JP2009097527A

JP2009097527A - 軸受構造

Info

Publication number: JP2009097527A
Application number: JP2007266695A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kikukawa; 大輔菊川; Takashi Suzumura; 敬鈴村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: WO2009048029A3; DE112008002352B4; US8246254B2; US20110176760A1; JP5040575B2; WO2009048029A2; CN101821518B; CN101821518A; DE112008002352T5

Abstract

【課題】回転軸からの軸受の脱落を抑制しつつ、回転軸の疲労強度を上昇させることのできる軸受構造を提供する。
【解決手段】軸受構造１０５は、入力軸１０１と入力軸１０１に固定された固定シーブ片と入力軸１０１の軸線方向に沿って移動する可動シーブ片と可動シーブ片を駆動するピストン機構とを備える無段変速機に採用される。軸受構造１０５は、ピストン機構に隣接する入力軸１０１の端部を回転可能に支持するものであって、入力軸１０１のラジアル方向から挟むように支持されて転動可能なボール１０５ｆと、入力軸１０１の外周に圧入されるインナレース１０５ａとを備え、同インナレース１０５ａは、ボール１０５ｆを転動可能に支持する支持部１０５ｂと、支持部１０５ｂから入力軸１０１の軸線方向に延設されるとともに軸部１０１ａの外周に圧入された延設部１０５ｄとを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、スラスト荷重を受ける状態で回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造に関する。

オートマチックトランスミッションの一つとして無段変速機が知られている。この機構は、内燃機関からの動力が入力される入力軸に設けられた入力軸シーブと、同入力軸に入力された動力を駆動輪へと出力する出力軸に設けられた出力軸シーブとを備える。また、各々のシーブは、油圧室において発生する油圧により軸方向に沿って位置が変更されるピストンが設けられた可動シーブ片と、軸方向に沿った位置の変更が不可能な様態で入力軸若しくは出力軸に結合された固定シーブ片とを備えている。これらシーブ片の間には略Ｖ字型のシーブ溝が形成されるとともに、入力軸シーブ及び出力軸シーブのシーブ溝にＶベルトが掛架される。このように構成された無段変速機においては、各々のシーブのシーブ溝にＶベルトが掛架される半径を連続的に変化させることによって、変速比の無段階での変更が実現されている。

上述のような無段変速機の入力軸及び出力軸は、可動シーブ片若しくは固定シーブ片に接続された軸部に圧入されたラジアル軸受によってその一端が回転可能に支持されている。また、油圧室で発生する油圧等によるスラスト荷重が作用することにより同軸受が回転軸から脱落することを防ぐために、例えば特許文献１においては回転軸の端部にナットを螺着している。

詳しくは図３（ａ）に示されるように、ラジアル軸受３３はインナレース３３ａとアウタレース３３ｂとこれらに挟持されたボール３３ｃとを備えている。固定シーブ片に接続された軸部３２の一端にはラジアル軸受３３のインナレース３３ａが圧入されている。さらに、軸部３２においてインナレース３３ａの圧入部よりも端部側にはねじ部３２ｄが形成され、同ねじ部３２ｄにナット３４のねじ部３４ｄが噛合されている。

また特許文献２には、図３（ｂ）に示されるように、軸受固定のためのナットを廃止した構成であって、ラジアル軸受４３を構成するインナレース４３ａの内周にねじ部４３ｄが形成されるとともに、固定シーブ片に接続された軸部４２の外周にねじ部４２ｄが形成され、これらねじ部４３ｄ，４２ｄが噛合される軸受構造が記載されている。
特開２０００−２２０７１０号公報特開２００６−１３２７０３号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載の軸受構造においては、軸部３２，４２の外周に形成されたねじ部３２ｄ，４２ｄのねじ溝の断面形状が切欠き状となっているため、ねじ溝の底部に応力集中が生じることとなる。このような応力集中が生じると同底部を起点として亀裂が生じやすくなり軸部３２，４２の疲労強度が低下する。

なお、こうした問題は無段変速機の軸受構造に限られるものではなく、スラスト荷重を受ける状態で回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造であれば、概ね共通して発生し得る。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸からの軸受の脱落を抑制しつつ、回転軸の疲労強度を上昇させることのできる軸受構造を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
一般に軸受は、その軸受が支持する回転軸と回転軸の取り付け部位との間に発生する摩擦を低減するために用いられている。このうち、回転軸に垂直な方向に作用する荷重であるラジアル荷重に対応する軸受をラジアル軸受という。回転軸の軸線方向に作用する荷重であるスラスト荷重が負荷された状態でこのラジアル軸受が回転軸を支持している場合、その荷重に起因して軸受が回転軸から脱落する虞がある。

この点請求項１に記載の構成によれば、転動体の支持部から回転軸の軸線方向に延設されるとともに回転軸の外周に圧入された延設部を備えるため、ナットを設けない場合であっても同延設部においてスラスト荷重に抗する力を発生させることができる。したがって、応力集中が生じる切欠き状のねじ部を回転軸の外周に設ける必要がないため、回転軸の疲労強度を上昇させることができる。ここで、転動体の支持部を回転軸の外周に圧入する構成にあっては、圧入による支持部の変形によって転動体の摩擦が大きくなることを抑制する必要があるため、圧入代を大きくしてスラスト荷重に抗することのできる力を発生させることができない。これに対して上記構成によれば、転動体の支持部から延設された延設部が回転軸の外周に圧入されているため、同延設部の圧入代を大きくしたとしても支持部の変形を抑制すること、及びスラスト荷重に抗することのできる力を発生させることが可能となる。その結果、回転軸からの軸受の脱落を抑制しつつ、回転軸の疲労強度を上昇させることができる。なお、回転軸の外周と支持部との嵌合は、圧入であってもよいし、隙間のある状態での嵌合でもよい。回転軸の外周に支持部を圧入しない構成によれば、支持部の変形を最小限にすることができる。

具体的には、請求項２に記載のように、回転軸と、この回転軸に固定された固定シーブ片と、回転軸に沿って移動する可動シーブ片と、可動シーブ片を駆動するピストン機構と、固定シーブ片及び可動シーブ片に挟持されるように掛架されたベルトとを備える無段変速機のピストン機構に隣接する前記回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造に採用することが可能である。この場合、ラジアル軸受は、ピストン機構に隣接する回転軸の端部を回転可能に支持するため、ピストン機構の駆動に伴ってスラスト荷重を受けることとなる。これに対して、上記構成によれば、転動体の支持部から回転軸の軸線方向に延設されるとともに回転軸の外周に圧入された延設部を備えるため、同延設部においてスラスト荷重に抗する力を発生させることができる。その結果、上記請求項１に記載の発明と同様にして、回転軸からの軸受の脱落を抑制しつつ、回転軸の疲労強度を上昇させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において前記支持部は前記回転軸の外周に圧入されるものであって、且つ前記延設部における圧入代が前記支持部における圧入代よりも大きいことをその要旨とする。

上記構成によれば、延設部の圧入代を支持部の圧入代よりも大きくすることによって延設部における圧入を支持部よりも強くすることができるため、軸受の回転軸からの脱落を抑制することが更に容易になる。ここで、延設部の圧入代を大きくしたとしても、支持部の圧入代を大きくした場合と比較して支持部での変形を小さくすることができる。

また、延設部において発生するスラスト荷重に抗する力が大きくなることに加え、支持部において発生する力もその力に加算されるため、スラスト荷重に抗することのできる抜け強度を得るために必要とされる延設部の軸方向の長さを短くすることができる。

軸受の支持部から延設された延設部を設け、それが回転軸に圧入される圧入代を大きくすることによって軸受からの脱落を抑制することは可能となる。しかしながら、圧入時の圧入代を大きくすることにしたがって、延設部に生じるひずみが大きくなる。それに伴い支持部に与える影響も大きくなるため、軸受の保守性が低下する虞がある。

この点請求項４に記載の発明によるように、支持部と延設部との間に回転軸の外周に圧入されない非圧入部を備えることにより、圧入代が大きい延設部におけるひずみが支持部に与える影響を小さくすることができるため、軸受の保守性低下を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記延設部は前記支持部から前記回転軸の端部方向に延設されることをその要旨とする。
上記構成によれば、延設部は支持部から回転軸の端部方向に延設されるため、例えばスラスト荷重に抗するためのナットを螺着していた部分に延設部を設けることができ、延設部を設けることによる寸法の拡大を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記延設部の内径が前記支持部の内径よりも小さく、前記回転軸における前記延設部の圧入される部位の外径が前記支持部の嵌合される部位の外径よりも小さいことをその要旨とする。

上記構成によれば、回転軸の端部方向に延設された延設部の内径が支持部の内径よりも小さく、回転軸における延設部の圧入される部位の外径が支持部の嵌合される部位の外径よりも小さいため、同回転軸の外周に支持部を嵌合しやすくすることができる。さらには、回転軸に対して支持部と延設部とを反対に圧入するという組み付けの誤りを抑制することが可能となる。

この発明における軸受構造の一実施形態について、図１及び図２を参照して以下に説明する。
図１は、本実施形態における軸受構造が採用されるＶベルト式無断変速機の概略構成を示している。

同図１に示されるように、内燃機関（図示略）からの動力が入力される入力軸１０１と入力された動力を車両の駆動輪側に出力する出力軸１０６とには、各々入力軸シーブ１０２と出力軸シーブ１０７とが設けられている。これらシーブ１０２，１０７は可動シーブ片１０３，１０８をそれぞれ備えている。そして、これらの可動シーブ片１０３，１０８には、ハウジング１０３ｃ，１０８ｃ、入力軸１０１若しくは出力軸１０６の軸線方向に変位可能なピストン１０３ｂ，１０８ｂ、及びこれらのピストン１０３ｂ，１０８ｂが変位するための動力を生み出す油圧室１０３ａ，１０８ａを備えたピストン機構が設けられている。またこれらシーブ１０２，１０７は軸線方向に変位不能な固定シーブ片１０４，１０９を備えている。そして、これら可動シーブ片１０３，１０８と固定シーブ片１０４，１０９との間にはそれぞれ略Ｖ字型の溝が形成されるとともに、入力軸シーブ１０２における溝と出力軸シーブ１０７における溝とにＶベルト１１１が掛架されている。

入力軸シーブ１０２及び出力軸シーブ１０７に設けられた可動シーブ片１０３，１０８の油圧室１０３ａ，１０８ａにおける油圧を変更することによって、ピストン１０３ｂ，１０８ｂの軸線方向における位置が変更されると、これに伴い可動シーブ片１０３，１０８と固定シーブ片１０４，１０９との間のそれぞれの溝幅も変更される。この溝幅の変更は連続的なものであるため、それぞれのシーブにおけるＶベルトの掛架される半径も連続的に変更される。したがって、変速比を無段階で変えることができる。

また、出力軸１０６に設けられたリダクションドライブギア１１２はカウンタ軸１１３のリダクションドリブンギア１１５と噛合している。
Ｖベルト１１１によって入力軸１０１から出力軸１０６へと伝達された動力は、出力軸１０６に設けられたリダクションドライブギア１１２及びカウンタ軸１１３のリダクションドリブンギア１１５を介して、最終的には車両の駆動輪（図示略）へと伝達される。

さらに、無段変速機を構成する回転軸である入力軸１０１、出力軸１０６、及びカウンタ軸１１３は、これら回転軸の垂直方向に作用するラジアル荷重に対応するラジアル軸受を備える軸受構造１０５，１１０，１１４によってその一端がそれぞれ支持されている。

上述のように、ラジアル軸受は、ラジアル荷重に加え回転軸の軸線方向に作用する荷重であるスラスト荷重が負荷された状態で回転軸を支持している場合、その荷重に起因して回転軸から脱落する虞がある。そのため軸受及び同軸受を回転軸に保持する構成（軸受構造）には、このスラスト荷重に抗することのできる抜け止め強度が必要となる。

しかしながら、ナット等を用いて抜け止め強度の増大を図ると、その螺着のために回転軸の外周に設けられたねじ部に応力集中が発生し、回転軸の疲労強度が低下するという問題が生じる。

したがって、本実施形態の軸受構造においては、ねじ部等の切欠き状部位を設けることなく、軸受の転動体を支持する支持部から回転軸の軸線方向に延設されるとともに回転軸の外周に圧入される延設部を備えることによって、軸受の回転軸からの脱落を抑制している。例えば、上記無段変速機の入力軸１０１の一端を支持しているラジアル軸受を備える軸受構造１０５には、可動シーブ片１０３の油圧室１０３ａにおいて生じる油圧に起因したスラスト荷重が負荷されるため、本実施形態の軸受構造が採用される。

以下に、図２を参照して入力軸の軸受構造を説明する。
これは、図１に示される入力軸１０１において一点鎖線によって囲まれる部位を拡大し、その詳細を示したものに相当する。

入力軸１０１は、上記固定シーブ片１０４に接続された軸部１０１ａに圧入されたラジアル軸受を備える軸受構造１０５によってその一端が回転可能に支持されている。軸受構造１０５は上記可動シーブ片１０３のハウジング１０３ｃに当接している。ハウジング１０３ｃの内部には上記ピストン機構の油圧室１０３ａが形成されている。すなわち、ラジアル軸受を備える軸受構造１０５は、ピストン機構に隣接する入力軸１０１の端部を回転可能に支持している。

具体的には、軸部１０１ａの外周には軸受構造１０５のインナレース１０５ａが圧入されている。インナレース１０５ａには、軸受構造１０５のアウタレース１０５ｅとによって転動体であるボール１０５ｆを支持する支持部１０５ｂと、支持部１０５ｂから入力軸１０１の軸線方向に延設された延設部１０５ｄとが設けられるとともに、これらの間には非圧入部１０５ｃが設けられている。ここでは、延設部１０５ｄは支持部１０５ｂから入力軸１０１の端部方向に延設されている。

これら各部の内径を比較すると、支持部１０５ｂ及び非圧入部１０５ｃの内径は等しく、延設部１０５ｄの内径はこれよりも小さい。加えて、軸部１０１ａのインナレース圧入部位においては、非圧入部１０５ｃが挿入される部位及び延設部１０５ｄが圧入される部位の外径は等しく、支持部１０５ｂが圧入される部位の外径はこれよりも大きい。なお、インナレース１０５ａにおける内径の差は、軸部１０１ａにおける外径の差よりも大きい。したがって、インナレース１０５ａが軸部１０１ａに圧入されたときの圧入代は、支持部１０５ｂよりも延設部１０５ｄにおいて大きくなり、且つ支持部１０５ｂと延設部１０５ｄとの間の非圧入部１０５ｃは、軸部１０１ａに挿入されるのみであり圧入はされないこととなる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）本実施形態においては、ラジアル軸受を備える軸受構造１０５に備えられたインナレース１０５ａに、その支持部１０５ｂから入力軸１０１の軸線方向に延設されるとともに軸部１０１ａ（入力軸１０１）の外周に圧入された延設部１０５ｄを備えるようにした。その結果、インナレース１０５ａを抜け止めするためのナット等を設けずとも、延設部１０５ｄにおいてスラスト荷重に抗する力を発生させることができる。したがって、軸部１０１ａの外周に応力集中の発生する切欠き状のねじ部を設ける必要がないため、入力軸１０１の疲労強度を上昇させることができる。

（２）延設部１０５ｄの圧入代を支持部１０５ｂの圧入代よりも大きくすることによって延設部１０５ｄにおける圧入を支持部１０５ｂよりも強くすることができるため、インナレース１０５ａの入力軸１０１からの脱落を抑制することが更に容易になる。また、延設部１０５ｄの圧入代を大きくしたとしても、支持部１０５ｂの圧入代を大きくした場合と比較して支持部１０５ｂでの変形を小さくすることができる。さらに、延設部１０５ｄにおいて発生するスラスト荷重に抗する力が大きくなることに加え、支持部１０５ｂにおいて発生する力もその力に加算されるため、スラスト荷重に抗することのできる抜け強度を得るために必要とされる延設部１０５ｄの軸方向の長さを短くすることができる。

（３）支持部１０５ｂと延設部１０５ｄとの間に軸部１０１ａの外周に圧入されない非圧入部１０５ｃを備えることにより、圧入代が大きい延設部１０５ｄにおけるひずみが支持部１０５ｂに与える影響を小さくすることができるため、ラジアル軸受を備える軸受構造１０５の保守性低下を抑制することができる。

（４）延設部１０５ｄは支持部１０５ｂから入力軸１０１の端部方向に延設されるため、例えばスラスト荷重に抗するためのナットを螺着していた部分に延設部１０５ｄを設けることができ、延設部１０５ｄを設けることによる寸法の拡大を抑制することができる。

（５）入力軸１０１の端部方向に延設された延設部１０５ｄの内径が支持部１０５ｂの内径よりも小さく、軸部１０１ａにおける延設部１０５ｄの圧入される部位の外径が支持部１０５ｂの圧入される部位の外径よりも小さいため、軸部１０１ａの外周に支持部１０５ｂを圧入しやすくすることができる。さらには、軸部１０１ａに対して支持部１０５ｂと延設部１０５ｄとを反対に圧入するという組み付けの誤りを抑制することが可能となる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・本実施形態においては、インナレース１０５ａの延設部１０５ｄの内径を支持部１０５ｂの内径より小さくするとともに延設部１０５ｄでの圧入代が支持部１０５ｂでの圧入代よりも大きくなるようにしている。これに限らず、インナレース１０５ａの内径を一定にするとともに軸部１０１ａにおける延設部圧入部の外径を支持部圧入部の外径よりも大きくする、あるいは軸部１０１ａの外径を一定にするとともに延設部１０５ｄの内径を支持部１０５ｂの内径より小さくする等によっても、延設部１０５ｄにおける圧入代を支持部１０５ｂでの圧入代よりも大きくすることが可能である。この場合、上記（１）〜（４）に準ずる効果を得ることができる。

・支持部１０５ｂから入力軸１０１の端部方向に延設部１０５ｄを延設するようにしたが、これに限らず、支持部１０５ｂから可動シーブ片１０３側に延設するようにしてもよい。この場合であっても、インナレース１０５ａの抜け強度を増大することは可能である。

・インナレース１０５ａにおいて、支持部１０５ｂと延設部１０５ｄとの間に非圧入部１０５ｃを設けているが、非圧入部１０５ｃを設けない構成としてもよい。この場合であっても、上記（３）以外に準ずる効果を得ることができる。

・本実施形態においては、延設部１０５ｄの圧入代を支持部１０５ｂの圧入代よりも大きくしているが、これら２つの部位における圧入代を等しくしてもよい。この場合であっても、上記（２）以外に準ずる効果を得ることができる。

・インナレース１０５ａの支持部１０５ｂを軸部１０１ａの外周に圧入しているが、延設部１０５ｄにおける圧入のみによってスラスト荷重に抗することが可能な場合においては、支持部１０５ｂを軸部１０１ａに圧入せずに嵌合させるのみでもよい。この場合、支持部１０５ｂにおいて圧入に起因したひずみが生じないため、その変形を最小限にすることができる。

・本実施形態においては、無段変速機の入力軸１０１の軸受構造に適用しているが、これに限らず、出力軸１０６を支持するラジアル軸受を含む軸受構造１１０や、カウンタ軸１１３を支持するラジアル軸受を含む軸受構造１１４にも適用可能である。これらは、図１に示される出力軸１０６及びカウンタ軸１１３において一点鎖線で囲まれる部位に相当する。

・本実施形態の軸受構造は、無段変速機の軸受構造だけでなく、スラスト荷重を受ける状態で回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造に採用可能である。

本発明の一実施形態における無段変速機を示す概略構成図。同実施形態における無段変速機の軸受構造の一部断面構造を示す部分断面図。（ａ）、（ｂ）従来例における無段変速機の軸受構造の一部断面構造を示す部分断面図。

符号の説明

１０１…入力軸、１０１ａ…軸部、１０２…入力軸シーブ、１０３…可動シーブ片、１０３ａ…油圧室、１０３ｂ…ピストン、１０３ｃ…ハウジング、１０４…固定シーブ片、１０５…軸受構造、１０５ａ…インナレース、１０５ｂ…支持部、１０５ｃ…非圧入部、１０５ｄ…延設部、１０５ｅ…アウタレース、１０５ｆ…ボール、１０６…出力軸、１０７…出力軸シーブ、１０８…可動シーブ片、１０８ａ…油圧室、１０８ｂ…ピストン、１０８ｃ…ハウジング、１０９…固定シーブ片、１１０…軸受構造、１１１…Ｖベルト、１１２…リダクションドライブギア、１１３…カウンタ軸、１１４…軸受構造、１１５…リダクションドリブンギア、３２…軸部、３２ｄ…ねじ部、３３…ラジアル軸受、３３ａ…インナレース、３３ｂ…アウタレース、３３ｃ…ボール、３４…ナット、３４ｄ…ねじ部、４２…軸部、４２ｄ…ねじ部、４３…ラジアル軸受、４３ａ…インナレース、４３ｂ…アウタレース、４３ｃ…ボール、４３ｄ…ねじ部。

Claims

スラスト荷重を受ける状態で回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造であって、
前記回転軸のラジアル方向から挟むように支持されて転動可能な転動体と、前記回転軸の外周に嵌合されて前記転動体を転動可能に支持する支持部と、前記支持部から前記回転軸の軸線方向に延設されるとともに前記回転軸の外周に圧入された延設部とを備える
ことを特徴とする軸受構造。
回転軸と同回転軸に固定された固定シーブ片と前記回転軸に沿って移動する可動シーブ片と前記可動シーブ片を駆動するピストン機構と前記固定シーブ片及び前記可動シーブ片に挟持されるように掛架されたベルトとを備える無段変速機の前記ピストン機構に隣接する前記回転軸の端部を回転可能に支持するラジアル軸受を備える軸受構造であって、
前記回転軸のラジアル方向から挟むように支持されて転動可能な転動体と、前記回転軸の外周に嵌合されて前記転動体を転動可能に支持する支持部と、前記支持部から前記回転軸の軸線方向に延設されるとともに前記回転軸の外周に圧入された延設部とを備える
ことを特徴とする軸受構造。
請求項１又は２に記載の軸受構造において
前記支持部は前記回転軸の外周に圧入されるものであって、且つ前記延設部における圧入代が前記支持部における圧入代よりも大きい
ことを特徴とする軸受構造。
請求項３に記載の軸受構造において、
前記支持部と前記延設部との間に前記回転軸の外周に圧入されない非圧入部を備える
ことを特徴とする軸受構造。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受構造において、
前記延設部は前記支持部から前記回転軸の端部方向に延設される
ことを特徴とする軸受構造。
請求項５に記載の軸受構造において、
前記延設部の内径が前記支持部の内径よりも小さく、前記回転軸における前記延設部の圧入される部位の外径が前記支持部の嵌合される部位の外径よりも小さい
ことを特徴とする軸受構造。