JP2004293627A - 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】半径方向において、保持器１２に組み込まれた針状ころ軸受のころ１１と当接する位置に近い側の周面（内周面）に接する又はその近傍の柱部１２ｂの付け根部の面は、せん断面となっている。従って、ころ１１が位置Ｐに当接したとき、その力が柱部１２ｂを介して伝達された場合でも、もっとも応力が増大する部位がせん断面であるので、その疲労強度を高く維持できることとなる。
【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】
ここで、せん断加工でポケット孔を打ち抜き形成した場合、ポケット孔の周面側面には、せん断により形成された面（せん断面）部分と破断により形成された面（破断面）部分が生じる。せん断面はせん断の途中で、刃先の側面によって押し付けられながら擦られ変形してできた面であり、表面性状は良好である、これに対し、破断面は素材が破断力によって引き裂かれ変形してできた面であり、表面が粗く、表面層に微小な亀裂が存在する。
【０００６】
このようなせん断加工の特徴に基づき、特許文献２に開示された技術のように、針状ころを案内するポケット孔の案内面がピッチ円上においてせん断面であり、保持器の案内精度の向上を図ったものがある。また特許文献３に開示された技術のように、外径側から内径側に向けて打ち抜くことによりポケット孔を形成し、表面の粗い破断面を潤滑油溜めとして利用し、高速回転使用時に潤滑油補給効果を図ったものがある。
【特許文献２】
特開平９−２３６１３０号公報
【特許文献３】
実用新案登録第２５７１６９７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特に高速回転又は高負荷用途の場合、このような針状ころ軸受用保持器は、その付け根部において局部的応力集中及び亀裂の発生・進展に起因して、柱部の破損などが生じることがある。
【０００８】
例えば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、交互の力を受けることとなり、従って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。
【０００９】
かかる問題を、柱部の断面サイズの向上により改善することも考えられるが、柱部断面の円周方向サイズが大きくなると、組み込める転動体の数が少なくなり軸受負荷容量が減少し、柱部断面の半径方向サイズが大きくなると、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。また保持器の使用条件及び性能上のさまざまな要求に対し、保持器の形状、案内形式、柱の断面形状、ころと柱の当たる位置はさまざまであり、保持器強度を向上するには構造上の多くの制限を受けているという実情がある。
【００１０】
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。
【００１１】
【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、
前記保持器のポケットは、板状の素材をせん断打ち抜き加工することで形成されており、
半径方向において、前記保持器に組み込まれた針状ころ軸受のころと当接する位置に近い前記柱部の付け根部のポケット面は、せん断面となっていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
保持器を、同じ素材から同じ寸法で同じせん断打ち抜き加工で形成した場合でも、疲労強度に大きく差が生じることが確認された。保持器のポケット部をせん断打ち抜き加工で形成したときに、図１で矢印方向に工具を移動させ、せん断打ち抜き加工で打ち抜いた面には、せん断面ＳＦと破断面ＢＦ（いずれも模式的に示す）とが生じる。せん断面ＳＦは、せん断の途中で工具刃先の側面によって押し付けられながら擦られ変形してできた面であり、表面性状は良好である。これに対し、破断面ＢＦは、素材が破断力によって引き裂かれ変形してできた面であり、表面が粗く、表面層に微小な亀裂が存在する。本発明者は、かかるせん断面ＳＦと破断面ＢＦとの位置関係により、疲労強度に大きな差が生じることを発見したのである。かかる発見に基づき、半径方向において、前記保持器に組み込まれた針状ころ軸受のころと当接する位置に近い前記柱部の付け根部のポケット面を、せん断面とすることで、前記柱部の付け根における最も応力が高くなる部分における疲労強度を高め、保持器全体としての強度を高めることができることを導き出したのである。
【００１３】
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、耐摩耗性及び信頼性を両立できる。
【００１４】
【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２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２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。
【００１５】
遊星歯車機構３の作動原理を図３に示す。図３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。
【００１６】
まず、１速の場合、図３（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３（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３（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３（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。
【００１７】
図４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。
【００１８】
図５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。
【００１９】
図６は、本実施の形態にかかる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。
【００２０】
図６において、保持器１２は、その素材に対し内径側から外径側へと工具を移動させたせん断打ち抜き加工で形成されているため、環状部１２ａの内側面１２ｃと、柱部１２ｂの周方向側面１２ｄにおいて、一部を模式的に示すように、内径側がせん断面ＳＦ、外径側が破断面ＢＦとなっている。
【００２１】
本実施の形態においては、保持器１２は外径案内であるから、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、内側面１２ｃに向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’は、保持器１２の内周面から距離Ｌ１、保持器１２の外周面からＬ２の位置にあり、Ｌ２＞Ｌ１となっている。かかる場合、半径方向において、保持器１２に組み込まれた針状ころ軸受のころ１１と当接する位置に近い柱部１２ｂの付け根部のポケット面は、せん断面となっている。従って、ころ１１が位置Ｐに当接したとき、その力が柱部１２ｂを介して伝達された場合でも、もっとも応力が増大する部位がせん断面であるので、その疲労強度を高く維持できることとなる。
【００２２】
図７は、別な実施の形態にかかる保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。尚、図７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。
【００２３】
図７において、保持器１２’は、その素材に対し外径側から内径側へと工具を移動させたせん断打ち抜き加工で形成されているため、環状部１２ａ’の内側面１２ｃ’と、柱部１２ｂ’の周方向側面１２ｄ’において、一部を模式的に示すように、外径側がせん断面ＳＦ、内径側が破断面ＢＦとなっている。
【００２４】
本実施の形態においては、保持器１２’は内径案内であるから、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の軸線から遠い側となる。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、内側面１２ｃ’に向かって投影したときに、投影された位置Ｐ’は、保持器１２’の外周面から距離Ｌ１、保持器１２’の内周面からＬ２の位置にあり、Ｌ２＞Ｌ１となっている。かかる場合、半径方向において、保持器１２に組み込まれた針状ころ軸受のころ１１と当接する位置に近い柱部１２ｂ’の付け根部のポケット面は、せん断面となっている。従って、ころ１１が位置Ｐに当接したとき、その力が柱部１２ｂ’を介して伝達された場合でも、もっとも応力が増大する部位がせん断面であるので、その疲労強度を高く維持できることとなる。
【００２５】
【００２６】
図８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５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。
【００２７】
図９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。本実施の形態においては、図９に示すように、柱部１１２ｂの中央がくぼんでいるので、半径方向において、保持器１１２に組み込まれた針状ころ軸受のころ（不図示）と当接する位置に近い柱部１１２ｂの付け根部のポケット面は、せん断面となっている。従って、ころが位置Ｐに当接したとき、その力が柱部１１２ｂを介して伝達された場合でも、もっとも応力が増大する部位がせん断面であるので、その疲労強度を高く維持できることとなる。
【００２８】
【００２９】
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。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の針状ころ軸受用の保持器によれば、半径方向において、前記保持器に組み込まれた針状ころ軸受のころと当接する位置に近い側の前記柱部の付け根部のポケット面は、せん断面となっているので、前記柱部の付け根における最も応力が高くなる位置を、破断面でなくせん断面とすることで、その部分における強度を高め、保持器全体として疲労強度を高めることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】せん断面と破断面を説明するための模式図である。
【図２】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３】遊星歯車機構の作動原理を示す図である。
【図４】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５】本実施の形態にかかる保持器の斜視図である。
【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】別な実施の形態にかかる保持器の柱部の付け根を拡大して示す図である。
【図８】更に別な実施の形態にかかる保持器の斜視図である。
【図９】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 (2)

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、
   前記保持器の柱部は、板状の素材をせん断打ち抜き加工することで形成されており、
   半径方向において、前記保持器に組み込まれた針状ころ軸受のころと当接する位置に近い前記柱部の付け根部のポケット面は、せん断面となっていることを特徴とする針状ころ軸受用の保持器。
2. 請求項１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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