(57)【要約】【課題】高速回転及び希薄潤滑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、並びに高速回転及び希薄潤滑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るとともに、リン酸塩と、軟質金属系固体潤滑剤及び層状結晶構造物質から選ばれる固体潤滑剤とを含有する複合皮膜、またはリン酸塩と、軟質金属を含むリン酸化合物とを含有する複合皮膜が、少なくとも外周面に形成されている針状ころ軸受用保持器。【選択図】図５
2015083861.tif 000002
【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、
リン酸塩と、軟質金属系固体潤滑剤及び層状結晶構造物質から選ばれる固体潤滑剤とを含有する複合皮膜、またはリン酸塩と、軟質金属を含むリン酸化合物とを含有する複合皮膜が、少なくとも外周面に形成されていることを特徴とする針状ころ軸受用保持器。
【請求項２】
固体潤滑剤がスズ、二硫化モリブデンまたは銅であ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】
軟質金属を含むリン酸化合物がリン酸スズであ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４】
固体潤滑剤または軟質金属を含むリン酸化合物の複合皮膜中の含有量が０．１〜７０質量％であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の針状ころ軸受用保持器。
【請求項５】
リン酸塩がリン酸マンガンであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の針状ころ軸受用保持器。
【請求項６】
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１〜５の何れか１項に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。
【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皮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、前記皮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。
【０００６】
また、本出願人も特許文献２において、保持器の外周面に、リン酸塩等からなる摩擦を低減する表面処理層を形成することを提案しているが、次世代の自動変速機やハイブリッドカーや電気自動車用の自動変速機では低燃費や高効率化を目的として、より高速での回転及びより希薄な潤滑環境での使用が求められており、保持器にも更なる性能向上が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４０２７０号公報
【特許文献２】特開２００５−７６８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、高速回転及び希薄潤滑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、高速回転及び希薄潤滑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】
【０００９】
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、
リン酸塩と、軟質金属系固体潤滑剤及び層状結晶構造物質から選ばれる固体潤滑剤とを含有する複合皮膜、またはリン酸塩と、軟質金属を含むリン酸化合物とを含有する複合皮膜が、少なくとも外周面に形成されていることを特徴とする針状ころ軸受用保持器。
（２）固体潤滑剤がスズ、二硫化モリブデンまたは銅であ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）軟質金属を含むリン酸化合物がリン酸スズであ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。
（４）固体潤滑剤または軟質金属を含むリン酸化合物の複合皮膜中の含有量が０．１〜７０質量％であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の針状ころ軸受用保持器。
（５）リン酸塩がリン酸マンガンであることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の針状ころ軸受用保持器。
（６）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）〜（５）の何れか１項に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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の針状ころ軸受用保持器は、リン酸塩と特定の固体潤滑剤、またはリン酸塩と軟質金属を含むリン酸化合物との複合皮膜により、これまでよりも優れた摩耗防止効果が得られ、高速回転及び希薄潤滑環境での焼付きを起こし難くい。また、複合皮膜は軟質であるため相手材（外輪軌道面）を損傷することもない。そのため、本発明の針状ころ軸受もまた、高速回転及び希薄潤滑環境においても優れた耐久性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】比較例２の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図８】実施例１の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図９】実施例２の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１０】実施例３の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１１】実施例４の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１２】実施例５の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１３】実施例６の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１４】実施例７の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【図１５】実施例８の遊星歯車の内径面の表面状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
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ア４ｄとを有する。
【００１５】
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（キャリア）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（キャリア）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（キャリア）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（キャリア）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。
【００１６】
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、キャリア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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明では、少なくとも保持器１２の外周面に、リン酸塩と、軟質金属系固体潤滑剤及び層状結晶構造物質から選ばれる特定の固体潤滑剤とを含有する複合皮膜、もしくはリン酸塩と、軟質金属を含むリン酸化合物とを含有する複合皮膜を形成する。この複合皮膜は、リン酸塩による摩擦低減効果に、特定の固体潤滑剤または軟質金属を含むリン酸化合物による潤滑作用が加わり、希薄な潤滑環境下で高速回転しても保持器１２の外周面の摩耗をより低減する。また、複合皮膜は軟質であるため、相手材（外輪軌道面）を損傷することもない。
【００１９】
リン酸塩には制限はなく、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸カルシウム等が挙げられるが、リン酸マンガンが特に好ましい。
【００２０】
軟質金属系固体潤滑剤にも制限はなく、金、銀、鉛、スズ、銅等の固体潤滑剤として広く使用されている軟質金属を用いることができるが、スズ及び銅が好ましい。また、層状結晶構造物質にも制限はなく、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、フッ化黒鉛、窒化ほう素等の固体潤滑剤として広く使用されている層状結晶構造物質を用いることができるが、二硫化モリブデンが好ましい。
【００２１】
中でも、軟質金属系固体潤滑剤は、潤滑油の吸着性を向上させる効果もあり、特に好ましい。
【００２２】
また、軟質金属を含むリン酸化合物は、リンと酸素と軟質金属とからなる化合物であり、特にリン酸スズが好ましい。
【００２３】
特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物の含有量は、複合皮膜全量の０．１〜７０質量％が好ましく、０．１質量％未満では従来のリン酸塩単独からの向上がみられず、７０質量％を超えると初期なじみ性が低下し、リン酸塩単独の場合よりも摺動性能が劣る。特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物の含有量は、好ましくは１〜６０質量％であり、より好ましくは１０〜５０質量％である。尚、特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物は２種以上を混合して使用することもでき、混合使用する場合は合計で前記の含有量とする。
【００２４】
複合皮膜の形成方法にも制限はなく、リン酸塩系の皮膜の形成に広く用いられている化成処理することが簡便で好ましい。例えば、洗浄、脱脂等の前処理を施した保持器１２を、リン酸塩と特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物とを含有する混合溶液に浸漬する方法や、同保持器１２をリン酸塩溶液に浸漬してリン酸塩からなる皮膜を形成した後に、特定の固体潤滑剤溶液またはリン酸化合物溶液に浸漬する方法等が可能である。そして、前者の場合にはリン酸塩を母材とし特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物が分散した皮膜となり、後者の場合にはリン酸塩からなる皮膜の表面の凹部や亀裂部分に特定の固体潤滑剤またはリン酸化合物が埋め込まれた皮膜となる。
【００２５】
尚、複合皮膜の密着性を高めるために、皮膜形成前の保持器１２の外周面を粗面化しておくことが好ましい。粗面化の程度は、１．５μｍＲａ以下が好ましい。また、保持器１２の材質には制限はないが、ＳＰＣＣやＳＣＭ４１５等の鋼材に浸炭処理や浸炭窒化処理等を施し、表面の硬さをＨＶ６００以上に硬化させたものが好ましい。
【００２６】
複合皮膜の膜厚は１〜３０μｍが好ましく、５〜１０μｍがより好ましい。膜厚が１μｍ未満では、複合皮膜を形成しない場合と同等の性能であり、摩耗低減効果が得られず、効果が得られたとしても早期に消失する。また、膜厚が３０μｍを超えると、結晶粒が粗大となり、複合皮膜が剥離しやすくなる。
【００２７】
また、上記の針状ころ軸受は潤滑油により潤滑されるが、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、複合皮膜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。
【００２８】
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】
【００２９】
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。
【００３０】
（実施例１〜４、比較例１〜２）
ＳＣＭ４１５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、更に浸炭窒化処理を施した。そして、表１に示すように、比較例２ではリン酸マンガン皮膜、実施例１〜４ではリン酸マンガンとリン酸スズとの複合皮膜を形成して試験保持器とした。尚、比較例１では皮膜を設けず、そのままＳＣＭ４１５製の試験保持器を試験保持器とした。
【００３１】
そして、試験保持器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の条件Ａまたは条件Ｂにて運転した。試験後に、試験保持器の外周面を観察して皮膜の剥離等を評価した。結果を表１に示す。
【００３２】
また、相手材である遊星歯車の内径面について、表面粗さ計を用いて表面の凹凸を測定した。結果を表１、並びに図７〜１１に断面図にて示す。
・条件Ａ
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／ピニオン
油温：１２０℃
試験時間：２００時間
・条件Ｂ
キャリア公転数：８０００ｍｉｎ−１
ピニオン自転数：１３５００ｍｉｎ−１
潤滑油：ＡＴＦ
潤滑油供給量：０．０３Ｌ／ｍｉｎ／ピニオン
油温：１２０℃
試験時間：２００時間
【００３３】
【表１】
2015083861.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、比較例２のリン酸マンガン皮膜の場合は、保持器の外周面と遊星歯車の内径面に強い摺動跡が見られ、保持器の素地と遊星歯車の内径面とが金属接触したことにより異常摩耗が発生している。これに対し、実施例１〜４のようにリン酸マンガンとリン酸スズとの複合皮膜の場合には異常摩耗が見られず，リン酸マンガン皮膜に比べて良好な試験結果が得られている。
【００３５】
また、実施例２、４のように、更に高回転化した試験条件Ｂにおいても，異常摩耗は見られず良好な試験結果が得られている。
【００３６】
（実施例５〜８）
リン酸スズを二硫化モリブデンに代え、リン酸マンガンとの複合皮膜にした以外は、実施例１〜４と同様にして試験保持器を作製した。
【００３７】
そして、試験保持器を針状ころ軸受に組み込んで試験軸受とし、試験軸受を図６に示すキャリア公転試験機に装着して上記の条件Ａまたは条件Ｂにて運転した。試験後に、試験保持器の外周面を観察して皮膜の剥離等を評価した。結果を表２に示す。
【００３８】
また、相手材である遊星歯車の内径面について、表面粗さ計を用いて表面の凹凸を測定した。結果を表２、並びに図１２〜１５に断面図にて示す。
【００３９】
【表２】
2015083861.tif 000004
【００４０】
表２に示すように、実施例１〜４と同様、リン酸マンガンと二硫化モリブデンとの複合皮膜の場合にも異常摩耗が見られず、実施例６、８のように高回転化した試験条件Ｂにおいても異常摩耗は見られず良好な試験結果が得られている。
【符号の説明】
【００４１】
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】
2015083861.tif 000005
【図２】
2015083861.tif 000006
【図３】
2015083861.tif 000007
【図４】
2015083861.tif 000008
【図５】
2015083861.tif 000009
【図６】
2015083861.tif 000010
【図７】
2015083861.tif 000011
【図８】
2015083861.tif 000012
【図９】
2015083861.tif 000013
【図１０】
2015083861.tif 000014
【図１１】
2015083861.tif 000015
【図１２】
2015083861.tif 000016
【図１３】
2015083861.tif 000017
【図１４】
2015083861.tif 000018
【図１５】
2015083861.tif 000019