JP6862204B2 - トランスミッション用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、トランスミッション用軸受装置に関する。

近年、連続可変トランスミッション（以下、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）と呼ぶ）用軸受などでは、特異剥離の一つである水素脆性剥離に対する課題が重要視されている。

しかしながら、ＣＶＴなどに使用される特殊鋼製の軸受に対してどのようなメカニズムで水素が侵入して脆化を進行させるのかは未だ原因が特定されていないのが現実である。

その水素脆性剥離に対する対応策としては、軸受材料である鋼材のＣｒ含有量を多くして表面に不動態膜を形成することや、窒化処理を施して水素拡散係数を小さくすることが効果的とされている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

特開２０１４−０４７４０３号公報 特開２００３−２２５２７０号公報

上述した従来の対策は、特殊鋼の使用又は窒化のための特殊熱処理により、軸受のコストアップというデメリットがある。

この発明は、トランスミッション用軸受装置における水素脆性剥離を、コストアップを招かない方法で抑制して、その軸受装置の寿命向上を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明においては、
中空回転軸と、
ハウジングと、
前記中空回転軸を前記ハウジングに支持する転がり軸受と、を備えたトランスミッション用軸受装置であって、
前記転がり軸受は、前記中空回転軸に固定される内輪と、前記ハウジングに固定される外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受空間に設けられる転動体とを有し、
前記中空回転軸は、その内部に潤滑油が流れる通油孔を有し、
前記外輪の内径面よりも径方向外側に前記潤滑油の一部が通る逃がし油路が設けられ、前記潤滑油の一部がその逃がし油路を通ることで、前記潤滑油が前記転がり軸受の荷重負荷領域よりも下側の軸受空間を流れて前記荷重負荷領域が大気に触れるように構成されたトランスミッション用軸受装置を提供する。

前記中空回転軸は、前記通油孔を前記中空回転軸の外部に開放する開口部をさらに有し、
前記逃がし油路の断面積は、前記中空回転軸の開口部の断面積よりも小さく、前記逃がし油路は、少なくとも前記転がり軸受が固定された状態における前記転がり軸受の最下端部よりも上方に位置するように設定するのが望ましい。

また、その逃がし油路は、転がり軸受（以下では単に軸受と言う）の荷重負荷領域が常時潤滑油に浸漬されることを回避するために、転がり軸受の非荷重負荷領域と周方向位相が重なる位置、かつ、前記転がり軸受の荷重負荷領域よりも下方に位置にするようにするのが望ましい。

さらに、その逃がし油路の形状は、半円断面の溝や貫通孔が好ましい。半円断面の溝は、前記外輪に接したハウジングの軸受支持孔の内径面又は外輪の外周面の少なくともどちらか一方に設け、後者の貫通孔は、ハウジングの軸受支持孔の近傍に設ける。

このほか、逃がし油路の大きさは、潤滑油の供給量と排出量を考慮して決定する。その
逃がし油路を、前記転がり軸受に対する潤滑油の単位時間当たりの所定供給圧下での供給量をＱ、前記軸受空間の前記荷重負荷領域よりも下側領域が単位時間当たりに通過させる潤滑油の量をＱ１、Ｑ＞Ｑ１、Ｑ−Ｑ１＝ΔＱとしたとき、ΔＱを上回る量の潤滑油を流し得る大きさにすることで、前記軸受空間の、前記荷重負荷領域よりも下側における潤滑油排出能力の不足を補うことができる。

この発明の軸受装置は、車両用CVTに好適に利用することができる。周知の車両用CVTの中に、固定シーブ及びその固定シーブに対して接近・離反可能な可動シーブをそれぞれ組み合わせたプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、そのプライマリプーリ及びセカンダリプーリ間に掛け渡された動力伝達ベルトを有し、前記プライマリプーリとセカンダリプーリのどちらか一方のプーリが他方のプーリの斜め上方に配置され、その一方のプーリの前記固定シーブと一体の中空回転軸の片端の支持が転がり軸受によってなされているものがある。そのCVTの前記中空回転軸の支持用として利用することができる。

この発明の軸受装置は、転がり軸受の内部を通らない逃がし油路を備えており、その逃がし油路の働きによって軸受の荷重負荷領域が常時油浸漬の状態になることが防止される。

これにより、負荷される荷重によって酸化膜が除去されて新生面を生じた軸受の荷重負荷領域の表面が大気に触れ、その表面に瞬時に酸化膜が再生される。

そのため、材料の鋼に対する水素の侵入が抑制され、軌道輪や転動体の荷重負荷領域での表面の水素脆性剥離が起こり難くなる。

なお、前記逃がし油路の断面積を前記中空回転軸の開口部の断面積よりも小さくし、さらに、その逃がし油路の設置位置を、少なくとも転がり軸受の使用状態における最下端よりも上方に設定したものは、供給された潤滑油が全量逃がし油路を通って逃げることがなく、軸受の荷重負荷領域の潤滑が確実になされる。

また、前記逃がし油路を、前記転がり軸受の非荷重負荷領域と周方向位相が重なる位置、かつ、前記荷重負荷領域よりも下になる高さ位置に設けたものは、前記荷重負荷領域の潤滑油による浸漬が安定して防止される。

さらに、前記逃がし油路を、前記外輪に接したハウジングの軸受支持孔の内径面又は外輪の外周面の少なくともどちらか一方に設けた半円断面の溝、もしくは、前記ハウジングの軸受支持孔の内径面の近傍に設けた貫通孔で構成したものは、油路の加工が容易である。

この発明の軸受装置の一形態を、ＣＶＴのプーリ支持を例に挙げて示す断面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 この発明の軸受装置の他の形態を、ＣＶＴのプーリ支持を例に挙げて示す断面図である。 図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

以下、この発明のＣＶＴ用軸受装置（以下、単に「軸受装置」と呼ぶ）の実施形態を、添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。

図１に記載した軸受装置１０は、ベルト式ＣＶＴ（以下、単に「ＣＶＴ」と呼ぶ）１の後述するプーリを支持するものである。ベルト式ＣＶＴ１は、プライマリプーリ３とセカンダリプーリ（図示せず）を組み合わせて両プーリ間に動力伝達ベルト４を掛け渡している。軸受装置１０は、中空回転軸２と、ハウジング５と、中空回転軸２を支持する転がり軸受１１とを備える。

図示のＣＶＴ１は、プライマリプーリ３がセカンダリプーリの斜め上側に配置されるものを例に挙げている。

プライマリプーリ３は、固定シーブ３ａと、その固定シーブ３ａに対して接近・離反可能な可動シーブ３ｂを組み合わせたプーリであり、固定シーブ３ａを取り付けた中空回転軸２の一端側を軸受装置１０の転がり軸受１１を介してハウジング５で支持している。

可動シーブ３ｂは、中空回転軸２によって相対回転不可、軸方向スライド自在に支持されており、その可動シーブ３ｂの位置が油圧によって制御されてプライマリプーリ３とセカンダリプーリとの間の変速比が調整される。なお、図１と後述する図２は、可動シーブ３ｂを軸方向に変位させる機構を省略した図である。

中空回転軸２は、その軸の他端側も転がり軸受を介してハウジング５内の支持部に支持されるが、図１は、中空回転軸２のうち転がり軸受による他端側の支持部は省略した図にしている。

図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である（図２においてそのＸ−Ｘ線を一点鎖線で示す）。例示の軸受装置１０に利用した転がり軸受１１は、内輪１２及び外輪１３と、内・外輪１２、１３間の軸受空間１４に配置される転動体１５と、転動体１５をポケット（図示せず）に転動可能に収容して保持する保持器１６を備えた深溝玉軸受である。

内輪１２は、その内周面が回転軸２に固定（嵌合）される。外輪１３は、その外周面がハウジング５に固定（嵌合）される。なお、転がり軸受１１は、保持器１６を備えないものであってもよい。

なお、転がり軸受１１は、深溝玉軸受に限らず、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト玉軸受等の転がり軸受であってもよい。

転がり軸受１１は、図示のＣＶＴ１においては、プライマリプーリ３がセカンダリプーリの斜め上側にあるので、そのプライマリプーリ３を支持した転がり軸受１１は、負荷領域が斜め下側に形成される。

なお、以下の説明では、転がり軸受１１の周方向一部領域でラジアル荷重を受ける領域を「荷重負荷領域」、転がり軸受１１のうち荷重負荷領域から外れた他の周方向領域で転動体１５と内外輪１２，１３との間にラジアル隙間が生じる領域を「非荷重負荷領域」と呼ぶ。

中空回転軸２は、その軸心部に通油孔２ａを有している。その通油孔２ａを通ってオイルポンプ（図示せず）から潤滑油が供給される。ここで、ＣＶＴ１においては、オイルポンプ（図示せず）からの供給油量は、中空回転軸２の回転数（又は転がり軸受１１の回転数）と共に上昇する。通油孔２ａを出た潤滑油は、ハウジング５のうち中空回転軸２と対面する内面と中空回転軸２の端面との間に設けられた空間６に流入し、そこから転がり軸受１１の軸受空間１４を通って潤滑油循環経路の排出路に流出してオイルポンプに戻される。転がり軸受１１が高速回転しているとき、当該転がり軸受１１を貫通する油量も低下するため、潤滑油の供給量が排出量を上回ることになる。このとき、転がり軸受１１（特に、荷重負荷領域）は、油浸漬状態となる。

軸受装置１０は、空間６に流入した潤滑油を、転がり軸受１１の軸受空間１４を通さずに供給源のオイルポンプ側に戻す逃がし油路１７を備えている。

逃がし油路１７は、図１の軸受装置１０においては、外輪１３に接したハウジング５の軸受支持孔５ａの内径面に略半円状の断面形状である溝（図２を同時参照）を設けることで構成されている。

なお、逃がし油路１７を構成する溝は、図３、図４に示すように、転がり軸受１１の外輪１３の外周に設けてもよい。このように、逃がし油路１７を設けることにより、オイルポンプから圧送されてきた潤滑油の転がり軸受１１に対する供給油量を排出油量が上回り易くなる。よって、転がり軸受１１のうち新生面が露出し易い荷重負荷領域が大気状態に触れ易くなる。図４は、図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である（図４においてそのＹ−Ｙ線を一点鎖線で示す）。

また、ハウジング５の軸受支持孔５ａの内径面の近傍に、転がり軸受１１の潤滑油導入側から潤滑油排出側に至る貫通孔（図においては、空間６から、プーリ収納室７に至る貫通孔）を設けることで逃がし油路１７となしてもよい。

中空回転軸２は、通油孔２ａを回転軸２の外部に開放する開口部２ｂを有している。図１の軸受装置１０に設けられた逃がし油路１７は、その油路の断面積が中空回転軸２の開口部２ｂ（通油孔２ａの出口）の断面積よりも小さい。

また、逃がし油路１７は、軸受装置１０の使用状態における最下端よりも天の側の、転がり軸受１１の非荷重負荷領域と周方向位相が重なる位置、かつ、転がり軸受１１の荷重負荷領域（図２のＰ部）よりも下になる高さ位置に配置されている。

当該逃がし油路１７の大きさは、潤滑油の供給量と排出量を考慮し、転がり軸受１０に対する潤滑油の所定供給圧下での単位時間当たりの供給量をＱ、転がり軸受１０の軸受空間１４の、前記荷重負荷領域よりも下側領域が単位時間当たりに通過させる潤滑油の量をＱ１、Ｑ＞Ｑ１、Ｑ−Ｑ１＝ΔＱとして、ΔＱを上回る量の潤滑油を流し得る大きさにしている。

これにより、空間６に流入した潤滑油は、常時、前記荷重負荷領域Ｐよりも下に保たれ（図２のラインＬよりも上になることがない）、荷重負荷領域Ｐが潤滑油中に浸漬されることが回避されてその荷重負荷領域（当該荷重負荷領域における内・外輪の軌道面の表面と転動体の転動面の表面）が大気に触れる状況が作り出される。より具体的には、荷重負荷領域Ｐのうち転がり軸受１１の荷重方向における転動体１５と内、外輪１２、１３の軌道面との接触点において、内、外輪１２、１３及び転動体１５がいずれも大気に触れる。

そのために、負荷される荷重によって内輪１２、外輪１３の軌道面や転動体１５の転動面の荷重負荷領域の酸化膜が除去されても、除去後の新生面に酸化膜が再生され、その酸化膜により水素の侵入が阻害されて転がり軸受１１の水素脆化が抑制されるようになる。

なお、ＣＶＴは、セカンダリプーリも、固定シーブと可動シーブを組み合わせたプーリを採用している。プライマリプーリとセカンダリプーリの位置関係が上記の説明とは逆になっているＣＶＴについては、セカンダリプーリを支持する転がり軸受に対して荷重が斜め下向きに負荷される。従って、この場合には、セカンダリプーリの支持をこの発明の軸受装置を用いて行う。

上記プライマリプーリとセカンダリプーリのうち、斜め下側に配置されるプーリを支持する転がり軸受については、荷重負荷領域が斜め上側にできるので、その荷重負荷領域が潤滑油中に浸漬される可能性は小さい。よって、この発明による対応は、転がり軸受によるＣＶＴのプーリ支持では、対をなす２個のプーリのうち、上側に配置されるプーリのみとしても差し支えない。

この発明の軸受装置は、ＣＶＴのプーリ支持に限定されない。例えば、オイルポンプ装置などでも回転軸を支持する軸受装置について軸受空間に潤滑剤を流す強制潤滑が行われており、そのような用途の軸受装置にこの発明を適用しても、発明の有効性が発揮される。

１ ベルト式ＣＶＴ
２ 中空回転軸
２ａ 通油孔
２ｂ 開口部（通油孔の出口）
３ プライマリプーリ
３ａ 固定シーブ
３ｂ 可動シーブ
４ 動力伝達ベルト
５ ハウジング
５ａ 軸受支持孔
６ 空間
７ プーリ収納室
１０ 軸受装置
１１ 転がり軸受
１２ 内輪
１３ 外輪
１４ 軸受空間
１５ 転動体
１６ 保持器
１７ 逃がし油路
Ｐ 荷重負荷領域

Claims (4)

1. 中空回転軸（２）と、
   ハウジング（５）と、
   前記中空回転軸（２）を前記ハウジング（５）に支持する転がり軸受（１１）と、を備えたトランスミッション用軸受装置であって、
   前記転がり軸受（１１）は、前記中空回転軸（２）に固定される内輪（１２）と、前記ハウジング（５）に固定される外輪（１３）と、前記内輪（１２）と前記外輪（１３）との間の軸受空間（１４）に設けられる転動体（１５）とを有し、
   前記中空回転軸（２）は、その内部に潤滑油が流れる通油孔（２ａ）を有し、
   前記外輪（１３）の内径面よりも径方向外側に前記潤滑油の一部が通る逃がし油路（１７）が設けられ、前記逃がし油路（１７）が、前記転がり軸受（１１）の非荷重負荷領域と周方向位相が重なる位置、かつ、前記転がり軸受（１１）の荷重負荷領域よりも下方に位置し、前記潤滑油の一部が前記逃がし油路（１７）を通ることで、前記潤滑油が前記転がり軸受（１１）の荷重負荷領域（Ｐ）よりも下側の軸受空間（１４）を流れて前記荷重負荷領域（Ｐ）が大気に触れるように構成されたトランスミッション用軸受装置。
2. 前記中空回転軸（２）は、前記通油孔（２ａ）を前記回転軸（２）の外部に開放する開口部（２ｂ）を更に有し、
   前記逃がし油路（１７）の断面積は、前記開口部（２ｂ）の断面積よりも小さく、
   前記逃がし油路（１７）は、少なくとも前記転がり軸受（１１）が固定された状態における前記転がり軸受（１１）の最下端部よりも上方に位置する請求項１に記載のトランスミッション用軸受装置。
3. 前記逃がし油路（１７）が、前記外輪（１３）に接したハウジング（５）の軸受支持孔（５ａ）の内径面又は外輪（１３）の外周面の少なくともどちらか一方に設けた半円断面の溝、もしくは、前記ハウジング（５）の軸受支持孔（５ａ）の内径面の近傍に設けた貫通孔によって構成されている請求項１又は２に記載のトランスミッション用軸受装置。
4. 前記逃がし油路（１７）を、前記転がり軸受（１１）に対する潤滑油の単位時間当たりの所定供給圧下での供給量をＱ、前記軸受空間（１４）の前記荷重負荷領域（Ｐ）よりも下側領域が単位時間当たりに通過させる潤滑油の量をＱ１、Ｑ＞Ｑ１、Ｑ−Ｑ１＝ΔＱとしたとき、ΔＱを上回る量の潤滑油を流し得る大きさにした請求項１〜３のいずれか一つに記載のトランスミッション用軸受装置。
   

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