JP2021156320A - プラネタリ用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジアル荷重及びモーメント荷重が作用しても、軸受寿命の低下を抑制することができるプラネタリ用軸受装置を提供する。【解決手段】軸方向に離間して設けられた１対の軸受２０により、プラネタリキャリア１２に対してプラネタリギヤ１１を回転可能に支持するプラネタリ用軸受装置１０であって、１対の軸受２０は、内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面２１ａを有するプラネタリギヤ１１と、外周面に内輪軌道面２２ａを有して、外輪軌道面２１ａに対向してそれぞれ配置される１対の内輪２２と、外輪軌道面２１ａと内輪軌道面２２ａとの間に配置される複数の転動体２３と、を備え、１対の内輪２２は、プラネタリキャリア１２に隣接した状態で支持される。【選択図】図１

Description

本発明は、プラネタリギヤを回転可能に支持するプラネタリ用軸受装置に関する。

現在、自動変速機（オートマチックトランスミッション）等に使用されているプラネタリ機構では、複数のプラネタリギヤをプラネタリキャリアに固定する手法が一般的である。そのプラネタリギヤを回転可能に支持するニードル軸受としては、ケージアンドローラ（例えば、特許文献１、２参照）が一般的に使用され、内輪の代わりにプラネタリシャフト、外輪の代わりにプラネタリギヤとして、プラネタリ用軸受装置を構成している。この場合、プラネタリシャフトをプラネタリキャリアに固定することにより、ケージアンドローラを介してプラネタリギヤの負荷を支える構造となっている。

特開２０１５−０８３８６１号公報 特許第４３０４６７０号公報

ところで、上記したプラネタリギヤの支持構造では、プラネタリギヤははすば歯車であるため、ケージアンドローラにラジアル荷重及びモーメント荷重の２種類の荷重が作用する。これにより、ケージアンドローラのころは常にエッジロード環境に晒されることになり、プラネタリ用軸受装置が短寿命となる原因となっていた。また、プラネタリシャフトがケージアンドローラ及びプラネタリギヤを支持すると共に、ケージアンドローラの内輪の役割を果たすため、プラネタリギヤからの荷重によるプラネタリシャフトの弾性変形もエッジロード環境を助長する要因となっている。

そして、エッジロードへの対策として、ケージアンドローラのころのクラウニングを最適化したり、プラネタリシャフトの弾性変形への対策として、ケージアンドローラを複列化（列間にスペーサを設ける場合もある：特許文献２参照）したりする必要があった。しかしながら、プラネタリ機構の形状は、ユニット内部のスペース、変速比、プラネタリ装置の剛性及び強度に対して重要な役割を果たす部分であるので、寸法変更は困難であり、限られたスペースの中で対策を施さなければならなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラジアル荷重及びモーメント荷重が作用しても、軸受寿命の低下を抑制することができるプラネタリ用軸受装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）軸方向に離間して設けられた１対の軸受により、プラネタリキャリアに対してプラネタリギヤを回転可能に支持するプラネタリ用軸受装置であって、前記１対の軸受は、内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面を一体又は別体で有する前記プラネタリギヤと、外周面に内輪軌道面を有して、前記外輪軌道面に対向してそれぞれ配置される１対の内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を備え、前記１対の内輪は、前記プラネタリキャリアに隣接した状態で支持される、プラネタリ用軸受装置。
（２）前記内輪は、前記プラネタリキャリアに設けられた軸又は穴に嵌合している、（１）に記載のプラネタリ用軸受装置。
（３）前記外輪軌道面は、前記プラネタリギヤに一体に形成、又は前記プラネタリギヤの軸方向両端に配置された１対の外輪に形成されている、（１）又は（２）に記載のプラネタリ用軸受装置。
（４）前記転動体は、玉、円すいころ、及び球面ころのいずれか１種であり、前記転動体の列数は、前記内輪に対して１列以上配置されている、（１）〜（３）のいずれか１つに記載のプラネタリ用軸受装置。

本発明によれば、プラネタリキャリアに対してプラネタリギヤを回転可能に支持する１対の軸受は、内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面を一体又は別体で有するプラネタリギヤと、外周面に内輪軌道面を有して、外輪軌道面に対向してそれぞれ配置される１対の内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を備え、１対の内輪は、プラネタリキャリアに隣接した状態で支持される。このため、ラジアル荷重及びモーメント荷重が作用しても、１対の軸受がモーメント荷重を支持するので、軸受寿命の低下を抑制することができる。

本発明に係るプラネタリ用軸受装置の一実施形態が適用されたプラネタリ機構のプラネタリギヤ支持部を説明する一部切欠拡大斜視図である。 図１に示すプラネタリ用軸受装置の断面図である。 プラネタリ用軸受装置の一実施形態の第１変形例を説明する断面図である。 プラネタリ用軸受装置の一実施形態の第２変形例を説明する断面図である。 プラネタリ用軸受装置の一実施形態の第３変形例を説明する断面図である。

以下、本発明に係るプラネタリ用軸受装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以降の説明において、軸方向、径方向、及び周方向とは、プラネタリギヤの軸方向、径方向、及び周方向である。

本実施形態のプラネタリ用軸受装置（以下、単に「軸受装置」とも言う）１０は、図１及び図２に示すように、円筒状のプラネタリギヤ１１の内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面２１ａを配置した１対の玉軸受２０と、玉軸受２０の内輪２２を外嵌支持したプラネタリシャフト１３と、プラネタリシャフト１３の軸方向両端部を固定したプラネタリキャリア１２と、を備える。これにより、１対の玉軸受２０は、プラネタリシャフト１３及びプラネタリキャリア１２により支持される。そして、プラネタリギヤ１１は、軸方向に離間して設けられた１対の軸受２０により、プラネタリキャリア１２に対して回転可能に支持される。

１対の玉軸受２０は、複列アンギュラ玉軸受の構成を有しており、背面組合せ（ＤＢ）の接触角を有した状態で配置されている。１対の玉軸受２０は、内周面の軸方向両端部に複列の外輪軌道面２１ａ，２１ａを有するプラネタリギヤ（外輪部材）１１と、外周面に単列の内輪軌道面２２ａを有して、外輪軌道面２１ａ，２１ａに対向してそれぞれ配置される１対の内輪２２，２２と、各外輪軌道面２１ａと各内輪軌道面２２ａとの間に転動可能に配置される複数の玉（転動体）２３と、複数の玉２３を周方向に略等間隔に保持する保持器２４と、を備える。なお、本実施形態では、プラネタリギヤ１１の内周面に外輪軌道面２１ａが一体に形成（直接形成）されているが、内周面に外輪軌道面２１ａを有する外輪２１をプラネタリギヤ１１と別体に設けてもよい（図３参照）。また、図２〜図５では、図の理解を容易にするため、保持器２４は記載されていない。

プラネタリシャフト１３は、円筒状部材であり、１対の玉軸受２０の各内輪２２内に挿通され、その両端がプラネタリキャリア１２に固定されている。プラネタリシャフト１３は、かしめ又はピン止めにより、プラネタリキャリア１２に固定されている。

各内輪２２の内周面は、プラネタリシャフト１３の外周面に嵌合しており、各内輪２２の軸方向外側の側面は、プラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面に当接している。つまり、各内輪２２は、プラネタリキャリア１２に隣接した状態で支持されている。従って、玉軸受２０に作用するラジアル方向の荷重は、プラネタリシャフト１３で支持し、玉軸受２０に作用するアキシアル方向の荷重（モーメント荷重の分力）は、プラネタリキャリア１２で支持している。
また、内輪２２の軸方向外側の側面とプラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面との間に、すき間調整用の間座や、予圧を付与するための弾性部材を設けることもできる。この場合、玉軸受２０に作用するアキシアル方向の荷重は、上記間座又は弾性部材を介してプラネタリキャリア１２が支持する。

以上説明したように、本実施形態のプラネタリ用軸受装置１０によれば、外輪がはすば歯車と一体化されたプラネタリギヤ１１である１対の玉軸受２０と、１対の玉軸受２０に作用する荷重を支持する、プラネタリキャリア１２及びプラネタリシャフト１３と、を備える。このため、ラジアル荷重及びモーメント荷重が作用しても、背面組み合わせによる複列アンギュラ玉軸受の構成を有する１対の玉軸受２０がモーメント荷重を支持するので、軸受寿命の低下を抑制することができる。

また、プラネタリギヤ１１の軸方向両端にそれぞれ玉軸受２０（外輪軌道面２１ａ）を配置することにより、プラネタリシャフト１３の支持端面（プラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面）と荷重支持部（内輪２２の嵌合部）の軸方向距離を近づけることができるため、プラネタリシャフト１３の弾性変形を軽減することができる。さらに、背面組合せ型の複列アンギュラ玉軸受の構成を有する、１対の玉軸受２０の作用点間の距離を最大にして、大きなモーメント荷重を支持することができる。
また、プラネタリギヤ１１の内周面に外輪軌道面２１ａを一体に形成（直接形成）しているので、プラネタリ用軸受装置１０の部品点数の削減と小型化を図ることができる。
また、転動体が玉である玉軸受２０を採用するため、許容回転数が向上して高速回転にも対応可能であり、回転トルクも低減することができる。

次に、図３を参照して、本実施形態の第１変形例を説明する。本変形例では、プラネタリシャフト１３を軸方向に２分割し、プラネタリキャリア１２に圧入固定した各プラネタリシャフト１３により、内輪２２をそれぞれ支持している。つまり、内輪２２の内周面がプラネタリシャフト１３の外周面に嵌合し、内輪２２の軸方向外側の側面がプラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面に当接している。また、本変形例のプラネタリギヤ１１は、内周面に外輪軌道面２１ａを有する１対の外輪２１を組み合わせて構成されている。プラネタリギヤ１１は、その内周面の軸方向両端部に設けた段部にそれぞれ外輪２１を配置することにより、プラネタリギヤ１１の内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面２１ａを有している。つまり、本変形例は、プラネタリギヤ１１が外輪軌道面２１ａを別体（外輪２１）で有する形態である。具体的には、外輪２１の外周面が段部の内周面に嵌合し、外輪２１の軸方向内側の側面が段部の軸方向外側の側面に当接している。
本変形例の場合、プラネタリ用軸受装置１０を軽量化すると共に、１対の玉軸受２０をプラネタリキャリア１２に組み付け容易とすることができる。

次に、図４を参照して、本実施形態の第２変形例を説明する。本変形例では、プラネタリシャフト１３の代わりに、プラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面に円環状の軸部３１をそれぞれ形成して、この２つの軸部３１で内輪２２をそれぞれ支持している。つまり、内輪２２の内周面が軸部３１の外周面に嵌合し、内輪２２の軸方向外側の側面がプラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面に当接している。また、軸部３１の軸方向内端部の全周に、内径側に延びるフランジを設けて、軸部３１の強度を高めることもできる。
本変形例の場合、プラネタリ用軸受装置１０の部品点数を減らして低コスト化を図ると共に、内輪２２をプラネタリキャリア１２に対して強固に結合させることができる。

次に、図５を参照して、本実施形態の第３変形例を説明する。本変形例では、プラネタリシャフト１３の代わりに、プラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面に内輪２２を嵌合させる有底の穴３３をそれぞれ形成して、この２つの穴３３で２つの内輪２２をそれぞれ支持している。つまり、内輪２２の外周面が穴３３の内周面に嵌合し、内輪２２の軸方向外側の側面が穴３３の底面に当接している。従って、玉軸受２０に作用するラジアル方向の荷重は、穴３３の内周面で支持し、玉軸受２０に作用するアキシアル方向の荷重は、穴３３の底面（プラネタリキャリア１２の軸方向内側の側面）で支持している。
また、内輪２２の軸方向外側の側面と穴３３の底面との間に、すき間調整用の間座や、予圧を付与するための弾性部材を設けることもできる。
なお、穴３３は、プラネタリキャリア１２を軸方向に貫通する、段付きの貫通孔としてもよい。
本変形例の場合、プラネタリ用軸受装置１０を更に軽量化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、軸受として、転動体が玉である玉軸受を使用したが、これに限定されず、転動体が円すいころである円すいころ軸受や、転動体がたる形の球面ころである自動調心ころ軸受などを使用してもよい。
また、上記実施形態では、軸受として、単列（１列）の内輪を使用して、複列アンギュラ玉軸受の構成を採用したが、各内輪に対する転動体の列数は１列以上であればよく、例えば、２列の内輪軌道面を有するタンデム型アンギュラ玉軸受の構成を採用することもできる。

１０ プラネタリ用軸受装置
１１ プラネタリギヤ
１２ プラネタリキャリア
１３ プラネタリシャフト（軸）
２０ 玉軸受
２１ 外輪
２１ａ 外輪軌道面
２２ 内輪
２２ａ 内輪軌道面
２３ 玉（転動体）
２４ 保持器
３１ 軸部（軸）
３３ 穴

Claims (4)

1. 軸方向に離間して設けられた１対の軸受により、プラネタリキャリアに対してプラネタリギヤを回転可能に支持するプラネタリ用軸受装置であって、
   前記１対の軸受は、
   内周面の軸方向両端にそれぞれ外輪軌道面を一体又は別体で有する前記プラネタリギヤと、
   外周面に内輪軌道面を有して、前記外輪軌道面に対向してそれぞれ配置される１対の内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配置される複数の転動体と、を備え、
   前記１対の内輪は、前記プラネタリキャリアに隣接した状態で支持される、プラネタリ用軸受装置。
2. 前記内輪は、前記プラネタリキャリアに設けられた軸又は穴に嵌合している、請求項１に記載のプラネタリ用軸受装置。
3. 前記外輪軌道面は、前記プラネタリギヤに一体に形成、又は前記プラネタリギヤの軸方向両端に配置された１対の外輪に形成されている、請求項１又は２に記載のプラネタリ用軸受装置。
4. 前記転動体は、玉、円すいころ、及び球面ころのいずれか１種であり、前記転動体の列数は、前記内輪に対して１列以上配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラネタリ用軸受装置。

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