JP7075324B2 - ころ軸受用保持器および保持器付き針状ころ - Google Patents

Description

本発明は、ころ軸受用保持器および保持器付き針状ころに関する。

ころ端面と保持器の環状部との接触面を減らすための技術として、特許文献１（特開２０００－１９２９６６号公報）が知られている。特許文献１に記載の保持器は、ころ端面と接触する部分に、ポケット側に突出する凸部を形成することにより、ころ端面と柱部との間に作用する摩擦を軽減して、耐久性を向上させている。

特開２０００－１９２９６６号公報

打ち抜き加工したポケット面は、せん断面と破断面が存在するため、ころ端面と保持器の環状部とが接触する部分をコントロールする必要がある。特に、特許文献１の保持器では、ころ端面と保持器の環状部との接触面を減らすために、ポケットの内側に凸部を形成しているものの、より耐摩耗性を向上させたいというニーズがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、耐摩耗性を向上させることが可能なころ軸受用保持器および保持器付き針状ころを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るころ軸受用保持器は、一対の環状部と、軸方向に延びて一対の環状部を連結する複数の柱部と、隣り合う柱部の間に形成されてころを収容するポケット部とを備えるころ軸受用保持器において、環状部は、ポケット部の軸方向内側の壁面において、基準面と、径方向外側に設けられて基準面から軸方向外側に後退した凹部と、凹部よりも径方向内側に設けられて基準面から軸方向内側に突出する凸部とを有する。

好ましくは、凸部および凹部は、ポケット部の軸方向内側の壁面の周方向中央部に位置する。

好ましくは、凹部は、しごき面を含み、凸部は、かしめ面を含む。

好ましくは、凸部のかしめ面は、ポケット部に収容するころの端面と接触する当接面であり、当接面は、ころ端面に向かって周方向中央部が突出する円弧面である。

本発明の一態様に係る保持器付き針状ころは、上述したころ軸受用保持器と、ポケット部に収容される針状ころと、を備える。

本発明によれば、耐摩耗性が向上された好適なころ軸受用保持器および保持器付き針状ころを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る保持器付き針状ころを遊星歯車支持構造に用いた状態を示す図であって、（Ａ）は遊星歯車支持構造の概略図であり、（Ｂ）は歯車の部分の断面図である。 本発明の実施の形態におけるころ軸受用保持器の柱部を取り出して示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるころ軸受用保持器の環状部を、ポケット部の軸方向内側の壁面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態におけるころ軸受用保持器の柱部を取り出して示す平面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。 図４の環状部の壁面を拡大して示す部分拡大平面図である。 図５の環状部の壁面を拡大して示す部分拡大断面図である。 ころ軸受用保持器の変形例を示す平面図である。 保持器付き針状ころを遊星歯車支持構造に用いた状態を示す歯車部分の断面図であって、（Ａ）従来の保持器付き針状ころを用いた図であり、（Ｂ）は本実施の形態に係る保持器付き針状ころを用いた図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

本実施の形態に係る保持器付き針状ころ１は、用途の一例として遊星歯車機構（プラネタリギア）に用いられる。本実施の形態に係る保持器付き針状ころ１の説明に先立ち、保持器付き針状ころ１が用いられる遊星歯車機構（プラネタリギア）１００の概要について説明する。

（遊星歯車支持構造の概要）
遊星歯車機構１００は、たとえば、自動車の変速機などに用いられ、その遊星歯車機構１００におけるピニオンギア（遊星歯車）１０３を回転可能に支持するために、保持器付き針状ころ１が使用されている。すなわち、本実施の形態に係る保持器付き針状ころ１は、自動車用保持器付き針状ころである。

遊星歯車機構１００は、内歯を有し外周を取り囲むリングギア（内歯歯車）１０１と、外歯を有しリングギア１０１の中心に配置されるサンギア（太陽歯車）１０２と、外歯を有しリングギア１０１とサンギア１０２の間に配置される複数のピニオンギア（遊星歯車）１０３とを備える。ピニオンギア１０３は、リングギア１０１およびサンギア１０２と噛合し、係合穴に設置されるピニオン軸１０５に保持器付き針状ころ１によって回転可能に支持される。各々のピニオン軸１０５は、キャリア１０４に設けられ（連結され）、キャリア１０４からピニオンギア１０３の公転に相当する回転が入出力される。

図１（Ｂ）を参照して、各ピニオンギア１０３は、本実施の形態に係る保持器付き針状ころ１を介して、ピニオン軸１０５上に回転自在に支持されている。つまり、保持器付き針状ころ１は、ピニオンギア１０３とピニオン軸１０５を回転可能に支持するものであり、遊星歯車支持構造は、ピニオンギア１０３と、ピニオン軸１０５と、保持器付き針状ころ１とを備える。具体的には、保持器付き針状ころ１は、たとえば、複数のころ２と保持器３とで構成され、ピニオン軸１０５の外周面を内側軌道面とし、ピニオンギア１０３の内周面を外側軌道面としている。本実施の形態の保持器３は、外輪案内で用いられている。本実施の形態のころ２は、針状ころである。

ピニオン軸１０５の内部には、潤滑油を供給するための通油孔１０６が形成されている。このように、ピニオン軸１０５の内部に形成した通油孔１０６を通じて潤滑油をピニオン軸１０５の外周面に導くことにより、ころ２の潤滑を行っている。具体的には、通油孔１０６は、図１の紙面上の右方から軸方向に延在する第１通油孔１０６ａと、ピニオン軸１０５の軸方向中央付近で外周面と連通する第２通油孔１０６ｂとを含む。ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、図１（Ｂ）の矢印Ｆ１に示すように、保持器３の軸方向両側に向かって、保持器３の環状部３０の内周とピニオン軸１０５の外周との間を通過して外部へと流出する。また、同様に、ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａ，１０６ｂから供給された潤滑油は、図１（Ｂ）の矢印Ｆ２に示すように、柱部４０ところ２の隙間を抜けて、ころ２の外周面を潤滑する。

（ころ軸受用保持器）
次に、図２～図８を参照して、本実施の形態におけるころ軸受用保持器３（以下、単に「保持器３」という）について説明する。なお、図２，４，５において、針状ころ（以下では単に、ころと呼ぶことがある）２を破線で示している。

図２を特に参照して、保持器３は、一対の環状部３０と、軸方向に延びて一対の環状部３０を連結する複数の柱部４０と、隣り合う柱部４０の間に形成されて、ころ２を収容するポケット部５０とを備える。ポケット部５０は、周方向に間隔をあけて複数設けられる。なお、以下の説明では、保持器付き針状ころ１の中心軸に沿った方向を「軸方向」、中心軸に対して直交する方向を「径方向」、中心軸周りの円周方向を「周方向」と呼ぶ。

本実施の形態の柱部４０は、その軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部４１と、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部４２と、柱中央部４１および一対の柱端部４２それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部４３とを含む。

ポケット部５０に対面する柱部４０の壁面には、ころ２の径方向内側・外側への脱落を防止する第１および第２のころ止め部４１ａ，４２ａが設けられている。第１のころ止め部４１ａは、柱中央部４１の２箇所に設けられている。具体的には、第１のころ止め部４１ａは、ポケット部５０に対面する柱中央部４１の壁面の径方向内側に偏在している。第２のころ止め部４２ａは、一対の柱端部４２それぞれに設けられている。具体的には、ポケット部５０に対面する柱端部４２の壁面の径方向外側に偏在している。なお、図５の柱部４０において、第１および第２ころ止め部４１ａ，４２ａの図示を省略している。

図３を特に参照して、環状部３０は、ポケット部５０の軸方向内側の壁面３１において、基準面３２，３３と、径方向外側に設けられて基準面３２，３３から軸方向外側に後退した凹部３５と、凹部３５よりも径方向内側に設けられて基準面３２，３３から軸方向内側に突出する凸部３４とを有する。

図３，図６を特に参照して、凸部３４および凹部３５は、内径側端縁から外径側端縁に連なって設けられ、基準面３２，３３の間に隣接して設けられる。凸部３４および凹部３５は、基準面３２，３３の周方向の間に位置する。具体的には、凸部３４および凹部３５は、ポケット部５０の軸方向内側の壁面３１の周方向中央部に位置する。

基準面３２，３３は、打ち抜き加工によりポケット部５０を形成する場合に形成される面である。基準面３２，３３は、ころ２と接触しない非接触部である。基準面３２，３３の表面は、せん断面と破断面が形成されていてもよい。なお、基準面３２，３３は、周方向の長さが同一である。

図３，図５，図８を特に参照して、凹部３５は、径方向外側の端縁から径方向略中央まで設けられる。上述のように、凹部３５は、基準面３２，３３よりも軸方向外側に後退している。後退とは、ポケット部５０から遠ざかる方向に凹んでいることを指すものとする。凹部３５は、基準面３２，３３と同様に、ころ２と接触しない非接触部である。具体的には、図３，図６に示すように、凹部３５は、平面３５ａと、平面３５ａの端部から基準面３２に向かって立ち上がる側面３５ｂと、平面３５ａの端部から基準面３３に向かって立ち上がる側面３５ｃとを含む。この領域は、潤滑油を保持する油溜まりとして機能する。平面３５ａおよび一対の側面３５ｂ，３５ｃは、平滑な面であり、しごき加工を行うことにより形成されるしごき面である。

図３，図５，図８を特に参照して、凸部３４は、環状部３０の径方向略中央から径方向内側の端縁まで設けられる。凸部３４は、ころ２のピッチ円直径の近傍に設けられている。本実施の形態では、凸部３４は、ころ２のピッチ円直径と重なる位置に設けられている。上述のように、凸部３４は、基準面３２，３３よりも軸方向内側に突出している。具体的には、図３，図６に示すように、凸部３４は、傾斜面３４ａと、ころ端面（ころ２の軸方向端面）２０と接触する当接面３４ｂと、基準面３２から当接面３４ｂに向かって立ち上がる側面部３４ｃと、基準面３３から当接面３４ｄに向かって立ち上がる側面３４ｄとを含む。傾斜面３４ａ、当接面３４ｂおよび側面３４ｃ，３４ｄは、しごき加工によってしごいた材料が径方向内側にかしめられることにより形成されるかしめ面である。当接面３４ｂは、平滑な平面である。保持器３の製造方法については、後述する。

環状部３０の壁面３１において、外径側に設けた凹部３５よりも径方向内側にころ端面２０が当接する凸部３４を設けることによって、当該凸部３４をころ２のピッチ円直径の近傍に設けることができるため、凸部３４ところ端面２０との接触部がころ２の軸中心に近づく。これにより、ころ端面２０と保持器３の接触によるトルクの低減を図ることができる。

次に、図１０を参照して、保持器付き針状ころを遊星歯車機構１００に用いた場合の保持器付き針状ころの動作について説明する。図１０（Ａ）は従来の保持器付き針状ころ１１０を用いた断面図であり、（Ｂ）は本実施の形態に係る保持器付き針状ころ１を用いた断面図である。

従来の保持器付き針状ころ１１０は、保持器１１３の環状部１３０ところ２との間に隙間（遊び）が設けられている。図１０（Ａ）に示すように、遊星歯車機構１００Ａのピニオンギア１０３が動作すると、ころ２は、一方側の環状部１３０に片寄った状態で回転する。これにより、図１０（Ａ）の紙面上の左側には、環状部１３０の壁面１３１ところ端面２０との間に隙間が形成されず、図１０（Ａ）の紙面上の右側には、環状部１３０の壁面１３１ところ端面２０との間に隙間１４１が形成される。そのため、ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａから供給された潤滑油は、図１０（Ａ）の矢印Ｆ３に示すように、隙間１４１が形成される方向に向かって流れるが、隙間が形成されない方には流れない。そのため、保持器１１３の壁面１３１ところ端面２０が摩耗するおそれがある。

本実施の形態の保持器付き針状ころ１は、保持器３の環状部３０ところ２との間に隙間（遊び）が設けられており、図１０（Ｂ）に示すように、遊星歯車機構１００のピニオンギア１０３が動作すると、ころ２は、一方側の環状部３０に片寄った状態で回転する。しかし、本実施の形態の保持器付き針状ころ１は、凸部３４ところ端面２０が接触する。そのため、ピニオン軸１０５の通油孔１０６ａから供給された潤滑油は、図１０（Ｂ）の矢印Ｆ３に示すように、隙間１４１が形成される方向だけではなく、矢印Ｆ４に示すように、環状部１３０の凸部３４ところ端面２０との間に向かって流れる。これにより、一対の環状部３０の壁面３１に対して潤滑油を流すことができ、さらに、潤滑油の流入量を増加させることができるため、耐摩耗性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、潤滑油をころ端面２０へ供給し易くなり保持器付き針状ころ１の長寿命化を図ることができるため、省燃費化に伴い、潤滑油の少量化または低粘度化によって軸受の潤滑環境が厳しくなっている用途（たとえば、自動車の変速機における遊星歯車支持構造）に適用した場合の効果は大きい。

（保持器の変形例）
図７に示すように、上記実施の形態の当接面３４ｂは、平滑な平面であった。しかし、図９に示すように、本実施の形態の当接面３６ｂは、ころ端面２０に向かって周方向中央部が突出する円弧面であってもよい。

これにより、上記実施の形態の当接面３４ｂと比較して、ころ端面２０と接触する面積を少なくすることができるため、より耐摩耗性を向上させることができる。

（保持器の製造方法）
本実施の形態に係る保持器３の製造方法の一例について説明する。

まず、帯状の鋼板を準備する。帯状の鋼板の素材としては、保持器３の強度を確保するために、たとえば、低炭素鋼、低合金鋼、浸炭鋼などを用いてもよい。帯状の鋼板に対して、断面形状がＭ字状となるようにプレスロール成型し、打ち抜き加工を行って、一対の環状部３０、複数の柱部４０およびポケット部５０を形成する。具体的には、ポンチとダイスを用いて打ち抜き加工し、帯状の鋼板の長手方向に所定間隔で多数のポケット部５０を形成する。この場合、環状部３０の軸方向内側の壁面３１には、打ち抜き加工によるせん断面と破断面が形成される。

次に、環状部３０の軸方向内側の壁面３１に、基準面３２，３３と、凸部３４と、凹部３５とを形成する。この加工は、環状部３０の軸方向内側の壁面に対して外径側および内径側からそれぞれ治具を押し込むことにより行う。具体的には、環状部３０の軸方向内側の壁面３１に対して、外径側に位置する治具により内径側にしごき加工を行う。治具の押し込みは、環状部３０の径方向内側の端部の近傍位置まで行い、押し込み後、治具を押し込み方向と反対方向に引き戻す。

これにより、図３に示すように、環状部３０の壁面３１は、打ち抜き加工によって形成されたせん断面と破断面にかけて治具によりしごかれ、そのしごき加工によって環状部３０の壁面３１は、治具のしごき溝のしごき幅と同一の幅寸法で、高精度な面粗さをもつ平滑面に形成される。また、このしごき加工により、凹部３５が形成されるとともに、凹部３５の内径方向端部には、しごいた材料が破断面を埋めて加締められて凸部３４が形成される。

その後、保持器３の円周長さとなるように帯状の鋼板を切断し、切断された帯状の鋼板を円環状に丸める。その後、丸めた帯状の鋼板の両端面を溶接して、保持器３を製造する。この溶接は、たとえば、炭酸ガスアーク溶接、アルゴンガスアーク溶接、電気抵抗溶接などにより行う。

保持器付き針状ころ１を製造する場合は、上記の方法で製造した保持器３のポケット部５０に、複数の針状ころ２を組み込んで、保持器付き針状ころ１を製造する。この場合、ころ端面２０は、凸部３４と接触するように組み込む。

上述のように、ころ端面２０と接触する保持器３のポケット部５０は、打ち抜き加工により形成されるため、せん断面と破断面が形成され、従来の保持器付き針状ころでは、ころ端面２０との接触面がせん断面のみとなる。しかし、ころ端面２０と接触する部分に形成されているせん断面および破断面をコントロールするには、高コストとなる。本実施の形態では、従来の保持器とは異なり、ころ端面２０と接触する凸部３４をしごき加工することによって形成することができるため、均一な接触面を安価に製造することが可能となる。

なお、上記の実施形態において、帯状の鋼板を出発材料として保持器３を製造した例を示したが、これに限ることなく、パイプ材等の円筒部材を出発材料として製造することもできる。

また、上記実施の形態において、保持器３は、一対の環状部を有するいわゆるＭ型保持器であったが、これに限らず、たとえば柱部４０が屈曲しないストレート型保持器などであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 保持器付き針状ころ、２ ころ、３ ころ軸受用保持器（保持器）、２０ ころ端面、３０ 環状部、３１ 壁面、３２，３３ 基準面、３４ 凸部、３５ 凹部、４０ 柱部、５０ ポケット部、１１０ 保持器付き針状ころ、１１３ 保持器、１３０ 環状部。

Claims (4)

1. 一対の環状部と、軸方向に延びて前記一対の環状部を連結する複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成されてころを収容するポケット部とを備えるころ軸受用保持器において、
   前記環状部は、前記ポケット部の軸方向内側の壁面において、基準面と、径方向外側の端縁から径方向内側に向かって設けられて、前記基準面から軸方向外側に後退した凹部と、前記凹部から連なって、径方向内側の端縁まで設けられて、前記基準面から軸方向内側に突出する凸部とを有し、
   前記凸部および前記凹部は、前記ポケット部の軸方向内側の壁面の周方向中央部に位置し、
   前記凸部は、前記凹部から軸方向内側に向かって傾斜する傾斜面と、前記傾斜面から径方向外側の端縁に連なって、前記ころ端面に当接する当接面とを含む、ころ軸受用保持器。
2. 前記凹部は、しごき面を含み、
   前記凸部は、かしめ面を含む、請求項１に記載のころ軸受用保持器。
3. 前記凸部の前記かしめ面は、前記ポケット部に収容する前記ころの端面と接触する当接面であり、
   前記当接面は、前記ころ端面に向かって周方向中央部が突出する円弧面である、請求項２に記載のころ軸受用保持器。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のころ軸受用保持器と、
   前記ポケット部に収容される針状ころと、を備える、保持器付き針状ころ。

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