特許 5935420 ディファレンシャルユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5935420

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】ディファレンシャルユニット

(51)【国際特許分類】

   F16H 57/021 20120101AFI20160602BHJP

   F16C 19/36 20060101ALI20160602BHJP

   F16C 25/08 20060101ALI20160602BHJP

   F16H 57/037 20120101ALI20160602BHJP

   F16H 48/42 20120101ALI20160602BHJP

【ＦＩ】

   F16H57/021

   F16C19/36

   F16C25/08 Z

   F16H57/037

   F16H48/42

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-59923(P2012-59923)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-194765(P2013-194765A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2015年2月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】浅見 哲也

【審査官】 稲葉 大紀

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６３−１８８３２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５８−１８２０１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２９５６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１４９６２３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０１−１３３０３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公昭４５−０３４３２１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００９−１０８９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−０５４４４２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ５７／００−５７／１２

Ｆ１６Ｃ ２１／００−２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後２箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受と、
２個の前記円錐ころ軸受の間に配置されたスペーサと、
を備え、
前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪及び転動体である円錐ころを備えており、
前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有し、
前記スペーサは、２個の前記円錐ころ軸受の前記小つば側端面を押圧しており、且つ３箇所の円筒状部分である第一円筒部、第二円筒部及び第三円筒部と、前記第一円筒部と前記第二円筒部とを接続する第一接続部と、前記第二円筒部と前記第三円筒部とを接続する第二接続部と、を備えるコラプシブルスペーサであり、
前記第一円筒部は、一方の前記円錐ころ軸受に接し、
前記第二円筒部は、前記第一円筒部と前記第三円筒部との間に配置され、
前記第三円筒部は、他方の前記円錐ころ軸受に接し、
前記第二円筒部の外形寸法は、前記第一円筒部及び前記第三円筒部の外形寸法よりも大きく、
前記第二円筒部の軸方向長さは、前記第一円筒部及び前記第三円筒部の軸方向長さよりも短く、
軸方向に沿った断面において、前記第一接続部の外形は、軸方向で前記第一円筒部側の曲率が前記第二円筒部側の曲率よりも大きい曲線であり、
軸方向に沿った断面において、前記第二接続部の外形は、軸方向で前記第二円筒部側の曲率が前記第三円筒部側の曲率よりも小さい曲線である
ことを特徴とするディファレンシャルユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車のディファレンシャルユニットに関し、特に、円すいころ軸受で回転可能に支持されるピニオン軸を有するディファレンシャルユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の動力伝達系の途中に設けて、プロペラシャフトの回転を減速すると同時に、回転方向を直角に変換するディファレンシャルギヤを含むディファレンシャルユニットは、一般的に図１に示すように構成される。

【0003】

ケーシング１の内側前寄り（図１の右寄り）部分にはピニオン軸２を配設している。このピニオン軸２の前端部（図１の右端部）で上記ケーシング１の前端開口部から突出した部分に固設した結合フランジ３には、図示しないプロペラシャフトの後端部を連結自在で
ある。又、上記ピニオン軸２の後端部（図１の左端部）には減速小歯車４を固定し、この減速小歯車４と減速大歯車５とを互いに噛合させている。

【0004】

この減速大歯車５は、上記ケーシング１の後部（図１の左部）内側に、回転のみ自在に支持されている。又、上記ピニオン軸２の中間部前後２個所位置は、前後１対の円錐ころ軸受６ａ、６ｂにより、上記ケーシング１に対して回転自在に支持している。

【0005】

これら各円錐ころ軸受６ａ、６ｂは、それぞれ１個ずつの外輪７ａ、７ｂ及び内輪８ａ、８ｂと、それぞれ複数個ずつの円錐ころ９ａ、９ｂとから構成されている。外輪７ａ、７ｂの内周面には円錐凹面状の外輪軌道１０ａ、１０ｂが、内輪８ａ、８ｂの外周面には円錐凸面状の内輪軌道１１ａ、１１ｂが、それぞれ形成されている。

【0006】

上記外輪７ａ、７ｂは上記ケーシング１の一部に内嵌固定し、上記内輪８ａ、８ｂは上記ピニオン軸２の中間部前後２個所位置に外嵌固定している。この構成及び予圧付与のための構成について図２を用いて説明する。

【0007】

図２は、各円錐ころ軸受６ａ、６ｂの位置決めと、各円錐ころ軸受６ａ、６ｂへの予圧付与における従来からの構成を説明するための図である。ケーシング１に円錐ころ軸受収容部として設けられた段部１ｂに上記外輪７ａ、７ｂを内嵌固定し、ケーシング１の段部１ａ、１ｂと上記外輪７ａ、７ｂの端面を突き当てている。

【0008】

内輪８ａと８ｂは上記の通りピニオン軸２に外嵌固定されている。更に、内輪８ａと８ｂとの間には、スペーサ１２が介在している。スペーサ１２は図示の通り、円筒管形状の中央部に半径方向に膨出した部分を有している。

【0009】

円錐ころ軸受６ａ、６ｂへの予圧は、ピニオン軸２の軸端に設けられているねじ部に装着されたナット１５を所定の位置まで回転させることにより付与される。ナット１５を締め付けることにより、前記スペーサ１２の膨出した部分が圧縮方向に変形する。このときの反力により、円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂが所定の位置に位置決めされる。すなわち、ケーシング１の段部１ａ、１ｂの位置との兼ね合いにより所定の予圧が付与された状態で円錐ころ軸受６ａ、６ｂが位置決めされる。

【0010】

ところで、近年、自動車の燃費向上の要求が更に強くなっており、これに対応するため、ディファレンシャルユニットにおいても、いわゆるトルク損失の低減が要求されてきている。

【0011】

トルク損失の低減に関する先行技術としては、特許文献１に開示されている技術がある。これは、円錐ころ軸受の回転トルクを低減するために、円錐ころ軸受のころの長さを比較的短くし、接触角を所定の範囲に規定するものである。

【0012】

ここで、特許文献１に開示されている技術では、円錐ころの長さが短くなった分、円錐ころ軸受の幅寸法も小さくなり、ディファレンシャルユニットが多少なりとも小型化して重量低減には貢献する。重量の減少は燃費の向上につながるものである。

【0013】

しかしながら、円錐ころ軸受の幅寸法、即ちピニオン軸２に円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂが嵌め合わされている部分の軸方向長さも小さくなるため、特に、円錐ころ軸受６ｂの内輪８ｂが嵌め込まれているピニオン軸２の減速小歯車４側の剛性が低下することになり、好ましくない現象の原因となる場合がある。

【0014】

例えば、円錐ころ軸受６ｂの内輪大つば部８ｃとピニオンギヤとの突き当て面４ａとの当接面でのフレッチングの発生が考えられる。すなわち、図１、２に示す減速小歯車（ピニオンギヤ）４には、減速大歯車５との噛み合い回転の際に一定もしくは不定の方向の接線力、離反力、スラスト力がかかる。これらの力により、減速小歯車４を備えるピニオン軸２がベンディングする力を受けることになる。

【0015】

ピニオン軸２がベンディングする力を受けたとき、ピニオン軸２とピニオンギヤ４との接続部の剛性が弱いと、減速小歯車が短い周期で捩れることになる。そのため上記フレッチングの発生の原因となるが、円錐ころ軸受６ｂの内輪大つば部８ｃを含めて内輪８ｂが十分な軸方向長さを持っていれば、ピニオン軸２と減速小歯車４との接続部の剛性を高める効果があるため、前記フレッチングの発生は抑えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開平０９−０９６３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明は、前記問題の発生の可能性に鑑み、ディファレンシャルユニットを構成する円錐ころ軸受において、例えば、円錐ころ軸受のころの長さを比較的短くし、接触角を所定の範囲に規定する所謂低トルク仕様を採用した場合であっても、かかるフレッチング等の問題の発生を効果的に抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明は上記課題を解決するために、前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後２箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、２個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより押圧されているものであって、前記スペーサは、少なくとも３箇所の円筒状部分を備えるコラプシブルスペーサであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

上記構成においては、所定形状のスペーサにより円錐ころ軸受の小つば同士が常時押圧されているため、ピニオン軸の減速小歯車の端面と円錐ころ軸受の内輪の大つば側端面の接触状態が良好となり、フレッチング等の発生を好適に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来の構成を説明する図である。

【図2】従来の構成を説明する図である。

【図3】本発明の構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図３は、本発明の構成を説明する図である。基本的な構成は図２に示した構造と同様であるため、一般的な構造部分に関する詳細な説明は省略する。

【0022】

本発明のディファレンシャルユニットの円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂの小つば側端面８ｆ、８ｇは、相互にコラプシブルスペーサ１３により常時押圧されている。すなわち、相互に軸力を与えている。

【0023】

コラプシブルスペーサ１３は、第一円筒部１３ａ、第二円筒部１３ｂ、第三円筒部１３ｃを有する。第一円筒部１３ａと第二円筒部１３ｂ、第二円筒部１３ｂと第三円筒部１３ｃは滑らかな曲線あるいは、滑らかな曲線と直線の組み合わせにより接続されている。

【0024】

コラプシブルスペーサ１３における第一円筒部１３ａの外径寸法は、減速小歯車４側の円錐ころ軸受の内輪８ｂの小つば側端面部８ｅの外径寸法より小さく、第一円筒部１３ａの内径寸法は内輪８ｂの小つば側端面部８ｅの内径寸法と同等か大きいことが好ましい。

【0025】

また、コラプシブルスペーサ１３における第三円筒部１３ｃの外径寸法は、ピニオン軸２の軸端側円錐ころ軸受の内輪８ａの小つば側端面部８ｈの外形寸法より小さく、第三円筒部１３ｃの内径寸法は、ピニオン軸２の軸端側円錐ころ軸受の内輪８ａの小つば側端面部８ｈの内径寸法と同等か大きいことが好ましい。

【0026】

また、コラプシブルスペーサ１３における第二円筒部１３ｂの外形寸法は、第一円筒部１３ａ、第三円筒部１３ｃよりも大きいことが好ましい。

【0027】

更に、コラプシブルスペーサ１３における第二円筒部１３ｂの軸方向長さは、第一円筒部１３ａ、第三円筒部１３ｃよりも短いことが好ましい。

【0028】

また、コラプシブルスペーサ１３の第一円筒部１３ａと第二円筒部１３ｂとの接続部１３ｄにおける曲げ部分の曲率は、軸方向で第一円筒部１３ａ側の曲率が第二円筒部１３ｂ側の曲率よりも大きいことが好ましい。

【0029】

また、コラプシブルスペーサ１３の第二円筒部１３ｂと第三円筒部１３ｃとの接続部１３ｅにおける曲げ部分の曲率は、軸方向で第二円筒部１３ｂ側の曲率が第三円筒部１３ｃ側の曲率よりも小さいことが好ましい。

【0030】

前記コラプシブルスペーサ１３の好適な形状により、コラプシブルスペーサ１３が軸方向に圧縮された場合、もしくは、軸方向に伸張された場合においても、安定した荷重で円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂの小つば側端面同士を常時押圧することができる。そのため、例えば、ケーシング１の段部１ｂ、１ａ間の距離が多少ばらついたとしても、２つの円錐ころ軸受に適正な予圧を付与した上で、円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂの小つば側端面同士を安定して押圧することができる。

【0031】

前記コラプシブルスペーサ１３としては、いわゆるばね鋼等の金属材料が好適に使用できる。また、前記した好ましい形態とするために、コラプシブルスペーサ１３は、円錐ころ軸受６ａ、６ｂの内輪８ａ、８ｂの小つば側端面部の径方向厚さより薄い厚さを有する円筒状材料から成形することが好ましい。

【0032】

更に、前記コラプシブルスペーサ１３の形状は、特に、小つば側端面同士に比較的高荷重をかける場合に好適である。すなわち、第一円筒部１３ａと第二円筒部１３ｂとの接続部、及び、第二円筒部１３ｂと第三円筒部１３ｃとの接続部という、大まかに２つの変曲可能部を有しているため、高荷重にも好適である。また、前記構造は、荷重変化への追従性にも優れている。さらに、構造が簡単なため製造コストも低く抑えることが可能であり、耐久性にも優れる。

【0033】

好ましくは、２つの円錐ころ軸受６ａ、６ｂの小つば側端面同士を３．５〜７トン、より好ましくは、４〜７トンの荷重で抑える。これにより、減速小歯車４の当接面４ａと、減速小歯車４側の円錐ころ軸受６ｂの内輪８ｂの端面８ｄを好適に接触させ、かつ、ピニオン軸２におけるピニオン軸２と減速小歯車４との接続部分の剛性を強化することが可能となる。そのため、減速小歯車４と減速大歯車５の噛合いによる一定もしくは不定の方向の接線力、離反力、スラスト力がかかった場合においても、減速小歯車４を備えるピニオン軸２がベンディングすることを効果的に抑制できる。

【0034】

更には、少なくとも円錐ころ軸受６ａ、６ｂの一方、好ましくは円錐ころ軸受６ｂの内輪８ｂとピニオン軸２との嵌めあいによる応力よりも大きい荷重で２つの円錐ころ軸受の小つば側端面同士を押圧することが好ましい。これにより、後に述べるいわゆる追従性が良好なものとなる。

【0035】

これらの効果により、前記したように、ディファレンシャルユニット稼動時におけるピニオン軸２のベンディングを効果的に抑制することができる。そのため、ピニオン軸２の当接面４ａと端面８ｄとの間でのフレッチングの発生を抑制することができる。

【0036】

更に、使用条件等により、ピニオン軸２のベンディングが発生した場合においても、前記したコラプシブルスペーサ１３の構造は荷重変化への追従性に優れるため、ベンディングの発生に素早く追従しての内輪８ｂの押圧が可能である。そのため、ピニオン軸２の当接面４ａと端面８ｄとの接触状態を安定したものとすることができ、結果的にフレッチングの発生を効果的に抑制できる。

【0037】

更に、上記したコラプシブルスペーサ１３を使用することにより、円錐ころ軸受６ｂの内輪の大つば部８ｃの軸方向長さ、さらには内輪８ｂの軸方向幅を、ピニオン軸２と減速小歯車４との接続部分に必要な剛性を確保した上で小さくすることも可能である。

【0038】

これにより、ユニットとしての軸方向寸法を大きくすることなく、あるいは、円錐ころ軸受の幅寸法を小さくしたうえで、円錐ころ軸受６ｂのころ９ｂを相対的に短くすることが可能となり、円錐ころ軸受のトルク（回転トルク）の低減ができる。言い換えれば、フレッチング等の発生を抑制しつつ、低トルク仕様の円錐ころ軸受の使用が可能となる。これらの構成は、当然であるが、円錐ころ軸受６ａにも適用できる。

【0039】

ここで、上記好ましい実施形態について、いわゆる低トルク仕様の円錐ころ軸受を使用する場合も含めてまとめる。

【0040】

（Ｉ）前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後２箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、２個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより常時押圧されて軸力が与えられているものである。これにより円錐ころ軸受の内輪８ｂの当接面８ｄと減速小歯車４の当接面４ａとの間のフレッチングの発生を抑制できる。

【0041】

（ＩＩ）前端部をプロペラシャフトの後端部に連結自在とし、後端部に減速大歯車と噛合う減速小歯車を固定したピニオン軸の中間部前後２箇所位置をケーシングに対して回転自在に支持する円錐ころ軸受を有するディファレンシャルユニットにおいて、前記円錐ころ軸受は、少なくとも内輪、外輪、転動体である円錐ころを備えており、前記内輪は大つば側端面と小つば側端面を有するものであり、２個の円錐ころ軸受の前記小つば側端面同士はスペーサにより押圧されているものであって、前記スペーサは、少なくとも３箇所の円筒状部分を備えるコラプシブルスペーサである。これにより、更に効果的に上記フレッチングを抑制できる。

【0042】

（ＩＩＩ）前記（I）もしくは（ＩＩ）の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車（４）側の円錐ころ軸受は、その接触角が２６度以上、より好ましくは２６〜２８度である。これにより、フレッチング防止効果に加えて、回転トルクの低減効果を得ることができる。

【0043】

（ＩＶ）前記（I）〜（ＩＩ）の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車（４）側の円錐ころ軸受は、内輪内径（ＤＢ）と内輪幅（ＷＢ）の比（ＤＢ）／（ＷＢ）が、５／９〜６／９である。これにより、フレッチング防止効果に加えて、回転トルクの低減効果、さらには、ユニットとしての小型化の効果が期待できる。（ＩＩＩ）との組み合わせも好適に採用できる。

【0044】

（Ｖ）前記（I）〜（ＩＩ）の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車（４）側は、円錐ころの大径側端部の直径（ＤＡ）と円錐ころの長さ（Ｌ）の比（ＤＡ）／（Ｌ）が０．５〜１．０である。これにより、更なる低トルク化が期待できる。前記（ＩＩＩ）、（ＩＶ）との組み合わせも好適に採用できる。

【0045】

（ＶＩ）前記（Ｉ）〜（ＩＩ）の円錐ころ軸受の少なくとも一方、好ましくは減速小歯車（４）側は、当接面（８ｄ）の当接面積を広くするために、いわゆる最小限の面取りが施されている。これにより安定した当接をさせることができ、更にフレッチングを抑制できる。前記（ＩＩＩ）〜（Ｖ）との組み合わせも好適に採用できる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、ディファレンシャルユニットとして自動車のみならず、広く車両に使用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ ケーシング
２ ピニオン軸
３ 結合フランジ
４ 減速小歯車
５ 減速大歯車

【図1】

【図2】

【図3】