランスミッション等における軸受使用環境温度は−４０℃〜１５０℃の範囲（寒冷地及び高速連続運転等を除いた通常到達温度は、５０℃〜８０℃）であり、軸受ハウジング２Ｂの構成主成分であるＡｌの線膨張係数は２３〜２４ｐｐｍ／℃、主回転軸４及び円錐ころ軸受８の構成主成分であるＦｅの線膨張係数は１２〜１３ｐｐｍ／℃である。

外輪１５の背面１５ｂは予圧部材２１と当接する形で配置されている。主回転軸４は前進駆動時には正方向に、後退駆動時には逆方向に回転する。円錐ころ軸受８への予圧付与方向は、正方向回転時のヘリカルギア３０，３１のスラストの向きに一致させてある。その結果、外輪１５は、図６に示すように、ヘリカルギア３０，３１（符号３０ｔ、３１ｔはギア３０，３１の歯を示す）からのスラストを、主回転軸４の正転時には予圧部材２１からの予圧付与方向と一致した正方向スラストＦＦとして受ける一方、逆転時にはスラストを予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストＲＦとして受ける。

図３は正転時、図４は逆転時の予圧機構１の状態を示すものである。予圧機構１は、予圧付勢機構１１と予圧部材逆変位阻止機構２４とを有する。予圧付勢機構１１は、図３に示すように、予圧部材２１を介して外輪１５を予圧付与方向に付勢することにより円錐ころ軸受８に予圧を加える。また、当該付勢により、軸受ハウジング２Ｂと主回転軸４との線膨張率差に由来した、軸受ハウジング内面２ａによる軸受外径面支持位置の温度変化を吸収する。他方、予圧部材逆変位阻止機構２４は、図４に示すように、主回転軸４の逆転時に、逆方向スラストＲＦにより予圧部材２１が予圧付与方向と逆向きに変位することを阻止する。

予圧付勢機構１１は、予圧部材２１を予圧付与方向に付勢する液圧シリンダ２６（及び後述の弾性付勢部材である圧縮コイルばね２２）を含んで構成される。また、予圧部材逆変位阻止機構２４は、図３及び図４では、予圧部材２１を付勢するために液圧シリンダ２６に注入される液状圧力媒体Ｆの逆流防止機構を含む。該逆流防止機構は、液圧シリンダ２６に液状圧力媒体Ｆを圧送注入するための媒体注入経路２３Ｍ，２３上に設けられた逆止弁、具体的にはチェックバルブ（以下、このチェックバルブに逆流防止機構の符号「２４」を付与する場合がある）にて構成されている。

図１に示すように、軸受ハウジング２Ｂは、円錐ころ軸受８をその回転軸線Ｏ１周りに取り囲む筒状のハウジング壁部２ｗを有する。ハウジング壁部２ｗは、上記回転軸線Ｏ１の方向において該ハウジング壁部２ｗの外輪１５の背面１５ｂよりも延出し、液圧シリンダ２６のシリンダ本体２Ｓを形成している。また、予圧部材２１は、外輪１５の背面１５ｂと当接する形で配置される液圧シリンダ２６のピストン２１とされている（ただし、予圧部材２１を該ピストンと別部材にし、予圧部材２１をピストンにより付勢する構成も可能である）。ハウジング壁部２ｗ及びシリンダ本体２Ｓはいずれも軽金属（Ａｌ合金）製である。

本実施形態では、液圧シリンダ２６への液状圧力媒体Ｆの注入をスムーズに行なうため、図３に示すように、液圧シリンダ２６の底部２６Ｂを貫通させる形で、該液圧シリンダ２６の内部空間２６Ｓと連通する、液状圧力媒体Ｆの注入経路２３Ｍ，２３の一部をなす底部貫通孔２３を形成している。また、前述のチェックバルブ（逆止弁）２４を、該底部貫通孔２３上に設けている。

前述のごとく、本実施形態において予圧付勢機構１１は、液圧シリンダ２６とともに予圧部材２１を予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材２２を有する。該弾性付勢部材２２は、自身の配置スペースの確保を考慮して、予圧部材２１に対して、円錐ころ軸受８の外輪１５の背面１５ｂに当接しているのと反対側に当接させている。弾性付勢部材２２の変位は、予圧付与方向とは逆方向であるから、本実施形態では圧縮弾性付勢部材を採用しており、具体的には圧縮コイルばねとしている（以下、圧縮コイルばね２２ともいう）。

本実施形態では、予圧付勢機構１１において、液圧シリンダ２６と圧縮弾性付勢部材２２を併用する構成が採用されており、圧縮弾性付勢部材２２は、シリンダ本体２Ｓの液状圧力媒体Ｆの注入空間２６Ｓ内に配置され、ピストン２１を（液状圧力媒体Ｆによる液体圧と協働して）予圧付与方向に付勢するものとされている。圧縮弾性付勢部材２２を液圧シリンダ２６内に配置することで、予圧付勢機構１１の大幅なコンパクト化が図られている。本実施形態では、液圧シリンダ２６は油圧シリンダを採用している。液状圧力媒体Ｆがオイルであり、シリンダ本体２Ｓ内部にてこれと常時接触する状態で配置されることを考慮すれば、圧縮弾性付勢部材２２は、吸油により膨潤の懸念があるゴムやプラスチック等で構成するよりは、ばね鋼やベリリウム銅などのばね用金属材料で構成するほうが耐久性の観点で有利である。また、シリンダ本体２Ｓの内周面に沿って配置された圧縮コイルばね２２とすることが、省スペース上望ましい。

以下、軸受予圧機構１の動作について説明する。
図１において、主回転軸４は、入力軸３からの回転伝達により正逆両方向に回転する。図３において、予圧部材をなすピストン２１は、圧縮コイルばね２２のばね付勢力により円錐ころ軸受８の外輪１５の背面を当接して、これを予圧する。主回転軸４が正転する場合、ヘリカルギア３０，３１のスラストはこの予圧方向と一致している（図６右参照）。また、油圧シリンダ２６の内部空間２６Ｓには、液体圧ポンプ２５により、注入経路２３Ｍ，２３を経てオイル（液状圧力媒体）Ｆが注入される。貫通孔２３上に配置されたチェックバルブ２４は、オイルの入り口２３Ｅと出口２３Ｑとを有し、オイルＦが注入方向に流れている場合は、ボール２４Ｂが、ボールよりも大寸法に形成された出口２３Ｑに移動して、オイルＦの内部空間２６Ｓへの注入を許容する。この注入による油圧も、ピストン２１に加わる予圧荷重の一部をなし、付加される油圧のレベルは液体圧ポンプ２５の出力に応じて調整可能である。

図５に示すように、軸受予圧機構１の温度が比較的温にて一定に保たれる状態では、ピストン２１の予圧方向の位置は変化せず、圧縮コイルばね２２と油圧とによる予圧荷重のレベルもほぼ一定に保たれる。しかし、温度が上昇すると、軸受８及び主回転軸４（図３）よりも軸受ハウジング２Ｂのほうが線膨張率が大きいため、軸受ハウジング２Ｂの内面２ａが拡径し、軸受外径面１５ａから離間しようとする。つまり、軸受ハウジング内面２ａによる軸受外径面支持位置がラジアル方向外向きに変化し、外輪１５によるピストン２１への反力が減少する。すると、ピストン２１は外輪１５を、圧縮コイルばね２２と油圧による予圧付勢力と、外輪１５からの反力とがバランスする位置まで移動させる。その結果、軸受外径面支持位置が温度上昇により移動しても、外輪１５に対する予圧はほぼ一定に保たれる。

他方、図４に示すように、自動車後退時のように主回転軸４が逆転する場合は、ヘリカルギア３０，３１のスラストが予圧方向に対し逆向きにかかることになる（図６左参照）。すると、この逆方向スラストによりピストン２１が予圧方向と逆向きに押し戻される。ピストン２１が後退するには、油圧シリンダ２６の内部空間体積は減少しなければならず、オイルＦは貫通孔２３から液体圧ポンプ２５側へ流出する必要がある。しかし、貫通孔２３の途上にはチェックバルブ２４が設けられており、オイルＦの逆流に反応してボール２４Ｂが入り口２３Ｅ側に移動してこれを塞ぐので、オイルＦは内部空間２６Ｓからの流出が遮断される。これにより、内部空間２６Ｓ内のオイルＦは、密閉液体特有の大きな剛性によりピストン２１の後退を阻止する。つまり、ヘリカルギア３０，３１からの逆方向スラストにより予圧部材２１が予圧付与方向と逆向きに変位することが阻止され、定位置予圧状態となる。

圧縮コイルばね２２だけの付勢であると、逆方向スラストを受けた場合に、ピストン２１はこの圧縮コイルばね２２の付勢力に打ち勝って後退し、予圧不足状態となる。すると、円錐ころ軸受８のアキシャル隙間が増大し、図１のヘリカルギア３０，３１の噛合いにがたつきを生ずる。例えばトランスミッションの場合、バックギアをヘリカルギア３０，３１で構成しても、上記のようながたつきを生ずるとギアうなり音を十分抑制できなくなるし、ギアの磨耗も進行しやすくなる。しかし、上記のように、弾性圧縮率の小さい密閉液体（オイルＦ）の剛性を利用してピストン２１（つまり予圧部材）を固定し、定位置予圧化を図れば、ギアのがたつきはほとんど生じない。特に本実施形態では、ヘリカルギアからのスラストの方向を貫通孔（媒体注入経路）２３のオイル（液状圧力媒体）Ｆの流れの向きに変換し、これをチェックバルブ２４により機械的に検知させてオイルＦの流出を自動遮断するので、構造が極めて簡単である。

また、本実施形態の軸受予圧機構１の場合、過予圧は、軸受予圧機構１の温度履歴が原因となって生ずることもある。以下、具体的に説明する。図５の「昇温時」に示すごとく、軸受ハウジング２Ｂの内面２ａによる軸受外径面支持位置が昇温により拡径方向に移動すると、そのままでは予圧不足となって円錐ころ軸受８のアキシャル隙間が増加してしまう。そこで、前述のごとく油圧シリンダ２６は、オイルＦの注入によりピストン２１を、該アキシャル隙間が減少する向き、つまりシリンダ２６の内部空間２６Ｓが増加する向きに変位する。しかし、その状態で温度が低下すると、図５の「降温時」に示すように、線膨張率が主回転軸よりも小さい軸受ハウジング２Ｂ（及びシリンダ本体）は収縮し、オイルＦで満たされた内部空間２６Ｓの体積も減少する。しかし、オイルＦの排出は図４のチェックバルブ２４により阻止されるので、弾性圧縮率の小さい密閉オイルの剛性によりピストン２１は過予圧状態となる。そこで、上記摺動隙間４０を介してオイルＦを逃がせば、過予圧となることを抑制することができる。

本実施形態では、油圧シリンダ２６をＡｌ合金で構成する一方、予圧部材となるピストン２１は鋼で構成している。このため、温度が上昇すると、シリンダ本体２Ｓとピストン２１との間の線膨張率差により摺動隙間４０が増加することになる。そこで、摺動隙間４０には、シリンダ本体２Ｓの内周面２ａとピストン２１の外周面２１ａとをシールする弾性シール部材２７（例えばゴム製のシールリングである）が圧縮形態で配置されている。温度履歴により摺動隙間４０の寸法が変化した場合、弾性シール部材２７は、その寸法変化に追随して自身の弾性圧縮変形量を変化させることで、シール面との密着状態を常時維持することが可能である。弾性シール部材２７に使用するゴムの材質は、オイルＦとの接触を考慮して、機械的強度と耐油性とを両立できるゴム、例えばニトリルゴム（特に、水素化ニトリルゴム）、アクリルゴム及びフッ素ゴム等が好適である。

また、円錐ころ軸受８は潤滑油による飛沫潤滑状態にて摺動するようになっているが、油圧シリンダ２６は、そのオイルＦとして、円錐ころ軸受８の潤滑油として機能するものが使用されている。これにより、摺動隙間４０からの漏出オイルＬＯは、そのまま円錐ころ軸受８の潤滑に流用することができる。この場合、ゴム製の弾性シール部材２７の膨潤を抑制する観点から、潤滑油はアニリン点のなるべく高いもの（例えば、ニトリルゴムの場合、アニリン点が９０℃以上のもの）を使用することが望ましい。

この場合、図５に示すごとく、油圧シリンダ２６の内圧が、圧縮状態の弾性シール部材２７の剛性に打ち勝って増加すると、漏出オイルＬＯは弾性シール部材２７を変形させながら摺動隙間４０内に流れ出すこととなる。つまり、弾性シール部材２７は、漏出オイルＬＯの逃がし制御機能も担う。また、弾性シール部材２７の該機能により、摺動隙間４０はある程度大きく設定することができるので、摺動隙間４０自体の漏出オイルＬＯに対する流通抵抗を小さくでき、適切な限界圧力でオイルＦを確実に逃がすことができるようになる。また、摺動隙間４０を大きくできるということは、図１において、油圧シリンダ２６及びピストン２１の摺動面の仕上げ精度を軽減でき、製造が容易になる利点ももたらす。

以下、本発明の第一に係る軸受予圧機構１の種々の変形例について説明する（図３及び図４と共通の構成要素においては同一の符号を付与して詳細な説明は省略する）。図７の構成においては、弾性付勢部材を省略し、油圧シリンダ２６のみによって予圧付勢機構１１を構成している。この場合、油圧シリンダ２６は予圧付勢力の全てを担う必要があるので、より容量の大きなものを使用する必要があり、ポンプ２５の出力も高める必要がある。

また、図８の構成は、ピストン２１Ｂを、シリンダ本体２Ｓ（軸受ハウジング２Ｂ）と同様のＡｌ合金（軽金属）にて構成した例である。図９は、図５と同様の温度履歴に対する作用説明図であるが、この場合はピストン２１Ｂとシリンダ本体との線膨張率差が小さい（同一材料ならゼロ）ので、摺動隙間４０は温度が変化してもほぼ一定である。そこで、一定圧力以上でのオイル漏出が可能な範囲内で、摺動隙間４０の寸法を適当に小さく設定しておけば、弾性シール部材を廃止することができる。ただし、オイルの流通抵抗を下げるために、摺動隙間４０を広げて図５と同様の弾性シール部材２７を配置することも、もちろん可能である。

また、図１０に示すごとく、チェックバルブ２４（逆止弁）の配置場所は、油圧シリンダ２６の貫通孔２３（注入経路）上に限られるものではなく、当然、ポンプ２５と油圧シリンダ２６とを結ぶ主経路２３Ｍ上に設けることも可能であるし、ポンプ２５自身が逆止弁２５Ｂを内蔵している場合は、それを流用することもできる。しかし、主経路２３Ｍやポンプ２５のオイル圧送空間の弾性変形代が大きいと、その変形代の分だけオイルＦの逆流が許容されてしまい、ピストン２１（予圧部材）の定位置化効果が損なわれる懸念もある。従って、逆止弁は油圧シリンダ２６になるべく近い位置に設けること、ひいては、図２のごとく油圧シリンダ２６の壁部（底部２６Ｂ）に内蔵することが、より望ましいといえる。また、逆止弁に代えて電磁バルブ等で構成されたストップバルブを設け、他方、油圧シリンダ内に圧力センサ２６ｈを配置し、圧力センサ２６ｈが検出するシリンダ内圧により、逆方向スラストの発生を検知し、ストップバルブを作動させてオイルＦの注入経路２３Ｍ，２３からの流出を遮断するようにしてもよい。さらに、圧力センサ２６ｈが検出するシリンダ内圧に追従してポンプ２５によるオイルの圧送圧力を変化させる方式も可能である。この場合、逆方向スラストが発生した場合は、オイルの圧送圧力を増加させることでオイルＦの注入経路２３Ｍ，２３からの流出が遮断される。従って、逆止弁やストップバルブなどが不要となる。

（実施の形態２）
以下、本発明の第二に係る予圧機構の実施形態について説明する。ただし、実施の形態１の予圧機構と共通の部分には、共通の符号を付与して詳細な説明は省略する。図１１において、ギア式駆動伝達ユニット２０は図１とほぼ同様に構成されているが、これに採用されている軸受予圧機構１００は、本発明の第二の一実施形態をなすものとして構成されている。軸受予圧機構１００は予圧付勢機構１１を有するが、これは、予め定められた基準温度Ｔ０（例えば５０℃〜８０℃の範囲内で設定される）未満の温度域においてのみ、予圧部材１２１を介して外輪１５を予圧付与方向に付勢するものとして構成されている。他方、基準温度Ｔ０を超える温度域においては、主回転軸４の逆転時に、逆方向スラストＲＦにより予圧部材１２１が予圧付与方向と逆向きに変位することを阻止する予圧部材逆変位抑制手段が形成されている。

予圧付勢機構１１は、予圧部材１２１を予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材２２（実施の形態１と同様の圧縮コイルばね）を有している。そして、軸受ハウジング２Ｂは、円錐ころ軸受８をその主回転軸４線周りに取り囲む筒状のハウジング壁部２ｗを有し、回転軸線方向において該ハウジング壁部２ｗの外輪１５の背面１５ｂよりも延出して支持壁部２ＳＳを形成する。他方、予圧部材１２１は、支持壁部２ＳＳ（Ａｌ合金製）の内側に配置されるとともに温度上昇に応じて外径が拡径変化する膨張・収縮部材として構成されている。そして、図１４の「低温時」に示すように、基準温度Ｔ０未満の温度域では、予圧部材１２１は自身の外周面１２１ａと支持壁部２ＳＳの内面２ａとの間に隙間４０を生じることにより、予圧付勢機構１（圧縮コイルばね２２）による予圧部材１２１の、予圧方向への変位が許容される。他方、図１４の「高温時」に示すように、基準温度Ｔ０を超える温度域においては、自身の拡径により、その外周面にて支持壁部２ＳＳの内面２ａに自身を突っ張り固定し（つまり、隙間４０が負の値となる）、予圧部材逆変位抑制手段としての機能を実現する。

上記のような予圧部材１２１は、例えばバイメタルリングで構成することができる。図１２に、その具体的な構成例を示している。このバイメタルリング１２１は、リング半径方向において外側に位置する金属層１２１ｐが、内側に位置する金属層１２１ｂよりも線膨張率が大であり、かつ、リング半径方向に振幅を一致させた波型のうねり１２０ｗを、リング周方向に周期的に形成した波型クラッドリングにて形成されている。このように構成しておくと、昇温によりリング内側の波の開口が広がるように変形しリング１２１が拡径し、降温すれば縮径することとなる。そして、リング１２１の外接円径は、望みの温度範囲において、支持壁部２ＳＳの内径よりも小さくなる値と、同じく大きくなる値との間で変化するように定められる。従って、うねりに沿ったリングの線長は、支持壁部２ＳＳの内径全周長よりも、当然長く設定しておく必要がある。なお、昇温による外側金属層１２１ｐの内側金属層１２１ｂに対する相対膨張により、うねりが延びきった単純なリング形状となることを妨げない。

具体的な材質であるが、昇温時の拡径変位を大きくするためには、外側金属層１２１ｐと内側金属層１２１ｂとの線膨張率差をなるべく大きく設定することが望ましい。この場合、内側金属層１２１ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ合金（特にインバー組成に近いもの）などの低膨張材料で構成するとよい。他方、外側金属層１２１ｐは、Ｎｉ単体金属、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金などで構成できる。

なお、膨張・収縮部材として構成された予圧部材１２１はバイメタルリングに限らず、図１３に示す予圧部材２２１のように、例えば支持壁部２ＳＳよりも線膨張係数の大きい高分子材料（例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂など）で構成することも可能である。また、低温相状態である支持壁部２ＳＳの内面よりも径小の第一リング形状と、高温相状態である支持壁部２ＳＳの内面よりも径大の第二リング形状との双方を記憶した二方向形状記憶合金（例えば、組成をＮｉリッチ側にシフトさせたＴｉ−Ｎｉ合金を用い、高温相状態で支持壁部２ＳＳの内径よりも径大のリング形状にて記憶熱処理したものを、さらに低温相状態で支持壁部２ＳＳの内径よりも径小のリング形状に成形し、その状態で拘束加熱処理を施すことにより、縮径した低温相状態も記憶できるようになる）として構成してもよい。

図１５は、リング外径の温度変化を模式的に示すものであり、Ａはバイメタルリング又は高分子材料リングを使用した場合であり、温度変化に伴いリング外径はほぼ連続的に変化する。しかし、Ｂの形状記憶合金リングの場合は、一次相転移に伴う材料の不連続な体積変化を利用するので、ある変態温度（昇温時：開始温度ＡＳ／終了温度Ａｆ、降温時：開始温度ＭＳ／終了温度Ｍｆ）で不連続に外径が変化する。また、昇温時と降温時とで変態温度に数℃程度のヒステリシスを生ずるのが通常である。図１６は、隙間４０の温度変化を示すもので、昇温に伴い、Ａの場合はある温度Ｔ０まで連続的に隙間が減少した後にゼロになるが、Ｂの場合は、変態温度に到達するまで連続的に隙間が減少した後、ある温度で不連続に隙間が減少し、ゼロとなる。

本発明の軸受予圧機構の第一において、その一実施形態を示す断面図。 ヘリカルギアの模式図。 図１の要部を示す断面図（正転時）。 図１の要部を示す断面図（逆転時）。 図１の軸受予圧機構の作用説明図。 ヘリカルギアのスラスト発生の説明図。 図１の軸受予圧機構の、第一変形例の要部を示す断面図。 図１の軸受予圧機構の、第二変形例の要部を示す断面図。 図８の軸受予圧機構の作用説明図。 図１の軸受予圧機構の、第三変形例の要部を示す断面図。 本発明の軸受予圧機構の第二において、その一実施形態を示す断面図。 膨張・収縮部材として構成された予圧部材の第一例を示す図。 同じく第二例を示す図。 膨張・収縮部材として構成された予圧部材の作用説明図。 膨張・収縮部材として構成された種々の予圧部材の外径と温度との関係を模式的に示すグラフ。 同じく隙間量と温度との関係を模式的に示すグラフ。

符号の説明

１，１２１ 予圧機構
２Ｂ 軸受ハウジング
２ｗ ハウジング壁部
２Ｍ ケース
２Ｓ シリンダ本体
２ＳＳ 支持壁部
３ 入力軸（他軸）
４ 出力軸（主回転軸）
８ 円錐ころ軸受
１１ 予圧付勢機構
１５ 外輪
１５ａ 軸受外径面
１５ｂ 背面
２０ ギア式駆動伝達ユニット
２１ ピストン（予圧部材）
２２ 弾性付勢部材（圧縮コイルばね）
２３ 貫通孔
２３Ｍ 主経路（媒体注入経路）
２４ 逆止弁（チェックバルブ、予圧部材逆変位阻止機構）
２６ 油圧シリンダ（液圧シリンダ）
２７ 弾性シール部材
Ｆ オイル（液状圧力媒体）
３０，３１ ヘリカルギア
４０ 摺動隙間
１２０，２２０ 予圧部材（予圧部材逆変位抑制手段）

Claims (6)

1. 他軸からの回転がヘリカルギアを介して主回転軸に正逆両方向に伝達されるギア式駆動伝達ユニットにおける、前記主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧機構であって、
   前記円錐ころ軸受の外輪は、軸受外径面が、前記主回転軸の構成材料よりも線膨張率の大きい材質よりなる軸受ハウジングの内面と当接し、背面が予圧部材と当接する形で配置され、前記ヘリカルギアからのスラストを、前記主回転軸の正転時には前記予圧部材からの予圧付与方向と一致した正方向スラストとして受ける一方、逆転時には前記スラストを前記予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストとして受けるようになっており、さらに、
   前記予圧部材を介して前記外輪を前記予圧付与方向に付勢することにより前記円錐ころ軸受に予圧を加えるとともに、当該付勢により、前記軸受ハウジングと前記主回転軸との線膨張率差に由来した、前記軸受ハウジング内面による軸受外径面支持位置の温度変化を吸収する予圧付勢機構と、
   前記主回転軸の逆転時に、前記逆方向スラストにより前記予圧部材が前記予圧付与方向と逆向きに変位することを阻止する予圧部材逆変位阻止機構と、を備え、
   前記予圧付勢機構は、前記予圧部材を前記予圧付与方向に付勢する液圧シリンダを含んで構成され、前記予圧部材逆変位阻止機構は、前記予圧部材を付勢するために前記液圧シリンダに圧送注入される液状圧力媒体の逆流を防止する逆止弁を含んで構成されており、
   前記軸受ハウジングは、前記円錐ころ軸受をその主回転軸線周りに取り囲む筒状のハウジング壁部を有し、前記主回転軸線方向において該ハウジング壁部の前記外輪の背面よりも延出して前記液圧シリンダのシリンダ本体を形成し、前記予圧部材は、前記外輪の背面と当接する形で配置される前記液圧シリンダのピストンを形成しており、
   前記シリンダ本体の内周面に対する前記ピストンの摺動隙間が、前記液圧シリンダの内圧が過剰となった場合の前記液状圧力媒体の逃がし通路として機能することを特徴とする軸受予圧機構。
2. 前記シリンダ本体の内周面に対する前記ピストンの摺動隙間には，前記シリンダ本体の内周面と前記ピストンの外周面とをシールする弾性シール部材が圧縮形態で配置され、前記液圧シリンダの内圧が過剰となった場合に前記液状圧力媒体を、前記弾性シール部材のシール力に打ち勝って前記摺動隙間内を通過させることによりこれを逃がすようにした請求項１記載の軸受予圧機構。
3. 前記摺動隙間が温度履歴に伴い変化するようになっており、前記弾性シール部材は該摺動隙間の温度変化に追随して自身の圧縮変形量を変化させるものである請求項２記載の軸受予圧機構。
4. 前記予圧付勢機構は、前記液圧シリンダとともに前記予圧部材を前記予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材を有する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の軸受予圧機構。
5. 前記弾性付勢部材は前記予圧部材に対して、前記円錐ころ軸受の前記外輪の背面に当接しているのと反対側に当接する圧縮弾性付勢部材である請求項４記載の軸受予圧機構。
6. 他軸からの回転がヘリカルギアを介して主回転軸に正逆両方向に伝達されるギア式伝達機構において、前記主回転軸を支持する円錐ころ軸受の予圧機構であって、
   前記円錐ころ軸受の外輪は、軸受外径面が、前記主回転軸の構成材料よりも線膨張率の大きい材質よりなる軸受ハウジングの内面と当接し、背面が予圧部材と当接する形で配置され、前記外輪は、前記ヘリカルギアからのスラストを、前記主回転軸の正転時には前記予圧部材からの予圧付与方向と一致した正方向スラストとして受ける一方、逆転時には前記スラストを前記予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストとして受けるようになっており、さらに、
   前記主回転軸と前記軸受ハウジングとの線膨張率差に由来した前記軸受ハウジング内面の前記軸受外径面からの熱的相対変位を吸収するために、前記予圧部材を介して前記外輪を前記予圧付与方向に付勢する予圧付勢機構を備え、
   前記予圧付勢機構は、前記予圧部材を前記予圧付与方向に付勢する弾性付勢部材を有し、
   前記軸受ハウジングは、前記円錐ころ軸受をその主回転軸線周りに取り囲む筒状のハウジング壁部を有し、前記主回転軸線方向において該ハウジング壁部の前記外輪の背面よりも延出して支持壁部を形成しており、
   前記予圧部材は、前記支持壁部の内側に配置されるとともに温度上昇に応じて外径が拡径変化する膨張・収縮部材であり、予め定められた第一温度域では自身の外周面と前記支持壁部の内面との間に隙間を生じることにより、前記弾性付勢部材による該予圧部材の前記予圧付与方向への変位を許容し、前記第一温度域よりも高温の第二温度域においては、自身の拡径により、その外周面にて前記支持壁部の内面に自身を突っ張り固定することにより、前記主回転軸の逆転時に、前記逆方向スラストによる該予圧部材の前記予圧付与方向と逆向きの変位を阻止することを特徴とする軸受予圧機構。

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