JP6064379B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、予圧条件下で使用される転がり軸受装置、特に、自動車のディファレンシャル装置に用いられる転がり軸受装置、及び転がり軸受装置に予圧を付与する皿ばねに関するものである。

従来より、自動車の動力伝達系の途中に設けて、プロペラシャフトの回転を減速すると同時に回転方向を直角に変換するディファレンシャル装置が使用されている。このディファレンシャル装置においては、１対の円すいころ軸受が両端部の２個所、所定位置に組み込まれたデフケースが、ハウジングに対して回転自在に支持されている。
これら各円すいころ軸受は、それぞれ１個ずつの外輪及び内輪と、それぞれ複数個ずつの円すいころとから構成されており、外輪の内周面には外輪軌道が、内輪の外周面には内輪軌道が、それぞれ形成されている。外輪は前記ハウジングの一部に内嵌し、内輪は前記デフケースの端部に外嵌固定している。そして、アキシャル方向及びラジアル方向の荷重を支承しながら前記デフケースを回転自在に支持する為に、各円すいころ軸受は、適正な予圧が付与された状態で組み込まれている。

上記予圧を付与する方法としては、軸受の外輪とハウジングとの間にシムを介装する、所謂定位置予圧がよく知られている。しかし、定位置予圧では、厚さが異なる複数のシムを用意して、最適なシムを選択する必要があり、部品点数の増加と組み付け作業の煩雑さとによりコストアップするという問題があった。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１に、シムに代えて、弾発部材である皿ばねを用いて定圧予圧により予圧を付与する構成が記載されている。皿ばねを用いる事により、温度変化に伴うハウジング及びデフケースの軸方向の伸縮は皿ばねにより吸収され、軸受には常におおよそ一定の予圧が付与される。また、軸受の組み付けの際、軸受のはめあいや隙間調整は不要となり、１種類の皿バネを用意するだけでよい。

しかし、プロペラシャフトからデフケースに駆動力が伝達されると、デフケースがハウジングに対して軸方向に相対的に移動させられるが、想定以上の過度の荷重が作用した場合、皿ばねが過剰に押しつぶされる事がある。皿ばねの変位量が最大たわみ量を超えた場合、皿ばねのへたりや破損及び寿命低下につながり、完全に潰れた場合には皿ばねが裏返ることもある。

引用文献２には、ハウジング部にウェーブスプリングを収容する環状凹部を設ける事により、外輪とハウジングとの間に配置された前記ウェーブスプリングが、外輪の移動により完全に押し潰される事を防止するストッパ機構を備える構造が記載されている。これにより、ウェーブスプリングの塑性変形が防止され、必要な予圧を安定して発生させることができ、ディファレンシャル装置の機能が長期間維持される。

特開２００３−３４３６９２号公報 特開２００６−１３２６７５号公報

しかしながら、前記特許文献２は、外輪の軸方向側面において、定圧予圧を付与する部分と、ストッパ機構である衝止面とがそれぞれ径方向に独立して設けられている。即ち、外輪側面の径方向内半部には予圧を付与する為のウェーブスプリングが当接しており、径方向外半部には外輪の移動を制限する衝止面が当接する。従って、外輪側面の径方向幅寸法を大きくする必要があり、外輪が厚肉となり、軸受の外径寸法が大きくなる為に、ディファレンシャル装置が大型化して重量が増加するという問題があった。更に、ウェーブスプリングを収容する為に、ハウジングに対して環状凹部を設ける様な設計変更を実施することは現実的に困難である。

本発明は、装置が大型化したり重量が増加することなく、適正な予圧を長期間に亙って安定して付与する事ができる転がり軸受装置、及び転がり軸受装置に予圧を付与する皿ばねを提供することを目的とする。

上記の様な問題を解決する為に、本発明の皿ばねは、一方の部材と、この一方の部材に対して軸方向に移動可能に設けられた他方の部材との間に配置される。
特に本発明の皿ばねに於いては、円形の皿形状をなす前記皿ばねの内径部に、前記皿ばねの軸方向に突出して、前記皿ばねが過剰に圧縮されることを防止する突出部を設けている。
更に、前記突出部は、前記皿ばねの内周部を曲げ加工することにより設けられる。
又は、前記突出部は、前記皿ばねの内径部に円筒状の部材を固定することにより設けられる。

又、本発明の転がり軸受装置は、ハウジングに嵌合された外輪と、回転体に嵌合された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受と、前記ハウジングに対して軸方向に移動可能に設けられた前記外輪と前記ハウジングとの間に配置された弾性部材とを備え、前記転がり軸受が前記弾性部材によって予圧が付与されている。
特に本発明の転がり軸受装置に於いては、前記弾性部材が、前記皿ばねである。
更に、前記回転体が、ディファレンシャル装置を構成するデフケースである。

本発明によれば、装置が大型化したり重量が増加することなく、適正な予圧を長期間に亙って安定して付与する事ができる転がり軸受装置、及び転がり軸受装置に予圧を付与する皿ばねを提供することができる。
即ち、衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重が作用した場合においても、皿ばねの内径部に軸方向に突出する突出部を設ける事により、皿ばねが完全に潰されて塑性変形したり破損することを防止する事ができる。又、外輪の軸方向への移動を制限する突出部は皿ばねの内径部に設けられているので、外輪側面の径方向の幅寸法を大きくする必要もなく、転がり軸受の外径寸法が大きくなる事もないので、転がり軸受装置が大型化したり重量が増大する事もない。更に、ハウジングに対して段差部を新たに設ける様な設計変更の必要もない。

本発明の第１の実施形態におけるディファレンシャル装置の断面図である。 同じく、図１の円すいころ軸受を示す部分拡大断面図である。 同じく、皿ばねを示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図、（ｃ）変形例の断面図である。 同じく、突出部の作用の説明図である。 第２の実施形態における皿ばねを示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 第３の実施形態における皿ばねを示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 第４の実施形態における皿ばねを示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図、（ｃ）変形例１の断面図、（ｄ）変形例２の断面図である。 第５の実施形態における皿ばねを示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。

［実施の形態の第１例］
図１は、本発明の実施の形態の第１例であるディファレンシャル装置１を示している。本例のディファレンシャル装置１は、図１に示す様に、ハウジング２と、デフケース５と、一対の円すいころ軸受１３，１４と、皿ばね２０とを備える。
このうちの、デフケース５は、リングギヤ６と、１対のサイドギヤ１０、１０と、１対のピニオンギヤ９、９とを備え、リングギヤ６とサイドギヤ１０、１０とは、互いに同心に、且つ、相対回転を自在に配置されている。又、前記サイドギヤ１０、１０には、それぞれドライブシャフト７、７の端部が内嵌されている。前記ピニオンギヤ９、９は、互いに対向させた状態でピニオンシャフト８に外嵌され、回転自在に支持されている。そして、これら両ピニオンギヤ９、９をそれぞれ、前記サイドギヤ１０、１０に噛合させている。

この様なデフケース５に取付けられたリングギヤ６は、一対の円すいころ軸受１１、１２により回転自在に支持されたプロペラシャフト３の端部に設けられたドライブピニオンギヤ４と噛合されている。そして、ドライブピニオンギヤ４によりデフケース５が回転すると、このデフケース５の回転駆動力は、ピニオンギヤ９、９を介してサイドギヤ１０、１０にトルク配分されて、ドライブシャフト７，７を回転駆動させる。

上述した様なデフケース５は、一対の円すいころ軸受１３、１４によって、ハウジング２に対して回転自在に支持されている。図２に示す様に、円すいころ軸受１３（１４）は、デフケース５に外嵌固定される内輪１６と。ハウジング２に軸方向に移動可能な状態で内嵌される外輪１５と、内輪１６と外輪１５との間に転動自在に配置される複数の円すいころ１７と、これら円すいころ１７を円周方向等間隔に保持する保持器１８とを備えている。これら円すいころ軸受１３（１４）に定圧予圧を付与する為に、弾性部材である皿ばね２０が設けられている。皿ばね２０は、ハウジング２（請求項の一方の部材）の肩面１９と、前記外輪１５（請求項の他方の部材）の軸方向側面との間に介装されている。

前記ハウジング２の内部に前記デフケース５と前記各円すいころ軸受１３（１４）とを組み込んだ状態において、前記皿ばね２０は軸方向に圧縮された状態で収容されている。これにより、皿ばね２０が弾性変形すると共に、その弾性力によって皿ばね２０が円すいころ軸受１３（１４）の外輪１５をハウジング２の内方（図２における右方向）に押圧し、円すいころ軸受１３（１４）に対して所定の定圧予圧が付与される。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の第１例における皿ばね２０を示しており、円形の皿形状をなす前記皿ばね２０の内径部に、前記皿ばね２０の大径側（図３における下側）に向かって軸方向に突出する円筒状の内径突出部２１を一体に設けている。この様な皿ばね２０を製造する場合は、鋼製の平板材を円環状に打ち抜いた後、プレス装置によりプレス成形する。プレス装置は、所定の角度で勾配を有するテーパー面が形成された円すい形状の成形面を有する金型を備えており、この金型に前記円環状の板をセットして、所定の圧力を作用させる事によって、皿ばね２０に円すい形状のテーパー面を成形する。さらに、プレス装置により皿ばねの内周部に曲げ加工を施して、皿ばねの大径側に突出する内径突出部２１を成形することにより、図３（ａ）に示される様な、皿ばね２０が得られる。

自動車の加速時或いは減速時において、前記リングギヤ６と前記ドライブピニオンギヤ４との噛み合いにより、前記デフケース５は前記ハウジング２に対して軸方向（図２における左右方向）に移動する。そして、変速動作又は急激な加減速等により、衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重がデフケース５に作用した場合、皿ばね２０は大きく弾性変形して、皿ばね２０の内径部に設けられた内径突出部２１が肩面１９に突き当たる（図４（ｂ）参照）。この時、皿ばね２０は軸方向に押し潰されるが、内径突出部２１の軸方向長さは、皿ばね２０のたわみ量が皿ばね２０の最大たわみ量の７５％を超えないような長さに設定されているので、皿ばね２０が塑性変形或いは破損する事を防止している。

以上の構成により、装置が大型化したり重量が増加することなく、適正な予圧を長期間に亙って安定して付与する事ができる転がり軸受装置、及び転がり軸受装置に予圧を付与する皿ばねを提供することができる。
即ち、ディファレンシャル装置１を構成するデフケース５を回転自在に支承する為に、ハウジング２の内部に組み込まれた１対の円すいころ軸受１３、１４に定圧予圧を付与する皿ばね２０において、軸方向に衝撃荷重又は設計値を超える様な大きな荷重が作用した場合においても、皿ばね２０の内径部に軸方向に突出する内径突出部２１を設ける事により、皿ばね２０が完全に潰されて塑性変形したり破損することを防止する事ができる。

又、円すいころ軸受１３（１４）の外輪１５の軸方向への移動を制限する内径突出部２１は、皿ばね２０の内径部に設けられているので、外輪１５の端面の径方向の幅寸法を大きくする必要もなく、円すいころ軸受１３、１４の外径寸法が大きくなる事もないので、ディファレンシャル装置１が大型化したり重量が増大する事もない。更に、ハウジング２に対して段差部を新たに設ける様な設計変更の必要もない。

図３（ｃ）は、第１の実施形態の変形例である。本例の皿ばね２０ａの場合には、内径突出部２１ａの先端部を径方向外側に曲げると共に、皿ばね２０ａの外径部に、小径側（図３における上側）に向かって軸方向に突出する円筒状の外径突出部２２を設けている。そして、内径突出部２１ａの軸方向寸法と、外径突出部２２の軸方向寸法とは略同一寸法としている。内径突出部２１ａの先端部に曲げ加工を施す事により、内径突起部２１ａが強固になり、荷重が作用した際に座屈する事を防止している。又、皿ばね２０ａの外径側にも軸方向に突出する外径突出部２２を設置しているので、２つの円筒部材で荷重を支える為（図３（ｃ）の断面図では４箇所で支持）、より大きな荷重に対して皿ばね２０ａを保護する事ができる。

［実施の形態の第２例］
図５は、本発明の実施の形態の第２例である皿ばね２０ｂを示している。本例の場合、皿ばね２０ｂの内径側に設けた内径突出部２１ｂには、円周方向の複数個所に軸方向に伸びるスリット２４を設けている。プレス装置により内径突出部２１ｂを成形する際に、曲げ加工に伴い前記内径突出部２１ｂに割れが発生する事を抑制できるので、曲げ加工を容易、且つ安定して行う事ができる。尚、内径突出部２１ｂに形成した前記スリット２４は、前述した第１の実施形態の変形例における外径突出部２２に設ける事もできる。その他の作用効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

［実施の形態の第３例］
図６は、本発明の実施の形態の第３例である皿ばね２０ｃを示している。本例の場合、皿ばね２０ｃの内径部に、皿ばね２０の皿形状部２５よりも厚肉である円筒状の内径突出部２１ｃを内嵌固定している。このように、強固な内径突出部２１ｃを設置することで、より大きな荷重に対しても皿ばね２０ｃが潰される事を防止できる。また、製造上の理由により内径突出部の曲げ加工が困難な場合にも、本例を適用する事により、過大な荷重から皿ばねを保護する事ができる。尚、この円筒状の内径突出部２１ｃは、締まり嵌めにより皿ばね２０ｃの内径部に嵌合するか、或いは皿ばね２０ｃの内径部の内面や外面との接着又は溶接により固定する事ができる。その他の作用効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

［実施の形態の第４例］
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態の第４例である皿ばね２０ｄを示している。本例の場合、皿ばね２０ｄの大径側に止め具２３を設け、この止め具２３の内径部に軸方向に突出する内径突出部２１ｄを形成している。皿ばね２０ｄが弾性変形した場合、前記内径突出部２１ｄが皿ばね２０ｄの皿形状部２５と干渉する事無く外輪１９の側面に当接する様に（図４参照）、内径突出部２１ｄの外径寸法は、皿形状部２５の内径寸法よりも小さく、且つ互いに同心としている。本例の皿ばね２０ｄをディファレンシャル装置１に組み込む場合には、前記止め具２３を前記ハウジング２の肩部１９に当接させた状態で、皿ばね２０ｄ（止め具２１ｄ）の外径部をハウジング２に内嵌固定する。更に、皿ばね２０ｄの外縁部において止め具２１ｄを接着或いは溶接する事もできる。

図７（ｃ）は、本実施形態の変形例１である皿ばね２０ｅを示している。本例の場合、止め具２３ａの外径部に、軸方向に突出する外径突出部２２ａを設けている。これにより、前述した第１の実施形態における変形例１と同様に、皿ばね２０ｅに過剰な荷重が作用した時でも、２つの円筒部材で荷重を支持するので、耐荷重の向上が望める。又、外径突出部２２ａにより、皿形状部に対して止め具２３ａを径方向に位置決めする事ができる。
更に、図７（ｄ）は、本実施形態の変形例２である皿ばね２０ｆを示している。本例の場合、外径突出部２２ｂを内径側に向けて折り曲げている。これにより、外径突出部２２ｂの座屈を防止すると共に、皿形状部を抱え込み、より強固に一体化している。尚、各止め具に形成した内径突出部及び外径突出部の形状は、第２の実施形態と同様に、軸方向に延びるスリットを設けた歯型形状とする事もできる。その他の作用効果は、前述した第１及び２の実施形態と同様である。

［実施の形態の第５例］
図８は、本発明の実施の形態の第５例である皿ばね２０ｇを示している。本例の場合には、止め具２３ｃの中心部に、中実円柱形状の内径突出部２１ｅを設けている。この様に、皿ばね２０ｇの中心部に軸を挿通する必要が無い場合には、非常に強固な内径突出部２１ｅとする事ができる。尚、前述した第４の実施形態と同様に、外径突出部を設ける事もできる。その他の作用効果は、前述した第４の実施形態と同様である。

皿ばねによる定圧予圧機構は、デフケースの軸方向両側にそれぞれ設けられている事が好ましいが、いずれか一方のみに設ける事もできる。
又、本発明の皿ばねが自動車用のディファレンシャル装置に組み込まれた円すいころ軸受に予圧を付与する構成について述べたが、本発明に係わる皿ばねはこれに限定されるものでは無く、特に、過度の衝撃的荷重やハウジングの位置ズレなど想定外の条件で大きな荷重が作用する環境において好適に用いる事ができる。さらに、通常の用途に用いても、皿ばねの保護機構として適用する事もできる。

本発明は、自動車のディファレンシャル装置、特にデフケースを回転自在に支承する一対の転がり軸受に適用することができる。

１ ディファレンシャル装置
２ ハウジング
３ プロペラシャフト
４ ドライブピニオンギヤ
５ デフケース
６ リングギヤ
７ ドライブシャフト
８ ピニオンシャフト
９ ピニオンギヤ
１０ サイドギヤ
１１、１２ 円すいころ軸受
１３、１４ 円すいころ軸受
１５ 外輪
１６ 内輪
１７ 円すいころ
１８ 保持器
１９ 肩面
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ 皿ばね
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ 内径突出部
２２、２２ａ、２２ｂ 外径突出部
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 止め具
２４ スリット
２５ 皿形状部

Claims (3)

1. ハウジングに嵌合された外輪と、ディファレンシャル装置を構成するデフケースに嵌合された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受と、前記ハウジングに対して軸方向に移動可能に設けられた前記外輪と前記ハウジングとの間に配置された皿ばねとを備え、
   前記転がり軸受に前記皿ばねによって予圧が付与されており、
   前記皿ばねは、円すい形状のテーパー面を有する皿形状部と、前記皿形状部の内径部で前記皿形状部の大径側に向かって前記皿ばねの軸方向に突出する内径突出部と、前記皿形状部の外径部で前記皿形状部の小径側に向かって前記皿ばねの軸方向に突出する外径突出部とを備え、
   前記内径突出部の軸方向寸法は、前記外径突出部の軸方向寸法と同一である事を特徴とする転がり軸受装置。
2. ハウジングに嵌合された外輪と、ディファレンシャル装置を構成するデフケースに嵌合された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体とを有する転がり軸受と、前記ハウジングに対して軸方向に移動可能に設けられた前記外輪と前記ハウジングとの間に配置された皿ばねとを備え、
   前記転がり軸受に前記皿ばねによって予圧が付与されており、
   前記皿ばねは、円すい形状のテーパー面を有する皿形状部と、前記皿形状部の大径側に設けられる止め具とを備え、
   前記止め具は、内径部で前記皿形状部側に向かって前記皿ばねの軸方向に突出する内径突出部と、外径部で前記皿形状部側に向かって前記皿ばねの軸方向に突出する外径突出部とを備え、
   前記内径突出部の軸方向寸法は、前記外径突出部の軸方向寸法と同一である事を特徴とする転がり軸受装置。
3. 前記内径突出部の外径寸法は、前記皿形状部の内径寸法より小さく、
   前記皿ばねの軸方向から見て、前記内径突出部の中心は前記皿形状部の中心と同じである事を特徴とする請求項２に記載の転がり軸受装置。

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