JP2009068677A - 保持器付き針状ころ用保持器および保持器付き針状ころ - Google Patents

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Abstract

【課題】保持器付き針状ころ用の保持器の高速回転下における耐久性を向上させる。
【解決手段】保持器付き針状ころ用保持器14は、軸方向に離間した一対の環状部16と、円周方向に所定間隔で位置し環状部どうしを連結する柱部18とからなり、隣り合った柱部18間に、四隅に円周方向に陥入したぬすみ22を設けたポケット20を形成し、ポケット20のぬすみ深さd1と最小柱幅Pminを、式Pmin/5 ≦ d1 ≦ Pmin/3が成立するように設定し、かつ、ぬすみ深さd1とぬすみの曲率半径Rを、式d ≦ R ≦ 2d1が成立するように設定してある。
【選択図】図1

Description

この発明は保持器付き針状ころの保持器に関し、トランスミッション用遊星歯車などの高速回転下で使用される保持器付き針状ころに利用することができる。
保持器付き針状ころ(needle roller and cage assembly)は、針状ころを保持器に分離しないように組み付けたもので、ラジアル形とスラスト形があるが、ここではラジアル形を対象とする。
一般に、自動車のトランスミッションには遊星歯車装置が用いられ、遊星歯車装置の遊星歯車を支持するための軸受として保持器付き針状ころが使用されている。保持器付き針状ころは、多数の針状ころと保持器とで構成され、支持軸の外周面を内側軌道面とし、遊星歯車の内周面を外側軌道面として利用することから、トランスミッションのコンパクト化に寄与している。
特開2004−232726号公報 特許第3735160号公報 特開平11−51060号公報
トランスミッションなどの遊星歯車に使用される軸受は、ギアからの荷重に加えて、公転運動により遠心力が作用する。このため、高速回転特有の現象として、ころに作用する遠心力が高くなり、ころと保持器が衝突する際の保持器に発生する応力が大きくなり、保持器の強度や耐久性上問題があった。
そこで、この発明の目的は、保持器付き針状ころの保持器の高速回転下における耐久性を向上させることにある。
ところで、特許文献2には、保持器のポケットの隅に、円周方向に陥入したぬすみを設け、ぬすみ深さをころ径の5%と設定することが記載されている。しかし、この数値では応力低減の効果が十分でないことが判明した。
また、特許文献3には、保持器端面方向に陥入したぬすみを設けることが記載されている。ぬすみの陥入が端面方向であれ周方向であれ応力が低減する効果に関する限りは大差ないかもしれないが、特許文献3のものは円すいころ軸受であり、針状ころ軸受とは保持器に作用する荷重が異なる。まず、円すいころ軸受の場合、内輪または外輪でころの軸方向の荷重を受けるため、保持器はころから軸方向の荷重を受けない。そのため、ぬすみを保持器端面側に陥入させても保持器が破損する心配がなく、周方向の荷重が作用した場合の発生応力を低減させることができる。針状ころ軸受、とりわけ保持器付き針状ころの場合、内輪および外輪がないため、保持器はころから軸方向、周方向の荷重を受ける。回転するころが保持器と接触することで、保持器が摩耗するいわゆる「ドリリング摩耗」が発生する。そのため、端面側のストレート部をできるだけ長くしてころと保持器の接触面圧を下げる必要がある。
この発明の保持器付き針状ころ用保持器は、軸方向に離間した一対の環状部と、円周方向に所定間隔で位置し前記環状部どうしを連結する柱部とからなり、隣り合った柱部間に、四隅に円周方向に陥入したぬすみを設けたポケットを形成した保持器であって、前記ポケットのぬすみ深さd1と最小柱幅Pminを、式Pmin/5 ≦ d1 ≦ Pmin/3が成立するように設定し、かつ、ぬすみ深さd1とぬすみの曲率半径R、ポケット幅wを、式d1 ≦ R ≦ 2d1が成立するように設定したことを特徴とするものである。
保持器の応力を下げるには、高い応力が発生するポケットの隅の丸みの曲率半径を大きくすることが有効であるが、設計上ぬすみ深さを大きくしないと曲率半径を大きくすることはできない。しかし、曲率半径を大きくすると最小柱幅の寸法が小さくなり、保持器の強度が落ちることになる。ぬすみ深さ、曲率半径を変えた保持器のFEM解析を実施し、上記の式を満たす値が、柱強度を確保しつつ、ぬすみ部分に発生する応力を低減できる寸法であることを確認した。
保持器付き針状ころは、多数の針状ころと保持器とで構成され、支持軸の外周面を内側軌道面とし、遊星歯車の内周面を外側軌道面として利用するようになっている。一例として、トランスミッション用遊星歯車装置の遊星歯車を支持する軸受として利用することができる。針状ころは、通常、直径が5mm以下で、端面は平坦面である。
この発明によれば、保持器の板厚を増加させることなく柱強度を確保するとともに、ポケットのぬすみ部の局部応力を緩和することができる。したがって、遠心力が増加する高速回転下においても保持器の破損を防ぐことができ、軸受の耐久性が向上する。
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、保持器付き針状ころの使用例として遊星歯車装置について簡単に述べる。遊星歯車装置は、図4(A)に示すように、内歯を有するリングギア2と、外歯を有する太陽ギア4と、リングギア2および太陽ギア4と噛み合った3つの遊星歯車6と、各遊星歯車6を回転自在に支持するピニオンシャフト8aをもち自らも回転可能なキャリヤ8とで構成されている。
図4(B)に示すように、保持器付き針状ころ10はピニオンシャフト8aと遊星歯車6の間に組み込んである。保持器付き針状ころ10は、複数の針状ころ12と、それらを円周方向に所定間隔に保持する保持器14とからなり、ピニオンシャフト(内輪)8aと遊星歯車(外輪)6との間に配置され、遊星歯車6をピニオンシャフト8a上に回転自在に支持している。そして、ピニオンシャフト8aの外周面が針状ころ12のための内側軌道面となり、遊星歯車6の内周面が針状ころ12のための外側軌道面となる。ピニオンシャフト8aの内部には、外部から潤滑油を導くための油路8bが形成してある。針状ころ12は、直径が5mm以下で、端面は平坦面(図2(C)および図4(B)参照)とするほか、種々形状のものが知られている。
保持器14は、図2に示すように、一対の環状部16を複数の柱部18で連結した構成を有している。隣接する柱部18の間の空間が針状ころ12を収容するための空間すなわちポケット20となる。柱部18の断面形状は概ねM字形である(図2(C))。このような断面形状を有することからこの保持器14はM型保持器と呼ばれる。軸線方向中央に、縮径した、言い換えれば保持器14の軸芯側に寄った縮径部18aを有し、この縮径部18aの軸線方向両側から環状部16にかけての、縮径部18aから見て拡径した部分の外周面を案内面18bとしている。つまり、この保持器14は回転時、遊星歯車6(図4)の内周面で案内されるいわゆる外輪案内で用いられる。
ポケット20の平面形状は図1に示すとおりである。ポケット20は、保持器14の円周方向を短辺、軸方向を長辺とする概ね長方形状で、短辺の長さをポケット幅と呼び、符号wはポケット幅寸法を表している。長辺は針状ころ12の案内をする。ポケット20の四隅に、円周方向に陥入した曲率半径Rのぬすみ22が形成してあり、符号d1はぬすみ22の円周方向への寸法すなわちぬすみ深さを表している。長辺には2箇所にぬすみ24が形成してあり、このぬすみ24のぬすみ深さもぬすみ22と同じぬすみ深さd1としてある。ぬすみ深さd1は柱部18から見ると最小柱幅を規定し、図1(B)に示すように符号Pminは最小柱幅寸法を表している。つまり、ぬすみ深さd1と最小柱幅Pminはトレードオフの関係にある。
ぬすみ深さd1とぬすみ22の曲率半径Rは、次の式(1)を満足するように設定する。
d1 ≦ R ≦ 2d1 …(1)
また、ぬすみ深さd1と最小柱幅Pminが式(2)を満たすように設定する。
Pmin/5 ≦ d1 ≦ Pmin/3 …(2)
式(1)によりぬすみ深さd1を大きくすると最小柱幅Pminが小さくなり、ぬすみ22部分の応力が高くなる。そのため、式(2)によりぬすみ22の曲率半径Rを大きく取ることにより、応力を緩和する。ぬすみ深さd1が十分でない状態で曲率半径Rを大きくしようとすると、針状ころ12とポケット20の周壁が干渉するため(図3参照)、ぬすみ深さd1の寸法規定が必要となる。
ここで、図3(A)はぬすみがまったくない例、図3(B)はぬすみ22はあるがぬすみ深さd1が小さい場合の例、図3(C)はぬすみ深さd1が大きい場合の例を示している。各図中、実線はポケット20の輪郭を表し、破線はころの輪郭を表している。
以上のようにして、保持器14の板厚を増加させることなく、柱部18の強度を確保するとともに、ぬすみ22の曲率半径Rおよびぬすみ22部分の局部応力を緩和することができる。したがって、遠心力が増加する高速回転下においても保持器14の破損を防ぐことができ、軸受の耐久性が向上する。
保持器14のぬすみ深さd1とぬすみ22の曲率半径Rを変えた比較例の保持器と実施例の保持器とについて、高速回転時の強度試験を行なったところ、表1に示すような結果を得た。試験条件は表2に示すとおりである。
Figure 2009068677
表1中、応力比とは、ぬすみ深さd1:0.3mm、ぬすみ曲率半径R:0.5mmの仕様(比較例2)における応力を基準として、それに対する比較例、実施例の保持器の応力の比で、応力比の値が小さい方が保持器強度は高くなる。当該応力は、ポケット20のぬすみ22部分で測定した応力を意味する。保持器20の最大応力が発生する部位すなわち保持器の最弱部がぬすみ22部分であるため、その部分の応力値を比較したものである。
Figure 2009068677
表1における比較例1および比較例2ならびに実施例3を使用して、3種類の試験条件で試験を行なった結果、表2に示すように、比較例1および比較例2はいずれの試験条件下でも破損に至った。具体的には、比較例1および比較例2の保持器はどの条件でもポケットのぬすみ部分が破損した。これに対して実施例3の保持器は、比較例1および比較例2が破損した時間と同時間で試験をしても破損せず、継続使用が可能な状態であった。
(A)は実施の形態を説明するための保持器のポケットの展開平面図、(B)は保持器の一部分の展開平面図である。 (A)は保持器の正面図、(B)は斜視図、(C)は保持器付きころの断面図である。 (A)(B)(C)はポケットのぬすみ部分の拡大図である。 (A)は遊星歯車装置の略図、(B)は遊星歯車を支持する軸受部分の断面図である。
符号の説明
10 保持器付き針状ころ
12 針状ころ
14 保持器
16 環状部
18 柱部
20 ポケット
22 ぬすみ
24 ぬすみ

Claims (5)

  1. 軸方向に離間した一対の環状部と、円周方向に所定間隔で位置し前記環状部どうしを連結する柱部とからなり、隣り合った柱部間に、四隅に円周方向に陥入したぬすみを設けたポケットを形成した保持器であって、前記ポケットのぬすみ深さd1と最小柱幅Pminを、式Pmin/5 ≦ d1 ≦ Pmin/3が成立するように設定し、かつ、ぬすみ深さd1とぬすみの曲率半径Rを、式d1 ≦ R ≦ 2d1が成立するように設定した保持器付き針状ころ用保持器。
  2. 請求項1の保持器を有する保持器付き針状ころ。
  3. 針状ころの端面がF端面である請求項2の保持器付き針状ころ。
  4. 針状ころの直径が5mm以下である請求項3の保持器付き針状ころ。
  5. トランスミッション用遊星歯車装置用である請求項2から4のいずれか1項の保持器付き針状ころ。
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