(57)【要約】【課題】保持器と軌道輪との間に必ず必要となる案内すきまを考慮し、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失を効果的に低減させる。【解決手段】相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪及び第２の軌道輪と、第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケットを有する環状の保持器と、保持器のポケット内に収容された円筒ころと、を備えたスラスト円筒ころ軸受であって、保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、保持器の回転中心が第１および第２軌道輪の回転中心に対し案内すきま分だけ変位したときの、軌道輪の回転中心を向くようにポケット内に収容されている円筒ころのうち最も傾いた円筒ころの外周面長手方向に沿って延びるように、保持器の径方向に対し傾いているスラスト円筒ころ軸受。【選択図】図２
2018179009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪及び第２の軌道輪と、
前記第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケットを有する環状の保持器と、
前記保持器のポケット内に収容された円筒ころと、
を備えたスラスト円筒ころ軸受であって、
前記保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、前記保持器の回転中心が前記第１および第２軌道輪の回転中心に対し案内すきま分だけ離れて位置したときの、前記軌道輪の回転中心を向くように前記ポケット内に収容されている前記円筒ころのうち最も傾いた円筒ころの外周面長手方向に沿って延びるように、前記保持器の径方向に対し傾いていること
を特徴とするスラスト円筒ころ軸受。
【請求項２】
相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪及び第２の軌道輪と、
前記第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケットを有する環状の保持器と、
前記保持器のポケット内に収容された円筒ころと、
を備えたスラスト円筒ころ軸受であって、
前記保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、案内すきまをＣ、保持器ポケットのピッチ円直径をＰＣＤとしたときに、前記保持器の径方向に対し、少なくとも、下記の式（１）を満たす角度θ以上傾いていることを特徴とするスラスト円筒ころ軸受。
【数１】
2018179009.tif 000007
【請求項３】
前記保持器ポケットは、外径側端面の長さが内径側端面の長さよりも長い略台形状とされている請求項１または２記載のスラスト円筒ころ軸受。
【請求項４】
前記保持器は、前記第１の軌道輪側に位置する第１の保持部材と、前記第２の軌道輪側に位置し前記第１の保持部材と係合する第２の保持部材とを有する請求項１〜３のうち何れか１項に記載のスラスト円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車や産業機械に用いられるスラスト円筒ころ軸受に関し、特に、自動車用トランスミッションや自動車エアコン用コンプレッサ等の回転支持部に好適なスラスト円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用トランスミッションや自動車エアコン用コンプレッサ等の回転支持部には、高剛性、高容量、コンパクト等の特徴を有するスラスト円筒ころ軸受が使用されている。なお、スラスト円筒ころ軸受には、転動体の外径寸法に比べて軸方向寸法が大きなニードルを使用したスラストニードル軸受も含まれ、これらに対し、以下の説明においては、単に「軸受」と称する場合もある。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載されている、このようなスラスト円筒ころ軸受を使用した自動車用トランスミッションの一例を示している。図示されたトランスミッションＴＭは、増速用プラネタリ機構Ｇ１、変速用プラネタリ機構Ｇ２を構成するサンギヤ、ピニオンを支持するキャリア、リングギヤと、クラッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３つのクラッチ及びブレーキＢ１、Ｂ２の２つのブレーキの係合・非係合状態の組合せを変えることで、前進６速後進１速の変速段を達成するものである。
【０００４】
このとき、両プラネタリ機構Ｇ１、Ｇ２を構成するギヤは、ギヤの噛み合い率を高めるためはすば歯車が使用されている。このため、ギヤからギヤへの動力伝達時には、歯車の軸線方向にアキシアル荷重が作用する。このようなアキシアル荷重を支持するために、図示したトランスミッションは、ベアリングＢＧ１〜ＢＧ７の７つのスラスト円筒ころ軸受を使用している。
【０００５】
ところで、このようなスラスト円筒ころ軸受は、図７に記載の通り、周速差に起因する差動すべり及びスキューが発生する（特許文献２参照）。これは、円筒ころ１０４の自転速度に対し、軌道輪の外径側の周速はこれより速く、内径側の周速はこれより遅いためである。このような差動すべりやスキューが発生すると、円筒ころ１０４と軌道輪との間での摩擦損失や、円筒ころ１０４が保持器１０３の矩形状のポケット１０３ｐの側面１０３ｓに接触することによる摩擦損失が発生し、回転トルクが増加する虞がある。
【０００６】
このような、円筒ころとポケット側面との接触による摩擦損失を低減させるために、特許文献３には、図８に示すように、ポケット２０３ｐの形状を台形状とし、ローラ２０４が何れかの横壁２０３ｓに突き当たったとき、ローラ２０４の中心線ＣＬの延長が保持器２０３の軸線Ｏを通過する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２４９２６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１４７６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４９２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、図８に示すポケット２０３ｐの形状は、保持器２０３とそのポケット２０３ｐに収容されるローラ２０４との関係にのみ着目して導き出されたものである。しかしながら、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失低減のためには、実際にトランスミッション等の製品にスラスト円筒ころ軸受が組み込まれたときの円筒ころの挙動を考慮する必要がある。
【０００９】
即ち、保持器は円筒ころと共に軸受の回転中心の回りに軌道輪に対し相対回転する必要があるために、保持器は軌道輪に対して所定の隙間（案内すきま）が必ず必要になる。このため、保持器は最大案内すきま分だけ回転中心が、軌道輪（＝軸受）の回転中心に対し変位した状態で、ポケット内に円筒ころを収容しつつ回転することとなる。従い、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失を効果的に低減させるためには、案内すきまを考慮した保持器ポケット形状とするのがより好ましい。かかる摩擦損失の低減はトルク低減につながり、トルク低減は、省燃費化・地球環境への負荷低減につながる。
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、保持器と軌道輪との間に必ず必要となる案内すきまを考慮し、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失を効果的に低減させること、さらには軸受トータルとしてのトルクを低減可能なスラスト円筒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】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪及び第２の軌道輪と、
前記第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケットを有する環状の保持器と、
前記保持器のポケット内に収容された円筒ころと、
を備えたスラスト円筒ころ軸受であって、
前記保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、前記保持器の回転中心が前記第１および第２軌道輪の回転中心に対し案内すきま分だけ離れて位置したときの、前記軌道輪の回転中心を向くように前記ポケット内に収容されている前記円筒ころのうち最も傾いた円筒ころの外周面長手方向に沿って延びるように、前記保持器の径方向に対し傾いていること
を特徴とするスラスト円筒ころ軸受。
（２）相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪及び第２の軌道輪と、
前記第１の軌道輪と第２の軌道輪との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケットを有する環状の保持器と、
前記保持器のポケット内に収容された円筒ころと、
を備えたスラスト円筒ころ軸受であって、
前記保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、案内すきまをＣ、保持器ポケットのピッチ円直径をＰＣＤとしたときに、前記保持器の径方向に対し、少なくとも、下記の式（１）を満たす角度θ以上傾いていることを特徴とするスラスト円筒ころ軸受。
【数１】
2018179009.tif 000003
（３）前記保持器ポケットは、外径側端面の長さが内径側端面の長さよりも長い略台形状とされている（１）または（２）記載のスラスト円筒ころ軸受。
（４）前記保持器は、前記第１の軌道輪側に位置する第１の保持部材と、前記第２の軌道輪側に位置し前記第１の保持部材と係合する第２の保持部材とを有する（１）〜（３）の何れかに記載のスラスト円筒ころ軸受。
【発明の効果】
【００１２】
本願の請求項１に記載の発明によれば、保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、前記保持器の回転中心が前記第１および第２軌道輪の中心に対し案内すきま分だけ離れて位置したときの、前記軌道輪の回転中心を向くように前記ポケット内に収容されている前記円筒ころのうち最も傾いた円筒ころの外周面長手方向に沿って延びるように、前記保持器の径方向に対し傾いていることにより、最も厳しい条件にある円筒ころとポケットとの間の摩擦損失を低減できることで、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失全体を低減することができる。
【００１３】
本願の請求項２に記載の発明によれば、保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、案内すきまをＣ、保持器ポケットのピッチ円直径をＰＣＤとしたときに、前記保持器の径方向に対し、少なくとも、下記の式（１）を満たす角度θ以上傾いていることにより、円筒ころと保持器ポケットの間の摩擦損失全体を低減しつつ、円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失も低減できて、スラスト円筒ころ軸受トータルとしての摩擦損失を低減することができる。
【数１】
2018179009.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のスラスト円筒ころ軸受の断面図である。
【図２】軌道輪を省略した図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の実施形態の台形状保持器ポケットと円筒ころとの関係を示した説明図である。
【図４】従来の矩形状保持器ポケットと円筒ころとの関係を示した説明図である。
【図５】ポケット側面の傾き角と軸受トルクとの関係をシミュレーション計算した結果を示す図である。
【図６】従来の自動車用トランスミッションの一例を示す図である。
【図７】円筒ころと軌道輪との間の差動滑りを説明する図である。
【図８】従来の台形状の保持器ポケットと円筒ころの一例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
【００１６】
図1に示すように、スラスト円筒ころ軸受１０は、相対回転可能に対向配置された円環状の第１の軌道輪１及び第２の軌道輪２と、これら第１の軌道輪１と第２の軌道輪２との間に配置され、円周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のポケット３ｐを有する環状の保持器３と、この保持器３のポケット３ｐ内に収容された円筒ころ４と、を備えている。
【００１７】
第１の軌道輪１は、相対回転する一対の部材Ｍ１およびＭ２のうちの一方の部材Ｍ１に装着（例えば、嵌合、圧入）可能な断面Ｌ字状の環状部材である。この第１の軌道輪１は、一方の部材Ｍ１と当接して位置決めされ軸受１０の径方向に延びた第１本体部１ａと、この第１本体部１ａの外周縁からほぼ直角に折り曲げられて、軸受１０の軸線方向に延びた第１リップ部１ｂとを有している。第１本体部１ａは、スラスト円筒ころ軸受１０を相対回転する部材Ｍ１、Ｍ２相互間に組み込んだ際、その外側面１ｓが一方の部材Ｍ１に装着され、その内側面（第２の軌道輪２に対向する対向面）には、周方向に沿って連続した第１軌道面１ｒが形成されている。この第１軌道面１ｒを円筒ころ４が転動する。
【００１８】
第２の軌道輪２は、相対回転する他方の部材Ｍ２に装着（例えば、嵌合、圧入）可能な断面Ｌ字状の環状部材である。この第２の軌道輪２は、他方の部材Ｍ２と当接して位置決めされ軸受１０の径方向に延びた第２本体部２ａと、この第２本体部２ａの内周縁から第１の軌道輪１側にほぼ直角に折り曲げられて、軸受１０の軸線方向に延びた第２リップ部２ｂとを有する。第２本体部２ａは、スラスト円筒ころ軸受１０を相対回転する部材Ｍ１、Ｍ２相互間に組み込んだ際、その外側面２ｓが他方の部材Ｍ２に装着され、その内側面（第１の軌道輪１に対向する対向面）には、周方向に沿って連続した第２軌道面２ｒが形成されている。この第２軌道面２ｒを円筒ころ４が転動する。
【００１９】
保持器３は、複数の円筒ころ４を円周方向に互いに間隔をおいて保持する。本実施形態では、互いに対向した状態で重ね合わせることができるような一対の角型Ｃ字断面を有する円環状の第１の保持器（第１の保持部材）３outおよび第２の保持器（第２の保持部材）３inとを有する。第１の保持器３outは第１の軌道輪１側に配置され、この第１の保持器３outと対向した状態にて、第２の保持器３inが第２の軌道輪２側に配置されている。図示されているように、第２の保持器３inは第１の保持器３out内に収容されて重ね合わされている。これら第１の保持器３outおよび第２の保持器３inには、それぞれ、円筒ころ４を保持するためのポケット３ｐが円周方向に互いに間隔をおいて形成されている。そして、第１の保持器３outおよび第２の保持器３inのポケット３ｐは、円周方向で互いに同じ位相となるように形成されている。
【００２０】
各ポケット３ｐは、図２に示すように、内径側端面３ｉの長さが外径側端面３ｊの長さよりも短く、対向する一対の側面３ｓは保持器の径方向に対して角度θだけ傾いた略台形状とされている。この一対の側面３ｓの傾き角θについては、後で詳述する。
【００２１】
円筒ころ４は、断面形状が円形で所定の長さを有する。この複数の円筒ころ４が、上述した保持器３の各ポケット３ｐ内にそれぞれ保持される。なお、その直径が小さく、長さが直径の３〜１０倍という細長い円筒ころは、針状ころ（ニードル）と称される。
【００２２】
上述したスラスト円筒ころ軸受１０を、相対回転する部材Ｍ１、Ｍ２相互間に組み込んだ状態において、円筒ころ４は円筒形状を成す外周転動面４ｓが第１軌道面１ｒと第２軌道面２ｒに沿って接触しつつ回転可能となっている。この状態で、双方の部材Ｍ１、Ｍ２が相対回転、すなわち第１の軌道輪１と第２の軌道輪２とが相対回転すると、複数の円筒ころ４が第１軌道面１ｒと第２軌道面２ｒとの間に沿って転動することで、双方の部材Ｍ１、Ｍ２は、円滑に相対回転し続けることができる。
【００２３】
かかる第１の軌道輪１と第２の軌道輪２との相対回転時、保持器３は軸受中心のまわりに公転し、前述したように、円筒ころ４と軌道輪１、２との間の周速差に起因する差動すべり及びスキューが発生する。本発明はかかるスキューが発生したときにも、円筒ころ４とポケット３ｐとの間の摩擦損失を低減できるようなポケット形状としている。
【００２４】
図３はスキューが発生した状態を示した図である。図３は、軌道輪（不図示）が相対的に時計方向であるＣＷ方向に回転しており、保持器３の回転中心Ｏ２が軌道輪の回転中心Ｏ１に対し図中Ｘ方向に案内すきまＣの１／２だけずれた状態を示している。なお、図３および後述する図４では、説明を分かり易くするため、保持器回転中心から径方向に延びた線を実線で、軌道輪回転中心から径方向に延びた線を２点鎖線で表示している。ここで案内すきまＣとは、保持器３を軌道輪に対して相対的に回転させるために必要不可欠な寸法のことであり、軌道輪の保持器案内面（図１の第１リップ部１ｂと対向する面（外輪案内の場合）または第２リップ部２ｂと対向する面（内輪案内の場合）の直径と、保持器の案内面の直径（第１リップ部１ｂ外径または第２リップ部２ｂ内径）との差、のことである。図３は、回転中心が一致していた状態から保持器が図中Ｘ方向に最も移動（移動距離＝Ｃ／２）した状態を示している。
【００２５】
図３（ａ）に示すとおり、軌道輪の回転中心Ｏ１（図中軌道輪の記載は省略し回転中心のみ表示する）と保持器３の回転中心Ｏ２とが、Ｘ方向に案内すきまＣの１／２だけずれているときに、各円筒ころ４にスキューが発生すると、各円筒ころ４は最も安定した位置である自身の軸線が軌道輪の回転中心Ｏ１を向いた位置に移動しようとし、図３（ｂ）の状態へ移行する。
【００２６】
このとき、図３（ｂ）において周方向中央に位置している、保持器３の回転中心Ｏ２から真っ直ぐ図中Ｙ方向に延びた線上にころの軸線が重なって延びているいる円筒ころ４ａが最も傾いた状態となっている。しかしながら、ポケット３ｐの側面３ｓは保持器３の径方向に対しθだけ傾いているので、円筒ころ４ａの外周面４ｓはこの側面３ｓと長手方向において緩やかに当接可能な状態で対向する。このため、円筒ころ４ａと保持器ポケット３ｐ間の摩擦損失を小さく抑えることができる。
【００２７】
図中の、最も傾いた円筒ころ４ａに対し、図中その左方または右方に位置する円筒ころ４ｂ、４ｃは、傾きが円筒ころ４ａよりも小さいので、円筒ころ４の外周面４ｓとポケット側面３ｓとの間の摩擦損失は、より小さくなる。従い、最も傾いた円筒ころ４ａの軸線が軌道輪の回転中心Ｏ１を向くようにしておけば、円筒ころ４の外周面とポケット側面３ｓとの間の摩擦損失を軸受１０全体として、最も小さくできると考えられる。
【００２８】
最も傾いた円筒ころ４ａの外周面が長手方向において、ポケット側面３ｓと緩やかに当接するときのポケット側面３ｓの傾き角θａは、最大案内すきまをＣ、保持器ポケットのピッチ円直径をＰＣＤとしたときに、下記の式（２）の関係を有する。従い傾き角θａは、前記保持器３の径方向に対し、少なくとも下記の式（３）を満たす角度θａとなる．
なお、ポケットＰＣＤ（ピッチ円直径）とは、径方向に測ったときのポケット内径とポケット外径の中間点を周方向に連続させたときの円の直径のことで、（ポケット内径＋ポケット外径）／２、で表される寸法のことである。
【数２】
2018179009.tif 000005
【００２９】
図４は、本発明と対比するために、従来の矩形形状のポケット３０３ｐの場合の、円筒ころ４がスキューする状態の説明図である。図３と同様、保持器の回転中心Ｏ２が軌道輪の回転中心Ｏ１に対し、案内すきまＣの１／２だけずれているときに、各円筒ころ４にスキューが発生すると、図４（ａ）の状態にある各円筒ころ４は、最も安定した位置である自身の軸線が軌道輪の回転中心Ｏ１を向いた位置に移動しようとし、図４（ｂ）の状態へ移行する。
【００３０】
しかしながら、ポケット３０３ｐの一対の側面３０３ｓは、保持器３０３の径方向と平行に延びているために、安定位置へと移動しようとする円筒ころ４は、その外周面４ｓがポケットの一対の側面３０３ｓに比較的強く押し付けられることになる。
【００３１】
次に、ポケット側面３ｓを上記の角度θａだけ傾けた効果を確認するために、本発明者が行った計算（シミュレーション）結果について説明する。この計算は、以下の仕様を有するスラスト円筒ころ軸受について、保持器径方向に対するポケット側面の傾き角と軸受トルクとの関係を、シミュレーションソフトを用いて計算したものである。
【００３２】
解析条件
軸受              スラスト円筒ころ軸受
ころ径          ２ｍｍ
ころ長さ        ２．６ｍｍ
ころ数          １８個
ポケットＰＣＤ  ２５．６ｍｍ
最大案内すきま  ０．２０５ｍｍ
運転条件
アキシアル荷重  １１００N
回転数          ６５００ｒｐｍ
【００３３】
図５は、上記条件で行った計算結果を示したものである。図５の横軸は、ポケットの傾き角を上記式（３）で算出されたθａの値を基準に、その値に対する比を示し、縦軸は軸受に発生するトルクの大きさを示したものである。また、軸受トルク中には大きく分けて、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失に基づくトルクと、円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失に基づくトルクが含まれているので、これら各摩擦損失の内訳も記載した。この軸受トルクは、傾き角がθａのときの値を基準（＝１．０）に相対値で表示した。
【００３４】
図５から明らかな通り、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失は、台形状ポケット側面の傾きθが、上記式（３）で算出されたθａの値をとるときに最も小さくなることが確認できた。
【００３５】
但し、軸受全体の摩擦損失を示す軸受トルクは、ポケット側面の傾き角θがθａの１／２のときが最も小さくなっている。この条件では、図５から明らかな通り、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失は、傾き角がθａの場合よりも大きくなっている。しかし、円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失が改善されている。これは、円筒ころの傾き角（スキュー）をある程度制限することが、円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失低減に効果があることを示していると考えられる。そして、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失と円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失が最もバランスされていることで、トータルとしての軸受トルクは、傾き角がθａの場合よりも小さくなっていると考えられる。
【００３６】
また図５からは、傾き角θの値がθａ、θａの２倍〜５倍になっても、トータルとしての軸受トルクはほとんど変化が無いことが分かる。
【００３７】
このため、傾き角θの値としては、少なくともθａの１／２倍である、下記式（４）で示される角度、即ち式（４）で示される角度以上とされているのが好ましいといえる。
【数３】
2018179009.tif 000006
【００３８】
従って、軸受トルクを軽減するために、円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失に着目した場合は、保持器ポケットの円周方向で対向する一対の側面は、前記保持器の回転中心が前記第１および第２軌道輪の回転中心に対し案内すきま分だけ離れて位置したときの、前記軌道輪の回転中心を向くように前記ポケット内に収容されている前記円筒ころのうち最も傾いた円筒ころの外周面長手方向に沿って延びるように、前記保持器の径方向に対し傾いていること（傾き角はθａ）が効果があることが分かる。
【００３９】
また、軸受トータルとしての、摩擦損失（円筒ころと保持器ポケット間の摩擦損失、および、円筒ころと軌道輪との間の摩擦損失）に着目した場合は、傾き角θはθａの少なくとも１／２倍以上であれば、効果があることが分かる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、保持器は第１の保持部材と第２の保持部材の２枚の保持部材を使用するのに代えて、１枚の保持部材を径方向に何回か屈曲させて円筒ころを保持するような保持器を使用してもよい。また、略台形状とされている保持器ポケット形状は、直線状に伸びている内径側端面および外径側端面に代えて、何れの端面とも一定の曲率を持って周方向に延びていてもよい。
【００４１】
また、式（３）にて算出されたポケット側面の傾き角は、本発明の技術思想を突き詰めていったときの最も好ましいと考えられる値であり、この値から少しでも外れていれば直ちに本発明の範囲外となるということではない。
【符号の説明】
【００４２】
１    第１軌道輪
２    第２軌道輪
３    保持器
４    円筒ころ
１０    スラスト円筒ころ軸受
【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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