CN111919040A - 锥形滚柱轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐烧熔性优异、寿命长且耐久性高的锥形滚柱轴承。在锥形滚柱轴承中，外圈(11)、内圈(13)和多个锥形滚柱(12)中的至少任一个包括富氮层(11B)、(12B)、(13B)。保油孔(14A)设置在保持架(14)的大环状部(107)中。比率R/R_base不小于0.75且不大于0.87，其中，R表示锥形滚柱(12)的大端面(16)的设定曲率半径，R_base表示从锥形滚柱(12)的锥角的顶点到内圈(13)的大凸缘表面(18)的距离。比率R_process/R不小于0.5，其中，R_process表示锥形滚柱(12)的大端面(16)的磨削之后的实际曲率半径，R表示设定曲率半径。

Description

锥形滚柱轴承

技术领域

本发明涉及一种锥形滚柱轴承。

背景技术

锥形滚柱轴承通常已知为轴承的一种类型。锥形滚柱轴承应用于诸如汽车和工业机械等机械装置。在使用期间，因锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面彼此接触，锥形滚柱轴承可以承受一定的轴向载荷。然而，如上所述的锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间的接触不是滚动接触，而是滑动接触。因此，当锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间的接触部分的润滑环境不足时，接触部分会产生热量，并且存在温度突然升高的问题。

为了提高耐烧熔性，应当减少锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间的接触部分中的、因摩擦而产生的扭矩损失和热量，并且应当改善接触部分的油膜成形性。

例如，日本专利公开第2000-170774号(以下也称为专利文献1)已经提议将比率R/R_BASE设置在0.75到0.87的范围内，其中，R表示锥形滚柱的大端面的曲率半径，R_BASE表示从锥形滚柱的锥角的顶点到内圈的大凸缘表面(与锥形滚柱接触的一部分)的距离。根据专利文献1，通过将比率R/R_BASE设定在上述数值范围内，可以改善锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间的接触部分的油膜成形性，并且减少接触部分的发热。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开第2000-170774号

发明内容

技术问题

专利文献1已经定义了比率R/R_BASE的数值范围，而不考虑R_BASE的值。因此，曲率半径R的可能值的数值范围根据R_BASE的大小而有很大的变化。例如，当R_BASE相对较小时，曲率半径R的可能值的数值范围也很窄，并且考虑到在轴承的制造中允许的尺寸公差，很难制造出满足上述条件并在接触部分实现改善的油膜成形性的锥形滚柱轴承。当R_BASE相对较大时，曲率半径R的可能值的数值范围也很宽，并且从如上所述的接触部分的油膜成形性的改善的角度来看，可能需要验证曲率半径R的可能值的数值范围(即，比率R/R_BASE的数值范围)。

专利文献1没有定义锥形滚柱的大端面的加工之后的实际曲率半径的允许范围。因此，即使R/R_BASE的值被设置在0.75到0.87的范围内，随着实际曲率半径的减小，可能会引起比预期更大的扭斜。

当扭斜发生时，锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间产生的切向力增大，这导致摩擦力矩增大，并且产生热量。当扭斜进一步增大时，锥形滚柱的大端面处于边缘接触状态，这导致锥形滚柱与内圈之间的金属与金属的接触，并且轴承因发热而锁定。因此，还存在耐烧熔性不足的问题。

此外，当锥形滚柱轴承长时间保持停止并随后开始移动时，锥形滚柱的大端面与内圈的大凸缘表面之间的接触部分中的油膜厚度不足，并且因此，在大端面与大凸缘表面之间的接触部分可能发生烧熔。

本发明是为了解决如上所述的问题，并且本发明的目的是提供一种耐烧熔性优异的锥形滚柱轴承。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本公开的锥形滚柱轴承包括外圈、内圈、多个锥形滚柱和保持架。外圈包括围绕其内周面的外圈轨道表面。内圈包括：围绕其外周面的内圈轨道表面；以及相对于内圈轨道表面布置在大直径侧的大凸缘表面，并且上述内圈相对于外圈布置在内侧。多个锥形滚柱中的每一个包括：滚动表面，上述滚动表面与外圈轨道表面和内圈轨道表面接触；以及大端面，上述大端面与大凸缘表面接触。多个锥形滚柱配置在外圈轨道表面与内圈轨道表面之间。保持架包括沿周向方向以规定间隔布置的多个凹槽。保持架将多个锥形滚柱容纳并保持在多个凹槽中的相应一个中。保持架包括小环状部、大环状部和多个柱部。小环状部在多个锥形滚柱的小直径侧连续。大环状部在多个锥形滚柱的大直径侧连续。多个柱部将小环状部和大环状部彼此连结。小环状部、大环状部和多个柱部用作多个凹槽之间的间隔件。大环状部设置有保油孔。保油孔面向凹槽并保持润滑油。外圈、内圈和多个锥形滚柱中的至少任一个包括形成在外圈轨道表面、内圈轨道表面或滚动表面的表面层上的富氮层。比率R/R_BASE的值不小于0.75且不大于0.87，其中，R表示锥形滚柱的大端面的设定曲率半径，R_BASE表示从锥形滚柱的锥角的顶点到内圈的大凸缘表面的距离。比率R_process/R的值不小于0.5，其中，R_process表示锥形滚柱的大端面的磨削之后的实际曲率半径，R表示设定曲率半径。

发明效果

根据上述，可以得到一种耐烧熔性优良的锥形滚柱轴承。

附图说明

图1是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的示意性剖视图。

图2是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承中的富氮层的局部示意性剖视图。

图3是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。

图4是图3所示的保持架的局部放大示意图。

图5是沿图4中的线段V-V的示意性剖视图。

图6是示出图3所示的保持架的第一变型的示意性剖视图。

图7是示出图3所示的保持架的第二变型的放大示意图。

图8是示出图3所示的保持架的第三变型的示意性立体图。

图9是示出图3所示的保持架的第四变型的示意性剖视图。

图10是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的第一变型的局部示意性剖视图。

图11是示出图10所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。

图12是示出图11所示的保持架的第一变型的示意性立体图。

图13是示出图11所示的保持架的第二变型的示意性剖视图。

图14是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的第二变型的局部示意性剖视图。

图15是示出图14所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。

图16是示出图14所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。

图17是示出图15所示的保持架的第一变型的示意性立体图。

图18是示出图15所示的保持架的第二变型的示意性剖视图。

图19是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的设计规范的示意性剖视图。

图20是用于对根据实施方式的锥形滚柱轴承中的滚柱的基准曲率半径进行说明的示意性剖视图。

图21是示出图20所示的区域XXI的局部示意性剖视图。

图22是用于对根据实施方式的锥形滚柱轴承中的滚柱的实际曲率半径进行说明的示意性剖视图。

图23是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的锥形滚柱的大端面的示意性平面图。

图24示出根据实施方式的轴承部件的原奥氏体晶界。

图25示出以往的轴承部件的原奥氏体晶界。

图26是示出在根据实施方式的锥形滚柱轴承中改变内圈轨道表面与滚动表面之间的抵接位置的示例性方法的示意性剖视图。

图27是示出在根据实施方式的锥形滚柱轴承中改变滚动接触表面与滚动表面之间的抵接位置的另一示例性方法的剖视图。

图28是用于对根据实施方式的锥形滚柱轴承的滚柱的冠冕部(crowned portion)和中央部中的富氮层的形状进行说明的图。

图29是用于对根据实施方式的锥形滚柱轴承的滚柱的对数凸度轮廓(logarithmiccrowning profile)的形状的图。

图30是示出示例性凸度轮廓的y-z坐标图。

图31是用于对根据实施方式的锥形滚柱轴承的滚柱的示例性凸度轮廓进行说明的图。

图32是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的内圈的详细形状的局部示意性剖视图。

图33是图32中的区域XXXIII的放大示意图。

图34是示出图32所示的内圈轨道表面沿母线方向的形状的示意图。

图35示出了示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的滚柱的大端面的曲率半径与油膜厚度之间的关系的图。

图36示出了示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的滚柱的大端面的曲率半径与最大赫兹应力(maximum Hertz stress)之间的关系的图。

图37示出了相互叠加的、设有由对数函数表示的轮廓线的凸度轮廓的滚柱的轮廓线以及滚柱滚动表面处的接触表面压力。

图38示出了相互叠加的、局部弧形的凸度轮廓与直线部之间的部分由辅助圆弧表示的滚柱的轮廓线以及滚柱滚动表面处的接触表面压力。

图39是根据实施方式的制造锥形滚柱轴承的方法的流程图。

图40是用于对实施方式中的热处理方法进行说明的图。

图41是用于对实施方式中的热处理方法的变型进行说明的图。

图42是具有根据实施方式的锥形滚柱轴承的差速齿轮的纵剖视图。

图43是示出具有根据实施方式的锥形滚柱轴承的手动变速器的结构的示意性剖视图。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施方式进行说明。下面附图中相同的或对应的元件具有相同的附图标记，并且其描述将不再重复。

<锥形滚柱轴承的结构>

图1是根据本发明的实施方式的锥形滚柱轴承的示意性剖视图。图2是图1所示的锥形滚柱轴承的局部示意性剖视图。图3是示出了根据实施方式的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。图4是图3所示的保持架的局部放大示意图。图5是沿图4中的线段V-V的示意性剖视图。图6至图9是示出图3所示的保持架的第一变型到第四变型的示意图。图10是示出根据本发明的实施方式的锥形滚柱轴承的第一变型的局部示意性剖视图。图11是示出图10所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。图12和图13是示出图11所示的保持架的第一变型和第二变型的示意图。图14是示出根据实施方式的锥形滚柱轴承的第二变型的局部示意性剖视图。图15是示出图14所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。图16是示出图14所示的锥形滚柱轴承的保持架的示意性立体图。图17和图18是示出图15所示的保持架的第一变型和第二变型的示意性立体图。图19是示出图1至图18所示的锥形滚柱轴承的设计规范的示意性剖视图。图20是用于对根据本发明的实施方式的锥形滚柱轴承中的滚柱的基准曲率半径进行说明的示意性剖视图。图21是示出图20所示的区域XXI的局部示意性剖视图。图22是用于对根据本发明的实施方式的锥形滚柱轴承中的滚柱的实际曲率半径进行说明的示意性剖视图。图23是示出根据本发明的实施方式的锥形滚柱轴承的锥形滚柱的大端面的示意性平面图。参考图1至图23，对根据本实施方式的锥形滚柱轴承进行描述。

图1所示的锥形滚柱轴承10主要包括外圈11、内圈13、多个锥形滚柱(以下也可简称为滚柱)12和保持架14。外圈11具有环形形状，并且包括围绕其内周面的外圈轨道表面11A。内圈13具有环形形状，并且包括围绕其外周面的内圈轨道表面13A。内圈13布置在外圈11的内周侧上，使得内圈轨道表面13A面向外圈轨道表面11A。在以下的描述中，沿锥形滚柱轴承10的中心轴线的方向被称为“轴向方向”，与中心轴线正交的方向被称为“径向方向”，并且沿围绕中心轴线的圆弧的方向被称为“周向方向”。

滚柱12布置在外圈11的内周面上。滚柱12具有滚柱滚动表面12A，并且在滚柱滚动表面12A处与内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A接触。多个滚柱12在树脂制成的保持架14中沿周向方向以规定节距布置。因此，滚柱12以能滚动的方式保持在外圈11和内圈13的环形轨道上。锥形滚柱轴承10构造成使得包括外圈轨道表面11A的圆锥的顶点、包括内圈轨道表面13A的圆锥的顶点以及包括滚柱12的、在该滚柱滚动时的旋转轴线的轨迹的圆锥的顶点在轴承的中心线上的一个点(图19中的点O)处相交。根据这种结构，锥形滚柱轴承10的外圈11和内圈13能够相对于彼此旋转。内圈13包括：大凸缘部41，上述大凸缘部41位于内圈轨道表面13A的大直径侧；以及小凸缘部42，上述小凸缘部42位于小直径侧。

如图3所示，保持架14包括沿周向方向以规定间隔布置的多个凹槽109。保持架14将多个锥形滚柱12容纳并保持在多个凹槽109中的相应一个中。保持架14包括小环状部106、大环状部107和多个柱部108。小环状部106在多个锥形滚柱12的小直径一侧连续。大环状部107在多个锥形滚柱12的大直径一侧连续。多个柱部108将小环状部106和大环状部107彼此连结。小环状部106、大环状部107和多个柱部108用作多个凹槽109之间的间隔件。大环状部107设置有作为非穿透孔的保油孔14A。保油孔14A包括面向凹槽109的开口。本实施方式中的保油孔14A构造成通过毛细管现象将润滑油引入并对润滑油进行保持。

保油孔14A设置在大环状部107的、面向锥形滚柱12的表面中。保油孔14A在沿环形保持架14的中心轴线的方向上延伸。图2所示的保油孔14A没有穿透大环状部107，并且保油孔14A具有位于大环状部107内部的底部。从另一个角度来看，在沿中心轴线的方向上，保油孔14的长度比大环状部107的长度短。保油孔14A的在作为与中心轴线正交的方向的保持架14的径向方向上的宽度例如可以不大于2mm。在这种情况下，润滑油的表面张力在保油孔14的内部占主导地位，并且润滑油可以有效地保持在保油孔14A的内部。保油孔14A在凹槽109的一侧的开口宽度最大。保油孔14A在径向方向上的宽度可以从开口一侧朝向底部逐渐地减小。保油孔14A中的开口可以是任何形状，诸如圆形、矩形、椭圆形或是具有弯曲角部的四边形。

如图3所示，面向一个凹槽109的保油孔14A的数量可以设置为一个或两个。面向一个凹槽109的保油孔14A的数量可以设置为三个或更多个。保油孔14A优选地布置成面向锥形滚柱12的大端面16。优选地，保持架14的小环状部106的内周侧端面与内圈13的小凸缘部42的表面之间的距离LS不大于内圈13的小凸缘部42的外径D的1.0％。距离LS不可以大于小凸缘部42的外径D的0.08％。

在保持架14的柱部108中，油槽108A设置在面向凹槽109的侧表面中。油槽108A设置成沿保持架14的径向方向从内周侧朝向外周侧延伸。油槽108A具有外周侧端部，上述外周侧端部位于比内周侧端部的位置更靠近小环状部106的位置。如图3所示，油槽108A设置在一个柱部108的两个侧表面的每一个中。在柱部108中，连接槽设置在沿保持架14的径向方向的内周侧上，以便将两个油槽108A彼此连接。如图3所示，一个侧表面中的油槽108A的数量可以设置为一个，或者可以设置为两个或更多个。

如图3和图4所示，在保持架14的小环状部106的内周侧端面上，形成有从平坦部106A突出的多个凸部106B。凸部106B形成为沿保持架14的中心轴线的方向延伸。如图5所示，凸部106B在与保持架14的中心轴线相交的方向上具有半圆形的横截面形状。凸部106B可以具有任何其他横截面形状，诸如具有弯曲成如图6所示的正弦形状的表面的突出形状，或是三角形、梯形或椭圆形。凸部106B在保持架14的周向方向上的宽度可以是恒定的或是局部不同的。例如，在沿保持架14的中心轴线的方向上，凸部106B可以构造成使得其宽度从一端朝向另一端逐渐地减小。尽管如图4所示，保持架14的凸部106B沿保持架14的中心轴线延伸，但是上述凸部106B可以在图7所示相对于中心轴线倾斜的方向延伸。

如图8所示，保持架14的柱部108与小环状部106之间的连接部分可以设置有切口106C。切口106C具有弯曲的表面。

如图9所示，保持架14的形状可以使得在小环状部106与内圈13之间提供足够的间隙，以代替图1至图3所示的使小环状部106朝向内圈13延伸的结构。换言之，小环状部106可以不包括朝向如图2所示的内圈13弯曲的弯曲部，但是小环状部可以仅由在如图9所示沿滚柱12的中心轴线的方向上延伸的部分制成。

现在，对根据图10至图13中所示的本实施方式的锥形滚柱轴承的第一变型中的结构进行描述。尽管图10和图11所示的锥形滚柱轴承与图1至图3所示的锥形滚柱轴承在结构上基本类似，但是与图1至图3所示的锥形滚柱轴承在保持架中的保油孔14B的结构上不同。在图10和图11所示的锥形滚柱轴承中，保持架14中的保油孔14B穿透大环状部107以到达大环状部107中的、位于与凹槽109相反的位置处的表面。保油孔14B在沿环形保持架14的中心轴线的方向上延伸。例如，保油孔14B在保持架14的径向方向上的宽度可以不大于2mm。保油孔14B在凹槽109的一侧的开口宽度最大。保油孔14B在径向方向上的宽度可以从开口的一侧朝向位于与凹槽109相反的位置处的表面逐渐地减小。保油孔14B中的开口可以是类似于保油孔14A的任何形状。面向一个凹槽109的保油孔14B的数量可以设置为一个、两个或更多个。图10和图11所示的锥形滚柱轴承的保持架14与图1至图3所示的保持架14在油槽108A或凸部106B的形状上类似，除了如上所述的保油孔14B之外。

如图12所示，在设置有作为通孔的保油孔14B的保持架14中，与图8所示的保持架类似地，保持架14的柱部108与小环状部106之间的连接部分可以设置有切口106C。如图13所示，在设置有作为通孔的保油孔14B的保持架14中，小环状部106可以不包括如图10所示朝向内圈13弯曲的弯曲部，但是小环状部可以仅由在如图13所示沿滚柱12的中心轴线的方向上延伸的部分制成。

现在，对根据图14至图18中所示的本实施方式的锥形滚柱轴承的第二变型中的结构进行描述。尽管图14和图16所示的锥形滚柱轴承与图1至图3所示的锥形滚柱轴承在结构上基本类似，但是与图1至图3所示的锥形滚柱轴承在保持架中的保油孔14C的结构上不同。在图14至图16中所示的锥形滚柱轴承中，保持架14的大环状部107包括：凹槽侧表面部107A，上述凹槽侧表面部107A面向凹槽109；以及内圈侧表面部107B，上述内圈侧表面部107B与凹槽侧表面部107A连续并面向内圈13。在保油孔14C中的开口设置成从凹槽侧表面部107A延伸到内圈侧表面部107B。从另一角度来看，保油孔14C是设置成将凹槽侧表面部107A与内圈侧表面部107B彼此连接的凹部。当沿径向方向从内部观察时，保油孔14c为矩形。

例如，保油孔14C在保持架14的径向方向上的深度可以不大于2mm，也可以超过2mm。保油孔14C在凹槽109的一侧的开口宽度可以最大。保油孔14C在径向方向上的宽度可以从开口的一侧朝向位于与凹槽109相反的位置处的表面逐渐地减小。凹槽侧表面部107A中的保油孔13C的开口可以是任何形状，诸如半圆形状、U形或矩形等。面向一个凹槽109的保油孔14C的数量可以设置为一个、两个或更多个。图14至图16所示的锥形滚柱轴承的保持架14与图1至图3所示的保持架14在油槽108A或凸部106B的形状上类似，除了如上所述的保油孔14C之外。

大环状部107包括焊接线。具体地，在相邻的保油孔14C之间设置有焊接线。因而，与焊接线设置在沿周向方向与保油孔重叠的位置处的结构相比，可以提供强度得到保证的保油孔14C。

如图17所示，在设置有作为凹部的保油孔14C的保持架14中，与图8所示的保持架类似地，保持架14的柱部108与小环状部106之间的连接部分可以设置有切口106C。如图18所示，在设置有作为凹部的保油孔14C的保持架14中，小环状部106可以不包括如图14所示朝向内圈13弯曲的弯曲部，但是小环状部可以仅由在如图18所示沿滚柱12的中心轴线的方向上延伸的部分制成。

外圈11、内圈13和滚柱12可以由钢制成。钢中的、除了富氮层11B、12B、13B之外的部分至少含有0.6质量％和至多1.2质量％的碳(C)、至少0.15质量％和至多1.1质量％的硅(Si)以及至少0.3质量％和至多1.5质量％的锰(Mn)。钢中还可以含有至多2.0质量％的铬(Cr)。

在上述结构中，当碳含量超过1.2质量％时，尽管进行了球化退火，但是材料的高硬度会损害冷加工性，并且冷加工无法获得足够的冷加工量和足够的加工精度。此外，在碳氮共渗处理期间易于形成过度渗碳的结构，并且可能降低破裂强度。当碳含量低于0.6质量％时，确保所需的表面硬度和所需的残余奥氏体量需要较长的时间，并且在再加热之后的淬火中难以获得所需的内部硬度。

硅的含量设定为0.15至1.1质量％是因为硅可以通过回火来提高耐软化性以确保耐热性，从而在引入杂质进行润滑的情况下改善滚动疲劳寿命特性。当硅的含量小于0.15质量％时，在引入杂质进行润滑情况下的滚动疲劳寿命特性没有改善。当硅含量超过1.1质量％时，正火之后的硬度变得过高，从而影响冷加工性。

锰对于确保碳氮共渗层和芯部的淬火硬化能力是有效的。当锰含量小于0.3质量％时，不能获得足够的淬火硬化能力，并且也不能确保芯部具有足够的强度。当锰含量超过1.5质量％时，淬火硬化能力变得过度，并且正火之后的硬度变高，从而影响冷加工性。此外，奥氏体过度地稳定，这导致芯部中的过量的残余奥氏体，并且使尺寸随时间的变化加速。当钢中至多含有2.0质量％的铬时，在表面层部析出铬的碳化物或氮化物，并且很容易提高表面层部的硬度。铬含量至多设定为2.0质量％，因为超过2.0质量％的铬含量会导致冷加工性显著地降低，并且超过2.0质量％的含量对表面层部的硬度的增强效果较小。

当然，本公开中的钢可以含有铁作为主要成分，并且除了上述元素外，还可以含有不可避免的杂质。不可避免杂质的示例包括磷(P)、硫(S)、氮(N)、氧(O)、铝(Al)等。这些不可避免的杂质元素中的每一个的含量为0.1质量％或更少。

从另一角度来看，外圈11和内圈13可以由代表示例性轴承材料的钢材料制成，诸如由在JIS规格下定义的高碳铬轴承钢，并且更具体地由在JIS规格下定义的SUJ2。滚柱12可以由代表示例性轴承材料的钢材料制成，诸如由在JIS规格下定义的高碳铬轴承钢，并且更具体地由在JIS规格下定义的SUJ2。替代地，滚柱12可以由诸如赛隆(Sialon)烧结材料这样的另一材料制成。

如图2所示，富氮层11B、13B分别形成在外圈11的轨道表面11A和内圈13的轨道表面13A中。在内圈13中，富氮层13B从轨道表面13A延伸到小凸缘表面19和大凸缘表面18。富氮层11B、13B是氮浓度高于外圈11的未氮化部11C和内圈13的未氮化部13C的区域。内圈13的小凸缘表面19加工成与配置在轨道表面13A上的锥形滚柱12的小端面17平行的磨削表面。内圈13的大凸缘表面18加工成沿滚柱12的大端面16延伸的磨削表面。下口25A设置在内圈轨道表面13A和大凸缘表面18彼此相交的角部处。

富氮层12B形成在包括滚动表面12A的滚柱12的表面中。富氮层12B可以形成在滚柱12的大端面16中。此外，富氮层12B可以形成在滚柱12的小端面17中。滚柱12的富氮层12B是氮浓度高于滚柱12的未氮化部12C的区域。富氮层11B、12B、13B可以通过诸如碳氮共渗和渗氮的任何以往的众所周知的方法来形成。

富氮层12B可以仅在滚柱12中形成，富氮层11B可以仅在外圈11中形成，或是富氮层13B可以仅在内圈13中形成。替代地，富氮层可以形成在外圈11、内圈13和滚柱12中的两个。外圈11、内圈13和滚柱12中的至少任一个应仅包括富氮层。

富氮层的厚度以及富氮层中的氮的浓度：

富氮层11B、12B、13B中每一个的厚度可为0.2mm以上。具体地，从作为外圈11的表面层的最外表面的外圈轨道表面11A到富氮层11B的底部的距离可以不小于0.2mm。从作为锥形滚柱12的表面层的最外表面的一部分的滚动表面12A到富氮层12B的底部的距离可以不小于0.2mm。从作为锥形滚柱12的表面层的最外表面的一部分的大端面16或小端面17到富氮层12B的底部的距离可以不小于0.2mm。从作为内圈13的表面层的最外表面的一部分的内圈轨道表面13A到富氮层13B的底部的距离可以不小于0.2mm。从作为内圈13的表面的最外表面的一部分的大凸缘表面18到富氮层13B的底部的距离可以不小于0.2mm。

在锥形滚柱轴承10中，距最外表面0.05mm深度的位置处的富氮层11B、12B、13B中的氮浓度不低于0.1质量％。

锥形滚柱12的大端面16的曲率半径R与从点O到内圈13的大凸缘表面18的距离R_BASE之间的比率R/R_BASE：

如图19所示，锥形滚柱12的锥角的顶点与外圈11的轨道表面11A和内圈13的轨道表面13A在锥形滚柱轴承10的中心线上的一个点O处相交。锥形滚柱12的大端面16的曲率半径(也称为设定曲率半径)R与从点O到内圈13的大凸缘表面18的距离R_BASE之间的比率R/R_BASE由距离R_BASE的值确定。具体地，在本实施方式中，当距离R_BASE不大于100mm时，设定曲率半径R与距离R_BASE之间的比率R/R_BASE的值不小于0.70且不大于0.9。在本实施方式的第一变型中，当距离R_BASE超过100mm且不大于200mm时，比率R/R_BASE的值可以不小于0.75且不大于0.85。在本实施方式的第二变型中，当距离R_BASE超过200mm且不大于300mm时，比率R/R_BASE的值可以不小于0.77且不大于0.83。

锥形滚柱12的大端面16的形状：

实际曲率半径R_process与设定曲率半径R之间的比率R_process/R不小于0.5，其中，R_process表示锥形滚柱12的大端面16的磨削之后的实际曲率半径。以下将提供具体描述。

图20和图21是当理想地执行磨削时获得的、沿锥形滚柱12的滚动轴线的示意性剖视图。当理想地执行磨削时，获得的锥形滚柱12的大端面16对围绕点O(见图19)的球形表面的一部分进行限定，该点O是锥形滚柱12的锥角的顶点。如图20和图21所示，当理想地执行留下一部分凸部16A的磨削时，具有包括凸部16A的端面的滚柱12的大端面16对围绕滚柱12的锥角的顶点的一个球形表面的一部分进行限定。在这种情况下，沿围绕滚柱12的滚动轴线(旋转轴线)的径向方向的、凸部16A的内周侧端部经由被夹设的点C2和点C3而与凹部16B连接。凸部16A具有经由被夹设的点C1和点C4而与倒角部16C连接的外周侧端部。如上所述，在理想的大端面中，点C1至点C4布置在一个球形表面上。

一般而言，通过对用于滚柱的圆柱状的加工部件连续地实施锻造加工以及包括凸度加工的磨削加工，来制造锥形滚柱。在通过锻造获得的成形产品的、成为大端面的表面的中央部中，提供由锻造装置的冲头形状形成的凹部。例如，该凹部具有圆形的二维形状。从另一角度来看，由锻造装置的冲头产生的凸部形成在通过锻造获得的成形产品的、成为大端面的表面的外周部中。例如，该凸部具有环形的二维形状。通过随后执行的磨削，成形产品的凸部的至少一部分被移除。

滚柱12的大端面16的曲率半径(设定曲率半径)R是指当图20所示的滚柱12的大端面16是设定的理想球形表面时的R尺寸。具体地，如图21所示，考虑位于滚柱12的大端面16的端部处的点C1、点C2、点C3、点C4、位于点C1与点C2中间的点P5以及位于点C3与点C4中间的点P6。当大端面16由理想的球形表面限定时，在图21所示的横截面中，大端面16由理想的单个圆弧曲线限定，该圆弧曲线满足以下条件：穿过点C1、点P5、点C2的曲率半径R152、穿过点C3、点P6、点C4的曲率半径R364以及穿过点C1、点P5、点P6、点C4的曲率半径R1564满足R152＝R364＝R1564的关系。点C1、点C4是凸部16A与倒角部16C之间的连接点，并且点C2、点C3是凸部16A与凹部16B之间的连接点。满足R＝R152＝R364＝R1564的关系的理想的单个圆弧曲线的曲率半径被称为设定曲率半径。设定曲率半径R与作为通过实际磨削获得的锥形滚柱12的大端面16的曲率半径被测量的实际曲率半径R_process不同，这将在后面描述。

图22是通过实际磨削获得的、沿锥形滚柱的滚动轴线的示意性剖视图。图22用虚线示出图21所示的理想的大端面。如图22所示，通过对设置有上面的凹部和凸部的成形产品进行磨削而实际获得的锥形滚柱12的大端面16并不对围绕锥形滚柱12的锥角的顶点的一个球形表面的一部分进行限定。与图21所示的凸部16A相比，实际获得的锥形滚柱12的凸部上的点C1至点C4会下垂。与图21所示的点C1、点C4相比，图22所示的点C1、点C4相对于滚动轴线的中心沿径向方向布置在外周侧上，并且沿滚动轴线的延伸方向布置在内侧(相对于整个大端面16的R1564，一侧上的R152不相同但较小)。

与图21所示的点C2、点C3相比，图22所示的点C2、点C3相对于滚动轴线的中心沿径向方向布置在内周侧上，并且沿滚动轴线的延伸方向布置在内侧(相对于整个大端面16的R1564，一侧上的R364不相同但较小)。图22所示的中间的点P5、点P6形成在与例如图21所示的中间的点P5、点P6大致相等的位置处。

如图22所示，在通过磨削实际形成的大端面中，顶点C1和顶点C2布置在一个球形表面上，并且顶点C3和顶点C4布置在另一个球形表面上。在一般磨削中，由在一个凸部上形成的大端面的一部分限定的一个圆弧的曲率半径与由在另一个凸部上形成的大端面的一部分限定的圆弧的曲率半径大致相等。在图22所示的滚柱12的大端面16的加工之后，一侧上的R152与另一侧上的R364大致相等。在滚柱12的大端面16的加工之后，一侧上的R152、R364被称为实际曲率半径R_process。实际曲率半径R_process不大于设定曲率半径R。

如上所述，根据本实施方式的锥形滚柱轴承的锥形滚柱12的实际曲率半径R_process与的设定曲率半径R的比率R_process/R不小于0.5。

如图22所示，在实际通过磨削形成的大端面上，穿过顶点C1、中间的点P5、中间的点P6以及顶点C4的虚拟圆弧的曲率半径R_virtual(以下称为虚拟曲率半径)不大于设定曲率半径R。根据本实施方式的锥形滚柱轴承的锥形滚柱12的实际曲率半径R_process与虚拟曲率半径R_virtual的比率R_process/R_virtual不小于0.5。

锥形滚柱12的大端面16的表面粗糙度：

大端面16的算术平均粗糙度(表面粗糙度)Ra可以不大于0.10μm。下面将参考图23进行说明。图23是示出锥形滚柱12的大端面16的示意性平面图。如图23所示，大端面16包括倒角部16C、凸部16A和凹部16B。在大端面16中，倒角部16C布置成围绕最外周。环形的凸部16A布置在倒角部16C的内周侧上。凹部16B布置在凸部16A的内周侧上。凸部16A是相对于凹部16B突出的表面。倒角部16C形成为将凸部16A连接至作为锥形滚柱12的侧表面的滚动表面。如上所述的大端面16的算术平均粗糙度Ra大致指的是凸部16A的表面粗糙度。在锥形滚柱12的大端面16中，作为与大凸缘表面18接触的环形表面区域的凸部16A的算术平均粗糙度Ra的最大值与最小值之间的差可以不大于0.02μm。

大凸缘表面18被磨削至例如不大于0.12μm Ra的表面粗糙度。优选地，大凸缘表面的算术平均粗糙度Ra不大于0.063μm。

富氮层的晶体结构：

富氮层11B、12B、13B中的原奥氏体晶粒尺寸的由JIS定义的晶粒尺寸编号等于或大于10。图24是示出构成根据本实施方式的锥形滚柱轴承的轴承部件的微观结构，特别是原奥氏体晶界的示意图。图25是对以往的硬化轴承部件的原奥氏体晶界进行说明的示意图。图24示出了富氮层12B中的微观结构。本实施方式的富氮层12B中的原奥氏体晶粒尺寸的、由JIS定义的晶粒尺寸编号等于或大于10，并且即使与图25所示的以往的一般硬化产品的原奥氏体晶粒尺寸相比，该晶粒尺寸也足够细小。

锥形滚柱12的滚动表面与内圈轨道表面之间的抵接位置：

如图26所示，在锥形滚柱轴承10中，比率α/L可以不低于0％且小于20％，其中，L表示滚动表面12A沿锥形滚柱12的滚动轴线的延伸方向的宽度，α表示从内圈轨道表面13A与滚动表面12A之间的抵接位置的中心C的、在延伸方向上从滚动表面12A的中点N朝向大端面16的位移量。

本发明者已经确认，通过将比率α/L设定为不低于0％且低于20％，并且将比率α/L超过0％时的抵接位置的中心C设定为位于滚动表面的在滚动轴线的延伸方向上的中心N处或是位于比中心N更靠近大端面16，与将比率α/L超过0％时的抵接位置的中心C设定为位于比滚动表面的、在滚动轴线的延伸方向上的中心N更靠近小端面17的位置的示例相比，可以减小扭斜角并且可以对旋转扭矩的增加进行抑制。

表1示出了在相对于位移量α为0时即内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A与锥形滚柱12的滚动表面12A之间的抵接位置的中心C位于滚动表面12A在滚动轴线的延伸方向上的中心N处时的、扭斜角

和旋转扭矩M0，使位移量α发生变化时的扭斜角

和旋转扭矩的各比率的计算结果。表1示出了作为位移量α与滚柱12的滚动表面12A的宽度L的比率(α/L)的位移量α。表1以负值示出当抵接位置相对于中心N朝向小端面17移位时的位移量。扭斜角

和扭矩M0的值是当位移量α为0时的值。

[表1]

如表1所示，可以看出，扭斜角φ在抵接发生在大直径侧时小于与位移量α相关的比率α/L为0％时。因此，尽管旋转扭矩M随着位移量α的增加而增大，但是当抵接发生在小直径侧时的影响大于当抵接发生在大直径侧时的影响。由于当与位移量α相关的比率α/L为-5％时扭斜角增大了1.5倍，因此，对发热的影响是不可忽视的，并且这种情况被判断为不适合实际使用(NG)。当α/L等于或大于20％时，在滚柱12的滚动表面12A处的滑动较大，并且旋转扭矩M增大，这会导致诸如剥落的另一个缺点。因此，这种情况被判断为不适合实际使用(NG)。

鉴于上述结果，为了减小扭斜角φ和旋转扭矩M，与位移量α相关的比率α/L期望地不低于0％且低于20％。优选地，比率α/L超过0％。此外，比率α/L可以超过0％且低于15％。

例如，图26和图27示出了比率α/L超过0％的结构。图26和图27是示出改变锥形滚柱轴承中的内圈轨道表面13A与滚动表面12A之间的抵接位置的示例性方法的示意性剖视图。

如图26所示，该结构可以通过使在滚柱12的滚动表面12A中形成的凸度轮廓和在内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A中形成的凸度轮廓中的每一个的顶点的位置相对地移位来实现。

如图27所示，α/L超过0％的结构可以通过使由内圈轨道表面13A相对于内圈的轴向方向形成的角度和由外圈轨道表面11A相对于外圈11的轴向方向形成的角度相对地改变来实现。具体地，α/L超过0％的结构可以通过使由内圈轨道表面13A相对于内圈13的轴向方向形成的角度大于在图27中用虚线示出的抵接位置的位移量α为零的示例和使由外圈轨道表面11A相对于外圈11的轴向方向形成的角度小于在图27中用虚线示出的抵接位置的位移量α为零的示例中的至少任一个方法来实现。

锥形滚柱12的滚动表面的形状：

如图28所示，滚柱12的滚动表面12A(见图2)包括：冠冕部22、24，上述冠冕部22、24位于相反端部；以及中央部23，上述中央部23将冠冕部22、24彼此连接。中央部23并非呈冠冕状的，并且在沿表示滚柱12的旋转轴线的中心线26的方向上的横截面呈线性的。倒角部21形成在滚柱12的小端面17与冠冕部22之间。倒角部16C也形成在滚柱12的大端面16与冠冕部24之间。

在制造滚柱12的方法中，在用于形成富氮层12B的处理(碳氮共渗处理)中，滚柱12并非呈冠冕状的，但是滚柱12的外部几何形状是图13中虚线所示的待加工表面12E。在这种状态下形成富氮层之后，滚柱12具有的如图29中箭头所示加工(精加工)的侧表面，以便如图28和图29所示获得冠冕部22、24。

富氮层的厚度的具体示例：

如上所述，滚柱12中的富氮层12B的深度、即从富氮层12B的最外表面到富氮层12B的底部的距离为0.2mm以上。具体地，在表示倒角部21与冠冕部22之间的边界点的第一测量点31、从小端面17的距离W为1.5mm处的第二测量点32和位于滚柱12的滚动表面12A的中心处的第三测量点33，富氮层12B在这些位置处的深度T1、T2、T3为0.2mm以上。富氮层12B的深度是指在与滚柱12的中心线26正交的径向方向上并且朝向外周侧的富氮层12B的厚度。富氮层12B的深度T1、T2、T3的值可以根据倒角部21、16C的形状和尺寸以及诸如形成富氮层12B的处理条件和精加工条件等工艺条件进行适当地修改。例如，在图29所示的示例性构造中，因如上所述在形成富氮层12B之后形成凸度轮廓22A，富氮层12B的深度T2小于其他深度T1、T3。然而，通过改变如上所述的工艺条件，可以适当地修改富氮层12B的深度T1、T2、T3的值之间的大小关系。

如上所述，表示从最外表面到其底部的距离的外圈11中的富氮层11B和内圈13中的富氮层13B的厚度再次不小于0.2mm。富氮层11B、13B的厚度是指在垂直于富氮层11B、13B的最外表面的方向上距富氮层11B、13B的距离。

凸度轮廓：

在滚柱12的冠冕部22、24(与中央部23连续并与内圈轨道表面13A接触的部分)中包括的接触区域冠冕部27中形成的凸度轮廓定义如下。具体地，凸度下降之和通过下式(1)在y-z坐标系中表示，在该y-z坐标系中，滚柱12的滚动表面12A的母线定义为y轴，与母线正交的方向定义为z轴，在下式中，K₁、K₂、z_m表示设计参数，Q表示载荷，L表示滚柱12的滚动表面12A沿母线的有效接触部的长度，E’表示等效弹性模量，a表示从滚柱12的滚动表面的母线上的原点到有效接触部的端部的长度，A被定义为A＝2K₁Q/πLE’。

[式1]

图30是示出示例性凸度轮廓的y-z坐标图。图30示出了在y-z坐标系中用式(1)表示的示意性凸度轮廓，其中，滚柱12的母线定义为y轴，原点O位于内圈13或外圈11与滚柱12之间的有效接触部的中央部处的滚柱12的母线上，与母线正交的方向(半径方向)被定义为z轴。在图30中，纵坐标表示z轴，并且横坐标表示y轴。有效接触部是指当滚柱12并非呈冠冕状时，内圈13或外圈11与滚柱12之间的接触部分。由于构成锥形滚柱轴承10的多个滚柱12相对于穿过有效接触部的中央部的z轴通常地以线对称的方式凸出，因此，图30仅示出一个凸度轮廓22A(见图29)。

载荷Q、有效接触部沿母线的长度L和等效弹性模量E’作为设计条件给出，并且从原点到有效接触部的端部的长度a具有由原点位置确定的值。

在上述式(1)中，z(y)表示凸度轮廓22A沿滚柱12的母线方向在位置y处的下降，并且凸度轮廓22A的起点O1的坐标被表示为(a－K₂a，0)。因此，在式(1)中，y的范围为y＞(a－K₂a)。在图14中，由于原点O被限定在有效接触部的中央部处，因此，满足a＝L/2的关系。从原点O到凸度轮廓22A的起点O1的区域是未呈冠冕状的中央部(直线部)。因此，当满足0≤y≤(a－K₂a)的关系时，z(y)＝0的关系被满足。

设计参数K₁表示用于载荷Q的倍增系数，并且几何上表示凸度轮廓22A的曲率。设计参数K₂表示凸度轮廓22A沿母线的长度ym与从原点O沿母线到有效接触部的端部的长度a的比率(K₂＝ym/a)。设计参数z_m是指有效接触部的端部处的下降、即凸度轮廓22A的最大下降。

不具有由设计参数K₂＝1限定的直线部的全凸度轮廓被视为滚柱12的凸度轮廓。在这种情况下，确保不会导致边缘载荷的足够的下降。然而，过大的下降会导致从作为待加工材料的原材料上获得大的加工余量，这将导致成本的增加。因此，设计参数K₁、K₂、z_m优化如下。

设计参数K₁、K₂、z_m可以通过各种方法进行优化，并且例如可以采用诸如罗森布罗克(Rosenbrock)方法等直接搜索方法。由于滚柱的滚动表面中的表面起始损伤取决于接触压力，因此，通过将接触压力设置为用于优化的目标函数，可以获得防止在稀薄润滑下在接触表面处的油膜破裂的凸度轮廓。

当滚柱12设置有对数凸度轮廓时，为了确保滚柱的加工精度，优选地在滚动表面12A的中央部提供长度至少为整个长度的1/2的直线部(中央部23)。在这种情况下，K₂被设定为常量，并且K₁、z_m应该仅被优化。

锥形滚柱12的冠冕部22、24的轮廓是根据上述式计算的对数曲线凸度轮廓。然而，对上述式的限制并不是有意的，并且可以使用另一个对数凸度轮廓式来计算对数曲线。

图31是用于对锥形滚柱12的示例性凸度轮廓进行说明的图。图28所示的锥形滚柱12的冠冕部22、24可以设置有形状近似于在上述式中计算的对数凸度轮廓的对数曲线的凸度轮廓。在锥形滚柱12的大端面16的侧面上设置的冠冕部24的细节将参考图31来描述。图31示出了比图29所示的锥形滚柱12的下降更夸张的下降，以更好地理解冠冕部24的下降。冠冕部24形成为这样的复合弓形形状，使得在直线部23中具有较大的曲率半径R1、R2、R3的三个圆弧被平滑地连接。通过将第一栅极的下降Dr1、中间的第二栅极的Dr2和最大的第三栅极的Dr3定义为冠冕部24的下降，可以得到近似于对数曲线的凸度轮廓。下降Dr3对应于先前描述的式(1)中的z_m。因此，可以避免边缘接触压力，并且使接触压力沿轴向方向的分布均匀。尽管下降Dr根据尺寸或型号而不同，但是最大值约为50μm。由于形成在小端面17的侧面上的冠冕部22在形状上与冠冕部24类似，因此，不重复对其的描述。本文中具有线性形状的锥形滚柱12的滚动表面的中央部23表示该形状不仅包括线性形状，而且还设置有包括具有大约几个μm的下降的凸部轮廓的大致线性形状。

内圈轨道表面和外圈轨道表面的形状：

现在参考图32至图34来对内圈轨道表面13A沿母线方向的形状进行描述。图32是示出内圈13的详细形状的局部示意性剖视图。图33是图32中的区域XXXIII的放大示意图。图34是示出图32所示的内圈轨道表面13A沿母线方向的形状的示意图。图32和图33用双点划线示出锥形滚柱12的位于大端面16的一侧上的局部轮廓。

如图32至图34所示，内圈轨道表面13A形成为具有单个平缓圆弧的全凸度轮廓，并且被连接至下口25A、25B。单个平缓圆弧的全凸度轮廓的曲率半径Rc非常大，以至于在内圈轨道面13A的相反端部处导致例如大约5μm的下降的程度。如图32所示，由于内圈轨道表面13A中设置有下口25A、25B，因此，对内圈轨道表面13A的有效轨道表面宽度LG进行设定。

如图33所示，平滑地连接至大凸缘表面18的侧缘18A形成在大凸缘表面18的径向外侧上。在侧缘18A与锥形滚柱12的大端面16之间设置的楔形的间隙可以增强吸入润滑油的功能，并且形成足够的油膜。尽管单个平缓圆弧的全凸度轮廓被例示为内圈轨道表面13A的沿母线方向的形状，但是其形状可以是直的，并且不限于此。

尽管上面已经描述了内圈13的内圈轨道表面13A沿母线方向的形状，但是外圈轨道表面11A沿母线方向的形状也是类似的，因此不再重复描述。

现在将描述验证的结果，由此导出本实施方式，其中锥形滚柱12的滚动表面12A具有对数凸度轮廓(中央部23是直的)，并且内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A具有直线形状或是单个平缓圆弧的全凸度轮廓。

在用于汽车变速器的锥形滚柱轴承(具有φ35mm的内径、φ62mm的外径以及18mm宽度)中，对具有错位的低速条件(第一速度)下和无错位的高速条件(第四速度)下的、外圈轨道表面11A的接触表面压力以及接触椭圆与有效滚动表面宽度L(见图28)的比率进行了验证。表2示出了用于验证的样本。

[表2]

表3示出了验证结果。

[表3]

在无错位的高速条件下，载荷条件相对较轻。因此，如表3所示，样本1和样本2中没有产生边缘接触压力(P_EDGE)。在样本2中，外圈的全凸度的下降较大，并且接触椭圆(长轴半径)较短。因此，与接触表面积较长的示例相比，抵接位置的中心C的变化更大，并且更容易引起锥形滚柱的扭斜，因此，样本2被判断为不适合实际使用(NG)。

在有错位的低速条件下，施加高载荷。因此，在样本2中，接触椭圆与滚柱有效滚动表面宽度L的比率为100％，并且外圈中产生边缘接触压力。此外，还发生了边缘接触，这导致驱动处于与锥形滚柱的小端面一侧接触的状态。因此，引起较大的扭斜，并且样本2被判断为不适合实际使用(NG)。

如上所述，已经验证，为了抑制扭斜，优选的是，外圈中不设置大的下降的全凸度，并且可以确认样本1的重要性。

<测量各种特性的方法>

测量氮浓度的方法：

在与形成富氮层11B、12B、13B的区域的表面垂直的横截面中，通过电子探针微观分析(EPMA：Electron Probe Micro Analysis)沿深度方向对诸如外圈11、滚柱12和内圈13的轴承部件进行线分析。通过从测量位置沿垂直于表面的方向对每个轴承部件进行切割以露出切割表面并且使该表面经受测量来进行测量。例如，沿垂直于中心线26的方向从图28所示的第一测量点31至第三测量点33中的每一个切割滚柱12，以露出切割面。在从滚柱12的表面向内0.05mm的距离处的多个测量位置处，通过EPMA来分析切割表面的氮浓度。例如，确定了五个测量位置，并且将在这五个位置处获得的测量数据的平均值采用为滚柱12的氮浓度。

例如，对于外圈11和内圈13，轨道表面11A、13A在轴承的中心轴线方向上的中央部被设置为测量位置，并且沿中心轴线和垂直于中心轴线的径向方向的横截面被露出，然后以与如上所述相同的方式对该横截面进行氮浓度测量。

对从最外表面到富氮层的底部的距离进行测量的方法：

在测量氮浓度的方法中，在经受测量的横截面中，从表面沿深度方向对外圈11及内圈13进行硬度分布测量。维氏硬度测量仪可以用作测量装置。在500℃的加热温度×1h的加热时间内回火的锥形滚柱轴承10在沿深度方向布置的多个测量点，诸如以0.5mm的间隔布置的测量点处进行硬度测量。维氏硬度为HV 450以上的区域被判断为富氮层。

在图28所示的第一测量点31处的横截面中，沿如上所述的深度方向对滚柱12进行硬度分布测量，以确定富氮层的区域。

测量粒度编号的方法：

通过由JIS G0551：2013定义的方法来测量原奥氏体晶粒尺寸。在对距富氮层的底部的距离进行测量的方法中，该测量是在经受测量的横截面中进行的。

测量凸度轮廓的方法：

滚柱12的凸度轮廓可以通过任何方法进行测量。例如，可以通过使用表面纹理测量仪来测量滚柱12的轮廓，以对凸度轮廓进行测量。

对滚柱的大端面的曲率半径进行测量的方法：

实际通过磨削形成的图22所示的锥形滚柱12的大端面16处的实际曲率半径R_process和虚拟曲率半径R_virtual可以通过任何方法进行测量，也可以通过使用表面粗糙度测量仪(例如，由三丰公司(Mitutoyo Corporation)制造的表面粗糙度测试仪Surftest SV-3100)进行测量。当使用表面粗糙度测量仪时，首先，沿围绕滚动轴线的径向方向设定测量轴线，并且确定大端面的表面纹理(沿母线方向的形状)。顶点C1至顶点C4以及中间的点P5、点P6绘制在所获得的大端面的轮廓上。实际曲率半径R_process计算为穿过绘制的顶点C1、中间的点P5和顶点C2的圆弧的曲率半径。虚拟曲率半径R_virtual计算为穿过绘制的顶点C1、中间的点P5、点P6以及顶点C4的圆弧的曲率半径。替代地，整个大端面16的虚拟曲率半径R_virtual可以通过基于使用命令“输入多次”获得的四个点处的值来计算近似的弓形曲线的半径来确定。大端面16的沿母线方向的形状在直径方向上测量一次。

设定曲率半径R根据通过实际磨削获得的锥形滚柱的每个尺寸、例如基于JIS这样的工业标准进行估算。

测量表面粗糙度的方法：

滚柱12的大端面16的算术平均粗糙度Ra可以通过任何方法进行测量，也可以例如通过使用表面粗糙度测量仪(例如，由三丰公司制造的表面粗糙度测试仪Surftest SV-3100)进行测量。大端面的算术平均粗糙度Ra可以例如通过使测量仪器的触针与滚柱12的大端面16接触的方法进行测量。在大端面16中，通过使用表面粗糙度测量仪在凸部16A中的任意四个位置处测量算术平均粗糙度Ra，并且对这四个位置处的表面粗糙度的最大值与最小值之间的差进行计算，可以得到与大凸缘表面接触的环形表面区域的凸部16A的算术平均粗糙度Ra的最大值与最小值之间的差。

<锥形滚柱轴承的作用和效果>本发明者已经注意了以下关于锥形滚柱轴承的事项，并且得到如上所述的锥形滚柱轴承的结构。

(1)锥形滚柱的大端面的设定曲率半径与加工之后的实际曲率半径之间的比率

(2)用于对锥形滚柱的扭斜进行抑制的内圈和外圈的轨道表面的形状

(3)对数凸度轮廓在锥形滚柱的滚动表面上的应用

(4)富氮层在锥形滚柱、内圈和外圈上的应用

(5)通过使用保油孔来向内圈的大凸缘表面供给润滑油

下面，将列出如上所述的锥形滚柱轴承的性能特点，尽管可能有部分描述是多余的。

根据本发明的锥形滚柱轴承10包括外圈11、内圈13和多个锥形滚柱12。外圈11包括围绕其内周面的外圈轨道表面11A。内圈13包括：围绕其外周面的内圈轨道表面13A；以及相对于内圈轨道表面13A布置在大直径侧的大凸缘表面18，并且上述内圈13布置在相对于外圈11的内部。多个锥形滚柱12中的每一个包括：滚动表面12A，上述滚动表面12A与外圈轨道表面11A和内圈轨道表面13A接触；以及大端面16，上述大端面16与大凸缘表面18接触。多个锥形滚柱12配置在外圈轨道表面11A与内圈轨道表面13A之间。

保持架14包括沿周向方向以规定间隔布置的多个凹槽109。保持架14将多个锥形滚柱12容纳并保持在多个凹槽109中的相应一个中。保持架14包括小环状部106、大环状部107和多个柱部108。小环状部106在多个锥形滚柱12的小直径侧连续。大环状部107在多个锥形滚柱12的大直径侧连续。多个柱部108将小环状部106和大环状部107彼此连结。小环状部106、大环状部107和多个柱部108用作多个凹槽109之间的间隔件。大环状部107设置有保油孔14A、14B、14C。保油孔14A、14B、14C包括面向凹槽109并对润滑油进行保持的开口。多个保油孔14A、14B、14C中的每一个可以形成为面向一个凹槽109。

外圈11、内圈13和多个锥形滚柱12中的至少任一个包括在外圈轨道表面11A、内圈轨道表面13A或滚动表面12A的表面层上形成的富氮层11B、12B、13B。从表面层的最外表面到富氮层11B、12B、13B的底部的距离等于或大于0.2mm。在距最外表面0.05mm深度的位置处的富氮层11B、12B、13B中的氮浓度可以不低于0.1质量％。在锥形滚柱12的大端面16中，与大凸缘表面18接触的环形表面区域(凸部16A)的算术平均粗糙度Ra的最大值与最小值之间的差可以不大于0.02m。

设定曲率半径R与距离R_BASE之间的比率的值R/R_BASE不小于0.75且不大于0.87，其中，R表示锥形滚柱12的大端面16的设定曲率半径，R_BASE表示从作为锥形滚柱12的锥角的顶点的点O(见图19)到内圈13的大凸缘表面18的距离(见图19)。如图22所示，实际曲率半径R_process与设定曲率半径R之间的比率R_process/R不小于0.5，其中，R_process表示锥形滚柱12的大端面16的磨削之后的实际曲率半径。

如上所述，通过对曲率半径R与距离R_BASE之间的比率R/R_BASE进行设定，可以在锥形滚柱12的大端面16与内圈13的大凸缘表面18之间的接触部分中确保足够的油膜厚度，以对锥形滚柱12与大凸缘表面18之间的接触进行抑制，并且对接触部分的磨损和发热进行抑制。

比率R/R_BASE的值参考以下的发现进行确定。图35示出了使用Karna式对在内圈13的大凸缘表面18与锥形滚柱12的大端面16之间形成的油膜厚度t进行计算的结果。纵坐标表示当满足R/R_BASE＝0.76的条件时，油膜厚度t与油膜厚度t0的比率t/t0。当满足R/R_BASE＝0.76的条件时，油膜厚度t最大，并且在R/R_BASE超过0.87时，油膜厚度t突然减小。

图36示出了内圈13的大凸缘表面18与锥形滚柱12的大端面16之间的最大赫兹应力P的计算结果。如图35所示，纵坐标表示当满足R/R_BASE＝0.76的条件时相对于最大赫兹应力P0的比率P/P0。最大赫兹应力P随着R/R_BASE的增大单调地减小。为了减小因内圈13的大凸缘表面18与锥形滚柱12的大端面16之间的滑动摩擦产生的扭矩损失和热量，期望地增大油膜厚度t并减小最大赫兹应力P。本发明者参考图35和图36中的计算结果并考虑到耐烧熔试验的结果和制造中的交叉范围来确定用于比率R/R_BASE的条件。

由于外圈11、内圈13和作为锥形滚柱的滚柱12中的至少任一个中形成了富氮层11B、12B、13B，因此，获得了实现改善的滚动疲劳寿命、长寿命和高耐久性的锥形滚柱轴承10。由于通过形成富氮层11B、12B、13B提高了抗回火软化性，因此，即使大端面16与大凸缘表面18之间的接触部分的温度因滑动接触而升高，也可以展现出较高的耐烧熔性。富氮层12B、13B可以形成在大端面16和大凸缘表面18两者中。富氮层12B可以形成在大端面16的环形表面区域(凸部16A)中。

如图1和图2所示，在锥形滚柱轴承10中，保油孔14A的底部可以位于大环状部107的内侧。从另一角度来看，保油孔14A构造成不穿透大环状部107。在这种情况下，由于大环状部107设置有保油孔14A，保油孔14A可以在其中保持润滑油。因此，可以向锥形滚柱12的大端面16与内圈13的大凸缘表面18之间的间隙供给润滑油。由于保油孔14A没有穿透大环状部107，因此，可以对保持架14的大环状部107的强度降低进行抑制。

在锥形滚柱轴承10中，如图10所示，保油孔14B可以穿透大环状部107，以便到达大环状部107的、位于与凹槽109相反的位置处的表面。在这种情况下，由于保油孔14B是通孔，因此，润滑油可以很容易地引入保油孔14B中。优选地，保油孔14B在径向方向上的宽度从大环状部107的、位于与孔109相反的位置处的表面朝向凹槽109逐渐地增大。在这种情况下，当锥形滚柱轴承10开始旋转时，保持在保油孔14B中的润滑油可以容易地朝向凹槽109供给。

在锥形滚柱轴承10中，如图14所示，大环状部107可以包括：凹槽侧表面部107A，上述凹槽侧表面部107A面向凹槽109；以及内圈侧表面部107B，上述内圈侧表面部107B与凹槽侧表面部107A连续并面向内圈13。保油孔14C的开口可以设置成从凹槽侧表面部107A延伸到内圈侧表面部107B。在这种情况下，保油孔14C包括面向锥形滚柱12的大端面16和内圈13的大凸缘部41两者的开口。因此，润滑油可以容易地从保油孔14C供给到锥形滚柱12的大端面16与内圈13的大凸缘部41之间的接触部分。

在锥形滚柱轴承10中，多个柱部108可以在面向凹槽109的侧表面中设置有油槽108A。在这种情况下，润滑油也可以在锥形滚柱轴承10保持停止的同时，被保持在油槽108A中。因此，可以增加锥形滚柱轴承10开始旋转时可供给到锥形滚柱12的润滑油的量。此外，当锥形滚柱轴承10运转时，润滑油可以通过油槽108A供给到内圈13的大凸缘表面18。因此，可以提高锥形滚柱轴承10的耐烧熔性。通过如上所述的结构，锥形滚柱轴承10可以在旋转开始之后和旋转期间获得提高耐烧熔性这样的协同效应。

在锥形滚柱轴承10中，在多个柱部108与小环状部106之间的连接部分可以设置有切口106C。凹槽109的在小环状部106的侧面上沿周向方向的宽度可以小于凹槽109的在大环状部107的侧面上沿周向方向的宽度。通过提供这样的切口106C，从保持架14的内径侧朝向内圈13流动的润滑油可以快速地朝向外圈11转移。因此，可以减少滞留在锥形滚柱轴承10内部的润滑油的量。因此，可以减少因润滑油的流动阻力引起的扭矩损失。

在锥形滚柱轴承10中，保持架14的小环状部106的内周侧端面与内圈13之间的距离LS可以不大于内圈13的、与小环状部106的内周侧端面相反的部分的外径D的1.0％。在这种情况下，可以减少从保持架14的小环状部106与内圈13之间的间隙朝向锥形滚柱轴承12流动的润滑油的量。因此，可以减少因润滑油的流动阻力引起的扭矩损失。

因此，通过如上所述的结构，可以获得在旋转开始时和旋转期间提高耐烧熔性和减小扭矩损失的矛盾效果。

在锥形滚柱轴承10中，多个凸部106B可以形成在保持架14的小环状部106的、与内圈13相反的表面上。在这种情况下，当保持架14与内圈13的小凸缘部42在保持架14沿保持架14的径向方向移动时彼此接触时，因形成的凸部106B，在润滑油的楔形效果的作用下，在凸部106B附近形成有油膜，从而对保持架14与内圈13之间的直接接触进行抑制。因此，可以对因保持架14与内圈13之间的直接接触而导致的扭矩增加进行抑制。

在锥形滚柱轴承10中，富氮层11B、12B、13B中的原奥氏体晶粒尺寸的、由JIS定义的晶粒尺寸编号可以等于或大于10。由于在这种情况下形成了原奥氏体晶粒尺寸足够细小的富氮层11B、12B、13B，因此，可以获得滚动疲劳寿命较长并且夏比冲击(Charpy impact)值、断裂韧性值和极限强度得到提高的锥形滚柱轴承10。

在锥形滚柱轴承10中，宽度L与位移量α之间的比率α/L可以不小于0％且小于20％，其中，L表示锥形滚柱12的沿滚动轴线的延伸方向的滚动表面的宽度，α表示从内圈轨道表面13A与滚动表面12A之间的抵接位置的、沿延伸方向的滚动表面12A的中点N朝向大端面16的位移量。从另一角度来看，优选地，抵接位置位于滚动表面12A沿滚动轴线的延伸方向的中央位置处，或是位于比该中央位置更靠近大端面16的位置。在这种情况下，由于从在滚柱中产生扭斜的切向力产生位置(大端面16与内圈13的大凸缘表面18之间的接触位置)到抵靠位置的距离可以短于抵接位置沿滚动轴线的延伸方向位于比滚动表面的中央位置更靠近小端面的位置处的示例，因此，可以使锥形滚柱12的扭斜角变小，并且可以对旋转扭矩的增加进行抑制。

在锥形滚柱轴承10中，在内圈13中，下口25A可以设置在内圈轨道表面13A与大凸缘表面18彼此相交的角部处。在这种情况下，锥形滚柱12的滚动表面12A的、在大端面16的侧面上的端部位于下口25A中，以防止该端部与内圈13接触。

在锥形滚柱轴承10中，在穿过内圈13的中心轴线的横截面中，内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A可以是线性的或弧形的。锥形滚柱12的滚动表面12A可以是冠冕的。凸度下降之和通过下式(1)用y-z坐标系表示，在该y-z坐标系中，滚柱12的滚动表面的母线被定义为y轴，与母线正交的方向被定义为z轴，在下式中，K₁、K₂、z_m表示设计参数，Q表示载荷，L表示滚柱12的滚动表面12A沿母线的有效接触部的长度，E’表示等效弹性模量，a表示从滚柱12的滚动表面12A的母线上的原点到有效接触部的端部的长度，A被定义为A＝2K₁Q/πLE'。

[式2]

在这种情况下，由于滚柱12的滚动表面12A设置有具有由式(1)表示下降之和的对数函数表示的轮廓线的凸度轮廓(所谓的对数凸度轮廓)，因此，与设置由部分圆弧表示的以往的凸度轮廓的示例相比，可以对接触压力的局部增加进行抑制，并且可以对滚柱12的滚动表面12A的磨损进行抑制。

在穿过内圈13的中心轴线的横截面中，内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A是线性的和弧形的，锥形滚柱12的滚动表面12A的中央部形成为例如直表面，并且所谓的对数凸度轮廓设置为与该直表面连续。因此，锥形滚柱12的滚动表面12A与内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A之间的接触区域的尺寸(例如，接触椭圆的长轴的尺寸)可以是长的，并且由此可以抑制扭斜。此外，可以减少内圈轨道表面13A或外圈轨道表面11A与滚动表面12A之间的抵接位置的变化。

利用如上所述的滚动表面12A与内圈轨道表面13A和外圈轨道表面11A之间的接触区域的更长的尺寸(例如，接触椭圆的长轴尺寸)，当滚柱设置有如以往的示例中那样的全凸部轮廓时，在施加力矩载荷这样的使用条件下，沿母线方向的端部处可能产生边缘接触压力。然而，在锥形滚柱轴承10中，锥形滚柱12设置有对数凸度轮廓，并且因此可以在确保接触区域的必要尺寸的同时，对这种边缘接触压力的产生进行抑制。

现在，将更详细地描述如上所述的对数凸度轮廓的效果。图37表示彼此叠加的、设置有具有由对数函数表示的轮廓线的凸度轮廓的滚柱的轮廓线与滚柱滚动表面处的接触表面压力。图38表示彼此叠加的、部分弧形凸度轮廓与直线部之间的部分由辅助圆弧表示的滚柱的轮廓线与滚柱滚动表面处的接触表面压力。在图37和图38中，左侧的纵坐标表示凸度轮廓的下降(单位：mm)。在图37和图38中，横坐标表示滚柱沿轴向方向的位置(单位：mm)。在图37和图38中，右侧的纵坐标表示接触表面压力(单位：GPa)。

在锥形滚柱的滚动表面的轮廓线形成为包括部分弧形的凸度轮廓和直线部的形状的示例中，如图38所示，即使在直线部、辅助圆弧与凸度轮廓之间的边界处的梯度是连续的，当曲率不连续时，接触表面压力会局部地增大。因此，油膜可能会破裂或表面可能会损坏。除非形成具有足够厚度的润滑膜，否则很容易因金属与金属的接触而产生磨损。当接触表面局部地磨损时，金属与金属的接触更可能在该接触表面附近发生，从而加速接触表面的磨损，并导致锥形滚柱损坏。

当用作接触表面的锥形滚柱的滚动表面设置有由对数函数表示的轮廓线定义的凸度轮廓时，例如，如图37所示，与图38中设置由部分圆弧表示的凸度轮廓的示例相比，局部接触压力较低，并且接触表面的磨损较不可能发生。因此，即使当存在于锥形滚柱的滚动表面的润滑剂减少到少量或是粘度降低并且润滑膜厚度减小时，也可以防止接触表面磨损，并且防止锥形滚柱损坏。图37和图38示出了滚柱的轮廓线，其中，横坐标的原点O在矩形坐标系中设置在内圈或外圈与滚柱有效接触部的中央部处，其中，横坐标表示滚柱的母线方向，纵坐标表示与母线正交的方向，并且在前者的基础上示出了叠加的接触表面压力，其中，接触压力表示在纵坐标上。因此，通过采用如上所述的结构，可以提供具有长寿命和高耐久性的锥形滚柱轴承10。

在锥形滚柱轴承10中，实际曲率半径R_process与设定曲率半径R之间的比率R_process/R可以等于或大于0.8。当锥形滚柱轴承10在极端恶劣的润滑环境中使用时，通过将比率R_process/R设定为0.8以上，锥形滚柱12的大端面16与内圈13的大凸缘表面18之间的接触部分的油膜可以具有足够大的厚度。

在锥形滚柱轴承10中，锥形滚柱12的大端面16的算术平均粗糙度Ra可以不大于0.10m。在这种情况下，可以充分地确保锥形滚柱12的大端面16与内圈13的大凸缘表面18之间的接触部分的油膜厚度。

讨论了锥形滚柱12的扭斜角与比率R/R_BASE的关系。比率R/R_BASE假定锥形滚柱12的大端面16处于与设定的理想球形表面(不包括加工误差)接触的状态这样的条件。表4示出了比率R/R_BASE与锥形滚柱12的扭斜角之间的关系。

[表4]

比率R/R<sub>BASE</sub>(％)	1	0.95	0.9	0.85	0.8	0.75
							扭斜角	0	0.03	0.06	0.09	0.12	0.15

如表4所示，随着滚柱的比率R/R_BASE减小，扭斜角变大。在已经描述的图4中的滚柱12的大端面16的曲率半径R是当大端面16由理想的球形表面限定时的曲率半径，并且大端面16由满足如图21所示的R152＝R364＝R1564的条件的理想的单个圆弧曲线进行限定。然而，实际上，如图22所示，锥形滚柱12的大端面16并非由围绕锥形滚柱12的锥角的顶点的一个球形表面的一部分限定。如图22所示，一侧上的R152不等于整个大端面16的R1564，而是小于R1564。

如图22所示，当滚柱12的大端面16的相反端面下垂时，大端面16和内圈13的大凸缘表面18仅在大端面16的一侧(凸部16A)彼此接触。因此，数学上的大端面16的R尺寸被设定为R152(图22中的实际曲率半径R_process)，并且小于理想的R尺寸(设定曲率半径R)(比率R_process/R较低)。因此，大凸缘表面18与大端面16之间的接触表面压力增大，并且扭斜角也同时增大。随着扭斜角的增大，滚柱12与大凸缘表面18的接触部分处产生的接触椭圆延伸超过大凸缘表面18，这导致油膜破裂，从而导致磨损或烧熔。

在润滑状态不充分的环境中，随着滚柱12的扭斜角增大，并且附加地随着大凸缘表面18与大端面16之间的接触部分的接触表面压力增加，滚柱12与大凸缘表面18之间的油膜的参数Λ降低。在油膜参数Λ小于1时，对金属与金属的接触开始的边界润滑的状态进行设置。因此，在滚柱12的大端面16与内圈的大凸缘表面18之间的接触部分中开始发生磨损。随着这种状态的持续，磨损进一步发展，并且烧熔发生的可能性也在增加。

油膜参数Λ被定义为“基于弹性流体润滑理论发现的油膜厚度h与滚柱的大端面和内圈的大凸缘表面的均方根的复合粗糙度σ之间的比率”。换言之，油膜参数Λ表示为Λ＝h/σ。算术平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq一般满足Rq＝1.25Ra的关系。复合粗糙度σ可以通过使用Rq表示为σ＝((Rq₁ ²+Rq₂ ²)/2)，其中，Rq₁表示滚柱的大端面的均方根粗糙度，Rq₂表示大凸缘表面的均方根粗糙度。

油膜参数Λ与复合粗糙度σ有关，并且油膜厚度可以随着σ的值减小而变大。因此，滚柱12的大端面16和内圈13的大凸缘表面18的表面粗糙度可以与超精加工相媲美，并且σ的值期望地不大于0.09μm Rq。

基于关于如上所述的磨削中的设定曲率半径R与锥形滚柱的大端面的曲率半径(实际曲率半径R_ACTUAL)之差的影响的研究结果，对实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率施加关注，并且对大端面与大凸缘表面之间的接触表面压力、油膜厚度、扭斜角和油膜参数的关系进行验证。此外，发现以下事实：当彼此滑动接触的内圈的大凸缘表面与锥形滚柱的大端面之间的润滑油的使用温度达到峰值时，润滑状态的严重程度会影响实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的实际范围的验证。

因此，当内圈的大凸缘表面与锥形滚柱的大端面之间的润滑油的使用温度达到峰值时，对润滑状态严重程度进行指示的指示器将讨论如下。

(1)注意到以下事实：内圈的大凸缘表面与锥形滚柱的大端面之间的润滑状态由锥形滚柱的大端面的曲率半径(实际曲率半径R_ACTUAL)和润滑油的使用温度确定，因为大凸缘表面是圆锥表面，并且因此该大凸缘表面是线性的和恒定的。

(2)注意到以下事实：在变速器和差速齿轮这样的应用中，使用的润滑油基本上是固定的，并且因此润滑油的粘度也是固定的。

(3)在120℃下持续三分钟(180秒)的极端恶劣温度条件被假定是润滑油的使用温度达到峰值时的最大条件。该温度条件是指温度达到峰值时的最大状态，并且表示状态在大约三分钟之后会恢复到稳定状态。该温度条件在本文中被称为“假定峰值温度条件”。发现可以求出用于设定实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的阈值，在该设定曲率半径R处，在润滑油的粘度特性被并入“假定峰值温度条件”而设定的润滑状态下，不会发生温度的急剧上升。

基于上述发现，可以设想，对润滑状态的严重程度进行指示的指示器可以基于润滑油的粘度被并入“假定峰值温度条件”而设定的润滑状态，在下面的式中进行计算。该指示器在本文中称为“凸缘润滑系数”

“凸缘润滑系数”＝120℃处的粘度(油膜厚度h)²/180秒

油膜厚度h可以基于以下的Karna式进行计算。

[式3]

R_x：沿运动方向的等效曲率半径

平均速度

w：载荷

η₀：正常大气压下的粘度

现在将描述根据本发明的实施方式的变型的锥形滚柱轴承。根据本实施方式的变型的锥形滚柱轴承与一般的锥形滚柱轴承的不同之处在于，在润滑油的粘度特性被并入“假定峰值温度条件”而设定的润滑状态的严重程度稍缓和的情况下使用，并且锥形滚柱的大端面的实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的实际范围被扩大。由于锥形滚柱轴承与如上所述的第一实施方式的锥形滚柱轴承在结构和技术内容上是相同的，因此，对根据如上所述的实施方式的锥形滚柱轴承的描述中的所有内容加以必要的变更而应用，并且将仅描述不同之处。

对于根据本实施方式的变型的锥形滚柱轴承，采用通常用于差速齿轮的齿轮油SAE 75W-90作为样本，并且计算“凸缘润滑系数”。75W-90在120℃下的粘度为10.3cSt(＝10.3mm²/s)，并且基于式(2)计算的、用于实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率中的每个值的油膜厚度h如表5所示。

[表5]

75W-90在120℃下的粘度稍微高于VG32，并且润滑油的粘度特性被并入“假定峰值温度条件”而设定的润滑状态比如上所述的实施方式中稍微更缓和。该润滑状态在本文中被称为“严重润滑状态”。

使用旋转试验机对根据本发明的实施方式的变型的锥形滚柱轴承进行耐烧熔试验。用于耐烧熔试验的试验条件如下。

<试验条件>

-施加载荷：径向载荷4000N，轴向载荷7000N

-转数：7000min^-1

-润滑油：SAE 75W-90

-试验轴承：锥形滚柱轴承(内径

外径

宽度18mm)

表6示出了用于实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率中的每个值的、大端面与大凸缘表面之间的接触表面压力、油膜厚度、扭斜角、油膜参数以及“凸缘润滑系数”的结果。尽管表6以比率示出了接触表面压力、油膜厚度、扭斜角和油膜参数中的每一个，但是定义为基准的分母被设定为当可以进行实际曲率半径R_ACTUAL在尺寸上等于设定曲率半径R的加工时的值，并且在各参考符号上添加0。

[表6]

表7示出了表6中试验结果(1)至(6)和总体判断(1)至(6)的详细。

[表7]

从表6和表7中的结果可以得出结论，在使用表示用于差速齿轮的齿轮油的75W-90的“严重润滑状态”下，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R期望地不低于0.5。因此，在本实施方式中，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R被设定为0.5以上。通过引入“凸缘润滑系数”作为对润滑状态的严重程度进行指示的指示器，可以扩大实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的实际范围。因此，可以根据使用条件来选择合适的轴承规格。

本实施方式中的锥形滚柱轴承不限于差动齿轮应用中的锥形滚柱轴承，而是适用于处于“严重润滑状态”的变速器或其他应用。

在对实际曲率半径R_ACTUAL和设定曲率半径R之间的实际比率进行设定时，用于确认目的的测试可以仅在阈值附近进行。因此，可以减少设计工时。在表6中的“严重润滑状态”下，即使实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R为0.4时，也可以得到足够的“凸缘润滑系数”。然而，当在采用粘度比表6中稍微低的润滑油的“严重润滑状态”下，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R为0.4时，不能满足不小于8×10^-9的阈值，并且扭斜角也更大。因此，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R不小于0.5是合适的。

对于根据本发明的实施方式的另一种变型的锥形滚柱轴承，采用作为通常用于变速器的润滑油的涡轮油ISO粘度等级VG32作为样本，并且计算“凸缘润滑系数”。VG32在120℃下的粘度为7.7cSt(＝7.7mm²/s)，并且基于式(2)来计算油膜厚度h。对于实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的每一个值，油膜厚度h如表8所示。

[表8]

VG32在120℃下粘度较低，并且润滑油的粘度被并入“假定峰值温度条件”而设定的润滑状态是极度严重的。该润滑状态在本文中被称为“极度严重的润滑状态”。

同时进行使用旋转试验机的耐烧熔试验。用于耐烧熔试验的试验条件如下。

<试验条件>

-施加载荷：径向载荷4000N，轴向载荷7000N

-转速：7000min^-1

-润滑油：涡轮油ISO VG32

-试验轴承：锥形滚柱轴承(内径

外径

宽度18mm)

表9示出了用于实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率的每个值的大端面与大凸缘表面之间的接触表面压力、油膜厚度、扭斜角、油膜参数以及“凸缘润滑系数”的结果。尽管表9以比率示出了接触表面压力、油膜厚度、扭斜角和油膜参数中每一个，但是定义为基准的分母被设定为当可以进行实际曲率半径R_ACTUAL在尺寸上等于设定曲率半径R的加工时的值，并且在各参考符号上添加0。

[表9]

表10示出了表9中试验结果(1)至(6)和总体判断(1)至(6)的详细。

[表10]

从表9和表10中的结果可以得出结论，在使用粘度较低并表示变速箱油的VG32的“极度严重润滑状态”下，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R期望地不低于0.8。因此，对于根据本实施方式的另一种变型的锥形滚柱轴承，实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R被设定为0.8以上。

如上所述的锥形滚柱轴承不限于变速箱的应用中的锥形滚柱轴承，而是适用于“极度严重润滑状态”的差速齿轮或其他应用。

基于表9和表10中的结果得出以下结论。由于计算出的“凸缘润滑系数”与耐烧熔试验中的结果是相互对照的，因此，可以通过对实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的比率R_ACTUAL/R进行设定，使得“凸缘润滑系数”超过8×10^-9，从而确认实用性。“凸缘润滑系数”＝8×10^-9可以采用为用于对实际曲率半径R_ACTUAL与设定曲率半径R之间的实际比率R_ACTUAL/R进行设定的阈值。

<制造锥形滚柱轴承的方法>

图39是用于对图1所示的制造锥形滚柱轴承的方法进行说明的流程图。图40是表示图39的热处理步骤中的热处理图案的示意图。图41是表示图40所示的热处理图案的变型的示意图。下面将描述制造锥形滚柱轴承10的方法。

如图39所示，首先，执行部件准备步骤(S100)。在该步骤(S100)中，准备作为轴承部件的构件，诸如外圈11、内圈13、滚柱12和保持架14。将作为滚柱12的构件并非呈冠冕状的，并且该构件的表面在图13中用虚线表示为待加工表面12E。

然后，执行热处理步骤(S200)。在该步骤(S200)中，执行规定的热处理以对轴承部件的特性进行控制。例如，为了在外圈11、滚柱12和内圈13中的至少任一个中形成根据本实施方式的富氮层11B、12B、13B，执行碳氮共渗或氮化、淬火、回火等。图40示出了该步骤(S200)中的示例性热处理模式。图40示出了表示执行一次淬火和二次淬火的方法的热处理图案。图41示出了表示在淬火期间将材料冷却到低于A₁转变点的温度，然后将该材料重新加热并最终淬火的方法的热处理图案。在这些图中，在处理T₁中，碳、氮等扩散通过钢基体并且碳在其中充分溶解，然后将材料冷却到低于A₁转变点的温度。然后，在图中的处理T₂中，将材料重新加热到低于处理T₁的温度，并进行油淬火。此后，例如，在180℃的加热温度下对材料进行回火。

根据热处理，与普通淬火、即碳氮共渗处理后淬火一次相比，能在轴承部件的表面层部进行碳氮共渗的同时，提高开裂强度并降低尺寸随时间的变化率。根据热处理步骤(S200)，可以在具有淬火结构的富氮层11B、12B、13B中获得如图24所示的、原奥氏体晶粒的晶粒尺寸不大于如图25所示的以往的淬火结构中的晶粒尺寸的1/2的这种微观结构。经过上述热处理的轴承部件具有较长的抗滚动疲劳寿命和增加的开裂强度，并且也可以实现尺寸随时间变化的速率的降低。

然后，执行加工步骤(S300)。在该步骤(S300)中，对材料进行精加工以得到每个轴承部件的最终形状。如图29所示，滚柱12通过诸如切削的机械加工设置有凸度轮廓22A和倒角部21。

然后，执行组装步骤(S400)。在该步骤(S400)中，图1所示的锥形滚柱轴承10通过将如上所述准备的轴承部件组装而获得。因此，可以制造图1所示的锥形滚柱轴承10。

<锥形滚柱轴承的示例性应用>

现在将描述根据本实施方式的锥形滚柱轴承的示例性应用。根据本实施方式的锥形滚柱轴承适于并入诸如差速齿轮或变速器的汽车的动力系统中。根据本发明，锥形滚柱轴承适于作为用于汽车的锥形滚柱轴承而使用。图42示出了包括如上所述的锥形滚柱轴承10的汽车的差速齿轮。差速齿轮使得连接至传动轴(未示出)并穿过差速器箱121插入的驱动小齿轮122与附连到差速齿轮箱123的齿圈124啮合，并且附连到差速齿轮箱123内的小齿轮125与和从左右两侧穿过差速齿轮箱123插入的驱动轴(未图示)联接的侧齿轮126啮合，以便使发动机的驱动力从传动轴传递到左驱动轴和右驱动轴。在该差速齿轮中，用作动力传动轴的驱动小齿轮122和差速齿轮箱123分别由成对的锥形滚柱轴承10a和成对的锥形滚柱轴承10b支承。

图43是示出根据本实施方式的、包括锥形滚柱轴承的手动变速器的局部结构的示意性剖视图。如图43所示，手动变速器100包括：输入轴111，上述输入轴111接收发动机旋转的输入，并且具有围绕外周形成的齿轮114；以及输出轴112，上述输出轴112与输入轴111同轴地布置。输入轴111由锥形滚柱轴承10相对于壳体115旋转地支承。

如上所述，手动变速器100包括锥形滚柱轴承10，上述锥形滚柱轴承10用于相对于布置在输入轴111附近的壳体115旋转地支承作为旋转构件的输入轴111。因此，根据本实施方式的锥形滚柱轴承10可以用于手动变速器100中。具有长寿命和高耐久性的锥形滚柱轴承10适用于在滚动元件与滚道构件之间施加有高接触压力的手动变速器100。锥形滚柱轴承10可以用于自动变速器。

在作为用于汽车的动力系统的变速器、差速齿轮等中，为了提高燃料经济性，润滑油(油)的粘度降低或油量倾向于减少，并且在锥形滚柱轴承中形成足够的油膜的可能性较小。因此，要求用于汽车的锥形滚柱轴承实现更长的寿命。通过将锥形滚柱轴承10并入到变速器或差速齿轮中以实现更长的寿命，可以满足该要求。

尽管已经在上面描述了本发明的实施方式，但是也可以对上述实施方式进行各种修改。本发明的范围不限于如上所述的实施方式。本发明的范围由权利要求书中的术语限定，并且趋于包括在与权利要求书的术语等同的范围和含义内的任何变型。

附图标记列表

10、10a、120A、120B轴承；11外圈；11A外圈轨道表面；11B、12B、13B富氮层；11C、12C、13C未氮化部；12滚柱；12A滚动表面；12E待加工表面；13内圈；13A内圈轨道表面；14保持架；16大端面；16A凸部；16B凹部；16C、21倒角部；17小端面；18大凸缘表面；18A侧缘；19小凸缘表面；22、24冠冕部；22A凸度轮廓；23直线部(中央部)；25A、25B下口；26中心线；27接触区域冠冕部；31第一测量点；32第二测量点；33第三测量点；100手动变速器；111输入轴；112输出轴；113中间轴；114a、114b、114c、114d、114e、114f、114g、114h、114i、114j、114k齿轮；115壳体；121差速器箱；122驱动小齿轮；123差速齿轮箱；124齿圈；125小齿轮；126侧齿轮。

Claims (10)

1.一种锥形滚柱轴承，包括：

外圈，所述外圈具有围绕内周面的外圈轨道表面；

内圈，所述内圈相对于所述外圈布置在内侧，并且所述内圈具有：围绕外周面的内圈轨道表面；以及相对于所述内圈轨道表面布置在大直径侧的大凸缘表面；

多个锥形滚柱，多个所述锥形滚柱配置在所述外圈轨道表面与所述内圈轨道表面之间，所述锥形滚柱具有：滚动表面，所述滚动表面与所述外圈轨道表面和所述内圈轨道表面接触；以及大端面，所述大端面与所述大凸缘表面接触；以及

保持架，所述保持架具有沿周向方向以规定间隔布置的多个凹槽，所述保持架将多个所述锥形滚柱容纳并保持在位于多个所述凹槽中的相应一个的锥形滚柱中，

所述保持架包括：小环状部，所述小环状部在多个所述锥形滚柱的小直径侧上连续；大环状部，所述大环状部在多个所述锥形滚柱的大直径侧上连续；以及多个柱部，多个所述柱部将所述小环状部和所述大环状部彼此连结，所述小环状部、所述大环状部以及多个柱部用作多个所述凹槽之间的间隔件，

所述大环状部设置有面向所述凹槽并保持润滑油的保油孔，

所述外圈、所述内圈和多个所述锥形滚柱中的至少任一个包括形成在所述外圈轨道表面、所述内圈轨道表面或所述滚动表面的表面层上的富氮层，

比率R/R_BASE的值不小于0.75且不大于0.87，其中，R表示所述锥形滚柱的所述大端面的设定曲率半径，R_BASE表示从所述锥形滚柱的锥角的顶点到所述内圈的所述大凸缘表面的距离，

比率R_process/R不小于0.5，其中，R_process表示所述锥形滚柱的所述大端面的磨削之后的实际曲率半径，R表示所述设定曲率半径。

2.如权利要求1所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述保油孔具有位于所述大环状部的内侧的底部。

3.如权利要求1所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述大环状部具有：凹槽侧表面部，所述凹槽侧表面部面向所述凹槽；以及内圈侧表面部，所述内圈侧表面部与所述凹槽侧表面部连续，并面向所述内圈，

所述保油孔具有设置为从所述凹槽侧表面部延伸到所述内圈侧表面部的开口。

4.如权利要求1至3中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

多个所述柱部中的每一个在面向所述凹槽的侧表面中设置有油槽。

5.如权利要求1至4中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

切口设置在多个所述柱部与所述小环状部之间的连接部分中。

6.如权利要求1至5中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述保持架的所述小环状部的内周侧端面与所述内圈之间的距离不大于所述内圈的、与所述小环状部的所述内周侧端面相反的部分的外径D的1.0％。

7.如权利要求1至6中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述保持架的所述小环状部的、与所述内圈相反的表面设置有多个凸部。

8.如权利要求1至7中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述富氮层中的原奥氏体晶粒尺寸的、由JIS定义的晶粒尺寸编号等于或大于10。

9.如权利要求1至8中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

在穿过所述内圈的中心轴线的横截面中，所述内圈轨道表面和所述外圈轨道表面是线性的或弧形的，

所述锥形滚柱的所述滚动表面设置有凸度轮廓，

在y-z坐标系中通过式(1)来表示凸度轮廓的下降之和，所述y-z坐标系中，所述锥形滚柱的所述滚动表面的母线定义为y轴，与所述母线正交的方向定义为z轴，

其中，K₁、K₂、z_m表示设计参数，Q表示载荷，L表示所述锥形滚柱的所述滚动表面沿所述母线的有效接触部的长度，E’表示等效弹性模量，a表示从所述锥形滚柱的所述滚动表面的所述母线上的原点到所述有效接触部的端部的长度，A被定义为A＝2K₁Q/πLE’。

10.如权利要求1至9中任一项所述的锥形滚柱轴承，其特征在于，

所述锥形滚柱的所述大端面的算术平均粗糙度Ra不大于0.10μm。

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