JP2009287772A - 針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を確保しつつ遊星歯車機構に用いることが出来る針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】針状ころ軸受１０のスペーサ１２がピニオンシャフト４ｅに案内されており、ａ＜ｂなす寸法関係を有するため、ピニオンシャフト４ｅとの間に作用する摩擦力で、ころ１１の公転速度より低速で回転することとなり、これによりころ１１が負荷を受けていない位置（非負荷圏）で、ころ１１の端面とスペーサ１２とが接触することによって、ころ１１の公転速度を減少させる効果がある。そのため、公転速度が制限されたころ１１は、遊星歯車４ｃから自転方向の摩擦力を得ることができ、ころ１１の自転を維持することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、針状ころ軸受に関し、特に車両の自動変速機用の遊星歯車機構等に用いられると好適な針状ころ軸受に関する。

車両の自動変速機用の遊星歯車機構において、遊星歯車を支持するために針状ころ軸受を用いた構造が広く使用されているが、特に大きな負荷を受けるような場合などは、複列の総ころタイプの針状ころ軸受を用いた支持構造が採用されている。一般的な複列の総ころタイプの針状ころ軸受において、ころの列間には、それぞれの位置を規制するために、リング状のスペーサが組み込まれている。かかる構成によれば、例えば潤滑油をシャフト側から給油する際に潤滑油の流れを極力阻害しないように、スペーサの内径とシャフトとの隙間を大きく取り、スペーサの外径とギヤとの隙間を小さくし、即ちスペーサがギヤに案内される構造となっている（特許文献１、２、３参照）。

実開平０５−６２７２９号公報 特開２００５−１６７１０号公報 特開２００５−３２５９９２号公報

ここで、遊星歯車機構においては、遊星歯車が自転しながら太陽歯車の周囲を公転しているが、このとき遊星歯車を支持する針状ころ軸受も自転すると共に、太陽歯車の周囲を公転するので、特に公転による遠心力が針状ころ軸受に付与されることとなる。このような特性を有するため、遊星歯車を支持する特に総ころタイプの針状ころ軸受においては、ころ同士の接触や、保持器が無いことによる駆動力不足から、非負荷圏でころの自転数が急激に減少しながら公転数が急増する現象がおきるため、負荷圏でシャフトところとのすべりが増加し、損傷が発生する恐れがある。尚、自転数が急激に減少しながら公転数が急増する現象は、保持器を有する針状ころ軸受でも同様に生じうる。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性を確保しつつ遊星歯車機構に用いることが出来る針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の針状ころ軸受は、遊星歯車機構においてシャフトに対して遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受において、複列のころと、前記ころの列間に配置された環状のスペーサと、を有し、前記スペーサは前記シャフトに案内されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記スペーサが前記シャフトに案内されているため、前記シャフトとの間に作用する摩擦力で、前記ころの公転速度より低速で回転することとなり、更に前記ころが負荷を受けていない位置（非負荷圏）で、前記ころの端面と前記スペーサとの間にある潤滑油膜によって、または前記ころの端面と前記スペーサとが接触することによって、前記ころの公転速度を減少させる効果を持つ。そのため、公転速度が制限された前記ころは、前記遊星歯車から自転方向の摩擦力を得ることができ、前記ころの自転を維持することができる。また、一般的に前記ころの端面は球面状となっているため、前記ころの端面と前記スペーサとが接触しても、前記ころの自転を妨げることはない。以上の効果により、前記ころは前記シャフトから負荷を受けていない位置で、その公転を効果的に抑制されるため、自転を維持することが可能になる。

前記針状ころ軸受は総ころタイプであると好ましい。

前記スペーサは、内周に前記シャフトに当接する複数の凸部を形成していると、前記シャフトから供給される潤滑油を妨げにくくなるので好ましい。

前記凸部は、前記シャフトの外周面に開口する潤滑用給油口をふさがないように構成されていることが好ましい。

前記針状ころ軸受は、前記遊星歯車に案内され前記ころを保持する保持器を有していてもよい。

本実施の形態にかかる針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の断面図である。 遊星歯車機構４の分解図である。 遊星歯車機構の作動原理を示す図である。 本実施の形態の第１例による針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。 図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図である。 本実施の形態の第２例にかかる図５と同様な断面図である。 本実施の形態の第３例におけるスペーサを示す斜視図である。 図７のスペーサを備える本実施の形態の針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。 本実施の形態の第４例におけるスペーサを示す斜視図である。 第３例における別のスペーサを示す斜視図である。 図９または図１０のスペーサを備えた本実施の形態の針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。 本実施の形態の第５例におけるスペーサを示す斜視図である。

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針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の断面図である。図１において、エンジンのクランクシャフト２から出力されるトルクは、トルクコンバータ３を介して伝達され、更に複数列組み合わされた遊星歯車機構４，５，６等を介して複数段に減速され、その後デファレンシャルギヤ７及びドライブシャフト８を介して、不図示の車輪に出力されるようになっている。

図２は、遊星歯車機構４（５，６も原則的に同じ）の分解図である。図２において、遊星歯車機構４は、内歯を有するリングギヤ４ａと、外歯を有する太陽歯車４ｂと、リングギヤ４ａ及び太陽歯車４ｂに噛合する３つの遊星歯車４ｃと、３つのピニオンシャフト４ｅにより遊星歯車４ｃを回転自在に支持すると共に、自らも回転可能なキャリヤ４ｄとを有する。

遊星歯車機構４の作動原理を図３に示す。まず、１速の場合、図３（ａ）に示すように、太陽歯車４ｂをドライブ側とし、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａを固定することで、大きな減速比が得られる。次に、２速の場合、図３（ｂ）に示すように、太陽歯車４ｂを固定し、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａをドライブ側とすることで、中程度の減速比が得られる。更に、３速の場合、図３（ｃ）に示すように、太陽歯車４ｂを固定し、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）をドライブ側とし、リングギヤ４ａをドリブン側とすることで、小さな減速比が得られる。尚、後退の場合、図３（ｄ）に示すように、太陽歯車４ｂをドリブン側とし、遊星歯車４ｃ（キャリヤ）を固定し、リングギヤ４ａをドライブ側とすることで、入力に対して出力を逆転させることができる。なお、以上は遊星歯車機構４の動作の一例を示すものであり、必ずしもかかる動作に限られることはない。

〈第１例〉
図４は、本実施の形態の第１例による針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。図４に示すように、針状ころ軸受１０は、シャフトであるピニオンシャフト（内輪）４ｅと遊星歯車（外輪）４ｃとの間に配置され、遊星歯車４ｃを回転自在に支持している。針状ころ軸受１０は、複列のころ１１と、ころ１１の列間に配置された環状のスペーサ１２とからなっている。スペーサ１２はシャフト案内で用いられる。ピニオンシャフト４ｅ内には、図４で右方から軸線に沿って延在し、かつ半径方向に延在して外周面に抜けスペーサ１２の内周面に対向する油路４ｆが形成され、その給油口４ｈがピニオンシャフト４ｅの外周面に開口している。尚、キャリヤ４ｄと遊星歯車４ｃとの間には、ワッシャ４ｇが配置されている。

図５は、図４の構成をV-V線で切断して矢印方向に見た図であるが、隙間を誇張して示している。ピニオンシャフト４ｅとスペーサ１２との平均隙間をａとし、スペーサ１２と遊星歯車４ｃとの平均隙間をｂとしたときに、ａ＜ｂとなっている。かかる寸法関係を有する場合、スペーサ１２がシャフト案内されるという。尚、ピニオンシャフト４ｅとスペーサ１２との間に所定の隙間ａを形成するのは、油路４ｆ、給油口４ｈを介して軸受内に供給される潤滑油を妨げないようにするためである。

本実施の形態によれば、スペーサ１２がピニオンシャフト４ｅに案内されており、即ち、ａ＜ｂとなる寸法関係を有するため、ピニオンシャフト４ｅとの間に作用する摩擦力で、ころ１１の公転速度より低速で回転することとなり、これにより、ころ１１が負荷を受けていない位置（非負荷圏）で、通常はころ１１の端面とスペーサ１２との間にある潤滑油膜によって、場合によってはころ１１の端面とスペーサ１２とが接触することによって、ころ１１の公転速度を減少させる効果がある。そのため、公転速度が制限されたころ１１は、遊星歯車４ｃから自転方向の摩擦力を得ることができ、ころ１１の自転を維持することができる。また、ころ１１の端面を球面状とすることで、ころ１１の端面とスペーサ１２とが接触しても、ころ１１の自転を妨げることはない。以上の効果により、ころ１１はピニオンシャフト４ｅから負荷を受けていない位置で、その公転を効果的に抑制されるため、自転を維持することが可能になる。

従来、遊星歯車用針状ころ軸受は、外輪（遊星歯車）回転、内輪固定で、ころの公転速度は外輪の回転速度の約半分であり、ころが負荷圏から非負荷圏に突入すると、ころの公転速度が速くなり、ころの公転速度が速くなると、ころの自転速度が遅くなり、結果としてころが滑る、という傾向があったのに対し、本実施の形態の構造によれば、スペーサ１２が内輪（シャフト）案内であるので、スペーサ１２は、従来の外輪案内での回転速度（ほぼ外輪の回転速度と同じで、ころの公転速度の約２倍）よりもはるかに遅く、またころ１１の公転速度よりも遅い回転速度（内輪は回転していないので、ゼロに近い）で回転するので、ころ１１の端面とスペーサ１２との間にある潤滑油膜により、またはころ１１の端面とスペーサ１２との接触により、非負荷圏のころの公転速度が過度に速くなることを抑制できる。

また、スペーサ１２をシャフト案内とした場合、回転する遊星歯車（外輪）４ｃとスペーサ１２との接触を防止できるため、両部品間で摩擦が発生することがなくトルク低減効果を得ることもできる。

さらに、すきまｂは、シャフトに荷重等によるたわみが発生した場合においてもスペーサ１２と遊星歯車（外輪）４ｃとの接触を防ぐため、ころ径の好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上とし、適正にころを保持するために好ましくは４０％以下、さらにスペーサの安定のためにより好ましくは２５％以下とする。

スペーサの材料としてＳＰＣＣ，Ｓ３０Ｃ，ＳＵＪ２などの鉄系材料を使用する場合は、スペーサの摩耗防止の観点から表面硬さをＨｖ４００以上、スキューなどによりころ端面と接触した場合にころ端面が摩耗することを防止する観点からＨｖ９００以下とすることが望ましく、材料には熱処理を施してもよい。また、樹脂材料を使用する場合についてはポリアミド６６に２０〜４０質量％のガラスファイバを含有させたもの、またはポリアミド４６に２０〜４０質量％のガラスファイバを含有させたものが望ましく、使用温度が１２０℃を超える場合にはポリアミド４６とすることが望ましい。

スペーサの加工または仕上げ方法としては研磨、プレス、バレル等、またはこれらの組み合わせのいずれの方法でもよく、シャフトとの間の油膜およびころ端面との間の油膜の形成の観点から、粗さとして好ましくは１．０μｍＲａ以下とし、より好ましくは０．３μｍＲａ以下とする。

〈第２例〉
図６は、本実施の形態の第２例にかかる図５と同様な断面図である。第２例においては、環状のスペーサ１２’の内周に、周方向に等間隔に３つの凸部１２ａを形成している点が第１例と異なり、他の部分は第１例と同じ構成であり、スペーサ１２’はシャフト案内である。図６においてピニオンシャフト４ｅと凸部１２ａとの隙間は、例えゼロであっても、回転するスペーサ１２’に応じて、凸部１２ａ間の空間１２ｂ内に油路４ｆの給油口４ｈから潤滑油が供給されるようになるので、潤滑性を向上させることができる。ここで、凸部１２ａの内径面は平面としているが、円弧状の曲面であってもよい。

また、空間１２ｂへの給油口４ｈが複数個かつ周方向に等間隔配置であるような場合、給油口が偶数個のときは凸部を奇数個、給油口が奇数個であるときは凸部を偶数個設けることが好ましい。このような形状とすることにより全ての給油口を同時にふさぐことがないため潤滑の妨げとなるおそれがない。

〈第３例〉
図７は、本実施の形態の第３例におけるスペーサを示す斜視図、図８は図７のスペーサを備える本実施の形態の針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。

図７に示す環状のスペーサ２２は、図６のスペーサ１２’と同様の凸部１２ａを有し、凸部１２ａにおける給油口４ｈにかかる部分に周方向の溝２２ａを形成したものである。凸部１２ａに周方向の溝２２ａを設けることにより、スペーサ２２をスペーサ１２’と同様にシャフト案内とした場合でも給油口４ｈをスペーサ２２がふさぐことがないため、潤滑の妨げとなることはない。

また、凸部１２ａにおける周方向の溝２２ａの軸方向長さｃ（図７）を、図８の（給油口径ｄ＋ころ両端部軸方向すきまｅ×２）以上にすることが好ましく、これにより、確実に給油口を開放することができる。

〈第４例〉
図９は、本実施の形態の第４例におけるスペーサを示す斜視図、図１０は第４例における別のスペーサを示す斜視図、図１１は図９または図１０のスペーサを備えた本実施の形態の針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。第４例は、スペーサ２３，２３’の内周に図６と同様に凸部２３ａ、２３ｃを有するが、その軸方向の長さｆ、ｆ’を図１１の給油口径ｄ’未満としたものである。なお、図１１の給油口４ｈ’はピニオンシャフト４ｅの外周面で広がるように形成されている。

即ち、図９に示す環状のスペーサ２３の内周に設けた凸部２３ａは、２段形状となっており、給油口４ｈに近い側の凸部２３ｂの軸方向の長さｆが給油口径ｄ’未満である。また、図１０に示す環状のスペーサ２３’の内周に設けた凸部２３ｃの軸方向の長さｆ’が給油口径ｄ’未満である。これにより、スペーサ２３，２３’をスペーサ１２’と同様にシャフト案内とした場合でも給油口４ｈをスペーサ２３，２３’がふさぐことはない。また、図９，図１０のような場合、凸部２３ｂ、２３ｃの周方向長さｇ、ｇ’を給油口径ｄ’以上とすることにより、凸部２３ｂ、２３ｃが給油口に入り込むおそれがなくなる。

〈第５例〉
図１２は、本実施の形態の第５例におけるスペーサを示す斜視図である。第５例は、スペーサ２３の外径の両端部に面取り部２４ａを設けたものである。これにより、ピニオンシャフト４ｅにたわみが発生した場合でも、スペーサ２３と遊星歯車（外輪）４ｃとの接触を防止できる。なお、第５例においてはスペーサの外径端部に設けた面取り部に限るものではなく、例えば、外径面を曲面とした形状であってもよく、同様の効果を得ることができる。また、図１２のスペーサ２３は、面取り部２４ａ以外は第３例（図７）と同様の構成であるが、第１例〜第４例のいずれのスペーサにも適用できることはもちろんである。

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。例えば、総ころタイプの針状ころ軸受のみならず、ころを保持する保持器を有する針状ころ軸受にも本発明を適用させることができる。かかる場合、保持器は遊星歯車（外輪）案内とするのが好ましい。

１ 自動変速機
４〜６ 遊星歯車機構
１０ 針状ころ軸受
１１ ころ
１２ スペーサ
１２ａ 凸部

Claims (5)

1. 遊星歯車機構においてシャフトに対して遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受において、
   複列のころと、前記ころの列間に配置された環状のスペーサと、を有し、前記スペーサは前記シャフトに案内されていることを特徴とする針状ころ軸受。
2. 前記針状ころ軸受は総ころタイプであることを特徴とする請求項１に記載の針状ころ軸受。
3. 前記スペーサは、内周に前記シャフトに当接する複数の凸部を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の針状ころ軸受。
4. 前記凸部は、前記シャフトの外周面に開口する潤滑用給油口をふさがないように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の針状ころ軸受。
5. 前記針状ころ軸受は、前記遊星歯車に案内され前記ころを保持する保持器を有することを特徴とする請求項１に記載の針状ころ軸受。

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