(57)【要約】【課題】高速高負荷環境においても摩耗が抑えられ、焼付きを起こすことなく滑らかに回転できる針状ころ軸受用保持器、並びに高速高負荷環境においても優れた耐久性を示す針状ころ軸受を提供する。【解決手段】遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受用保持器であって、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し、かつ、外輪案内で用いられろとともに、外周面に硫化鉄からなる潤滑層を有する針状ころ軸受用保持器、並びに前記保持器を備え、外輪案内型である針状ころ軸受。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受用保持器であって、
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し、かつ、外輪案内で用いられるとともに、外周面に硫化鉄からなる潤滑層を有することを特徴とする針状ころ軸受用保持器。
【請求項２】
前記潤滑層が電解処理により形成されていることを特徴とする請求項１記載の針状ころ軸受用保持器。
【請求項３】
遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受であって、
請求項１または２記載の保持器を備え、外輪案内型であることを特徴とする針状ころ軸受。
【請求項４】
油性剤を含有する潤滑油により潤滑されることを特徴とする請求項３記載の針状ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受、並びに前記針状ころ軸受に組み込まれる保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、焼付きなどを招く恐れがある。
【０００５】
そこで、特許文献１では、フッ素樹脂を分散させた無電解ニッケル被膜を保持器に形成することで、保持器の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。しかしながら、前記被膜はフッ素を含有しているため硬度が小さくなっており、また、フッ素樹脂は油をはじき易いため潤滑油の保持能力も高くない。そのため、更なる高速化が求められている現状では、摩滅してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、高速高負荷環境においても摩耗が抑えられ、焼付きを起こすことなく滑らかに回転できる針状ころ軸受用保持器を提供することを目的とする。また、本発明は、高速高負荷環境においても優れた耐久性を示す針状ころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、下記の針状ころ軸受用保持器及び針状ころ軸受を提供する。
（１）遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受用保持器であって、
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し、かつ、外輪案内で用いられるとともに、外周面に硫化鉄からなる潤滑層を有することを特徴とする針状ころ軸受用保持器。
（２）前記潤滑層が電解処理により形成されていることを特徴とする上記（１）記載の針状ころ軸受用保持器。
（３）遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持する針状ころ軸受であって、
上記（１）または（２）記載の保持器を備え、外輪案内型であることを特徴とする針状ころ軸受。
（４）油性剤を含有する潤滑油により潤滑されることを特徴とする上記（３）記載の針状ころ軸受。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の針状ころ軸受用保持器は、硫化鉄からなる潤滑層による優れた摩耗防止効果が得られ、高速高負荷環境で焼付きを起こし難くい。また、潤滑層は軟質であるため相手材（外輪軌道面）を損傷することがない。更には、潤滑層が摩耗しても、凹凸が残存して油溜りとして機能し、潤滑油の保持能力が高く、潤滑寿命が長くなる。そのため、本発明の針状ころ軸受もまた、高速高負荷環境においても優れた耐久性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一例を示す断面図である。
【図２】遊星歯車機構の分解図である。
【図３】遊星歯車機構の作動原理を示す図である。
【図４】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５】針状ころ軸受用保持器の一例を示す斜視図である。
【図６】キャリア公転試験機を示す模式図である。
【図７】摩耗試験後の比較例１の保持器外径面を、非接触型形状測定器で測定した図である。
【図８】摩耗試験後の比較例２の保持器外径面を、非接触型形状測定器で測定した図である。
【図９】摩耗試験後の実施例１の保持器外径面を、非接触型形状測定器で測定した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、針状ころ軸受を含む車両の自動変速機の一例を示す断面図である。図示される自動変速機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。
【００１３】
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、外歯を有する太陽ギヤ４ｂと、リングギヤ４ａ及び太陽ギヤ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。
【００１４】
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２（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。
【００１５】
図４は、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、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、それらを保持する針状ころ軸受用保持器（以下、単に「保持器」という）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が形成されており、潤滑油が供給される。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。
【００１６】
図５は、保持器１２の斜視図である。図に示すように、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周面（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、１枚の鋼板をパンチして柱部を形成し、その後丸めて両端を溶接することで、保持器１２を形成している。
【００１７】
本発明では、保持器１２に、硫化鉄からなる潤滑層を形成する。潤滑層を形成するには、例えば、１９０℃の溶融塩（ＮａＳＣＮ＋ＫＳＣＮ）浴中で保持器１２を陽極とし、浴槽を陰極として電解する。鉄源は、保持器１２を形成する鋼材から供給される。この電解処理により、保持器１２の表面に硫化鉄が拡散して層を形成する。硫化鉄は軟質であり、自身が摩耗して相手材を損傷することがない。また、保持器１２の表面は、電解処理の際に溶出して粗くなっており、潤滑層が摩耗した際に微細な凹凸が残留し、潤滑のための潤滑油の油溜りとして機能する。
【００１８】
尚、潤滑層を形成した後の保持器１２の表面粗さは、算出平均粗さＲａで０．５〜２．０μｍが好ましい。また、ビッカース硬さがＨｖ２００以下であることが好ましい。このような表面粗さやビッカース硬さとすることで、相手材を摩耗させることなく、油溜り効果のある凹部を形成することができる。算出平均粗さＲａが０．５未満では油溜り効果が十分に得られる凹部が形成されにくく、算出平均粗さＲａが２．０超またはビッカース硬さがＨｖ２００超であるとアブレッシブ摩耗が起こり、相手材を損傷しやすい。
【００１９】
また、潤滑層の厚さには制限はないが、１〜１０μｍが好ましい。このような表面粗さや硬さ、厚さは、電解処理条件により調整することができる。
【００２０】
潤滑油には制限はなく、各種のオートマチック・トランスミッション・オイル（ＡＴＦ）を用いることができるが、潤滑層への吸着性が高まり、摩耗防止効果が高まることから油性剤を含有することが好ましい。油性剤として、例えばオレイン酸やステアリン酸等の脂肪酸、オレイルアルコール等の脂肪酸アルコール、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルやポリグリセリルオレイン酸エステル等の脂肪酸エステル、リン酸、トリクレジルホスフェート、ラウリル酸エステルまたはポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸等のリン酸エステル等を使用することができる。
【００２１】
また、潤滑油には、必要に応じて酸化防止剤や摩耗防止剤等の他の添加剤を添加してもよい。
【実施例】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施例１）
鋼材を加工して、図５に示すような針状ころ軸受用保持器を作製した。そして、１９０℃の溶融塩（ＮａＳＣＮ＋ＫＳＣＮ）浴中で保持器を陽極とし、浴槽を陰極として電解して硫化鉄からなる潤滑層を形成して、試験保持器Ａとした。
【００２４】
（比較例１）
実施例１と同形の保持器を作製し、リン酸塩化成処理を行いリン酸マンガン被膜を形成して試験保持器Ｂとした。
【００２５】
（比較例２）
実施例１と同形の保持器を作製し、無電解めっきによりニッケル−リン被膜を形成して試験保持器Ｃとした。
【００２６】
（摩耗試験）
上記で作製した試験保持器Ａ〜Ｃを針状ころ軸受に組み込んで試験軸受とし、更に試験軸受を図６に示すキャリア公転試験機に装着して下記条件にて運転した。試験後に試験軸受、試験保持器の外径面並びに相手材である遊星歯車の内径面を観察した。結果を表１に示す。
・キャリア公転数：７６００ｍｉｎ−１
・ピニオン自転数：９３００ｍｉｎ−１
・潤滑油：ＡＴＦ
・潤滑油供給量：０．０３Ｌ／ｍｉｎ
・油温：１２０℃
・試験時間：２００時間
・試験軸受数：各６個
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、比較例１、２では試験軸受にカジリが見られ、更に比較例１ではギヤ内径面が大きく変形しており、比較例２では無電解ニッケル−リン被膜が大きく剥離していた。これに対し実施例１では、カジリもなく、ギヤ内径面を損傷することもない。
【００２９】
また、試験後の試験保持器の外径面を非接触型形状測定器で測定した。比較例１について図７に、比較例２について図８に、実施例１について図９に、それぞれの測定結果を示す。尚、各図において、上側の図は表面を示しており、下側の図は断面を示している。
【００３０】
図示されるように、比較例１、２の試験保持器の表面には被膜が残っておらず、表面粗さＲａが０．０１μｍ程度の平坦面であることから油溜り効果も得られていない。試験前の表面粗さは大きかったものの、相手材である遊星歯車との摺動により摩耗したものと考えられる。
【００３１】
これに対し実施例１の試験保持器の表面には深い凹部や高い凸部が多数残っており、油溜り効果により良好な評価結果が得られている。
【符号の説明】
【００３２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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