JP2008101673A - 転がり軸受および転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力供給手段によって外輪を予圧付与方向に付勢することにより、転がり軸受装置の温度上昇による予圧抜けを防止する。
【解決手段】円錐ころ軸受９にアキシャル方向の予圧を加えると、外輪４２は、円錐ころ４３の傾斜した転動面上での分力を受けてラジアル方向にも変位し、外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃが軸受ハウジング４０の内周面に押し付けられて予圧が支持される。円錐ころ軸受９が昇温すると、軽金属製の軸受ハウジング４０は、円錐ころ軸受９が取り付けられた鋼製の主回転軸４よりも大きく膨張するが、外輪４２に予圧が加えられているので、外輪４２の内周軌道面４２ａは円錐ころ４３の転動面から離間することはない。
【選択図】 図２

Description

本発明は転がり軸受および転がり軸受装置に関し、特に円錐ころ軸受，アンギュラ玉軸受などの予圧をかけて使用される転がり軸受および転がり軸受装置に関する。

円錐ころ軸受，アンギュラ玉軸受などの予圧をかけて使用される転がり軸受では、内輪および外輪をそれぞれ軸および軸受ハウジングに嵌合し、その後に予圧を調整する。軸と軸受ハウジングとが同じ材料であれば、温度による寸法変化も同じで大きな予圧の変化はなく、組み込み時に設定した予圧で運転される。

例えば、自動車用のトランスミッションにおいては、その要所（例えば終減速装置部分）に円錐ころ軸受が採用されている。円錐ころ軸受は、コンパクトでありながら大容量で使用可能な利点があり、また、ギアチェンジ時等における衝撃荷重への耐久性にも優れている利点がある。しかし、円錐ころ軸受は、円錐ころの転動面が傾斜しているため、アキシャル隙間規制用の予圧が必要である。予圧により、円錐ころ軸受のアキシャル隙間を負に設定することで、ギアの噛合い精度も向上する。

ところで、近年は軽量化の一環として、トランスミッションのケースをＡｌ合金などの軽金属で構成することが行われている。Ａｌは構成材料中でも線膨張係数が最も高く（室温で約２３．５×１０^−６／℃：以下、線膨張係数の単位はｐｐｍ／℃と略記する）、回転軸を構成する鋼（Ｆｅ系材料）の線膨張係数（室温で約１２ｐｐｍ／℃）とは相当の差がある。自動車の使用環境上の可能性を考慮すると、トランスミッションひいては回転軸を支持する円錐ころ軸受がさらされる温度環境は、最大で−４０℃以上１５０℃以下にも及び、軽金属製のケースの回転軸に対する相対的な寸法変化範囲も相当に大きい。この場合、寒冷地以外の通常の使用環境では、走行中にトランスミッションの温度は室温よりも高い、例えば５０℃以上８０℃以下の温度域に昇温する。運転されると、組み込み時から温度が上昇することになり、運転中の温度上昇により回転軸に比べて円錐ころ軸受の軸受ハウジングの寸法変化が大きく、予圧が抜けてしまうおそれがある。

例えば、図６に示すように、従来の転がり軸受装置における円錐ころ軸受１０９では、外輪１４２は、外周面１４２ｂが、主回転軸１０４の構成材料よりも線膨張係数の大きい材料よりなる軸受ハウジング１４０の内周面１４０ａと当接している。具体的には、主回転軸１０４が鋼製（例えば、機械構造用低合金鋼）であり、軸受ハウジング１４０が軽金属製（例えば、ダイキャスト用Ａｌ合金）である。

図６に示すように、円錐ころ軸受１０９にアキシャル方向（矢印ａ方向）の予圧を加えると、外輪１４２は、円錐ころ１４３の傾斜した転動面上での分力を受けてラジアル方向にも変位し、右端面１４２ｃと外周面１４２ｂとが軸受ハウジング１４０の内周面１４０ａと内端面１４０ｃとに押し付けられて予圧が支持される。しかし、上記のごとく軸受ハウジング１４０を軽金属で構成する場合、図７に示すように、トランスミッションが昇温すると、軽金属製の軸受ハウジング１４０は、円錐ころ軸受１０９が取り付けられた主回転軸１０４よりも大きく膨張するから、外輪１４２の内周軌道面１４２ａが円錐ころ１４３の転動面から矢印ｂ方向に離間する。つまり、予圧状態での円錐ころ軸受１０９のアキシャル隙間およびラジアル隙間の温度変化が大きく、昇温時に予圧不足となってギアのがたつきによる騒音等も生じやすくなる問題がある。

このため、特許文献１では、軸受ハウジングまたは軸受ハウジング内に設けられて軸方向に当接した部材の内部に配設された複数のピストンからなる予圧機構を備える転がり軸受装置が提案されている。

また、特許文献２では、軸（アウトプットシャフト）と内輪とで囲まれた油圧室と、油圧室に潤滑油流路を介して潤滑油を供給する油圧ポンプとからなる予圧機構を備える転がり軸受装置が提案されている。
特開昭５７−３３２１６号（第１６頁、図６） 特開２００３−１８４８７３号（第５−６頁、図４）

特許文献１に記載の転がり軸受装置は、軸の軸方向長さの温度変化が軸受ハウジングの軸方向長さの温度変化よりも小さい用途で用いると、ピストンで外輪を押すため、油圧が抜け、再度油圧がかかるときにピストンと外輪との当接点が変わることが生じ、そのまま油圧によって軸方向に押すことにより、外輪が傾きやすく、外輪の内周軌道面と円錐ころとが傾いて接触し、外輪の内周軌道面と円錐ころとが傷つくおそれがある。

また、特許文献２に記載の転がり軸受装置は、軸（アウトプットシャフト）と内輪との間で油圧室を形成しているので、Ｏリングが内輪の内周面で軸と接しており、熱膨張で径方向内方にすきまができやすく圧油がもれるおそれがある。さらに、内輪の内周面のＯリングの熱膨張で、Ｏリングの内径が大きくなることで、内輪が軸線方向に傾きやすくなり、圧油によって軸線方向に移動する場合に内輪が傾くことで、内輪と軸とが傾いて接触すること、および内輪がころ端面を押すことから摩擦が生じるおそれがある。

本発明の課題は、転がり軸受の外輪と軸受ハウジングとで油圧室を形成して、圧力供給手段によって液状圧力媒体（オイル）を油圧室に供給することにより、運転中の温度上昇による予圧抜けを防止するようにした転がり軸受および転がり軸受装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１記載の転がり軸受は、内輪と、転動体と、前記転動体からの軸方向一方側向きの荷重を負荷可能な内周軌道面，軸方向他方側に形成された第１の外周面，軸方向一方側に形成され前記第１の外周面よりも小径の第２の外周面，および前記第１の外周面および前記第２の外周面を繋ぐ第１の連結面を備えた外輪とを備え、前記第１の外周面および前記第２の外周面に周溝が形成されていることを特徴とする。請求項１記載の転がり軸受によれば、外輪と軸受ハウジングとのみで液状圧力媒体（オイル）を注入可能な空間（油圧室）を構成することができるため、前記空間（油圧室）に圧力供給手段（油圧ポンプ）から液状圧力媒体（オイル）を注入することにより、外輪を予圧付与方向に付勢して、温度上昇により軸受ハウジングが熱膨張しても予圧抜けを防止することができる。また、外輪の第１の外周面の周溝および第２の外周面の周溝にＯリングが配設できるので、前記空間（油圧室）をＯリング２箇所でシールすることができ、温度上昇により軸受ハウジングが熱膨張しても軸受ハウジングの第１の内周面および第２の内周面と外輪の第１の外周面および第２の外周面とのラジアル隙間を塞ぐことができ、液状圧力媒体（オイル）が漏れにくいとともに、外輪が軸受ハウジングに対して傾きにくいという効果が得られる。

請求項２記載の転がり軸受は、請求項１記載の転がり軸受において、前記転動体が、円錐ころであり、前記円錐ころの両端面が前記外輪の内周軌道面に接触しないことを特徴とする。請求項２記載の転がり軸受によれば、転動体が円錐ころであるため、軸方向荷重を十分に受けることができ、軸受ハウジングが熱膨張する際、外輪と軸受ハウジングとのラジアル隙間によって外輪が円錐ころに対して傾こうとしても鍔がないため、鍔と円錐ころの端面とが異常接触して摩耗することがない。

請求項３記載の転がり軸受装置は、第１の線膨張係数を有するハウジング，第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有する軸，前記軸に嵌合される内輪，第１の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し前記ハウジングに嵌合される外輪，および前記内輪と前記外輪との間に介挿されて転動する転動体を備えた転がり軸受を、接触角が軸方向内方から軸方向外方に向けて拡径するように２つ配設する転がり軸受装置であって、少なくとも一方の転がり軸受の前記外輪は、軸方向内方側に形成される第１の外周面，軸方向外方側に前記第１の外周面よりも小径に形成される第２の外周面，および前記第１の外周面と前記第２の外周面とを繋ぐ第１の連結面を備え、前記第１の外周面および前記第２の外周面には周溝が形成され、前記第１の外周面の周溝および前記第２の外周面の周溝にはそれぞれ第３の線膨張係数より大きい第４の線膨張係数を有するＯリングを嵌合しており、前記ハウジングは、軸方向内方側に形成され前記第１の外周面に径方向に対向する第１の内周面，軸方向外方側に形成され前記第１の内周面より小径かつ前記第２の外周面に径方向に対向する第２の内周面，および前記第１の内周面と前記第２の内周面とを繋ぐ第２の連結面を備え、前記第１の内周面，前記第２の外周面，前記第１の連結面，および前記第２の連結面で形成可能な空間に開口し、圧力供給手段に連通する孔が形成されていることを特徴とする。請求項３記載の転がり軸受装置によれば、外輪の第２の外周面および第１の連結面と軸受ハウジングの第１の内周面および第２の連結面とで液状圧力媒体（オイル）を注入可能な空間（油圧室）を構成することができるため、前記空間（油圧室）に圧力供給手段（油圧ポンプ）から液状圧力媒体（オイル）を注入することにより、外輪を予圧付与方向に付勢して、温度上昇により軸受ハウジングが熱膨張しても予圧抜けを防止することができる。また、外輪の第１の外周面および第２の外周面の周溝にＯリングが配設されるため、前記空間（油圧室）をＯリング２箇所でシールすることができ、温度上昇により軸受ハウジングが熱膨張しても軸受ハウジングの第１の内周面および第２の内周面と外輪の第１の外周面および第２の外周面とのラジアル隙間を塞ぐことができるので、液状圧力媒体（オイル）が漏れにくいとともに、外輪が軸受ハウジングに対して傾きにくいという利点がある。なお、接触角は、日本工業規格ＪＩＳＢ０１０４−１９９１「転がり軸受用語」に記載の接触角［呼び接触角］で定義する。

請求項４記載の転がり軸受装置は、請求項３記載の転がり軸受装置において、前記転がり軸受は、円錐ころ軸受であり、前記転動体の両端面が前記外輪の内周軌道面に接触しないことを特徴とする。請求項４記載の転がり軸受装置によれば、転がり軸受が円錐ころ軸受であるため、軸方向荷重を十分に受けることができ、軸受ハウジングが熱膨張する際、外輪と軸受ハウジングとのラジアル隙間によって外輪が円錐ころに対して傾こうとしても鍔がないため、鍔と円錐ころの端面とが異常接触して摩耗することがない。

転がり軸受の運転中の温度上昇により軸に比べて軸受ハウジングの寸法変化が大きくて予圧が抜けてしまうという問題を、転がり軸受の外輪と軸受ハウジングとで油圧室を形成して、圧力供給手段によって液状圧力媒体（オイル）を油圧室に供給することによって解消した。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る転がり軸受装置が配設されたトランスミッション１の一例を示す要部断面図である。このトランスミッション１は、ケース１Ｍを有し、その内部にギアボックス７が配置されている。ケース１Ｍ内において、入力軸（回転軸線Ｏ２）３と主回転軸（出力軸：回転軸線Ｏ１）４とが、それぞれギアボックス７を貫通する形で配置され、該ギアボックス７内において各々の軸上に配置されたギア３０，３１が噛み合っている。そして、入力軸３の回転は、ギア３０，３１を介して主回転軸４に正逆両方向に伝達される。入力軸３の両端は、ケース１Ｍの内側に固定された円筒ころ軸受５および玉軸受６によりそれぞれ支持されている。一方、主回転軸４の両端は、いずれも円錐ころ軸受８，９により支持されている。このうち、軸方向一方側の円錐ころ軸受８は、ケース１Ｍと一体の軸受ハウジング２０に当て止めされて固定されている。他方、軸方向他方側の円錐ころ軸受９は、ケース１Ｍと一体の軸受ハウジング４０に挿入され、かつ、外輪４２において、上記軸方向一方側に向けて予圧付勢されている。軸受ハウジング４０は、トランスミッション１のケース１Ｍと一体である結果、軸受ハウジング２０とも一体である。

トランスミッション１では、ギアボックス７内に配置されるギアは、入力軸３上に配置される歯数の異なる複数枚の入力側ギア（符号３１側）と、主回転軸４上の同様の複数枚の出力側ギア（符号３０側）とであり、得るべき変速比ないし前進／後退の区別に応じて、噛合いの組み合わせが切替え可能に構成されている（例えば、マニュアルトランスミッション車の場合。他方、オートマチック車の場合は、ギア３０，３１が遊星ギア機構の遊星ギアと太陽ギアとに振り分けられた構造となる場合がある）。

円錐ころ軸受８は、トランスミッション１のケース１Ｍと一体の軸受ハウジング２０と、主回転軸４と、主回転軸４に嵌合される内輪１４と、軸受ハウジング２０に嵌合される外輪１５と、内輪１４と外輪１５との間に転動するように介挿された複数の円錐ころ１６とから、その主要部が構成されている。円錐ころ軸受８は、円錐ころ１６と外輪１５との接触角が軸方向内方から軸方向外方に向けて拡径するように配設されている。

円錐ころ軸受８は、外輪１５の外周面が、主回転軸４の構成材料よりも線膨張係数の大きい材料よりなる軸受ハウジング２０の内周面と当接している。具体的には、主回転軸４が鋼（例えば、機械構造用低合金鋼）製であり、軸受ハウジング２０が軽金属製である。軽金属はＡｌまたはＭｇのいずれかを主成分（含有率にて５０質量％以上）とする金属であるが、加工性および耐食性の観点からＡｌまたはＡｌ合金が使用される。Ａｌ合金としては、具体的にはダイキャスト用Ａｌ合金が使用される。本実施例１では、ケース１ＭもＡｌ合金製であり、軸受ハウジング２０は該ケース１Ｍの内面に一体化されてなる。また、円錐ころ軸受８は、転動体（円錐ころ１６）および軌道輪（外輪１５／内輪１４）が、いずれも鋼（例えば、軸受鋼，はだ焼き鋼，浸炭鋼）製にて構成されている。自動車用のトランスミッション１における軸受使用環境温度は−４０℃以上１５０℃以下の範囲（寒冷地および高速連続運転等を除いた通常到達温度は、５０℃以上８０℃以下）であり、軸受ハウジング２０の構成主成分であるＡｌの線膨張係数（第１の線膨張係数）は２３〜２４ｐｐｍ／℃、主回転軸４および円錐ころ軸受８の構成主成分であるＦｅの線膨張係数（第２の線膨張係数）は１２〜１３ｐｐｍ／℃である。

図２および図３は、本実施例１に係る転がり軸受装置における円錐ころ軸受９の要部拡大断面図である。

円錐ころ軸受９は、第１の線膨張係数を有する軽金属（例えば、ダイキャスト用Ａｌ合金）製の軸受ハウジング４０と、第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有する鋼（例えば、機械構造用低合金鋼）製の主回転軸４と、主回転軸４に嵌合される内輪４１と、軸受ハウジング４０に嵌合される第１の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有する鋼（例えば、軸受鋼，はだ焼き鋼，浸炭鋼）製の外輪４２と、内輪４１と外輪４２との間に介挿されて転動する複数の円錐ころ４３とから、その主要部が構成されている。円錐ころ軸受９は、円錐ころ４３と外輪４２との接触角が軸方向内方から軸方向外方に向けて拡径するように配設されている。

外輪４２は、円錐ころ４３の転動面が当接する内周軌道面４２ａと、軸方向内方側に形成される第１の外周面４２ｂと、軸方向外方側に第１の外周面４２ｂよりも小径に形成される第２の外周面４２ｃと、第１の外周面４２ｂと第２の外周面４２ｃとを繋ぐ第１の連結面４２ｄと、第２の外周面４２ｃに連なる右端面４２ｅとを備える。また、外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃには、周溝４２ｆ，４２ｇがそれぞれ形成され、第１の外周面４２ｂの周溝４２ｆおよび第２の外周面４２ｃの周溝４２ｇには、第３の線膨張係数より大きい第４の線膨張係数を有するゴム製のＯリング４４，４５がそれぞれ圧縮形態で嵌合配置されている。

軸受ハウジング４０は、軸方向内方側に形成され外輪４２の第１の外周面４２ｂに径方向に対向する第１の内周面４０ａと、軸方向外方側に形成され第１の内周面４０ａより小径かつ外輪４２の第２の外周面４２ｃに径方向に対向する第２の内周面４０ｂと、第１の内周面４０ａと第２の内周面４０ｂとを繋ぐ第２の連結面４０ｃと、外輪４２の右端面４２ｅと対向する内壁面４０ｄとを備える。

軸受ハウジング４０に外輪４２を嵌合することにより、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａ，外輪４２の第１の連結面４２ｄ，外輪４２の第２の外周面４２ｃ，および軸受ハウジング４０の第２の連結面４０ｃで囲まれる環状の空間である油圧室４６が形成される。

また、軸受ハウジング４０は、油圧室４６にオイルＦを注入するために、軸受ハウジング４０（図１で見て右側壁）を貫通させる形で、オイルＦの注入経路の一部をなす孔５１が形成されている。なお、孔５１は、周方向所定間隔に複数形成されていてもよい。油圧室４６は、孔５１を介して油圧ポンプ５２（図１参照）に連通されている。油圧ポンプ５２による油圧室４６へのオイルＦの注入圧力（油圧）が、外輪４２に加わる予圧となり、予圧荷重のレベルは油圧ポンプ５２の圧送圧力に応じて調整可能である。油圧室４６，孔５１，および油圧ポンプ５２は、圧力供給手段５０を構成している。

油圧室４６は、軸受ハウジング４０がＡｌ合金で構成される一方、外輪４２が鋼で構成されている。このため、温度が上昇すると、軸受ハウジング４０と外輪４２との間の線膨張係数差により、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂと外輪４２の外周面とのアキシャル隙間およびラジアル隙間が増加することになる。そこで、ラジアル隙間には、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂと外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃとをシールするゴム製のＯリング４４，４５が圧縮形態で周溝４２ｆ，４２ｇにそれぞれ嵌合配置されている。温度履歴によりラジアル隙間の寸法が変化した場合、Ｏリング４４，４５は、その寸法変化に追随して自身の弾性圧縮変形量を変化させることで、シール面との密着状態を常時維持することが可能である。これにより、軸受ハウジング４０の熱膨張によりラジアル隙間が増加しても、Ｏリング４４，４５の配置により油圧室４６からオイルＦが漏出することが防止される。Ｏリング４４，４５に使用するゴムの材質は、オイルＦとの接触を考慮して、機械的強度と耐油性とを両立できるゴム、例えばニトリルゴム（特に、水素化ニトリルゴム），アクリルゴム，シリコンゴムおよびフッ素ゴム等が好適である。

一方、圧力供給手段５０では、温度履歴が原因となって外輪４２の過予圧が生ずることもある。具体的には、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂによる外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置が昇温により拡径方向に移動すると、そのままでは予圧不足となって円錐ころ軸受９のアキシャル隙間およびラジアル隙間が増加してしまう。そこで、前述のごとく、油圧室４６へのオイルＦの注入により、外輪４２を、該アキシャル隙間およびラジアル隙間が減少する向き、つまり油圧室４６が拡大する向きに変位させる。しかし、その状態で温度が低下すると、線膨張係数が主回転軸４よりも小さい軸受ハウジング４０は収縮し、オイルＦで満たされた油圧室４６の体積も減少する。

そこで、圧力供給手段５０では、油圧ポンプ５２と油圧室４６との間の注入経路から圧力排出手段５５が分岐している。圧力排出手段５５は、油圧ポンプ５２に供給するオイルＦを貯留するタンクまたは排出容器（図示せず）につながっている。油圧室４６に供給するオイルＦがトランスミッション１内で使用される潤滑油と同じ場合には、オイルＦをトランスミッション１内に排出することもできる。圧力排出手段５５としては、例えば、電磁弁や逆止弁等の開閉手段や、オリフィスやニードル等の差圧を保持する手段が用いられる。電磁弁の場合には、圧力供給手段５０内の内圧（油圧室４６や孔５１の内圧，油圧ポンプ５２の圧送圧力）を監視する圧力センサ（図示せず）をさらに備え、内圧が過剰に上昇した際に、圧力センサの出力により電磁弁を開くことで、オイルＦを排出し、内圧を適正なものとする。逆止弁の場合、圧力供給手段５０内の内圧が一定圧力を超えると開くように、前もって設定する。オリフィスやニードルの場合には、適正な内圧が得られるように設定する。また、逆止弁に代えて、電磁バルブ等で構成されたストップバルブを設け、他方、油圧室４６内に圧力センサを配置し、圧力センサが検出する油圧室４６の内圧により、逆方向スラストの発生を検知し、ストップバルブを作動させてオイルＦの注入経路からの流出を遮断するようにしてもよい。さらに、圧力センサが検出する油圧室４６の内圧に追従して、油圧ポンプ５２によるオイルＦの圧送圧力を変化させる方式も可能である。この場合、逆方向スラストが発生したときには、オイルＦの圧送圧力を増加させることで、オイルＦの注入経路からの流出が遮断される。従って、逆止弁やストップバルブなどが不要となる。

なお、圧力排出手段５５の配置場所は、当然、油圧ポンプ５２と油圧室４６とを結ぶオイルＦの注入経路上に設けることも可能であるし、油圧ポンプ５２自身が逆止弁を内蔵している場合は、それを流用することもできる。しかし、オイルＦの注入経路や油圧ポンプ５２のオイル圧送空間の弾性変形代が大きいと、その変形代の分だけオイルＦの逆流が許容されてしまい、外輪４２の定位置化効果が損なわれる懸念もある。従って、圧力排出手段５５は、油圧室４６になるべく近い位置に設けることが望ましいといえる。

次に、このように構成された実施例１に係る転がり軸受装置の動作について説明する。

油圧ポンプ５２による油圧により、油圧室４６を介して外輪４２にアキシャル方向の予圧が加えられる。この状態では、図２に示すように、外輪４２は、円錐ころ４３の傾斜した転動面上での分力を受けてアキシャル方向およびラジアル方向に変位し、ラジアル方向の予圧が外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｄが軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂにそれぞれ押し付けられて支持される。

主回転軸４は、前進駆動時には正方向に、後退駆動時には逆方向に回転する。軸受ハウジング４０からの外輪４２への予圧付与方向は、正方向回転時のギア３０，３１のスラストの向きに一致させてある。その結果、外輪４２は、主回転軸４の正転時には、ギア３０，３１からのスラストを予圧付与方向と一致した正方向スラストとして受ける一方、主回転軸４の逆転時には、ギア３０，３１からのスラストを予圧付与方向と逆向きの逆方向スラストとして受ける。このため、自動車の後退時のように主回転軸４が逆転する場合は、ギア３０，３１のスラストが予圧付与方向に対し逆向きにかかることになる。すると、この逆方向スラストにより外輪４２が予圧付与方向と逆向きに押し戻される。外輪４２が後退するためには、油圧室４６の体積が減少しなければならず、油圧室４６内のオイルＦは孔５１から油圧ポンプ５２側へ流出する必要が生じる。油圧ポンプ５２に逆流しようとするオイルＦは、注入経路から圧力排出手段５５を介してタンクまたは排出容器（図示せず）に排出されて貯留される。

トランスミッション１の温度が比較的低温で一定に保たれていれば、外輪４２の予圧付与方向の位置はあまり変化せず、油圧ポンプ５２による油圧によって外輪４２に与えられる予圧荷重のレベルもほぼ一定に保たれる。

トランスミッション１が昇温すると、主回転軸４の線膨張係数よりも軸受ハウジング４０の線膨張係数のほうが大きいため、軸受ハウジング４０は、ラジアル方向に膨張し、第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂが拡径し、円錐ころ軸受９の軸受外径面である外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃから離間しようとする。つまり、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂによる外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置がラジアル方向外向きに変化し、軸受ハウジング４０による外輪４２への反力が減少する。すると、外輪４２は、油圧ポンプ５２による油圧である予圧と軸受ハウジング４０からの反力とがバランスする位置まで移動する。その結果、温度上昇によって外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置が移動しても、外輪４２に対する予圧はほぼ一定に保たれる。このため、軸受ハウジング４０と主回転軸４との線膨張係数差に由来した、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂによる外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置の温度変化が吸収される。つまり、予圧状態での円錐ころ軸受９のアキシャル隙間およびラジアル隙間の温度変化が大きくても、昇温時に予圧不足になることはなく、外輪４２の内周軌道面４２ａは円錐ころ４３の転動面から離間することはなく、ギア３０，３１のがたつきによる騒音等も抑制される。

また、トランスミッション１が昇温すると、軸受ハウジング４０がアキシャル方向に熱膨張し、油圧室４６の内圧が減圧する。油圧室４６の内圧の減圧が油圧室４６内に設けられた圧力センサにより検出されると、油圧ポンプ５２により油圧室４６内のオイルＦが加圧される。油圧室４６内のオイルＦが所定の圧力まで加圧されると、圧力センサにより検出され、油圧ポンプ５２による油圧室４６内のオイルＦの加圧が停止される。

一方、トランスミッション１の温度が低下すると、軸受ハウジング４０がアキシャル方向およびラジアル方向に熱収縮し、油圧室４６が縮小して、油圧室４６内のオイルＦは加圧される。油圧室４６内のオイルＦが加圧されると、逆止弁等でなる圧力排出手段５５が作動して、オイルＦが排出されてタンクまたは排出容器（図示せず）に貯留される。

なお、図２に示す状態から、主回転軸４に予圧付与方向とは逆方向（図３の矢印ｃ参照）の衝撃荷重等が加えられた場合には、内輪４１，円錐ころ４３を介して外輪４２が油圧ポンプ５２による油圧に抗してアキシャル方向に移動することにより、衝撃荷重等が緩衝されて抑制される。この際、油圧室４６内のオイルＦは、孔５１から油圧ポンプ５２側に流出し、注入経路から圧力排出手段５５を介してタンクまたは排出容器（図示せず）に排出して貯留される。また、外輪４２の移動範囲を越える過大な衝撃荷重等が加えられるような最悪の場合でも、図３に示すように、外輪４２の右端面４２ｅが軸受ハウジング４０（ケース１Ｍ）の内壁面４０ｄに当接して衝撃荷重等が受け止められることになる。

実施例１によれば、外輪４２の第２の外周面４２ｃおよび第１の連結面４２ｄと軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の連結面４０ｃとでオイルＦを注入可能な油圧室４６を形成し、油圧室４６に油圧ポンプ５２からオイルＦを注入して、外輪４２を予圧付与方向に付勢するようにしたので、温度上昇によって軸受ハウジング４０が熱膨張しても予圧抜けを防止することができる。

また、外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの周溝４２ｆ，４２ｇにＯリング４４，４５を圧縮形態で嵌合配置したことにより、油圧室４６を２本のＯリング４４，４５でシールすることができ、外輪４２が軸受ハウジング４０に対して傾きにくいという効果が得られる。加えて、温度上昇によって軸受ハウジング４０が熱膨張しても、Ｏリング４４，４５の弾性復元によって軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂと外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃとのラジアル隙間を塞ぐことができるので、オイルＦが漏れにくいという効果が得られる。

さらに、転がり軸受が円錐ころ軸受９であるため、軸方向荷重を十分に受けることができ、軸受ハウジング４０が熱膨張する際、外輪４２と軸受ハウジング４０とのラジアル隙間によって外輪４２が円錐ころ４３に対して傾こうとしても鍔がないため、鍔と円錐ころ４３の端面とが異常接触して摩耗することがないという利点がある。

図４は、本発明の実施例２に係る転がり軸受装置における円錐ころ軸受９’を示す要部断面図である。実施例１に係る転がり軸受装置においては、円錐ころ軸受９への圧力供給手段５０として油圧室４６に孔５１を介して連通する油圧ポンプ５２が備えられていたが、本実施例２に係る転がり軸受装置においては、円錐ころ軸受９’への圧力供給手段５０として、さらに外輪４２を予圧付与方向に付勢する圧縮コイルばね５３を付加するようにしている。

圧縮コイルばね５３は、油圧室４６内に配置され、一端を外輪４２の第１の連結面４２ｄに、他端を軸受ハウジング４０の第２の連結面４０ｃにそれぞれ当接されている。圧縮コイルばね５３は、油圧ポンプ５２による油圧と協働して、外輪４２を予圧付与方向に付勢する。圧縮コイルばね５３を油圧室４６内に配置することで、圧力供給手段５０の大幅なコンパクト化が図られている。すなわち、圧力供給手段５０として、油圧室４６と圧縮コイルばね５３とを併用する構成では、所定の予圧荷重を得る場合に、圧縮コイルばね５３のばね反発力の分だけ、油圧ポンプ５２による油圧を低下させることができ（小型の油圧ポンプ５２を使用することができ）、圧力供給手段５０を全体としてコンパクトに構成することができる。特に、圧縮コイルばね５３が油圧室４６内に配設されるので、外観上はスペースをとることがなく、この点からも省スペース化が図られることになる。圧縮コイルばね５３は、油圧室４６にてオイルＦと常時接触する状態で配置されることを考慮すれば、吸油により膨潤の懸念があるゴムやプラスチック等で構成するよりは、ばね鋼やベリリウム銅などのばね用金属材料で構成するほうが耐久性の観点で有利である。

なお、その他の特に言及しない部分は、実施例１における転がり軸受装置と同様に構成されているので、対応する部分に同一符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。

次に、このように構成された実施例２に係る転がり軸受装置の動作について、実施例１に係る転がり軸受装置の動作と相違する点を中心に説明する。

油圧ポンプ５２による油圧および圧縮コイルばね５３によるばね反発力により外輪４２にアキシャル方向の予圧が加えられている状態では、図４に示すように、外輪４２は、円錐ころ４３の傾斜した転動面上での分力を受けてアキシャル方向およびラジアル方向に変位し、ラジアル方向の予圧が外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｄが軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂにそれぞれ押し付けられて支持される。

トランスミッション１の温度が比較的低温で一定に保たれていれば、外輪４２の予圧付与方向の位置はあまり変化せず、油圧ポンプ５２による油圧および圧縮コイルばね５３によるばね反発力によって外輪４２に与えられる予圧荷重のレベルもほぼ一定に保たれる。

トランスミッション１が昇温すると、主回転軸４の線膨張係数よりも軸受ハウジング４０の線膨張係数のほうが大きいため、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂが拡径し、円錐ころ軸受９’の軸受外径面である外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃから離間しようとする。つまり、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂによる外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置がラジアル方向外向きに変化し、軸受ハウジング４０による外輪４２への反力が減少する。すると、外輪４２は、油圧ポンプ５２による油圧および圧縮コイルばね５３によるばね反発力の和である予圧と軸受ハウジング４０からの反力とがバランスする位置まで移動する。その結果、温度上昇によって外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置が移動しても、外輪４２に対する予圧はほぼ一定に保たれる。このため、軸受ハウジング４０と主回転軸４との線膨張係数差に由来した、軸受ハウジング４０の第１の内周面４０ａおよび第２の内周面４０ｂによる外輪４２の第１の外周面４２ｂおよび第２の外周面４２ｃの支持位置の温度変化が吸収される。つまり、予圧状態での円錐ころ軸受９’のアキシャル隙間およびラジアル隙間の温度変化が大きくても、昇温時に予圧不足になることはなく、外輪４２の内周軌道面４２ａは円錐ころ４３の転動面から離間することはなく、ギア３０，３１のがたつきによる騒音等も抑制される。

また、トランスミッション１が昇温すると、軸受ハウジング４０がアキシャル方向およびラジアル方向に熱膨張し、油圧室４６の内圧が減圧する。油圧室４６の内圧の減圧が油圧室４６内に設けられた圧力センサにより検出されると、油圧ポンプ５２により油圧室４６内のオイルＦが加圧される。油圧室４６内のオイルＦが所定の圧力まで加圧されると、油圧室４６内に設けられた圧力センサにより検出され、油圧ポンプ５２による油圧室４６内のオイルＦの加圧が停止される。

一方、トランスミッション１の温度が低下すると、軸受ハウジング４０がアキシャル方向およびラジアル方向に熱収縮し、油圧室４６内のオイルＦが加圧される。油圧室４６内のオイルＦが加圧されると、逆止弁等でなる圧力排出手段５５が作動して、オイルＦが排出されてタンクまたは排出容器（図示せず）に貯留される。

なお、図２に示す状態から、主回転軸４に予圧付与方向とは逆方向の衝撃荷重等が加えられた場合には、内輪４１，円錐ころ４３を介して外輪４２が油圧ポンプ５２による油圧および圧縮コイルばね５３によるばね反発力の和である予圧に抗してアキシャル方向に移動することにより、衝撃荷重等が緩衝されて抑制される。この際、油圧室４６内のオイルＦは、孔５１から油圧ポンプ５２側に流出し、注入経路から逆止弁等でなる圧力排出手段５５を介してタンクまたは排出容器（図示せず）に排出して貯留される。また、外輪４２の移動範囲を越える過大な衝撃荷重等が加えられるような最悪の場合でも、外輪４２の右端面４２ｅが軸受ハウジング４０（ケース１Ｍ）の内壁面４０ｄに当接して衝撃荷重等が受け止められることになる。

実施例２によれば、実施例１において得られる効果に加えて、油圧室４６内に圧縮コイルばね５３を配設するようにしたので、油圧ポンプ５２による油圧ばかりでなく、圧縮コイルばね５３によるばね反発力が予圧として外輪４２に加えられるため、強い逆方向スラストを受けた場合でも、予圧不足状態となることがないという効果が得られる。特に、油圧室４６内に圧縮コイルばね５３を追加して配設するようにしただけなので、極めて簡単な構造で外輪４２に付与される予圧を強化することができるという利点がある。

なお、上記各実施例では、転がり軸受装置の軸方向一方側の円錐ころ軸受９，９’にのみ油圧ポンプ５２および圧力排出手段５５（加えて、圧縮コイルばね５３）を含む圧力供給手段５０を設けるようにしたが、図５に示すように、円錐ころ軸受８にも同様の圧力供給手段５０を設けることができる。このようにしても、各実施例と同様の効果が得られることはいうまでもない。この場合、油圧ポンプ５２と圧力排出手段５５とは、円錐ころ軸受８の圧力供給手段５０と円錐ころ軸受９の圧力供給手段５０とにそれぞれ設けることも、一つのものを共通に使用することも、一方を共通に、他方を別々にすることもできる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、これらはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

例えば、各実施例では、トランスミッション１に用いられる転がり軸受装置を例にとって説明したが、四輪駆動車の各輪への駆動分配軸用ギアユニット等の他の装置に用いられる転がり軸受装置にも、本発明を同様に適用できることはいうまでもない。

また、各実施例では、転がり軸受装置に使用される転がり軸受を円錐ころ軸受としたが、アンギュラ玉軸受，深みぞ玉軸受等の予圧をかけて使用される他の転がり軸受であっても、本発明を同様に適用できることはいうまでもない。

本発明の実施例１に係る転がり軸受装置が配設されたトランスミッションの一例を示す要部断面図。 本実施例１における円錐ころ軸受の要部断面図。 本実施例１における円錐ころ軸受の要部断面図。 本発明の実施例２に係る転がり軸受装置における円錐ころ軸受の要部断面図。 本発明の実施例１に係る転がり軸受装置が配設されたトランスミッションの変形例を示す要部断面図。 従来の転がり軸受装置における円錐ころ軸受の要部断面図。 従来の転がり軸受装置における円錐ころ軸受の要部断面図。

符号の説明

１ トランスミッション
３ 入力軸
４ 主回転軸
８，９，９’ 円錐ころ軸受（転がり軸受）
４０ 軸受ハウジング（ハウジング）
４０ａ 第１の内周面
４０ｂ 第２の内周面
４０ｃ 第２の連結面
４０ｄ 内壁面
４１ 内輪
４２ 外輪
４２ａ 内周軌道面
４２ｂ 第１の外周面
４２ｃ 第２の外周面
４２ｄ 第１の連結面
４２ｅ 右端面
４２ｆ，４２ｇ 周溝
４３ 円錐ころ（転動体）
４４，４５ Ｏリング
４６ 油圧室（空間）
５０ 圧力供給手段
５１ 孔
５２ 油圧ポンプ
５３ 圧縮コイルばね
５５ 圧力排出手段
Ｆ オイル（液状圧力媒体）

Claims (4)

1. 内輪と、転動体と、前記転動体からの軸方向一方側向きの荷重を負荷可能な内周軌道面，軸方向他方側に形成された第１の外周面，軸方向一方側に形成され前記第１の外周面よりも小径の第２の外周面，および前記第１の外周面と前記第２の外周面とを繋ぐ第１の連結面を備えた外輪とを備え、
   前記第１の外周面および前記第２の外周面に周溝が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記転動体は、円錐ころであり、前記円錐ころの両端面が前記外輪の内周軌道面に接触しないことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 第１の線膨張係数を有するハウジング，第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有する軸，前記軸に嵌合される内輪，第１の線膨張係数よりも小さい第３の線膨張係数を有し前記ハウジングに嵌合される外輪，および前記内輪と前記外輪との間に介挿されて転動する転動体を備えた転がり軸受を、接触角が軸方向内方から軸方向外方に向けて拡径するように２つ配設する転がり軸受装置であって、
   少なくとも一方の転がり軸受の前記外輪は、軸方向内方側に形成される第１の外周面，軸方向外方側に前記第１の外周面よりも小径に形成される第２の外周面，および前記第１の外周面と前記第２の外周面とを繋ぐ第１の連結面を備え、前記第１の外周面および前記第２の外周面には周溝が形成され、前記第１の外周面の周溝および前記第２の外周面の周溝にはそれぞれ第３の線膨張係数より大きい第４の線膨張係数を有するＯリングを嵌合しており、
   前記ハウジングは、軸方向内方側に形成され前記第１の外周面に径方向に対向する第１の内周面，軸方向外方側に形成され前記第１の内周面より小径かつ前記第２の外周面に径方向に対向する第２の内周面，および前記第１の内周面と前記第２の内周面とを繋ぐ第２の連結面を備え、前記第１の内周面，前記第２の外周面，前記第１の連結面，および前記第２の連結面で形成可能な空間に開口し、圧力供給手段に連通する孔が形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
4. 前記転がり軸受は、円錐ころ軸受であり、前記転動体の両端面が前記外輪の内周軌道面に接触しないことを特徴とする請求項３記載の転がり軸受装置。

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