WO2024111513A1 - 保持器、その保持器を用いた保持器付き針状ころ及び軸受装置 - Google Patents

保持器、その保持器を用いた保持器付き針状ころ及び軸受装置 Download PDF

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cage
needle
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needle rollers
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好信 久保田
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating

Definitions

  • This invention relates to a cage used in a rolling bearing that uses needle rollers as rolling elements, and to a needle roller and cage-equipped bearing device that uses the cage.
  • Rolling bearings that use needle rollers as rolling elements are widely used in a variety of fields.
  • needle roller bearings are used in transportation equipment such as automobiles and motorcycles, and in industrial machinery in various fields.
  • Patent Document 1 shows a needle roller bearing used to support planetary gears in a planetary gear mechanism used in an automatic transmission for an automobile.
  • planetary gears have a complex structure in which they rotate on their own axis while revolving around the carrier, so lubricating oil tends not to reach each part sufficiently.
  • Patent Document 1 devisees a shape for the cage that holds the needle rollers in order to efficiently spread the lubricating oil.
  • the cage is configured to include a pair of annular portions and a number of column portions that connect the annular portions in the axial direction.
  • the space between adjacent column portions in the circumferential direction forms a pocket in which needle rollers are housed.
  • the column portions include end plate portions connected to the pair of annular portions, a central plate portion located in the axial middle and disposed radially inward from the end plate portions, and a slanted plate portion that connects the end plate portions and the central plate portion in a state of being inclined with respect to the axial direction.
  • a narrow portion that narrows in the circumferential direction is provided in the axial middle of the central plate portion.
  • the axial length of the pocket is L1
  • the axial length of the central plate portion is L2
  • the axial length of the narrow portion is L3
  • the circumferential width dimension of the central plate portion is L4
  • the circumferential width dimension of the narrow portion is L5, where L1>L2>L3 and L4>L5.
  • a gap that serves as a flow path for lubricating oil is formed between the cage and the needle rollers through the narrow section in the middle of the central plate. This is said to enable efficient retention of lubricating oil on the rolling surfaces with a limited amount of lubricating oil.
  • the narrow section reduces the capacity in the middle of the column, so that even if centrifugal force is applied during rotation, deformation of the column due to its own weight is suppressed, and retention of the needle rollers is not impaired.
  • Patent Document 2 provides a through hole in the annular portion of the cage that connects the axial outside and axial inside, and further forms a recessed groove that leads to the inside of the pocket on the outer diameter surface of the annular portion.
  • this through hole and recessed groove ensures that the lubricating oil can flow out from the gap between the outer diameter side of the rolling bearing and the outer diameter side raceway surface due to the centrifugal force associated with the rotation and revolution of the rolling bearing.
  • the lubricating oil supplied from the oil hole provided in the shaft is more likely to flow through the bearing to the outer diameter side due to the increase in the centrifugal force of rotation, and as a result, there is a noticeable tendency for the amount of oil contributing to the lubrication of the shaft to decrease.
  • Patent Document 1 discloses a technology that efficiently flows a small amount of lubricating oil to the outer diameter side of the bearing, and retains the lubricating oil on the rolling surface.
  • Patent Document 1 discloses a technology that efficiently flows a small amount of lubricating oil to the outer diameter side of the bearing, and retains the lubricating oil on the rolling surface.
  • the objective of this invention is to create a lubrication structure that can handle lower viscosity lubricating oil and increased rotational centrifugal force.
  • the present invention employs a retainer for a needle roller bearing that includes multiple needle rollers arranged in a circumferential direction and a retainer that holds the needle rollers in a circumferential direction, the retainer being used on the outer periphery of an inner member with an oil supply hole opening on its circumferential surface, the needle rollers and the retainer are lubricated with lubricating oil supplied from the oil supply hole, the diameter of the needle rollers is ⁇ 1.5 to ⁇ 4, the retainer is a metal press-formed retainer that includes a pair of annular portions and a column portion that connects the pair of annular portions in the axial direction, and the gap between the needle rollers and the side of the column portion is 0.03 to 0.08 times the diameter of the needle rollers (Configuration 1).
  • the column portion includes a connection end portion that is a connection portion to the annular portion, a central portion that is located in the axial middle of the column portion and is located on the inner diameter side of the connection end portion, and an inclined portion that connects the connection end portion and the central portion, and a configuration can be adopted in which the axial length of the central portion is 40% or more of the axial width of the retainer (Configuration 4).
  • a configuration in which one or more configurations selected from configuration 3 and configuration 4 are added to the configuration 1 above, or the configuration 1 plus configuration 2 above, can be adopted.
  • a needle roller with cage can be adopted in which the needle roller is held between the column portions adjacent in the circumferential direction.
  • a bearing device can be used in which a needle roller bearing using a retainer of any of these embodiments is incorporated, and the kinetic viscosity of the lubricating oil that lubricates the needle rollers and the retainer is 25 mm 2 /s or less at 40°C and 5 mm 2 /s or less at 100°C.
  • a bearing device can be adopted in which a needle roller bearing using a retainer having any of these aspects is incorporated, an outer member is disposed on the outer periphery of the needle rollers and the retainer, and the outer member is a pinion gear used in a planetary gear mechanism.
  • This invention can realize a lubrication structure that can handle low viscosity lubricating oil and increased rotational centrifugal force.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. Front view of the cage Enlarged view of the main part of Figure 1 Schematic diagram showing the flow of lubricating oil
  • FIG. 13 is an enlarged perspective view of a main portion of the cage (comparative example);
  • Plan view of FIG. FIG. 1 is an enlarged perspective view of a main portion of a cage (embodiment);
  • Fig. 1 shows a longitudinal section of a needle roller bearing 10 according to one embodiment.
  • the needle roller bearing 10 (hereinafter simply referred to as bearing 10) comprises a retainer 20 and a number of needle rollers 13 (hereinafter simply referred to as rollers 13) held circumferentially by the retainer 20.
  • the retainer 20 and rollers 13 are disposed in the annular space between the inner member 1 and the outer member 2, and support the inner member 1 and the outer member 2 so that they can rotate freely about their axes.
  • the bearing 10 is assumed to be used in a planetary gear mechanism, with the inner member 1 being a shaft and the outer member 2 being a gear (planetary gear/pinion gear) having a large number of teeth 2a on its outer periphery.
  • the bearing 10 itself is provided as a needle roller with a cage without the inner member 1 or outer member 2. The needle roller with a cage as a bearing component is then assembled between the inner member 1 and the outer member 2, and the bearing 10 is formed by the needle roller with cage, the inner member 1, and the outer member 2.
  • the cage 20 holds multiple rollers 13 in the circumferential direction and allows the rollers 13 to roll freely.
  • the outer peripheral surface of the inner member 1 (hereinafter referred to as the shaft 1 in the embodiment) is a cylindrical inner raceway surface 11, and the inner peripheral surface of the outer member 2 (hereinafter referred to as the gear 2 in the embodiment) is a cylindrical outer raceway surface 12.
  • the rolling surfaces of the rollers 13 are in rolling contact with the inner raceway surface 11 and the outer raceway surface 12.
  • Floating washers 3, 3 are arranged between both axial end faces of the gear 2 and support members 4, 4 arranged on the outside thereof, respectively, to reduce the frictional force between the gear 2 and the support members 4.
  • the rollers 13 are cylindrical, and the cylindrical surface of the outer circumference is appropriately crowned to reduce stress concentration at both axial ends. Crowning is performed, for example, by hardening the material and then grinding the surface.
  • the cage 20 can be formed, for example, by punching and bending a metal plate-shaped member. As shown in Figures 2 to 4, the cage 20 is configured with a pair of annular portions 21, 21 and a number of pillar portions 22 that connect the annular portions 21, 21 in the axial direction. The spaces between the pillar portions 22, 22 that are adjacent in the circumferential direction form pockets in which the rollers 13 are housed.
  • the cage 20 serves as an outer diameter guide that brings the outer diameter surfaces of both axial ends into contact with the inner diameter surface of the gear 2.
  • the bearings 10 applied to the planetary gears are often sized with an inner diameter of, for example, about ⁇ 6 to ⁇ 30 mm.
  • the rollers 13 often have a diameter dimension of ⁇ 1.5 to ⁇ 4 mm.
  • the retainer 20 is often a metal (steel plate) retainer as described above, especially a press-formed retainer, but it may also be a resin retainer.
  • the column portion 22 has a connection end portion 25 which is a connection portion to the annular portion 21, a central portion 23 which is located in the axial middle of the column portion 22 and is located on the inner diameter side of the connection end portion 25, and an inclined portion 24 which connects the connection end portion 25 and the central portion 23.
  • the inclined portion 24 connects the connection end portion 25 and the central portion 23 in a direction inclined with respect to the axial direction.
  • the axial width of the retainer 20 (the distance between the outer end faces of the annular portions 21, 21) is B1 (hereinafter referred to as the first dimension B1), and the axial length of the central portion 23 is B2 (hereinafter referred to as the second dimension B2).
  • the shaft 1 is provided with an oil supply passage 30.
  • the oil supply passage 30 is connected to an oil supply source set outside the shaft 1, and lubricating oil is supplied from the oil supply source.
  • the oil supply passage 30 is provided along the axial direction, changes direction at the inner diameter side portion of the bearing 10, extends in the outer diameter direction, and opens on the outer surface of the shaft 1.
  • the oil supply passage 30 opening on the outer surface of the shaft 1 is called an oil supply hole 32.
  • the needle rollers 13 and the cage 20, as well as the inner raceway surface 11 on the shaft 1 side and the outer raceway surface 12 on the gear 2 side are lubricated by the lubricating oil supplied from the oil supply hole 32 (see arrows A, B, C, and D in FIG. 5). It is also possible to use lubricating oil with a kinetic viscosity of 25 mm 2 /s or less at 40° C. and 5 mm 2 /s or less at 100° C.
  • the diameter dw of needle roller 13 is set to ⁇ 1.5 to ⁇ 4 mm
  • the gap CLa between needle roller 13 and the side surface of column section 22 of cage 20 is set to 0.03 to 0.08 times the diameter dw of needle roller 13.
  • the clearance CLa The smaller the clearance CLa, the easier it is to retain the lubricating oil near the surface of the shaft 1. However, if the clearance CLa is less than 0.02 dw, the risk of a shortened bearing life increases. For this reason, the lower limit of the clearance CLa is set to 0.02 dw. If the clearance CLa is greater than 0.077 dw, the lubricating oil tends to escape to the outside instead of staying in the bearing portion (see Table 1 described later). Here, the upper limit of the clearance CLa is set to 0.08 dw, taking into consideration the dimensional variation during the manufacture of the cage 20.
  • Gap CLa Inner diameter of the outer raceway surface 12: D1 Diameter of roller 13: dw Number of rollers 13: z Width of the column portion 22 (center portion 23) of the retainer 20: a Roller PCD: D1-dw (See FIG. 4 and FIG. 6 ).
  • the center portion 23 of the column portion 22 has a constant width a from the outer diameter surface to the inner diameter surface, but this may be shaped to expand in diameter toward the outer diameter side, for example, to provide a function of preventing the rollers 13 from coming out.
  • Table 1 shows examples of the present invention and comparative examples.
  • the kinetic viscosity of the lubricating oil is set to 25 mm2 /s or less at 40°C and 5 mm2 /s or less at 100°C, as described above.
  • the clearance CLa is 0.077 dw or less, damage to the shaft 1 is improved (Examples A and B).
  • the clearance CLa is 0.02 dw or less, the bearing life may be reduced. In this way, it is preferable to regulate both the upper and lower limits of the clearance CLa, which serves as a flow path for the lubricating oil.
  • the axial length (second dimension B2) of the central portion 23 of the column portion 22 is 40% or more of the axial width (first dimension B1) of the cage 20. That is, it is more preferable that the following formula 4 is satisfied. 0.4B1 ⁇ B2 (Equation 4)
  • the second dimension B2 is not too small, because the lubricating oil is retained up to the ends of the rollers 13, thereby suppressing damage to the shaft 1 that is likely to occur near the axial ends of the rollers 13.
  • FIG. 8A and 8B show a comparative example (the numerical value corresponds to the comparative example C described above), and FIG. 9A and 9B show an embodiment (the numerical value corresponds to the embodiment A described above).
  • an oil groove 29 is provided in the column portion 22 of the retainer 20, and the clearance CLa value between the roller 13 and the center portion 23 is changed.
  • the oil groove 29 is not provided.
  • the width w2 of the center portion 23 when the oil groove 29 is not provided is set larger.
  • the reference numeral 27 denotes the side surface 27 of the column portion 22 (excluding the portion where the oil groove 29 is provided), and the reference numeral 26 denotes the side surface 26 of the connection end portion 25.
  • a recess 28 recessed in the width direction of the column portion 22 is provided at the base portion on the annular portion 21 side of the connection end portion 25.
  • the width of the connection end 25 is slightly narrower where the recess 28 is provided.
  • Figures 10A and 10B are based on Comparative Example C in Figures 8A and 8B, and Example A in Figures 9A and 9B, and examine the bearing life and shaft wear when an oil-passing recess 29 is provided in the column portion 22 of the retainer 20 and the value of the clearance CLa is changed.
  • the configuration of this invention has been described using as an example a bearing device incorporating the needle roller bearing 10 of this invention, with the inner member 1 as a shaft and the outer member 2 as a gear (planetary gear/pinion gear).
  • the needle roller bearing 10 of this invention and a bearing device using this needle roller bearing 10 can be applied to the support parts of the rotating shafts of various types of transportation equipment, industrial machinery, etc.
  • the inner member 1 is a shaft and the outer member 2 is a gear, but the outer member 2 may be a housing, etc.
  • the bearing 10 is provided without the inner member 1 or outer member 2, that is, as a needle roller and cage consisting of the cage 20 and needle rollers 13 shown by solid lines in FIG. 11.
  • the bearing 10 may be provided with the needle roller and cage provided on either the inner member 1 or the outer member 2, or may be provided with the needle roller and cage disposed between the inner member 1 and the outer member 2.
  • the inner member 1 is an annular member having a hole through which the shaft can be inserted.

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Abstract

針状ころ軸受（１０）に用いられ、給油穴（３２）がその周面に開口する内方部材（１）の外周に配置される保持器（２０）であって、針状ころ（１３）及び保持器（２０）は、給油穴（３２）から供給される潤滑油によって潤滑され、針状ころ（１３）の直径ｄｗをφ１．５～φ４とし、保持器（２０）は一対の円環部（２１，２１）と、一対の円環部（２１，２１）間を軸方向に結ぶ柱部（２２）とを備え、針状ころ（１３）と柱部（２２）の側面と間の隙間ＣＬａを針状ころ１３の直径ｄｗの０．０２～０．０８倍の保持器（２０）とした。

Description

保持器、その保持器を用いた保持器付き針状ころ及び軸受装置
　この発明は、転動体として針状ころを用いた転がり軸受に用いられる保持器、その保持器を用いた保持器付き針状ころ及び軸受装置に関する。
　転動体として針状ころ（ニードル）を用いた転がり軸受が、種々の分野で広く用いられている。例えば、自動車や自動二輪車等の輸送用機器、あるいは、各種分野の産業用機械において、針状ころ軸受が用いられている。
　例えば、特許文献１は、自動車用の自動変速機に用いられる遊星歯車機構において、遊星歯車の支持に用いられる針状ころ軸受を示している。一般に、遊星ギヤは自転しながらキャリアを伴って公転する複雑な構造であるため、各部に潤滑油が充分にいきわたらない傾向がある。近年、自動車の燃費向上のため変速機の小型化が求められており、遊星ギヤの回転速度が高速になるなど、その使用条件が厳しくなってきている。このため、特許文献１では、潤滑油を効率的に行き渡らせるために、針状ころを保持する保持器の形状を工夫している。
　具体的には、保持器は、一対の円環部と、その円環部間を軸方向に結ぶ複数の柱部を備えた構成となっている。周方向に隣り合う柱部同士の間が、針状ころが収容されるポケットとなっている。柱部は、一対の円環部に接続された端板部と、軸方向中間に位置し端板部よりも径方向内方に配設される中央板部と、端板部と中央板部とを軸方向に対して傾斜した状態で連結する斜板部とを備えている。また、中央板部の軸方向中ほどには、周方向に向けて幅狭となる幅狭部が設けられている。そして、ポケットの軸方向長さをＬ１、中央板部の軸方向長さをＬ２、幅狭部の軸方向長さをＬ３とし、中央板部の周方向幅寸法をＬ４、幅狭部の周方向幅寸法をＬ５とするとき、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３、且つ、Ｌ４＞Ｌ５としている。
　このような構成としたことにより、中央板部の中ほどの幅狭部を通じて、保持器と針状ころとの間に潤滑油の流路となる隙間が形成される。これにより限られた潤滑油量で、転動面での潤滑油を効率的に保持できるとされている。また、幅狭部の設定により、柱部の中ほどにおいて容量が減少されることで、回転時に遠心力が負荷されたとしても、柱部は自重に伴う変形が抑制されて、針状ころに対する保持性を損なわないとされている。
　また、一般に、内径案内の保持器では高速条件で問題があり、外径案内の保持器では遠心力により保持器位置が外輪軌道面側に移動して隙間がなくなり、潤滑油の流路が塞がれて周辺部品への潤滑が不充分となる問題がある。そこで、特許文献２は、保持器を外径案内で規制する構造において、保持器の円環部に軸方向外側と軸方向内側を連通させる貫通孔を設け、さらに、円環部の外径面にポケットの内側へ通じる凹溝を形成している。この貫通孔や凹溝の介在により、転がり軸受の自転や公転に伴う遠心力によって、転がり軸受の外径側と外径側軌道面との隙間から流出する潤滑油を確保できるとされている。
特開２００９－１１５３００号公報 特開２００７－２１１９３４号公報
　近年、自動車用の変速機等に使用される転がり軸受は、燃費向上のため潤滑油の低粘度化や潤滑油供給量の減少に伴い、軌道面と転動面間に十分な油膜が形成されない過酷な状態で使用されるケースが増えている。例えば、ＡＴフルード（オートマチックトランスミッションフルード）、ＣＶＴフルード（連続可変トランスミッションフルード）等の動粘度の水準は、現在のところ、４０℃で４０ｍｍ２／ｓ以下、１００℃で１０ｍｍ２／ｓ以下であるが、今後は更に低下していくことが予想される。さらに、近年は、駆動源の電動化による回転速度の高速化傾向が顕著である。このため、潤滑油の低粘度化に加え、回転遠心力の増加により、シャフトに設けられた油孔から供給される潤滑油が、軸受を通過して外径側に流動しやすくなり、その結果、シャフトの潤滑に寄与する油量が減少する傾向が顕著となってきている。
　特許文献１では、少量の潤滑油を軸受外径側に効率的に流動させて、潤滑油を転動面に保持させる技術を開示しているが、前述の通り、更に厳しさを増す過酷な使用条件の下では、潤滑油のメンテナンス次第では、シャフト（軸受内径側）の転動面に傷や破損が生じる可能性が危惧される。このため、少量の潤滑油を、軸受内に適切に配分する流路設計において、更なる改善が必要となってきている。
　一方で、部品のコストに対する低減の要請も引き続き存在し、特許文献２で開示されているような、貫通孔や凹溝の追加加工による潤滑油流路設計ではコストアップが顕著であり、その採用が困難となる。
　そこで、この発明の課題は、潤滑油の低粘度化、回転遠心力の増加に対応できる潤滑構造とすることである。
　上記の課題を解決するために、この発明は、周方向に沿って配置される複数の針状ころと、前記針状ころを周方向に沿って保持する保持器とを備え、給油穴がその周面に開口する内方部材の外周に配置される針状ころ軸受に用いられる前記保持器であって、前記針状ころ及び前記保持器は、前記給油穴から供給される潤滑油によって潤滑され、前記針状ころの直径をφ１．５～φ４とし、前記保持器は一対の円環部と、一対の前記円環部間を軸方向に結ぶ柱部とを備えた金属製のプレス成形保持器であって、前記針状ころと前記柱部の側面と間の隙間を前記針状ころの直径の０．０３～０．０８倍としたことを特徴とする保持器を採用した（構成１）。
　さらに、前記隙間を前記針状ころの直径の０．０３～０．０５倍とした構成を採用できる（構成２）。
　ここで、前記一対の円環部及び前記柱部は金属製のプレス成形品である構成を採用できる（構成３）。
　また、前記柱部は、前記円環部への接続部である接続端部と、前記柱部の軸方向中ほどに位置して前記接続端部よりも内径側に位置する中央部と、前記接続端部と前記中央部とを接続する傾斜部とを備え、前記中央部の軸方向長さを、前記保持器の軸方向幅の４０％以上とした構成を採用できる（構成４）。
　上記構成１の態様、又は、上記構成１に上記構成２を加えた態様に対して、上記構成３及び上記構成４から選択される単一の又は複数の構成を付加した態様を採用できる。
　これらの各態様からなる前記保持器を用い、周方向に隣り合う前記柱部間に前記針状ころを保持した保持器付き針状ころを採用できる。
　また、これらの各態様からなる保持器を用いた針状ころ軸受が組み込まれ、前記針状ころ及び前記保持器を潤滑する前記潤滑油の動粘度が、４０℃で２５ｍｍ２／ｓ以下、１００℃で５ｍｍ２／ｓ以下である軸受装置を採用できる。
　さらに、これらの各態様からなる保持器を用いた針状ころ軸受が組み込まれ、前記針状ころ及び前記保持器の外周に外方部材が配置され、前記外方部材を遊星歯車機構に用いられるピニオンギヤとした軸受装置を採用できる。
　この発明は、潤滑油の低粘度化、回転遠心力の増加に対応できる潤滑構造を実現できる。
この発明の一実施形態を示す縦断面図 同実施形態の保持器の斜視図 保持器の正面図 図１の要部拡大図 潤滑油の流れを示す模式図 保持器を配置した針状ころ軸受の要部拡大図 潤滑油の流れを示す模式図 保持器の要部拡大斜視図（比較例） 図８Ａの平面図 保持器の要部拡大斜視図（実施例） 図９Ａの平面図 軸受寿命を示すグラフ図 シャフト摩耗を示すグラフ図 保持器付き針状ころの断面図
　以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、一実施形態に係る針状ころ軸受１０の縦断面を示している。針状ころ軸受１０（以下、単に軸受１０と称する）は、保持器２０と、その保持器２０によって周方向に沿って保持される複数の針状ころ１３（以下、単にころ１３と称する）とを備えている。保持器２０ところ１３は、内方部材１と外方部材２の間の環状空間に配置され、その内方部材１と外方部材２とを軸心周りに回転自在に支持している。
　なお、この実施形態では、遊星歯車機構に使用される軸受１０を想定し、内方部材１をシャフトとし、外方部材２は、その外周に多数の歯２ａを有するギヤ（遊星ギヤ／ピニオンギヤ）としている。この実施形態では、軸受１０自体は、内方部材１や外方部材２を備えない状態で保持器付き針状ころとして提供される。その後、軸受部品としての保持器付き針状ころが内方部材１と外方部材２との間に組み込まれて、保持器付き針状ころ、内方部材１及び外方部材２によって軸受１０を構成する。
　図１に示すように、保持器２０は、複数のころ１３を周方向へ保持するとともに、そのころ１３を転動自在としている。内方部材１（以下、実施形態ではシャフト１と称する）の外周面を円筒面状の内側軌道面１１とし、外方部材２（以下、実施形態ではギヤ２と称する）の内周面を円筒面状の外側軌道面１２とする。ころ１３の転動面は、これら内側軌道面１１及び外側軌道面１２に転がり接触する。ギヤ２の軸方向両端面とその外側にそれぞれ配置される支持部材４，４との間には、フローティングワッシャ３，３が配置され、ギヤ２と支持部材４との間の摩擦力を低減している。
　ころ１３は円筒形状を成し、その外周の円筒面には適宜のクラウニング処理が施されて、軸方向両端部での応力集中が緩和されている。クラウニング処理は、例えば、素材の焼入れ後にその表面を研削仕上げすることによって行われる。
　保持器２０は、例えば、金属製の板状部材に対して、打ち抜き加工と曲げ加工を行うことで成形できる。保持器２０の構成は、図２～図４に示すように、一対の円環部２１，２１と、その円環部２１，２１間を軸方向に結ぶ複数の柱部２２を備えた構成となっている。周方向に隣り合う柱部２２，２２同士の間が、ころ１３が収容されるポケットとなっている。保持器２０は、その軸方向両端部の外径面をギヤ２の内径面に接触させる外径案内となっている。
　通常、自動車の変速機、減速機等に用いられる遊星歯車機構では、遊星ギヤに適用される軸受１０として、例えば、内径φ６～φ３０ｍｍ程度のサイズが多用されている。この場合、ころ１３は、直径寸法φ１．５～φ４ｍｍが多く使用されている。また、近年は、軸受１０の高負荷容量化が進んでおり、軸受１０の軸方向幅が、その内径寸法より大きい幅広軸受が多くなってきている。このような幅広軸受では、保持器２０は、上記のような金属製（鋼板製）の保持器、特に、プレス成形保持器が使用される場合が多いが、これを樹脂製の保持器としてもよい。
　柱部２２は、円環部２１への接続部である接続端部２５と、柱部２２の軸方向中ほどに位置して接続端部２５よりも内径側に位置する中央部２３と、接続端部２５と中央部２３とを接続する傾斜部２４とを備えている。傾斜部２４は、軸方向に対して傾斜する方向に接続端部２５と中央部２３とを結んでいる。
　図４に示すように、保持器２０の軸方向幅（円環部２１，２１の外端面間距離）をＢ１（以下、第一寸法Ｂ１と称する）とし、中央部２３の軸方向長さをＢ２（以下、第二寸法Ｂ２と称する）とする。
　図５に示すように、シャフト１には、給油通路３０が設けられている。給油通路３０は、シャフト１の外部に設定されたオイル供給源に通じており、そのオイル供給源から潤滑油が供給されるようになっている。給油通路３０は軸方向に沿って設けられ、軸受１０の内径側部分でその向きを変え、外径方向へ伸びてシャフト１の外面に開口している。シャフト１の外面に開口する給油通路３０を給油穴３２と称する。針状ころ１３及び保持器２０、さらには、シャフト１側の内側軌道面１１、ギヤ２側の外側軌道面１２は、給油穴３２から供給される潤滑油によって潤滑される（図５中の矢印Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄ参照）。なお、潤滑油は、動粘度が４０℃で２５ｍｍ２／ｓ以下、１００℃で５ｍｍ２／ｓ以下のものを採用することも可能である。
　この実施形態では図６に示すように、針状ころ１３の直径ｄｗをφ１．５～φ４ｍｍとし、針状ころ１３と保持器２０の柱部２２の側面と間の隙間ＣＬａを、針状ころ１３の直径ｄｗの０．０３～０．０８倍としている。柱部２２の中央部２３におけるころ１３との隙間ＣＬａを、従来よりも小さくすることで、軸受１０の外径側に流出する潤滑油の量（図７の矢印Ｂ参照）を制御し、シャフト１の表面の潤滑に寄与する油量を確保することができる。これにより、シャフト１の表面損傷を抑制することができる。すなわち、以下の式１を満たすことが好ましい。
０．０２ｄｗ　≦　ＣＬａ　≦　０．０８ｄｗ・・・（式１）
　隙間ＣＬａは、より小さい方が潤滑油をシャフト１の表面付近に保持しやすい。しかし、隙間ＣＬａが０．０２ｄｗ未満では軸受寿命低下のリスクが高まる。このため、隙間ＣＬａは、０．０２ｄｗを下限値とした。また、隙間ＣＬａが０．０７７ｄｗより大きくなると、潤滑油が軸受部に滞留せずに外部に抜けてしまう傾向が強くなる（後述の表１参照）が、ここで、保持器２０の製造時における寸法のばらつきを考慮し、隙間ＣＬａの上限値を０．０８ｄｗとした。なお、今後もさらに進むと予想される軸受１０の高速化を考慮すれば、隙間ＣＬａを、ころ１３の直径ｄｗの０．０３～０．０５倍とすることが好ましい。すなわち、以下の式２とすることが好ましい。
０．０３ｄｗ　≦　ＣＬａ　≦　０．０５ｄｗ・・・（式２）
　なお、針状ころ１３と柱部２２の側面と隙間ＣＬａは、以下の式３で定義される。
ＣＬａ＝０．５［（Ｄ１－ｄｗ）×ｓｉｎ（３６０／２ｚ）－ｄｗ－ａ］・・・（式３）
　ここで、
　隙間：ＣＬａ
　外側軌道面１２の内径：Ｄ１
　ころ１３の直径：ｄｗ
　ころ１３の数：ｚ
　保持器２０の柱部２２（中央部２３）の幅：ａ
　ころＰＣＤ：Ｄ１―ｄｗ
である（図４及び図６参照）。
　なお、この実施形態では、柱部２２の中央部２３が、外径面から内径面まで幅ａが一定となっているが、これを、例えば、外径側に向かうにつれて拡径する形状として、ころ１３の抜け止め機能を発揮させてもよい。
　表1に、この発明の実施例と比較例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例及び比較例では、潤滑油の動粘度を、前述のように、４０℃で２５ｍｍ２／ｓ以下、１００℃で５ｍｍ２／ｓ以下としている。隙間ＣＬａが０．０７７ｄｗ以下で、シャフト１の損傷が改善されている（実施例Ａ及び実施例Ｂ）。ただし、隙間ＣＬａが０．０２ｄｗ以下では、軸受寿命が低下する場合がある。このように、潤滑油の流路となる隙間ＣＬａは、その上限値、下限値の両方を規制するのが好ましい。
　また、柱部２２における中央部２３の軸方向長さ（第二寸法Ｂ２）を、保持器２０の軸方向幅（第一寸法Ｂ１）の４０％以上とすることが、さらに好ましい。すなわち、以下の式４とすることが、さらに好ましい。
０．４Ｂ１　≦　Ｂ２・・・（式４）
　ここで、第二寸法Ｂ２は、小さすぎないほうがよい。潤滑油をころ１３の端部まで保持することで、ころ１３の軸方向端部付近に発生しやすいシャフト１の損傷を抑制するためである。
　図８Ａ及び図８Ｂに一つの比較例（数値は、上記比較例Ｃに相当）を、図９Ａ及び図９Ｂに一つの実施例（数値は、上記実施例Ａに相当）を示す。図８Ａ及び図８Ｂの比較例は、保持器２０の柱部２２に通油ヌスミ２９を設けて、中央部２３におけるころ１３との隙間すきまＣＬａ値を変更したものである。図９Ａ及び図９Ｂの実施例は、通油ヌスミ２９を設けていない。通油ヌスミ２９を設けた場合の中央部２３の幅ｗ１に対して、通油ヌスミ２９を設けない場合の中央部２３の幅ｗ２は大きく設定されている。図中の符号２７は、柱部２２の側面２７（ただし、通油ヌスミ２９を設けた部分を除く）であり、符号２６は、接続端部２５の側面２６である。なお、接続端部２５の円環部２１側の根元部には、柱部２２の幅方向に凹む凹部２８が設けられている。凹部２８が設けられている部分は、接続端部２５の幅がやや狭くなっている。
　図１０Ａ及び図１０Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂの比較例Ｃ、及び、図９Ａ及び図９Ｂの実施例Ａをもとに、保持器２０の柱部２２に通油ヌスミ２９を設けて隙間ＣＬａの値を変えた場合の、軸受寿命とシャフトの摩耗について検証したものである。
　図８Ａ及び図８Ｂに示す比較例Ｃでは、
ＣＬａ＝０．１３６ｄｗ
Ｂ２＝０．５Ｂ１
に設定されている。
　図９Ａ及び図９Ｂに示す実施例Ａでは、
ＣＬａ＝０．０３０ｄｗ
Ｂ２＝０．５Ｂ１
に設定されている。
　図１０Ａ及び図１０Ｂの上段に示すように、隙間ＣＬａが大きい（ＣＬａ＝α１＝０．１３６ｄｗ）の比較例Ｃでは、保持器２０の柱部２２に設けた通油ヌスミ２９を油路として、潤滑油が外径側に多量に流れたため、シャフト１の外径部で潤滑油量不足が生じたと推測される。このため、シャフト１に異常摩耗が生じるとともに、発生した摩耗粉の影響で外方部材２にフレーキングが発生した。図１０Ａ及び図１０Ｂの下段に示すように、隙間ＣＬａが小さい（ＣＬａ＝α２＝０．０３０ｄｗ）の実施例Ａでは、軸受寿命が向上するとともに、シャフト１の摩耗量は減少している。すなわち、軸受寿命に関しては、実施例Ａ（ＣＬａ＝α２＝０．０３０ｄｗ）は、比較例Ｃ（ＣＬａ＝α１＝０．１３６ｄｗ）の４．７倍であり、シャフト１の摩耗に関しては、実施例Ａ（ＣＬａ＝α２＝０．０３０ｄｗ）は、比較例Ｃ（ＣＬａ＝α１＝０．１３６ｄｗ）の０．４倍となっており、この発明の効果が確認できる。
　上記の実施形態では、この発明の針状ころ軸受１０が組み込まれ、内方部材１をシャフト、外方部材２をギヤ（遊星ギヤ／ピニオンギヤ）とした軸受装置を例に、この発明の構成を説明したが、遊星歯車機構の遊星ギヤ以外にも、各種の輸送用機器、産業用機械等の回転軸の支持部に、この発明の針状ころ軸受１０及び、その針状ころ軸受１０を用いた軸受装置を適用できる。また、上記の実施形態では、内方部材１をシャフトとし、外方部材２をギヤとしていたが、外方部材２はハウジング等であってもよい。
　上記の実施形態では、軸受１０は、内方部材１や外方部材２を備えない状態、すなわち、図１１に実線で示す保持器２０と針状ころ１３とからなる保持器付き針状ころとして提供される形態としていた。ただし、仕様によっては、保持器付き針状ころが内方部材１及び外方部材２のいずれか一方に備えられた状態で提供されたり、あるいは、保持器付き針状ころが内方部材１及び外方部材２の間に配置された状態で軸受１０として提供される場合もある。このとき、内方部材１はシャフトが挿通可能な孔を有する環状部材で構成されるのがよい。
　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　内方部材
２　外方部材
１０　針状ころ軸受
１３　針状ころ
２０　保持器
２１　円環部
２２　柱部
２３　中央部
２４　傾斜部
２５　接続端部
３２　給油穴
ＣＬａ　隙間
ｄｗ　直径

Claims (7)

  1. 　周方向に沿って配置される複数の針状ころ（１３）及び前記針状ころ（１３）を周方向に沿って保持する保持器（２０）が、給油穴（３２）がその周面に開口する内方部材（１）の外周に配置される針状ころ軸受（１０）に用いられる前記保持器（２０）であって、
    　前記針状ころ（１３）及び前記保持器（２０）は、前記給油穴（３２）から供給される潤滑油によって潤滑され、前記針状ころ（１３）の直径（ｄｗ）をφ１．５～φ４とし、前記保持器（２０）は一対の円環部（２１，２１）と、一対の前記円環部（２１，２１）間を軸方向に結ぶ柱部（２２）とを備え、前記針状ころ（１３）と前記柱部（２２）の側面と間の隙間（ＣＬａ）を前記針状ころ（１３）の直径（ｄｗ）の０．０２～０．０８倍としたことを特徴とする保持器。
  2. 　前記隙間（ＣＬａ）を前記針状ころ（１３）の直径（ｄｗ）の０．０３～０．０５倍としたことを特徴とする請求項１に記載の保持器。
  3. 　前記一対の円環部（２１，２１）及び前記柱部（２２）は金属製のプレス成形品で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の保持器。
  4. 　前記柱部（２２）は、前記円環部（２１）への接続部である接続端部（２５）と、前記柱部（２２）の軸方向中ほどに位置して前記接続端部（２５）よりも内径側に位置する中央部（２３）と、前記接続端部（２５）と前記中央部（２３）とを接続する傾斜部（２４）とを備え、
    　前記中央部（２３）の軸方向長さ（Ｂ２）を、前記保持器（２０）の軸方向幅（Ｂ１）の４０％以上としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の保持器。
  5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の前記保持器（２０）を用い、周方向に隣り合う前記柱部（２２）間に前記針状ころ（１３）を保持した保持器付き針状ころ。
  6. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の保持器を用いた針状ころ軸受が組み込まれ、
    　前記針状ころ（１３）及び前記保持器（２０）を潤滑する前記潤滑油の動粘度が、４０℃で２５ｍｍ２／ｓ以下、１００℃で５ｍｍ２／ｓ以下である軸受装置。
  7. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の保持器を用いた針状ころ軸受が組み込まれ、前記針状ころ（１３）及び前記保持器（２０）の外周に外方部材（２）が配置され、前記外方部材（２）を遊星歯車機構に用いられるピニオンギヤとした軸受装置。
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