JP4822174B2 - ラジアル針状ころ軸受及びピニオンシャフト - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられるラジアル針状ころ軸受及びピニオンシャフトに関する。

車両等に搭載されている自動変速機において、一般的には遊星歯車機構が用いられている。ところで、近年は、燃費の向上などを目的として、自動変速機においても多段化される傾向がある。しかるに、現在は４速が主流である自動変速機を、例えば５速或いは６速に多段化し且つ小型化を図るため、いわゆるラビニョ型と呼ばれる遊星歯車機構を用いる試みがある。ラビニョ型遊星歯車機構は、遊星歯車を共用する２つの遊星歯車機構を組み合わせたものであり、例えば特許文献１に記載されている。

ここで、ラビニョ型遊星歯車機構における一つの特徴は、共用する遊星歯車の軸線方向幅が大きくなるために、それを支持するピニオンシャフトにおいて径に対する軸線方向長が長くなる、即ち細長くなるということである。一方、特許文献２に示されるように、一般的な遊星歯車機構において遊星歯車を支持する転がり軸受としては、軸受内輪を兼ねるピニオンシャフトと軸受外輪を兼ねる遊星歯車の間に、針状ころが転動体として配置されるラジアル針状ころ軸受が使用されることが多い。しかるに、かかる針状ころ軸受としては、従来から保持器を持たない総ころ形式が一般的に使用されていたが、最近は、遊星歯車の高速回転化のために、保持器を持ついわゆるケージ＆ローラ形式が用いられる場合がある。総ころ形式でころ（ローラ）列が複数以上となる場合は、列間に、ころ（ローラ）端部を案内する案内リングを具備するのが一般的である。これに対し、ケージ＆ローラ形式では、ころ（ローラ）列が複数以上となっても、保持器がころ（ローラ）の端面を案内するので、案内リングを具備しないことが一般的である。

実開平４−１２６０５５号公報 実開平５−６２７２９号公報

ここで、遊星歯車機構においては、遊星歯車が公転運動をしているために、遊星歯車に作用する遠心力および他の歯車とのかみ合い力がピニオンシャフトを弾性変形させる。ピニオンシャフトは、通常、焼き入れ鋼が使用されるが、不可避的に内在する残留オーステナイト組織のために、１００℃以上の高温使用において、残留オーステナイト組織が分解し体積膨張を生じる。１００℃以上でピニオンシャフトが弾性変形すると、圧縮応力が作用する部分よりも引っ張り応力が作用する部分の残留オーステナイト組織の分解速度が速いために、一般的に、ピニオンシャフトは、キャリアへの取り付け部に対し、そこから離れるほど弓状に塑性曲がりを発生するようになり、その速度は、シャフト温度が高いほど、遊星歯車の公転速度が速いほど、また、ピニオンシャフトが細く、長いほど、ピニオンギヤに負荷されるトルクが高いほど大きくなる傾向がある。

特に、オートマチックトランスミッション等の車両用変速機遊星歯車機構の小型化のために、例えば特許文献１で開示されるラビニヨ式遊星歯車機構を使用したときに、そのロングピニオンは、シャフト長が長くなるために、塑性曲がりを発生しやすいという問題がある。経時的に増大するシャフトの塑性曲がりと荷重条件で決まる弾性曲がりの和が大きくなり、シャフトとピニオンギヤ内径面の距離がころ径よりも小さくなると、ころ（ローラ）が円滑に転動ができなくなり、シャフトまたはころ（ローラ）にフレーキングが生ずるという問題を発生する。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ころの円滑な転動を確保できるラジアル針状ころ軸受及びピニオンシャフトを提供することを目的とする。

本発明のラジアル針状ころ軸受は、車両用自動変速機の遊星歯車機構におけるピニオンシャフトとピニオンギヤとの間に配置され、高速の自転運動及び公転運動を行うピニオンシャフト用のラジアル針状ころ軸受において、
複列に配置されたころと、各列の前記ころを保持する複数の保持器と、前記保持器の外径と同じ外径を備え、隣接する前記保持器同士の間に配置されたスペーサーと、を有し、
前記スペーサーの幅は、前記ころの長さ以上であり、
前記ピニオンシャフトは、潤滑油を供給するための孔を、前記保持器に覆われる外表面に設けていることを特徴とすることを特徴とする。

本発明の作用効果について、図面を参照して説明する。図１は、ピニオンシャフトＣとピニオンギヤＰ１との間に配置された、単列のころ５１を有するラジアル針状ころ軸受５０’の断面図であり、（ａ）は無負荷状態を示し、（ｂ）は負荷に応じてピニオンシャフトが弾性変形した状態を示し、（ｃ）は負荷に応じて弾性変形に加え塑性変形した状態を示している。図２は、ピニオンシャフトＣとピニオンギヤＰ１との間に配置された、複列のころ５１，５１と保持器５２，５２とスペーサー５３とを有するラジアル針状ころ軸受５０の断面図であり、（ａ）は無負状態を示し、（ｂ）は負荷に応じてピニオンシャフトが弾性変形した状態を示し、（ｃ）は負荷に応じて弾性変形に加え塑性変形した状態を示している。

図１（ｃ）に示すように、ピニオンシャフトの弾性曲がりと塑性曲がりの和（以下、シャフト曲がり量と記述）が大きくなり、ピニオンシャフトとピニオンギヤ内径面の距離がころ径よりも小さくなると、ころ（ローラ）が円滑に転動ができなくなる。これに対し、本発明者らは、
（１）シャフト曲がり量が最大となるシャフト軸方向中央部にころ（ローラ）を転動させないこと、又は
（２）シャフト曲がり量を低減することで、上記問題を解決できることを導出したのである。

かかる導出に基づき、本発明においては、（１）の目的を達成するために、シャフト中央部にスペーサー５３を配し、その両脇に保持器５２ところ５１（ケージ＆ローラ）を配するという構成を採用した。かかるスペーサー５３は、ころ（ローラ）５１を案内するためのものではなく、シャフト曲がりが最大となるシャフト軸方向中央部に、転動するころ（ローラ）５１を移動させないように機能するものであり、その軸線方向幅は、スペーサー５３を挟んで両脇列のころ長さ以上であることが望ましい。両脇列においては、シャフト曲がりは、中央部ほど大きくならないので、ころ（ローラ）の円滑な転動が妨げられることがない。

一方、（２）の目的を達成するために、ピニオンシャフト全体にわたり径方向中心部には、残留オーステナイト組織を存在させないことが必要である。さらに望ましくは、ころ（ローラ）が転動しないピニオンシャフトの軸線方向中央部表面の残留オーステナイト量が、ころ（ローラ）の転動する両脇列部より少ないこと、最も望ましくは０％であることが重要である。また、（２）のためには、残留オーステナイト組織を安定化させ、その分解速度を遅れさせることも有効である。そのためにはシャフト表面硬化部の表面窒素濃度を０．０５％以上とすることや、素材として０．４％以上の珪素（Ｓｉ）を含有する鋼を使用することが望ましい。

なお、窒素濃度、珪素濃度は、高周波焼入れ時の割れを防止するためにそれぞれ０．５％以下、０．８％以下であることが望ましい。また、ピニオンシャフトの塑性曲がりを抑制するためには、ピニオンシャフトの最低硬さ（一般的にはシャフトの径方向中心部硬さとなる）をＨｖ３００以上、望ましくはＨｖ３５０以上、さらに望ましくはＨｖ４００以上にすることが重要である。また、転がり疲れ寿命を延長するためには素材（鋼）のクロム濃度を０．９％以上とすることが望ましい。ただし、クロム濃度が１．８％を越えると高周波焼入れ時に炭化物の溶け込み速度が著しく遅くなり硬さむらを生ずるので、クロム濃度は、１．８％以下とすることが望ましい。上記のいずれの場合にも、ピニオンシャフトの径方向中心部において残留オーステナイト組織の存在を回避すべきである。シャフト表面上に存在する油出口穴（以下、油穴と書く）の位置は、潤滑油を軸受転動面全体に供給する上で重要である。上述のごとく遊星歯車機構のピニオンギヤは遠心力場で使用されるので、油穴から出た潤滑油は、遠心力方向に流れやすく一部の転動面に油が供給されない状態が生じる恐れがある。これを改善するのが、ころ（ローラ）や保持器の回転による撹拌であり、油穴位置は、出た潤滑油がころ（ローラ）が転動するシャフト表面にあることが最も望ましく、少なくとも保持器により覆われるシャフト表面上にその一部が含まれる必要がある。尚、本明細書中、「％」は、残留オーステナイト量の場合は「体積％」を意味し、化学元素の濃度の場合は「重量％」を意味するものとする。

前記スペーサーの幅は、前記ころの長さ以上であると好ましい。

前記ピニオンシャフトは鋼製であり、焼き入れ硬化した表面と、残留オーステナイト組織を含有しない中心部とを有し、前記ころは前記焼き入れ硬化した表面に沿って転動すると好ましい。

前記ピニオンシャフトのスペーサーに覆われる外表面の残留オーステナイトの量は、前記ピニオンシャフトの前記ころが転動する表面における残留オーステナイトの量より低いと好ましい。

前記ピニオンシャフトの表面窒素濃度は、０．０５％以上０．５％以下であると好ましい。

前記ピニオンシャフトの素材は、０．９％以上１．８％以下のクロムを含むと好ましい。

前記ピニオンシャフトの素材は、０．４％以上０．８％以下の珪素を含むと好ましい。

前記ピニオンシャフトの硬度は、Ｈｖ３００以上であると好ましい。

前記ピニオンシャフトは、潤滑油を供給するための孔を、前記保持器に覆われる外表面に設けていると好ましい。

前記スペーサーは、樹脂製又は表面に燐酸塩被膜を施した鋼製であると好ましい。

スぺーサーは、ピニオンギヤとほぼ同じ回転速度で回転するのに対し、両脇列の保持器は、ピニオンギヤより遅い回転速度で回転するため、スペーサーと保持器の摺動摩擦抵抗を減じることは温度上昇を減じることに結びつくために、フレーキングや焼付きを抑制するのに効果的である。一方、遊星歯車機構に用いる軸受は通常公転運動を伴うために、保持器は、ころ（ローラ）との衝突による大きな繰り返し応力を受けるので、強度のある鋼製であることが望ましい。そこで、スぺーサーを樹脂製にするか、スぺーサーが鋼製の場合にはリン酸塩被膜を実施したスペーサーを使用し、保持器との動摩擦係数を減ずることが温度上昇を減じることに対して効果的である。尚、ピニオンシャフトの曲がり抑制の見地からは、スペーサーは樹脂製であることがより好ましい。

前記ピニオンシャフトは鋼製であり、表層部の圧縮残留応力を５００〜１２００ＭＰａ、且つ残留オーステナイト量を１５〜４０％とすると好ましい。

遊星歯車機構に用いる軸受は、外輪（ピニオンギヤ）回転のラジアルニードル軸受であるために、内輪（シャフト）が最弱部位となることから、ピニオンシャフトの強化が軸受寿命の延長につながるといえる。例えばピニオンシャフトにショットピーニングなどを実施し、表層部の圧縮残留応力を５００〜１２００ＭＰａにし、かつ残留オーステナイト量を１５〜４０％にすることが、その寿命延長に効果的である。ピニオンシャフト表層部の圧縮残留応力および残留オーステナイト量は、表面下５０μｍの測定値で規定される。圧縮残留応力が５００ＭＰａ未満では寿命延長効果が小さく、１２００ＭＰａを越えるハードショットを行なうと表層部にクラックが内在するようになり、寿命が低下する。又、残留オーステナイト量は、１５％未満では寿命延長効果が小さく、４０％を越えると、ピニオンシャフトの塑性曲がりが大きくなるので逆に寿命が低下する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図３は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一部を示す断面図である。

図３において、ケース１０内において、不図示のトルクコンバータのタービン出力回転をプラネタリギヤセット１２に伝達する入力部材を構成する入力軸１１は、プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３側に配置されている。また、カウンタドライブギヤ１４は、ケース１０の後壁を挟んでプラネタリギヤセット１２のリヤサンギヤ１５側に配置されている。そして、プラネタリギヤセット１２の内周側には、プラネタリギヤセット１２の支持軸を構成するサンギヤ軸２０が配置され、本形態において、この軸は、リヤサンギヤ１５と一体化され、プラネタリギヤセット１２とカウンタドライブギヤ１４とを貫通して延在している。

入力軸１１は、ケース１０に支持されて、トルクコンバータのタービンと、各クラッチ１６，１７，１８と、第１のワンウェイクラッチに連結されている。詳しくは、入力軸１１は、オイルポンプカバーで構成されるケース１０の前壁に固定した中空のステータシャフト１９に前端部付近をブッシュを介して、また後端部付近をニードルベアリングを介して支持され、前端をスプライン係合でタービンハブ（不図示）に連結され、後端を各クラッチ１８，１７，１６のドラム側の油圧サーボシリンダ内周側部材２１に第１ワンウェイクラッチＯＣ１のインナレースを経て連結されている。

サンギヤ軸２０は、一方側の端部をクラッチ１８及び第１ワンウェイクラッチＯＣ１を介して入力軸１１に連結され、他方側の端部をカウンタドライブギヤ１４を貫通した外側でブレーキ２２を介してケース１０に連結されている。詳しくは、サンギヤ軸２０は、前端を入力軸１１後端の凹部にブッシュを介して支持され、後端部付近をブッシュを介してリングギヤフランジ２３の軸部内周に支持され、その外周に嵌合するカウンタドライブギヤ１４のボス部及びローラベアリング経由で最終的にケース１０の後壁に支持されている。そして、サンギヤ軸２０の前端部側は、スプライン係合でクラッチ１８のハブ２４側に連結されている。また、サンギヤ軸２０の後端は、スプライン係合でブレーキ２２のハブ２５側に連結されている。

プラネタリギヤセット１２は、そのフロントサンギヤ１３とキャリヤＱがブッシュを介してそれぞれサンギヤ軸２０に支持され、リングギヤ２６がそれにスプライン係合で連結されたリングギヤフランジ２３経由で該部材にスプライン係合連結されたカウンタドライブギヤ１４に固定されることで、結果的にボールベアリング２７を介してケース１０の後壁に支持されている。プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３は、クラッチ１７のハブ２８側に連結され、キャリヤＱは、クラッチ１６のハブ２９と、ブレーキ３０のハブ３１と、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースとに並列的に連結されている。

このギヤトレインにおいて、入力軸１１をそれぞれ、フロントサンギヤ１３に連結するクラッチ１７、リヤサンギヤ１５に連結するクラッチ１７及びキャリヤＱに連結するクラッチ１６は、それら各クラッチの油圧サーボと摩擦部材を纏めて入力軸１１とサンギヤ軸２０の連結部の外周に配置されている。まず、クラッチ１７は、ケース１０の前壁を構成するオイルポンプボディにボルト止め固定されたオイルポンプカバーから延びるボス部３２の外周に回転自在に嵌合させた内周側部材２１と、それに内周側を固定したドラム３３により囲われる内側に、クラッチ１７のドラムを兼ねるピストン３４を回止め嵌合させた油圧サーボと、ドラム３３の先端内周の内側とフロントサンギヤ１３に内周側を連結させて配置されたハブ２８の外周にそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材４０とで構成されている。

次に、クラッチ１８は、クラッチ１７のピストンを兼ねて内周側部材２１に摺動自在に嵌挿されたドラム３４と、内周側部材２１とドラム３４とで囲われるシリンダ内側に嵌挿されたピストン３５からなり、ピストン３５の背後に遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、ドラム３４の先端内周と、更にその内周に内周側を入力軸１１に連結させて配置されたハブ２４の外周とにそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材３６とで構成されている。そして、このクラッチ１８のハブ２４には第１ワンウェイクラッチＯＣ１のアウタレースが固定されている。

クラッチ１６は、クラッチ１７のドラム３３をピストンとして、逆に該ピストンに被さるように嵌まるピストン３７がドラム３８に連結された構成とされ、遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、プラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止めされた第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースに連結されたハブ２９の外周とドラム３８の内周にスプライン係合連結された摩擦部材３９とで構成されている。

このように纏めて配置された各クラッチの油圧サーボにおいて、各クラッチに共通の内周側部材２１とクラッチ１７のドラムとクラッチ１６のピストンを兼ねる部材３３が軸方向に不動の部材とされ、クラッチ１８は、ドラム３４とピストン３５共に軸方向可動部材とされている。したがって、ボス部３２の油路からのサーボ油圧の供給によりクラッチ１７は、自身のドラム３３とクラッチ１８のドラム３４との間で摩擦部材４０を挟持して係合させ、クラッチ１８は、クラッチ１７のドラム３３に反力を取り、自身のピストン３５を押し出すことでクラッチ１７のピストン３４を兼ねる自身のドラムとピストン３５の間で摩擦部材３６を挟持して係合させ、クラッチ１６は、自身のドラム３８をクラッチ１７のドラム３３に対して軸方向に前進させることでそれらの間で摩擦部材３９を挟持して係合させることになる。

次に、ブレーキ３０は、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボと、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースから延びるハブ３１とケース１０の周壁にスプライン係合させた摩擦部材４２とで構成され、摩擦部材４２は、プラネタリギヤセット１２のリングギヤ２６の径方向外側に配置されている。そして、これと並列配置の第２ワンウェイクラッチＯＣ２は、前記のようにインナレースをプラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止め連結され、アウタレースをケース１０の周壁にスプライン係合させてプラネタリギヤセット１２の径方向外側のほぼ軸方向中央部に配置されている。

ブレーキ２２は、ケース１０の後壁より外側に配置されており、そこに配置されたカウンタギヤ対を覆うカバー１０ａと、サンギヤ軸２０の最後部に固定されたハブ２５とにスプライン係合させてカウンタギヤ対より後方に配置された摩擦部材４３と、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボとで構成されている。

このギヤトレインにおいて第１速（１ｓｔ）を選択すると、入力軸１１からの回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、第２ワンウェイクラッチＯＣ２の係合により係止されたキャリヤＱに反力を取って、リングギヤ２６に出力される最大減速比の減速回転が、カウンタギヤ対を経て副変速部のリングギヤに伝達され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

次に、第２速（２ｎｄ）は、入力軸１１からも回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、ブレーキ２２の係合により係止されたリヤサンギヤ１５に反力を取って、リングギヤ２６に減速回転が出力される。この回転は、副変速部のリングギヤに入力され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

また、第３速（３ｒｄ）は、主軸部側については第２速と同様とされ、副軸部側のクラッチを係合させることで達成される。この場合、主変速部からの回転がクラッチの係合による直結状態のプラネタリギヤを経て、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

更に、第４速（４ｔｈ）は、主変速部側のプラネタリギヤセット１２、副変速部側のプラネタリギヤが共に直結状態となり、入力軸１１の入力回転が、カウンタギヤ対による減速がないものとして、そのまま不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

図４は、本実施の形態にかかるプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。図４に示すように、針状ころ軸受５０は、複列に配置されたころ５１，５１と、各列のころ５１，５１を保持する保持器５２，５２と、保持器５２，５２間に配置されたスペーサー５３とからなり、キャリヤＱに取り付けられたピニオンシャフトＣの周囲に配置されて、ロングピニオンＰ１を回転自在に支持している。ピニオンシャフトＣ内には、図４の右端面から軸線に沿って延在する袋孔Ｃａと、袋孔Ｃａの途中から半径方向に延在しピニオンシャフトＣの周面において、保持器５２，５２内に対向するようにして開口する径孔Ｃｂ、Ｃｂとが形成されている。針状ころ軸受５０は、ピニオンシャフトＣの外部より袋孔Ｃａ及び径孔Ｃｂ、Ｃｂを介して供給される潤滑油により潤滑されるようになっている。尚、スペーサー５３の軸線方向幅は、スペーサー５３を挟んでいる両脇列のころ５１，５１の長さ以上であることが望ましく、またその外径は、保持器５２，５２と同じであると好ましい。尚、スペーサー５３とピニオンシャフトＣ及びピニオンギヤＰ１との間には、所定のクリアランスがあるが、スペーサー５３とピニオンシャフトＣとは摺動しない。

次に、本発明者らが行った試験について説明する。図５は、かかる試験に用いた試験装置の断面図である。定盤上にベース１０１の両端に、支持部１０２，１０３が取り付けられている。左方の支持部１０２には、円筒状のホルダ１０４が嵌め込まれており、ホルダ１０４に対して、サンギヤ回転軸１０５が軸受により回転自在に支持されている。サンギヤ回転軸１０５の右端には、サンギヤＳが形成されている。

右方の支持部１０３には、円筒状のホルダ１０６が嵌め込まれており、ホルダ１０６に対して、キャリヤ回転軸１０７が軸受により回転自在に支持されている。キャリヤ回転軸１０７の右端には、キャリヤＱが取り付けられている。ホルダ１０６には、潤滑剤吐出装置１０８が取り付けられており、ここからキャリヤ回転軸１０７の内部に設けられた通路１０７ａと、キャリヤＱの内部に形成された通路Ｑａと、ピニオンシャフトＣの袋孔Ｃａ、径孔Ｃｂとを介して、所定量の潤滑剤を針状ころ軸受５０に供給するようになっている。ピニオンシャフトＣは、針状ころ軸受５０を介して、ロングピニオンＰ１を回転自在に支持している。

図５に示す試験装置に、後述する比較例と実施例とを組み込んで、試験を行った。試験条件は、以下の通りである。
（試験条件）
ピニオン公転速度：８０００ｍｉｎ^-1
ピニオン自転速度：１００００ｍｉｎ^-1
ピニオン公転半径：４５ｍｍ
ピニオン重量：２７４ｇ
試験温度：１２０℃
潤滑油量：３３ｃｃ／ｍｉｎ
ピニオンシャフト径：φ１４．００ｍｍ
ピニオンシャフト径穴（Ｃｂ）位置：軸方向で中央１個、円周方向でサンギヤ方向に対し１８０°
ピニオンシャフト熱処理：以下の（１）〜（８）いずれかの処理とする。
（１）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼（硬さＨｖ２１０）を有効硬化層深さ（Ｈｖ５５０以上の深さ）１ｍｍで高周波焼き入れ（表面残留オーステナイト量は１０％、芯部残留オーステナイト量は０％）
（２）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼を芯部まで完全焼き入れ（残留オーステナイト量は全体的に均一で１０％）
（３）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼に８４０℃で窒化処理を行い、焼きなましで芯部硬さをＨｖ４００に調整後、高周波焼入れ（表面残留オーステナイト量は１５％、芯部残留オーステナイト量は０％、表面窒素濃度は０．１％、有効硬化層深さは１ｍｍ）
（４）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼に８４０℃で窒化処理を行い、焼きなましで芯部硬さをＨｖ３５０に調整後、高周波焼入れ（表面残留オーステナイト量は１５％、芯部残留オーステナイト量は０％、表面窒素濃度は０．１％、有効硬化層深さは１ｍｍ）
（５）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼に８４０℃で窒化処理を行い、焼きなましで芯部硬さをＨｖ３００に調整後、高周波焼入れ（表面残留オーステナイト量は１５％、芯部残留オーステナイト量は０％、表面窒素濃度は０．１％、有効硬化層深さは１ｍｍ）
（６）ＪＩＳ ＳＵＪ２鋼に８４０℃で窒化処理を行い、焼きなましで芯部硬さをＨｖ２１０に調整後、高周波焼入れ（表面残留オーステナイト量は１５％、芯部残留オーステナイト量は０％、表面窒素濃度は０．１％、有効硬化層深さは１ｍｍ）
（７）ＪＩＳ ＳＵＪ３鋼に８４０℃で窒化処理を行い、焼きなましで芯部硬さをＨｖ４００に調整後、高周波焼入れ（表面残留オーステナイト量は１５％、芯部残留オーステナイト量は０％、表面窒素濃度は０．１％、有効硬化層深さは１ｍｍ）
（８）ＪＩＳ ＳＫ５鋼（硬さＨｖ２１０）を有効硬化層深さ（Ｈｖ５５０以上の深さ）１ｍｍで高周波焼き入れ（表面残留オーステナイト量は１０％、芯部残留オーステナイト量は０％）
ピニオン内径：φ１９．０３ｍｍ
ピニオン幅：６０．００ｍｍ
針状ころ径：φ２．５ｍｍ
尚、ころ長さは列数に応じ適宜決定した。試験結果を表１に示す。尚、表２は用いたピニオンシャフトの素材中における組成比の例である。

尚、比較例１，３，４，５と、実施例６，７，８に用いたピニオンシャフトの軌道面における表層の圧縮残留応力は約３００ＭＰａであり、比較例２に用いたピニオンシャフトの軌道面における表層の圧縮残留応力は０ＭＰａである。

試験結果を考察するに、比較例２、４、５の試験結果より、総ころ（保持器を有しない）形式では、高速回転で焼付きが起こり、高速回転には不向きであることがわかった。一方、比較例１、３の試験結果から、ケージ＆ローラ（保持器を有する）形式にすれば、焼付きは防止できるもののピニオンシャフトの曲がりに起因するシャフト中央部ラジアル隙間減少によるシャフト中央部のフレーキングが発生してしまうという問題があることがわかった。これに対し、実施例６の試験結果より、シャフト中央部の周囲をころが転動しないような制限を設ければ、シャフト曲がりに対して鈍感になり、寿命が延長されることがわかった。尚、この場合のフレーキング部位は、シャフト中央部ではなく、両脇列のシャフト転動面軸端側エッジ部となる。そのエッジ部の接触面圧は、シャフトの曲がりが小さいほど小さくなる。

さらに、実施例１５の試験結果より、ピニオンシャフトの径方向中心部の残留オーステナイト量をゼロ％にした高周波焼入れＳＫ５製ピニオンシャフトを用いると、シャフト曲がりが抑制されるのでエッジ当たりが緩和され、寿命はさらに延長されることがわかった。このように、両脇列のころ（ローラ）長さ以上のスペーサーを具備することと、芯部残留オ―ステナイト量が０％であるシャフトを組み合わせて使用することが効果的である。

素材としてクロム濃度が１．４％のＳＵＪ２鋼を使用している実施例７の試験結果より、クロムによる寿命延長効果のために、寿命は延長されることがわかった。更に、スペーサーで覆われるシャフト中央部のうちの１０ｍｍについて表面残留オ―ステナイト量を３％に減らした実施例８の試験結果より、非転動面の残留オーステナイト量の低減は、ピニオンシャフトの曲がり量を小さくし且つ転動面の疲労強度を損なわないので、寿命はさらに延長されることがわかった。又、スペーサーで覆われるシャフト中央部のうちの１０ｍｍについて表面残留オーステナイト量を０％に減らした実施例９の試験結果より、寿命はさらに延長されることがわかった。実施例１０〜１３では、実施例９に比べて表面の窒素濃度を０．１％に上げたものであるが、そうすると寿命がさらに延長されることが分かった。実施例１０〜１３の間で寿命差があるのは、ピニオンシャフトの最低硬さが異なるためで、シャフトの最低硬さが、Ｈｖ３００以上、望ましくはＨｖ３５０以上、さらに望ましくはＨｖ４００以上が好ましいことを示している。実施例１４では、実施例１３に対して素材をＳＵＪ２からＳＵＪ３に変更しているが、珪素濃度が増えているために、残留オーステナイト組織の安定性が増し、シャフトが曲がりづらくなるために、寿命の延長効果があることが、その試験結果よりわかる。実施例１６では、実施例１５に対し、油穴をスペーサーで覆われる部位から、両脇列の中央のサンギヤ向きに変更されているので、潤滑油が軸受内で撹幹され、転動面に潤滑油が多く供給されるので、寿命の延長効果があることが、その試験結果よりわかる。

更に、実施例１７では、実施例１６に対し、スペーサー材料を鋼（ＳＴＫＭ１７Ｃ焼入れ鋼）から、２５％ガラス繊維入り４６ナイロンに変更しているので、保持器との摺動摩擦が低減され、寿命が延長されている。実施例１８では、実施例１７に対し、シャフト軌道面表層の圧縮残留応力が増加しているので、より寿命が延長されている。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、ラビニョ型遊星歯車機構に限らず、その他のタイプの遊星歯車機構に用いる針状ころ軸受やピニオンシャフトに適用できる。

ピニオンシャフトＣとピニオンギヤＰ１との間に配置された、単列のころを有するラジアル針状ころ軸受５０の断面図である。 図２は、ピニオンシャフトＣとピニオンギヤＰ１との間に配置された、複列のころを有するラジアル針状ころ軸受５０の断面図である。 本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の一部断面図である。 本実施の形態にかかるプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 試験装置の断面図である。

１０ ケース
１０ａ カバー
１１ 入力軸
１２ プラネタリギヤセット
１３ フロントサンギヤ
１４ カウンタドライブギヤ
１５ リヤサンギヤ
１６ クラッチ
１７ クラッチ
１８ クラッチ
１９ ステータシャフト
２０ サンギヤ軸
２１ 内周側部材
２２ ブレーキ
２３ リングギヤフランジ
２４ ハブ
２５ ハブ
２６ リングギヤ
２７ ボールベアリング
２８ ハブ
２９ ハブ
３０ ブレーキ
３１ ハブ
３２ ボス部
３３ ドラム
３３ 部材
３４ ドラム
３５ ピストン
３６ 摩擦部材
３７ ピストン
３８ ドラム
３９ 摩擦部材
４０ 摩擦部材
４２ 摩擦部材
４３ 摩擦部材
５０ 軸受
５２ 保持器
５２ 保持器
５３ スペーサー
１０１ ベース
１０２ 支持部
１０２，１０３ 支持部
１０３ 支持部
１０４ ホルダ
１０５ サンギヤ回転軸
１０６ ホルダ
１０７ キャリヤ回転軸
１０７ａ 通路
１０８ 潤滑剤吐出装置
Ｃ ピニオンシャフト
ＯＣ１ ワンウェイクラッチ
ＯＣ２ ワンウェイクラッチ
Ｐ１ ピニオンギヤ
Ｑ キャリヤ

Claims (10)

1. 車両用自動変速機の遊星歯車機構におけるピニオンシャフトとピニオンギヤとの間に配置され、高速の自転運動及び公転運動を行うピニオンシャフト用のラジアル針状ころ軸受において、
   複列に配置されたころと、各列の前記ころを保持する複数の保持器と、前記保持器の外径と同じ外径を備え、隣接する前記保持器同士の間に配置されたスペーサーと、を有し、
   前記スペーサーの幅は、前記ころの長さ以上であり、
   前記ピニオンシャフトは、潤滑油を供給するための孔を、前記保持器に覆われる外表面に設けていることを特徴とするラジアル針状ころ軸受。
2. 前記ピニオンシャフトは鋼製であり、焼き入れ硬化した表面と、残留オーステナイト組織を含有しない中心部とを有し、前記ころは前記焼き入れ硬化した表面に沿って転動することを特徴とする請求項１に記載のラジアル針状ころ軸受。
3. 前記ピニオンシャフトのスペーサーに覆われる外表面の残留オーステナイトの量は、前記ピニオンシャフトの前記ころが転動する表面における残留オーステナイトの量より低いことを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアル針状ころ軸受。
4. 前記ピニオンシャフトの表面窒素濃度は、０．０５％以上０．５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
5. 前記ピニオンシャフトの素材は、０．９％以上１．８％以下のクロムを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
6. 前記ピニオンシャフトの素材は、０．４％以上０．８％以下の珪素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
7. 前記ピニオンシャフトの硬度は、Ｈｖ３００以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
8. 前記スペーサーは、表面に燐酸塩被膜を施した鋼製であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
9. 前記ピニオンシャフトは鋼製であり、表層部の圧縮残留応力を５００〜１２００ＭＰａ、且つ残留オーステナイト量を１５〜４０％とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のラジアル針状ころ軸受に用いられることを特徴とするピニオンシャフト。