(57)【要約】【課題】嵌め合い時に発生する応力等によっても亀裂が発生しにくいタンデム型複列アンギュラ玉軸受およびこのタンデム型複列アンギュラ玉軸受を用いたデファレンシャル装置を提供する。【解決手段】複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群１５、１６とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受である。少なくとも内輪１２を浸炭鋼にて構成した。【選択図】図１
2008256134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、
少なくとも内輪を浸炭鋼にて構成したことを特徴とするタンデム型複列アンギュラ玉軸受。
【請求項２】
前記浸炭鋼がクロムモリブデン鋼であることを特徴とする請求項１のタンデム型複列アンギュラ玉軸受。
【請求項３】
前記浸炭鋼がクロム鋼であることを特徴とする請求項１のタンデム型複列アンギュラ玉軸受。
【請求項４】
デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、
前記ピニオン軸が前記請求項１〜請求項３に記載のいずれかのタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持されていることを特徴とするデファレンシャル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム型複列アンギュラ玉軸受及びデファレンシャル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受には、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができるアンギュラ玉軸受がある。玉（ボール）と内輪・外輪とは接触角をもっており、接触角が大きくなるほどアキシアル荷重の負荷能力が大きくなり、接触角が小さいほど、高速回転に有利となる。
【０００３】
ところで、転がり抵抗を低減するために、円すいころ軸受に代わるものとして複列アンギュラ玉軸受（タンデム型）がある（特許文献１）。また、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受を自動車のトランスファに使用したものがある（特許文献２）。なお、トランスファとは、４ＷＤ車で、トランスミッションから来る動力を前後輪に分けて伝える装置であり、通常はデファレンシャル装置（差動装置）も一緒に組み込まれており、これを総称してセンターデフと呼んでいる。また、複列アンギュラ玉軸受とは、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せとし、内輪、外輪をそれぞれ一体にした構造で、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、しかも、 モーメント荷重に対する負荷能力がある軸受である。
【０００４】
タンデム型複列アンギュラ玉軸受は、図４に示すように、複列の軌道面１ａ、１ｂを有する内輪２と、この内輪２の軌道面１ａ、１ｂと対応する複列の軌道面３ａ、３ｂを有する外輪４と、内輪２および外輪４の各列の軌道面１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ間に介装される複列の玉群５、６とを備える。複列の玉群５、６は、それぞれ異なるピッチ円直径をもっている。また、各玉群５、６のボール７，８は内輪２と外輪４との間に配置される保持器９，１０に保持されている。
【０００５】
前記特許文献２に記載のデファレンシャル装置は、図５に示すように、デファレンシャルケース１０１と、このデファレンシャルケース１０１内に配置される差動減速機構（図外）と、差動減速機構のリングギヤ（図外）に噛合するピニオンギヤ１０４と、ピニオンギヤ１０４を支持するピニオン軸１０５とを備え、ピニオン軸１０５が軸受１０６、１０７を介して回転自在にデファレンシャルケース１０１内に支持されている。
【０００６】
そして、軸受１０６、１０７にそれぞれタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ１０４側に配設される一方の軸受１０６は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりもピニオンギヤ１０４側に突出している端面）がピニオンギヤ１０４の端面１０４ａに圧接するとともに、外輪４の反ピニオンギヤ側の端面４ａがケース１０１の内面に形成された段差面１０８に圧接している。
【０００７】
他方の軸受１０７は、内輪２の大径側端面２ａ（外輪４よりも反ピニオンギヤ側に突出している端面）がピニオンフランジ１００の端縁１００ａに圧接するとともに、外輪４のピニオンギヤ側の端面４ａがケース５１の内面に形成された段差面１０９に圧接している。また、ピニオン軸１０５は、そのピニオンギヤ１０４側は大径とされて段差部１０５ａが形成され、この段差部１０５ａと他方の軸受１０７の内輪２との間にスリーブ１１０が介在されている。
【０００８】
この場合、ピニオン軸１０５の端部のねじ部１１１にナット部材（図示省略）を螺合することによって、ピニオンフランジ１００を介して軸受１０６、１０７に予圧を付与することになる。すなわち、軸受１０６、１０７に予圧を付与することによって、軸受支持構造の剛性が増し、ピニオン軸１０５の位置が安定してリングギヤとの噛み合いが良好となる。
【０００９】
また、軸受１０６、１０７の内輪２、外輪４、ボール７，８等は、ＳＵＪ２などの軸受鋼にて構成される。
【特許文献１】特許第１８１５４７号
【特許文献２】特表２００２−５２３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、自動車のトランスファ装置に使用される軸受は大きな荷重が作用する場合があり、このため、クリープ防止のため嵌め合いシメシロ（締代）を大きく採ることがある。しかしながら、シメシロ（締代）を大きくとると、嵌め合い時に発生する応力により従来の軸受鋼では亀裂が発生する場合がある。ここで、クリープとは、内輪に荷重を受けて回転した場合に、荷重点が円周方向に移動することにより、内輪と軸との間で生じる有害な円周方向の滑りである。このクリープが起こると、嵌め合い面は著しく摩耗し、軸やハウジングが損傷したり、軸受内部に摩耗粉が侵入したりするので、異常発熱，振動，フレーキングの原因となる場合がある。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みて、嵌め合い時に発生する応力等によっても亀裂が発生しにくいタンデム型複列アンギュラ玉軸受およびこのタンデム型複列アンギュラ玉軸受を用いたデファレンシャル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、少なくとも内輪を浸炭鋼にて構成したものである。ここで、浸炭鋼とは、浸炭後，肌焼(はだやき)を行って表面を硬化させた鋼である。また、浸炭とは、鋼の表面部の炭素含有量を増加させるため，炭素を含む媒剤中で加熱する処理である。コークス，木炭などによる固体浸炭，シアン化物による液体浸炭，一酸化炭素，メタンなどによるガス浸炭がある。浸炭鋼は、耐摩耗性が大きく内部は粘り強い。
【００１３】
本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受によれば、内輪を浸炭鋼にて構成したので、内輪はその表面層が硬化しているが、内部が比較的柔らかい組織であり、亀裂敏感性が低い。
【００１４】
浸炭鋼がクロムモリブデン鋼であっても、クロム鋼であってもよい。クロムモリブデン鋼には、ＳＭｎ４２０やＳＣＭ４３５等がある。クロム鋼にはＳＣｒ４１５やＳＣｒ４２０等がある。
【００１５】
デファレンシャル装置は、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン軸が前記本発明にかかるタンデム型複列アンギュラ玉軸受にてデファレンシャルケース内に回転自在に支持されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受では、内輪は亀裂敏感性が低いので、この内輪は嵌め合い時に発生する応力（嵌め合い応力）に対して強い。このため、クリープ防止のため嵌め合いシメシロを大きくとることができ、クリープに起因する異常発熱，振動，フレーキングを防止することができ、高品質のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供できる。
【００１７】
浸炭鋼がクロムモリブデン鋼であれば、焼入れ性がよく、焼戻しに対する抵抗も大きく、焼戻しもろさの傾向も少なくなる利点がある。また、浸炭鋼がクロム鋼であれば、鍛接、溶接性、粘り強さも増大され、仕上がりも美しくなる利点がある。
【００１８】
このため、浸炭鋼として、クロムモリブデン鋼やクロム鋼を用いれば、より強靭な軸受を構成することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１９】
このように、浸炭鋼にて構成される軸受は靭性が高く、振動が常に発生しているデファレンシャル装置に最適となる。このため、浸炭鋼にて構成された軸受を使用したデファレンシャル装置は、高品質なデファレンシャル装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００２１】
図１に実施形態のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を示し、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、この内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に介装される複列の玉群１５、１６とを備える。玉群１５、１６はそれぞれ異なるピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２をもっている。この場合、Ｄ１＞Ｄ２とされる。
【００２２】
内輪１２は、その外径面に第１切欠部２１が形成されるとともに、この第１切欠部２１に第２切欠部２２が形成される。そして、第１切欠部２１の第２切欠部側の端部が前記軌道面１１ａとされ、第２切欠部２２が前記軌道面１１ｂとされる。また、第１切欠部２１の第２切欠部２２側には、周方向溝２３が形成されている。
【００２３】
外輪１４は、その内径面に第１切欠部２４が形成されるとともに、この第１切欠部２４に第２切欠部２５が形成される。第１切欠部２４の第２切欠部側の端部が前記軌道面１３ａとされ、第２切欠部２５が前記軌道面１３ｂとされる。
【００２４】
玉群１５、１６はそれぞれ保持器１９、２０にて保持される。一方の保持器１９は、周方向に沿って所定ピッチで複数のポケット３０が形成されたリング体からなり、他方の保持器２０は、周方向に沿って所定ピッチで複数のポケット３１が形成されたリング状の本体部２０ａと、この本体部２０ａの軸方向内方端部に外径方向に突出する外鍔部２０ｂと、本体部２０ａの軸方向内方端部に内径方向に突出する内鍔部２０ｃとを備える。そして、各保持器１９、２０のポケット３０、３１には、転動体としてのボール２７，２８が保持される。
【００２５】
また、保持器１９、２０は樹脂保持器である。この樹脂としてはエンジニアリングプラスチックが好ましい。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、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とがあり、この保持器１９，２０に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下に代表的なものを掲げる。なお、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。また、この樹脂保持器１９，２０では、例えば射出成形にて形成することができる。
【００２６】
汎用エンジニアリングプラスチックには、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）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、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）等がある。
【００２７】
ところで、この軸受では、内輪１２を、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）、ＳＣＭ４３５（クロムモリブデン鋼）、ＳＣｒ４１５（クロム鋼）等の浸炭鋼にて構成したものである。ここで、浸炭鋼とは、浸炭後，肌焼(はだやき)を行って表面を硬化させた鋼である。また、浸炭とは、鋼の表面部の炭素含有量を増加させるため，炭素を含む媒剤中で加熱する処理である。
【００２８】
すなわち、浸炭鋼は図３に示すような熱処理工程を行う。まず８４０℃程度の予熱を３０分程度行って、９３０℃程度に加熱して浸炭工程（９０分〜１５０分程度）を行う。その後、３０分程度拡散を行って、８５０℃程度の焼入れ（３０分程度）を行う。
【００２９】
また、外輪１４はＳＵＪ２などの軸受鋼にて構成される。各ボール２７，２８は、鋼球（ＳＵＪ２）、ステンレス鋼球（ＳＵＳ４４０Ｃ）、及び炭素鋼球（ＳＷＣＨ１０）等を使用することができる。
【００３０】
本発明では、内輪１２は浸炭鋼にて構成しているので、その表面層が硬化しているが、内部が比較的柔らかい組織であり、亀裂敏感性が低い。このため、この内輪１２は嵌め合い応力に対して強く、クリープ防止のため嵌め合いシメシロを大きくとることができる。したがって、クリープに起因する異常発熱，振動，フレーキングを防止することができ、高品質のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供できる。
【００３１】
浸炭鋼がクロムモリブデン鋼であれば、焼入れ性がよく、焼戻しに対する抵抗も大きく、焼戻しもろさの傾向も少なくなる利点がある。また、浸炭鋼がクロム鋼であれば、鍛接、溶接性、粘り強さも増大され、仕上がりも美しくなる利点がある。
【００３２】
このため、浸炭鋼として、クロムモリブデン鋼やクロム鋼を用いれば、より強靭な軸受を構成することができ、長寿命化を図ることができる。
【００３３】
ところで、前記実施形態では、内輪１２を浸炭鋼としているが、他の実施形態として、外輪１４も浸炭鋼としたりすることができる。内輪１２及び外輪１４を浸炭鋼とすれば、
両者とも亀裂敏感性が低くなって、耐久性に優れる軸受となる。
【００３４】
また、保持器１９，２０を樹脂保持器としているので、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となる。特に、樹脂保持器では、射出成形で形成することができるので、特異形状の保持器でも製作し易い利点がある。
【００３５】
次に、図３は本発明にかかるタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用したデファレンシャル装置を示し、このデファレンシャル装置は、デファレンシャルケース５１と、このデファレンシャルケース５１内に配置される差動減速機構５２と、差動減速機構５２のリングギヤ５３に噛合するピニオンギヤ５４と、ピニオンギヤ５４を支持するピニオン軸５５とを備え、ピニオン軸５５が軸受５６、５７を介して回転自在にデファレンシャルケース５１内に支持されている。
【００３６】
そして、軸受５６、５７にそれぞれ前記図１や図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受を使用している。ピニオンギヤ５４側に配設される一方の軸受５６は、ピニオン軸５５のピニオンギヤ５４の端面５４aに軸受５６の内輪１２の端部３３、つまり端面１２aが圧接するとともに、外輪１４の反ピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５８に圧接している。
【００３７】
他方の軸受５７は、内輪１２の端部３３、つまり端面１２a（反フランジ側の端面）がピニオンフランジ５０の端縁５０aに圧接するとともに、外輪１４のピニオンギヤ側の端面１４ａがケース５１の内面に形成された段差面５９に圧接している。また、一方の軸受５６と他方の軸受５７の内輪１２との間にスリーブ６０が介在されている。
【００３８】
この場合、ピニオン軸５５の端部のねじ部６１にナット部材６２を螺合することによって、ピニオンフランジ５０を介して軸受５６、５７に予圧を付与することになる。
【００３９】
このように、浸炭鋼にて構成される前記軸受は靭性が高いので、振動が常に発生しているデファレンシャル装置に最適となる。このため、浸炭鋼にて構成された軸受を使用したデファレンシャル装置は、高品質なデファレンシャル装置を提供できる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、転がり抵抗を低減することができるものであるので、デファレンシャル装置以外の種々の機械、装置、工具等に使用することができる。また、玉群１５，１６のボール２７、２８の数、球径等は任意に変更できる。さらに、玉群１５、１６の各ピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２の差も、使用する機械、装置、工具等に応じて種々変更できる。転動体としてのボール２７、２８を浸炭鋼にて構成してもよい。なお、使用する浸炭鋼としては、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）、ＳＣＭ４３５（クロムモリブデン鋼）、ＳＣｒ４１５（クロム鋼）に限るものではなく、他の浸炭鋼であってもよい。
【００４１】
また、保持器１９，２０を、鉄板保持器（金属板を打ち抜いて形成されたもの）としてもよい。金属板としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）等の圧延鋼板、及びばね鋼等を使用することができる。また、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）であれば、その表面に浸炭窒化処理やガス軟窒化処理等の表面硬化処理を施すのが好ましい。保持器１９、２０を鉄板製とすることによって、保持器の剛性を高めることができ、長期に亘って安定してボール２７，２８を保持することができる。しかも、耐油性に優れ、油への浸漬による材質劣化を防止できる。
【実施例】
【００４２】
次に、内輪１２に浸炭鋼を使用したタンデム型複列アンギュラ玉軸受と、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）を使用したタンデム型複列アンギュラ玉軸受との許容応力値と、内輪側の許容はめあいシメシロとを調べ、その結果を次の表１に示した。
【表１】
2008256134.tif 000003
【００４３】
この場合、浸炭鋼を使用したもの（実施例）と、ＳＵＪ２を使用したもの（比較例）は、それぞれ、内径を４０ｍｍとし、外径を９３ｍｍとし、幅（軸方向長さ）を３８ｍｍとした。この表１からわかるように、実施例のものが、許容応力値およびシメシロが大きい。このように、嵌め合い応力に対して、浸炭鋼を使用したものが軸受高を使用したものよりも強いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。
【図２】本発明の実施形態を示すデファレンシャル装置の断面図である。
【図３】浸炭鋼の熱処理工程を示すグラフ図である。
【図４】従来のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。
【図５】従来のデファレンシャル装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１ａ 軌道面
１１ｂ 軌道面
１２   内輪
１３ａ 軌道面
１３ｂ 軌道面
１４   外輪
１５，１６    玉群
５０   ピニオンフランジ
５１   デファレンシャルケース
５２   差動減速機構
５３   リングギヤ
５４   ピニオンギヤ
【図１】
2008256134.tif 000004
【図２】
2008256134.tif 000005
【図３】
2008256134.tif 000006
【図４】
2008256134.tif 000007
【図５】
2008256134.tif 000008