JP2016011673A - 軸受機構 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の円錐ころ軸受よりも損失トルクを低減しつつ、剛性低下を抑えることが可能な軸受機構を提案する。
【解決手段】本発明の代表的な構成は、一端にギヤを備えたギヤ軸を軸支する軸受機構であって、ギヤ近傍に配置される第１軸受２００と、ギヤ軸のうちギヤとは反対側に配置される第２軸受３００とを備え、第１軸受２００は複列アンギュラ玉軸受であって、複列のうち一方の列は多点接触であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車のデファレンシャルギヤのピニオン軸のような、一端にギヤを備えたギヤ軸を軸支する軸受機構に関する。

自動車の燃費向上の手段の一つとして、駆動系の回転抵抗を少なくすることがある。駆動系のうちデファレンシャルギヤ（最終減速機）のピニオンにはハイポイドギヤ（曲がり歯かさ歯車）が使用されているため、ピニオン軸には大きなラジアル荷重とアキシャル荷重がかかる。このためピニオン軸には、剛性が高い円錐ころ軸受が多く用いられていた。

しかし円錐ころ軸受は、剛性が高いという利点はあるものの、回転抵抗が大きく、損失トルクが大きいという問題がある。そこで特許文献１では、ピニオン軸に取り付けられる２つの軸受のうち、ピニオン側を複列のタンデム型のアンギュラ玉軸受とするとともに、接続フランジ側を単列アンギュラ玉軸受とする構成が提案されている。特許文献１によれば、上記構成によって回転トルクを小さくでき、自動車の燃費が向上すると述べている。

特許第４２５０９５２号公報

アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を受けられることが知られている。しかしながらアンギュラ玉軸受を複列にしたとしても、円錐ころ軸受と比較すると剛性低下は免れられない。そしてピニオン軸には非常に大きな荷重がかかるため、円錐ころ軸受と同等の剛性をもたせようとすると、軸受のサイズアップを余儀なくされる。軸受がサイズアップすると、車両の重量増加による燃費の低下や、車両を設計する上で部品レイアウトの自由度の低下を招くという問題がある。

そこで本発明は、従来の円錐ころ軸受よりも損失トルクを低減しつつ、剛性低下を抑えることが可能な軸受機構を提案することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、一端にギヤを備えたギヤ軸を軸支する軸受機構であって、ギヤ近傍に配置される第１軸受と、ギヤ軸のうちギヤとは反対側に配置される第２軸受とを備え、第１軸受は複列アンギュラ玉軸受であって、複列のうち一方の列は多点接触であることを特徴とする。

上記構成によれば、玉軸受でありながら剛性低下を抑えられるため、円錐ころ軸受からサイズアップすることなく、かつ円錐ころ軸受よりも損失トルクを低減することができる。また、単に単列または複列のアンギュラ玉軸受を用いる場合と比べて、剛性が高いことから、ギヤの噛合点変位量を小さく抑えることができる。なお、多点接触とは、ボールと軌道面が３点以上で接触していることをいう。

第２軸受は、多点接触の単列アンギュラ玉軸受であることが好ましい。第２軸受においても多点接触とすることにより、ギヤの反対側の接続部（例えばコンパニオンフランジ）の変位量を小さく抑えることができる。

第１軸受の多点接触の列は４点接触であって、軌道面とボールとの接触角θ１、θ２は、両方ともギヤ軸に垂直な線の一方側にあり、接触角θ１は５°から１５°、接触角θ２は４０°から５０°の範囲にあることが好ましい。

上記構成によればラジアル荷重とアキシャル荷重をバランスよく受けることができるため、どちらの方向の荷重に対しても高い剛性を発揮させることができる。

本発明にかかる軸受機構によれば、従来の円錐ころ軸受よりも損失トルクを低減しつつ、剛性低下を抑えることができる。

実施形態にかかる軸受機構を説明する部分断面図である。 軸受の詳細な構成について説明する図である。 実施例の構成を説明する図である。 比較例の構成を説明する図である。 実施例と比較例を対比する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は実施形態にかかる軸受機構を説明する部分断面図である。図１において、デファレンシャルギヤのリングギヤ１０２とピニオンギヤ１０４が噛合している。ピニオン軸１０６（ギヤ軸）は一端にピニオンギヤ１０４を備え、他端にフランジ１０８（コンパニオンフランジ、または接続フランジともいう）を備えている。フランジ１０８は不図示のプロペラシャフトに接続するための部品である。

ピニオン軸１０６は、第１軸受２００と第２軸受３００によって回転可能に軸支されている。第１軸受２００はピニオンギヤ１０４近傍に、ギヤ側に正面を向けて配置されている。第２軸受３００はフランジ１０８の近傍（ピニオン軸１０６のうちピニオンギヤ１０４とは反対側）に、フランジ１０８側に正面を向けて配置されている。本発明にかかる軸受機構は、第１軸受２００および第２軸受３００によって構成される。

図２は軸受の詳細な構成について説明する図である。本発明の特徴として、第１軸受２００は複列アンギュラ玉軸受であって、複列のうち一方の列は多点接触である。図２の例では、第１軸受２００の複列のうちギヤ側の列を４点接触としている。

第１軸受２００は、外輪２０２と内輪２０４の間に形成された複列の軌道の中に、ボール２０６ａ、２０６ｂが配置されている。ギヤ側の列のボール２０６ａと軌道面との接触角θ１、θ２は、両方ともピニオン軸１０６（ギヤ軸）に垂直な線（図２では破線で示す）の一方側にある。ボール２０６ａの接触角θ１は５°から１５°、接触角θ２は４０°から５０°の範囲にあることが好ましい。一例として、接触角θ１を５°、接触角θ２を４５°とすることができる（２５°を中心としてまたぎ角を４０°にする）。このように接触角を設定することにより、ラジアル荷重とアキシャル荷重をバランスよく受けることができるため、どちらの方向の荷重に対しても高い剛性を発揮させることができる。

第２軸受３００は単列アンギュラ玉軸受である。第２軸受３００は２点接触でもよいが、多点接触（本実施形態では４点接触）であることが好ましい。図２に示す第２軸受３００は４点接触であって、外輪３０２と内輪３０４の間に形成された単列の軌道の中に、ボール３０６が配置されている。

第２軸受３００の接触角については、第１軸受２００のギヤ側の列と同様とすることが好ましい。すなわち、ボール３０６と軌道面との接触角θ４、θ５は、両方ともピニオン軸１０６（ギヤ軸）に垂直な線（破線）の一方側に設定する。ボール３０６の接触角θ４は５°から１５°、接触角θ５は４０°から５０°の範囲とする。一例として、接触角θ４を５°、接触角θ５を４５°とすることができる（２５°を中心としてまたぎ角を４０°にする）。

次に、実施例と比較例を用いて具体的に説明する。図３は実施例の構成を説明する図、図４は比較例の構成を説明する図、図５は実施例と比較例を対比する図である。図１，図２と説明が重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）に示す実施例１では、第１軸受２００は複列アンギュラ玉軸受である。複列のうちギヤ側の列は４点接触であって、接触角は５°、４５°とした。複列のもう一つの列は２点接触であって、接触角は４０°とした。第２軸受３００は単列のアンギュラ玉軸受である。第２軸受３００は４点接触であって、接触角は５°、４５°とした。

図３（ｂ）に示す実施例２は、実施例１と比較すると、第２軸受３００ａが２点接触である点が異なっている。第２軸受３００ａの接触角は４０°とした。第１軸受２００は実施例１と同じ構成である。

図３（ｃ）に示す実施例３は、実施例２と比較すると、第１軸受２００の複列のうちギヤ側の列は２点接触とし、フランジ側を４点接触とした点が異なっている。ギヤ側の接触角は３５°、フランジ側の接触角は５°、４５°とした。第２軸受３００ａは実施例２と同じ構成である。

図４（ａ）に示す比較例１において、第１軸受３５０ａおよび第２軸受３５０ｂはいずれも円錐ころ軸受である。第１軸受３５０ａはピニオンギヤ１０４近傍に、ギヤ側に正面を向けて配置されている。第２軸受３５０ｂはフランジ１０８の近傍（ピニオン軸１０６のうちピニオンギヤ１０４とは反対側）に、フランジ１０８側に正面を向けて配置されている。

図４（ｂ）に示す比較例２では、第１軸受３５２ａは複列アンギュラ玉軸受であるが、両方の列が２点接触である。第１軸受３５２ａは、複列のうち両方の列とも接触角を４０°とした。第２軸受３５２ｂは２点接触の単列アンギュラ玉軸受であって、接触角は２４°とした。

図４（ｃ）に示す比較例３では、第１軸受３５４ａは比較例２の第１軸受３５２ａと同じ構成である。第２軸受３５２ｂは２点接触の単列アンギュラ玉軸受であって、接触角は４０°とした（実施例２と同じ構成）。

図４（ｄ）に示す比較例４では、第１軸受３５６ａは複列アンギュラ玉軸受であり、複列のうち両方の列を４点接触とし、接触角はそれぞれ５°、４５°とした。第２軸受３５６ｂは２点接触の単列アンギュラ玉軸受であって、接触角は４０°とした（実施例２と同じ構成）。

図５は実施例と比較例について損失と剛性について比較した図である。図５（ａ）では比較例１の円錐ころ軸受を基準とする損失トルク比を示している。図５（ｂ）では、剛性として比較例１の円錐ころ軸受を基準とするギヤ噛合位置変位量比および接続位置変位量比を示している。

図５（ａ）の損失トルク比を参照すると、円錐ころ軸受の比較例１に対して、玉軸受である実施例１−３、比較例２−４はいずれも損失トルク比が小さいことがわかる。その中でも、複列である第１軸受が多点接触でない比較例２，３は損失トルク比が大幅に小さい。一方、第１軸受が両列とも多点接触となっている比較例４は、玉軸受の中では最も損失トルク比が大きいことがわかる。

図５（ｂ）に示すギヤ噛合位置変位量比を参照すると、複列である第１軸受が多点接触でない比較例２，３は、大幅に変位量比が大きく、剛性が不足していることがわかる。複列のギヤ側が多点接触となっている実施例１，２では、ギヤ噛合位置変位量比は比較例１とほぼ同等である。複列のフランジ側が多点接触となっている実施例３では、比較例２，３ほどではないが、若干の剛性の低下が見られる。複列の両方を多点接触とした比較例４では、比較例１よりもさらに剛性が高くなっている。

これらのことから、円錐ころ軸受をアンギュラ玉軸受に置き換えようとしたとき、損失トルクは低減するものの、比較例２，３のように複列にしただけでは剛性が不足することがわかる。このため比較例２，３の構成であると、剛性を確保するために第１軸受をサイズアップする必要が生じる。一方、比較例４のように複列の両列を多点接触にすると、剛性は確保できるものの損失トルクの低減が少なく、円錐ころ軸受から置き換えるメリットが少ない。

これに対し実施例１−３のように、ギヤ側の第１軸受２００を複列アンギュラ玉軸受とし、複列のうち一方の列を多点接触とすることにより、損失トルクの低減と剛性低下の抑制を両立させることが可能であることがわかる。したがって実施例１−３の構成であれば、自動車の燃費向上につながると共に、部品のサイズアップを招かないので設計の自由度を確保することができる。

なお実施例２，３を比較すると、ギヤ側を多点接触とした実施例２の方が、フランジ側を多点接触とした実施例３よりもギヤ噛合位置変位量比が小さい。したがって実施例１，２の構成のほうが、実施例３の構成よりさらに好ましいことがわかる。

図５（ｂ）に示す接続位置変位量比では、第２軸受の構成の影響が支配的である。第２軸受が２点接触であって接触角が４０°の実施例２，３、比較例３，４は、大幅に変位量比が大きく、剛性が不足していることがわかる。比較例２の第２軸受３５２ｂは２点接触であるが、接触角が２４°と小さいためにラジアル荷重に対する剛性が高かったものとみられる。ただし比較例２の構成では、アキシャル加重に対する剛性が低下することは明らかである。一方、第２軸受を４点接触とした実施例１においては、接続位置変位量比が比較例１とほぼ同等に小さく抑えることができる。したがって実施例１の構成であれば、第２軸受においてもサイズアップすることなく置き換えることが可能であるため、実施例２，３の構成よりさらに好ましいことがわかる。

なお、上記実施形態においては、軸受機構が軸支する対象としてピニオン軸を例にあげて説明した。しかし本発明はこれに限定するものではなく、一端にギアを備えたギア軸を軸支する軸受機構であれば本発明を適用することができ、本発明の利益を享受することができる。

また、第１軸受２００を多点接触として４点接触とした例を説明したが、３点接触としてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、例えば自動車のデファレンシャルギヤのピニオン軸のような、一端にギヤを備えたギヤ軸を軸支する軸受機構として利用することができる。

１０２…リングギヤ、１０４…ピニオンギヤ、１０６…ピニオン軸、１０８…フランジ、２００…第１軸受、２０２…外輪、２０４…内輪、２０６ａ…ボール、２０６ｂ…ボール、３００…第２軸受、３０２…外輪、３０４…内輪、３０６…ボール、３５０ａ、３５２ａ、３５４ａ、３５６ａ…第１軸受、３００ａ、３５０ｂ、３５２ｂ、３５６ｂ…第２軸受

Claims (3)

1. 一端にギヤを備えたギヤ軸を軸支する軸受機構であって、
   前記ギヤ近傍に配置される第１軸受と、
   前記ギヤ軸のうち前記ギヤとは反対側に配置される第２軸受とを備え、
   前記第１軸受は複列アンギュラ玉軸受であって、複列のうち一方の列は多点接触であることを特徴とする軸受機構。
2. 前記第２軸受は多点接触の単列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載の軸受機構。
3. 前記第１軸受の多点接触の列は４点接触であって、軌道面とボールとの接触角θ１、θ２は、両方とも前記ギヤ軸に垂直な線の一方側にあり、接触角θ１は５°から１５°、接触角θ２は４０°から５０°の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受機構。

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