JP2013151955A

JP2013151955A - ころ軸受用保持器及びころ軸受

Info

Publication number: JP2013151955A
Application number: JP2012012041A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sato; 努佐藤; Takeshi Saito; 剛齋藤; Takenobu Inaba; 武信稲葉
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-08-08

Abstract

【課題】ころ軸受用保持器の更なる強化を図り、高速高負荷環境においても耐久性に優れ、特に遊星歯車機構の遊星歯車用として適した針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】環状部と前記環状部から軸線方向に延在する複数の柱部とを有し、隣接する前記柱部間でころを保持するころ軸受用保持器であって、外径面に、ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜を形成したころ軸受用保持器、並びに前記ころ軸受用保持器を備えるころ軸受。
【選択図】図１

Description

本発明はころ軸受に関し、特に遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持するのに適した針状ころ軸受に関する。また、本発明は、このようなころ軸受に使用される保持器に関する。

車両等に搭載されている自動変速機において、一般的には遊星歯車機構が用いられている。ここで、針状ころ軸受は、細径のころを用いていることから、内輪外径と外輪内径との差が小さいスペースにも収めることができるので、遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持するために用いると、それを搭載した自動変速機のコンパクト化に寄与するので好ましいといえる。

ところで、近年は、燃費の向上などを目的として、自動変速機においても多段化される傾向がある。しかるに、現在は４速が主流である自動変速機を、例えば５速或いは６速に多段化しようとすると、動力を伝達する遊星歯車機構の遊星歯車の自転速度及び公転速度が増大するということがある。このような仕様の変化に伴い、保持器を用いないいわゆる総ころと呼ばれる従来の針状ころ軸受に対し、より低摩擦且つ潤滑性に優れた保持器付きの針状ころ軸受が開発されている。

ここで、遊星歯車機構において、遊星歯車は自転しながら太陽歯車の周囲を公転しているが、このとき遊星歯車を支持する針状ころ軸受も自転すると共に、太陽歯車の周囲を公転するので、特に公転による遠心力が針状ころ軸受に付与されることとなる。従って、針状ころ軸受を保持器付きのものとした場合、保持器は、公転に基づく遠心力により外輪（遊星歯車内周面）に対して押しつけられるため、外輪と保持器との間で摺動が生じることとなる。このような摺動は、針状ころ軸受の引きずり抵抗を増大させる他、早期摩耗や異常発熱、さらには保持器の変形などを招く恐れがある。

これに対し特許文献１では、保持器の外径面に、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケル被膜を形成することで、保持器ポケットの案内面ところとの接触による局部摩耗を抑制している。また、特許文献２のように、リン酸マンガン被膜等を形成して耐摩耗性を付与することも行われている。

特開２００４−３４０２７０号公報特開２００９−２１００８４号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載されている被膜は硬度が低く、更に特許文献１に記載の被膜では、フッ素樹脂が油を弾き易いため潤滑油の保持能力も十分とはいえず、高速回転に対応できないおそれがある。

そこで本発明は、ころ軸受用保持器の更なる強化を図り、高速高負荷環境においても耐久性に優れ、特に遊星歯車機構の遊星歯車用として適した針状ころ軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記に示すころ軸受用保持器及びころ軸受を提供する。
（１）環状部と前記環状部から軸線方向に延在する複数の柱部とを有し、隣接する前記柱部間でころを保持するころ軸受用保持器であって、外径面に、ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜を形成したことを特徴とするころ軸受用保持器。
（２）ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜を形成した面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であることを特徴とする上記（１）記載のころ軸受用保持器。
（３）上記（１）または（２）記載のころ軸受用保持器を備えることを特徴とするころ軸受。
（４）遊星歯車機構の遊星歯車支持用である針状ころ軸受であることを特徴とする上記（３）記載のころ軸受。

本発明のころ軸受用保持器では、外径面を被覆するホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜が油との親和性に優れるため、潤滑油が不足となる高速回転時でも潤滑不良による焼付きを防止する。また、ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜は、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケル被膜や、リン酸マンガン被膜と比べて硬度が高く、耐摩耗性にも優れる。

また、本発明のころ軸受は耐久性に優れ、高速回転にも十分対応可能であり、特に遊星歯車機構の遊星歯車支持用として好適である。

針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の断面図である。遊星歯車機構４の分解図である。遊星歯車機構の作動原理を示す図である。針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態を示す図である。針状ころ軸受における保持器の斜視図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１は、針状ころ軸受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、外歯を有する太陽歯車４ｂと、リングギヤ４ａ及び太陽歯車４ｂに噛合する３つの遊星歯車４ｃと、３つのピニオンシャフト４ｅにより遊星歯車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、遊星歯車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、遊星歯車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、遊星歯車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、遊星歯車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、針状ころ軸受を遊星歯車機構に組み込んだ状態を示す図である。図４に示すように、針状ころ軸受１０は、ピニオンシャフト（内輪）４ｅと遊星歯車（外輪）４ｃとの間に配置され、遊星歯車４ｃを回転自在に支持している。針状ころ軸受１０は、複数のころ１１と、それらを保持する保持器１２とからなっている。ピニオンシャフト４ｅ内には、図４で右方から軸線に沿って延在し、かつ中央で外周面に抜ける油路４ｆが形成されている。保持器１２は外輪案内で用いられる。尚、キャリヤ４ｄと遊星歯車４ｃとの間には、ワッシャ４ｇが配置されている。

図５は、針状ころ軸受の保持器の斜視図である。図５に示すように、保持器１２は、一対の環状部１２ａを複数の柱部１２ｂで連結した構成を有している。隣接する柱部１２ｂの間が、ころ１１を保持するポケットとなる。各柱部１２ｂは、軸線方向中央において縮径した（即ち保持器１２の軸線に近接した）縮径部１２ｃを有しており、縮径部１２ｃの軸線方向両側から環状部１２ａにかけて拡径している外径面（図においてダブルハッチングで示す）を、外径案内面（すなわち外輪と摺接する面）１２ｄとしている。このような形状を有する保持器１２をＭ型保持器と呼ぶ。また、保持器１２は、１枚の板材をパンチして柱部を形成し、その後丸めて両端を溶接して製造される。

本発明では、保持器１２の外径面１２ｄを、ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜で被覆する。被膜中のホウ素の含有量は１質量％以下が好ましい。ホウ素含有量が１質量％を超えると、靭性が低下し、被膜の割れ等が起こってしまう。

被膜の表面は、ころとの接触による破損を防止するために平坦であることが好ましく、具体的には算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であることが好ましく、０．１５μｍ以下であることがより好ましい。このような平坦性を実現するためには、被膜形成前の保持器１２の外径面１２ｄを平滑に仕上げたり、あるいは被膜形成後にダイヤモンド砥粒を含有するゴムからなる弾性体研磨粒子を吹き付ける等の処理を行えばよい。後者の処理によれば、表面粗さを小さくできることに加えて保持器１２と被膜との密着性も高まる。

また、被膜の厚さは２μｍ以上が好ましい。被膜の厚みが２μｍ未満では、被膜の耐久性が十分ではなくなる。被膜の厚さの上限は特に制約されないが、被膜処理のコスト、保持器ポケットの寸法精度等を考慮すると、３０μｍ以下が好ましい。

尚、無電解メッキ法は慣用の方法に従うことができる。例えば、ニッケル塩及びホウ素化合物からなる還元剤を含むメッキ液に、保持器１２を浸漬して表面に被膜を析出させることにより行うことができる。ニッケル塩としては、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル等が使用される。還元剤としては、ジメチルアミノホウ素、ジエチルアミノホウ素、水素化ホウ素ナトリウム等が使用される。更に、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸ニッケル等のリン化合物や、ヒドラジン、ホルムアルデヒド等の有機還元剤を併せて使用することもできる。特に、リン化合物を併用することは被膜を強固にすることができる。メッキ液の温度は３０〜１００℃、浸漬時間は３〜３００分間とすることができる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１〜６、比較例１〜４）
表１に示すように、無電解メッキ法により、各種被膜を形成した保持器を作製した。そして、作製した保持器について、公転試験機を用いて焼付きまでの時間を計測した。試験条件は下記に示すとおりである。結果を表１に併記するが、被膜を形成してない比較例１に対する相対値で示す。
・キャリア公転数：７５００ｍｉｎ^-1
・ピニオン自転数：１００００ｍｉｎ^-1
・キャリア公転半径：４０ｍｍ
・潤滑油：ＡＴＦ
・潤滑油供給量：０．０３Ｌ／ｍｉｎ

表１から、実施例のように本発明に従いホウ素含有ニッケルメッキ被膜を形成した保持器は、ホウ素を含有しない無電解ニッケルメッキ被膜（比較例２）や、リン酸マンガン被膜（比較例３）、フッ素樹脂含有無電解ニッケルメッキ被膜（比較例４）を形成した保持器に比べて焼付き寿命が大幅に延びている。特に、算術表面粗さが０．２μｍ以下である実施例１〜４では、比較例４のフッ素樹脂含有無電解ニッケルメッキ被膜を形成した場合に比べても３倍ほど寿命が延びている。

また、実施例１〜４と、実施例５〜６とを比較すると、算術表面粗さを０．２μｍ以下にすると焼付き寿命が倍以上延びており、被膜をより平坦にすることが好ましいことがわかる。

１自動変速機
４〜６遊星歯車機構
１０針状ころ軸受
１１ころ
１２保持器

Claims

環状部と前記環状部から軸線方向に延在する複数の柱部とを有し、隣接する前記柱部間でころを保持するころ軸受用保持器であって、
外径面に、ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜を形成したことを特徴とするころ軸受用保持器。
ホウ素を含有する無電解ニッケルメッキ被膜を形成した面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のころ軸受用保持器。
請求項１または２記載のころ軸受用保持器を備えることを特徴とするころ軸受。
遊星歯車機構の遊星歯車支持用である針状ころ軸受であることを特徴とする請求項３記載のころ軸受。