JP2008281191A - ラジアル軸受、スラスト軸受、変速機、及びハーフトロイダル型無段変速機 - Google Patents

ラジアル軸受、スラスト軸受、変速機、及びハーフトロイダル型無段変速機 Download PDF

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Abstract

【課題】遠心潤滑により供給される潤滑油の供給量を、各潤滑部に応じて最適量が供給されるように分配制御するラジアル軸受、スラスト軸受、変速機、及びハーフトロイダル型無段変速機を提供する。
【解決手段】内輪11と、外輪12と、該内外輪11、12間に配置される複数の転動体13と、径方向に貫通する複数のポケット15を形成し、該複数のポケット15内に転動体13を転動自在に配置する保持器14と、を備えるラジアル軸受10であって、保持器14の少なくとも一方の端部は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成される。
【選択図】図3

Description

本発明は、ラジアル軸受、スラスト軸受、変速機、及びハーフトロイダル型無段変速機に関し、より詳細には、自動車用変速機の軸支持部に使用されるラジアル軸受、スラスト軸受、及び該軸受を用いた変速機、ハーフトロイダル型無段変速機に関する。
従来、自動車用変速機等に使用される転がり軸受において、潤滑性を高めるための工夫が種々考案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。例えば、特許文献1に記載のころ軸受では、合成樹脂製保持器の柱部に油連通部を設けることによって高負荷条件下での使用を可能としている。特許文献2に記載の円すいころ軸受では、ころ係数を0.94より大きくし、且つ転動体の表面粗さを規定することで、油膜形成能力を向上して希薄潤滑下での長寿命を図っている。特許文献3に記載の円すいころ軸受は、内輪の小つば端面に油溝を設け、遠心潤滑による軸受内部への潤滑油量の増加を図っている。
特開平9−79268号公報 特開2006−22935号公報 特開2005−291445号公報
ところで、近年の自動車用変速機においては、燃費向上のために潤滑用油圧ポンプの吐出量を減少させる要求が高い。そこで、歯車の歯部や軸受部へ供給する潤滑油量を最適化することによって油圧ポンプの吐出量を減少させ、これにより油圧ポンプによる損失を低減させる試みがなされている。潤滑油量を最適化するためには、潤滑油の供給流路を各機械要素の潤滑部ごとにそれぞれ設け、供給する潤滑油量を各潤滑部ごとに最適量に制御する必要がある。しかしながら、軸部に設けた給油穴から遠心力によって潤滑油を供給する遠心潤滑が一般的である変速機においては、潤滑部ごとに給油穴を設けると給油穴が多くなり、該給油穴に応力が集中して軸部の強度が低下する虞があった。
また、転がり軸受は、潤滑油による抵抗がトルクに大きな影響を与えることが知られており、歯車の歯部への潤滑油の供給量が多すぎると、噛み合い部での潤滑油の停滞による抵抗や、ギヤハウジング内に溜る潤滑油によるギヤの攪拌抵抗が発生して効率を低下させる要因となっている。遠心潤滑によって潤滑油を供給する場合、特許文献3に記載の円すいころ軸受のように、給油穴からの全ての潤滑油を保持器に当てて供給すると、内輪側に多くの潤滑油が供給されてトルクが増大する問題があった。また、潤滑油を外輪に当てて供給すると、遠心力の作用により内輪側への供給がされ難く、内輪の供給量が不足する虞がある。
また、特許文献1〜3に記載の円すいころ軸受は、潤滑油供給経路を確保し、或いは素材や形状等を規定することによって、円すいころ軸受単体での負荷性能向上を図ったものである。このため、これら円すいころ軸受を変速機に組み込み、供給される潤滑油の供給量を各潤滑部(例えば、内輪、外輪、歯部)に応じて分配制御することについては考慮されておらず、自動車用変速機に用いる円すいころ軸受としては改善の余地があった。
また、ハーフトロイダル型無段変速機においても、潤滑用油圧ポンプの吐出量を減少させることによって潤滑用油圧ポンプの損失低減を図ることが要求されており、このためには、特に、運転条件が最も厳しいパワーローラ軸受に対して、潤滑油配分を最適化することが望まれる。しかし、潤滑油配分の最適化のため、外輪に給油穴を設けることは強度の観点から好ましくない。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心潤滑により供給される潤滑油の供給量を、各潤滑部に応じて最適量が供給されるように分配制御できるラジアル軸受、スラスト軸受、及び該軸受を用いた変速機、ハーフトロイダル型無段変速機を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内輪と、外輪と、該内外輪間に配置される複数の転動体と、径方向に貫通する複数のポケットを形成し、該複数のポケット内に前記転動体を転動自在に配置する保持器と、を備えるラジアル軸受であって、
前記保持器の少なくとも一方の端部は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とするラジアル軸受。
(2) 前記保持器は、円環部と、該円環部から軸方向に延びる複数の柱部と、該複数の柱部それぞれに形成され、前記柱部から軸方向に突出する一対の爪部と、を備え、
前記各ポケットは、隣接する前記柱部に形成された互いに対向する前記爪部間に形成された開口部を有し、
前記円環部と前記柱部の開口側端部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とする上記(1)に記載のラジアル軸受。
(3) 前記保持器は、一対の円環部と、該一対の円環部間を連結する複数の柱部によって前記複数のポケットを形成し、
前記一対の円環部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とする上記(1)に記載のラジアル軸受。
(4) 前記転動体は、玉又は円筒ころであることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のラジアル軸受。
(5) 前記転動体は、円すいころであり、
前記保持器は、小径側円環部、大径側円環部、及び前記両円環部間を連結する複数の柱部によって複数のポケットを形成し、
前記小径側円環部と前記大径側円環部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されることを特徴とする上記(1)に記載のラジアル軸受。
(6) 遠心潤滑によって供給される潤滑油は、前記軸方向長さが位相によって異なる前記小径側円環部によって前記内外輪に供給されることを特徴とする上記(5)に記載のラジアル軸受。
(7) 前記保持器が樹脂製であることを特徴とする上記(5)に記載のラジアル軸受。
(8) 上記(1)〜(7)のいずれかに記載のラジアル軸受と、前記内輪に内嵌される軸部と、前記外輪又は前記軸部の周囲に配置される歯車と、を備えることを特徴とする変速機。
(9) 前記ラジアル軸受は、上記(5)〜(7)のいずれかに記載のラジアル軸受であり、
前記小径側円環部は、遠心潤滑によって潤滑油を前記内外輪間の軸受空間に供給する開口位置と半径方向から見てオーバーラップする第1円弧部と、該開口位置とオーバーラップしない前記第1円弧部より短い第2円弧部と、を有することを特徴とする上記(8)に記載の変速機。
(10) 内輪と、外輪と、該内外輪間に配置される複数の転動体と、軸方向に貫通する複数のポケットを形成し、該複数のポケット内に前記転動体を転動自在に配置する保持器と、を備えるスラスト軸受であって、
前記保持器の少なくとも一方の端部は、その径方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
(11) それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、
前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラと、
前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、
前記内輪が前記パワーローラによって形成され、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承する上記(10)に記載の前記スラスト軸受と、
を備えることを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
本発明のラジアル軸受、及びスラスト軸受によれば、保持器の少なくとも一方の端部は、ラジアル軸受の場合はその軸方向長さが、スラスト軸受の場合はその径方向長さが位相によって異なるように形成されているので、遠心力によって潤滑油を供給する場合、潤滑油は、その一部が保持器の長く延設された部分によって遮られて主にラジアル軸受、及びスラスト軸受の内側の潤滑部に供給され、残りの潤滑油が外側の潤滑部に供給される。これにより潤滑油は、各潤滑部の必要量に応じて適宜分配供給することができ、各部への潤滑油の供給量を最適化することができる。
また、上記ラジアル軸受を変速機に設ける場合には、潤滑油ポンプの吐出量を減少できると共に、歯車の歯部や軸受部に最適量の潤滑油を供給して変速機全体の引きずりトルクを最小化することが可能となり、自動車の燃費を向上させることができる。
更に、上記スラスト軸受をハーフトロイダル型無段変速機に用いれば、ハーフトロイダル型無段変速機の外輪及びニードル軸受への潤滑油供給量を分配制御することが可能となり、パワーローラ軸受内部の潤滑油供給経路を制御して最適量の潤滑油を供給し、引きずりトルクを最小化して自動車の燃費を向上させることができる。
以下、本発明の各実施形態に係るラジアル軸受、スラスト軸受、及び該軸受を用いた変速機、ハーフトロイダル型無段変速機を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
先ず、ラジアル軸受の1実施形態である円すいころ軸受及び該円すいころ軸受を用いた変速機について図1〜図4を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、円すいころ軸受10は、円すい状の内輪軌道面11aが外周面に形成され、該内輪軌道面11aの大径側に大つば部11bが、小径側に小つば部11cがそれぞれ形成される内輪11と、内周面に円すい状の外輪軌道面12aが形成される外輪12と、内輪軌道面11aと外輪軌道面12aとの間に転動自在に配設される複数の円すいころ13と、該円すいころ13を回動自在に保持する保持器14と、を備えている。
図1及び図2に示すように、保持器14は、小径側円環部14aと、この小径側円環部14aより大径の大径側円環部14bと、両円環部14a、14b間を連結する複数の柱部14cと、を備える。保持器14は、両円環部14a,14b、及び複数の柱部14cによって複数のポケット15を円周方向等間隔に離間して形成しており、複数のポケット15内に円すいころ13を回動自在に配置する。
小径側円環部14aの軸方向長さは、位相によって異なる。即ち、小径側円環部14aは、軸方向に長く延出する第1円弧部14dと、第1円弧部14dより短い第2円弧部14eとが、円周方向に60°間隔で、それぞれ3箇所ずつ形成されている。円弧部14d、14eの先端部は、半径方向内方に折り曲げられている。
保持器14は、合成樹脂により形成されてもよく、また金属板をプレス加工して形成されてもよい。円すいころ軸受10に作用する荷重の大きさにもよるが、自己潤滑性、軽量、低摩擦係数、任意形状の成形容易性等を考慮すると、保持器14は合成樹脂製とするのが望ましい。
合成樹脂としては、ポリアミド46やポリアミド66等のポリアミド系樹脂や、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の射出成型可能な高性能エンジニアリングプラスチックが例示される。また、適宜10〜50Wt%の繊維状充填材(ガラス繊維や炭素繊維等)を添加することで、保持器14の剛性を向上させると共に、寸法精度を向上させることができる。
このような円すいころ軸受10は、図3に示すように、自動車用変速機20の軸部22を回転自在に支持する支持部材として使用される。自動車用変速機20は、ハウジング21に外輪12が内嵌する円すいころ軸受10と、内輪11に内嵌するメインシャフト等の軸部22と、軸部22に固定されて円すいころ軸受10の側方に配置される歯車23と、を備える。
軸部22には、軸芯を通って軸方向に形成された油供給路24と、油供給路24から半径方向に形成された油穴25とが設けられており、該油供給路24及び油穴25を介して遠心潤滑によって円すいころ軸受10及び歯車23の歯部23aに潤滑油が供給される。油穴25の開口位置は、半径方向から見て、第1円弧部14dとオーバーラップし、且つ第2円弧部14eとオーバーラップしない位置に設定されている。このため、本実施形態の第1円弧部14dの先端部、即ち、折り曲げられた先端部は、その内周面全域が外輪12の軸方向端面より外側に位置している。
図3に示すように、自動車用変速機20の各部は、図示しない潤滑油ポンプから圧送され、油供給路24及び油穴25を介して半径方向に吐出する潤滑油による遠心潤滑で潤滑される。このとき、軸部22の回転数と保持器14の回転数は異なるため、油穴25と第1円弧部14d及び第2円弧部14eの相対的位相は、軸部22の回転に伴って周期的に変動する。即ち、第1円弧部14dが、油穴25の開口前方(図においては上方)を軸部22の回転に伴って周期的に通過する。
従って、油穴25と第1円弧部14dの位相が一致したとき(油穴25と第1円弧部14dがオーバーラップしたとき)、油穴25から吐出する潤滑油は、主に、第1円弧部14dに当接して図中破線矢印で示すように、円すいころ軸受10に矢印A方向に供給されて円すいころ軸受10を潤滑する。また、油穴25と第2円弧部14eの位相が一致したとき、油穴25から吐出する潤滑油は、主に、図中実線矢印で示すように、第1円弧部14dに当接することなく、第2円弧部14eの側方を通過して矢印B方向に供給され、ハウジング21で方向を変えて歯車23の歯部23aを潤滑する。
上記したように、油穴25から吐出する潤滑油は、長さの異なる小径側円環部14aによって供給部位が変更されるので、潤滑油を円すいころ軸受10または歯車23に分配して供給することが可能となる。図1に示す実施形態においては、第1円弧部14d及び第2円弧部14eが、それぞれ180°(60°×3)ずつ形成されているので、例えば、油穴25から吐出する潤滑油の供給量が、0.2リットル/分とすると、円すいころ軸受10に0.1リットル/分、歯車23に0.1リットル/分が均等に分配されて供給される。
また、図4に示す変形例のように、第1円弧部14dの角度を40°、第2円弧部14eの角度を80°として、それぞれ3つの第1円弧部14dと第2円弧部14eが円周方向に均等に配置されて形成されてもよい。この場合、第1円弧部14dが120°(40°×3)、第2円弧部14eが240°(80°×3)に形成されているので、例えば、油穴25から0.3リットル/分の潤滑油が供給されると、円すいころ軸受10に0.1リットル/分、歯車23に0.2リットル/分の潤滑油が供給される。
上記したように、各部へ供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部14d及び第2円弧部14eの角度によって決まるので、第1円弧部14d及び第2円弧部14eの角度を適宜の角度に設定することにより、供給量を任意の量に制御することができる。これにより、各部に最適量の潤滑油を供給して円すいころ軸受10の引きずりトルクを最小化することが可能となる。更に、潤滑油ポンプの吐出量を減少させ、変速機20のトルクを低減させて自動車の燃費を向上させることができる。また、第1円弧部14d及び第2円弧部14eを円周方向に均等に配置することにより、保持器14の回転によるアンバランスも防止することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る円すいころ軸受及び変速機について、図5を参照して説明する。尚、第2実施形態の円すいころ軸受は、第1実施形態のものと同様であるとし、同等部分については同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。
図5に示すように、変速機20aには、内輪間座30を介して2個の円すいころ軸受10(10A、10B)が、小径側円環部14aを内側にして対向配置されて組み込まれている。段付軸部22の小径部22aには、第1の円すいころ軸受10Aの内輪11、内輪間座30、第2の円すいころ軸受10Bの内輪11が、順に嵌合され、段付軸部22のねじ部22bに螺合するナット31と段付軸部22の段部22cとで挟持されて固定されている。
軸部22には、軸芯を通って軸方向に形成された油供給路24と、油供給路24から半径方向に形成された2つの油穴25とが設けられている。また、内輪間座30にも、2つの油穴25にそれぞれ連通する2つの油穴32が形成されている。2つの油穴32の開口位置は、半径方向から見たとき、第1円弧部14dとオーバーラップし、且つ第2円弧部14eとオーバーラップしない位置に設定されている。
第1及び第2の円すいころ軸受10A、10Bの外輪12,12は、図示しない歯車と噛合する歯車33に内嵌する。歯車33の軸方向中央には、半径方向に貫通して形成された油穴34が形成されている。
図示しない潤滑油ポンプから圧送された潤滑油は、油供給路24、2つの油穴25、及び内輪間座30の2つの油穴32を介して半径方向に吐出し、遠心潤滑によって供給される。このとき、軸部22(内輪間座30)の回転数と保持器14の回転数は異なるため、第1円弧部14dが、油穴25の開口前方(図においては上方)を軸部22の回転に伴って周期的に通過する。
従って、油穴32と第1円弧部14dの位相が一致したとき(油穴32と第1円弧部14dがオーバーラップしたとき)、油穴32から吐出した潤滑油は、第1円弧部14dに当接して図中破線矢印で示すように、矢印C方向に供給されて円すいころ軸受10A,10Bを潤滑する。また、油穴32と第2円弧部14eの位相が一致したとき、油穴32から吐出する潤滑油は、図中実線矢印で示すように、第1円弧部14dに当接することなく、第2円弧部14eを通過して歯車33の油穴34から矢印D方向に供給されて歯車33の歯部33aを潤滑する。
したがって、本実施形態の変速機20aにおいても、潤滑油ポンプの吐出量を減少できると共に、外輪12の周囲に配置された歯車33の歯部33aや円すいころ軸受10A,10Bに最適量の潤滑油を供給して円すいころ軸受10A,10Bを含む変速機20a全体の引きずりトルクを最小化することが可能となり、自動車の燃費を向上させることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態の円すいころ軸受及び変速機について図6を参照して説明する。なお、第1実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
第3実施形態の円すいころ軸受40は、第1円弧部及び第2円弧部が小径側円環部の代わりに、大径側円環部に形成されている点において、第1実施形態のものと異なる。即ち、図6に示すように、円すいころ軸受40の保持器14は、大径側円環部14bに軸方向に長く延設された第1円弧部14fと、第1円弧部14fより軸方向長さが短い第2円弧部14gが、円周方向に均等に配置されて形成されている。なお、本実施形態の第1円弧部14fは、その先端まで軸方向にストレートに延設されており、その先端は、内輪11の軸方向端面より軸方向外側に位置している。
円すいころ軸受40は、大径側円環部14bが、変速機20bの軸部22と一体に形成された歯車23に対向して組み込まれる。軸部22には、軸方向に形成された油供給路24と、油供給路24から半径方向に形成された油穴25とが設けられている。油穴25の開口位置は、半径方向から見たとき、第1円弧部14fとオーバーラップし、且つ第2円弧部14gとオーバーラップしない位置に設定されている。
そして、油穴25から供給される潤滑油は、油穴25の前方が第1円弧部14fによって遮蔽されたとき、破線矢印で示すように第1円弧部14fに案内されて円すいころ軸受40に供給され(矢印E方向)、遮蔽されていないときは、実線矢印で示すように、歯車23の歯部23aに供給されて(矢印F方向)潤滑する。このとき各部に供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部14fと第2円弧部14gが形成された角度によって決まり、第1円弧部14f及び第2円弧部14gの角度を変更することにより任意に設定することができる。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の円すいころ軸受について図7を参照して説明する。なお、第1実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
図7に示すように、第4実施形態の複列円すいころ軸受50は、間座41を介在させて軸部22に外嵌する一対の内輪11A、11Bと、外輪12と、複列の円すいころ13,13と、各列の円すいころ13を回動自在に保持する保持器14A、14Bと、を備える。各内輪11A,11Bは、外周面に形成された内輪軌道面11aと、該内輪軌道面11aの大径側に形成された大つば部11bと、小径側に形成された小つば部11cとを有し、小つば部11cを内側にして間座41を介して対向配置される。
外輪12は、内周面に複列の外輪軌道面12a、12aが形成され、各内輪11A、11Bの内輪軌道面11a、11aと外輪軌道面12a、12aとの間に、複数の円すいころ13,13が転動自在に組み込まれる。各保持器14A、14Bは、第1実施形態と同様の構成を有し、各小径側円環部14aを内側にして組み込まれている。
間座41は、内径部に形成されたリング状溝42と、該リング状溝42から半径方向に貫通して形成された給油穴43a、43bを有する。給油穴43aの開口位置は図中右側の保持器14Aに対応し、給油穴43bの開口位置は図中左側の保持器14Bに対応して、軸方向に離間して形成されている。給油穴43a、43bの開口位置は、それぞれ、半径方向から見たとき、軸方向に長く延設された第1円弧部14dとオーバーラップし、且つ第1円弧部14dより短い第2円弧部14eとオーバーラップしない位置に設定されている。
そして、給油穴43a、43bから供給される潤滑油は、給油穴43a、43bの開口前方が第1円弧部14dによって遮蔽されたとき、破線矢印で示すように第1円弧部14dに案内されて複列円すいころ軸受50の内輪側に供給され(矢印H方向)、遮蔽されていないときは、実線矢印で示すように、外輪側に供給されて(矢印J方向)複列円すいころ軸受50を潤滑する。内輪11及び外輪12に分割して供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部14dと第2円弧部14eの角度範囲によって決まり、任意に設定することができる。
したがって、本実施形態の複列円すいころ軸受50によれば、内輪11A,11B及び外輪12に供給量を任意の量に制御することができ、最適量の潤滑油を供給することで円すいころ軸受50の引きずりトルクを最小化することが可能となる。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
なお、第1〜第4実施形態において、第1円弧部及び第2円弧部の形状は、異なる軸方向長さが設定可能であれば特に限定されず、任意の形状が可能である。例えば、図8に示す保持器14の小径側円環部14aは、第1円弧部14dが先端まで軸方向にストレートに延設され、第2円弧部14eの先端が半径方向内方に折り曲げられて、軸方向長さが異なって形成されている。また、図9に示す保持器14の小径側円環部14aは、軸方向に延設された第1円弧部14dの先端が半径方向内方に折り曲げられ、第2円弧部14eが先端まで短いストレート状に形成されている。更に、図10に示す保持器14の第1円弧部14d及び第2円弧部14eは、いずれも先端までストレート状に形成されている。
また、第1円弧部及び第2円弧部の軸方向長さや、半径方向内方に折り曲げられる部分の長さも、各潤滑部への潤滑油量に応じて任意に設定可能である。
さらに、上記実施形態では、第1円弧部及び第2円弧部が小径側円環部、或いは大径側円環部に形成される場合を示したが、小径側及び大径側円環部の両方に形成されてもよい。
加えて、本発明の遠心潤滑によって潤滑油を内外輪間の軸受空間に供給する開口位置は、本実施形態のように、軸部に形成される開口位置であってもよく、軸部と嵌合する内輪間座に形成される開口位置であってもよい。
(第5実施形態)
次に、ラジアル軸受の他の実施形態であるアンギュラ玉軸受及び該アンギュラ玉軸受を用いた変速機について図11〜図15を参照して詳細に説明する。
図11に示すように、アンギュラ玉軸受60は、外周面に内輪軌道面61aが形成された内輪61と、内周面に外輪軌道面62aが形成された外輪62と、内輪軌道面61a及び外輪軌道面62a間に転動自在に配設された複数の転動体である玉63と、複数の玉63を円周方向に離間させて回動自在に保持する保持器64と、を備える。
図12に示すように、保持器64は、例えば、ポリアミド樹脂で成形された成形保持器や、銅合金によって製作されたもみ抜き保持器であり、一対の円環部65と、一対の円環部65間を連結する複数の柱部66によって、複数のポケット67が円周方向に等間隔で離間して形成されている。複数のポケット67内には、それぞれ玉63が回動自在に配置される。一対の円環部65の一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されている。即ち、一方の円環部65の側面は、軸方向に長く延出する第1円弧部65aと、第1円弧部65aより短い第2円弧部65bとが、円周方向に所定の間隔(例えば、60°間隔)で形成されている。
また保持器は、図13に示すように、冠型保持器であってもよい。冠型保持器64Aは、円環部68と、該円環部68から軸方向に延びる複数の柱部69と、該複数の柱部69から軸方向に突出する一対の爪部70と、を備え、隣接する柱部69に形成された互いに対向する爪部70間にポケット71が形成される。円環部68と柱部69の開口側端部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なり、軸方向に長く形成された第1円弧部69aと、第1円弧部69aより短い第2円弧部69bとが、例えば、交互に形成されている。
このようなアンギュラ玉軸受60は、図14及び図15に示すように、互いに噛合する複数の歯車73,74,75を備えた自動車用変速機72に適用される。即ち、大歯車73は、中空の歯車軸76にスプライン嵌合されており、中間歯車74、小歯車75は、歯車軸77,78と一体形成されている。ギヤ軸76内に配置される貫通軸79、及び歯車軸77,78には、軸芯を通って軸方向に形成された油供給路80がそれぞれ形成されており、歯車軸76,77,78及び貫通軸79には、油供給路80から半径方向に形成された油穴81が形成されている。そして、歯車軸76,77,78及び貫通軸79をハウジング82に対して回転自在に支持する各軸受は、遠心潤滑により油供給路80及び油穴81から供給された潤滑油によって潤滑される。
ここで、これらの軸受のうち、歯車軸77,78を支持する軸受に本実施形態のアンギュラ玉軸受60が使用されている。歯車軸77,78において、油穴81の開口位置は、半径方向から見て、保持器64の第1円弧部65aとオーバーラップし、且つ第2円弧部65bとオーバーラップしない位置に設定されている。
自動車用変速機72の各部は、油供給路80及び油穴81を介して吐出する潤滑油による遠心潤滑で潤滑されるが、歯車軸77,78の回転数と保持器64の回転数は異なるため、油穴81と第1円弧部65a及び第2円弧部65bの相対的位相は、歯車軸77,78の回転に伴って周期的に変動する。これにより、油穴81と第1円弧部65aの位相が一致したとき、油穴81から吐出する潤滑油は、主に、第1円弧部65aに当接して矢印K方向に供給されてアンギュラ玉軸受60を潤滑する。また、油穴81と第2円弧部65bの位相が一致したとき、油穴81から吐出する潤滑油は、主に、第2円弧部65bの側方を通過して矢印L方向に供給され、歯車73,74,75の歯部73a,74a,75aを潤滑する。
上記したように、アンギュラ玉軸受60及び歯車73,74,75の歯部73a,74a,75aへ供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部65a及び第2円弧部65bの角度によって決まり、第1円弧部65a及び第2円弧部65bの角度を適宜の角度に設定することにより、供給量を任意の量に制御することができる。
具体的には、歯車73,74,75の歯部73a,74a,75aへ供給される潤滑油の供給量が多すぎると、隣接配置された複数のギヤ73,74,75で囲まれた小さな空間Sに潤滑油が滞留したり、或いは、ハウジング82の底部に過度な潤滑油が貯まって(図14参照)、該潤滑油の攪拌抵抗が増大する。しかし、第1円弧部65a及び第2円弧部65bの角度を適宜の角度に設定して歯車73,74,75の歯部73a,74a,75aへの潤滑油供給量を最適量に制御することによって、自動車用変速機72の伝達効率を向上させ、自動車の燃費を向上させることができる。尚、第1円弧部65a及び第2円弧部65bを円周方向に均等に配置することにより、保持器64の回転によるアンバランスも防止することができる。
(第6実施形態)
次に、スラスト軸受の実施形態であるスラスト玉軸受、及び該スラスト玉軸受を用いた変速機について図16〜図18を参照して詳細に説明する。
図16に示すように、スラスト玉軸受80は、側面に軌道面81aが形成された内輪(軸軌道盤)81と、側面に軌道面82aが形成された外輪(ハウジング軌道盤)82と、該内外輪82、82の軌道面81a、82a間に転動自在に配置される転動体である複数の玉83と、複数のポケット88内にそれぞれ玉83を回動自在に配置する保持器84と、を備える。
保持器84は、図17に示すように、例えば、銅合金などで製作されたもみ抜き保持器であり、環状の内径側及び外径側端部85,86と、これら内径側及び外径側端部間を結ぶ柱部87によって、軸方向に貫通する複数のポケット88が、円周方向に等間隔で離間して設けられている。保持器84の少なくとも一方の端部(図17に示す実施例においては内径側端部85)は、その径方向長さが位相によって異なっている。即ち、保持器84の内径側端部85は、直径が小さな第1円弧部85aと、第1円弧部85aより直径が大きな第2円弧部85bとが、円周方向に所定の間隔(例えば、60°間隔)で形成されている。
このようなスラスト玉軸受80は、図18に示すようなハーフトロイダル型無段変速機90のパワーローラ101を支持する支持部材として使用される。尚、図に示すハーフトロイダル型無段変速機90に配設されたスラスト玉軸受80は、内輪を後述するパワーローラ101によって形成される。
先ず、ハーフトロイダル型無段変速機90の概略構成について説明する。ハーフトロイダル型無段変速機90は、入力側回転軸91の両端部に1対の入力側ディスク92が、ボールスプライン93を介して支持されている。従って、これら両入力側ディスク92は、入力側回転軸91の回転に伴って同期回転する。また、入力側回転軸91の中間部には、出力歯車94が入力側回転軸91に対して相対回転自在に支持されている。出力歯車94の中心部に設けられた円筒部95には、1対の出力側ディスク96がスプライン係合して連結されている。従って、これら両出力側ディスク96は、出力歯車94と共に、同期回転する。
出力歯車94は、ハウジング97に対してアンギュラ玉軸受60を介して回動自在に支持されている。アンギュラ玉軸受60は、図11に示す第5実施形態において既に説明したものであり、保持器64の一対の円環部65の一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されており、軸方向に長く延出する第1円弧部65aと、第1円弧部65aより短い第2円弧部65bとが、円周方向に所定の間隔で形成されている。
図中左側に配置された入力側ディスク92には、ローディングカム式の押圧装置98を介して駆動軸100から動力が伝達される。これにより、入力側回転軸91の両端部に支持された一対の入力側ディスク92が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転する。
各入力側ディスク92と各出力側ディスク96は、それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持され、各入力側ディスク92と各出力側ディスク96との間には、それぞれ複数のパワーローラ101が挟持されている。これら各パワーローラ101は、それぞれトラニオン102の内側面に、支持軸103及び複数のスラスト玉軸受80,スラストニードル軸受104を介して、回転自在に支持されている。
スラスト玉軸受80は、パワーローラ101に加わるスラスト荷重を支承すると共に、該パワーローラ101を回転自在に支持する。また、スラストニードル軸受104は、トラニオン102の内側面と外輪82の外側面との間に配置されており、パワーローラ101から外輪82に作用するスラスト負荷を支承すると共に、パワーローラ101及び外輪82の支持軸103を中心とする揺動を許容する。
スラスト玉軸受80は、図16に示す内輪81をパワーローラ101によって構成され、パワーローラ101の内側面に軌道面101aが形成されている。その他の構成は、図16及び図17に示すものと同等であり、保持器84の内径側端部85は、その径方向長さが位相によって異なっている。即ち、保持器84の内径側端部85は、直径が小さな第1円弧部85aと、第1円弧部85aより直径が大きな第2円弧部85bとが、円周方向に所定の間隔(例えば、60°間隔)で形成されている。
また、パワーローラ101は、ラジアルニードル軸受105によって支持軸103に回動自在に支持されている。なお、出力歯車94をハウジング97に対して回動自在に支持するアンギュラ玉軸受60及びスラスト玉軸受80については、第5、6実施形態と同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。
各トラニオン102は、入力側ディスク92及び出力側ディスク96の回転中心軸に対して捻れの位置にあり、それぞれ両端部に互いに同心的に設けられた一対の枢軸102aを中心に揺動変位自在である。これら各トラニオン102を傾斜させる動作は、該枢軸102aの一端に設けられた油圧式アクチュエータ(図示せず)を作動させて、各トラニオン102を枢軸102aの軸方向(図18において紙面に垂直方向)に変位させることで行う。
即ち、入力側回転軸91と出力歯車94との間の変速比を変えるべく、各トラニオン102の傾斜角度を変えるには、図示しないアクチュエータによって各トラニオン102を互いに逆方向に、例えば、図中の右側のパワーローラ101を紙面の裏面側に、左側のパワーローラ101を紙面の表面側に、それぞれ変位させる。この結果、各パワーローラ101と、入力側、出力側各ディスク92、96との当接位置が変化して、入力側回転軸91と出力歯車94との間の回転変速比が変化する。
スラスト玉軸受80を潤滑する潤滑油は、各トラニオン102の内側面を通過する油供給路106から外輪82に形成された給油穴107を介して供給される。給油穴107は、軸方向から見たときスラスト玉軸受80の保持器84の第1円弧部85aとオーバーラップし、且つ第2円弧部85bとは全体ではオーバーラップしない位置に配置されている。
潤滑油量を最適化することは、ハーフトロイダル型無段変速機90においても当然要求されるが、最も厳しい使用部位であるパワーローラ101の軸受部に確実に潤滑油を供給しなければならない。しかし、外輪82に多数の給油穴を設けることは強度上好ましくない。
本実施形態のスラスト玉軸受80によれば、外輪82の給油穴107と、第1円弧部85a及び第2円弧部85bの相対的位相が周期的に変動するので、給油穴107と第1円弧部85aの位相が一致したとき、給油穴107から吐出する潤滑油は、主に、第1円弧部85aに当接して矢印M方向に供給されてスラスト玉軸受80の外輪軌道面81aを潤滑する。また、給油穴107と第2円弧部85bの位相が一致したとき、給油穴107から吐出する潤滑油は、主に、第2円弧部85bの側方を通過して矢印N方向に供給され、スラスト玉軸受80の内輪軌道面101a及びラジアルニードル軸受105を潤滑する。
上記したように、スラスト玉軸受80及びニードル軸受105へ供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部85a及び第2円弧部85bの角度を適宜の角度に設定することにより、供給量を任意の量に制御することができる。
また、出力歯車94を回動自在に支持するアンギュラ玉軸受60への潤滑油は、入力側回転軸91に形成された油供給路108、油穴109、出力歯車94の円筒部95に形成された給油穴110、及び出力歯車94の側面とアンギュラ玉軸受60の側面との隙間である給油路111を通って供給される。この給油路111は、保持器64の第1円弧部65aによって遮られ、且つ第2円弧部65bによっては遮られない。
これにより、給油路111と第1円弧部65aの位相が一致したとき、給油路111を通る潤滑油は、主に、第1円弧部65aに当接して矢印P方向に供給されてアンギュラ玉軸受60を潤滑する。また、給油路111と第2円弧部65bの位相が一致したとき、給油路111を通る潤滑油は、主に、第2円弧部65bの側方を通過して矢印S方向に供給され、出力歯車94の歯部を潤滑する。上記したように、アンギュラ玉軸受60及び出力歯車94の歯部へ供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部65a及び第2円弧部65bの角度を適宜の角度に設定することにより、供給量を任意の量に制御することができる。
(第7実施形態)
次に、スラスト軸受の他の実施形態であるスラストニードル軸受、及び該スラストニードル軸受を用いた変速機について図19〜図21を参照して詳細に説明する。
図19に示すように、本実施形態のスラストニードル軸受120は、軌道面がそれぞれ側面に形成された円盤状の内輪121及び外輪122と、転動体である複数のニードルころ123と、複数のニードルころ123を放射状に配置して回動自在に保持する保持器124と、を備える。
図20に示すように、保持器124は、例えば、銅合金で製作された円盤状部材であり、円周方向に等間隔で離間して軸方向に貫通する複数のポケット125が放射状に形成されている。複数のポケット122には、ニードルころ123が回動自在に配設されて内輪121と外輪122との間に配置されている。保持器124の内径側端部126は、直径が小さな第1円弧部126aと、第1円弧部126aより直径が大きな第2円弧部126bとが、円周方向に所定の間隔(例えば、60°間隔)で形成されている。
図21は、このようなスラストニードル軸受120が使用される遊星歯車式変速機130の後段ユニットを示す。このユニットでは、キャリア131は、出力軸132の基端部(図20の左端部)に結合固定されている。伝達軸133の先端寄り(図20の右端寄り)部分には、太陽歯車134が固設されている。太陽歯車134の周囲にリング歯車135を配置し、該リング歯車135とケーシング136等の固定の部分との間に、高速用クラッチ137を設けている。更に、リング歯車135と太陽歯車134との間に配置した複数組の遊星歯車138、139は、キャリア131に回転自在に支持される。これら各遊星歯車138、139は、互いに噛合すると共に、遊星歯車138は太陽歯車134に、また遊星歯車139はリング歯車135に、それぞれ噛合している。
高速用クラッチ137が切断しているとき、遊星歯車式変速機130の図示しない前段ユニットによって回転駆動されるリング歯車135と共に回転するハブ140は、キャリア131の側壁部131aと、ケーシング136のピストン141が摺動する部材142との間に一対のスラストニードル軸受143,120を介して配置されている。また、出力軸132は、ラジアルニードル軸受144によってケーシング部材142に対して回転自在に支持されている。尚、ラジアルニードル軸受144は、設計上の制約から、袋穴状の空間に配置されている。
これらスラストニードル軸受143、120及びラジアルニードル軸受144は、伝達軸133に設けられた油供給路145及び油穴146を介して、出力軸128に設けられた給油穴147から潤滑油を吐出させて潤滑する。また、スラストニードル軸受143,120のうち、ハブ140とケーシング部材142との間には、上述した本実施形態のスラストニードル軸受120が適用されている。このため、スラストニードル軸受120の保持器121の第1円弧部126aが、給油穴147から吐出する潤滑油を遮る位置に配置され、第2円弧部126bは潤滑油を遮らないように配置される。
これにより、給油穴147と第1円弧部126aの位相が一致したとき、給油穴147から吐出する潤滑油は、主に、第1円弧部126aに当接して矢印T方向に供給されてスラストニードル軸受120を潤滑する。また、給油穴147と第2円弧部126bの位相が一致したとき、潤滑油は、主に、第2円弧部126bの側方を通過して矢印U方向に供給され、ラジアルニードル軸受144を潤滑する。上記したように、スラストニードル軸受120及びラジアルニードル軸受144へ供給される潤滑油の供給量は、第1円弧部126a及び第2円弧部126bの角度を適宜の角度に設定することにより、供給量を任意の量に制御することができる。
上記の実施形態においては、ラジアルニードル軸受144が袋穴状の空間に配置されて潤滑油の逃げ道がないので、潤滑油が貯まり易い。従って、第2円弧部126bの角度を小さくして、ラジアルニードル軸受144への潤滑油の供給量を少なくすることが望ましい。この場合、スラストニードル軸受120を潤滑して矢印T方向に流れる潤滑油は、図示しないオイルパンに排出されるので、攪拌抵抗が増大することはない。
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、スラストニードル軸受に適用した例について説明したが、円筒ころ軸受、ラジアルニードル軸受、ワンウェイクラッチ等、変速機内に使用されるすべての軸受について適用することができ、同様の効果を奏する。
また、上記実施形態では、保持器の一方の端部が、ラジアル軸受の場合はその軸方向長さが、スラスト軸受の場合はその径方向長さが位相によって異なるように形成されているが、保持器の両方の端部が、ラジアル軸受の場合はその軸方向長さが、スラスト軸受の場合はその径方向長さが位相によって異なるように形成されてもよい。
(a)は、本発明の第1実施形態である円すいころ軸受の側面図であり、(b)は、(a)のI−I線における断面図である。 図1における保持器の小径側円環部の部分斜視図である。 図1に示す円すいころ軸受が組み込まれた変速機の要部縦断面図である。 円すいころ軸受の変形例を示す側面図である。 本発明の第2実施形態の円すいころ軸受が組み込まれた変速機の要部縦断面図である。 本発明の第3実施形態の円すいころ軸受が組み込まれた変速機の要部縦断面図である。 本発明の第4実施形態の円すいころ軸受の要部縦断面図である。 第1円弧部及び第2円弧部の形状の一例を示す斜視図である。 第1円弧部及び第2円弧部の他の形状を示す斜視図である。 第1円弧部及び第2円弧部の更に他の形状を示す斜視図である。 本発明の第5実施形態のアンギュラ玉軸受の要部縦断面図である。 図11に示すアンギュラ玉軸受のもみ抜き保持器の側面図である。 図11に示すアンギュラ玉軸受の冠型保持器の斜視図である。 図11に示すアンギュラ玉軸受によって回転自在に支持された複数のギヤの配置を示す側面図である。 図14におけるXV−XV線における断面図である。 本発明の第6実施形態のスラスト玉軸受の部分破断斜視図である。 図16に示すスラスト玉軸受の保持器の平面図である。 スラスト玉軸受が組み込まれたハーフトロイダル無段変速機の断面図である。 本発明の第7実施形態であるスラストニードル軸受の保持器の平面図である。 図19に示すスラストニードル軸受の保持器の斜視図である。 図19に示すスラストニードル軸受が組み込まれた遊星歯車式変速機の要部縦断面図である。
符号の説明
10,40 円すいころ軸受(ラジアル軸受)
11 内輪
12 外輪
13 円すいころ
14 保持器
14a 小径側円環部
14b 大径側円環部
14c 柱部
14d,14f 第1円弧部
14e,14g 第2円弧部
15 ポケット
20,20a,20b 変速機
22 軸部
23,33 歯車
50 複列円すいころ軸受(円すいころ軸受)
60 アンギュラ玉軸受(ラジアル軸受)
61,81,121 内輪
62,82,122 外輪
63,83 玉(転動体)
64 もみ抜き保持器(保持器)
64A 冠型保持器(保持器)
65 円環部
65a、69a、85a、126a 第1円弧部
65b、69b、85b、126b 第2円弧部
67,88,125 ポケット
68 円環部
69 柱部
70 爪部
72 自動車用変速機
80 スラスト玉軸受
84,124 保持器
90 ハーフトロイダル型無段変速機
92 入力側ディスク
96 出力側ディスク
101 パワーローラ
102 トラニオン
120 スラストニードル軸受
123 ニードルころ
130 遊星歯車式変速機

Claims (11)

  1. 内輪と、外輪と、該内外輪間に配置される複数の転動体と、径方向に貫通する複数のポケットを形成し、該複数のポケット内に前記転動体を転動自在に配置する保持器と、を備えるラジアル軸受であって、
    前記保持器の少なくとも一方の端部は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とするラジアル軸受。
  2. 前記保持器は、円環部と、該円環部から軸方向に延びる複数の柱部と、該複数の柱部それぞれに形成され、前記柱部から軸方向に突出する一対の爪部と、を備え、
    前記各ポケットは、隣接する前記柱部に形成された互いに対向する前記爪部間に形成された開口部を有し、
    前記円環部と前記柱部の開口側端部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のラジアル軸受。
  3. 前記保持器は、一対の円環部と、該一対の円環部間を連結する複数の柱部によって前記複数のポケットを形成し、
    前記一対の円環部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のラジアル軸受。
  4. 前記転動体は、玉又は円筒ころであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のラジアル軸受。
  5. 前記転動体は、円すいころであり、
    前記保持器は、小径側円環部、大径側円環部、及び前記両円環部間を連結する複数の柱部によって複数のポケットを形成し、
    前記小径側円環部と前記大径側円環部の少なくとも一方は、その軸方向長さが位相によって異なるように形成されることを特徴とする請求項1に記載のラジアル軸受。
  6. 遠心潤滑によって供給される潤滑油は、前記軸方向長さが位相によって異なる前記小径側円環部によって前記内外輪に供給されることを特徴とする請求項5に記載のラジアル軸受。
  7. 前記保持器が樹脂製であることを特徴とする請求項5に記載のラジアル軸受。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載のラジアル軸受と、前記内輪に内嵌される軸部と、前記外輪又は前記軸部の周囲に配置される歯車と、を備えることを特徴とする変速機。
  9. 前記ラジアル軸受は、請求項5〜7のいずれかに記載のラジアル軸受であり、
    前記小径側円環部は、遠心潤滑によって潤滑油を前記内外輪間の軸受空間に供給する開口位置と半径方向から見てオーバーラップする第1円弧部と、該開口位置とオーバーラップしない前記第1円弧部より短い第2円弧部と、を有することを特徴とする請求項8に記載の変速機。
  10. 内輪と、外輪と、該内外輪間に配置される複数の転動体と、軸方向に貫通する複数のポケットを形成し、該複数のポケット内に前記転動体を転動自在に配置する保持器と、を備えるスラスト軸受であって、
    前記保持器の少なくとも一方の端部は、その径方向長さが位相によって異なるように形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
  11. それぞれの内側面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、
    前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間に挟持されるパワーローラと、
    前記入力側ディスクおよび前記出力側ディスクの回転中心軸に対して捻れの位置にあり且つ互いに同心的に設けられた一対の枢軸を中心に揺動するとともに、前記各パワーローラを回転自在に支持するトラニオンと、
    前記内輪が前記パワーローラによって形成され、前記パワーローラに加わるスラスト方向の荷重を支承する請求項10に記載の前記スラスト軸受と、
    を備えることを特徴とするハーフトロイダル型無段変速機。
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