JP4535018B2 - ピニオン軸支持用転がり軸受装置 - Google Patents

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むピニオン軸をピニオンギヤ側と反ピニオンギヤ側との軸方向２箇所で転がり軸受により回転自在に支持するピニオン軸支持用転がり軸受装置（以下、軸受装置）に関する。

従来から、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、ピニオン軸の軸方向一端側であるピニオンギヤ側と、ピニオン軸の軸方向他端側である反ピニオンギヤ側と、のそれぞれに転がり軸受として円すいころ軸受を配置し、両円すいころ軸受により、ピニオン軸をケース内周面に回転自在に支持する軸受装置が提案されている（特許文献１、２参照）。

上記軸受装置においては、ピニオンギヤ側の円すいころ軸受にラジアル荷重ならびにスラスト荷重が同時に負荷され、かつスラスト荷重比が高いため、接触角の大きい円すいころ軸受を使用している。そのため、その円すいころ軸受に大きな摩擦抵抗が作用し回転トルクが大きくなっている。

そこで、ピニオンギヤ側の転がり軸受を、円すいころ軸受に代えて、軸方向２列にピッチ円の直径が大小に異なる転動体列を配置した複列転がり軸受を用いた軸受装置が提案されている（特許文献３）。

図７を参照してこの複列転がり軸受によりピニオン軸のピニオンギヤ側をケース内周面に支持するディファレンシャル装置を説明する。

ディファレンシャル装置１は、ケース２を有する。このケース２は、フロントケース３とリヤケース４とからなり、両者３，４は、ボルト・ナット２ａにより取付けられている。

フロントケース３の内方に、軸受装着用の環状壁２７Ａ，２７Ｂが形成されている。ケース２は、左右の車輪を差動連動する差動機構５、およびピニオンギヤ６を有するピニオン軸７を内装している。

ピニオンギヤ６は、差動機構５のリングギヤ８に噛合している。

ピニオン軸７の軸部９は、ピニオンギヤ６側に向けて段差付きに形成されている。ピニオン軸７の軸部９は、そのピニオンギヤ側を、複列転がり軸受１０を介してフロントケース３に形成された環状壁２７Ａに回転自在に支持されている。

ピニオン軸７の軸部９は、その反ピニオンギヤ側を、転がり軸受２５を介してフロントケース３の環状壁２７Ｂに回転自在に支持されている。

フロントケース３の外壁と環状壁２７Ａとの間に、油循環路４０が形成されており、この油循環路４０の油入口４１は、油循環路４０のリングギヤ８側に開口され、油循環路４０の油出口４２は、環状壁２７Ａ，２７Ｂ間に開口されている。

遮蔽板３７はフロントケース３の小径開口からピニオン軸７の軸部９に外嵌している。

コンパニオンフランジ４３の胴部４４は軸部９にスプライン嵌合してその端面が遮蔽板３７に当接している。コンパニオンフランジ４３の胴部４４に油シール４６を装着している。

シール保護カップ４７はフロントケース３の小径開口部に取付けている。

軸部９のねじ部４８にナット４９を螺着して、複列転がり軸受１０の転動体列１７，１８、および転がり軸受２５の転動体列３０に所定の予圧を付与している。

以上により、ねじ部４８にナット４９を螺着することで、複列転がり軸受１０の内輪１３および転がり軸受２５の内輪１４をピニオンギヤ６の端面とコンパニオンフランジ４３の端面とで軸心方向に挟み込み、遮蔽板３７および塑性スペーサ２３を介して、複列転がり軸受１０の転動体列１７，１８および転がり軸受２５の転動体列３０に対して所定の予圧を付与している。

図８を参照して従来の複列転がり軸受１０を説明すると、この複列転がり軸受１０は、複列アンギュラ玉軸受である。この複列アンギュラ玉軸受は、軸方向２列にピッチ円の直径が大小に異なる転動体列を内・外輪間に配置し各転動体列それぞれの接触角を同一方向とした軸受である。この複列転がり軸受１０は、大径と小径の軌道１１ａ，１１ｂを軸方向複列に備えた外輪１１と、上記大径と小径の軌道１１ａ，１１ｂにそれぞれ径方向で対向する大径と小径の軌道１３ａ，１３ｂを軸方向複列に備えた内輪１３と、大径同士の軌道１１ａ，１３ａ間と小径同士の軌道間１１ｂ，１３ｂそれぞれに配置される大径側と小径側の玉列１７，１８と、大径側と小径側の玉列１７，１８をそれぞれ保持する大径側と小径側の保持器１９，２０とを備える。

複列転がり軸受１０は、その大径側と小径側の玉列１７，１８それぞれの軌道１１ａ，１３ａ；１１ｂ，１３ｂに対する接触角度の傾きを同じ向きにした軸受である。

ピニオンギヤ側の軸受を複列転がり軸受１０とし、反ピニオンギヤ側を転がり軸受２５としたのは、ピニオンギヤ側が反ピニオンギヤ側と比較してアキシアル荷重やラジアル荷重の負荷容量が大きいからである。

上記構成を備えた複列転がり軸受１０における課題を以下に説明する。

複列転がり軸受１０は、複列アンギュラ玉軸受構成であり、玉列１７，１８のピッチ円の直径が、一方の列と他方の列とで互いに異なっている。

ピニオン軸が軸周りに回転すると、内輪１３の回転や玉列１７，１８を構成する玉の転動によりポンプ作用が働いて、油循環路４０の油出口４２から環状壁２７Ａ，２７Ｂ間の開口を介して油が複列転がり軸受１０の図中の右端側から軸受内部に吸い上げられ、その吸い上げられた油が、図の矢印で示すように、軸受内を通過する。

このようなポンプ作用により図の矢印方向へ潤滑に必要な油量を超えて余分に通過する油量が多くなり、その余分に通過する油により、当該複列転がり軸受１０内部での油の攪拌抵抗がより大きくなり、トルク損失が増大する要因となる。
特開平９−１０５４５０号公報 特開平１０−２２０４６８号公報 特開２００４−１９０７２８号公報

本発明により解決すべき課題は、軸受内部の通過油を無くし、その通過油の攪拌作用で発生していたトルク損失を低減する一方で、軸受内部への通過油を無くしたことによる当該軸受内部に潤滑不足が起こらないようにして軸受装置の回転性能の向上を図ることである。

本発明による軸受装置は、内部に油を貯留したケースにピニオン軸のピニオンギヤ側を支持する複列転がり軸受を複列アンギュラ玉軸受で構成した軸受装置において、上記複列アンギュラ玉軸受の内・外輪間でピニオンギヤに近い側にピッチ円の直径が大きい第１の玉列を、ピニオンギヤから遠い側にピッチ円の直径が小さい第２の玉列を配置し、軸受内部空間を、第１の玉列を含みピニオンギヤ側に開放した第１の軸受内部空間と、第２の玉列を含み軸受シールからなる隔壁で密封し潤滑用のグリースを封入した第２の軸受内部空間とに分けたことを特徴としている。

本発明においては、ピニオン軸が軸周りに回転しても、第２の軸受内部空間が密封されているので、内・外輪の相対回転や玉列の転動等によるポンプ作用が働かず、第１、第２の軸受内部空間へ油が流入することがなく、第１、第２の玉列における油の攪拌抵抗が最小に抑制され、トルク損失を確実に低減することができる。

この場合、本発明では、第１の玉列を含む第１の軸受内部空間はケース内部に開放しているので、第１の軸受内部空間の内・外輪軌道や第１の玉列を含む軸受部品には、ケース内部における油の攪拌に伴い当該油で潤滑することができると同時に、第２の軸受内部空間ではグリースが封入されているので、第２の軸受内部空間の内・外輪軌道や第２の玉列を含む軸受部品には、そのグリースで潤滑することができる。

この場合、グリースは第２の軸受内部空間ではその第２の軸受内部空間内の軸受部品と一体的に同期回転しているので、グリースが攪拌されることは実質なく、グリース攪拌によるトルク損失は小さく無視することができる程度である。

本発明においては、ピニオンギヤの回転により跳ね上げられた油が上記第１の玉列に付着するよう当該第１の玉列の一部を外輪のピニオンギヤ側端面外に露出させることが好ましい。

この場合、好ましくは第１の玉列を構成する玉が外輪のピニオンギヤ側端面外に半分以上の露出面積で露出している。この露出においては、ピニオンギヤの回転により跳ね上げられた油が上記第１の玉列に効果的に付着することができる。

本発明の軸受装置によれば、軸受内部においての油のポンプ作用を無くしたので、ピニオン軸が軸周りに回転しても、軸受内部に油が流入するようなことがなくなり、軸受内部における油の攪拌抵抗を最小に抑制してトルク損失を確実かつ十分に低減することができる。

本発明は同時に軸受内部への通過油を無くしたことにより、トルク損失を確実かつ十分に低減できる一方で、そのことにより当該軸受内部に潤滑不足が起こらないように、軸受内部を潤滑して軸受装置の回転性能の向上を図ることができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る軸受装置（以下、軸受装置という）を説明する。この軸受装置の全体の構成は、図７とほぼ同様であるから、その全体の図示とその同様の構成についての詳細は重複説明を避けるため略する。

（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１の軸受装置を説明する。図１はその軸受装置の要部のみを示し、従来例と同様の部分は同一の符号を付している。

実施の形態１においては、ピニオンギヤ側の複列転がり軸受１０が複列アンギュラ玉軸受で構成される。

この構成の説明を再度行うと、外輪１１は大径と小径の軌道１１ａ，１１ｂを軸方向２列に備える。内輪１３は、大径と小径の軌道１３ａ，１３ｂを軸方向２列に備える。第１、第２玉列１７，１８はこれら軌道間に配置する。保持器１９，２０によりこれら玉列１７，１８を保持する。

以上の構成を備えた複列転がり軸受１０において、第１の玉列１７は、内・外輪１１，１３間にピニオンギヤ６に近い側に大径のピッチ円直径で配置される。第２の玉列１８は、内・外輪１１，１３間にピニオンギヤ６から遠い側に小径のピッチ円直径で配置される。

この内・外輪１１，１３の対向間で構成する軸受内部空間は、第１の玉列１７を含む第１の軸受内部空間３０と、第２の玉列１８を含む第２の軸受内部空間３１とに分ける。

第１の軸受内部空間３０はケース内部３２に開放している。

第２の軸受内部空間３１は、その軸方向両側に設けた、軸受シール３３，３４からなる隔壁で密封している。第２の軸受内部空間３１内に図示略の潤滑用のグリースを封入している。

グリースの封入量やその種類には限定されない。

以上の構成において、複列転がり軸受１０の内輪１３がピニオン軸７と共に一体回転して内・外輪１１，１３が相対回転するとともに第１、第２の玉列１７，１８も回転する。

軸受シール３３，３４を図中のＣ１，Ｃ２で拡大して示す。この軸受シール３３，３４は、実施の形態では接触型シールである。

軸受シール３３，３４は、円環状に形成した補強用金属環３３ａ，３４ａと、この金属環３３ａ，３４ａの一部表面を覆う状態でこの金属環３３ａ，３４ａに結合した、ゴムや合成樹脂等の弾性を有する円環状の弾性材３３ｂ，３４ｂとにより構成している。

軸受シール３３，３４の弾性材３３ｂ，３４ｂの外径側端部（シールヘッド部）３３ｃ，３４ｃは外輪１１の軸方向両端部内周面に全周に亘り形成したシール取付溝１１ｄ，１１ｅに弾性変形して係止し、弾性材３３ｂ，３４ｂの内径側は、内径方向に断面アーム状に延びて内径端に主リップ部３３ｄ，３４ｄおよび補助リップ部３３ｅ，３４ｅが形成されている。

主リップ部３３ｄ，３４ｄは、内輪１３の外周面１３ｃ上を摺動することができるようになっている。この主リップ部３３ｄ，３４ｄは、トルク低減のため内輪１３の外周面に軽接触状態で摺動することが好ましい。軸受シール３３，３４は、非接触シールとしてトルク低減をより効果的にしてもよい。

この場合、第２の軸受内部空間３１に関しては、軸受シール３３，３４により密封されているので、内・外輪１１，１３の相対回転や第２の玉列１８の転動等によるポンプ作用が働かず、第１、第２の軸受内部空間３０，３１へ小径側から油が流入することがない。

そのため、第２の軸受内部空間３１内部では油が無くグリースのみであるから、油の攪拌抵抗は全く無く、また、グリースは第２の軸受内部空間３１内部の軸受構成要素（内・外輪１１，１３の小径側の軌道１１ｂ，１３ｂ、第２の玉列１８）と共にほぼ同期回転移動するので、第２の軸受内部空間３１内部の軸受構成要素によりグリースは攪拌を受けないか、受けても僅かで済み、その結果、第２の軸受内部空間３１内では攪拌抵抗は実質無視できる程度となる。

一方、第１の軸受内部空間３０に関しては、第２の軸受内部空間３１側から油が流入することがないが、第１の軸受内部空間３０はケース内部３２に開放しており、また、ピニオンギヤ６に近いために、ピニオンギヤ６で跳ね上げられる油が矢印Ｙで示すように、第１の軸受内部空間３０内部の軸受構成要素（内・外輪１１，１３の大径側の軌道１１ａ，１３ａ、第１の玉列１７）に付着することができる。その結果、第１の軸受内部空間３０内部の軸受構成要素を潤滑することができる。

以上の結果、この実施の形態１では、油の攪拌抵抗を最小に抑制し、トルク損失を確実に十分に低減することができる。

（実施の形態２）
図２を参照して実施の形態２の軸受装置を説明する。

この実施の形態２においては、ピニオンギヤ６の回転により跳ね上げられた油が第１の玉列１７に付着するよう、第１の玉列１７のピニオンギヤ６側を外輪１１のピニオンギヤ側端面１１ｃ外に露出させている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、第２の軸受内部空間３１が軸受シール３３，３４で密封されているので、第１の玉列１７には複列転がり軸受１０の小径側から油が供給されなくなっている。

この場合、実施の形態１で説明したように、第１の軸受内部空間３０はケース内部３２に開放しており、また、ピニオンギヤ６に近いために、ピニオンギヤ６で跳ね上げられる油が矢印Ｙで示すように、第１の軸受内部空間３０内部の軸受構成要素（内・外輪１１，１３の大径側の軌道１１ａ，１３ａ、第１の玉列１７）に付着することができるようになっている。

しかしながら、実施の形態１では、ピニオンギヤ６によるケース内部３２の油の攪拌力が少ないなどにより、矢印Ｙで跳ね上げられた油が、必ずしも第１の玉列１７に付着しない場合がある。実施の形態２では、第１の玉列１７を外輪１１のピニオンギヤ側端面１１ｃ外に露出させて、確実にピニオンギヤ６で跳ね上げられる油が矢印Ｙで示すように、第１の軸受内部空間３０内部の軸受構成要素に付着することができるようにしたものである。

特に、図２に示す通り、外輪１１の第１の玉列１７側の一端を短くすることによって、第１の玉列１７が径方向外側に露出するようにすると効果的である。

（実施の形態３）
図３ないし図５を参照して実施の形態２の軸受装置の組立方法を説明する。 図３は外輪に内輪組品を組み込む前を示す断面図、図４は外輪に内輪組品を組み込む途中を示す断面図、図５は外輪に内輪組品を組み込む後を示す断面図である。

この実施の形態３においては、内輪１３と第１の玉列１７と第１の保持器１９とにより内輪組品４０を構成し、また、外輪１１と第２の玉列１８と第２の保持器２０と、第１、第２の軸受シール３３，３４とにより外輪組品４１を構成している。

この複列転がり軸受１０は実施の形態２の複列転がり軸受である。図３で示すように、環状壁２７Ａの内周面に、外輪組品４１が固定され、ピニオン軸７に内輪組品４０が外嵌されている。これら外輪組品４１とピニオン軸７と内輪組品４０それぞれの軸心は共通軸心４２に一致している。

図３の配置状態からピニオン軸７に内輪組品４０を外嵌した状態で、図４で示すようにこのピニオン軸７の軸心を共通軸心４２に合わせて外輪１１の大径側開口１１ｄに挿入していく。

この挿入においては、軸受シール３３，３４のシールヘッド部３３ａ，３４ａは外輪１１に固定されているので、軸受シール３３，３４のリップ部３３ｂ，３４ｂは円滑に内輪組品４０の内輪１３上に組み込まれる。さらに、ピニオン軸７を外輪１１の大径側開口１１ｄに挿入していくと、図５で示すように複列転がり軸受１０の組み付けが完了する。

（参考の形態）
図６を参照して参考の形態の軸受装置を説明する。この参考の形態の軸受装置においては、複列転がり軸受１０をピニオンギヤ６に近い第１列目の転動体列を玉列１７とし、遠い第２列目の転動体列を円筒ころ列１８１とした複列転がり軸受構成にしたものである。

第１列目の転動体列を構成する複数の玉からなる玉列１７は、それの軌道を有する第１の内・外輪部分１１Ａ，１３Ａにより単列アンギュラ玉軸受１０１を構成する。

第２列目の転動体列を複数の円筒ころからなる円筒ころ列１８１は、それの軌道を有する第２の内・外輪部分１１Ｂ，１３Ｂとにより円筒ころ軸受１０２を構成する。円筒ころはその外周面にトルク低減のためフルクラウニングまたはパーシャルクラウニングが施されている。

参考の形態において単列アンギュラ玉軸受１０１は、ピニオンギヤ６に近い側の内・外輪部分１１Ａ，１３Ａを単列アンギュラ玉軸受構成としたことによりラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重とを負担するとともに、ピニオンギヤ６から遠い側の内・外輪部分１１Ｂ，１３Ｂを円筒ころ軸受１０２構成としたことによりラジアル荷重とラジアル剛性とを負担することができるようにしている。

また、ピニオンギヤ６から遠い側の内・外輪部分１１Ｂ，１３Ｂを円筒ころ軸受１０２構成とし、第１列目の単列アンギュラ玉軸受の玉列１７と、円筒ころ軸受１０２のころ列１８１とをほぼ同じピッチ円径とすることによって油のポンプ作用を無くしたことにより、複列転がり軸受１０の内部空間に対する油の流入と流出とを無くしており、これによって、複列転がり軸受１０の内部を通過する油の攪拌抵抗によるトルク損失を確実に低減することができる。

図１は本発明の実施の形態１に係る軸受装置の要部を示す断面図である。 図２は本発明の実施の形態２に係る軸受装置の要部を示す断面図である。 図３は本発明の実施の形態３にかかり、実施の形態２の軸受装置において外輪組品に内輪組品を組み込む前を示す断面図である。 図４は図３の状態から外輪組品に内輪組品を組み込みの途中を示す断面図である。 図５は図４の状態から外輪組品に内輪組品を組み込んだ後を示す断面図である。 図６は参考の形態に係る軸受装置の要部を示す断面図である。 図７は従来の軸受装置を組み込んだディファレンシャル装置の断面図である。 図８は図７の要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

６ ピニオンギヤ
７ ピニオン軸
１０ 複列転がり軸受
１１ 外輪
１３ 内輪
１７，１９ 玉列
１９，２０ 保持器
３０ 第１の軸受内部空間
３１ 第２の軸受内部空間
３３，３４ 軸受シール

Claims (2)

1. 内部に油を貯留したケースにピニオン軸のピニオンギヤ側を支持する転がり軸受を複列アンギュラ玉軸受で構成したピニオン軸支持用転がり軸受装置において、
   上記複列アンギュラ玉軸受の内・外輪間でピニオンギヤに近い側にピッチ円の直径が大きい第１の玉列を、ピニオンギヤから遠い側にピッチ円の直径が小さい第２の玉列を配置し、
   軸受内部空間を、第１の玉列を含みピニオンギヤ側に開放した第１の軸受内部空間と、第２の玉列を含み軸受シールからなる隔壁で密封し潤滑用のグリースを封入した第２の軸受内部空間とに分けた、ことを特徴とするピニオン軸支持用転がり軸受装置。
2. ピニオンギヤの回転により跳ね上げられた油が上記第１の玉列に付着するよう当該第１の玉列の一部を外輪のピニオンギヤ側端面外に露出した、ことを特徴とする請求項１に記載のピニオン軸支持用転がり軸受装置。

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