JP2009008139A - ラジアル針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂素材を用いながらも信頼性の高い針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】環状部５２ａの外周に溝５２ｄを設けると、溝５２ｄに潤滑油が溜まりやすくなり，かかる潤滑油によって案内面での油膜形成が促進され、また発熱部の冷却効果を得られる。また，溝５２ｄを設けることで、環状部５２ａと外気との接触面積が増えることになり、放熱効果も期待できる。本実施の形態においては、このような発熱に対する対策を採用することで，樹脂素材を用いて引きずりトルクを低減しながらも、高速回転に対応できるラジアル針状ころ軸受を提供できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば車両用自動変速機の遊星歯車機構に用いられるラジアル針状ころ軸受に関し、特にシングルピニオンプラネタリギヤ機構、ダブルピニオンプラネタリギヤ機構、ラビニヨウプラネタリギヤ機構のショートピニオン用に用いられると好適なラジアル針状ころ軸受に関する。

車両等に搭載されている自動変速機には、一般的にプラネタリギヤ機構が用いられており、ピニオンギヤとキャリアに固定するシャフトとプラネタリニードル軸受で構成されているプラネタリピニオンが、トルクを伝達し、シャフト周りを回転する自転運動と、キャリアと共にサンギヤ周りを回転する公転運動との複合運動をしている（特許文献１参照）。

プラネタリギヤには一般的に「はすば歯車」が使用され、接線力とともに、ラジアル荷重、アキシャル荷重が発生し、アキシャル荷重は軸受に対してモーメント荷重として作用する。

現在、４速が主流である自動変速機は、更に５速〜７速と多段化される傾向にあり、また高トルク化、コンパクト化の流れをうけ、軸受には省スペースで、高速回転、且つ大きなモーメント荷重を受け持つことが要求されているという実情がある。又、燃費向上の観点から、潤滑油の撹拌抵抗等をより低減させ引きずりトルクを抑えたいという要請もある。
特開２００６−１３２６１０公報

これに対し、樹脂製の保持器を用いることで引きずりトルクの抑制等を図ることができる。しかしながら、上述したように、遊星歯車機構で使用されるラジアル針状ころ軸受においては、保持器に高速回転に加え公転にかかる遠心力も作用するため，保持器と案内面の摩擦による発熱が過大となり，温度上昇による樹脂の劣化に起因した保持器の強度低下が生じ、場合によっては保持器の破損が発生する恐れがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂素材を用いながらも信頼性の高い針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明のラジアル針状ころ軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを有するラジアル針状ころ軸受において、
前記保持器は、樹脂素材から形成され、一対の環状部と、前記環状部を軸線方向に連結した複数の柱部とを有し、前記環状部の外周に、周方向に延在する溝を形成したことを特徴とする。

本発明のラジアル針状ころ軸受によれば、前記保持器が、樹脂素材から形成されているので軽量化を図ることができ、引きずりトルクを抑えることができる。又、前記環状部の外周に、周方向に延在する溝を形成したので、前記環状部の外周を案内面とする場合に、前記溝内に保持した潤滑油で案内面の摩擦を減少させ、発熱を抑えて前記保持器の樹脂の劣化を抑制できる。

前記ラジアル針状ころ軸受は、遊星歯車機構におけるピニオンシャフトとピニオンギヤとの間に配置されると好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一部を示す断面図である。

図１において、ケース１０内において、不図示のトルクコンバータのタービン出力回転をプラネタリギヤセット１２に伝達する入力部材を構成する入力軸１１は、プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３側に配置されている。また、カウンタドライブギヤ１４は、ケース１０の後壁を挟んでプラネタリギヤセット１２のリヤサンギヤ１５側に配置されている。そして、プラネタリギヤセット１２の内周側には、プラネタリギヤセット１２の支持軸を構成するサンギヤ軸２０が配置され、本形態において、この軸は、リヤサンギヤ１５と一体化され、プラネタリギヤセット１２とカウンタドライブギヤ１４とを貫通して延在している。

入力軸１１は、ケース１０に支持されて、トルクコンバータのタービンと、各クラッチ１６，１７，１８と、第１のワンウェイクラッチＯＣ１に連結されている。詳しくは、入力軸１１は、オイルポンプカバーで構成されるケース１０の前壁に固定した中空のステータシャフト１９に前端部付近をブッシュを介して、また後端部付近をニードルベアリングを介して支持され、前端をスプライン係合でタービンハブ（不図示）に連結され、後端を各クラッチ１８，１７，１６のドラム側の油圧サーボシリンダ内周側部材２１に第１ワンウェイクラッチＯＣ１のインナレースを経て連結されている。

サンギヤ軸２０は、一方側の端部をクラッチ１８及び第１ワンウェイクラッチＯＣ１を介して入力軸１１に連結され、他方側の端部をカウンタドライブギヤ１４を貫通した外側でブレーキ２２を介してケース１０に連結されている。詳しくは、サンギヤ軸２０は、前端を入力軸１１後端の凹部にブッシュを介して支持され、後端部付近をブッシュを介してリングギヤフランジ２３の軸部内周に支持され、その外周に嵌合するカウンタドライブギヤ１４のボス部及びローラベアリング経由で最終的にケース１０の後壁に支持されている。そして、サンギヤ軸２０の前端部側は、スプライン係合でクラッチ１８のハブ２４側に連結されている。また、サンギヤ軸２０の後端は、スプライン係合でブレーキ２２のハブ２５側に連結されている。

プラネタリギヤセット１２は、そのフロントサンギヤ１３とキャリヤＱがブッシュを介してそれぞれサンギヤ軸２０に支持され、リングギヤ２６がそれにスプライン係合で連結されたリングギヤフランジ２３経由で該部材にスプライン係合連結されたカウンタドライブギヤ１４に固定されることで、結果的にボールベアリング２７を介してケース１０の後壁に支持されている。プラネタリギヤセット１２のフロントサンギヤ１３は、クラッチ１７のハブ２８側に連結され、キャリヤＱは、クラッチ１６のハブ２９と、ブレーキ３０のハブ３１と、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースとに並列的に連結されている。

このギヤトレインにおいて、入力軸１１をそれぞれ、フロントサンギヤ１３に連結するクラッチ１７、リヤサンギヤ１５に連結するクラッチ１７及びキャリヤＱに連結するクラッチ１６は、それら各クラッチの油圧サーボと摩擦部材を纏めて入力軸１１とサンギヤ軸２０の連結部の外周に配置されている。まず、クラッチ１７は、ケース１０の前壁を構成するオイルポンプボディにボルト止め固定されたオイルポンプカバーから延びるボス部３２の外周に回転自在に嵌合させた内周側部材２１と、それに内周側を固定したドラム３３により囲われる内側に、クラッチ１７のドラムを兼ねるピストン３４を回止め嵌合させた油圧サーボと、ドラム３３の先端内周の内側とフロントサンギヤ１３に内周側を連結させて配置されたハブ２８の外周にそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材４０とで構成されている。

次に、クラッチ１８は、クラッチ１７のピストンを兼ねて内周側部材２１に摺動自在に嵌挿されたドラム３４と、内周側部材２１とドラム３４とで囲われるシリンダ内側に嵌挿されたピストン３５からなり、ピストン３５の背後に遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、ドラム３４の先端内周と、更にその内周に内周側を入力軸１１に連結させて配置されたハブ２４の外周とにそれぞれスプライン係合連結された摩擦部材３６とで構成されている。そして、このクラッチ１８のハブ２４には第１ワンウェイクラッチＯＣ１のアウタレースが固定されている。

クラッチ１６は、クラッチ１７のドラム３３をピストンとして、逆に該ピストンに被さるように嵌まるピストン３７がドラム３８に連結された構成とされ、遠心油圧のキャンセル室を備える油圧サーボと、プラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止めされた第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースに連結されたハブ２９の外周とドラム３８の内周にスプライン係合連結された摩擦部材３９とで構成されている。

このように纏めて配置された各クラッチの油圧サーボにおいて、各クラッチに共通の内周側部材２１とクラッチ１７のドラムとクラッチ１６のピストンを兼ねる部材３３が軸方向に不動の部材とされ、クラッチ１８は、ドラム３４とピストン３５共に軸方向可動部材とされている。したがって、ボス部３２の油路からのサーボ油圧の供給によりクラッチ１７は、自身のドラム３３とクラッチ１８のドラム３４との間で摩擦部材４０を挟持して係合させ、クラッチ１８は、クラッチ１７のドラム３３に反力を取り、自身のピストン３５を押し出すことでクラッチ１７のピストン３４を兼ねる自身のドラムとピストン３５の間で摩擦部材３６を挟持して係合させ、クラッチ１６は、自身のドラム３８をクラッチ１７のドラム３３に対して軸方向に前進させることでそれらの間で摩擦部材３９を挟持して係合させることになる。

次に、ブレーキ３０は、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボと、第２ワンウェイクラッチＯＣ２のインナレースから延びるハブ３１とケース１０の周壁にスプライン係合させた摩擦部材４２とで構成され、摩擦部材４２は、プラネタリギヤセット１２のリングギヤ２６の径方向外側に配置されている。そして、これと並列配置の第２ワンウェイクラッチＯＣ２は、前記のようにインナレースをプラネタリギヤセット１２のキャリヤＱにリベット止め連結され、アウタレースをケース１０の周壁にスプライン係合させてプラネタリギヤセット１２の径方向外側のほぼ軸方向中央部に配置されている。

ブレーキ２２は、ケース１０の後壁より外側に配置されており、そこに配置されたカウンタギヤ対を覆うカバー１０ａと、サンギヤ軸２０の最後部に固定されたハブ２５とにスプライン係合させてカウンタギヤ対より後方に配置された摩擦部材４３と、ケース１０の後壁に内蔵させた油圧サーボとで構成されている。

このギヤトレインにおいて第１速（１ｓｔ）を選択すると、入力軸１１からの回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、第２ワンウェイクラッチＯＣ２の係合により係止されたキャリヤＱに反力を取って、リングギヤ２６に出力される最大減速比の減速回転が、カウンタギヤ対を経て副変速部のリングギヤに伝達され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

次に、第２速（２ｎｄ）は、入力軸１１からも回転がクラッチ１７経由でフロントサンギヤ１３に入力され、ブレーキ２２の係合により係止されたリヤサンギヤ１５に反力を取って、リングギヤ２６に減速回転が出力される。この回転は、副変速部のリングギヤに入力され、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

また、第３速（３ｒｄ）は、主軸部側については第２速と同様とされ、副軸部側のクラッチを係合させることで達成される。この場合、主変速部からの回転がクラッチの係合による直結状態のプラネタリギヤを経て、不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

更に、第４速（４ｔｈ）は、主変速部側のプラネタリギヤセット１２、副変速部側のプラネタリギヤが共に直結状態となり、入力軸１１の入力回転が、カウンタギヤ対による減速がないものとして、そのまま不図示のディファレンシャル装置から車両の駆動輪に伝達される。

図２は、本実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を用いたプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。図３は、本実施の形態にかかる針状ころ軸受の保持器の斜視図である。図２に示すように、針状ころ軸受５０は、ころ５１と、ころ５１を保持する保持器５２とからなり、キャリヤＱに取り付けられたピニオンシャフトＣの周囲に配置されて、ピニオンＰ１を回転自在に支持している。ピニオンシャフトＣ内には、図２の右端面から軸線に沿って延在する袋孔Ｃａと、袋孔Ｃａの途中から半径方向に延在しピニオンシャフトＣの周面において、ころ５１の中央に対向するようにして開口する径孔Ｃｂとが形成されている。針状ころ軸受５０は、ピニオンシャフトＣの外部より袋孔Ｃａ及び径孔Ｃｂを介して供給される潤滑油により潤滑されるようになっている。尚、キャリヤＱとピニオンＰ１との間には、ワッシャＷＳが配置されている。

図３に示すように、保持器５２は、樹脂素材から一体的に形成されており、一対の環状部５２ａ、５２ａを複数の柱部５２ｂで連結した構成を有している。隣接する柱部５２ｂの間が、ころ５１を保持するポケット５２ｐとなっている。各環状部５２ａの外周には、周方向に延在する断面Ｕ字状（又はＶ字状）の２本の溝５２ｄ、５２ｄが形成されている。本実施の形態の保持器５２は、外輪案内（環状部５２ａ、５２ａがピニオンＰ１の内周に対して摺動しながら案内される）タイプである。環状部５２ａの外周を案内面とする。

図４は、本実施の形態の保持器の環状部周辺の断面図である。図５は、比較例にかかる保持器の環状部周辺の断面図である。比較例の保持器５２’は、環状部５２ａに溝を設けていない点を除き、保持器５２と共通の構成を有する。図５に示す比較例においては、図で上方に向かう遠心力により、ピニオンＰ１と保持器５２’の環状部５２ａとの間に摩擦が発生し，発熱が生じている。特に、高速回転時には、案内面の油膜形成不良やピニオンＰ１と保持器５２’のすべり速度の増大に起因して発熱量は大きくなり，更に本実施の形態のように遊星歯車機構に用いられた場合は、公転も加わるため強い遠心力が発生し面圧が上昇するので発熱はより顕著となる。従って、保持器５２’に合成樹脂を用いた場合には、この発熱により保持器５２’が過度に温度上昇することで樹脂の劣化を招き，強度低下や場合によっては保持器５２’の破損を引き起こしてしまう。

これに対し、図４に示すように、環状部５２ａの外周に溝５２ｄを設けると、溝５２ｄに潤滑油が溜まりやすくなり，かかる潤滑油によって案内面での油膜形成が促進され、また発熱部の冷却効果を得られる。また，溝５２ｄを設けることで、環状部５２ａと外気との接触面積が増えることになり、放熱効果も期待できる。本実施の形態においては、このような発熱に対する対策を採用することで，樹脂素材を用いて引きずりトルクを低減しながらも、高速回転に対応できるラジアル針状ころ軸受を提供できる。

尚，溝５２ｄを円周方向としたのは，回転方向に最も影響がない最良の形態であるからである。例えば環状部５２ａの外周に、軸線方向に延在する複数の溝を設けることもできるが、回転方向に対してギャップができてしまうためスムーズな回転の妨げとなり，また溝の凹凸部分に繰り返し応力が発生して強度低下を招きやすくなる。

本実施の形態にかかる保持器に使用する合成樹脂材としては、自己潤滑性の他，強度耐熱性などを考慮すると，ポリアミドやポリフェニレンサルファイドなどを用いることが好ましいがこの限りではない。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、ラビニョウ型遊星歯車機構に限らず、その他のタイプの遊星歯車機構に用いる針状ころ軸受やピニオンシャフトに適用できる。

第１の実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含む車両の自動変速機１の一部断面図である。 第１の実施の形態にかかるラジアル針状ころ軸受を含むプラネタリギヤセットのピニオンシャフト周辺を示す断面図である。 本実施の形態にかかる針状ころ軸受の保持器の斜視図である。 本実施の形態の保持器の環状部周辺の断面図である。 比較例にかかる保持器の環状部周辺の断面図である。

符号の説明

１０ ケース
１０ａ カバー
１１ 入力軸
１２ プラネタリギヤセット
１３ フロントサンギヤ
１４ カウンタドライブギヤ
１５ リヤサンギヤ
１６ クラッチ
１７ クラッチ
１８ クラッチ
１９ ステータシャフト
２０ サンギヤ軸
２１ 内周側部材
２２ ブレーキ
２３ リングギヤフランジ
２４ ハブ
２５ ハブ
２６ リングギヤ
２７ ボールベアリング
２８ ハブ
２９ ハブ
３０ ブレーキ
３１ ハブ
３２ ボス部
３３ ドラム
３３ 部材
３４ ドラム
３５ ピストン
３６ 摩擦部材
３７ ピストン
３８ ドラム
３９ 摩擦部材
４０ 摩擦部材
４２ 摩擦部材
４３ 摩擦部材
５０ 針状ころ軸受
５１ ころ
５２ 保持器
Ｃ ピニオンシャフト
ＯＣ１ ワンウェイクラッチ
ＯＣ２ ワンウェイクラッチ
Ｐ１ ピニオンギヤ
Ｑ キャリヤ

Claims (2)

1. ころと、前記ころを保持する保持器とを有するラジアル針状ころ軸受において、
   前記保持器は、樹脂素材から形成され、一対の環状部と、前記環状部を軸線方向に連結した複数の柱部とを有し、前記環状部の外周に、周方向に延在する溝を形成したことを特徴とするラジアル針状ころ軸受。
2. 前記ラジアル針状ころ軸受は、遊星歯車機構におけるピニオンシャフトとピニオンギヤとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のラジアル針状ころ軸受。

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