JP2021060065A - 軸受用保持器、ころ軸受、及び遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補強用の部材を用いなくとも、遠心力を受けながら複数のころを保持することが可能な耐力性を有する軸受用保持器、ならびに当該保持器を備えたころ軸受及び遊星歯車装置を提供する。【解決手段】一対の環状体２１，２１、及びこれらの環状体２１，２１を軸方向に連結する複数の柱２２が樹脂成形により一体に形成され、一対の環状体２１，２１の間に複数の柱２２によって区画された複数のポケット２０が設けられた保持器２は、一対の環状体２１，２１のそれぞれの少なくとも周方向一箇所に樹脂成形時に発生するウエルドＷが形成されており、ウエルドＷが形成された部分の内径側の端部には、一対の環状体２１，２１のそれぞれの内周面２１ａから径方向外方に向かって窪む凹部２１０が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、軸受用保持器、ころ軸受、及び遊星歯車装置に関する。

従来、例えば自動車のトランスミッションに用いられる遊星歯車装置には、外歯歯車と内歯歯車との間に複数の遊星歯車が配置され、それぞれの遊星歯車がころ軸受によって回転可能に支持されたものがある。ころ軸受は、複数のころと、複数のころを転動可能に保持する保持器とを有している。遊星歯車装置に用いられるころ軸受は、遊星歯車の公転により発生する遠心力を受けながら遊星歯車の自転を支持するので、強度確保の観点から金属製の保持器が広く用いられていたが、軽量化や低コスト化の要請により、樹脂製の保持器を採用する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のころ軸受用保持器は、軸方向に間隔をあけて対向する２つの環状体からなるリブ部と、円周方向に所定間隔をあけて列設した複数の柱とが、樹脂材料により一体に形成されている。２つのリブ部のそれぞれには、強度向上のため、樹脂材料よりも強度が高い強度材料からなる環状の芯材が埋設されている。芯材は、圧延鋼材等の金属材料あるいはガラス繊維等の強化繊維を配合した樹脂材料によって形成されている。

特開２００６−７７８０１号公報

特許文献１に記載のころ軸受用保持器では、２つのリブ部のそれぞれに芯材を埋設するため、製造時の工数や重量が増大し、金属製の保持器との比較では軽量化及び低コスト化が図られているものの、より一層の軽量化及び低コスト化が望まれていた。

そこで、本発明は、補強用の部材を用いなくとも、遠心力を受けながら複数のころを保持することが可能な耐力性を有する軸受用保持器、ならびに当該保持器を備えたころ軸受及び遊星歯車装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、一対の環状体及び前記環状体を軸方向に連結する複数の柱が樹脂成形により一体に形成され、前記一対の環状体の間に前記複数の柱によって区画された複数のポケットが設けられた軸受用保持器であって、前記一対の環状体のそれぞれの少なくとも周方向一箇所には、樹脂成形時に発生するウエルドが形成されており、前記ウエルドが形成された部分の内径側の端部には、前記一対の環状体のそれぞれの内周面から径方向外方に向かって窪む凹部が設けられている、軸受用保持器を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、上記の軸受用保持器と、前記複数のポケットにそれぞれ保持された複数のころと、を有するころ軸受を提供する。

また、本発明は、外周面に外歯が形成されたサンギヤと、内周面に内歯が形成されたインターナルギヤと、前記サンギヤと前記インターナルギヤとの間に配置された複数のプラネタリギヤと、前記複数のプラネタリギヤを支持するキャリアとを備え、前記複数のプラネタリギヤが上記のころ軸受によって前記キャリアに対して回転可能に支持された、遊星歯車装置を提供する。

本発明によれば、補強用の部材を用いなくとも、遠心力を受けながら複数のころを保持することが可能な耐力性を有する軸受用保持器、ならびに当該保持器を備えたころ軸受及び遊星歯車装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る保持器を有するころ軸受が用いられた遊星歯車装置を示す分解斜視図である。 （ａ）はころ軸受の断面をその周辺部と共に示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 保持器の一方の端部を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、保持器の環状体の一部を２本の柱の端部と共に示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ころ軸受を軸方向から見た構成図である。 保持器の内周面を平面状に展開して模式的に示す展開図である。 変形例に係る保持器の一部を示す斜視図である。 他の変形例に係る保持器の一部を示す斜視図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（遊星歯車装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る保持器を有するころ軸受が用いられた遊星歯車装置を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、ころ軸受の断面をその周辺部と共に示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

遊星歯車装置１は、外周面に外歯１１１を有するサンギヤ１１と、内周面に内歯１２１を有するインターナルギヤ１２と、サンギヤ１１とインターナルギヤ１２との間に配置された複数（本実施の形態では３つ）のプラネタリギヤ１３と、複数のプラネタリギヤ１３をそれぞれ支持する複数（３本）の支持軸１４１を備えたキャリア１４と、複数のプラネタリギヤ１３及び支持軸１４１の間にそれぞれ配置されたころ軸受１０（図２参照）と、それぞれのプラネタリギヤ１３の軸方向両端面１３ａ，１３ｂに対向して配置された複数のワッシャ１５とを備えている。プラネタリギヤ１３は、サンギヤ１１の外歯１１１及びインターナルギヤ１２の内歯１２１に噛み合う外歯１３１を有している。

サンギヤ１１、インターナルギヤ１２、及びキャリア１４は、回転軸線Ｏを中心とする同軸上で相対回転可能に支持されている。また、それぞれのプラネタリギヤ１３は、支持軸１４１の周りを回転軸線Ｏ_１〜Ｏ_３を中心として回転する。複数のプラネタリギヤ１３は、回転軸線Ｏを中心として公転し、かつ回転軸線Ｏ_１〜Ｏ_３を中心として自転する。図２（ａ）及び（ｂ）では、回転軸線Ｏ_１を中心として回転する一つのプラネタリギヤ１３を示している。以下、回転軸線Ｏ_１に平行な方向を軸方向といい、回転軸線Ｏ_１に対して垂直な方向を径方向という。

サンギヤ１１の中心部には、シャフト１１０が相対回転不能に固定されている。プラネタリギヤ１３は、その中心部を貫通する軸孔１３０に支持軸１４１が挿通されており、軸孔１３０の内周面１３０ａと支持軸１４１の外周面１４１ａとの間にころ軸受１０が配置されている。ころ軸受１０は、樹脂製の保持器２と、金属製の複数（本実施の形態では１３個）のころ３とを有している。ころ３は、円柱状に形成されており、プラネタリギヤ１３の自転に伴ってプラネタリギヤ１３の軸孔１３０の内周面１３０ａ及び支持軸１４１の外周面１４１ａを転動する。

キャリア１４は、ころ軸受１０を介してプラネタリギヤ１３を自転及び公転可能に支持している。また、キャリア１４は、複数のプラネタリギヤ１３を軸方向に挟む第１及び第２の円盤部１４２，１４３と、第１及び第２の円盤部１４２，１４３のそれぞれの外径側の端部同士を橋渡しする外郭部１４４と、第１の円盤部１４２の内径側の端部に固定された嵌合筒１４５とを有している。

嵌合筒１４５の内周には、図略のシャフトが相対回転不能に嵌合するスプライン嵌合部１４５ａが形成されている。外郭部１４４には、プラネタリギヤ１３の一部を突出させる開口が形成されており、この開口から突出したプラネタリギヤ１３の外歯１３１がインターナルギヤ１２の内歯１２１に噛み合っている。複数のワッシャ１５は、第１及び第２の円盤部１４２，１４３とプラネタリギヤ１３の軸方向両端面１３ａ，１３ｂとの間にそれぞれ配置されている。

図２（ａ）に示すように、支持軸１４１の両端部は、第１及び第２の円盤部１４２，１４３にそれぞれ形成された嵌合穴１４２ａ，１４３ａに圧入嵌合されている。支持軸１４１は、中心部に空洞１４０が形成された円筒状であり、この空洞１４０に連通する油孔１４１ｂが外周面１４１ａに開口している。空洞１４０に流入した潤滑油は、油孔１４１ｂからころ軸受１０に供給される。

本実施の形態では、ころ軸受１０が、プラネタリギヤ１３から支持軸１４１に向かう径方向の荷重を受けるラジアルころ軸受として形成されている。保持器２は、リング状に形成された一対の環状体２１，２１と、一対の環状体２１，２１の間に設けられた複数の柱２２とを有し、一対の環状体２１，２１が複数の柱２２によって軸方向に連結されている。一対の環状体２１，２１と複数の柱２２とは、樹脂成形により一体に形成されている。この樹脂材料としては、例えば、ガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維材を所定量添加した６６ナイロンやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド)樹脂あるいはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂等を好適に用いることができる。

一対の環状体２１，２１の間には、複数の柱２２によって区画された複数のポケット２０が設けられている。柱２２の数ならびにポケット２０の数は、ころ軸受１０が有するころ３の数と同数であり、本実施の形態では、１３本の柱２２が一対の環状体２１，２１の周方向に沿って等間隔に設けられている。それぞれのポケット２０は、隣り合う２本の柱２２と一対の環状体２１，２１により、矩形状に画成されている。一対の環状体２１，２１は、その形状及び大きさが互いに共通である。

図３は、保持器２の一方の端部を示す斜視図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、環状体２１の一部を２本の柱２２の端部と共に示す斜視図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、ころ軸受１０を軸方向から見た構成図である。図６は、保持器２の内周面を平面状に展開して模式的に示す展開図である。

一対の環状体２１，２１の周方向におけるポケット２０の内径側の端部及び外径側の端部の開口幅は、ころ３の直径よりも狭く、ポケット２０の径方向の中央部では、隣り合う２つの柱２２の間隔がころ３の直径よりも大きく形成されている。ころ３をポケット２０に収容する際には、柱２２を弾性変形させる。

保持器２は、金型内に溶融した樹脂を注入して射出成形することにより形成される。また、保持器２は、単一の樹脂材料からなり、注入される樹脂よりも強度が高い金属あるいは繊維強化樹脂等からなる補強部材を有していない。図５（ａ）及び図６では、保持器２を射出成形する際の溶融樹脂の流れを複数の矢印で示しており、図６では、溶融樹脂が射出されるゲートにあたる部位を破線で囲み、符号Ｇで示している。本実施の形態では、一箇所から金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入する単一ゲート方式の射出成形によって保持器２を形成する。

図５（ａ）及び図６に示すように、ゲートＧから注入された溶融樹脂は二方向に分かれてキャビティ内を流動し、回転軸線（保持器２の中心軸に一致）Ｏ_１を挟んでゲートＧの反対側にあたる部位で合流する。この溶融樹脂の合流地点では、符号Ｗで示すウエルドが形成される。ここで、ウエルドとは、合流する溶融樹脂がぶつかり合って不可避的に生じる継ぎ目状の部分であり、他の部分に比較して強度が低い部分である。

本実施の形態では、ウエルドＷが一対の環状体２１，２１のそれぞれの一箇所に形成される。これらのウエルドＷが形成される部位は、複数のポケット２０のうち一つのポケット２０を保持器２の軸方向に挟む部位であり、より具体的にはゲートＧの反対側にあたるポケット２０を保持器２の軸方向に挟む部位である。

一対の環状体２１，２１のそれぞれには、保持器２を複数のころ３と共にプラネタリギヤ１３の軸孔１３０に組み込んだ後の遊星歯車装置１の使用時にウエルドＷに沿って破断が発生するように、ウエルドＷが形成された部分の内径側の端部に凹部２１０が設けられている。図４（ａ）及び図５（ａ）は、一対の環状体２１，２１が破断する前の状態を示し、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は、一対の環状体２１，２１が破断した後の状態を示している。環状体２１が破断した部分には、僅かな隙間Ｓが形成される。

凹部２１０は、環状体２１の外周面２１ｂ側の先端部ほど幅が狭くなるスリット状の溝であり、環状体２１の内周面２１ａから径方向外方に向かって窪むようにウエルドＷに沿って形成されている。また、凹部２１０は、環状体２１の内径側の端部を軸方向に沿って横断するように設けられている。なお、保持器２を形成する金型には、凹部２１０を形成するための板状の突起が設けられており、溶融樹脂がこの突起に衝突してウエルドＷが形成される。

また、一対の環状体２１，２１には、周方向の複数箇所における内径側の端部に、凹部２１０よりも幅が広い応力緩和溝２００が径方向外方に向かって窪むように設けられている。本実施の形態では、全てのポケット２０の軸方向両側にあたる部分に応力緩和溝２００が設けられており、凹部２１０は、応力緩和溝２００の底面にあたる環状体２１の内周面２１ａから径方向外方に向かって窪むように形成されている。また、環状体２１の周方向における応力緩和溝２００の幅は、ポケット２０の同方向の幅と同等である。

なお、図３及び図４（ａ）では、一対の環状体２１，２１のうち一方の環状体２１を図示しているが、他方の環状体２１にも同様に凹部２１０及び複数の応力緩和溝２００が設けられている。

ころ軸受１０は、遊星歯車装置１の組み立ての際、一対の環状体２１，２１が破断のない環状の状態で支持軸１４１の外側に配置される。そして、ころ軸受１０の外周にプラネタリギヤ１３が配置されてキャリア１４に保持される。その後、遊星歯車装置１が例えば自動車のトランスミッションに組み込まれ、プラネタリギヤ１３が自転しながら公転すると、保持器２が公転による遠心力を受けながら支持軸１４１の周りを回転することにより、脆弱部である凹部２１０の周辺に応力が集中し、ウエルドＷが破断する。これにより、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように破断した部分に僅かな隙間Ｓが発生するが、この隙間Ｓの幅はころ３の直径よりも狭いので、凹部２１０が形成された部分のポケット２０からころ３が離脱することはない。

（実施の形態の効果）
以上説明した実施の形態によれば、使用時において一対の環状体２１，２１が周方向の一箇所で破断するので、過大な応力を発生させることなく、それぞれの環状体２１が拡径可能であると共に、破断した部分を挟む両端部が自在に相対的な角度を変えて動き得る。このため、補強用の部材を用いなくとも、遠心力を受けながら複数のころ３を保持することが可能な耐力性を確保することができる。なお、ここで耐力性とは、保持器２が遠心力やラジアル荷重を受けながら回転しても、ウエルドＷの破断箇所以外には疲労破壊や永久歪等を発生させることなく、複数のころ３を円滑に転動可能に保持し続けることができる性能をいう。

また、それぞれの環状体２１には、複数の応力緩和溝２００が設けられているので、ウエルドＷが破断することにより、例えば環状体２１が拡径するように弾性変形しても、その変形によってポケット２０に対応する部分の環状体２１の内径側の端部に応力が集中してしまうことが緩和される。

（変形例）
なお、本発明は、変形して実施することも可能である。例えば、上記の実施の形態では、応力緩和溝２００の底面にあたる環状体２１の内周面２１ａから径方向外方に向かって窪むように凹部２１０が形成された場合について説明したが、凹部２１０が形成される部分に応力緩和溝２００を設けなくともよい。この場合には、図７に示すように凹部２１０が形成される。

また、上記の実施の形態では、凹部２１０が環状体２１の内径側の端部を横断する溝状に設けられた場合について説明したが、凹部２１０の形状はこれに限定されず、例えば図８に示すように、ウエルドＷが形成された部分に沿って、複数の丸穴状の凹部２１０が形成されていてもよい。

またさらに、上記の実施の形態では、ウエルドＷが一対の環状体２１，２１のそれぞれの一箇所に形成された場合について説明したが、これに限らず、複数のゲートから溶融樹脂を射出することにより環状体２１の複数箇所にウエルドＷを形成し、それぞれのウエルドＷに対して凹部２１０を設けてもよい。例えば、環状体２１の二箇所にウエルドＷを形成した場合には、それぞれのウエルドＷが破断することにより、保持器２が二ツ割保持器となって複数のころ３を保持する。

（付記）
以上、本発明を実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、これら実施の形態及び変形例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。

１…遊星歯車装置 １０…ころ軸受
１１…サンギヤ １１１…外歯
１２…インターナルギヤ １２１…内歯
１３…プラネタリギヤ １４…キャリア
２…保持器 ２０…ポケット
２００…応力緩和溝 ２１…環状体
２１０…凹部 ２２…柱
Ｗ…ウエルド

Claims (5)

1. 一対の環状体及び前記環状体を軸方向に連結する複数の柱が樹脂成形により一体に形成され、前記一対の環状体の間に前記複数の柱によって区画された複数のポケットが設けられた軸受用保持器であって、
   前記一対の環状体のそれぞれの少なくとも周方向一箇所には、樹脂成形時に発生するウエルドが形成されており、
   前記ウエルドが形成された部分の内径側の端部には、前記一対の環状体のそれぞれの内周面から径方向外方に向かって窪む凹部が設けられている、
   軸受用保持器。
2. 前記凹部は、前記複数のポケットのうち何れかのポケットと軸方向に並ぶ部位における前記一対の環状体の内径側の端部を横断するように設けられている、
   請求項１に記載の軸受用保持器。
3. 前記一対の環状体には、周方向の複数箇所における内径側の端部に、前記凹部よりも幅が広い応力緩和溝が径方向外方に向かって窪むように設けられている、
   請求項１又は２に記載の軸受用保持器。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の軸受用保持器と、
   前記複数のポケットにそれぞれ保持された複数のころと、
   を有するころ軸受。
5. 外周面に外歯が形成されたサンギヤと、
   内周面に内歯が形成されたインターナルギヤと、
   前記サンギヤと前記インターナルギヤとの間に配置された複数のプラネタリギヤと、
   前記複数のプラネタリギヤを支持するキャリアとを備え、
   前記複数のプラネタリギヤが請求項４に記載のころ軸受によって前記キャリアに対して回転可能に支持された、
   遊星歯車装置。

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