CN108700117A - 圆锥滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

在保持器(4)的柱部(43)的侧面(43a)以在滚子轴向上分离的方式形成有通过前端面引导圆锥滚子(3)的两个突出部(45a、45b)。各突出部(45a、45b)在滚子轴向上与小径侧环状部(41)以及大径侧环状部(42)双方分离。在突出部(45a、45b)设置有打入余量(F)。

Description

圆锥滚子轴承
技术领域
本发明涉及使用圆锥滚子作为滚动体的圆锥滚子轴承。
背景技术
如图24所示，在圆锥滚子轴承中使用的钢板制的保持器经过如下步骤而制作：(i)通过坯料冲裁工序从钢板冲裁出圆形坯料；(ii)通过拉伸工序将圆形坯料拉伸为圆锥台状的杯形状；(iii)通过芯冲裁工序在杯的底部冲裁中心引导孔和旋转引导孔；(iv)通过凹袋冲裁工序在杯的侧壁冲裁梯形状的凹袋；(v)通过柱按压工序在柱部的侧面形成与圆锥滚子的外周面接触的锥状的引导面；(vi)通过内径冲裁工序以残留有边缘的方式将杯的底部裁落(参照专利文献1)。
以往，经由如下的步骤进行组装具有钢板制保持器的圆锥滚子轴承：如图25A所示，形成在保持器104的凹袋121中装入有圆锥滚子103的组件的状态，接下来将该组件组装于内圈101的外周侧。在进行该组装时，需要使内圈101的小径侧凸缘部113在环状的圆锥滚子列的内径侧通过，如图25B所示，圆锥滚子103与保持器104的柱部122的锥状的引导面123接触而基本无法向外径侧移动，因此在该状态下小径侧凸缘部113与圆锥滚子103的内径端干涉，难以将组件组装于内圈101。
于是，以往，如图26A所示，使保持器104的柱部122向外径侧塑性变形，如图26B所示，使圆锥滚子103的位置向外径侧偏移而形成组件，在此基础上使内圈101的小径凸缘部113在圆锥滚子103的内径侧通过，之后，如图26C所示，从外径侧对柱部122紧固而使柱部122向内径侧塑性变形，从而使保持器104恢复原来的形状(例如参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-293698号公报
专利文献2：日本特开2006-29522号公报
专利文献3：日本特开2013-76429号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在组装圆锥滚子前使钢制保持器向外径侧塑性变形并在组装后使保持器向内径侧塑性变形而恢复原来的形状的方法中，产生残余变形而使塑性变形后的凹袋形状变得不稳定。因此，存在引起在轴承旋转时圆锥滚子与保持器的凹袋内表面之间接触不良的可能性。为了解决以上的问题，在专利文献2中，通过在保持器的柱部的小径侧设置狭缝而降低柱部的刚性，从而能够在弹性变形的范围内将保持器装入内圈，但通过现有的冲压加工机难以进行狭缝的加工，因此加工成本提高，另外，在圆锥滚子轴承小型的情况下具有设置狭缝本身较为困难的问题。
于是，本发明的目的在于提供无需轴承组装时的保持器的紧固工序从而能够避免保持器与圆锥滚子的接触不良的圆锥滚子轴承。
用于解决课题的方案
作为用于实现上述目的的技术手段，本发明涉及一种圆锥滚子轴承，其具备：内圈，其在外周面具有内侧轨道面；外圈，其在内周面具有外侧轨道面；多个圆锥滚子，其配置在内圈的内侧轨道面与外圈的外侧轨道面之间；以及保持器，其在圆周方向上的多个部位保持所述圆锥滚子，保持器具有小径侧环状部、大径侧环状部以及连结小径侧环状部与大径侧环状部的多个柱部，在由保持器的小径侧环状部、大径侧环状部以及相邻的两个柱部形成的凹袋中收容有所述圆锥滚子，其特征在于，在保持器的柱部的侧面以在滚子轴向上分离的方式形成有多个突出部，该多个突出部在滚子轴向上与小径侧环状部以及大径侧环状部双方分离，并且通过前端面引导圆锥滚子，所述突出部具有打入余量。该保持器例如可以由钢板形成。
突出部具有打入余量，因此圆锥滚子能够通过打入而装入保持器。此外，突出部形成为在滚子轴向上与保持器的小径侧环状部以及大径侧环状部双方分离、并且突出部彼此在滚子轴向上分离，因此突出部的构成前端面的一部分的引导面的面积变小，在打入时突出部、柱部容易弹性变形。因此，能够将圆锥滚子顺利地打入保持器凹袋。基于以上的理由，在轴承的组装时，能够采用在将保持器配置于内圈的外周侧的状态下从保持器的外径侧打入圆锥滚子等的组装顺序，在轴承的组装时无需对保持器进行紧固。因此，能够避免因紧固时的塑性变形不良导致的圆锥滚子与凹袋内表面之间的接触不良。
优选为，在所述突出部的前端面的外径侧设置有由断裂面构成的引导部。突出部例如能够通过剪切加工而形成，但在剪切加工中使用的冲头与冲模之间存在有缝隙，因此断裂面以越趋于外径侧越后退(向凹袋内突出的突出量减小)的方式倾斜。因此，对于在圆周方向上对置的突出部的断裂面间的距离而言，在打入时成为入口侧的区域(外径侧的区域)的上述距离比成为出口侧的区域(内径侧的区域)的上述距离大。因此，能够使断裂面作为引导圆锥滚子的打入方向的引导部而发挥功能，能够减小打入阻力。
所述突出部的前端面的内径侧区域作为与圆锥滚子的外周面接触的引导面而发挥功能。因此，通过由成形面形成该内径侧区域，从而该内径侧区域的精度提高，能够使圆锥滚子的滚动稳定化。
通过将突出部的宽度A和凹袋的整体宽度B设定为B/A＝4.5～20，能够防止滚子脱离和打入时的滚子划痕的产生。
通过将引导面中央部间的宽度C和凹袋的整体宽度B设定为C/B＝0.45～0.55，能够防止滚子脱离和轴承运转中的滚子划痕的产生。
优选为，突出部的打入余量F设定为0.05mm以上且0.30mm以下。
另外，通过将打入余量F和滚子直径G设定为G/F＝30～50，能够防止滚子脱离和打入时的滚子划痕的产生。
圆锥滚子轴承的树脂制保持器通过对聚酰胺等树脂材料进行注射成形而制作。以往，在将圆锥滚子放入保持器的凹袋而形成组件的状态下，将内圈压入组件的内径侧，之后，在组件的外径侧组装外圈，从而进行具有树脂制保持器的圆锥滚子轴承的组装。将圆锥滚子的小径端部按压于内圈的小凸缘部，通过压入力而使圆锥滚子向外径侧移动而将保持器弹性地扩展，从而进行内圈向组件的压入(例如专利文献3)。
然而，如图27所示，在将坯件4’配置于冲模6的内周的状态下，使与凹袋的形状对应的形状的冲头7从坯件4’的内径侧向外径侧一起移动，通过各冲头对坯件4’的部分区域进行冲裁，从而进行钢板制保持器的凹袋冲裁工序。在进行该凹袋冲裁时，需要避免相对于冲模6的承受面积而冲裁阻力过大的情况。因此，在现有的钢板制保持器中，将柱部的剖面高度t和柱宽度H设定为H/t≥1.5。这表示柱宽度相对较大，因此在钢板制保持器中，难以增大滚子填充率，实现负载容量的增大存在极限。
另外，在以往的树脂制保持器中，在如上述那样向保持器和圆锥滚子的组件组装内圈时，圆锥滚子强力地抵接于钢制内圈的小凸缘部而滑动，因此圆锥滚子的表面可能受损。
于是，为了提供高强度且得到高滚子填充率、并且能够抑制轴承组装时的滚子损伤的产生的圆锥滚子轴承，在以上所述的圆锥滚子轴承中，优选为，将保持器设为树脂制，将柱部的剖面高度t和柱宽度H规定为H/t＜1.5的关系。
在树脂制保持器中成形有凹袋，因此无需基于冲裁阻力的观点来确定柱宽度H、剖面高度t。因此，能够设定为H/t＜1.5，从而相对减小柱宽度H。由此，能够增大滚子填充率从而实现轴承的高负载容量化。在打入时圆锥滚子相对于突出部滑动，该滑动为相对于树脂制部件的滑动，因此与圆锥滚子与钢制内圈的小径侧凸缘部滑动的情况相比，能够防止圆锥滚子表面的受损。基于以上的理由，能够得到高强度且高滚子填充率，并且能够抑制轴承组装时的滚子损伤的产生。另外，能够避免圆锥滚子与凹袋内表面之间的接触不良从而提高轴承性能。
在该树脂制保持器中，若将保持器的柱部配置在比滚子节圆靠外径侧的位置，则无需考虑滚子节圆上的保持器强度。因此，能够更加容易地增大滚子填充率。在该情况下，所述突出部的前端面的内径侧区域作为与圆锥滚子的外周面接触的引导面而发挥功能。
另外，在该树脂制保持器中，通过将突出部的宽度A和凹袋的整体宽度B设定为B/A＝4.5～20，能够防止滚子脱离和打入时的滚子划痕的产生。通过将引导面中央部间的宽度C和凹袋的整体宽度B设定为C/B＝0.45～0.55，能够防止滚子脱离和轴承运转中的滚子划痕的产生。优选为，突出部的打入余量F设定为0.20mm以上且0.50mm以下。另外，通过将打入余量F和滚子直径G设定为G/F＝30～50，能够防止滚子脱离和打入时的滚子划痕的产生。
在以上所述的各圆锥滚子轴承中，优选为，使用对数凸度作为圆锥滚子的凸度。若使用对数凸度，则能够与圆弧凸度相比增大滚子的端面附近的降低量，因此能够减小打入圆锥滚子时的打入阻力。
发明效果
根据本发明，能够通过圆锥滚子的打入而组装轴承。因此，能够提供无需轴承组装时的保持器的紧固工序从而能够避免因残余变形导致的保持器与圆锥滚子之间的接触不良的圆锥滚子轴承。
附图说明
图1是圆锥滚子轴承的剖视图。
图2是保持器的剖视图。
图3A是图2中的iii-iii线处的剖视图。
图3B是图2的ii-ii线处的剖视图。
图3C是图2中的iv-iv线处的剖视图。
图3D是图2中的i-i线处的剖视图。
图4是示出凹袋冲裁工序的剖视图。
图5是将图4中的区域P放大示出的剖视图。
图6A是示出柱按压工序的剖视图。
图6B是示出柱按压工序的剖视图。
图6C是示出柱按压工序的剖视图。
图7A是示出本发明所涉及的圆锥滚子轴承的组装工序的剖视图。
图7B是示出本发明所涉及的圆锥滚子轴承的组装工序的剖视图。
图8是示出圆锥滚子的打入后的状态的剖视图。
图9是对圆弧凸度的母线形状与对数凸度的母线形状进行对比而示出的图。
图10是圆锥滚子的侧视图。
图11是从外径侧观察保持器时的放大俯视图。
图12是柱部的剖视图。
图13是保持器的小径端侧的圆锥滚子轴承的放大剖视图。
图14是从外径侧观察保持器时的放大俯视图。
图15是具有树脂制保持器的圆锥滚子轴承的剖视图。
图16是树脂制保持器的剖视图。
图17是图16中的i-i线处的剖视图。
图18是图16中的ii-ii线处的剖视图。
图19A是示出本发明所涉及的圆锥滚子轴承的组装工序的剖视图。
图19B是示出本发明所涉及的圆锥滚子轴承的组装工序的剖视图。
图20是示出H/t的值与滚子填充率的关系的图。
图21是示出圆锥滚子的打入后的状态的剖视图。
图22是示出圆锥滚子的打入后的状态的剖视图。
图23是保持器的小径端侧的圆锥滚子轴承的放大剖视图。
图24是示出钢板制保持器的制作工序的立体图。
图25A是示出圆锥滚子轴承的以往的组装工序的剖视图。
图25B是图25A中的Y-Y线剖视图。
图26A是示出圆锥滚子轴承的以往的组装工序的剖视图。
图26B是示出圆锥滚子轴承的以往的组装工序的剖视图。
图26C是示出圆锥滚子轴承的以往的组装工序的剖视图。
图27是示出钢板制保持器的凹袋冲裁工序的剖视图。
具体实施方式
根据附图对本发明所涉及的圆锥滚子轴承的实施方式进行详细说明。
在图1中示出圆锥滚子轴承的剖视图。
如该图所示，圆锥滚子轴承具备：内圈1、配置于内圈1的外周侧的外圈2、配置在内圈1与外圈2之间的多个圆锥滚子3、以及在圆周方向上以规定间隔保持圆锥滚子3的钢板制的保持器4。在内圈1的外周面形成的圆锥状的内侧轨道面11与在外圈2的内周面形成的圆锥状的外侧轨道面21之间滚动自如地配置有圆锥滚子3。在内圈1的大径端部以及小径端部分别形成有向外径方向突出的大径侧凸缘部12以及小径侧凸缘部13。需要说明的是，在外圈2未设置有凸缘部。另外，在本实施方式的圆锥滚子轴承中，在轴承的轴向两侧未配置密封构件，因此轴承内部空间的轴向两侧处于开放的状态。
图2是保持器4的剖视图，图3A～图3D是图2中的i-i线、ii-ii线、iii-iii线、iv-iv线处的各剖视图。
如图2所示，保持器4一体地具有小径侧环状部41、大径侧环状部42、以及将小径侧环状部41与大径侧环状部43连结的多个柱部43。小径侧环状部41、大径侧环状部42、以及在圆周方向上相邻的柱部43之间，形成有收容圆锥滚子3的梯形状的凹袋44(参照图11)。
在柱部43的侧面43a以在圆锥滚子3的轴向(以下，称为“滚子轴向”)上与小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离的方式形成有向凹袋44内突出的两个突出部45a、45b。具体而言，大径侧的突出部45a以向保持器小径侧与大径侧环状部42分离的方式形成，小径侧的突出部45b以向保持器大径侧与小径侧环状部41分离的方式形成。即，任一突出部45a、45b均与小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离，以独立的方式而形成。另外，大径侧的突出部45a与小径侧的突出部45b在滚子轴向上分离地形成。需要说明的是，也可以在柱部的侧面43a形成有三个以上的突出部。
如图3A以及图3B所示，各突出部45a、45b的前端面具备内径侧的区域451和外径侧的区域452，并且形成为两区域451、452的边界部最向凹袋44内突出的剖面V字状。各突出部45a、45b的前端面中的、内径侧的区域451构成与圆锥滚子3的圆锥状外周面接触的锥状的引导面。如图3C以及图3D所示，柱部43的侧面43a中的、除突出部45a、45b以外的区域46(参照图2)成为不与圆锥滚子3的圆锥状外周面接触的非接触部。非接触部46成为与使圆锥滚子3沿着轴承的半径方向移动时的移动轨迹平行的笔直面。
保持器4经由与以往同样的步骤、即如图24所示经由如下步骤而制作：(i)通过坯料冲裁工序从钢板冲裁出圆形坯料；(ii)通过拉伸工序将圆形坯料拉伸为圆锥台状的杯形状；(iii)通过芯冲裁工序在杯的底部冲裁中心引导孔和旋转引导孔；(iv)通过凹袋冲裁工序在杯的侧壁冲裁梯形状的凹袋44；(v)通过柱按压工序在柱部43的侧面43a形成与圆锥滚子3的外周面接触的锥状的引导面451；(vi)通过内径冲裁工序以残留有边缘的方式将杯的底部裁落。需要说明的是，作为保持器4，也可以使用由树脂的成形品构成的树脂制保持器。
图4是示出上述的工序中的凹袋冲裁工序的剖视图。另外，图5是将图4中的区域P放大示出的剖视图。
如图4所示，通过如下方式进行凹袋冲裁：在将坯件4’配置于冲模6的内周的状态下，使与图2所示的凹袋44的形状对应的形状的冲头7从坯件4’的内径侧向外径侧一起移动，通过各冲头7对坯件4’的部分区域进行冲裁。如图5所示，在冲裁后的剪切切口中的、内径侧的区域形成有剪切面47，在外径侧的区域形成有断裂面48。剪切面47是在冲头7的侧面中被抛光加工的具有光泽的平滑的部分。另外，断裂面48是产生裂缝而断裂的部分，表面为呈现有结晶粒的微小凹凸面。断裂面48的外径端位于比剪切面47后退相当于冲模6与冲头7之间的缝隙α的量的位置。
图6A～图6C是示出上述工序中的柱按压工序的剖视图。
如图6A～图6C所示，柱按压是通过冲头8和冲模9夹持坯件4’的柱部43并模压成形为梯形状的工序。通过该模压成形，冲模9的凹部的侧壁9a的形状被转印于柱部43的剪切面47，成形出具有规定的锥角θ(参照图3A、图3B)的引导面451。断裂面48以及非接触部46不被冲模9成形，从而保持原样。
在进行了图6A～图6C所示的柱按压工序后，通过进行内径冲裁工序，从而完成图2所示的保持器4。完成的保持器5被转移至轴承组装工序。
图7A以及图7B是示出轴承的组装工序的剖视图，图8是示出圆锥滚子的打入后的状态的剖视图。
在圆锥滚子轴承的组装时，如图7A所示，首先在内圈1的外周配置保持器4。此时，保持器4的小径侧环状部41的最小内径尺寸比内圈1的小径侧凸缘部13的外径尺寸大，在保持器4的小径侧环状部41的内周面与小径侧凸缘部13的外周面之间具有间隙β。因此，保持器4能够无特别阻碍地配置于内圈1的外周。
之后，如图7B所示，将圆锥滚子3收容于保持器4的凹袋44，此时，将从保持器4的外径侧插入凹袋44的圆锥滚子3按压于突出部45a、45b，使突出部45a、45b以及柱部43弹性变形从而扩大在圆周方向上相邻的突出部45a、45b间的圆周方向距离。在圆锥滚子3通过在圆周方向上对置的突出部45a、45b间后，突出部45a、45b以及柱部43弹性地恢复原来的形状(将以上所述的一系列的操作称为“打入”)。当将圆锥滚子3配置在内侧轨道面11上时，突出部45a、45b的引导面451与圆锥滚子3的外周面接触，从而限制圆锥滚子3向外径方向的脱落。
为了允许圆锥滚子3的打入，如图8所示，突出部45a、45b具有打入余量F。打入余量F相当于以将圆锥滚子3收容于凹袋44的状态为基准，将圆锥滚子3打入凹袋44时的突出部45a、45b的引导面451的最大位移量。至少突出部45a、45b以及柱部43设置为，在打入时双方产生与打入余量F相当的量的弹性变形。在为机动车用的圆锥滚子轴承、例如差速齿轮装置、变速装置所使用的圆锥滚子轴承的情况下，对于突出部45a、45b的打入余量F，0.05mm以上且0.30mm以下为适当范围。
为了允许打入时的突出部45a、45b以及柱部43的弹性变形，优选圆锥滚子3的打入仅限于圆周方向的一个部位进行。即，在一个圆锥滚子3的打入结束后，使保持器4旋转一个间距的量在相同的部位进行下一个圆锥滚子3的打入，以下，反复重复上述操作而将全部圆锥滚子3依次打入保持器4的凹袋44。此时，也可以将在圆周方向上大幅分离的多个圆锥滚子3同时打入保持器4。当然，若不存在问题，则也可以将全部圆锥滚子3同时打入保持器4的各凹袋。
通过圆锥滚子3的打入，将全部圆锥滚子3保持于保持器4，从而完成由内圈1、圆锥滚子3以及保持器4构成的图7B所示的组件。之后，通过在该组件的外径侧配置外圈2，从而完成图1所示的圆锥滚子轴承。
这样本发明所涉及的圆锥滚子轴承具有如下特征，在其组装时能够向保持器4的凹袋44打入圆锥滚子3。与之相关联地，在本发明中，使突出部45a、45b在滚子轴向上与保持器4的小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离，并且使大径侧的突出部45a和小径侧的突出部45b在滚子轴向上分离，因此突出部43a、43b的引导面451的面积变小。因此，即使在通过钢板制作保持器4的情况下，突出部43a、43b以及柱部43也容易弹性变形，从而能够顺利地进行圆锥滚子3的打入。另外，突出部43a、43b隔着圆锥滚子3的滚子轴向的中间点而配置于两侧，因此能够使被引导面451引导的圆锥滚子3的姿态稳定化。
通过能够像这样进行圆锥滚子3向保持器凹袋44的打入，从而在轴承的组装时，如图7A以及图7B所示，能够采用在将保持器4配置于内圈1的外周侧的状态下从保持器4的外径侧打入圆锥滚子3等的组装顺序，因此在轴承的组装时无需对保持器4进行紧固。因此，能够避免因紧固时的残余变形导致的圆锥滚子3与凹袋44内表面之间的接触不良，从而能够使轴承性能稳定化。
另外，在本发明中，在突出部45a、45b的前端面的外径侧的区域452，断裂面48保持原样。该断裂面48依照凹袋冲裁工序中使用的冲模6与冲头7之间的缝隙α(参照图5)，如图8所示那样形成为以在圆周方向上对置的突出部45a、45b的断裂面451间的距离在外径侧比内径侧外径侧宽的方式略微倾斜的状态。由于该倾斜的存在，断裂面48作为在打入方向上引导圆锥滚子3的引导部而发挥功能，具有能够减小打入阻力的效果。
在圆锥滚子3的外周面，为了抑制边缘负载的产生，通常在圆锥滚子3的有效长度的范围(除圆锥滚子3的倒角3a以外的长度的范围)内形成有凸度。以往，作为凸度，多使用将母线形状设为具有恒定的曲率半径的一个圆弧的圆弧凸度。相对于此，近年来，为了进一步抑制边缘负载的产生，作为圆锥滚子3的凸度，使用将母线形状设为对数曲线的对数凸度的情况增多。
在图9中对圆弧凸度(虚线)的母线形状与对数凸度(实线)的母线形状进行对比而示出。如图9所示，对于对数凸度，以滚子3的有效长度Le的轴向中间点O为中心而Le/2的范围由笔直的直线(降低量0)形成。Le/2的范围外的母线形状为将坐标Le/2处的降低量设为0的对数曲线，其降低量δL越趋于圆锥滚子3的端面侧则越大。
如图9所示，对于对数凸度，圆锥滚子3的端面侧的降低量δL比由圆弧凸度形成的相同尺寸的圆锥滚子3的降低量δR大。因此，若使用采用了对数凸度的圆锥滚子3，则与采用了圆弧凸度的以往的圆锥滚子3相比，能够更加容易地进行圆锥滚子3向保持器4的打入。为了得到该效果，优选突出部43a、43b形成在对数凸度的降低量δL比圆弧凸度δR大的图中的区域γ内。
需要说明的是，由于难以使圆锥滚子3的母线形状与理论上的对数曲线一致，因此在实际的圆锥滚子3中，并非由理论上的对数曲线，而是由其近似曲线形成凸度(在该情况下也称为对数凸度)。例如，如图10所示，通过将曲率半径R不同的多个(在附图中为3个)圆弧连接，并且越趋于滚子端部侧的圆弧越减小曲率半径R(R1＞R2＞R3)，则能够得到近似于对数曲线的形状的凸度。此时，可以通过平滑的圆弧将各圆弧R1、R2、R3之间连接。
以下，根据图11以及图12对在得到上述的效果的情况下优选的保持器各部的尺寸进行说明。需要说明的是，图11是从外径侧观察保持器4时的放大俯视图，图12是柱部43的剖视图。
(1)引导面的宽度A与凹袋整体宽度B的关系
如图11所示，将引导圆锥滚子3的引导面451的滚子轴向的宽度(以下，将滚子轴向的宽度简称为“宽度”)A，将凹袋的整体宽度设为B，并评价改变比B/A时的圆锥滚子3的打入性，得到以下所示的表1的结果。
[表1]
2 3 4.5 10 15 20 21 22
B/A × △ ○ ○ ○ ○ △ ×
如表1所示，在比B/A为2时，打入宽度过大，因此在圆锥滚子3的外周面产生划痕(滚子划痕)、或者打入后的柱部43发生扭转(10个中的10个)。在比B/A为3的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的4个)，因此认为打入宽度依然过大。另一方面，在比B/A为22的情况下，打入宽度过小，因此发生滚子脱离、或者在轴承运转中产生滚子划痕(10个中的10个)。在比B/A为21的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的5个)，因此认为打入宽度依然过小。
另一方面，在比B/A为4.5～20的范围内，未产生这样的问题。因此，引导面的宽度A与凹袋整体宽度B之比B/A优选设定为B/A＝4.5～20的范围。
(2)引导面中央部间的宽度C与凹袋整体宽度B的关系
如图11所示，将突出部45a、45b的引导面451的滚子轴向中央部间的宽度设为C，将凹袋44的整体宽度设为B，并改变比C/B而评价滚子划痕、滚子脱离的产生程度，得到以下所示的表2的结果。
[表2]
0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7
C/B × △ ○ ○ ○ △ ×
如表2所示，在比C/B为0.3时，引导面451集中配置于宽度方向的中央附近，对轴承运转中的滚子的倾斜的制约变小，因此产生滚子划痕(10个中的8个)。在比C/B为0.4的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的3个)。另一方面，在比C/B为0.7的情况下，特别是在装入凸度降低量δL大的滚子的情况下发生滚子脱离(10个中的8个)。在比C/B为0.6的情况下发现少许的改善但同样地产生了滚子脱离的问题(10个中的2个)。
另一方面，在比C/B为0.45～0.55的范围内，未产生这样的问题。因此，引导面中央部间的宽度C与凹袋整体宽度B之比C/B优选设定为C/B＝0.45～0.55的范围。
(3)柱部的最外径假想长度D与柱部的最外径实际长度E的关系
如上述那样，突出部45a、45b的断裂面48作为将圆锥滚子3打入保持器4时的引导件而发挥功能。因此，若形成断裂面48时的断裂厚度小，则担心无法将断裂部452作为引导件而发挥功能，而成为打入阻力。为了对此进行评价，如图12所示，将柱部43的最外径假想长度、即使由凹袋冲裁工序形成的剪切面47向外径侧延长的线与使柱部43的外周面在圆周方向上延长的线的交点间的长度设为D，将柱部的最外径实际长度、即柱部43的最外径部的实际的圆周方向长度设为E，并评价改变比E/D时的打入阻力和柱部43的强度，得到以下所示的表3的结果。
[表3]
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 1
E/D × △ ○ ○ ○ ○ △
如表3所示，在比E/D为0.5时，柱部43的圆周方向长度过小(柱部43过细)，因此在轴承运转中保持器4破损(10个中的9个)。在比E/D为0.6的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的4个)。另一方面，在比E/D为1的情况下，打入阻力过大而产生滚子划痕(10个中的2个)。
另一方面，在比E/D为0.7～0.95的范围内，未产生这样的问题。因此，柱部43的最外径假想长度D与柱部43的最外径实际长度E之比E/D优选设定为E/D＝0.7～0.95的范围。
(4)滚子直径G与打入余量F的关系
在图8所示的打入余量F过大的情况下，滚子划痕的产生频率增加，若打入余量F过小则产生滚子脱离的问题。为了对此进行评价，将滚子直径设为G，将打入余量设为F，评价改变比G/F时的打入阻力和滚子脱离的程度，得到以下的表4所示的结果。
[表4]
10 20 30 40 50 60 70 80
G/F × △ ○ ○ ○ △ × ×
如表4所示，在比G/F为10时，打入余量相对于滚子直径相对较大，因此产生滚子划痕(10个中的8个)。在比G/F为20的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的4个)。另一方面，在比G/F为80的情况下，打入余量相对于滚子直径相对较小，因此发生滚子脱离(10个中的10个)。在比G/F为70的情况以及60的情况下发现少许的改善但仍产生了同样的问题(10个中的8个、10个中的3个)。
在以上所述的各实施方式中，通过采用以下所述的低转矩化对策，能够实现圆锥滚子轴承的低转矩化。以下，根据图13以及图14对该低转矩化对策进行说明。在此，图13是包括保持器4的小径端侧的圆锥滚子轴承的放大剖视图，图14是从外径侧观察保持器4时的放大俯视图。
在机动车的差速齿轮装置、变速装置等中进行油浴润滑。因此，在这些装置的驱动中，润滑油从圆锥滚子轴承的小径侧流入轴承内部而对内侧轨道面11、外侧轨道面21进行润滑。此时，如图13所示，从保持器4的小径侧环状部41的内周面与内圈1的小径侧凸缘部13的外周面之间的间隙50流入轴承内部的润滑油(用空心的箭头表示)沿着内侧轨道面11流动，但在其流动方向的下游侧存在有大径侧凸缘部12(参照图1)，因此润滑油的流动被阻挡，润滑油容易滞留于轴承内部而增大转矩损失。
作为其对策，如图14所示，在保持器4的小径侧环状部41的凹袋内表面设置切口49。由此，从间隙50流入轴承内部的润滑油的一部分由于离心力而经由切口49向外圈2侧移动，沿着外侧轨道面21流动。在外圈2未设置有阻挡润滑油的流动的凸缘部，因此润滑油能够沿着外侧轨道面21顺利地流动。因此，能够减少沿着内侧轨道面11流动的润滑油量，减少滞留于轴承内部的润滑油的量，从而减少因润滑油的流动阻力造成的转矩损失。
为了得到以上的效果，优选将切口49的深度X设为0.1mm以上，从而使足够量的润滑油流入外圈2侧。另外，保持器4的小径侧环状部41的内周面与内圈1的小径侧凸缘部13的外周面之间的间隙50的宽度β优选设定为内圈1的小径侧凸缘部13的外径尺寸的2.0％以下。
切口49的深度X优选限于到达小径侧环状部41的内径侧的弯曲部R的开始点为止的深度。由此，切口49形成于小径侧环状部41的笔直部S，因此能够通过凹袋冲裁工序(参照图4)形成切口49。
接下来，对具有树脂制保持器的圆锥滚子轴承的另一实施方式进行说明。图15示出该实施方式所涉及的圆锥滚子轴承的剖视图。
如该图15所示，圆锥滚子轴承具备：内圈1、配置于内圈1的外周侧的外圈2、配置在内圈1与外圈2之间的多个圆锥滚子3、以及在圆周方向上以规定间隔保持圆锥滚子3的树脂制的保持器4。在内圈1的外周面形成的圆锥状的内侧轨道面11与在外圈2的内周面形成的圆锥状的外侧轨道面21之间滚动自如地配置有圆锥滚子3。在内圈1的大径端部以及小径端部分别形成有向外径方向突出的大径侧凸缘部12以及小径侧凸缘部13。需要说明的是，在外圈2未设置有凸缘部。另外，在本实施方式的圆锥滚子轴承中，在轴承的轴向两侧未配置密封构件，因此轴承内部空间的轴向两侧处于开放的状态，但根据需要也可以通过密封件对轴承的轴向两侧进行密封。
图16是另一实施方式所涉及的树脂制保持器4的轴向剖视图。图17是图16中的i-i线处的剖视图，图18是图16中的ii-ii线处的剖视图。
如图16所示，保持器4一体地具有小径侧环状部41、大径侧环状部42、以及将小径侧环状部41与大径侧环状部43连结的多个柱部43。小径侧环状部41、大径侧环状部42、以及在圆周方向上相邻的柱部43之间，形成有收容圆锥滚子3的梯形状的凹袋44。
如图16所示，在柱部43的侧面43a以在圆锥滚子3的轴向(以下，称为“滚子轴向”)上分别与小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离的方式形成有向凹袋44内突出的两个突出部45a、45b。具体而言，大径侧的突出部45a以向滚子轴向的保持器小径侧与大径侧环状部42分离的方式形成，小径侧的突出部45b以向滚子轴向的保持器大径侧与小径侧环状部41分离的方式形成。即，任一突出部45a、45b均与小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离，以独立的方式而形成。另外，大径侧的突出部45a与小径侧的突出部45b在滚子轴向上分离地形成。需要说明的是，也可以在柱部的侧面43a形成有三个以上的突出部。
如图16以及图17所示，各突出部45a、45b的前端面具备内径侧的区域451和外径侧的区域452。大径侧突出部45a的前端面和小径侧突出部45b的前端面呈相同形状。各突出部45a、45b的内径侧的区域451构成与圆锥滚子3的圆锥状外周面接触的引导面。在图17中例示了将引导面451形成为与圆锥滚子3的外周面相适合的圆弧面状的情况，但也可以由平坦的笔直面形成引导面451。外径侧的区域452相对于内径侧的区域451以具有角度的方式倾斜，并且由沿与使圆锥滚子3在轴承的半径方向上移动时的圆锥滚子3的移动轨迹平行的方向延伸的笔直面形成。保持器PCD比滚子PCD大，柱部43的剖面整个区域与滚子PCD相比位于外径侧。
如图18所示，柱部43的侧面43a中的、除突出部45a、45b以外的区域46成为不引导圆锥滚子3的圆锥状外周面、或者不与圆锥滚子3的圆锥状外周面接触的非接触部。非接触部46例如由与使圆锥滚子3在轴承的半径方向上移动时的圆锥滚子3的移动轨迹平行的笔直面形成。因此，在本实施方式中，非接触部46与突出部45a、45b的外径侧的区域452形成为平行。
保持器4通过对树脂材料进行注射成形而成形。保持器4的凹袋也通过模具而成形，因此凹袋44的内壁面各部(包括突出部45a、45b的前端面以及非接触部46)均为通过模具而成形的成形面。作为树脂材料，考虑到润滑油所包含的添加剂对树脂材料的攻击性，优选采用例如PPS、聚酰胺(PA46、PA66等)。
图19A以及图19B是示出具有以上所述的树脂制保持器4的圆锥轴承的组装工序的剖视图。
在圆锥滚子轴承的组装时，如图19A所示，首先在内圈1的外周配置保持器4。此时，保持器4的小径侧环状部41的最小内径尺寸比内圈1的小径侧凸缘部13的外径尺寸大，在保持器4的小径侧环状部41的内周面与小径侧凸缘部13的外周面之间具有间隙β。因此，保持器4能够无特别阻碍地配置于内圈1的外周。
之后，如图19B所示，通过将圆锥滚子3打入保持器4的凹袋44而对其进行收容。具体而言，将从保持器4的外径侧插入凹袋44的圆锥滚子3按压于突出部45a、45b，使突出部45a、45b以及柱部43弹性变形，从而扩大在凹袋内对置的突出部45a、45b间的圆周方向距离。在圆锥滚子3通过在圆周方向上对置的突出部45a、45b间后，突出部45a、45b以及柱部43弹性地恢复原来的形状。当将圆锥滚子3配置在内侧轨道面11上时，突出部45a、45b的引导面451接近圆锥滚子3的外周面，通过突出部45a、45b来限制圆锥滚子3向外径方向的脱落。
为了允许圆锥滚子3的打入，如图17所示，突出部45a、45b具有打入余量F。打入余量F相当于以将圆锥滚子3收容于凹袋44的状态为基准，将圆锥滚子3打入凹袋44时的突出部45a、45b的前端面451、452的最大位移量。至少突出部45a、45b以及柱部43设置为，在打入时在圆周方向的两侧产生与打入余量F相当的量的弹性变形。在为机动车用的圆锥滚子轴承、例如差速齿轮装置、变速装置的圆锥滚子轴承所使用的树脂制保持器的情况下，对于突出部45a、45b的打入余量F，0.20mm以上且0.50mm以下成为适当范围。
为了允许打入时的突出部45a、45b以及柱部43的弹性变形，优选圆锥滚子3的打入仅限于在圆周方向的一个部位而进行。即，在一个圆锥滚子3的打入结束后，使保持器4旋转一个间距的量在相同的部位进行下一个圆锥滚子3的打入，以下，反复重复上述操作而将全部圆锥滚子3依次打入保持器4的凹袋44。此时，也可以将在圆周方向上大幅分离的多个圆锥滚子3同时打入保持器4。当然，若不存在问题，则也可以将全部圆锥滚子3同时打入保持器4的各凹袋。
通过圆锥滚子3的打入，将全部圆锥滚子3保持于保持器4，从而完成由内圈1、圆锥滚子3、以及保持器4构成的图19B所示的组件。之后，通过在该组件的外径侧配置外圈2，从而完成图15所示的圆锥滚子轴承。
以上说明的另一实施方式所涉及的圆锥滚子轴承也具有如下特征，在其组装时，能够从外径侧向保持器4的凹袋44打入圆锥滚子3。通过将保持器设为树脂制，从而在圆锥滚子3的打入时保持器4容易弹性变形，因此打入时的作业性提高。特别是，在本发明中，使突出部45a、45b在滚子轴向上与保持器4的小径侧环状部41以及大径侧环状部42分离，并且使大径侧的突出部45a和小径侧的突出部45b在滚子轴向上分离，因此突出部43a、43b的前端面451、452的面积(特别是滚子轴向的长度)变小。因此，突出部43a、43b以及柱部43容易弹性变形。因此，能够缓和打入时的阻力，从而顺利地进行圆锥滚子3的打入。在打入时圆锥滚子3相对于突出部43a、43b滑动，该滑动为相对于树脂制部件的滑动，因此与如专利文献2所记载那样圆锥滚子相对于钢制部件(内圈的小径侧凸缘部)滑动的情况相比，能够防止圆锥滚子表面的受损。
另外，突出部43a、43b隔着圆锥滚子3的滚子轴向的中间点而配置于两侧，因此能够防止被引导面451引导的圆锥滚子3的偏斜，使其姿态稳定化。
通过能够像这样进行圆锥滚子3向保持器凹袋44的打入，从而在轴承的组装时，如图19A以及图19B所示，能够采用在将保持器4配置于内圈1的外周侧的状态下从保持器4的外径侧打入圆锥滚子3等的组装顺序。因此，无需在使用钢板制保持器的轴承的组装时所需的保持器4的紧固工序。因此，能够避免因紧固时的残余变形导致的圆锥滚子3与凹袋44内表面之间的接触不良，从而能够使轴承性能稳定化。
另外，在钢板制保持器中，为了防止由凹袋冲裁工序中产生的冲裁阻力导致的柱部的变形，因此柱部的半径方向的剖面需要设为半径方向的厚度t(剖面高度)比圆周方向的宽度尺寸H(柱宽度)薄的扁平形状。因此，在钢板制保持器中，设计为H/t≥1.5。然而，由于该制约，在钢板制保持器中，存在难以提高滚子填充率的问题。
相对于此，在本实施方式的树脂制保持器中成形有凹袋44，因此无需基于冲裁阻力的观点来确定柱宽度H、剖面高度t。因此，能够设定为H/t＜1.5，从而相对减小柱宽度H。由此，能够增大滚子填充率从而实现轴承的高负载容量化。需要说明的是，滚子填充率γ[％]能够通过将Z设为“滚子个数”、将G设为“滚子直径”、将PCD设为“滚子节圆直径”并利用γ＝(Z×G×100)/(π×PCD)而求出。柱宽度H是指柱部43中的包括突出部45a、45b在内的区域的圆周方向的宽度尺寸。
在图20中示出H/t的数值、柱部43的剖面形状、以及滚子填充率的关系。如图20所示，H/t的值越小则柱部的剖面形状越纵长。另外，H/t的值越小，则越能够增大滚子填充率。通过如本发明那样设定为H/t＜1.5，认为能够达到90％以上的滚子填充率。
此外，保持器4的柱部43的侧面43a中的、滚子轴向的部分区域成为引导面451而与圆锥滚子3的外周面接触。因此，与遍及侧面43a的滚子轴向的全长而形成引导面的情况相比，能够减小圆锥滚子3与柱部43之间的润滑油的剪切转矩。因此，能够实现轴承的低转矩化。
如图17以及图18所示，树脂制保持器的柱部43优选配置在比滚子PCD靠外径侧的位置。如图21所示，在滚子PCD上存在有柱部43’的树脂制保持器4中，为了确保保持器4的强度，与打入余量F3无关，而需要一定程度地增大滚子PCD上的柱宽度H1，因此滚子填充率的增大存在极限。相对于此，若将保持器的柱部43配置在比滚子PCD靠外径侧的位置，则能够防止上述问题，容易增大滚子填充率。
在以往的钢板制保持器(紧固类型)中，柱部43’具有在图22的左侧示出的剖面形状。若在该保持器4’直接设置具有打入余量F1的突出部43a’，则打入余量F1增大，因此难以进行圆锥滚子3’的打入。作为该情况的对策，如图22的右侧所示，可以考虑减小保持器4的节圆直径(PCD)从而减小打入余量F2，但若维持H/t≥1.5的关系，并且减小节圆直径，则不得不减小柱部43的剖面高度t2，其结果是，保持器4的强度变得不足。相对于此，在本发明的树脂制保持器中，设为H/t＜1.5，因此能够确保适当的打入余量，另一方能够相对增大剖面高度t，从而能够确保保持器4的足够的强度。
在以上说明的第二实施方式所涉及的圆锥滚子轴承中，作为圆锥滚子3的凸度也可以使用对数凸度(参照图9以及图10)。
以下，根据图11以及图17对在得到以上所述的效果的基础上优选的树脂制保持器各部的尺寸进行说明。
(1)引导面的宽度A与凹袋整体宽度B的关系
如图11所示，在将引导圆锥滚子3的引导面451的滚子轴向的宽度(以下，将滚子轴向的宽度简称为“宽度”)设为A，将凹袋的整体宽度设为B时，引导面的宽度A与凹袋整体宽度B之比B/A优选设定为B/A＝4.5～20的范围。若比B/A小于4.5，则打入阻力过大而产生裂缝进入柱部43等的问题。另一方面，若比B/A大于20，则可能发生滚子脱离、或者在轴承运转中产生滚子划痕。
(2)引导面中央部间的宽度C与凹袋整体宽度B的关系
如图11所示，在突出部45a、45b的引导面451的滚子轴向中央部间的宽度设为C，将凹袋44的整体宽度设为B时，引导面中央部间的宽度C与凹袋整体宽度B之比C/B优选设定为C/B＝0.5～0.9的范围。若比C/B小于0.5，则引导面451集中配置于滚子轴向的中央附近，对轴承运转中的滚子的倾斜的制约变小，因此产生滚子划痕。另一方面，若比C/B大于0.9，则容易发生滚子脱离。
(3)滚子直径G与打入余量F的关系
图17所示的滚子直径G与打入余量F之比G/F优选为30～50的范围。在打入余量F过大的情况下，柱部43的损伤、滚子划痕的产生频率增加，若打入余量F过小则产生滚子脱离的问题。需要说明的是，以上所述的“滚子直径”的用语是指假设不存在滚子的大端以及小端的倒角的情况下的各个直径的算术平均值。
在以上所述的树脂制保持器中，通过采用上述的低转矩化对策(图13以及图14)，也能够实现圆锥滚子轴承的低转矩化。即，如图13所示，在保持器4的小径侧环状部41的凹袋内表面设置切口49。由此，如图23所示，从间隙50流入轴承内部的润滑油的一部分由于离心力而经由切口49向外圈2侧移动，沿着外侧轨道面21流动。在外圈2未设置有阻挡润滑油的流动的凸缘部，因此润滑油能够沿着外侧轨道面21顺畅地流动。因此，能够减少沿着内侧轨道面11流动的润滑油量，减少滞留于轴承内部的润滑油的量，从而减少由润滑油的流动阻力造成的转矩损失。
为了得到以上的效果，优选将切口口49的深度X设为0.1mm以上，从而使足够量的润滑油流入外圈2侧。另外，保持器4的小径侧环状部41的内周面与内圈1的小径侧凸缘部13的外周面之间的间隙50的宽度β优选设定为内圈1的小径侧凸缘部13的外径尺寸的2.0％以下。
在以上的说明中，作为圆锥滚子轴承的用途，例示了用于机动车的差速齿轮装置、变速装置等中的动力传递轴的支承的情况，但圆锥滚子轴承的用途并不限定于此，能够作为支承机动车、产业设备中配备的各种轴的轴承而广泛使用。
附图标记说明
1 内圈；
2 外圈；
3 圆锥滚子；
4 保持器；
11 内侧轨道面；
12 大径侧凸缘部；
13 小径侧凸缘部；
21 外侧轨道面；
41 小径侧环状部；
42 大径侧环状部；
43 柱部；
44 凹袋；
45a 突出部(大径侧突出部)；
45b 突出部(小径侧突出部)；
46 非接触部；
47 剪切面；
48 断裂面(引导部)；
451 引导面；
F 打入余量；
H 柱宽度；
t 剖面高度。

Claims (17)

1.一种圆锥滚子轴承，其具备：
内圈，其在外周面具有内侧轨道面；
外圈，其在内周面具有外侧轨道面；
多个圆锥滚子，其配置在内圈的内侧轨道面与外圈的外侧轨道面之间；以及
保持器，其在圆周方向上的多个部位保持所述圆锥滚子，
保持器具有小径侧环状部、大径侧环状部以及连结小径侧环状部与大径侧环状部的多个柱部，在由保持器的小径侧环状部、大径侧环状部以及相邻的两个柱部形成的凹袋中收容有所述圆锥滚子，其特征在于，
在保持器的柱部的侧面以在滚子轴向上分离的方式形成有多个突出部，该多个突出部在滚子轴向上与小径侧环状部以及大径侧环状部双方分离，并且通过前端面引导圆锥滚子，所述突出部具有打入余量。
2.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
在所述突出部的前端面的外径侧设置有由断裂面构成的引导部。
3.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述突出部的前端面的内径侧由成形面形成。
4.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述突出部的宽度A和所述凹袋的整体宽度B设定为B/A＝4.5～20。
5.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
引导面中央部间的宽度C和所述凹袋的整体宽度B设定为C/B＝0.45～0.55。
6.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述打入余量F设为0.05mm以上且0.30mm以下。
7.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述打入余量F和滚子直径G设定为G/F＝30～50。
8.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
保持器由钢板形成。
9.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
使用对数凸度作为圆锥滚子的凸度。
10.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述保持器为树脂制，柱部的剖面高度t和柱宽度H具有H/t＜1.5的关系。
11.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
保持器的柱部配置在比滚子节圆靠外径侧的位置。
12.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述突出部的宽度A和所述凹袋的整体宽度B设定为B/A＝4.5～20。
13.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
引导面中央部间的宽度C和所述凹袋的整体宽度B设定为C/B＝0.5～0.9。
14.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述打入余量F设为0.20mm以上且0.50mm以下。
15.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述打入余量F和滚子直径G设定为G/F＝30～50。
16.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
如以下那样定义的滚子填充率γ[％]设为γ＞90，
γ＝(Z×G)/(π×PCD)
其中，Z表示滚子个数，G表示滚子直径，PCD表示滚子节圆直径。
17.根据权利要求10所述的圆锥滚子轴承，其中，
使用对数凸度作为圆锥滚子的凸度。
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