JPWO2005088144A1 - 斜接型複列玉軸受およびピニオン軸支持用軸受装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、軸受のはめあいによる各列の組幅変化による影響をほとんど受けないようにすることで、はめあいによるすきま量の減少が生じても、取り付けた際に各列の玉列が軌道に所定の接触角で同時に接触するようにすることを課題とする。その解決手段として、斜接型複列玉軸受において、内外輪（１１，１３）の軌道（１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂ）間に、軸方向複列の玉列（１５，１６）を、互いに異なるピッチ円直径（Ｄ１，Ｄ２）でかつ互いに異なる接触角（α１，α２）で介装し、接触角が小さい側の玉列（１５）におけるラジアルすきまが、接触角が大きい側の玉列（１６）におけるラジアルすきまよりも大きく設定する。

Description

本発明は、自動車のディファレンシャル装置や四輪駆動用トランスファー装置等に組み込まれるピニオン軸を回転自在に支持する構造に最適に実施される斜接型複列玉軸受や、斜接型複列玉軸受が組み込まれたピニオン軸支持用軸受装置に関する。

従来、自動車のディファレンシャル装置や四輪駆動車用のトランスファー装置において、当該装置に使用されるピニオン軸は、複列の各列のピッチ円直径が互いに異なる、すなわち、複列の各列の軌道径が互いに異なる斜接型複列玉軸受を介して回転自在に軸支されている（例えば、特許文献１参照）。このような斜接型複列玉軸受は、タンデム型複列玉軸受と呼ばれる。

ディファレンシャル装置に組み込まれる斜接型複列玉軸受は、図６に示すように、複列の軌道１１３ａ，１１３ｂを有しかつピニオン軸１０７に外嵌される内輪１１３と、この内輪１１３の各軌道１１３ａ，１１３ｂと対向する複列の軌道１１１ａ，１１１ｂを有しかつディファレンシャルケース１０２に内嵌される外輪１１１と、内輪１１３および外輪１１１の各列の軌道１１１ａ，１１１ｂ，１１３ａ，１１３ｂ間にそれぞれ介装される複列の玉列１１５，１１６とを備える。複列の玉列１１５，１１６は、軌道１１１ａ，１１１ｂ，１１３ａ，１１３ｂ間にそれぞれ異なるピッチ円直径で介装されている。

斜接型複列玉軸受では、両列の接触角α１，α２がそれぞれ相違している場合があるが、その場合であっても、取り付け前の斜接型複列玉軸受の両列のラジアルすきまは、同等に設定されている。
特開２００３−３１４５４１号公報

斜接型複列玉軸受をディファレンシャル装置に組み込む場合、この軸受とピニオン軸１０７およびディファレンシャルケース１０２とのはめあいにより、軸受内部にすきま量の減少が生じるが、両列の接触角α１，α２が相違するため、各列で組幅変化に違いが生じる。具体的には、例えば、図７に示すように、外輪１１１と各玉列１１５，１１６の玉１１７，１１８が接触した状態にある場合、外輪１１１が径方向に移動（外輪はディファレンシャルケースに嵌合された際に径内方に縮径する）すると、各列の玉１１７，１１８は、外輪１１１のそれぞれの軌道１１１ａ，１１１ｂと接触しているため、左方向（軸方向）に移動することとなるが、小さい接触角α１側の玉１１７の移動距離は、大きい接触角α２側の玉１１８の移動距離よりも大きくなる。なお、ディファレンシャル装置に組み込まれた状態での斜接型玉軸受の両列の接触角α１，α２は、各列のラジアル，アキシャル方向の負荷に対する耐荷重性、および転がり寿命のバランスを考慮して所定の値に設定される。

ここで、図８に示すように、小さい接触角α１側の玉列１１５のみを装着した状態での内外輪１１１，１１３の軸方向両端間の幅寸法を組幅β１とする。また、図９に示すように、大きい接触角α２側の玉列１１６のみを装着した状態での内外輪１１１，１１３の軸方向両端間の幅寸法を組幅β２とする。この場合、小さい接触角α１側の玉１１７の軸方向の移動距離が、大きい接触角α２側の玉１１８の軸方向の移動距離よりも大きくなるために、軸受とピニオン軸およびディファレンシャルケースとのはめあい時（軸受取り付け時）に、組幅β１の変化量が、組幅β２の変化量よりも大きくなる。

このように両列の組幅の変化量が相違するため、斜接型複列玉軸受を組み付けると、図６に示すように、組幅変化量の大きい方（小さい接触角α１側）の玉１１７が、組幅変化の小さい方（大きい接触角α２）の玉１１８より先に内外輪の軌道１１１ａ，１１３ａに当接する。その結果、組幅変化の小さい方（大きい接触角α２）の玉１１８と軌道１１１ｂ，１１３ｂとの間に間隙ができ、大きい接触角α２側の玉１１８は片あたりの状況に陥る。すなわち、タンデム型複列玉軸受に付与される荷重が十分に大きくない状態では、玉１１８が内外輪１１１，１１３に接触しなくなる。このような片当たりの発生により軸受寿命が低下する。

本発明は、軸受のはめあいによる各列の組幅変化による影響をほとんど受けないようにすることで、はめあいによるすきま量の減少が生じても、取り付けた際に各列の玉列が軌道に所定の接触角で同時に接触するようにすることを課題とする。

本発明に係る斜接型複列玉軸受は、内外輪の軌道間に、軸方向複列の玉列を、互いに異なるピッチ円直径でかつ互いに異なる接触角で介装し、接触角が小さい側の玉列におけるラジアルすきまが、接触角が大きい側の玉列におけるラジアルすきまよりも大きい。

本発明の斜接型複列玉軸受によれば、接触角が小さいために取り付け前において組幅変化量が大きくなる玉列のラジアルすきまが、接触角が大きいために組幅変化量が小さくなる玉列のラジアルすきまよりも大きく設定されているので、この軸受の内外輪と、その取付部材（例えば、ピニオン軸およびハウジング）とのはめあいにより、はめあいすきま量の減少が生じるにもかかわらず、各列の玉と内外輪部の軌道とを所定の接触角で同時に接触させることができる。なお、本発明でいうラジアルすきまは、所定の接触角で玉と接触する軌道の位置と実際に玉と接触している軌道の位置とのラジアル方向のずれ量（距離）から算定される。外輪側および内輪側でズレ量を生じる場合には、両側のズレ量を考慮してラジアルすきまは算出される。

また、接触角が小さい側の玉列のピッチ円直径は、接触角が大きい側の玉列のピッチ円直径よりも大きいのが好ましい。また、両玉列の接触角は、互いに同じ向きを向いているのが好ましい。この斜接型複列玉軸受は、ピニオン軸支持用軸受装置に最適に適用することができる。

本発明によれば、本発明は、各列における取り付け前のラジアルすきまを相違させて管理しているので、軸受の片あたりの状況が解消され、軸受寿命の向上が図れる。

本発明の実施の形態の斜接型複列玉軸受のラジアルすきま量の相違を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態の斜接型複列玉軸受のラジアルすきま量の相違を示す要部断面図である。 同軸受の拡大断面図である。 本実施の形態が込み込まれるディファレンシャル装置の全体構成を示す断面図である。 同ディファレンシャル装置に斜接型複列玉軸受を組付ける途中の状態を示す断面図である。 従来例の斜接型複列玉軸受の拡大断面図である。 従来例の斜接型複列玉軸受における玉の移動量を示す概略断面図である。 斜接型複列玉軸受の組幅の第１の状態を示す断面図である。 斜接型複列玉軸受の組幅の第２の状態を示す断面図である。

符号の説明

１１ 外輪
１１ａ 軌道（大径外輪軌道）
１１ｂ 軌道（小径外輪軌道）
１３ 内輪
１３ａ 軌道（大径内輪軌道）
１３ｂ 軌道（小径内輪軌道）
１５ 玉列
１６ 玉列
Ｄ１ ピッチ円直径
Ｄ２ ピッチ円直径
α１ 接触角
α２ 接触角

本発明の斜接型複列玉軸受を、車両に付設されるディファレンシャル装置のピニオン軸支持用軸受装置に適用させた実施例を、図１〜図５に参照して説明する。図１、図２は本発明の一実施の形態の斜接型複列玉軸受におけるラジアルすきま量の相違を示す要部断面図である。図３は、同斜接型複列玉軸受の拡大断面図である。図４は、ディファレンシャル装置の全体構成を示す断面図である。図５は、本発明の実施の形態の斜接型複列玉軸受の組付け途中の状態を示す断面図である。

図４に示すように、ディファレンシャル装置１は、ディファレンシャルケース２を有している。ディファレンシャルケース２は、フロントケース３とリヤケース４とを有している。両ケース３，４は、ボルトおよびナット２ａにより連結されて、ハウジングとして機能する。ディファレンシャルケース２には、左右の車輪を差動連動させる差動変速機構５とピニオン軸７とが内装されている。差動変速機構５はリングギヤ８を有している。ピニオン軸７の一側には、ピニオン軸７に噛合されるピニオンギヤ６が設けられている。

ピニオン軸７の軸部９は、複列玉軸受１０および単列玉軸受２５を介して、フロントケース３に回転自在に支持されている。複列玉軸受１０は、斜接型複列アンギュラ玉軸受からなり、ピニオン軸７の軸部９のピニオンギヤ６側を支持している。単列玉軸受２５は、斜接型玉軸受からなり軸部９の反ピニオンギヤ側を軸支している。

複列玉軸受１０は、フロントケース３に形成された環状壁２７Ａに内嵌される単一の外輪１１と、ピニオン軸７の軸部９に外嵌される単一の内輪１３と、外輪１１および内輪１３間に介在される複列の玉列１５，１６と、各玉列１５，１６を構成する玉１７，１８を円周方向等配位置に保持する保持器１９，２０とを有している。

複列玉軸受１０は、受複列の各列のピッチ円直径が互いに異なる、すなわち、複列の各列の軌道径が互いに異なる、いわゆるタンデム型複列玉軸受から構成されている。具体的には、複列玉軸受１０は、図３に示すように、各玉列１５，１６のピッチ円直径Ｄ１，Ｄ２が相違する。すなわち、ピニオン軸７の軸方向のピニオンギヤ側に位置する玉列１５のピッチ円直径Ｄ１は、ピニオン軸７の軸方向の反ピニオンギヤ側に位置する玉列１６のピッチ円直径Ｄ２より大きく（Ｄ１＞Ｄ２）設定されている。なお、大径側玉列１５における玉１７の径と、小径側玉列１６における玉１８の径とは等しい。

外輪１１は、ピニオンギヤ側の大径外輪軌道１１ａおよび反ピニオンギヤ側の小径外輪軌道１１ｂを有している。大径外輪軌道１１ａと小径外輪軌道１１ｂとの間に、小径外輪軌道１１ｂより大径で大径外輪軌道１１ａに連続する平面部１１ｃが形成されている。この構成により、外輪１１の内周面は段状に形成されている。

内輪１３は肩おとし内輪である。すなわち、内輪１３は、大径外輪軌道１１ａに径方向で対向する大径内輪軌道１３ａおよび小径外輪軌道１１ｂに径方向で対向する小径内輪軌道１３ｂを有している。さらに、内輪１３は、大径内輪軌道１３ａと小径内輪軌道１３ｂとの間に、小径内輪軌道１３ｂより大径で大径内輪軌道１３ａに連続する平面部１３ｃを有している。この構成により、内輪１３の外周面は段状に形成されている。

複列玉軸受１０では、玉列１５の接触角α１と、玉列１６の接触角α２とは、互いに同じ向きを向いている。換言すれば、玉列１５の接触角α１による作用線γ１と玉列１６の接触角α２による作用線γ２とにより形成される角度θ１（θ１は図示省略）が０°もしくは鋭角（０°≦θ１＜９０°）になる向きに、両作用線γ１，γ２は互いに向き合っている。これは両玉列１５，１６に対して同じ方向（ピニオンギア側から軸方向に沿って反ピニオンギヤ側に向かう方向）に予圧を付与するために採られた構成である。さらには、両作用線γ１，γ２はスラスト面に対して、その外径側が反ピニオンギア側になり、内径側がピニオン側になる向きに傾いている。つまり、図３において右肩上がりの向きに両作用線γ１，γ２は傾いている。保持器１９，２０それぞれは、各玉列１５，１６を構成する玉１７，１８を円周方向等配位置に保持している。さらに、接触角α１と接触角α２とは、接触角α１＜接触角α２の関係になっている。このような接触角α１，α２の関係になるように、内外輪１３，１１は成形されたうえで、すきま管理が実施されている。本実施の形態では、特に、接触角α１＜接触角α２とすることに最大の特徴がある。

複列玉軸受１０のディファレンシャル装置への取り付け前段階において、大径側（接触角α１側）の玉列１５と大径内外輪軌道１１ａ，１３ａとの間のラジアルすきまは、小径側（接触角α２側）の玉列１６と小径内外輪軌道１１ｂ，１３ｂとの間のラジアルすきまよりも大きくなるように、内外輪１３，１１は成形されている。具体的には、図１に示すように、小径外輪軌道１１ｂが小径側玉列１６の玉１８に所定の接触角で接した状態で、大径側玉列１５が所定の接触角α_１で接触する位置にあるとすると、大径外輪軌道１１ａと大径側玉列１５の玉１７との間に径方向の間隙ｔが生じる。または、図２に示すように、小径外輪軌道１１ｂ，小径側玉列１６の玉１８に所定の接触角で接した状態で、大径外輪軌道１１ａと大径側玉列１５の玉１７との実際の接触位置は、所定の接触角で大径外輪軌道１１ａが玉１５と接触する場合の接触位置に対して径方向のズレ量ｔ’を生じる。

なお、両列の玉１７，１８は、内輪１３の大径内輪軌道１３ａおよび小径内輪軌道１３ｂに接触した状態にある。すなわち、一方列側（大径側）のラジアルすきまは、他方列側（小径側）のラジアルすきまより、寸法ｔ分だけ大きく設定されている。寸法ｔの大きさは、後述するように、複列玉軸受１０を取り付けた際に、内輪１３に組まれた２列の玉１７，１８が、フロントケース３に固定された外輪１１の軌道１１ａ，１１ｂに所定の接触角で同時に接触するように、適宜設定される。

単列玉軸受２５は単列のアンギュラ玉軸受であって、外輪１２と内輪１４と玉列２８と保持器３２とを備えている。外輪１２は、フロントケース３に形成された環状壁２７Ｂに内嵌されかつ外輪軌道を有している。内輪１４は、外輪１２の外輪軌道に径方向で対向する内輪軌道を有している。玉列２８は内外輪軌道の間に設けられている。保持器３２は、玉列２８を構成する玉を円周方向等配位置に保持している。

フロントケース３の外壁と環状壁２７Ａとの間に、オイル循環路４０が形成されている。オイル循環路４０のオイル入口４１は、オイル循環路４０のリングギヤ８側に開口されている。オイル循環路４０のオイル出口４２は、環状壁２７Ａ，２７Ｂ間に開口されている。

次に、本実施形態のディファレンシャル装置１の組立方法について説明する。ディファレンシャル装置１の組立てに際して、複列玉軸受１０は、大径側のラジアルすきまが、小径側のラジアルすきまよりも大きくなる前記の関係を満たすように、複列玉軸受１０は成形させているとともに、軸受内部すきまの管理がなされている。

以上のすきま管理がなされたうえで、まず、フロントケース３とリヤケース４とを分離させた状態で、複列玉軸受１０の外輪１１を、フロントケース３の大径開口（リヤケース４との連結開口）から、環状壁２７Ａの所定位置まで圧入する。このような圧入は、次の構成とすることで実施が可能となっている。すなわち、複列玉軸受１０において、圧入手前側、すなわちピニオンギア側（フロントケース３の大径開口側）に位置する軌道を、大径内外輪軌道１１ａ，１３ａとし、圧入奥側、すなわち反ピニオンギア側に位置する軌道を、小径内外輪軌道１１ｂ，１３ｂとしている。これにより、上記圧入は可能になっている。

圧入に際して、外輪１１と環状壁２７Ａとのはめあいにより、外輪１１は、若干径内方に縮径する。すなわち、外輪１１の大径外輪軌道１１ａおよび小径外輪軌道１１ｂの内径は小さくなる。これにより、外輪１１と環状壁２７Ａとのはめあいによるすきま量の減少が生じる。

一方、内輪１３をピニオン軸７に外嵌し、内輪１３、玉列１５，１６、保持器１９，２０からなる組品２１を、ピニオン軸７の軸部９のピニオンギヤ側に位置させておく。内輪１３はピニオン軸７に外嵌されるため、この内輪１３とピニオン軸７とのはめあいによるすきま量の減少が生じる。

組品２１を取り付けたピニオン軸７をその小径側から、フロントケース３の大径開口（リヤケース４との連結開口）に挿入する（図５参照）。このとき、軸受内部すきまの管理が上述したようになされている、すなわち、大径側のラジアルすきまが、小径側のラジアルすきまよりも大きくなる前記の関係を満たすので、２つの列の玉列１５，１６の玉１７，１８が、外輪１１の大径外輪軌道１１ａおよび小径外輪軌道１１ｂに所定の接触角で同時に接触する。

さらに、単列玉軸受２５の外輪１２を、フロントケース３の小径開口（フロントケース３の内部からピニオン軸７を外部に向けて突出させる開口）から、環状壁２７Ｂに圧入する。次に、塑性スペーサ２３を、フロントケース３の小径開口からピニオン軸７の軸部９に外嵌する。続いて、単列玉軸受２５の内輪１４，玉列２８，保持器３２からなる組品を、ピニオン軸７の軸部９に外嵌する。

その後、遮蔽板３７をフロントケース３の小径開口からピニオン軸７の軸部９に外嵌し、コンパニオンフランジ４３の胴部４４を軸部９にスプライン嵌合してその端面を遮蔽板３７に当接させる。さらに、オイルシール４６を装着し、シール保護カップ４７をフロントケース３の小径開口に取付ける。続いて、軸部９のねじ部４８にナット４９を螺着することで、複列玉軸受１０および単列玉軸受２５に所定の予圧を付与する。すなわち、ねじ部４８にナット４９を螺着させることで、複列玉軸受１０の内輪１３および単列玉軸受２５の内輪１４が、ピニオンギヤ６とコンパニオンフランジ４３とで軸方向に挟み込まれる。これにより、複列玉軸受１０の玉１７，１８には、内外輪１１，１３のそれぞれの軌道に同時に接触した状態で所定の予圧が付与される。また、単列玉軸受２５にも予圧が付与される。

以上の構成によって複列玉軸受１０と単列玉軸受２５とに予圧が付与される。その際、複列玉軸受１０では、両玉列１５，１６において均等に荷重支持の分担が可能となり、複列玉軸受１０全体のシステム寿命が延びる。

本発明は、前記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、反ピニオンギヤ側の軸受は、単列のアンギュラ玉軸受２５に限らず、反ピニオンギヤ側の玉列のピッチ円直径が、ピニオンギヤ側の玉列のピッチ円直径より大きく設定されてなるタンデム型の複列アンギュラ玉軸受であってもよい。かかる場合には、前記のように各列でラジアルすきまを管理した複列アンギュラ玉軸受を採用することができる。また、反ピニオンギヤ側の軸受は、円すいころ軸受であってもよい。

Claims (4)

1. 内外輪の軌道間に、軸方向複列の玉列を、互いに異なるピッチ円直径でかつ互いに異なる接触角で介装し、
   接触角が小さい側の玉列におけるラジアルすきまが、接触角が大きい側の玉列におけるラジアルすきまよりも大きい、
   斜接型複列玉軸受。
2. 前記接触角が小さい側の玉列のピッチ円直径は、前記接触角が大きい側の玉列のピッチ円直径よりも大きい、
   請求項１の斜接型複列玉軸受。
3. 両玉列の接触角は、互いに同じ向きを向いている、
   請求項１の斜接型複列玉軸受。
4. ピニオン軸の両端を軸受で支持してなり、
   前記両軸受のうちの少なくとも一方を、請求項１ないし３のいずれかの斜接型複列玉軸受で構成する、
   ピニオン軸支持用軸受装置。

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