車両用ピニオン軸支持装置
【課題】 円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクが小さくて、かつ、ピニオン軸と円錐ころとの間にガタや振動が発生しない車両用ピニオン軸支持装置を提供すること。
【解決手段】 ピニオン軸１を支持する円錐ころ軸受５,６を備える。内輪２８,２９は、円錐ころ３０,３１の大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有する。上記大径端面の表面粗さσ１［μｍＲａ］は０.０２５以上である。また、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下である。上記大径端面の摺動部、および、上記大鍔面の摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている。
【解決手段】 ピニオン軸１を支持する円錐ころ軸受５,６を備える。内輪２８,２９は、円錐ころ３０,３１の大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有する。上記大径端面の表面粗さσ１［μｍＲａ］は０.０２５以上である。また、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下である。上記大径端面の摺動部、および、上記大鍔面の摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ピニオン軸支持装置に関し、例えば、ディファレンシャルギヤ装置やトランスアクスル装置等の車両用ピニオン軸支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用ピニオン軸支持装置としては、特開平８−２４７２６０号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
【０００３】
上記車両用ピニオン軸支持装置は、ピニオン軸と、このピニオン軸上に所定間隔離間されて配置されている２つの円錐ころ軸受と、上記ピニオン軸のピニオンギヤと噛合しているリングギヤとを備える。
【０００４】
上記２つの円錐ころ軸受の夫々は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置された円錐ころとを有している。上記内輪は、上記円錐ころの大径端面と摺動する大鍔面を有している。上記２つの円錐ころ軸受の夫々には、ピニオン軸の支持剛性が所定以上の値になるように、車両用ピニオン軸支持装置のラジアル方向およびアキシアル方向に、所定の初期予圧が付与されている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の車両用ピニオン軸支持装置では、ピニオン軸の支持剛性を高めるために、初期予圧の値を高く設定すると、上記２つの円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクが大きくなって、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストが大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、上記初期予圧を、車両用ピニオン軸支持装置の始動時において適正な値またはその値よりも低く設定すると、主に上記円錐ころの上記大径端面と上記内輪の上記大鍔面との間で発生する摩耗によって、予圧の値が下がって、円錐ころによるピニオン軸の支持剛性が所定以下の値になって、ピニオン軸と円錐ころとの間に振動およびガタが発生するという問題がある。
【特許文献１】特開平８−２４７２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクが小さくて、かつ、ピニオン軸と円錐ころとの間にガタや振動が発生しない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】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
浸炭鋼から成り、
かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、
かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、
かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、かつ、上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であるので、上記大径端面と上記大鍔部との間に、油膜が形成され易くなる。したがって、円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクの値を大幅に低減することができて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを格段に低減することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記大径端面における上記大鍔面との摺動部および上記大鍔面における上記大径端面との摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であるので、上記大径端面の上記摺動部と上記大鍔面の上記摺動部の摩耗を格段に低減できる。
【００１１】
したがって、本発明は、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、上記二つの摺動部の間に発生する摩耗量を、従来よりも格段に少なくできる。そして、上記二つの効果の相乗効果によって、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００１３】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されており、
かつ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％であり、
かつ、有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下であることを特徴としている。
【００１４】
上記有効硬化層深さは、JIS G 0559に規定されている有効硬化層深さである。
【００１５】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１６】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００１７】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１９】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００２０】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴としている。
【００２１】
尚、上記サブゼロ処理とは、ドライアイスまたは液体窒素による冷却を行うことにより、残留オーステナイトを強制的にマルテンサイト化する処理をいう。
【００２２】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００２３】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の車両用ピニオン軸支持装置によれば、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部、および、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面との摺動部に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００２５】
したがって、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において、円錐ころ軸受に付与する予圧を従来よりも低く設定できて、初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、円錐ころ軸受のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間にガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を格段に長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２７】
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ファレンシャルギヤ装置の断面図である。
【００２８】
このデ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１の差動機構３側の外周に配置されている第１の円錐ころ軸受５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ている第２の円錐ころ軸受６と、ピニオン軸１、差動機構３、第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６を収容しているケース８とを備える。
【００２９】
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、このピニオン軸１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。
【００３０】
上記ケース８は、デ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。
【００３１】
上記第１の円錐ころ軸受５は、内輪２８、外輪２４および複数の円錐ころ３０を備え、第２の円錐ころ軸受６は、内輪２９、外輪２５および複数の円錐ころ３１を備える。上記第１の円錐ころ軸受５の内輪２８の内周面および第２の円錐ころ軸受６の内輪２９の内周面は、ピニオン軸１の外周面に固定されている一方、第１の円錐ころ軸受５の外輪２４の外周面および第２の円錐ころ軸受６の外輪２５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の内周面に固定されている。上記第１および第２の円錐ころ軸受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。
【００３２】
尚、図１において、２０は、シール部材である。このシール部材２０は、デファレンシャルギヤ装置内の油が外部に流れるのを防止している。
【００３３】
上記実施形態のデ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を駆動させるようになっている。そして、上記差動機構３の側方に配置される継手２１および２２の夫々に連結されている２つの車輪軸（図示せず）の回転数差を適宜調整するようになっている。
【００３４】
図２は、上記第１の円錐ころ軸受５の軸方向の断面図である。
【００３５】
以下に、図２を用いて上記第１の円錐ころ軸受５の細部について説明する。尚、上記第２の円錐ころ軸受６については、詳細な説明は行わないが、第１の円錐ころ軸受５が有する特徴点と同じ特徴点を有するものとする。
【００３６】
上記第１の円錐ころ軸受５は、上述したように、外輪２４と、内輪２８と、円錐ころ３０とを備える。上記外輪２４は、内周側に円錐軌道面４２を有している。
【００３７】
上記内輪２８は、外周に円錐軌道面４４を有している。上記内輪２８は、円錐軌道面４４の大径側の端部に、円錐ころ３０の大径端面４９が摺動する大鍔面４７を有している。
【００３８】
また、上記円錐ころ３０は、外輪２４の円錐軌道面４２と、内輪２８の円錐軌道面４４との間に、保持器４０によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てられて複数配置されている。
【００３９】
上記円錐ころ３０の大径端面４９の算術平均粗さＲａをσ１［μｍ］とすると共に、大鍔面４７の算術表面粗さＲａをσ２［μｍ］としたとき、σ１は０.０２５以上に設定されており、かつ、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下に設定されている。この大鍔面４７は、凹面形状になっている。
【００４０】
また、上記外輪２４、内輪２８および円錐ころ３０の表面は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている。
【００４１】
図３は、円錐ころ軸受の摩耗評価試験における試験結果を示す図である。
【００４２】
図３において、縦軸は、経過時間を示し、縦軸は、組み幅変化量を示している。縦軸において、０の点は、所定の組み幅が維持されている状態を示している。
【００４３】
また、図３において、６１は、車両用ピニオン軸支持装置に使用されている標準品の円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、標準品の円錐ころ軸受とは、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凸面形状の大鍔面を有し、かつ、内輪、外輪および円錐ころの材質が、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である円錐ころ軸受である。
【００４４】
また、６２は、車両用ピニオン軸支持装置に使用されている比較品の円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、比較品の円錐ころ軸受とは、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、円錐ころの大径端面の算術平均粗さＲａをσ１［μｍ］とすると共に、大鍔面の算術表面粗さＲａをσ２［μｍ］としたとき、σ１は０.０２５以上に設定されており、かつ、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下に設定されている円錐ころ軸受である。また、内輪、外輪および円錐ころの材質が、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である円錐ころ軸受である。
【００４５】
また、６３は、本発明の車両用ピニオン軸支持装置が備える円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、本発明の車両用ピニオン軸支持装置が備える円錐ころ軸受とは、図２を用いて説明した上記円錐ころ軸受である。
【００４６】
また、３つの円錐ころ軸受に共通の試験条件として次に示す条件を採用している。すなわち、円錐ころ軸受の軸方向の寸法が３５ｍｍで、外輪の外周面の外径が８０ｍｍで、内輪の内周面の内径が３２.７５ｍｍの円錐ころ軸受を用いている。また、７００ｋｇｆのラジアル荷重、９００ｋｇｆのラジアル荷重、および、６００ｋｇｆの予圧を付加している。また、円錐ころ軸受の回転速度を、４０００ｒｐｍに設定すると共に、ギヤオイルとしてアメリカ自動車規格のＳＡＥ９０を使用している。また、コンタミネーション（contamination）として、０.０５ｇｒ／ｌの条件を採用している。
【００４７】
図３に示すように、三つの全ての場合において、組み幅の減少量は、時間の経過と共に増大している。そして、組み幅の減少量の増大率、すなわち、曲線の傾きに相当する変化量は、時間の経過と共に小さくなっている。
【００４８】
６１に試験結果を示す標準品は、試験開始から２０時間後に、組み幅の減少量が３５μｍに達している。このことから、車両用ピニオン軸支持装置に標準品を組み込むときに設定される予圧としては、組み幅の減少量をみこして高めに設定する必要があり、このことにより、特に運転開始初期において、トルクの増大を招いて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストが大きくなる。
【００４９】
また、６２に試験結果を示す比較品は、標準品と比較して試験開始から２０時間後の組み幅の減少量を、略２７.５まで抑制できる。すなわち、２０時間後の組み幅の減少量を標準品の組み幅の減少量の０.８程度まで抑制できることがわかる。つまり、標準品よりも予圧抜けが少なく初期予圧設定を小さくできるからトルクを低減できる。また、予圧抜けが小さいから、ピニオン軸の支持剛性も高いことがわかる。
【００５０】
一方、６３に試験結果を示す本発明が備える円錐ころ軸受は、試験開始から２０時間後の組み幅の減少量が、略１６.５まで格段に低減されている。そして、標準品の円錐ころ軸受と比較して、２０時間後の組み幅の減少量を５０％以上も大幅に低減できる。このことから、本発明が備える円錐ころ軸受は、耐予圧抜け性能に優れ、ピニオン軸の支持剛性を所定の値に保持する能力に優れることがわかる。
【００５１】
このことから、図２に示す円錐ころ軸受を、車両用ピニオン軸支持装置に設定すれば、円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから低く設定できる。そして、車両用ピニオン軸支持装置の使用開始時からトルクを低く抑えることができると共に、ピニオン軸の支持剛性が低下することも確実に防止できる。
【００５２】
上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６の内輪２８,２９の夫々は、円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する凹面形状の大鍔面４７を有し、かつ、大径端面４９の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面４７の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であるので、大径端面４７と大鍔部４７との間に、油膜が形成され易くなる。したがって、第１および第２の円錐ころ軸受５,６を駆動するのに必要なトルクの値を大幅に低減することができて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを格段に低減することができる。
【００５３】
また、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の円錐ころ３０,３１の大径端面４９における内輪２８,２９の大鍔面４７との摺動部、および、内輪２８,２９の大鍔面４７における円錐ころ３０,３１の大径端面との摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であるので、円錐ころ３０,３１の大径端面４９の摺動部と、内輪２８,２９の大鍔面４７の摺動部の摩耗を格段に低減できる。
【００５４】
したがって、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置は、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の夫々において、二つの摺動部の間に油膜が形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、上記二つの摺動部の間に発生する摩耗量を、従来よりも格段に少なくできる。そして、上記二つの効果の相乗効果によって、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％以上も大幅に低減できる。
【００５５】
したがって、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、デファレンシャルギヤ装置の初期設定において、第１および第２の円錐ころ軸受５,６に付与する予圧を従来よりも低く設定できて、初めから適切なピニオン軸１の支持剛性を実現する予圧に設定できるので、第１および第２の円錐ころ軸受５,６のトルクを低減できて、デファレンシャルギヤ装置の運転コストを低減できる。また、第１および第２の円錐ころ軸受５,６によるピニオン軸１の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、第１および第２の円錐ころ軸受５,６とピニオン軸１との間にガタや振動が発生することを防止できる。
【００５６】
上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置では、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の夫々において、内輪２８,２９の大鍔面４９における円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する摺動部と、円錐ころ３０,３１の大径端面４９における内輪２８,２９の大鍔面４７との摺動部の材質として、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている材質を採用した。
【００５７】
しかしながら、本発明者は、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、上記記載の材質の替わりに、以下の（１）〜（３）（全てをみたす）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００５８】
（１）炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されている。（２）最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％である。（３）有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下である。
【００５９】
また、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、以下の（４）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００６０】
（４）高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されている。
【００６１】
また、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、以下の（５）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００６２】
（５）高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されている。
【００６３】
尚、上記実施形態では、内輪２８,２９が、円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する凹面形状の大鍔面４７を有し、かつ、大径端面４９の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面４７の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１が０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２が０.１７以下である等の特徴点を有する第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６を、デファレンシャルギヤ装置に設置した。しかしながら、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、かつ、大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１が０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２が０.１７以下である等の、この発明の特徴点を有する第１の円錐ころ軸受および第２の円錐ころ軸受を、トランスアクスル装置に設置しても良いことは勿論である。そして、この場合、トランスアクスル装置が上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置と同一の作用効果を有することは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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ファレンシャルギヤ装置の断面図である。
【図２】上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置が有する第１の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。
【図３】円錐ころ軸受の摩耗評価試験における試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ピニオン軸
２ ピニオンギヤ
３ 差動機構
５,６ 円錐ころ軸受
８ ケース
１１ リングギヤ
２４,２５ 外輪
２６ 本体部
２８,２９ 内輪
３０,３１ 円錐ころ
４７ 内輪の大鍔面
４９ 円錐ころの大径端面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ピニオン軸支持装置に関し、例えば、ディファレンシャルギヤ装置やトランスアクスル装置等の車両用ピニオン軸支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用ピニオン軸支持装置としては、特開平８−２４７２６０号公報（特許文献１）に記載されているものがある。
【０００３】
上記車両用ピニオン軸支持装置は、ピニオン軸と、このピニオン軸上に所定間隔離間されて配置されている２つの円錐ころ軸受と、上記ピニオン軸のピニオンギヤと噛合しているリングギヤとを備える。
【０００４】
上記２つの円錐ころ軸受の夫々は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置された円錐ころとを有している。上記内輪は、上記円錐ころの大径端面と摺動する大鍔面を有している。上記２つの円錐ころ軸受の夫々には、ピニオン軸の支持剛性が所定以上の値になるように、車両用ピニオン軸支持装置のラジアル方向およびアキシアル方向に、所定の初期予圧が付与されている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の車両用ピニオン軸支持装置では、ピニオン軸の支持剛性を高めるために、初期予圧の値を高く設定すると、上記２つの円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクが大きくなって、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストが大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、上記初期予圧を、車両用ピニオン軸支持装置の始動時において適正な値またはその値よりも低く設定すると、主に上記円錐ころの上記大径端面と上記内輪の上記大鍔面との間で発生する摩耗によって、予圧の値が下がって、円錐ころによるピニオン軸の支持剛性が所定以下の値になって、ピニオン軸と円錐ころとの間に振動およびガタが発生するという問題がある。
【特許文献１】特開平８−２４７２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクが小さくて、かつ、ピニオン軸と円錐ころとの間にガタや振動が発生しない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】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
浸炭鋼から成り、
かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、
かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、
かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、かつ、上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であるので、上記大径端面と上記大鍔部との間に、油膜が形成され易くなる。したがって、円錐ころ軸受を駆動するのに必要なトルクの値を大幅に低減することができて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを格段に低減することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、上記大径端面における上記大鍔面との摺動部および上記大鍔面における上記大径端面との摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であるので、上記大径端面の上記摺動部と上記大鍔面の上記摺動部の摩耗を格段に低減できる。
【００１１】
したがって、本発明は、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、上記二つの摺動部の間に発生する摩耗量を、従来よりも格段に少なくできる。そして、上記二つの効果の相乗効果によって、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００１３】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されており、
かつ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％であり、
かつ、有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下であることを特徴としている。
【００１４】
上記有効硬化層深さは、JIS G 0559に規定されている有効硬化層深さである。
【００１５】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１６】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００１７】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００１９】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【００２０】
また、本発明の車両用ピニオン軸支持装置は、
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴としている。
【００２１】
尚、上記サブゼロ処理とは、ドライアイスまたは液体窒素による冷却を行うことにより、残留オーステナイトを強制的にマルテンサイト化する処理をいう。
【００２２】
本発明によれば、最初の発明と同様に、上記二つの摺動部の間に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００２３】
したがって、本発明によれば、従来と異なり、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、特に運転開始初期のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間に振動およびガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を大幅に長くすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の車両用ピニオン軸支持装置によれば、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部、および、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面との摺動部に油膜を形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％程度大幅に低減できる。
【００２５】
したがって、車両用ピニオン軸支持装置の初期設定において、円錐ころ軸受に付与する予圧を従来よりも低く設定できて、初めから適切な支持剛性を実現する予圧に設定できるので、円錐ころ軸受のトルクを低減できて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを低減できる。また、円錐ころ軸受によるピニオン軸の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、円錐ころ軸受とピニオン軸との間にガタが発生することを防止でき、車両用ピニオン軸支持装置の寿命を格段に長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００２７】
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ファレンシャルギヤ装置の断面図である。
【００２８】
このデ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１の差動機構３側の外周に配置されている第１の円錐ころ軸受５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ている第２の円錐ころ軸受６と、ピニオン軸１、差動機構３、第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６を収容しているケース８とを備える。
【００２９】
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、このピニオン軸１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。
【００３０】
上記ケース８は、デ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。
【００３１】
上記第１の円錐ころ軸受５は、内輪２８、外輪２４および複数の円錐ころ３０を備え、第２の円錐ころ軸受６は、内輪２９、外輪２５および複数の円錐ころ３１を備える。上記第１の円錐ころ軸受５の内輪２８の内周面および第２の円錐ころ軸受６の内輪２９の内周面は、ピニオン軸１の外周面に固定されている一方、第１の円錐ころ軸受５の外輪２４の外周面および第２の円錐ころ軸受６の外輪２５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の内周面に固定されている。上記第１および第２の円錐ころ軸受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。
【００３２】
尚、図１において、２０は、シール部材である。このシール部材２０は、デファレンシャルギヤ装置内の油が外部に流れるのを防止している。
【００３３】
上記実施形態のデ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を駆動させるようになっている。そして、上記差動機構３の側方に配置される継手２１および２２の夫々に連結されている２つの車輪軸（図示せず）の回転数差を適宜調整するようになっている。
【００３４】
図２は、上記第１の円錐ころ軸受５の軸方向の断面図である。
【００３５】
以下に、図２を用いて上記第１の円錐ころ軸受５の細部について説明する。尚、上記第２の円錐ころ軸受６については、詳細な説明は行わないが、第１の円錐ころ軸受５が有する特徴点と同じ特徴点を有するものとする。
【００３６】
上記第１の円錐ころ軸受５は、上述したように、外輪２４と、内輪２８と、円錐ころ３０とを備える。上記外輪２４は、内周側に円錐軌道面４２を有している。
【００３７】
上記内輪２８は、外周に円錐軌道面４４を有している。上記内輪２８は、円錐軌道面４４の大径側の端部に、円錐ころ３０の大径端面４９が摺動する大鍔面４７を有している。
【００３８】
また、上記円錐ころ３０は、外輪２４の円錐軌道面４２と、内輪２８の円錐軌道面４４との間に、保持器４０によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てられて複数配置されている。
【００３９】
上記円錐ころ３０の大径端面４９の算術平均粗さＲａをσ１［μｍ］とすると共に、大鍔面４７の算術表面粗さＲａをσ２［μｍ］としたとき、σ１は０.０２５以上に設定されており、かつ、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下に設定されている。この大鍔面４７は、凹面形状になっている。
【００４０】
また、上記外輪２４、内輪２８および円錐ころ３０の表面は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている。
【００４１】
図３は、円錐ころ軸受の摩耗評価試験における試験結果を示す図である。
【００４２】
図３において、縦軸は、経過時間を示し、縦軸は、組み幅変化量を示している。縦軸において、０の点は、所定の組み幅が維持されている状態を示している。
【００４３】
また、図３において、６１は、車両用ピニオン軸支持装置に使用されている標準品の円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、標準品の円錐ころ軸受とは、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凸面形状の大鍔面を有し、かつ、内輪、外輪および円錐ころの材質が、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である円錐ころ軸受である。
【００４４】
また、６２は、車両用ピニオン軸支持装置に使用されている比較品の円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、比較品の円錐ころ軸受とは、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、円錐ころの大径端面の算術平均粗さＲａをσ１［μｍ］とすると共に、大鍔面の算術表面粗さＲａをσ２［μｍ］としたとき、σ１は０.０２５以上に設定されており、かつ、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下に設定されている円錐ころ軸受である。また、内輪、外輪および円錐ころの材質が、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である円錐ころ軸受である。
【００４５】
また、６３は、本発明の車両用ピニオン軸支持装置が備える円錐ころ軸受の試験結果を示している。詳細には、本発明の車両用ピニオン軸支持装置が備える円錐ころ軸受とは、図２を用いて説明した上記円錐ころ軸受である。
【００４６】
また、３つの円錐ころ軸受に共通の試験条件として次に示す条件を採用している。すなわち、円錐ころ軸受の軸方向の寸法が３５ｍｍで、外輪の外周面の外径が８０ｍｍで、内輪の内周面の内径が３２.７５ｍｍの円錐ころ軸受を用いている。また、７００ｋｇｆのラジアル荷重、９００ｋｇｆのラジアル荷重、および、６００ｋｇｆの予圧を付加している。また、円錐ころ軸受の回転速度を、４０００ｒｐｍに設定すると共に、ギヤオイルとしてアメリカ自動車規格のＳＡＥ９０を使用している。また、コンタミネーション（contamination）として、０.０５ｇｒ／ｌの条件を採用している。
【００４７】
図３に示すように、三つの全ての場合において、組み幅の減少量は、時間の経過と共に増大している。そして、組み幅の減少量の増大率、すなわち、曲線の傾きに相当する変化量は、時間の経過と共に小さくなっている。
【００４８】
６１に試験結果を示す標準品は、試験開始から２０時間後に、組み幅の減少量が３５μｍに達している。このことから、車両用ピニオン軸支持装置に標準品を組み込むときに設定される予圧としては、組み幅の減少量をみこして高めに設定する必要があり、このことにより、特に運転開始初期において、トルクの増大を招いて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストが大きくなる。
【００４９】
また、６２に試験結果を示す比較品は、標準品と比較して試験開始から２０時間後の組み幅の減少量を、略２７.５まで抑制できる。すなわち、２０時間後の組み幅の減少量を標準品の組み幅の減少量の０.８程度まで抑制できることがわかる。つまり、標準品よりも予圧抜けが少なく初期予圧設定を小さくできるからトルクを低減できる。また、予圧抜けが小さいから、ピニオン軸の支持剛性も高いことがわかる。
【００５０】
一方、６３に試験結果を示す本発明が備える円錐ころ軸受は、試験開始から２０時間後の組み幅の減少量が、略１６.５まで格段に低減されている。そして、標準品の円錐ころ軸受と比較して、２０時間後の組み幅の減少量を５０％以上も大幅に低減できる。このことから、本発明が備える円錐ころ軸受は、耐予圧抜け性能に優れ、ピニオン軸の支持剛性を所定の値に保持する能力に優れることがわかる。
【００５１】
このことから、図２に示す円錐ころ軸受を、車両用ピニオン軸支持装置に設定すれば、円錐ころ軸受に付与する予圧を初めから低く設定できる。そして、車両用ピニオン軸支持装置の使用開始時からトルクを低く抑えることができると共に、ピニオン軸の支持剛性が低下することも確実に防止できる。
【００５２】
上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６の内輪２８,２９の夫々は、円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する凹面形状の大鍔面４７を有し、かつ、大径端面４９の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面４７の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であるので、大径端面４７と大鍔部４７との間に、油膜が形成され易くなる。したがって、第１および第２の円錐ころ軸受５,６を駆動するのに必要なトルクの値を大幅に低減することができて、車両用ピニオン軸支持装置の運転コストを格段に低減することができる。
【００５３】
また、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の円錐ころ３０,３１の大径端面４９における内輪２８,２９の大鍔面４７との摺動部、および、内輪２８,２９の大鍔面４７における円錐ころ３０,３１の大径端面との摺動部は、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であるので、円錐ころ３０,３１の大径端面４９の摺動部と、内輪２８,２９の大鍔面４７の摺動部の摩耗を格段に低減できる。
【００５４】
したがって、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置は、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の夫々において、二つの摺動部の間に油膜が形成できると同時に、上記二つの摺動部の摩耗を格段に低減できて、上記二つの摺動部の間に発生する摩耗量を、従来よりも格段に少なくできる。そして、上記二つの効果の相乗効果によって、従来と比較して車両用ピニオン軸支持装置の組み幅の減少量を５０％以上も大幅に低減できる。
【００５５】
したがって、上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置によれば、デファレンシャルギヤ装置の初期設定において、第１および第２の円錐ころ軸受５,６に付与する予圧を従来よりも低く設定できて、初めから適切なピニオン軸１の支持剛性を実現する予圧に設定できるので、第１および第２の円錐ころ軸受５,６のトルクを低減できて、デファレンシャルギヤ装置の運転コストを低減できる。また、第１および第２の円錐ころ軸受５,６によるピニオン軸１の支持剛性も所望の値を長時間に亘って維持できて、第１および第２の円錐ころ軸受５,６とピニオン軸１との間にガタや振動が発生することを防止できる。
【００５６】
上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置では、第１および第２の円錐ころ軸受５,６の夫々において、内輪２８,２９の大鍔面４９における円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する摺動部と、円錐ころ３０,３１の大径端面４９における内輪２８,２９の大鍔面４７との摺動部の材質として、浸炭鋼から成り、かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満に設定されている材質を採用した。
【００５７】
しかしながら、本発明者は、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、上記記載の材質の替わりに、以下の（１）〜（３）（全てをみたす）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００５８】
（１）炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されている。（２）最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％である。（３）有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下である。
【００５９】
また、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、以下の（４）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００６０】
（４）高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されている。
【００６１】
また、第１および第２の円錐ころ軸受の夫々において、内輪の大鍔面における円錐ころの大径端面が摺動する摺動部と、円錐ころの大径端面における内輪の大鍔面との摺動部の材質が、以下の（５）の特徴を有する材質である場合においても、上記実施形態の作用効果とほとんど同一の作用効果を獲得できることを確認した。
【００６２】
（５）高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されている。
【００６３】
尚、上記実施形態では、内輪２８,２９が、円錐ころ３０,３１の大径端面４９が摺動する凹面形状の大鍔面４７を有し、かつ、大径端面４９の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面４７の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１が０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２が０.１７以下である等の特徴点を有する第１の円錐ころ軸受５および第２の円錐ころ軸受６を、デファレンシャルギヤ装置に設置した。しかしながら、内輪が、円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、かつ、大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１が０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２が０.１７以下である等の、この発明の特徴点を有する第１の円錐ころ軸受および第２の円錐ころ軸受を、トランスアクスル装置に設置しても良いことは勿論である。そして、この場合、トランスアクスル装置が上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置と同一の作用効果を有することは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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ファレンシャルギヤ装置の断面図である。
【図２】上記実施形態のデファレンシャルギヤ装置が有する第１の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。
【図３】円錐ころ軸受の摩耗評価試験における試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ピニオン軸
２ ピニオンギヤ
３ 差動機構
５,６ 円錐ころ軸受
８ ケース
１１ リングギヤ
２４,２５ 外輪
２６ 本体部
２８,２９ 内輪
３０,３１ 円錐ころ
４７ 内輪の大鍔面
４９ 円錐ころの大径端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
浸炭鋼から成り、
かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、
かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、
かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項２】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されており、
かつ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％であり、
かつ、有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下であることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項３】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項４】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項１】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
浸炭鋼から成り、
かつ、表面から５０μｍまでの深さの表層部のマトリックス相中の炭素量が０.８重量％以上であり、
かつ、表面硬さがロックウェルＣ硬さで６３〜６７であり、
かつ、表面残留オーステナイト量が２０％以上２５％未満であることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項２】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
炭素０.１５〜０.３重量％を含む鋼材に、浸炭処理を含む熱処理を施すことによって形成されており、
かつ、最表面を基準として０〜５０μｍの深さの部分において、炭素量が１.０〜１.５重量％、ロックウェルＣ硬さが６４〜６６、圧縮残留応力が１５０〜２０００ＭＰａ、最大炭化物径が３μｍ以下、および、炭化物面積率が１０〜２５％であり、
かつ、有効硬化層深さをａ［μｍ］としたとき、５０〜ａ／５μｍの深さの部分において、炭素量が０．７５〜１．３重量％、圧縮残留応力が１５０〜１０００ＭＰａ、残留オーステナイト量が２５〜４５％、最大炭化物径が１μｍ以下、および、炭化物面積率が１５％以下であることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項３】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、２００〜２５０℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【請求項４】
ピニオン軸と、
このピニオン軸を支持すると共に、内輪と外輪と円錐ころとを有する円錐ころ軸受と
を備え、
上記内輪は、上記円錐ころの大径端面が摺動する凹面形状の大鍔面を有し、
上記大径端面の表面粗さをσ１［μｍＲａ］とすると共に、上記大鍔面の表面粗さをσ２［μｍＲａ］としたとき、σ１は０.０２５以上である共に、（σ１２＋σ２２）１／２は０.１７以下であり、
かつ、上記円錐ころの上記大径端面における上記内輪の上記大鍔面との摺動部、および、上記内輪の大鍔面における上記円錐ころの上記大径端面との摺動部は、
高炭素鋼系材料に浸炭窒化または窒化を施して表面部に浸炭窒化物または窒化物を形成すると共に、表面部基質を内部より高炭素、高窒素として焼入れした後、サブゼロ処理を行うと共に、１５０〜２００℃の範囲の温度で焼き戻しして形成されていることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１７７４４１（Ｐ２００６−１７７４４１Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７１２７５（Ｐ２００４−３７１２７５）
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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