JP2008088993A - 遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化することができ、長寿命を図ることができる遊星歯車機構を提供する。
【解決手段】遊星歯車機構１１は、外歯を備えるサンギアと、サンギアの外歯に噛合する外歯を備え、サンギアの周囲に配置されるピニオンギア１４と、ピニオンギア１４を回転可能に支持するピニオンシャフト１５と、ピニオンギア１４とピニオンシャフト１５との間に配置されるころ軸受と、ピニオンシャフト１５を固定支持するキャリア２１ａ、２１ｂと、キャリア２１ａ、２１ｂとピニオンギア１５との間に配置され、両方の摺接面２５ａ、２５ｂがキャリア２１ａの幅面２６およびピニオンギア１４の幅面２７と摺接するワッシャ２３ａ、２３ｂとを含む。ここで、ワッシャ２３ａ、２３ｂには、浸炭窒化処理が施されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、遊星歯車機構に関し、特にオートマチックトランスミッションに使用される遊星歯車機構に関するものである。

オートマチックトランスミッションには、増速や減速を円滑に行うため、遊星歯車機構が適用される。遊星歯車機構の構成について簡単に説明すると、遊星歯車機構は、リングギアと、リングギアの中心に配置されるサンギアと、リングギアとサンギアの間に配置される複数のピニオンギアとを備える。それぞれのギアは、回転可能に支持されている。遊星歯車機構は、それぞれ歯数の異なるリングギア、サンギア、ピニオンギアにより、円滑に減速または増速を行うことが可能になる。なお、このような構成の遊星歯車機構に含まれるピニオンギアが、例えば、特開平５−１４１４８２号公報（特許文献１）、特開２００２−８１５２４号公報（特許文献２）、特開２００５−２１４３９３号公報（特許文献３）に開示されている。
特開平５−１４１４８２号公報 特開２００２−８１５２４号公報 特開２００５−２１４３９３号公報

上記した構成の遊星歯車機構において、ピニオンギアは、ころ軸受を介して内径側に配置されるピニオンシャフトによって回転可能に支持される。ピニオンシャフトは、ピニオンギアの軸方向の両端側に配置されるキャリアによって固定支持される。ここで、ピニオンギアとキャリアの間には、銅製と鉄製の２枚のワッシャが設けられている。硬度が低い銅製のワッシャはキャリア側に配置され、硬度が高い鉄製のワッシャはピニオンギア側に配置される。このような２枚のワッシャを配置することにより、それぞれの部材間の周速差により生ずる摩耗や、ころの端面によるドリリング摩耗を低減し、焼き付きを防止している。

しかし、このような構成であると、ピニオンギアとキャリアの間にはワッシャを少なくとも２枚必要とするため、遊星歯車機構の構造を簡素化することができない。また、銅製のワッシャおよび鉄製のワッシャには配置の順列があるため、組立て性の観点からも、部品点数の削減が要求される。

ここで、上記した特許文献１、特許文献２および特許文献３によると、ワッシャを１枚の構造としている。しかし、特許文献１によると、ワッシャに滑り部材およびニードル摺接面を設ける必要がある。そうすると、ワッシャの構造が複雑となり、ワッシャを含む遊星歯車機構の構造を簡素化することが困難となる。また、特許文献２および特許文献３によると、ピニオンギア等と摺接する摺接面に非晶質硬質炭素膜や金属含有非晶質硬質炭素膜を形成したり、被膜処理を施し、摺接面の硬度を高くすることにしている。しかし、このようなワッシャでは、摺接面に形成された被膜の剥離や擦り減りにより、長期間の使用において、硬度を高く維持することが困難である。その結果、長寿命を図ることができない。

この発明の目的は、構造を簡素化することができ、長寿命を図ることができる遊星歯車機構を提供することである。

この発明に係る遊星歯車機構は、外歯を備えるサンギアと、サンギアの外歯に噛合する外歯を備え、サンギアの周囲に配置されるピニオンギアと、ピニオンギアを回転可能に支持するピニオンシャフトと、ピニオンギアとピニオンシャフトとの間に配置される軸受と、ピニオンシャフトを固定支持するキャリアと、キャリアとピニオンギアとの間に配置され、その両面がキャリアの幅面およびピニオンギアの幅面と摺接するワッシャとを含む。ここで、ワッシャには、浸炭窒化処理が施されている。

このように構成することにより、浸炭窒化処理によって、ワッシャの硬度を高くすることができる。また、表層の窒化層により耐摩耗性が向上するため、ワッシャを１枚とし、キャリアやピニオンギアとの周速差が大きくなっても、キャリアやピニオンギアとの摺接による摩耗や、ドリリング摩耗を低減し、焼き付きを防止することができる。このような浸炭窒化処理は、高硬度を長期間維持することができる。その結果、遊星歯車機構の構造を簡素化して、長寿命を図ることができる。

好ましくは、ワッシャの少なくとも一方の摺接面には、摺接面から軸方向に凹んだ油溜まりが設けられている。こうすることにより、ワッシャに供給される潤滑油を、油溜まりに長時間保持することが可能となる。そうすると、例えば、希薄潤滑環境下においても、摺接面に適切に潤滑油を供給することができる。したがって、摺接面の潤滑性を向上し、さらに長寿命を図ることができる。

さらに好ましくは、ワッシャの少なくとも一方の摺接面には、摺接面から軸方向に凹み、溝状に連なる油溝が設けられている。こうすることにより、ワッシャに供給される潤滑油の通油性を向上させることができる。そうすると、潤滑性を向上することができると共に、摺接による発熱を低減することができる。したがって、耐摩耗性が向上し、さらに長寿命を図ることができる。

この発明によれば、浸炭窒化処理によって、ワッシャの硬度を高くすることができる。また、表層の窒化層により耐摩耗性が向上するため、ワッシャを１枚とし、キャリアやピニオンギアとの周速差が大きくなっても、キャリアやピニオンギアとの摺接による摩耗や、ドリリング摩耗を低減し、焼き付きを防止することができる。このような浸炭窒化処理は、高硬度を長期間維持することができる。その結果、遊星歯車機構の構造を簡素化して、長寿命を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１および図２は、この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構の一部を示す断面図である。図２は、遊星歯車機構を回転軸に垂直な方向に切断した断面を示し、図１は、図２に示す矢印Ｉ−Ｉで切断した断面を示す。図１および図２を参照して、遊星歯車機構１１は、内歯を備え、外周を取り囲むリングギア１２と、外歯を備え、リングギア１２の中心に配置されるサンギア１３と、外歯を備え、サンギア１３の周囲に配置される複数のピニオンギア１４とキャリア２１ａ、２１ｂとを含み、ピニオンギア１４は、内径側に配置されるピニオンシャフト１５によって回転可能に支持される。ピニオンギア１４とピニオンシャフト１５との間には、複数の針状ころ２２から構成されるころ軸受が配置される。また、ピニオンシャフト１５の両端部は、キャリア２１ａ、２１ｂによって固定支持される。

ピニオンギア１４は、リングギア１２の内歯およびサンギア１３の外歯と噛合する。リングギア１２、サンギア１３、キャリア２１ａ、２１ｂの三要素のうち、一つを固定し、残る二つの要素の一方から入力し、他方から出力することにより、減速または増速を行うことができる。具体的には、サンギア１３を固定し、リングギア１２から入力を行うと、ピニオンギア１４を介してキャリア２１ａ、２１ｂから減速の出力を行うことができ、逆に、キャリア２１ａ、２１ｂから入力を行うと、リングギア１２から増速の出力を行うことができる。

ピニオンギア１４とキャリア２１ａ、２１ｂの間には、ワッシャ２３ａ、２３ｂが配置される。以下、ワッシャ２３ｂの構造は、ワッシャ２３ａと同じであるため、その説明を省略する。ワッシャ２３ａは、円板状の部材であり、その中央に貫通孔を有する。貫通孔の内径寸法は、ピニオンシャフト１５の外径寸法よりもやや大きい。ワッシャ２３ａは、ピニオンシャフト１５を貫通孔に挿通するようにして配置される。具体的には、ワッシャ２３ａのうち、一方の摺接面２５ａがキャリア２１ａの幅面２６と対面し、他方の摺接面２５ｂがピニオンギア１４の幅面２７と対面するように配置される。貫通孔の内径は、ピニオンシャフト１５の外径よりもやや大きいため、周速は異なるが、ピニオンギア１４の回転に伴って、ワッシャ２３ａは回転する。なお、摺接面２５ａ、２５ｂは、平らである。

ワッシャ２３ａは、ＳＣＭ４３５（ＪＩＳ）製であり、浸炭窒化処理が施されている。ワッシャ２３ａへの浸炭窒化処理は、一般的な方法で処理される。浸炭窒化処理により、ワッシャ２３ａの硬度は、Ｈｖ７００以上となる。なお、ワッシャ２３ａの他の材質としては、他のＳＣＭ材やＳＣＲ材が挙げられる。

ワッシャ２３ａは、遊星歯車機構１１の駆動時において回転する。回転時において、ワッシャ２３ａは、ピニオンギア１４およびキャリア２１ａと摺接する。具体的には、ワッシャ２３ａの一方の摺接面２５ａと、キャリア２１ａの幅面２６とが摺接する。また、ワッシャ２３ａの他方の摺接面２５ｂと、ピニオンギア１４の幅面２７とが摺接する。

ワッシャ２３ａは１枚であるため、キャリア２１ａおよびピニオンギア１４との周速差は２枚に比べ大きくなる。しかし、ワッシャ２３ａには、浸炭窒化処理が施されており、摺接面２５ａ、２５ｂの硬度は高く、生成された窒化層により耐摩耗性が向上している。したがって、キャリア２１ａおよびピニオンギア１４との周速差が大きくても、摺接面２５ａ、２５ｂの摩耗を低減することができる。さらに、ワッシャ２３ａの焼き付きも防止することができる。

また、ワッシャ２３ａのうち、ピニオンギア１４側の摺接面２５ｂは、回転する針状ころ２２の端面２８と摺接する。しかし、ワッシャ２３ａには、浸炭窒化処理が施されており、摺接面２５ｂは高硬度となっている。したがって、針状ころ２２の端面２８によるドリリング摩耗を低減することができる。

このような構造の遊星歯車機構１１は、キャリア２１ａ、２１ｂとピニオンギア１４の間にそれぞれ配置されるワッシャ２３ａ、２３ｂが１枚ずつであるため、遊星歯車機構１１の構造、特に軸方向の構造を簡素化することができる。

以上より、このような構成の遊星歯車機構１１は、その構造を簡素化して、長寿命を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、摺接面を平らな面としたが、これに限らず、一方の摺接面を、軸方向に凹み、溝状に連なる油溝を設けることにしてもよい。図３は、この場合のワッシャを示す図である。図３を参照して、ワッシャ３１のうち、ピニオンギア側の摺接面には、軸方向に凹み、貫通孔３２の内径円と同心円状になるよう、溝状に連なる２つの油溝３３ａ、３３ｂが設けられている。

こうすることにより、ワッシャ３１に供給される潤滑油が、油溝３３ａ、３３ｂを通ることができる。そうすると、ワッシャ３１の摺接面の周方向の通油性が向上し、発熱を抑制することができる。また、潤滑油を油溝３３ａ、３３ｂに保持することができるため、摺接面の潤滑性を向上させることができる。したがって、さらに長寿命を図ることができる。

また、図３においては、貫通孔の内径円と同心円状になるよう溝状に連なる油溝を設けることにしたが、これに限らず、径方向に延び、溝状に連なる油溝を設けることにしてもよい。図４は、この場合のワッシャを示す図である。図４を参照して、ワッシャ４１のうち、ピニオンギア側の摺接面には、軸方向に凹み、溝状に連なり、径方向に延びる４つの油溝４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄが設けられている。油溝４３ａ〜４３ｄは、９０度間隔で略等配に設けられている。油溝４３ａ〜４３ｄは、内径側に位置する貫通孔４２と外周部とを貫通するように設けられている。

こうすることにより、径方向の潤滑油の通油性を大きく向上させることができる。そうすると、内径側や外径側から潤滑油が供給される場合に、円滑に潤滑油を通油させることができる。

また、図５に示すように、ワッシャ５１のうち、ピニオンギア側の摺接面に、軸方向に凹み、溝状に連なる複数の油溝５３と共に、軸方向に凹んだ油溜まり５４を設けることにしてもよい。このように構成することにより、潤滑油を油溜まり５４に長期間保持することができる。そうすると、例えば、希薄潤滑環境下においても、摺接面に適切に潤滑油を供給することができる。したがって、摺接面の潤滑性を向上することができ、さらに長寿命を図ることができる。この場合、油溝５３を設けず、油溜まり５４のみを設ける構造としてもよい。

ここで、上記したワッシャについて、摩耗量を比較評価する試験を行った。図６は、摩耗量を評価する試験装置の一部を示す概略断面図である。図６を参照して、試験装置６１は、回転軸６２と、回転冶具６３と、固定冶具６４と、回転部材６５と、固定部材６６とを備える。固定冶具６４は、ボルト６７ａにより固定部材６６に固定されている。回転冶具６３は、ボルト６７ｂにより、回転軸６２と共に回転する回転部材６５に固定されている。回転冶具６３と固定冶具６４との間には、評価されるワッシャ６８が配置される。すなわち、ワッシャ６８は、回転冶具６３と固定冶具６４との間に挟み込むようにして配置される。ワッシャ６８には、軸方向から１秒ごとに荷重が負荷される。荷重は、固定冶具６４が軸方向に移動することにより負荷される。

ここで、比較例としては、材質がＳＫ―３であり、浸炭窒化処理を施していないワッシャを使用した。また、実施例としては、材質がＳＣＭ４３５であり、浸炭窒化処理を施したワッシャを使用した。試験は、各時間経過後、ワッシャの４箇所の摩耗量を測定し、その平均値を算出した。また、比較例および実施例については、各３個ずつ試験し、それらの平均値を算出した。なお、その他の試験条件は以下の通りである。本試験結果を図７に示す。また、下記の試験条件において、ＰＶ値は、周速×面圧で表されるため、８２．５ｍ／ｍｉｎ．Ｎ／ｍｍ^２となる。

回転数 ：３０００ｒｐｍ
周速 ：１６５ｍ／ｍｉｎ．
負荷荷重 ：２０ｋｇｆ
面圧 ：０．５Ｎ／ｍｍ^２
図７は、試験時間を横軸、ワッシャの摩耗量を縦軸にとった、試験時間とワッシャの摩耗量との関係を示すグラフである。単位については、横軸においては、時間（ｈ）、縦軸においては、摩耗量（μｍ）で表している。図７を参照して、比較例については、試験開始後４時間を経過した時点において、摩耗量は６μｍ付近まで達している。また、試験開始後７時間を経過した時点において、摩耗量は１０μｍにまで達している。これに対し、実施例については、試験開始後４時間を経過した時点において、摩耗量は３μｍである。また、試験開始後７時間および１０時間経過した時点においても、摩耗量は３μｍであり、摩耗は進行していない。試験開始後１０時間経過した時点において、比較例に比べて、実施例の摩耗量は１／３以下であった。したがって、比較例と比べて、実施例の方が、摩耗量が大幅に低減していた。

なお、上記の実施の形態においては、ワッシャのうち、ピニオンギア側の摺接面に、油溝および油溜まりを設けることにしたが、これに限らず、キャリア側の摺接面に、油溝や油溜まりを設けることにしてもよい。また、ワッシャの両方の摺接面に、油溝や油溜まりを設けることにしてもよい。さらに、一方の摺接面に油溝を設け、他方の摺接面に油溜まりを設けることにしてもよい。さらに、摺接面に設けられた油溝や油溜まりは、軸方向に貫通していてもよい。

また、上記の実施の形態においては、遊星歯車機構は、針状ころから構成されるころ軸受を含むことにしたが、これに限らず、保持器付き針状ころ軸受であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係る遊星歯車機構は、構造の簡素化および長寿命が要求される場合に有効に利用される。

この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構のうち、図２に示す矢印Ｉ−Ｉで切断した場合の断面図である。 この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構の一部を、軸方向に垂直な方向で切断した場合の断面図である。 環状に連なる油溝が設けられたワッシャを示す図である。 径方向に連なる油溝が設けられたワッシャを示す図である。 油溝および油溜まりが設けられたワッシャを示す図である。 摩耗量を評価する試験装置の一部を示す概略断面図である。 実施例および比較例の試験時間と摩耗量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ 遊星歯車機構、１２ リングギア、１３ サンギア、１４ ピニオンギア、１５ ピニオンシャフト、２１ａ，２１ｂ キャリア、２２ 針状ころ、２３ａ，２３ｂ，３１，４１，５１，６８ ワッシャ、２５ａ，２５ｂ 摺接面、２６，２７ 幅面、２８ 端面、３２，４２ 貫通孔、３３ａ，３３ｂ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，５３ 油溝、５４ 油溜まり、６１ 試験装置、６２ 回転軸、６３ 回転冶具、６４ 固定冶具、６５ 回転部材、６６ 固定部材、６７ａ，６７ｂ ボルト。

Claims (3)

1. 外歯を備えるサンギアと、
   前記サンギアの外歯に噛合する外歯を備え、前記サンギアの周囲に配置されるピニオンギアと、
   前記ピニオンギアを回転可能に支持するピニオンシャフトと、
   前記ピニオンギアと前記ピニオンシャフトとの間に配置される軸受と、
   前記ピニオンシャフトを固定支持するキャリアと、
   前記キャリアと前記ピニオンギアとの間に配置され、その両面が前記キャリアの幅面および前記ピニオンギアの幅面と摺接するワッシャとを含む遊星歯車機構であって、
   前記ワッシャには、浸炭窒化処理が施されている、遊星歯車機構。
2. 前記ワッシャの少なくとも一方の摺接面には、前記摺接面から軸方向に凹んだ油溜まりが設けられている、請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記ワッシャの少なくとも一方の摺接面には、前記摺接面から軸方向に凹み、溝状に連なる油溝が設けられている、請求項１または２に記載の遊星歯車機構。

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