JP4239541B2

JP4239541B2 - ベルト式無段変速機用転がり軸受

Info

Publication number: JP4239541B2
Application number: JP2002281450A
Authority: JP
Inventors: 賢一磯; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004116661A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のベルト式無段変速機の回転軸を支持する為の転がり軸受の改良に関する。具体的には、変速機の効率を向上させて低燃費を実現するとともに、運転時に発生する騒音を抑え、駆動側、従動側各プーリ及び無端ベルトの摩耗を抑えるべく、ＣＶＴフルード（ＡＴＦ兼用油）として低粘度のものを用いた場合でも、十分な耐久性を確保できる構造を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自軸車用の自動変速機用の変速ユニットとしてベルト式無段変速機が種々開発され、実用化されている。図３は、このようなベルト式無段変速機の基本構造を略示している。このベルト式無段変速機は、互いに平行に配置された入力側回転軸１と出力側回転軸２とを有する。これら各回転軸１、２は、特許請求の範囲に記載した固定の部分である、図示しない変速機ケースの内側に、それぞれ１対ずつの転がり軸受３，３により、回転自在に支持している。
【０００３】
これら各転がり軸受３，３は、図４にその基本構造が示されているように、互いに同心に設けられた外輪４と内輪５とを有する。このうちの外輪４は、内周面に外輪軌道６を、内輪５は外周面に内輪軌道７を、それぞれ有する。そして、これら外輪軌道６と内輪軌道７との間に複数の転動体８，８を、保持器９により保持した状態で、転動自在に設けている。それぞれがこのように構成される。上記各転がり軸受３，３は、それぞれの外輪４を上記変速機ケースの一部に内嵌固定し、それぞれの内輪５を上記入力側回転軸１または上記出力側回転軸２に外嵌固定している。そして、この構成により、これら両回転軸１、２を上記変速機ケースの内側に、回転自在に支持している（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
上記入力側回転軸１は、エンジン等の駆動源１０により、トルクコンバータ或いは電磁クラッチ等の発進クラッチ１１を介して回転駆動される。また、上記入力側回転軸１の中間部で１対の転がり軸受３，３の間に位置する部分に駆動側プーリ１２を設け、この駆動側プーリ１２と上記入力側回転軸１とが同期して回転するようにしている。この駆動側プーリ１２を構成する１対の駆動側プーリ板１３ａ，１３ｂ同士の間隔は、駆動側アクチュエータ１４で一方（図３の左方）の駆動側プーリ板１３ａを軸方向に変位させることにより調節自在である。即ち、上記駆動側プーリ１２の溝幅は、上記駆動側アクチュエータ１４により拡縮自在である。
【０００５】
一方、上記出力側回転軸２の中間部で１対の転がり軸受３，３の間に位置する部分に従動側プーリ１５を設け、この従動側プーリ１５と上記出力側回転軸２とが同期して回転するようにしている。この従動側プーリ１５を構成する１対の従動側プーリ板１６ａ，１６ｂ同士の間隔は、従動側アクチュエータ１７で一方（図１の右方）の従動側プーリ板１６ａを軸方向に変位させることにより調節自在である。即ち、上記従動側プーリ１５の溝幅は、上記従動側アクチュエータ１７より拡縮自在である。そして、この従動側プーリ１５と上記駆動側プーリ１２とに、無端ベルト１８を掛け渡している。この無端ベルト１８としては、金属製のものを使用している。
【０００６】
上述のように構成するベルト式無段変速機では、前記駆動源１０から上記発進クラッチ１１を介して上記入力回転軸１に伝達された動力は、上記駆動側プーリ１２から上記無端ベルト１８を介して、上記駆動側プーリ１５に伝達される。尚、この無端ベルト１８として従来から、押し付け方向に動力を伝達するものと、引張方向に動力を伝達するものとが知られている。いずれにしても、上記従動側プーリ１５に伝達された動力は、上記出力側回転軸２から減速歯車列１９、デファレンシャルギア２０を介して駆動輪２１，２１に伝達される。上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の変速比を変える場合には、上記両プーリ１２，１５の溝幅を互いに関連させつつ拡縮する。
【０００７】
例えば、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の減速比を大きくする場合には、上記駆動側プーリ１２の溝幅を大きくするとともに、上記従動側プーリ１５の溝幅を小さくする。この結果、上記無端ベルト１８の一部でこれら両プーリ１２，１５に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ１２部分で小さく、上記従動側プーリ１５部分で大きくなり、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２の間で減速が行われる。反対に上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の増速比を大きく（減速比を小さく）する場合には、上記駆動側プーリ１２の溝幅を小さくするとともに、上記駆動側プーリ１５の溝幅を大きくする。この結果、上記無端ベルト１８の一部でこれら両プーリ１２，１５に掛け渡された部分の径が、上記駆動側プーリ１２部分で大きく、上記従動側プーリ１５部分で小さくなり、上記入力側回転軸１と出力側回転軸２との間で増速が行われる。
【特許文献１】
特公平８−３０５２６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９２８５９号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２８２０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成され作用するベルト式無段変速機の運転時には、各可動部に潤滑油を供給して、これらの各可動部を潤滑する。ベルト式無段変速機の場合に使用する潤滑油としては、ＣＶＴフルード（ＡＴＦ兼用油）を使用している。この理由は、金属製の無端ベルト１８と駆動側、従動側両プーリ１２，１５との摩擦係合部の摩擦係数を増大し、かつ、安定させる為である。そして、上記ＣＶＴフルードを３００mL／min以上の流量で上記摩擦部に循環させて、この摩擦部を潤滑している。
【０００９】
また、上記ＣＶＴフルードの一部は、前記各転がり軸受３，３の内部を（例えば、２０mL／min以上の流量で）通過して、これら各転がり軸受３，３の転がり接触部も潤滑する。そのため、各転がり軸受３，３は、図４に示したように、内輪５と外輪３との両端開口部が開口した開放型となっている。従って、これら各転がり軸受３，３では、その内部に、上記無端ベルト１８と上記両プーリ１２，１５との摩擦に伴って発生する摩耗粉や前記減速歯車列１９部分での摩擦に伴って発生したギア粉等の異物が、ＣＶＴフルードに混入した状態で入り込む可能性が高い。このような異物は、上記転がり軸受３，３の転がり接触部を損傷させ、その耐久性を低下させる原因となる。そのため従来では、上記転がり軸受３，３の軸受サイズを大きくしたり、或いは各転動体８，８の直径（玉径）を大きくすること等により、上記各転がり軸受３，３の基本動定格荷重を大きくし、これら各転がり軸受３，３の寿命に余裕を持たせている。
【００１０】
また、これら各転がり軸受３，３の内部を流通する上記異物の量を少なく抑える為、これら各転がり軸受３，３として、前記外輪４の内周面と前記内輪５の外周面との間で前記各転動体８，８の転動面を設置した転動体設置部分の両端開口部を防ぐシール手段を有するものを使用することも考えられている。この場合には、上記転動体設置部分にグリースを充填して、上記各転動体８，８の転動面と前記外輪軌道６及び内輪軌道７との転がり接触部の潤滑を行う。ただし、この場合でも、上記転動体設置部分に上記ＣＶＴフルードが全く流通しない状態にはならない。即ち、この転動体設置部分には、比較的少量のＣＶＴフルードが流通する。そのため、グリースは主に初期潤滑に寄与し、その後は徐々にＣＶＴフルードに置き換えられ、ある時期からは上記と同様のＣＶＴフルードによる潤滑となり、異物の混入も同様に発生するようになる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みて、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有するベルト式無断変速機を実現すべく、プーリを回転自在に支持する為の転がり軸受３，３の転がり接触部を構成する外輪軌道６、内輪軌道７、転動体８，８の転動面に剥離等の損傷が発生しにくい、長寿命のベルト式無段変速機用転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間でこれらの各転動体を設置した転動体設置部分の両端開口部を塞ぐシール手段とを備え、上記外輪を固定の部分に内嵌支持し、上記内輪をベルト式無段変速機を構成するプーリとともに回転する部分に外嵌支持して、このプーリを上記固定の部分に回転自在に支持するベルト式無段変速機用転がり軸受において、上記各転動体を設置した部分に、４０℃における動粘度が４０〜１５０ｍｍ^２／ｓである基油に、一般式（１）で表されるジウレア化合物を単独で、もしくは該ジウレア化合物同士を混合して８〜３０質量％の割合で配合してなるグリース組成物を充填し、上記シール手段で密封したことを特徴とするベルト式無段変速機用転がり軸受を提供する。
【化４】

（式中、Ｒ_１は炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基または炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基、シクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基または、炭素数８〜２０のアルキル基であり、２つのＲ_１は同一でも異なっていてもよい。Ｒ_２は炭素数６〜１５の２価の芳香族環含有炭化水素基を示す）
【００１３】
即ち、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、ＣＶＴフルード潤滑に代えて密封型のグリース潤滑方式としたものであり、これによりＣＶＴフルードに混入する異物により剥離等の損傷が無くなり、軸受寿命が大幅に向上する。このようなグリース潤滑により軸受寿命の改善を図ったベルト式無段変速機用転がり軸受は、現時点では見出されていない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受に関して図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施形態では、図４に対応して転がり軸受を例示して説明する。図示されるように、ベルト式無段変速機用転がり軸受３は、内輪５の内輪軌道７と外輪４の外輪軌道６との間に複数個の転動体８を保持器９により転動自在に保持するとともに、転動体３の設置箇所にグリース（図示せず）を充填し、更にシール部材２２で内輪５と外輪４との両端開口部を完全にシールして構成される。シール部材２２は「ＴＭシール」と呼ばれる接触型のシール部材であり、図４に拡大して示すようにリップ部が内輪５と強く接するように構成されている。これにより、グリースの漏洩とともにＣＶＴフルードが流入するのを完全に防止する。
【００１５】
充填されるグリースは特に制限されるものではないが、以下に好ましいグリース組成を詳述する。
【００１６】
［基油］
使用される基油は、低温流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜が形成され不足による焼付きを避けるために、４０℃における動粘度が１０〜４００ｍｍ^２／ｓｅｃ、より好ましくは２０〜２５０ｍｍ^２／ｓｅｃ、更に好ましくは４０〜１５０ｍｍ^２／ｓｅｃである潤滑油を用いる。
【００１７】
更には、同一温度における動粘度が、ＣＶＴフルードと同じか、それより高粘度であることが望ましい。更に、４０℃における基油の動粘度がＣＶＴフルードの４０℃における動粘度より大きい方がより望ましい。
【００１８】
具体例としては、鉱油系，合成油系または天然油系の潤滑油等が挙げられる。前記鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。前記合成油系潤滑基油としては、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。前記炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。前記芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。前記エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、更にはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンぺラルゴネート、ペンタエリスリトル−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等のポリオールエステル油、更にはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。前記エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリゴールモノエーテル等のポリアルキレングリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。その他の合成潤滑基油としてはトリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。前記天然油系潤滑基油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれらの水素化物が挙げられる。これらの基油は、単独または混合物として用いることができ、上述した好ましい動粘度に調整される。
【００１９】
［増ちょう剤］
グリースの耐熱性や音響性を考慮して、一般式（１）で表されるジウレア化合物を用いる。
【００２０】
【化２】

【００２１】
式中、Ｒ₁は炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基、シクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基または炭素数８〜２０のアルキル基であり、２つのＲ₁は同一でも異なっていてもよい。また、Ｒ₂は炭素数６〜１５の２価の芳香族環含有炭化水素基を示す。
【００２２】
ジウレア化合物の配合量としては、グリースの初期混和ちょう度をＮＬＧＩＮｏ．１〜３にするために、グリース全量の８〜３０質量％とし、好ましくは１０〜２５質量％である。８質量％未満だとグリースが軽くなりすぎグリース漏れが懸念され、３０質量％を超えるとグリースが硬くなりトルクむらや低温時の異音発生の原因となる。
【００２３】
［その他添加剤］
上記グリースには、更に優れた性能を高めるため、必要に応じて公知の添加剤を含有することもできる。この添加剤としては例えば、金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤；アミン系、フェノール系、イオウ系等の酸化防止剤；塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性剤；石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等のさび止め剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて添加することができる。この際、添加剤等の添加量は、本発明の所期の目的を達成できれば特に限定されるものではないが、グリース全量に対して２０質量％以下含有させることができる。
【００２４】
［製法］
上記グリースを調製する方法には特に制約はない。しかし、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。尚、加熱温度や攪拌・混合時間等の製造条件は、使用する基油や増ちよう剤、添加剤等により適宜設定される。また、添加剤を配合後十分攪拌し、均一分散させる必要がある。この処理を行うときは、加熱するのも有効である。
【００２５】
［ＣＶＴフルード］
上記の如く構成される本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、従来と同様にベルト式無段変速機に組み込まれ、それに伴ってＣＶＴフルードと接触する。本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受は、シール部材によりＣＶＴフルードが流入しない構成にはなっているものの、経時的にリップ部が摩耗して密封性が低下し、ＣＶＴフルードが流入しやすくなる。通常、ＣＶＴフルード（ＡＴＦ油も含む）には鉱油や合成炭化水素油が用いられているが、このＣＶＴフルードが軸受に多量に流入すると、特に鉱油や合成炭化水素油を基油とするグリースが封入されている場合、グリースが著しく軟化して軸受外に流出する恐れがある。
【００２６】
そこで、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受を用いる場合には、ＣＶＴフルードの流入を考慮して、鉱油や合成炭化水素油と相溶性の無いポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリアルキレングリコールをＣＶＴフルードに使用することがより好ましい。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００２８】
（試験軸受の作製）
試験軸受として、ＪＩＳ名番６２０８（内径φ４０mm、外径φ８０mm、幅１８mm）を用いた。尚、転がり接触部を構成する各面の粗さは、通常の転がり軸受と同様に、算術平均粗さＲａで０．０１〜０．０３μｍとした。また、軸受材料は、標準の軸受鋼２種（ＳＵＪ２、硬度：Ｈ_RＣ６０〜６５）とした。更に、保持器は、鉄製の波型プレス保持器を使用した。そして、表１に実施例１〜３として示すグリースを１０ｇ（空間容積の５０％）充填し、外輪と内輪との間の両端開口部をＴＭシールで完全に塞いで実施例１〜３の試験軸受を作製した（図１参照）。
【００２９】
また、比較のために、同形状で、内輪と外輪との間の両端開口部が開放され、ＣＶＴフルード潤滑方式の試験軸受を用意した（図４参照）。
【００３０】
（耐久試験）
図３に示したようなベルト式無段変速機の入力側回転軸１を支持する転がり軸受３として、上記の各試験軸受を組み込んだ。尚、出力側回転軸２の回転支持部に組み込んだ転がり軸受３，３には、十分な量（２００ｍＬ／ｍｉｎ）のＣＶＴフルード（４０℃での動粘度：３５mm²／ｓ、１００℃での動粘度：７mm²／ｓ）を供給して、試験軸受よりも前に破損が発生しないようにした。また、比較例１の試験軸受には、ＣＶＴフルードを１０ｍＬ／ｍｉｎの割合で流通させた。
【００３１】
そして、次述する条件下で、目標１０００時間とする耐久試験を行い、試験後に試験軸受を分解して構成部品の破損の有無と軸受内のグリース残存量を確認した。結果を表１に併記する。
・試験装置：図１に示したベルト式無段変速機
・試験個数：各グリースにつき３個
・判定方法：１０００時間運転後に分解、ただし、途中で振動値が急上昇した場合にはその時点で打ち切り後、分解
・エンジンからの出力側回転軸１への入力トルク：２００Ｎ・ｍ
・入力側回転軸１の回転速度：６０００ｍｉｎ^-1
・軸受温度：１００〜１１０℃
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１に示すように、本発明に従うグリースを封入した試験軸受を用いることにより、比較例１、２の試験軸受と比較して、格段に剥離寿命が向上していることが確認された。また、グリース漏洩が少なくなることも確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受では、グリースを充填密封したことにより、従来のＣＶＴフルード潤滑方式に比べて、転がり接触部を構成する外輪軌道、内輪軌道、転動体の転動面に剥離等の損傷が発生し難く、軸受寿命が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベルト式無段変速機用転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すベルト式無段変速機用転がり軸受のシール部を示す拡大図である。
【図３】ベルト式無段変速機の構成を示す概略図である。
【図４】従来のベルト式無段変速機用転がり軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
３転がり軸受
４外輪
５内輪
６外輪軌道
７内輪軌道
８転動体
９保持器
２２シール部材

Claims

内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間でこれらの各転動体を設置した転動体設置部分の両端開口部を塞ぐシール手段とを備え、上記外輪を固定の部分に内嵌支持し、上記内輪をベルト式無段変速機を構成するプーリとともに回転する部分に外嵌支持して、このプーリを上記固定の部分に回転自在に支持するベルト式無段変速機用転がり軸受において、上記各転動体を設置した部分に、４０℃における動粘度が４０〜１５０ｍｍ^２／ｓである基油に、一般式（１）で表されるジウレア化合物を単独で、もしくは該ジウレア化合物同士を混合して８〜３０質量％の割合で配合してなるグリース組成物を充填し、上記シール手段で密封したことを特徴とするベルト式無段変速機用転がり軸受。

（式中、Ｒ_１は炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基または炭素数７〜１２の芳香族環含有炭化水素基、シクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基または、炭素数８〜２０のアルキル基であり、２つのＲ_１は同一でも異なっていてもよい。Ｒ_２は炭素数６〜１５の２価の芳香族環含有炭化水素基を示す）
封入するグリース組成物の基油がポリアルキレングリコールであることを特徴とする請求項１記載のベルト式無段変速機用転がり軸受。
封入するグリース組成物がゲル化剤、極圧剤、油性剤、さび止め剤及び粘度指数向上剤の少なくとも１種を２０質量％以下の割合で含有することを特徴とする請求項１記載のベルト式無段変速機用転がり軸受。