(57)【要約】【課題】温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】転がり軸受１１の外輪１５の軸方向一方側の端面１５ｂとこれに対向するハウジング１３の内端面１３ａとの間に、外輪１５と同軸に配設されており、ハウジング１３の内端面１３ａに接触する一方の面１８ａと螺旋状のネジ山１８ｃが設けられた他方の面１８ｂとを有する螺旋ネジ板１８と、外輪１５に線接触する傾斜面１９ａとネジ山１８ｃが挿入される溝１９ｃを有し螺旋ネジ板１８の他方の面１８ｂと接触する径方向に延びる面１９ｂとを有する複数のクサビ部材１９とが介装されているとともに、ハウジング１３に設けられ且つ当該ハウジング１３の熱膨張を検出する検出手段２０と、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させる駆動手段２２と、検出手段２０の検出信号に基づいて駆動手段２２を制御する制御手段２１とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の回転体が、当該金属より線膨張係数の大きい金属からなるハウジングの内周に複数の転がり軸受を介して支持され、当該複数の転がり軸受に予圧が付与されている転がり軸受装置であって、
前記転がり軸受の外輪の軸方向一方側の端面とこれに対向する前記ハウジングの内端面との間、又は前記転がり軸受の内輪の軸方向他方側の端面とこれに対向する前記回転体の段部との間に、前記外輪又は内輪と同軸に配設されており、前記ハウジングの内端面又は前記回転体の段部に接触する一方の面と螺旋状のネジ山及びネジ溝の少なくとも一方が設けられた他方の面とを有する螺旋ネジ板と、前記外輪又は内輪に線接触し、当該外輪又は内輪の軸心に垂直な面に対して傾斜する傾斜面と前記ネジ山が挿入される溝及び前記ネジ溝に挿入される凸部の少なくとも一方を有し前記螺旋ネジ板の他方の面と接触する径方向に延びる面とを有する複数のクサビ部材とが介装されているとともに、前記ハウジングに設けられ且つ当該ハウジングの熱膨張を検出する検出手段と、前記螺旋ネジ板を周方向に回転させる駆動手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円錐ころ軸受、アンギュラ玉軸受等の予圧をかけて使用する転がり軸受を組み込んだ転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に使用されるギヤ式駆動伝達ユニット、例えばトランスミッションユニットでは、回転軸をハウジングの内周に２つの円錐ころ軸受を介して支持している。
近年、軽量化のために鉄系金属に替えて軽合金（例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）で前記ハウジングを形成することが行われているが、回転軸は、強度や剛性の関係から鉄系金属で製作されるのが一般的である。
回転軸の支持に用いられる円錐ころ軸受に予圧が付与されている場合、ハウジングと回転軸との線膨張係数の差が大きいため、運転中にトランスミッションユニットの温度が上昇すると、回転軸に比べてハウジングの寸法変化が大きくなることから、転がり軸受に付与された予圧が低下し、これにより予圧が抜けてしまうという問題が発生する。
【０００３】
このような予圧抜けを防止するため、ベアリングホルダ部（ハウジング）と円錐ころ軸受の端部との間に形状記憶合金製のスラストワッシャを介装することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平５−６２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のスラストワッシャを用いれば、熱膨張率の相違によるギヤシャフト長の変位量とハウジング長の変位量の差がスラストワッシャの変形により相殺され、冷間時と熱間時との双方で適正な予圧を円錐ころ軸受に付与することができる。しかし、このスラストワッシャは形状記憶合金製であり、熱間時（８０℃以上）にならないとテーパ状に変化しないため、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる転がり軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の転がり軸受装置は、金属製の回転体が、当該金属より線膨張係数の大きい金属からなるハウジングの内周に複数の転がり軸受を介して支持され、当該複数の転がり軸受に予圧が付与されている転がり軸受装置であって、前記転がり軸受の外輪の軸方向一方側の端面とこれに対向する前記ハウジングの内端面との間、又は前記転がり軸受の内輪の軸方向他方側の端面とこれに対向する前記回転体の段部との間に、前記外輪又は内輪と同軸に配設されており、前記ハウジングの内端面又は前記回転体の段部に接触する一方の面と螺旋状のネジ山及びネジ溝の少なくとも一方が設けられた他方の面とを有する螺旋ネジ板と、前記外輪又は内輪に線接触し、当該外輪又は内輪の軸心に垂直な面に対して傾斜する傾斜面と前記ネジ山が挿入される溝及び前記ネジ溝に挿入される凸部の少なくとも一方を有し前記螺旋ネジ板の他方の面と接触する径方向に延びる面とを有する複数のクサビ部材とが介装されているとともに、前記ハウジングに設けられ且つ当該ハウジングの熱膨張を検出する検出手段と、前記螺旋ネジ板を周方向に回転させる駆動手段と、前記検出手段の検出信号に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
本発明の転がり軸受装置によれば、温度変化によるハウジングの熱膨張が検出手段で検出されると、その検出信号に基づいて制御手段が駆動手段を制御して螺旋ネジ板を周方向に回転させ、この回転によりクサビ部材が径方向に移動する。このとき、クサビ部材の傾斜面と外輪又は内輪との接触位置が移動するので外輪又は内輪を軸方向に移動させることができる。これにより、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転がり軸受装置によれば、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の第１実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下においては、本発明の転がり軸受装置を自動車のトランスミッションに適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る転がり軸受装置を適用したトランスミッション１の横断面説明図である。トランスミッション１は、ケース２と、このケース２の内部に組み込まれたギヤボックス３と、このギヤボックス３を貫通するように互いに平行に設けられた回転体である入力軸４及び出力軸５とを備えている。入力軸４及び出力軸５は鉄系金属（鋼）製であり、ギヤボックス３内に設けられた変速ギヤ６により連動して回転するように構成されている。
【０００９】
変速ギヤ６は、マニュアルタイプであり、入力軸４に互いに歯数の異なる複数枚の入力ギヤ７を設けるとともに、出力軸５に互いに歯数の異なる出力ギヤ８を設け、得るべき変速比又は前進／後退の区別に応じて、入力軸４上の入力ギヤ７と出力軸５上の出力ギヤ８との噛み合いの組み合わせを切り替えることによって変速可能となっている。これら入力ギヤ７及び出力ギヤ８にはスパーギヤやヘリカルギヤが用いられる。なお、変速ギヤ６は、遊星ギヤ機構等を用いたオートマチックタイプであってもよい。
【００１０】
入力軸４の両端は、ケース２内の内側に固定された円筒ころ軸受９及び玉軸受１０によりそれぞれ回転可能に支持されている。出力軸５の両端は、一対の転がり軸受である円錐ころ軸受１１，１２によりそれぞれ支持されている。軸方向一方側（図１において左側）の円錐ころ軸受１１は、ケース２と一体のハウジングとしての軸受ハウジング１３に嵌合されており、軸方向他方側（右側）の円錐ころ軸受１２は、ケース１２と一体の軸受ハウジング１４に当て止め固定されている。双方の円錐ころ軸受１１，１２には、定位置予圧方式によって予圧が付与されている。なお、ケース２、軸受ハウジング１３，１４は、軽量化のためにアルミニウム合金にて形成されている。
【００１１】
図２は、図１に示されるトランスミッション１の要部の拡大断面説明図である。左側の円錐ころ軸受１１は、外輪１５と、内輪１６と、これら外輪１５及び内輪１６の間に転動自在に配設された複数の転動体として円錐ころ１７とを備えている。外輪１５の外周面は、軸受ハウジング１３の内周面に嵌合され、外輪１５の内周面には、円錐ころ１７が斜接して転動する内周軌道面１５ａが形成されている。一方、内輪１６の外周面には、円錐ころ１７が斜接して転動する外周軌道面１６ａが形成され、当該内輪１６の内周面には出力軸５が嵌合されている。内輪１６と円錐ころ１７との接触角および円錐ころ１７と外輪１５との接触角は、軸方向内側（右側）から軸方向外側（左側）に向けて拡径するように設定されている。なお、ここで接触角は、ＪＩＳＢ０１０４−１９９１に規定された呼び接触角に準じる。
これらの構成は、右側の円錐ころ軸受１２（図１）についても、軸方向内側が左側に、軸方向外側が右側になる点以外は同様であるため、その説明を省略する。
【００１２】
外輪１５の軸方向外側（図２において左側）の端面１５ｂと、この端面１５ｂに対向する軸受ハウジング１３の内端面１３ａとの間には、螺旋ネジ板１８及び複数（ここでは４個）のクサビ部材１９が介装されている。螺旋ネジ板１８は軸受ハウジング１３の内周面に回転摺動可能に保持される。
図３は、螺旋ネジ板１８とクサビ部材１９との位置関係を示す説明図である。螺旋ネジ板１８は、外輪１５と同軸に配設されており、断面矩形のリング状に形成されている。螺旋ネジ板１８の一方の面１８ａは軸受ハウジング１３の内端面１３ａと回転摺動可能に接触しており、他方の面１８ｂには螺旋状のネジ山１８ｃが設けられている。
【００１３】
４個のクサビ部材１９は周方向において等間隔に配置されており、それぞれ断面が直角三角形をしている。クサビ部材１９の傾斜面１９ａは、外輪１５の軸心に垂直な面に対して傾斜しており、外輪１５の軸方向外側（左側）の角部１５ｃと線接触している。そして、径方向に延びる面１９ｂには、螺旋ネジ板１８のネジ山１８ｃに対応する溝１９ｃが形成されており、この溝１９ｃにネジ山１８ｃを挿入した状態で、クサビ部材１９の径方向に延びる面１９ｂの径方向外方側の一部と螺旋ネジ板１８の他方の面１８ｂの径方向内方側の一部とが接触している。クサビ部材１９と螺旋ネジ板１８とが接触する部分には潤滑剤が塗布されており、クサビ部材１９は螺旋ネジ板１８上を滑らかに移動できるようになっている。４個のクサビ部材１９のそれぞれ周方向両側には軸受ハウジング１３に固定された規制部材２３があり、クサビ部材１９の周方向への移動を規制し、クサビ部材１９が主として径方向に動くよう保持している。
【００１４】
トランスミッション１はさらに、軸受ハウジング１３に設けられ且つ軸受ハウジング１３の熱膨張を検出する検出手段２０と、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させる駆動手段２２と、検出手段２０の検出信号に基づいて前記駆動手段２２の駆動を制御する制御手段２１とを備えている。
検出手段２０は、軸受ハウジング１３の熱膨張に関する情報を検出し、検出した情報を制御手段２１に送信可能なものであり、本実施の形態では温度センサが用いられている。
【００１５】
制御手段２１の記憶部には、検出手段である温度センサ２０によって検出された温度情報から軸受ハウジング１３の熱膨張（変位量）及び予圧の変動量を求める演算式が記憶されており、この制御手段２１によって温度センサ２０の情報に基づいた予圧の変動量が求められる。そして、得られた予圧の変動量に応じて駆動手段２２の駆動を制御する。
駆動手段２２は、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させるものであり、本実施の形態ではでは、図３に示すように、螺旋ネジ板１８の円筒面１８ｄに切り欠き部を設け、そこに駆動手段である油圧ピストン２２を当接させている。この油圧ピストン２２は、制御手段２１からの指示信号に従って調整された油圧で螺旋ネジ板１８を押し、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させる。
【００１６】
次に、第１実施形態に係るトランスミッション１の動作を説明する。
エンジンが始動して運転状態になると、ギヤシャフト間の噛み合い摩擦やギヤオイルの攪拌等によりトランスミッション１の温度は徐々に上昇する。すると、出力軸５と軸受ハウジング１３との線膨張係数の違いにより、出力軸５より軸受ハウジング１３の方が大きく膨張するため、予め設定されていた予圧が変化することになる。ところが、温度センサ２０で検出された温度情報が制御手段２１に送られると、そこで予圧の変動量が求められ、その予圧の変動量に応じて油圧ピストン２２の油圧が制御される。すると油圧ピストン２２は調整された油圧で螺旋ネジ板１８を押し（図３の矢印ｐ参照）、螺旋ネジ板１８は反時計回りに回転し（図３の矢印ｑ参照）、クサビ部材１９は規制部材２３によって周方向への移動を規制されながら径方向外方に移動する（図３の矢印ｒ参照）。このとき、外輪１５の角部１５ｃが接触するクサビ部材１９の傾斜面１９ａの位置が移動して外輪１５が軸方向（内輪側）に移動する。これにより予圧を適正に調整することができる。なお、エンジンが停止すると、油圧ピストン２２及び螺旋ネジ板１８は元の位置に戻るように設定されている。
【００１７】
このように、本発明の転がり軸受装置であるトランスミッション１によれば、温度変化による軸受ハウジング１３の熱膨張が検出手段である温度センサ２０で検出されると、その検出信号に基づいて制御手段２１が駆動手段である油圧ピストン２２を制御して螺旋ネジ板１８を周方向に回転させ、この回転によりクサビ部材１９が径方向に移動する。このとき、クサビ部材１９の傾斜面１９ａと外輪１５又は内輪１６との接触位置が移動するので外輪１５又は内輪１６を軸方向に移動させることができる。これにより、温度変化に応じて予圧を適正に調整することができる。
【００１８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係るトランスミッション１の要部の拡大断面説明図である。
本発明の第２実施形態に係るトランスミッション１においては、螺旋ネジ板１８及びクサビ部材１９が内輪１６の軸方向内側（図４において右側）の端面１６ｂと、この端面１６ｂに対向する出力軸５の段部５ａとの間に介装されている。螺旋ネジ板１８は出力軸５の外周面に回転摺動可能に保持される。これ以外は、上述した第１実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００１９】
図５は、図４の螺旋ネジ板１８とクサビ部材１９との位置関係を示す説明図である。螺旋ネジ板１８の一方の面１８ａは出力軸５の段部５ａと接触しており、他方の面１８ｂには螺旋状のネジ山１８ｃが設けられている。
４個のクサビ部材１９は周方向において等間隔に配置されており、その傾斜面１９ａは内輪１６の軸方向内側（右側）の角部１６ｃと線接触している。そして、径方向に延びる面１９ｂには、螺旋ネジ板１８のネジ山１８ｃに対応する溝１９ｃが形成されており、この溝１９ｃにネジ山１８ｃを挿入した状態で、クサビ部材１９の径方向に延びる面１９ｂの径方向内方側の一部と螺旋ネジ板１８の他方の面１８ｂの径方向外方側の一部とが接触している。クサビ部材１９と螺旋ネジ板１８とが接触する部分には潤滑剤が塗布されており、クサビ部材１９は螺旋ネジ板１８上を滑らかに移動できるようになっている。４個のクサビ部材１９のそれぞれ周方向両側には出力軸５に固定された規制部材２４があり、クサビ部材１９の周方向への移動を規制し、クサビ部材１９が主として径方向に動くよう保持している。
【００２０】
第２実施形態に係るトランスミッション１の動作を説明する。エンジンが始動して運転状態になると、トランスミッション１の温度は徐々に上昇する。すると、出力軸５より軸受ハウジング１３の方が大きく膨張するため、予め設定されていた予圧が変化することになる。ところが、温度センサ２０で検出された温度情報が制御手段２１に送られると、そこで予圧の変動量が求められ、その予圧の変動量に応じて油圧ピストン２２の油圧が制御される。すると油圧ピストン２２は調整された油圧で螺旋ネジ板１８を押し（図５の矢印ｓ参照）、螺旋ネジ板１８は時計回りに回転し（図５の矢印ｔ参照）、クサビ部材１９は径方向内方に移動する（図５の矢印ｕ参照）。このとき、内輪１６の角部１６ｃが接触するクサビ部材１９の傾斜面１９ａの位置が移動して内輪１６が軸方向（外輪側）に移動する。これにより予圧を適正に調整することができる。
【００２１】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜変更することが可能である。上記実施形態においては、螺旋ネジ板１８にネジ山１８ｃを形成し、クサビ部材１９にネジ山１８ｃに対応する溝１９ｃを形成したが、螺旋ネジ板１８にネジ溝を形成し、クサビ部材１９にネジ溝に対応する凸部を形成してもよく、或いは両方を形成してもよい。また、上記実施形態においては、規制部材２３，２４はそれぞれ軸受ハウジング１３、出力軸５に固定されていたが、一体に形成してもよく、また、それぞれ軸受ハウジング１３に固定される部材、出力軸５に固定される部材に固定又は一体に形成してもよく、また軸受ハウジング１３と外輪１５とが回り止めされている場合又は出力軸５と内輪１６とが回り止めされている場合においては、外輪１５、内輪１６に固定又は一体に形成してもよい。上記実施形態においてはクサビ部材１９の数を４個にして説明したが、クサビ部材１９は４個に限定されず、複数であればいくつでもかまわない。また、上記実施形態においては、検出手段として温度センサ２０を用いているが、軸受ハウジング１３の熱膨張に関する情報を検出できればよく、歪みセンサ等を用いることも可能である。さらに、駆動手段として油圧ピストン２２を用いているが、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させるものであれば油圧ピストン２２に限定されない。例えば、螺旋ネジ板１８の周りにコイルを巻き、このコイルに対向するように永久磁石を配置して、コイルに電流を流すことにより得られる誘導起電力を利用して、螺旋ネジ板１８を周方向に回転させることも可能である。
【００２２】
上記実施形態では、トランスミッションに用いられる転がり軸受装置を示しているが、四輪駆動車の駆動分配軸用のギヤユニット等、他の装置にも適用することができる。転がり軸受としては、円錐ころ軸受に限らずアンギュラ玉軸受、深溝玉軸受等の予圧を使用する他の転がり軸受を使用してもよい。また、ハウジングをアルミニウム合金で形成しているが、回転体を形成する金属より線膨張係数の大きい金属であればよく、他の軽合金、例えばマグネシウム合金で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受装置であるトランスミッションの横断面説明図である。
【図２】図１に示されるトランスミッションの要部の拡大断面説明図である。
【図３】図１の螺旋ネジ板とクサビ部材との位置関係を示す模式説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るトランスミッションの要部の拡大断面説明図である。
【図５】図４の螺旋ネジ板とクサビ部材との位置関係を示す模式説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  トランスミッション（転がり軸受装置）
５  出力軸（回転体）
１１  円錐ころ軸受（転がり軸受）
１３  軸受ハウジング（ハウジング）
１５  外輪
１６  内輪
１８  螺旋ネジ板
１９  クサビ部材
２０  温度センサ（検出手段）
２１  制御手段
２２  油圧ピストン（駆動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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