JP2020118178A - 保持器付きころおよび遊星歯車支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】強度上有利で研削加工し易く安価に製造できる保持器の改良技術を提供する。【解決手段】保持器１３の柱部３１は、円環部３０と結合する１対の端部３２，３２と、一方の端部および他方の端部の間に位置する中央部３３と、端部および中央部の間に位置する１対の途中部３４，３４とを含み、保持器の外径は、柱部の端部で最も大きくされ、柱部の途中部で最も小さくされ、柱部の中央部で端部よりも小さく途中部よりも大きくされ、保持器の内径は、中央部で途中部よりも大きくされ、端部には径方向外側へのころのポケット脱落を規制する外爪が設けられ、途中部には径方向内側へのころのポケット脱落を規制する内爪が設けられる。【選択図】図４

Description

本発明は、保持器付きころおよび遊星歯車機構に関する。

太陽歯車と遊星歯車と内歯歯車とキャリアを備える遊星歯車機構に関し、遊星歯車を回転自在に支持するころ軸受が特許第５０１２４３８号公報（特許文献１）および特開２００７−２５５４９４号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１の保持器は、いわゆるＭ型保持器と称され、ころ軸受の軸線を含む平面で保持器の柱部を切断すると、切断面の形状がＭ型である。

これに対し特許文献２の保持器では、保持器の柱部における切断面の形状が逆Ｍ型である。つまり保持器の柱部において、軸方向の中央側部分が両側部分よりも外径側に片寄って形成される。また柱部によって接続される１対の円環部が、外径側へ突出する鍔部を含む。さらに、柱部の両側部分の内径面は保持器案内面とされ、この内径面には円周方向に断続して延びる断続油溝が設けられる。また円環部の内径面には、円周方向に連続して延びる連続油溝が設けられる。また柱部の両側部分の内径面および円環部の内径面には、軸方向に延び、断続油溝および連続油溝と接続する油供給溝が設けられる。

特許第５０１２４３８号公報 特開２００７−２５５４９４号公報

遊星歯車は、上述したころ軸受を中心として単に自転するだけでなく、キャリアの回転によって太陽歯車の周囲を高速で公転する。このため上述したころ軸受には、太陽歯車の軸を中心とする遠心力が作用する。かかる環境の下では、単に自転する場合と比較して、ころ軸受の保持器に大きな遠心力が作用するので、保持器が破損し易いという問題や、保持器が摩耗し易いという問題がある。

また特許文献１および特許文献２の保持器は、保持器の内径面でシャフト外径の内側軌道面に案内されると考えられ、保持器内径面が摩耗し易い。この対策として、保持器とシャフトの摺接面を研削加工により滑らかに仕上げることが考えられる。ところが、遊星歯車の中心に配置されるころ軸受は小径であり、保持器内周面はさらに小径であるから、研削加工の加工効率が悪く、コストアップの原因になる。

本発明は上述の実情に鑑み、保持器に関し、強度上有利で、研削加工し易く安価に製造できる改良技術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、軸方向に離隔する１対の円環部、およびこれら円環部同士を接続する複数の柱部を有し、周方向で隣り合う柱部同士間にポケットを区画する保持器と、ポケットに配置されるころと、を備える。保持器の柱部は、保持器の円環部のそれぞれと結合する１対の端部と、一方の端部および他方の端部の間に位置する中央部と、端部および中央部の間に位置する１対の途中部とを含む。保持器の外径は、柱部の端部で最も大きくされ、柱部の途中部で最も小さくされ、柱部の中央部で端部よりも小さく途中部よりも大きくされる。保持器の内径は、柱部の中央部で途中部よりも大きくされる。端部には、保持器の径方向外側へのころのポケット脱落を規制する外爪が設けられ、途中部には、保持器の径方向内側へのころのポケット脱落を規制する内爪が設けられる。

かかる本発明によれば、柱部の中央部および両端部の外径および内径が、柱部の途中部の外径および内径よりも大きいことから、柱部を全体的に太くすることができる。したがって保持器の強度を大きくすることができる。また柱部の両端部の外径が柱部の中央部および途中部の外径よりも大きいことから、柱部の両端部の外径面を保持器の案内面とすることができる。外径面の研削加工は容易であり、製造コストの低減を図ることができる。なお保持器の外径は、円環部で最も大きくされてもよい。

本発明の一局面として保持器の円環部は、柱部の端部との結合箇所よりも内径側に形成される鍔部を含む。

本発明の遊星歯車支持構造は、上述した保持器付きころと、保持器付きころの中心に通される軸体と、軸体に設けられて保持器の中央部へ指向する油供給孔と、軸体および保持器付きころが配置される中心孔を有する遊星歯車と、軸体の端部と結合するキャリアとを具備する。

このように本発明によれば、従来のＭ型保持器および逆Ｍ型保持器よりも強度上有利である。また研削加工の容易な保持器の外径面を保持器案内面とすることにより、低コストで製造可能になる。

本発明の一実施形態になる遊星歯車支持構造を示す正面図である。 同実施形態のころ軸受を示す縦断面図である。 同実施形態のころ軸受を示す斜視図である。 同実施形態のころ軸受から保持器を取り出して示す縦断面図である。 同実施形態の保持器のポケットを示す拡大図である。 対比例のころ軸受を示す縦断面図である。 対比例のころ軸受の保持器のポケットを示す拡大図である。

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（遊星歯車支持構造の概要）
はじめに、図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る保持器付きころ１０が用いられる遊星歯車機構１００の概要について説明する。図１は、本発明の一実施形態になる遊星歯車支持構造を示す正面図である。図２は、同実施形態のころ軸受を示す縦断面図である。遊星歯車機構１００は、内歯を有し外周を取り囲む内歯歯車（リングギア）１０１と、外歯を有し内歯歯車１０１の中心に配置される太陽歯車（サンギア）１０２と、外歯を有し内歯歯車１０１と太陽歯車１０２の間に配置される複数の遊星歯車（ピニオンギア）１０３とを備える。

遊星歯車１０３は小歯車（ピニオン）であり、内歯歯車１０１および太陽歯車１０２と噛合する。各遊星歯車１０３の中心孔にはシャフト状のピニオン軸１０５が通される。中心孔の孔壁面は、遊星歯車１０３の内周面を構成する。遊星歯車１０３の内周面とピニオン軸１０５の外周面で区画される環状空間には、保持器付きころ１０が配置される。

各ピニオン軸１０５の端部は、共通するキャリア１０４に固定される。これにより複数の遊星歯車１０３は、１個のキャリア１０４に支持される。また各遊星歯車１０３は、保持器付きころ１０によって回転可能とされる。各ピニオン軸１０５の両端部はそれぞれ、ワッシャ１０７に通される。ワッシャ１０７は、保持器付きころ１０の端部とキャリア１０４の間に配置される。なお、図２では、便宜上、ワッシャ１０７は遊星歯車１０３に当接しているが、実際はワッシャ１０７と遊星歯車１０３との間には微小隙間があり、当該隙間から潤滑油が供給されることがある。

例えば内歯歯車１０１が回転を停止したまま太陽歯車１０２が図１に矢で示すように時計回りに回転する場合、各遊星歯車１０３は反時計回りに自転するとともに、太陽歯車１０２の外周を時計回りに公転し、キャリア１０４が反時計回りに回転する。

遊星歯車機構１００は、例えば自動車の変速機などに用いられる。遊星歯車機構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、本実施形態に係る保持器付きころ１０は、自動車用保持器付きころである。

図２を参照して、各遊星歯車１０３は、本実施形態に係る保持器付きころ１０を介して、ピニオン軸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をピニオン軸１０５に回転可能に支持する軸受である。また本実施形態に係る遊星歯車支持構造は、遊星歯車１０３と、ピニオン軸１０５と、保持器付きころ１０とを備える。

保持器付きころ１０は、複数のころ１２と１個の保持器１３とで構成される。保持器１３は各ころ１２を保持するポケットを複数有する。ポケットについては後述する。ころ１２および保持器１３は金属製である。ピニオン軸１０５の外周面は、転動体であるころ１２が転動する内側軌道面である。遊星歯車１０３の内周面は、ころ１２が転動する外側軌道面である。本実施形態のころ１２は、針状ころである。本実施形態の保持器１３は、いわゆる外輪案内で用いられ、外側軌道面と摺接する。

ピニオン軸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。ピニオン軸１０５の内部に形成した通油孔１０６を通じて潤滑油をピニオン軸１０５の外周面に導くことにより、ころ１２の潤滑を行っている。具体的には、通油孔１０６は、図２の紙面上の右方から軸方向に延在する第１通油孔１０６ａと、ピニオン軸１０５の軸方向中央付近で外周面と連通する第２通油孔１０６ｂとを含む。ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、図２に矢ｆａで示すように、保持器１３の軸方向両側に向かって、保持器１３の内周面とピニオン軸１０５の外周面との間を通過して保持器付きころ１０の外部へと流出する。また、同様に、ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、図２に矢ｆｂで示すように、後述する保持器１３のポケットを通り抜け、保持器１３の外周面と遊星歯車１０３の内周面との間を通過して、保持器付きころ１０の外部へと流出する。これにより、保持器１３の内周面と、ピニオン軸１０５の外周面と、ポケット壁面と、保持器１３の外周面と、遊星歯車１０３の内周面と、ころ１２外周の転動面が潤滑される。

なお、多段化が進む自動車の変速機に遊星歯車機構１００が使用される場合、多数の遊星歯車機構１００が変速機に組み込まれ、それに伴い多数の保持器付きころ１０が使用される。かかる変速機において、自動車の更なる燃費向上を意図して、低粘度の潤滑油が保持器付きころ１０へ供給されたり、潤滑油の攪拌抵抗を低下させるべく保持器付きころ１０へと供給される潤滑油量が少量化したり等の事情がある。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、たとえば、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。潤滑油はころ軸受および歯車等の遊星歯車機構１００を構成する回転体を潤滑する。

（発明の実施形態）
次に、図２〜図５を参照して、本実施形態における保持器１３について説明する。以下の説明では、保持器付きころ１０の中心を示す軸線Ｏに沿った方向を「軸方向」、軸線Ｏと直交する方向を「径方向」、軸線Ｏ周りの円周方向を「周方向」という。

保持器１３は、一対の円環部３０と、一対の円環部３０を互いに連結する複数の柱部３１とを有する。柱部３１は、径方向に厚みを有する板状であり、保持器１３の軸方向に延び、両端の端部３２，３２で一対の円環部３０と結合する。円環部３０は、軸方向に厚みを有する板状であり、端部３２から内径側に突出する鍔部３０ｂを含む。周方向に隣り合う柱部３１，３１の間には、ころ１２が配置されるためのポケット１４が設けられている。

各柱部３１は、端部３２，３２間に中央部３３を含む。端部３２と中央部３３は途中部３４で連結される。一対の端部３２，３２と、一対の途中部３４と、中央部３３はそれぞれ、略同じ軸線方向長および略同じ径方向厚みを有し、軸線Ｏと平行に延びる。また各柱部３１の周方向幅についても、後述する外爪３８・内爪３９を除き、略同じにされる。

軸線Ｏからの距離に関し、図２に示すように一対の途中部３４は軸線Ｏに近い位置に配置され、中央部３３および一対の端部３２，３２は軸線Ｏから遠い位置に配置される。このため径方向位置に関し、端部３２と途中部３４と中央部３３は互い違いに配置される。このため端部３２と途中部３４の接続部分３５、および中央部３３と途中部３４の接続部分３６は、軸線Ｏに対して傾斜するように延びる。

保持器１３の外径寸法に関し円環部３０の外径寸法および端部３２の外径寸法は、一致し、保持器１３の外径寸法の中で最も大きい最大外径寸法を構成する。円環部３０および端部３２の外径面は研摩加工され、保持器１３の他の外径面よりも滑らかな円弧面にされる。保持器１３は外径案内であるから、柱部３１の端部３２の外径面はころ軸受の外側軌道面と摺接する摺接案内面を構成する。

中央部３３の外径寸法は、端部３２の外径寸法よりも僅かに小さく形成される。このため中央部３３の外径面はころ軸受の外側軌道面と摺接しない。途中部３４の外径寸法は中央部３３の外径寸法よりも小さい。

保持器１３の内径寸法に関し、円環部３０の内径寸法が最も小さく、途中部３４の内径寸法、中央部３３の内径寸法、端部３２の内径寸法、の順に大きくなる。一対の途中部３４，３４間に位置する中央部３３に関し、中央部３３の内径寸法が途中部３４の内径寸法よりも大きいため、図２に示すように凹所Ｓが区画される。第２通油孔１０６ｂから径方向外側へ流出する潤滑油は、まず凹所Ｓに保持され、その後、矢ｆａ，ｆｂに示すように、ころ軸受の内径側および外径側に供給される。本実施形態によれば、ころ軸受の内径側および外径側の双方を万遍なく潤滑することができる。

ころ１２，１２・・・のピッチ円からみて外径側へ片寄って配置される端部３２には円環部３０から離れた箇所に外爪３８が形成される。外爪３８は、ポケット１４の周方向両側を画成するポケット壁面にそれぞれ形成され、ころ１２がポケット１４から径方向外側に脱落することを規制する。

ころ１２，１２・・・のピッチ円からみて内径側へ片寄って配置される途中部３４には内爪３９が形成される。内爪３９は途中部３４の軸方向中央領域に配置される。内爪３９は、ポケット１４の周方向両側を画成するポケット壁面にそれぞれ形成され、ころ１２がポケット１４から径方向内側に脱落することを規制する。

図５はポケット１４を取り出して示す拡大図であり、外径側からみた状態を表す。各ポケット１４の周方向寸法（隣り合う柱部３１，３１の間隔）は、互いに対向する外爪３８，３８および内爪３９，３９を除き、ころ１２の直径よりも大きいこと勿論であるが、周方向に隣り合う中央部３３，３３間のポケット間隔Ｐ_３３と、周方向に隣り合う途中部３４，３４間のポケット間隔Ｐ_３４の大小関係は、Ｐ_３３＞Ｐ_３４である。このように規定することにより、中央部３３のポケット壁面ところ１２の転動面の隙間を従来のＭ型保持器の場合よりも大きくして、潤滑油がポケット１４を通り抜け易くなり、通油性が向上する。

本実施形態によれば、中央部３３がころ１２のピッチ円から外径側に片寄って配置されることから、中央部３３の断面積を小さくすることなく、中央部３３，３３間のポケット間隔Ｐ_３３を大きく確保することができる。したがって通油性を向上しつつ、保持器１３の強度も確保することができる。

保持器１３の製造方法につき附言すると、まず１対の成形ロールの間に帯鋼を通して、当該帯鋼を所定断面形状に成形し、次にプレス機で帯鋼を打ち抜いてころを保持するポケットを多数形成し、さらにプレス機で外爪および内爪を成形し、次に帯鋼を短冊状に切断し、次に短冊を円筒状に曲げ、当該短冊の端面同士を溶接して、保持器１３の素形材が作製される。この製造方法では、成形ロール加工によって保持器１３の所定断面形状（図４に示すように軸線Ｏを含む平面で柱部３１を切断した切断面）を成形する際に、柱部３１の中央部３３が作成される。本実施形態によれば、保持器１３の製造コストが低減され、安価に潤滑油の流通性を向上することができる。

（対比例）
発明の理解を容易にするため対比例について説明すると、図６は対比例の保持器４０を備える保持器付きころの縦断面図であり、図７は保持器４０のポケット４４を取り出して示す拡大図であり外径側からみた状態を表す。保持器４０はＭ型保持器であり、保持器４０の縦断面形状がＭ字状に形成される。本実施形態の柱部３１は、軸方向に延びる点で上述した図４に示す実施形態と一致するが、端部３２，３２間を除いた柱部３１の過半を占める中央領域４３が端部３２よりも内径側に配置される。そして内爪３９が、中央領域４３の軸方向両端部分にそれぞれ形成される。周方向に隣り合う柱部３１，３１と一対の円環部３０はポケット４４を区画し、ポケット壁面を有する。中央領域４３は軸線Ｏと平行に真っ直ぐ延びる。周方向に隣り合う中央領域４３，４３の間隔は、前述した図５に示す途中部３４，３４の間隔Ｐ_３４と同じである。

対比例では、図５に示すような凹所Ｓが形成されないので、第２通油孔１０６ｂから流出する潤滑油をころ軸受で保持することができず、本実施形態よりも潤滑性能に劣る。また周方向に隣り合う中央領域４３，４３のポケット間隔Ｐ_３４が上述した図５に示す実施形態のポケット間隔Ｐ_３３よりも狭いため（Ｐ_３３＞Ｐ_３４）、中央領域４３，４３のポケット壁面ところ１２の転動面の隙間が上述した実施形態（図５）よりも小さい。そうすると潤滑油がポケット４４を通り抜け難く、ころ軸受の内径側および外径側の潤滑が不均一になる虞がある。

（本発明の概要）
図１〜図５に示すように本実施形態の保持器付きころ１０は、軸方向に離隔する１対の円環部３０，３０、およびこれら円環部３０，３０同士を接続する複数の柱部３１を有し、周方向で隣り合う柱部３１，３１同士間にポケット１４を区画する保持器１３と、ポケット１４に配置されるころ１２と、を備える。柱部３１は、円環部３０のそれぞれと結合する１対の端部３２，３２と、一方の端部３２および他方の端部３２の間に位置する中央部３３と、端部３２，３２および中央部３３の間に位置する１対の途中部３４、３４とを含む。保持器１３の外径は、端部３２で最も大きくされ、途中部３４で最も小さくされ、中央部３３で端部３２よりも小さく途中部３４よりも大きくされる。保持器１３の内径は、中央部３３で途中部３４よりも大きくされる。ころ１２のピッチ円よりも外径側に片寄って配置される端部３２には、ころ１２の径方向外側へのポケット脱落を規制する外爪３８が設けられる。ころ１２のピッチ円よりも内径側に片寄って配置される途中部３４には、ころ１２の径方向内側へのポケット脱落を規制する内爪３９が設けられる。

本実施形態の円環部３０は、柱部３１の端部３２との結合箇所よりも内径側に形成される鍔部３０ｂを含む。本実施形態の遊星歯車支持構造は、保持器付きころ１０の中心に通されるピニオン軸１０５と、ピニオン軸１０５に設けられて保持器１３の中央部３３へ指向する通油孔１０６ｂと、ピニオン軸１０５および保持器付きころ１０が配置される中心孔を有する遊星歯車１０３と、ピニオン軸１０５の端部と結合するキャリア１０４とを具備する。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、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、 １２ ころ、 １３ 保持器、
１４ ポケット、 ３０ 円環部、 ３０ｂ 鍔部、 ３１ 柱部、
３２ 端部、 ３３ 中央部、 ３４ 途中部、
３８ 外爪、 ３９ 内爪、 １００ 遊星歯車機構、
１０３ 遊星歯車、 １０４ キャリア、 １０５ ピニオン軸（軸体）、
Ｏ 保持器およびころ軸受の軸線、 Ｓ 凹所。

Claims (3)

1. 軸方向に離隔する１対の円環部、および前記円環部同士を接続する複数の柱部を有し、周方向で隣り合う前記柱部同士間にポケットを区画する保持器と、
   前記ポケットに配置されるころと、を備え、
   前記柱部は、前記円環部のそれぞれと結合する１対の端部と、一方の前記端部および他方の前記端部の間に位置する中央部と、前記端部および前記中央部の間に位置する１対の途中部とを含み、
   前記保持器の外径は、前記端部で最も大きくされ、前記途中部で最も小さくされ、前記中央部で前記端部よりも小さく前記途中部よりも大きくされ、
   前記保持器の内径は、前記中央部で前記途中部よりも大きくされ、
   前記端部には、径方向外側への前記ころのポケット脱落を規制する外爪が設けられ、
   前記途中部には、径方向内側への前記ころのポケット脱落を規制する内爪が設けられる、保持器付きころ。
2. 前記円環部は、前記柱部の前記端部との結合箇所よりも内径側に形成される鍔部を含む、請求項１に記載の保持器付きころ。
3. 請求項１または２に記載の保持器付きころと、
   前記保持器付きころの中心に通される軸体と、
   前記軸体に設けられて前記保持器の前記中央部へ指向する油供給孔と、
   前記軸体および前記保持器付きころが配置される中心孔を有する遊星歯車と、
   前記軸体の端部と結合するキャリアとを具備する、遊星歯車支持構造。

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