JP4823624B2 - 円錐ころ軸受及びその組立方法 - Google Patents

Description

この発明は円錐ころ軸受に関し、特に自動車のトランスミッションの歯車装置に好適に組み込まれる円錐ころ軸受に関する。

自動車のトランスミッション（主変速機）は大別するとマニュアルタイプとオートマチックタイプがあり、また車輌の駆動方式によって前輪駆動（ＦＷＤ）用トランスアクスル、後輪駆動（ＲＷＤ）用トランスミッション、および四輪駆動（４ＷＤ）用トランスファ（副変速機）がある。これらは、エンジンからの駆動力を変速して駆動軸などへ伝達するものである。

上記のような自動車のトランスミッションは、近年、ミッションのＡＴ化、ＣＶＴ化および低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、（１）油温が高い、（２）油量が少ない、（３）予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。

この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには、例えば、軸受の円錐ころの本数を増大させる方法がある。円錐ころの直径を減少させないで本数を増やすためには、保持器のポケット間隔（柱部）を狭くしなければならないが、保持器の柱部は円錐ころを摺接支持するための強度を確保するため、一定以上の幅が必要である。よって、保持器の柱部の幅を維持しながら円錐ころの本数を増やすために、保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。

その方法として、例えば特許文献１に示されている円錐ころ軸受では、保持器の外径面に突起部が設けられている。これにより、円錐ころ軸受の回転時には、突起部と外輪内径面との間に形成される楔状油膜の動圧により保持器と外輪との間の微小隙間が維持され、両者の接触に伴うトルク損失や保持器ないし外輪軌道面の損傷が防止される。従って保持器外径面を可及的に外輪内径面に接することなく近接させることが可能となり、保持器のピッチ円を拡径できる。
特開２００５−９８３１６号公報

しかしながら、上記のように保持器のピッチ円を拡径することにより、円錐ころを保持器への組付ける際に以下のような不具合を生じる。円錐ころの保持器への組付けは、保持器を小環状部が下方になるように設置し、円錐ころを上方から小径端面を下にして保持器のポケット（小環状部）に引っ掛かるまで降下させ、円錐ころを径方向外側に傾斜させることにより行われる。円錐ころの小径端面がポケットに引っ掛かったときは、円錐ころが保持器の小環状部のみによって支持されているため、非常に不安定である。保持器のピッチ面を拡径すると、円錐ころがポケットに引っ掛かる部分が小さくなることでさらに不安定になり、円錐ころが円周方向に傾倒してしまい、組立が困難となる。

また、円錐ころの本数を増やすことにより、軸受内部の潤滑油による流動抵抗が増し、回転トルクは増大する。

本発明は、円錐ころ軸受の組付け性を向上し、且つ回転トルクを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円錐ころと、前記円錐ころを円周所定間隔に収納するポケットを有する保持器とを備え、前記保持器が、前記円錐ころの小径側で連なる小環状部と、円錐ころの大径側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、前記保持器の小環状部の端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブの先端部を軸方向内側に屈曲させた形状とすることにより、小環状部を下向きにした状態で設置した保持器に対し、小径端面を下向きにした円錐ころを、保持器の小環状部のポケット側端縁及びリブの先端部の双方で支持可能としたことを特徴とする。

上記のように、本発明では、保持器のリブ先端部を軸方向内側に屈曲させた形状とする。これにより、円錐ころを保持器に組付ける際、円錐ころの小径端面がポケットに引っ掛かったときに、円錐ころが保持器の小環状部とリブの先端部とで支持される。これにより、円錐ころが安定した姿勢に保持されるため、円錐ころが円周方向に傾倒することなくスムーズに組付けられる。

また、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切り欠きを設けることにより、潤滑油の循環が良好になり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。よって、潤滑油の流動抵抗によるトルクが低減される。

台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けると、軸受内の潤滑油の循環がさらに良好になり、トルク低減効果を増すことができる。

台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切り欠きを設けると、円錐ころをバランスよく柱部に摺接させることができる。

台形状ポケットの狭幅側に設けた切り欠きの合計面積を、広幅側に設けた切り欠きの合計面積よりも広く設定することによっても、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。

以上のように、本発明によると、円錐ころ軸受の組付け性が向上し、且つ、回転トルクを低減することができる。

以下に本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。

図１に示す実施形態における円錐ころ軸受１は、円錐状の軌道面２ａを有する外輪２と、円錐状の軌道面３ａを有し、この軌道面３ａの小径側端部に小鍔部３ｂ、大径側端部に大鍔部３ｃを有する内輪３と、外輪２の軌道面２ａと内輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に配された複数の円錐ころ４と、円錐ころ４を円周方向等間隔に保持する保持器５とを備えている。この円錐ころ軸受１は、内輪３に軸（図示せず）が同軸的に挿着され、外輪２がハウジング（図示せず）の内径に取り付けられることにより、例えば自動車のトランスミッションの軸支持部に組み付けられる。

保持器５は、例えばＳＰＣＣ鋼板等の鋼板（鋼管）からプレス加工によって成形されたプレス加工品で、図２に示すように、小環状部５ａと、大環状部５ｂと、小環状部５ａと大環状部５ｂとを軸方向に連結する複数の柱部５ｃと、円周方向に隣接する柱部５ｃ間に設けられ、円錐ころ４を転動自在に収容する複数のポケット６とを備えている。ポケット６は、円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成され、狭幅側の柱部及び小環状部と、広幅側の柱部には、それぞれ切り欠き６ａ、６ｃ、６ｂが設けられる。小環状部５ａには、その端部から延在されたリブが備えられ、そのリブ先端部５ｄを軸方向内側に屈曲させた形状を有する。

柱部５ｃの外径面には図３、図４に示すように外輪軌道面側に向けて凸状を成す突起部５ｅが一体に形成されている。この突起部５ｅは、柱部５ｃの横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成しており、この円弧状の曲率半径Ｒ２は外輪軌道面２ａの半径Ｒ１より小さく形成されている。これは突起部５ｅと外輪軌道面２ａとの間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部５ｅの曲率半径Ｒ２は外輪軌道面２ａの半径Ｒ１の７０〜９０％程度に形成するとよい。７０％未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなり過ぎて却って動圧が低下する。また９０％を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなり過ぎて同様に動圧が低下する。また、突起部５ｅの横幅Ｗ２は望ましくは柱部５ｃの横幅Ｗ１の５０％以上となるように形成する（Ｗ２≧０．５×Ｗ１）。５０％未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部５ｅの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪軌道面２ａの半径Ｒ１は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部５ｅの曲率半径Ｒ２もそれに合わせて大径側環状部５ｂの大きな曲率半径Ｒ２から小径側環状部５ａの小さな曲率半径Ｒ２へと連続的に変化するようにする。

保持器５のポケット６に、図２に示すような切り欠きを設ける理由は以下のとおりである。円錐ころ軸受１は、下部が潤滑油の油浴に漬かった状態で使用されることが多い。円錐ころ１が、下部が油浴に漬かった状態で高速回転すると、図５に矢印で示すように、油浴の潤滑油が円錐ころ４の小径端面４ａ側から保持器５の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する。保持器５の外径側から外輪２側へ流入する潤滑油は、外輪２の軌道面２ａには障害物がないため、その軌道面２ａに沿って円錐ころ４の大径端面４ｂ側へスムーズに通過して軸受内部から流出する。しかし、保持器５の内径側から内輪３側へ流入する潤滑油は、内輪３の大鍔部３ｃによりせき止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。この滞留する潤滑油が、軸受回転に対する流動抵抗となって回転トルクを増大させる。

保持器５の内径側から内輪３側へ流入する潤滑油は、保持器５のリブ先端部５ｄと内輪３の小鍔部３ｂとの隙間δを狭く設定することにより、保持器５の外径側から流入する潤滑油よりもはるかに少なくなり、さらに、この隙間δから流入する潤滑油の大半は、ポケット６の狭幅側の柱部５ｃに設けられた切り欠き６ａを通過して、保持器５の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪３の軌道面３ａに沿って大鍔部３ｃまでいたる潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができるため、回転トルクを低減できる。本実施形態では、ポケット６の狭幅側の小環状部５ａにも切り欠き６ｃが設けられているため、内輪３側に流入した潤滑油をさらに外輪２側へ移動させることができ、回転トルクのさらなる低減が期待できる。また、ポケット６の狭幅側に設けた切り欠き６ａ、６ｃの合計面積を、広幅側に設けた切り欠き６ｂの合計面積よりも広く設定することによっても、内輪３の大鍔部３ｃまで至る潤滑油の量を減らすことができ、回転トルクを低減できる。

また、ポケット６の広幅側の柱部５ｃにも切り欠き６ｂを設けられているため、円錐ころ４をバランスよく柱部５ｃに摺接させることができる。

保持器５の表面、特に保持器５の外径面は、できるだけ滑らかな表面にしておくのがよい。すなわち、円錐ころ軸受１の回転中は保持器５外径面の突起部５ｅと外輪軌道面との間に楔状油膜が形成されてその動圧作用で保持器５の外径面の突起部５ｅが外輪軌道面に接触することはないが、円錐ころ軸受１の回転開始直後は低回転数のため、十分な楔状油膜が形成されず、過酷な潤滑条件が発生すると保持器５の外径面の突起部５ｅが外輪軌道面２ａに接触する可能性がある。このような場合に備えて、保持器５の外径面を例えば二硫化モリブデン（ＭＯＳ_２）系のコーティング処理をしたり、またはバレル研磨仕上げ等を行なうことにより可及的に摩擦係数を低減する処置をしておくのがよい。

保持器５は鋼板プレス製品のほか、樹脂製としてもよい。樹脂の種類として、自動車トランスミッションでの使用を前提する場合は、耐油性を考慮してＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＰＡ等のスーパーエンプラ又はポリアミド樹脂とするのが望ましい。樹脂製の保持器は鋼板プレス製保持器５と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいという特徴を有する。

本発明の円錐ころ軸受１は以上にように構成されており、軸受１が回転して保持器５が回転し始めると、外輪軌道面２ａと保持器５の突起部５ｅとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受１の回転速度にほぼ比例した動圧を発生するので、保持器５のピッチ円直径を大きくして外輪軌道面に近接させても、軸受１を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なく円錐ころの本数を増加させることが可能となる。これにより、軌道面の最大面圧が低減され、表面起点剥離による不具合を回避できる。なお、上記のような動圧作用がなくても保持器５を十分に拡径できる場合は、突起部５ｅを設ける必要はない。

上記のように円錐ころの本数を増やした場合、軸受内部の潤滑油による流動抵抗が増し、回転トルクが増大する恐れがある。この対策として、ポケット６の狭幅側の柱部５ｃ及び小環状部５ａに、切り欠き６ａ、６ｃが設けられることで、円錐ころ軸受１内部の潤滑油の循環が良好になり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。よって、潤滑油の流動抵抗によるトルクが低減される。

また、円錐ころの本数を増やすために保持器５を拡径すると、以下のような不具合も生じる。保持器５に円錐ころ４を組付ける際には、保持器５をその小環状部５ａを下向きにした状態で設置し、図６に示すように円錐ころ４をその小径端面４ａを下向きにして上方から降下させ、ポケット６内に内側から挿入する。次に、図７に示すように円錐ころ４の小径端面４ａがポケット６の端縁部に引っ掛かり、その円錐ころ４が径方向外側（矢印で示す方向）に傾倒して、円錐ころ４が保持器５に設置される。保持器５のリブの先端部５ｄを径方向と平行に形成すると、円錐ころ４の小径端面４ａがポケット６の端縁部に引っ掛かる時に、その円錐ころ４は、ポケット６の端縁部のみで支持されることになり、非常に不安定な状態となる。特に、上記のように、保持器５を拡径した場合、円錐ころ４の小径端面４ａがポケット６の端縁部に引っ掛かる部分が小さくなるため、さらに不安定になり、円錐ころ４が円周方向に傾倒するおそれがある。

図６、図７に示すように、保持器５のリブの先端部５ｄを軸方向内側に屈曲させた形状とすると、円錐ころ４の小径端面４ａがポケット６に引っ掛かったときに、円錐ころ４が保持器５の小環状部５ａとリブの先端部５ｄとで支持される。これにより、円錐ころ４が安定した姿勢に保持されるため、上記の不具合を回避できる。

円錐ころ軸受１が以上の構成を有することにより、保持器５を拡径しても、組み付けが効率よく行われ、且つ、回転トルクを低減させることができる。本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、ポケット６の小環状部５ａの切り欠き６ｃが無くてもトルク低減効果が十分に得られる場合や、ポケット６の広幅側の柱部５ｃの切り欠き６ｂが無くても円錐ころがバランスよく柱部５ｃに摺接することができる場合は、これらを省略することができる。

次に、以上に説明した円錐ころ軸受１を自動車のトランスミッションに適用し、その一実施形態を図８に基いて説明する。

図８は、自動車 のトランスミッションの一構成例を示している。このトランスミッシ
ョンは同期噛合式のもので、同図で左方向がエンジン側、右方向が駆動車輪側である。メインシャフト１１とメインドライブギヤ１２との間に、本発明の円錐ころ軸受１が介装される。この例では、メインドライブギヤ１２の内周に円錐ころ軸受１の外輪軌道面が直接形成されている。メインドライブギヤ１２は、別の円錐ころ軸受１でケーシング１３に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ１２にクラッチギヤ１４が係合連結され、クラッチギヤ１４に近接してシンクロ機構１５が配設される。

シンクロ機構１５は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ１６と、スリーブ１６の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキー１７と、メインシャフト１１の外周に係合連結されたハブ１８と、クラッチギヤ１４の外周（コーン部）に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング１９と、シンクロナイザーキー１７をスリーブ１６の内周に弾性的に押圧する押さえピン２０及びスプリング２１とを備えている。

同図に示す状態では、スリーブ１６及びシンクロナイザーキー１７が押さえピン２０によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ１２はメインシャフト１１に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ１６が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ１６に従動してシンクロナイザーキー１７が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング１９をクラッチギヤ１４のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ１４の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構１５側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ１６がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ１４と噛み合い、メインシャフト１１とメインドライブギヤ１２との間がシンクロ機構１５を介して連結される。これにより、メインシャフト１１とメインドライブギヤ１２とが同期回転する。

本発明に係る円錐ころ軸受１ は、上記のように自動車のトランスミッションに組み込む他、自動車のデファレンシャルや、自動車用歯車装置以外の用途に使用することも可能である。

本発明に係る円錐ころ軸受１の断面図である。 本発明に係る円錐ころ軸受１の部分断面図である。 保持器５の部分斜視図である。 保持器５の柱部５ｃの断面図である。 円錐ころ軸受１の軸受内部への潤滑油の流れを示す断面図である。 保持器５に円錐ころ４を挿入する要領を説明するための断面図である。 保持器５に円錐ころ４を挿入する要領を説明するための断面図である。 自動車のトランスミッションの部分断面図である。

符号の説明

１ 円錐ころ軸受
２ 外輪
３ 内輪
４ 円錐ころ
５ 保持器
５ａ 小環状部
５ｂ 大環状部
５ｃ 柱部
５ｄ リブ先端部
５ｅ 突起部
６ ポケット
６ａ、６ｂ、６ｃ 切り欠き

Claims (6)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円錐ころと、前記円錐ころを円周所定間隔に収納するポケットを有する保持器とを備え、前記保持器が、前記円錐ころの小径側で連なる小環状部と、円錐ころの大径側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、
   前記保持器の小環状部の端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブの先端部を軸方向内側に屈曲させた形状とすることにより、小径端面を下向きにした円錐ころを、小環状部を下向きにした状態で設置した保持器の小環状部のポケット側端縁及びリブの先端部の双方で支持可能としたことを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 前記保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切り欠きを設けた請求項１記載の円錐ころ軸受。
3. 前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けた請求項２記載の円錐ころ軸受。
4. 前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切り欠きを設けた請求項２記載の円錐ころ軸受。
5. 前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切り欠きの合計面積を、前記台形状ポケットの広幅側に設けた切り欠きの合計面積よりも広くした請求項４記載の円錐ころ軸受。
6. 内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円錐ころと、前記円錐ころを円周所定間隔に収納するポケットを有する保持器とを備え、前記保持器が、前記円錐ころの小径側で連なる小環状部と、円錐ころの大径側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部と、小環状部の端縁から径方向に延在させ、先端部を軸方向内側に屈曲させたリブとからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受の組立方法であって、
   保持器を小環状部を下向きにした状態で設置するステップと、円錐ころを小径端面を下向きにして上方から降下させ、円錐ころの小径端面を保持器の小環状部のポケット側端縁及びリブの先端部の双方で支持するステップと、円錐ころを径方向外側に傾倒させて保持器のポケットに設置するステップとを有する円錐ころ軸受の組立方法。

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