JP5854327B2

JP5854327B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JP5854327B2
Application number: JP2012077950A
Authority: JP
Inventors: 直樹堀部
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013204805A

Description

本発明は軸受装置に関し、詳しくは表面が高粗度に加工された第１部材と、表面が低粗度に加工されて上記第１部材に対して回転する第２部材と、上記第１部材と第２部材との間に挟持されたスラスト軸受とを備えた軸受装置に関する。

従来、表面が高粗度に加工された第１部材と、表面が低粗度に加工されて上記第１部材に対して回転する第２部材と、上記第１部材と第２部材との間に挟持されたスラスト軸受とを備えた軸受装置が知られている。
このような軸受装置として例えばデファレンシャルギアが知られており、ハウジングが上記第１部材に、サイドギアが上記第２部材に、デフワッシャが上記スラスト軸受にそれぞれ該当している。
上記構成を有するデファレンシャルギアでは、上記サイドギアが高速回転した状態で、デフワッシャに大きなスラスト荷重が作用すると、これらの間の潤滑油の油膜が薄くなってしまい、焼き付きが発生するという問題があった。
そこで従来のデファレンシャルギアでは、上記デフワッシャに円周方向等間隔に貫通穴を形成し、この貫通穴に潤滑油を貯溜することでサイドギアとスラスト軸受との間に潤滑油の供給を行うものが知られている。
一方、デファレンシャルギア以外の軸受装置としては、金属製のリング状部材を変形させて摺動面側に凹凸を形成して、凸部を相手部材に摺動させるスラスト軸受を備えたものが知られており、上記凸部と凸部との間に形成された凹部に潤滑油を収容して、摺動面に潤滑油を供給するようになっている（特許文献１）。

特開昭６３−１５８３１６号公報

しかしながら、上記複数の貫通穴の形成されたデフワッシャを備えたデファレンシャルギアの場合、上記貫通穴からサイドギア側の摺動面に潤滑油を供給できるものの、十分に焼き付きを防止できるものとはなっていなかった。
一方、上記特許文献１に記載された上記凸部の形成されたスラスト軸受の場合、大きなスラスト荷重によって凸部が変形してしまうことから、当該特許文献１のスラスト軸受をデファレンシャルギアのような大きなスラスト荷重が作用する軸受装置に用いることができなかった。
このような問題に鑑み、大きなスラスト荷重が作用し、第２部材とスラスト軸受とが高速に摺接しても、可及的に焼付を防止することが可能な軸受装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる軸受装置は、表面が高粗度に加工された第１部材と、表面が低粗度に加工されて上記第１部材に対して回転する第２部材と、上記第１部材と第２部材との間に挟持したリング状のスラスト軸受とを備えた軸受装置において、
上記スラスト軸受を平板形状とするとともに、第１部材側の第１摺動面に凹部を形成して、当該第１摺動面における上記凹部の開口面積を、該第１摺動面の面積に対して１０〜５０％の割合で設定し、かつ、上記スラスト軸受における第２部材側の第２摺動面に凹部を形成し、第１摺動面における凹部の開口面積から第２摺動面における凹部の開口面積を引いたときの面積差が、上記第１摺動面における凹部の開口面積の１０％以上となるようにし、
スラスト軸受が上記第１部材に対しても回転するようにしたことを特徴としている。

上記発明によれば、スラスト軸受を平板形状としたことで、大きなスラスト荷重が作用してもスラスト軸受自体は変形せず、また第１摺動面に凹部を形成したことで、当該凹部よりスラスト軸受と第１摺動面との間に潤滑油を供給して、これらの間の摩擦力を低減する。
そして、上記第２部材との摺動によってスラスト軸受に回転力が発生すると、この回転力がスラスト軸受と第１部材との摩擦力を超えるため、スラスト軸受が第１部材に対して回転することとなる。
そしてスラスト軸受が第１部材に対して回転すると、相対的に上記第２部材とスラスト軸受との周速が低下することから、スラスト軸受に大きなスラスト荷重が作用している場合であっても、当該第２部材とスラスト軸受との焼付きを防止することが可能となる。

本実施例にかかるデファレンシャルギアの部分断面図。スラスト軸受の表面および裏面を示す図。スラスト軸受周辺の拡大断面図。他の実施例にかかるスラスト軸受の表面および裏面を示す図。従来の軸受装置の拡大断面図。

以下図示実施例について説明すると、図１は軸受装置としてのデファレンシャルギア１の部分断面図を示しており、複数のギア等を収容する第１部材としてのハウジング２と、該ハウジング２に形成された貫通孔２ａに回転可能に軸支された駆動軸３と、ハウジング２内に設けられて上記駆動軸３に連結された第２部材としてのサイドギア４と、上記ハウジング２とサイドギア４との間に挟持されたスラスト軸受としてのデフワッシャ５とを示し、上記ハウジング２の内部には潤滑油が収容されている。
上記ハウジング２は鋳鉄製となっており、当該ハウジング２における上記デフワッシャ５と接触する部分は、切削加工によりその表面が高粗度（約９．０ＲｚＪＩＳ）に形成されている。
一方、上記サイドギア４はクロムモリブデン鋼などの鉄系合金製となっており、当該サイドギア４における上記デフワッシャ５と接触する部分は、研磨加工によりその表面が低粗度（約１．０ＲｚＪＩＳ）に形成されている。
そして、上記デファレンシャルギア１では、上記デフワッシャ５は上記ハウジング２とサイドギア４とから最大で約１４０００Ｎのスラスト荷重を受ける場合があり、その際に上記サイドギア４が上記駆動軸３によって正方向および逆方向に最大で約１５００ｒｐｍの回転数で回転する場合がある。

上記デフワッシャ５はリング状の部材となっており、いわゆる回り止めは設けられておらず、後述するようにハウジング２に対しても回転可能に設けられている。
また上記デフワッシャ５はプレス加工等による凸部の形成されていない平板形状を有しており、上記ハウジング２と摺接する第１摺動面５ａと、上記サイドギア４と摺接する第２摺動面５ｂとが形成されている。
そして、これら第１、第２摺動面５ａ、５ｂの表面にはそれぞれ切削加工等により凹部が形成され、ここでは当該凹部として複数の溝が交差した格子溝６、７が形成されている。
これら格子溝６、７を構成する溝の端部はそれぞれデフワッシャ５の内周縁および外周縁まで形成されており、各溝に対してデフワッシャ５の内周および外周から潤滑油が供給されるようになっている。
そして本実施例ではまず第１に、第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積を、該第１摺動面５ａの面積に対して１０〜５０％の割合となるように形成している。
例えば、上記デフワッシャ５の外径を５５ｍｍ、内径を３６ｍｍとした場合、第１摺動面５ａの格子溝６を構成する溝の幅を０．７ｍｍ、溝と溝との間隔を４ｍｍに設定することで、当該格子溝６の開口面積は約４３４ｍｍ^２となり、第１摺動面５ａの面積との割合は約３２％となる。
第２に、第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積から第２摺動面５ｂにおける格子溝７の開口面積を引いたときの面積差が、上記第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積の１０％以上となるように形成している。
例えば、第２摺動面５ｂの格子溝７の溝の幅を０．７ｍｍとし、溝と溝との間隔を８ｍｍに設定することで、第２摺動面５ｂにおける格子溝７の開口面積は約２３０ｍｍ^２となる。
そして第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積から第２摺動面５ｂにおける格子溝７の開口面積を引いたときの面積差は２０４ｍｍ^２となり、上記第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積の１０％である４３．４ｍｍ^２を超えている。

上記構成を有するデファレンシャルギア１の動作について説明する。図３は上記デフワッシャ５の周辺を拡大した断面図を示しており、ここでは上記ハウジング２およびサイドギア４の表面粗さを誇張して記載したものとなっている。
まず上記駆動軸３によってサイドギア４が回転すると、サイドギア４とデフワッシャ５の第２摺動面５ｂとが摺動し、その際ハウジング２内部に収容された潤滑油によってサイドギア４と第２摺動面５ｂとが潤滑される。
ここで、上記デフワッシャ５に大きなスラスト荷重が作用しても、デフワッシャ５は平板形状を有していることから、デフワッシャ５自体は変形しないようになっている。
また、第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積から第２摺動面５ｂにおける格子溝７の開口面積を引いたときの面積差を、上記第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積の１０％以上とする第２の条件を満たすことを条件に、上記第２摺動面５ｂに格子溝７を形成しているため、大きなスラスト荷重によって潤滑油の油膜が薄くなっても、サイドギア４とデフワッシャ５との間を潤滑することが可能となっている。
そしてサイドギア４と第２摺動面５ｂとが摺動すると、これらの間に摩擦力が発生するため、デフワッシャ５にはサイドギア４の回転方向と同方向に回転しようとする回転力が発生する。

一方、デフワッシャ５に回転力が発生することで、デフワッシャ５とハウジング２との間にも摩擦力が発生するが、ハウジング２の表面は高粗度であることから静摩擦係数は高くなっている。
これに対し本実施例のデファレンシャルギア１では、上記第１摺動面５ａの表面に上記格子溝６を形成していることから、第１摺動面５ａとハウジング２との間に潤滑油を供給することができ、これによりこれらの間の静摩擦力を低くすることができる。
そして上記デフワッシャ５に作用する回転力が、上記ハウジング２と第１摺動面５ａとの静摩擦力を超えると、デフワッシャ５が上記ハウジング２に対して回転することとなり、デフワッシャ５が回転した後も、上記格子溝６からの潤滑油によって良好な潤滑を得ることが可能となっている。

このように、本実施例のデファレンシャルギア１によれば、デフワッシャ５の第１摺動面５ａに凹部としての格子溝６を形成することで、上記デフワッシャ５をハウジング２に対して回転させることができる。
デフワッシャ５がハウジング２に対して回転すると、相対的に上記サイドギア４とデフワッシャ５との回転数が減少して周速が低下することから、上記デフワッシャ５に大きなスラスト荷重が作用した状態において、サイドギア４とデフワッシャ５との焼付きを防止することができる。

上記本実施例にかかるデファレンシャルギア１に対し、図５に示すような従来のデファレンシャルギア１には、上記デフワッシャ５の第１、第２摺動面５ａ、５ｂに凹部が形成されていない。
まず、デフワッシャ５における第１摺動面５ａには凹部が形成されていないため、これらの間には十分に潤滑油が供給されず、第１摺動面５ａとサイドギア４との間の静止摩擦力は大きくなっている。
このため、サイドギア４の回転によってデフワッシャ５に回転力が発生しても、この回転力が第１摺動面５ａとサイドギア４との静止摩擦力を超えず、デフワッシャ５はハウジング２に対して停止した状態を維持してしまう。
その結果、サイドギア４とデフワッシャ５との回転数が本実施例のように低下せず、上記デフワッシャ５に大きなスラスト荷重が作用して潤滑油の油膜が薄くなると、これらの焼付きが発生する恐れがある。
なお上記実施例に対し、第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積から第２摺動面５ｂにおける格子溝７の開口面積を引いたときの面積差が、上記第１摺動面５ａにおける格子溝６の開口面積の１０％未満となると、上記サイドギア４と第２摺動面５ｂとの間の摩擦力が低下し、デフワッシャ５が回転しようとする回転力が低くなってしまう。
その結果、デフワッシャの回転力がデフワッシャ５とハウジング２との摩擦力を超えず、デフワッシャ５がハウジング２に対して回転しなくなることから、結局従来のデファレンシャルギア１と同様、サイドギア４とデフワッシャ５との焼付きが発生してしまうこととなる。

図４（ａ）〜（ｄ）は、上記デフワッシャ５における第１、第２摺動面５ａ、５ｂに形成することが可能な凹部の一例を示したものであり、（ａ）はデフワッシャ５の中心から放射状に複数の溝８を形成した構成を、（ｂ）は複数のディンプル９を形成した構成を、（ｃ）は格子溝ではなく所定の方向に向けて平行に複数の溝１０を形成した構成を、（ｄ）はリング状の溝１１を同心円状に複数形成した構成をそれぞれ示している。
これら図４（ａ）〜（ｄ）に示した凹部は、上述した第１、第２の条件を満たせば、上記格子溝６、７からなる凹部とともに、第１、第２摺動面５ａ、５ｂのいずれにも利用することが可能である。

なお上記実施例では、軸受装置としてデファレンシャルギア１を説明したが、例えばオートマチックトランスミッション等の軸受装置にも適用することが可能である。

１デファレンシャルギア（軸受装置）２ハウジング（第１部材）
４サイドギア（第２部材）５デフワッシャ（スラスト軸受）
５ａ第１摺動面５ｂ第２摺動面
６、７格子溝（凹部）

Claims

表面が高粗度に加工された第１部材と、表面が低粗度に加工されて上記第１部材に対して回転する第２部材と、上記第１部材と第２部材との間に挟持したリング状のスラスト軸受とを備えた軸受装置において、
上記スラスト軸受を平板形状とするとともに、第１部材側の第１摺動面に凹部を形成して、当該第１摺動面における上記凹部の開口面積を、該第１摺動面の面積に対して１０〜５０％の割合で設定し、かつ、上記スラスト軸受における第２部材側の第２摺動面に凹部を形成し、第１摺動面における凹部の開口面積から第２摺動面における凹部の開口面積を引いたときの面積差が、上記第１摺動面における凹部の開口面積の１０％以上となるようにし、
スラスト軸受が上記第１部材に対しても回転するようにしたことを特徴とする軸受装置。
上記凹部を複数の溝が交差した格子溝とし、当該格子溝における各溝の端部をスラスト軸受の内周縁および外周縁まで形成したことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
上記第１部材としてのハウジングと、回転軸によって回転する第２部材としてのサイドギアと、スラスト軸受としてのデフワッシャとを備えたデファレンシャルギアを構成する請求項１または請求項２に記載の軸受装置。