JP2005180501A - ころ軸受およびこれを備えた動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸方向の潤滑油流れを円滑にするため、保持器の外径面とこれの外側に配置される外側環状部材の内径面との間のすきまの大きさを容易に設定可能とする。
【解決手段】保持器7の外径面とこれの外側に配置される外側環状部材(遊星歯車)3の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、遊星歯車の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように、設定した構成。
【選択図】図4
【解決手段】保持器7の外径面とこれの外側に配置される外側環状部材(遊星歯車)3の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、遊星歯車の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように、設定した構成。
【選択図】図4
Description
本発明は、ころ軸受およびこれを備えた動力伝達装置に関する。
ころ軸受として例えば特許文献1に開示されるものがある。このころ軸受は、変速機用のものであり、保持器の案内形式を内径案内とし、変速用の歯車の内径と保持器の外径とのすきまをころ径の15〜20%に設定したことにより、潤滑油膜が軸方向に通過しやすい構造としたものである。
特開平11−336770号
上記ころ軸受の構造では、上記すきまの設定を変速用の歯車の内径と保持器の外径ところ径との三者間の対応により行うものであるから、当該すきまの設定が必ずしも容易ではないという課題があった。
このようなころ軸受を遊星歯車式等の動力伝達装置において遊星転動体とこれに挿入される支持軸との間に介装して用いる場合、ころ軸受の寿命向上が要求されており、上記すきまの設定は重要である。
本発明によるころ軸受は、保持器の外径面とこれの外側に配置される外側環状部材の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、外側環状部材の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように、設定したことを特徴とする。
本発明によると、上記設定としたことにより外側環状部材内径面と保持器外径面と間のすきまの大きさを潤滑油膜が軸方向に通過しやすく確保できるものとなる。この場合の設定は、ころ軸受のころ径を考慮する必要がなくなり、保持器外径と外側環状部材内径との二者だけを考慮するだけで済み、その設定を容易に行うことができる。また、そのすきまを従来よりも大きくできる。
一般に、外輪と太陽軸との間に複数の遊星転動体を介装し、これら複数の遊星転動体それぞれの中心孔にころ軸受を介して支持軸をそれぞれ挿入してなる遊星式動力伝達装置において、ころ軸受の保持器の外側に配置される外側環状部材である遊星転動体には太陽軸周りの公転運動により大きな遠心力が作用する。そのため、このような動力伝達装置の遊星転動体と当該ころ軸受の内径側に配置される支持軸との間を潤滑油が流出して貧潤滑もしくは無潤滑になりやすい。
本発明では、このような状況において当該遊星転動体内径と保持器外径の2つの要素に基づいて上記曲率比に設定して遊星転動体内径面と保持器外周面との間のすきまの大きさを決めてころ軸受の軸受耐久寿命を延長することができる。
この理由としては、上記すきまを従来のころ軸受の場合に比べて大きくしていることから、外側環状部材である遊星転動体が回転しているときの遠心力により潤滑油が外輪内径面にはりついたような状態になっても、保持器が潤滑油の流れを遮断してしまうことなくすきまに入り込み、軸受部分への潤滑油の供給が円滑に行われるようになったためであると考えられる。
すきまの大きさを外側環状部材内径の2.5〜4.0%の範囲としたのは、この範囲を外れると保持器がころを抱きにくくなる等の理由によることと、上記範囲が最も軸受耐久寿命が延びたという実験結果に基づいている。
本発明の好ましい実施態様として、保持器における少なくとも外側環状部材内径面との接触部に、硬質膜もしくは軟質膜がコーティングされている。
このように、保持器に硬質膜もしくは軟質膜を施すことで、使用時にも保持器が保護されて、いっそう確実に軸受耐久寿命を延長することができる。
硬質膜として、DLC膜、CrN膜、およびCr2N膜等のクロム系の薄膜、TiN膜、TiC膜、およびTiCN膜等のチタン系の薄膜等が含まれる。これら薄膜の一種、あるいは複数種の組み合わせで硬質膜を構成してもよい。この種の硬質膜の硬度は、上記保持器母材表面の硬化層より極めて高く、かつ、低摩擦係数であるので潤滑性に富んだものである。これら硬質膜の硬度等の調整は容易に可能である。
軟質膜として、Ag膜、Cu膜等が用いられる。このような軟質膜であっても、保持器を保護するのに充分な効果を有し、硬質膜とした場合と同様に、軸受耐久寿命を延長することができる。
本発明の動力伝達装置は、外輪と太陽軸との間に複数の遊星転動体を介装し、各遊星転動体それぞれにころ軸受を介して支持軸をそれぞれ挿入した動力伝達装置であって、当該ころ軸受において、保持器の外径面と遊星転動体の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、遊星転動体の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように設定したことを特徴とする。
本発明のころ軸受では、保持器の外径を外側環状部材の内径に対して所定の曲率比に設定するだけで、潤滑油の流れを円滑としてころ軸受の寿命が延びるよう当該外側環状部材の内径面と保持器の外径面とのすきまを設定できる。
図1ないし図4を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。図1は、本発明のころ軸受を含む遊星式動力伝達装置の正面図、図2は、図1の装置の縦断側面図、図3は、図1の一部を拡大した正面図、図4は、本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。図5は、図4の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図である。図には、遊星歯車式動力伝達装置を例に挙げている。本実施形態の動力伝達装置は、歯車結合により動力を伝達するものに適用して説明する。
図1ないし図4を参照して、本実施形態の遊星歯車式動力伝達装置は、歯車結合型で、太陽歯車1と、この太陽歯車1の外周側に間隔をおいて配置されたリング歯車2と、太陽歯車(太陽軸)1とリング歯車(外輪)2との間に当該歯車1,2と噛み合う状態で設けられた複数の遊星歯車(遊星転動体)3と、太陽歯車1の軸方向一方側に同軸に配置されたキャリア4とを備えている。
各遊星歯車3は、キャリア4に突設された支持軸5に回転自在に支持されている。遊星歯車3の内周面と、支持軸5の外周面との間に、保持器7と針状ころ8とからなる針状ころ軸受6が介装されている。
ここで、針状ころ軸受6からみて、遊星歯車3は、保持器7の外側に配置される外側環状部材となる。支持軸5は、保持器7の内側に配置される内側軸体として機能する。
これらの図では、針状ころ軸受6の保持器7として、プレスと溶接とにより造られる門型の保持器を示している。この保持器7は、針状ころ8を収容するポケット71を、円周方向に所定間隔を置いて複数有しており、内周の軸方向中間個所に凹部72が形成されている。保持器7は、遊星歯車3の内径面にガイドされるタイプである。
各ポケット71の軸方向中間個所には、円周方向外側への広がり凹部73が形成されている。円周方向に隣り合うポケット71,71間に柱部74が形成され、各柱部74は、軸方向両側の環状部75間に渡されてこれらを一体にしている。保持器7の径方向高さ(肉厚)は、針状ころ8の径φの60%以上の肉厚を有している。
かつ、遊星歯車3の内径面3aと保持器7の外径面70aとの間のすきまδを(遊星歯車3の内径D1−保持器7の外径D2)/遊星歯車3の内径D1の式で規定される曲率比をRとして、R=2.5〜4.0%の範囲を満たす値に設定している。これは、換言すれば、遊星歯車3の内径面3aと保持器7の外径面70aとの間のすきまδの大きさを、遊星歯車3の内径D1の2.5〜4.0%の範囲となるよう設定している、ということになる。
従来の針状ころ軸受において遊星歯車3の内径D1と保持器7の外径D2とで関係付けられる曲率比は、1.0%程度であったのに対し、本実施形態では、従来のそれよりも大きく2.5〜4.0%の範囲に設定していることになる。なお、保持器7の静的圧縮強度は少なくとも500N(ニュートン)を有している。
保持器7の母材7aは、鋼材としており、母材7aの表面部のうち、少なくとも案内面となる外周面7bの一部を図4の一点鎖線円Aに拡大して示すように、熱硬化処理による硬化層7cが形成されている。そして、硬化層7cの表面に、硬化層7cよりも高い硬度を有しかつ硬化層7cの層厚と比べて薄い膜厚のDLC膜(硬質膜)9が成膜されている。DLCとはダイヤモンドライクカーボンの通称である。
その詳細を、図4と、図5の(A)(B)(C)とを参照して、保持器7の製造工程の順に説明する。なお、保持器7の母材7aには、主としてSPCD等の炭素鋼、もしくはSCM415等の浸炭鋼が採用される。保持器7がもみ抜き型であるときは、母材7aにSUJ2等の軸受鋼を用いるとよい。
保持器7の母材7aをプレスと溶接とにより円筒形状に成形する。その円筒にした母材7aの表面を研磨する。母材7aの外周表面に対して浸炭焼入れ焼戻しにより硬化層7cを形成する。硬化層7cの表面硬さをHV450〜600、好ましくはHV460〜560に設定する。浸炭の場合、焼戻し温度を約300℃の温度に設定することが好ましい。
硬化層7cの深さを0.1mm以上とする。この場合、母材7aの芯部には未硬化の生材である母材7aの硬度を有する部分を残すことで、外殻の硬度を高く内部をそれに比べて低い硬度として保持器7全体に所望の柔軟性を付与する。この柔軟性の付与という観点からすると、硬化層7cの深さを最大0.5mmに設定することが好ましい。硬化層7cは上述の処理以外に浸炭窒化や窒化等の他の熱硬化処理により形成してもよい。
こうして形成した硬化層7cの表面には、通常、図4の(A)で示すような変質層である酸化物層10が生成される。硬化層7cの表面に酸化物層10が残存した状態で当該酸化物層10の表面に硬化膜7bを成膜しても、当該硬化膜7bが剥離しやすい。
そこで、本実施形態では、硬化層7cを形成した後に、ショットブラスト、サンドブラスト等の機械的な方法、もしくはエッチング等の化学的な方法により、酸化物層11を除去し、図4の(B)に示すように、硬化層7cの表面(母材7aの外周面7bでもある)から酸化物を除去して当該表面を清浄化する。この場合、酸化物層11の除去の結果として、硬化層7cの表面部での酸素濃度が2ppm以下になっていることが好ましい。
次に、酸化物を除去した硬化層7cの表面7bに対して研磨を行い、図4の(C)に示すように、硬化層7cの表面7bを平滑化する。その表面粗さを、最大高さRy3以下に設定する。
清浄かつ平滑にした硬化層7cの表面7bに対して、硬質膜であるDLC膜9を成膜する。DLC膜9の膜厚は、下地である硬化層7cの表面粗さ(Ry3以下)に対応して、2〜3μmに設定する。DLC膜9の表面粗さは、十点平均粗さRz0.1以上で、1.0以下の範囲に収まればよい。
DLC膜9は、PVD処理法の中で例えばスパッタリング法により成膜することができる。DLC膜9の成膜時の温度は、浸炭処理の焼戻し温度300℃よりも低い温度、好ましくは200℃以下とする必要がある。これは、DLC膜9の成膜時の熱で、硬化層7cに硬度低下等の変質現象が起こらないようにするためである。
このほかDLC膜9の成膜を行うに際し、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度であれば、CVD法、プラズマCVD法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法等、他の方法による成膜も、成膜方法は特に問わない。
硬質膜としては、DLC膜9のほかに、CrN膜等のクロム系の薄膜や、TiN膜、TiC膜等のチタン系の薄膜等がある。これらの膜の成膜方法も特に限定しない。その膜厚、表面粗さは、DLC膜9と同様の値にする。また、成膜時の温度は300℃より低い温度、好ましくは200℃以下とする必要がある。これは上記と同様の理由からである。
このように、DLC膜9の成膜を焼戻し温度300℃より低い温度で行って硬化層7cに硬度低下等の変質現象を防止することで、保持器7はその環状部75の圧縮強度として、例えば500N以上となるよう管理して製造されることとなる。
例えば、遊星歯車3の内径面3aと保持器7の外径面70aとのすきまδを、(遊星歯車3の内径D1−保持器7の外径D2)/遊星歯車3の内径D1、で規定される曲率比として、3.9%に設定し、保持器7の硬化層7cの表面に上記2〜3μmのDLC膜9をコーティングした構成の針状ころ軸受6と、従来の、曲率比が1.0%程度の針状ころ軸受との軸受耐久寿命を比較する実験を行った結果、本実施形態では従来よりも軸受耐久寿命が4.5倍であった。
これは、保持器7の外周面と針状ころ8の外接円との間のすきまδが従来の針状ころ軸受のそれと比べて大きくなっているため、針状ころ軸受6が使用されている遊星歯車3が回転しているときの遠心力により潤滑油が遊星歯車3の内径面3aに張り付いたような状態になっても、保持器7の潤滑油の流れを遮断してしまうことなく、潤滑油はすきまδに入り込むから、軸受部分への潤滑油の供給が円滑に行われるようになったためであると考えられる。
また、保持器7においては、DLC膜9のコーティングを焼戻し温度300℃より低い温度で行うことで硬化層7cに硬度低下等の変質現象を防止しているから、保持器7は、使用に耐え得る必要な圧縮強度を確保できている。
さらにDLC膜9の表面が、相手面に対する案内面となって、低い摩擦係数で相手面に接触することになり、摩耗、焼付きが防止できる。DLC膜9は潤滑作用を有しており、その表面が相次いで案内面となるので、長期にわたって母材7aの摩耗、焼付きを防止し、上記したすきまδの設定と併せて、保持器7の長寿命化を図ることができる。
なお、本発明の保持器7では、その製造にあたり、熱硬化処理により硬化層7cを形成するのに伴って硬化層7cの表面に生成された酸化物層11を除去して、硬化層7cの清浄な表面にDLC膜9を成膜しているから、母材7aとDLC膜9との密着性が良好で、DLC膜9の剥離が生じにくい。また、母材7a表面が硬化層7cとなることで、その弾性定数がDLC膜9の弾性定数に近づいており、弾性定数の違いによる剥離が生じにくい。
このほか、DLC膜9の下地となる、母材7aの硬化層7cの表面7bが平滑化されているので、これに応じてDLC膜9の表面も平滑になり、DLC膜9が案内面となった場合、すべり摩擦抵抗が小さい。
上記実施形態では、プレスと溶接により造られる門型の保持器7を示したが、本発明は、他のタイプの保持器、例えば、もみ抜きにより造られるM型の保持器等にも適用可能であり、すきまδを上記のように設定することで、ころ軸受6の軸受耐久寿命を延ばすことができる。さらに保持器7にDLC膜9をコーティングすることにより、いっそう効果的にころ軸受6の軸受耐久寿命を延ばすことができる。
上記実施形態では、硬質膜の一例としてDLC膜9を挙げたが、硬質膜をCrN膜としてもよいし、この場合も同様の作用効果が得られる。また硬質膜に代えてAg、Cu等を被膜として施すこともでき、この場合も従来に比べてころ軸受6の軸受耐久寿命を延ばすことができた。
本発明の保持器7を有するころ軸受6は、遊星歯車3に限らず、遊星ローラとその支持軸との間に介装してもよく、また、一般に、ケージアンドローラ型のころ軸受が設けられる個所に使用することができる。
本発明のころ軸受が適用される動力伝達装置としては上述の歯車結合形に限らず摩擦結合形にも適用することができる。この摩擦結合としては、太陽歯車1に代えて外周面に歯車面がなく摩擦面がある太陽軸とし、リング歯車2に代えて内周面に歯車面がなく摩擦面がある外輪とし、遊星歯車3に代えて内周面と外周面に歯車面が無く摩擦面がある遊星転動体とし、これら三者間の摩擦結合により動力を伝達する遊星摩擦式動力伝達装置にも適用することができる。
3 遊星歯車(外側環状部材)
5 キャリア
6 針状ころ軸受
7 保持器
5 キャリア
6 針状ころ軸受
7 保持器
Claims (6)
- 保持器の外径面とこれの外側に配置される外側環状部材の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、外側環状部材の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように、設定したことを特徴とするころ軸受。
- 保持器の少なくとも外側環状部材の内径面と接触する部分に、硬質膜を成膜したことを特徴とする請求項1に記載のころ軸受。
- 硬質膜がDLC膜であることを特徴とする請求2に記載のころ軸受。
- 保持器の少なくとも外側環状部材の内径面と接触する部分に、軟質膜を成膜したことを特徴とする請求項1に記載のころ軸受。
- 軟質膜がAgからなる膜である、ことを特徴とする請求項4記載のころ軸受。
- 外輪と太陽軸との間に複数の遊星転動体を介装し、各遊星転動体それぞれにころ軸受を介して支持軸をそれぞれ挿入した動力伝達装置であって、
当該ころ軸受において、保持器の外径面と遊星転動体の内径面との間のすきまを、保持器の外径をD2、遊星転動体の内径をD1、(D1−D2)/D2×100(%)で表される曲率比をRとして曲率比R=2.5〜4.0(%)を満たすように設定したことを特徴とする動力伝達装置。
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JP2003419280A JP2005180501A (ja) | 2003-12-17 | 2003-12-17 | ころ軸受およびこれを備えた動力伝達装置 |
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Cited By (1)
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EP1820981A2 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-22 | JTEKT Corporation | Roller bearing for planetary gear mechanism |
-
2003
- 2003-12-17 JP JP2003419280A patent/JP2005180501A/ja active Pending
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EP1820981A2 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-22 | JTEKT Corporation | Roller bearing for planetary gear mechanism |
JP2007218369A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Jtekt Corp | 遊星歯車機構用ころ軸受 |
EP1820981A3 (en) * | 2006-02-17 | 2010-12-29 | JTEKT Corporation | Roller bearing for planetary gear mechanism |
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