JP2004232726A - 針状ころ軸受用の保持器及び針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】特に保持器の柱部の付け根の強度を向上させ、より耐久性に優れた針状ころ軸受用の保持器及び針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】ころ１１が柱部１２ｂに当接する位置Ｐは、柱部１２ｂの周方向側面１２ｄの中央より保持器１２の軸線に近い側となる。すなわち、ころ１１が当接する位置Ｐを保持器１２（すなわち環状部１２ａ）の軸線に平行に曲面１２ｅに向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ１で近い曲面１２ｅの半径方向最内部の曲率半径Ｒ１を、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ２（＞Ｌ１）で遠い曲面１２ｅの半径方向最外部の曲率半径Ｒ２より大きくするようにしている。柱部１２ｂの付け根である曲面１２ｅにおいて最も脆弱な部分は、応力集中が最も生じやすい曲率半径Ｒ２の部位であるから、それをころ１１が当接する位置Ｐから離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、針状ころ軸受用の保持器及び針状ころに関し、特に耐久性を向上させることができる針状ころ軸受用の保持器及び針状ころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されている自動変速機において、一般的には遊星歯車機構が用いられている。ここで、針状ころ軸受は、細径のころを用いていることから、内輪外径と外輪内径との差が小さいスペースにも収めることができるので、遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持するために用いると、それを搭載した自動変速機のコンパクト化に寄与するので好ましいといえる（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００２−３４９６４７号公報
【０００３】
ところで、近年は、燃費の向上などを目的として、自動変速機においても多段化される傾向がある。しかるに、現在は４速が主流である自動変速機を、例えば５速或いは６速に多段化しようとすると、動力を伝達する遊星歯車機構の遊星歯車の公転速度が増大するということがある。このような場合、遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受のころの挙動を抑制するために、保持器が重要な意義を持つ。
【０００４】
せん断打ち抜き加工でポケット（隣接する柱部の間の部分）を打ち抜いた針状ころ軸受用の保持器に関しては、溶接タイプの保持器と一体タイプの保持器とがある。溶接タイプの保持器は、帯状鋼材にプレス成形を施して保持器の基本断面を形成し、せん断加工で針状ころを収容するポケット孔を打ち抜き、所定長さに切断し、リング状に曲げ、両端部を溶接することによって作製される。これに対し、一体タイプの保持器は、鋼管素材などから削旋加工により基本形状を削り出した後、せん断加工で針状ころを収容するポケット孔を打ち抜くことによって作製される。
【０００５】
本発明者の研究結果によれば、特に自動変速機の遊星歯車機構において、遊星歯車を支持する針状ころ軸受のように高速回転又は高負荷で使用される場合、保持器の柱部の付け根の疲労強度が低下する恐れがあることが判明した。より具体的には、遊星歯車は自転しながら太陽歯車の周囲を公転しているが、このとき針状ころ軸受におけるころは、内輪の周囲を公転すると共に、太陽歯車の周囲を公転するので、それらを合成した公転速度はころの位置によって異なり、それにより異なる遠心力を受ける。ここで、遠心力により保持器の自転方向で正の加速力をうけたころは保持器の柱部に追突し、負の加速力を受けたころは保持器の柱部から追突されるというように、保持器の柱部が交互の力を受けることとなる。特に、高速回転の場合、保持器の柱部の付け根が受ける応力値や応力繰返数が増大し、保持器の柱部の付け根からの疲労クラックあるいは保持器の柱部の付け根が接続された環状部の疲労クラックが生じる恐れがある。また、本来的に回転するころにはスキューが発生するため、さらに保持器の柱部の付け根に負荷される応力やその繰返数が増大する。すなわち、針状ころ軸受が自転しさらに公転するような使われ方をすると焼入処理を施した保持器でも疲労強度が不足するという課題がある。
【０００６】
このような問題に対して、柱部の断面サイズを向上することがあり、特許文献２には、柱部の内径面と環状部の連結部における曲率半径を大きくすることが対策として考案されている。
【特許文献２】
特開平１１−１０１２４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、柱部断面の周方向寸法が大きくなると、保持器の径に対して組み込める転動体の数が少なくなり、柱部断面の半径方向寸法が大きくなると、転動体の直径が大きくなり、軸受のサイズが大きくなってしまうという問題がある。また特許文献２に記載の技術では、保持器の柱部の内径面と環状部と接合部の曲率半径を大きくするという構成は、応力集中を緩和するという効果があるが、後述するＭ形保持器のように、環状部の半径方向の厚みが柱部の半径方向の厚みより大きい場合にしか使えないという問題がある。
【０００８】
一方、せん断打ち抜き加工で形成された保持器は、加工容易の観点から一般的にはできるだけ厚みが薄い部材で作られる。しかし、高速回転又は高負荷で使用される場合、保持器を厳しい負荷条件に対応させるために、ころ径に対して可能な限り大きな半径方向寸法を確保することが行われている。そのような実情から、保持器の柱部の付け根におけるの応力の大きさは、半径方向の部位によって異なるという実情がある。
【０００９】
本発明は、特に保持器の柱部の付け根の強度を向上させ、より耐久性に優れた針状ころ軸受用の保持器及び針状ころ軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の針状ころ軸受用の保持器は、一対の環状部と、前記環状部を連結する複数の柱部とよりなる針状ころ軸受用の保持器において、
前記柱部の周方向側面と前記環状部とが接続する部位は曲面であり、前記曲面における前記保持器の半径方向最外部の曲率半径と、前記曲面における前記保持器の半径方向最内部の曲率半径とが異なっており、
針状ころ軸受のころが前記柱部に当接する位置を、前記環状部の軸線に平行に前記曲面に向かって投影したときに、投影された位置から前記半径方向最外部と前記半径方向最内部のうち近い方の曲率半径を、遠い方の曲率半径より大きくすることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明の針状ころ軸受用の保持器は、一対の環状部と、前記環状部を連結する複数の柱部とよりなる針状ころ軸受用の保持器において、前記柱部の周方向側面と前記環状部とが接続する部位は曲面であり、前記曲面における前記保持器の半径方向最外部の曲率半径と、前記曲面における前記保持器の半径方向最内部の曲率半径とが異なっており、針状ころ軸受のころが前記柱部に当接する位置を、前記環状部の軸線に平行に前記曲面に向かって投影したときに、投影された位置から前記半径方向最外部と前記半径方向最内部のうち近い方の曲率半径を、遠い方の曲率半径より大きくするので、前記柱部の付け根における最も脆弱な部分を、前記ころが前記柱部に当接する位置から離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。尚、前記曲面の曲率半径は大きければ大きいほど、その疲労強度は高くなるが、それに応じてころの角Ｒも大きくする必要があるので、ころの負荷容量が低下する。従って、曲率半径の最大値は、ころの受ける負荷によって定まる。
【００１２】
以上のような特徴を有するため、前記針状ころ軸受は、例えば自転と共に公転するような遊星歯車装置の遊星歯車を回転自在に支持するために用いられても、高強度、長寿命を実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の断面図である。図１において、不図示のエンジンから出力されるトルクは、トルクコンバータ２を介して伝達され、更に複数列組み合わせれた遊星歯車機構３を介して複数段に減速され、その後出力軸４に連結された不図示のドライブトレーンに出力されるようになっている。
【００１４】
遊星歯車機構３の作動原理を図２に示す。図２において、太陽歯車３ａの周囲に３つの遊星歯車３ｂが噛合しつつ等配されて、不図示のキャリヤにより回転自在に支持されている。遊星歯車３ｂは、その周囲のリングギヤ３ｃに噛合している。
【００１５】
まず、１速の場合、図２（ａ）に示すように、太陽歯車３ａをドライブ側とし、遊星歯車３ｂ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ３ｃを固定することで、大きな減速比が得られる。次に、２速の場合、図２（ｂ）に示すように、太陽歯車３ａを固定し、遊星歯車３ｂ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ３ｃをドライブ側とすることで、中程度の減速比が得られる。更に、３速の場合、図２（ｃ）に示すように、太陽歯車３ａを固定し、遊星歯車３ｂ（キャリヤ）をドライブ側とし、リングギヤ３ｃをドリブン側とすることで、小さな減速比が得られる。尚、後退の場合、図２（ｄ）に示すように、太陽歯車３ａをドリブン側とし、遊星歯車３ｂ（キャリヤ）を固定し、リングギヤ３ｃをドライブ側とすることで、入力に対して出力を逆転させることができる。
【００１６】
図３は、キャリヤ３ｄと遊星歯車３ｂとを分解して示す部分斜視図である。遊星歯車３ｂは、中央に開口（外輪）３ｆを有し、キャリヤ３ｄは、軸（内輪）３ｅを有している。軸３ｅと開口３ｆとの間に針状ころ軸受１０が配置され、回転自在に支承されるようになっている。針状ころ軸受１０は、複数のころ１１と、それらを保持する保持器１２とからなっている。
【００１７】
図４は、保持器１２の斜視図である。保持器１２は、一対の環状部１２ａを複数の柱部１２ｂで連結した構成を有している。
【００１８】
図５は、本実施の形態の保持器を遊星歯車機構に組み付けた状態で、軸線直角方向に切断して示す部分図である。本実施の形態の保持器１２の案内形式は、図５に示すように外径案内である。図６は、保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。尚、図６において、保持器１２の軸線は図の下方に位置しているものとする。
【００１９】
図６において、環状部１２ａの軸線方向内側面１２ｃと、柱部１２ｂの周方向側面１２ｄとの接続部は、曲面１２ｅとなっている。ここで、曲面１２ｅにおける保持器１２の半径方向最外部の曲率半径Ｒ２と、曲面１２ｅにおける保持器１２の半径方向最内部の曲率半径Ｒ１とが異なっている。より具体的には、Ｒ１＞Ｒ２となっている。その理由を説明する。
【００２０】
本実施の形態においては、図５に示すように、保持器１２は外径案内であるから、保持器１２の内周と軸（内輪）３ｅとの間には、所定の隙間がある。従って、ころ１１が柱部１２ｂに当接する位置Ｐは、柱部１２ｂの周方向側面１２ｄの中央より保持器１２の軸線に近い側となる。すなわち、ころ１１が当接する位置Ｐを保持器１２（すなわち環状部１２ａ）の軸線に平行に曲面１２ｅに向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ１で近い曲面１２ｅの半径方向最内部の曲率半径Ｒ１を、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ２（＞Ｌ１）で遠い曲面１２ｅの半径方向最外部の曲率半径Ｒ２より大きくするようにしている。柱部１２ｂの付け根である曲面１２ｅにおいて最も脆弱な部分は、応力集中が最も生じやすい曲率半径Ｒ２の部位であるから、それをころ１１が当接する位置Ｐから離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。
【００２１】
図７は、別な実施の形態の保持器を遊星歯車機構に組み付けた状態で、軸線直角方向に切断して示す部分図である。本実施の形態の保持器１２’は、図５に示す保持器１２に対して、案内形式が図７に示すように内径案内である点のみが異なる。図８は、保持器１２’の柱部の付け根を拡大して示す図である。尚、図８において、保持器１２’の軸線は図の下方に位置しているものとする。
【００２２】
図８において、環状部１２ａ’の軸線方向内側面１２ｃ’と、柱部１２ｂ’の周方向側面１２ｄ’との接続部は、曲面１２ｅ’となっている。ここで、曲面１２ｅ’における保持器１２’の半径方向最外部の曲率半径Ｒ１と、曲面１２ｅ’における保持器１２’の半径方向最内部の曲率半径Ｒ２とが異なっている。より具体的には、Ｒ１＞Ｒ２となっている。その理由を説明する。
【００２３】
本実施の形態においては、図７に示すように、保持器１２’は内径案内であるから、保持器１２’の外周と遊星歯車（外輪）３ｆとの間には、所定の隙間がある。従って、ころ１１が柱部１２ｂ’に当接する位置Ｐ（一般的にはころ１１のＰＣＤ近傍）は、柱部１２ｂ’の周方向側面１２ｄ’の中央より保持器１２’の軸線に近い側となる。すなわち、ころ１１が当接する位置Ｐを保持器１２’（すなわち環状部１２ａ’）の軸線に平行に曲面１２ｅ’に向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ１で近い曲面１２ｅ’の半径方向最外部の曲率半径Ｒ１を、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ２（＞Ｌ１）で遠い曲面１２ｅ’の半径方向最内部の曲率半径Ｒ２より大きくするようにしている。柱部１２ｂ’の付け根である曲面１２ｅ’において最も脆弱な部分は、応力集中が最も生じやすい曲率半径Ｒ２の部位であるから、それをころ１１が当接する位置Ｐから離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。
【００２４】
図９は、別な実施の形態にかかる保持器１１２の斜視図である。かかる保持器１１２は、同様に帯状鋼材からせん断打ち抜き加工により形成されてなり、一対の環状部１１２ａを複数の柱部１１２ｂで連結した構成を有しているが、図４の実施の形態と異なり、柱部１１２ｂの軸線方向中央がくぼみ、かつ保持器１１２の軸線方向両端が半径方向に折り曲げられて、折り曲げ部１１２ｇを形成している。すなわち、周方向断面がＭ字形状となっているため、いわゆるＭ形保持器と呼ばれるものである。
【００２５】
図１０は、保持器１１２の柱部の付け根を拡大して示す図であるが、保持器１１２の軸線は図の下方に位置しているものとする。図１０において、環状部１１２ａの軸線方向内側面１１２ｃと、柱部１１２ｂの周方向側面１１２ｄとの接続部は、曲面１１２ｅとなっている。ここで、曲面１１２ｅにおける保持器１１２の半径方向最外部の曲率半径Ｒ２と、曲面１１２ｅにおける保持器１１２の半径方向最内部の曲率半径Ｒ１とが異なっている。より具体的には、Ｒ１＞Ｒ２となっている。その理由を説明する。
【００２６】
本実施の形態においては、図１０に示すように、柱部１１２ｂの中央がくぼんでいるので、ころ１１が柱部１１２ｂに当接する位置Ｐは、柱部１１２ｂの周方向側面１１２ｄの中央でも、ころ１１が当接する位置Ｐを保持器１１２（すなわち環状部１１２ａ）の軸線に平行に曲面１１２ｅに向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’から曲面１１２ｅの半径方向最内部の方が、曲面１１２ｅの半径方向最外部より近くなる。すなわち投影された位置Ｐ’から距離Ｌ１で近い曲面１１２ｅの半径方向最内部の曲率半径Ｒ１を、投影された位置Ｐ’から距離Ｌ２（＞Ｌ１）で遠い曲面１１２ｅの半径方向最内部の曲率半径Ｒ２より大きくするようにしている。柱部１１２ｂの付け根である曲面１１２ｅにおいて最も脆弱な部分は、応力集中が最も生じやすい曲率半径Ｒ２の部位であるから、それをころ１１が当接する位置Ｐから離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。
【００２７】
以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明は針状ころ軸受に限らず、通常のころ軸受にも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の針状ころ軸受用の保持器は、一対の環状部と、前記環状部を連結する複数の柱部とよりなる針状ころ軸受用の保持器において、前記柱部の周方向側面と前記環状部とが接続する部位は曲面であり、前記曲面における前記保持器の半径方向最外部の曲率半径と、前記曲面における前記保持器の半径方向最内部の曲率半径とが異なっており、針状ころ軸受のころが前記柱部に当接する位置を、前記環状部の軸線に平行に前記曲面に向かって投影したときに、投影された位置から前記半径方向最外部と前記半径方向最内部のうち近い方の曲率半径を、遠い方の曲率半径より大きくするので、前記柱部の付け根における最も脆弱な部分を、前記ころが前記柱部に当接する位置から離すことで、その部分における応力を抑制し、保持器全体として疲労強度を高めることができる。尚、前記曲面の曲率半径は大きければ大きいほど、その疲労強度は高くなるが、それに応じて、ころの角Ｒも大きくする必要があるので、ころの負荷容量が低下する。従って、曲率半径の最大値は、ころの受ける負荷によって定まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の断面図である。
【図２】遊星歯車機構の作動原理を示す図である。
【図３】キャリヤ３ｄと遊星歯車３ｂとを分解して示す部分斜視図である。
【図４】本実施の形態にかかる保持器の斜視図である。
【図５】本実施の形態の保持器を遊星歯車機構に組み付けた状態で、軸線直角方向に切断して示す部分図である。
【図６】図５の保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。
【図７】別な実施の形態の保持器を遊星歯車機構に組み付けた状態で、軸線直角方向に切断して示す部分図である。
【図８】図７の保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。
【図９】更に別な実施の形態にかかる保持器の斜視図である。
【図１０】図９の保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ 自動変速機
２ トルクコンバーター
３ 遊星歯車機構
４ 出力軸
１０ 針状ころ軸受
１１ ころ
１２，１２’、１１２ 保持器

Claims (3)

1. 一対の環状部と、前記環状部を連結する複数の柱部とよりなる針状ころ軸受用の保持器において、
   前記柱部の周方向側面と前記環状部とが接続する部位は曲面であり、前記曲面における前記保持器の半径方向最外部の曲率半径と、前記曲面における前記保持器の半径方向最内部の曲率半径とが異なっており、
   針状ころ軸受のころが前記柱部に当接する位置を、前記環状部の軸線に平行に前記曲面に向かって投影したときに、投影された位置から前記半径方向最外部と前記半径方向最内部のうち近い方の曲率半径を、遠い方の曲率半径より大きくすることを特徴とする針状ころ軸受用の保持器。
2. 前記針状ころ軸受は、遊星歯車装置の遊星歯車を回転自在に支持するために用いられること特徴とする請求項１に記載の針状ころ軸受用の保持器。
3. 請求項１又は２に記載の針状ころ軸受用の保持器を用いたことを特徴とする針状ころ軸受。

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