JP2634495B2 - オートマチックトランスミッション用軸受 - Google Patents

オートマチックトランスミッション用軸受

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JP2634495B2 JP3027097A JP2709791A JP2634495B2 JP 2634495 B2 JP2634495 B2 JP 2634495B2 JP 3027097 A JP3027097 A JP 3027097A JP 2709791 A JP2709791 A JP 2709791A JP 2634495 B2 JP2634495 B2 JP 2634495B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、オートマチックトラ
ンスミッションに使用する軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車のオートマチックトランスミッシ
ョンは、メーカによって種々の機構が採用されている
が、図11に例示したように、何れの機構においても、
回転部分には、ころ軸受1や針状ころ軸受2等の転がり
軸受が使用されている。
【0003】ところで、オートマチックトランスミッシ
ョンはその構造上、軸受の潤滑経路が複雑で、油量が決
して十分でない場合もあり、軸受の潤滑条件が厳しい。
また、転動体の相手転走面の仕上げ粗さも、軸受転動体
と比較して大きい場合もあり、油膜破断の点で、軸受に
とって不利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】オートマチックトラン
スミッションに使用される軸受は、潤滑剤の供給が少な
くなる場合及び転動体相手転走面の面粗さが大きい場合
に、転動接触部の油膜形成が不十分となり、転走面表面
にピーリング損傷が発生し、早期剥離の問題が生じるこ
とがある。
【0005】そこでこの発明は、オートマチックトラン
スミッション用軸受の転動体または軌道輪の表面に独立
した微小凹部形状のくぼみを無数にランダムに形成する
ことによって、転がり接触部の油膜形成能力を高め、ピ
ーリング損傷が発生しないオートマチックトランスミッ
ション用軸受を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、この発明は、オートマチックトランスミッシ
ョンに使用される軸受において、転動体または軌道輪の
表面に微小凹部形状のくぼみを無数にランダムに形成
し、該表面粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれについ
て求めてパラメータRMSで表示したとき、軸方向面粗
さRMS(L)と円周方向面粗さRMS(C)との比R
MS(L)/RMS(C)が1.0以下となり、かつ表
面粗さの分布曲線の歪み度を指すパラメータSK値がマ
イナスとなるようにし、前記微小なくぼみの占める表面
積比率を10〜40%にし、この微小なくぼみの等価円
直径は150μmφ以下であり、等価円直径3μmφ
下の微小なくぼみを除いたとき、平均面積が35〜15
0μm2 である構成を採用したものである。
【0007】
【0008】
【作用】転動体または軌道輪の表面に独立した微小凹部
形状のくぼみを無数にランダムに形成し、その表面粗さ
を、軸方向と円周方向のそれぞれについて求めてパラメ
ータRMSで表示したとき、軸方向面粗さRMS(L)
と円周方向面粗さRMS(C)との比RMS(L)/R
MS(C)が1.0以下となり、併せて表面粗さのパラ
メータSK値が軸方向及び円周方向の何れもマイナスと
なるようにし、前記微小なくぼみの占める表面積比率が
10〜40%、微小なくぼみの平均面積は等価円直径3
μmφ以下を除いて整理したとき、35〜150μm2
としたので、転動面の油膜形成率が向上し、厳しい潤滑
条件下においても転動面にピーリング損傷が発生せず、
長寿命を得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0010】図1と図2は、オートマチックトランスミ
ッション用の転がり軸受を例示している。図1はころ軸
受1であり、外輪3と内輪4の間に多数のころ転動体5
を組込んだ構造になっている。
【0011】また、図2は保持器付の針状ころ軸受2で
あり、外輪6内に組込んだ針状ころ転動体7を保持器8
で一定間隔の配置に保持し、転動体7で軸9を支持する
構造になっており、軸9が内輪に該当し、針状ころ転動
体7との当接面が転動面となる。
【0012】上記各例の転がり軸受において、ころ転動
体5及び針状ころ転動体7の表面が独立した無数の微小
凹形状のくぼみによってランダムな方向の微小粗面5
a、7aに形成され、くぼみ以外は滑らかな平滑面に形
成され、この微小粗面5a、7aは、面粗さを転動体
5、7の軸方向と円周方向のそれぞれを求めてパラメー
タRMSで表示したとき、軸方向面粗さRMS(L)と
円周方向面粗さRMS(C)の比RMS(L)/RMS
(C)を1.0以下、例えば、0.7〜1.0にすると
共に、表面粗さのパラメータSK値が軸方向、円周方向
ともマイナス、例えば−1.6以下になっている。
【0013】上記のような転動面の粗面条件を得るため
の表面加工処理は、特殊なバレル研磨によって、所望す
る仕上面を得ることができる。
【0014】 ここで、パラメータRMSとは、中心線か
ら粗さ曲線f(x)までの偏差の自乗を測定長さの区間
で積分し、その区間で平均した平方根の値であり、別名
自乗平均平方根粗さともいう。RMSは拡大記録した断
面曲線、粗さ曲線から数値計算で求められる。上記のよ
うな外表面の粗面条件を得るための表面加工処理は、特
殊なバレル研磨によって、所望する仕上げ面を得ること
ができる。加工方法としては、例えば、遠心流動バレル
研磨法により、チップを用いてローラの表面にランダム
な凹凸を形成した後、洗浄し、更にバレル研磨法によっ
て、表面仕上げ処理を施し、表面の微小な凸を除去また
は丸めることにより、ローラの表面に微小なくぼみを無
数に形成するものである。前記パラメータSK値とは、
表面粗さの分布曲線の歪度(SKEWNESS)、即
ち、表面粗さの中心線に対する凹凸の分布の非対称性を
定量化したもので、SK値が負の場合は、粗さの中心線
に対して凹部(谷)が多く存在し、正の場合には、粗さ
の中心線に対して凸部(突起)が多くなる。表面粗さの
パラメータSK値は、以下の定義式で表される。 SK値を求める定義式中の粗さの平均高さとは、個々の
場合の中心線のある基準からとった絶対値を意味する。
ここで、中心線と平均高さの違いであるが、ある線をと
った時に線より上にある山の総面積と線より下にある谷
の総面積が等しくなるものが粗さの中心線と定義され
る。しかしながら、これは仮想的な線であり、SK値を
求めるにはある基準からとった絶対値が必要となり、こ
れが粗さの平均高さとなる。パラメータSK値を周方
向、軸方向とも平均値が−1.6以下とする設定にする
ことにより、微小な凹部が中心線に対して多く存在して
おり、RMS(L)/RMS(C)が1.0以下という
表面粗さの方向性の数値限定とによって、表面凹部の形
状、分布ともが油膜形成に有利な範囲となる。上記パラ
メータSK値は、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計
量であるので、一般的な研磨仕上げ面における粗さ曲線
を例にあげると、凹部と凸部が対称な分布ではSK値は
0に近くなり、表面の凹凸の凹凸分布が凹側に片寄った
非対称な分布になる場合では負の値、逆の場合は正の値
をとることになる。前記した転動体5.7の外表面は相
手転動体の仕上面粗さの悪い条件においても、油膜の形
成能力に優れ、十分な油膜厚さを確保し、転がり接触部
の金属接触を極力抑える。転がり接触部の金属接触率を
下げることによって、転動体5.7の外径の表面損傷、
ピーリングやピーリングからの異常摩耗、剥離を防止し
耐久性の向上がはかられる。」
【0015】上記転動体5、7の転動面に設ける微小な
くぼみの占める表面積比率は10〜40%の範囲である
と共に、微小なくぼみの等価円直径は150μmφ以下
であり、微小なくぼみの平均面積は、等価円直径3μm
φ以下を除いて整理したとき35〜150μm2 になっ
ている。
【0016】 ここで、RMS比が1.0より大きい場合
の仕上げ面は周方向加工面であり、RMS比=1.0が
等方性仕上げ面、RMS比が1.0より小さい場合は軸
方向仕上げ面となり、微小なくぼみを付けたこの発明の
仕上げ面では、等方性表面の場合においても接触部の油
膜形成状態を改善する効果がある。SK値がプラスの表
面は突起が多い仕上げ面、SK値がゼロの表面は突起と
へこみの存在確率が等しい仕上げ面、SK値がマイナス
の表面は突起が少ない仕上げ面となり、SK値の上限を
マイナスとしたのは、くぼみの存在確率を多くし、油膜
破断の確率を低減させるためである。微小なくぼみは潤
滑剤を接触部の外側から内部に運ぶ役目を果すが、その
くぼみの大きさが接触面の大きさに比べ大きくなると、
接触面内の圧力により潤滑剤の接触面内からの漏れが発
生し、接触面内の油膜厚さを増加させる効果が期待でき
ない。同効果が発揮できる上限値が150μmφであ
る。また、等価円直径とは、くぼみの面積と同じ面積の
円の直径と定義したものであり、平均面積とは、かつ、
くぼみの平均面積は画像処理装置を用いて計測し、3μ
mφ以下を除いて述めたものである。なお、図1と図2
では転動体5.7の表面に微小粗面5a、7aを施した
が、軌道輪である内輪又は外輪の転動面に同様の微小粗
面を形成してもよい。
【0017】図3に標準ころの仕上げ面状況を、また、
図4に転動体表面又は内外輪の転動面に施した微小粗面
加工の仕上げ面状況を比較して示した。
【0018】前記微小なくぼみの定量的測定を行なうに
は、転動体表面を拡大し、その画像から市販されている
画像解析システムにより定量化できる。
【0019】画像の白い部分は表面平坦部、微小なくぼ
みは黒い部分として解析する。例えば、(株)ピアスの
LA−525画像解析システムを用いて解析すると、先
ず原画の濃淡を強調フィルターで明確化し、その後非常
に微細な黒い部分である等価円直径3μmφ以下はノイ
ズイレーサーで除去する。
【0020】ノイズイレーサーで除去した後に残された
微小なくぼみの大きさ、分布、微小なくぼみの表面積比
率を求め、転動体表面を評価するものである。
【0021】次に、針状ころ軸受のころ転動体の表面に
微小なくぼみの面積比率、くぼみの平均面積、平均等価
直径等の異なる状況を与え、ラジアル荷重による耐久寿
命試験を行なった結果について説明する。
【0022】寿命試験に用いたニードル軸受は、図5に
示すように、外径Dr=38mm、内径dr=28mm、転
動体7の直径D=5mm、長さL=13mmで、14本の転
動体を用いた保持器8付の軸受である。
【0023】また、使用した試験装置は、図6に概略図
で示したようなラジアル荷重試験機21を使用し、回転
軸22の両側に試験軸受Aを取付け、回転と荷重を与え
て試験を行なうものである。
【0024】試験に用いたインナーレース(相手軸)の
仕上は研削仕上のRmax 0.4〜4μmである。アウタ
ーレース(外輪)は研削仕上Rmax1.6μmで何れの
場合も共通である。
【0025】また、試験条件は以下の通りである。
【0026】 軸受ラジアル荷重 1465kgf 回転数 3050rpm 潤滑剤 タービン油 図7は微小なくぼみの面積比率と耐久寿命の結果を、ま
た図8は微小なくぼみの平均面積と耐久寿命の結果を示
している。
【0027】図7と図8の結果より、耐久寿命は面積比
率で10%以上、平均面積で35μm2 以上のものが、
計算寿命に対する耐久寿命(L10)の比で4以上とな
り、耐久寿命に効果がある。
【0028】上記の耐久寿命試験は針状ころ軸受の転動
体表面に微小なくぼみを設けて行なったが、転がり軸受
における内輪又は外輪の転動面もしくは転動体の表面と
転動面の両者に微小なくぼみを設けても、前記試験結果
を同様の耐久性の向上効果が認められる。
【0029】なお、微小なくぼみの面積比率が30%以
上、平均面積120μm2 以上は、接触有効長さが減少
し、長寿命の効果は減少する傾向にある。
【0030】また、転動体仕上げ面の油膜形成能力の確
認及び耐ピーリング性について、2円筒の試験機を用い
て、自由転がり接触条件下で、本発明軸受及び従来軸受
と同一の表面状態の試験片を用いて、加速ピーリング試
験をおこなった。接触部の油膜形成状態の確認は、直流
電気抵抗法により測定した金属接触率により行い、一定
試験時間後、試験円筒表面のピーリング発生の有無を確
認した。
【0031】 試験条件 最大接触面圧 227 kgf/mm2 周速 4.2 m/s(2000rpm) 潤滑剤 オートマチックトランスミッション油 (デキシロンタイプ) 負荷回数 4.8×105 (4時間) 印加電圧 60 mV 通電電流 3 mA この試験による油膜形成率(=100%−金属接触率)
は、図9と図10に示すとおりであり、本発明軸受の仕
上げ面の油膜形成率は従来軸受に比較して運転開始時で
30%程度向上した。
【0032】また、試験開始後約2.5時間(繰り返し
負荷回数3.0×105 )で、ほぼ完全に油膜が形成さ
れることが確認された。
【0033】更に、従来軸受の仕上げ面では、長さ0.
2mm程度のピーリングの発生、進展が無数に認められた
のに対し、本発明軸受の仕上げ面では、損傷は認められ
なかった。
【0034】
【効果】以上のように、この発明によると、転動体また
は軌道輪の表面に独立したランダムな微小凹部を形成
し、凹部の面積率及び平均面積を一定範囲に抑えるよう
にしたので、転動面の油膜形成に有利となり、厳しい潤
滑条件下にあるオートマチックトランスミッション用の
軸受においても転動面にピーリング損傷の発生がなく、
従って軸受の長寿命化によりオートマチックトランスミ
ッションの耐久性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ころ軸受の断面図
【図2】針状ころ軸受の断面図
【図3】従来の転動体表面の仕上面状況を示す説明図
【図4】本発明の転動体表面の仕上面状況を示す説明図
【図5】寿命試験に用いたニードルころ軸受の断面図
【図6】試験装置の概略図
【図7】微小くぼみの面積比率と耐久寿命の試験結果を
示すグラフ
【図8】微小くぼみの平均面積と耐久寿命の結果を示す
グラフ
【図9】従来軸受の金属接触率を測定したグラフ
【図10】本発明軸受の金属接触率を測定したグラフ
【図11】オートマチックトランスミッションの断面図
【符号の説明】
1 ころ軸受 2 針状ころ軸受 3 外輪 4 内輪 5 ころ転動体 5a 微小粗面 6 外輪 7 針状ころ転動体 7a 微小粗面 8 保持器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−168021(JP,A) 特開 昭61−55460(JP,A) 特開 昭61−124581(JP,A) 特開 昭61−24818(JP,A) 実開 昭61−23520(JP,U) 日本潤滑学会発行「潤滑」第27巻第2 号(1982)、P.71〜79「表面あらさと 潤滑」、P.114−118「研削仕上面あら さとその統計的特性」 NTN TECHNICAL REV IEW No.59(1991)P.3〜7 「表面粗さの改質によるころ軸受の長寿 命化」 奈良治郎著「テクノコンパクトシリー ズ6、表面粗さの測定・評価法」初版 (昭58−12−15)、総合技術センター、 P.21−42「第3章 表面粗さの表示」 「MATERIALS IN ENG INEERING」(1981年9月)、V ol.▲II▼ No.5 P.260− 265「Surface Roughne ss」

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オートマチックトランスミッションに使
    用される軸受において、転動体または軌道輪の表面に微
    小凹部形状のくぼみを無数にランダムに形成し、該表面
    粗さを、軸方向と円周方向のそれぞれについて求めてパ
    ラメータRMSで表示したとき、軸方向面粗さRMS
    (L)と円周方向面粗さRMS(C)との比RMS
    (L)/RMS(C)が1.0以下となり、かつ表面粗
    さの分布曲線の歪み度を指すパラメータSK値がマイナ
    スとなるようにし、前記微小なくぼみの占める表面積比
    率を10〜40%にし、この微小なくぼみの等価円直径
    は150μmφ以下であり、等価円直径3μmφ以下の
    微小なくぼみを除いたとき、平均面積が35〜150μ
    2 であることを特徴とするオートマチックトランスミ
    ッション用軸受。
JP3027097A 1991-02-21 1991-02-21 オートマチックトランスミッション用軸受 Expired - Lifetime JP2634495B2 (ja)

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