JP2005076675A - 自動車トランスミッション用円錐ころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】油膜パラメータΛ≦０．８の領域でも、油膜切れに起因した短寿命の表面起点剥離を防止できる自動車トランスミッション用円錐ころ軸受を提供する。
【解決手段】油膜パラメータΛが０．５以上で使用される自動車トランスミッション用円錐ころ軸受において、内輪と外輪の軌道面の粗さをいずれもころの転動面の粗さの２倍未満とする。
【選択図】図３

Description

本発明は自動車トランスミッション用円錐ころ軸受に関する。
自動車トランスミッションの入出力軸の軸支持部には円錐ころ軸受が使用されている。この円錐ころ軸受は例えば図１に示すように円錐状の軌道面１を有する外輪２と、円錐状の軌道面３を有しこの軌道面３の大径側に大鍔面４、小径側に小鍔面５が設けられた内輪６と、外輪２と内輪６の各軌道面１、３の間に転動自在に配列された複数の円錐ころ７と、円錐ころ７を所定の円周方向等配位置に保持する保持器８とで構成される。内輪６の大鍔面４と小鍔面５間との間の距離は、円錐ころ７の長さよりもわずかに長く設計されている。
前記円錐ころ７は、外輪２と内輪６の各軌道面１、３と線接触し、円錐ころ７および各軌道面１、３の各円錐角頂点が、円錐ころ軸受の中心線上の一点Ｏで一致するように設計されている。これにより、円錐ころ７は各軌道面１、３に沿って転がり運動をすることができる仕組みである。
円錐ころ軸受では各軌道面１、３の円錐角が異なるので、各軌道面１、３から円錐ころ７に加わる荷重の合力が円錐ころ７を前記内輪６の大鍔面４側に押す方向に作用する。従って、円錐ころ７は、軸受使用時に大端面９が大鍔面４に押し付けられて案内され、大端面９と大鍔面４とはすべり接触することになる。一方、前記内輪６の大鍔面４と小鍔面５間の距離は円錐ころ７の長さよりもわずかに長く設計されているので、図１（ｂ）に拡大して示すように、小鍔面５は円錐ころ７の小端面１０とは接触せず、両者の間にはわずかな隙間が存在する。なお、小鍔面５は円錐ころ７の小端面１０に対して外側にやや傾斜した面で形成される。
円錐ころ軸受は、その使用中の円錐ころ７の軸方向移動を防止し、円錐ころ７を外輪及び内輪６の各軌道面１、３と安定して線接触させるために、軸方向の予圧が負荷される。しかし、使用によって円錐ころ７の大端面９と大鍔面４との間の金属接触、及び円錐ころ７のスキュー時における大端面９のエッジ部と大鍔面４との接触による、いわゆる鍔かじり等が生じると、前記の予圧が次第に低下するいわゆる予圧抜け現象が発生する。
予圧と軸受寿命の関係は、適当な大きさの予圧（アキシャルすき間が負の領域）が有る場合は、寿命比（Ｌ／Ｌ0 ）（Ｌは、すき間・予圧を考慮した寿命、Ｌ0 はすき間０の場合の寿命）が１以上となるが、アキシャルすき間がゼロから正の領域に入ると予圧抜けが発生し、寿命比は次第に低下する。
一方、自動車トランスミッションには、近年、ミッションのＡＴ化、ＣＶＴ化、低燃費化等のため、低粘度の油が使われる傾向にあるが、低粘度オイルが使用される環境化では、（１）油温度が高い（２）油の流量が少ない（３）予圧抜けが発生する等の悪条件が重なると、高面圧の内輪軌道面での潤滑不良（油膜切れ）に起因した非常に短寿命の表面起点剥離が生じることがある。
通常の転がり軸受の軸受使用条件では、油膜パラメータΛは０．８〜３．０の領域が多い。ここで油膜パラメータΛはΛ＝ｈmin ／（Ｒ1rms 2 ＋Ｒ2rms 2 ）1/2の式で計算される。「ｈmin」はDowson-Higginson、Hamrock-Dowsonの式で計算した最小油膜厚さ、「Ｒ1rms」は軌道輪の軌道面自乗平均粗さ、「Ｒ2rms」は転動体の転動面自乗平均粗さである。
油膜パラメータΛが０．８〜１．５で滑りが大きいと表面損傷が起こり、０．８以下では滑りの大小に関係なく表面損傷が起こるといわれている。粗さが大きくなると一般的に油膜パラメータΛが小さくなり、寿命に対して不利に作用する。円錐ころ軸受ではころの転動面は比較的大きな砥石で研削するため、加工周速が速く良好な粗さを確保しやすい。これに対して内外輪の軌道面は、加工方法の相違もあってころの転動面に比べると粗さがかなり大きい。これは、スキューコントロールを優先するため内外輪の軌道面粗さをころ表面粗さに比べて相対的に粗くしているという意図的事情もある。
軸受運転中のスキュー、スキッディング等の軸受挙動によるピーリング損傷、不具合を防止する手段として特許文献１がある。この発明は、内輪に浸炭窒化等の表面処理を施すことにより、内輪及び転動体間の摩擦係数を外輪及び転動体間の摩擦係数に対して相対的に小さくし（比率にして０．８以上１．０未満）、ころ軸受ではスキュー、玉軸受ではスピン等の軸受の不規則な挙動を抑え、粗さを粗くしないことで油膜パラメータを大きくして寿命低下を防ぎ、同時に内輪に圧縮残留応力を与えて内輪割れ強度を向上させ、最大接触面圧が大きい内輪に浸炭窒化等の表面処理を施すことにより表面硬さを増大させて転がり疲労寿命を長寿命化したものである。しかし、前記発明は実際は油膜パラメータΛ＞０．８の場合にのみ有効な手段であり、油膜パラメータΛ≦０．８の領域では前記の効果が期待できない（同文献１の請求項１参照）。
特開２０００−１７９５５９号
自動車トランスミッションで低粘度オイルが使用される環境化では、前述したように高面圧の内輪軌道面での潤滑不良（油膜切れ）に起因した非常に短寿命の表面起点剥離が生じることがある。低油膜パラメータΛの潤滑条件下でこのような表面起点剥離が発生しやすいのは、相対的に粗さが小さいころ転動面が相対的に粗さが大きい内外輪軌道面により損傷を受けるからである。近年の高精度な軸受では、このような不具合が発生する時の油膜パラメータはΛ≦０．８の領域であり、この領域では前記特許文献１に記載した発明では対応が困難であり、新たな長寿命化対策手法が望まれていた。
本発明は、以上の見地から、油膜パラメータΛ≦０．８の領域でも、軸受の内外輪軌道面ところ転動面の粗さのバランスを最適化することにより、油膜切れに起因した短寿命の表面起点剥離を防止できる自動車トランスミッション用円錐ころ軸受を提供しようとするものである。
本発明の自動車トランスミッション用円錐ころ軸受は、油膜パラメータΛが０．５以上で使用される自動車トランスミッション用円錐ころ軸受において、内輪と外輪の軌道面の粗さをいずれもころの転動面の粗さの２倍未満とした。図２は油膜パラメータΛが０．２〜０．７の範囲で、内外輪の軌道面粗さところ転動面粗さを色々と変化させた１５種類の円錐ころ軸受を使用して短寿命表面剥離試験結果を行った結果である。この試験では軌道面最大接触面圧を２９００ＭＰａ、アキシアル隙間を０．３ｍｍに統一して行った。また、ころ短寿命剥離の剥離時間は平均６０時間であり、短寿命剥離の未発生時の寿命は２００時間以上である。すなわち、ころ表面起点剥離発生時の寿命時間は、表面起点剥離が発生しない場合の１／３以下となる。
内外輪の軌道面粗さところ転動面粗さの比率（以下本明細書で「粗さ比」という）は、図３に示すように１．６〜１２．０までの範囲である。図２と図３から分かるように、粗さ比を２．０以下にした６つの軸受Ｂ３〜Ｂ６は油膜パラメータΛが０．５〜０．６の範囲（図３ハッチング領域）で短寿命剥離が生じなかったが、残りの粗さ比が２．５以上の軸受および粗さ比が２．０以下であるが油膜パラメータΛが０．２の軸受Ｂ１と軸受Ｂ２は短寿命剥離が発生した。なお、図３の粗さ比は内輪と外輪の大きい方の粗さに基づいて算出した。
従って、本発明は低粘度オイルが使用される環境化で（１）潤滑油温度が高い（２）潤滑油供給量が例えば１００ｍｌ／ｍｉｎ未満のように少ない（３）予圧抜けが発生する等の悪条件が重なって油膜パラメータが０．８以下となっても、油膜パラメータΛが最低限０．５以上維持されていれば、短寿命剥離を予防することができる。
なお、この試験は潤滑不良の程度を表すパラメータとして油膜パラメータで整理し、充分な潤滑油量のある条件下で試験確認を行ったが、他方、潤滑油量が少なくなると計算上の油膜パラメータは０．６以上あってもこのような破損が発生することを確認した。これは潤滑油量の不足により、局部的に油膜切れが発生するためであると考えられる。実際、トランスミッションに使用される内径φ２０〜φ４５程度の円すいころ軸受では、潤滑油供給量が１００ｍｌ／ｍｉｎ程度以下になると潤滑不良に起因する不具合が発生しやすくなることが分かっている。このため、潤滑油供給量が１００ｍｌ／ｍｉｎ程度以下になる潤滑不良の場合も、Ａ≦０．６と同様に扱う必要があると考えられる。油膜厚さは潤滑油の動粘度に比例して大きくなることが知られているが（油膜厚さは回転速度にも比例して大きくなる）、自動車トランスミッションに使用される円すいころ軸受で例えば油膜パラメータΛ≦０．６であれば、運転時の潤滑油の動粘度は１Ｏｃｓｔ程度以下に相当し、近年のミッションのＡＴ化、ＣＶＴ化、低燃費化等のため採用される低粘度の油に十分対応することができる。
本発明は（１）油温度が高い（２）油の流量が少ない（３）予圧抜けが発生する等の過酷潤滑条件が重なって油膜パラメータが０．８以下となっても、油膜パラメータΛが最低限０．５以上維持されている限り、ころの短寿命の表面起点剥離の発生を抑制することができる。
本発明は、内輪と外輪の軌道面の粗さを、いずれも円錐ころの転動面の粗さの２倍未満とした自動車トランスミッション用円錐ころ軸受である。内輪と外輪の軌道面の各粗さ比が２倍未満であるかぎり、内輪と外輪で粗さ比が同じでも異なってもよいが、望ましくは内輪と外輪で粗さ比を同一にするのがよい。また、このような粗さ比を維持する限り、（１）油温度が高い（２）油の流量が少ない（３）予圧抜けが発生する等の悪条件が重なって油膜パラメータΛが０．８以下となっても、油膜パラメータΛが最低限０．５以上確保されていれば、高面圧の内輪軌道面での潤滑不良（油膜切れ）に起因した非常に短寿命の表面起点剥離が生じるのを防止することができる。
（ａ）は円錐ころ軸受の断面図、（ｂ）は円錐ころの拡大図。 円錐ころ軸受の短寿命表面剥離試験の結果を示す図。 図２の結果を油膜パラメータΛと粗さ比でプロットした図。
符号の説明
１ 軌道面
２ 外輪
３ 軌道面
４ 大鍔面
５ 小鍔面
６ 内輪
７ 円錐ころ
８ 保持器
９ 大端面
１０ 小端面


Claims (1)

  1. 油膜パラメータΛが０．５以上で使用される自動車トランスミッション用円錐ころ軸受において、内輪と外輪の軌道面の粗さをいずれもころの転動面の粗さの２倍未満としたことを特徴とする自動車トランスミッション用円錐ころ軸受。


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