JP2009197821A - 遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】針状ころ軸受の負荷容量を確保しつつ、潤滑を改善することができる遊星歯車機構を提供する。
【解決手段】吐出孔４ｘの断面積が、吐出孔４ｙの断面積より大きくなっているので、ピニオンシャフト４ｅの右端から中央孔４ｆに潤滑油が供給されたとき、中央孔４ｆの給油口から距離が遠く潤滑油が到達しにくい吐出孔４ｘの径を大きくすることで、ころ１１ａ、１１ｂへの潤滑油量をバランス良く確保できるため、信頼性や強度を低下させることなく、全体として潤滑の偏りをなくし、針状ころ軸受１０の発熱を抑え高速化および長寿命化が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば車両用自動変速機などに用いられると好適な遊星歯車機構に関する。

車両用の自動変速機に使用される遊星歯車機構は、ピニオンギアが自転しながらキャリアによって公転する複雑な構造のため、例えばピニオンギアを支持する軸受の潤滑が不十分になりやすいという問題がある。さらに、近年は、自動車の低燃費化が進められており、例えば、小型化によりピニオンギアの回転速度が高速になるなど、遊星歯車機構の使用条件も非常に厳しくなってきている。

ところで、軸受の潤滑を改善するには、供給油量を増加させるか、ピニオンシャフトの油穴の数を増やすか、又は油穴の径を大きくすることなどが考えられる。しかし、単純に供給油量を増加しても、実際に軸受に到達する油量がそれに比例して増えるとは限らない。またピニオンシャフトの油穴の数を増やすと、ころの転動面に干渉する面積が大きくなり、耐久性に影響を与える恐れもある。更に、油穴径を単純に大きくしても、必要な位置の油穴からの潤滑油流量が増えるとは限らない。加えて、ピニオンシャフトの油穴の数を増やしたり、全ての油穴径を大きくしたりすると、ピニオンシャフトの強度が低下することに加え、加工コストの面でも不利になるため、油穴を極力小さくし、且つその数を少なくすることが望まれている。

従来、潤滑油量の増大を図った技術としては、特許文献１参照に示されているものがある。その構成は、複列総ころ軸受のスペーサを円筒状とし、複数の窓を形成することで、潤滑油量を増大させようとするものである。
特開２００２−８１５２８号公報

しかし、特許文献１の技術によれば、スペーサの加工コストが上がることに加え、スペーサの幅が制約されるため、ころ長さが減少して負荷容量が低下する恐れがある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、針状ころ軸受の負荷容量を確保しつつ、潤滑を改善することができる遊星歯車機構を提供するものである。

本発明の遊星歯車機構は、
回転するキャリヤと、
前記キャリヤに取り付けられたピニオンシャフトと、
前記ピニオンシャフトの周囲に配置されて回転する遊星歯車と、
前記ピニオンシャフトに対して前記遊星歯車を回転自在に支持するころを有する針状ころ軸受とからなり、
前記ピニオンシャフトには、前記針状ころ軸受に潤滑油を供給するために、前記ピニオンシャフトの端部から軸線方向に延在する中央孔と、前記中央孔から前記ピニオンシャフトの外周面に向かって延在する複数の吐出孔とが形成されており、
前記中央孔が開口した端部側の前記吐出孔の断面積は、それより奥側の前記吐出孔の断面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明の遊星歯車機構によれば、前記中央孔が開口した端部側の前記吐出孔の断面積は、それより奥側の前記吐出孔の断面積よりも小さいので、複数の前記吐出孔において、前記端部側から前記中央孔に潤滑油が供給されたとき、給油口から距離が遠く潤滑油が到達しにくい方の吐出孔の断面積を大きくすることで、潤滑油量をバランス良く確保できるため、信頼性や強度を低下させることなく、全体として潤滑の偏りをなくし、針状ころ軸受の発熱を抑え高速化および長寿命化が可能となる。

前記針状ころ軸受は２列以上のころを有し、前記吐出孔は各列のころに対応した位置にそれぞれ形成されていると好ましい。

前記吐出孔内の潤滑油の移動方向が、前記キャリヤの回転に応じて前記潤滑油に与えられる遠心力の方向と同じ成分を持つように、前記吐出孔が形成されていると好ましい。即ち、前記吐出孔の径方向の位相を、前記キャリアの公転による遠心力の方向と合わせることで、かかる遠心力を利用して、さらに潤滑油量を増加できる。

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遊星歯車機構を含む車両の自動変速機１の断面図である。図１において、エンジンのクランクシャフト２から出力されるトルクは、トルクコンバータ３を介して伝達され、更に複数列組み合わせれた遊星歯車機構４，５，６等を介して複数段に減速され、その後デファレンシャルギヤ７及びドライブシャフト８を介して、不図示の車輪に出力されるようになっている。

図２は、遊星歯車機構４（５，６も原則的に同じ）の分解図である。図２において、遊星歯車機構４は、内歯を有するリングギヤ４ａと、外歯を有するサンギヤ４ｂと、リングギヤ４ａ及びサンギヤ４ｂに噛合する３つのプラネタリギヤ４ｃと、３つのピニオンシャフト４ｅによりプラネタリギヤ４ｃを回転自在に支持すると共に、自らも回転可能なキャリヤ４ｄとを有する。

遊星歯車機構４の作動原理を図３に示す。まず、１速の場合、図３（ａ）に示すように、太陽歯車４ｂをドライブ側とし、プラネタリギヤ４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａを固定することで、大きな減速比が得られる。次に、２速の場合、図３（ｂ）に示すように、太陽歯車４ｂを固定し、プラネタリギヤ４ｃ（キャリヤ）をドリブン側とし、リングギヤ４ａをドライブ側とすることで、中程度の減速比が得られる。更に、３速の場合、図３（ｃ）に示すように、太陽歯車４ｂを固定し、プラネタリギヤ４ｃ（キャリヤ）をドライブ側とし、リングギヤ４ａをドリブン側とすることで、小さな減速比が得られる。尚、後退の場合、図３（ｄ）に示すように、太陽歯車４ｂをドリブン側とし、プラネタリギヤ４ｃ（キャリヤ）を固定し、リングギヤ４ａをドライブ側とすることで、入力に対して出力を逆転させることができる。なお、以上は遊星歯車機構４の動作の一例を示すものであり、必ずしもかかる動作に限られることはない。

図４は、本実施の形態にかかる、針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。図４に示すように、針状ころ軸受１０は、対向するキャリヤ４ｄに植設されたピニオンシャフト（内輪）４ｅとプラネタリギヤ（外輪）４ｃとの間に配置され、プラネタリギヤ４ｃを回転自在に支持している。針状ころ軸受１０は、複列のころ（左端列のころ１１ａ、右端列のころ１１ｂ）と、それらの間に配置された間座１２とからなっており、いわゆる保持器を有しない「総ころ軸受」と呼ばれるものである。これに限らず、保持器を備えた針状ころ軸受であっても良い。両側のキャリヤ４ｄと、それに挟持されるプラネタリギヤ４ｃとの間には、間座４ｇが配置されている。

ピニオンシャフト４ｅ内には、図４で右端面から軸線に沿って延在した袋孔状の中央孔４ｆと、中央孔４ｆからピニオンシャフト４ｅの外周面に向かって延在する２本の吐出孔４ｘ、４ｙとが形成されている。吐出孔４ｘは、ころ１１ａの中央に対向して開口しており、吐出孔４ｙは、ころ１１ｂの中央に対向して開口している。中央孔４ｆが開口したピニオンシャフト４ｅの右端面側の吐出孔４ｙの径φＹは、それより奥側の吐出孔４ｘの径φＸ（φＹ＜φＸ）よりも小さくなっている。即ち、それぞれ円筒状である吐出孔４ｘの断面積は、吐出孔４ｙの断面積より大きくなっている。又、吐出孔４ｘ、４ｙは、キャリヤ４ｄの軸線（図４において下方）に対し、径方向外方に向かって延在するように形成されている。

ここで、針状ころ軸受１０の潤滑性向上を図るべく、供給される潤滑油量増加のために油穴の数を増やす、もしくは全ての油穴径を大きくすることも考えられるが、ころ１１ａ、１１ｂの転動面に干渉する面積が大きくなり、耐久性に影響を与える恐れがある。さらに、ピニオンシャフト４ｅの強度が低下して不利になる。

これに対し、本実施の形態によれば、吐出孔４ｘの断面積が、吐出孔４ｙの断面積より大きくなっているので、ピニオンシャフト４ｅの右端から中央孔４ｆに潤滑油が供給されたとき、中央孔４ｆの給油口から距離が遠く潤滑油が到達しにくい吐出孔４ｘの径を大きくすることで、ころ１１ａ、１１ｂへの潤滑油量をバランス良く確保できるため、信頼性や強度を低下させることなく、全体として潤滑の偏りをなくし、針状ころ軸受１０の発熱を抑え高速化および長寿命化が可能となる。又、吐出孔４ｘ、４ｙの径方向の位相を、キャリア４ｄの公転による遠心力の方向と合わせる（言い換えると、吐出孔４ｘ、４ｙ内の潤滑油の移動方向が、公転により潤滑油に与えられる遠心力の方向と同じ成分を持つようにする）ことで、公転時の遠心力を利用して、潤滑油を径方向外方へと押し出し、さらに潤滑油量を増加できる。

（実施例）
次に、本発明者らが行った試験について説明する。図５は、かかる試験に用いた試験装置の断面図である。定盤Ｇ上に固定したベース１０１に、ハウジング１０２と支持部１０３が取り付けられている。ハウジング１０２の中央には、円筒状の空間が形成されており、その内部に円筒部材１０４が配置されている。

支持部１０３には、円筒状のホルダ１０６が嵌め込まれており、ホルダ１０６に対して、キャリヤ回転軸１０７が軸受１０５により回転自在に支持されている。キャリヤ回転軸１０７の左端には、キャリヤ１０８が取り付けられている。キャリヤ１０８に植設されたピニオンシャフトＰＳは、円筒部材１０４の周囲に配置され、不図示の駆動源に接続されたキャリヤ回転軸１０７が回転すると、円筒部材１０４の周囲を公転するようになっている。

ピニオンシャフトＰＳ内には、その右端から延在する中央孔ＰＳｆと、中央孔ＰＳｆからピニオンシャフトＰＳの外周面に向かって延在する３本の吐出孔ＰＳｘ、ＰＳｙ、ＰＳｚが、この順序で中央孔ＰＳｆの左側（給油口から遠い側）から形成されている。

キャリヤ回転軸１０７の右端には、潤滑剤吐出装置（不図示）が取り付けられており、ここからキャリヤ回転軸１０７の内部に設けられた通路１０７ａと、キャリヤ１０８の内部に形成された通路１０８ａと、ピニオンシャフトＰＳの中央孔ＰＳｆ及び吐出孔ＰＳｘ、ＰＳｙ、ＰＳｚを介して、所定量の潤滑油が吐出されるようになっている。

図６は、ピニオンシャフトＰＳの概略断面図であり、図７は、ピニオンシャフトＰＳの軸線方向の断面図であって、吐出孔の位相を示す図である。図７において、遠心力の向きを下方から上方とすると、（ａ）に示す状態を位相０とし、（ｂ）に示す状態を位相１とし、（ｃ）に示す状態を位相２とし、（ｄ）に示す状態を位相３とする。本発明者は、図５に示す試験装置において、吐出孔ＰＳｘ、ＰＳｙ、ＰＳｚの位相と、孔径とを変えて、比較例１〜３と実施例１〜４とを製作した。比較例１〜３と実施例１〜４の仕様を表１に示す。

更に、各比較例又は実施例をキャリヤ１０８に取り付けて、キャリア１０８を回転させた状態で、中央孔ＰＳｆの給油口から潤滑油を流入させ、吐出孔ＰＳｘ、ＰＳｙ、ＰＳｚから流出し始めた時の供給油量を測定した。試験条件は以下の通りである。
（試験条件）
潤滑油：ＡＴＦ
試験温度：常温（４０℃）
キャリア公転条件下で測定
公転半径：５２．２ｍｍ
公転数 ：２００ｍｉｎ^-1
ピニオン数：３ピニオン

試験結果を表２に示す。表２に示す数値は、吐出孔から潤滑油が流出する際の供給油量（比で表す）を測定したものであり、この数値が小さいほど潤滑油が流出しやすいことを意味する。比較例１〜３においては、吐出孔ＰＳｘから流出する際の供給油量が０．０６以上であるが、実施例１〜４では、０．０１以下である。その理由は、実施例１〜４では吐出孔ＰＳｚを通過する潤滑油量と、吐出孔ＰＳｘを通過する潤滑油量とがほぼ等しくなるからであり、それは吐出孔ＰＳｘの穴径（φ３ｍｍ）が、吐出孔ＰＳｚの穴径（φ２ｍｍ）より大きいからである。

更に、吐出孔ＰＳｘの位相がキャリア公転による遠心力の方向と同等であり、穴径が吐出孔ＰＳｙおよび吐出孔ＰＳｚよりも大きいか同等である実施例３、４において、最も多い量の潤滑油が吐出孔ＰＳｘから流出したことが確認された。また、実施例４では吐出孔ＰＳｘの流出油量が吐出孔ＰＳｚの流出油量と同等まで増加したことが確認された。一方、比較例４では、吐出孔ＰＳｘと吐出孔ＰＳｙの位相が同じであるため、自動変速機に実際に組み込まれたときには、ギアの噛合いによるモーメント荷重が負荷されて給油側と反給油側で負荷圏の位相が逆になった場合に、吐出孔ＰＳｘ又は吐出孔ＰＳｚが負荷圏の範囲内に位置することになり、はく離が発生するため耐久性の面で不利となる。

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、種々のタイプの遊星歯車機構に適用できる。

本実施の形態にかかる遊星歯車機構を含む車両の自動変速機１の断面図である。 遊星歯車機構４（５，６も原則的に同じ）の分解図である。 遊星歯車機構４の作動原理を示す図である。 本実施の形態にかかる、針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態で示す図である。 試験装置の断面図である。 ピニオンシャフトＰＳの概略断面図である。 ピニオンシャフトＰＳの軸線方向の断面図であって、吐出孔の位相を示す図である。

符号の説明

１ 自動変速機
２ クランクシャフト
３ トルクコンバータ
４，５，６ 遊星歯車機構
４ａ リングギヤ
４ｂ サンギヤ
４ｂ 太陽歯車
４ｃ プラネタリギヤ
４ｄ キャリヤ
４ｅ ピニオンシャフト
４ｆ 中央孔
４ｇ 間座
４ｘ 吐出孔
４ｙ 吐出孔
７ デファレンシャルギヤ
８ ドライブシャフト
１０ 軸受
１２ 間座
１０１ ベース
１０２ ハウジング
１０３ 支持部
１０４ 円筒部材
１０５ 軸受
１０６ ホルダ
１０７ キャリヤ回転軸
１０７ａ 通路
１０８ キャリヤ
１０８ａ 通路
１０９ 潤滑剤吐出装置
ＰＳ ピニオンシャフト
ＰＳｆ 中央孔
ＰＳｘ 吐出孔
ＰＳｙ 吐出孔
ＰＳｚ 吐出孔

Claims (3)

1. 回転するキャリヤと、
   前記キャリヤに取り付けられたピニオンシャフトと、
   前記ピニオンシャフトの周囲に配置されて回転する遊星歯車と、
   前記ピニオンシャフトに対して前記遊星歯車を回転自在に支持するころを有する針状ころ軸受とからなり、
   前記ピニオンシャフトには、前記針状ころ軸受に潤滑油を供給するために、前記ピニオンシャフトの端部から軸線方向に延在する中央孔と、前記中央孔から前記ピニオンシャフトの外周面に向かって延在する複数の吐出孔とが形成されており、
   前記中央孔が開口した端部側の前記吐出孔の断面積は、それより奥側の前記吐出孔の断面積よりも小さいことを特徴とする遊星歯車機構。
2. 前記針状ころ軸受は２列以上のころを有し、前記吐出孔は各列のころに対応した位置にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記吐出孔内の潤滑油の移動方向が、前記キャリヤの回転に応じて前記潤滑油に与えられる遠心力の方向と同じ成分を持つように、前記吐出孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遊星歯車機構。

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