(57)【要約】【課題】  伝達トルクに応じた最適な軸受剛性を付与可能な歯車軸支持構造を提供する。【解決手段】  減速歯車８、９を備える歯車軸１１を対向する一対のテーパローラ軸受１２、１４により支持する歯車軸支持構造において、歯車軸１１の一端の軸部１１Ａを一方のテーパローラ軸受１４のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、歯車軸１１と一方のテーパローラ軸受１４との間の歯車軸１１の軸部１１Ａの周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸１１と一方のテーパローラ軸受１４のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレート１５およびカムローラ１８からなる推力カム機構１５〜１８を配置し、推力カム機構１５〜１８を含めて一対のテーパローラ軸受１２、１４同士にプリロードを付与するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速歯車を備える歯車軸を対向する一対のテーパローラ軸受により支持する歯車軸支持構造において、
前記歯車軸の一端の軸部を一方のテーパローラ軸受のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、
前記歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を配置し、
前記推力カム機構を含めて一対のテーパローラ軸受同士にプリロードを付与するようにしたことを特徴とする歯車軸支持構造。
【請求項２】
前記推力カム機構は、端面に傾斜面で形成したカム溝を円周方向に等間隔に備える歯車軸と一体のカムプレートと、カム溝の傾斜面上を円周方向に転動可能なカムローラと、一方のテーパローラ軸受のインナレースに背面が当接し、カムローラに転動可能に背面から接触する円板と、から構成したことを特徴とする請求項１に記載の歯車軸支持構造。
【請求項３】
前記減速歯車は、推力カム機構が配置された側とは反対側の他方のテーパローラ軸受の荷重受け方向に、前進走行時のハスバ歯車による噛合い反力としての軸方向スラスト力を発生するよう構成していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車軸支持構造。
【請求項４】
前記減速歯車は、外部歯車から駆動回転されるアイドラギヤと別の外部歯車を駆動回転するリダクションギヤとからなり、他方のテーパローラ軸受にアイドラギヤより隣接させてリダクションギヤを配置して備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の歯車軸支持構造。
【請求項５】
前記推力カム機構のカムローラは、カムプレートと円板との間に位置する歯車軸の軸部外周に遊嵌する保持器に円周方向等間隔に保持されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の歯車軸支持構造。
【請求項６】
前記推力カム機構の円板は、カムローラに背面から平坦な面により転動可能に接触することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の歯車軸支持構造。
【請求項７】
前記推力カム機構のカム溝は、前進走行時にカムローラと接触する斜面の傾斜角を後進走行時にカムローラと接触する斜面の傾斜角に対して小さい傾斜角とすることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つに記載の歯車軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機出力部よりの駆動力を減速して差動装置等の車軸装置に伝達する減速歯車装置の歯車軸を、プリロードを付与したテーパローラ軸受で支持する歯車軸支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から変速機出力部よりの駆動力を減速歯車装置により減速して差動装置等の車軸装置に伝達する減速歯車装置の歯車軸を軸方向から規定したプリロードを加えた一対のテーパローラ軸受により支持させ、減速歯車同士の噛合いにより発生する半径方向のラジアル荷重および軸方向のスラスト荷重に対して良好な噛合い状態を維持させ、ギヤノイズ等の発生を抑制し、減速歯車の耐久性を向上させるものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３１２７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような歯車軸を支持するテーパローラ軸受にプリロードを加える場合に、発進から高速走行までの運転領域全域に亘る伝達トルク範囲をカバーするよう軸受剛性を高めて、噛合い部分のガタ発生を抑制してギヤノイズ抑制や耐久性を向上させるためには、ある程度高いプリロードを設定する必要がある。
【０００４】
しかしながら、このように運転領域全域に対応するようにある程度高いプリロードを設定する場合には、テーパローラ軸受の転動面の面圧が高まり、回転に対するフリクショントルクが大きくなり、動力伝達効率が低下して、車両の燃料消費が増加する不具合を生ずる。特に、伝達トルクが小さい中高速走行時に必要以上にフリクションロスを発生させる不具合があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、伝達トルクに応じた最適な軸受剛性を付与可能な歯車軸支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、減速歯車を備える歯車軸を対向する一対のテーパローラ軸受により支持する歯車軸支持構造において、歯車軸の一端の軸部を一方のテーパローラ軸受のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を配置し、推力カム機構を含めて一対のテーパローラ軸受同士にプリロードを付与するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明では、歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を備えるため、プリロードを伝達トルクに応じて増減でき、走行時の運転領域に応じた最適な軸受剛性を得ることができる。即ち、発進走行や低速走行時における比較的高い伝達トルクに対しては高い軸受剛性により減速歯車の噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させることができる。また、中高速走行時における比較的低い伝達トルクに対しては低い軸受剛性によりテーパローラ軸受の転動面の面圧を下げ、回転に対するフリクショントルクを低下させて動力伝達効率を向上させ、車両の燃料消費を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の歯車軸支持構造を一実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図４は、本発明を適用した歯車軸支持構造の第１実施形態を示し、図１は歯車軸支持構造の概略構成図、図２はカム機構を構成するコロおよび保持器の正面図、図３はカム機構の側面図、図４は歯車軸支持構造の別の実施例の概略構成図、図５は歯車軸支持構造の適用例のギヤトレーンを示すスケルトン図である。
【００１０】
本実施形態における歯車軸支持構造は、例えば、図５に示す車両用駆動装置に適用できる。即ち、図５に示す車両用駆動装置は、エンジンＥからの動力を導入するトルクコンバータＴＣ等の発進要素１と、遊星歯車組Ｐと前進クラッチＦＣおよび後進ブレーキＲＢからなる前後進切換機構２と、前後進切換機構２からの出力を変速、例えば、無段変速して出力する無段変速機ＣＶＴからなる変速装置３と、最終減速装置ＦＤを含んで前記変速装置３の出力を減速して出力する減速歯車組４と、減速歯車組４の出力により左右駆動車輪５のドライブシャフト６に差動的に駆動する差動機構ＤＧとを備えて構成している。
【００１１】
本実施形態の歯車軸支持構造は、変速装置３の出力を減速して、左右駆動輪５に連なるドライブシャフト６を差動的に駆動する差動装置ＤＧに伝達するよう、変速装置３の出力歯車７と噛合うアイドラギヤ８と、差動装置ＤＧに連結されたファイナルギヤ１０と噛合うリダクションギヤ９と、を一体に備える歯車軸の支持構造に適用した図１〜図４に基づいて説明する。
【００１２】
図１に示す歯車軸支持構造は、上述したように、変速装置３の出力歯車７と噛合うアイドラギヤ８と、差動装置ＤＧに連結されたファイナルギヤ１０と噛合うリダクションギヤ９と、を一体とした歯車軸１１を備える。歯車軸１１の一端は一方のテーパローラ軸受１２により変速機ケース３Ａに支持され、歯車軸１１の他端の軸部１１Ａは、ニードル軸受１３を介して他方のテーパローラ軸受１４により変速機ケース３Ａに支持されている。そして、前記一方のテーパローラ軸受１２側に隣接させてリダクションギヤ９およびアイドラギヤ８をこの順に配置している。
【００１３】
前記リダクションギヤ９とファイナルギヤ１０との噛合いにより発生する軸方向およびラジアル方向の噛合い反力は、アイドラギヤ８とアウトプットギヤ７との噛合いにより発生する反力より大きいことから、上記配置関係とすることにより、一方のテーパローラ軸受１２の荷重受け方向（ガタ詰め方向）に効果的に受持たせることができる。また、リダクションギヤ９とファイナルギヤ１０との噛合いにより発生する軸方向反力とアイドラギヤ８とアウトプットギヤ７との噛合いにより発生する軸方向反力とは、互いに相殺する方向に、リダクションギヤ９とアイドラギヤ８とのはす歯のねじれ方向が設定されており、また、リダクションギヤ９の軸方向反力がアイドラギヤ８の軸方向反力より大きいことから、相殺し切れない軸方向反力は、車両前進走行時に一方のテーパローラ軸受１２の荷重受け方向で受持たせるよう前記はす歯のねじれ方向を設定している。
【００１４】
前記歯車軸１１には、他方のテーパローラ軸受１４に対面する環状の端面に、カム溝１５Ａを等角度間隔に配置したカムプレート１５を一体に備える。前記各カム溝１５Ａは、中央位置で端面を軸方向に大きく窪ませており、中央位置から周方向に移るにつれて窪みの深さが浅くなる傾斜面による広角度のＶ溝に形成されている。
【００１５】
前記カムプレート１５のカム溝１５Ａに対面する他方のテーパローラ軸受１４には、リング状の円板１６が歯車軸１１の軸部１１Ａに緩く嵌合させて配置され、カムプレート１５のカム溝１５Ａと円板１６の端面との間には、保持器１７で互いの角度位置が変化しないように保持されたカムローラ１８が挿入されている。前記保持器１７は、図２に示すように、リング状の円板で形成され、カムローラ１８を保持する保持穴１７Ａを等角度間隔に備え、保持穴１７Ａにカムローラ１８を回転および軸方向移動可能に保持した状態で、内周穴１７Ｂをカムプレート１５と円板１６との間の歯車軸１１の軸部１１Ａ外周に嵌合させて位置決めしている。
【００１６】
前記カムプレート１５とカムローラ１８および円板１６とは常時接触し且つ所定の接触圧に保持されてそれ以下の接触圧に低下しないよう、左右のテーパローラ軸受１２、１４同士の間隔およびプリロードを設定している。付与するプリロードは、変速機３のケース３Ａの温度が定常運転温度まで上昇された暖機状態で、車速が比較的高い中高速走行中における比較的低い駆動トルクを伝達している場合において、歯車軸１１に発生しているラジアル荷重およびスラスト荷重を支持可能な軸受剛性を備えるように設定している。
【００１７】
以上の構成になる歯車軸支持構造における車両走行中においては、変速機３のアウトプットギヤ７によりアイドラギヤ８が回転駆動されて歯車軸１１はアウトプットギヤ７の回転に対してギヤ比に対応した減速された回転数で回転し、一体となっているリダクションギヤ９はファイナルギヤ１０をギヤ比に対応した減速比で減速回転させる。歯車軸１１は一対のテーパローラ軸受１２、１４に回転支持されており、一体となっているカムプレート１５も同一回転数で回転する。
【００１８】
前記円板１６を通してプリロードによりカムプレート１５のカム溝１５Ａに押付けられているカムローラ１８は、前記アイドラギヤ８およびリダクションギヤ９に発生する軸方向反力およびラジアル方向反力が一対のテーパローラ軸受１２、１４に付与している前記プリロードを超えない範囲においては、カム溝１５Ａの中央位置から転動移動しない。この状態においては、カムローラ１８（保持器１７付き）、円板１６、ニードル軸受１３も共にカムプレート１５および歯車軸１１と共に一体となって回転する。
【００１９】
このように歯車軸１１とカムローラ１８（保持器１７付き）、円板１６、ニードル軸受１３とが一体回転する状態は、伝達する駆動トルクが比較的低い中高速走行時に実現される。この状態においては、一対のテーパローラ軸受１２、１４に付与しているプリロードが比較的低いため、一対のテーパローラ軸受１２、１４に発生するフリクショントルクが低く抑制されており、伝達トルクの消費も小さく抑えられ、動力伝達効率を高く保持して、車両の燃料消費を低減させることができる。
【００２０】
車速が比較的低い低車速走行時および車両発進時等においては、円板１６を通してプリロードによりカムプレート１５のカム溝１５Ａに押付けられているカムローラ１８は、前記アイドラギヤ８およびリダクションギヤ９に発生する軸方向反力およびラジアル方向反力が一対のテーパローラ軸受１２、１４に付与している前記プリロードを超える範囲となり、円板１６および他方のテーパローラ軸受１４のインナレースはニードル軸受１３を介して相対的に回転移動を許容されているため、これらを相対回転移動させてカムローラ１８がカム溝１５Ａの中央位置から伝達トルクに応じて転動移動する。
【００２１】
前記カムローラ１８のカム溝１５Ａの傾斜面上の転動移動は、カムプレート１５と円板１６との間隔を増加させ、一対のテーパローラ軸受１２、１４のインナレース同士の間隔を増加させ、設定プリロードに加えて伝達トルクの上昇に応じたロードが付加されて、一対のテーパローラ軸受１２、１４の軸受剛性を増加させる。この状態においては、軸受剛性が、設定プリロードに加えて伝達トルクの上昇に応じたロードが付加されて増加するため、一対のテーパローラ軸受１２、１４に発生するフリクショントルクが大きくなり、伝達トルクの消費も大きく、動力伝達効率が若干低下して、車両の燃料消費も増加する。しかしながら、上記軸受剛性の増加は、アイドラギヤ８およびリダクションギヤ９とアウトプットギヤ７およびファイナルギヤ１０との噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させるよう作用させることができる。
【００２２】
この場合の軸受剛性の増加は、アイドラギヤ８およびリダクションギヤ９で伝達する伝達トルクに応じて増加されるものであるため、フリクショントルクが無駄に増加する訳ではなく、トルク伝達上必要とする量だけ増加されて、アイドラギヤ８およびリダクションギヤ９とアウトプットギヤ７およびファイナルギヤ１０との噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させるものである。もちろん、車両速度が上昇して伝達トルクが低下された場合には、円板１６およびニードル軸受１３により回転許容された円板１６を相対回転させて、プリロードによりカムローラ１８が中央位置に転動復帰して、軸受剛性をプリロードに応じた分まで低下させ、再び、低フリクショントルクに復帰される。
【００２３】
図３は、前進走行時における軸受剛性の増加特性と後進走行時の軸受剛性の増加特性を異ならせるよう、カム溝１５Ａの前進走行時に利用される傾斜面１５Ａ１の傾斜角と後進走行時に利用される傾斜面１５Ａ２の傾斜角とを相違させたものである。図示状態のカム溝１５Ａにおいては、矢印は回転方向を示し、前進時における転動傾斜角θ１は後進時での転動傾斜角θ２よりも小さく形成して、車両前進時の軸受剛性の増大特性を大きくして、振動および騒音に対する抑制要求が高い前進時の騒音・振動の低減性能を向上させるようにしている。
【００２４】
図４は、歯車軸支持構造の別の実施例であり、一対のテーパローラ軸受１２、１４の外側に歯車軸１１を延長し、延長部分にアイドラギヤ８とリダクションギヤ９とを配置するようにしたものである。この場合においては、歯車軸１１と一体となったカムプレート１５、保持器１７で保持されたカムローラ１８、円板１６およびニードル軸受１３は一対のテーパローラ軸受１２、１４で挟まれる部位に配置される。なお、歯車軸１１を図示したアイドラギヤ８およびリダクションギヤ９の外側まで延長して、変速機ケース３Ａに支持させた図示しないニードル軸受でラジアル方向に軸受支持すると、更に歯車軸１１の支持剛性は向上させることができる。この実施例においても、前記した図１〜図４に示す実施例と同様に作用させて同様の効果を発揮させることができる。
【００２５】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２６】
（ア）減速歯車８、９を備える歯車軸１１を対向する一対のテーパローラ軸受１２、１４により支持する歯車軸支持構造において、歯車軸１１の一端の軸部１１Ａを一方のテーパローラ軸受１４のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、歯車軸１１と一方のテーパローラ軸受１４との間の歯車軸１１の軸部１１Ａの周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸１１と一方のテーパローラ軸受１４のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレート１５およびカムローラ１８からなる推力カム機構１５〜１８を配置し、推力カム機構１５〜１８を含めて一対のテーパローラ軸受１２、１４同士にプリロードを付与するようにした。
【００２７】
このため、プリロードを伝達トルクに応じて増減でき、走行時の運転領域に応じた最適な軸受剛性を得ることができる。即ち、発進走行や低速走行時における比較的高い伝達トルクに対しては高い軸受剛性により減速歯車の噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させることができる。また、中高速走行時における比較的低い伝達トルクに対しては低い軸受剛性によりテーパローラ軸受の転動面の面圧を下げ、回転に対するフリクショントルクを低下させて動力伝達効率を向上させ、車両の燃料消費を低減させることができる。
【００２８】
前記推力カム機構１５〜１８は、端面に傾斜面で形成したカム溝１５Ａを円周方向に等間隔に備える歯車軸１１と一体のカムプレート１５と、カム溝１５Ａの傾斜面上を円周方向に転動可能なカムローラ１８と、一方のテーパローラ軸受１４のインナレースに背面が当接し、カムローラ１８に転動可能に背面から接触する円板１６と、から構成することができる。
【００２９】
（イ）減速歯車８、９は、推力カム機構１５〜１８が配置された側とは反対側の他方のテーパローラ軸受１２の荷重受け方向に、前進走行時のハスバ歯車による噛合い反力としての軸方向スラスト力を発生するよう構成しているため、推力カム機構１５〜１８と軸方向スラスト力とが合成されて、前進走行時のガタ詰め推力を効果的に増大でき、騒音・振動抑制の要求が高い前進走行時の騒音・振動が低減できる。
【００３０】
（ウ）減速歯車８、９は、外部歯車７から駆動回転されるアイドラギヤ８と別の外部歯車１０を駆動回転するリダクションギヤ９とからなり、他方のテーパローラ軸受１２にアイドラギヤ８より隣接させてリダクションギヤ９を配置して備えるため、噛合い反力の大きい歯車であるリダクションギヤ９の支持剛性を高くでき、騒音・振動の低減に対して有利となる。
【００３１】
（エ）推力カム機構１５〜１８のカムローラ１８は、カムプレート１５と円板１６との間に位置する歯車軸１１の軸部１１Ａ外周に遊嵌する保持器１７に円周方向等間隔に保持されているため、保持器１７の支持を廉価にできる。
【００３２】
（オ）推力カム機構１５〜１８の円板１６は、カムローラ１８に背面から平坦な面により転動可能に接触するため、カム溝１５Ａがカムプレート１５の一方のみでよく、廉価に構成できる。
【００３３】
（カ）推力カム機構１５〜１８のカム溝１５Ａは、前進走行時にカムローラ１８と接触する斜面１５Ａ１の傾斜角を後進走行時にカムローラ１８と接触する斜面１５Ａ２の傾斜角に対して小さい傾斜角とすることで、前進走行時のガタ詰め推力を増大でき、騒音・振動の要求が高い前進走行時の騒音・振動を低減できる。
【００３４】
なお、上記実施形態において、カム機構１５〜１８として、カム溝１５Ａを備えたカムプレート１５と平板状の円板１６とでカムローラ１８を挟むものについて説明したが、図示はしないが、円板のカムローラと接する端面にもカムプレートと同様にカム面を設けるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す歯車軸支持構造の概略構成図。
【図２】同じくカム機構を構成するコロおよび保持器の正面図。
【図３】カム機構の側面図。
【図４】歯車軸支持構造の別の実施例の概略構成図。
【図５】歯車軸支持構造の適用例のギヤトレーンを示すスケルトン図。
【符号の説明】
【００３６】
１  発進要素
２  前後進切換機構
３  変速機
４  減速歯車組
５  駆動車輪
６  ドライブシャフト
７  アウトプットギヤ
８  アイドラギヤ
９  リダクションギヤ
１０  ファイナルギヤ
１１  歯車軸
１２、１４  テーパローラ軸受
１３  ニードル軸受
１５  カムプレート
１５Ａ  カム溝
１６  円板
１７  保持器
１８  カムローラ
【図１】
2005321004.tif 000003
【図２】
2005321004.tif 000004
【図３】
2005321004.tif 000005
【図４】
2005321004.tif 000006
【図５】
2005321004.tif 000007