JP2004169889A - ピニオン軸支持用軸受装置およびピニオン軸支持装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピニオン軸5の支持に複列外向きアンギュラ玉軸受6を用いるとともに、その軸方向両端に装着されるシール20,30でもって軸受6の内部空間を密封し、この密封された軸受内部空間にグリースを封入している。この場合、ピニオン軸5の使用対象装置に用いるオイルを軸受6の内部に導入させないので、前記オイルを軸受6の内部に導入させていた従来例で発生している不具合が一掃される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピニオン軸支持用軸受装置およびピニオン軸支持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自動車に備えるトランスファやデファレンシャルなどに組み込まれるピニオン軸を回転自在に支持するためのピニオン軸支持用軸受装置として、単列円すいころ軸受を二つ用いたもの(特許文献1参照)や、単列円すいころ軸受と単列アンギュラ玉軸受を一体化したもの(特許文献2参照)がある。
【0003】
上記いずれのピニオン軸支持用軸受装置についても、ピニオンギヤ側はシールが装着されていない開放状態になっていて、トランスファやデファレンシャルの内部に収容されるオイルを利用して潤滑を行うようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−220468号公報
【特許文献2】
特開昭53−74653号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、上記トランスファやデファレンシャルにおいて、ピニオン軸の低トルク化が要求されている。
【0006】
しかしながら、上記いずれのピニオン軸支持用軸受装置でも円すいころ軸受を用いる関係より、トルク低下に限界がある。その他、上記トランスファに用いるピニオン軸支持用軸受装置の場合、ピニオン軸の中心軸線をトランスファのケースの中心位置よりも上に配置する関係より、ケース内のオイルがピニオン軸支持用軸受装置内へ届きにくいことが指摘される。そのため、軸受内部に対してオイルを効率よく導入させるようにトランスファのケース形状を工夫しなければならず、ケースの大型化を余儀なくされている。一方、上記デファレンシャルに用いるピニオン軸支持用軸受装置の場合、ピニオン軸の中心軸線をトランスファのケースの中心位置よりも下に配置する関係より、オイルが過剰に導入されるために、オイルの攪拌抵抗が大となるとともにオイル中の異物が円すいころと軌道面との間に噛み込むなど、トルク低下を図る上で不利であることが指摘される。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のピニオン軸支持用軸受装置は、一端にピニオンギヤを有するピニオン軸の胴部を支持する軸受装置であって、複列外向きアンギュラ玉軸受とされており、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されている。
【0008】
この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受が円すいころ軸受に比べて転がり抵抗が小さいので、トルク低下に有利となる。しかも、複列外向きアンギュラ玉軸受をシールで密封してグリースで潤滑させる形態にすることにより、前記軸受内部にピニオン軸の使用対象装置内のオイルを導入させないようにしているから、従来例で指摘したようなオイルに関連する不具合が一掃される。
【0009】
なお、上記複列外向きアンギュラ玉軸受は、軸方向に二列の軌道面を有するとともに軸方向両端にカウンタボアを有する単一の外輪と、この外輪の一方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第1内輪と、前記外輪の他方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第2内輪と、前記外輪の二列の軌道面と前記二つの内輪の各軌道面との間に介装される複数の玉とを含む構成とすることができる。前記玉の接触角は、30度以上45度以下に設定されているとともに、前記外輪の各軌道面の曲率半径は、玉の直径の51.0%以上52%以下に、また、前記各内輪の軌道面の曲率半径は、玉の直径の50.2%以上51.2%以下にそれぞれ設定される。
【0010】
この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受の接触角や軌道面の曲率半径を一般的な規格品と異なるように規定しており、それによって耐荷重性と耐久性とを高めることができる。
【0011】
また、上記各シールは、外周部分が前記外輪の二つのカウンタボアに対して取り付けられるもので、内周に前記二つの内輪の各肩部に対して接触されかつ軸受外側へ向けて開きうる形状とされるリップを有し、ピニオンギヤ側に配置されるシールは、そのリップがバネリングでもって内輪肩部に対して強制的に押圧されるものであり、反ピニオンギヤ側に配置されるシールには、軸受内外を連通させる通気部が設けられたものとすることができる。
【0012】
この場合、シールが、軸受外部から内部への異物侵入を防止するのに特に優れたタイプであるから、軸受内部に封入されるグリースの性状を安定にさせるうえで有利となる。また、軸受が高温状態から低温状態に冷却されると、軸受内部の圧力が外部圧力よりも低下することになるが、その場合、反ピニオンギヤ側のシールに設けた通気部による軸受内外の通気作用でもって軸受内外の圧力差を無くせるので、反ピニオンギヤ側のシールのリップが内輪肩部に対して強く押し付けられる現象(いわゆる、吸い付き現象)の発生を防止できるようになる。
【0013】
本発明のピニオン軸支持装置は、一端にピニオンギヤを有し他端にねじ軸部を有するピニオン軸と、ピニオン軸の胴部に外装される複列外向きアンギュラ玉軸受と、前記ピニオン軸のねじ軸部に螺合装着されて前記複列外向きアンギュラ玉軸受を前記ピニオン軸に対して一体化するナットとを有し、前記複列外向きアンギュラ玉軸受は、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されている。
【0014】
この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受が上述したピニオン軸支持用軸受装置に相当するものであるから、上記同様の作用、効果が得られる。しかも、ピニオン軸と、ピニオン軸支持用軸受装置としての複列外向きアンギュラ玉軸受とをユニット化しているので、使用対象に対して組み込むときの手間が軽減され、組立性が向上する。
【0015】
【発明の実施形態】
本発明の一実施形態を、図1から図3に示して説明する。図例のピニオン軸支持装置1は、トランスファやデファレンシャルのケース2に対して組み込まれるもので、ピニオン軸5と、複列外向きアンギュラ玉軸受6と、カップリングスリーブ7と、ナット8とを備えている。なお、複列外向きアンギュラ玉軸受6は、ピニオン軸支持用軸受装置に相当する。
【0016】
ピニオン軸5は、その胴部5aの軸方向一端にピニオンギヤ5bが、また、軸方向他端にねじ軸部5cがそれぞれ設けられている。このピニオン軸5の胴部5aに対して複列外向きアンギュラ玉軸受6が外装されているとともにカップリングスリーブ7がスプライン嵌合されていて、ピニオン軸5のねじ軸部5cに対してナット8を螺合装着することにより、複列外向きアンギュラ玉軸受6に対して予圧を付与した状態で、ピニオン軸5に複列外向きアンギュラ玉軸受6を一体化し、ピニオン軸支持装置1が構成されている。なお、カップリングスリーブ7は、例えば自動車のプロペラシャフト(図示省略)に対して連結されるものであり、一般的に、トランスファの場合には、ピニオン軸5の回転動力を前記プロペラシャフトへ出力する出力フランジと呼ばれる一方、デファレンシャルの場合には、前記プロペラシャフトの回転動力をピニオン軸5に入力するコンパニオンフランジと呼ばれる。
【0017】
このピニオン軸支持装置1は、ピニオンギヤ5bをケース2の内部に配置させる状態で、ピニオン軸5の胴部5aを複列外向きアンギュラ玉軸受6を介してケース2の貫通孔2aに対して回転自在に支持させており、ピニオン軸5に作用するアキシアル荷重ならびにラジアル荷重を複列外向きアンギュラ玉軸受6が受けるようになっている。
【0018】
次に、上記複列外向きアンギュラ玉軸受6を詳細に説明する。この複列外向きアンギュラ玉軸受6は、単一の外輪10と、二つの内輪11,12と、複数の玉13と、二つの保持器リング14,15とを備えている。
【0019】
外輪10は、軸方向二列の軌道面10a,10bを有するとともに軸方向両端にカウンタボア10c,10dを有しており、さらに外径部分に径方向外向きに延びるフランジ10eが設けられている。この外輪10は、ケース2の貫通孔2aに対して嵌合された状態とされて、そのフランジ10eがケース2に対してボルト9で止められる。外輪10とケース2の貫通孔2aとの嵌め合い面には、Oリング3が介装されている。第1内輪11は、外輪10の一方の軌道面10aに対して対となる単一の軌道面11aを有するとともに軸方向内端にカウンタボア11bを有している。第2内輪12は、外輪10の他方の軌道面10bに対して対となる単一の軌道面12aを有するとともに軸方向内端にカウンタボア12bを有している。これら二つの内輪11,12は、ピニオン軸5の胴部5aに対して外嵌される。玉13は、外輪10の二列の軌道面10a,10bと二つの内輪11,12の各軌道面11a,12aとの間に介装されている。保持器リング14,15は、冠型と呼ばれるもので、前記二列で配設される複数の玉13それぞれを円周ほぼ等間隔に配置するものである。
【0020】
そして、上記複列外向きアンギュラ玉軸受6について、トランスファやデファレンシャルでの使用条件を考慮して、一般的な規格品と異なるように設計しているので、以下で詳細に説明する。
【0021】
そもそも、一般的な規格品の複列外向きアンギュラ玉軸受の場合、玉13の呼び接触角αが20度以上25度以下に設定されており、上記外輪10の各軌道面10a,10bの曲率半径R1,R2が玉13の直径rの52.5%以上53%以下に、また、各内輪11,12の軌道面11a,12aの曲率半径R3,R4が玉13の直径rの51.5%以上52.5%以下に設定されている。
【0022】
これに対し、この実施形態では、上記玉13の呼び接触角αを、30度以上、好ましくは35度以上45度以下の範囲内に、また、外輪10の各軌道面10a,10bの曲率半径R1,R2を玉13の直径rの51.0%以上52%以下、好ましくは51.2%以上51.8%以下に、さらに、各内輪11,12の軌道面11a,12aの曲率半径R3,R4を玉13の直径rの50.2%以上51.2%以下、好ましくは50.5%以上51%以下にそれぞれ設定している。
【0023】
このように、上記呼び接触角αを上記一般的な値よりも大きく設定すれば、アキシアル方向の負荷能力を増大させることができ、また、上記曲率半径R1〜R4を上記一般的な値よりも小さく設定すれば、外輪10や二つの内輪11,12に対して玉13による圧痕をつきにくくさせることができるなど、複列外向きアンギュラ玉軸受6としての耐荷重性と耐久性を高めることができる。
【0024】
また、二つの内輪11,12について、一般的な規格品よりも最大厚みを大きくしたうえで、軌道面11a,12aの底中心の外径寸法と、肩部外径寸法とを可及的に大きく設定(外輪10のそれよりも相対的に厚く形成)するとともに、カウンタボア11b,12bの外径寸法を可及的に小さく設定している。このようにすれば、玉13のピッチ円直径(PCD)を可及的に大きくできるので、玉13の使用数を多くできて負荷容量をアップできる。しかも、軌道面11a,12aからのカウンタボア11b,12bまでの段差(または段落ち量)が大きくなるので、外輪10と二つの内輪11,12との間の対向環状空間を大きくできて、グリース封入量を増加できるようになる。
【0025】
しかも、上記複列外向きアンギュラ玉軸受6は、ケース2内に収容されるオイルで潤滑させるようにせずに、グリースでもって潤滑させる形態になっているので、以下で説明する。
【0026】
つまり、外輪10の軸方向両端に、接触形のシール20,30を装着することによって、外輪10と二つの内輪11,12との間の対向環状空間(軸受内部空間)を密封し、この環状空間に所定量のグリース(図示省略)を封入している。
【0027】
さらに、テール側のシール30のさらに外側には、断面コ字形のスリンガー40が設けられている。このスリンガー40は、その内周部分がカップリングスリーブ7の外周面に対して圧入により固定されていて、外周部分が外輪10の外端部内周面に対して微小隙間を介して対向されることでラビリンスシール(非接触密封部)を形成している。
【0028】
なお、ヘッド側(ピニオンギヤ5b側)に配置されるシール20は、一般的に、オイルシールと呼ばれるタイプとされており、また、テール側(反ピニオンギヤ5b側)に配置されるシール30は、軸受シールと呼ばれるタイプとされている。
【0029】
詳しくは、上記二つのシール20,30は、環状芯金21,31にゴムなどの弾性体22,32を加硫接着した構成である。前記環状芯金21,31は、円筒部21a,31aの軸方向一端に径方向内向きに延びる環状板部21b,31bを設けた形状である。また、前記弾性体22,32は、前記環状芯金21,31の円筒部21a,31a外周から環状板部21b,31bの一側にかけて覆う***部(符号省略)と、環状板部21b,31bの内周に突出されるリップ23,33とを有している。なお、リップ23,33は、主として軸受外部からの異物侵入を阻止するように、軸受外側へ向けて開きうる形状になっている。
【0030】
上記シール20,30は、いずれも、環状芯金21,31の円筒部21a,31aが弾性体22,32の***部を介して外輪10の二つのカウンタボア10c,10dに対して各々圧入嵌合されることにより固定されている。このようにシール20,30を固定した状態で、そのリップ23,33が、内周に二つの内輪11,12の各肩部に対して所定の緊縛力を持つ状態で接触される。
【0031】
また、上記ヘッド側シール20は、リップ23をバネリング24によって第1内輪11に対して強制的に押圧させることによって密封性を可及的に高めるようになっていて、ケース2内のオイルが軸受内部に侵入することを強力に防止することができる。
【0032】
一方、上記テール側シール30は、バネリングなどを用いておらず、単にリップ33の内径を内輪12の肩部外径よりも所定量小さく設定することにより、この寸法差によってリップ33を弾性的に拡径した状態で内輪12に対して接触させるようになっている。
【0033】
さらに、テール側シール30において外径部分の円周一ヶ所には、軸受内外を連通させる通気部として軸方向に沿う通気溝34が設けられている。この通気溝34は、環状芯金31の円筒部31aに対して設けられるもので、この円筒部31aに被着される弾性体32の***部は円筒部31aの外径形状に倣うように被着されている。この場合、複列外向きアンギュラ玉軸受6が高温状態から低温状態に冷却されると、軸受内部の圧力が外部圧力よりも低下することになるが、その場合、テール側シール30に設けた通気溝34による軸受内外の通気作用でもって軸受内外の圧力差を無くせるので、テール側シール30のリップ33が内輪12の肩部に対して強く押し付けられる現象(いわゆる、吸い付き現象)の発生を防止できるようになる。
【0034】
ところで、上記シール20,30の弾性体22,32については、アクリルゴム、耐熱アクリルゴムなどが好適に用いられる。前記耐熱アクリルゴムは、エチレンおよびアクリル酸エステルが共重合体組成の主成分として結合されてなるエチレン−アクリルゴムである。
【0035】
また、複列外向きアンギュラ玉軸受6の内部に封入されるグリースについては、耐熱性を考慮し、ジウレア系グリースまたはギヤオイルとの相性がよいエステル系グリースが好ましい。このグリースとしては、具体的に、例えば日本グリース株式会社製の商品名KNG170や、協同油脂株式会社製の商品名マルテンプSRLと呼ばれるものが好適に用いられる。上記KNG170は、基油をポリαオレフィン鉱油、増ちょう剤をジウレアとしたもので、使用温度範囲は−30℃〜150℃である。上記マルテンプSRLは、基油をエステル、増ちょう剤をリチウム石けんとしたもので、使用温度範囲は−40℃〜130℃である。
【0036】
以上説明したように、ピニオン軸5の支持に複列外向きアンギュラ玉軸受6を用いているから、円すいころ軸受を用いる場合に比べて転がり抵抗が小さいので、トルク低下を図るうえで有利となる。しかも、複列外向きアンギュラ玉軸受6について、呼び接触角αや、外輪10の軌道面10a,10bの曲率半径R1,R2と各内輪11,12の軌道面11a,12aの曲率半径R3,R4を一般的な規格品と異ならせてトランスファやデファレンシャルでの使用条件をクリアするように規定して、十分な耐荷重性、耐久性を確保している。さらに、複列外向きアンギュラ玉軸受6をシール20,30で密封してグリースで潤滑させる形態にすることにより、内部にピニオン軸5の使用対象となるケース2内のオイルを導入させないようにしているから、従来例で指摘したようなオイルに関連する不具合が一掃される。つまり、グリース潤滑としたことで、オイル攪拌抵抗によるトルクの増加を抑えることができ、また、ケース2内にオイル導入路やオイル還流路を形成する必要がないなど、トランスファやデファレンシャルの小型軽量化が図れる他、オイル潤滑の場合のようにオイル中の異物の影響を受けないため、複列外向きアンギュラ玉軸受6の寿命向上、メンテナンスフリー化に貢献できる。
【0037】
これらのことから、この実施形態のピニオン軸支持装置1では、従来例に比べてピニオン軸5のトルクを低下することができて、トランスファやデファレンシャルの効率向上に貢献できる。
【0038】
この他、上記実施形態のように、ピニオン軸5と、複列外向きアンギュラ玉軸受6とをユニット化して、ピニオン軸支持装置1を構成しているので、使用対象となるトランスファやデファレンシャルのケース2に対して組み込むときの手間が軽減され、組立性が向上する。
【0039】
以下に、本発明の他の実施形態を示す。
【0040】
(1)上記ヘッド側のシール20については、図4に示すように、環状芯金21の円筒部21a内周面に弾性体22の***部を設けて、環状芯金21の円筒部21aを外輪10のカウンタボア10cに対して直接圧入により嵌合している。なお、外輪10のカウンタボア10cは研磨することにより平滑に仕上げており、これによって、環状芯金21との嵌め合い面の密封性を高めるようにしている。この場合、ヘッド側のシール20の組み込み位置精度が向上し、玉13との干渉を確実に避けることができる。
【0041】
(2)上記テール側のシール30としては、図5に示すように、スリンガー50を組み合わせて、いわゆるパックシールと呼ばれる構成とすることができる。シール30のリップ33が、スリンガー50の円筒部51の外周面に対して所定の緊縛力をもって接触されており、また、シール30の環状板部31bを覆う***部がスリンガー50の環状板部52との間で微小隙間を介して対向されている。この場合、外部から水がかかったときでも、軸受内部に対する水の侵入を防止する効果が増す他、スリンガー50の存在によってシール30に対して水が直接触れることを防止できるなど、シール30の保護が可能となる。
【0042】
(3)上記実施形態では、ピニオン軸5と複列外向きアンギュラ玉軸受6とを一体化するために、ピニオン軸5のねじ軸部5cに対してナット8を螺合装着する構造にしているが、次のようにしてもよい。つまり、ピニオン軸5にねじ軸部5cを設けずに、このピニオン軸5の反ピニオンギヤ5b側を円筒形状として、この円筒形状部分を径方向外向きに押し広げる形態でローリングかしめすることにより、このかしめ部分でピニオン軸5と複列外向きアンギュラ玉軸受6とを一体化する構造とすることができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明のピニオン軸支持用軸受装置では、小型軽量にしたうえで、従来例に比べてピニオン軸の低トルク化を達成することができる。
【0044】
本発明のピニオン軸支持装置では、小型軽量にしたうえで、従来例に比べてピニオン軸の低トルク化を達成するとともに、使用対象への組立簡易化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るピニオン軸支持装置を示す断面図
【図2】図1中の複列外向きアンギュラ玉軸受の上半分を拡大して示す図
【図3】図1中のテール側シールを示す斜視図
【図4】図1中のヘッド側シールの応用例を示す斜視図
【図5】図1中のテール側シールの応用例を示す斜視図
【符号の説明】
1 ピニオン軸支持装置
5 ピニオン軸
5a ピニオン軸の胴部
5b ピニオンギヤ
5c ピニオンギヤのねじ軸部
6 複列外向きアンギュラ玉軸受
10 外輪
11,12 内輪
20 ヘッド側シール
30 テール側シール
Claims (4)
- 一端にピニオンギヤを有するピニオン軸の胴部を支持する軸受装置であって、
複列外向きアンギュラ玉軸受とされており、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されている、ピニオン軸支持用軸受装置。 - 前記複列外向きアンギュラ玉軸受は、軸方向に二列の軌道面を有するとともに軸方向両端にカウンタボアを有する単一の外輪と、この外輪の一方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第1内輪と、前記外輪の他方の軌道面に対して対となる単一の軌道面を有するとともに軸方向内端にカウンタボアを有する第2内輪と、前記外輪の二列の軌道面と前記二つの内輪の各軌道面との間に介装される複数の玉とを含む構成であり、
前記玉の接触角は、30度以上45度以下に設定されているとともに、前記外輪の各軌道面の曲率半径は、玉の直径の51.0%以上52%以下に、また、前記各内輪の軌道面の曲率半径は、玉の直径の50.2%以上51.2%以下にそれぞれ設定されている、請求項1のピニオン軸支持用軸受装置。 - 前記各シールは、外周部分が前記外輪の二つのカウンタボアに対して取り付けられるもので、内周に前記二つの内輪の各肩部に対して接触されかつ軸受外側へ向けて開きうる形状とされるリップを有し、ピニオンギヤ側に配置されるシールは、そのリップがバネリングでもって内輪肩部に対して強制的に押圧されるものであり、反ピニオンギヤ側に配置されるシールには、軸受内外を連通させる通気部が設けられている、請求項1または2のピニオン軸支持用軸受装置。
- 一端にピニオンギヤを有し他端にねじ軸部を有するピニオン軸と、ピニオン軸の胴部に外装される複列外向きアンギュラ玉軸受と、前記ピニオン軸のねじ軸部に螺合装着されて前記複列外向きアンギュラ玉軸受を前記ピニオン軸に対して一体化するナットとを有し、
前記複列外向きアンギュラ玉軸受は、その軸方向両端に装着されるシールで密封された軸受内部空間にグリースが封入されている、ピニオン軸支持装置。
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