JP7043778B2 - 回転支持部 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば自動車などの各種車両用の変速機（手動変速機及び自動変速機）や、エアコンディショナ用のコンプレッサ等の補機、エアコンプレッサ等の各種一般産業機械装置を構成する、回転支持部に関する。

図４は、特開２００７－１６９６５号公報に記載された、自動車用変速機を構成する回転支持部の従来構造の１例を示している。自動車用変速機では、図示しないクランクシャフトに対し結合されたメインシャフト１の周囲に、環状のギヤ２を回転自在に支持している。

メインシャフト１は、段付き形状で、軸方向片側（図４の左側）に設けられた小径軸部３と、軸方向他側（図４の右側）に設けられた大径軸部４と、これら小径軸部３と大径軸部４とを連続する、軸方向片側を向いた段差面５とを有している。

ギヤ２は、小径軸部３の周囲に回転自在に支持されている。このために、ギヤ２の内周面と小径軸部３の外周面との間にラジアルニードル軸受６を配置するとともに、ギヤ２の軸方向他端面と段差面５との間にスラストニードル軸受７を配置している。

スラストニードル軸受７は、レース８と、複数本のニードル９とを備えている。このうちのレース８は、肌焼鋼などの硬質金属板製で、全体が円輪状に構成されており、軸方向片側面にスラスト軌道面１０が形成されている。このようなレース８は、軸方向他側面が、段差面５に対し支承（バックアップ）されている。また、レース８の内周縁部を、小径軸部３の外周面に対して当接又は近接させることで、レース８の径方向に関する位置決めを図っている。複数本のニードル９は、それぞれの中心軸の方向を、レース８の直径方向に一致させた状態で、スラスト軌道面１０に沿って放射状に配列されている。また、複数本のニードル９は、ギヤ２の軸方向他端面とスラスト軌道面１０との間に挟持されている。したがって、図示の例では、ギヤ２の軸方向他端面がスラスト軌道面として機能する。

特開２００７－１６９６５号公報

近年、自動車の低燃費化の要求に応えるべく、自動車の構成部品のさらなる小型化および軽量化が進められている。このような事情に鑑みて、自動車用変速機を構成するギヤの径方向寸法を小さくすることが考えられている。ただし、この場合、ギヤの軸方向端面の径方向幅寸法を十分に確保することが難しくなるため、ギヤの軸方向端面を、スラスト軌道面として直接利用することが難しくなる。

そこで、スラストニードル軸受を構成するレースを、ギヤの軸方向端面に対して添設することが考えられるが、ギヤの軸方向端面は通常、径方向全幅にわたり平坦面状に構成されているため、ギヤの軸方向端面を利用してレースの径方向に関する位置決めを図ることはできない。

また、ギヤの軸方向端面の硬度を十分に確保できない場合や、ギヤの軸方向端面の径方向幅寸法を十分に確保できない（ニードルの全長に比べて端面の径方向幅寸法が小さい）場合には、ギヤの軸方向端面に薄肉のレースを添設しただけでは、ギヤの軸方向端面がレースに作用するスラスト力を支承しきれずに変形し、図５に誇張して示すように、レースが波打つように弾性変形する可能性がある。そして、このようにレースに弾性変形が生じると、レースとギヤの軸方向端面との接触面積が小さくなり、レースにクリープが発生しやすくなる（ギヤに対して相対回転しやすくなる）。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ギヤなどの回転部材の軸方向端面に添設されるレースに関して、径方向に関する位置決めを図れるとともに、クリープの発生を抑制できる構造を実現することにある。

本発明の回転支持部は、軸と、回転部材と、スラストニードル軸受とを備える。
前記軸は、たとえば自動車用変速機を構成するメインシャフトであり、段付軸で、軸方向片側を向いた円輪状の段差面を有している。
前記回転部材は、たとえば周面に歯部を有するギヤで、全体が環状に構成されており、前記軸の周囲に前記軸に対する相対回転を可能に支持されている。
前記スラストニードル軸受は、互いに対向配置された前記段差面と前記回転部材の軸方向他端面との間に配置されている。

本発明の回転支持部にあっては、前記スラストニードル軸受は、全体が円輪状に構成され、軸方向他側面にスラスト軌道面が形成された平板状のレース本体と、前記レース本体と前記回転部材との間に設けられ、軸方向片側面が前記回転部材の軸方向他端面に支承されるとともに、径方向内端部又は径方向外端部に軸方向片側に向けて折れ曲がった係合筒部を有するレース支持部材と、前記スラスト軌道面に沿って放射状に配列された複数本のニードルとを有するものであり、前記係合筒部が、前記回転部材の軸方向他端部に嵌合（内嵌又は外嵌）している。
また、本発明の回転支持部にあっては、前記回転部材は、前記ニードルの全長よりも小さい径方向幅寸法を有している。
前記レース本体の軸方向片側面は、前記レース支持部材の軸方向他側面に当接しており、かつ、前記レース支持部材の軸方向片側面は、前記回転部材の軸方向他端面に当接している。
前記レース本体は、硬質金属板製で、前記レース支持部材よりも大きい厚さ寸法を有している。

本発明では、前記レース支持部材のうちで、径方向に関して前記係合筒部が設けられた端部とは反対側の端部に、軸方向他側に向けて折れ曲がった保持筒部を設け、この保持筒部を前記レース本体の周面に嵌合させることができる。

本発明では、前記スラストニードル軸受を、前記複数本のニードルを転動自在に支持するための保持器を備えたものとすることもできる。
本発明では、前記レース本体と前記レース支持部材とを、互いに相対変位不能に固定することができる。

上述の様に構成する本発明の回転支持部によれば、ギヤなどの回転部材の軸方向端面に添設されるレースに関して、径方向に関する位置決めを図れるとともに、クリープの発生を抑制できる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例にかかる回転支持部の断面図である。 図２は、本発明の実施の形態の第２例にかかる回転支持部の断面図である。 図３は、本発明の実施の形態の第３例にかかる回転支持部の断面図である。 図４は、従来構造の回転支持部の１例を示す断面図である。 図５は、従来構造の回転支持部に組み込まれるレースに関して、ニードルとの接触に基づく弾性変形状態を誇張して示す断面図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１を用いて説明する。
図１は、本例の回転支持部１１を示している。回転支持部１１は、自動車用無段変速機の遊星歯車機構を構成するもので、メインシャフト１ａと、ギヤ２ａと、ブッシュ１２と、スラストニードル軸受１３とを備えている。

メインシャフト１ａは、特許請求の範囲に記載した軸に相当し、図示しないエンジンのクランクシャフトに対しクラッチ機構を介して結合されるものであり、たとえば炭素鋼製で、段付軸状に構成されている。メインシャフト１ａは、軸方向片側（図１の左側）に設けられた小径軸部３ａと、軸方向他側（図１の右側）に設けられた大径軸部４ａと、これら小径軸部３ａと大径軸部４ａとを連続する、軸方向片側を向いた段差面５ａとを有している。段差面５ａは、メインシャフト１ａの中心軸に直交する仮想平面上に存在する平坦面であり、スラスト軌道面として機能する。

ギヤ２ａは、特許請求の範囲に記載した回転部材に相当し、メインシャフト１ａの周囲に、メインシャフト１ａに対する相対回転を自在に配置されたサンギヤである。ギヤ２ａは、たとえば炭素鋼製で、全体が円環状に構成されており、外周面には、円周方向に関する凹凸形状の歯部１４が設けられている。ギヤ２ａは、小径軸部３ａの周囲に回転自在に支持されている。このために、ギヤ２ａの内周面と小径軸部３ａの外周面との間に円環状のブッシュ（滑り軸受）１２を配置するとともに、互いに対向配置されたギヤ２ａの軸方向他端面と段差面５ａとの間にスラストニードル軸受１３を配置している。本例のギヤ２ａは、前記図４に示した従来構造のギヤ２に比べて、径方向幅寸法が小さく、後述するニードル１７の全長よりも径方向幅寸法が小さくなっている。このため、本例では、ギヤ２ａの軸方向他端面をスラスト軌道面として利用していない。また、ギヤ２ａの軸方向他端面と内周面との連続部（角部）には、部分円すい面状の面取り１５が形成されている。なお、ギヤ２ａの内周面と小径軸部３ａの外周面との間には、ブッシュ１２に代えて、ラジアルニードル軸受を配置することもできる。

スラストニードル軸受１３は、円輪状のレース１６と、複数本のニードル１７と、保持器２４とを備えている。このうちのレース１６は、レース本体１８と、レース支持部材１９とから構成されている。レース本体１８は、たとえば肌焼鋼や浸炭鋼、クロムモリブデン鋼などの硬質金属板製で、全体が円輪状に構成されている。また、レース本体１８は、断面矩形状で、平板状に構成されている。レース本体１８の厚さ寸法（板厚）は、ニードル１７から作用するスラスト力に起因して生じる弾性変形を十分に抑えられる程度に曲げ剛性を高めるべく、前記図４及び図５に示した従来構造のレース８の厚さ寸法よりも十分に大きくなっている。つまり、レース本体１８の厚さ寸法は、荷重の大きさなどの条件をもとに弾性変形を十分に抑えられるように適宜決定する。また、このようなレース本体１８の厚さ寸法は、レース本体１８の表面からニードル１７の直径の２％程度の深さ位置に相当する、最大せん断応力の発生位置（最大せん断深さ）を考慮して決定する。また、レース本体１８の軸方向他側面は、レース本体１８の中心軸に直交する仮想平面上に存在する平坦面であり、スラスト軌道面２０が形成されている。

レース支持部材１９は、たとえばステンレス鋼板などの金属板にプレス加工（曲げ加工）を施して造られており、断面クランク形で、全体が円環状に構成されている。レース支持部材１９を構成する金属板の厚さ寸法は、レース本体１８の厚さ寸法よりも小さい。レース支持部材１９は、円輪状の被挟持板部２１と、円筒状の係合筒部２２と、円筒状の保持筒部２３とを有している。

被挟持板部２１は、ギヤ２ａの軸方向他端面とレース本体１８との間に軸方向に挟持されている。これにより、被挟持板部２１の軸方向片側面は、ギヤ２ａの軸方向他端面に支承（バックアップ）されている。

係合筒部２２は、被挟持板部２１の径方向内端部から軸方向片側に向けて直角に折れ曲がるように設けられている。係合筒部２２の外径寸法は、ギヤ２ａの軸方向他端部の内径寸法よりもわずかに小さくなっており、係合筒部２２ａの内径寸法は、メインシャフト１ａの小径軸部３ａの外径寸法よりも大きくなっている。本例では、このような係合筒部２２を、ギヤ２ａの軸方向他端部に、隙間嵌めにより内嵌している。これにより、係合筒部２２を、ギヤ２ａの軸方向他端部の内周面に対し径方向に係合させて、ギヤ２ａに対するレース支持部材１９の径方向に関する位置決めを図っている。また、係合筒部２２の軸方向寸法は、被挟持板部２１の軸方向片側面をギヤ２ａの軸方向他端面に当接させた状態で、係合筒部２２の軸方向片端部（先端部）が、ブッシュ１２の軸方向他端部と干渉しない長さに規制されている。

保持筒部２３は、被挟持板部２１の径方向外端部から軸方向他側に向けて直角に折れ曲がるように設けられている。保持筒部２３の内径寸法は、レース本体１８の外径寸法よりもわずかに大きくなっている。本例では、このような保持筒部２３を、レース本体１８の外周面に、隙間嵌めにより外嵌している。これにより、保持筒部２３を、レース本体１８の外周面に対し径方向に係合させて、レース支持部材１９に対するレース本体１８の径方向に関する位置決めを図っている。

複数本のニードル１７は、それぞれの中心軸の方向を、レース１６の直径方向に一致させた状態で、スラスト軌道面２０に沿って放射状に配列されている。また、複数本のニードル１７は、円輪状の保持器２４により転動自在に保持された状態で、スラスト軌道面２０と段差面５ａとの間に挟持されている。

以上のような構成を有する本例の回転支持部１１によれば、ギヤ２ａの軸方向他端面に添設されるレース１６に関して、径方向に関する位置決めを図れるとともに、クリープの発生を抑制できる。
すなわち本例では、レース１６を、単一の部材から構成するのではなく、互いに別体のレース本体１８とレース支持部材１９とを組み合わせて構成している。
そして、このうちのレース支持部材１９に、径方向に関する位置決め機能を持たせるべく、径方向内端部に軸方向片側に向けて折れ曲がった係合筒部２２を設け、この係合筒部２２を、ギヤ２ａの軸方向他端部に内嵌している。このため、ギヤ２ａのように軸方向他端面が平坦面状に構成された部材に対しても、径方向に関する位置決めを図ることができる。
このように本例では、レース支持部材１９に、径方向に関する位置決め機能を持たせることができ、スラスト軌道面２０が形成されたレース本体１８には、位置決め機能を持たせる必要がないため、レース本体１８として、厚さ寸法が十分に大きく、曲げ剛性の高いものを使用可能になる。このため、ギヤ２ａのうち、歯部１４にのみ焼入れなどの硬化処理を施し、その他の部分には硬化処理を施していないなどの理由で、ギヤ２ａの軸方向他端面がバックアップ面としての十分な硬度を有しない場合や、スラストニードル軸受１３に作用するスラスト荷重が過大になるなどした場合にも、レース本体１８に生じる弾性変形量を小さく抑えることができる。これにより、レース本体１８に、前記図５に示したような、波打つような弾性変形が生じることを防止できる。したがって、レース本体１８（レース１６）にクリープが発生することを有効に防止できる。
以上のように本例では、ギヤ２ａの軸方向他端面に添設されるレース１６に関して、径方向に関する位置決めを図れるとともに、クリープの発生を抑制できる。

さらに、本例の構造は、ギヤ２ａの軸方向他端面の径方向幅寸法がニードル１７の全長に比べて小さくなっているため、ギヤ２ａの軸方向他端面に薄肉のレースを添設する構造を採用すると、当該レースの外径側部分（ギヤ２ａによりバックアップされていない部分）が軸方向に折れ曲がるように変形し、レースのスラスト軌道面とニードル１７の転動面との面圧が過大になり、これらスラスト軌道面や転動面にはく離に至る損傷を生じる可能性がある。これに対し、本例では、レース本体１８の厚さ寸法（曲げ剛性）を十分に確保しているため、レース本体１８に軸方向に折れ曲がるような変形が生じることを有効に防止できる。したがって、レース本体１８の軸方向他側面に形成したスラスト軌道面２０やニードル１７の転動面に、面圧が過大になることに起因した、はく離に至る損傷が生じることを防止できる。

また、本例のレース１６は、径方向に関する位置決め機能を発揮するレース支持部材１９と、クリープの発生を抑制する機能を発揮するレース本体１８とを、組み合わせて構成されている。このため、例えば、単一の部材で両機能を発揮させるべく、厚さ寸法が十分に大きいレースを用意し、このレースに対して切削加工を施してギヤとの係合部（嵌合部）を形成するような場合に比べて、本例の構造では、製造作業を容易化できるとともに、製造コストを抑えることができる。

さらに、レース支持部材１９をギヤ２ａに対して支持する作業以前に、レース支持部材１９に設けた保持筒部２３をレース本体１８に外嵌することで、これらレース本体１８とレース支持部材１９とを組み合わせておけば、ギヤ２ａに対して、レース支持部材１９とレース本体１８とを一体的に取り付けることができる。このため、組立作業の作業効率を向上することができる。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図２を用いて説明する。
図２は、本例の回転支持部１１ａを示している。本例では、メインシャフト１ａの周囲に回転自在に支持されるギヤ２ｂとして、前述した実施の形態の第１例のギヤ２ａに比べて内径寸法及び外径寸法が大きいものを用いている。このような構成を有するギヤ２ｂとしては、たとえば内周面に歯部１４ａを有する内歯車（リングギヤ）がある。

本例では、上述のようにギヤ２ｂの構造を変更することにともない、スラストニードル軸受１３ａの構造を変更している。すなわち、ギヤ２ｂに対するレース１６ａの径方向に関する位置決めを図るために、レース支持部材１９ａを構成する係合筒部２２ａを、被挟持板部２１ａの径方向外端部に設けている。そして、係合筒部２２ａを、ギヤ２ｂの軸方向他端部に、隙間嵌めにより外嵌している。

また、被挟持板部２１ａの径方向内端部から軸方向他側に向けて直角に折れ曲がるように、保持筒部２３ａを設けている。そして、保持筒部２３ａを、レース本体１８ａの内周面に、隙間嵌めにより内嵌している。これにより、保持筒部２３ａを、レース本体１８ａの内周面に対し径方向に係合させて、レース支持部材１９ａに対するレース本体１８ａの径方向に関する位置決めを図っている。

以上のような構成を有する本例の場合にも、ギヤ２ｂの軸方向他端面に添設されるレース１６ａに関して、径方向に関する位置決めを図れるとともに、クリープの発生を抑制できる。また、スラスト軌道面２０及びニードル１７の転動面に、はく離に至る損傷が生じることを防止できる。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

［実施の形態の第３例］
実施の形態の第３例について、図３を用いて説明する。
図３は、本例の回転支持部１１ｂを示している。本例では、レース支持部材１９ｂを構成する保持筒部２３ｂの軸方向長さを、前述した実施の形態の第１例の構造よりも延長し、保持筒部２３ｂの軸方向他端部を、レース本体１８の軸方向他側面よりも軸方向他側に突出させている。また、保持筒部２３ｂの軸方向他端部の円周方向複数個所（たとえば３個所または４個所）を径方向内方に曲げ形成して、当該部分に係止部２５を形成している。係止部２５の内接円の直径は、ニードル１７を転動自在に保持するための保持器２４の外径よりも少しだけ小さい。なお、係止部２５は、保持筒部２３ｂの軸方向他端部に全周にわたり連続するように形成することもできる。

本例では、保持筒部２３ｂの軸方向他端部に形成した係止部２５を、保持器２４の外周縁に係合させることにより、保持器２４及び保持器２４に保持された複数本のニードル１７が、レース本体１８から離れる方向（軸方向他側）に変位することを防止できる。このため、スラストニードル軸受１３ｂの構成要素である、レース支持部材１９ｂと、レース本体１８と、保持器２４と、複数本のニードル１７とを、一体的に取り扱うことができる。したがって、組立作業の作業効率のさらなる向上を図れる。
その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

本発明を実施する場合に、レースを構成するレース本体とレース支持部材とを、たとえば接着剤や溶着などの固定手段を用いて、互いに相対変位不能に予め固定することもできる。また、前述した実施の形態の各例では、回転部材としてギヤを用いた場合について説明したが、回転部材はギヤに限らず、たとえばローラなど、周面に歯部を有しないものを用いることもできる。さらに、前述した実施の形態の各例では、メインシャフトに設けた段差面をスラスト軌道面として利用する場合について説明したが、この段差面をスラスト軌道面として利用せずに、段差面にスラスト軌道面が形成されたレースを添設して使用することもできる。また、本発明を実施する場合に、レース支持部材の径方向端部に設ける係合筒部及び保持筒部は、全周にわたり連続した構造に限らず、円周方向１乃至複数個所に不連続部を有する構造を採用しても良い。また、係合筒部は、回転部材の軸方向他端部に対して、隙間嵌めにより嵌合する構造に限らず、締り嵌め（圧入）により嵌合しても良いし、保持筒部についても、レース本体に対して、隙間嵌めにより嵌合する構造に限らず、締り嵌め（圧入）により嵌合しても良い。また、周囲に回転部材が支持される軸は、自身が回転する回転軸であっても良いし、自身は回転しない静止軸であっても良い。

１、１ａ メインシャフト
２、２ａ、２ｂ ギヤ
３、３ａ 小径軸部
４、４ａ 大径軸部
５、５ａ 段差面
６ ラジアルニードル軸受
７ スラストニードル軸受
８ レース
９ ニードル
１０ スラスト軌道面
１１、１１ａ、１１ｂ 回転支持部
１２ ブッシュ
１３、１３ａ、１３ｂ スラストニードル軸受
１４、１４ａ 歯部
１５ 面取り
１６、１６ａ レース
１７ ニードル
１８、１８ａ レース本体
１９、１９ａ、１９ｂ レース支持部材
２０ スラスト軌道面
２１、２１ａ 被挟持板部
２２、２２ａ 係合筒部
２３、２３ａ、２３ｂ 保持筒部
２４ 保持器
２５ 係止部

Claims (2)

1. 軸方向片側を向いた円輪状の段差面を有する軸と、
   前記軸の周囲に前記軸に対する相対回転を可能に支持された環状の回転部材と、
   互いに対向配置された前記段差面と前記回転部材の軸方向他端面との間に配置されたスラストニードル軸受と、を備え、
   前記スラストニードル軸受は、全体が円輪状に構成され、軸方向他側面にスラスト軌道面が形成された平板状のレース本体と、前記レース本体と前記回転部材との間に設けられ、軸方向片側面が前記回転部材の軸方向他端面に支承されるとともに、径方向内端部または径方向外端部に軸方向片側に向けて折れ曲がった係合筒部を有するレース支持部材と、前記スラスト軌道面に沿って放射状に配列された複数本のニードルとを有するものであり、
   前記係合筒部が、前記回転部材の軸方向他端部に嵌合しており、
   前記回転部材は、前記ニードルの全長よりも小さい径方向幅寸法を有しており、
   前記レース本体の軸方向片側面は、前記レース支持部材の軸方向他側面に当接しており、かつ、前記レース支持部材の軸方向片側面は、前記回転部材の軸方向他端面に当接しており、
   前記レース本体は、硬質金属板製で、前記レース支持部材よりも大きい厚さ寸法を有している、
   回転支持部。
   
2. 前記レース支持部材のうちで、径方向に関して前記係合筒部が設けられた端部とは反対側の端部に、軸方向他側に向けて折れ曲がった保持筒部が設けられており、この保持筒部が前記レース本体の周面に嵌合している、請求項１に記載した回転支持部。

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