JP2005256857A - ニードル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】
保持器の強度を確保できるニードル軸受を提供する。
【解決手段】
保持器１２の案内部１２ｅの軸線方向長さＬ３が、ころ１１の長さＬ１の５％未満であると、フレーキングが生じやすくなり、また案内部１２ｅにころ１１が衝突したときに案内部１２ｅに生じる応力が過大となり、保持器１２の寿命が短くなる。一方、案内部１２ｅの軸線方向長さＬ３が、ころ１１の長さＬ１の３０％を超えると、柱部１２ｂの付け根よりころ１１が当接する位置までの距離Ｌ２が長くなり、ころ１１が案内部１２ｅに衝突したときの最大応力が高まり、保持器１２の寿命が短くなる。よって、案内部１２ｅの軸線方向長さＬ３が、ころ１１の長さＬ１の５〜３０％であると、各部の応力バランスをとりながら、保持器１２の寿命を最大限延長することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ニードル軸受に関し、特に遊星歯車機構等に用いたときに信頼性を向上させることができるニードル軸受に関する。

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、ニードル軸受は、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）。
特開２００２−３４９６４７号公報

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自転速度及び公転速度が増大するということがある。このような仕様の変化に伴い、保持器を用いないいわゆる総ころと呼ばれる従来のニードル軸受に対し、より低摩擦且つ潤滑性に優れた保持器付きのニードル軸受が開発されている。

ここで、遊星歯車機構において、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、このとき遊星歯車を支持するニードル軸受も自転すると共に、太陽歯車の周囲を公転するので、それらを合成した遠心力がニードル軸受に付与されることとなる。

このようにニードル軸受自体に強い遠心力が生じると、この遠心力により保持器が楕円変形し、またころの遠心力により保持器の柱部にも、ころからの力が加わるため、強度に十分検討を払って保持器を設計する必要がある。しかるに、保持器において一般的に疲労破損しやすい部位として柱部付け根がある。この柱部付け根に生じる応力は、ころの柱部ヘの衝突力（ころに付与される遠心力に比例）と、ころと柱部の衝突位置とに関連性がある。モーメント低減の観点から、衝突位置は、できるだけ両側環状部に近づけたほうが有利である。かかる場合、柱部の中央を縮径する方向に折り曲げてなる保持器においては、ころバレを防止するために、柱部の両端部近傍にポケット部に向かって張り出した案内部を設けることがあるが、かかる保持器においては、ころの衝突位置は、通常その案内部となる。従って、柱部付け根の応力を低減するためには、案内部の設計をどのように行うかも重要となる。

一方で、主にはすば歯車が用いられる遊星歯車機構では、歯車かみ合いによってモーメント力が生じ歯車の傾きによりころにエッジロードが発生することが懸念される。エッジロード緩和のためにころにはクラウニングが施されるが、ころ案内部の軸方向長さが短すぎると、クラウニングとの兼ね合いでころの当接範囲が狭くなり適切な案内が出来ないことが懸念される。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、保持器の強度を確保できるニードル軸受を提供することを目的とする。

本発明のニードル軸受は、
ころと、前記ころを支持する保持器とを有するニードル軸受において、
前記保持器は、一対の環状部と、前記環状部を連結した複数の柱部とからなり、前記柱部の間に前記ころを収容するポケット部が形成されており、
前記柱部は、前記保持器の半径方向内方から前記ころを保持する中央部と、前記中央部の両側において前記環状部に接合する両側部とを有し、前記両側部には、前記保持器の半径方向外方から前記ころを保持する案内部が形成されており、前記案内部の軸線方向長さは、前記ころの長さの５〜３０％であることを特徴とする。

前記案内部の軸線方向長さが前記ころの長さの５％未満であると、ころ案内面でのＰＶ値が高くなりフレーキングが生じやすくなる。一方、前記案内部の軸線方向長さが前記ころの長さの３０％を超えると、前記柱部の付け根より前記ころが当接する位置までの距離が長くなり、前記ころが前記案内部に衝突したときの最大応力が高まり、保持器の寿命が短くなる。よって、前記案内部の軸線方向長さが、前記ころの長さの５〜３０％であると、各部の応力バランスをとりながら、保持器の寿命を最大限延長することができる。尚、前記案内部の軸線方向長さが、前記ころの長さの１０〜２０％であると、保持器の疲労寿命及びころの転がり寿命をより延長することができるので好ましい。

前記環状部と前記柱部との連結部は、前記保持器の半径方向からみたときに、半径０．３〜０．８ｍｍの円弧で表される曲面を有すると、応力集中を抑制できるので好ましい。

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ニードル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、エンジンのクランクシャフト２から出力されるトルクは、トルクコンバータ３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４，５，６等を介して複数段に減速され、その後デファレンシャルギヤ７及びドライブシャフト８を介して、不図示の車輪に出力されるようになっている。

図２は、遊星歯車機構４（５，６も原則的に同じ）の分解図である。図２において、遊星歯車機構４は、内歯を有するリングギヤ４ａと、外歯を有する太陽ギヤ４ｂと、リングギヤ４ａ及び太陽ギヤ４ｂに噛合する３つの遊星歯車４ｃと、３つのピニオンシャフト４ｅにより遊星歯車４ｃを回転自在に支持すると共に、自らも回転可能なキャリヤ４ｄとを有する。

遊星歯車機構４の作動原理を図３に示す。まず、１速の場合、図３（ａ）に示すように、太陽歯車４ｂをドライブ側とし、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａ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４ｂを固定し、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａ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４ｂを固定し、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドライブ側とし、リングギヤ４ａ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４ｂをドリブン側とし、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）を固定し、リングギヤ４ａ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。なお、以上は遊星歯車機構４の動作の一例を示すものであり、必ずしもかかる動作に限られることはない。

図４は、本実施の形態のニードル軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。図４に示すように、ニードル軸受１０は、ピニオンシャフト（内輪）４ｅと遊星歯車（外輪）４ｃとの間に配置され、遊星歯車４ｃを回転自在に支持している。ニードル軸受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。ピニオンシャフト４ｅ内には、図４で右方から軸線に沿って延在し、一般的には中央で外周面に抜ける油路４ｆが形成されている。保持器１２は外輪案内で用いられる。

図５は、本実施の形態にかかるニードル軸受１０の斜視図である。図に示すように、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。隣接する柱部１２ｂの間が、ころ１１を保持するポケット部となる。

図４に示すように、各柱部１２ｂは、軸線方向中央において縮径した（即ち保持器１２の軸線に近接した）中央部１２ｃを有しており、中央部１２ｃの軸線方向両側から環状部１２ａにかけて中央部１２ｃより拡径している部位を、大径部（両側部）１２ｄとしている。このような形状を有する保持器１２をＭ型保持器と呼ぶ。

図６は、ニードル軸受１０の保持器１２を半径方向から、柱部中心に見た拡大図である。図７は、図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。図６，７に示すように、柱部１２ｂには、その両端近傍の大径部１２ｄにおいて、ころを案内する案内部１２ｅを形成している。

図７に示すように、ころ１１は、保持器１２のポケット部に組み込まれた状態で、半径方向内方（図で下側）への移動は、隣接する中央部１２ｃにより阻止され、半径方向外方（図で上側）への移動は、隣接する案内部１２ｅにより阻止されるので、ころバレが防止され、ニードル軸受の取り扱いが容易になる。

図６において、案内部１２ｅの軸線方向長さをＬ３とし、ころ１１の軸線方向長さをＬ１とすると、本実施の形態では、以下の（１）式が成立するようになっている。
０．０５×Ｌ１≦Ｌ３≦０．３０×Ｌ１ （１）

（１）式を満たすようにすれば、各部の応力バランスをとりながら、保持器の寿命を最大限延長することができる。尚、以下の（１’）式が成立するようにするとより好ましい。
０．１０×Ｌ１≦Ｌ３≦０．２０×Ｌ１ （１’）

一般的に、ニードル軸受におけるころの長さＬ１は８〜３０ｍｍであり、最も使用頻度が高いのは１２〜２０ｍｍである。従って、案内部１２ｅの長さＬ３は、ころ長さに応じて適切に選定すればよい。尚、ニードル軸受に付与される遠心力は、ころの重量や公転半径により変化するが、通常１０〜４０Ｎである。又、ころの軸線方向の遊びは０．２〜０．５ｍｍである。

更に、図６に示す柱部１２ｂの付け根の曲率半径Ｒを、０．３〜０．８ｍｍとすると、応力低減効果がより高まる。

又、案内部１２ｅにおけるころ１１の接触部から柱部１２ｂの付け根までの最大の距離をＬ２とすると、かかる距離Ｌ２が大きくなるに従い、付け根の応力が高くなる傾向があるため、距離Ｌ２をなるべく小さくすることが好ましい。

但し、案内部１２ｅところ１１との拡大図である図８に示すように、ころ１１の端部にはクラウニングＣが形成されている。距離Ｌ２を小さくするということは、案内部１２ｅが柱部１２ｂの付け根側に寄ることを意味するため、クラウニングＣ及びころ１１の軸線方向隙間との兼ね合いから、案内部１２ｅところ１１との接触領域が狭くなるおそれがある。しかるに、本実施の形態のように遊星歯車機構に用いるニードル軸受には、歯車のモーメント荷重によって傾きを受けるためクラウニングＣの量はある程度大きくする必要がある。そこで、距離Ｌ２をクラウニングを考慮して、どのように設定するかが問題となる。

ここで、ＰＶ値に就いて説明する。ＰＶ値（接触圧Ｐと滑り速度Ｖとの積）は、ニードル軸受の発熱量に影響する値である（値が小さい程発熱しにくい事を表わす）。この様なＰＶ値を、ころ１１のクラウニングＣを変えて演算した演算結果を図９に示す。図９において、縦軸に保持器の付け根の応力値又はＰＶ値をとり、横軸に距離Ｌ２をとっている。

図９に点線で示すように、距離Ｌ２が大きくなれば、保持器付け根の応力は増大する。これに対し、同図で実線で示すように、距離Ｌ２が大きくなれば、ＰＶ値は逆に小さくなる。さらに、クラウニングＣの量が小さくなるに従い、ＰＶ値も減少することがわかる。

クラウニングＣを加味し適切な案内を得るためには、少なくとも全体のクラウニングＣによる落ち量が１／３〜１／４に相当する部分を、案内部１２ｅでバックアップしていることが望ましく、従って距離Ｌ３は１．５ｍｍ〜５．０ｍｍにすることが良い。さらに、応力低減のためには、距離Ｌ３は極力小さくすることが望ましいため、応力低減とクラウニングＣを加味した案内長さの双方を満足する軸方向長さとしては、距離Ｌ３は２ｍｍ〜３ｍｍに設定することがより望ましい。尚、通常はＬ２＝Ｌ３＋０．５〜１．０ｍｍである。

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。

本実施の形態にかかるニードル軸受を含む車両の自動変速機１の断面図である。 遊星歯車機構４の分解図である。 遊星歯車機構４の作動原理を示す図である。 本実施の形態のニードル軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。 ニードル軸受の斜視図である。 ニードル軸受１０の保持器１２を半径方向から、柱部中心に見た拡大図である。 図６の構成をVII-VII線で切断して矢印方向に見た図である。 案内部１２ｅところ１１との関係を示す拡大図である。 縦軸に保持器の付け根の応力値又はＰＶ値をとり、横軸に距離Ｌ２をとって示すグラフである。

符号の説明

１ 自動変速機
４ 遊星歯車機構
４ｃ 遊星歯車
４ｈ ピニオンシャフト
１０ ニードル軸受
１１ ころ
１２ 保持器

Claims (2)

1. ころと、前記ころを支持する保持器とを有するニードル軸受において、
   前記保持器は、一対の環状部と、前記環状部を連結した複数の柱部とからなり、前記柱部の間に前記ころを収容するポケット部が形成されており、
   前記柱部は、前記保持器の半径方向内方から前記ころを保持する中央部と、前記中央部の両側において前記環状部に接合する両側部とを有し、前記両側部には、前記保持器の半径方向外方から前記ころを保持する案内部が形成されており、前記案内部の軸線方向長さは、前記ころの長さの５〜３０％であることを特徴とするニードル軸受。
2. 前記環状部と前記柱部との連結部は、前記保持器の半径方向からみたときに、半径０．３〜０．８ｍｍの円弧で表される曲面を有することを特徴とする請求項１に記載のニードル軸受。
   

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