JP2007154988A - 円すいころ軸受およびパイロット部軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ころ分割形の円すいころ軸受のスキュー防止特性を活かし、かつ、小径側のころと、大径側のころとの自転速度差が生じた際の滑り抵抗を低減することができて、トルクの増大が抑制できる円すいころ軸受を提供する。トランスミッションのパイロット部等に適用される。
【解決手段】 保持器４の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット４ａ内に、軸方向に並ぶ複数のころ３Ａ，３Ｂを有する。これら軸方向に並ぶ複数のころ３Ａ，３Ｂは、外周面が互いに共通の仮想円すい面を略構成するように、互いに径の差をもつ円すい状の面である。大径側のころ３Ａの小端面３Ａｂが球面形状となっていて、小径側のころ３Ｂの大端面３Ｂａと自転軸中心上で点接触するものとする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種の機器に用いられる円すいころ軸受、およびこの軸受を装備した自動車のトランスミッションのパイロット部軸支持構造に関する。

自動車のトランスミッションパイロット部軸支持用円すいころ軸受は、トランスミッションの構造上の制約から、ころが細長い形状となっており、また、使用条件としては、ミスアライメントが大きく、外輪軌道面に相当する部分がギヤの内径面となっている。そのため、ころのスキューに起因した耐久性低下、例えば、ころの大端面と内輪の大鍔面との接触による所謂大鍔面のかじりなどや焼き付き等が発生することがある。特許文献１には、このような問題点を解消し得る円すいころ軸受が開示されている。

この特許文献１に開示された円すいころ軸受は、各円すいころを長さ方向に並ぶ複数個の分割円すいころに分割し、これら分割円すいころを保持器の円周方向の複数個所に形成されたポケットに保持している。内輪および外輪の軌道面は、各分割ころに対応する軸方向部分間に渡って連続した一つの円すい状面としている。このような構成によって、断面高さを増大させることなく定格荷重を確保しながら、スキューの発生を抑え、かつミスアライメントの発生などでころと軌道面の接触位置が小径側に寄ったときでもスキューの影響が生じ難く、軸受寿命を向上させることができる。そして、この円すいころ軸受をトランスミッションパイロット部軸支持用の軸受に適用すると、パイロット部軸受の軸受寿命が向上する。
特開２００３−１８４８８５号公報

しかし、上記特許文献１の円すいころ軸受は、複数の分割円すいころが保持器の同じポケット内にあり、小径側のころの大端面と隣り合うころの小端面は面接触している。このようにころ同士が面接触しているため、ころのスキュー発生時に、小径側のころと、大径側のころとに自転速度差が生じた際、接触部でのすべり抵抗が大きくなり、トルクが増大し易いと言う新たな問題点が生じる。

この発明の目的は、ころ分割形の円すいころ軸受のスキュー防止特性を活かし、かつ、小径側のころと、大径側のころとの自転速度差が生じた際の滑り抵抗を低減することができて、トルクの増大が抑制できる円すいころ軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、自動車のパイロット部軸受のスキューが発生し難く、かつミスアライメントの発生時にもスキューの影響が生じ難く、パイロット部のトルク低減を図ることのできるトランスミッションのパイロット部軸支持構造を提供することである。

この発明の円すいころ軸受は、保持器の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット内に、軸方向に並ぶ複数のころを有し、これら軸方向に並ぶ複数のころは、外周面が互いに共通の仮想円すい面を略構成するように、互いに径の差をもつ円すい状の面であり、互いに軸方向に隣接するころは、大径側のころの小端面が球面形状となっていて、小径側のころの大端面と自転軸中心上で点接触するものとしたことを特徴とする。

この構成によると、各円すいころを長さ方向に分割したため、断面高さを増大させることなく定格荷重を確保しながら、スキューの発生を抑え、かつミスアライメントの発生などでころと軌道面の接触位置が小径側に寄ったときのスキューの影響が生じ難く、軸受寿命を向上させることができる。そして、大径側のころの小端面が球面形状となっていて、小径側のころの大端面と自転軸中心上で点接触するものとしたので、ころの自転速度に差が生じた際のころ同士の接触部におけるすべり抵抗を軽減することができ、軸受のトルク低減が可能となる。

この発明の円すいころ軸受は、自動車のトランスミッションパイロット部の支持用の軸受として使用しても良い。トランスミッションパイロット部では、その構造上の制約から軸受転動体の配置空間が狭いものとなり、１本のころであると、細長くてスキューの生じ易いものとなる。そのため、この発明の円すいころ軸受をパイロット部の支持用軸受として使用することにより、その利点が効果的に発揮され、自動車のトランスミッション部におけるトルクの低減化および長寿命化が可能となる。

この発明のトランスミッションのパイロット部軸支持構造は、ハウジングに軸受を介して入力側軸が回転自在に支持され、入力側軸と同一軸心上に下段側軸が配置され、両軸を互いに相対回転自在に支持するパイロット部軸受が、下段側軸の外周と入力側軸の内周の間に設けられたトランスミッションのパイロット部軸支持構造において、上記パイロット部軸受を、この発明における上記いずれかの構成の円すいころ軸受としたものである。このため、この発明における円すいころ軸受のスキュー防止の効果、ミスアライメント発生時のスキューの影響緩和の効果に加えて、ころの自転速度に差が生じた際のころ同士の接触部におけるすべり抵抗を軽減する効果が、効果的なものとなり、パイロット部軸受の軸受寿命が向上する。

この発明の円すいころ軸受は、保持器の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット内に、軸方向に並ぶ複数のころを有し、これら軸方向に並ぶ複数のころは、外周面が互いに共通の仮想円すい面を略構成するように、互いに径の差をもつ円すい状の面であり、大径側のころの小端面が球面形状となっていて、小径側のころの大端面と自転軸中心上で点接触するものとしたため、断面高さを増大させることなく定格荷重を確保しながら、スキューの発生を抑え、かつミスアライメントの発生などでころと軌道面の接触位置が小径側に寄ったときのスキューの影響が生じ難く、軸受寿命を向上させることができる。また、ころの自転速度に差が生じた際のころ同士のすべり抵抗を軽減することができ、軸受のトルク低減が可能となる。

この発明のトランスミッションのパイロット部軸支持構造は、パイロット部軸受をこの発明の円すいころ軸受としたものであるため、この発明における円すいころ軸受のスキュー防止の効果、ミスアライメント発生時のスキューの影響緩和の効果に加えて、ころの自転速度に差が生じた際のころ同士の接触部におけるすべり抵抗を軽減する効果が、効果的なものとなり、パイロット部軸受の軸受寿命が向上する。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この円すいころ軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａの間に転動自在に円周方向に配列された複数個の円すいころ３と、保持器４とを備える。内輪１は、軌道面１ａが円すい状に形成されたものであり、軌道面１ａの大径側および小径側に、大鍔５および小鍔６をそれぞれ有する。大鍔５の内側の側面が大鍔面５ａとなる。外輪２は、軌道面２ａが円すい状に形成されたものであり、鍔無しとされている。外輪２は、独立した軸受部品であっても、またギヤや軸など、他の機械部品を兼用するものであっても良い。例えば、この円すいころ軸受をトランスミッションのパイロット部用の軸受とする場合は、外輪２はギヤを兼用する部品とされる。

この円すいころ軸受は、各円すいころ３を、軸方向、つまり長さ方向に並ぶ複数個の分割ころ３Ａ，３Ｂに分割したものである。円すいころ３の分割個数は、この実施形態では２個としているが、図４に示すように３個の分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃに分割しても、また４個以上に分割しても良い。軸受幅が広い場合に、分割数を増やすことが有効である。内輪１および外輪２の軌道面１ａ，２ａは、各分割ころ３Ａ，３Ｂに対応する軸方向部分間に渡って連続した一つの円すい状面とされている。

保持器４は、図２に示すように、円すいころ３を保持するポケット４ａを円周方向の複数個所に有するものであり、同じ長さ方向位置に並ぶ複数の分割ころ３Ａ，３Ｂは、保持器４の互いに同じポケット４ａ内に保持されている。保持器４は、ころ非分離の保持器と同じものを用いることができ、例えば従来の鉄板製の保持器をそのまま使用することができる。保持器４に対する円すいころ３の組み立て方法も、分割ころ３Ａ，３Ｂを２個並べる点が異なるだけであり、保持器４を底広げし、加締める方法で、内輪１への円すいころ３の組み立てが行える。なお、この例では保持器４は鉄板製であるが、樹脂製としても良い。

図１において、円すいころ３の総長さＬ、すなわち長さ方向に並ぶ複数個の分割ころ３Ａ，３Ｂの総長さＬと、これら複数の分割ころ３Ａ，３Ｂの最大径ｄとの比である、（ころ総長さＬ）／（最大径ｄ）の値は、例えば２倍以上とされている。なお、各分割ころ３Ａ，３Ｂは、円すいころ３を長さ方向に分割したものであるため、内輪軌道面１ａの大径側の分割ころ３Ａの方が小径側の分割ころ３Ｂよりも外径が大きいものとなっている。

分割ころ３Ａ，３Ｂの端面形状は、この実施形態では、内輪１の大鍔面５ａと接触する大径側の分割ころ３Ａの大端面３Ａａ、小径側の分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａ、および小径側の分割ころ３Ｂの小端面３Ｂｂは、いずれも平坦面状とされている。
大径側の分割ころ３Ａの小端面３Ａｂは、球面形状となっていて、小径側の分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａと自転軸中心上で点接触するようになされている。
各分割ころ３Ａ，３Ｂの両側の端面における外周縁には面取りが施されている。大径側の分割ころ３Ａの小端面３Ａｂ、および小径側の分割ころ３Ｂの両端面３Ｂａ，３Ｂｂの最終仕上げは、ヘッダ、旋削、研削等のいずれの加工方法を採用しても良い。大径側の分割ころ３Ａの大端面３Ａａは、研削またはスーパー仕上げとされる。なお、大鍔面５ａと接触する大径側の分割ころ３Ａの大端面３Ａａを球面状としても良く、これにより、従来の円すいころ軸受と同様に、大鍔面５ａとの滑り部の油膜形成能力を確保することができる。

円すいころ３における各分割ころ３Ａ，３Ｂの長さＬ１，Ｌ２は、互いに同じ長さであっても、また相互に異ならせても良い。円すいころ３を３個以上に分割する場合も同様である。円すいころ３を２分割する場合、分割ころ３Ａ，３Ｂの長さＬ１，Ｌ２は、Ｌ１≦Ｌ２とすることが好ましく、より好ましくはＬ１＜Ｌ２である。すなわち、内輪１の小径側の分割ころ３Ｂの長さＬ２を大径側の分割ころ３Ａの長さＬ１よりも長くすることが好ましい。円すいころ３を３個以上に分割する場合は、各分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，…（図４）の中で、内輪１の最も大径側に配置する分割ころ３Ａの長さを最も短くすることが好ましい。

この構成の円すいころ軸受によると、各円すいころ３を長さ方向に分割したため、個々の分割ころ３Ａ，３Ｂは、ころ径に対するころ長さの比が小さくなり、また互いに分割された分割ころ３Ａ，３Ｂは、スキューについて、それぞれが独立して挙動する。このため、分割ころ３Ａ，３Ｂのスキューが発生し難くなる。また、内輪１の大鍔面５ａに接する分割ころ３Ａの長さＬ１が短いため、ミスアラメイント等によって軌道面１ａと分割ころ３Ａとの接触位置が小径側へ寄っても、その接触位置と抵抗発生部となる大鍔面５ａとの距離が短くて、分割ころ３Ａのスキューの影響が大鍔面５ａに伝わり難い。小径側の分割ころ３Ｂは大鍔面５ａに接触しないため、軌道面１ａと分割ころ３Ｂとの接触位置が小径側へ寄っても、大鍔面５ａに対する影響はない。これらによってもスキューが発生し難くなる。なお、大鍔面５ａに接触しない分割ころ３Ｂは、軌道面１ａと分割ころ３Ｂとの接触位置が小径側へ寄っても、大鍔面５ａに対する影響がないため、この大鍔面５ａに接触しない分割ころ３Ｂの長さを、接触する分割ころ３Ａよりも長くすることで、接触する方の分割ころ３Ａの長さを短くすることが、上記のミスアライメントの発生に対しては好ましい。

このように、円すいころ３の分割により、ころ３自身の耐スキュー能力特性（ころがスキューを発生せずに真っ直ぐに転がろうとする特性）が高められるうえ、ミスアライメントによるスキューの影響が生じ難くなる。特に、長さ方向に並ぶ複数個の分割ころ３Ａ，３Ｂの総長さＬと、これら複数の分割ころ３Ａ，３Ｂの最大径ｄとの比Ｌ／ｄを２倍以上とした場合は、従来のころ非分割の軸受ではスキューの発生が大きいが、そのため円すいころ３の分割による上記スキュー緩和等の効果が大きい。各円すいころ３は分割するが、非分割の軸受に比べて、長さ方向に並ぶ分割ころ３Ａ，３Ｂの総長さＬは同等に維持されるため、同等の定格荷重を確保することができる。このように、従来品と同等の定格荷重を確保したまま、ころ長さを短くできて、スキューを抑制することができ、軸受寿命が向上できる。

そして、大径側の分割ころ３Ａの小端面３Ａｂが、球面形状となっていて、分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａと自転軸中心上で点接触するようになされているので、分割ころ３Ａ，３Ｂの自転速度に差が出ても、分割ころ３Ａの小端面３Ａｂと分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａとの接触部分でのすべり抵抗が小さく、軸受のトルク低減化が図られる。このようなトルクの低減化と、円すいころの分割による上記スキュー発生抑制効果およびミスアライメントによるスキューの影響が生じ難くなる効果等とが相乗して、軸受寿命のより向上が図られ、例えば、自動車のトランスミッションパイロット部の支持用軸受等への使用適性が増大する。

また、この実施形態の円すいころ軸受は、軸受使用機器に対する取付形状を変更する必要がないため、軸受使用機器に対してそのまま従来のころ非分割の軸受と置き換えが可能である。この円すいころ軸受の構成部品についても、内輪１および外輪２は、軌道面１ａ，２ａが各分割ころ３Ａ，３Ｂに対応する軸方向部分間に渡って連続した一つの円すい状面であって、ころ非分割の軸受と同じであり、保持器４についてもころ非分割の軸受と同じものが使用できる。このように、円すいころ３以外の部品については、従来品と共通の軸受構成部品を使用することが可能であるため、より安価に置き換えが可能である。

図４は、円すいころ３が、３個の分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃからなる例を示しており、これら３個の分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの外周面が互いに共通の仮想円すい面を略構成するように、互いに径の差をもつ円すい状の面とされている。内輪１の大鍔面５ａと接触する分割ころ３Ａの大端面３Ａａ、大鍔面５ａと接触しない中間の分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａ、小鍔６側の分割ころ３Ｃの大端面３Ｃａおよび分割ころ３Ｃの小端面３Ｃｂは平坦面状とされている。また、分割ころ３Ａの小端面３Ａｂおよび分割ころ３Ｂの小端面３Ｂｂは、球面形状となっていて、それぞれ分割ころ３Ｂの大端面３Ｂａおよび分割ころ３Ｃの大端面３Ｃａと自転軸中心上で点接触するようになされている。円すいころが４個以上に分割される場合でも、隣接する分割ころの大径側の小端面は球面形状とされる。円すいころ３が３個の分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃからなることによる効果、および分割ころ３Ａの小端面３Ａｂおよび分割ころ３Ｂの小端面３Ｂｂが球面形状となっていることによる効果は上述の通りであるので、ここではその説明を省略する。また、分割ころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの端面形状は、上記と同様の変更が可能であり、各端面の外周縁には面取り加工が施されていることが望ましいことも同様である。

図５は、この実施形態にかかる円すいころ軸受を装備したトランスミッションのパイロット部軸支持構造の一例を示す。このトランスミッションは、自動車のマニュアルトランスミッションである。ハウジング１１に軸受１２を介してインプットシャフトとなる入力側軸１３が回転自在に支持され、入力側軸１３と同一軸心上に、メインシャフトとなる下段側軸１４が配置されている。両軸１３，１４は、パイロット部軸受１５により、互いに相対回転自在に支持されている。パイロット部軸受１５は、下段側軸１４の外周と入力側軸１３の内周の間に設けられている。

パイロット部軸受１５は、この発明における図１の実施形態にかかる円すいころ軸受である。パイロット部軸受１５の内輪１は、下段側軸１４の外径面に嵌合して装着されている。パイロット部軸受１５の外輪２は、入力側軸１３の軸端に設けられた中空軸部で構成され、外周にギヤ１６が形成されている。すなわち、外輪２は、ギヤ１６と兼用する部品として構成され、また入力側軸１３と一体に構成されている。ギヤ１６は、下段側軸１４と平行なカウンタシャフト（図示せず）に設けられたギヤと噛み合う。入力側軸１３のギヤ１６の隣接部には、ドッグクラッチ１７におけるドッグ歯１８が一体に設けられており、入力側軸１３の回転は、シンクロナイザを有するドッグクラッチ１７を介して下段側軸１４に伝達可能である。また、入力側軸１３の回転は、上記カウンタシャフトを介して上記とは別の伝達経路（図示せず）から下段側軸１４に伝達可能である。

このような構成のトランスミッションのパイロット部では、パイロット部軸受１５に大きな負荷容量が要求され、またこの軸受１５の断面高さを高く採ることができない。したがって、パイロット部軸受１５は、ころ長さの長い円すいころ軸受となる。しかも、このパイロット部軸受１５は、軸１３，１４間の撓みによるミスアライメントが生じ易いものとなる。しかし、パイロット部軸受１５として、上記実施形態の円すいころ軸受を用いたため、そのスキュー防止の効果、ミスアライメント発生時のスキューの影響緩和の効果、さらには、分割ころ３Ａ，３Ｂの自転速度に差が生じた際のころ３Ａ，３Ｂ同士の接触部におけるすべり抵抗を軽減する効果が、効果的なものとなり、パイロット部軸受１５の軸受寿命が向上する。

なお、図５に示したトランスミッションのパイロット部は、入力側軸１３がイップットシャフトであって、かつ下段側軸１４がメインシャフトとなるものであるが、この発明のトランスミッションのパイロット部軸支持構造は、同軸心に配置された下段側軸の外周と入力側軸の内周の間に設けられたパイロット部軸受一般に適用することができる。例えば図５のトランスミッションのパイロット部において、下段側軸１４が互いに上段側および下段側の軸となるパイロットシャフトとメインシャフトとに軸方向に分割されていて、両シャフト間にパイロット部軸受（図示せず）が設けられた構造のトランスミッションである場合、そのパイロット部軸受にこの発明の円すいころ軸受を用いても良い。

この発明の第１の実施形態にかかる円すいころ軸受の断面図である。 その保持器と円すいころの関係を示す部分展開図である。 同実施形態における分割ころの詳細を示す断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる分割ころの詳細を示す断面図である。 同円すいころ軸受を応用したトランスミッションのパイロット部軸支持構造の断面図である。

符号の説明

３…円すいころ
３Ａ…分割ころ（大径側の円すいころ）
３Ａｂ…大径側円すいころの小端面
３Ｂ…分割ころ（小径側の円すいころ）
３Ｂａ…小径側円すいころの大端面
４…保持器
４ａ…ポケット
１１…ハウジング
１２…軸受
１３…入力側軸
１４…下段側受
１５…パイロット部軸受

Claims (3)

1. 保持器の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット内に、軸方向に並ぶ複数のころを有し、これら軸方向に並ぶ複数のころは、外周面が互いに共通の仮想円すい面を略構成するように、互いに径の差をもつ円すい状の面であり、互いに軸方向に隣接するころは、大径側のころの小端面が球面形状となっていて、小径側のころの大端面と自転軸中心上で点接触するものである円すいころ軸受。
2. 請求項１において、自動車のトランスミッションパイロット部の支持用の軸受として使用されるものである円すいころ軸受。
3. ハウジングに軸受を介して入力側軸が回転自在に支持され、入力側軸と同一軸心上に下段側軸が配置され、両軸を互いに相対回転自在に支持するパイロット部軸受が、下段側軸の外周と入力側軸の内周の間に設けられたトランスミッションのパイロット部軸支持構造において、上記パイロット部軸受を、請求項１記載の円すいころ軸受としたことを特徴とするトランスミッションのパイロット部軸支持構造。
   

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