JP7563290B2 - 軸受構造体 - Google Patents

Description

本開示は、テーパベアリングを用いた軸受構造体に関する。

特許文献１には、テーパベアリングを用いてトランスミッションケース内のシャフトを支持する軸受構造体が開示されている。一般に、テーパベアリングを用いた軸受構造体では、シャフトの回転時にテーパベアリングを適切に動作させるために、組み立ての際に中心軸方向に予荷重すなわちプレロードを付与する。しかし、トランスミッションケースとシャフトが異なる材料で形成されている場合には、動作時に軸受構造体が昇温すると両者の熱膨張差によって荷重が低下してしまい、テーパベアリングの軸受機能が十分に発揮できなくなる可能性がある。そこで、特許文献１の軸受構造体では、トランスミッションケースとシャフトの熱膨張差を吸収するために、テーパベアリングとシムとの間にリング状のスペーサを設け、スペーサを熱膨張係数が異なる２種の材料で構成している。

特開平８－２６１３１１号公報

しかしながら、上述した従来の軸受構造体では、２種の異なる材料で形成したスペーサが必要となるので、部品点数が増加してしまい、また、その組み立て工数も増大してしまうという問題があった。そこで、従来とは異なる構造で、動作時に中心軸方向の荷重が過度に低下することを防止する技術が望まれる。なお、このような課題は、トランスミッションケース内のシャフトを支持する軸受構造体に限らず、一般に、テーパベアリングを用いた軸受構造体に共通する課題であった。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示による軸受構造体は、第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体であって、前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、を備え、前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形部を有する。
（ｉ）第１の形態において、前記変形部は、前記中心軸に略平行な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記シムに向かって突出する突出部として形成されており、前記突出部の先端で前記シムに接触するように構成されており、前記突出部は、前記中心軸を含む断面において、前記第１部品の前記本体部分から前記突出部の先端に向けて厚みが減少するテーパ形状を有する。
（ｉｉ）第２の形態において、前記変形部は、前記中心軸に略垂直な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記中心軸に向けて突出する突出部として形成されており、前記突出部の側面が前記シムに接触するように構成されている。
（ｉｉｉ）第３の形態において、前記変形部は、前記シムの全体によって構成されており、
前記シムは、前記第１部品に接触する第１接触部と、前記テーパベアリングに接触する第２接触部と、前記第１接触部と前記第２接触部との間に設けられて前記第１部品と前記テーパベアリングのいずれからも離間する中間部と、を有し、前記中間部は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に略垂直な方向に延びる略矩形状の形状を有し、前記第１接触部は前記中間部から前記第１部品に向けて突出する形状を有し、前記第２接触部は前記中間部から前記テーパベアリングに向けて突出する形状を有する。
（ｉｖ）第４の形態において、前記変形部は、前記シムの全体によって構成されており、前記シムは、前記第１部品と接触する第１接触部分と、前記テーパベアリングと接触する第２接触部分とのうちの少なくとも一方が、複数の局所接触部に分割された構成を有する。

（１）本開示の一形態によれば、第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体が提供される。この軸受構造体は、前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、を備え、前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形容易部を有する。
この軸受構造体によれば、第１部品と前記シムとの少なくとも一方に設けられた変形容易部が軸受構造体の組み立てによって変形するので、動作時に中心軸方向の荷重が過度に低下することを防止できる。
（２）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、前記中心軸に略平行な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記シムに向かって突出する突出部として形成されており、前記突出部の先端で前記シムに接触するように構成されているものとしてもよい。
（３）上記軸受構造体において、前記突出部は、前記中心軸を含む断面において、前記第１部品の前記本体部分から前記突出部の先端に向けて厚みが減少するテーパ形状を有するものとしてもよい。
（４）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、前記中心軸に略垂直な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記中心軸に向けて突出する突出部として形成されており、前記突出部の側面が前記シムに接触するように構成されているものとしてもよい。
（５）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、前記シムの全体によって構成されており、前記シムは、前記第１部品に接触する第１接触部と、前記テーパベアリングに接触する第２接触部と、前記第１接触部と前記第２接触部との間に設けられて前記第１部品と前記テーパベアリングのいずれからも離間する中間部と、を有するものとしてもよい。
（６）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、皿ばね形状を有するものとしてもよい。
（７）上記軸受構造体において、前記中間部は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に略垂直な方向に延びる略矩形状の形状を有し、前記第１接触部は前記中間部から前記第１部品に向けて突出する形状を有し、前記第２接触部は前記中間部から前記テーパベアリングに向けて突出する形状を有するものとしてもよい。
（８）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、前記シムの全体によって構成されており、前記シムは、前記第１部品と接触する第１接触部分と、前記テーパベアリングと接触する第２接触部分とのうちの少なくとも一方が、複数の局所接触部に分割された構成を有するものとしてもよい。
（９）上記軸受構造体において、前記変形容易部は、前記第１部品と前記シムとの組み合わせによって構成されており、前記シムは、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸と略垂直な方向に沿って延びる略矩形状の形状を有するとともに、前記テーパベアリングと接触する接触部と、前記接触部から更に前記中心軸に向かって延びる延伸部とを有するように構成されており、前記第１部品は、前記中心軸に略平行な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記シムに向かって突出する突出部を有し、前記突出部の先端で前記シムの前記延伸部に接触するように構成されているものとしてもよい。

軸受構造体の断面図。 比較例の軸受構造体を示す説明図。 比較例の常温と高温における軸方向の荷重の変化を示す説明図。 第１実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第１実施形態の常温と高温における軸方向の荷重の変化を示す説明図。 第２実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第３実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第４実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第５実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第６実施形態の軸受構造体を示す説明図。 第７実施形態の軸受構造体を示す説明図。

図１は、軸受構造体１００の中心軸ＡＸを含む平面で軸受構造体１００を切断した断面図である。軸受構造体１００は、箱体である第１部品１０と、第１部品１０に設置された回転可能な回転体である第２部品２０と、第１部品１０と第２部品２０との間に設置されたテーパベアリング３０と、テーパベアリング３０と第１部品１０との間に設置されたシム４０と、を有する。テーパベアリング３０は、軸受構造体１００の２つの端部の近傍にそれぞれ設置されており、第２部品２０を回転可能に支持するとともに、中心軸方向に沿って第２部品２０を位置決めする機能を有する。軸受構造体１００は、中心軸ＡＸを中心とした略回転対称の形状を有する。シム４０は、軸受構造体１００を組み立てる際に、精度調整を行うための部材である。シム４０は、更に、中心軸ＡＸに平行な方向に適切な予荷重すなわちプレロードを付与するためにも使用される。第１部品１０は、例えばトランスミッションケースであり、第２部品２０はシャフトである。第１部品１０と第２部品は、異なる材質で形成されており、熱膨張率が互いに異なる。例えば、第１部品１０は軽合金製であり、第２部品２０は鋼製である。典型例では、第１部品１０の方が第２部品２０よりも熱膨張率が高い。テーパベアリング３０とシム４０のそれぞれも金属製である。

図２は、比較例の軸受構造体１００を示す説明図である。図２は、図１の一部を拡大した図に相当する。但し、第１部品１０や第２部品２０の形状は図１よりも簡略化されている。これは、後述する各種の実施形態も同様である。シム４０は、中心軸ＡＸを含む断面において、軸受構造体１００の中心軸ＡＸに略垂直な方向に沿って延びる略矩形状の形状を有する。換言すれば、シム４０は、平板リング状の形状を有する。中心軸ＡＸと平行な方向に沿って測ったシム４０の厚みを調整することによって、軸受構造体１００の組み立て時に付与されるプレロードを調整することができる。

図３は、比較例の軸受構造体１００における常温と高温での荷重の変化を示す説明図である。図３の横軸は軸受構造体１００の中心軸ＡＸに平行な方向の変形量を示し、縦軸は荷重を示す。なお、中心軸ＡＸに平行な方向を、中心軸方向または軸方向とも呼ぶ。比較例では、常温において軸受構造体１００を組み立てる際にプレロードＰ１を与えても、軸受構造体１００の動作時に高温になると軸方向の変形量が減少し、軸方向の荷重Ｐ２がほぼ消失してしまう可能性がある。そこで、以下に示す各種の実施形態では、第１部品１０とシム４０の少なくとも一方に、中心軸ＡＸと略平行な方向における剛性が低く、変形し易い変形容易部を形成することによって、軸方向の荷重が過度に低下することを防止する。変形容易部は、テーパベアリング３０と、シム４０と、シム４０に接触する第１部品１０の接触部分と、テーパベアリング３０に接触する第２部品２０の接触部分と、のうちで、プレロードに応じた弾性変形量が最も大きい部分として構成されることが好ましい。また、変形容易部は、軸受構造体１００の中で、プレロードに応じた弾性変形量が最も大きい部分として構成されることが更に好ましい。

図４は、第１実施形態の軸受構造体１００ａを示す説明図である。この軸受構造体１００ａの第１部品１０ａは、本体部分１２ａと、軸受構造体１００ａの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って本体部分１２ａからシム４０に向かって突出する突出部１４ａと、を有する。突出部１４ａの先端は、シム４０に接触する。この突出部１４ａは、中心軸ＡＸと略平行な方向における剛性が低い。すなわち、突出部１４ａは、軸受構造体１００ａの組み立てにより、軸受構造体１００ａの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って変形する変形容易部として構成されている。また、第１実施形態において、突出部１４ａは、中心軸ＡＸを含む断面において、第１部品１０ａの本体部分１２ａから突出部１４ａの先端に向けて厚みが減少するテーパ形状を有している。なお、突出部１４ａの厚みは、中心軸ＡＸと略垂直な方向に沿った測った寸法である。突出部１４ａをこのようなテーパ状の形状に形成すれば、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿った変形を大きくすることができ、十分なプレロードを付与することができる。なお、図４における各部品の形状や、上述した各部品の形状の説明は、プレロードを付与する前の状態、すなわち、変形する前の状態を表している。これは、後述する他の実施形態の図や説明も同様である。

図５は、第１実施形態の軸受構造体１００ａにおける常温と高温での荷重の変化を示す説明図である。図４に示した第１実施形態の構造では、第１部品１０ａの突出部１４ａが変形容易部として形成されているので、常温における組み立て時に付与したプレロードＰ１が、高温の動作時になっても過度に低下することなく、十分な荷重Ｐ２が維持される。

このように、第１実施形態では、第１部品１０ａに、第１部品１０ａの本体部分１２ａからシム４０に向かって突出する突出部１４ａを設けており、この突出部１４ａが、軸受構造体１００ａの組み立てにより軸受構造体１００ａの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って変形する変形容易部として機能する。この結果、軸受構造体１００ａの動作時に軸方向の荷重が過度に低下することを防止できる。また、上述した従来技術に比べて、部品点数が少なく、組み付け工数の増加も防止できる。

図６は、第２実施形態の軸受構造体１００ｂを示す説明図である。この軸受構造体１００ｂの第１部品１０ｂも、第１実施形態と同様に、本体部分１２ｂと、軸受構造体１００ｂの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って本体部分１２ｂからシム４０に向かって突出する突出部１４ｂと、を有する。突出部１４ｂの先端は、シム４０に接触する。この突出部１４ｂも、中心軸ＡＸと略平行な方向における剛性が低く、軸受構造体１００ｂの組み立てにより、軸受構造体１００ｂの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って変形する変形容易部として機能する。また、第２実施形態の突出部１４ｂは、中心軸ＡＸを含む断面において、中心軸ＡＸと略平行な方向に延びる略矩形状の形状を有している。この突出部１４ｂでは、中心軸ＡＸと略垂直な方向に沿って測った厚みを調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。

図７は、第３実施形態の軸受構造体１００ｃを示す説明図である。この軸受構造体１００ｃの第１部品１０ｃは、本体部分１２ｃと、軸受構造体１００ａの中心軸ＡＸに略垂直な方向に沿って本体部分１２ｃから中心軸ＡＸに向けて突出する突出部１４ｃと、を有する。突出部１４ｃは、その側面がシム４０に接触する。この突出部１４ｃも、中心軸ＡＸと略平行な方向における剛性が低い。すなわち、突出部１４ｃは、軸受構造体１００ｃの組み立てにより、軸受構造体１００ｃの中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って変形する変形容易部として構成されている。また、第３実施形態において、突出部１４ｃは、中心軸ＡＸを含む断面において、中心軸ＡＸに略垂直な方向に延びる略矩形状の形状を有している。この突出部１４ｃでは、中心軸ＡＸと略平行な方向に沿って測った厚みを調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。

図８は、第４実施形態の軸受構造体１００ｄを示す説明図である。この軸受構造体１００ｄは、シム４０ｄの全体が、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿った剛性が低く、変形し易い変形容易部として構成されている。具体的には、シム４０ｄは、第１部品１０に接触する第１接触部４１ｄと、テーパベアリング３０に接触する第２接触部４２ｄと、第１接触部４１ｄと第２接触部４２ｄとの間に設けられた中間部４３ｄとを有する。中間部４３ｄは、第１部品１０とテーパベアリング３０のいずれからも離間している。また、第１接触部４１ｄはテーパベアリング３０には接触しておらず、第２接触部４２ｄは第１部品１０には接触していない。このシム４０ｄは、中心軸ＡＸを含む断面において、中心軸ＡＸから傾いた方向に延びる略四方形の形状を有している。換言すれば、シム４０ｄは、皿ばねと同様の形状である皿バネ形状を有している。このシム４０ｄでは、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って測ったシム４０ｄの高さや、中間部４３ｄの厚みを調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。

図９は、第５実施形態の軸受構造体１００ｅを示す説明図である。この軸受構造体１００ｅも、第４実施形態と同様に、シム４０ｅの全体が、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿った剛性が低く、変形し易い変形容易部として構成されている。具体的には、シム４０ｅは、第１部品１０に接触する第１接触部４１ｅと、テーパベアリング３０に接触する第２接触部４２ｅと、第１接触部４１ｅと第２接触部４２ｅとの間に設けられた中間部４３ｅとを有する。中間部４３ｅは、第１部品１０とテーパベアリング３０のいずれからも離間している。また、第１接触部４１ｅはテーパベアリング３０には接触しておらず、第２接触部４２ｅは第１部品１０には接触していない。中間部４３ｅは、中心軸ＡＸを含む断面において、中心軸ＡＸに略垂直な方向に延びる略矩形状の形状を有している。また、第１接触部４１ｅは、中間部４３ｅから第１部品１０に向けて突出する形状を有し、第２接触部４２ｅは、中間部４３ｅからテーパベアリング３０に向けて突出する形状を有する。このシム４０ｅでは、中心軸ＡＸに略垂直な方向に沿って測った第１接触部４１ｅ及び第２接触部４２ｅの幅や、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って測った中間部４３ｅの厚みを調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。

図１０は、第６実施形態の軸受構造体１００ｆを示す説明図である。この軸受構造体１００ｆも、シム４０ｆの全体が、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿った剛性が低く、変形し易い変形容易部として構成されている。具体的には、シム４０ｆは、第１部品１０に接触する第１接触部分４４ｆと、テーパベアリング３０に接触する第２接触部分４５ｆとを有する。第２接触部分４５ｆは、複数に分割されている。分割された個々の接触部分４５ｆを、局所接触部４５ｆと呼ぶ。複数の局所接触部４５ｆの間には、溝が形成されている。このシム４０ｆでは、局所接触部４５ｆの個数や、中心軸ＡＸに略垂直な方向に沿って測った局所接触部４５ｆの幅を調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。なお、複数の局所接触部は、第２接触部分４５ｆでなく第１接触部分４４ｆに設けてもよい。すなわち、第１接触部分４４ｆと第２接触部分４５ｆの少なくとも一方が、複数の局所接触部に分割されていることが好ましい。

図１１は、第７実施形態の軸受構造体１００ｇを示す説明図である。この軸受構造体１００ｇでは、第１部品１０ｇとシム４０ｇとの組み合わせによって変形容易部が構成されている。シム４０ｇは、中心軸ＡＸを含む断面において、中心軸ＡＸと略垂直な方向に沿って延びる略矩形状の形状を有する。また、シム４０ｇは、テーパベアリング３０と接触する接触部４６ｇと、接触部４６ｇから更に中心軸ＡＸに向かって延びる延伸部４７ｇとを有するように構成されているものと考えることができる。第１部品１０ｇは、本体部分１２ｇと、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って本体部分１２ｇからシム４０ｇに向かって突出する突出部１４ｇとを有する。突出部２４ｇの先端は、シム４０ｇの延伸部４７ｇに接触する。この構成では、中心軸ＡＸに略平行な方向に沿って測ったシム４０ｇの厚みや、突出部１４ｇの位置を調整することによって、容易に適切なプレロードを付与することができる。

以上のように、上述した各種の実施形態では、第１部品とシムとの少なくとも一方に設けられた変形容易部が軸受構造体の組み立てによって変形するので、軸受構造体の動作時に軸方向の荷重が過度に低下することを防止できる。

本開示は、上述の実施形態や実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、開示の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｇ…第１部品、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｇ…本体部分、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｇ…突出部、２０…第２部品、２４ｇ…突出部、３０…テーパベアリング、４０，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ…シム、４１ｄ，４１ｅ…第１接触部、４２ｄ，４２ｅ…第２接触部、４３ｄ，４３ｅ…中間部、４４ｆ…第１接触部分、４５ｆ…第２接触部分（局所接触部）、４６ｇ…接触部、４７ｇ…延伸部、１００，１００ａ～１００ｇ…軸受構造体

Claims (4)

1. 第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体であって、
   前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、
   前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、
   を備え、
   前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形部を有し、
   前記変形部は、前記中心軸に略平行な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記シムに向かって突出する突出部として形成されており、前記突出部の先端で前記シムに接触するように構成されており、
   前記突出部は、前記中心軸を含む断面において、前記第１部品の前記本体部分から前記突出部の先端に向けて厚みが減少するテーパ形状を有する、軸受構造体。
2. 第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体であって、
   前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、
   前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、
   を備え、
   前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形部を有し、
   前記変形部は、前記中心軸に略垂直な方向に沿って前記第１部品の本体部分から前記中心軸に向けて突出する突出部として形成されており、前記突出部の側面が前記シムに接触するように構成されている、軸受構造体。
3. 第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体であって、
   前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、
   前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、
   を備え、
   前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形部を有し、
   前記変形部は、前記シムの全体によって構成されており、
   前記シムは、前記第１部品に接触する第１接触部と、前記テーパベアリングに接触する第２接触部と、前記第１接触部と前記第２接触部との間に設けられて前記第１部品と前記テーパベアリングのいずれからも離間する中間部と、を有し、
   前記中間部は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に略垂直な方向に延びる略矩形状の形状を有し、前記第１接触部は前記中間部から前記第１部品に向けて突出する形状を有し、前記第２接触部は前記中間部から前記テーパベアリングに向けて突出する形状を有する、軸受構造体。
4. 第１部品に設置された回転可能な第２部品を支持する軸受構造体であって、
   前記第１部品と前記第２部品との間に設置されたテーパベアリングと、
   前記テーパベアリングと前記第１部品にそれぞれ接触した状態で、前記テーパベアリングと前記第１部品との間に設置されたシムと、
   を備え、
   前記第１部品と前記シムの少なくとも一方は、前記軸受構造体の組み立てにより、前記軸受構造体の中心軸に略平行な方向に沿って変形する変形部を有し、
   前記変形部は、前記シムの全体によって構成されており、前記シムは、前記第１部品と接触する第１接触部分と、前記テーパベアリングと接触する第２接触部分とのうちの少なくとも一方が、複数の局所接触部に分割された構成を有する、軸受構造体。

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