JP2023018463A - 回転体の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の保持器の振れ回りを抑制する。【解決手段】転がり軸受である軸受６０の内輪８２が延長シャフト５６に嵌合し、外輪８４が延長シャフト５６を支持する第１保持部７０に嵌合している。第１保持部７０の、外輪８４の外周面に対向する内周面には切り欠き８０が設けられている。切り欠き８０の周方向における位置は、第１保持部７０が、軸受６０を介して延長シャフト５６から受けるラジアル荷重が作用する位置である。ラジアル荷重により外輪８４が径方向に拡張するように変形し、この部分を通過する玉８６-1の保持器８８に対する相対速度が遅くなる。玉８６-1と、これに続く玉８６-2が保持器８８-1を挟むように作用し、保持器８８の振れ回りを抑える。【選択図】図４

Description

本発明は、転がり軸受を介して回転体を支持する支持構造に関する。

回転体を、回転を許容するように支持するために転がり軸受が広く用いられている。ラジアル荷重を担持可能なラジアル転がり軸受は、外輪と、外輪と同心配置された内輪と、外輪と内輪の間に介在する複数の転動体と、複数の転動体を所定の間隔に維持する環状の保持器とを含む。保持器は、外輪および内輪と同軸に配置される。転動体は、外輪と内輪に挟まれた状態で転がりながら、外輪と内輪の共通の中心軸線の周りを周回する。

下記特許文献１には、外輪（１２）、内輪（１１）、転動体としての玉（１３）および保持器（１４）を含む軸受装置（１０）が示されている。なお、上記の（ ）内の符号は、下記特許文献１にて用いられた符号であり、本願の実施の形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１４－１８００号公報

転がり軸受に支持される回転体の回転に伴い転動体は、外輪と内輪の中心軸線の周りを周回する。周回運動する転動体によって保持器は中心軸線を中心に回転する。保持器は、回転速度が速くなると振れ回りを起こし、転動体の表面に傷をつくる場合がある。

本発明は、保持器の振れ回りを抑制することを目的とする。

本発明に係る回転体の支持構造は、転がり軸受を介して支持体にて回転体を支持し、転がり軸受の内輪が回転体の外周面に嵌合し、転がり軸受の外輪が支持体の内周面に嵌合し、支持体の内周面の、転がり軸受を介して回転体から受けるラジアル荷重が作用する周方向位置に切り欠きが設けられている。

転がり軸受の外輪は、回転体からのラジアル荷重を受けると、切り欠きによって支持体との間に隙間が形成されているためにラジアル荷重を受けた部分が径方向に拡張するよう変形する。転がり軸受の転動体は、回転体に伴って回転する内輪によって転動する。転動体の周速度は、内輪の回転速度によって定まり、転動体は一定速度で周回する。外輪の一部が径方向に拡張すると、ここを通過するとき転動体の軌道半径が大きくなり、前述のように周速度が一定であるから角速度は低下する。一方、保持器の角速度は変化しないから、保持器に対する転動体の相対速度は、外輪の拡張部分で遅くなる。この相対速度変化によって、外輪の拡張部分を通過する転動体と、その手前の転動体とが保持器を挟んで、保持器の動きを抑制する。

ラジアル荷重が作用する周方向位置において、支持体と外輪の間に隙間を設けることによって、保持器の動き、つまり振れ回りが抑制される。

トランスアクスルの構造を模式的に示す図である。 第２電動機および延長シャフトならびにこれらを支持する構造を示す断面図である。 トランスアクスルのハウジングの内壁面の要部を示す図である。 軸受とこれを支持する構造を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態を図面に従って説明する。図１は、自動車のトランスアクスル１０を模式的に示す図である。トランスアクスル１０は、自動車を駆動するエンジン１２の出力を、ドライブシャフト１４に連結された駆動輪１６に伝える歯車列を備える。さらに、トランスアクスル１０は、主にエンジン１２に駆動されて発電を行う第１電動機１８と、主に自動車を駆動する第２電動機２０を備える。また、第１電動機１８は、エンジン１２の始動も行い、第２電動機２０は、車体の慣性を利用した回生発電も行う。トランスアクスル１０の歯車列は、サンギヤ２２、プラネタリキャリア２４およびリングギヤ２６の三要素を有する遊星歯車機構２８を含む。サンギヤ２２、プラネタリキャリア２４およびリングギヤ２６は、共通の軸線周りに回転可能に設けられ、プラネタリキャリア２４は、それぞれサンギヤ２２とリングギヤ２６とかみ合う複数のプラネタリピニオン３０を回転可能に支持している。

エンジン１２の出力は、ねじりダンパ（不図示）を介してエンジン１２に接続されたインプットシャフト３２からトランスアクスル１０に入力される。インプットシャフト３２は、プラネタリキャリア２４に結合しており、プラネタリキャリア２４と一体に回転する。第１電動機１８の出力軸である第１ロータシャフト３４は、サンギヤ２２と結合しており、サンギヤ２２と一体に回転する。第１ロータシャフト３４は中空軸であり、この軸の中空空間をインプットシャフト３２とオイルポンプ３６をつなぐオイルポンプ駆動軸３８が貫通している。リングギヤ２６は、インプットシャフト３２および第１ロータシャフト３４と同軸に配置された中間スリーブ４０の内周面に形成され、一方、中間スリーブ４０の外周面にはカウンタドライブギヤ４２が形成されている。

カウンタドライブギヤ４２は、インプットシャフト３２および第１ロータシャフト３４と平行に配置されたカウンタシャフト４４と一体に回転するカウンタドリブンギヤ４６とかみ合っている。カウンタシャフト４４上には、ファイナルドライブギヤ４８がカウンタシャフト４４と同軸に形成されており、ファイナルドライブギヤ４８は、差動装置５０のデフケースと一体のファイナルドリブンギヤ５２とかみ合っている。ファイナルドライブギヤ４８とファイナルドリブンギヤ５２は、これらの回転軸が平行となるように配置されている。差動装置５０に左右のドライブシャフト１４が結合されている。

第２電動機２０の出力軸である第２ロータシャフト５４は、延長シャフト５６と結合、例えばスプライン結合している。延長シャフト５６上には、第２電動機出力ギヤ５８が設けられている。第２電動機出力ギヤ５８は、延長シャフト５６と一体の部品として作製されてよく、また延長シャフト５６とは別に作製された後、結合して一体にしてもよい。第２電動機出力ギヤ５８は、カウンタドリブンギヤ４６にかみ合っている。第２電動機出力ギヤ５８とカウンタドリブンギヤ４６は減速ギヤ対を構成し、第２電動機２０の出力が、カウンタシャフト４４に減速されて伝達される。延長シャフト５６は、その両端を２つの軸受６０，６２で支持されている。第２電動機２０は、第２電動機出力ギヤ５８とカウンタドリブンギヤ４６のギヤ対、およびファイナルドライブギヤ４８とファイナルドリブンギヤ５２のギヤ対を介して自動車を駆動する。また、第２電動機２０は、車体の慣性により駆動されて発電を行う発電機としても機能する。

第１および第２電動機１８，２０と、遊星歯車機構２８を含むギヤ列とはハウジング６４に収容されている。また、インプットシャフト３２、第１ロータシャフト３４、カウンタシャフト４４、差動装置５０のデフケース、第２ロータシャフト５４および延長シャフト５６は、ハウジング６４に設けられた軸受により直接または間接的に支持されている。各軸受は、転がり軸受であり、個々の荷重等の使用条件、組み付け性等に対応して適切な種類（例えば玉軸受、ローラ軸受など）が選択される。

図２には、第２ロータシャフト５４および延長シャフト５６の支持に係る詳細構造が示されている。第２ロータシャフト５４と延長シャフト５６は、いずれも中空シャフトであり、第２ロータシャフト５４の内壁面に設けられた内歯スプライン６６と、延長シャフト５６の外歯スプライン６８がかみ合って結合している。延長シャフト５６は、両端を２つの軸受６０，６２でそれぞれ支持されている。図２において、延長シャフト５６の右端を支持する軸受６０は、延長シャフト５６としまりばめにて嵌合している。よって、軸受６０の内輪と、延長シャフト５６は一体となって回転する。これに対して、軸受６０と、ハウジング６４は、すきまばめにて嵌合している。

図３には、軸受６０が嵌合しているハウジング６４の内壁面６４ａが簡略化して示されている。内壁面６４ａには、軸受６０を収容し、保持する略円環状の保持部７０が立設されている。保持部７０に隣接してカウンタシャフト４４を支持する軸受７２（図１参照）を収容し、保持する略円環状の保持部７４が設けられている。２つの保持部７０，７４を区別するために、保持部７０を第１保持部７０、保持部７４を第２保持部７４と記す。ハウジング６４には、さらに、インプットシャフト３２が貫通するインプットシャフト貫通孔７６、ドライブシャフト１４が貫通するドライブシャフト貫通孔７８が形成されている。

第１保持部７０の、軸受６０の外周面に対向する内周面には、切り欠き８０が形成されている。切り欠き８０は、第１保持部７０の内周面の他の部位に対して軸受６０の外周面との間の隙間を大きくしている。また、切り欠き８０が形成された周方向における位置は、第１保持部７０の、延長シャフト５６からのラジアル荷重が軸受６０を介して作用する位置である。ラジアル荷重は、延長シャフト５６に設けられた第２電動機出力ギヤ５８がカウンタドリブンギヤ４６を駆動する際の反力であり、ラジアル荷重の作用する位置は、第２電動機出力ギヤ５８の延長シャフト５６上の位置、ギヤ諸元（ピッチ円径、圧力角、ねじれ角など）およびカウンタシャフト４４との位置関係などから定まる。

図４は、軸受６０とこれを支持する第１保持部７０を拡大して示す図である。図４の上段の（ａ）は荷重が加わる前の状態を示し、下段の（ｂ）は、荷重Ｆが加わった状態を示している。軸受６０は、玉軸受であり、同軸配置された円環形状の内輪８２および外輪８４と、内輪８２と外輪８４の間に位置する転動体である複数の玉８６を含む。内輪８２の外周面と外輪８４の内周面には、それぞれ周方向に延びる溝が形成されており、玉８６はこれらの溝にはまっている。軸受６０は、さらに玉８６同士の間隔を維持するために略円環状の保持器８８を含む。保持器８８は、内輪８２および外輪８４と同軸に、また内輪８２と外輪８４の間に位置している。図４においては、玉８６を示すために、保持器８８は隣接する２つの玉８６間の部分のみ示されている。第１保持部７０の、外輪８４に対向する内周面には、切り欠き８０が形成されている。前述のように、切り欠き８０は、延長シャフト５６から受けるラジアル荷重が作用する位置に形成され、また、外輪８４の外周面の全幅に対応して形成されている。切り欠き８０を設けたことにより、切り欠き８０の位置における外輪８４と第１保持部７０の隙間は、切り欠き８０が設けられていない位置に比べ大きくなっている。

延長シャフト５６が回転すると、これに伴って軸受６０の内輪８２が回転し、玉８６は転動しつつ周回する。外輪８４は、しまりばめ、または他の固定手法によって第１保持部７０に固定されている場合は回転しないが、固定されていない場合には周回する玉８６に引きずられて回転する。この実施形態において、外輪８４は第１保持部７０に対してすきまばめとなっているため完全には固定されず回転する。玉８６の周速度は、玉８６と接する内輪８２および外輪８４それぞれの表面の周速度の平均値となる。玉８６によって回転させられる保持器８８の周速度は玉８６の周速度に等しい。延長シャフト５６の回転速度が速くなると、玉８６の周速度および保持器８８の回転速度も速くなる。保持器８８の回転速度が速くなると、保持器８８は、中心の周りを回転するだけでなく、中心自体が周回する振れ回りを生じる。

軸受６０が延長シャフト５６からラジアル荷重Ｆを受けると、外輪８４は切り欠き８０に対応する部分が径方向に拡張するように変形する。外輪８４が変形した状態が図４の（ｂ）に強調して示されている。変形前の外輪８４の外周面８４ａが一点鎖線で示されている。外輪８４が拡張した部分においては、玉８６の軌道の半径は大きくなる（図中、実線の矢印で示す。）。一方で玉８６の周速度は内輪８２の周速度で定まるから、玉８６は一定の周速度で周回する。軌道半径は大きくなるが周速度は一定であるので、周回する玉８６の角速度は、外輪８４が拡張した部分では遅くなる。このため、保持器８８に対する玉８６の相対速度は、外輪８４が拡張した部分、つまり切り欠き８０に対応する部分では遅くなる。つまり、外輪８４が拡張した部分を通過している玉８６-1と、これの後続の玉８６-2とが、保持器８８のこれらの間の部分８８-1を挟むように動き、このときの挟む力が保持器８８の動き、つまり振れ回りを抑制する。

また、切り欠き８０を設けることで、玉８６を介して外輪８４に作用する荷重を分散することができる。玉８６から外輪８４に加わる力は、ラジアル荷重Ｆの位置で最も大きい。図４においては、玉８６-1から外輪８４に伝わる力が最も大きく、この玉８６-1から離れるにつれて力は減少する。外輪８４が切り欠き８０の位置で拡張するように変形すると、玉８６-1から外輪８４に伝わる力が減少し、その分両側の玉８６-2、８６-3から伝わる力が増加する。特に、外輪８４が固定されている場合、外輪８４の常に同じ位置に大きな力が作用し、外輪の玉と接触する部分の表面（転動面）が損傷する場合がある。軸受６０を支持する部分に切り欠き８０を設けることで、外輪８４に作用する力を分散して、１箇所に力が集中することを抑制し、転動面の損傷を抑えることができる。

１０ トランスアクスル、１８ 第１電動機、２０ 第２電動機、２８ 遊星歯車機構、３２ インプットシャフト、４２ カウンタドライブギヤ、４４ カウンタシャフト、４６ カウンタドリブンギヤ、４８ ファイナルドライブギヤ、５４ 第２ロータシャフト、５６ 延長シャフト（回転体）、５８ 第２電動機出力ギヤ、６０ 軸受（転がり軸受）、６２ 軸受、６４ ハウジング（支持体）、 ６４ａ 内壁面、７０ 第１保持部（支持体）、８０ 切り欠き、８２ 内輪、８４ 外輪、８６ 玉、８８ 保持器。

Claims (1)

1. 転がり軸受を介して支持体にて回転体を支持する回転体の支持構造であって、
   前記転がり軸受の内輪が前記回転体の外周面に嵌合し、
   前記転がり軸受の外輪が前記支持体の内周面に嵌合し、
   前記支持体の前記内周面の、前記転がり軸受を介して前記回転体から受けるラジアル荷重が作用する周方向位置に切り欠きが設けられている、
   回転体の支持構造。
   

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