JP2006022824A

JP2006022824A - デファレンシャル用円すいころ軸受

Info

Publication number: JP2006022824A
Application number: JP2004198704A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsujimoto; 崇辻本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】保持器剛性を低下させることなく負荷容量をアップさせる。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、前記内輪２と外輪３との間に転動自在に配された複数の円すいころ４と、前記円すいころ４を円周所定間隔に保持する保持器５とを備えたデファレンシャル用円すいころ軸受１において、ころ係数γを０．９４より大きくする。ここに、γ：（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）。
【選択図】図１

Description

この発明は自動車のデファレンシャル用円すいころ軸受に関する。

図７は一般的な自動車のデファレンシャルを例示している。同図の上が車体前方、下が車体後方である。デファレンシャルケース４１の前部にドライブピニオン軸４２が収容され、一対の円すいころ軸受４４，４５で回転自在に支持される。ドライブピニオン軸４２の前端部にはプロペラシャフト（図示せず）が連結され、後端部にはリンクギヤ（減速大歯車）４６とかみ合うドライブピニオンギヤ（減速小歯車）４３が固定され又は一体に設けてある。

リンクギヤ４６は差動歯車ケース４７に連結され、差動歯車ケース４７は一対の円すいころ軸受４８，４９でデファレンシャルケース４１に対して回転自在に支持される。差動歯車ケース４７の内部に、一対のピニオンギヤ５０と、これとかみ合う一対のサイドギヤ５１とがそれぞれ配設される。ピニオンギヤ５０はピニオン軸５２に固定され、サイドギヤ５１はスラストワッシャを介して差動歯車ケース４７に装着してある。図示されていない左右のドライブシャフトが、それぞれに対応するサイドギヤ５１の内径部に連結（セレーション連結等）される。

プロペラシャフトの駆動トルクは、ドライブピニオンギヤ４３→リンクギヤ４６→差動歯車ケース４７→ピニオンギヤ５０→サイドギヤ５１→ドライブシャフトという経路で伝達される。一方、タイヤの駆動抵抗は、ドライブシャフト→サイドギヤ５１→ピニオンギヤ５０へと伝達される。

ところで、自動車のデファレンシャルは、近年、低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、（１）油温が高い、（２）油量が少ない、（３）予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、軸受の潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。

この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させないでころ本数を増やすためには保持器のポケット間隔を狭くしなければならないが、そのためには保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。

保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図８に記載の円すいころ軸受がある（特許文献１参照）。この円すいころ軸受６１は保持器６２の小径側環状部６２ａの外周面と大径側環状部６２ｂの外周面を外輪６３内径面と摺接させて保持器６２をガイドし、保持器６２の柱部６２ｃの外径面に引きずりトルクを抑制するため凹所６４を形成して、柱部６２ｃの外径面と外輪６３の軌道面６３ａの非接触状態を維持するようにしている。保持器６２は、小径側環状部６２ａと、大径側環状部６２ｂと、小径側環状部６２ａと大径側環状部６２ｂとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所６４が形成された複数の柱部６２ｃとを有する。そして柱部６２ｃ相互間に円すいころ６５を転動自在に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部６２ａには、内径側に一体に延びたつば部６２ｄが設けられている。図８の円すいころ軸受は、保持器６２の強度向上を図るもので、保持器６２の柱部６２ｃの周方向幅を大きくするために保持器６２を外輪６３の内径面に接するまで寄せた例である。
特開２００３−２８１６５号公報

特許文献１記載の円すいころ軸受６１では、保持器６２を外輪６３の内径面に接するまで外径に寄せて保持器６２の柱部６２ｃの周方向幅を大きくしている。また、保持器６２の柱部６２ｃに凹所６４があるので、板厚が必然的に薄くなって保持器６２の剛性が低下し、軸受６１の組立て時の応力によって保持器６２が変形したり、軸受６１の回転中に保持器６２が変形したりする等の可能性もある。

一方、特許文献１記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は、図９のように外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で、保持器７２の柱幅を確保し、適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために、次式で定義されるころ係数γ（ころの充填率）を、通常０．９４以下にして設計している。

ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径。

なお、図９で符号７３は円すいころ、７４は柱面、７５は内輪、θは窓角である。

本発明は、負荷容量のアップと軌道面の面圧過大による早期破損を防止するとともに、デファレンシャルの小型化、超寿命化に寄与することを目的とする。

本発明のデファレンシャル用円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数γが０．９４を越えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１のデファレンシャル用円すいころ軸受において、ポケットの窓角を５５°以上８０°以下にしたことを特徴とする。窓角とは一つのころの周面に当接する柱部の案内面のなす角度をいう。窓角を５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、８０°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。なお、通常の保持器では窓角は２５°〜５０°となっている。

請求項３の発明は、請求項１または２のデファレンシャル用円すいころ軸受において、前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックで構成したことを特徴とする。保持器に樹脂材を使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。

これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。

エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）

本発明によれば、デファレンシャル用円すいころ軸受のころ係数γをγ＞０．９４にすることにより、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。したがって、デファレンシャルの小型化、長寿命化に貢献できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１（Ａ）（Ｂ）に示す実施の形態の円すいころ軸受１は、図７に関連して上に述べたようなデファレンシャル用であって、円すい状の軌道面２ａを有し、この軌道面２ａの小径側に小つば部２ｂ、大径側に大つば部２ｃを有する内輪２と、円すい状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ４と、円すいころ４を円周等間隔に保持する保持器５とで構成される。ここで、デファレンシャル用円すいころ軸受１は、ころ係数γ＞０．９４となっている。

保持器５は、例えばＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形されたもので、小径側環状部５ａと、大径側環状部５ｂと、小径側環状部５ａと大径側環状部５ｂとを軸方向に繋ぐ複数の柱部５ｃとを備えている。

柱面５ｄの窓角θは、下限窓角θminが図２のように５５°であり、上限窓角θmaxが図３のように８０°である。窓角は、図９のように保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約５０°である。下限窓角θminを５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角５５°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を５５°以上にすると、保持器強度を確保した上でγ＞０．９４とし、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角θmaxを８０°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。

図４に軸受の寿命試験の結果を示す。図４中、「軸受」欄における「比較例１」が保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受、「実施例１」が本発明の円すいころ軸受のうち従来品に対してころ係数γのみをγ＞０．９４とした円すいころ軸受、「実施例２」がころ係数γをγ＞０．９４とし、かつ、窓角を５５°〜８０°の範囲にした本発明の円すいころ軸受である。試験は、過酷潤滑、過大負荷条件下で行なった。同図より明らかなように、「実施例１」は「比較例」の２倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例２」の軸受はころ係数が「実施例１」と同じ０．９６であるが、寿命時間は「実施例１」の約５倍以上にもなる。なお、「比較例」、「実施例１」および「実施例２」の寸法はφ４５×φ８１×１６（単位ｍｍ）、ころ本数は２４本（「比較例」）、２７本（「実施例１」、「実施例２」）、油膜パラメータΛ＝０．２である。

次に、本発明の変形実施例を図５および図６に基づき説明する。同図に示す円すいころ軸受１は、エンジニアリング・プラスチックで一体成形した保持器５の柱部５ｃの外径面に、外輪軌道面側に向けて凸状を成す突起部５ｆを形成したものである。その他は前述した保持器５と同じである。この突起部５ｆは図６に示すように柱部５ｃの横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径Ｒ₂は外輪軌道面半径Ｒ₁より小さく形成されている。これは突起部５ｆと外輪軌道面との間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部の曲率半径Ｒ₂は外輪軌道面半径Ｒ₁の７０〜９０％程度に形成するとよい。７０％未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。また９０％を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部５ｆの横幅Ｗ₂は望ましくは柱部５ｃの横幅Ｗ₁の５０％以上となるように形成する（Ｗ₂≧０．５×Ｗ）。５０％未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部５ｆの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪軌道面半径Ｒ₁は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部５ｆの曲率半径Ｒ₂もそれに合わせて大径側環状部５ｂの大きな曲率半径Ｒ₂から小径側環状部５ａの小さな曲率半径Ｒ₂へと連続的に変化するようにする。

図５および図６の円すいころ軸受１は以上にように構成されているため、軸受１が回転して保持器５が回転し始めると、外輪軌道面と保持器５の突起部５ｆとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受１の回転速度にほぼ比例した動圧を発生するので、保持器５のピッチ円径（ＰＣＤ）を従来より大きくして外輪軌道面に近接させても、軸受１を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施の形態では保持器材料にＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラを使用したが、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。

（Ａ）は本発明の円すいころ軸受の横断面図、（Ｂ）は同軸受の縦断面図。窓角が下限の円すいころ軸受の部分拡大断面図。窓角が上限の円すいころ軸受の部分拡大断面図。軸受の寿命試験の結果を示す図。本発明の変形例に係る円すいころ軸受の部分断面図。図５の保持器の柱部の断面図。一般的な自動車のデファレンシャルの断面図。保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図。従来の別の円すいころ軸受の部分拡大断面図。

符号の説明

１軸受
２内輪
２ａ軌道面
２ｂ小つば部
２ｃ大つば部
３外輪
３ａ軌道面
４円すいころ
５保持器
５ａ小径側環状部
５ｂ大径側環状部
５ｃ柱部
５ｄ柱面
５ｆ突起部

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数γが０．９４を越えることを特徴とするデファレンシャル用円すいころ軸受。
ポケットの窓角を５５°以上８０°以下にしたことを特徴とする請求項１のデファレンシャル用円すいころ軸受。
前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックで構成したことを特徴とする請求項１または２のデファレンシャル用円すいころ軸受。