JP2003184870A

JP2003184870A - ころ軸受

Info

Publication number: JP2003184870A
Application number: JP2001387828A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】内外輪の各軌道面及び各転動体の転動面にお
ける最適な硬化層分布を規定し、硬化層形成による早期
はくり防止効果を低コストで得る。【解決手段】本発明の円すいころ軸受１０は、内外輪
１１，１２における軌道面１３，１４にはそれぞれ、浸
炭処理が施されてビッカース硬さが６５０以上である硬
化層１６が形成されており、硬化層１６の深さＺ₀ は、
転動体平均外径Ｄａの２〜４％とされるとともに、硬化
層１６の硬さ分布は、各軌道面形状に沿った形状とされ
る。また、軌道面１３，１４の硬化層１６の表面ビッカ
ース硬さは７００〜８５０とされるとともに、硬化層１
６表面の残留オーステナイト量は、２０〜５０％とされ
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、例えば自動車のＭ
／Ｔ，Ａ／Ｔ用デファレンシャルギア機構や、トランス
ミッション等で用いられるころ軸受に関し、詳しくは異
物混入条件下における表面起点はくりの発生を抑制し、
長寿命化を図るための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、円すいころ軸受においては、適
用されるシャフト又はハウジングが傾いている場合、内
外輪の軌道面又はころの転動面に、クラウニング加工が
施されている。クラウニング加工とは、内外輪の軌道面
又はころの転動面をなす母線に、極僅かのテーパ又は曲
率を持たせる加工である。クラウニング加工により、こ
ろの軸方向端部に大きな端荷重が生じることを回避する
ことができ、ころ軸受が早期にフレーキングすることを
防止することができる。

【０００３】例えば自動車のＭ／Ｔ，Ａ／Ｔ用のトラン
スアクスルのデフサイドに用いられる円すいころ軸受で
は、内外輪の軌道輪の端部又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。原因としては、
出力軸からのギア反力に起因する過大荷重や、ハウジン
グ剛性の低下に伴うミスアライメント（内外輪の軸線が
互いに交差している状態）の影響である。

【０００４】このような不具合を回避するための円すい
ころ軸受の構造としては、内外輪の各軌道面及び各ころ
の転動面のうちのいずれか又は双方に、フルクラウニン
グ又はパーシャルクラウニングと呼ばれるクラウニング
加工を施したものがある。これらのクラウニング加工
は、内外輪の各軌道面を形成する母線、又は各ころの転
動面を形成する母線の全域若しくは所定域が凸状の曲線
となるよう加工するものである。

【０００５】更に、特開２０００−７４７０５号公報を
参照すると、図３（ａ），（ｂ）に示すように、内外輪
２１，２２にそれぞれ形成された凹状軌道面２１ａ，２
２ａ間に、複数の略円柱形状のころ２３を配置されてな
り、内外輪２１，２２間に生じる大きな軸線ずれ角度に
も、小さな軸線ずれ角度にも対応可能なころ軸受２０が
記載されている。

【０００６】すなわち各ころ２３は、転動面２３ａの中
央部２３ｂを、内外輪２１，２２の凹状軌道面２１ａ，
２２ａに対応した凸状の第１母線により形成されるとと
もに、転動面２３ａの両端部２３ｃをそれぞれ、第１母
線よりも小さな曲率半径の第２母線により形成される。
これにより、内外輪２１，２２間に生じる大きな軸線ず
れ角度に対応できるとともに、内外輪２１，２２の軸線
ずれ角度が小さい場合でも、内外輪２１，２２の各凹状
軌道面２１ａ，２２ａと各ころ２３の転動面２３ａとの
間に生じる面圧を緩和することができ、エッジロードの
発生を抑制することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の円すいころ軸受では、大きな軸線ずれ角度にお
いて、内外輪の各軌道面と各ころの転動面との間に、エ
ッジロードが発生しないようにするため、クラウニング
の曲率半径を小さくする必要がある。

【０００８】クラウニングの曲率半径を小さくすると、
軸線ずれ角度が小さい場合、又は軸線ずれがない場合に
は、クラウニングを施さない場合、又はクラウニングの
曲率半径が小さい場合と比較して、各軌道面と各ころの
転動面との接触部の中央部分における面圧が高くなると
いう問題があった。

【０００９】また、潤滑油中にギア磨耗粉等の異物が混
入する潤滑環境下、具体的には自動車のトランスミッシ
ョンのような潤滑環境下では、軌道面の中央部に異物圧
痕が形成されやすい。そのため、圧痕に対応可能なよう
に内外輪の各軌道面表面に硬さとともに粘り強さを持た
せることが必要となる。従って、内外輪の各軌道面表面
における残留オーステナイト量、表面硬さ、最大せん断
応力発生位置での硬さのそれぞれ適正な値を得るために
は、各軌道面の深さ方向に十分に浸炭又は浸炭窒化し、
硬化層を形成させる必要があった。硬化層の深さは、各
軌道面の凹凸分を考慮し、凹状部分に合わせて余裕を持
たせる必要があり、コスト高を招くという問題があっ
た。

【００１０】このことは、図３（ａ），（ｂ）に示す従
来のころ軸受２０についても同様であり、硬化層形成に
よる効果と、コストとの兼合いを図る必要があった。

【００１１】本発明は、内外輪の各軌道面及び各転動体
の転動面における最適な硬化層分布を規定することがで
き、これにより硬化層形成による早期はくり防止効果を
低コストで得ることができるころ軸受を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１に係るころ軸受は、内外輪における
各軌道面の中央部が、一定曲率半径を有する第一母線に
より凹状に形成されるとともに、前記内外輪における各
軌道面の両端部が、一定曲率半径を有する第二母線によ
り凸状に形成されており、更に各転動体における転動面
が、一定曲率半径を有する第三母線形状により単一円弧
の凸状に形成されたころ軸受において、前記内外輪にお
ける軌道面、及び前記各転動体における転動面に、浸炭
処理又は浸炭窒化処理が施されてビッカース硬さが６５
０以上である硬化層が形成されており、前記軌道面にお
ける硬化層の深さが、前記転動体の平均外径の２〜４％
であるとともに、該硬化層の硬さ分布が、前記軌道面形
状に沿った形状であることを特徴とする。

【００１３】また、上記目的を達成するための本発明の
請求項２に係るころ軸受は、請求項１記載のころ軸受で
あって、前記軌道面の硬化層表面のビッカース硬さが７
００〜８５０であるとともに、該硬化層表面の残留オー
ステナイト量が２０〜５０％であることを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項１に係るころ軸受において
は、内外輪における軌道面、及び各転動体における転動
面にビッカース硬さが６５０以上である硬化層が形成さ
れ、軌道面における硬化層の深さが転動体の平均外径の
２〜４％であるとともに、該硬化層の硬さ分布が軌道面
形状に沿った形状であるので、軌道面及び転動面にそれ
ぞれ一様の硬さを持たせることができる。したがって、
適用されるシャフト又はハウジングの傾きが５／１００
０ラジアン以上で、異物が混入する条件下においても異
物圧痕の発生が抑制される。これにより、ころ軸受の長
寿命化が図られる。

【００１５】本発明の請求項２に係るころ軸受において
は、異物圧痕が発生した場合でも、軌道面の硬化層表面
のビッカース硬さが７００〜８５０とされるとともに残
留オーステナイト量が２０〜５０％とされることによっ
て、軌道面表面に異物圧痕まわりの盛り上り形状がシャ
ープにならず、シビアに圧痕が付きにくくなる。したが
って、圧痕による軸受性能の低下が緩和されるととも
に、微小亀裂の伝播が抑制される。これにより、ころ軸
受の長寿命化が図られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るころ軸受の一
実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、
本発明の一実施形態である円すいころ軸受の内外輪及び
ころをそれぞれ示す要部断面図であり、図２は、図１の
円すいころ軸受の内外輪の各軌道面における硬化層分布
を示す拡大断面図である。

【００１７】図１及び図２に示すように、円すいころ軸
受１０は、内外輪１１，１２における各軌道面１３，１
４の中央部１３ａ，１４ａが一定曲率半径を有する第一
母線により凹状に形成されるとともに、内外輪１１，１
２における軌道面１３，１４の両端部１３ｂ，１４ｂが
それぞれ、一定曲率半径を有する第二母線により凸状に
形成される。また、各転動体１５における転動面１５ａ
がそれぞれ、一定曲率半径を有する第三母線形状により
単一円弧の凸状に形成される。

【００１８】内外輪１１，１２における軌道面１３，１
４にはそれぞれ、浸炭処理が施されて硬化層１６が形成
される。ここで、硬化層１６は、ビッカース硬さが６５
０以上である部分を指す。硬化層１６の深さＺ₀ は、転
動体１５の平均径Ｄａの２〜４％となるように設定され
るとともに、硬化層１６の硬さ分布は、内外輪１１，１
２の各軌道面形状に沿った形状とされる。軌道面１３，
１４の表面は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が７００〜８５
０とされ、残留オーステナイト量（γＲ）が２０〜５０
％とされる。

【００１９】また、各転動体１５における転動面１５ａ
にはそれぞれ、浸炭窒化処理が施されており、内外輪１
１，１２の硬化層１６より強化された硬化層が形成され
る。

【００２０】次に、本実施形態の円すいころ軸受１０の
作用を説明する。円すいころ軸受１０は、内外輪１１，
１２について、硬化層１６の深さＺ₀ が転動体１５の平
均径Ｄａの２〜４％とされるとともに、硬化層１６の硬
さ分布が軌道面形状に沿った形状とされることによっ
て、軌道面及び転動面にそれぞれ一様の硬さを持たせる
ことができる。

【００２１】また、内外輪１１，１２の硬化層１６のビ
ッカース硬さが７００〜８５０とされるとともに、当該
硬化層１６表面の残留オーステナイト量が２０〜５０％
とされることによって、軌道面表面を強靭化させるとと
もに引張り強さや伸び特性を向上させることができる。

【００２２】なお、上記実施形態では、内外輪１１，１
２の軌道面１３，１４にそれぞれ浸炭処理を施すととも
に、各転動体１５の転動面１５ａに浸炭窒化処理を施し
たが、内外輪１１，１２の軌道面１３，１４及び各転動
体１５の転動面１５ａの全てに浸炭窒化処理を施すこと
が好ましい。また、円すいころ軸受１０を適用するユニ
ット自体が、５〜１０μｍ程度のフィルタを有する比較
的クリーンな環境下で使用される場合には、各転動体１
５を軸受鋼の通常焼入れにより形成させることにより、
低コスト化を図ることができる。

【００２３】以上のように上記実施形態によれば、内外
輪１１，１２における軌道面１３，１４にはそれぞれ、
浸炭処理が施されて硬化層１６が形成されており、該硬
化層１６の深さＺ₀ は、転動体１５の平均径Ｄａの２〜
４％とされるとともに、硬化層１６の硬さ分布は、各軌
道面形状に沿った形状とされる。

【００２４】したがって、例えば軌道面１３，１４の表
面に異物圧痕が発生し易い環境下においても、１００μ
ｍを超える異物圧痕の発生を確実に抑制することができ
る。これにより、円すいころ軸受１０の長寿命化を図る
ことができ、硬化層１６形成による早期はくり防止効果
を低コストで得ることができる。

【００２５】また、軌道面１３，１４の硬化層１６表面
のビッカース硬さは、７００〜８５０とされるととも
に、硬化層１６表面の残留オーステナイト量は、２０〜
５０％とされる。したがって、１００μｍを超える異物
圧痕が発生した場合であっても、圧痕による軸受性能の
低下を緩和することができるとともに、微小亀裂の伝播
を抑制することができる。これにより、円すいころ軸受
１０の更なる長寿命化を図ることができる。

【００２６】

【実施例】次に、円すいころ軸受用の耐久試験機を用い
て、実施例１〜７及び比較例１〜３の円すいころ軸受に
ついて、耐久試験を行った結果を示す。本試験の目的
は、コストを考慮した必要浸炭深さ及び、浸炭深さ分布
を求めることである。

【００２７】耐久試験に使用した円すいころ軸受は、単
列円錐ころ軸受ＨＲ３２２０８Ｊ（日本精工株式会社
製）で、外径８０ｍｍ、内径４０ｍｍ、ころ平均径Ｄａ
＝１０ｍｍ、基本動定格荷重Ｃ＝７７０００Ｎ、基本静
定格荷重Ｃ₀ ＝９０５００Ｎである。使用材料はＳＣｒ
４２０で、通常浸炭熱処理を施した。ころ材料はＳＵＪ
２で、浸炭窒化処理を施し、内外輪の軌道面表面より硬
度が高くなるよう強化した。

【００２８】また、回転数は３０００ｒｐｍ、潤滑油は
ギヤオイル７５Ｗ−９０（ペトロルブインターナショナ
ル株式会社製）とし、ラジアル荷重をＦｒ＝２００００
Ｎ、アキシャル荷重をＦａ＝１５０００Ｎで、動等価荷
重Ｐ＝３２０００Ｎを作用させた。軸の傾きは０．００
３ラジアン（５分）とした。混入させた異物のビッカー
ス硬さは７００、大きさは５０〜１５０μｍで、オイル
中の異物濃度を５００ｐｐｍとした。また、上記試験条
件における標準的な計算寿命はおよそ１００時間であ
る。

【００２９】実施例１〜７の円すいころ軸受は、上記実
施形態の軸受であり、それぞれ内外輪の浸炭の度合が異
なる。浸炭による硬化層の深さの分布は、図２に示すよ
うに軌道面形状に沿った形状（浸炭パターン：Ａ）とな
っている。比較例１は、通常のクラウニング加工を施し
た軌道面を有する円すいころ軸受である。浸炭による硬
化層の深さの分布は、通常のクラウニング形状に沿った
形状（浸炭パターン：通常）となっている。比較例２
及び３は、軌道面形状は上記実施形態と同様であるが、
浸炭による硬化層の深さが上記実施形態と比較して浅く
設けられている。比較例４は、軌道面形状は上記実施形
態と同様であるが、浸炭による硬化層の深さの分布が、
比較例１のように軌道面が通常のクラウニング形状であ
る状態に沿った形状（浸炭パターン：Ｂ）となってい
る。すなわち、仮想軌道面と平行な浸炭層分布となって
いる。

【００３０】試験条件、軸受諸元及び結果を表１に示
す。試験数は、各実施例及び各比較例にて１０個の軸受
について行った。発生する振動が初期振動の５倍となっ
た時点を軸受の寿命とみなして試験を中断し、はくりの
有無を確認した。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１において、外輪Ｚ₀ ／Ｄａ及び内輪Ｚ
₀ ／Ｄａは、転動体の平均径Ｄａに対する軌道面表面下
のビッカース硬さ６５０となるまでの深さＺ₀ の割合で
ある。Ｚ₀ ／Ｄａが低いということは、浸炭が不足して
いることを意味し、かつ、Ｚ ₀ ／Ｄａが高いということ
は、浸炭時間が長くなるために高コストとなることを意
味する。

【００３３】試験の結果、実施例３，４，５，７に関し
ては、試験時間が２００時間に至っても１０個中１０個
ともはくりは発生せず、良好な状態であった。軌道面表
面のビッカース硬さ（Ｈｖ）が７５０〜８５０で、か
つ、残留オーステナイト量（γＲ）が２５〜５０％であ
ったことによると考えられる。

【００３４】また、実施例１，２に関しては、表面硬さ
及び残留オーステナイト量が、上記実施例３，４，５，
７に比較して低く設定されているため、軌道面中央部の
接触面圧位置に１００μｍを超える圧痕が発生し、実施
例１においては１０個中５個の内外輪に表面起点はくり
が発生し、実施例２においては１０個中３個の内輪に表
面起点はくりが発生した。しかし、試験時間は実施例１
において１１５時間であり、実施例２において１４８時
間であって計算寿命より長寿命であった。

【００３５】実施例６に関しては、残留オーステナイト
量が上記実施例３，４，５，７に比較して低く設定され
ているため、１０個中８個は外輪に表面起点はくりが発
生した。しかし、試験時間は１５５時間であり計算寿命
より長寿命であった。

【００３６】他方、比較例１に関しては、１０個中１０
個において、表面起点はくり及びエッジロード起点はく
りが内外輪とも同様な比率で発生した。試験時間は、２
８時間であり計算寿命の約１／４であった。

【００３７】比較例２，３に関しては、試験時間はそれ
ぞれ４０時間，５７時間であり計算寿命の約１／２程度
であった。比較例２，３共に浸炭パターンはＡであり実
施例１〜７と同様であったが、硬化層深さＺ₀ ／Ｄａが
１．５％と低いため、軌道面中央部での面圧が高くな
り、１０個中１０個において、１００μｍを超える圧痕
や内部起点はくりが混在していた。

【００３８】比較例４に関しては、試験時間は６１時間
と計算寿命の約１／２程度であった。比較例４の硬化層
深さＺ₀ ／Ｄａは２％と十分であったが、浸炭分布が通
常のクラウニング形状である状態に沿った形状（浸炭パ
ターン：Ｂ）になっているため、軌道面表面のビッカー
ス硬さは７００であるものの、外輪の軌道面中央部では
凹状のために硬化層が薄くなっていた。そのため硬さが
低下する傾向にあるものが１０個中３個あり、それらに
表面起点はくりが生じた。

【００３９】以上に示した耐久試験結果により、実施例
１〜７の軸受が耐久性良好であることが判別できた。こ
れにより、軌道面に設けられる硬化層の必要深さが転動
体の平均外径の２〜４％であるとともに、最適な硬化層
の硬さ分布が軌道面形状に沿った形状であることが確認
できた。さらに、軌道面の硬化層表面のビッカース硬さ
を７００〜８５０とするとともに、該硬化層表面の残留
オーステナイト量を２０〜５０％とすることが好適であ
ることが確認できた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載のころ軸受によれば、内外輪における軌道面、及び
各転動体における転動面に、浸炭処理又は浸炭窒化処理
が施されてビッカース硬さが６５０以上である硬化層が
形成されており、軌道面における硬化層の深さが、転動
体の平均外径の２〜４％であるとともに、該硬化層の硬
さ分布が、軌道面形状に沿った形状である。したがっ
て、軌道面の表面に異物圧痕が発生し易い環境下におい
ても、１００μｍを超える異物圧痕の発生を確実に抑制
することができる。これにより、ころ軸受の長寿命化を
図ることができ、硬化層形成による早期はくり防止効果
を低コストで得ることができる。

【００４１】また、本発明の請求項２に記載のころ軸受
によれば、軌道面の硬化層表面のビッカース硬さが７０
０〜８５０であるとともに、該硬化層表面の残留オース
テナイト量が２０〜５０％である。したがって、１００
μｍを超える異物圧痕が発生した場合であっても、圧痕
による軸受性能の低下を緩和することができるととも
に、微小亀裂の伝播を抑制することができる。これによ
り、ころ軸受の更なる長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である円すいころ軸受の内
外輪及びころをそれぞれ示す要部断面図である。

【図２】図１の円すいころ軸受の内外輪の各軌道面にお
ける硬化層分布を示す拡大断面図である。

【図３】従来のころ軸受を示し、（ａ）は内外輪及びこ
ろを組み付けた状態を示す縦断面図、（ｂ）はころの外
径形状を示す要部拡大図である。

【符号の説明】

１０円すいころ軸受１１内輪１２外輪１３軌道面（内輪）１３ａ軌道面中央部（内輪）１３ｂ軌道面両端部（内輪）１４軌道面（外輪）１４ａ軌道面中央部（外輪）１４ｂ軌道面両端部（外輪）１５転動体１５ａ転動面１６硬化層Ｚ₀ 硬化層の深さＤａ転動体平均外径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内外輪における各軌道面の中央部が、一
定曲率半径を有する第一母線により凹状に形成されると
ともに、前記内外輪における各軌道面の両端部が、一定
曲率半径を有する第二母線により凸状に形成されてお
り、更に各転動体における転動面が、一定曲率半径を有
する第三母線形状により単一円弧の凸状に形成されたこ
ろ軸受において、前記内外輪における軌道面、及び前記各転動体における
転動面に、浸炭処理又は浸炭窒化処理が施されてビッカ
ース硬さが６５０以上である硬化層が形成されており、
前記軌道面における硬化層の深さが、前記転動体の平均
外径の２〜４％であるとともに、該硬化層の硬さ分布
が、前記軌道面形状に沿った形状であることを特徴とす
るころ軸受。
【請求項２】前記軌道面の硬化層表面のビッカース硬
さが７００〜８５０であるとともに、該硬化層表面の残
留オーステナイト量が２０〜５０％であることを特徴と
する請求項１記載のころ軸受。