(57)【要約】【課題】特殊な要素技術を用いることなく騒音を低減した変速機の軸受構造を提供する。【解決手段】変速機１の軸受構造１００を、歯車５１が設けられた回転軸５０と、回転軸を収容するケース１０と、回転軸及びケースのそれぞれに対して、回転軸の軸心回りに回転可能に設けられた中間回転部材１２０と、中間回転部材に対して回転軸を回転可能に支持する第１の軸受１１０と、ケースに対して中間回転部材を回転可能に支持する第２の軸受１３０とを備え、第１の軸受、第２の軸受の一方がボールベアリングであり、他方がニードルベアリングである構成とする。【選択図】図３
2008298249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車が設けられた回転軸と、
前記回転軸を収容するケースと、
前記回転軸及び前記ケースのそれぞれに対して、前記回転軸の軸心回りに回転可能に設けられた中間回転部材と、
前記中間回転部材に対して前記回転軸を回転可能に支持する第１の軸受と、
前記ケースに対して前記中間回転部材を回転可能に支持する第２の軸受と
を備える変速機の軸受構造であって、
前記第１の軸受、前記第２の軸受の一方がボールベアリングであり、他方がニードルベアリングであること
を特徴とする変速機の軸受構造。
【請求項２】
請求項１に記載の変速機の軸受構造において、
前記第１の軸受がニードルベアリングであり、
前記回転軸は外周面に前記ニードルベアリングの内側軌道面が形成され、
前記中間回転部材は内周面に前記ニードルベアリングの外側軌道面が形成され、
前記第２の軸受であるボールベアリングの内輪は前記中間回転部材に固定され、該ボールベアリングの外輪は前記ケースに固定されること
を特徴とする変速機の軸受構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の変速機の軸受構造において、
前記回転軸は外径側につば状に張り出しかつ前記中間回転部材の端面と対向するフランジ面を有し、
前記フランジ面と前記中間回転部材の端面との間にスラスト軸受を設けたこと
を特徴とする変速機の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用変速機等の回転軸をケースに対して支持する軸受構造に関し、特に、ギヤの噛合いで生じる振動の放射音の低減を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用の変速機に用いられる軸・歯車支持構造は、歯車が設けられた回転軸を、ボールベアリング、ローラベアリング等の転がり軸受や、ブッシュ等のすべり軸受を有する軸受部を介して、変速機のハウジング又はケース等に支持するものである。
従来、自動車用の自動変速機で同軸に配置された二重軸を支持する支持構造において、内側の軸と外側の軸との間に同軸に配置された転がり軸受を設けて相互に支持するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このような軸の支持構造は、ギヤの噛合い精度の維持等を考慮して、支持剛性を高くしてケースに対する軸の変位を極力抑制することが求められる。しかし、歯車を支持する軸には、歯車の噛合いに伴う起振力が発生するため、軸の支持剛性を高めると振動がケース側へ伝達されやすくなり、ケースの表面から振動音が放射されて騒音として問題となる場合がある。
【０００４】
このような振動音の放射を抑制するため、ケース等の剛性を向上し、振動を押さえ込むことが有効であると知られている。また、軸の支持剛性を適正化することによって振動を低減することが提案されている。すなわち、軸の支持剛性が低いために設計通りに歯車が噛合っていないことが騒音の原因であるとの指摘に対し、支持剛性をさらに上げることが提案されている。しかし、これらの騒音低減の解決策は、近年の軽量化の要請からは好ましくない。
【０００５】
一方、最終的な放射音の低減のためには、振動自体を減少することではなく、軸からケースへの振動伝達を遮断することが考えられる。従来、軸の振動をケースに伝わりにくくするために、軸受とケースとの間に高弾性率・高振動減衰金属からなる制振材料を介在させることが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
しかし、このような構成とした場合、制振材料の材質選定、制振材料とケース又は軸受との接合等が困難であり、また制振材料の剛性に起因する軸支持剛性の低下やコストの増加をもたらす。また、自動車の変速機用としてこのような制振材料の使用実績も少ないため、信頼性の確保も困難であると予想される。
【特許文献１】特開２００５−６９３７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車の変速機には高い信頼性が必要であり、既に信頼性の確立された既存の要素技術の組み合わせによって上記騒音を低減できれば実用上非常に有用な技術となる。
本発明の課題は、特殊な要素技術を用いることなく騒音を低減した変速機の軸受構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、歯車が設けられた回転軸と、前記回転軸を収容するケースと、前記回転軸及び前記ケースのそれぞれに対して、前記回転軸の軸心回りに回転可能に設けられた中間回転部材と、前記中間回転部材に対して前記回転軸を回転可能に支持する第１の軸受と、前記ケースに対して前記中間回転部材を回転可能に支持する第２の軸受とを備える変速機の軸受構造であって、前記第１の軸受、前記第２の軸受の一方がボールベアリングであり、他方がニードルベアリングであることを特徴とする変速機の軸受構造である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の変速機の軸受構造において、前記第１の軸受がニードルベアリングであり、前記回転軸は外周面に前記ニードルベアリングの内側軌道面が形成され、前記中間回転部材は内周面に前記ニードルベアリングの外側軌道面が形成され、前記第２の軸受であるボールベアリングの内輪は前記中間回転部材に固定され、該ボールベアリングの外輪は前記ケースに固定されることを特徴とする変速機の軸受構造である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の変速機の軸受構造において、前記回転軸は外径側につば状に張り出しかつ前記中間回転部材の端面と対向するフランジ面を有し、前記フランジ面と前記中間回転部材の端面との間にスラスト軸受を設けたことを特徴とする変速機の軸受構造である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）変速機の軸受を振動伝達の固有値の違いが大きいボールベアリングとニードルベアリングとで二重とすることによって、従来のボールベアリング１つの場合に対して、回転軸からケースに伝達される振動をより減衰させ、伝達感度を低減することができる。さらに、ケースに入力される振動が大きい周波数を、ケースの共振周波数からずらすことが容易となり、ケースの共振を抑制することができ、ギヤ噛合いに起因する振動の放射音を低減することができる。
また、ボールベアリング及びニードルベアリングは、ともに変速機の分野において実績がある一般的な機械要素であることから、信頼性の確保が容易である。
【００１０】
さらに、ボールベアリングはガタが小さいがデフレクション（ラジアル力を受けたときの変位量）が大きく、また径方向のサイズが大きいという特質があるため、仮にボールベアリングを二重とした場合には、デフレクション量が過度に大きくなり、また軸受部の径が拡大してしまう。
一方、ニードルベアリングはデフレクションが小さいがガタが大きく、また軸方向の長さが大きいという特質があるため、仮にニードルベアリングを二重とした場合には、ガタが過度に大きくなり、また軸受部が軸方向に大型化してしまう。
また、このように同種のベアリングを二重とした場合には、各ベアリング間で振動伝達の固有値に大きな違いを持たせることが難しく、十分な騒音低減効果を得にくい。
しかし、本発明のようにボールベアリングとニードルベアリングとを組み合わせた場合には、デフレクション量、ガタ、径方向及び軸方向のサイズとも許容レベルに抑えることが比較的容易であり、上述した騒音低減効果も発揮することができる。
【００１１】
（２）回転軸の外周面にニードルベアリングの内側軌道面を形成し、中間回転部材の外周面に外側軌道面を形成し、中間回転部材をボールベアリングの内輪と固定することによって、軸受構造をコンパクト化できる。この場合、回転軸、中間回転部材は、それぞれニードルベアリングのインナレース及びアウタレースとして機能する。
（３）回転軸と中間回転部材との間にスラスト軸受を設けることによって、スラスト方向における軸の支持剛性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、特殊な要素技術を用いることなく騒音を低減した変速機の軸受構造を提供する課題を、回転軸をニードルローラベアリングによって支持するとともに、ニードルローラベアリングのアウタレースとして機能するベアリングレースを、ボールベアリングによってケースに対し支持することによって解決した。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明を適用した変速機の軸受構造の実施例について説明する。
先ず、本発明の軸受構造が適用される対象となる変速機について説明する。
図１は、本発明の参考例である軸受構造を備えた既存の自動変速機を、インプットシャフト及びリダクションドライブシャフトの軸心を含みかつ鉛直方向に配置された平面で切って見た断面図である。
図２は、図１のII部拡大図である。
【００１４】
自動変速機１は、例えば乗用車等の自動車に搭載されるトランスアクスル形式の縦置き４速自動変速機であり、流体継手であるトルクコンバータ、及び、プラネタリギヤセットを用いて変速を行うものである。なお、以下の説明において、各軸の前後は、車両搭載時における車両の前後方向を意味するものとする。
自動変速機１は、ケース１０、トルクコンバータ２０、インプットシャフト３０、変速機構部４０、リダクションドライブシャフト５０、ドライブピニオンシャフト６０、フロントディファレンシャル７０、コントロールバルブ８０、オイルポンプ９０等を備えて構成されている。
【００１５】
ケース１０は、自動変速機１の各構成要素を収容するものであり、例えばアルミニウム系合金等の金属材料の鋳造により形成されている。
トルクコンバータ２０は、図示しないエンジンの出力をインプットシャフト３０に伝達する流体継手である。トルクコンバータ２０は、駆動部材であるインペラ、非駆動部材であるタービン、及び、トルクコンバータ機能を補助するステータ等から構成され、フルードの流体力によってエンジントルクを伝達する。
インプットシャフト３０は、トルクコンバータ２０の出力を変速機構部４０に伝達する回転軸であって、前端部がトルクコンバータ２０に接続され、後端部が変速機構部４０に接続されている。
【００１６】
変速機構部４０は、インプットシャフト３０からの入力を変速してリダクションドライブシャフト５０に伝達する部分である。変速機構部４０は、例えば前後２列設けられたプラネタリギヤセットと、このプラネタリギヤセットの特定のギヤどうしを結合したり保持することによって変速を行うハイクラッチ４１、リバースクラッチ４２、２−４ブレーキ４３、ロークラッチ４４、ロー−リバースブレーキ４５等を備えている。
前後のプラネタリギヤセットは、それぞれサンギヤ、インターナルギヤ、ピニオンギヤ、プラネタリキャリヤ等を備えて構成されている。
【００１７】
ハイクラッチ４１は、３速又は４速が選択された場合に、インプットシャフト３０からの入力をフロントプラネタリキャリヤへ伝達する。
リバースクラッチ４２は、後退へシフトされた際に、ハイクラッチ４１のハブからのトルクを、２−４ブレーキ４３のハブを介してフロントサンギヤに伝達する。
２−４ブレーキ４３は、２速又は４速が選択された場合に、フロントサンギヤをロックする。
ロークラッチ４５は、１速から３速が選択された場合に作動し、動力をリダクションドライブシャフト５０に伝達する。
【００１８】
リダクションドライブシャフト５０は、変速機構部４０から伝達された動力を、リダクションギヤ５１を介してドライブピニオンシャフト６０に伝達する回転軸である。
リダクションドライブシャフト５０は、前端部が変速機構部４０に接続され、後端部はベアリング５２によってケース１０に対して回転可能に支持されている。なお、この支持部が参考例における軸受構造である。リダクションギヤ５１は、このベアリング５２の直前に配置されるピニオンギヤであり、ドライブピニオンシャフト６０に設けられたドリブンギヤと噛合っている。また、リダクションギヤ５１には、その回転速度を検出する前輪回転センサＳが設けられる。前輪回転センサＳは、ケース１０におけるリダクションギヤ５１の上部に固定され、リダクションギヤ５１の回転速度に応じたパルス信号を出力し、図示しない変速機制御ユニットへ供給する。
【００１９】
ベアリング５２は、単列の深溝玉軸受であり、その外輪５２ａはハウジング１０に形成された受け部１１によって支持されている。一方、ベアリング５２の内輪５２ｂは、その内径側にリダクションドライブシャフト５０の後端部が挿入されている。また、内輪５２ｂの車両前方側の端面は、リダクションドライブシャフト５０の外径を段状に拡大して形成されたフランジ面に当接している。
【００２０】
ドライブピニオンシャフト６０は、変速機構部４０及びリダクションドライブシャフト５０の下方に平行して配置された回転軸であり、リダクションギヤ５１によって駆動され、動力をフロントディファレンシャル７０に伝達する。
フロントディファレンシャル７０は、ドライブピニオンシャフト６０からの動力を図示しない左右のドライブシャフトに伝達し、また左右前輪の回転速度差を吸収する差動機構を備えている。フロントディファレンシャル７０は、インプットシャフト３０の下側に設けられ、車両の前後方向（インプットシャフト３０の軸線方向）における位置が、トルクコンバータ２０の後方側でありかつ変速機構部４０、ドライブピニオンシャフト６０等の前方側に配置されている。
【００２１】
コントロールバルブ８０は、変速機構部４０に対し変速動作等に必要な油圧を供給するものであり、変速機制御ユニットからの制御信号に応じて各バルブを駆動するデューティソレノイドを備えている。
オイルポンプ９０は、インプットシャフト３０によって駆動されるパラコイドロータペアによって、自動変速機１の作動油兼潤滑油であるオートマティックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）の油圧を発生させるものである。オイルポンプ９０は、オイルパン内部に設けられたストレーナからＡＴＦを吸い上げ、加圧して吐出する。
【００２２】
次に、本発明の変速機の軸受構造の実施例について説明する。なお、上述した参考例と同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図３は、実施例の軸受構造における断面図であって、参考例における図２に相当する箇所を示している。
実施例の軸受構造１００は、参考例の自動変速機１のベアリング５２の代わりに設けられ、リダクションドライブシャフト５０の後端部をケース１０に対して回転可能に支持するものである。
軸受構造１００は、ニードルローラベアリング１１０、ベアリングレース１２０、ボールベアリング１３０、スラストベアリング１４０等を備えて構成されている。
【００２３】
ニードルローラベアリング１１０は、リダクションドライブシャフト５０の後端部をベアリングレース１２０に対して、その軸心回りに回転可能に支持するとともに、ラジアル荷重を負担するものである。なお、リダクションドライブシャフト５０の後端部における外周面には、ニードルローラベアリング１１０の内側軌道面が形成されている。すなわち、このリダクションドライブシャフト５０は、ニードルローラベアリング１１０のインナレース（内輪）として機能する。
ニードルローラベアリング１１０は、針状ころ１１１及び保持器１１２を備えている。針状ころ１１１は、リダクションドライブシャフト５０の周方向に複数配列され、軸方向がリダクションドライブシャフト５０の軸方向と平行に配置されている。保持器１１２は、針状ころ１１１を周上における所定の位置に保持し、針状ころ１１１と同伴してリダクションドライブシャフト５０に対して回転する。
【００２４】
ベアリングレース１２０は、ニードルローラベアリング１１０のアウタレースとして機能するとともに、ボールベアリング１３０によってケース１００に対して、リダクションドライブシャフト５０の軸心回りに回転可能に支持された中間回転部材である。
ベアリングレース１２０は、内周面にニードルローラベアリング１１０の外側軌道面が形成された筒体の車両後方側の端部を閉塞することによって、キャップ状に形成されている。
また、ベアリングレース１２０の車両前方側の端部には、外径側につば状に張り出したフランジ部１２１が形成されている。
【００２５】
ボールベアリング１３０は、例えば単列の深溝玉軸受であって、ベアリングレース１２０をケース１０に対して回転可能に支持するとともに、ラジアル荷重及びスラスト荷重を負担するものである。ボールベアリング１３０は、内輪１３１、外輪１３２、鋼球１３３、保持器１３４を備えている。
内輪１３１、外輪１３２は、軸受鋼により形成された環状の部材であって、それぞれ外周面、内周面に鋼球１３３を案内する軌道面が形成されている。
上述したベアリングレース１２０の外周面は、内輪１３１の内径側に挿入され、例えば圧入等によって固定される。また、内輪１３１の車両前方側の端面は、ベアリングレース１２０のフランジ部１２１と当接している。
外輪１３２は、ケース１０の内面をこの外輪１３２の外形と適合する形状に凹ませて形成された受け部１１内に嵌め込まれて固定されている。
【００２６】
鋼球１３３は、内輪１３１及び外輪１３２の軌道面間に組み込まれる転動体であって、周方向に分散して複数設けられている。この鋼球１３３は、リダクションドライブシャフト５０の軸心方向におけるその中心位置が、ニードルローラベアリング１１０の針状ころ１１１の長手方向における中心位置とほぼ一致して配置されている。
保持器１３４は、内輪１３１及び外輪１３２に組み込まれた鋼球１３３を周方向における所定の位置に保持し、鋼球１３３と同伴して回転する。
【００２７】
スラストベアリング１４０は、リダクションドライブシャフト５０の外周面から外径側へつば状に張り出して形成されたフランジ部５３と、ベアリングレース１２０のフランジ部１２１との間に配置され、これらの間にかかるスラスト力を負担するものである。スラストベアリング１４０は、例えば、放射状に配置された複数の針状ころを有するスラストニードルベアリングである。
【００２８】
次に、上述した実施例の効果を、本発明の比較例と対比して説明する。比較例の変速機の軸受構造は、実施例の軸受構造１００におけるニードルローラベアリング１１０に代えて、単列の深溝玉軸受（ボールベアリング）を設けたものである。
図４は、実施例と比較例におけるギヤ噛合いトルクとデフレクション量との関係を示す模式的グラフである。
ボールベアリングは一般にニードルベアリングに対して剛性が低いため、図４に示すように、ボールベアリングを２つ直列にした比較例は、実施例に対して支持系全体としての剛性が低く、同じギヤ噛合いトルクに対する軸の変位量（デフレクション）が大きくなっている。このようにデフレクションが大きいと、ギヤ間の噛合い精度が低下して騒音が大きくなってしまう。
【００２９】
図５は、実施例と比較例におけるシャフト・支持系の周波数−振動特性、ケースの周波数−放射音特性、及び、振動騒音レベルの周波数−音レベル特性の関係を示す模式的グラフである。
ギヤの噛合いに起因する振動のケースからの放射音は、軸及びその軸受構造からケースに伝達する振動のレベルと、ケースの放射音特性との積と考えることができる。
比較例の場合には、軸・支持系の振動がピークとなる周波数と、ケースの放射音特性がピークとなる周波数とがほぼ一致している。
これに対し、実施例の場合には、軸・支持系の振動がピークとなる周波数が、ケースの放射音特性がピークとなる周波数よりも低くなっている。また、軸受構造の振動減衰能力が優れるため、振動レベル自体も比較例よりも低くなっている。
この結果、ケースから放射される音のレベルは、実施例のほうが比較例よりもほぼ全ての周波数帯域にわたって低くなっている。
【００３０】
以上説明した実施例によると、以下の効果を得ることができる。
（１）自動変速機１のリダクションドライブシャフト５０を、ベアリングレース１２０に対してニードルローラベアリング１１０によって支持するとともに、このベアリングレース１２０を、ケース１０に対してニードルローラベアリング１１０とは振動伝達特性が大きく異なるボールベアリング１３０によって支持することによって、従来のボールベアリング１つの場合に対して、リダクションドライブシャフト５０からケース１０に伝達される振動をより減衰させることができる。さらに、ケース１０に入力される振動がピークとなる周波数をケースの放射音特性のピーク周波数（共振周波数）からずらすことが容易であり、ケースの共振を抑制してギヤ噛合いに起因する振動の放射音を低減することができる。
なお、実施例の軸受構造を、富士重工業株式会社製ＴＡ１Ｂ型２ＷＤ仕様の４速自動変速機の実機に適用して試験を行った結果、最大で約５ｄＢの騒音低減効果があることを確認できた。
【００３１】
また、ニードルローラベアリング及びボールベアリングは、ともに変速機の分野において実績がある一般的な機械要素であることから、信頼性の確保が容易である。さらに、これらは、特殊な高振動減衰金属からなる制振材料等に対して安価であることから、コストの増加を最低限にとどめることができる。
さらに、デフレクションは大きいがガタは小さく、径方向のサイズは大きいが軸方向のサイズは小さいボールベアリングと、ガタは小さいがデフレクションは小さく、軸方向のサイズは大きいが径方向のサイズは小さいニードルローラベアリングとを組み合わせることによって、デフレクション、ガタ、軸受構造全体のサイズといった各種性能を、比較的容易に実機に適用可能なレベルに仕上げることができる。
【００３２】
（２）リダクションドライブシャフト５０の外周面にニードルローラベアリング１１０の内側軌道面を形成し、ベアリングレース１２０の内周面に外側軌道面を形成し、ベアリングレース１２０の外周面をボールベアリング１３０の内輪で支持することによって、軸受構造をコンパクト化できる。
（３）リダクションドライブシャフト５０のフランジ部５３とベアリングレース１２０のフランジ部１２１との間にスラストベアリング１４０を設けることによって、スラスト方向における軸の支持剛性を確保できる。
【００３３】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、実施例ではニードルベアリングを軸側、ボールベアリングをケース側に配置しているが、これらの配置を逆にしてもよい。
また、軸受構造が適用される箇所もリダクションドライブシャフトの端部に限らず、他の回転軸の端部あるいは各回転軸の中間部の支持にも用いることができる。
さらに、適用の対象となる変速機も、実施例のようなトルクコンバータ−プラネタリギヤセットからなる自動変速機に限らず、無段変速機、手動変速機、手動変速機ベースの自動変速機などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の参考例である変速機の軸受構造が適用される自動変速機の断面図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】本発明を適用した変速機の軸受構造の実施例における断面図である。
【図４】本発明の実施例と比較例におけるギヤ噛合いトルクとデフレクション量との関係を示す模式的グラフである。
【図５】本発明の実施例と比較例におけるシャフト・支持系の周波数−振動特性、ケースの周波数−放射音特性、及び、振動騒音レベルの周波数−音レベル特性の関係を示す模式的グラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１    自動変速機
１０    ケース
２０    トルクコンバータ
３０    インプットシャフト
４０    変速機構部
５０    リダクションドライブシャフト
５１    リダクションギヤ
５２    ベアリング
５３    フランジ部
６０    ドライブピニオンシャフト
７０    フロントディファレンシャル
８０    コントロールバルブ
９０    オイルポンプ
１００    軸受構造
１１０    ニードルローラベアリング
１１１    針状ころ
１１２    保持器
１２０    ベアリングレース
１２１    フランジ部
１３０    ボールベアリング
１３１    内輪
１３２    外輪
１３３    鋼球
１３４    保持器
１４０    スラストベアリング
【図１】
2008298249.tif 000003
【図２】
2008298249.tif 000004
【図３】
2008298249.tif 000005
【図４】
2008298249.tif 000006
【図５】
2008298249.tif 000007