(57)【要約】【課題】  攪拌抵抗が小さくて回転トルクが小さいオイル潤滑式円錐ころ軸受装置およびそのオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を有する車両用ピニオン軸支持装置を提供すること。【解決手段】  内輪２８および外輪２４の間に軸方向の一方から軸方向の他方に向けてオイルが流れるオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、保持器４０の外面４１に撥油剤の膜を形成する。このようにして、オイルが保持器４０と共につれまわることを抑制して、攪拌抵抗を低減し、回転トルクを低減する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪、内輪、円錐ころおよび保持器を有すると共に、上記内輪および上記外輪の間に軸方向の一方から軸方向の他方に向けてオイルが流れるオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記オイルが上記保持器と共につれまわるのを抑制するつれまわり抑制部を備えることを特徴とするオイル潤滑式円錐ころ軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記つれまわり抑制部は、上記保持器の径方向の外方の表面を被覆している撥油剤の膜であることを特徴とするオイル潤滑式円錐ころ軸受装置。
【請求項３】
請求項２に記載のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記内輪の円錐軌道面、上記外輪の円錐軌道面および円錐ころの転動面のうちの少なくとも一つに撥油剤の膜が形成されていることを特徴とするオイル潤滑式円錐ころ軸受装置。
【請求項４】
請求項１に記載のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記つれまわり抑制部は、凹凸が形成された上記保持器の径方向の外方の表面であることを特徴とするオイル潤滑式円錐ころ軸受装置。
【請求項５】
ケースと、
上記ケース内に設けられると共に、リングギヤを含む差動機構と、
上記リングギヤと噛み合うピニオンギヤを有するピニオン軸と、
上記ピニオン軸を回転自在に支持する請求項１乃至４のいずれか１つに記載のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置と
を備えることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外輪、内輪および円錐ころを有するオイル潤滑式円錐ころ軸受装置に関する。また、本発明は、ディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスル装置またはトランスファ装置等のピニオン軸を有する車両用ピニオン軸支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オイル潤滑式円錐ころ軸受装置としては、特開平１１−４８８０５号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この円錐ころ軸受装置は、内輪と、外輪と、円錐ころとを有し、上記内輪の内周面は、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸に固定されている一方、上記外輪の外周面は、ディファレンシャルギヤ装置内の環状の仕切り壁に固定されている。
【０００３】
上記円錐ころ軸受装置は、ディファレンシャルギヤ装置のリングギヤの方からオイル通路を介して流れてきたオイルを、外輪の内周面と内輪の外周面との間を、軸方向の一方の開口から他方の開口まで流して、外輪、内輪および円錐ころの焼付を防止している。
【０００４】
しかしながら、上記円錐ころ軸受装置は、内輪と外輪との間を、軸方向の一方から軸方向の他方に向けてオイルが流れる形式であることに加えて、ディファレンシャルギヤ装置に使用されるオイルは、リングギヤやサイドギヤ等の様々なギヤの噛合部の焼付を防止するのに好適な粘性が高いオイルであるので、保持器の回転に伴ってこれにつれまわるオイルの量が多く、かつ、保持器と共につれ回っているオイルの単位量あたりの円錐ころ軸受装置の攪拌抵抗が比較的大きい。更に、円錐ころ軸受装置では、外輪の軌道面の形状が円錐形状であるので、この円錐形状の軌道面によるポンプ効果によって上記内輪と上記外輪との間を軸方向の一方から軸方向の他方に向けて流れるオイルの量が多くなって、いっそう多量のオイルが保持器と共につれ回るのをさけ難く、円錐ころ軸受装置の攪拌抵抗に起因する回転トルクの一因となっている。
【特許文献１】特開平１１−４８８０５号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、攪拌抵抗が格段に小さくて回転トルクが小さいオイル潤滑式円錐ころ軸受装置およびそのオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を有する車両用ピニオン軸支持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置は、
外輪、内輪、円錐ころおよび保持器を有すると共に、上記内輪および上記外輪の間に軸方向の一方から軸方向の他方に向けてオイルが流れるオイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記オイルが上記保持器と共につれまわるのを抑制するつれまわり抑制部を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、上記オイルが上記保持器と共につれまわるのを抑制するつれまわり抑制部を備えるので、上記オイルが上記保持器と共につれまわるのを抑制できて、オイルの攪拌抵抗を抑制できる。したがって、回転トルクを低減できて、この発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を有する自動車等の運転コスト（燃費）を低減できる。
【０００８】
また、一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記つれまわり抑制部が、上記保持器の径方向の外方の表面を被覆している撥油剤の膜である。
【０００９】
上記実施形態によれば、上記保持器の径方向の外方の表面を被覆するように、撥油剤の膜が形成されているので、この膜でオイルをはじくことができて、保持器と共につれまわるオイルの量を大幅に低減できる。したがって、攪拌抵抗を大幅に低減できて、回転トルクを大幅に低減できる。
【００１０】
また、一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記内輪の円錐軌道面、上記外輪の円錐軌道面および円錐ころの転動面のうちのすくなくとも一つに撥油剤の膜が形成されている。
【００１１】
上記実施形態によれば、上記内輪の円錐軌道面、上記外輪の円錐軌道面および円錐ころの転動面のうちのすくなくとも一つに撥油剤の膜が形成されているので、この撥油剤の膜でオイルをはじくことができて、内外輪の円錐軌道面と円錐ころの転動面との間にオイルが浸入することを抑制できる。したがって、転がり粘性抵抗を低減できて、回転トルクを更に低減できる。
【００１２】
また、一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記つれまわり抑制部が、凹凸が形成された上記保持器の径方向の外方の表面である。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記保持器の径方向の外方の表面に凹凸が形成されているので、この凹凸でオイルをはじくことができて、オイルが保持器につれまわることに起因する攪拌抵抗を低減できて、回転トルクを低減できる。
【００１４】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ケースと、
上記ケース内に設けられると共に、リングギヤを含む差動機構と、
上記リングギヤと噛み合うピニオンギヤを有するピニオン軸と、
上記ピニオン軸を回転自在に支持する本発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置と
を備えることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、本発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を備えるので、ピニオン軸を支持している軸受装置の回転トルクを小さくすることができて、本発明の車両用ピニオン軸支持装置を備えた自動車等の燃費を低減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置によれば、内輪と外輪との間を、軸方向の一方から軸方向の他方に向けて流れるオイルが保持器と共につれまわるのを抑制するつれまわり抑制部を有するので、上記オイルが上記保持器と共につれまわるのを抑制できて、オイルの攪拌抵抗を抑制できる。したがって、回転トルクを低減できて、この発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を有する自動車等の運転コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明の車両用ピニオン軸支持装置の一実施形態のディファレンシャルギヤ装置の軸方向の断面図である。
【００１９】
このディファレンシャルギヤ装置は、ピニオン軸１と、差動機構３と、ピニオン軸２の差動機構３側の外周に配置されたこの発明の一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置５（以下、第１円錐ころ軸受装置５という）と、ピニオン軸１の差動機構３側と反対側の外周に配置されたこの発明の一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置６（以下、第２円錐ころ軸受装置６という）と、ピニオン軸１、差動機構３、第１円錐ころ軸受装置５および第２円錐ころ軸受装置６を収容しているケース８とを備える。
【００２０】
上記ピニオン軸１の差動機構３側の一端部には、ピニオンギヤ２が形成されており、このピニオンギヤ２は、差動機構３のリングギヤ１１と噛合している。一方、上記ピニオン軸１の他端部には、フランジ継手１２が配置され、図示しないドライブシャフトを連結できるようになっている。
【００２１】
上記ケース８は、ディファレンシャルギヤ装置の内部領域を画定する本体部２６と、本体部２６の内周面に連なると共に、本体部２６の内部空間に配置される内側部としての略筒状の環状部２７とを備える。
【００２２】
上記第１円錐ころ軸受装置５は、内輪２８と、外輪２４と、円錐ころ３０とを有する。上記内輪２８の内周面は、ピニオン軸１の外周面に外嵌固定されている一方、外輪２４の外周面は、ケース８の本体部２６の内周面および環状部２７の内周面に内嵌固定されている。上記円錐ころ３０は、内輪２８の円錐軌道面と外輪２４の円錐軌道面との間に、保持器によって保持された状態で周方向に略等間隔に複数配置されている。後に詳述するが、上記保持器の外面全面には、その外面全面を被覆するように、オイルをはじく撥油剤の膜が形成されている。保持器の外面全面に形成された上記撥油剤の膜は、つれまわり抑制部を構成している。
【００２３】
上記第２円錐ころ軸受装置６は、内輪２９と、外輪２５と、円錐ころ３１とを有する。上記内輪２９の内周面は、ピニオン軸１の外周面に外嵌固定されている一方、外輪２５の外周面は、ケース８の本体部２６の内周面に内嵌固定されている。上記円錐ころ３１は、内輪２９の円錐軌道面と外輪２５の円錐軌道面との間に、保持器によって保持された状態で周方向に略等間隔に複数配置されている。第２円錐ころ軸受装置６においても、第２円錐ころ軸受装置５と同様に、保持器の外面全面に、その外面全面を被覆するように撥油剤の膜が形成されている。保持器の外面全面に形成された上記撥油剤の膜は、つれまわり抑制部を構成している。上記第１、第２円錐ころ軸受装置５,６は、ピニオン軸１を、所定位置に回転自在に支持している。尚、図１において、７は、コラプシブルスペーサである。このコラプシブルスペーサ７は、第１、第２円錐ころ軸受装置５,６に、軸方向の予圧を付与している。
【００２４】
上記構成において、上記実施形態のディファレンシャルギヤ装置は、上記ドライブシャフトの動力を、ピニオン軸１を介して差動機構３に伝達して、差動機構３を駆動するようになっている。そして、上記差動機構３の両側の側方（紙面に垂直な方向）に配置される図示しない２つの継手の夫々に連結されている２つの車輪軸（図示せず）の回転速度差を適宜調整するようになっている。
【００２５】
また、上記実施形態のディファレンシャルギヤ装置は、オイルを、リングギヤ１１からオイル通路３７を介して図１の矢印ａ、ｂ、ｃの順に流して、すなわち、オイルを、第１、第２円錐ころ軸受装置５,６の外輪２４,２５の内周面と、内輪２８,２９の外周面との間を、軸方向の一方の開口（内輪２８,２９の小径端部側の開口）から他方の開口（内輪２８,２９の大径端部側の開口）まで流して、内輪２８,２９、外輪２４,２５および円錐ころ３０,３１の焼付を防止している。
【００２６】
図２は、第１円錐ころ軸受装置５の軸方向の拡大半断面図である。第１円錐ころ軸受装置５の保持器４０の外面４１全面には、つれまわり抑制部を構成するフッ素系の化合物（後に詳述）を含む撥油剤の膜が形成されている。尚、図示しないが、第２円錐ころ軸受装置６の保持器の外面全面にも、第１円錐ころ軸受装置５の保持器と同一のフッ素系の化合物を含む撥油剤の膜が形成されている。
【００２７】
表１は、オイル潤滑式円錐ころ軸受装置において、撥油剤の膜を形成した領域と、回転トルクとの関係を示したものである。表１において、○は、撥油剤の膜を形成したことを示している。具体的には、標準サンプルは、全ての部材に撥油剤の膜を形成していない場合を示している。また、内輪欄における○は、内輪の外周面全面に撥油剤の膜を形成したことを示し、外輪欄における○は、外輪の内周面全面に撥油剤の膜を形成したことを示している。また、円錐ころ欄における○は、円錐ころの表面全面に撥油剤の膜を形成したことを示し、保持器欄における○は、保持器の表面全面に撥油剤の膜を形成したことを示している。また、各欄において、欄がブランクになっている場合は、その欄の部材に撥油剤の膜を形成していないことを示し、表１において、トルク比は、標準サンプルの回転トルクに対する夫々の試料の回転トルクの比を示している。
［表１］
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【００２８】
一つの部材のみに撥油剤の膜を形成した場合のトルク比の結果、すなわち、サンプル１〜４のトルク比に示されているように、撥油剤の膜を、内輪、外輪または円錐ころのみに形成した場合のトルク比が０.８である一方、撥油剤の膜を、保持器のみに形成した場合のトルク比は０.６になっている。また、２つの部材に撥油剤の膜を形成した場合のトルク比の結果、すなわち、サンプル５〜９のトルク比に示されているように、保持器以外の２つの部材に撥油剤の膜を形成した場合のトルク比が、いずれも０.６である一方、保持器および外輪に撥油剤の膜を形成した場合と、保持器および円錐ころに撥油剤の膜を形成した場合の両方では、トルク比が０.４となっており、回転トルクが、標準サンプルの回転トルクの半分以下にまで急激に低下している。このことから、オイル潤滑式ころ軸受装置において、撥油剤の膜を保持器に形成すれば、攪拌抵抗を大幅に低減できて、回転トルクを大幅に低減できる。
【００２９】
上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置５,６によれば、保持器４０の外面を被覆するように、つれまわり抑制部としての撥油剤の膜が形成されているので、この膜でオイルをはじくことができて、保持器４０と共につれまわるオイルの量を大幅に低減できる。したがって、攪拌抵抗を大幅に低減できて、回転トルクを大幅に低減できて、上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置５,６を有する自動車等の運転コストを大幅に低減できる。
【００３０】
また、上記実施形態のディファレンシャルギヤ装置によれば、上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置５,６を備えるので、ピニオン軸１を支持している軸受装置の回転トルクを小さくすることができて、この実施形態のディファレンシャルギヤ装置を備えた自動車等の燃費を格段に低減できる。
【００３１】
尚、上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置では、保持器４０の全面に撥油剤の膜を形成したが、試験結果から、保持器の径方向の外面のみに撥油剤の膜を形成しさえすれば、回転トルクを格段に低減できることが確認されている。また、保持器の全面または保持器の径方向の外面に撥油剤の膜を形成することに加えて、内輪の円錐軌道面、外輪の円錐軌道面および円錐ころの転動面のうちの少なくとも一つに撥油剤の膜を形成しても良く、この場合、この撥油剤の膜でオイルをはじくことによって、内外輪の円錐軌道面と円錐ころの転動面との間にオイルが浸入することを抑制でき、転がり粘性抵抗を低減できて、回転トルクを更に低減できる。
【００３２】
また、上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置では、撥油剤がフッ素系の化合物であったが、撥油剤としてシリコン油を採用しても良い。尚、撥油剤として使用するためには、保持器表面と化学的に反応して表面と強固に結合する性質が必要になる。このように性質を有するフッ素系の化合物としては、パーフルオロポリオキシアルキル基またはパーフルオロポリオキシアルキレン基と反応基を結合したものがある。ここで、反応基としては、例えば、以下の［化１］〜［化４］に示すものがある。
［化１］
｛Ｒｆ｝ｘ−Ｒ１−（−Ｓｉ−Ｏ−Ｒ２）
［化２］
｛Ｒｆ｝ｘ−Ｒ３−ＮＣＯ
［化３］
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［化４］
｛Ｒｆ｝ｘ−Ｒ５−ＣＯＯＨ
【００３３】
尚、［化１］〜［化４］に示す構造式おいて、Ｒｆはパーフロロポリオキシアルキル基又はパーフロロポリオキシアルキレン基、Ｒ1，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5は２価の基、また、Ｒ2は、−ＣＨ3，−Ｃ2Ｈ5，−ＯＨ，−ＯＣＨ3，−ＯＣ2Ｈ5のいずれでもよい。
【００３４】
また、撥油剤となる他のフッ素系化合物としては、パーフルオロポリオキシアルキル基またはパーフルオロポリオキシアルキレン基と有機基を結合した下記の［化５］に示す化合物がある。
［化５］
｛Ｒｆ｝Ｘ−Ｒ６−Ｒ７−Ｓｉ−（−Ｏ−Ｒ８）３
【００３５】
［化５］に示す構造式において、Ｒｆ：パーフルオロポリオキシアルキル基，パーフルオロポリオキシアルキレン基、Ｒ6 ：アミド結合，エステル結合，メチルエーテル結合、Ｒ7 ：アルキレン基，アミノ置換アルキレン基，芳香族置換アルキレン基、Ｓｉ：シリコン、Ｒ8：Ｈ，ＣＨ3，Ｃ2Ｈ5である。
【００３６】
使用できる撥油剤は、上記一般式（［化１］〜［化５］に示す構造式）で表わされるフッ素系化合物を少なくとも０.０５ｖｏ１％ 以上（好ましくは０.１ 〜１０ｖｏ１％の範囲）含有しているものである。フッ素系化合物が０.０５ｖｏ１％ 以上になると、グリース中の油の分離や滲み出しを防止する効果が期待できる。また、１０ｖｏ１％以上でもかまわないが経済的に不利となることがある。
【００３７】
以上の化合物を、溶剤に溶かし、構造体表面及び冷却部表面のグリースとの接触部周辺に塗布して、１００℃以上で加熱し、表面と反応基を結合させる。塗布方式としては筆などで塗るか、所定の液で満たした容器に、非塗布物質を浸す方式等が可能である。表面と反応基は化学的に結合する。単純に塗布した場合には、表面張力などで付着しているにすぎないので、洗浄，熱サイクルなどで容易に剥がれる可能性がある。化学的結合を用いて表面と反応基を結合した場合においては、単純に塗布した場合と比較して、フッ素化合物を強固に表面に固着でき、良好な安定性を確保できる。いずれの場合も化合物膜の厚さを極めて薄くでき、１μｍ以下、特に、０.１μｍ以下にすることができる。化合物のみを塗布結合した場合においては、化合物膜の厚さを、平均的厚さで０.１ｎｍ ないし１００ｎｍにすることができる。
【００３８】
また、潤滑剤と撥油剤との相性については、次に示す関係がある。すなわち、潤滑剤として合成油、鉱物油を使用する場合は、フッ素系の改質膜等を使用して撥油処理を施すのがよい。また、潤滑剤としてフッ素油を使用する場合は、撥油剤としてシリコン油やフッ素系の撥水撥油剤（例えば日本メクトロン株式会社製のノックスガードＳＴー４２０など）等を使用するのがよい。撥油処理の方法としては、あらかじめ撥油剤を希釈した溶剤中に円錐ころ軸受の各部品単体（外輪、内輪、円錐ころ、保持器等）又は円錐ころ軸受を浸け、その後溶剤を乾燥させると良い。円錐ころ軸受の場合は、各部品ごとに撥油処理をする必要がなく、円錐ころ軸受をどぶ浸けすればよいため、加工コストが安くなる利点がある。撥油剤を希釈した溶剤中に外輪と内輪との間に円錐ころと保持器とを配設した円錐ころ軸受を浸し、その円錐ころ軸受の溶剤を乾燥しても良い。また、撥油剤を希釈した溶剤中に外輪と内輪との間に円錐ころを配設した円錐ころ軸受を浸し、その後円錐ころ軸受の溶剤を乾燥しても良い。
【００３９】
また、上記実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置では、つれまわり抑制部が保持器の外面に形成された撥油剤の膜であったが、この発明では、つれまわり抑制部が、微少な凹凸が形成された保持器の径方向の外面であっても良い。このように保持器の外面に微少な凹凸を形成すると、蓮の葉が水をはじくように、保持器の外面がオイルをはじき、オイルの保持器に対するつれまわりを抑制できる。したがって、攪拌抵抗を低減できて、回転トルクを低減できる。
【００４０】
また、上記実施形態の車両用ピニオン軸支持装置では、ピニオン軸１上の軸方向のピニオンギヤ２側にこの発明の一実施形態の円錐ころ軸受装置５を配置すると共に、ピニオン軸１上の軸方向のピニオンギヤと反対側にこの発明の一実施形態の円錐ころ軸受装置６を配置したが、この発明の車両用ピニオン軸支持装置では、ピニオン軸上に配置された軸受装置の一つのみがこの発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置であっても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸上にこの発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を配置したが、この発明では、トランスアクスル装置のピニオン軸上にこの発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を配置しても良く、トランスファ装置のピニオン軸上にこの発明のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の車両用ピニオン軸支持装置の一実施形態のディファレンシャルギヤ装置の軸方向の断面図である。
【図２】この発明の一実施形態のオイル潤滑式円錐ころ軸受装置の軸方向の拡大半断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ピニオン軸
２  ピニオンギヤ
３  差動機構
５  第１円錐ころ軸受
６  第２円錐ころ軸受
７  コラプサブルスペーサ
２４,２５  外輪
２８,２９  内輪
３０,３１  円錐ころ
４０  保持器
４１  保持器の外面
【図１】
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【図２】
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