JP2004108429A - 円すいころ軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッヂロードの発生及び接触面圧の増大を防ぐ構造で、円すいころ軸受１ａの低トルク化を安価に図る。
【解決手段】外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａが、軸方向中間部に設けられた、軸方向長さがＬ１ で軸方向に凹状の一定の曲率半径Ｒ１ の母線を有する第一曲面部１２と、軸方向両端部に設けられた第二曲面部１３、１３とから成る。そして、円すいころ６ａの軸方向長さをＬ２ とし、この円すいころ６ａの転動面を、軸方向に一定の曲率半径Ｒ３ を有する凸状の第三曲面部１４とした場合に、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５、Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８の、少なくとも一方の条件を満たす。
【選択図】 図１
【解決手段】外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａが、軸方向中間部に設けられた、軸方向長さがＬ１ で軸方向に凹状の一定の曲率半径Ｒ１ の母線を有する第一曲面部１２と、軸方向両端部に設けられた第二曲面部１３、１３とから成る。そして、円すいころ６ａの軸方向長さをＬ２ とし、この円すいころ６ａの転動面を、軸方向に一定の曲率半径Ｒ３ を有する凸状の第三曲面部１４とした場合に、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５、Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８の、少なくとも一方の条件を満たす。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば圧延機の圧延ロールの回転支持部等、各種産業機械の回転支持部、或は、鉄道車両の駆動装置や車軸、自動車のデファレンシャルギヤ、その他の機械装置全般の回転支持部を構成する円すいころ軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種産業機械や機械装置の回転支持部にころ軸受が組み込まれているが、大きなラジアル荷重及びアキシアル荷重が加わる回転支持部を構成する為には、転動体として円すいころを使用した円すいころ軸受が使用される。図１４はこの様な円すいころ軸受の１例を示している。この円すいころ軸受１は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道２を有する外輪３と、外周面に円すい凸面状の内輪軌道４を有する内輪５と、これら外輪軌道２と内輪軌道４との間に転動自在に設けた、複数の円すいころ６、６とから構成される。又、これら各円すいころ６、６は、外周面を上記外輪軌道２及び内輪軌道４に接触する、円すい凸面状の転動面７としている。又、上記内輪５の外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部８を、小径側端部には小径側鍔部９を、それぞれ形成している。
【０００３】
上述の様に構成される円すいころ軸受１は、ラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ、上記内、外輪５、３の相対回転を自在とする。この為、上記円すいころ軸受１は、上記各円すいころ６、６の大径側端面である頭部１０と、上記大径側鍔部８の内側面１１とが接触した状態で、これら各円すいころ６、６が上記外輪軌道２と内輪軌道４との間を、自転しつつ公転する。
【０００４】
上述の様にラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承自在な上記円すいころ軸受１は、例えば、自動車のデファンレンシャルギアに組み込まれて使用される。この場合には、上記外輪３をこのデファンレンシャルギアを構成するハウジングに内嵌し、上記内輪５を端部にギアを固定した回転軸に外嵌する。そして、この円すいころ軸受１により上記回転軸に作用するラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ、この回転軸を上記ハウジングに対して回転自在に支持する。この様に使用される円すいころ軸受１は、例えば、ギア反力によりこのギアを端部に固定した上記回転軸が撓み、この回転軸に外嵌した上記内輪５が上記外輪３に対して傾く場合がある。この様に上記円すいころ軸受１は、使用状態でギア反力やハウジングの剛性低下等の理由により、上記外輪３の中心軸と上記内輪５の中心軸とが互いに交差する状態（ミスアライメント）が生じる場合がある。
【０００５】
上記円すいころ軸受１に上述の様なミスアライメントが生じた場合、この円すいころ軸受１を構成する各円すいころ６、６の端部外周縁と上記外輪軌道２及び内輪軌道４とが強く当接し、エッヂロード（局所的な接触面圧の上昇）が発生する。この様なミスアライメントによるエッヂロードの発生を防ぐ為、上記外輪軌道２及び内輪軌道４と、上記各円すいころ６、６の転動面７とのうちの少なくとも一方の面にクラウニング加工を施す事が、従来から行なわれている。尚、クラウニング加工とは、各軌道面（外輪軌道２及び内輪軌道４）或は転動面に、母線の形状が凸状となる様に僅かな曲率を持たせる加工を言う。
【０００６】
例えば、上記各円すいころ６、６の転動面７にクラウニング加工を施した場合、円すいころ軸受１にミスアライメントが生じていない状態では、これら各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面との間に隙間が存在する。この為、円すいころ軸受１にミスアライメントが生じ、上記各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面とが当接する傾向となった場合でも、上記隙間の存在により、これら各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面とが強く当接する事がない。この様に、上記各円すいころ６、６の転動面７にクラウニング加工を施す事により、エッヂロードの発生を防ぐ事ができる。上記外輪軌道２及び内輪軌道４にクラウニング加工を施した場合も同様である。
【０００７】
ところで、上記ミスアライメントによる上記内、外輪５、３の中心軸同士の交差角度が大きい場合、エッヂロードの発生を防ぐ為には、上記各軌道面或は転動面７に加工する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、クラウニングの曲率半径を小さくした場合、ミスアライメントが生じていない正常な状態（上記交差角度が小さい状態、或は、上記中心軸同士が一致している状態）では、上記各軌道面と転動面７との接触面圧がクラウニング加工を施さない場合に比べて高くなる。即ち、これら各軌道面或は転動面７に加工するクラウニングの曲率半径を小さくした場合、クラウニング加工を施していない場合と比べて、上記正常な状態での上記各軌道面と転動面７との接触面積が小さくなる為、これら各面同士の接触面圧が高くなる。この様に、各軌道面と転動面７との接触面圧が高くなると、円すいころ軸受１の寿命低下の原因となる為好ましくない。
【０００８】
これに対して、特許文献１に記載された円すいころ軸受の場合、エッヂロードの発生を防ぐと共に、上述の様な接触面圧の増大を防ぐ事ができる。この特許文献１に記載された円すいころ軸受に就いて、後述する本発明の実施の形態の１例を示す図１により説明する。尚、図１は、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと円すいころ６ａの転動面の形状とを誇張して（曲率半径を実際の場合よりも小さくして）示している。円すいころ軸受１ａは、内周面に円すい凹面状の上記外輪軌道２ａを有する外輪３ａと、外周面に円すい凸面状の上記内輪軌道４ａを有する内輪５ａと、外周面をこれら外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａに接触する円すい凸面状の転動面とし、これら外輪軌道２ａと内輪軌道４ａとの間に転動自在に設けられた複数の円すいころ６ａとを備える。そして、これら各円すいころ６ａの転動面に、一定の曲率半径を有するクラウニング加工を施している。
【０００９】
特に、上記特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａは、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａが、それぞれ、軸方向中央部に軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部１２と、この第一曲面部１２の両端部から滑らかに連続し、軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる方向に形成された第二曲面部１３、１３とから成る。尚、図示の例では、これら各第二曲面部１３、１３の軸方向に関する断面形状を、曲率半径Ｒ２ の凸円弧としているが、この断面形状を、直線乃至は（Ｒ１ よりも大きな曲率半径を有する）凹円弧としても良い。何れにしても、第一、第二、両曲面部１２、１３の境界を示す鎖線ａ、ｂ部分で、これら両曲面部１２、１３が接線を共有して、これら両曲面部１２、１３が滑らかに連続する。
【００１０】
上述の様に構成される円すいころ軸受１ａは、前記ミスアライメントが生じていない正常な状態で、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと上記各円すいころ６ａの転動面との接触面圧が高くなる事を防ぐ。即ち、上記正常な状態では、上記各軌道面（外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａ）と転動面とはそれぞれの軸方向中央部分で接する事になる。これら各軌道面の軸方向中央部は、上述した様に、それぞれ軸方向に関する断面形状が、一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部１２である。又、この第一曲面部１２と接する上記転動面は、クラウニング加工を施した、軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ３ を有する凸状である、第三曲面部１４である。この為、上記正常な状態での上記各軌道面と転動面との接触面積を確保する事ができ、接触面圧が高くなる事を防止できる。
【００１１】
上述の様な構成を有する円すいころ軸受１ａは、上記ミスアライメントが生じて、上記外輪３ａと内輪５ａの中心軸同士の交差角度が大きくなった場合にも、上記各軌道面と転動面との間でエッヂロードが発生する事を防止できる。即ち、上記各円すいころ６ａの転動面にクラウニング加工を施しており、更に、上記各軌道面の軸方向両端部を、それぞれ軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる様に形成された第二曲面部１３、１３としている為、上記円すいころ軸受１ａが正常な状態では、上記各円すいころ６ａの両端部外周縁と上記各軌道面との間に隙間が存在する。この為、上記中心軸同士の交差角度が大きくなって、この隙間が減少若しくは喪失しても、上記円すいころ６ａの端部外周縁が上記各軌道面と強く当接する事がなく、エッヂロードが発生する事を防止できる。
【００１２】
上記特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａは、エッヂロードの発生を防ぐ事ができる構造で、接触面圧の増大を防止できるが、この円すいころ軸受１ａの低トルク化に就いては考慮されていない。即ち、各種回転支持装置に組み込まれる円すいころ軸受は、これら各種回転支持装置の動力損失を軽減する為にも、動トルクの低減（低トルク化）を図る事が望まれている。円すいころ軸受の低トルク化を図る技術として、円すいころ軸受の内部諸元のうち、円すいころの大きさ等の各部材の寸法を規制する事により低トルク化を図る技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照）や、円すいころ軸受の軌道面或は転動面の表面粗さを規制する事により低トルク化を図る技術（例えば、特許文献４参照）がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−７４０７５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３０４３３号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１０７６５号公報
【特許文献４】
実公平６−２０９００号公報
【非特許文献１】
Ｓ．Ａｉｈａｒａ，”Ａ Ｎｅｗ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ Ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ Ｔａｐｅｒｅｄ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇｓ Ｕｎｄｅｒ Ａｘｉａｌ Ｌｏａｄ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，ＪＵＬＹ １９８７，Ｖｏｌ．１０９，ｐ．４７１−４７８
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制する事は、設計の自由度が狭まると共に、製造コスト上昇の原因ともなる為好ましくない。同様に、上記軌道面或は転動面の表面粗さを規制する事も製造コスト上昇の原因となる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、図１に示す様な構造で、設計の自由度を狭める事なく、円すいころ軸受の低トルク化を安価に図れる構造を実現すべく発明したものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の円すいころ軸受は、前述の図１に示した様な従来構造の円すいころ軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数の円すいころとを備える。
このうちの外輪は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道を有する。
又、上記内輪は、外周面に円すい凸面状の内輪軌道を有する。
又、上記各円すいころは、外周面を上記外輪軌道及び内輪軌道に接触する円すい凸面状の転動面とし、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
そして、上記各円すいころの転動面に、一定の曲率半径を有するクラウニング加工を施している。
【００１６】
特に、本発明の円すいころ軸受に於いては、上記外輪軌道及び内輪軌道は、それぞれの軸方向中央部に設けられた、軸方向長さがＬ１ で軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部と、この第一曲面部の両端部から滑らかに連続し、軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる方向に形成された第二曲面部とから成るものである。
そして、上記円すいころの軸方向長さをＬ２ とし、上記転動面の軸方向に関する断面形状の曲率半径をＲ３ とした場合に、次の▲１▼、▲２▼のうちの少なくともどちらか一方の条件を満たす。
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
【００１７】
【作用】
上述の様に構成する本発明の円すいころ軸受の場合には、前述した特許文献１に記載された円すいころ軸受と同様に、円すいころ軸受にミスアライメントが生じていない状態での接触面圧の増大を防ぐと共に、ミスアライメントが生じた場合にもエッヂロードの発生を防ぐ。
特に、本発明では、円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制したり、軌道面や転動面の表面粗さを規制する事なく、円すいころ軸受の低トルク化を図る事ができる。この理由に就いて、以下、詳述する。
【００１８】
円すいころ軸受の動トルクの計算式は、非特許文献１に記載されている次式により表される。
【数１】
【数２】
【００１９】
尚、上述した各式中の記号は、図１５に示す様に、Ｄａ は軸方向中央位置に於ける円すいころ６の直径を、Ｒｏ は、軸方向中央位置での転動面と外輪軌道との接触点（Ａ点）の半径を、Ｒｉ は、同じく転動面と内輪軌道との接触点（Ｂ点）の半径を、ｅは、内輪軌道４から円すいころ６の頭部と大径鍔部の内側面１１との接触部の中心（Ｃ点）までの距離を、βは円すいころ６のコーン角の１／２を、それぞれ表している。
又、Ｍは円すいころ軸受１の動トルクを、Ｍｏ は図１５（Ｂ）に示す様に、外輪３と円すいころ６との間に作用するモーメントを、Ｍｉ は同じく内輪５と円すいころ６との間に作用するモーメントを、それぞれ表している。又、Ｚは円すいころ６の数を、μは摩擦係数を、Ｆａ は円すいころ軸受１に負荷されるアキシアル荷重を、Λｒ は上記大径側鍔部８の内側面１１と円すいころ６の頭部１０との間の油膜厚さとこれら内側面１１と頭部１０との合成粗さとの比を、Ｌは熱負荷係数を、αｏ は粘度の圧力係数を、Ｇ、Ｕ、Ｗはそれぞれ無次元量を、Ｒｅ は等価半径を、Ｌは軌道面と転動面との有効接触長さを、それぞれ表している。
【００２０】
上記（１）式の右辺の第２項は、円すいころ６の頭部１０と大径側鍔部８の内側面１１との摩擦抵抗を示す項である。この第２項中のΛｒ は円すいころ軸受１の回転数の増加に伴い大きくなる。従って、第２項全体は回転数の増大に伴い小さくなる。この為、円すいころ軸受１の動トルクは上記（１）式の第１項が支配的である。この第１項は、外輪軌道２及び内輪軌道４と円すいころ６の転動面との接触部の転がり抵抗を示す項であり、この転がり抵抗の各モーメントＭｏ 、Ｍｉ は上記（２）式により表される。この（２）式から、これら各モーメントＭｏ 、Ｍｉ は有効接触長さＬに比例する事が分かる。従って、上記円すいころ軸受１の動トルクＭは、この有効接触長さＬを短くすれば小さくなると考えられる。
【００２１】
上記有効接触長さＬは、上記円すいころ軸受１に負荷する荷重が小さければ短くなる。しかし、この荷重の大きさに関わらず、上記有効接触長さＬを短くする為には、外輪軌道及び内輪軌道と円すいころの転動面との関係を規制する必要がある。本発明の様な構造の場合、上記有効接触長さＬを短くする為には、上記円すいころの軸方向長さＬ２ に対して第一曲面部の軸方向長さＬ１ を短くするか、或は、この第一曲面部の母線の曲率半径Ｒ１ に対して第三曲面部の母線の曲率半径Ｒ３ を小さくすれば良い。本発明の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５或はＲ３ ／Ｒ１ ≦０．８に規制している為、円すいころ軸受の低トルク化を図る事ができる。
【００２２】
上述の様に本発明では、Ｌ１ ／Ｌ２ 或はＲ３ ／Ｒ１ を規制するのみで良い。言い換えれば、円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制したり、軌道面や転動面の表面粗さを規制する必要がない。この為、円すいころ軸受の設計の自由度が低下したり、製造コストを高くする事なく、円すいころ軸受の低トルク化を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと円すいころ６ａの転動面との有効接触長さを短くする事により、円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る点にある。その他の構造及び作用は、前述の特許文献１に記載された円すいころ軸受に就いて説明した場合と同様であるから、この同様部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００２４】
本例の円すいころ軸受１ａは、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの軸方向中央部に形成した第一曲面部１２の軸方向長さ（鎖線ａ、ｂ間の距離）をＬ１ 、この第一曲面部１２の母線の曲率半径をＲ１ とし、上記円すいころ６ａの軸方向長さをＬ２ 、この円すいころ６ａの転動面である第三曲面部１４の母線の曲率半径をＲ３ とした場合、次の▲１▼、▲２▼のうちの少なくとも一方の条件を満たす。
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
【００２５】
例えば、内径が４０ｍｍ、外径が８０ｍｍ、円すいころ６ａの軸方向長さＬ２ が１６ｍｍの円すいころ軸受１ａの場合、第一曲面部１２の軸方向長さを８ｍｍ、この第一曲面部１２の母線の曲率半径Ｒ１ を１５０ｍｍ、第三曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ を１２０ｍｍとする。この場合には、Ｌ１ ／Ｌ２ ＝０．５、Ｒ３ ／Ｒ１ ＝０．８となり、上記▲１▼及び▲２▼の条件の何れも満たす。尚、円すいころ軸受１ａの耐久寿命を考慮すると、Ｌ１ ／Ｌ２ ≧０．４、Ｒ３ ／Ｒ１ ≧０．６５とする事が好ましい。即ち、Ｌ１ ／Ｌ２ ＜０．４、Ｒ３ ／Ｒ１ ＜０．６５の場合、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面と円すいころ６ａの転動面との接触面圧が高くなり、円すいころ軸受１ａの寿命が低下する原因となる。但し、加わる荷重が限られて寿命低下に関してあまり考慮する必要がない反面、低トルク化に対する要求が厳しい場合には、０．３≦Ｌ１ ／Ｌ２ ＜０．４、０．５≦Ｒ３ ／Ｒ１ ＜０．６５の範囲も、採用可能である。
【００２６】
上述の様に構成する本例の円すいころ軸受１ａの場合、エッヂロードの発生及び接触面圧の増大を防止する構造及び作用に就いては、前述した特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａの場合と同様である。
特に、本例では、上記第１の曲面部１２の軸方向長さＬ１ と円すいころ６ａの軸方向長さＬ２ との比、又は、上記第３の曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ と上記第１の曲面部１２の母線の曲率半径Ｒ１ との比を上述の様に規制する事により、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面と上記円すいころ６ａの転動面との有効接触長さを短くしている。この様に有効接触長さを短くすれば、上記円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る事ができる。この様に、本例の場合には、Ｌ１ ／Ｌ２ 或はＲ３ ／Ｒ１ を規制するのみで低トルク化を図れる。そして、円すいころ軸受１ａを構成する各部材の寸法を規制したり、上記各軌道面や転動面の表面粗さを規制する必要がない。この為、円すいころ軸受１ａの設計の自由度が低下したり、製造コストを高くする事なく、この円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る事ができる。
【００２７】
【実施例】
本発明の効果を確認する為に行なった計算結果に就いて説明する。先ず、内径が４０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、基本動定格荷重が７１５００Ｎの円すいころ軸受に就いて、図１を参照して説明する。本実施例では、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面の軸方向中央部に形成した第一曲面部１２の軸方向長さＬ１ と、円すいころ６ａの転動面である第三曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ とをパラメータとして、前述した非特許文献１に記載された（１）、（２）式によりそれぞれの動トルクＭを計算した。
【００２８】
上記パラメータは、Ｌ１ ／Ｌ２ が０．１５〜０．９５、Ｒ３ ／Ｒ１ が０．３５〜０．９５の間で、それぞれ変化させた。この結果を図２〜４に示す。尚、動トルクＭは、上記Ｌ１ ／Ｌ２ 及びＲ３ ／Ｒ１ がそれぞれ０．９５の時を１として、これに対する比により示している。この比は、次のイ〜ニに示す様に、０．２毎に区切ってそれぞれの範囲を各図に示している。
イ ： ０．８≦Ｍ≦１．０
ロ ： ０．６≦Ｍ＜０．８
ハ ： ０．４≦Ｍ＜０．６
ニ ： ０．２≦Ｍ＜０．４
尚、本実施例では、上記比が０．８以下となる場合に、円すいころ軸受の低トルク化を図れたと判断した。
【００２９】
又、図２は、円すいころ軸受１ａに負荷するアキシアル荷重Ｆａ とラジアル荷重Ｆｒ との比Ｆａ ／Ｆｒ が∞（負荷する荷重がアキシアル荷重のみ）の場合を、図３は、Ｆａ ／Ｆｒ が０．７５の場合を、図４は、Ｆａ ／Ｆｒ が０．５の場合を、それぞれ示している。更に、各図の（Ａ）は、負荷した荷重Ｐの基本動定格荷重Ｃに対する比Ｐ／Ｃが０．２、（Ｂ）は０．１５、（Ｃ）は０．１の場合を、それぞれ示している。
【００３０】
上述した図２〜４から動トルクの比（Ｌ１ ／Ｌ２ ＝０．９５、Ｒ３ ／Ｒ１ ＝０．９５の時の動トルクに対する比）が０．８となる、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ１ ／Ｒ３ の値をそれぞれ読み取った結果を、図５に示す。同図の（Ａ）はＬ１ ／Ｌ２ に就いて、（Ｂ）はＲ３ ／Ｒ１ に就いて、それぞれ示している。又、各図に示す「◇」はＦａ ／Ｆｒ が∞の場合を、「□」はＦａ ／Ｆｒ が０．７５の場合を、「△」はＦａ ／Ｆｒ が０．５の場合を、それぞれ示している。この図５から、上記仕様（内径が４０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、基本動定格荷重が７１５００Ｎ）の円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５の時、Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８５の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下になる事が分かる。
【００３１】
次に、内径が８５ｍｍ、外径が１５０ｍｍ、基本動定格荷重が２１００００Ｎ｛日本精工（株）製、呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊ｝の円すいころ軸受と、内径が１８０ｍｍ、外径が２８０ｍｍ、基本動定格荷重が６４００００Ｎ｛日本精工（株）製、呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪ｝の円すいころ軸受に就いても、上述した実施例と同様に動トルクＭに就いて計算した。この結果を図６〜１３に示す。このうちの図６〜８は、呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊの円すいころ軸受の上記動トルクの比に就いて、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ３ ／Ｒ１ との関係を示している。又、この図６〜８から、上記動トルクの比が０．８となる場合を読み取った結果を、図９に示す。この図９より、上記呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊの円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５の時、Ｒ１ ／Ｒ３ ≦０．８の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下となる事が分かる。
【００３２】
一方、図１０〜１２は、呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪの円すいころ軸受の上記動トルクの比に就いて、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ３ ／Ｒ１ との関係を示している。又、この図１０〜１２から、上記動トルクの比が０．８となる場合を読み取った結果を、図１３に示す。この図１３より、上記呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪの円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５５の時、Ｒ１ ／Ｒ３ ≦０．８の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下となる事が分かる。尚、上述した図６〜９及び図１０〜１３は、それぞれ前述した図２〜５に対応しており、各図の符号等の意味も同様である。
【００３３】
上述した各実施例より、本発明の条件である、
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
を満たせば、円すいころ軸受の低トルク化を図れる事が分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の円すいころ軸受は、以上に述べた通り構成され作用するので、円すいころ軸受にミスアライメントが生じた場合にもエッヂロードの発生を防ぎ、ミスアライメントが生じていない場合には接触面圧の増大を防ぐ構造の円すいころ軸受の低トルク化を安価に図れ、この円すいころ軸受を組み込んだ各種回転支持装置の動力損失の軽減を図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、軌道面及び転動面の形状を誇張して示す半部断面図。
【図２】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第１例を示す分布図。
【図３】同第２例を示す分布図。
【図４】同第３例を示す分布図。
【図５】図２〜４で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図６】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第４例を示す分布図。
【図７】同第５例を示す分布図。
【図８】同第６例を示す分布図。
【図９】図６〜８で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図１０】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第７例を示す分布図。
【図１１】同第８例を示す分布図。
【図１２】同第９例を示す分布図。
【図１３】図１０〜１２で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図１４】従来の円すいころ軸受を示す、部分切断斜視図。
【図１５】本発明の作用を説明する為に示す、（Ａ）は円すいころ軸受の半部断面図、（Ｂ）は（Ａ）のイ−イ断面部分の模式図。
【符号の説明】
１、１ａ 円すいころ軸受
２、２ａ 外輪軌道
３、３ａ 外輪
４、４ａ 内輪軌道
５、５ａ 内輪
６、６ａ 円すいころ
７ 転動面
８ 大径側鍔部
９ 小径側鍔部
１０ 頭部
１１ 内側面
１２ 第一曲面部
１３ 第二曲面部
１４ 第三曲面部
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば圧延機の圧延ロールの回転支持部等、各種産業機械の回転支持部、或は、鉄道車両の駆動装置や車軸、自動車のデファレンシャルギヤ、その他の機械装置全般の回転支持部を構成する円すいころ軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種産業機械や機械装置の回転支持部にころ軸受が組み込まれているが、大きなラジアル荷重及びアキシアル荷重が加わる回転支持部を構成する為には、転動体として円すいころを使用した円すいころ軸受が使用される。図１４はこの様な円すいころ軸受の１例を示している。この円すいころ軸受１は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道２を有する外輪３と、外周面に円すい凸面状の内輪軌道４を有する内輪５と、これら外輪軌道２と内輪軌道４との間に転動自在に設けた、複数の円すいころ６、６とから構成される。又、これら各円すいころ６、６は、外周面を上記外輪軌道２及び内輪軌道４に接触する、円すい凸面状の転動面７としている。又、上記内輪５の外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部８を、小径側端部には小径側鍔部９を、それぞれ形成している。
【０００３】
上述の様に構成される円すいころ軸受１は、ラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ、上記内、外輪５、３の相対回転を自在とする。この為、上記円すいころ軸受１は、上記各円すいころ６、６の大径側端面である頭部１０と、上記大径側鍔部８の内側面１１とが接触した状態で、これら各円すいころ６、６が上記外輪軌道２と内輪軌道４との間を、自転しつつ公転する。
【０００４】
上述の様にラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承自在な上記円すいころ軸受１は、例えば、自動車のデファンレンシャルギアに組み込まれて使用される。この場合には、上記外輪３をこのデファンレンシャルギアを構成するハウジングに内嵌し、上記内輪５を端部にギアを固定した回転軸に外嵌する。そして、この円すいころ軸受１により上記回転軸に作用するラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ、この回転軸を上記ハウジングに対して回転自在に支持する。この様に使用される円すいころ軸受１は、例えば、ギア反力によりこのギアを端部に固定した上記回転軸が撓み、この回転軸に外嵌した上記内輪５が上記外輪３に対して傾く場合がある。この様に上記円すいころ軸受１は、使用状態でギア反力やハウジングの剛性低下等の理由により、上記外輪３の中心軸と上記内輪５の中心軸とが互いに交差する状態（ミスアライメント）が生じる場合がある。
【０００５】
上記円すいころ軸受１に上述の様なミスアライメントが生じた場合、この円すいころ軸受１を構成する各円すいころ６、６の端部外周縁と上記外輪軌道２及び内輪軌道４とが強く当接し、エッヂロード（局所的な接触面圧の上昇）が発生する。この様なミスアライメントによるエッヂロードの発生を防ぐ為、上記外輪軌道２及び内輪軌道４と、上記各円すいころ６、６の転動面７とのうちの少なくとも一方の面にクラウニング加工を施す事が、従来から行なわれている。尚、クラウニング加工とは、各軌道面（外輪軌道２及び内輪軌道４）或は転動面に、母線の形状が凸状となる様に僅かな曲率を持たせる加工を言う。
【０００６】
例えば、上記各円すいころ６、６の転動面７にクラウニング加工を施した場合、円すいころ軸受１にミスアライメントが生じていない状態では、これら各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面との間に隙間が存在する。この為、円すいころ軸受１にミスアライメントが生じ、上記各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面とが当接する傾向となった場合でも、上記隙間の存在により、これら各円すいころ６、６の両端部外周縁と上記各軌道面とが強く当接する事がない。この様に、上記各円すいころ６、６の転動面７にクラウニング加工を施す事により、エッヂロードの発生を防ぐ事ができる。上記外輪軌道２及び内輪軌道４にクラウニング加工を施した場合も同様である。
【０００７】
ところで、上記ミスアライメントによる上記内、外輪５、３の中心軸同士の交差角度が大きい場合、エッヂロードの発生を防ぐ為には、上記各軌道面或は転動面７に加工する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、クラウニングの曲率半径を小さくした場合、ミスアライメントが生じていない正常な状態（上記交差角度が小さい状態、或は、上記中心軸同士が一致している状態）では、上記各軌道面と転動面７との接触面圧がクラウニング加工を施さない場合に比べて高くなる。即ち、これら各軌道面或は転動面７に加工するクラウニングの曲率半径を小さくした場合、クラウニング加工を施していない場合と比べて、上記正常な状態での上記各軌道面と転動面７との接触面積が小さくなる為、これら各面同士の接触面圧が高くなる。この様に、各軌道面と転動面７との接触面圧が高くなると、円すいころ軸受１の寿命低下の原因となる為好ましくない。
【０００８】
これに対して、特許文献１に記載された円すいころ軸受の場合、エッヂロードの発生を防ぐと共に、上述の様な接触面圧の増大を防ぐ事ができる。この特許文献１に記載された円すいころ軸受に就いて、後述する本発明の実施の形態の１例を示す図１により説明する。尚、図１は、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと円すいころ６ａの転動面の形状とを誇張して（曲率半径を実際の場合よりも小さくして）示している。円すいころ軸受１ａは、内周面に円すい凹面状の上記外輪軌道２ａを有する外輪３ａと、外周面に円すい凸面状の上記内輪軌道４ａを有する内輪５ａと、外周面をこれら外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａに接触する円すい凸面状の転動面とし、これら外輪軌道２ａと内輪軌道４ａとの間に転動自在に設けられた複数の円すいころ６ａとを備える。そして、これら各円すいころ６ａの転動面に、一定の曲率半径を有するクラウニング加工を施している。
【０００９】
特に、上記特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａは、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａが、それぞれ、軸方向中央部に軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部１２と、この第一曲面部１２の両端部から滑らかに連続し、軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる方向に形成された第二曲面部１３、１３とから成る。尚、図示の例では、これら各第二曲面部１３、１３の軸方向に関する断面形状を、曲率半径Ｒ２ の凸円弧としているが、この断面形状を、直線乃至は（Ｒ１ よりも大きな曲率半径を有する）凹円弧としても良い。何れにしても、第一、第二、両曲面部１２、１３の境界を示す鎖線ａ、ｂ部分で、これら両曲面部１２、１３が接線を共有して、これら両曲面部１２、１３が滑らかに連続する。
【００１０】
上述の様に構成される円すいころ軸受１ａは、前記ミスアライメントが生じていない正常な状態で、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと上記各円すいころ６ａの転動面との接触面圧が高くなる事を防ぐ。即ち、上記正常な状態では、上記各軌道面（外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａ）と転動面とはそれぞれの軸方向中央部分で接する事になる。これら各軌道面の軸方向中央部は、上述した様に、それぞれ軸方向に関する断面形状が、一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部１２である。又、この第一曲面部１２と接する上記転動面は、クラウニング加工を施した、軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ３ を有する凸状である、第三曲面部１４である。この為、上記正常な状態での上記各軌道面と転動面との接触面積を確保する事ができ、接触面圧が高くなる事を防止できる。
【００１１】
上述の様な構成を有する円すいころ軸受１ａは、上記ミスアライメントが生じて、上記外輪３ａと内輪５ａの中心軸同士の交差角度が大きくなった場合にも、上記各軌道面と転動面との間でエッヂロードが発生する事を防止できる。即ち、上記各円すいころ６ａの転動面にクラウニング加工を施しており、更に、上記各軌道面の軸方向両端部を、それぞれ軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる様に形成された第二曲面部１３、１３としている為、上記円すいころ軸受１ａが正常な状態では、上記各円すいころ６ａの両端部外周縁と上記各軌道面との間に隙間が存在する。この為、上記中心軸同士の交差角度が大きくなって、この隙間が減少若しくは喪失しても、上記円すいころ６ａの端部外周縁が上記各軌道面と強く当接する事がなく、エッヂロードが発生する事を防止できる。
【００１２】
上記特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａは、エッヂロードの発生を防ぐ事ができる構造で、接触面圧の増大を防止できるが、この円すいころ軸受１ａの低トルク化に就いては考慮されていない。即ち、各種回転支持装置に組み込まれる円すいころ軸受は、これら各種回転支持装置の動力損失を軽減する為にも、動トルクの低減（低トルク化）を図る事が望まれている。円すいころ軸受の低トルク化を図る技術として、円すいころ軸受の内部諸元のうち、円すいころの大きさ等の各部材の寸法を規制する事により低トルク化を図る技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照）や、円すいころ軸受の軌道面或は転動面の表面粗さを規制する事により低トルク化を図る技術（例えば、特許文献４参照）がある。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−７４０７５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３０４３３号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１０７６５号公報
【特許文献４】
実公平６−２０９００号公報
【非特許文献１】
Ｓ．Ａｉｈａｒａ，”Ａ Ｎｅｗ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ Ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ Ｔａｐｅｒｅｄ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｅａｒｉｎｇｓ Ｕｎｄｅｒ Ａｘｉａｌ Ｌｏａｄ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ，ＪＵＬＹ １９８７，Ｖｏｌ．１０９，ｐ．４７１−４７８
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制する事は、設計の自由度が狭まると共に、製造コスト上昇の原因ともなる為好ましくない。同様に、上記軌道面或は転動面の表面粗さを規制する事も製造コスト上昇の原因となる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、図１に示す様な構造で、設計の自由度を狭める事なく、円すいころ軸受の低トルク化を安価に図れる構造を実現すべく発明したものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の円すいころ軸受は、前述の図１に示した様な従来構造の円すいころ軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数の円すいころとを備える。
このうちの外輪は、内周面に円すい凹面状の外輪軌道を有する。
又、上記内輪は、外周面に円すい凸面状の内輪軌道を有する。
又、上記各円すいころは、外周面を上記外輪軌道及び内輪軌道に接触する円すい凸面状の転動面とし、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
そして、上記各円すいころの転動面に、一定の曲率半径を有するクラウニング加工を施している。
【００１６】
特に、本発明の円すいころ軸受に於いては、上記外輪軌道及び内輪軌道は、それぞれの軸方向中央部に設けられた、軸方向長さがＬ１ で軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部と、この第一曲面部の両端部から滑らかに連続し、軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる方向に形成された第二曲面部とから成るものである。
そして、上記円すいころの軸方向長さをＬ２ とし、上記転動面の軸方向に関する断面形状の曲率半径をＲ３ とした場合に、次の▲１▼、▲２▼のうちの少なくともどちらか一方の条件を満たす。
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
【００１７】
【作用】
上述の様に構成する本発明の円すいころ軸受の場合には、前述した特許文献１に記載された円すいころ軸受と同様に、円すいころ軸受にミスアライメントが生じていない状態での接触面圧の増大を防ぐと共に、ミスアライメントが生じた場合にもエッヂロードの発生を防ぐ。
特に、本発明では、円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制したり、軌道面や転動面の表面粗さを規制する事なく、円すいころ軸受の低トルク化を図る事ができる。この理由に就いて、以下、詳述する。
【００１８】
円すいころ軸受の動トルクの計算式は、非特許文献１に記載されている次式により表される。
【数１】
尚、上述した各式中の記号は、図１５に示す様に、Ｄａ は軸方向中央位置に於ける円すいころ６の直径を、Ｒｏ は、軸方向中央位置での転動面と外輪軌道との接触点（Ａ点）の半径を、Ｒｉ は、同じく転動面と内輪軌道との接触点（Ｂ点）の半径を、ｅは、内輪軌道４から円すいころ６の頭部と大径鍔部の内側面１１との接触部の中心（Ｃ点）までの距離を、βは円すいころ６のコーン角の１／２を、それぞれ表している。
又、Ｍは円すいころ軸受１の動トルクを、Ｍｏ は図１５（Ｂ）に示す様に、外輪３と円すいころ６との間に作用するモーメントを、Ｍｉ は同じく内輪５と円すいころ６との間に作用するモーメントを、それぞれ表している。又、Ｚは円すいころ６の数を、μは摩擦係数を、Ｆａ は円すいころ軸受１に負荷されるアキシアル荷重を、Λｒ は上記大径側鍔部８の内側面１１と円すいころ６の頭部１０との間の油膜厚さとこれら内側面１１と頭部１０との合成粗さとの比を、Ｌは熱負荷係数を、αｏ は粘度の圧力係数を、Ｇ、Ｕ、Ｗはそれぞれ無次元量を、Ｒｅ は等価半径を、Ｌは軌道面と転動面との有効接触長さを、それぞれ表している。
【００２０】
上記（１）式の右辺の第２項は、円すいころ６の頭部１０と大径側鍔部８の内側面１１との摩擦抵抗を示す項である。この第２項中のΛｒ は円すいころ軸受１の回転数の増加に伴い大きくなる。従って、第２項全体は回転数の増大に伴い小さくなる。この為、円すいころ軸受１の動トルクは上記（１）式の第１項が支配的である。この第１項は、外輪軌道２及び内輪軌道４と円すいころ６の転動面との接触部の転がり抵抗を示す項であり、この転がり抵抗の各モーメントＭｏ 、Ｍｉ は上記（２）式により表される。この（２）式から、これら各モーメントＭｏ 、Ｍｉ は有効接触長さＬに比例する事が分かる。従って、上記円すいころ軸受１の動トルクＭは、この有効接触長さＬを短くすれば小さくなると考えられる。
【００２１】
上記有効接触長さＬは、上記円すいころ軸受１に負荷する荷重が小さければ短くなる。しかし、この荷重の大きさに関わらず、上記有効接触長さＬを短くする為には、外輪軌道及び内輪軌道と円すいころの転動面との関係を規制する必要がある。本発明の様な構造の場合、上記有効接触長さＬを短くする為には、上記円すいころの軸方向長さＬ２ に対して第一曲面部の軸方向長さＬ１ を短くするか、或は、この第一曲面部の母線の曲率半径Ｒ１ に対して第三曲面部の母線の曲率半径Ｒ３ を小さくすれば良い。本発明の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５或はＲ３ ／Ｒ１ ≦０．８に規制している為、円すいころ軸受の低トルク化を図る事ができる。
【００２２】
上述の様に本発明では、Ｌ１ ／Ｌ２ 或はＲ３ ／Ｒ１ を規制するのみで良い。言い換えれば、円すいころ軸受を構成する各部材の寸法を規制したり、軌道面や転動面の表面粗さを規制する必要がない。この為、円すいころ軸受の設計の自由度が低下したり、製造コストを高くする事なく、円すいころ軸受の低トルク化を図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａと円すいころ６ａの転動面との有効接触長さを短くする事により、円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る点にある。その他の構造及び作用は、前述の特許文献１に記載された円すいころ軸受に就いて説明した場合と同様であるから、この同様部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００２４】
本例の円すいころ軸受１ａは、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの軸方向中央部に形成した第一曲面部１２の軸方向長さ（鎖線ａ、ｂ間の距離）をＬ１ 、この第一曲面部１２の母線の曲率半径をＲ１ とし、上記円すいころ６ａの軸方向長さをＬ２ 、この円すいころ６ａの転動面である第三曲面部１４の母線の曲率半径をＲ３ とした場合、次の▲１▼、▲２▼のうちの少なくとも一方の条件を満たす。
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
【００２５】
例えば、内径が４０ｍｍ、外径が８０ｍｍ、円すいころ６ａの軸方向長さＬ２ が１６ｍｍの円すいころ軸受１ａの場合、第一曲面部１２の軸方向長さを８ｍｍ、この第一曲面部１２の母線の曲率半径Ｒ１ を１５０ｍｍ、第三曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ を１２０ｍｍとする。この場合には、Ｌ１ ／Ｌ２ ＝０．５、Ｒ３ ／Ｒ１ ＝０．８となり、上記▲１▼及び▲２▼の条件の何れも満たす。尚、円すいころ軸受１ａの耐久寿命を考慮すると、Ｌ１ ／Ｌ２ ≧０．４、Ｒ３ ／Ｒ１ ≧０．６５とする事が好ましい。即ち、Ｌ１ ／Ｌ２ ＜０．４、Ｒ３ ／Ｒ１ ＜０．６５の場合、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面と円すいころ６ａの転動面との接触面圧が高くなり、円すいころ軸受１ａの寿命が低下する原因となる。但し、加わる荷重が限られて寿命低下に関してあまり考慮する必要がない反面、低トルク化に対する要求が厳しい場合には、０．３≦Ｌ１ ／Ｌ２ ＜０．４、０．５≦Ｒ３ ／Ｒ１ ＜０．６５の範囲も、採用可能である。
【００２６】
上述の様に構成する本例の円すいころ軸受１ａの場合、エッヂロードの発生及び接触面圧の増大を防止する構造及び作用に就いては、前述した特許文献１に記載された円すいころ軸受１ａの場合と同様である。
特に、本例では、上記第１の曲面部１２の軸方向長さＬ１ と円すいころ６ａの軸方向長さＬ２ との比、又は、上記第３の曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ と上記第１の曲面部１２の母線の曲率半径Ｒ１ との比を上述の様に規制する事により、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面と上記円すいころ６ａの転動面との有効接触長さを短くしている。この様に有効接触長さを短くすれば、上記円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る事ができる。この様に、本例の場合には、Ｌ１ ／Ｌ２ 或はＲ３ ／Ｒ１ を規制するのみで低トルク化を図れる。そして、円すいころ軸受１ａを構成する各部材の寸法を規制したり、上記各軌道面や転動面の表面粗さを規制する必要がない。この為、円すいころ軸受１ａの設計の自由度が低下したり、製造コストを高くする事なく、この円すいころ軸受１ａの低トルク化を図る事ができる。
【００２７】
【実施例】
本発明の効果を確認する為に行なった計算結果に就いて説明する。先ず、内径が４０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、基本動定格荷重が７１５００Ｎの円すいころ軸受に就いて、図１を参照して説明する。本実施例では、外輪軌道２ａ及び内輪軌道４ａの各軌道面の軸方向中央部に形成した第一曲面部１２の軸方向長さＬ１ と、円すいころ６ａの転動面である第三曲面部１４の母線の曲率半径Ｒ３ とをパラメータとして、前述した非特許文献１に記載された（１）、（２）式によりそれぞれの動トルクＭを計算した。
【００２８】
上記パラメータは、Ｌ１ ／Ｌ２ が０．１５〜０．９５、Ｒ３ ／Ｒ１ が０．３５〜０．９５の間で、それぞれ変化させた。この結果を図２〜４に示す。尚、動トルクＭは、上記Ｌ１ ／Ｌ２ 及びＲ３ ／Ｒ１ がそれぞれ０．９５の時を１として、これに対する比により示している。この比は、次のイ〜ニに示す様に、０．２毎に区切ってそれぞれの範囲を各図に示している。
イ ： ０．８≦Ｍ≦１．０
ロ ： ０．６≦Ｍ＜０．８
ハ ： ０．４≦Ｍ＜０．６
ニ ： ０．２≦Ｍ＜０．４
尚、本実施例では、上記比が０．８以下となる場合に、円すいころ軸受の低トルク化を図れたと判断した。
【００２９】
又、図２は、円すいころ軸受１ａに負荷するアキシアル荷重Ｆａ とラジアル荷重Ｆｒ との比Ｆａ ／Ｆｒ が∞（負荷する荷重がアキシアル荷重のみ）の場合を、図３は、Ｆａ ／Ｆｒ が０．７５の場合を、図４は、Ｆａ ／Ｆｒ が０．５の場合を、それぞれ示している。更に、各図の（Ａ）は、負荷した荷重Ｐの基本動定格荷重Ｃに対する比Ｐ／Ｃが０．２、（Ｂ）は０．１５、（Ｃ）は０．１の場合を、それぞれ示している。
【００３０】
上述した図２〜４から動トルクの比（Ｌ１ ／Ｌ２ ＝０．９５、Ｒ３ ／Ｒ１ ＝０．９５の時の動トルクに対する比）が０．８となる、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ１ ／Ｒ３ の値をそれぞれ読み取った結果を、図５に示す。同図の（Ａ）はＬ１ ／Ｌ２ に就いて、（Ｂ）はＲ３ ／Ｒ１ に就いて、それぞれ示している。又、各図に示す「◇」はＦａ ／Ｆｒ が∞の場合を、「□」はＦａ ／Ｆｒ が０．７５の場合を、「△」はＦａ ／Ｆｒ が０．５の場合を、それぞれ示している。この図５から、上記仕様（内径が４０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、基本動定格荷重が７１５００Ｎ）の円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５の時、Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８５の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下になる事が分かる。
【００３１】
次に、内径が８５ｍｍ、外径が１５０ｍｍ、基本動定格荷重が２１００００Ｎ｛日本精工（株）製、呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊ｝の円すいころ軸受と、内径が１８０ｍｍ、外径が２８０ｍｍ、基本動定格荷重が６４００００Ｎ｛日本精工（株）製、呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪ｝の円すいころ軸受に就いても、上述した実施例と同様に動トルクＭに就いて計算した。この結果を図６〜１３に示す。このうちの図６〜８は、呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊの円すいころ軸受の上記動トルクの比に就いて、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ３ ／Ｒ１ との関係を示している。又、この図６〜８から、上記動トルクの比が０．８となる場合を読み取った結果を、図９に示す。この図９より、上記呼び番号ＨＲ３２２１７Ｊの円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５の時、Ｒ１ ／Ｒ３ ≦０．８の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下となる事が分かる。
【００３２】
一方、図１０〜１２は、呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪの円すいころ軸受の上記動トルクの比に就いて、Ｌ１ ／Ｌ２ とＲ３ ／Ｒ１ との関係を示している。又、この図１０〜１２から、上記動トルクの比が０．８となる場合を読み取った結果を、図１３に示す。この図１３より、上記呼び番号ＨＲ３２０３６ＸＪの円すいころ軸受の場合、Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５５の時、Ｒ１ ／Ｒ３ ≦０．８の時に、それぞれ負荷荷重Ｐの大きさに拘らず、上記動トルクの比が０．８以下となる事が分かる。尚、上述した図６〜９及び図１０〜１３は、それぞれ前述した図２〜５に対応しており、各図の符号等の意味も同様である。
【００３３】
上述した各実施例より、本発明の条件である、
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
を満たせば、円すいころ軸受の低トルク化を図れる事が分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の円すいころ軸受は、以上に述べた通り構成され作用するので、円すいころ軸受にミスアライメントが生じた場合にもエッヂロードの発生を防ぎ、ミスアライメントが生じていない場合には接触面圧の増大を防ぐ構造の円すいころ軸受の低トルク化を安価に図れ、この円すいころ軸受を組み込んだ各種回転支持装置の動力損失の軽減を図る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、軌道面及び転動面の形状を誇張して示す半部断面図。
【図２】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第１例を示す分布図。
【図３】同第２例を示す分布図。
【図４】同第３例を示す分布図。
【図５】図２〜４で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図６】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第４例を示す分布図。
【図７】同第５例を示す分布図。
【図８】同第６例を示す分布図。
【図９】図６〜８で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図１０】本発明の効果を確認する為に行なった計算の結果の第７例を示す分布図。
【図１１】同第８例を示す分布図。
【図１２】同第９例を示す分布図。
【図１３】図１０〜１２で動トルクの比が０．８である場合を読み取った結果を示す線図。
【図１４】従来の円すいころ軸受を示す、部分切断斜視図。
【図１５】本発明の作用を説明する為に示す、（Ａ）は円すいころ軸受の半部断面図、（Ｂ）は（Ａ）のイ−イ断面部分の模式図。
【符号の説明】
１、１ａ 円すいころ軸受
２、２ａ 外輪軌道
３、３ａ 外輪
４、４ａ 内輪軌道
５、５ａ 内輪
６、６ａ 円すいころ
７ 転動面
８ 大径側鍔部
９ 小径側鍔部
１０ 頭部
１１ 内側面
１２ 第一曲面部
１３ 第二曲面部
１４ 第三曲面部
Claims (1)
- 内周面に円すい凹面状の外輪軌道を有する外輪と、外周面に円すい凸面状の内輪軌道を有する内輪と、外周面を上記外輪軌道及び内輪軌道に接触する円すい凸面状の転動面とし、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の円すいころとを備え、これら各円すいころの転動面に一定の曲率半径を有するクラウニング加工を施している円すいころ軸受に於いて、上記外輪軌道及び内輪軌道は、それぞれの軸方向中央部に設けられた、軸方向長さがＬ１ で軸方向に関する断面形状が一定の曲率半径Ｒ１ を有する凹状の第一曲面部と、この第一曲面部の両端部から滑らかに連続し、軸方向両端寄りに向かう程上記転動面から離れる方向に形成された第二曲面部とから成るものであり、上記円すいころの軸方向長さをＬ２ とし、上記転動面の軸方向に関する断面形状の曲率半径をＲ３ とした場合に、次の▲１▼、▲２▼のうちの少なくとも一方の条件を満たす事を特徴とする円すいころ軸受。
▲１▼ Ｌ１ ／Ｌ２ ≦０．５
▲２▼ Ｒ３ ／Ｒ１ ≦０．８
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