JP4799901B2 - 軸受構造を用いたトランスファ - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力伝達系などの軸受構造を用いたトランスファに関する。

特許文献１に「トランスファー」が記載されている。このトランスファーはヘリカルギアの３連ギア列であるインプットギアと一対のアイドラーギアと一対のアウトプットギアを有し、インプットギアに入力したエンジンの駆動力はＨｉ−Ｌｏ用の各アイドラーギア及び各アウトプットギアを介して前後輪側に伝達される。

アイドラーギアはテーパーローラーベアリングによってトランスファーケースに支持されている。
「トヨタ ランドクルーザー新型車解説書の４．３ 編集発行：トヨタ自動車株式会社サービス部 発行：１９９０年１月１７日」

上記のように複数個のギアが順次噛み合ったギア列（例えば、３連ギア列）では、全体をコンパクトに構成するために各ギアの軸間距離を短くする（中間ギアに対する入力側ギア及び出力側ギアの各距離を短くする：省スペース化する）必要がある。また、一般に、中間ギア（その軸部）の軸受にはボールベアリングや、上記従来例のようにテーパーローラーベアリングが用いられている。

ところが、ボールベアリングを用いると、ボール径が大きいので充分な軸間距離の短縮効果（省スペース効果）が得られず、また、ボールとインナーレース及びアウターレースとの接触面積が小さいので充分な軸受容量が得られない上に剛性も不足する。

また、テーパーローラーベアリングの場合は、予圧調整が必要であり、そのためフリクションが大きくなり易く、駆動力伝達に不利である。

さらに、ヘリカルギアにはギアの捻れ角に起因する伝達駆動力のスラスト方向成分（スラスト力）によって軸芯を倒す方向の力（モーメントＭ）が掛かり、この倒れに伴ってヘリカルギアが軸受や周辺部材と接触すると摩耗や熱が発生する恐れがある。

そこで、この発明は、軸受容量が大きく、省スペース化され、フリクションが小さく、予圧調整が不要な軸受構造を用いたトランスファの提供を目的としている。

請求項１の発明の軸受構造を用いたトランスファは、エンジンからの駆動力が入力される入力側ヘリカルギアと、この入力側ヘリカルギアと噛み合う中間ヘリカルギアと、前記中間ヘリカルギアと噛み合って前記入力側ヘリカルギアからの前記駆動力が前記中間ヘリカルギアを介して伝達される出力側ヘリカルギアと、前記入力側ヘリカルギア、前記中間ヘリカルギア、前記出力側ヘリカルギアの軸方向の一側がそれぞれ収容される第１のケースと、前記第１のケースに組み付けられると共に、前記入力側ヘリカルギア、前記中間ヘリカルギア、前記出力側ヘリカルギアの軸方向の他側がそれぞれ収容される第２のケースと、前記入力側ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持するテーパローラ軸受と、前記中間ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持する円筒ころ軸受と、前記出力側ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持するボール軸受とを備え、前記テーパローラ軸受、前記円筒ころ軸受、ボール軸受は前記各ヘリカルギアの軸部の径方向に重合して配置され、前記円筒ころ軸受を構成する円筒ころのヘリカルギア側軸方向端面と、前記中間ヘリカルギアの前記軸部との間に所定の軸方向隙間を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載された軸受構造を用いたトランスファであって、前記円筒ころにクラウニング加工を施したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、前記軸部の前記円筒ころ側対向部をテーパー状にしたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、前記軸部との間に前記円筒ころ用インナーレースを配置したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、前記中間ヘリカルギアの前記軸部が中空状であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
前記中間ヘリカルギア及び前記軸部が軸方向の中心に対して対称の形状であることを特徴とする。

請求項１の軸受構造は、インナーレースがなく円筒ころ（転動体）が軸部と接触する円筒ころ軸受を中間ヘリカルギアの軸受に用いたことにより、中間ヘリカルギアの軸部と入力側及び出力側各ヘリカルギアの各軸部との距離を短縮し、省スペース化することが可能になり、軸受構造及びこれを用いた装置をそれだけコンパクトに構成することができる。

また、ボールベアリングを用いた構成と異なって、円筒ころ軸受は円筒ころと相手側との接触面積が大きいから、充分な軸受容量と剛性が得られる。

また、テーパーローラーベアリングを用いた構成と異なって、本発明の軸受構造ではベアリングの予圧調整が不要であり、それだけフリクションが小さくてすむ。

また、円筒ころのヘリカルギア側軸方向端面と中間ヘリカルギアの軸部との間に所定の軸方向隙間Ｓを設けたから、モーメントＭを受けて中間ヘリカルギアが倒れても、モーメントＭを円筒ころ軸受がラジアル荷重として受けることにより、中間ヘリカルギアと円筒ころ軸受や周辺部材との接触が防止されるから、摩耗、発熱が防止される。
また、各ヘリカルギアの両側がそれぞれ第１のケース、第２のケースにそれぞれ収容され、軸受を介して支持されるので、各ヘリカルギアの組み付けがそれだけ容易になる。

請求項２の軸受構造は、円筒ころにクラウニング加工（円筒ころの半径を端部側に向かって徐々に小さくする加工）を施したから、上記のように中間ヘリカルギアが倒れた場合でも円筒ころの端部での面圧上昇が抑制され、中間ヘリカルギアの軸部との高面圧接触による摩耗、発熱が防止され、耐久性が向上する。

請求項３の軸受構造は、中間ヘリカルギアの軸部上の、円筒ころに対向する部分をテーパー状にしたことにより、中間ヘリカルギアが倒れても軸部と円筒ころとの接触、摩耗、発熱が防止される。

請求項４の軸受構造は、円筒ころと接触するインナーレースに耐磨耗率の高い材料を用いれば、耐久性が向上する。

請求項５の軸受構造は、中間ヘリカルギアの軸部を中空状にしたこの構成では、中空孔によってオイルの循環が促進され潤滑・冷却効果が向上すると共に、中空孔分の軽量化効果が得られる。

請求項６の軸受構造は、中間ヘリカルギア及びその軸部を軸方向の中心に対して対称形状にしたこの構成では、中間ヘリカルギアを軸方向反対向きにして組み付けることが可能になり、それだけ組み付け性が向上する。

＜一実施例＞
図１〜図１０によって軸受構造１の説明をする。図１は後輪駆動の４輪駆動車に用いられたトランスファ３を示しており、軸受構造１はこのトランスファ３の一部を構成している。以下、左右の方向はこの４輪駆動車及び図１での左右の方向であり、図１の上方は上記４輪駆動車の前方である。

［軸受構造１の特徴］
本実施形態の軸受構造１は、入力側ヘリカルギア５からの駆動力を出力側ヘリカルギア７に伝達する中間ヘリカルギア９の軸受構造であって、中間ヘリカルギア９の軸部１１を円筒ころ軸受１３，１３を介してトランスファケース１５（収容部材）に支持している。

また、各円筒ころ軸受１３を構成する円筒ころ１７のヘリカルギア側軸方向端面と、中間ヘリカルギア９の軸部１１との間に所定の軸方向隙間Ｓ（図２と図７）が設けられている。

さらに、円筒ころ１７にクラウニング加工が施され、軸部１１の円筒ころ１７側対向部にテーパー部１９（図４）が設けられている（テーパー状にしている）。

また、トランスファケース１５がケーシング本体２１及びケースカバー２３，２５（複数の分割構成部材）によって分割構成されており、中間ヘリカルギア９の前端側軸部１１が円筒ころ軸受１３を介しケーシング本体２１（分割構成部材）に支持され、後端側軸部１１が円筒ころ軸受１３を介しケースカバー２３（分割構成部材）に支持されている。

さらに、中間ヘリカルギア９の軸部１１が中空状であり、中間ヘリカルギア９及びその軸部１１が軸方向の中心線２７（図３）に対して対称形状に形成されている。

［上記４輪駆動車の構成］
上記４輪駆動車は、エンジンと、トランスミッションと、トランスミッションに内蔵されたリヤデフと、トランスファ３と、後車軸及び左右の後輪と、フロントデフと、プロペラシャフトとフロントデフとの間に配置されたカップリングと、前車軸及び左右の前輪などから構成されている。

エンジンは車両の後部（後車軸の前方）に横置き配置されており、その駆動力はトランスミッションで変速されてリヤデフに伝達され、後車軸から左右の後輪に配分される。また、上記のカップリングが連結されていると、エンジンの駆動力はトランスファ３とプロペラシャフトとカップリングとを介してフロントデフに伝達され、前車軸から左右の前輪に配分され、車両は４輪駆動状態になる。

また、カップリングの連結を解除すると、フロントデフから前車軸及び左右の前輪までが切り離されて、車両は後輪駆動の２輪駆動状態になる。

［軸受構造１の構成］
円筒ころ軸受１３は円筒ころ１７とアウターレース２９とで構成されており、アウターレース２９はケーシング本体（第１のケース）２１とケースカバー（第２のケース）２３にそれぞれ取り付けられ、円筒ころ１７は中間ヘリカルギア９の軸部１１に接触している。

ケースカバー２３，２５は、図１のように、ケーシング本体２１の後側面と右側面にそれぞれボルトで固定されトランスファケース１５を構成している。

出力側ヘリカルギア７は中空軸３１に形成されており、中空軸３１の前端側はボールベアリング３３によりケーシング本体２１に支持され、後端側はボールベアリング３３によりケースカバー２３に支持されている。また、中空軸３１は継ぎ手側の軸部材にスプライン連結され、この継ぎ手を介して上記のプロペラシャフトに連結されており、出力側ヘリカルギア７の回転はプロペラシャフトとカップリングを介してフロントデフに伝達される。

出力側ヘリカルギア７に中間ヘリカルギア９を介して連結された入力側ヘリカルギア５はシャフト３５にスプライン連結されており、シャフト３５の前端側はテーパーローラーベアリング３７によりケーシング本体２１に支持され、後端側はテーパーローラーベアリング３９によりケースカバー２３に支持されている。なお、各テーパーローラーベアリング３７，３９はシャフト３５の後端に螺着されたボルト４１により予圧が与えられている。

入力側ヘリカルギア５にはリヤデフのデフケースと方向変換歯車組４３とを介してエンジンからの駆動力が入力する。方向変換歯車組４３は互いに噛み合った一対のベベルギア４５，４７からなり、ベベルギア４５は横置きの中空軸４９にボルトで固定され、ベベルギア４７はシャフト３５の前端に一体形成されている。中空軸４９は左端側と右端側をテーパーローラーベアリング５１，５３によりケーシング本体２１とケースカバー２５に支持されている。

リヤデフのデフケースは中空軸を介して中空軸４９にスプライン連結されており、リヤデフから右後輪に駆動力を伝達する右後車軸はこのデフケース側中空軸と中空軸４９を貫通している。

トランスファケース１５にはオイルフィラー５５からトランスファオイルが充填されており、ケーシング本体２１とケースカバー２５の間に配置されたＯリング５７と、中空軸３１（出力側ヘリカルギア７）とケーシング本体２１の間に配置されたシール５９と、右後車軸とケースカバー２５の間に配置されたシール６１によりトランスファケース１５からのオイル漏れと異物の侵入が防止されている。また、ケーシング本体２１と中空軸４９の間に配置されたシール６３と、中空軸４９と右後車軸の間に配置されたＸリング６５により、トランスファオイルとトランスミッションオイルの混ざり合いが防止されている。

トランスミッションからリヤデフのデフケースを介してトランスファ３の中空軸４９に伝達されたエンジンの駆動力は、方向変換ギア組４３で方向を変換され、ヘリカルギア５，９，７から上記のプロペラシャフトとカップリングを介してフロントデフに伝達される。

図２と図７のように、軸方向隙間Ｓは、中間ヘリカルギア９の軸部１１に設けられた段差部６７（図３，４，５，７）と円筒ころ軸受１３の各円筒ころ１７との間に形成されており、さらに、図３，４のように、テーパー部１９は段差部６７に形成されている。中間ヘリカルギア９には駆動力の伝達時に、ギアの捻れ角に起因する駆動力のスラスト方向成分（スラスト力Ｔ）によって回転中心軸６９（図２）を倒す方向に力（モーメントＭ：図２，５）が掛かり、図２のように、ベアリング（円筒ころ軸受１３，１３）の間隔、トランスファケース１５と軸部１１と円筒ころ軸受１３の各精度誤差によるミスアラインメント、これら部材各部の熱膨張及び剛性（変形）などによってこの倒れが助長されることがある。

図２のように、中間ヘリカルギア９の軸部１１と円筒ころ軸受１３の円筒ころ１７との接触径をｒとし、軸部１１の倒れ角をθとすると、ヘリカルギア９（軸部１１）と円筒ころ軸受１３（円筒ころ１７）との接触を避けるために必要なギア端面の軸方向隙間Ｓ１は２ｒ×ｓｉｎθになり、上記の軸方向隙間Ｓはこの軸方向隙間Ｓ１と同じか、あるいは、僅かに大きくしてある。

従って、図５のように駆動力の伝達中に中間ヘリカルギア９（軸部１１）に倒れが生じても、軸方向隙間Ｓを設けたことにより、図６のように、中間ヘリカルギア９が倒れた方向で円筒ころ軸受１３と中間ヘリカルギア９との間に適度な隙間７１が残り、円筒ころ軸受１３がモーメントＭをラジアル荷重として受けると共に、円筒ころ端面にかかる荷重が小さくなるため端面の摩耗、熱などの発生が防止される。

また、軸部１１の段差部６７にテーパー部１９を形成したことによって隙間７１がそれだけ拡大されるから、モーメントＭをラジアル荷重として円筒ころ軸受１３に掛ける機能と、接触、摩耗、発熱などの防止機能がさらに向上する。

また、図８のように各円筒ころ軸受１３の円筒ころ１７の端部にクラウニングを施したことにより、図５のように中間ヘリカルギア９と軸部１１が倒れても円筒ころ１７の端部において軸部１１と強く当たることが防止される。

図９と図１０の各グラフ７３，７５はクラウニングによるこのような効果を示すものであり、図９のグラフ７３は円筒ころ１７にクラウニングを施した場合の面圧分布を示し、図１０のグラフ７５はクラウニングを施さない場合の面圧分布を示している。なお、各グラフの横軸は円筒ころの軸方向中心からの距離であり、縦軸は円筒ころに生じる面圧である。図１０のグラフ７５ではクラウニングを施さない円筒ころの端部で面圧に大きなピーク７７が生じており、円筒ころと軸部の間の摩耗、発熱などがそれだけ大きくなっている。しかし、クラウニングを施した図９のグラフ７３では、グラフ７５で大きなピーク７７が生じている個所で、矢印７９が示すように面圧が広い範囲に分散されているから、円筒ころ１７と軸部１１の間の摩耗、発熱などが大幅に低減されており、動作が正常に保たれ、耐久性がそれだけ向上している。

［軸受構造１の効果］
軸受構造１は、インナーレースを持たず、円筒ころ１７が軸部１１と直接接触する円筒ころ軸受１３，１３を中間ヘリカルギア９の軸受に用いたことによって、中間ヘリカルギア９の軸部１１と入力側ヘリカルギア５のシャフト３５（軸部）及び出力側ヘリカルギア７の中空軸３１（軸部）との距離を短縮して省スペース化することが可能になり、軸受構造１及びこれを用いたトランスファ３をそれだけコンパクトに構成することができる。

また、ボールベアリングを用いた構成と異なって、円筒ころ軸受１３は円筒ころ１７と軸部１１との接触面積が大きいから、充分な軸受容量と剛性が得られる。

また、テーパーローラーベアリングを用いた構成と異なって、ベアリングの予圧調整が不要であると共に、フリクションがそれだけ小さくてすむ。

また、円筒ころ１７の端面と中間ヘリカルギア９の軸部１１（段差部６７）との間に所定の軸方向隙間Ｓを設けたから、モーメントＭを受けて中間ヘリカルギア９が倒れても、モーメントＭを円筒ころ軸受１３がラジアル荷重として受け止めることにより、中間ヘリカルギア９と円筒ころ軸受１３との接触が防止されるから、両者の接触による摩耗、発熱が防止される。

また、円筒ころ１７にクラウニング加工を施したことにより、中間ヘリカルギア９が倒れたとき円筒ころ１７の端部での面圧上昇が抑制されるから、中間ヘリカルギア９の軸部１１との間で高い面圧による摩耗、発熱が防止され、耐久性が向上する。

また、中間ヘリカルギア９の軸部１１（段差部６７）にテーパー部１９を設けたことにより、中間ヘリカルギア９が倒れた場合の、モーメントＭをラジアル荷重として円筒ころ軸受１３に掛ける機能と、接触、摩耗、発熱などの防止機能がさらに向上する。

また、中間ヘリカルギア９の軸部１１の前側をトランスファケース１５のケーシング本体２１に支持し、後側をケースカバー２３に支持したことにより、中間ヘリカルギア９の組付けはそれだけ容易である。

また、中間ヘリカルギア９の軸部１１を中空にしたから、オイルの循環が促進され潤滑・冷却効果が向上すると共に、中空孔分だけ軽量化効果が得られる。

また、中間ヘリカルギア９及びその軸部１１を中心線２７に対して対称形状にしたから、中間ヘリカルギア９は軸方向反対向きにして組み付けることも可能になり、それだけ組み付け性が向上している。

［本発明の範囲に含まれる他の態様］
なお、本発明の軸受構造は３連ギア列以上のギア列に用いてもよく、その場合、入力側ヘリカルギアと出力側ヘリカルギア以外は中間ヘリカルギアであってこれらには全てモーメントが掛かるから、円筒ころ軸受を用いて支持するように構成すればよい。

また、入力側ヘリカルギアと出力側ヘリカルギアを円筒ころ軸受で支持してもよく、こうすれば、同様に、軸間距離の短縮効果、軸受容量と剛性の増強効果、予圧調整を不要にする効果、フリクションの低減効果が得られる。

一実施例の軸受構造１を用いたトランスファ３を示す断面図である。 倒れた状態の中間ヘリカルギア９を示す断面図であり、そのとき円筒ころ１７との接触を防止するために必要な軸方向隙間Ｓ１を示す。 中間ヘリカルギア９の断面図である。 図３のＲ部詳細図である。 円筒ころ軸受１３，１３と倒れた状態の中間ヘリカルギア９などを示す断面図である。 図５のＸ部詳細図である。 図５のＹ部詳細図である。 図５のＺ部詳細図である。 クラウニングを施した円筒ころの面圧分布を示すグラフである。 クラウニングを施さない円筒ころの面圧分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 軸受構造
５ 入力側ヘリカルギア
７ 出力側ヘリカルギア
９ 中間ヘリカルギア
１１ 中間ヘリカルギア９の軸部
１３ 円筒ころ軸受
１５ トランスファケース（収容部材）
１７ 円筒ころ
１９ テーパー部
２１ ケーシング本体（分割構成部材）
２３ ケースカバー（分割構成部材）
２７ 軸部１１の軸方向中心線

Claims (6)

1. エンジンからの駆動力が入力される入力側ヘリカルギアと、
   この入力側ヘリカルギアと噛み合う中間ヘリカルギアと、
   前記中間ヘリカルギアと噛み合って前記入力側ヘリカルギアからの前記駆動力が前記中間ヘリカルギアを介して伝達される出力側ヘリカルギアと、
   前記入力側ヘリカルギア、前記中間ヘリカルギア、前記出力側ヘリカルギアの軸方向の一側がそれぞれ収容される第１のケースと、
   前記第１のケースに組み付けられると共に、前記入力側ヘリカルギア、前記中間ヘリカルギア、前記出力側ヘリカルギアの軸方向の他側がそれぞれ収容される第２のケースと、
   前記入力側ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持するテーパローラ軸受と、
   前記中間ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持する円筒ころ軸受と、
   前記出力側ヘリカルギアの軸部の軸方向の両側を前記第１のケースと前記第２のケースに回転自在にそれぞれ支持するボール軸受とを備え、
   前記テーパローラ軸受、前記円筒ころ軸受、ボール軸受は前記各ヘリカルギアの軸部の径方向に重合して配置され、
   前記円筒ころ軸受を構成する円筒ころのヘリカルギア側軸方向端面と、前記中間ヘリカルギアの前記軸部との間に所定の軸方向隙間を設けたことを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。
2. 請求項１に記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
   前記円筒ころにクラウニング加工を施したことを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
   前記軸部の前記円筒ころ側対向部をテーパー状にしたことを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
   前記軸部との間に前記円筒ころ用インナーレースを配置したことを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
   前記中間ヘリカルギアの前記軸部が中空状であることを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載された軸受構造を用いたトランスファであって、
   前記中間ヘリカルギア及び前記軸部が軸方向の中心に対して対称の形状であることを特徴とする軸受構造を用いたトランスファ。

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