JP2007198459A - 回転体支持用軸および該回転体支持用軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸において、該開口を止め栓を用いずに閉塞可能となして止め栓を用いたことによる課題を解消すること。
【解決手段】回転体をころ軸受を介して支持するものでかつころ軸受の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸において、上記軸方向端面の開口をその周縁部に設けた円筒状凸部１２ａを半径方向内側に塑性変形させてなる閉塞部により閉塞した構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向端面で開口した潤滑油供給孔を備えた回転体支持用軸およびその製造方法に関するものである。本発明の回転体支持用軸は、その外周面にころ軸受を介して回転体を支持するとともに、その潤滑油供給孔からころ軸受の配置空間に潤滑油を供給して当該ころ軸受を潤滑することができるようにしたものである。

歯車やコネクティングロッドやローラ等の回転体をころ軸受を介して支持する回転体支持用軸がある（例えば特許文献１参照）。例えば、自動車における自動変速機の遊星歯車機構では、遊星歯車を針状ころ軸受を介して遊星歯車支持軸（ピニオンシャフト）に回転自在に支持している。また、自動車エンジンのクランク機構では、コネクティングロッドの大端部をころ軸受を介してクランクピンに回転自在に支持している。さらに、自動車エンジンにおけるロッカアームでは、カムに転接するローラを、一対の側壁間に橋架されたローラ支持軸にころ軸受を介して支持している。このような遊星歯車支持軸、クランクピン、ローラ支持軸を総称するときは回転体支持用軸という。このような回転体支持用軸により支持する回転体は、遊星歯車、コネクティングロッド、ローラ以外にも種々あるが、回転体支持用軸に潤滑油供給孔を備え、この潤滑油供給孔からころ軸受の配置空間に潤滑油を供給して該ころ軸受を潤滑するようにしたものがある。

図８および図９（ａ）（ｂ）を参照して従来の回転体支持用軸を説明する。図８は従来の回転体支持用軸を備えた回転体機構の一例として遊星歯車機構の概略構成を示す図、図９（ａ）（ｂ）は図８の遊星歯車機構の遊星歯車支持軸に用いる止め栓の各例を示す図である。図８に示す遊星歯車機構では太陽歯車とリング歯車との図示は図解の簡略化のために略している。また、遊星歯車は太陽歯車とリング歯車との間に複数介装されるが、１つのみ示す。

これらの図において、１は遊星歯車、２は遊星歯車キャリア、３は遊星歯車キャリア２に両端が連結されて遊星歯車１の内径面に挿入された遊星歯車支持軸（回転体支持用軸）、４は針状ころ軸受である。針状ころ軸受４は複数の針状ころ４ａとこれらを保持する保持器４ｂとからなるケージアンドローラタイプである。

遊星歯車支持軸３は、針状ころ軸受４の配置空間に潤滑油を供給する潤滑油供給孔５を備える。潤滑油供給孔５は軸方向端面で開口６した中空の潤滑油通路孔７と、軸方向他端側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油入口孔８と、軸方向中央側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油出口孔９とにより構成されている。潤滑油通路孔７の軸方向端面の開口６は止め栓（プラグ)１０で閉塞されて密封されている。潤滑油入口孔８は遊星歯車キャリア２に設けた潤滑油供給孔１１に連通している。

止め栓１０の具体例としては例えば図９（ａ）で示す円柱状止め栓１０ａや、図９（ｂ）で示す中空円筒状止め栓１０ｂがある。このような止め栓構造では、遊星歯車支持軸３の軸方向端面の開口６を閉塞するための止め栓１０が潤滑油の供給圧等を受けても抜けないような抜け力を確保するには、止め栓１０を遊星歯車支持軸３の潤滑油通路孔７の内径面に対してある程度の締め代で圧入することが要求される。

しかしながら、止め栓１０を図９（ａ）の止め栓１０ａのように中実構造とした場合では、該止め栓１０ａを潤滑油通路孔７の内径面に圧入することにより遊星歯車支持軸３が変形してその外径寸法の精度に影響するおそれがあるため、その締め代を大きくすることができない。そのため、遊星歯車支持軸３の潤滑油通路孔７の内径面と止め栓１０ａの外径面とを高精度に仕上げる必要があり、製作上の手間とコストとがかかる。

止め栓をこのような中実構造としないで、図９（ｂ）のように平板状の止め栓素材から有底円筒状に加工形成した止め栓１０ｂを用いると、遊星歯車支持軸３の製造工程としては、平板状の止め栓素材を有底円筒形に形成するという止め栓加工工程と、遊星歯車支持軸３の潤滑油通路孔７に止め栓１０ｂを圧入する止め栓圧入工程という２つ別々の工程が要求される。また、図９には示さないが、止め栓を樹脂製とした場合では、遊星歯車支持軸３の潤滑油通路孔７を流れてくる高温状態の潤滑油により止め栓が劣化して寸法変化して当該止め栓が遊星歯車支持軸３の潤滑油通路孔７から抜けてしまうおそれがある。
特開２００４−２０４８９８号公報

本発明は、回転体をころ軸受を介して支持するものでかつころ軸受の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸において、該開口を止め栓を用いずに閉塞可能となし、止め栓を用いたことによる上記課題を解消するものである。

本発明による回転体支持用軸においては、回転体をころ軸受を介して支持するものでかつころ軸受の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸において、上記軸方向端面の開口が、その周縁部に設けた円筒状凸部を半径方向内側に潰して塑性変形させてなる閉塞部により閉塞されていることを特徴とするものである。

本発明の回転体支持用軸によると、上記閉塞部が、当該回転体支持用軸の軸方向端面側の開口周縁部に設けた円筒状凸部を半径方向内側に塑性変形させたもので構成されているので、当該回転体支持用軸とは別体のプラグにより上記開口を閉塞する場合の課題が解消される。詳述すると、潤滑油供給孔内部から閉塞部に潤滑油の供給圧が作用しても閉塞部が円筒状凸部を塑性変形させた物で構成されているから、閉塞部による開口の密封状態を維持することができる。また、閉塞部を半径方向内側に塑性変形して上記開口を密封閉塞するから、その塑性変形の過程で回転体支持用軸の外径面が変形を受けるようなことがない。さらに、止め栓とは異なって閉塞部を高精度に半径方向内側に塑性変形する必要がないので上記開口を閉塞する作業コストは止め栓圧入のための作業コストより安く済ませることができる。また、樹脂製止め栓とは異なり上記開口を閉塞している閉塞部が潤滑油通路孔を流れてくる高温の潤滑油により劣化されるおそれはない。

上記潤滑油供給孔を、軸方向一端側端面で開口した中空の潤滑油通路孔と、軸方向他端側で中空穴と連通する潤滑油入口孔と、軸方向中央側で中空穴と連通する潤滑油出口孔とを含む構成とした場合、潤滑油を潤滑油入口孔から潤滑油通路孔から潤滑油出口孔に供給する場合の潤滑油の供給流れを円滑にすることができる。

上記閉塞部は、軸方向端面の上記開口周縁部の半径方向外側に環状溝を形成することにより当該環状溝よりも半径方向内側の開口周縁部に形成することができる。この円筒状凸部は環状溝を形成するのみで形成することができて、止め栓を回転体支持用軸と別体に製作する場合よりも低コストで製作することができる。

また、環状溝の深さやその形成位置を制御することにより、簡単に、閉塞部の長さや肉厚を調製することができ、潤滑油供給孔の直径等に容易に対応することができる。

本発明による回転体支持用軸の製造方法は、軸方向端面で開口した潤滑油供給孔を備える円筒状母材に対してその軸方向端面の開口の周縁部に円筒状凸部を形成する第１工程と、上記円筒状凸部を半径方向内側にかしめて塑性変形することにより上記開口を閉塞する閉塞部を形成する第２工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明の製造方法によると、円筒状母材の軸方向端面の開口周縁部分に円筒状凸部を形成した後は、単に、その円筒状凸部を半径方向内側に塑性変形するだけで、当該開口を閉塞する閉塞部を形成することができるので、別途に止め栓を回転体支持用軸とは別部品として製作する必要がなくなり、製作コストを大幅に低減することができる。特に、止め栓の場合、その製作精度が低いと潤滑油供給孔となる円筒状母材の内部空間に止め栓を圧入力が過大となったり、あるいは不足したりして円筒状母材の変形や止め栓の抜けなどが発生するおそれがあるが、本発明では、円筒状凸部の塑性変形のみで閉塞部を形成することができるから、そのようなおそれがない。

以上における本発明の回転体支持用軸は、太陽歯車と、これと半径方向外側で同心配置されたリング歯車と、上記両歯車間に介装された複数の遊星歯車と、各遊星歯車の内径面に挿通された該複数の遊星歯車それぞれをころ軸受を介して支持する複数の遊星歯車支持軸と、複数の遊星歯車支持軸を連結する遊星歯車キャリアと自動変速機に用いる遊星歯車機構において、上記遊星歯車支持軸に適用することができる。

以上における本発明の回転体支持用軸は、コネクティングロッドと、コネクティングロッドの大端部をころ軸受を介して支持するクランクピンと、クランクピンの両端を支持するクランクシャフトとを備えたクランク機構において、当該クランクピンに適用することができる。

以上における本発明の回転体支持用軸は、一対の平行に対向する側壁からなるロッカアーム胴体と、両側壁の軸孔間に挿通されるローラ支持軸と、このローラ支持軸にころ軸受を介して外装されるローラとを備えたロッカアームにおいて、上記ローラ支持軸に適用することができる。

本発明によれば、ころ軸受の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸に対して、その開口を止め栓を用いずに閉塞することができるので、止め栓を用いたことによる従来の課題を解消することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る回転体支持用軸を詳細に説明する。

図１ないし図３を参照して実施の形態の回転体支持用軸を説明する。図１は回転体支持用軸を適用した自動車の自動変速機における遊星歯車機構の概略構成を示す図、図２は図１の（２）−（２）に沿う断面図、図３は図２の要部を拡大して示す断面図である。図１に示す遊星歯車機構では太陽歯車とリング歯車との図示は図解の簡略化のために略している。また、遊星歯車は太陽歯車とリング歯車との間に複数介装されるが、１つのみ示す。図７の説明と重複するが、１は遊星歯車（回転体）、２は遊星歯車キャリア、３は遊星歯車キャリア２に両端が連結されて遊星歯車１の内径面に挿入された遊星歯車支持軸（回転体支持用軸）、４は針状ころ軸受である。針状ころ軸受４は複数の針状ころ４ａとこれらを保持する保持器４ｂとからなるケージアンドローラタイプである。遊星歯車支持軸３は、針状ころ軸受４の配置空間に潤滑油を供給する潤滑油供給孔５を備える。潤滑油供給孔５は軸方向端面で開口６した中空の潤滑油通路孔７と、軸方向他端側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油入口孔８と、軸方向中央側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油出口孔９とにより構成されている。潤滑油入口孔８は遊星歯車キャリア２に設けた潤滑油通路孔７に連通している。

以上の構成において、実施の形態では、回転体支持用軸である遊星歯車支持軸３において、潤滑油通路孔７における軸方向端面の開口６が、その周縁部に図３に示すように円筒状凸部１２ａを設け、この円筒状凸部１２ａを半径方向内側に塑性変形させてなる閉塞部１２により閉塞されていることを特徴とする。円筒状凸部１２ａは仮想線で示している。この閉塞部１２は、円筒状凸部１２ａをかしめ加工により半径方向内側へ塑性変形させて形成することができる。仮想線で示す円筒状凸部１２ａは、軸方向端面の上記開口周縁部の半径方向外側に環状溝１３を形成することにより当該環状溝１３よりも半径方向内側の開口周縁部に形成することができる。

なお上記閉塞部は軸の端面の外周縁部を凸部とし、これを半径方向内側に塑性変形させた図３（ｂ）の形状としてもよい。

実施の形態の遊星歯車支持軸３では、止め栓によりその端面開口６を閉塞する場合とは異なって、当該遊星歯車支持軸３が備える潤滑油供給孔５からころ軸受４の配置空間への安定した潤滑油の供給が可能であり、また、該端面開口６を閉塞する構造が遊星歯車支持軸３を変形させるおそれがないから、遊星歯車支持軸３を内輪軌道とする針状ころ軸受４の転動性能を安定して維持することができる。さらには、当該遊星歯車支持軸３の端面開口６を半径方向内側にかしめるだけであるから、その製造も簡略に済みそのコストを低減することができる。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して回転体支持用軸の製造方法を説明する。図４（ａ）は軸方向端面で開口６した潤滑油供給孔５を備える円筒状母材１４の部分断面図、図４（ｂ）は円筒状母材１４の軸方向端面領域に環状溝１３を形成して円筒状凸部１２ａを形成した部分断面図、図４（ｃ）は円筒状凸部１２ａを半径方向内側に塑性変形させて閉塞部１２を形成した状態を示す拡大図である。

まず、軸方向端面で開口６した潤滑油供給孔５を備える円筒状母材１４を準備する。この円筒状母材１４は、潤滑油供給孔５として、軸方向一端側端面で開口し軸方向に延びる中空の潤滑油通路孔７と、軸方向他端側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油入口孔８と、軸方向中央側で潤滑油通路孔７と連通する潤滑油出口孔９とが形成されている。

次いで、円筒状母材１４の軸方向端面の開口６の周縁部の半径方向外側に環状溝１３を形成して、環状溝１３よりも半径方向内側の開口周縁部に円筒状凸部１２ａを形成する。
次いで、図示略のかしめ治具を円筒状凸部１２ａに押し付けながらローリングすることにより、円筒状凸部１２ａを半径方向内側に塑性変形させて閉塞部１２となして円筒状母材１４の軸方向端面の開口６を閉塞する。

このとき図４（ｄ），（ｅ）に示すように、先端が凹球面形状のパンチ１５を用い、円筒状母材１４の開口周縁部のせん断とパンチ１４の揺動ローリングによる開口６部の閉塞とを連続して行っても良い。

図５を参照して実施の形態の回転体支持用軸を自動車エンジンのクランク機構におけるクランクピンに適用して説明する。図５において、針状ころ軸受３２は、エンジンのコネクティングロッド（コンロッド）の大端部３４とクランクシャフトのクランクピン（回転体）３６との間に介装される。コンロッド大端部３４の内径面は針状ころ軸受３２の外輪軌道に、クランクピン３６の外径面は針状ころ軸受３２の内輪軌道に相当する。針状ころ軸受３２は、複数の針状ころ３２ａと保持器３２ｂとからなる。

クランクピン３６は、針状ころ軸受３２の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔３８として、軸方向一端側端面が開口している中空の潤滑油通路孔３８ａと、軸方向他端側で潤滑油通路孔３８ａに連通する潤滑油入口孔３８ｂと、軸方向中央側で潤滑油通路孔３８ａに連通する潤滑油出口孔３８ｃとを備えている。潤滑油入口孔３８ｂは、クランクピン３６においてバランスウェイト４０に対する嵌合部に径方向に沿って設けられている。潤滑油通路孔３８ａは、クランクピン３６の一端面側から他端側途中まで軸方向に沿って設けられている。クランクピン３６の軸方向端面の開口３８ｄは、その周縁部の図示略の円筒状凸部を半径方向内側に塑性変形させてなる閉塞部４２により閉塞されている。この円筒状凸部は、軸方向端面の上記開口３８ｄの周縁部の半径方向外側に環状溝４４を形成することにより当該環状溝４４よりも半径方向内側の開口周縁部に形成することができる。

上記クランクピン３６においては、閉塞部１２を形成するために円筒状凸部を半径方向内側へかしめて塑性変形させてもクランクピン３６の外径面の変形が抑えられるから、クランクピン３６を内輪軌道とする針状ころ軸受３２の転動性能を安定して維持することができる。さらには、当該クランクピン３６の製造コストを低減することができるから、このクランクピン３６を組み込むクランク機構の製造コストの低減に寄与することができる。

図６、図７を参照して実施の形態の回転体支持用軸を自動車エンジンにおけるロッカアームにおけるローラ支持軸に適用して説明する。図６はロッカアームを分解して示す斜視図、図７はロッカアームの要部の断面図である。これら図６および図７において、ロッカアームは、一対の平行に対向する側壁４６からなるロッカアーム胴体４８と、両側壁４６に形成された軸孔５０に両端が挿通されるローラ支持軸（回転体）５２と、ローラ支持軸５２の外径面に針状ころ軸受５４を介して外装されるローラ５６とを備え、カム５８の転接に伴いローラ５６が回転することによりロッカアーム胴体４８が揺動し、これにより、バルブ６０が開閉駆動されるようになっている。針状ころ軸受５４は複数の針状ころ５４ａとそれらの保持器５４ｂとを備えている。

ローラ支持軸５２は、針状ころ軸受５４の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔６２として、軸方向一端側端面が開口した中空の潤滑油通路孔６２ａと、軸方向他端側で潤滑油通路孔６２ａに連通する潤滑油入口孔６２ｂと、軸方向中央側で潤滑油通路孔６２ａに連通する潤滑油出口孔６２ｃとを備えている。潤滑油通路孔６２ａは、ローラ支持軸５２の一端面側から他端側途中まで軸方向に沿って設けられている。ローラ支持軸５２の軸方向端面の開口６２ｄは、その周縁部に設けた図示略の円筒状凸部を半径方向内側に塑性変形させてなる閉塞部６４により閉塞されている。この円筒状凸部も、軸方向端面の上記開口６２ｄの周縁部の半径方向外側に環状溝６６を形成することにより当該環状溝６６よりも半径方向内側の開口周縁部に形成することができる。

上記ローラ支持軸５２においても、ローラ支持軸５２が備える潤滑油供給孔６２から針状ころ軸受５４の配置空間への安定した潤滑油の供給が可能であり、また、ローラ支持軸５２の軸方向一端側開口６２ｄを閉塞部６４により密封する場合も、止め栓で密封する場合よりもローラ支持軸５２の変形が低減するから、ローラ支持軸５２を内輪軌道とする針状ころ軸受５４の転動性能を安定して維持することができる。さらには、ローラ支持軸５２の製造コストを低減することができるから、ローラ支持軸５２を組み込むロッカアームの製造コストの低減に寄与することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

図１は本発明の実施の形態に係る回転体支持用軸が適用される遊星歯車機構の断面図である。 図２は図１の（２）−（２）に沿う断面図である。 図３（ａ）は図２の要部を拡大して示す断面図である。図３（ｂ）は遊星歯車支持軸の閉塞部の変形例を示す断面図である。 図４（ａ）は軸方向端面で開口した潤滑油供給孔を備える円筒状母材の部分断面図、図４（ｂ）は円筒状母材の軸方向端面領域に環状溝を形成した状態を示す部分断面図、図４（ｃ）は閉塞部を半径方向内側に塑性変形させた状態を示す拡大図である。図４（ｄ），（ｅ）は円筒状母材に閉塞部を設けるための別の方法であって、図４（ｄ）は、先端が凹球面形状のパンチを加工前の円筒状母材にせん断加工を開始する様子を示す拡大図である。図４（ｅ）は、図４（ｄ）のパンチを揺動ローリングして開口部を閉塞させていく様子を示す拡大図である。 図５は本発明の実施の形態に係る回転体支持用軸が適用されるクランク機構の断面図である。 図６は本発明の実施の形態に係る回転体支持用軸が適用されるロッカアームの断面図である。 図７は図６の要部の断面図である。 図８は従来の回転体支持用軸が遊星歯車支持軸として組み込まれた遊星歯車機構の断面図である。 図９は遊星歯車支持軸の各例を示す図である。

符号の説明

１ 遊星歯車（回転体）
２ 遊星歯車キャリア
３ 遊星歯車支持軸（回転体支持用軸）
４ 針状ころ軸受
５ 潤滑油供給孔
６ 開口
７ 潤滑油通路孔
８ 潤滑油入口孔
１２ 閉塞部
１２ａ 円筒状凸部
１３ 環状溝

Claims (4)

1. 回転体をころ軸受を介して支持するものでかつころ軸受の配置空間に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔を備えかつ該潤滑油供給孔が軸方向端面で開口した回転体支持用軸において、上記軸方向端面の開口が、その周縁部に設けた円筒状凸部を半径方向内側に潰して塑性変形させてなる閉塞部により閉塞されている、ことを特徴とする回転体支持用軸。
2. 上記閉塞部は、軸方向端面の上記開口周縁部の半径方向外側に環状溝を形成することにより当該環状溝よりも半径方向内側の開口周縁部に円筒状凸部を形成し、この円筒状凸部を半径方向内側に潰して塑性変形させたものである、ことを特徴とする請求項１に記載の回転体支持用軸。
3. 上記潤滑油供給孔は、軸方向一端側端面で開口した中空の潤滑油通路孔と、軸方向他端側で中空穴と連通する潤滑油入口孔と、軸方向中央側で中空穴と連通する潤滑油出口孔とを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転体支持用軸。
4. 軸方向端面で開口した潤滑油供給孔を備える円筒状母材に対してその軸方向端面の開口の周縁部に円筒状凸部を形成する第１工程と、
   上記円筒状凸部を半径方向内側にかしめて塑性変形することにより上記開口を閉塞する閉塞部を形成する第２工程と
   を含む、ことを特徴とする回転体支持用軸の製造方法。

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