JP2007040334A - 針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】
潤滑性を改善し、許容回転数の増大や寿命の延長を図ることができる針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】
保持器５２のフランジ５２ａが、ピニオンシャフトＣに形成された潤滑油を吐出する径孔Ｃｂに対向して配置されているので、径孔Ｃｂから吐出される潤滑油を遮蔽することが抑制され、針状ころ軸受５０のころや軌道面に行き渡らせることができ、それにより潤滑性を高めることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられる針状ころ軸受に関する。

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。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。特に、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速に多段化し且つ小型化を図ろうとする試みがある。ここで、特許文献１に示されるように、一般的な遊星歯車機構において遊星歯車を支持する転がり軸受としては、軸受内輪を兼ねるピニオンシャフトと軸受外輪を兼ねる遊星歯車の間に、針状ころが転動体として配置されるラジアル針状ころ軸受が使用されることが多い。しかるに、かかる針状ころ軸受としては、従来から保持器を持たない総ころ形式が一般的に使用されていた。

ところで、遊星歯車機構は、一般的にピニオンギアが自転しながらキャリアによって公転する複雑な構造のため、潤滑が不十分になりやすい。さらに、近年の自動車の低燃費化推進に伴い、例えば、小型化によりピニオンギアの回転速度が高速になるなど、遊星歯車装置の使用条件も非常に厳しくなってきている。特に、総ころ軸受の場合にはころ同士のすべりによる摩擦が大きいため、潤滑条件が厳しくなりやすい。これに対し、保持器を有する針状ころ軸受の場合には、ころ同士のスベリがないので、高速回転化に有利であるが、更なる潤滑性が求められているという実情がある。

ここで、針状ころ軸受の潤滑を改善するには、供給油量を増加させるか、ピニオンシャフトの油穴の数を増やす、または径を大きくすることが考えられる。しかし、単純に供給油量を増加しても、実際に針状ころ軸受に到達する油量は、それに比例して増えるとは限らない。最も潤滑の必要となるころ転動面に油穴を設けた場合、ころが油穴位置を通過する際に、油穴の出口が塞がれて油流が妨げられるからである。特に、総ころ軸受の場合は、ころ数が多いために隣接するころ間の空間がせまくなり、この現象が顕著に表れる。

更に、ピニオンシャフトの油穴の数を増やす、径を大きくすると、ころの転動面に干渉する面積が大きくなり、耐久性に影響を与えることが考えられる。加えて、ピニオンシャフトの油穴の数を増やす、径を大きくすると、ピニオンシャフトの強度が低下することに加え、加工コストの面でも不利になるため、油穴は極力小さく、数が少ないことが望ましいといえる。

これに対し、潤滑油量の増大を図った軸受としては、特許文献２に示されているものがある。その構成は、複列総ころ軸受のスペーサを円筒状とし、複数の窓を形成することで、潤滑油を供給させようとするものである。
実開平５−６２７２９号公報 特開２００２−８１５２８号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、スペーサの加工コストが上がることに加え、スペーサの幅が制約されるため、ころ長さが減少して耐久性が低下することが考えられる。又、スペーサが、ピニオンシャフトから吐出される潤滑油を遮蔽してしまい、潤滑性が悪いという問題もある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、潤滑性を改善し、許容回転数の増大や寿命の延長を図ることができる針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の針状ころ軸受は、
ピニオンシャフトに対してピニオンギヤを回転自在に支持する針状ころ軸受において、
前記針状ころ軸受は、複列に配置されたころと、各列の前記ころを保持する複数の保持器とを有し、前記保持器のフランジ部は、前記ピニオンシャフトに形成された潤滑油を吐出する吐出孔に対向して配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記保持器のフランジ部が、前記ピニオンシャフトに形成された潤滑油を吐出する吐出孔に対向して配置されているので、前記フランジ部と前記吐出孔との間に潤滑油を通過させるスキマが形成され、従って前記吐出孔から吐出される潤滑油を遮蔽することが抑制され、前記針状ころ軸受のころや軌道面に行き渡らせることができ、それにより潤滑性を高めることができる。

前記針状ころ軸受が、車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられると、かかる遊星歯車機構の小型化及び多段化による高速回転に対応できる。

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ラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一部を示す断面図である。

図１において、ケース１０内において、不図示のトルクコンバータのタービン出力回転を遊星歯車機構１２に伝達する入力部材を構成する入力軸１１は、遊星歯車機構１２のフロントサンギヤ１３側に配置されている。また、カウンタドライブギヤ１４は、ケース１０の後壁を挟んで遊星歯車機構１２のリヤサンギヤ１５側に配置されている。そして、遊星歯車機構１２の内周側には、遊星歯車機構１２の支持軸を構成するサンギヤ軸２０が配置され、本形態において、この軸は、リヤサンギヤ１５と一体化され、遊星歯車機構１２とカウンタドライブギヤ１４とを貫通して延在している。

入力軸１１は、ケース１０に支持されて、トルクコンバータのタービンと、各クラッチ１６，１７，１８と、第１のワンウェイクラッチに連結されている。詳しくは、入力軸１１は、オイルポンプカバーで構成されるケース１０の前壁に固定した中空のステータシャフト１９に前端部付近をブッシュを介して、また後端部付近をニードルベアリングを介して支持され、前端をスプライン係合でタービンハブ（不図示）に連結され、後端を各クラッチ１８，１７，１６のドラム側の油圧サーボシリンダ内周側部材２１に第１ワンウェイクラッチＯＣ１のインナレースを経て連結されている。

サンギヤ軸２０は、一方側の端部をクラッチ１８及び第１ワンウェイクラッチＯＣ１を介して入力軸１１に連結され、他方側の端部をカウンタドライブギヤ１４を貫通した外側でブレーキ２２を介してケース１０に連結されている。詳しくは、サンギヤ軸２０は、前端を入力軸１１後端の凹部にブッシュを介して支持され、後端部付近をブッシュを介してリングギヤフランジ２３の軸部内周に支持され、その外周に嵌合するカウンタドライブギヤ１４のボス部及びローラベアリング経由で最終的にケース１０の後壁に支持されている。そして、サンギヤ軸２０の前端部側は、スプライン係合でクラッチ１８のハブ２４側に連結されている。また、サンギヤ軸２０の後端は、スプライン係合でブレーキ２２のハブ２５側に連結されている。

遊星歯車機構１２は、そのフロントサンギヤ１３とキャリヤＱがブッシュを介してそれぞれサンギヤ軸２０に支持され、リングギヤ２６がそれにスプライン係合で連結されたリングギヤフランジ２３経由で該部材にスプライン係合連結されたカウンタドライブギヤ１４に固定されることで、結果的にボールベアリング２７を介してケース１０の後壁に支持されている。遊星歯車機構１２のフロントサンギヤ１３は、クラッチ１７のハブ２８側に連結され、キャリヤＱは、クラッチ１６のハブ２９と、ブレーキ３０のハブ３１と、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースとに並列的に連結されている。

このギヤトレインにおいて、入力軸１１をそれぞれ、フロントサンギヤ１３に連結するクラッチ１７、リヤサンギヤ１５に連結するクラッチ１７及びキャリヤＱに連結するクラッチ１６は、それら各クラッチの油圧サーボと摩擦部材を纏めて入力軸１１とサンギヤ軸２０の連結部の外周に配置されている。まず、クラッチ１７は、ケース１０の前壁を構成するオイルポンプボディにボルト止め固定されたオイルポンプカバーから延びるボス部３２の外周に回転自在に嵌合させた内周側部材２１と、それに内周側を固定したドラム３３により囲われる内側に、クラッチ１７のドラムを兼ねるピストン３４を回止め嵌合させた油圧サーボと、ドラム３３の先端内周の内側とフロントサンギヤ１３に内周側を連結させて配置されたハブ２８の外周にそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材４０とで構成されている。

次に、クラッチ１８は、クラッチ１７のピストンを兼ねて内周側部材２１に摺動自在に嵌挿されたドラム３４と、内周側部材２１とドラム３４とで囲われるシリンダ内側に嵌挿されたピストン３５からなり、ピストン３５の背後に遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、ドラム３４の先端内周と、更にその内周に内周側を入力軸１１に連結させて配置されたハブ２４の外周とにそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材３６とで構成されている。そして、このクラッチ１８のハブ２４には第１ワンウェイクラッチＯＣ１のアウタレースが固定されている。

クラッチ１６は、クラッチ１７のドラム３３をピストンとして、逆に該ピストンに被さるように嵌まるピストン３７がドラム３８に連結された構成とされ、遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、遊星歯車機構１２のキャリヤＱにリベット止めされた第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースに連結されたハブ２９の外周とドラム３８の内周にスプライン係合連結された摩擦部材３９とで構成されている。

このように纏めて配置された各クラッチの油圧サーボにおいて、各クラッチに共通の内周側部材２１とクラッチ１７のドラムとクラッチ１６のピストンを兼ねる部材３３が軸方向に不動の部材とされ、クラッチ１８は、ドラム３４とピストン３５共に軸方向可動部材とされている。したがって、ボス部３２の油路からのサーボ油圧の供給によりクラッチ１７は、自身のドラム３３とクラッチ１８のドラム３４との間で摩擦部材４０を挟持して係合させ、クラッチ１８は、クラッチ１７のドラム３３に反力を取り、自身のピストン３５を押し出すことでクラッチ１７のピストン３４を兼ねる自身のドラムとピストン３５の間で摩擦部材３６を挟持して係合させ、クラッチ１６は、自身のドラム３８をクラッチ１７のドラム３３に対して軸方向に前進させることでそれらの間で摩擦部材３９を挟持して係合させることになる。

次に、ブレーキ３０は、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボと、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースから延びるハブ３１とケース１０の周壁にスプライン係合させた摩擦部材４２とで構成され、摩擦部材４２は、遊星歯車機構１２のリングギヤ２６の径方向外側に配置されている。そして、これと並列配置の第２ワンウェイクラッチＯＣ２は、前記のようにインナレースを遊星歯車機構１２のキャリヤＱにリベット止め連結され、アウタレースをケース１０の周壁にスプライン係合させて遊星歯車機構１２の径方向外側のほぼ軸方向中央部に配置されている。

ブレーキ２２は、ケース１０の後壁より外側に配置されており、そこに配置されたカウンタギヤ対を覆うカバー１０ａと、サンギヤ軸２０の最後部に固定されたハブ２５とにスプライン係合させてカウンタギヤ対より後方に配置された摩擦部材４３と、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボとで構成されている。

このギヤトレインにおいて第１速（１ｓｔ）を選択すると、入力軸１１からの回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、第２ワンウェイクラッチＯＣ２の係合により係止されたキャリヤＱに反力を取って、リングギヤ２６に出力される最大減速比の減速回転が、カウンタギヤ対を経て副変速部のリングギヤに伝達され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

次に、第２速（２ｎｄ）は、入力軸１１からも回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、ブレーキ２２の係合により係止されたリヤサンギヤ１５に反力を取って、リングギヤ２６に減速回転が出力される。この回転は、副変速部のリングギヤに入力され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

また、第３速（３ｒｄ）は、主軸部側については第２速と同様とされ、副軸部側のクラッチを係合させることで達成される。この場合、主変速部からの回転がクラッチの係合による直結状態のプラネタリギヤを経て、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

更に、第４速（４ｔｈ）は、主変速部側の遊星歯車機構１２、副変速部側のプラネタリギヤが共に直結状態となり、入力軸１１の入力回転が、カウンタギヤ対による減速がないものとして、そのまま不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

図２は、本実施の形態にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。図２に示すように、針状ころ軸受５０は、複列に配置されたころ５１，５１と、各列のころ５１，５１を保持する保持器５２，５２とからなり、キャリヤＱに両端を支持されたピニオンシャフトＣの周囲に配置されて、図２では示さないロングピニオンＰ１（図１参照）を回転自在に支持している。各保持器５２は、一対のフランジ部５２ａ、５２ａと、フランジ部５２ａ、５２ａを周方向に等間隔に連結する複数の柱部５２ｂとを有している。

ピニオンシャフトＣ内には、軸線に沿って延在する中央孔Ｃａと、中央孔Ｃａの中間から半径方向に延在しピニオンシャフトＣの周面において、保持器５２，５２の隣接するフランジ部５２ａ、５２ａに対向するようにして開口する径孔（吐出孔）Ｃｂとが形成されている。フランジ部５２ａ、５２ａとピニオンシャフトＣの外周面（径孔１ｂ）との間にはスキマが存在するので、針状ころ軸受５０のころ及び軌道面は、キャリヤＱ側から供給され、中央孔Ｃａ及び径孔Ｃｂを介して吐出される潤滑油により潤滑されるようになっている。

本実施の形態の効果を、比較例１を参照して説明する。図３は、比較例１にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図であるが、キャリヤは省略している。図３に示すように、針状ころ軸受５０’は、３列に配置されたころ５１’，５１’、５１’と、各列のころ５１’，５１’、５１’を保持する保持器５２’，５２’、５２’とからなる。比較例１においては、径孔Ｃｂが中央のころ５１の転動面に開放している。なお、ピニオンシャフトＣの形状は、図２に示す実施の形態と同じである。

図４は、比較例２にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図であるが、キャリヤは省略している。本実施の形態の針状ころ軸受５０は、図２に示す実施の形態と同様な形状を有するが、中央孔Ｃａに連通する２つの径孔Ｃｂ、Ｃｂが、ころ５１の転動面に下方している点のみが異なる。

図５は、本発明者が行った潤滑油量試験の結果を示す図であり、常温と８０℃での潤滑油量を示している。図４において、（ａ）が図２に示す実施の形態の結果であり、（ｂ）が図３に示す比較例１の結果であり、（ｃ）が図３に示す比較例２の結果である。供試条件は以下の通りである。
試験軸受：ころ径φ２．５ｍｍ、ころ長さ２４．８ｍｍ（２列）又は１５．８ｍｍ（３列）
潤滑油：ＡＴＦ
試験温度：常温、８０℃

ここで、図５のグラフの（ａ）と（ｂ）とを比較すると、常温及び８０℃のいずれにおいても、図２に示す実施の場合は、比較例１に比べて潤滑油量が３０〜４０％程度増加していることがわかる。一方、図５のグラフの（ａ）と（ｃ）とを比較すると、常温及び８０℃のいずれにおいても、実施の形態と比較例２とは同等の潤滑油量を確保できることがわかる。

以上の試験結果を考察するに、図２に示すように、保持器５２のフランジ５２ａを径孔Ｃｂに対向させて配置すると、フランジ５２ａと径孔Ｃｂとの間に空間ができるため、ころ軌道面上に径孔Ｃｂを設けた構成（図３の比較例１）と比べて貫通油量が増加すると判断できる。潤滑油量が増大することで、針状ころ軸受の高速化および長寿命化が可能となる。

更に、図２に示す実施の形態を、ころ軌道面上に径孔Ｃｂを２つ設けた構成（図４の比較例２）と比較すると、両者は同等の潤滑油量を供することから、本実施の形態は、径孔Ｃｂの数を２倍に増やすのと同じ程度の効果があることがわかる。

図６は、総ころタイプの針状ころ軸受を備えた遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。図６に示すように、針状ころ軸受５０”は、複列に配置されたころ５１”，５１”と、各列のころ５１”，５１”間に配置されたスペーサ５３”とからなる。スペーサ５３”は、ピニオンシャフトＣの径孔Ｃｂに対向して配置されているので、上述の実施の形態と同様に、針状ころ軸受５０”は、中央孔Ｃａ及び径孔Ｃｂを介して吐出される潤滑油により潤滑されるようになっており、それにより潤滑性を向上できる。

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。本発明は、ラビニョ型遊星歯車機構に限らず、その他のタイプの遊星歯車機構に用いる針状ころ軸受やピニオンシャフトに適用できる。

本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の一部断面図である。 本実施の形態にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 比較例１にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 比較例２にかかる遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 本発明者が行った潤滑油量試験の結果を示す図である。 総ころタイプの針状ころ軸受を備えた遊星歯車機構のピニオンシャフト周辺を示す断面図である。

符号の説明

１０ ケース
１０ａ カバー
１１ 入力軸
１２ 遊星歯車機構
１３ フロントサンギヤ
１４ カウンタドライブギヤ
１５ リヤサンギヤ
１６ クラッチ
１７ クラッチ
１８ クラッチ
１９ ステータシャフト
２０ サンギヤ軸
２１ 内周側部材
２２ ブレーキ
２３ リングギヤフランジ
２４ ハブ
２５ ハブ
２６ リングギヤ
２７ ボールベアリング
２８ ハブ
２９ ハブ
３０ ブレーキ
３１ ハブ
３２ ボス部
３３ ドラム
３３ 部材
３４ ドラム
３５ ピストン
３６ 摩擦部材
３７ ピストン
３８ ドラム
３９ 摩擦部材
４０ 摩擦部材
４２ 摩擦部材
４３ 摩擦部材
５０ 軸受
５２ 保持器
５２ 保持器
５３ スペーサー
Ｃ ピニオンシャフト
ＯＣ１ ワンウェイクラッチ
ＯＣ２ ワンウェイクラッチ
Ｐ１ ピニオンギヤ
Ｑ キャリヤ

Claims (2)

1. ピニオンシャフトに対してピニオンギヤを回転自在に支持する針状ころ軸受において、
   前記針状ころ軸受は、複列に配置されたころと、各列の前記ころを保持する複数の保持器とを有し、前記保持器のフランジ部は、前記ピニオンシャフトに形成された潤滑油を吐出する吐出孔に対向して配置されていることを特徴とする針状ころ軸受。
2. 車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられることを特徴とする請求項１に記載の針状ころ軸受。
   

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