JP2008240755A - 遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命および低燃費化を実現することができる遊星歯車機構を提供する。
【解決手段】遊星歯車機構は、サンギアの側面に配置されるスラストころ軸受を含む。スラストころ軸受に備えられる保持器１１は、ころを収容する複数のポケット１４を有し、板厚方向に折曲げられていない環状のスラストころ軸受の保持器である。ここで、保持器１１の回転軸線２０と平行であって回転軸線２０を含む平面で切断した断面において、保持器１１の径方向の外径側および内径側端面は、径方向に突出する凸形状部１８ａ、１８ｂを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、遊星歯車機構に関し、特に、スラスト荷重を支持するスラストころ軸受を含む遊星歯車機構に関するものである。

遊星歯車機構において、スラスト荷重が負荷される部分については、スラスト荷重を支持するスラストころ軸受が配置される。昨今は、スラストころ軸受が要求される特性として、効率よく放熱するための通油性の向上等の他、低燃費化の観点から、スラストころ軸受の低トルク化が要求されている。

スラストころ軸受は、一般的には、外輪や内輪といった軌道輪と、複数のころと、ころを保持する保持器とから構成される。従来におけるスラストころ軸受の一部の断面図を、図９に示す。図９を参照して、スラストころ軸受１０１は、一対の軌道輪１０２ａ、１０２ｂと、軌道輪１０２ａ、１０２ｂの間に配置され、軌道輪１０２ａ、１０２ｂの軌道面を転動する複数の針状ころ１０３と、複数の針状ころ１０３を保持する保持器１０４とからなる。保持器１０４は、その断面がＷ字形状となるように、保持器１０４の回転軸方向に複数回屈曲されている。軌道輪１０２ａの外径側端部には、軸方向に延びる鍔部１０５ａが設けられている。また、軌道輪１０２ｂの内径側端部にも、軸方向に延びる鍔部１０５ｂが設けられている。

上記と同様の構成のスラストころ軸受に関する技術が、特開２００６−１７０３６９号公報（特許文献１）や特開２００６−１７０３７０号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１および特許文献２によると、スラストころ軸受は、一対の軌道輪と、各軌道輪間に配置される針状ころと、針状ころを保持する保持器とを備える。保持器は、軸方向に複数回屈曲させ、断面Ｗ字形に形成されている。そして、外輪鍔部と保持器との接触面積を小さくすることにより、径方向の接触時における摩擦を低減し、低トルク化を図っている。

また、特開２００６−１１８５６２号公報（特許文献３）によると、スラストころ軸受に備えられる保持器は、断面コの字形で全体を円環状に造られた一対の素子を、最中状に組み合わせて構成されている。特許文献３においても、軌道輪と保持器との径方向での接触面積を小さくして摩擦を低減し、低トルク化を図っている。

なお、一般的な遊星歯車機構の構成については、特開２００５−１５５８５６号公報（特許文献４）に開示されている。
特開２００６−１７０３６９号公報 特開２００６−１７０３７０号公報 特開２００６−１１８５６２号公報 特開２００５−１５５８５６号公報

図９を再び参照して、スラストころ軸受１０１の運転中には、軌道輪１０２ａ、１０２ｂは、保持器１０４と共に回転するが、寸法誤差等により、軌道輪１０２ａ、１０２ｂの回転軸線が、保持器１０４の回転軸線とずれる場合がある。このような場合、保持器１０４は、径方向において、軌道輪１０２ａ、１０２ｂ間、具体的には、各軌道輪１０２ａ、１０２ｂの鍔部１０５ａ、１０５ｂ間に挟まれ、各軌道輪１０２ａ、１０２ｂから径方向に荷重が負荷されることになる。したがって、保持器１０４には、径方向の荷重に対する強度が要求される。

ここで、特許文献１および特許文献２によると、保持器は、板厚の薄い平板状部材を断面Ｗ形状となるように複数回屈曲させた形状である。このような形状の保持器は、径方向の強度が弱いため、上記した場合において、保持器が破損したり、変形したりする恐れがある。

また、特許文献３においても、保持器は、軸方向に屈曲された２枚の薄板上の素子から構成されているため、径方向から負荷される荷重により、保持器が分離し、破損してしまう恐れがある。

このような保持器を備えるスラストころ軸受は、破損の恐れを低減し、低トルク化を図ることができない。そうすると、このようなスラストころ軸受を含む遊星歯車機構は、長寿命および低燃費化を実現することができない。

この発明の目的は、長寿命および低燃費化を実現す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、内歯を有し外周を取り囲むリングギアと、外歯を有しリングギアの中心に配置されるサンギアと、外歯を有しリングギアとサンギアの間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、サンギアの側面に配置されるスラストころ軸受とを含む。スラストころ軸受は、複数のころと、ころを収容する複数のポケットを有し、板厚方向に折曲げられていない環状の保持器とを備える。ここで、保持器の回転軸線と平行であって回転軸線を含む平面で切断した断面において、保持器の径方向の少なくとも一方側の端面は、径方向に突出する凸形状部を含む。

遊星歯車機構に含まれるスラストころ軸受に備えられるこのような保持器は、板厚方向に折曲げられていないため、径方向の強度が高い。そうすると、スラストころ軸受に備えられ、運転状態において軌道輪から径方向に荷重を負荷された場合であっても、保持器の破損や変形の恐れを低減することができる。また、軌道輪と保持器が径方向において接触した場合においても、保持器の径方向の端面には、上記した断面において径方向に突出する凸形状部を含むため、軌道輪と保持器との接触面積を小さくすることができる。そうすると、接触状態において発生する摩擦を小さくして、低トルク化を図ることができる。したがって、このような保持器を備えるスラストころ軸受は、破損の恐れを低減し、低トルク化を図ることができる。その結果、このようなスラストころ軸受を含む遊星歯車機構は、長寿命および低燃費化を実現することができる。

好ましくは、保持器の径方向の両端面は、凸形状部を含む。こうすることにより、保持器の外径側端面および内径側端面において、接触面積を小さくすることができる。したがって、さらに低トルク化を図ることができる。

さらに好ましくは、凸形状部は、略円弧形状を含む。こうすることにより、軌道輪と保持器とが線接触することになり、さらに接触面積を小さくすることができる。したがって、さらに低トルク化を図ることができる。

さらに好ましくは、ころの径をＬ_１とし、保持器の板厚をＬ_２とすると、０．３≦Ｌ_２／Ｌ_１≦０．９の関係を有する。

保持器にはある程度の径方向の強度が要求されるが、上記した寸法関係において、０．３＞Ｌ_２／Ｌ_１となると、板厚が薄くなって保持器の強度が小さくなり、保持器の破損の恐れが高くなる。一方、Ｌ_２／Ｌ_１＞０．９となると、軌道輪と保持器の板厚方向のすき間が小さくなるため、スラストころ軸受内に潤滑油が十分に流れ込まないことになり、通油性が劣ってしまうことになる。したがって、上記構成とすることにより、通油性が向上し、低トルク化を図ることができる。

遊星歯車機構に含まれるスラストころ軸受に備えられるこのような保持器は、板厚方向に折曲げられていないため、径方向の強度が高い。そうすると、スラストころ軸受に備えられ、運転状態において軌道輪から径方向に荷重を負荷された場合であっても、保持器の破損や変形の恐れを低減することができる。また、軌道輪と保持器が径方向において接触した場合においても、保持器の径方向の端面には、上記した断面において径方向に突出する凸形状部を含むため、軌道輪と保持器との接触面積を小さくすることができる。そうすると、接触状態において発生する摩擦を小さくして、低トルク化を図ることができる。したがって、このような保持器を備えるスラストころ軸受は、破損の恐れを低減し、低トルク化を図ることができる。その結果、このようなスラストころ軸受を含む遊星歯車機構は、長寿命および低燃費化を実現することができる。

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２は、この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構に含まれるスラストころ軸受に備えられる保持器を、板厚方向から見た図である。図３は、図２に示す保持器の側面図である。図４は、図２に示す保持器のうち、図２中のＩＶで示すポケット部分の拡大図である。図５は、図２に示す保持器を、図２中のＶ−Ｖ断面で切断した場合の断面図である。図６は、図４に示す保持器のポケット部分を、図４中のＶＩ−ＶＩ断面で切断した場合の断面図である。図７は、図４に示す保持器のポケット部分を、図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ断面で切断した場合の断面図である。

図２〜図７を参照して、この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構に含まれるスラストころ軸受に備えられる保持器の構成について説明する。スラストころ軸受の保持器１１は、図２および図３に示すように、板厚方向に折曲げられておらず、環状である。保持器１１は、板厚方向に貫通する貫通穴１２をその中央部に有する。保持器１１は、ころを収容する複数のポケット１４を有する。ポケット１４は、略放射状に配置される。保持器１１は、径の異なる一対の環状部、ここでは外径側の環状部１３ａおよび内径側の環状部１３ｂと、ポケット１４を形成するようにそれぞれの環状部１３ａ、１３ｂを連結する複数の柱部１５とを含む。

保持器１１には、ポケット１４内に収容するころの脱落を防止する第一および第二のころ止め部１６ａ、１６ｂと、ころを案内する第一および第二のころ案内部１７ａ、１７ｂが設けられている。具体的には、第一のころ止め部１６ａおよび第一のころ案内部１７ａは、ポケット１４の周方向の両側に位置する柱部１５の側壁面のうち、保持器１１の径方向の中央部に設けられている。第二のころ止め部１６ｂおよび第二のころ案内部１７ｂは、柱部１５の側壁面のうち、保持器１１の径方向の両端部に設けられている。第一および第二のころ止め部１６ａ、１６ｂは、柱部１５の側壁面からポケット１４側に突出した形状である。第一のころ止め部１６ａにより、図５中の矢印Ａで示す方向と逆の方向へのころの脱落を防止する。第二のころ止め部１６ｂにより、図５中の矢印Ａで示す方向へのころの脱落を防止する。

第一のころ案内部１７ａは、柱部１５の側壁面のうち、板厚方向において第一のころ止め部１６ａと連なるように設けられている。同様に、第二のころ案内部１７ｂは、柱部１５の側壁面のうち、板厚方向において第二のころ止め部１６ｂと連なるように設けられている。保持器１１は、第一および第二のころ案内部１７ａ、１７ｂによって案内される。第一および第二のころ案内部１７ａ、１７ｂは、その断面が円弧状である（図６、図７参照）。第一および第二のころ止め部１６ａ、１６ｂ、第一および第二のころ案内部１７ａ、１７ｂは、冶具によるコイニング加工等により設けられる。

ここで、図５に示す断面、すなわち、保持器１１の回転軸線２０と平行であって回転軸線２０を含む平面で切断した断面において、保持器１１の外径側端面および内径側端面は、径方向に突出する凸形状部１８ａ、１８ｂを含む。凸形状部１８ａ、１８ｂは、略円弧形状である。この場合、凸形状部１８ａ、１８ｂの全体が、略円弧形状である。

次に、上記した保持器１１を備えるスラストころ軸受の構成について説明する。図１は、スラストころ軸受の一部を示す断面図であり、図５に対応する部分である。図１〜図７を参照して、スラストころ軸受２１は、一対の軌道輪２２ａ、２２ｂと、一対の軌道輪２２ａ、２２ｂの軌道面２４ａ、２４ｂを転動する複数のころ２３と、複数のころ２３を保持する保持器１１とを備える。スラストころ軸受２１は、保持器１１の板厚方向に負荷されるスラスト荷重を支持する。

外径側に配置される軌道輪２２ａには、外径側端部から矢印Ａの方向と逆の方向に延びる鍔部２５ａが設けられている。また、内径側に配置される軌道輪２２ｂには、内径側端部から矢印Ａの方向に延びる鍔部２５ｂが設けられている。ポケット１４内にころ２３を収容した保持器１１は、一対の軌道輪２２ａ、２２ｂ間に配置される。この場合、保持器１１の径方向外側には、軌道輪２２ａの鍔部２５ａが位置し、径方向内側には、軌道輪２２ｂの鍔部２５ｂが位置する。

また、ころ２３の径をＬ_１とし、保持器１１の板厚をＬ_２とすると、０．３≦Ｌ_２／Ｌ_１≦０．９の関係を有する。

ここで、スラストころ軸受２１の運転状態について説明する。スラストころ軸受２１の運転状態においては、スラストころ軸受２１には、内径側から外径側へ通油するように潤滑油が供給される。具体的には、潤滑油は、軌道輪２２ａ、２２ｂ間の内径側のすき間から、図１中の矢印Ｃに示す方向に供給され、スラストころ軸受２１内を通過し、軌道輪２２ａ、２２ｂ間の外径側のすき間から、図１中の矢印Ｄに示す方向に出て行く。

この場合、保持器１１は、板厚方向に折曲げられておらず、単純形状であるため、保持器１１内での潤滑油の滞留を低減することができる。また、上記した寸法関係において、Ｌ_２／Ｌ_１≦０．９とすることにより、保持器１１と軌道輪２２ａ、２２ｂとの板厚方向の間隔を適当にすることができる。そうすると、スラストころ軸受２１内に潤滑油を十分に流し込むことができる。

さらに、保持器１１の凸形状部１８ａ、１８ｂは、略円弧形状であるため、凸形状部１８ａ、１８ｂを潤滑油が通過する際に、潤滑油を円滑に流すことができる。したがって、さらに通油性が向上し、低トルク化を図ることができる。

また、スラストころ軸受２１の運転時においては、ころ２３が転動し、軌道輪２２ａ、２２ｂおよび保持器１１が回転する。この場合、軌道輪２２ａ、２２ｂの回転軸線（図示せず）および保持器１１の回転軸線２０は、設計寸法上同じとなるように構成されている。しかし、軌道輪２２ａ、２２ｂや保持器１１の寸法誤差等により、軌道輪２２ａ、２２ｂの回転軸線と保持器１１の回転軸線２０とがずれる場合がある。そうすると、軌道輪２２ａ、２２ｂと保持器１１とが径方向において接触する。具体的には、軌道輪２２ａ、２２ｂのうち、鍔部２５ａの内径側の面２６ａ、および鍔部２５ｂの外径側の面２６ｂと保持器１１とが接触する。このような場合、保持器１１が軌道輪２２ａ、２２ｂから径方向、すなわち、図１中の矢印Ｂの方向または逆の方向に荷重を負荷されることになる。

しかし、上記した構成の保持器１１は、板厚方向に折曲げられておらず、上記した寸法関係において０．３≦Ｌ_２／Ｌ_１であるため、径方向の強度が高い。そうすると、運転状態において軌道輪２２ａ、２２ｂから径方向に荷重を負荷された場合であっても、保持器１１の破損や変形の恐れを低減することができる。

さらに、軌道輪２２ａ、２２ｂと保持器１１が接触した場合においても、保持器１１の外径側および内径側端面は、径方向に突出する略円弧形状の凸形状部１８ａ、１８ｂを含むため、軌道輪２２ａ、２２ｂと保持器１１との接触面積を小さくすることができる。そうすると、接触状態において発生する摩擦を小さくして、低トルクとすることができる。したがって、このような構成の保持器１１は、破損の恐れを低減し、低トルク化を図ることができる。

この場合、保持器１１の外径側端面および内径側端面において、接触面積を小さくして、低トルク化を図ることができる。

また、凸形状部１８ａ、１８ｂは、略円弧形状であるため、軌道輪２２ａ、２２ｂと保持器１１とが接触する際に、線接触することになる。したがって、接触面積をさらに小さくすることができるため、さらに低トルク化を図ることができる。

次に、この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構の構成について説明する。図８は、この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構の要部を示す概略断面図であり、保持器１１の回転軸線と垂直な方向の断面を示す。

図８を参照して、遊星歯車機構９１は、内歯を有し外周を取り囲むリングギア９２と、外歯を有しリングギアの中心に配置されるサンギア９３と、外歯を有しリングギア９２とサンギア９３の間に配置される複数のピニオンギア９４とを有する。ピニオンギア９４は、リングギア９２およびサンギア９３と噛合し、係合穴９５に設置されるピニオンシャフト（図示せず）によって回転可能に支持される。そして、各々のピニオンシャフトはキャリア（図示せず）に連結され、キャリアからピニオンギア９４の公転に相当する回転が入出力される。上記サンギア９３、キャリア、リングギア９２のうち、一つを固定し、残る二つのギアの一方から入力し、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９３を固定し、リングギア９２から入力を行なうと、キャリアから低回転高トルクの動力が出力され、逆に、キャリアから動力を入力すると、リングギア９２から高回転低トルクの動力が出力される。サンギア９３の側面には、上記した構成のスラストころ軸受（図示せず）が配置される。

このような遊星歯車機構は、上記した構成のスラストころ軸受を配置することにより、スラストころ軸受の破損の恐れの低減および低トルク化を図ることができるため、長寿命および低燃費化を実現することができる。

なお、スラストころ軸受２１に備えられるころ２３について、その端面をころ２３の軸線方向に突出する凸曲面を含む構成とすることにしてもよい。具体的には、例えば、ころ２３の端面２７ａ、２７ｂを、ころ２３の軸線方向に突出する丸面形とする。こうすることにより、スラストころ軸受２１の運転状態において、ころ２３の端面２７ａ、２７ｂを潤滑油が通過する際に、円滑に通過することができる。また、ころ２３の端面２７ａ、２７ｂが保持器１１のポケット１４の壁面１９ａ、１９ｂと接触した場合においても、接触面積を小さくすることができる。したがって、さらにスラストころ軸受２１の低トルク化を図ることができる。

また、スラストころ軸受２１に備えられるころ２３について、その転動面２８にフルクラウニングを設けることにしてもよい。フルクラウニングとは、ころ２３の軸線方向の中心部の径が最大となるよう転動面２８の全体に設けられたクラウニングをいう。こうすることにより、ころ２３と軌道輪２２ａ、２２ｂとの接触面積を小さくすることができ、外径側と内径側の周速差による滑りを低減することができる。また、潤滑油を円滑に通過させることもできる。したがって、さらにスラストころ軸受２１の低トルク化を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、保持器１１の外径側および内径側端面は、径方向に突出する凸形状部１８ａ、１８ｂを含むことにしたが、これに限らず、外径側および内径側端面のうち、いずれか一方について、径方向に突出する凸形状部を含む構成としてもよい。

また、上記においては、凸形状部は、上記した断面形状において、略円弧形状としたが、これに限らず、Ｒ面形状等、他の断面形状であってもよい。さらに、複数の曲線から構成される断面形状であってもよい。こうすることにより、凸形状部をより適切な形状とすることができる。

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、自動車のオートマチックトランスミッション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に含まれるスラストころ軸受の一部を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る遊星歯車機構に含まれるスラストころ軸受に備えられる保持器を板厚方向から見た図である。 図２に示す保持器の側面図である。 図２に示す保持器のポケット部分を、板厚方向から見た拡大図である。 図２に示す保持器を、図２中のＶ−Ｖ断面で切断した場合の断面図である。 図４に示す保持器のポケット部分を、図４中のＶＩ−ＶＩ断面で切断した場合の断面図である。 図４に示す保持器のポケット部分を、図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ断面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示す概略断面図である。 従来におけるスラストころ軸受の一部を示す断面図である。

符号の説明

１１ 保持器、１２ 貫通穴、１３ａ，１３ｂ 環状部、１４ ポケット、１５ 柱部、１６ａ 第一のころ止め部、１６ｂ 第二のころ止め部、１７ａ 第一のころ案内部、１７ｂ 第二のころ案内部、１８ａ，１８ｂ 凸形状部、１９ａ，１９ｂ 壁面、２０ 回転軸線、２１ スラストころ軸受、２２ａ，２２ｂ 軌道輪、２３ ころ、２４ａ，２４ｂ 軌道面、２５ａ，２５ｂ 鍔部、２６ａ，２６ｂ 面、２７ａ，２７ｂ 端面、２８ 転動面、９１ 遊星歯車機構、９２ リングギア、９３ サンギア、９４ ピニオンギア、９５ 係合穴。

Claims (4)

1. 内歯を有し外周を取り囲むリングギアと、
   外歯を有し前記リングギアの中心に配置されるサンギアと、
   外歯を有し前記リングギアと前記サンギアの間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、
   前記サンギアの側面に配置されるスラストころ軸受とを含む遊星歯車機構であって、
   前記スラストころ軸受は、複数のころと、前記ころを収容する複数のポケットを有し、板厚方向に折曲げられていない環状の保持器とを備え、
   前記保持器の回転軸線と平行であって前記回転軸線を含む平面で切断した断面において、前記保持器の径方向の少なくとも一方側の端面は、径方向に突出する凸形状部を含む、遊星歯車機構。
2. 前記保持器の径方向の両端面は、前記凸形状部を含む、請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記凸形状部は、略円弧形状を含む、請求項１または２に記載の遊星歯車機構。
4. 前記ころの径をＬ_１とし、前記保持器の板厚をＬ_２とすると、
   ０．３≦Ｌ_２／Ｌ_１≦０．９の関係を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の遊星歯車機構。

Images