JP2009210084A - ラジアル針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転と高負荷容量を高次元でバランスさせたラジアル針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】ＰＣＤより径方向外方に柱部５２ｂを配置することで、ころ５１のＰＣＤ円周長さ（π×φＰ）に対し、ころ５１の径の総和（１５本×φＲ）を７５％としている。これにより、針状ころ軸受の負荷容量を増大しながらも、柱部５２ｂでころ５１の競り合いを防止し、高速性能を高めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられるラジアル針状ころ軸受に関し、特にシングルピニオンプラネタリギヤ機構、ダブルピニオンプラネタリギヤ機構、ラビニヨウプラネタリギヤ機構のショートピニオン用に用いられると好適なラジアル針状ころ軸受に関する。

車両等に搭載されている自動変速機には、一般的にプラネタリギヤ機構が用いられており、ピニオンギヤとキャリアに固定するシャフトとプラネタリニードル軸受で構成されているプラネタリピニオンが、トルクを伝達し、シャフト周りを回転する自転運動と、キャリアと共にサンギヤ周りを回転する公転運動との複合運動をしている（特許文献１参照）。

プラネタリギヤには一般的に「はすば歯車」が使用され、接線力とともに、ラジアル荷重、アキシャル荷重が発生し、アキシャル荷重は軸受に対してモーメント荷重として作用する。

現在、４速が主流である自動変速機は、更に５速〜７速と多段化される傾向にあり、また高トルク化、コンパクト化の流れをうけ、軸受には省スペースで、高速回転、且つ大きなモーメント荷重を受け持つことが要求されているという実情がある。又、燃費向上の観点から、潤滑油の撹拌抵抗等をより低減させ引きずりトルクを抑えたいという要請もある。
特開２００６−１３２６１０公報

ところで、従来、自動車用変速機の遊星歯車機構に使用されるピニオンギヤは、ころを円周上に配列した総ころと呼ばれる針状ころ軸受により支持されていた。これに対し、最近は、自動車用変速機の効率向上・回転数増大の要求により、従来の総ころ軸受から、Ｍ型形状の保持器を用いたケージ＆ローラタイプと呼ばれる針状ころ軸受の採用も増えているが，同時に自動車用変速機の小型化も要求されているという実情がある。

ここで、総ころタイプの針状ころ軸受は、軸受の負荷容量は高いが，ころ同士が競り合いながら回転するため高速回転には不向きである。これに対し、ケージ＆ローラタイプの針状ころ軸受は、保持器によってころを案内しているため，ころ同士の競り合いがなく高速回転に耐えうるが，保持器がＭ型形状を成しているため幾何的な制限を受け、ＰＣＤ上にころが占める割合は概ねころのＰＣＤ円周長さの６０％以下が一般的である。これ以上の数のころを配置した場合，保持器内径側の柱部が極端に細くなり，ころ挿入時に保持器の柱部が破損するという不具合や，柱部に強度を持たせた場合には、ころの落ち量が不足する恐れがある。よって、総ころタイプに比べケージ＆ローラタイプの針状ころ軸受は、負荷容量が大幅に減少することとなる。即ち、高速回転と高負荷容量の両者を満足する針状ころ軸受が未だ存在していなかった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、高速回転と高負荷容量を高次元でバランスさせたラジアル針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明のラジアル針状ころ軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを有するラジアル針状ころ軸受において、
前記ころの径の総和が、ころのＰＣＤ円周長さに対し７０％以上となっており、
前記保持器が、一対の環状部と、前記環状部を連結する柱部とからなり、周方向に隣接する前記ころの間において、ＰＣＤより径方向外方に前記柱部が配置されており、
前記保持器は外径案内で用いられることを特徴とする。

本発明のラジアル針状ころ軸受によれば、周方向に隣接する前記ころの間において、ＰＣＤ（Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）より径方向外方に前記柱部を配置することで、ころの径の総和がころのＰＣＤ円周長さに対し７０％以上となるように、ころを配置することができる。これにより、軸受の負荷容量を増大しながらも、前記柱部でころの競り合いを防止し、高速性能を高めることができる。

前記保持器の外径案内部に凹部を形成することによって、案内面の摺動抵抗を低減し、より高速性能を高めることができる。

前記保持器を溶接保持器とすると好ましい。

前記保持器に被膜処理を施すことによって案内面の摺動抵抗を低減し、より高速性能を高めることができる。

前記ラジアル針状ころ軸受は、プラネタリピニオンギヤの支持のために用いられると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一部を示す断面図である。

図１において、ケース１０内において、不図示のトルクコンバータのタービン出力回転をプラネタリギヤセット１２に伝達する入力部材を構成する入力軸１１は、プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３側に配置されている。また、カウンタドライブギヤ１４は、ケース１０の後壁を挟んでプラネタリギヤセット１２のリヤサンギヤ１５側に配置されている。そして、プラネタリギヤセット１２の内周側には、プラネタリギヤセット１２の支持軸を構成するサンギヤ軸２０が配置され、本形態において、この軸は、リヤサンギヤ１５と一体化され、プラネタリギヤセット１２とカウンタドライブギヤ１４とを貫通して延在している。

入力軸１１は、ケース１０に支持されて、トルクコンバータのタービンと、各クラッチ１６，１７，１８と、第１のワンウェイクラッチＯＣ１に連結されている。詳しくは、入力軸１１は、オイルポンプカバーで構成されるケース１０の前壁に固定した中空のステータシャフト１９に前端部付近をブッシュを介して、また後端部付近をニードルベアリングを介して支持され、前端をスプライン係合でタービンハブ（不図示）に連結され、後端を各クラッチ１８，１７，１６のドラム側の油圧サーボシリンダ内周側部材２１に第１ワンウェイクラッチＯＣ１のインナレースを経て連結されている。

サンギヤ軸２０は、一方側の端部をクラッチ１８及び第１ワンウェイクラッチＯＣ１を介して入力軸１１に連結され、他方側の端部をカウンタドライブギヤ１４を貫通した外側でブレーキ２２を介してケース１０に連結されている。詳しくは、サンギヤ軸２０は、前端を入力軸１１後端の凹部にブッシュを介して支持され、後端部付近をブッシュを介してリングギヤフランジ２３の軸部内周に支持され、その外周に嵌合するカウンタドライブギヤ１４のボス部及びローラベアリング経由で最終的にケース１０の後壁に支持されている。そして、サンギヤ軸２０の前端部側は、スプライン係合でクラッチ１８のハブ２４側に連結されている。また、サンギヤ軸２０の後端は、スプライン係合でブレーキ２２のハブ２５側に連結されている。

プラネタリギヤセット１２は、そのフロントサンギヤ１３とキャリヤＱがブッシュを介してそれぞれサンギヤ軸２０に支持され、リングギヤ２６がそれにスプライン係合で連結されたリングギヤフランジ２３経由で該部材にスプライン係合連結されたカウンタドライブギヤ１４に固定されることで、結果的にボールベアリング２７を介してケース１０の後壁に支持されている。プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３は、クラッチ１７のハブ２８側に連結され、キャリヤＱは、クラッチ１６のハブ２９と、ブレーキ３０のハブ３１と、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースとに並列的に連結されている。

このギヤトレインにおいて、入力軸１１をそれぞれ、フロントサンギヤ１３に連結するクラッチ１７、リヤサンギヤ１５に連結するクラッチ１７及びキャリヤＱに連結するクラッチ１６は、それら各クラッチの油圧サーボと摩擦部材を纏めて入力軸１１とサンギヤ軸２０の連結部の外周に配置されている。まず、クラッチ１７は、ケース１０の前壁を構成するオイルポンプボディにボルト止め固定されたオイルポンプカバーから延びるボス部３２の外周に回転自在に嵌合させた内周側部材２１と、それに内周側を固定したドラム３３により囲われる内側に、クラッチ１７のドラムを兼ねるピストン３４を回止め嵌合させた油圧サーボと、ドラム３３の先端内周の内側とフロントサンギヤ１３に内周側を連結させて配置されたハブ２８の外周にそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材４０とで構成されている。

次に、クラッチ１８は、クラッチ１７のピストンを兼ねて内周側部材２１に摺動自在に嵌挿されたドラム３４と、内周側部材２１とドラム３４とで囲われるシリンダ内側に嵌挿されたピストン３５からなり、ピストン３５の背後に遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、ドラム３４の先端内周と、更にその内周に内周側を入力軸１１に連結させて配置されたハブ２４の外周とにそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材３６とで構成されている。そして、このクラッチ１８のハブ２４には第１ワンウェイクラッチＯＣ１のアウタレースが固定されている。

クラッチ１６は、クラッチ１７のドラム３３をピストンとして、逆に該ピストンに被さるように嵌まるピストン３７がドラム３８に連結された構成とされ、遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、プラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止めされた第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースに連結されたハブ２９の外周とドラム３８の内周にスプライン係合連結された摩擦部材３９とで構成されている。

このように纏めて配置された各クラッチの油圧サーボにおいて、各クラッチに共通の内周側部材２１とクラッチ１７のドラムとクラッチ１６のピストンを兼ねる部材３３が軸方向に不動の部材とされ、クラッチ１８は、ドラム３４とピストン３５共に軸方向可動部材とされている。したがって、ボス部３２の油路からのサーボ油圧の供給によりクラッチ１７は、自身のドラム３３とクラッチ１８のドラム３４との間で摩擦部材４０を挟持して係合させ、クラッチ１８は、クラッチ１７のドラム３３に反力を取り、自身のピストン３５を押し出すことでクラッチ１７のピストン３４を兼ねる自身のドラムとピストン３５の間で摩擦部材３６を挟持して係合させ、クラッチ１６は、自身のドラム３８をクラッチ１７のドラム３３に対して軸方向に前進させることでそれらの間で摩擦部材３９を挟持して係合させることになる。

次に、ブレーキ３０は、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボと、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースから延びるハブ３１とケース１０の周壁にスプライン係合させた摩擦部材４２とで構成され、摩擦部材４２は、プラネタリギヤセット１２のリングギヤ２６の径方向外側に配置されている。そして、これと並列配置の第２ワンウェイクラッチＯＣ２は、前記のようにインナレースをプラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止め連結され、アウタレースをケース１０の周壁にスプライン係合させてプラネタリギヤセット１２の径方向外側のほぼ軸方向中央部に配置されている。

ブレーキ２２は、ケース１０の後壁より外側に配置されており、そこに配置されたカウンタギヤ対を覆うカバー１０ａと、サンギヤ軸２０の最後部に固定されたハブ２５とにスプライン係合させてカウンタギヤ対より後方に配置された摩擦部材４３と、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボとで構成されている。

このギヤトレインにおいて第１速（１ｓｔ）を選択すると、入力軸１１からの回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、第２ワンウェイクラッチＯＣ２の係合により係止されたキャリヤＱに反力を取って、リングギヤ２６に出力される最大減速比の減速回転が、カウンタギヤ対を経て副変速部のリングギヤに伝達され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

次に、第２速（２ｎｄ）は、入力軸１１からも回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、ブレーキ２２の係合により係止されたリヤサンギヤ１５に反力を取って、リングギヤ２６に減速回転が出力される。この回転は、副変速部のリングギヤに入力され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

また、第３速（３ｒｄ）は、主軸部側については第２速と同様とされ、副軸部側のクラッチを係合させることで達成される。この場合、主変速部からの回転がクラッチの係合による直結状態のプラネタリギヤを経て、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

更に、第４速（４ｔｈ）は、主変速部側のプラネタリギヤセット１２、副変速部側のプラネタリギヤが共に直結状態となり、入力軸１１の入力回転が、カウンタギヤ対による減速がないものとして、そのまま不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

図２は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を用いたプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。図３は、本実施の形態にかかる針状ころ軸受の断面図であり、図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図であり、図５は、図４の矢印Vで示す部位を拡大して示す図である。

図２に示すように、針状ころ軸受５０は、ころ５１と、ころ５１を保持する保持器５２とからなり、キャリヤＱに取り付けられたピニオンシャフトＣの周囲に配置されて、ピニオンＰ１を回転自在に支持している。ピニオンシャフトＣ内には、図２の右端面から軸線に沿って延在する袋孔Ｃａと、袋孔Ｃａの途中から半径方向に延在しピニオンシャフトＣの周面において、ころ５１の中央に対向するようにして開口する径孔Ｃｂとが形成されている。針状ころ軸受５０は、ピニオンシャフトＣの外部より袋孔Ｃａ及び径孔Ｃｂを介して供給される潤滑油により潤滑されるようになっている。尚、キャリヤＱとピニオンＰ１との間には、ワッシャＷＳが配置されている。

図３に示すように、保持器５２は、一対の環状部５２ａ、５２ａを複数の柱部５２ｂで連結した構成を有している。隣接する柱部５２ｂの間が、ころ５１を保持するポケット５２ｐとなっている。本実施の形態では、ＰＣＤより径方向外方に、柱部５２ｂが配置されている。柱部５２ｂの中央外周には、一段低くなった段部形状の凹部５２ｄが形成されている。ここで、ころ５１の径をφＲ、ころ５１のＰＣＤをφＰとする（図４参照）。

本実施の形態においては、ＰＣＤより径方向外方に柱部５２ｂを配置することで、ころ５１のＰＣＤ円周長さ（π×φＰ）に対し、ころ５１の径の総和（１５本×φＲ）を７５％としている。これにより、針状ころ軸受５０の負荷容量を増大しながらも、柱部５２ｂでころ５１の競り合いを防止し、高速性能を高めることができる。尚、以下の式が成立するような関係とすることが好ましい。以下の式の上限以上であると、強度不足となるおそれがある。
０．７＜（ころ本数×ころ径）／（ころ５１のＰＣＤ円周長さ）＜０．９５

更に、保持器５２の柱部５２ｂは、隣接するころ５１同士が接触しない範囲で、極力近接するように、内周側のエッジ部に面押し加工（Ｃ）を施している（図５参照）。より具体的には、保持器５２の製造時に、柱部５２ｂの内周エッジを、点線で示す矢印方向にプレスすることで、柱部５２ｂの周方向側面の内周側が傾くように塑性変形させている。これにより、ころ５１が案内される。面押し角度θは、軸受のサイズやころ数などに応じて、エッジにてころ５１と保持器５２が接触しないような適度な角度にすると好ましい。図５に示す角度θでは、柱部５２ｂところ５１はエッジ当たりするが、図６に示す角度θ’では、柱部５２ｂところ５１は面当たりすることとなる。

本実施の形態では、保持器５２によって保持されたころ５１は、外径側ヘ抜け出ることはないが，抑えがないので内径側へは分離可能なため，望ましくはキーストンとなるようころ５１の径及び本数を設定することが望ましい。キーストンとは、隣接するころ同士が押し合い作用することで分離効果を奏するものをいい、使用時にはころが外径側に移動してころ同士が接触しなくなるものである。キーストンが成立しない場合は，紙管などの一時保持具（不図示）を挿入して、組立時までころ５１の保持器５２からの分離を抑制するとよい。

本実施の形態の保持器５２は外輪案内で用いられ，即ち保持器５２の外周面と、ピニオンＰの内径案内面とで摺動が生じる。ここで、摺動抵抗を低減させるため，保持器５２の柱部５２ｂの外径側に凹部５２ｄを形成して、保持器５２の中央部分をピニオンＰの内径案内面に接触させない構造としている。従って、保持器５２の外径案内部は、環状部５２ａ，５２ａと柱部５２ｂの凹部５２ｄを除く部位となる。又、凹部５２ｄを潤滑油が通過することで、潤滑・冷却効果を高めることもできる。

更に、保持器５２に、摩擦低減効果のある被膜（例えばリン酸マンガン被膜，テフロン被膜など）を施すと一層効果的である。また保持器５２を溶接保持器とすることで生産性もアップし，低コスト化も可能となる。尚、保持器５２の材料としては、金属・樹脂どちらも考えられる。金属から形成された保持器５２は、高温での使用にも適し、強度も向上する。一方、樹脂から形成された保持器５２は、応力緩和効果がある。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、ラビニョウ型遊星歯車機構に限らず、その他のタイプの遊星歯車機構に用いる針状ころ軸受やピニオンシャフトに適用できる。

本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の一部断面図である。 本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含むプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 本実施の形態にかかる針状ころ軸受の断面図である。 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。 図４の矢印Vで示す部位を拡大して示す図である。 図５の例に対して、面押し角度を変えて示す図である。

符号の説明

１０ ケース
１０ａ カバー
１１ 入力軸
１２ プラネタリギヤセット
１３ フロントサンギヤ
１４ カウンタドライブギヤ
１５ リヤサンギヤ
１６ クラッチ
１７ クラッチ
１８ クラッチ
１９ ステータシャフト
２０ サンギヤ軸
２１ 内周側部材
２２ ブレーキ
２３ リングギヤフランジ
２４ ハブ
２５ ハブ
２６ リングギヤ
２７ ボールベアリング
２８ ハブ
２９ ハブ
３０ ブレーキ
３１ ハブ
３２ ボス部
３３ ドラム
３３ 部材
３４ ドラム
３５ ピストン
３６ 摩擦部材
３７ ピストン
３８ ドラム
３９ 摩擦部材
４０ 摩擦部材
４２ 摩擦部材
４３ 摩擦部材
５０ ラジアル針状ころ軸受
５１ ころ
５２ 保持器
Ｃ ピニオンシャフト
ＯＣ１ ワンウェイクラッチ
ＯＣ２ ワンウェイクラッチ
Ｐ１ ピニオンギヤ
Ｑ キャリヤ

Claims (5)

1. ころと、前記ころを保持する保持器とを有するラジアル針状ころ軸受において、
   前記ころの径の総和が、ころのＰＣＤ円周長さに対し７０％以上となっており、
   前記保持器が、一対の環状部と、前記環状部を連結する柱部とからなり、周方向に隣接する前記ころの間において、ＰＣＤより径方向外方に前記柱部が配置されており、
   前記保持器は外径案内で用いられることを特徴とするラジアル針状ころ軸受。
2. 前記保持器の外径案内部に凹部を形成したことを特徴とする請求項１のラジアル針状ころ軸受
3. 前記保持器を溶接保持器としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアル針状ころ軸受。
4. 前記保持器に被膜処理を施してな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針状ころ軸受。
5. プラネタリピニオンギヤの支持のために用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。

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