(57)【要約】【課題】ボールと、外輪及び内輪との摩擦抵抗を低減することができるとともに、ボールの転動面と、内輪軌道面及び外輪軌道面との接触面積を小さくすることができて、軸受の回転トルクの低減を図ることができるデファレンシャル用玉軸受装置を提供する。【解決手段】デファレンシャルケース５１と、差動減速機構５２と、ピニオンギヤ５４と、ピニオン軸５５とを備えたデファレンシャル装置である。ピニオン軸５５をデファレンシャルケース内に回転自在に支持するデファレンシャル用玉軸受装置である。玉軸受装置が、内輪１２と、外輪１４と、内輪１２および外輪１４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１５、１６と、玉群１５、１６のボール２７、２８を保持する保持器１９、２０とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受装置であり、ボール２７、２８をセラミックス製とした。【選択図】図１
2008281178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、前記ピニオン軸をデファレンシャルケース内に回転自在に支持するデファレンシャル用玉軸受装置であって、
前記玉軸受装置が、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、前記玉群のボールを保持する保持器とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受装置であり、前記ボールをセラミックス製としたことを特徴とするデファレンシャル用玉軸受装置。
【請求項２】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各ボールの外径の５４％以上５６％未満とするとともに、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボールの外径の５２．５％以上５６％未満としたことを特徴とする請求項１のデファレンシャル用玉軸受装置。
【請求項３】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各ボールの外径の５３％以上５５％未満とするとともに、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボールの外径の５０．５％以上５２％未満としたことを特徴とする請求項１のデファレンシャル用玉軸受装置。
【請求項４】
前記保持器を合成樹脂製としたことを特徴とする請求項１のデファレンシャル用玉軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デファレンシャル用玉軸受装置に関する。
【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】
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。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１）。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。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を有する軸受である。
【０００４】
タンデム型複列アンギュラ玉軸受は、図３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１に記載のデファレンシャル装置は、図４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１０１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】
ところで、内輪軌道及び外輪軌道の断面形状の曲率半径は、前記各ボールの軌道面の曲率半径よりも僅かに大きくしている。つまり、従来では内輪軌道の断面形状の曲率半径を、前記各ボールの外径の５１％〜５２％とするとともに、外輪軌道の断面形状の曲率半径を、各ボールの５４％〜５６％としている。内輪軌道の断面形状の曲率半径を、外輪軌道の曲率半径よりも小さくしているのは、内輪軌道の円周方向に関する形状が凸円弧であり、外輪軌道の円周方向に関する形状が凹円弧であるためである。すなわち、この形状の相違にかかわらず、各ボールの転動面と、内輪軌道面及び外輪軌道面との接触面積に差異が生じないようにするためである。
【特許文献１】特表２００２−５２３７１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来では鋼製のボールが一般的に使用されていたため、ボールと、外輪及び内輪との接触は、同種金属同士の接触となる。同種金属同士が接触すると、接触部での摩擦抵抗が増大するとともに、弾性変形量が大きくなる。これにより、軸受の回転トルクが増大する。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みて、ボールと、外輪及び内輪との摩擦抵抗を低減することができるとともに、ボールの転動面と、内輪軌道面及び外輪軌道面との接触面積を小さくすることができて、軸受の回転トルクの低減を図ることができるデファレンシャル用玉軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のデファレンシャル用玉軸受装置は、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において、前記ピニオン軸をデファレンシャルケース内に回転自在に支持するデファレンシャル用玉軸受装置であって、前記玉軸受装置が、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、前記玉群のボールを保持する保持器とを備えたタンデム型アンギュラ玉軸受装置であり、前記ボールをセラミックス製としたものである。
【００１３】
本発明のデファレンシャル用玉軸受装置によれば、ボールをセラミックス製としているため、従来一般的に使用されていた鋼製のボールを使用した玉軸受に比べて、ボールの転動面と、外輪軌道及び内輪軌道との接触部に作用する転がり摩擦の低減を図れる。すなわち、セラミックス製のボールと、鋼等の硬質金属製の外輪及び内輪とを当接させる為、異種材料同士の接触状態となり、同種金属同士の接触状態に比べて、当接部での摩擦抵抗が低減される。同時に、セラミックス製のボールは、鋼製のボールに比べて弾性変形量が少ないので、当接部に存在するヘルツの接触楕円が小さくなる。さらには、金属に比べて比重が小さく、慣性質量が小さいため、セラミックス製のボール自体の転がり抵抗も小さい。
【００１４】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各ボールの外径の５４％以上５６％未満とするとともに、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボールの外径の５２．５％以上５６％未満とできる。すなわち、内輪軌道の断面形状の曲率半径を、従来構造の場合（ボールの外径の５１〜５２％程度）よりも大きく、５２．５％以上とし、しかも外輪軌道の断面形状の曲率半径を、従来と同様とすることができる。これにより、当接部に存在するヘルツの接触楕円を小さくすることができる。
【００１５】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各ボールの外径の５３％以上５５％未満とするとともに、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボールの外径の５０．５％以上５２％未満とできる。この場合、特に内輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボール径の５０．５％以上５１．５％以下、外輪軌道の断面形状の曲率半径を各ボール径の５３％以上５４％以下が望ましい。このように、内輪軌道面の曲率半径をボール径の５０．５％以上５２％未満とすることで、接触面応力を低減することができる。さらに、外輪軌道面を５３％以上５５％未満とすることができる。これにより、接触面積を小さくして差動滑りを軽減することができる。このように、外輪軌道面の曲率半径は大きくするとことでアキシアル剛性が低下するため、大きくしすぎないように曲率の上限を設けている。
【００１６】
前記保持器を合成樹脂製とすることができる。これにより、従来の鋼製（ＳＰＣＣ製）保持器に比べて転動体と保持器ポケットとの間の摩擦が低減されるとともに、保持器自体も軽量であるため、回転トルクが小さくなる。なお、合成樹脂製保持器の材質としては、ナイロン，ポリアミド，ポリアセタール，フェノール，ポリプロピレン，ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂をガラス繊維等で強化したものが好適であるが、特にナイロン樹脂（６−６ナイロン）の母材に補強材としてガラス繊維を加えたものが、強度的にも摩擦性能の面からも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のデファレンシャル用玉軸受装置では、従来軸受と比較して軽量化され、かつ接触面積を小さくすることができ、軸受の低トルク化を実現することができる。
【００１８】
特に、当接部に存在するヘルツの接触楕円を小さくすることができるため、差動すべり等を減少し、回転トルク低減と軸受の長寿命化を図ることができる。また、外輪軌道の断面形状の曲率半径を従来と同様としているので、既存の外輪を使用することができ、生産性に優れるとともに、コスト低減を図ることができる。
【００１９】
保持器を合成樹脂製とすることにより、軽量化による低トルク化を図ると共に、発熱や磨耗粉の発生も抑制防止し、長寿命化を図ることができる。また、潤滑不良、焼付き等の原因の一つである急加減速回転時の軸受内部での発熱を抑制することもできる。さらには、合成樹脂製の保持器では、鋼製保持器において発生する鉄系磨耗粉の発生も抑制され、軸受の寿命延長に対して有効である。
【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及び図２に基づいて説明する。
【００２１】
図１に本発明のデファレンシャル用玉軸受装置を示し、この軸受装置は、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。
【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。
【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１３ｂとされ、第２切欠部２５が前記軌道面１３ａ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。保持器１９、２０は、テーパ筒形のリング状に形成した合成樹脂製のものであって、ボール２７、２８の保持用の複数のポケット３２を、軸方向幅の中間部で周方向に多数並べて設けた窓型のものとしてある。保持器１９、２０の各ポケット３２、３２間の部分は、傾斜した柱状の仕切り壁３４となり、ポケット３２よりも小径側の部分および大径側の部分は、各々内径面および外径面が共に円筒面状となった小径円環部３０および大径円環部３１となっている。各仕切り壁３４の両側面は、ボール２７、２８の外径に応じた球面状としてある。
【００２５】
ところで、この軸受のボール２７、２８として、セラミックス製のものを用いている。転動体としてセラミックス製のものを用いると、軸受鋼製の内輪１２、及び外輪１４に対して異種材料の組合せとなり、また鋼製転動体に比べて比重も小さいことから、軸受内部の摩擦及び磨耗が軽減される。ボール２７、２８を構成するセラミックの種類は特に限定しないが、例えば、窒化珪素（Si3Ｎ4）、ジルコニア（ZrＯ2）、炭化珪素（SiＣ）、アルミナ（Al2Ｏ3）等が、好適に使用できる。摩擦特性、加工性、比重等を考慮すると特に窒化珪素が望ましい。又、セラミックス製転動体の成形法に関しても、特に限定せず、常圧、加圧、ＨＩＰ等、何れの成形法によるものでも利用可能である。これらセラミックス製転動体は、金型成形若しくは造粒成形によって一次成形され、常圧焼結、加圧焼結、ＨＩＰ焼結等で二次成形して得られた素球を、ラッピング等で仕上げて完成球とされる。この中で最も安価な素球を得られるのは造粒成形−常圧焼結であるが、更に高性能を要求するならＨＩＰ焼結若しくは加圧焼結を施したものが望ましい。
【００２６】
ボール２７、２８を保持する保持器１９、２０の材質としては、ナイロン，ポリアミド，ポリアセタール，フェノール，ポリプロピレン，ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂をガラス繊維等で強化したものが好適であるが、特にナイロン樹脂（６−６ナイロン）の母材に補強材としてガラス繊維を加えたものが、強度的にも摩擦性能の面からも好ましい。
【００２７】
次に、図２は本発明にかかるデファレンシャル用玉軸受装置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。
【００２８】
そして、軸受５６、５７にそれぞれ前記図１に示すデファレンシャル用玉軸受装置を使用している。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本発明では、ボール２７、２８をセラミックス製としているため、従来一般的に使用されていた鋼製のボールを使用した玉軸受に比べて、ボール２７、２８の転動面と、外輪軌道１３ａ、１３ｂ及び内輪軌道１１ａ、１１ｂとの接触部に作用する転がり摩擦の低減を図れる。すなわち、慣性を小さくして滑りを低減すると共に、摩耗を低減することができる。また、セラミックス製のボール２７、２８と、鋼等の硬質金属製の外輪１４及び内輪１２とを当接させる為、異種材料同士の接触状態となり、同種金属同士の接触状態に比べて、当接部での摩擦抵抗が低減される。同時に、セラミックス製のボール２７、２８は、鋼製のボールに比べて弾性変形量が少ないので、当接部に存在するヘルツの接触楕円が小さくなり、摩擦抵抗の低減を図ることができる。これにより、従来軸受と比較して軽量化され、かつ接触面積を小さくすることができ、軸受の低トルク化を実現することができる。
【００３２】
前記外輪軌道１３ａ、１３ｂの断面形状の曲率半径を前記各ボール２７、２８の外径の５４％以上５６％未満とするとともに、前記内輪軌道１１ａ、１１ｂの断面形状の曲率半径を各ボール２７、２８の外径の５２．５％以上５６％未満としている。すなわち、内輪軌道１１ａ、１１ｂの断面形状の曲率半径を、従来構造の場合（ボールの外径の５１〜５２％程度）よりも大きく、５２．５％以上とし、しかも外輪軌道１３ａ、１３ｂの断面形状の曲率半径を、従来と同様としている。しかも、既存の外輪１４を使用することができ、生産性の向上、及びコスト低減を図ることができる。
【００３３】
これにより、当接部に存在するヘルツの接触楕円を小さくすることができるため、差動すべり等を減少し、回転トルク低減と軸受の長寿命化を図ることができる。なお、前記内輪軌道１１ａ、１１ｂの断面形状の曲率半径をボール２７、２８の外径の５６％以上にすると、上記接触楕円部分での最大ヘルツ接触圧力が過大になり、前記内輪軌道１３ａ、１３ｂの転がり疲れ寿命を低下させて、音響や剥離寿命の面で不利である。
【００３４】
また、他の実施形態として、前記外輪軌道１３ａ、１３ｂの断面形状の曲率半径を前記各ボール２７、２８の外径の５３％以上５５％未満とするとともに、前記内輪軌道１１ａ、１１ｂの断面形状の曲率半径を各ボール２７、２８の外径の５０．５％以上５２％未満とすることができる。この場合、特に内輪１２でボール径の５０．５％以上５１．５％以下、外輪１４でボール径の５３％以上５４％以下が望ましい。
【００３５】
このように、内輪軌道面１１ａ、１１ｂの曲率半径をボール径の５０．５％以上５２％未満とすることで、接触面応力を低減することができるため、焼付きを長期にわたって防止し、面荒れ等を防止する。さらに、外輪軌道面１３ａ、１３ｂを５３％以上５５％未満とすることで、接触面積を小さくして差動滑りを軽減することができて、低トルク化と長寿命化を図る。なお、外輪軌道面１３ａ、１３ｂの曲率半径が５５％より大となると、アキシアル剛性が低下する。
【００３６】
前記保持器を合成樹脂製としている。これにより、従来の鋼製（ＳＰＣＣ製）保持器に比べて転動体と保持器ポケットとの間の摩擦が低減されるとともに、保持器自体も軽量であるため、回転トルクを小さくして、発熱や磨耗粉の発生も抑制防止し、長寿命化を図ることができる。また、潤滑不良、焼付き等の原因の一つである急加減速回転時の軸受内部での発熱を抑制することもできる。さらには、合成樹脂製の保持器では、鋼製保持器において発生する鉄系磨耗粉の発生も抑制され、軸受の寿命延長に対して有効である。
【００３７】
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、玉群１５、１６が２列であったが、３列以上であってもよい。また、玉群１５，１６のボール２７、２８の数は任意に変更でき、球径としては、前記段落００３３、００３５に記載の範囲内において変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】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４】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】
【００３９】
１１ａ、１１ｂ       軌道面
１２          内輪
１３ａ、１３ｂ       軌道面
１４   外輪
１５、１６  玉群
１９、２０  保持器
２７、２８    ボール
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
５５          ピニオン軸
【図１】
2008281178.tif 000003
【図２】
2008281178.tif 000004
【図３】
2008281178.tif 000005
【図４】
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