JP2005016533A - ころ軸受及びこのころ軸受を用いたトロイダル型無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の変更や特殊な熱処理を必要とすることなく、焼き付きの発生を阻止することができるようにし、仮に、供給される潤滑油の量が少なくなったり枯渇したりしても、トラクションオイル中で使用される軌道輪側の鍔部ところの端面との接触部分が十分な耐焼き付き性を発揮するようにする。
【解決手段】１対の軌道輪３０，３１と、これらの軌道輪３０，３１の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪３１が有する鍔部３１ｄに軌道輪径方向の移動が規制される円錐ころ３２ｃを備え、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆのうちの鍔部３１ｄとの非接触部分３２ｇには、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの周縁から鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに連続する複数の油溝３２ｉを設けた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒ころや、円錐ころ、あるいは球面ころを使用したころ軸受に係り、特にトロイダル型無段変速機において、トラクションオイル中で使用される軸受として用いるのに好適なころ軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一対の軌道輪（内輪及び外輪）と、これら軌道輪の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪に形成した鍔部に軌道輪径方向の移動が規制されるころを備えたころ軸受において、軌道輪の鍔部ところの端面との接触部分は、大きな滑りを伴う転がり接触構造となっているため、このころ軸受に供給される潤滑油量が少ない場合や、潤滑油が枯渇した場合には、鍔部ところの端面との間に焼き付きが生じることがある。
【０００３】
例えば、トロイダル型無段変速機に用いられる円錐ころ軸受は、すなわち、トロイダル形状に形成された１対の入出力ディスクとパワーローラを具備して、このパワーローラの傾斜角を変更することで任意の変速比を無段階に設定するトロイダル型無段変速機に用いられる円錐ころ軸受は、入出力ディスクの間に介装されたパワーローラ内外輪を支持するトラクションオイル中で使用されるが、潤滑油が少なくなったり枯渇したりした場合には、軌道輪に形成した鍔部ところの端面との間の摩擦係数が上昇してしまう。
【０００４】
従来、この軌道輪の鍔部ところの端面との間に焼き付きが生じるのを防ぐために、ころの端面や鍔部表面の粗さを高めて金属接触を可能な限り軽減したり、高Ｃｒ鋼の表面に窒化物層を形成したりすることによって、摩擦係数の上昇を抑える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１８７９１６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のころ軸受において、トランスミッションオイルやギアオイル等のＺＤＴＰ（ジアルキルジチオリン酸亜鉛）等の添加剤が比較的多量に添加されているオイル中で使用する場合には、凝着摩耗よりも腐食摩耗の方が増大するため、上記の表面粗さを高めることで瞬間的な金属接触については防止することができるものの、添加剤の少ないトラクションオイル中で使用する場合には、凝着摩耗し易くなって低速及び高速を繰り返すたびに金属接触が起こってしまい、鍔部及びころの端面の双方の表面が荒れるのを回避できずに接触部分において焼き付きが生じ易くなってしまうという問題があった。
【０００７】
また、高Ｃｒ鋼に窒化層を形成することで鍔部及びころの端面間の摩擦係数の上昇を抑えようとすると、材料の変更が必要であるばかりでなく、通常の雰囲気処理では表面にＣｒ酸化膜が生成してしまい、安定した窒化物層を得ることが難しいという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、材料の変更や特殊な熱処理を必要とすることなく、焼き付きの発生を阻止することができ、仮に、供給される潤滑油の量が少なくなったり枯渇したりしても、トラクションオイル中で使用される軌道輪側の鍔部ところの端面との接触部分が十分な耐焼き付き性を発揮する長寿命のころ軸受を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１対の軌道輪と、これらの軌道輪の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪が有する鍔部に軌道輪径方向の移動が規制されるころを備えたころ軸受において、上記ころの端面のうちの鍔部との非接触部分には、ころの端面の周縁から鍔部との接触部分に連続する複数の溝を設けた構成としたことを特徴としており、好ましくは、上記複数の溝は、ころの軸心周りに渦巻状に配置してある構成としている。
【００１０】
また、本発明は、上記軌道輪の鍔部及びころの端面のうちの鍔部に摺接する接触部分のうちの少なくとも一方に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＣｒＮ、ＴｉＮ等のハードコーティング層を形成した構成とし、より好ましくは、上記ころの端面の軌道輪の鍔部に摺接する接触部分に凹凸を形成し、この凹凸の凹部分の最大深さを０．５〜２０μｍとした構成としている。
【００１１】
さらに、本発明は、１対の軌道輪と、これらの軌道輪の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪が有する鍔部に軌道輪径方向の移動が規制されるころを備えたころ軸受において、上記軌道輪の鍔部及びころの端面のうちの鍔部に摺接する接触部分のうちの少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＣｒＮ、ＴｉＮ等のハードコーティング層を形成すると共に、上記ころの端面の軌道輪の鍔部に摺接する接触部分に凹凸を形成し、上記凹凸の凹部分の最大深さを０．５〜２０μｍとした構成としたことを特徴としている。
【００１２】
本発明のころ軸受では、ころの端面のうちの鍔部との非接触部分に、ころの端面の周縁から鍔部との接触部分に連続する複数の溝を設けているので、ころの端面の鍔部との接触部分に対して潤滑油が十分供給されるようになり、その結果、耐焼き付き性が改善されることとなる。
【００１３】
また、トラクションオイル中における低速及び高速の繰り返し運転時において、スキューの発生等により金属接触した場合であったとしても、表面が荒れ難くなっていることから、摩擦熱の上昇を低く抑え得ることとなり、その結果、潤滑油の供給量が少なくなったり枯渇したりしたとしても、鍔部及びころの端面間の接触部分における十分な耐焼き付き性が確保されることとなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のころ軸受では、上記した構成としているので、材料を変更したり特殊な熱処理を施したりしなくても、焼き付きを回避することができ、加えて、トラクションオイル中で使用される軌道輪側の鍔部ところの端面との接触部分の耐焼き付き性を大幅に向上させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。また、このように、軌道輪の鍔部ところの端面の間における耐焼き付き性の向上を実現して、十分な耐用寿命を有したものとしているので、この長寿命のころ軸受を用いたトロイダル型無段変速機では、潤滑油量の多少や有無にかかわらず、焼き付きによる不具合の発生を長期間において阻止することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、更に詳細に説明する。
【００１６】
本発明のころ軸受を用いたトロイダル型無段変速機において、図３に示すように、エンジンからの回転駆動力が図外のトルクコンバータ及び前後進切換え機構を介して入力軸１に入力されるようになっており、この入力軸１と同軸上にトルク伝達軸２を配置している。
【００１７】
このトルク伝達軸２の両端部には、第１入力ディスク３及び第２入力ディスク４がいずれも軸方向移動可能にスプライン結合してあり、第１入力ディスク３の背面（図示左面）と入力軸１との間には、入力トルクに応じて軸方向推力を発生するローディングカム機構５が介在させてあると共に、第２入力ディスク４の背面（図示右面）とトルク伝達軸２の端部に螺合したナット６との間には、両入力ディスク３及び４に対してプリロードを付与する皿バネ７が設けてある。
【００１８】
両入力ディスク３及び４の中間位置には、トルク伝達軸２に若干の遊びをもって嵌装した出力ディスク８が配置してある。この出力ディスク８は、２つの出力ディスクの背面同士を互いに合わせて一体結合したものであり、出力ディスク８の外周部には出力ギア部９が形成してある。そして、第１入力ディスク３の出力ディスク８側対向面と、第２入力ディスク４の出力ディスク８側対向面と、出力ディスク８の第１入力ディスク側対向面及び第２入力ディスク側対向面には、トロイド状溝３ａ，４ａ，８ａ，８ｂがそれぞれ形成してある。
【００１９】
トロイド状溝３ａ，８ａ間には、図中上下に配置した２個の第１パワーローラ１０，１０が油膜せん断力によって動力受け渡し可能に設けてあると共に、トロイド状溝４ａ及び８ｂとの間にも、上記と同様に上下２個の第２パワーローラ１１，１１が油膜せん断力によって動力受け渡し可能に設けてある。そして、第１入力ディスク３と出力ディスク８と第１パワーローラ１０，１０とによって、第１トロイダル変速部１２を構成し、一方、第２入力ディスク４と出力ディスク８と第２パワーローラ１１，１１とによって、第２トロイダル変速部１３を構成している。
【００２０】
このような構成のトロイダル型無段変速機において、各パワーローラ１０，１０，１１，１１が後述する作動によって、変速比に応じた傾転角が得られるようにそれぞれ傾転され、両入力ディスク３，４の入力回転を無段階（連続的）に変速して出力ディスク８に伝達することができるようになっている。
【００２１】
上記パワーローラ１０（パワーローラ１１）は、図４（ａ）に示すように、第１入力ディスク３の動力を油膜せん断力によって出力ディスク８に伝達する内輪（軌道輪）３０と、図外のトラニオンに対し揺動可能又はスライド可能に支持された外輪（軌道輪）３１と、この外輪３１に対して内輪３０を回転可能に支持する円錐ころ軸受（パワーローラ軸受）３２を備えている。
【００２２】
円錐ころ軸受３２は、内輪３０に形成した内輪軌道面３０ａ（転動面）と、外輪３１に形成した外輪軌道面３１ｂ（転動面）と、これらの内外輪軌道面３０ａ，３１ｂに挟持された複数の円錐ころ３２ｃ（転動体）と、外輪３１に設けられて円錐ころ３２ｃの端面３２ｆと接触してガイドする鍔部３１ｄと、複数の円錐ころ３２ｃを保持する保持器３２ｅ（図４（ｂ）参照）から成っている。この場合、内輪３０に働くラジアル荷重を受けるラジアル軸受は設けずに、内輪３０に働くスラスト荷重及びラジアル荷重を全て円錐ころ軸受３２で支持するようになっている。
【００２３】
本発明において、上記軌道輪３１に形成した鍔部３１ｄと円錐ころ３２ｃの端面３２ｆとの間における焼き付きを防止するために、図１に示すように、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆのうちの鍔部３１ｄとの非接触部分３２ｇに、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの周縁から鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに連続する複数の溝３２ｉを設けるようにしており、この際、複数の溝３２ｉは、円錐ころ３２ｃの軸心Ｌ周りに渦巻状に配置することが望ましい。
【００２４】
また、他の実施形態として、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの非接触部分３２ｇに複数の溝３２ｉを設けるのに加えて、上記軌道輪３１の鍔部３１ｄ及び円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈのうちの少なくとも一方にハードコーティング層を形成する構成や、上記円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに凹部分の最大深さが０．５〜２０μｍの凹凸を形成する構成を採用することができる。
【００２５】
さらに、他の実施形態として、上記非接触部分３２ｇに複数の溝３２ｉを設けずに、上記軌道輪３１の鍔部３１ｄ及び円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈのうちの少なくとも一方にハードコーティング層を形成するのに加えて、上記円錐ころ３２ｃの端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに凹部分の最大深さが０．５〜２０μｍの凹凸を形成する構成を採用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２７】
まず、ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を用いて、図１に示したような内外輪（軌道輪）及び円錐ころ形状に加工した後、調質（８５０℃×１Ｈ保持後、６０℃油へ焼き入れ）及び焼き戻し（１６０℃×２Ｈ）を実施し、表面粗さをＲａ０．０２μｍ程度にまで仕上げ研磨した。
【００２８】
（実施例１）
本実施例では、図２（ａ）に簡略的に示すように、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆのうちの鍔部３１ｄとの非接触部分３２ｇに、複数の油溝３２ｉを互いに等間隔を成すようにして形成した。この際、油溝３２ｉの溝幅は５００μｍ、深さ２０μｍとし、円錐ころ３２ｃの軸心Ｌ周りに渦巻状に配置した。
【００２９】
（実施例２）
本実施例では、図２（ｂ）に簡略的に示すように、実施例１の円錐コロ３２ｃにおいて、その端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈを２００℃に加熱し、この接触部分３２ｈに、物理的蒸着（ＰＶＤ）法を用いて膜厚１μｍ程度のＤＬＣ膜を成膜した。
【００３０】
（実施例３）
本実施例では、図２（ｃ）に簡略的に示すように、実施例１の円錐コロ３２ｃにおける端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに、φ５０μｍ、面積率５％、深さ１ｕｍの微細凹凸をマスクブラスト法により形成した。このマスクブラスト法は、光リソグラフィの技術を用いて微細なパターンを持つ樹脂マスクを作成し、これを円錐コロ３２ｃの端面３２ｆに貼り付けた後、投射ノズルからワークまでの距離を１００ｍｍとして、平均粒径２０μｍのアルミナ砥粒を投射流量１００ｇ／ｍｉｎ、投射圧０．４ＭＰａの条件下で投射することにより、微細凹凸形状を得るものである。この後、テープラップ加工にて凹部の盛り上がりを除去して、後述する試験に供した。
【００３１】
（実施例４）
本実施例では、図２（ｄ）に簡略的に示すように、実施例１の円錐ころ３２ｃにおける端面３２ｆの鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに、φ５０μｍ、面積率５％、深さ１ｕｍの微細凹凸を実施例３で用いたマスクブラスト法により形成した。この後、凹部の盛り上がりをテープラップ加工にて除去するのに続いて、接触部分３２ｈを２００℃に加熱し、この接触部分３２ｈに、物理的蒸着（ＰＶＤ）法を用いて膜厚１μｍ程度のＤＬＣ膜を成膜した。
【００３２】
（実施例５）
本実施例では、図２（ｅ）に簡略的に示すように、上記非接触部分３２ｇに複数の溝３２ｉを設けずに、円錐ころ３２ｃの端面３２ｆにおける鍔部３１ｄとの接触部分３２ｈに、面積率５％、深さ１ｕｍの微細凹凸を実施例３で用いたマスクブラスト法により形成した。この後、凹部の盛り上がりをテープラップ加工にて除去するのに続いて、接触部分３２ｈを２００℃に加熱し、この接触部分３２ｈに、物理的蒸着（ＰＶＤ）法を用いて膜厚１μｍ程度のＤＬＣ膜を成膜した。
【００３３】
（比較例１）
ＪＩＳ Ｇ４８０５に規定される高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を用いて、図１に示したような内外輪（軌道輪）及び円錐ころ形状に加工した後、調質（８５０℃×１Ｈ保持後、６０℃油へ焼き入れ）及び焼き戻し（１６０℃×２Ｈ）を実施し、表面粗さをＲａ０．０２μｍ程度にまで仕上げ研磨したものをそのまま比較例１として使用した。
【００３４】
（比較例２）
比較例１の円錐コロにおいて、その端面の鍔部との接触部分に無電解Ｎｉ−Ｐメッキを行って熱処理（４００℃×１Ｈ）を実施した後、表面粗さをＲａ０．０１μｍ程度にまで仕上げ研磨して、厚さ１０μｍ程度のＮｉ−Ｐメッキ層を形成した。
【００３５】
上記実施例及び比較例で得られた各円錐ころ軸受について、表１に示す条件による円錐ころ軸受試験を実施し、耐焼き付き性を評価した。これらの試験結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【表２】

【００３８】
表２に示すように、上記実施例の円錐ころ軸受では、比較例の円錐ころ軸受と比べて、鍔部及び円錐ころの端面間の接触部分における耐焼き付き性が格段に優れており、これにより、上記実施例の円錐ころ軸受が長寿命となることが確認された。
【００３９】
したがって、トラクションオイル中において、潤滑油の不足や枯渇による円錐ころのスキューが発生して油膜厚さが薄くなったとしても、鍔部及び円錐ころの端面間の接触部分の表面が荒れ難くなっていて、摩擦熱の上昇を低く抑え得ることから、耐焼き付き性が大幅に向上することとなる。
【００４０】
なお上記実施例においては、表面改質層をＤＬＣとした場合を示したが、これに限定されるものではなく、ＣｒＮや、ＴｉＮや、炭窒化物や、Ｎｉ−Ｐメッキなどの硬質皮膜を表面改質層とすることが可能であり、この場合もＤＬＣを表面改質層とした場合と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のころ軸受の一実施形態を示す部分断面説明図（ａ）及び円錐ころの端面説明図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施例１〜５による円錐ころ軸受を簡略的に示す斜視説明図（ａ）〜（ｅ）である。
【図３】本発明のころ軸受が適用されるトロイダル型無段変速機を示す断面説明図である。
【図４】図１におけるトロイダル型無段変速機のパワーローラを示す断面説明図（ａ）及びこのパワーローラに用いるころの保持器を示す平面説明図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０ パワーローラ（円錐ころ軸受）
３０ 内輪（軌道輪）
３０ａ 内輪軌道面（転動面）
３１ 外輪（軌道輪）
３１ｄ 鍔部
３１ｂ 外輪軌道面（転動面）
３２ｃ 円錐ころ
３２ｆ 円錐ころの端面
３２ｇ 非接触部分
３２ｈ 接触部分
３２ｉ 油溝

Claims (7)

1. １対の軌道輪と、これらの軌道輪の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪が有する鍔部に軌道輪径方向の移動が規制されるころを備えたころ軸受において、上記ころの端面のうちの鍔部との非接触部分には、ころの端面の周縁から鍔部との接触部分に連続する複数の溝を設けたことを特徴とするころ軸受。
2. 上記複数の溝は、ころの軸心周りに渦巻状に配置してある請求項１に記載のころ軸受。
3. 上記軌道輪の鍔部及びころの端面のうちの鍔部に摺接する接触部分のうちの少なくとも一方に、ハードコーティング層を形成した請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. 上記ころの端面の軌道輪の鍔部に摺接する接触部分に凹凸を形成し、この凹凸の凹部分の最大深さを０．５〜２０μｍとした請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のころ軸受。
5. １対の軌道輪と、これらの軌道輪の間に組み込まれて少なくとも一方の軌道輪が有する鍔部に軌道輪径方向の移動が規制されるころを備えたころ軸受において、上記軌道輪の鍔部及びころの端面のうちの鍔部に摺接する接触部分のうちの少なくとも一方にハードコーティング層を形成すると共に、上記ころの端面の軌道輪の鍔部に摺接する接触部分に凹凸を形成し、上記凹凸の凹部分の最大深さを０．５〜２０μｍとしたことを特徴とするころ軸受。
6. トラクションオイル中で使用される請求項１〜５のいずれか１つの項に記載のころ軸受。
7. 請求項１〜６に記載のころ軸受を用いたことを特徴とするトロイダル型無段変速機。

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