JP2003130057A

JP2003130057A - ころ軸受

Info

Publication number: JP2003130057A
Application number: JP2001327553A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Sakaguchi; 智也坂口; Yoshinobu Akamatsu; 良信赤松
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ころがスキューやチルトを生じても、ころ端
面とつば面の油膜が破断し難い内部形状を有し、軸受の
トルク、発熱、摩耗、および焼き付きを抑えることがで
きるものとする。【解決手段】ころ端面２と軌道輪５のつば面７とが接
触するころ軸受とする。ころ端面２の中央部２１ところ
転動面３との間に、ころ１の中心軸８に沿う断面の形状
が円弧となる曲面部２２を有する。この曲面部２２の上
記円弧の曲率中心Ｏ_mが、ころ中心軸８からオフセット
した位置にあり、ころ端面２とつば面７との接触が、上
記曲面部２２内で行われるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ころ端面がつば部
と接触するころ軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】各種のつ
ば付きのころ軸受、例えば円筒ころ軸受において、複合
荷重が作用した場合や、円錐ころ軸受、および非対称こ
ろ形の自動調心ころ軸受では、ころ端面と軌道輪のつば
面とが接触する。従来のころでは、一般に端面が球面に
形成されており、その球面上にて、つば面と接触させて
いる（例えば米国特許第3268278 号）。あるいは、ころ
がスキューを起こした場合のエッジロードを防止するた
めに、ころ端面の球面外周面にだらし加工を施し、球面
外周部とだらし部の境界付近で接触させている（例えば
特開2000-87963号公報）。

【０００３】このようなころ軸受において、ころ端面の
球面曲率半径が大きく、かつころがスキューやチルトを
生じた場合、ころ端面とつば面との接触位置の移動が大
きいため、ころの球面状の端面と転動面との境界部がつ
ば面に接触することがある。このように接触した場合
は、潤滑剤があってかつ適切な回転速度で運転しても、
ころとつば面間の油膜はエッジロードにより破断する。
このような従来の課題を図面と共に詳述する。

【０００４】図１２は、従来の円筒ころ軸受におけるこ
ろ１とつば面７を有する軌道輪５とを示している。ころ
１の端面２は平面とされており、転動面３とは曲率半径
Ｒ１の曲面のチャンファ４でつながっている。つば６の
つば面７は平面であり、ころ１が僅かでもスキューする
と、ころ端面２の外周部がつば面７の端で接触する。ま
た、ころ１がチルトすると、ころ端面２の最外周部がつ
ば面７の端で接触する。このように、スキューとチルト
のいずれが生じた場合でも、ころ１とつば６間の接触に
おいてエッジロードが発生し、油膜は形成できない。

【０００５】図１３は、ころ端面２を半径Ｒ２の球面と
した例である。ころ端面２の球面中心は、ころ１の中心
軸８に一致している。軌道輪５のつば面７は円錐面であ
り、ころ１がスキューやチルトの傾きがない理想的な状
態において、球面としたころ端面２がつば面７と接触す
るように設計されている。しかし、ころ端面２の球面半
径Ｒ２は一般に大きく、ころ１がスキューやチルトをす
ると、ころ１とつば面７間の接触点位置は、ころ端面２
の外周部からつば面７の端に移動しやすく、その場合、
エッジロードが発生するため、ころ１とつば面７の間に
油膜が形成され難い。ころ端面２の球面半径Ｒ２を小さ
くすると、接触点位置の移動量を低減でき、ころ端面２
の球面内でつば面７との接触面を形成することができ
る。ころ端面２とつば面７との接触力は、ころ１の傾き
を復元させるモーメントをころ１に与えるが、ころ端面
２の球面半径Ｒ２を小さくし接触点位置の変化量が小さ
くなるようにした場合、つば６から作用する復元モーメ
ント力も小さくなるため、結果として大きなころ１の傾
きを招く。一般に、スキュー角が増大すると軌道面８と
ころ転動面３間の滑りが増加し、トルクの増加や焼き付
きを生じる。このような理由により、ころ端面２の球面
半径Ｒ２はあまり小さくできない。

【０００６】図１４は、ころ１の端面２を球面とし、そ
の外周部１１にだらし加工を施した上述の従来例を示
す。ころ１にスキューなどの傾きが存在しない場合、こ
ろ端面２の球面部１０がつば面７と接触する。また、こ
ろ１にスキューが生じた場合は、ころ端面２は、端面球
面部１０とだらし加工を施した端面外周部１１の境界付
近でつば面７と接触する。だらし加工部１１がない場
合、ころ端面２は球面部１０とチャンファ部との境界部
でつば面７と接触するが、だらし加工部１１を付加した
場合、最大接触圧が緩和されるものの、その効果はスキ
ュー角により大きな差が生じ、かつ、だらし加工部１１
の形状が大きく影響するため、油膜の形成範囲は狭い。
また、油膜の形成状態を予測するのも難しい。

【０００７】このように、上記各従来例では、いずれも
潤滑状態が良好な運転条件下であっても、複合荷重が作
用することで、アキシアル荷重が大きくなったり、ころ
１がスキューやチルトをすると、ころ１とつば６間の油
膜が破断し、トルク，発熱および摩耗が増加する。また
回転速度が高い場合には軸受の焼き付きを招く。

【０００８】この発明の目的は、ころがスキューやチル
トを生じても、ころ端面とつば面の油膜が破断し難い内
部形状を有し、軸受のトルク、発熱、摩耗、および焼き
付きを抑えることのできるころ軸受を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のころ軸受は、
ころ端面と軌道輪のつば面とが接触するころ軸受におい
て、ころ端面の中央部ところ転動面との間に、ころの中
心軸に沿う断面の形状が円弧となる曲面部を有し、この
曲面部の上記円弧の曲率中心が、上記ころの中心軸から
オフセットした位置にあるものとする。上記ころ端面と
上記つば面との接触は、上記曲面部内で行われるように
する。すなわち、このように接触するころ端面と上記つ
ば面の形状，大きさの関係とする。この構成によると、
ころ端面の上記曲面部の曲率中心をころの中心軸からオ
フセットさせたため、上記曲面部の曲率半径を自由に設
計できる。上記曲面部の曲率半径を小さくすれば、ころ
がスキューしても曲面部内でつば面との接触面を形成で
きる。また、上記曲面部のオフセット量を大きくすれ
ば、ころのスキューに伴うつば面との接触点位置の変化
量が大きくなるため、スキューの増加を防止できる。こ
のようにスキューの増加が防止されるため、その結果、
ころ転動面と軌道面の軸方向のすべりが抑制される。こ
ろチルトに対しても、上記曲面部の曲率半径と接触点位
置の変化量は正比例の関係にあるため、曲率半径を小さ
くすれば、つば面との間で安定して油膜が形成されるこ
とになる。このように、ころにスキューやチルトが生じ
ても、ころ端面とつば面との接触位置の移動量を低下さ
せ、かつエッジロードを防止することで、ころとつば間
の油膜を形成させ、軸受のトルク、発熱、摩耗および焼
き付きを抑えることができる。

【００１０】この発明の上記ころ端面とつば面の構成
は、円筒ころ軸受の他に、円錐ころ軸受、非対称ころを
用いた自動調心ころ軸受、およびスラスト型の自動調心
ころ軸受にも適用できる。また、案内輪を有する自動調
心ころ軸受においても、ころ端面を上記と同様に形成
し、ころ端面が軌道輪のつば面と接触する代わりに、案
内輪の側面と接触するようにし、ころ端面と案内輪との
接触が上記曲面部内で行われるようにすることで、案内
輪のころ案内面となる側面の摩耗等を低減するのに有効
となる。

【００１１】自動調心ころ軸受では、その構造上から、
他形式のころ軸受に比較してころのチルトが発生し易
い。また、非対称ころの自動調心ころ軸受では、ラジア
ル荷重下で軌道輪にミスアライメントがない理想的な状
態でも、ころ端面とつば面間で接触が生じ、摩耗や焼き
付きが生じる。これを防止するためには、非対称ころの
自動調心ころ軸受におけるころ端面の曲面部の曲率半径
と、つば面の円錐角とは次のように決定することが好ま
しい。

【００１２】すなわち、この発明のころ軸受において、
非対称ころの自動調心ころ軸受である場合、ころ端面
を、中央部と、上記曲面部である中間曲面部と、この中
間曲面部ところ転動面とを繋ぐ曲面のチャンファとで形
成し、次のように中間曲面部の曲率半径Ｒ_mおよびつば
面の円錐角θ_fを設定する。外輪軌道の球面半径を
Ｒ_e、内輪軌道の曲率半径をｒ_i、内輪の中心から内輪
軌道の曲率半径の中心位置までの軸方向距離および径方
向距離をそれぞれＸ_ri，Ｙ_ri、つばの径方向の幅をｗ、
つばの軸方向の厚さの半分をＸ_gf、つばの上限半径をＲ
_gfh、中間曲面部の曲率半径をＲ_m、ころの最大径部の
半径をＲ_b、ころの軌道の軸方向の中心位置から中間曲
面部の円弧の中央点までの軸方向距離をＸ _fb、ころの軸
から中間曲面部の円弧の中心までの距離をＲ_rmc、静定
格荷重の３０％のラジアル荷重を負荷した場合のころ中
間曲面部とつば面間で生じる接触楕円の転がり方向およ
び軸受径方向の半径をそれぞれｂ_max，ａ_maxとし、次
の各式、

【数２】を満たす中間曲面部の曲率半径をＲ_max、およびつば面
の円錐角度をθ_fminとすると、中間曲面部の曲率半径Ｒ
_mをＲ_mmax以下で、かつつば面の円錐角θ_fをθ _fmax以
上に設定する。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図１
および図２と共に説明する。なお、従来例と対応する部
分は同一符号を付してある。このころ軸受は円筒ころ軸
受であって、内輪となる軌道輪５と、外輪となる軌道輪
１３との間に、複数のころ１が介在させてある。内輪側
の軌道輪５は、両側につば６を有し、外輪側の軌道輪１
３は、つば無しとされている。各ころ１は、保持器１４
の円周方向複数箇所に設けられた各ポケット１４ａ内に
保持されている。

【００１４】図２に拡大して示すように、ころ１の端面
２は、中央部２１と、この中央部２１より外周部である
中間曲面部２２と、この中間曲面部２２からころ転動面
３へ繋ぐ曲面のチャンファ４とで形成されている。中央
部２１は平面としてあるが、必ずしも平面でなくても良
い。中間曲面部２２は、ころ１の中心軸８に沿う任意の
断面の形状が円弧となる曲面部であり、その円弧の曲率
中心Ｏ_mは上記ころ中心軸８からオフセット量（ころ半
径方向の距離）ｅだけオフセットした位置にある。な
お、中心軸８に沿う各方向の断面の曲率中心Ｏ_mの位置
は、断面の方向の違い分だけ円周方向にずれており、し
たがって各断面の曲率中心Ｏ_mを繋ぐと、半径ｅの円に
なる。チャンファ４は、ころ１の中心軸８に沿う任意の
断面の形状が、曲率半径Ｒ１の円弧の曲面とされてい
る。軌道輪５のつば６は、ころ１の端面２に対向するつ
ば面７を有し、ころ端面２とつば面７との接触は、中間
曲面部２２内で行われるようにされる。つば面７は、例
えば、ころ１の中間曲面部２２に応じた傾斜の円錐面と
されている。

【００１５】この構成によると、ころ端面２の中間曲面
部２２の曲率中心Ｏ_mを、ころ１の中心軸８からオフセ
ットさせたため、中間曲面部２２の曲率半径Ｒ_mを自由
に設計できる。中間曲面部２２の曲率半径Ｒ_mを小さく
すれば、ころ１がスキューしても中間曲面部２２内でつ
ば面７との接触面を形成できる。また、中間曲面部２２
のオフセット量ｅを大きくすれば、ころ１のスキューに
伴うつば面７との接触点位置の変化量が大きくなるた
め、スキューの増加を防止できる。このようにスキュー
の増加が防止されるため、その結果、ころ転動面と軌道
面の軸方向のすべりは抑制される。ころチルトに対して
も、中間曲面部２２の曲率半径Ｒ_mと接触点位置の変化
量は正比例の関係にあるため、曲率半径Ｒ_mを小さくす
れば、つば面７との間で安定して油膜が形成されること
になる。

【００１６】ここで、図１４で示した従来例では、ころ
１がスキューした場合のエッジロードの緩和のため、こ
ろ端面２の球面部１０とだらし加工部１１の境界付近で
つば面６に接触させているが、この実施形態では上記構
成とすることにより、ころ端面２を中間曲面部２ｂの領
域内でつば面７と接触させることになる。また、ころ１
にスキューとチルトがない状態においても、ころ端面２
をその中間曲面部２２でつば面６と接触させることにな
る。

【００１７】なお、この実施形態は、円筒ころ軸受の場
合を示したが、上記ころ端面２とつば面７の構成は、円
錐ころ軸受や、非対称ころを用いた自動調心ころ軸受、
およびスラスト型の自動調心ころ軸受にも適用できる。
また、案内輪を有する自動調心ころ軸受にも適用でき
る。

【００１８】図３は、円錐ころ軸受に適用した実施形態
を示す。内輪側の軌道輪５は両側に鍔６Ａ，６Ｂを有
し、外輪側の軌道輪１３は鍔無しとされている。この例
では、円錐形のころ１の大端および小端のころ端面２，
２Ａの両方、またはいずれか片方に、第１の実施形態で
説明したころ端面２の形状が採用されている。また、そ
の中間曲面部２２の範囲内で、対応するつば面７Ａ，７
Ｂに接触するようになされている。

【００１９】図４は、スラスト型の自動調心ころ軸受に
適用した実施形態を示す。内輪側（図の上側）の軌道輪
５Ｃは、大径側端につば６Ｃを有し、外輪側の軌道輪１
３Ｃはつば無しとされている。ころ１は、非対称ころと
されている。ころ１の転動面３Ｃは、断面円弧状の曲面
形状とされている。この軸受は、同図に２点鎖線で示す
ように、外輪側の軌道輪１３Ｃが内輪側の軌道輪５Ｃに
対して、調心角ａの範囲で調心可能となっている。この
軸受におけるころ１のつば６Ｃ側のころ端面２に、第１
の実施形態で説明したころ端面２の形状が採用されてい
る。また、その中間曲面部２２の範囲内で、対応するつ
ば面７Ｃに接触するようになされている。

【００２０】図５は、案内輪を有する自動調心ころ軸受
に適用した実施形態を示す。この軸受は、内輪側の軌道
輪５Ｄの幅方向中央の外周に案内輪１５が回転自在に設
けられ、複列に配列された両列のころ１のころ端面２を
案内する。ころ１は、外周の転動面３Ｄが断面円弧状の
曲面に形成されたものである。ころ１の案内輪１５に接
触するころ端面２が、第１の実施形態で図２と共に示さ
れた形状とされている。ころ端面２と案内輪１５のころ
案内面となる側面１５ａとの接触は、上記中間曲面部２
２（図２）で行われる。このように、案内輪１５を有す
る自動調心ころ軸受に適用した場合も、上記のころ端面
２の形状とすることで、案内輪１５におけるころ案内面
となる側面１５ａの摩耗等を低減するのに有効となる。

【００２１】図６は、非対称ころを用いた自動調心ころ
軸受に適用した実施形態を示す。この実施形態では、第
１の実施形態および従来例と、対応部分に同一符号を付
して説明する。この自動調心ころ軸受は、内輪となる軌
道輪５と外輪となる軌道輪１３との間に、複列にころ１
を介在させてある。外輪側の軌道輪１３の軌道面は両こ
ろ列にわたる球面状とされ、ころ１の外周面となる転動
面３は、軌道輪１３の軌道面に応じた曲率の断面円弧状
の曲面とされている。内輪側の軌道輪５は、各列のころ
１の転動面３に応じた曲面状の軌道面を複列に有し、中
つば１２と、両端の鍔６とが外径面に形成されている。
各列のころ１は、保持器１４に保持されている。ころ１
は、非対称形のものである。この非対称ころ１を用いた
自動調心ころ軸受は、ラジアル荷重Ｆｒを受けたとき
に、ころ１に中つば１２方向への分力Ｆｆが働くよう
に、ころ１が軸方向に非対称の形状となっていて、どち
らかの端部の外径の方が、もう片方の端部の外径よりも
大きくなっている。このため、この形式の軸受では、こ
ろ１が中つば１２で案内されることになり、スキューが
防止される。この実施形態は、このような自動調心ころ
軸受において、ころ１の両側のころ端面２、またはいず
れか一方（例えば中つば１２側）のころ端面２を、図１
の実施形態で説明した形状としてある。また、その形状
のころ端面２は、つば面７との接触が、上記中間曲面部
２２（図２，図９）内で行われるようにしてある。

【００２２】ところで、自動調心ころ軸受では、その構
造上から、他形式のころ軸受に比較してころのチルトが
発生し易い。また、非対称ころの自動調心ころ軸受で
は、ラジアル荷重下で軌道輪にミスアライメントがない
理想的な状態でも、ころ端面とつば面間で接触が生じ、
摩耗や焼き付きが生じる。そこでこの実施形態では、以
下の決定方法で、中間曲面部２２の曲率半径Ｒ_m（図
９）、およびつば面７の円錐角θ_fを設定している。

【００２３】図６の例のような中鍔１２を有する自動調
心ころ軸受では、内輪側軌道輪５がアキシアル荷重によ
り図７（Ａ）の状態から図７（Ｂ）のように図の右手方
向へ移動すると、ころ１も同様に移動する。ころ１が右
へ移動すると、外輪側の軌道輪１３との接触点の角度が
変化するため、結果としてころ１は矢印Ａの向きに傾
く。すなわち内輪側の軌道輪５が外輪側の軌道輪１３に
対して軸方向に大きく移動するほど、ころ１の矢印Ａ方
向へのチルトは大きくなる。逆に、ころ１の矢印Ａ方向
へのチルトが最小になるのは、内輪５の軸方向変位が無
い、ラジアル荷重のみが負荷された条件となる。したが
って、ころ１のチルト角の範囲は、純ラジアル荷重条件
と純アキシアル荷重条件で決定される。そこで、自動調
心ころ軸受の最大チルト角量θ_tを、軸受静定格荷重の
３０％のラジアル荷重を負荷した場合と、１０％のアキ
シアル荷重を負荷した場合の最大ころ荷重が作用するこ
ろ１のチルト角の差と定義する。ラジアル荷重の大きさ
は、軸受の常識的な運転条件の範囲内でかつ大きな値と
した。また、アキシアル荷重のみでの運転は一般に行わ
れず、複合荷重下で軸受は使用されるが、ここでは、こ
ろ１と軌道面の接触幅がころ長さの半分程度になるよう
に荷重の大きさを選定した。

【００２４】軸受の内部緒元と、ころ１の最大チルト角
量の関係を調べるために、内部緒元および運転条件か
ら、ころ１のチルト角を算出する数値解析プログラムを
開発した。この解析プログラムでは、ころ１と軌道面な
らびにつば１２間における接触部の摩擦のみを考慮し
た。主な仮定条件は次の通りである。静的に各部品は
力とモーメントが釣り合う。各部品は剛体とし、幾何
学的な干渉部に接触力が生じる。ころ１の公転おび自
転速度は列内で同一とする。トラクション特性は所定
の計算式（潤滑，28,10(1983)753-760. ）に従う。軌
道面ところ１との接触部に存在する油膜は転がり粘性抵
抗（Ｔrans. ＡＳＭＥ，Ｊ．Ｔrib,113,7(1991)590. ）
を生じさせる。ころ１と内輪側軌道輪５の中つば面間
の接触力ならびに接線力は最大めり込み点に全て作用す
る。外輪側の軌道輪１３は固定とし、内輪側の軌道輪５
は３並進変位の自由度を持つ。ころ１の自由度はころ１
の軸方向と軸受の径方向の２並進変位とスキューとチル
トの２角度変位および自転と公転の速度である。自由度
の合計は９個となる。釣合い式は各自由度に対応した各
部品の力とモーメントとなる。

【００２５】計算手順は以下の通りである。ころ１の
軸方向と軸受の径方向の力ならびにスキューおよびチル
トのモーメントの釣合い式より、ころ１の２並進変位と
スキュー角、チルト角を決定。各列毎のころ１の転が
り方向の力および自転モーメントの釣合い式より、回転
側軌道輪５に対する各列毎のころ１の公転および自転速
度を決定。内輪側軌道輪５の３軸方向への力の釣合い
式により、内輪側軌道輪５の３並進変位を決定。以上の
項から項までの釣合い式を、各項毎にNewton-Raphs
on法により求解し、全ての釣合い式が釣り合うまで項
から項の計算を繰り返す。なお、ころ１と軌道面間の
接触力は、ころ１を軸方向にスライスし、各スライス片
毎に軌道輪との幾何学的な干渉量δ_Rを求め、以下の式
で求める。

【００２６】

【数３】

【００２７】ただし、Ｑ_R：軌道面ところの接触による
接触力ベクトル（Ｎ）、δ_R,K：ｋ番目のスライス片の
幾何学的な干渉量ベクトル（ｍｍ），ｌ：スライス片の
長さ（ｍｍ），Ｎ：分割数。

【００２８】また、ころ端面２とつば面７間の接触力は
以下の式で求める。ただし、つば面７は円錐面で、ころ
端面２は球面と仮定した。ここで、ころ端面２を球面と
仮定した理由は、接触部が長くかつ大荷重を支持する軌
道面に対して、つば面７の接触長さは短くかつ荷重も小
さいために、ころのチルトモーメントの支持剛性におい
て、ころ端面の形状の影響は小さいためである。ここ
で、以下に示す式（２）ないし式（７）は、ヘルツ接触
理論による（トライボロジーハンドブック，日本トライ
ボロジー学会編，養賢堂，(2001) 10-13）。

【００２９】

【数４】

【００３０】Ｑ_f：ころ端面とつば面との接触荷重
（Ｎ）、δ_f：ころ端面とつば面との幾何学的な最大干
渉量ベクトル（ｍｍ）、ｒ_be：ころ端面を球面のみとし
た場合の球面半径（ｍｍ）、θ_f：つば面の円錐角、Ｐ
_fb,y：内輪中心軸に対するころ端面とつば面との接触点
の高さ（ｍｍ）、Ｋ₁：（１−ｋ₁ ²）^0.5を母数とする
第１種完全楕円積分、Ｅ₁ ^'：（１−ｋ₁ ²）^0.5を母数
とする第２種完全楕円積分である。

【００３１】このプログラムを用いて、自動調心ころ軸
受におけるＪＩＳ規格Ｂ１５３５に定められる次の各呼
び番号、22211B,22212B,22216B,2224B,24124B,23024B,2
2324B の軸受のＣＮ隙間、および呼び番号22216Bの軸受
のＣ3 隙間におけるころの最大チルト角量を数値計算
し、主要な内部緒元にて重回帰分析すると、式（８）と
なる（上記ＣＮ隙間およびＣ3 隙間は、ＪＩＳ規格のＢ
１５２０で定められる転がり軸受のラジアル内部隙間の
隙間区分）。また、数値計算および式（８）によるころ
最大チルト角量の関係を図８に示す。図８より、式
（８）で十分にころの最大チルト角量が近似できること
がわかる。

【００３２】

【数５】

【００３３】Ｒ_b：ころの最大径部の半径、Ｒ_e：外輪
軌道の球面半径、ｒ_i：内輪軌道の曲率半径、Ｘ_riおよ
びＹ_ri：内輪の中心からの内輪軌道の曲率半径の中心位
置の軸方向距離および径方向距離、Ｘ_fb：ころの転動面
の軸方向の中心位置から中間曲面部の円弧の中央点まで
の軸方向距離、Ｘ_gf：つばの軸方向の厚さの１／２とす
る。

【００３４】ころ端面２とつば面７との接触における接
触楕円の中心位置が、つば面径方向の幅の中心にある場
合に対して、接触楕円の長軸および短軸の大きさより、
ころ端面２の中間曲面部２２の曲率半径、およびつば面
７の円錐角を決定する方法を以下に示す。ころ１がチル
トしても安定して油膜を形成するためには、ころ１がチ
ルトしても接触点位置の変化がつば面７および中間曲面
部２２に対して小さければ良い。図９は、同実施形態に
かかる非対称形ころの自動調心ころ軸受の要部拡大断面
図を示す。ころ１の端部２の中間曲面部２２の円弧長さ
は、内輪側軌道輪５の中つば１２の有効幅ｗと同等で良
いので、ここでは円弧長さもｗとする。ころ１のチルト
による接触点位置の変化量は、ころ端面２の中間曲面部
２２の曲率半径Ｒ_mところ最大チルト角量θ_tの積Ｒ_m
θ_tとなる。接触においてエッジロードを防止するため
には、接触楕円が中つば１２の鍔面７の幅からはみ出て
はいけない。したがって、接触楕円の軸受径方向の最大
値をａ_maxとすると、式（９）が成立する必要がある。

【００３５】

【数６】

【００３６】この実施形態では、軸受静定格荷重の３０
％のラジアル荷重を負荷し、両列のころを荷重線に一致
させた場合の最大ころ荷重が作用するころ１とつば面７
間の接触楕円の軸受径方向半径をａ_maxとした。つぎ
に、転がり方向の接触楕円の半径ｂを求めるには、軸受
径方向の曲率半径だけでなく、図９の紙面に垂直な転が
り方向の曲率半径を考慮する必要がある。内輪側軌道輪
５における中つば１２の転がり方向の曲率半径Ｒ_irは、
図１０の接触点位置Ｐ_fiと、そこから円錐面に垂直な線
１４と内輪側軌道輪５の中心線１５との交点Ｏ_fri間の
距離となる。一方、ころ端面２の中間曲面部２２の転が
り方向の曲率半径Ｒ_mrは接触点位置Ｐ_fbと線１４ところ
１の中心線８との交点Ｏ_Rmr間の距離となる。Ｒ_irとＲ
_mrは式（１０）と式（１１）で求まる。両式より転がり
方向の曲率半径を決定する主変数は、中つば１２の円錐
角θ_fであることがわかる。

【００３７】

【数７】

【００３８】ただし、Ｐ_fb,y：接触点位置の軸中心から
の高さ（ｍｍ），Ｐ_fb,y ^b：ころ中心軸からの接触点位
置までの距離（ｍｍ），θ_b：ころのチルト角。

【００３９】ところで、ころ端面２の中間曲面部２２と
内輪側軌道輪５のつば面７が重なる投影面は、図１１の
斜線部１６となる。ここで、斜線部１６の長さＬは式
（１２）となる。

【００４０】

【数８】

【００４１】ただし、Ｒ_gfh：つばの外径半径（ｍ
ｍ）、ｗ^'：つばの投影面の幅（ｍｍ）、Ｒ_rmc：ころ
中間曲面部の円弧の中央の半径（ｍｍ）。

【００４２】中つば１２の投影面の幅はｗ×cos θ_fと
なるが、θ_fは小さいため、以後はｗ^'＝ｗとする。ま
た、弾性流体潤滑理論による油膜の形成条件において、
油膜のメニスカスの発生位置は、接触楕円の転がり方向
半径ｂに対し、２から３倍以上あると、メニスカスが十
分遠い場合の油膜厚さに漸近する。このメニスカスは斜
線部１６の領域内でしか存在できず、最も広くメニスカ
スが形成できたとしても、長さＬの半分しかとれない。
また、この接触点位置はころ１のスキューにより僅かに
転がり方向へ移動することを考慮して、この実施形態で
はメニスカスが最大取り得る長さＬ／２を接触楕円の半
径ｂの３倍以上であると仮定する。斜線部１６の長さＬ
と接触楕円の半径の最大値ｂ_maxの関係は式（１３）が
成り立つ。

【００４３】

【数９】

【００４４】ａ_maxおよびｂ_maxは以下に示すヘルツ接
触理論により計算する。ａ_maxとｂ _maxが式（１４）と
式（１５）を満たすθ_fとＲ_mを求解する。

【００４５】

【数１０】

【００４６】Ｑ_fmax：ころ端面とつば面との接触力
（Ｎ）、Ｋ₂：（１−ｋ₂ ²）^0.5を母数とする第１種完
全楕円積分、Ｅ₂ ^'：（１−ｋ₂ ²）^0.5を母数とする第
２種完全楕円積分。

【００４７】不等号を等号に置き換えた式（１４）と式
（１５）を満足する中間曲面部２２の曲率半径を
Ｒ_mmax、中つば１２の円錐角をθ_fminとすると、式（１
４）と式（１５）を満足する領域は、Ｒ_mがＲ_mmax以
下、θ_fがθ_fmin以上の領域となる。よって、この実施
形態の非対称形ころの自動調心ころ軸受では、式（１
４）と式（１５）を満足する円錐角度と中間曲面部２２
の半径とする。

【００４８】なお、ころ１と中つば１２間の接触楕円の
中心がつば面７の径方向の中心と一致しない場合は、楕
円中心が近い方のつば面７の端部（外径側または研磨逃
げ側）との距離に応じて、前述の方法でａ_maxが決定で
きる。ここで、接触楕円の中心と近い側のつば面端まで
の距離をｄ_fとすれば、式（１４）の代わりに式（２
３）を用いればよい。

【００４９】

【数１１】

【００５０】以下に22212Bの計算例を示す。軸受寸法は
内径φ60ｍｍ，外径φ110 ｍｍ，幅28ｍｍである。式
（１）より内部緒元を代入すると、ころ最大チルト角量
θ_tは次のようになる。 θ_t＝2.554 ×10^-3＋0.1945×4.948 ×10^-3−1.712 ×10^-3×0.8781 ＋3.624 ×0.4735 ＝3.729 ×10^-3 式（１４）と式（１５）は以下となる。

【００５１】

【数１２】

【００５２】ここで、Ｒ_gfh＝40.25 ｍｍ、ｗ^'＝1.3
ｍｍ，Ｒ_Rmc＝3.19である。ヘルツ計算により、ａ_max
は0.463 ｍｍ、中間曲面部の曲率半径は100.513 ｍｍ以
下，つば面７の円錐角は6.273deg以上となる。

【００５３】なお、上記の22212Bにおいて、実施形態の
自動調心ころ軸受と比較例とを製作し、複合荷重下のト
ルク測定試験を行った。製作した実施形態のころ軸受で
は、中間曲面部の曲率半径を12ｍｍ、つば円錐角を6.8d
egとし、比較例のころ軸受では、球状であるころの端面
の半径を 250ｍｍ、つば円錐角を6.8degとした。比較例
のころ軸受では、大きなアキシャル荷重が作用すると、
球状の端面の外周端でつば面と接触するので、この場合
には油膜が破断してしまう。これら両ころ軸受に対し
て、ラジアル荷重8820Ｎ、内輪回転、タービン油潤滑下
でアキシアル荷重を変えて軸受トルクを比較したとこ
ろ、実施形態のころ軸受のトルクは、比較例に対して約
50％となった。この結果から、実施形態の自動調心ころ
軸受の効果が確認できる。

【００５４】

【発明の効果】この発明のころ軸受は、ころ端面と軌道
輪のつば面とが接触するころ軸受において、ころ端面の
中央部ところ転動面との間に、ころの中心軸に沿う断面
の形状が円弧となる曲面部を有し、この曲面部の上記円
弧の曲率中心が、上記ころの中心軸からオフセットした
位置にあり、上記ころ端面と上記つば面との接触が、上
記曲面部内で行われるようにしたため、ころがスキュー
やチルトを生じても、ころ端面とつば面の油膜が破断し
難く、軸受のトルク、発熱、摩耗、および焼き付きを抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるころ軸受の部分
断面図である。

【図２】同軸受の部分拡大断面図である。

【図３】この発明の他の実施形態にかかる円錐ころの部
分断面図である。

【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかるスラス
ト型の自動調心ころ軸受の断面図である。

【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる案内輪
を有する自動調心ころ軸受の部分断面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる非対称
ころを用いた自動調心ころ軸受の部分断面図である。

【図７】同軸受におけるころのチルトの説明図である。

【図８】ころ最大チルト角量における数値計算値に対す
る重回帰式値との関係を示すグラフである。

【図９】同軸受の要部拡大断面図である。

【図１０】同軸受の寸法説明図である。

【図１１】同軸受のころの中間曲面部と内輪のつば面の
投影図である。

【図１２】従来例の部分断面図である。

【図１３】他の従来例の部分断面図である。

【図１４】さらに他の従来例の部分断面図である。

【符号の説明】

１…ころ２…ころ端面３…ころ転動面５…軌道輪７…つば面８…ころ中心軸１３…外輪２２…ころ端面の中間曲面部Ｏ_m…曲率中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J101 AA13 AA16 AA24 AA25 AA42 AA43 AA52 AA54 AA62 BA05 BA57 FA02 FA33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ころ端面と軌道輪のつば面とが接触する
ころ軸受において、ころ端面の中央部ところ転動面との
間に、ころの中心軸に沿う断面の形状が円弧となる曲面
部を有し、この曲面部の上記円弧の曲率中心が、上記こ
ろの中心軸からオフセットした位置にあり、上記ころ端
面と上記つば面との接触が、上記曲面部内で行われるよ
うにしたことを特徴とするころ軸受。
【請求項２】円錐ころ軸受である請求項１に記載のこ
ろ軸受。
【請求項３】非対称ころを用いた自動調心ころ軸受で
ある請求項１に記載のころ軸受。
【請求項４】スラスト型の自動調心ころ軸受である請
求項１に記載のころ軸受。
【請求項５】案内輪を有する自動調心ころ軸受であ
り、請求項１に記載のころ軸受において、ころ端面が軌
道輪のつば面に接触する代わりに、案内輪の側面に接触
するころ軸受。
【請求項６】請求項３に記載の自動調心ころ軸受から
なるころ軸受において、ころ端面を、中央部と、上記曲
面部である中間曲面部と、この中間曲面部ところ転動面
とを繋ぐ曲面のチャンファとで形成し、外輪軌道の球面
半径をＲ_e、内輪軌道の曲率半径をｒ_i、内輪の中心か
ら内輪軌道の曲率半径の中心位置までの軸方向距離およ
び径方向距離をそれぞれＸ_ri，Ｙ_ri、つばの径方向の幅
をｗ、つばの軸方向の厚さの半分をＸ_gf、つばの上限半
径をＲ_gfh、中間曲面部の曲率半径をＲ_m、ころの最大
径部の半径をＲ_b、ころの軌道の軸方向の中心位置から
中間曲面部の円弧の中央点までの軸方向距離をＸ_fb、こ
ろの軸から中間曲面部の円弧の中心までの距離を
Ｒ_rmc、静定格荷重の３０％のラジアル荷重を負荷した
場合のころ中間曲面部とつば面間で生じる接触楕円の転
がり方向および軸受径方向の半径をそれぞれｂ_max，ａ
_maxとし、次の各式、【数１】を満たす中間曲面部の曲率半径をＲ_max、およびつば面
の円錐角度をθ_fminとすると、中間曲面部の曲率半径Ｒ
_mをＲ_mmax以下で、かつつば面の円錐角θ_fをθ _fmax以
上に設定したころ軸受。