JP2002310164A - 円すいころ軸受 - Google Patents

円すいころ軸受

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JP2002310164A
JP2002310164A JP2001114119A JP2001114119A JP2002310164A JP 2002310164 A JP2002310164 A JP 2002310164A JP 2001114119 A JP2001114119 A JP 2001114119A JP 2001114119 A JP2001114119 A JP 2001114119A JP 2002310164 A JP2002310164 A JP 2002310164A
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roller bearing
rolling
tapered roller
radius
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Hiromichi Takemura
浩道 武村
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外輪および内輪間に生じる大きな軸線ずれ角
度が小さい場合でも、エッジロードを抑制し、各軌道面
と各ころの転動面との接触中央部における面圧の増加を
抑制できる円すいころ軸受を提供する。 【解決手段】 本発明の円すいころ軸受は、内輪11お
よび外輪12の各軌道面20,21の中央部20a,2
1aが軸方向に凹状となる一定の曲率半径R1を有する
第1母線により形成され、中央部20a,21aに隣接
する軸方向両端部20b,21bが、転動体15の転動
面に対して離れるような一定の曲率半径R2を有する第
2母線により形成され、転動面を形成する第3母線の曲
率半径R3が以下の式[1]を満たしている。 R3=s×R1 式[1] ただし、0.65≦
s≦0.95

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車のマ
ニュアル・トランスミッション(M/T)およびオートマ
チック・トランスミッション(A/T)用デファレンシャ
ルギヤ機構や、トランスミッションなどで用いられる円
すいころ軸受に関し、詳しくは外輪の軸線と内輪の軸線
とが互いに交差している状態においてエッジロードの発
生を抑制し、寿命延長を図る円すいころ軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】略円柱状あるいは略円すい状に形成され
た転動部材(以下、ころと称する)を複数有するころ軸
受においては、外輪の軸線および内輪の軸線が互いに交
差するような軸線ずれが生じていると、外輪の軌道面と
ころの接触部および内輪の軌道面ところの接触部のうち
のいずれか、あるいは双方において、ころ端部が軌道面
と接触する位置の片側で、局所的な接触圧力の上昇(エ
ッジロード)が発生し、早期の軸受損傷を引き起こす虞
れがある。従って、ころ軸受を各種装置に取り付けるに
あたっては、外輪の軸線および内輪の軸線を高精度に一
致させる必要があるが、大きな軸荷重により回転軸が撓
むと軸線ずれが生じる可能性がある。
【0003】たとえば、自動車のM/T、A/T用のト
ランスアクスル(クラッチ、変速機、終減速機を同一ハ
ウジング内に収めたもの)の出力軸側に用いられる円す
いころ軸受は、出力軸のギア反力からの過大荷重やハウ
ジング剛性の低下に伴うミスアライメント(外輪の軸線
と内輪の軸線とが互いに交差している状態など)の影響
により、軌道面の端部またはころの端部にエッジロード
が発生し、短寿命となる場合がある。こうした問題を回
避するために、円すいころ軸受の許容傾き角を0.00
09ラジアン(3分)とし、過大荷重が作用しないよう
な取付誤差を規定したり、高精度のハウジングと軸を使
用したりするなどして、円すいころ軸受自体で対処する
のではなく、軸受が使用される環境を改善することとし
ていた。
【0004】また、一方で、各軌道面および各ころの転
動面のうちのいずれか、あるいは双方にフルクラウニン
グやパーシャルクラウニングと呼ばれるクラウニング加
工を施した円すいころ軸受を用いることで、円すいころ
軸受自体で対処する方法も考えられていた。ここで、ク
ラウニング加工とは、軌道面または転動面を成す母線に
ごくわずかのテーパーまたは曲率を持たせる加工を指し
ている。ところが、クラウニング加工を施した円すいこ
ろ軸受では、大きな軸線ずれ角度において、軌道面と転
動面との間に、エッジロードが発生しないようにするた
めに、クラウニングの曲率半径を小さくする必要があ
る。しかしこうすると、軸線ずれ角度が小さい場合、あ
るいは軸線ずれがない場合には、クラウニング加工を施
さない場合、あるいはクラウニングの曲率半径が大きい
場合に比較して、各軌道面ところの接触部の中央部分に
おける面圧が高くなるという不具合があった。
【0005】そこで、特開2000−74075号公報
には、外輪および内輪間に生じる大きな軸線ずれ角度に
対応できるとともに、外輪および内輪の軸線ずれ角度が
小さい場合でも、軌道面および各転動面間の面圧を緩和
し、エッジロードの発生を抑制できる円すいころ軸受が
開示されている。この円すいころ軸受は、内外輪の軌道
面の両端部側ところの転動面の両端部側とのうちの一方
が、他方に対して離れるような曲率半径を有する母線に
より形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た軸受においては、外輪および内輪間に生じる大きな軸
線ずれ角度が小さい場合に、各軌道面と各ころの転動面
との接触中央部における面圧の増加が懸念されていた。
そこで、本発明者らは鋭意検討の結果、特開2000−
74075号公報に開示された円すいころ軸受におい
て、最適な軌道面の曲率を設定することにより、エッジ
ロードを抑制し、かつミスアライメントにおける軌道面
ところの転動面との接触中央部における面圧の増加を抑
制できることを見出した。
【0007】すなわち、本発明は、外輪および内輪間に
生じる大きな軸線ずれ角度が小さい場合でも、エッジロ
ードを抑制し、各軌道面と各ころの転動面との接触中央
部における面圧の増加を抑制できる円すいころ軸受を提
供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の前記目的は、軸
方向に略凹状な軌道面が内周面に設けられた外輪と、軸
方向に略凹状な軌道面が外周面に設けられた内輪と、転
動面が軸方向に凸状となるように一定の曲率半径R3を
有する第3母線により形成されて前記軌道面間に複数配
置された転動体とを備えた円すいころ軸受において、前
記各軌道面の中央部が軸方向に凹状となる一定の曲率半
径R1を有する第1母線により形成され、前記中央部に
隣接する軸方向両端部が、前記転動体の転動面に対して
離れるような一定の曲率半径R2を有する第2母線によ
り形成され、前記転動面の曲率半径R3が以下の式[1]
を満たすことを特徴とする円すいころ軸受。 R3=s×R1 式[1] ただし、0.65≦s≦0.95 によって達成される。ここで、「母線」とは、断面視に
おいて軌道面や転動面によって描かれる線、すなわち軌
道面や転動面の輪郭線をいう。このとき、軌道面の中央
部と隣接する両端部は、転動体の転動面に対して離れる
ような一定の曲率半径R2を有する第2母線により形成
される凸状となることが好ましい。もしくは、軌道面の
中央部と隣接する両端部は、転動体の転動面に対して離
れるように、一定の曲率半径R1よりも大きな曲率半径
R2を有する第2母線により形成される凹状となること
が好ましい。
【0009】以上のような構成の円すいころ軸受におい
ては、大きな荷重が作用して内輪と外輪との間に軸線ず
れが生じても、転動体の両端部が内外輪の軌道面に局部
的に強く接触することはなく、エッジロードが発生し難
い。すなわち、内外輪の相対傾きを許容することができ
る。外輪の第1母線の曲率半径R1は、自動調心ころ軸
受と異なり、軸受の中心線より遠い位置にあるが、これ
によりエッジロードが極めて有効に緩和される。また、
内外輪の相対傾きが、小さい場合やない場合でも、軌道
面と転動面との接触は凹状母線とそれに対応して凸状母
線との接触となり、転動面の曲率半径R3と、第1母線
の曲率半径R1とが式[1]に示される所定の関係で規
定されているので、軌道面と転動面との間の面圧の増大
を抑制できる。このとき、転動面の曲率半径R3を規定
するs値が0.65よりも大きいので、軌道面および転
動面の中央部の接触面圧の上昇を抑制できる。また、転
動面の曲率半径R3を規定するs値が0.95よりも小
さいので、転動体の端部での軌道面との接触面圧を4G
Pa以下とすることができ、エッジロードに起因する軌
道面の早期剥離を防止できる。
【0010】また、軌道面の中央部の軸方向長さをL1
とし、転動体の軸方向長さをL2とし、前記中央部の軸
方向長さL1が以下の式[2]を満たすことが好ましい。
L1=t×L2 式[2] ただし、0.4≦t
≦0.8こうすることで、軌道面の中央部とその両端部
の複合する曲率半径R1,R2を有する第1母線および
第2母線の繋ぎ部を滑らかにでき、円弧加工において良
好なレース面(軌道面)を提供できる。なお、この繋ぎ
部は、上記第1母線及び第2母線の境界を滑らかに連続
させたり、第1母線及び第2母線の境界に沿って面取り
加工を施したりすることもできる。異なる曲率半径R
1,R2を有する第1母線及び第2母線の境界における
面圧上昇を抑制するために、例えば、第1母線及び第2
母線の境界で両母線が接線を共有する形態を採用でき
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図1に本発明の第1実施形態である
単列の円すいころ軸受30の一部断面図を示す。この円
すいころ軸受10は、内輪11の軌道面20および外輪
12の軌道面21が、第1母線20a,21aと第2母
線20b,21bとにより凹凸状に形成されている。外
輪12の凹凸状軌道面21と、内輪11の凹凸状軌道面
20との間には、略円すい状(略樽状)のころ15が複
数配置されている。ころ15は軸方向長さL2で形成さ
れ、その転動面は一定曲率半径R3の母線により形成さ
れている。このとき、ころ15の軸方向長さL2を16
mmとし、転動面の曲率半径R3を190mmとしてい
る。内輪11には、大つば13及び小つば14がころ1
5を挟むように設けられている。
【0012】内輪11および外輪12の凹凸状軌道面2
0,21は、軌道面の中央部が曲率半径R1を有する第
1母線20a,21aにより軸方向長さL1の凹状に形
成され、この中央部と隣接した軌道面の両端部が曲率半
径R2を有する第2母線20b,21bにより凸状に形
成されている。この凹凸状軌道面20,21は、第1母
線20a,21aの曲率半径R1がころ15の転動面の
曲率半径R3よりごく僅かに大きく設定されており、第
2母線20b,21bの曲率半径R2が第1母線20
a,21aの曲率半径R1より若干大きく設定されてい
る。第1母線20a,21a及び第2母線20b,21
bは、その境界部で接線を共有している。なお、第2母
線20b,21bの曲率半径R2は第1母線20a,2
1aのそれより小さくてもよい。このとき、内輪11お
よび外輪12の凹凸状軌道面20,21の中央部の軸方
向長さL1を10mmとし、第1母線20a,21aを
形成する曲率半径R1を200mmとし、第2母線20
b,21bを形成する曲率半径R2を150mmとして
いる。
【0013】ここで、上述した円すいころ軸受10にお
いては、転動体の曲率半径R3が以下の式[1]を満た
している。また、軌道面の中央長さL1が以下の式
[2]と満たしている。 R3=0.95×R1 式[1] L1=0.60×L2 式[2]
【0014】以上のような構成の円すいころ軸受10に
おいては、大きな荷重が作用して内輪11と外輪12と
の間に軸線ずれが生じても、ころ15の両端部が内外輪
11,12の軌道面20,21に局部的に強く接触する
ことはなく、エッジロードが発生し難い。すなわち、内
外輪11,12の相対傾きを許容することができる。外
輪12の第1母線21aの曲率半径R1は、自動調心こ
ろ軸受と異なり、軸受の中心線より遠い位置にあるが、
これによりエッジロードが極めて有効に緩和される。ま
た、内外輪11,12の相対傾きが、小さい場合やない
場合でも、軌道面20,21ところ15の転動面との接
触は凹状母線とそれに対応して凸状母線との接触となる
ので、軌道面と転動面との間の面圧の増大を抑制でき
る。
【0015】図2に本発明の第2実施形態である単列の
円すいころ軸受30の一部断面図を示す。この円すいこ
ろ軸受30は、内輪31の軌道面40が第1母線40a
と第2母線40bとにより凹状に形成され、外輪32の
軌道面41が第1母線41aと第2母線41bとにより
凹状に形成されている。外輪32の凹状軌道面41と内
輪31の凹状軌道面40との間には、略円すい状(略樽
状)のころ35が複数配置されている。ころ35は軸方
向長さL2で形成され、その転動面は一定曲率半径R3
の母線により形成されている。内輪31には、大つば3
3及び小つば34がころ35を挟むように設けられてい
る。
【0016】内輪31及び外輪32の各凹状軌道面4
0,41は、第1母線40a,41aの曲率半径R1が
ころ35の転動面の曲率半径R3よりごく僅かに大きく
設定されており、第2母線40b,41bの曲率半径R
2が第1母線40a,41aの曲率半径R1より若干大
きく設定されている。第1母線40a,41a及び第2
母線40b,41bはその境界部で接線を共有するよう
に形成されている。
【0017】以上のような円すいころ軸受30によって
も所望の効果を得ることができる。すなわち、軌道面の
両端部が曲率半径R1より大きい曲率半径R2の第2母
線により形成される凸状となっても、上述した本発明の
第1実施形態と同様の作用・効果を奏することができ
る。また、内輪31の軌道面は、第1実施形態における
外輪の軌道面と同様な凹凸状にすることもできる。な
お、説明しないその他の構成・作用については、上述し
た第1実施形態と同様である。
【0018】
【実施例】上述した本発明の円すいころ軸受において、
転動体の曲率半径R3が以下の式[1]を満たし、軌道
面の中央長さL1が以下の式[2]と満たしている場合
の効果を確認するために、図3に示す円すいころ軸受耐
久試験機50を用いて、以下のような試験を行なった。 R3=s×R1 式[1] 0.65≦s≦0.95 L1=t×L2 式[2] 0.4≦t≦0.8 この円すいころ軸受耐久試験機50では、軸51にサポ
ート軸受53を装着し、このサポート軸受53の両側に
配置するように、2個の試験軸受52を軸51に装着す
ることで、同時に2個試験することが可能である。本試
験で使用した軸受は、図1に示した第1実施形態の円す
いころ軸受10において、日本精工(株)社製 呼び番
号:時間32208J(外径φ80mm×内径φ40m
m、ころ長さL2=16mm、基本動定格荷重C=77
000N、基本静定格荷重C0=90500N)と同等
品である。
【0019】試験方法としては、円すいころ軸受耐久試
験機50のサポート軸受53にラジアル荷重Frを20
000N負荷し、軸51の軸方向にアキシアル荷重Fa
を15000N負荷しながら、動等価荷重をP=320
00N(P/C=0.42)を作用させ、軸51の傾き
θを0.003(10分)として、軸51の回転数を3
000rpmで図中A方向で回転し、耐久試験を実施し
た。試験数は、各条件にてN=10行い、初期振動の5
倍となった時点にて試験を中断し、軌道面の剥離の有無
を確認した。計算寿命がLcal=100時間であるた
め、打ち切り時間を200時間とした。なお、潤滑油と
しては、ギヤオイル75S−90(SAE粘度 SAE
J306)を用い、使用した軸受の材料は高炭素クロ
ム軸受鋼2種(SUJ2)であり、通常熱処理した軸受
を使用した。
【0020】表1に本発明の円すいころ軸受である実施
例および従来例として示す比較例に用いた軸受の緒言の
一覧を示す。表1に示す値は、軌道面中央部の第1母線
を形成する曲率半径をR1(mm)とし、この中央部に
隣接する両端部に位置する第2母線を形成する曲率半径
をR2(mm)とし、ころの転動面の曲率半径をR3
(mm)とした。また、軌道面中央部の軸方向長さをL
1(mm)とした。このとき、上述した式[1]におけ
るsをR3/R1とし、式[2]におけるtをL1/L
2とした。さらに、このときの評価時間と軌道面に生じ
た剥離の有無を調べた。なお、比較例1に関しては通常
使用の軸受(通常クラウニングのみ)を使用した。ま
た、試験には剥離を生じた部分は、内輪・外輪およびこ
ろとも、同じような比率にて発生していた。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示す実施例1は、R1=200m
m、R2=150mm、R3=190mmで、s=0.
95、t=0.6(L1=10mm)となる。実施例2
は、R1=200mm、R2=150mm、R3=16
0mmで、s=0.80、t=0.6(L1=10m
m)となる。実施例3は、R1=200mm、R2=1
50mm、R3=130mmで、s=0.65、t=
0.6(L1=10mm)となる。実施例4は、R1=
150mm、R2=200mm、R3=140mmで、
s=0.93、t=0.5(L1=8mm)となる。実
施例5は、R1=150mm、R2=200mm、R3
=120mmで、s=0.80、t=0.5(L1=8
mm)となる。実施例6は、R1=150mm、R2=
200mm、R3=100mmで、s=0.67、t=
0.5(L1=8mm)となる。実施例7は、R1=2
00mm、R2=150mm、R3=180mmで、s
=0.9、t=0.8(L1=13mm)となる。実施
例8は、R1=200mm、R2=150mm、R3=
180mmで、s=0.9、t=0.6(L1=9.5
mm)となる。実施例9は、R1=200mm、R2=
150mm、R3=180mmで、s=0.9、t=
0.4(L1=6mm)となる。比較例1は、R1=
∞、R2=∞、R3=∞で、s=1、t=1(L1=1
6mm)となる。比較例2は、R1=200mm、R2
=150mm、R3=195mmで、s=0.98、t
=0.6(L1=10mm)となる。比較例3は、R1
=200mm、R2=150mm、R3=100mm
で、s=0.50、t=0.6(L1=10mm)とな
る。比較例4は、R1=200mm、R2=150m
m、R3=160mmで、s=0.80、t=0.9
(L1=15mm)となる。比較例5は、R1=200
mm、R2=150mm、R3=160mmで、s=
0.80、t=0.3(L1=5mm)となる。
【0023】以上の結果、実施例2,5,8に関しては
200時間に至っても全ての軸受の軌道面において剥離
は発生せず、良好であった。これは、傾きを加えた試験
であっても、ころおよび軌道輪が最適な曲率(R3/R
1=0.8〜0.9)であり、複合円弧の繋ぎ部におい
ても、L1/L2=0.5〜0.6とすることにより、
滑らかな転動面となっているためである。実施例1,4
に関しては評価時間(L10寿命)は115,123時
間と計算寿命より長寿命となった、これはころおよび軌
道輪の曲率がR3/R1=0.95,0.93と大き
く、傾きθを10分とした本試験では、エッジロードが
10個中5個発生した。実施例3,6に関してはL10
寿命は148,154時間と計算寿命より長寿命となっ
た。これはころおよび軌道輪の曲率がR3/R1=0.
65,0.67となったため、一種の点接触状態のよう
になり、傾きθを10分とした本試験では、エッジロー
ドは発生しなかった。しかしながら、中央部の接触面圧
が上昇したため10個中3個に内部起点剥離が発生し
た。実施例7,9に関してはL10寿命は186,19
2時間と計算寿命より長寿命となった。とくに、R3/
R1=0.9であったため、エッジロードの発生は認め
られなかった。しかしながら複合円弧の繋ぎ部において
L1/L2=0.8,0.4であったため、軌道面の中
央部において滑らかな転動面とならない面が10個中2
個に軌道輪に生じており、表面起点剥離が発生してい
た。
【0024】他方、比較例1に関しては、通常使用の軸
受にて評価を行なったため、傾きを10分とした本試験
では全ての軸受においてL10寿命は14時間と計算寿
命の約1/7となり、全てのエッジロード起点の剥離を
生じていた。比較例2,3に関してはL10寿命は5
8,49時間と計算寿命の約1/2程度であった。実施
例2は、ころおよび軌道輪の曲率がR3/R1=0.9
8と最も大きく、全ての軸受にエッジロード起点の剥離
を生じていた。比較例3に関してはころおよび軌道輪の
曲率がR3/R1=0.5と最も小さく、中央部の接触
面圧が非常に高くなり、内部起点の剥離が全ての軸受に
生じていた。比較例4,5に関しては、L10寿命は2
5,23時間と計算寿命の約1/4程度であった。R3
/R1=0.8と充分であったため、試験終了品にはエ
ッジロードの発生は認められなかった、しかしながら複
合円弧の繋ぎ部においてL1/L2=0.9,0.3で
あったため、軌道面の中央部において滑らかな転動面と
なっていない面が全ての軸受の軌道輪に生じており、短
時間にて表面起点剥離が発生していた。今回の試験の結
果により、sを0.65〜0.95さらに好ましくは
0.8〜0.9、かつtを0.4〜0.8さらに好まし
くは0.5〜0.6と設定することによりエッジロード
起点剥離、及び接触面圧過大による軌道面中央部での剥
離と加工面エラーに伴う上面起点剥離を抑制することが
できる。
【0025】なお、本試験では軸受軌道輪およびころ軌
道面粗さを0.1〜0.3μmRaとして行なったが、
軌道面粗さを0.05μmRaとすることにより、軌道
面の複合する曲率半径R1,R2を有する第1母線およ
び第2母線の繋ぎ部を滑らかにでき、円弧加工において
良好なレース面に提供することが可能となる。また、軸
受サイズが大きくなった場合、軌道面粗さが0.5μm
Ra程度となる場合があるが、潤滑油膜の判断基準とし
て油膜パラメータΔが1より大きい条件にて使用するこ
とが望ましい。
【0026】なお、本発明は前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本実施形態では、軸受耐久試験に使用した軸受を構成す
る材料として軸受鋼2種を用いたが、これに限定され
ず、肌焼鋼など異物環境下に有効な長寿命材料と併用す
ることにより更なる同様な効果を有する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の円すいこ
ろ軸受によれば、外輪および内輪間に生じる大きな軸線
ずれ角度が小さい場合でも、エッジロードを抑制し、各
軌道面と各ころの転動面との接触中央部における面圧の
増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の円すいころ軸受10を
示す一部断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態の円すいころ軸受30を
示す一部断面図である。
【図3】円すいころ軸受耐久試験機50の概略断面図で
ある。
【符号の説明】
10,30 円すいころ軸受 11 内輪 12 外輪 13 大つば 14 小つば 15 ころ(転動体) 20,21 軌道面 20a,21a 中央部 20b,21b 両端部 R1,R2,R3 曲率半径 L1,L2 軸方向長さ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に略凹状な軌道面が内周面に設け
    られた外輪と、軸方向に略凹状な軌道面が外周面に設け
    られた内輪と、転動面が軸方向に凸状となるように一定
    の曲率半径R3を有する第3母線により形成されて前記
    軌道面間に複数配置された転動体とを備えた円すいころ
    軸受において、 前記各軌道面の中央部が軸方向に凹状となる一定の曲率
    半径R1を有する第1母線により形成され、前記中央部
    に隣接する軸方向両端部が、前記転動体の転動面に対し
    て離れるような一定の曲率半径R2を有する第2母線に
    より形成され、前記転動面の曲率半径R3が以下の式
    [1]を満たすことを特徴とする円すいころ軸受。 R3=s×R1 式[1] ただし、0.65≦s≦0.95
  2. 【請求項2】 前記軌道面の中央部の軸方向長さをL1
    とし、前記転動体の軸方向長さをL2とし、前記中央部
    の軸方向長さL1が以下の式[2]を満たすことを特徴と
    する請求項1記載の円すいころ軸受。 L1=t×L2 式[2] ただし、0.4≦t≦0.8
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