(57)【要約】【課題】円すいころ軸受に代えて低トルクの軸受を使用して、燃費向上を可能とするとともに、寿命低下やコスト増の問題を改良した最終減速装置を提供する。【解決手段】ファイナル・ギア装置Ａの１対の円すいころ軸受１１およびデファレンシャル・ギア装置Ｂの１対の円すいころ軸受１１のうち、少なくとも１つの円すいころ軸受は、円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイナル・ギア装置およびデファレンシャル・ギア装置を有し、ファイナル・ギア装置は、一端部にピニオン・ギアが配設されかつエンジンからの駆動トルクが伝達されるピニオン・シャフトと、ピニオンシャフトをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備え、デファレンシャル・ギア装置は、ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えている最終減速装置において、
ファイナル・ギア装置の１対の転がり軸受およびデファレンシャル・ギア装置の１対の転がり軸受のうち、少なくとも１つの転がり軸受は、円すいころ軸受で、その円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされていることを特徴とする最終減速装置。
【請求項２】
大端面が凸の曲面の円すいころと大つば面が凹の内輪軌道との接触ラインが、コーンセンタを通るラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあることを特徴とする請求項１の最終減速装置。
【請求項３】
ころ大端面の凸の曲面は、球面である請求項１または２の最終減速装置。
【請求項４】
内輪の大つば面と軌道面との境界部分に、凹所が形成されている請求項１、２または３の最終減速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン等回転駆動源からの駆動トルクを車軸に伝達する最終減速装置に関し、特に、その転がり軸受を改良した最終減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最終減速装置のデファレンシャル・ギア装置として、ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えたものが使用されている。
【０００３】
デファレンシャル・ギア装置の転がり軸受は、従来、高い剛性を得るために円すいころ軸受とされていたが、燃費向上の観点から軸受の低トルク化が課題となっており、円すいころ軸受より回転トルクが小さい玉軸受を使用することが提案されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
また、特許文献１には、一端部にピニオン・ギアが配設されかつエンジンからの駆動トルクが伝達されるピニオン・シャフトと、ピニオンシャフトをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の円すいころ軸受とを備えているファイナル・ギア装置も記載されているが、このファイナル・ギア装置の円すいころ軸受については、従来の円すいころ軸受がそのまま使用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１６１４６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
玉軸受を使用したデファレンシャル・ギア装置では、円すいころ軸受のものに比べて、通常、剛性が低下するため、低トルクと高剛性とを両立させるための材質変更などによって製造コストが増加すること、異物油中での使用となるために寿命低下が懸念されることなどの新たな課題が生じ、これらの新たな課題を解決しかつ低トルクおよび高剛性を確保した軸受を有するデファレンシャル・ギア装置が求められている。また、ファイナル・ギア装置部分についても、上記と同じ理由により、その円すいころ軸受の低トルク化が課題となっている。
【０００７】
この発明の目的は、高剛性である円すいころ軸受を使用して、燃費向上を可能とするとともに、寿命低下やコスト増の問題を改良した最終減速装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による最終減速装置は、ファイナル・ギア装置およびデファレンシャル・ギア装置を有し、ファイナル・ギア装置は、一端部にピニオン・ギアが配設されかつエンジンからの駆動トルクが伝達されるピニオン・シャフトと、ピニオンシャフトをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備え、デファレンシャル・ギア装置は、ディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持されかつ一端部にピニオン・ギアが配設されたピニオン・シャフトと、ピニオン・ギアに噛み合わされたリング・ギアと、リング・ギアに取り付けられたディファレンシャル・ケースと、ディファレンシャル・ケースをディファレンシャル・キャリアに回転自在に支持する１対の転がり軸受とを備えている最終減速装置において、ファイナル・ギア装置の１対の転がり軸受およびデファレンシャル・ギア装置の１対の転がり軸受のうち、少なくとも１つの転がり軸受は、円すいころ軸受で、その円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされていることを特徴とするものである。
【０００９】
円すいころの凸の曲面は、例えば、曲率が一定の球面とされるが、曲率が一定のものに限られるものではなく、異なる曲率を有する複数個の球面から構成されるようにしてもよく、また、双曲線、放物線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、要するに、連続した曲線であればよい。円すいころの凸曲面状大端面に対応する内輪の大つば面の凹の曲面は、円すいころの曲面が球面の場合には、例えば、この球面の径の５０〜５３％の曲率となるように形成されるが、内輪の曲面についても、曲率が一定のものに限られるものではなく、双曲線などの二次曲線や指数曲線などでもよく、ころ大端面と同様、連続した曲線であればよい。内輪の大つば面は、円すい状の内輪軌道面に連続した曲面とされる。
【００１０】
円すいころの凸曲面状大端面に対応する外輪肩部の形状は、任意であり、ころ大端面の形状に対応させて曲面としてももちろんよいが、円すいころで一般的に使用されている円すい状の内面を有する外輪をそのまま使用することもできる。また、内輪の小つば面側形状は、従来のものと同一とされる。
【００１１】
この発明の最終減速装置によると、使用されている転がり軸受のうちの少なくとも１つが、円すいころ軸受で、その円すいころの大端面が円すい面と連続する凸の曲面とされるとともに、内輪の大つば面がこの曲面に対応する凹の曲面とされているので、この円すいころ軸受に支持されている部分では、軸受の曲面部における転がり・すべり接触による荷重支持で、トルクが低減されるとともに、軸受の応力分布が連続していてエッジロードが防止されるので、軸受の早期焼き付きや剥離を防止することもできる。したがって、従来の円すいころ軸受を使用した最終減速装置に比べて、剛性の低下などのデメリットを生じることなく、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができる。
【００１２】
円すいころの大端面が凸の曲面とされた円すいころ軸受は、ファイナル・ギア装置の１対の転がり軸受およびデファレンシャル・ギア装置の１対の転がり軸受のうちのすべてに使用されてももちろんよいが、ファイナル・ギア装置の１対の転がり軸受にだけ使用されてもよく、また、デファレンシャル・ギア装置の１対の転がり軸受にだけ使用されてもよい。さらにまた、ファイナル・ギア装置の１対の転がり軸受のいずれか一方にだけ使用されてもよく、また、デファレンシャル・ギア装置の１対の転がり軸受のいずれか一方にだけ使用されてもよい。
【００１３】
デファレンシャル・ギア装置部分においては、例えば、ギア噛合位置から遠い側の転がり軸受は、円すいころの大端面が凸の曲面の円すいころ軸受とされ、ギア噛合位置に近い側の転がり軸受は、従来の円すいころ軸受とされてもよく、また、ギア噛合位置から遠い側の転がり軸受は、斜接玉軸受とされ、ギア噛合位置に近い側の転がり軸受は、円すいころの大端面が凸の曲面の円すいころ軸受とされてもよい。このように、ギア噛合位置から近い側の転がり軸受を相対的に高剛性とすることにより、両方の転がり軸受が従来の円すいころ軸受であるものに比べて、回転トルクが小さくなり、燃費を向上することができるようになるとともに、ギア噛合位置から遠い側の軸受の負担は少ないものとでき、車重が大きい、出力が大きいなどの使用条件が厳しい車にも適用することができる。
【００１４】
円すいころの大端面の曲面形状および内輪の大つば面の曲面形状は、両者の接触成分の内のすべり成分を減らして転がり成分が多くなるように、軸受の寸法や使用条件によって適宜設定される。これに伴い、接触角やつばの高さなども適宜変更されることはもちろんである。
【００１５】
上記円すいころ軸受においては、大端面が凸の曲面の円すいころと大つば面が凹の内輪軌道との接触ラインが、コーンセンタを通るラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側に位置させられることがある。曲面部分は、コーンセンターを通るラインから径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪からの駆動で発生するころ自転回転速度が直線接触部より早くなることになるが、円すいころと内輪軌道の接触ラインが、コーンセンタラインを基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側に位置させられた場合には、円すいころの小端側部分は早く、同大端側部分では遅く回ることになり、この量を適切に設定することにより、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。
【００１６】
円すいころ軸受のころ大端面の凸の曲面は、上記のように特に限定されないが、好ましくは、球面とされる。曲面を形状が簡単な球面にすることにより、製造上の手間を少なくして上記効果を得ることができる。
【００１７】
また、円すいころ軸受の内輪の大つば面と軌道面との境界部分に、凹所が形成されていることがある。この凹所は、製作上の干渉を防止することを可能とするとともに、潤滑油の溜まり部としても使用可能であり、これにより、上記の効果を維持し、さらに、製作性や潤滑性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図の左右をいうものとする。また、前後については、図１の上を前、下を後というものとする。
【００１９】
図１は、この発明による最終減速装置の１実施形態を示しており、最終減速装置は、ファイナル・ギア装置（Ａ）およびデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）を有している。
【００２０】
ファイナル・ギア装置（Ａ）は、ディファレンシャル・キャリア（１）に回転自在に支持されかつ後端部にドライブピニオン・ギア（３）が配設されたピニオン・シャフト（２）と、ドライブピニオン・ギア（３）に噛み合わされたリング・ギア（４）と、ピニオンシャフト（２）をディファレンシャル・キャリア（１）に回転自在に支持する１対の円すいころ軸受（１１）とを備えている。
【００２１】
デファレンシャル・ギア装置（Ｂ）は、リング・ギア（４）に取り付けられたディファレンシャル・ケース（５）と、ディファレンシャル・ケース（５）をディファレンシャル・キャリア（１）に回転自在に支持する左右１対の円すいころ軸受（１１）と、ディファレンシャル・ケース（５）から左右にのびる左右のサイドギア・シャフト（６）の内側端部にそれぞれ配設されたサイドギア（７）と、スパイダ（９）に回転可能に支持されかつサイドギア（７）に噛み合わされているデフピニオン・ギア（８）とを備えている。
【００２２】
図示した例では、ファイナル・ギア装置（Ａ）の１対の円すいころ軸受（１１）およびデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）の１対の円すいころ軸受（１１）は、いずれも同じ形状とされている。この円すいころ軸受（１１）のいくつかの実施形態を図２から図７までに示す。
【００２３】
図２および図３に示す第１実施形態の円すいころ軸受（１１）は、外輪（１２）、内輪（１３）およびこれらの間に配置された複数の円すいころ（１４）を有している。
【００２４】
円すいころ（１４）は、円すい状の本体部分（２１）と、その右端部に設けられた大端面（２２）とを有している。円すいころ（１４）の大端面（２２）は、本体部分（２１）の円すい面と二点鎖線で示している曲線Ｌとの交点において連続する凸の曲面とされている。この実施形態では、この曲面は、凸の球面とされている。
【００２５】
内輪（１３）は、円すい状の軌道面（２３）と、軌道面（２３）の左端部に設けられた小つば面（２４）と、軌道面（２３）の右端部に設けられた大つば面（２５）とを有している。大つば面（２５）は、円すいころ（１４）の大端面（２２）の凸の曲面に対応する凹の曲面とされている。この実施形態では、大つば面（２５）の断面形状は、軌道面（２３）と点Ｐ１において連続する凹円弧面とされている。
【００２６】
外輪（１２）は、円すい軌道面（２６）と、その右端部に設けられた肩部（２７）とを有している。この実施形態では、肩部（２７）内周の断面形状は、軌道面（２６）と点Ｐ２において連続する凹円弧面とされている。
【００２７】
上記のように形成された円すいころ軸受（１１）によると、図３に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪（１２）および内輪（１３）と円すいころ（１４）とが線接触している。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、円すいころ（１４）の凸曲面状大端面（２２）がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面（２５）に抱きかかえられるように接触するため、円すいころ（１４）の軸方向の位置が安定し、内輪軌道面（２３）に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することにより、エッジロードの発生を防止することができる。また、前記凸曲面と凹曲面の接触面では、すべり接触ではなく、すべり成分を大幅に低減した転がり・すべり接触の状態にあるため、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受（１１）を得ることができる。したがって、この円すいころ軸受（１１）をファイナル・ギア装置（Ａ）および／またはデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）に使用することにより、円すいころ軸受（１１）の特性である高剛性を維持して、燃費向上を可能とすることができ、寿命低下やコスト増の問題も改良した最終減速装置を得ることができる。
【００２８】
図４は、円すいころ軸受（１１）の第２実施形態を示すもので、内輪（１３）には、円すい状軌道面（２３）と凹曲面状の大端面（２５）との間に、製作上の干渉を防止するために環状の凹所（ぬすみ）（２８）が形成されている。これ以外の構成は、図２に示した実施形態と同じであり、同じ構成に同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２９】
この第２実施形態の円すいころ軸受（１１）によると、同図に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪（１２）および内輪（１３）と円すいころ（１４）とが線接触している。内輪（１３）に形成されている環状凹所（２８）によって、内輪（１３）のその部分の応力はゼロになっているが、全体の応力分布については、図３のものとほぼ同様である。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、図３に示したものと同様に、円すいころ（１４）の凸曲面状大端面（２２）がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面（２５）に抱きかかえられるように接触するため、軸方向の位置が安定し、内輪軌道面（２３）に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、エッジロードの発生を防止することができるとともに、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受（１１）を得ることができる。内輪（１３）に形成されている環状凹所（２８）は、潤滑油の溜まり部として使用可能であり、こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することによるトルク損失の減少に加えて、潤滑性にも優れた円すいころ軸受（１１）を得ることができる。したがって、この円すいころ軸受（１１）をファイナル・ギア装置（Ａ）および／またはデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）に使用することにより、円すいころ軸受（１１）の特性である高剛性を維持して、燃費向上を可能とすることができ、寿命低下やコスト増の問題も改良した最終減速装置を得ることができる。
【００３０】
なお、上記第１および第２実施形態においては、図示省略したが、円すいころ軸受（１１）は、円すいころ（１４）を保持する保持器を有していてももちろんよい。
【００３１】
図５および図６は、円すいころ軸受の第３実施形態を示すもので、円すいころ軸受（４１）は、外輪（４２）、内輪（４３）、これらの間に配置された複数の円すいころ（４４）、および円すいころ（４４）を保持する保持器（４５）を有している。
【００３２】
円すいころ（４４）は、円すい状の本体部分（５１）と、その右端部に設けられた大端面（５２）とを有している。円すいころ（４４）の大端面（５２）は、本体部分（５１）の円すい面に連続する凸の曲面とされている。この実施形態では、この曲面は、凸の球面とされている。
【００３３】
内輪（４３）は、円すい状の軌道面（５３）と、軌道面（５３）の左端部に設けられた小つば面（５４）と、軌道面（５３）の右端部に設けられた大つば面（５５）とを有している。大つば面（５５）は、円すいころ（４４）の大端面（５２）の凸の曲面に対応する凹の曲面とされている。この実施形態では、大つば面（５５）の断面形状は、軌道面（５３）に連続する凹円弧面とされている。
【００３４】
外輪（４２）は、円すい軌道面（５６）を有している。この実施形態では、円すいころ（４４）の大端面（５２）の凸の曲面に対応する部分の軌道も円すい状に形成されている。
【００３５】
図５に二点鎖線で示すラインＬ２は、円すい形の頂点が軸受の中心軸上の１点（コーンセンタ）に集まるように設計されている従来の円すいころ軸受におけるコーンセンタを通るラインであり、この円すいころ軸受（４１）においては、円すいころ（４４）と内輪（４３）の軌道面（５３）との接触ラインＬ１は、このコーンセンタラインＬ２と点Ｐで交差し、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側に位置させられている。
【００３６】
上記のように形成された円すいころ軸受（４１）によると、図６に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪（４２）および内輪（４３）と円すいころ（４４）とが線接触している。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、円すいころ（４４）の凸曲面状大端面（５２）がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面（５５）に抱きかかえられるように接触するため、円すいころ（４４）の軸方向の位置が安定し、内輪軌道面（５３）に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することにより、エッジロードの発生を防止することができる。また、前記凸曲面と凹曲面の接触面では、すべり接触ではなく、すべり成分を大幅に低減した転がり・すべり接触の状態にあるため、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受（４１）を得ることができる。また、曲面状の大端面（５２）は、コーンセンターラインＬ２から径方向外側にずれた位置で転がり・すべり接触するため、内輪（４３）からの駆動で発生するころ自転回転速度が本体部分（５１）より早くなることになるが、円すいころ（４４）と内輪（４３）の軌道面（５３）との接触ラインＬ１が、コーンセンタラインＬ２を基準として、ころ小端側では径方向外側に、ころ大端側では径方向内側にあるので、円すいころ（４４）の小端側部分は早い速度で、同大端側部分は遅い速度で自転することになる。円すいころ（４４）と内輪（４３）の軌道面（５３）との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度は、変更可能であることから、この値を適切に設定することにより、ころ倒れや、ころの公転速度を不均一にする要因を打ち消すことができ、円滑な回転をもたらす最適調製が可能となる。したがって、この円すいころ軸受（４１）をファイナル・ギア装置（Ａ）および／またはデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）に使用することにより、円すいころ軸受（４１）の特性である高剛性を維持して、燃費向上を可能とすることができ、寿命低下やコスト増の問題も改良した最終減速装置を得ることができる。
【００３７】
図７は、円すいころ軸受（４１）の第４実施形態を示すもので、内輪（４３）には、円すい状軌道面（５３）と凹曲面状の大端面（５５）との間に、製作上の干渉を防止するために環状の凹所（ぬすみ）（５８）が形成されている。これ以外の構成は、図５に示した実施形態と同じであり、同じ構成に同じ符号を付してその説明は省略する。
【００３８】
この第４実施形態の円すいころ軸受（４１）によると、図７に破線のハッチングで示す応力分布を有するように、外輪（４２）および内輪（４３）と円すいころ（４４）とが線接触している。内輪（４３）に形成されている環状凹所（５８）によって、内輪（４３）のその部分の応力はゼロになっているが、全体の応力分布については、図６のものとほぼ同様である。この状態からさらにアキシャル荷重が作用した場合、第３の実施形態と同様に、円すいころ（４４）の凸曲面状大端面（５２）がこれと対応する凹曲面を有する内輪大つば面（５５）に抱きかかえられるように接触するため、軸方向の位置が安定し、内輪軌道面（５３）に対して軸方向にほとんど移動しない。よって、同様の応力分布が維持される。こうして、エッジロードの発生を防止することができるとともに、トルク損失を大幅に減少した円すいころ軸受（４１）を得ることができ、しかも、円すいころ（４４）と内輪（４３）の軌道面（５３）との接触ラインＬ１とコーンセンタラインＬ２との交点および交差角度を変更することにより、円滑な回転をもたらす最適調製も可能となる。内輪（４３）に形成されている環状凹所（５８）は、潤滑油の溜まり部として使用可能であり、こうして、連続した応力分布による転がりで荷重を支持することによるトルク損失の減少に加えて、潤滑性にも優れた円すいころ軸受（４１）を得ることができる。したがって、この円すいころ軸受（４１）をファイナル・ギア装置（Ａ）および／またはデファレンシャル・ギア装置（Ｂ）に使用することにより、円すいころ軸受（４１）の特性である高剛性を維持して、燃費向上を可能とすることができ、寿命低下やコスト増の問題も改良した最終減速装置を得ることができる。
【００３９】
なお、図１に示した最終減速装置の４つの軸受（１１）について、すべてを第１から第４までの実施形態の円すいころ軸受（１１）（４１）にする必要はなく、４つの軸受（１１）の少なくとも１つを第１から第４までの実施形態の円すいころ軸受（１１）（４１）のいずれかとするとともに、他の軸受（１１）を従来の円すいころ軸受または玉軸受などで置き換えたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明による最終減速装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による最終減速装置で使用されている円すいころ軸受の詳細な構成を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２に示した円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【図４】図４は、円すいころ軸受の他の実施形態を示す図３に対応する図である。
【図５】図５は、円すいころ軸受の他の実施形態の詳細な構成を示す縦断面図である。
【図６】図６は、図５に示した円すいころ軸受の応力分布を示す図である。
【図７】図７は、円すいころ軸受の他の実施形態を示す図６に対応する図である。
【符号の説明】
（Ａ）          ファイナル・ギア装置
（Ｂ）          デファレンシャル・ギア装置
（１）          ディファレンシャル・キャリア
（２）          ピニオン・シャフト
（３）          ピニオン・ギア
（４）          リング・ギア
（５）          ディファレンシャル・ケース
（１１）（４１）    円すいころ軸受
（１２）（４２）    外輪
（１３）（４３）    内輪
（１４）（４４）    円すいころ
（２２）（５２）    大端面
（２５）（５５）    大つば面
（２８）（５８）    環状凹所
Ｌ１        接触ライン
Ｌ２        コーンセンタライン
【図１】
2004360880.tif 000003
【図２】
2004360880.tif 000004
【図３】
2004360880.tif 000005
【図４】
2004360880.tif 000006
【図５】
2004360880.tif 000007
【図６】
2004360880.tif 000008
【図７】
2004360880.tif 000009