JP2008069808A

JP2008069808A - 円すいころ軸受

Info

Publication number: JP2008069808A
Application number: JP2006247134A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ueno; 崇上野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP4786482B2

Abstract

【課題】耐フレッティリング性及び軸受寿命の向上が可能な円すいころを提供する。
【解決手段】外輪２３が内輪２２に対して空転する空転状態と、外輪２３が内輪２２と同期回転するシフト状態とに切り替わる自動車用変速機のアイドラ部位に用いられる円すいころ軸受である。保持器２５の中立状態では保持器２５と外輪２３とが非接触となってすきまが生じ、この中立状態から径方向の保持器２５の移動により保持器２５の一部が外輪２３と接触する。ころ係数γが０．９４を越える。保持器２５のポケットの窓角を５５°以上８０°以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受に関し、特に自動車用変速機（トランスミッション）のアイドラ部位に用いる円すいころ軸受に関する。

この変速機の一例として、図６に示す同期噛合式変速機がある。この変速機では、所定間隔で平行配置された主軸１と副軸２とがミッションケース（図示せず）に回転自在に支持され、その主軸１は出力軸（駆動車輪側）に連動され、副軸２は入力軸（エンジン側）に連動される。

前述した副軸２には、副軸歯車３が一体に設けられ、主軸１には、軸受内輪４及び針状ころ５を介して、副軸歯車３と常時噛合した主軸歯車６（軸受外輪と兼用）が回転自在に装着される。主軸歯車６の一側にはスプライン歯７とコーン８が形成され、コーン８の端面に近接してハブ９が配設され、主軸１に一体に係合連結される。ハブ９とコーン８との間にはシンクロ機構１０が介装され、また、ハブ９の外周にはスリーブ１１が軸方向に移動自在にスプライン連結される。

同図に示す状態では、主軸歯車６は副軸歯車３の回転を受けて主軸１に対して空転する。一方、スリーブ１１が同図に示す状態から軸方向右側に移動すると、このスリーブ１１がシンクロ機構１０を介して主軸歯車６のスプライン歯７に係合し、主軸歯車６と主軸１との間が連結される。これにより、副軸歯車３の回転が主軸歯車６によって所定の変速比で減速されて主軸１に伝達される。この変速時、主軸歯車６は、主軸１及び軸受内輪４と同期回転する。

ところで、前述した変速時、主軸歯車６と軸受内輪４とが同期回転することにより、転動体である針状ころ５が両者４、６の軌道面上で停止した状態となる。一方、外部からの振動などが繰り返し作用すると、針状ころ５と軌道面との間に繰り返しの微小滑りが生じ、相対的な繰り返しの微小滑りにより接触面が摩耗するフレッティングと称する現象が問題となることがある。

そこで、前述したフレッティングを抑制するために主軸歯車６及び軸受内輪４の軌道面や針状ころ５の転動面にパーカー処理（リン酸被膜処理）を施して針状ころ５と軌道面との摩擦抵抗を低減したものもある。しかしながら、パーカー処理被膜は損耗するおそれがあり、長期にわたる良好なフレッティング抑制効果を期待することはできない。

また、従来には、円すいころの円周不等配、円すいころを保持する保持器の円周方向の重量アンバランス、円すいころの重量の不等によるアンバランス手段等を備えたものがある（特許文献１）。すなわち、保持器重心を回転中心からずらすことで、慣性モーメントを利用し、停止状態から相対回転を生じさせるものである。
特開２０００−１９３０６９号公報

しかしながら、保持器のポケットを不等ピッチ等とするには、等ピッチと比べてころ本数を減少させる必要があり、負荷容量低下を招いて軸受寿命が短くなって好ましくない。このため、トランスミッションのアイドラ部位に用いる円すいころ軸受には、耐フレッティリング性向上と軸受寿命向上の両立が求められる。

本発明は、上記課題に鑑みて、耐フレッティリング性及び軸受寿命の向上が可能な円すいころ軸受を提供する。

本発明の円すいころ軸受は、外輪が内輪に対して空転する空転状態と、外輪が内輪と同期回転するシフト状態とに切り替わる自動車用変速機のアイドラ部位に用いられる円すいころ軸受において、保持器の中立状態では保持器と外輪とが非接触となってすきまが生じ、この中立状態から径方向の保持器の移動により保持器の一部が外輪と接触するとともに、ころ係数γが０．９４を越え、かつ、保持器のポケットの窓角を５５°以上８０°以下にしたものである。ここで、ころ係数γは、次式で定義される。また、ポケットの窓角とは、柱部の、ころの転動面と接する面がなす角度をいう。

ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径

保持器の中立状態では保持器と外輪とが非接触となってすきまが生じ、この中立状態から径方向の保持器の移動により保持器の一部が外輪と接触するようにしたことによって、ＰＣＤを上げることができ、しかも、ころ係数γが０．９４を越えるので、中立状態においては外輪と保持器との接触を避けた上で、保持器の柱幅を大きくすることができる。

また、保持器の窓角を５５°以上としたことによって、保持器と円すいころとの良好な接触状態を確保することができる。また、保持器の窓角を８０°以下としたことによって、半径方向への押し付け力が大きくならず、円滑な回転が得られる。なお、通常の保持器では窓角は２５°〜５０°となっている。

円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施すのが好ましい。ここで、ＭｏＳ２処理とは、被コーティング部材の表層部（母材表層部）にＭｏＳ２（二硫化モリブデン）を被覆する処理であって、例えば、母材表層部を熱で溶解し二硫化モリブデンを母材に取入れて再結晶させるものである。このため、この被覆層は、摩滅に対して強く、剥がれ難く、摺動抵抗低減少効果に優れている。このように、円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施すことによって、円すいころと、外輪及び内輪の転動面との摩擦抵抗を低減できる。

本発明の円すいころ軸受では、中立状態においては外輪と保持器との接触を避けた上で、保持器の柱幅を大きくすることができるので、軸受寸法を変更することなく、負荷容量を総ころ軸受（保持器を用いていない軸受）のレベルまで上げることが可能となる。これによって、接触面圧を低減でき、停止状態での面圧が緩和され、耐フレッティング性が向上する。しかも、保持器と円すいころとは良好な接触状態を確保することができ、円すいころは円滑な回転が得られる。

特に、円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施すことによって、フレッティリングの発生をより安定して防ぐことができるとともに、負荷容量向上による軸受寿命向上を図ることができ、耐フレッティリング性向上と軸受寿命向上の両立が可能となる。

本発明に係る円すいころ軸受の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

図１は本発明の円すいころ軸受を使用した自動車用トランスミッション（同期噛合式変速機）を示している。主軸と副軸とが所定間隔で平行に配置され、主軸が駆動車輪側の出力軸に連動され、主軸がエンジン側の入力軸に連動される。すなわち、副軸には副軸歯車が設けられ、副軸歯車に、この円すいころ軸受Ａの外輪２３を構成する主軸歯車が噛合している。

すなわち、円すいころ軸受Ａは、円すい状の軌道面２２ａを有する一対の内輪２２と、円すい状の一対の軌道面２３ａを有する外輪２３と、内輪２２の軌道面２２ａと外輪２３の軌道面２３ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ２４と、円すいころ２４を円周等間隔に保持する保持器２５とを備える。内輪２２は、小径側に小つば２２ｂが設けているとともに大径側に大つば２２ｃが設けられている。

また、外輪２３は、その外周面に副軸の副軸歯車に噛合する歯部２７が設けられ、その軸方向端部には、図示省略のクラッチギヤが噛合する歯部２８が設けられている。そして、図示省略するが、クラッチギヤに近接してシンクロ機構が配置される。

すなわち、ニュートラル時には、外輪（主軸歯車）２３は内輪２２に対して空転するが、外輪（主軸歯車）２３による変速時には、シンクロ機構を介した連動によって外輪（主軸歯車）２３は内輪２２及び主軸と同期回転する。

保持器２５は小径側環状部２５ａと、大径側環状部２５ｂと、小径側環状部２５ａと大径側環状部２５ｂとを軸方向に繋ぐ複数の柱部２５ｃとを備えている。柱面２５ｄの窓押し角（窓角）θ（図５参照）は、５５°以上８０°以下とする。

また、ころ係数γが０．９４を越えるように設定している。ここで、ころ係数γは、次式で定義される。また、ポケット（周方向に沿って隣合う柱部間）１８の窓角θとは、柱部の、円すいころ２４の転動面と接する面がなす角度をいう。

また、保持器２５としては、例えば、金属板を円すい台形状にプレス成形した後、各ポケット１８をプレス打抜きして形成される。金属板としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）等の圧延鋼板、及びばね鋼等を使用することができる。また、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）であれば、その表面に浸炭窒化処理やガス軟窒化処理等の表面硬化処理を施すのが好ましい。

ここで、浸炭窒化とは、浸炭と同時に窒化処理も行う方法であって、炭素Ｃと窒素Ｎを拡散させる方法であり、例えば、通常のガス浸炭性ガス雰囲気中にアンモニア（ＮＨ３）（０．５〜１．０％程度）を添加し例えば、８５０℃前後の温度で行う。また、ガス軟窒化処理とは、軟窒化をガスによって行う方法であり、この処理にはアンモニアガスと浸炭性ガスを混合して使う場合と、尿素を分解して用いる方法とがある。アンモニアガスと浸炭性ガスを１：１の割合で混合して用いる軟窒化は、ガス軟窒化の主流をなす。

また、保持器２５としては、鉄板製のものに代えて、樹脂製すなわちエンジニアリングプラスチック製としてもよい。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器２５に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下に代表的なものを掲げる。なお、これらはエンジニアリングプラスチックの例示であって、エンジニアリングプラスチックが以下のものに限定されるものではない。

汎用エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等がある。

また、円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施すのが好ましい。ここで、ＭｏＳ２処理とは、被コーティング部材の表層部（母材表層部）にＭｏＳ２（二硫化モリブデン）を被覆する処理であって、例えば、母材表層部を熱で溶解し二硫化モリブデンを母材に取入れて再結晶させるものである。このため、この被覆層は、摩滅に対して強く、剥がれ難く、摺動抵抗低減少効果に優れている。

保持器２５の外径としては、図３（Ａ）の状態から同図に矢印で示すように保持器２５を軸方向小径側に移動させ（図３（Ｂ））、次に図４（Ａ）のように径方向下側に移動させると、外輪２３と保持器２５の一部が接触し、この軸受Ａが回転して図４（Ｃ）のように保持器２５がセンタリングされると、保持器２５と外輪２３が全周にわたり所定すきまをあけて非接触となるような寸法に設定してある。言い換えれば、そのような寸法とは、保持器２５が軸中心に配置され、図３（Ｂ）のように保持器２５が小径側に寄った状態では保持器２５と外輪２３の間にすきまが存在するが、保持器２５を軸中心から径方向に移動させると外輪３と保持器５が接触するような寸法である。

これにより、運転初期（図４（Ｂ））には外輪３と保持器５は接触するが、運転中（図４（Ｃ））は非接触となることから、接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。なお、鉄板製保持器の場合は底広げやかしめ作業が必要であるが、樹脂製保持器の場合は不要となるため、必要な寸法精度を確保することが容易である。ここで、「底広げ」とは、円すいころ２４を組み込んだ保持器２５を内輪２２に組み付ける時、ころが内輪２２の小つば２２ｂを乗り越えるように保持器２５の小径側の柱部の径を大きく拡げることをいう。「かしめ作業」とは、前述のように大きく拡げた保持器２５の小径部の柱部を外側から型で押して元に戻すことをいう。

本発明の円すいころ軸受によれば、保持器２５の中立状態では保持器２５と外輪２３とが非接触となってすきまが生じ、この中立状態から径方向の保持器２５の移動により保持器２５の一部が外輪と接触するようにしたことによって、ＰＣＤを上げることができ、しかも、ころ係数γが０．９４を越えるので、中立状態においては外輪２３と保持器２５との接触を避けた上で、保持器２５の柱幅を大きくすることができる。このため、軸受寸法を変更することなく、負荷容量を総ころ軸受（保持器を用いていない軸受）のレベルまで上げることが可能となる。これによって、接触面圧を低減でき、停止状態での面圧が緩和され、耐フレッティング性が向上する。しかも、保持器２５と円すいころ２４とは良好な接触状態を確保することができ、ころは円滑な回転が得られる。

また、保持器２５の窓角θを５５°以上としたことによって、円すいころ２４との良好な接触状態を確保することができ、保持器２５の窓角θを８０°以下としたことによって、半径方向への押し付け力が大きくならず、円滑な回転が得られる。

特に、円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施すことによって、円すいころと、外輪及び内輪の転動面との摩擦抵抗を低減できる。このため、フレッティリングの発生をより安定して防ぐことができるとともに、負荷容量向上による軸受寿命向上を図ることができ、耐フレッティリング性向上と軸受寿命向上の両立が可能となる。

なお、保持器２５を鉄板製とすることによって、保持器２５の剛性を高めることができ、長期に亘って安定して円すいころ２４を保持することができる。しかも、耐油性に優れ、油への浸漬による材質劣化を防止できる。保持器２５を樹脂製とすれば、重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、配置される円すいころ２４の数は任意である。また、保持器２５として、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリングプラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。

本発明の実施形態を示す円すいころ軸受を使用した自動車用トランスミッションの要部断面図である。前記円すいころ軸受の横断面図である。前記円すいころ軸受を示し、（Ａ）は軸方向移動前の縦断面図であり、（Ｂ）は軸方向移動後の縦断面図である。前記円すいころ軸受を示し、（Ａ）は静止時の保持器と外輪との関係を示す断面図であり、（Ｂ）は回転初期の保持器と外輪との関係を示す断面図であり、（Ｂ）は回転中の保持器と外輪との関係を示す断面図である。前記円すいころ軸受の要部拡大断面図である。従来の自動車用トランスミッションの要部断面図である。

符号の説明

１８ポケット
２２内輪
２３外輪
２４円すいころ
２５保持器

Claims

外輪が内輪に対して空転する空転状態と、外輪が内輪と同期回転するシフト状態とに切り替わる自動車用変速機のアイドラ部位に用いられる円すいころ軸受において、
保持器の中立状態では保持器と外輪とが非接触となってすきまが生じ、この中立状態から径方向の保持器の移動により保持器の一部が外輪と接触するとともに、ころ係数γが０．９４を越え、かつ、保持器のポケットの窓角を５５°以上８０°以下にしたことを特徴とする円すいころ軸受。
円すいころの表面にＭｏＳ２処理を施してなることを特徴とする請求項１の円すいころ軸受。