JP4816404B2 - 遊星歯車回転支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用自動変速機やトランスアスクルを構成する遊星歯車装置に組み込まれる遊星歯車を、キャリアに対して回転自在に支持する為の遊星歯車回転支持装置の改良に関する。

自動車用自動変速機を構成する遊星歯車装置として従来から、図４〜５に示す様な構造が広く知られている。この従来から知られた遊星歯車装置は、外周面に歯１ａを形成した太陽歯車１と、この太陽歯車１と同心に配置され、内周面に歯２ａを形成したリング歯車２との間に、複数個（一般的には３〜４個）の遊星歯車３、３を、円周方向に関して等間隔に配置している。そして、これら複数個の遊星歯車３、３の外周面に形成した歯３ａを、上記両歯１ａ、２ａに噛合させている。

上記複数個の遊星歯車３、３は、それぞれ支持軸４の周囲に、それぞれ複数本のニードル５、５を介して回転自在に支持している。これら各支持軸４の基端部（図５の左端部）は、上記太陽歯車１を中心として回転自在なキャリア６に支持固定している。図示の例では、この太陽歯車１を円筒状に形成すると共に、このキャリア６を断面Ｌ字形で全体を円環状に形成している。そして、このキャリア６の径方向内端部を構成する円筒部７を、回転軸８の外周面にスプライン係合させている。上記太陽歯車１は、この回転軸８の周囲に、この回転軸８に対する回転自在に支持している。又、上記リング歯車２は、上記太陽歯車１及びキャリア６及び回転軸８の周囲に、これら各部材１、６、８に対する回転自在に支持している。

又、上記各支持軸４の先端部（図５の右端部）は、円輪状に形成された連結板９に結合固定する事により、これら各支持軸４の先端部同士を連結している。又、図５に示した構造の場合、支持軸４の外周面で、上記キャリア６と上記連結板９との間部分には、複列の（実際には軸方向に連続した）内輪軌道１０、１０を形成している。一方、遊星歯車３の内周面には、複列の（実際には軸方向に連続した）外輪軌道１１、１１を形成している。そして、これら各外輪軌道１１、１１と上記各内輪軌道１０、１０との間に、それぞれ前記各ニードル５、５から成るラジアルニードル軸受１２、１２を設けて、上記遊星歯車３を、上記支持軸４の中間部周囲で連結板９とキャリア６との間部分に、回転自在に支持している。

又、図示の構造の場合には、上記各ラジアルニードル軸受１２、１２を、所謂総ころ型としている。この為、これら各ラジアルニードル軸受１２、１２を構成する上記各ニードル５、５のスキュー防止を図る為、これら両ラジアルニードル軸受１２、１２の間部分に、円環状のスペーサ１３を配置して、上記各ニードル５、５の軸方向端面を案内する様にしている。この様なスペーサ１３としては、例えば特許文献１〜２等に記載される様に、鋼製或いは合成樹脂製で、削り出し加工や打ち抜き成型（プレス加工）等により形成されたものが従来から使用されている。

上述の様な遊星歯車３及び支持軸４等を含んで構成する遊星歯車装置は、前記回転軸８を駆動軸又は従動軸とし、上記太陽歯車１又は上記リング歯車２の中心を従動軸又は駆動軸に結合する。そして、何れの歯車１、２、３を回転自在とし、何れの歯車１、２、３を回転不能とするかを切り換える事により、上記駆動軸と従動軸との間の変速並びに回転方向の変換を行なう。この様な遊星歯車装置自体の構成及び作用は、従来から周知であり、本発明の要旨とも関係しないから、全体構造の図示並びに詳しい説明は省略する。

ところで、近年、自動車の低燃費化の一環として、自動変速装置を多段化及び小型化する事が考えられている。そして、上記図５に示した様な遊星歯車３を、軸方向に２個連続させた如き形状を有する遊星歯車を使用する事が考えられ、例えばラビニオ（Ravineaux ）式の遊星歯車装置に使用されている（特許文献２〜３等参照）。図６は、この様なラビニオ式の遊星歯車装置に組み込まれる回転支持装置を示している。この図６に示した遊星歯車１４は、小径且つ幅広で、外周面の軸方向両半部には、軸方向中間部を境に１対の歯１４ａ、１４ｂを、それぞれ形成している。これら両歯１４ａ、１４ｂにはそれぞれ、図示しない別の歯車の歯を噛合させる。

又、図示の構造の場合、上記遊星歯車１４の内周面と支持軸１５の外周面との間に配置するニードル１６、１６の列を複列とし、更にこれら各ニードル１６、１６の軸方向寸法を小さく抑えている。この理由は、軸方向寸法の大きい遊星歯車１４に合わせて、この遊星歯車１４を回転自在に支持する為のラジアルニードル軸受、更には、このラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの軸方向寸法までも大きくしてしまうと、これら各ニードルにスキューが発生し易くなる為である。又、図示の場合には、１対のラジアルニードル軸受１７、１７を所謂総ころ型としている為、上記各ニードル１６、１６の軸方向端面を案内する為に、上記両ラジアルニードル軸受１７、１７の間部分に、前記図５に示したスペーサ１３に比べて軸方向寸法の大きい、スペーサ１３ａを配置している。

これに対して、図７に示す構造の場合には、遊星歯車１４の内周面と支持軸１５の外周面との間に複列に配置された各ニードル１６、１６を、保持器１８、１８により保持する構成（Ｃ＆Ｒ型式）を採用している。この為、これら各保持器１８、１８により、上記各ニードル１６、１６のスキュー防止を図る事ができる。但し、この様な構成を採用した場合にも、これら各ニードル１６、１６と上記各保持器１８、１８とから成る、１対のラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａの間部分には、軸方向寸法の大きいスペーサ１３ａを配置している。この理由の第一は、上記両ラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａの間隔を確保して、上記遊星歯車１４の支持部の剛性（特にモーメント剛性）を確保する為である。又、上記理由の第二は、軸方向寸法の大きい上記支持軸１５が、運転時に、弓状に弾性変形し易くなる為である。特に、変形量が大きくなるこの支持軸１５の軸方向中央部では、この支持軸１５の外周面と上記遊星歯車１４の内周面との間の径方向寸法が、上記各ニードル１６、１６の直径よりも小さくなる可能性がある。この為、上記支持軸１５の軸方向中央側に上記各ニードル１６、１６が入り込む（変位する）事を阻止し、フレーキング等の損傷が生じる事を防止する為に、上記スペーサ１３ａを設けている。

ところが、上述の様に、軸方向寸法の大きいスペーサを使用する場合には、以下の様な不都合を生じる。即ち、軸方向寸法の小さいスペーサを造る為に行なわれている加工方法のうち、比較的安価に実施できる打ち抜き成形では、軸方向寸法の大きいスペーサを造る事自体が難しく、特にスペーサの径方向に関する厚さを小さく（薄肉）にする事は難しい。又、削り出し加工により、軸方向寸法の大きいスペーサを造る場合には、スペーサの径方向に関する厚さを小さくする事は可能であるが、工数が多くなるだけでなく、材料の歩留まりも悪くなり、コストが著しく嵩んでしまう。この為、図８に示す様に、従来から使用されているスペーサ１３ａの径方向に関する厚さＨ_13a は、全長に亙り厚肉となり、重量が嵩むと言う不都合が生じていた。この様にスペーサの重量が嵩むと、遊星歯車の慣性トルクが大きくなり、延いては遊星歯車装置の動力性能の低下を招き、好ましくない。

特開２００５−１６７１０号公報 特開２００５−３２５９９２号公報 特開平９−３２８９２号公報

本発明の遊星歯車回転支持装置は、上述の様な事情に鑑み、スペーサの軽量化と、更には低コスト化とを図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の遊星歯車回転支持装置は、キャリアと、支持軸と、遊星歯車と、１対のラジアルニードル軸受と、スペーサとを備える。
このうちの支持軸は、その軸方向端部を、上記キャリアに支持固定されている。
又、上記遊星歯車は、上記支持軸の軸方向中間部周囲に、回転自在に配置されている。
又、上記両ラジアルニードル軸受は、上記支持軸の外周面と上記遊星歯車の内周面との間の円筒状空間内に、互いに軸方向に離隔した状態で配置され、この遊星歯車を上記支持軸に対し回転自在に支持している。
又、上記スペーサは、上記円筒状空間内で、上記両ラジアルニードル軸受の間部分に配置されている。
特に、請求項１に記載した遊星歯車回転支持装置にあっては、上記スペーサは、金属製の板材に深絞り加工を施す事により形成されたもので、円筒状の本体部と、この本体部の軸方向両端部から径方向内方に向けて折れ曲がった１対の折れ曲がり部（折り返された折り返し部も含む。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）とを有する。そして、上記スペーサの軸方向中間部の径方向に関する厚さを、軸方向両端部の径方向に関する厚さに比べて小さくしている。
尚、上記各ラジアルニードル軸受としては、保持器を備えた所謂Ｃ＆Ｒ（ケージ・アンド・ローラ）の構成を採用しても、或いは、保持器を備えない所謂総ころ型の構成を採用しても良い。

上述した請求項１に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記１対の折れ曲がり部を、上記本体部の軸方向両端部を径方向内方に向けて１８０度折り返す事により形成した折り返し筒部とする。
又、上述した請求項１〜２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項３に記載した発明の様に、上記スペーサの表面硬さを、Ｈｖ６７４〜８３２の範囲内に規制する。
又、上述した請求項１〜３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、例えば請求項４に記載した発明の様に、上記スペーサの軸方向寸法を、上記各ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの軸方向寸法よりも大きくする。

上述の様に構成する本発明の遊星歯車回転支持装置に組み込まれるスペーサは、軸方向両端部の径方向に関する厚さに比べて、軸方向中間部の径方向に関する厚さを小さくしている。この為、全長に亙り径方向に関する厚さの大きい、従来構造のスペーサに比べて、軽量化を図れる。特に、上記スペーサは、金属製の板材（円板状のブランク）に、深絞り加工を施す事により造る為、削り出し加工等を採用した場合に比べて、安価に形成する事ができる。この為、軸方向寸法の大きいスペーサを造る為のコストの低減を図る事もできる。従って、本発明によれば、軸方向寸法の大きいスペーサの、軽量化と低コスト化との両立を図れる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、１対のラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａの間部分に設けられるスペーサ１３ｂに関して、軽量化と低コスト化とを図るべく、このスペーサ１３ｂの構造を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図７に示した構造と同様である為、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合、図１〜２に示す様に、遊星歯車１４の内周面と支持軸１５の外周面との間の円筒状空間内に、互いに軸方向に離隔した状態で配置した上記１対のラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａの間部分に、上記スペーサ１３ｂを配置している。本例に使用するこのスペーサ１３ｂは、鋼製で、主円筒部１９と、この主円筒部１９の軸方向両端部から径方向内方に向けて、ほぼ直角に折れ曲がった、内向フランジ状の内向鍔部２０ａ、２０ｂとから成る。又、組み付け状態で、上記主円筒部１９は、上記遊星歯車１４の内周面に内嵌支持されている。一方、上記両内向鍔部２０ａ、２０ｂは、それぞれの外側面を上記各ラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａを構成する各保持器１８、１８のリム部の外側面に、当接若しくは近接対向させている。

尚、本例に使用する上記スペーサ１３ｂの軸方向寸法Ｌ_13b は、前記図６〜８に示した従来構造のスペーサ１３ａの軸方向寸法Ｌ_13a と同じ（Ｌ_13b ＝Ｌ_13a ）としている。又、上記両内向鍔部２０ａ、２０ｂ部分に於ける径方向に関する厚さＨ₂₀は、上記従来構造のスペーサ１３ａの径方向に関する厚さＨ_13a と同じとしている（Ｈ₂₀＝Ｈ_13a ）。又、本例の場合、上記主円筒部１９の径方向に関する厚さＨ₁₉は、上記両内向鍔部２０ａ、２０ｂの径方向に関する厚さＨ₂₀の約１／３としている。

上述の様な構成を有する本例の場合、上記スペーサ１３ｂを断面略コ字形として、このスペーサ１３ｂの軸方向中間部を肉抜き凹部としている為、全長に亙り径方向に関する厚さが大きい、従来構造のスペーサ１３ａ（図６〜８参照）に比べて、軽量化を図れる。具体的には、本例のスペーサ１３ｂの場合には、上記従来構造のスペーサ１３ａと同じ材料製とした場合に、このスペーサ１３ａの重量の約６０％を軽量化できる（従来構造のスペーサ１３ａの重量の約４０％にできる）。

又、本例の場合、上記スペーサ１３ｂの軸方向寸法Ｌ_13b を、上記各ラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａを構成する各ニードル１６、１６の軸方向寸法Ｌ₁₆よりも大きくしている（Ｌ_13b ＞Ｌ₁₆）。即ち、上記遊星歯車１４の軸方向寸法（全長）Ｌ₁₄に対して、比較的重量の嵩む上記各ニードル１６、１６の軸方向寸法Ｌ₁₆が占める割合を減らすと共に、これら各ニードル１６、１６に比べて軽量に構成できる上記スペーサ１３ｂの軸方向寸法Ｌ_13b が占める割合を大きくしている。これにより、回転支持装置全体の軽量化を図っている。

又、本例の場合、上記スペーサ１３ｂの表面硬さを、Ｈｖ６７４〜８３２の範囲内に規制している。これにより、このスペーサ１３ｂに、必要とする強度及び剛性を確保しつつ、運転時に、上記各保持器１８、１８のリム部外側面と互いに滑り接触する、上記両内向鍔部２０ａ、２０ｂの外側面に、著しい摩耗が生じる事を防止している。尚、上記表面硬さがＨｖ６７４未満の場合には、摩耗防止機能が不十分となる。これに対して、上記表面硬さがＨｖ８３２を越えると、上記スペーサ１３ｂの熱処理に要するコストが嵩むだけでなく、上記内向鍔部２０ａ、２０ｂの加工が難しくなり、この面からもコストが嵩む。

又、本例の場合、上述の様な構成を有する上記スペーサ１３ｂを、金属製の板材（円盤状のブランク）に、ダイスとパンチとの組み合わせを使用した、深絞り加工により形成している。加工工程の１例を簡単に説明すると、先ず、円板状のブランクを、パンチによりダイスに設けた有底円形の受孔内に押し込む事で、有底円筒状の第一中間素材を得る。次に、この第一中間素材に底抜き加工を施して第二中間素材とする。これにより、この第二中間素材の軸方向一端側に、径方向内方に向けて折れ曲がった内向鍔部２０ａが形成される。最後に、この第二中間素材の軸方向他端側に内向鍔部２０ｂを形成し、トリミング加工等を施して形状を整え、本発明のスペーサ１３ｂとして完成する。

上述の様に、上記スペーサ１３ｂを深絞り加工により形成すれば、削り出し加工等を採用した場合に比べて、材料の歩留りを向上できると共に、工数を少なく（特に加工時間を短縮）できる為、コストの低減を図れる。又、上記スペーサ１３ｂの軸方向両端面と前記両保持器１８、１８のリム部との摺接面積を確保して、この摺接部の摩耗を抑えられる。更に、上述の様な深絞り加工によれば、例えば上記ブランクの厚さ（肉厚）を規制する事で、完成状態のスペーサ１３ｂの径方向に関する厚さを規制できる為、このスペーサ１３ｂの軽量化を図る事が容易になる。従って、本例の場合には、軸方向寸法の大きいスペーサ１３ｂの軽量化と低コスト化との両立を図れる。

尚、スペーサ１３ｂとして、軸方向寸法Ｌ_13b が１０〜３０ｍｍ、内向鍔部２０ａ、２０ｂの径方向に関する厚さＨ₂₀が１．５〜３．５ｍｍ、同じく内向鍔部２０ａ、２０ｂの内径が１０〜２１ｍｍの範囲内に収まるものであれば、シェル型ニードル軸受用の外輪として使用される、所謂シェルカップをそのまま代用する事ができる。この様に、別の用途に使用されているシェルカップを、特別な設計変更等を行なわずに代用できれば、更なるコスト低減を図れる。

尚、前記図１〜２には、この様なシェルカップをそのまま使用した例を示している為、一方の内向鍔部２０ａの肉厚と、他方の内向鍔部２０ｂの肉厚とが異なっている。但し、上述の様にスペーサとして使用する場合には、内径側に他の部材を挿入する必要がない為、上記両内向鍔部２０ａ、２０ｂは共に、前記遊星歯車１４の内径側に挿入する以前に形成する事ができる。

［実施の形態の第２例］
図３は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、スペーサ１３ｃの軸方向両端部に、折り返し筒部２１ａ、２１ｂを形成している。これら両折り返し筒部２１ａ、２１ｂは、主円筒部１９の軸方向両端部を径方向内方に向けて、１８０度折り返す事により形成している。又、上記両折り返し筒部２１ａ、２１ｂ部分に於ける径方向に関する厚さＨ₂₁は、上記主円筒部１９の径方向に関する厚さＨ₁₉のほぼ２倍（Ｈ₂₁＝２Ｈ₁₉）で、前述した実施の形態の第１例の内向鍔部２０ａ、２０ｂの径方向に関する厚さＨ₂₀よりも小さくしている（Ｈ₂₁＜Ｈ₂₀）。

本例の場合には、上述の様な構成を有する折り返し筒部２１ａ、２１ｂを形成する事により、これら両折り返し筒部２０ａ、２０ｂの内周面と、支持軸１５（図１、６、７参照）の外周面との間の径方向に関する隙間を大きく確保する様にしている。この為、上記スペーサ１３ｃの内径側を通過する潤滑油の流量を多くして、ラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａ（図１、７参照）に供給できる潤滑油の量を多くしている。

又、この様な構成を有する本例のスペーサ１３ｃの場合には、前記従来構造のスペーサ１３ａと同じ材料製とした場合に、このスペーサ１３ａの重量の約５０％を軽量化できる（従来構造のスペーサ１３ａの重量の約５０％にできる）。
尚、本例の場合にも、一方の折り返し筒部２１ａの厚さと、他方の折り返し筒部２１ｂの厚さとが異なるものを使用しているが、前述した実施の形態の第１例の場合と同様に、所謂シェルカップをそのまま使用した結果、生じたものである。
その他の部分の構成及び作用は上述した実施の形態の第１例と同様である。

前述した実施の形態の第１例を示す図１に於いて、支持軸１５に形成された通油孔２２には、１対のラジアルニードル軸受１７ａ、１７ａの内径側に向けてのみ、分岐孔２３、２３が形成されているが、スペーサ１３ｂ（１３ｃ）の内径側に向けて分岐孔を設ける事もできる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、回転支持装置の断面図。 同じくスペーサを取り出して、このスペーサの中心軸を通る仮想平面で切断した場合の部分断面図。 同第２例を示す、図２と同様の図。 従来構造の遊星歯車装置の第１例を示す略側面図。 図４の拡大Ａ−Ａ断面図。 従来構造の第２例を示す図５と同様の図。 同３例を示す、図５と同様の図。 同じく、図２と同様の図。

符号の説明

１ 太陽歯車
１ａ 歯
２ リング歯車
２ａ 歯
３ 遊星歯車
３ａ 歯
４ 支持軸
５ ニードル
６ キャリア
７ 円筒部
８ 回転軸
９ 連結板
１０ 内輪軌道
１１ 外輪軌道
１２ ラジアルニードル軸受
１３、１３ａ〜１３ｃ スペーサ
１４ 遊星歯車
１４ａ、１４ｂ 歯
１５ 支持軸
１６ ニードル
１７、１７ａ ラジアルニードル軸受
１８ 保持器
１９ 主円筒部
２０ａ、２０ｂ 内向鍔部
２１ａ、２１ｂ 折り返し筒部
２２ 通油孔
２３ 分岐孔

Claims (4)

1. キャリアと、このキャリアに支持固定された支持軸と、この支持軸の軸方向中間部周囲に配置された遊星歯車と、これら支持軸の外周面と遊星歯車の内周面との間の円筒状空間内に、互いに軸方向に離隔した状態で配置された１対のラジアルニードル軸受と、この円筒状空間内で、これら両ラジアルニードル軸受の間部分に配置されたスペーサとを備えた遊星歯車回転支持装置であって、このスペーサが、金属製の板材に深絞り加工を施す事により形成されたもので、円筒状の本体部と、この本体部の軸方向両端部から径方向内方に向けて折れ曲がった１対の折れ曲がり部とを有し、軸方向中間部の径方向に関する厚さが、軸方向両端部の径方向に関する厚さに比べて小さい事を特徴とする遊星歯車回転支持装置。
2. １対の折れ曲がり部が、本体部の軸方向両端部を径方向内方に向けて１８０度折り返す事により形成された折り返し筒部である、請求項１に記載した遊星歯車回転支持装置。
3. スペーサの表面硬さが、Ｈｖ６７４〜８３２の範囲内に規制されている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した遊星歯車回転支持装置。
4. スペーサの軸方向寸法が、ラジアルニードル軸受を構成する各ニードルの軸方向寸法よりも大きい、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した遊星歯車回転支持装置。

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