JP2020026874A - 保持器付きころおよび遊星歯車支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい潤滑環境下でも長寿命化を図ることが可能な保持器付きころを提供する。【解決手段】保持器付きころは、１対のリング部１１と、軸方向に延びて当該リング部１１同士を連結する複数の柱部２１を有する保持器１２と、周方向に隣り合う柱部２１，２１の間のポケットに配置されるころと、を備える。柱部２１は、軸方向外側に設けられる端部２２と、端部２２よりも内径側に位置する中央部を含み、端部２２には、ポケット側へ突出し、ころと接触してころの径方向外側への移動を規制する外爪２５が形成される。柱部２１の端部２２の内径面２６には、周方向に延びて外爪２５と連通する油溝３１が形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、保持器付きころおよび遊星歯車支持構造に関する。

保持器付きころの潤滑構造として、特開２０１５−０７８７４２号公報（特許文献１）のように、保持器の外径面に通油溝を設けることで通油性を高める技術がある。また実用新案登録第２５８４２２５号公報（特許文献２）に記載される保持器付ころでは、保持器の外径面および内径面に油溜まりとして作用するカシメ溝を設けている。また、特開２００７−２５５４９４号公報（特許文献３）のように、保持器の内径面に通油溝を設けることで、通油性を高めている技術もある。

特開２０１５−０７８７４２号公報 実用新案登録第２５８４２２５号公報 特開２００７−２５５４９４号公報

保持器付きころは、たとえば、自動車の変速機内において、歯車を歯車軸に支持する軸受として用いられる。特に近年では、自動車の省燃費化のために、変速機の多段化が進んでおり、保持器付きころを用いた遊星歯車支持構造のニーズが高くなっている。また、自動車の省燃費化のために、変速機で使用される潤滑油が少量化するとともに、動粘度の低い潤滑油を使用する傾向にもある。この場合、保持器付きころに供給される潤滑油の量が少なくなり、油膜が形成されにくくなるため、少なくとも外爪ところが油膜を介することなく直接接触することも考えられ、外爪ところが互いに摩耗するおそれがある。

このような課題を解決するために、特許文献３に記載の保持器付きころを採用することも考えられるが、特許文献３に記載の保持器付きころでは、遊星歯車の支持軸に形成された油供給孔から保持器と支持軸との間に潤滑油を供給する構成であり、ころと外爪との摺接部に潤滑油を供給する構成は想定されていない。

本発明は、上述の実情に鑑み、厳しい潤滑環境下でも、長寿命化を図ることが可能な保持器付きころを提供することを目的とする。

この目的のため本発明による保持器付きころは、１対のリング部および軸方向に延びてリング部同士を連結する複数の柱部とを有する保持器と、周方向に隣り合う柱部同士の間のポケットに配置されるころとを備える。保持器の柱部は、軸方向外側に設けられる端部と、該端部よりも内径側に位置する中央部を含み、柱部の端部には、ポケット側へ突出し、ころと接触して当該ころの径方向外側への移動を規制する外爪が形成され、柱部の端部の内径面には、周方向に延びて外爪と接続する油溝が形成されている。

かかる本発明によれば、潤滑油が保持器柱部の端部の内径面に形成される油溝を流れ、外爪ところの接触箇所に供給される。したがって接触箇所に油膜が形成され、外爪と転動面の直接接触が回避され、外爪およびころの転動面の摩耗が防止される。また保持器付きころが保持器付きころの軸線からオフセットした中心軸を中心に公転し、保持器付きころを潤滑する潤滑油が遠心力を受ける場合であっても、保持器付きころの公転運動と自転運動が協働して潤滑油を油溝に流し、保持器付きころの通油性が向上する。また柱部の端部が中央部よりも外径側に位置するため、柱部の端部の内径面は軸の外周面と接触しないし、研削加工を施される必要もない。したがって従来の通油溝にように溝深さが減少しない。本発明は、含油部材を設ける必要がなく、低コストで生産可能である。なお、油溝は、１個の端部において１本のみ設けられてもよいし、あるいは複数本設けられてもよい。周方向に延びる油溝は、周方向と平行に延びるものであってもよいし、あるいは斜め周方向に延びるものであってもよい。

油溝の溝深さおよび溝幅は限定されない。本発明の一局面として、柱部の端部の内径面には、油溝と接続する凹状の油溜部が形成される。かかる局面によれば、潤滑油が油溜部に一時的に貯留される。したがって遠心力により潤滑油が保持器付きころから外部へ抜け出し易くなっても、保持器付きころの通油性が損なわれない。油溜部の形状および個数は特に限定されない。他の局面として、柱部の端部の内径面には、油溝のみ形成されていてもよい。

本発明の好ましい局面として油溝の周方向端部は、外爪に形成されて、径方向に延びる。かかる局面によれば、潤滑油が外爪ところの転動面の接触箇所全体に供給される。

本発明のさらに好ましい局面として油溝の周方向端部は、外爪を貫通するよう径方向に延び、外径側に指向する端部の外径面と接続する。他の局面として油溝の周方向端部は、外爪に形成されるものの、端部の外径面と接続しないものであってもよい。

一局面として本発明の保持器付きころは、遊星歯車支持構造の遊星歯車の中心に設けられる。本発明の遊星歯車支持構造は、リングギヤと、リングギヤの中心に配置されるサンギヤと、リングギヤとサンギヤに噛合する複数の遊星歯車と、遊星歯車を支持するキャリアとを具備し、遊星歯車がキャリアに設けられた支持軸に転がり軸受を介して回転自在に支持された遊星歯車支持構造において、支持軸の転がり軸受は、上述した保持器付きころである、

このように本発明は、厳しい潤滑環境下でも、長寿命化を図ることが可能な保持器付きころおよびそれを備えた遊星歯車支持構造を提供することができる。

本発明の保持器付きころが使用される遊星歯車支持構造を示す模式図であって、（Ａ）は全体図であり、（Ｂ）は遊星歯車支持軸の断面図である。 本発明の一実施形態になる保持器付きころを示す斜視図である。 同実施形態から保持器を取り出して示す斜視図である。 同実施形態の保持器を示す縦断面図である。 図４中の丸囲み部を示す拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す拡大斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す拡大斜視図である。 図７の実施形態の変形例を示す拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。はじめに、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、本実施形態の保持器付き針状ころ（以下、単に保持器付きころと呼ぶ）１０が用いられる遊星歯車支持構造１００の概要について説明する。遊星歯車支持構造１００は、リングギヤ１０１と、サンギヤ１０２と、複数の遊星歯車１０３と、キャリア１０４と、複数の支持軸１０５と、保持器付きころ１０とを備える。遊星歯車支持構造１００は、たとえば、自動車の変速機などに用いられ、その遊星歯車支持構造１００における遊星歯車１０３を回転可能に支持するために、保持器付きころ１０が使用されている。すなわち、本実施形態の保持器付きころ１０は、自動車用保持器付きころである。

サンギヤ１０２は、リングギヤ１０１の内側に同軸に配置される。遊星歯車１０３は、リングギヤ１０１よりも内径側かつサンギヤ１０２よりも外径側に配置されて、リングギヤ１０１およびサンギヤ１０２と噛合する。キャリアには複数の支持軸１０５が立設される。各支持軸１０５は、遊星歯車１０３の中心孔に挿通される。遊星歯車１０３の内径面と支持軸１０５の外径面の間には本実施形態の保持器付きころ１０が設けられる。保持器付きころ１０は転がり軸受として遊星歯車１０３を回転可能に支持する。

遊星歯車１０３は自転しながらサンギヤ１０２の回りを公転可能である。キャリアはサンギヤ１０２と同軸に配置されて回転可能であり、遊星歯車１０３の公転を取り出し、あるいは遊星歯車１０３を公転させる。遊星歯車１０３および保持器付きころ１０には、サンギヤ１０２を中心とする遠心力が作用する。

図１（Ｂ）を参照して、各遊星歯車１０３は、本実施の形態に係る保持器付きころ１０を介して、支持軸１０５上に回転自在に支持されている。つまり、保持器付きころ１０は、遊星歯車１０３を支持軸１０５に回転可能に支持するものである。具体的には保持器付きころ１０は、例えば、単体の保持器１２と複数のころ１４とで構成され、支持軸１０５の外周面を内側軌道面とし、遊星歯車１０３中心孔の内周面を外側軌道面としている。本実施形態の保持器１２は、外径案内で用いられている。本実施の形態のころ１４は、針状ころである。

支持軸１０５の内部には、潤滑油を供給するための通油孔１０６が形成されている。このように、支持軸１０５の内部に形成した通油孔１０６を通じて潤滑油を支持軸１０５の外周面に導くことにより、保持器付きころ１０の潤滑を行っている。具体的には、通油孔１０６は、図１の紙面上の右方から軸方向に延在する第１通油孔１０６ａと、支持軸１０５の軸方向中央付近で径方向に延びて支持軸１０５外周面と連通する第２通油孔１０６ｂとを含む。支持軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、ころ１４の転動面を潤滑し、図１（Ｂ）の矢印Ｆ１に示すように保持器１２の内径面に沿って軸方向両側に流れ、保持器１２のリング部１１の内周と支持軸１０５の外周との間を通過して外部へと流出する。また、同様に、支持軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、図１（Ｂ）の矢印Ｆ２に示すように、保持器１２の柱部２１ところ１４の隙間を抜けて外径方向に流れ、遊星歯車１０３中心孔の内周面を潤滑する。

なお、多段化が進む自動車の変速機に遊星歯車支持構造１００が使用される場合、自動車の更なる燃費向上のために保持器付きころ１０へと供給される潤滑油量が少量化したり、低粘度の潤滑油が供給されたりすることがある。このような自動車の燃費向上のために用いられる潤滑油の動粘度は、例えば、１００℃で２センチストークス（ｃＳｔ）〜８センチストークス（ｃＳｔ）である。

図２は、本発明の一実施形態になる保持器付きころ１０を示す斜視図である。図３は、同実施形態から保持器を取り出して示す斜視図である。図４は、同実施形態の保持器を示す縦断面図であり、保持器の中心線を含む平面で保持器を切断した切断面を表す。

図２を参照して保持器付きころ１０は、１対のリング部１１，１１および軸線Ｏ方向に延びてリング部１１，１１同士を連結する複数の柱部２１とを有する保持器１２と、柱部２１，２１同士の間のポケット１３に配置される針状ころ１４とを備える。軸線Ｏは保持器付きころ１０の中心線であり、保持器１２の中心線と共通する。なお、以下の説明において、「径方向」とは軸線Ｏに対して直交する方向をいい、「周方向」とは軸線Ｏを中心とする円弧に沿う方向をいう。

１対のリング部１１，１１と周方向で隣り合う柱部２１，２１は、ポケット１３を区画する。柱部２１の側面は、ポケット１３を区画することからポケット壁面２８ともいう。

保持器付きころ１０の中心には支持軸１０５が通される。また、保持器付きころ１０はハウジング（遊星歯車１０３）の内部に設置される（図１参照）。針状ころ１４は、支持軸１０５の外周面およびハウジング（遊星歯車１０３）の内周面を転動する。

図３および図４を参照して柱部２１は、端部２２と、中央部２３と、傾斜部２４を含む。中央部２３は、柱部２１の軸線Ｏ方向中央を占める。中央部２３には、針状ころ１３の径方向内側への移動を規制する内爪３５が形成されている。端部２２は柱部２１の軸線Ｏ方向一方端を占め、リング部１１と結合する。傾斜部２４は、中央部２３と端部２２の間を占める。

図４を参照して柱部２１の中央部２３は軸線Ｏに近く、柱部２１の端部２２は軸線Ｏから遠い。柱部２１（端部２２、中央部２３，傾斜部２４）は、内径側に指向する内径面と、外径側に指向する外径面を有する。中央部２３の内径面の半径は、リング部１１の内径面の半径と同一あるいは小さい。

中央部２３は、軸線Ｏと平行に真っ直ぐに延び、中央部２３の両端で傾斜部２４の軸線Ｏ方向内側端と接続する。各傾斜部２４は、軸線Ｏ方向外側へ向かうほど外径側となるよう傾斜して延びる。各傾斜部２４の軸線Ｏ方向外側端は、端部２２と接続する。各端部２２は、軸線Ｏと平行に真っ直ぐに延びる。図４に示す１本の柱部２１に着目して、柱部２１の軸線Ｏ方向両端部を占める端部２２，２２は、柱部２１の軸線Ｏ方向中央部を占める中央部２３よりも外径側に位置し、リング部１１，１１の外径縁と結合する。柱部２１はＭ字形状をなすことから、保持器１２をＭ字形保持器ともいう。各端部２２の外径面の半径は、リング部１１の外径面の半径と同一にされる。各端部２２には、外爪２５が形成される。

図５は、図４中の一点鎖線の丸囲み部を示す拡大斜視図であり、端部２２および外爪２５を拡大して表す。外爪２５は、柱部２１のポケット壁面２８よりも周方向へ突出する。外爪２５の突出高さは、内径側から外径側にむかって徐々に大きくなる。このため、外爪２５は傾斜面であって、針状ころ１４の転動面と接触する接触面２９を構成する。

ポケット１３を介して対向する外爪２５，２５の距離は、針状ころ１４（図２）の直径よりも小さい。これにより外爪２５は、針状ころ１４の外径方向への抜け落ちを防止する。針状ころ１４が外径側へ移動すると、外爪２５の接触面２９が針状ころ１４の転動面と接触して、針状ころ１４の径方向外側への移動を規制する。外爪２５はリング部１１から離隔し、リング部１１と外爪２５の間には凹部１５が形成される。

外径案内とされる保持器１２において、保持器１２の端部２２の外径面２７および／またはリング部１１の外径面は、研削加工を施される。これにより保持器１２の外径面の耐摩耗性が向上する。なお保持器１２の端部２２の内径面２６は研削加工を要しない。

各端部２２の内径面２６には油溝３１が形成される。油溝３１の溝幅は、外爪２５の軸線Ｏ方向寸法よりも小さく、一定である。油溝３１の溝幅は、潤滑油の保持性と、外爪への潤滑油供給を考慮して、外爪２５の軸線Ｏ方向寸法の１０％以上５０％以下の範囲が好ましい。

油溝３１は保持器１２の周方向に延びて外爪２５と連通している。油溝３１の溝深さは一定である。油溝３１の溝深さは端部２２の板厚寸法の５％以上５０％以下の範囲が好ましい。端部２２の板厚寸法は、図４に示す端部２２の内径面２６から外径面２７までの肉厚である。

油溝３１は凹部１５よりも軸線Ｏ方向内側かつ傾斜部２４（図４）よりも軸線Ｏ方向外側に配置される。各油溝３１の周方向端は、外爪２５の接触面２９と接続する。換言すると、油溝３１は周方向端でポケット１３と接続する。油溝３１は各端部２２に設けられることから、保持器１２の全周に亘って断続的に配置される（図４）。

説明を図２〜図５に戻すと、本実施形態の保持器付きころ１０は、保持器１２および複数の針状ころ１４を備える。ここで、保持器付きころ１０の回転中に、遠心力により、外爪２５の接触面２９が大きな面圧で針状ころ１４の転動面に接触する場合がある。また遠心力により、潤滑油が保持器付きころ１０の周方向一部領域に偏ってしまい、保持器付きころ１０の周方向他の一部領域で潤滑が厳しくなる場合がある。

本実施形態によれば、保持器１２の内径面２６には油溝３１が形成されている。保持器付きころ１０がハウジングと軸の環状隙間に組み込まれて使用される間、潤滑油は油溝３１を流れ、保持器付きころ１０を潤滑する。油溝３１により保持器付きころ１０の全周に亘り通油性を確保することができる。また油溝３１は、周方向端で外爪２５の接触面２９と接続する。これにより接触面２９には油膜が形成され、接触面２９の油膜切れが生じない。外爪２５と針状ころ１４の転動面の直接接触が回避され、外爪２５および針状ころ１４の転動面の摩耗が防止される。

このように、本実施形態の保持器付きころ１０によれば、潤滑油を外爪２５に供給し易くなり保持器付きころ１０を長寿命化できるため、自動車の省燃費化に伴い軸受の潤滑環境が厳しくなっている自動車の変速機の遊星歯車支持構造に適用した場合の効果は大きい。

保持器の表面に油膜が形成されない場合、保持器がころとの直接接触によって摩耗する。摩耗した部位、例えば、保持器の外爪および内爪は表面粗さが大きくなり、ころ転動面は摩耗した部位の微小な突起と接触するようになる。このようになると、ころ転動面は、粗くなった部位、具体的には例えば外爪および内爪表面の微小な突起部分、で繰り返し高い圧力を受けるため、微小剥離が生じる。この現象はピーリングと呼ばれている。特に、軸外周面に設けられる内側軌道面と、ころ転動面のうち外爪に接触する部位は、高い接触面圧が働くのでピーリングが発生しやすい。このような微小剥離を起点として、ころ転動面の大きな剥離を生じ、遊星歯車支持構造から騒音や振動が発生する。

また本実施形態によれば、保持器１２を外径案内とする場合、端部２２の外径面２７に研削加工を施すが、油溝３１を形成される内径面２６に研削加工を施さないので、油溝３１の溝深さが減少しない。そして保持器１２の外径面に研削加工を施す方が、内径面に研削加工するよりも低コストであり、小径の保持器１２にも対応可能である。

また図４を参照して、油溝３１はリング部１１よりも軸線Ｏ方向内側に配置されるので、油溝３１に保持された潤滑油がリング部１１を乗り越えて保持器付きころ１０の外部に流出し難くされる。したがって、保持器付きころ１０の潤滑性能が向上する。

また図１を参照して、保持器付きころ１０がサンギヤ１０２を中心に公転し、保持器付きころ１０を潤滑する潤滑油が遠心力を受ける場合であっても、保持器付きころ１０の公転運動と自転運動が協働して潤滑油を油溝に流し、保持器付きころ１０の通油性が向上する。

保持器１２の製造方法は、以下の通りである。

まず帯鋼を準備する。次に成形ロールで帯鋼の幅方向中央部に縮径部を形成する。次にプレス機で帯鋼を板厚方向に打ち抜いてポケット１３を形成する。次にプレス機で外爪２５および接触面２９を形成する。次に帯鋼を短冊状に切断し、さらに円筒状に曲げ、帯鋼の端部同士を溶接で結合する。上述した縮径部は、柱部２１の中央部２３を構成する。油溝３１は、上述した縮径部を形成する際に、同時に形成可能である。油溜部３２は、上述した外爪２５および接触面２９を形成する際に、同時に形成可能である。周方向端部３４は、上述した外爪２５および接触面２９を形成する際に、同時に形成可能である。前述した周方向端部３３は、上述したポケット１３を形成する際に、同時に形成可能である。上述した各実施形態では、外爪２５を形成する工程と、油溝３１を形成する工程が別々である。外爪２５および油溝３１の設計の自由度がそれぞれ高くなり、潤滑油の供給流量に応じて油溝３１の形状や寸法を設定することができる。

次に図６を参照して、本発明の他の実施形態になる保持器付きころにつき説明する。図６は他の実施形態の保持器を示す拡大斜視図であり、柱部の端部を内径側からみた状態を表す。図６の実施形態につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。他の実施形態の保持器４２では内径面２６に１個の凹状の油溜部３２が形成される。油溜部３２は溝状であって、軸線Ｏ方向に延びる。また油溜部３２は油溝３１と接続する。油溜部３２の溝深さは端部２２の板厚寸法の５％以上５０％以下の範囲が好ましい。また油溜部３２の溝深さは、油溝３１の溝深さ以上であることが好ましい。なお油溜部３２および油溝３１の形状は、図示される実施形態の他、他の形状であってもよい。

他の実施形態によれば、油溜部３２に潤滑油を保持することができる。したがって、何らかの理由により保持器付きころ１０外部から保持器付きころ１０へ潤滑油の供給が少なくなる場合であっても、保持器付きころ１０を潤滑することができる。

次に図７を参照して、本発明のさらに他の実施形態になる保持器付きころにつき説明する。図７はさらに他の実施形態の保持器４３を示す拡大斜視図であり、柱部の端部を内径側からみた状態を表す。図７の実施形態につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。さらに他の実施形態では、油溝３１の周方向端部３３が外爪２５の接触面２９に形成されて、径方向に延びる。また油溝３１の周方向端部３３が、接触面２９に沿って延び、外爪２５を貫通するよう径方向に延び、外径側に指向する端部２２の外径面２７（図４）と接続する。

外爪２５は、周方向端部３３によって、軸方向内側部分と外側部分に分断される。周方向端部３３の溝深さは、内径側で小さく、外径側に向かうほど大きくなる。周方向端部３３の溝深さがこのように形成されるのは、外爪２５の突出量が内径側で小さく外径側に向かうほど大きいためである。

さらに他の実施形態によれば、油溝３１の周方向端部３３が外爪２５を貫通して延びることから、外爪２５の接触面２９に対して、より多くの潤滑油を供給することができる。

次に図８を参照して、図７の実施形態の変形例になる保持器付きころにつき説明する。図８は変形例の保持器４４を示す拡大斜視図であり、柱部の端部を内径側からみた状態を表す。図８の変形例につき、前述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。変形例では、油溝３１の周方向端部３４の溝深さは、内径側から外径側まで一定である。つまり周方向端部３４は、接触面２９とともに傾斜して延びる。周方向端部３４の溝幅は、潤滑油の保持性と、外爪への潤滑油供給を考慮して、外爪２５の軸線Ｏ方向寸法の１０％以上５０％以下の範囲が好ましい。

変形例によれば、周方向端部３４の溝深さが一定であることから、外爪２５の接触面２９に潤滑油を安定して供給することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。例えば上述した１の実施形態から一部の構成を抜き出し、上述した他の実施形態から他の一部の構成を抜き出し、これら抜き出された構成を組み合わせてもよい。

１０ 保持器付きころ、 １１ リング部、 １２ 保持器、
１３ ポケット、 ２１ 柱部、 ２２ 端部、 ２３ 中央部、
２５ 外爪、 ２６ 内径面、 ２９ 接触面、 ３１ 油溝、
３２ 油溜部、 ３３ 油溝の周方向端部、 １００ 遊星歯車支持構造、
１０１ リングギヤ、 １０２ サンギヤ、 １０３ 遊星歯車、
１０５ 遊星歯車支持軸、 Ｏ 軸線。

Claims (5)

1. １対のリング部および軸方向に延びて当該リング部同士を連結する複数の柱部を有する保持器と、
   周方向に隣り合う前記柱部の間のポケットに配置されるころと、を備え、
   前記柱部は、軸方向外側に設けられる端部と、前記端部よりも内径側に位置する中央部を含み、
   前記端部には、前記ポケット側へ突出し、前記ころと接触して前記ころの径方向外側への移動を規制する外爪が形成され、
   前記端部の内径面には、周方向に延びて前記外爪と連通する油溝が形成されている、保持器付きころ。
2. 前記端部の前記内径面には、前記油溝と接続する凹状の油溜部が形成されている、請求項１に記載の保持器付きころ。
3. 前記油溝の周方向端部は、前記外爪に形成されて、径方向に延びる、請求項１または２に記載の保持器付きころ。
4. 前記油溝の前記周方向端部は、前記外爪を貫通するよう径方向に延び、外径側に指向する前記端部の外径面と接続する、請求項３に記載の保持器付きころ。
5. リングギヤと、前記リングギヤの中心に配置されたサンギヤと、前記リングギヤと前記サンギヤに噛合する複数の遊星歯車と、前記遊星歯車を支持するキャリアとを備え、前記遊星歯車が前記キャリアに設けられた支持軸に転がり軸受を介して回転自在に支持された遊星歯車支持構造において、
   前記転がり軸受は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の保持器付きころである、遊星歯車支持構造。

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