JPWO2011078359A1

JPWO2011078359A1 - ニードル軸受

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Publication number: JPWO2011078359A1
Application number: JP2011505274A
Authority: JP
Inventors: 近藤　豊; 豊近藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2013-05-09
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: EP2518354A1; JP5776547B2; EP2518354B1; KR20110091499A; EP2518354A4; US20110249928A1; WO2011078359A1; CN102224350B; US8628251B2; KR101280161B1; CN102224350A

Abstract

塑性変形が防止され、軸方向ねじれに対する十分な強度と十分な変形量の両方を確保することができる円周方向に収縮或いは伸長可能な保持器を有するニードル軸受を提供する。シェル形ニードル軸受１０において、保持器１３には、円周方向に収縮させる弾性変形部１７が円周方向に複数設けられており、弾性変形部１７は軸方向中間部Ｃに対して対称に形成されている。

Description

本発明は、ニードル軸受に関し、特に、自動変速機（ＡＴ）、手動変速機（ＭＴ）、デファレンシャル、トランスファ、ディテント等の自動車駆動系、エンジンクランクシャフト支持部、エンジンカムシャフト支持部、自動車操舵系に適用されるニードル軸受に関する。

近年、自動車の自動変速機等においては、ラジアル方向の荷重を受ける部位に、すべり軸受（ブッシュ）の代わりに、同じ断面高さを有するシェル形ニードル軸受が使用されている。図１０に示すように、シェル形ニードル軸受１００は、内周面に軌道面１０１ａを、両端部に一対のフランジ部１０１ｂ，１０１ｃを有するシェル外輪１０１と、軌道面１０１ａに沿って転動自在となるようにシェル外輪１０１内に配置される複数のニードル１０２と、複数のニードル１０２を保持するための複数のポケットを有する保持器１０３と、を備える。

このようなシェル形ニードル軸受は、シェル外輪１０１のフランジ部１０１ｃとなる加締め部に防炭加工を施し、浸炭もしくは浸炭窒化処理等により硬化させた後に、ニードル１０２及び保持器１０３を挿入して端部を加締める工法や、シェル外輪１０１を浸炭もしくは浸炭窒化処理等により硬化させた後に、ニードル１０２及び保持器１０３を挿入し、加締め部を誘導加熱等により焼きなまして加締める工法がある。さらに、シェル外輪にニードルや保持器を組み込んだ後に、浸炭窒化処理、焼入れ、焼戻し等の熱処理を行なって、加締め部における上記防炭加工や誘導加熱等の工程を行なう方法が採用されている。

一方、円周方向の一部に径方向内側に変形可能な部分を有する保持器を用いて、保持器を径方向内側に変形させることで円周方向に収縮させながら保持器をシェル外輪内に配置し、この配置された保持器にニードルを装着することで、上述したような複雑な加工を避けて製造することが考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ラジアルニードル軸受においても、図１１に示すように、保持器２００の円周方向の一箇所に軸方向中間部に対して対称に形成された弾性連結部２０１を設け、この弾性連結部２０１を円周方向に拡径させることで、フランジ部を乗り越えて配置させている（例えば、特許文献２参照。）。

日本国特開２００４−２１１８２５号公報日本国特開２００８−８８３３号公報

ところで、特許文献１に記載の保持器では、保持器板厚が十分に確保できない場合には、保持器が塑性変形を起こしてしまい、うまくニードルを保持できないという問題がある。また、特許文献２に記載の保持器は、軸方向ねじれに対して十分な強度を確保することができるが、円周方向１箇所にのみ弾性変形部が設けられているため、フランジ部の径方向寸法に対して十分な変形量が得られない可能性がある。また、この保持器は、円周方向に拡径させることを目的としたもので、弾性連結部は柱部に連結されている。

本発明は、上述の様な事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、塑性変形が防止され、軸方向ねじれに対する十分な強度と十分な変形量の両方を確保することができる円周方向に収縮或いは伸長可能な保持器を有するニードル軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成によって達成される。
（１）内周面或は外周面に軌道面を、両端部に一対のフランジ部を有する軌道輪と、
前記軌道面に沿って転動自在となるように前記軌道輪内に配置される複数のニードルと、
該複数のニードルを保持するための複数のポケットを有する保持器と、
を備え、
前記保持器には、円周方向に収縮或いは伸長させる弾性変形部が円周方向に複数設けられており、
該弾性変形部は軸方向中間部に対して対称に形成されていることを特徴とするニードル軸受。
（２）前記保持器は、複数の円弧状部分によって構成される一対のリム部と、該一対のリム部を軸方向に連結する複数の柱部とを備え、
前記一対のリム部には、円周方向に隣接する前記円弧状部分の各端部間に複数の切れ目が円周方向において同位相でそれぞれ形成され、
前記弾性変形部は、前記隣接する円弧状部分の各端部からそれぞれ軸方向内側に延出するとともに、該延出した部分を円周方向において連結する一対の弾性変形片を有することを特徴とする（１）に記載のニードル軸受。
（３）前記弾性変形部は、円周方向に隣接する前記柱部間に形成され、
前記切れ目の円周方向距離は、前記隣接する柱部と前記弾性変形片との各円周方向距離の総和よりも小さいことを特徴とする（２）に記載のニードル軸受。

本発明のニードル軸受によれば、保持器には、円周方向に収縮或いは伸長させる弾性変形部が円周方向に複数設けられており、弾性変形部は軸方向中間部に対して対称に形成されているので、塑性変形が防止され、軸方向ねじれに対する十分な強度と十分な変形量の両方を確保することができる円周方向に収縮或いは伸長可能な保持器を設けることができる。

本発明の第１実施形態に係るシェル形ニードル軸受の断面図である。図１の保持器の一部拡大平面図である。図２の要部拡大平面図である。図２の弾性変形部の径方向への変形を示す説明図である。（ａ）は、弾性変形前の保持器、及びシェルの断面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＶ方向から見た側面図である。（ａ）は、弾性変形後の保持器、及びシェルの断面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＶＩ方向から見た側面図である。弾性変形後の保持器の要部拡大図である。本発明の第２実施形態に係るシェル形ニードル軸受の保持器の一部拡大平面図である。（ａ）は、弾性変形部の変形例において、径方向への変形を示す説明図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、弾性変形部の他の変形例に係る（ｂ）に対応する断面図である。従来のシェル形ニードル軸受を示す断面図である。他の従来のニードル軸受の保持器を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係るニードル軸受について図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態のシェル形ニードル軸受１０は、ＡＴ内のギアトレイン間、ギア軸とハウジングとの間、或は、オイルポンプギアの側方等に配置されるもので、１．０〜３．５ｍｍ程度の軸受断面高さで薄肉化されている。このシェル形ニードル軸受１０は、図１に示すように、内周面に軌道面１１ａを、両端部に一対の内向きフランジ部１１ｂ，１１ｃを有する軌道輪としてのシェル（鍔付外輪）１１と、シェル１１の軌道面１１ａに沿って転動自在となるように、シェル１１内に配置される複数のニードル１２と、複数のニードル１２を保持するための複数のポケット１４を有する保持器１３と、を備え、図示しない軸（或は内輪部材）を回転自在に支持している。

シェル１１は、特殊な合金鋼板等に絞り加工等の塑性加工を施すことにより、全体を円筒状に形成され、また、一対のフランジ部１１ｂ、１１ｃがプレス加工により屈曲して形成されている。また、シェル１１は、浸炭もしくは浸炭窒化処理による熱処理加工によって硬化されている。

また、保持器１３は、図２に示すように、一対のリム部１５，１５と、一対のリム部１５，１５を軸方向に連結する複数の柱部１６とを備える。一対のリム部１５，１５は、複数（本実施形態では、４つ）の円弧状部分１５ａによってそれぞれ構成され、円周方向に隣接する円弧状部分１５ａの各端部１５ｂ、１５ｂ間に複数の切れ目１５ｃが各リム部１５，１５において円周方向に同位相でそれぞれ形成されている。なお、切れ目１５ｃの数が多くなると、ニードル１２の数が少なくなるので、切れ目１５ｃの数は２〜６箇所が好ましい。

そして、保持器１３には、この切れ目１５ｃが形成される円周方向において隣接する柱部１６，１６間に、円周方向に収縮させる弾性変形部１７が円周方向に複数設けられている。

弾性変形部１７は、円周方向に隣接する円弧状部分１５ａ，１５ａの各端部１５ｂ，１５ｂを基端部として、これら各端部１５ｂからそれぞれ軸方向内側に延出するとともに、該延出した部分を円周方向において連結する一対の弾性変形片１７ａ，１７ａを有する。一対の弾性変形片１７ａ，１７ａは、同一形状を有しており、弾性変形部１７は軸方向中間部Ｃに対して対称に形成される。

図３に拡大して示すように、弾性変形片１７ａは、それぞれ曲率半径Ｒ１〜Ｒ３を有する複数の円弧１７ａ１，１７ａ２，１７ａ３で構成されている。ただし、弾性変形片１７ａは、単一円弧によって構成されてもよい。

また、弾性変形部１７の基端部となる円弧状部分１５ａの各端部１５ｂの軸方向幅ｗ１は、基端部の強度を考慮すると、円弧状部分１５ａの軸方向幅ｗ２と同等以上であることが好ましい。また、基端部の軸方向内側面に形成される円弧面の曲率は大きい（曲率半径ｒは小さい）ほうが好ましい。

さらに、図４に示すように、弾性変形片１７ａの径方向肉厚ｈは、弾性変形片１７ａの幅ｗ３よりも厚く設定されており、これにより、矢印に示すような径方向への変形を抑制することができる。

図５に示すように、外径Ｄ１を有する保持器１３は、弾性変形部１７を変形させることで、切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１を狭め、保持器１３を円周方向に収縮させる。これにより、図６に示すように、保持器１３は、シェル１１の内径Ｄ２より小さい外径Ｄ１´まで縮径され、シェル１１内に挿入される。従って、保持器１５の外周長さと、切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１の総和と、シェル１１の内向きフランジ部１１ｂ、１１ｃの内周長さの関係は、次式のようになる。
π・Ｄ１−Ｌ１×（切れ目の数）＜π・Ｄ２

なお、一対の弾性変形片１７ａ，１７ａ間の軸方向距離Ｌ３と、切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１により、可動範囲、即ち、弾性変形片の変形量が任意に設定可能となる。ただし、切れ目１５ｃがなくなる前に柱部１６と弾性変形片１７ａとが接触しないように、弾性変形前の切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１は、隣接する柱部１６と弾性変形片１７ａとの各円周方向距離Ｌ２，Ｌ２の総和よりも小さく設定されている。このため、図６では、切れ目１５ｃがなくなった時に、柱部１６と弾性変形片１７ａが接触し、且つ、弾性変形片１７ａ同士が接触している状態を示しているが、図７に示すように、切れ目１５ｃがなくなった時に、柱部１６と弾性変形片１７ａ、及び、弾性変形片１７ａ同士がそれぞれ接触しない場合もある。

従って、本実施形態のシェル形ニードル軸受１０によれば、保持器１３には、円周方向に収縮させる弾性変形部１７が円周方向に複数設けられており、弾性変形部１７は軸方向中間部Ｃに対して対称に形成されているので、塑性変形が防止され、また、軸方向のねじれに対して十分な強度を有し、かつ、十分な変形量を確保しつつ円周方向に収縮可能な保持器１３を設けることができる。また、弾性変形部１７により、ニードル１２の動きが許容され、フレッチングを防止することも可能である。

また、一対のリム部１５，１５は、複数の円弧状部分１５ａによって構成され、一対のリム部１５，１５には、円周方向に隣接する円弧状部分１５ａの各端部間に複数の切れ目１５ｃが円周方向において同位相でそれぞれ形成され、弾性変形部１７は、隣接する円弧状部分１５ａの各端部１５ｂからそれぞれ軸方向内側に延出するとともに、延出した部分を円周方向において連結する一対の弾性変形片１７ａ，１７ａを有する。これにより、軸方向中間部Ｃに対して対称な弾性変形部１７を形成することができる。

さらに、弾性変形部１７は、円周方向に隣接する柱部１６，１６間に形成され、切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１は、隣接する柱部１６と弾性変形片１７ａとの各円周方向距離Ｌ２の総和よりも小さいので、円周方向に収縮させた場合に切れ目１５ｃがなくなる前に柱部１６と弾性変形片１７ａとが接触することがなく、十分な変形量を確保することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るシェル形ニードル軸受の保持器１３´を示している。この保持器１３´においても、切れ目１５ｃが形成される円周方向において隣接する柱部１６，１６間に、円周方向に収縮或いは伸長させる弾性変形部１７´が円周方向に複数（本実施形態では、４つ）設けられている。

この弾性変形部１７´では、円周方向に隣接する円弧状部分１５ａ，１５ａの各端部１５ｂ，１５ｂを基端部として、これら各端部１５ｂ，１５ｂからそれぞれ軸方向内側に略直線的に延出する軸方向延出部分１７ｂ，１７ｂと、該軸方向延出部分１７ｂ，１７ｂを円周方向において略直線的に連結する円周方向連結部分１７ｃ、１７ｃと、を備えた一対の弾性変形片１７ａ，１７ａを有する。一対の弾性変形片１７ａ，１７ａは、同一形状を有しており、弾性変形部１７は軸方向中間部Ｃに対して対称に形成される。

なお、本実施形態においても、一対の弾性変形片１７ａ，１７ａ間の軸方向距離Ｌ３と、切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１により、可動範囲、即ち、弾性変形片の変形量が任意に設定可能となる。ただし、切れ目１５ｃがなくなる前に柱部１６と弾性変形片１７ａとが接触しないように、弾性変形前の切れ目１５ｃの円周方向距離Ｌ１は、隣接する柱部１６と弾性変形片１７ａとの各円周方向距離Ｌ２，Ｌ２の総和よりも小さく設定されている。

従って、本実施形態のシェル形ニードル軸受１０においても、保持器１３´には、円周方向に収縮させる弾性変形部１７´が円周方向に複数設けられており、弾性変形部１７´は軸方向中間部Ｃに対して対称に形成されているので、塑性変形が防止され、また、軸方向のねじれに対して十分な強度を有し、かつ、十分な変形量を確保しつつ円周方向に収縮可能な保持器１３´を設けることができる。

なお、本実施形態の弾性変形部１７´は、変形により弾性変形片１７ａ同士が接触することはないが、角部を有する形状であるため応力集中が発生しやすいことから、第１実施形態の弾性変形部１７の形状のほうが好ましい。また、第１実施形態の弾性変形部１７の形状のほうが、樹脂の流動性がよく、射出成形時の成形性の観点からも好ましい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。

例えば、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１実施形態の弾性変形部１７において、円弧状部分１５の各端部１５ｂから弾性変形片１７ａの軸方向内側端部に亘って徐々に径方向で薄肉となるように、弾性変形片１７の外周面をテーパ状に形成してもよい。これにより、弾性変形片１７ａにおいて自由端側となる軸方向内側端部が、図９（ｂ）の仮想線で示すように、遠心力によって径方向外側に変形した場合でもシェル１１の軌道面１１ａとの接触を防止することができる。なお、図９（ｃ）に示すように、弾性変形片１７ａの軸方向内側端部が径方向内側に変形するのを考慮して、円弧状部分１５の各端部１５ｂから弾性変形片１７ａの軸方向内側端部に亘って徐々に径方向で薄肉となるように、弾性変形片１７ａの内周面もテーパ状に形成してもよい。また、弾性変形片１７ａは、内周面のみをテーパ状に形成してもよい。

本実施形態は、内周面に軌道面１１ａ、両端部に内向きフランジ部１１ｂ，１１ｃをそれぞれ有する外輪シェル１１を使用しているが、外周面に軌道面、両端部に外向きフランジ部をそれぞれ有する内輪シェルを使用してもよく、この場合、保持器１３は円周方向に伸長するように変形させることで、シェル内に挿入される。
また、保持器の材質は、弾性変形可能なものであれば任意に選択されるが、樹脂が好ましく、金属の場合、樹脂よりも弾性変形しづらいので、弾性変形部を多く設定することが好ましい。
保持器に適用される樹脂としては、芳香族ポリアミド（芳香族ＰＡ）、ポリアミド４６、ポリアミド６、ポリアミド６６等のポリアミド（ナイロン樹脂）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂等が使用できる。また、これらの樹脂にガラス繊維や炭素繊維等の強化剤を混合させたものも好適に使用できる。
より好ましくは、ポリアミド樹脂にガラス繊維または炭素繊維を５〜３０％混合し、曲げ弾性率を２０００〜５０００ＭＰａとしたものが良い。この範囲のものであれば、より好適に、変形部に変形能をもたせ、かつ必要な剛性のあるものとすることができる。

また、本発明のニードル軸受は、薄肉のニードル軸受の構成においてより効果を発揮するものであるが、任意の断面高さを有するニードル軸受においても適用可能である。
また、上記実施形態では、金属板を曲げ成形することにより得られるシェル形ニードル軸受について説明したが、金属材料に削り出し加工を施してなるソリッド形ニードル軸受にも適用可能である。
さらに、本実施形態の弾性変形部１７，１７´を有する保持器１５は、ケージアンドローラのような、軌道輪を有しないニードル軸受にも適用可能である。

本出願は、２００９年１２月２５日出願の日本特許出願２００９−２９４１３６に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０ニードル軸受
１１シェル（軌道輪）
１１ａ軌道面
１１ｂ，１１ｃ内向きフランジ部（フランジ部）
１２ニードル
１３，１３´ 保持器
１５リム部
１６柱部
１７，１７´ 弾性変形部

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るシェル形ニードル軸受の保持器１３´を示している。この保持器１３´においても、切れ目１５ｃが形成される円周方向において隣接する柱部１６，１６間に、円周方向に収縮或いは伸長させる弾性変形部１７´が円周方向に複数（本実施形態では、４つ）設けられている。

また、本発明のニードル軸受は、薄肉のニードル軸受の構成においてより効果を発揮するものであるが、任意の断面高さを有するニードル軸受においても適用可能である。
また、上記実施形態では、金属板を曲げ成形することにより得られるシェル形ニードル軸受について説明したが、金属材料に削り出し加工を施してなるソリッド形ニードル軸受にも適用可能である。
さらに、本実施形態の弾性変形部１７，１７´を有する保持器１３，１３´は、ケージアンドローラのような、軌道輪を有しないニードル軸受にも適用可能である。

Claims

内周面或は外周面に軌道面を、両端部に一対のフランジ部を有する軌道輪と、
前記軌道面に沿って転動自在となるように前記軌道輪内に配置される複数のニードルと、
該複数のニードルを保持するための複数のポケットを有する保持器と、
を備え、
前記保持器には、円周方向に収縮或いは伸長させる弾性変形部が円周方向に複数設けられており、
該弾性変形部は軸方向中間部に対して対称に形成されていることを特徴とするニードル軸受。
前記保持器は、複数の円弧状部分によって構成される一対のリム部と、該一対のリム部を軸方向に連結する複数の柱部とを備え、
前記一対のリム部には、円周方向に隣接する前記円弧状部分の各端部間に複数の切れ目が円周方向において同位相でそれぞれ形成され、
前記弾性変形部は、前記隣接する円弧状部分の各端部からそれぞれ軸方向内側に延出するとともに、該延出した部分を円周方向において連結する一対の弾性変形片を有することを特徴とする請求項１に記載のニードル軸受。
前記弾性変形部は、円周方向に隣接する前記柱部間に形成され、
前記切れ目の円周方向距離は、前記隣接する柱部と前記弾性変形片との各円周方向距離の総和よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のニードル軸受。