JP5953713B2

JP5953713B2 - スラストレースとレース付スラストころ軸受及び回転支持装置

Info

Publication number: JP5953713B2
Application number: JP2011255774A
Authority: JP
Inventors: 亮輔山田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: JP2013108599A

Description

この発明は、例えば自動車用トランスミッション（自動変速機及び手動変速機を含む）等の各種回転機械の回転支持装置の改良に関する。具体的には、この回転支持装置に組み込むスラストころ軸受（スラストニードル軸受を含む）、及び、このスラストころ軸受を構成するレースの形状を改良して、このレースを添設した部材の磨耗を防止し、前記回転支持装置の耐久性向上を図るものである。

各種機械の回転支持部のうち、運転時にスラスト荷重が加わる部分には、レース付スラストころ軸受を装着する。例えば、自動車用トランスミッションの場合には、回転軸に設けた段部と、この回転軸の周囲に配置した歯車の軸方向（本明細書及び特許請求の範囲で軸方向とは、レース付スラストころ軸受の軸方向を言う）端面との間等にレース付スラストころ軸受を装着して、前記回転軸と前記歯車との間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら回転軸と歯車との相対回転を可能としている。この様な部分に使用可能なレース付スラストころ軸受として従来から各種構造のものが、特許文献１〜４に記載される等により広く知られている。図５は、このうちの特許文献４に記載された、従来構造の１例を示している。

レース付スラストころ軸受１は、保持器２により転動自在に保持された複数個のころ３、３を、１対のスラストレース４ａ、４ｂによりサンドイッチ状に挟持して成る。この様なレース付スラストころ軸受１は、例えば、特許請求の範囲に記載した対向部材である回転軸５の外周面に設けた段部６の端面と、この回転軸５の周囲に配置した、やはり対向部材であるはすば歯車等の回転部材（図示省略）の軸方向端面との間に挟持する。前記レース付スラストころ軸受１は、トルク伝達に伴って前記段部６と前記回転部材との間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、この回転部材と前記回転軸５との相対回転を可能にする。

上述の様なレース付スラストころ軸受１の使用時に、前記両スラストレース４ａ、４ｂが、前記回転軸５又は前記回転部材に対し相対回転する、所謂クリープが発生すると、前記回転支持部を備えた各種機械の耐久性が損なわれる。即ち、クリープにより、硬質金属製のスラストレース４ａ（４ｂ）が、前記段部６の端面或いは回転部材の軸方向端面と擦れ合う事で、これら両端面のうちの何れかの端面が磨耗する可能性がある。特に、前記レース付スラストころ軸受１の軸方向両側に配置される１対の対向部材のうちの何れかの対向部材が、アルミニウム系合金等の軽合金製である場合には、前記クリープに基づく磨耗が著しくなり易い。そして、磨耗した場合には、摩耗粉により歯車同士の噛合部や各転がり軸受の転がり接触部を損傷し易くなるだけでなく、前記回転支持部でがたつきが発生する原因にもなる。

この様な不具合の原因となるクリープを防止する為の構造として、特許文献１、２には、スラストレースと、このスラストレースが添設される対向部材とを機械的に係合させる構造が記載されている。前記特許文献１、２に記載される等により従来から知られているクリープ防止構造は、図６の（Ａ）に示す様に、軸受鋼、浸炭鋼等の硬質金属板製のスラストレース４ｃとして、レース部７と複数の係合凸部８、８とを備えたものを使用する。このうちのレース部７は、円輪状且つ平板状であり、これら各係合凸部８、８は、このレース部７の外周縁から径方向外方に突出する状態で設けられている。又、軽合金製ハウジングの支持壁、或いはトルクコンバータのステータ等の対向部材９の軸方向端面に、保持凹部１０と複数の係合凹部１１、１１とを形成している。このうちの保持凹部１０は、前記レース部７を内嵌可能な形状及び大きさを有する円環状としている。又、前記各係合凹部１１、１１は、前記保持凹部１０の外周縁から径方向外方に凹んだ状態で、前記各係合凸部８、８と同じピッチで設けられている。前記スラストレース４ｃを前記対向部材９に添設した状態で、前記レース部７が前記保持凹部１０に、前記各係合凸部８、８が前記各係合凹部１１、１１に、それぞれ内嵌される。この状態で、これら各係合凹部１１、１１と前記各係合凸部８、８とが機械的に係合するので、前記スラストレース４ｃが前記対向部材９に対して相対回転（クリープ）する事を防止できる。

但し、上述の様な従来構造の場合にも、前記対向部材９の磨耗を完全に防止する事は難しい。この理由は、前記各係合凹部１１、１１と前記各係合凸部８、８とを隙間なく嵌合させるのが難しい事による。即ち、これら各係合凹部１１、１１と各係合凸部８、８との嵌合部には、寸法公差を考慮すると、図７に示す様に、周方向（回転方向）に関して、多少の隙間δが存在する事が避けられない。そして、前記各ころ３、３（図５参照）から前記スラストレース５ｃに加わるトルクの大きさが変動したり、更にはトルクの作用方向が変化すると、前記スラストレース４ｃと前記対向部材９とが、前記隙間δに基づいて、僅かとは言え回転方向に相対変位する。そして、この相対変位に伴って、前記各係合凹部１１、１１の周方向内側面と前記各係合凸部８、８の周方向両側縁とが、例えば図７のα部分の如く、これら各係合凸部８、８の基端部の極く狭い面積で衝突する。この結果、多少なりとも摩耗粉が発生したり、回転支持部のがたつきが次第に大きくなる可能性がある。

特開平３−１２９１２２号公報特開平１０−２５２７２８号公報特開２００７−１６９６５号公報特開２０１１−２７２０６号公報

本発明のスラストレースとレース付スラストころ軸受及び回転支持装置は、上述の様な事情に鑑みて、各部の寸法公差を考慮した場合でも、対向部材とレースとの嵌合部のがたつきをなくして、この嵌合部で磨耗が発生する事をより効果的に防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のスラストレースとレース付スラストころ軸受及び回転支持装置のうち、請求項１及び請求項４に記載したスラストレースは、硬質金属板製で、平板状のレース部と、このレース部の外周縁から該レース部と同一平板上に径方向外方に突出する状態で設けられた、少なくとも１個の係合凸部とを備える。
特に、請求項１に記載した本発明のスラストレースに於いては、前記係合凸部の一部に、この係合凸部の縁部から該係合凸部と同一平板上に突出し、前記スラストレースを添設する対向部材に設けられた係合凹部の内面と締り嵌めで係合する小突起を設けている。
これに対し、請求項４に記載した本発明のスラストレースに於いては、前記係合凸部の外端部に、前記レース部の軸方向に折れ曲がった曲げ起こし部を設けている。又、該曲げ起こし部から周方向に向かって該曲げ起こし部と同一平板上に突出し、前記スラストレースを添設する対向部材に設けられた係合凹部の内面と締り嵌めで係合する小突起を設けている。

上述の様な請求項１に記載したスラストレースを実施する場合には、例えば請求項２に記載した発明の様に、前記小突起を、前記レース部の周方向に関して、前記係合凸部の側縁に、この周方向に突出する状態で設ける。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、前記小突起を、前記レース部の径方向に関して、前記係合凸部の外端縁に、この径方向外方に突出する状態で設ける。

又、請求項５に記載したレース付スラストころ軸受は、少なくとも１枚のレースと、放射状に配置された複数個のころと、これら各ころを転動自在に保持する保持器とを備える。
特に、本発明のレース付スラストころ軸受では、前記レースを、上述の請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した様なスラストレースとする。

更に、請求項６に記載した回転支持装置は、１対の対向部材と、少なくとも１個の保持凹部と、係合凹部と、レース付スラストころ軸受とを備える。
このうちの１対の対向部材は、回転中心軸を互いに一致させて、軸方向に対向させた状態で設けている。
又、前記保持凹部は、前記両対向部材のうちの少なくとも一方の対向部材、即ち、前記スラストレースを添設する対向部材の軸方向端面（軸方向中間部に形成した段差面や支持壁の片側面も含む。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）で、他方の対向部材の軸方向端面に対向する部分に形成している。尚、対向部材が硬質金属製の場合には、スラスト軌道面を当該対向部材の軸方向端面に直接設ける場合があり、その様な場合には当該対向部材に前記保持凹部を形成する必要は無い。但し、前記両対向部材の何れにも前記スラストレースを添設する場合には、これら両対向部材に、前記保持凹部を形成する。
又、前記係合凹部は、この保持凹部の外周縁から径方向外方に凹んだ状態で設けている。この様な係合凹部は、少なくとも１個設けるが、好ましくは周方向等間隔の複数箇所（特に好ましくは３〜６箇所程度）に設ける。
更に、前記レース付スラストころ軸受は、前記保持凹部に内嵌したレース部及びこのレース部の外周縁から径方向外方に突出する状態で設けられて前記係合凹部に内嵌した係合凸部を備えたスラストレースを含んで構成する。
特に、本発明の回転支持装置に於いては、前記レース付スラストころ軸受を、上述の請求項５に記載したレース付スラストころ軸受とする。又、前記小突起と前記係合凹部の内面とを締り嵌めで係合させる。

上述の様な本発明の回転支持装置を実施する場合に、例えば、前記レース付スラストころ軸受に組み込まれたスラストレースを、請求項２又は請求項４のうちの何れか１項に記載したスラストレースとする。
そして、前記係合凹部の周方向に関する自由状態での幅寸法を、前記小突起を含む、前記係合凸部の同方向に関する自由状態での幅寸法よりも小さく、但し、この係合凸部を前記係合凹部内に、何れかの部分を変形（弾性変形と塑性変形との一方又は双方）させる事で押し込み可能とする。

或いは、前記レース付スラストころ軸受に組み込まれたスラストレースを、請求項３に記載したスラストレースとする。
そして、前記係合凹部の外接円の自由状態での直径を、前記小突起を含む、前記係合凸部の外接円の自由状態での直径よりも小さく、但し、この係合凸部を前記係合凹部内に、何れかの部分を変形させる事で押し込み可能とする。

上述の様に構成する本発明のスラストレースとレース付スラストころ軸受及び回転支持装置によれば、各部の寸法公差を考慮した場合でも、対向部材とスラストレースとの嵌合部のがたつきをなくして、この嵌合部で磨耗が発生する事をより効果的に防止できる。
即ち、本発明の構造によれば、対向部材側の係合凹部の内側面に、スラストレース側の係合凸部の縁部に形成した小突起を、この係合凹部にこの係合凸部を圧入する事で係合させる。この小突起の先端部とこの係合凹部の内側面との係合長さは短いので、これら先端部と内側面との係り代が多少大きくても、前記係合凹部に前記係合凸部を圧入できる。そして、この係り代が存在する限り、この係合凹部内でこの係合凸部ががたつく事はなく、前記対向部材に対し前記スラストレースが衝突を繰り返す事を防止して、この対向部材の磨耗防止を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、対向部材とスラストレースとの係合部を示す、図６の（Ｂ）のＸ部に相当する図。小突起の形状の３例を示す、スラストレース部の部分斜視図。同じく別の２例を、図１と同方向から見た状態で示す図。同じく別例を示す部分斜視図。レース付スラストころ軸受を組み込んだ回転支持装置の１例を示す部分断面図。従来から知られているクリープ防止構造を示す、スラストレースを軸方向から見た図（Ａ）と、このスラストレースを対向部材に添設した状態を示す図（Ｂ）。図６に示した従来構造の場合に対向部材が磨耗する理由を説明する為の、図１と同様の図。

図１〜４は、本発明の実施の形態を示している。尚、本発明の特徴は、スラストレースの外周縁部に設けた係合凸部の一部に、この係合凸部の縁部から突出する小突起を設け、この小突起の先端部と、対向部材に設けた保持凹部の外周縁から径方向外方に凹んだ状態で形成した係合凹部の内側面とを締り嵌めで係合させる事により、前記対向部材に対して前記スラストレースががたつくのを防止する点にある。その他の部分の構成及び作用は、このスラストレースを組み込んだレース付スラストころ軸受、及び、このレース付スラストころ軸受を組み込んだ回転支持装置を含み、従来から広く知られている構造と同様であるから、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。

スラストレース４ｄは、硬質金属板製で、平板状且つ円輪状のレース部７と、このレース部７の外周縁から径方向外方に突出する状態で設けられた、複数個の係合凸部８とを備える。特に、本例のスラストレース４ｄに於いては、これら各係合凸部８の周方向両側縁部又は先端縁部（径方向外端縁部）に小突起１２、１２を、周方向又は径方向外方に突出する状態で設けている。これら各係合凸部８及び前記各小突起１２、１２の形状及び配置状態は、本発明の目的を達成できる範囲で、任意に設定できる。即ち、前記スラストレース４ｄのレース部７を後述する対向部材９の保持凹部１０に組み付けるべく、このレース部７をこの保持凹部１０に内嵌する際に、前記各小突起１２、１２を後述する係合凹部１１内に、これら各小突起１２、１２の先端部と係合凹部１１との当接部を変形させながら押し込める（圧入できる）構造であれば良い。

例えば図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示した構造の場合には、前記各小突起１２、１２を、前記各係合凸部８の周方向両側縁部に、それぞれ周方向に突出する状態で形成している。このうち、図２の（Ａ）に示した小突起１２、１２は部分円筒面状であり、（Ｂ）に示した小突起１２、１２は部分球面状であり、（Ｃ）に示した小突起１２、１２は台形状である。又、図３の（Ａ）に示した構造では、小突起１２を、各係合凸部８の周方向片側縁部にのみ設けており、（Ｂ）に示した構造では、小突起１２を、各係合凸部８の先端縁部に設けている。更に、図４に示した構造では、各係合凸部８ａの外端部をレース部７の軸方向に折り曲げる事により、この外端部に曲げ起こし部１３を形成している。そして、これら各曲げ起こし部１３の周方向両側縁にそれぞれ小突起１２、１２を、レース部７の周方向に突出する状態で設けている。

一方、前記スラストレース４ｄを添設すべき、ハウジングの支持壁、或いはトルクコンバータのステータ等の対向部材９の軸方向端面に、前記スラストレース４ｄのレース部７を収納する為の保持凹部１０を形成している。又、この保持凹部１０の外周縁部の周方向複数箇所に係合凹部１１を、それぞれこの保持凹部１０の外周縁から径方向外方に凹んだ状態で設けている。これら各係合凹部１１の周方向寸法又は径方向寸法、更には深さ寸法は、これら各係合凹部１１内に組み付けるべき前記各係合凸部８、８ａの形状、並びに、前記各小突起１２、１２の設置位置等との関係で規制する。

先ず、前述の図２の（Ａ）〜（Ｃ）及び図３の（Ａ）に示した様に、前記各係合凸部８の周方向側縁に前記各小突起１２、１２を設けたスラストレース４ｄと組み合わせる場合には、前記各係合凹部１１の周方向に関する自由状態での幅寸法ｗを、前記各小突起１２、１２を含む、前記各係合凸部８の同方向に関する自由状態での幅寸法Ｗよりも小さく（ｗ＜Ｗ）する。前記各係合凹部１１に関する幅寸法ｗを、前記各係合凸部８に関する幅寸法Ｗよりも小さくする程度は僅かとし、前記スラストレース４ｄのレース部７を前記保持凹部１０に組み付けるのに伴って、前記各係合凸部８を前記各係合凹部１１内に、何れかの部分を変形（弾性変形と塑性変形との一方又は双方）させる事で押し込み可能とする。

これに対して、前述の図３の（Ｂ）に示す様に、前記各係合凸部８の先端縁に前記小突起１２を設けたスラストレース４ｄと組み合わせる場合には、前記各係合凹部１１の外接円の自由状態での直径ｄを、前記小突起１２を含む、前記各係合凸部８の外接円の自由状態での自由状態での直径Ｄよりも小さく（ｄ＜Ｄ）する。前記各係合凹部１１に関する外接円の直径ｄを、前記各係合凸部８に関する外接円の直径Ｄよりも小さく程度は僅かとし、前記各係合凸部８を前記各係合凹部１１内に、何れかの部分を変形させる事で押し込み可能とする。

更に、図４に示す様に、各係合凸部８ａの外端部に曲げ起こし部１３を形成したスラストレース４ｄと組み合わせる場合には、前記保持凹部１０及び前記各係合凹部１１の、軸方向に関する深さ寸法を大きくする。具体的には、これら各凹部１０、１１の深さ寸法Ｈを、前記曲げ起こし部１３を含む、前記スラストレース４ｄの厚さ寸法Ｔ以上（Ｈ≧Ｔ）とする。前記各係合凹部１１に関する幅寸法ｗを前記各係合凸部８に関する幅寸法Ｗよりも小さくする事に関しては、前記図２の（Ａ）〜（Ｃ）及び図３の（Ａ）に示した構造を採用した場合と同様とし、前記曲げ起こし部１３を前記各係合凹部１１内に圧入可能とする。

本発明の構造を実現する為のスラストレース４ｄは、上述の様に、各係合凸部８、８ａの周縁に小突起１２、１２を形成しており、このスラストレース４ｄと前記対向部材９とを組み合わせる際に、これら各小突起１２、１２の先端と前記各係合凹部１１の内面とを強く当接させる。例えば、図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示した構造を有するスラストレース４ｄを前記対向部材９に組み付けると、前記各小突起１２、１２が前記各係合凹部１１の周方向両内側面に食い込む様に係合し、前記スラストレース４ｄと前記対向部材９とが相対変位する事がなくなる。即ち、各部の寸法公差を考慮した場合でも、これら対向部材９とスラストレース４ｄとの嵌合部のがたつきをなくして、この嵌合部で磨耗が発生する事をより効果的に防止できる。前記図４に示した、曲げ起こし部１３を備えたスラストレース４ｄの場合も、同様にして、嵌合部での磨耗を防止できる。更には、前記図３の（Ｂ）に示した構造を有するスラストレース４ｄを前記対向部材９に組み付けた場合には、前記各小突起１２が前記各係合凹部１１の内面のうちの外径側端縁に食い込む様に係合し、前記スラストレース４ｄと前記対向部材９とが相対変位する事を防止して、嵌合部での磨耗を防止する。

１レース付スラストころ軸受
２保持器
３ころ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄスラストレース
５回転軸
６段部
７レース部
８、８ａ係合凸部
９対向部材
１０保持凹部
１１係合凹部
１２小突起
１３曲げ起こし部

Claims

硬質金属板製で、平板状のレース部と、このレース部の外周縁から該レース部と同一平板上に径方向外方に突出する状態で設けられた、少なくとも１個の係合凸部と、を備えたスラストレースに於いて、
この係合凸部の一部に、この係合凸部の縁部から該係合凸部と同一平板上に突出し、前記スラストレースを添設する対向部材に設けられた係合凹部の内面と締り嵌めで係合する小突起を設けた事を特徴とするスラストレース。
前記小突起が、前記レース部の周方向に関して、前記係合凸部の側縁に、この周方向に突出する状態で設けられている、請求項１に記載したスラストレース。
前記小突起が、前記レース部の径方向に関して、前記係合凸部の外端縁に、この径方向外方に突出する状態で設けられている、請求項１に記載したスラストレース。
硬質金属板製で、平板状のレース部と、このレース部の外周縁から該レース部と同一平板上に径方向外方に突出する状態で設けられた、少なくとも１個の係合凸部と、を備えたスラストレースに於いて、
前記係合凸部の外端部に、前記レース部の軸方向に折れ曲がった曲げ起こし部が設けられており、該曲げ起こし部から周方向に向かって該曲げ起こし部と同一平板上に突出し、前記スラストレースを添設する対向部材に設けられた係合凹部の内面と締り嵌めで係合する小突起が設けられている事を特徴とするスラストレース。
少なくとも１枚のレースと、放射状に配置された複数個のころと、これら各ころを転動自在に保持する保持器とを備えたレース付スラストころ軸受であって、前記レースが請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したスラストレースである事を特徴とするレース付スラストころ軸受。
回転中心軸を互いに一致させて軸方向に対向させた状態で設けられた１対の対向部材と、これら両対向部材のうちの少なくとも一方の対向部材の軸方向端面で、他方の対向部材の軸方向端面に対向する部分に形成された保持凹部と、この保持凹部の外周縁から径方向外方に凹んだ状態で設けられた、少なくとも１個の係合凹部と、この保持凹部に内嵌したレース部及びこのレース部の外周縁から径方向外方に突出する状態で設けられて前記係合凹部に内嵌した係合凸部を備えたスラストレースを含むレース付スラストころ軸受とを備えた回転支持装置に於いて、このレース付スラストころ軸受が請求項５に記載したレース付スラストころ軸受であって、前記小突起と前記係合凹部の内面とが締り嵌めで係合している事を特徴とする回転支持装置。