JP6036008B2 - 油圧式無段変速機用スラスト軸受 - Google Patents

油圧式無段変速機用スラスト軸受 Download PDF

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Description

本発明は、油圧式無段変速機用スラスト軸受に関する。
コンバインやトラクター、田植え機、芝刈り機等の農業機械では、ギアミッション方式から油圧式無段変速機への移行が進んでいる。このような油圧式無段変速機では、軸の回転力を油圧に変換させる際、または油圧を軸の回転力に変換させる際のピストン圧力を受ける部分に、スラスト軸受が採用されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１９４１８３号公報
近年、油圧式無段変速機の小型化に伴って、それに組み込まれるスラスト軸受も小型化され、高荷重条件下で使用されている。特に、スラスト軸受の油圧式無段変速機のピストンと当接する内輪には、大きな荷重が加わり、場合によっては破損することがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内輪の破損を防止して長寿命の油圧式無段変速機用スラスト軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 油圧式無段変速機に組み込まれ、可変容量ポンプのピストン室のピストンと接触する内輪と、斜板に固定される外輪と、内輪と外輪との間に保持器を介して保持される複数の転動体と、を備えるスラスト軸受であって、
前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）を前記転動体の直径の４０％以上、前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）を前記転動体の直径の１５％以上とし、
前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．２〜１．５倍であり、
前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）と前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）との比（Ｔｉ／Ｔｅ）を１以上、３以下とし、
前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．２〜１．５倍である
ことを特徴とする油圧式無段変速機用スラスト軸受。
（２） 前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．２倍であり、
前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．２倍である
ことを特徴とする（１）に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
（３） 前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．５倍であり、
前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．５倍である
ことを特徴とする（１）に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
（４） 前記内輪の溝底の深さをＸ１とし、
前記外輪の溝底の深さをＸ２とし、
前記転動体の直径をＤとしたとき、
（Ｘ１／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくし、
（Ｘ２／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくした
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１つに記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
（５） 前記保持器の厚さをＹとしたとき、
（Ｙ／Ｄ）比を０．４より大きく、０．６より小さくした
ことを特徴とする（４）に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
本発明の油圧式無段変速機用スラスト軸受では、油圧式無段変速機の可変容量ポンプのピストン室のピストンと接触する内輪を、斜板に固定される外輪よりも厚肉にしたため、ピストンによる高荷重を受けても破損が抑えられ、長寿命となる。また、内輪、外輪及び玉を合わせたスラスト軸受全体の高さを薄くすることもでき、省スペース化を図ることもできる。
油圧式無段変速機の一例を示す断面図である。 本発明のスラスト軸受を示す断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の油圧式無段変速機用スラスト軸受について詳細に説明する。
図１は油圧式無段変速機構の一例を示す断面図であるが、油圧式無段変速機３０は、図示しないエンジンから入力軸３１に伝達された回転駆動力を油圧力に変換する可変容量ポンプ３２と、油圧力を回転駆動力に戻して出力軸４０に伝達する可変容量モータ４１と、を備えており、入力軸３１に伝達された回転駆動力を前進側、後進側の駆動力に無段階に変更して出力軸４０から出力したり、この出力を停止したりする。
可変容量ポンプ３２は、入力軸３１と一体回動するシリンダブロック３３と、シリンダブロック３３の周方向複数箇所に配置され、ピストン室３４内を往復動するノーズピストン３５と、ガイドブロック３６のガイド面に沿って回動する斜板３７と、を備えている。可変容量ポンプ３２は、斜板３７が回動操作することで、ノーズピストン３５の往復動ストロークを変化し、ピストン室３４が吐出する油量を変化している。斜板３７には、スラスト軸受１０がノーズピストン３５の先端部と接触する位置に配置されており、スラスト軸受１０は斜板３７と共に回動する。
スラスト軸受１０は、図２に示すように、内輪軌道面１１を有する内輪１２と、外輪軌道面１３を有する外輪１４と、を対向配置し、内輪軌道面１１と外輪軌道面１３との間に、転動体である複数の玉１５を転動自在に配置したものである。さらに、スラスト軸受１０は、複数の玉１５を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器１６を備える。
また、内輪１２は回転可能であり、内輪軌道面１１が形成された面とは反対側の端面２１にノーズピストン３５の先端部が接触する。一方、外輪１４は、斜板３７に固定される。そのため、スラスト軸受１０はノーズピストン３５から受ける高荷重を内輪１２で受け、玉１５を介して、斜板３７に固定された外輪１４側へ逃がしている。
なお、スラスト軸受１０の寸法は、油圧式無段変速機用として好適となるよう、内径が３０〜７２ｍｍ、外径が５２〜１１３ｍｍ、高さ（Ｈ）が１２〜２４ｍｍの範囲内において、それぞれ適宜設定される。
本発明では、高荷重が加わる内輪１２を、外輪１４よりも厚肉にすることにより、ノーズピストン３５からの荷重に対する耐久性を高め、破損を防止する。具体的には、内輪１２の溝底厚（Ｔｉ）を玉１５の直径（Ｄ）の４０％以上とし、外輪１４の溝底厚（Ｔｅ）を玉１５の直径（Ｄ）の１５％以上とし、かつ、（Ｔｉ／Ｔｅ）比を１以上、３以下とする。
上記の寸法は、内輪１２または外輪１４の両端を玉１５で支持し、ノーズピストン３５により荷重を負荷した梁を想定し、内輪１２及び外輪１４の材料や厚さ、荷重、曲げ応力の関係をシュミレーションして求めることができる。
（実施例１）
具体的には、内輪１２、外輪１４及び玉１５をＳＵＪ２製とし、玉１５の直径（Ｄ）を１４．２８８ｍｍとし、ノーズピストン３５による荷重を７９０ｋｇｆ／ｃｍ２としたとき、内輪１２については玉１５の直径（Ｄ）に対して溝底厚（Ｔｉ）を４０％以上、外輪１４については玉１５の直径（Ｄ）に対して溝底厚（Ｔｅ）を１５％以上、かつ、（Ｔｉ／Ｔｅ）比を２．６７としたときに、曲げの計算から内輪１２及び外輪１４が破断しないことを算出した。
尚、内輪１２の溝底厚（Ｔｉ）及び外輪１４の溝底厚（Ｔｅ）とも、玉１５の直径（Ｄ）に対する比率の上限には制限はないが、必要以上に厚くしてもコスト増を招くだけである。そのため、内輪１２の溝底厚（Ｔｉ）及び外輪１４の溝底厚（Ｔｅ）ともに、上記した最小厚の１．２〜１．５倍が適当である。
また、上記の寸法とすることにより、内輪１２、外輪１４及び玉１５を合わせたスラスト軸受全体の高さ（Ｈ）を薄くすることもでき、省スペース化を図ることもできる。具体的には、内輪１２及び外輪１４を同じ溝底厚にした場合に比べて、内輪１２の溝底厚（Ｔｉ）を玉１５の直径の４０％、外輪１４の溝底厚（Ｔｅ）を玉１５の直径の１５％、かつ、（Ｔｉ／Ｔｅ）比を２．６７にした場合は、スラスト軸受全体の高さ（Ｈ）を１５％低減しても、同じ荷重で内輪１２の破損を防止することができる。
（実施例２〜４）
次に、実施例２〜４として、スラスト軸受１０の寸法を表１に示すように設定し、上述のシュミレーションを行った。表１には、実施例２〜４と併せて、比較例１〜６に係るスラスト軸受の寸法が記載されていると共に、それぞれのスラスト軸受の内輪溝底厚（Ｔｉ）の玉径（Ｄ）に対する比率と、外輪溝底厚（Ｔｅ）の玉径（Ｄ）に対する比率と、内輪溝底厚（Ｔｉ）の外輪溝底厚（Ｔｅ）に対する比率と、が記載されている。なお、これら実施例２〜４及び比較例１〜６に係るスラスト軸受は、内径が４０ｍｍであり、外径が６８ｍｍであり、玉径（Ｄ）が１０．３１９ｍｍであり、スラスト軸受全体の高さ（Ｈ）が１６．５ｍｍである。
Figure 0006036008
表２には、これら実施例２〜４及び比較例１〜６に係るスラスト軸受について上述のシュミレーションを行った結果が示されている。
Figure 0006036008
シュミレーションの結果、内輪溝底厚（Ｔｉ）が玉径（Ｄ）の４０％以上である実施例２〜４及び比較例４〜６に係るスラスト軸受の内輪は、破断が発生しなかった。また、外輪溝底厚（Ｔｅ）が玉径（Ｄ）の１５％以上である実施例２〜４及び比較例１〜３に係るスラスト軸受の外輪は、破断が発生しなかった。また、（Ｔｉ／Ｔｅ）比については、ピストンからの荷重に対する耐久性を高めるために、ピストンによる高荷重を受ける内輪の溝底厚（Ｔｉ）を外輪溝底厚（Ｔｅ）以上とすること、すなわち１≦Ｔｉ／Ｔｅとすることが好ましい。特に、Ｔｉ／Ｔｅ＝１の場合、内外輪を同等な厚さにすることで、生産コストを低減することが可能である。さらに、内外輪の厚さのバランスを考慮すると、Ｔｉ／Ｔｅ＜３とすることが好ましく、実施例２〜４及び比較例２及び３に係るスラスト軸受の（Ｔｉ／Ｔｅ）比が良好であった。そして、上記３つの判定結果に基づいて総合的に判定した結果、実施例２〜４に係るスラスト軸受１０が、油圧式無段変速機用として特に好適であることが明らかとなった。
なお、従来のスラスト軸受（単式スラスト玉軸受 型番５１２０８ （ＩＳＯ））においては、内径が４０ｍｍ、外径が６８ｍｍ、玉径が１０．３１９ｍｍであって実施例２〜４のスラスト軸受と等しく、内輪１２及び外輪１４を同じ溝底厚であり（Ｔｉ＝Ｔｅ）、スラスト軸受全体の高さ（Ｈ）が１９ｍｍである。一方、実施例２〜４に係るスラスト軸受１０においては、スラスト軸受全体の高さ（Ｈ）が１６．５ｍｍであり、従来のスラスト軸受に比べて約１３．２％薄くすることができるので、内輪１２の破損を防止しながら省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態のように油圧式無段変速機３０に用いられるスラスト軸受１０は、径方向及び軸方向への合成荷重が負荷される状態で使用されるため、内輪１２及び外輪１４の溝肩に玉１５が乗り上げる虞がある。より詳細には、油圧式無段変速機３０のノーズピストン３５と接触するスラスト軸受１０は、ノーズピストン３５との接触角度が変化することにより内輪１２に方向が変化する荷重を受け、玉１５と各軌道溝の接触点が軌道溝の肩部へと近づいて行く場合がある。この結果、接触楕円が軌道溝の肩部に乗り上げてしまういわゆるエッジロード状態が発生し、溝肩及び玉１５に塑性変形が生じてしまう場合がある。そこで、図２に示すように、本実施形態に係るスラスト軸受１０では、内輪１２の溝底の軸方向深さをＸ１とし、外輪１４の溝底の軸方向深さをＸ２としたとき、玉１５の直径Ｄとの関係について、（Ｘ１／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくすると共に（０．１５＜Ｘ１／Ｄ＜０．３）、（Ｘ２／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくすることによって（０．１５＜Ｘ２／Ｄ＜０．３）、通常品よりも溝底の深さＸ１及びＸ２が大きく設定される。なお、一般に、通常品における（Ｘ１／Ｄ）比及び（Ｘ２／Ｄ）比は０．１程度である。このとき、保持器１６の軸方向における厚さをＹとすると、（Ｙ／Ｄ）比は、保持器１６と内輪１２及び外輪１４の溝肩との干渉が生じない範囲（Ｘ１／Ｄ＋Ｘ２／Ｄ＋Ｙ／Ｄ＜１）において十分な厚みとなるように、０．４より大きく、０．６より小さく設定される（０．４＜Ｙ／Ｄ＜０．６）。
尚、（Ｘ１／Ｄ）比及び（Ｘ２／Ｄ）比は、０．１５以下の範囲では玉１５の溝肩への乗り上げを抑制することができず、０．３以上の範囲では保持器１６の厚さＹが小さくなってしまい、玉１５の保持が不十分となってしまう。
また、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上述の実施形態においてはスラスト玉軸受を例示して説明したが、転動体として円筒ころや円錐ころを用いることもできる。
１０ スラスト軸受
１２ 内輪
１４ 外輪
１５ 玉（転動体）
１６ 保持器
３５ ノーズピストン
３０ 油圧式無段変速機
Ｄ 玉の直径（転動体の直径）
Ｔｉ 内輪の溝底厚
Ｔｅ 外輪の溝底厚
Ｘ１ 内輪の溝底の深さ
Ｘ２ 外輪の溝底の深さ
Ｙ 保持器の厚さ

Claims (5)

  1. 油圧式無段変速機に組み込まれ、可変容量ポンプのピストン室のピストンと接触する内輪と、斜板に固定される外輪と、内輪と外輪との間に保持器を介して保持される複数の転動体と、を備えるスラスト軸受であって、
    前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）を前記転動体の直径の４０％以上、前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）を前記転動体の直径の１５％以上とし、
    前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．２〜１．５倍であり、
    前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）と前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）との比（Ｔｉ／Ｔｅ）を１以上、３以下とし、
    前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．２〜１．５倍である
    ことを特徴とする油圧式無段変速機用スラスト軸受。
  2. 前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．２倍であり、
    前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．２倍である
    ことを特徴とする請求項１に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
  3. 前記内輪の溝底厚（Ｔｉ）の上限が前記転動体の直径の４０％の１．５倍であり、
    前記外輪の溝底厚（Ｔｅ）の上限が前記転動体の直径の１５％の１．５倍である
    ことを特徴とする請求項１に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
  4. 前記内輪の溝底の深さをＸ１とし、
    前記外輪の溝底の深さをＸ２とし、
    前記転動体の直径をＤとしたとき、
    （Ｘ１／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくし、
    （Ｘ２／Ｄ）比を０．１５より大きく、０．３より小さくした
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
  5. 前記保持器の厚さをＹとしたとき、
    （Ｙ／Ｄ）比を０．４より大きく、０．６より小さくした
    ことを特徴とする請求項４に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
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