JP2007051703A - 円錐ころ軸受、及びこれを用いたトランスミッション用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転トルクを低減できる円錐ころ軸受、及びトランスミッション用軸受装置を提供する。
【解決手段】
本発明による円錐ころ軸受は、内輪の大鍔面の形状を軸方向に窪む凹曲面とし、円錐ころの大端面の曲率半径をＲ１、前記凹曲面の曲率半径をＲ２とするとき、Ｒ１／Ｒ２で表される両曲率半径の比が、０．０７〜０．８の範囲とされ、前記円錐ころの大端面の表面粗さとしての算術平均粗さが、０．０１〜０．０３μｍに設定されている。また、外輪及び内輪の各軌道面、及び円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、全クラウニング量が５０μｍ以上、外輪クラウニング率が４０％以上、ころクラウニング率が２０％以下に設定されている。
【選択図】 なし

Description

本発明は、例えば、自動車等におけるディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスル装置等のピニオン軸支持装置や、トランスミッション等に好適に使用される円錐ころ軸受、及びトランスミッション用軸受装置に関する。

近年、自動車等の省燃費化に対する要求が高まっており、それらに搭載されるトランスミッション装置やディファレンシャルギヤ装置の回転軸を支持するために用いられている円錐ころ軸受に関してもその回転トルクの低減化が望まれている。
その中で、円錐ころ軸受の回転トルクを低減する方法として、円錐ころの転動面や内外輪の軌道面にクラウニングを施して転がり摩擦を低減する方法がある。
このような方法として、例えば、下記特許文献１に記載されているように、軌道面を円弧クラウニング形状とすることで回転トルクの低減化を図る方法や、下記特許文献２に記載されているように、ころの転動面とそれに接する軌道面とに対数曲線に近似させたクラウニング形状とする方法が提案されている。

上記従来例では、転動面あるいは軌道面のクラウニングの形状を数値で規定することで円錐ころ軸受の性能向上化が図られていた。しかしながら、クラウニングを量として着目し、そのクラウニング量を規定することで円錐ころ軸受の回転トルクを低減するという試みはなされていなかった。

特開２００３−１３００５９号公報（図３） 特開２００１−６５５７４号公報（図４）

ところで、一般に、ディファレンシャルギヤ装置で用いられる円錐ころ軸受は、高粘度のギヤオイルで潤滑され、潤滑油量も比較的多い。この場合の円錐ころ軸受の回転トルクは、転がり粘性抵抗と潤滑油の撹拌抵抗で占められ、当該円錐ころ軸受の機械的な内部抵抗は、非常に小さい。
これに対し、円錐ころ軸受を、例えば自動車に搭載される一般的なオートマチックトランスミッションや、ＣＶＴ（無段変速機）等に用いた場合、当該円錐ころ軸受に供給される潤滑油量は比較的少なく、またその潤滑油の粘度は低い。このため、当該円錐ころ軸受の機械的な内部抵抗、特に、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗が、当該円錐ころ軸受全体の回転トルクに対して与える影響が少なくない。さらに、低粘度かつ少量給油の潤滑条件であるため、当該円錐ころ軸受における上記のような滑り摩擦を伴う部分には、焼き付きが発生する可能性もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低粘度の潤滑油が少量供給される潤滑条件においても、焼き付きの発生を防止しつつ、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面のクラウニングを量として規定することにより回転トルクを低減できる円錐ころ軸受、及びこれを用いたトランスミッション用軸受装置を提供することを目的とする。

本発明は、外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備え、前記内外輪の各軌道面、及び前記円錐ころの転動面にクラウニングが施されている円錐ころ軸受において、前記内輪の大鍔面の形状を軸方向に窪む凹曲面とし、前記円錐ころの大端面の曲率半径をＲ１、前記凹曲面の曲率半径をＲ２とするとき、Ｒ１／Ｒ２で表される両曲率半径の比が、０．０７〜０．８の範囲とされ、前記円錐ころの大端面の表面粗さとしての算術平均粗さが、０．０１〜０．０３μｍであるとともに、全クラウニング量（＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２）が５０μｍ以上、外輪クラウニング率（＝外輪クラウニング量／全クラウニング量）が４０％以上、ころクラウニング率（＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量）が２０％以下であることを特徴としている。

上記のように構成された円錐ころ軸受によれば、前記転動面及び各軌道面に施されたクラウニングの全クラウニング量、外輪クラウニング率、及びころクラウニング率が好適な値に設定されているので、それぞれの転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗を低減することができる。
さらに、上記円錐ころ軸受は、大端面の算術平均粗さσ１、及び両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２が好適な値に設定されているので、大端面と大鍔面との滑り摩擦による抵抗を低減することができる。

上記円錐ころ軸受において、前記内輪の大鍔面の表面粗さとしての算術平均粗さが０．０１〜０．１６μｍであることが好ましい。
大鍔面の算術平均粗さσ２が０．１６μｍより大きい場合、当該円錐ころ軸受が組み付けられる際に付与される予圧が大きく低下する、いわゆる予圧抜けが生じ、当該円錐ころ軸受の剛性や寿命を低下させてしまう恐れがある。

また、本発明は、トランスミッション内部の回転軸を回転自在に支持するトランスミッション用軸受装置であって、前記回転軸が上記の円錐ころ軸受によって支持されていることを特徴としている。
上記のトランスミッション用軸受装置によれば、上述したように、それぞれの転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗を低減することができるので、当該装置としての回転損失を低減できる。

本発明の円錐ころ軸受、及びトランスミッション用軸受装置によれば、転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗を低減することができることに加え、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗を低減することができるので、低粘度の潤滑油が少量供給される潤滑条件においても、焼き付きの発生を防止しつつ回転トルクを効果的に低減することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。
図中、本実施形態に係る円錐ころ軸受１は、外周に円錐面からなる内輪軌道面１１を有する内輪１０と、内周に円錐面からなる外輪軌道面２１を有する外輪２０と、外周に円錐面からなる転動面３１を有するとともに両軌道面１１，２１の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころ３０と、この複数の円錐ころ３０を周方向に所定の間隔で保持している保持器４０とを備えている。
円錐ころ３０の大径側の端面である大端面３３は、図２に示すように、円錐ころ３０の軸方向に突出するとともに曲率半径Ｒ１とされた凸曲面に形成されている。また、内輪１０の大径側には、径外方向に突出した大鍔１２が形成されている。この大鍔１２において、円錐ころ３０と接する側面である大鍔面１３は、凸曲面に形成された大端面３３に沿うようにその軸方向に窪むとともに曲率半径Ｒ２とされた凹曲面に形成されている。
そして、内輪軌道面１１、外輪軌道面２１、及び転動面３１には、本発明の特徴的構成の一つであるクラウニングが施されている。

ここで、一般的なクラウニングの考え方について、内輪を例に説明する。図３（ａ）は、内輪軌道面１１にクラウニングを施した内輪１０の軸方向の断面における輪郭を誇張して示した図である。図中、円錐ころ３０の転動面３１と転がり接触する内輪軌道面１１には、径方向外方にわずかに突出したクラウニングが施されている。このクラウニングは、円弧を上底とする台形的形状の複合クラウニングを示している。

以下に、内輪１０のクラウニング量（以下、内輪クラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図３（ａ）において、内輪１０の軸方向に対する内輪軌道面１１の幅をＳＫ、内輪軌道面１１のテーパ角度をβ、内輪軌道面１１の両端部に形成されている図示の面取り寸法をＬ１，Ｌ２したとき、軌道長さＬＲＩは、下記式（１）より得られる。
ＬＲＩ＝ＳＫ／ｃｏｓβ−（Ｌ１＋Ｌ２） ・・・（１）

ここで、ＬＲＩ’＝０．６ＬＲＩとなる長さＬＲＩ’を、軌道長さＬＲＩの中間点から図示のようにとり、ＬＲＩ’の寸法両端に対応する内輪軌道面１１上の点を、Ａ’及びＢ’とする。なお、この場合Ａ’、Ｂ’は円弧の端点Ａe、Ｂeより内側にあるが、Ａ’、Ｂ’がそれぞれ円弧の端点Ａe、Ｂeと一致してもよい。

図３の（ｂ）は、図３の（ａ）に示す内輪軌道面１１の軌道長さＬＲＩの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。（ｂ）において、長さＬＲＩ’におけるクラウニングの弦Ｇ’の中点Ｃ２’とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇ’と直交しかつ長さＬＲＩ’におけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。そして、このクラウニング円弧中心点Ｃ１から、軌道長さＬＲＩにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２までの距離寸法を、内輪１０のクラウニング量ＣＲＩとした。
なお、内輪クラウニングの形状は、図３に示すような円弧を上底とする台形的形状のみならず、単一の円弧形状の他、複数の円弧で形成される形状や、対数クラウニング、楕円クラウニング等、全ての種類のクラウニング形状であってもよく、これらの全てのクラウニング形状において上述のクラウニング量の考え方が適用できる。

また、上記クラウニングの考え方は、ころや外輪に対しても同様に適用することができる。さらに、上記クラウニング量の定義は、ころや外輪に対しても適用可能である。
なお、軌道長さ（転動面長さ）の範囲において複数の形状を組み合わせてなるクラウニングを複合クラウニングといい、軌道長さの範囲において単一の円弧形状からなるクラウニングをフルクラウニングという。

次に、クラウニング形状が、フルクラウニングである場合のクラウニングの考え方と、これに基づくクラウニング量の考え方について説明する。また同時に、円錐ころと外輪におけるクラウニングの考え方についても説明する。
図４（ａ）は、内輪軌道面１１にフルクラウニングを施した内輪１０の軸方向の断面における輪郭を示した図である。図において、軌道長さＬＲＩは、図３の（ａ）の場合における式（１）と同様であり、
ＬＲＩ＝ＳＫ／ｃｏｓβ−（Ｌ１＋Ｌ２）
である。

一方、図４の（ｂ）は、（ａ）に示す内輪軌道面１１の軌道長さＬＲＩの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さＬＲＩにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつ軌道長さＬＲＩにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。そして、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２とで定まる距離寸法を内輪クラウニング量ＣＲＩとした。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径をＲＣＩとすると、内輪クラウニング量ＣＲＩは、下記式（２）により求められる。
ＣＲＩ＝ＲＣＩ−｛ＲＣＩ^２−（ＬＲＩ／２）^２｝^１／２ ・・・（２）

図５（ａ）は、円錐ころ３０の軸方向の断面における上半分の輪郭を示す図である。図中、円錐ころ３０には、内外輪の軌道面１１，２１と転がり接触する転道面３１が設けられている。また転動面３１の両端部には、それぞれ面取り部３２ａ，３３ａが設けられており、円錐ころ３０の小径側の端面である小端面３２及び大端面３３に対して滑らかに連続するように形成されている。また、転動面３１には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラウニングが施されている。

以下に、円錐ころ３０のクラウニング量（以下、ころクラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図５（ａ）中、円錐ころ３０の中心軸方向に対する転動面３１の幅であるころ長さをＬ、転動面３１のテーパ角度をγ、転動面３１の両端部に形成されている面取り部３２ａ，３３ａの曲面を転動面の全幅から除く幅寸法をＳ１，Ｓ２としたとき、上述のころ有効長さＬＷＲは、下記式（３）より得られる。
ＬＷＲ＝Ｌ／ｃｏｓ（γ／２）−（Ｓ１＋Ｓ２） ・・・（３）
なお、上式（３）中Ｓ１，Ｓ２は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）中に示す転動面３１のころ有効長さＬＷＲの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニング形状を模式的に示す図である。図中、ころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２との距離寸法をころクラウニング量ＣＲとしている。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をＲＣとすると、ころクラウニング量ＣＲは、下記式（４）により求められる。
ＣＲ＝ＲＣ−｛ＲＣ^２−（ＬＷＲ／２）^２｝^１／２ ・・・（４）

次に、軌道面にフルクラウニングを施した外輪２０のクラウニング量（以下、外輪クラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図６（ａ）は、外輪軌道面２１にフルクラウニングを施した外輪２０の軸方向の断面における輪郭を誇張して示した図である。図中、円錐ころ３０の転動面３１と転がり接触する外輪軌道面２１には、径方向内方に突出した断面円弧状のクラウニングが施されている。また、外輪軌道面２１の両端部から外輪２０の軸端面に向かって、それぞれ面取り部２２ａ，２３ａが設けられている。これら面取り部２２ａ，２３ａは、それぞれ、外輪２０の小内径側端面２２及び大内径側端面２３に対して滑らかに連続するように形成されている。

図６（ａ）中、外輪２０の軸方向に対する外輪軌道面２１の幅をＳＢ、外輪軌道面２１のテーパ角度をα、外輪軌道面２１の両端部に形成されている面取り部２２ａ，２３ａの曲面を外輪軌道面の全幅から除く幅寸法をＴ１，Ｔ２としたとき、上述の軌道長さＬＲＯは、下記式（５）より得られる。
ＬＲＯ＝ＳＢ／ｃｏｓα−（Ｔ１＋Ｔ２） ・・・（５）
尚、上式（５）中、Ｔ１，Ｔ２は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）中に示す外輪軌道面２１の軌道長さＬＲＯの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さＬＲＯにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつ軌道長さＬＲＯにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２とで定まる距離寸法を外輪クラウニング量ＣＲＯとしている。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をＲＣＯとすると、外輪クラウニング量ＣＲＯは、下記式（６）により求められる。
ＣＲＯ＝ＲＣＯ−｛ＲＣＯ^２−（ＬＲＯ／２）^２｝^１／２ ・・・（６）

以上のようにして、フルクラウニングを施した場合の円錐ころ及び内外輪のクラウニング量を求めることができる。
なお、フルクラウニングを施した円錐ころ３０及び内外輪１０，２０に対して、上述した一般的なクラウニングの考え方に基づきクラウニング量を算出することができるのはもちろんである。すなわち、図３において長さＬＲＩ’を求めたのと同様に、円錐ころ３０の場合はＬＷＲに対するＬＷＲ’を、また、外輪２０の場合は、ＬＲ０に対するＬＲ０’を、それぞれ導出すればよい。このようにして一般的なクラウニングの考え方に基づき求めたクラウニング量は、フルクラウニングの考え方（図５，図６）に基づき求めた値とほぼ一致する。

そして、本明細書では、上記のころクラウニング量、内輪クラウニング量、外輪クラウニング量から、下記式（７），（８），（９），（１０）に基づいて全クラウニング量、外輪クラウニング率、ころクラウニング率、内輪クラウニング率を算出している。
全クラウニング量＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２ ・・・（７）
外輪クラウニング率＝外輪クラウニング量／全クラウニング量 ・・・（８）
ころクラウニング率＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量 ・・・（９）
内輪クラウニング率＝内輪クラウニング量／全クラウニング量 ・・・（１０）

本実施形態の円錐ころ軸受は、上記全クラウニング量、外輪クラウニング率、ころクラウニング率、円錐ころ３０の大端面３３の表面粗さ、内輪１０の大鍔面１３の表面粗さ、大端面３３の曲率半径、及び内輪１０の曲率半径をそれぞれ規定することで、その回転トルクを低減させるものであり、以下にこれらの値と、当該円錐ころ軸受の回転トルクとの関係を検証した結果について説明する。

（回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係）
まず、円錐ころ軸受の実際に使用される実用状態における回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係を明らかにするための検証試験の結果について説明する。
本試験に供した円錐ころ軸受としては、その全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された図１に示す構成の円錐ころ軸受（ＪＩＳ３０３０６相当品）を多数用意し、これらの回転トルクを実験的に測定した。
円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、実施例品である円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にディファレンシャルギヤ装置用ギヤオイルを用い、擬似的な与圧負荷としてアキシャル荷重４ｋＮを与え、回転速度３００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍの２種類の回転速度で行った。このような回転速度領域に設定することで、実用状態の回転トルクが測定される。

また、試験時の潤滑条件としては、回転速度３００ｒｐｍの際には、常温の潤滑油を試験前に適量塗布するのみで以後給油を行わずに試験した。一方、回転速度２０００ｒｐｍの際には、油温３２３Ｋ（５０℃）の潤滑油を毎分０．５リットルで循環供給しつつ試験を行った。潤滑油の供給方法を回転数に応じて異なる方法にしたのは、それぞれの回転数における必要最小限の潤滑油量だけ供給し、潤滑油が過剰供給になる場合に発生する潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くし、転がり摩擦による回転トルクを抽出するためである。
上述のようにして、全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された円錐ころ軸受のそれぞれについて、回転トルクを測定した。そして、前記全クラウニング量及び各クラウニング率と回転トルクとの関係を把握することで、回転トルクを低減させる値の範囲を特定した。

図７は、全クラウニング量と測定した円錐ころ軸受のトルク比（回転トルク／所定値）との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、全クラウニング量が５０μｍ以下の場合では、トルク比は大きな幅をもって分散しているが、全クラウニング量が増加するに従って、分散しているトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、全クラウニング量が５０μｍ以上の場合、トルク比は、全クラウニング量が５０μｍ以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。
なお、上記全クラウニング量は、１００μｍを超えると、円錐ころ及び内外輪に過大なクラウニングが施されることになり、円錐ころが安定して転動できなくなる恐れがある。従って、全クラウニング量は、１００μｍ以下であることが好ましい。

次に図８は、外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、外輪クラウニング率が４０％以下の場合では、外輪クラウニング率が増加するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、外輪クラウニング率が４０％以上の場合では、トルク比は、外輪クラウニング率が４０％以下の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。

図９は、ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、ころクラウニング率が２０％以上の場合では、ころクラウニング率が減少するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、ころクラウニング率が２０％以下の場合では、トルク比は、ころクラウニング率が２０％以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。

図１０は、内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、内輪クラウニング率の変化に対して、トルク比は略一定の範囲で安定している。すなわち内輪クラウニング率は、円錐ころ軸受のトルク比に対して、顕著な相関が認められなかった。但し、内輪クラウニング率は、これを１０％以上に設定することによって、内輪軌道面１１と、転動面３１との接触面における軸方向両端部付近の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジロードが作用した場合にもその作用を低減し、当該軸受寿命の低下を防止することができる。

以上のように、円錐ころ軸受の回転トルク比、すなわち回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係について実験的に測定し検証した結果、全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下という条件を満たすことで、円錐ころ軸受の実用状態における回転トルクを低減させることができる、という知見を得た。

また、外輪クラウニング率は、１００％であってもよいが、上述のように内輪クラウニング率が１０％以上施されることを考慮すると、９０％以下であることがより好ましい。
また、ころクラウニング率が０％の場合、外輪クラウニング率及び内輪クラウニング率が上記所定の値の範囲であれば、回転トルク低減の効果は得られる。従って、ころクラウニング率は、０％以上、２０％以下の範囲で設定されればよい。
また、内輪クラウニング率は、外輪クラウニング率が４０％以上施されることから、６０％以下であることが好ましい。

次に、当該円錐ころ軸受における円錐ころの大端面及び内輪の大鍔面の形状及び表面粗さに着目し、これらが当該円錐ころ軸受の回転トルクに対して及ぼす影響について検証した結果について説明する。

（大端面及び大鍔面それぞれの曲率半径Ｒ１、Ｒ２と、回転トルクとの関係）
まず、大端面の曲率半径Ｒ１と、及び大鍔面１３の曲率半径Ｒ２（図２参照）とが当該円錐ころ軸受の回転トルクに及ぼす影響について検証した結果を説明する。
図１１は、図２中の矢印Ｘの方向に大鍔面を正面視したときの模式図である。図中、ハッチングにより示された部分は、大端面３３と、大鍔面１３との接触面Ｄを模式的に示している。内外輪１０、２０が相対回転すると、大端面３３と大鍔面１３とは、この接触面Ｄで摺動しつつ互いに相対回転する。
この接触面Ｄは、ほぼ長円であり、この長径ｄ１及び短径ｄ２は、大端径の曲率半径Ｒ１と、大鍔面の曲率半径Ｒ２との比であるＲ１／Ｒ２の値によって変化する。これら長径ｄ１及び短径ｄ２と、両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２との関係を計算した結果を、図１２に示す。図１２の（ａ）は、長径ｄ１の増減率と、両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、短径ｄ２の増減率と、曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２との関係を示したグラフである。なお、ここでいう両径ｄ１、ｄ２の増減率とは、Ｒ１／Ｒ２の値がほぼ０である場合の各径の値を１として、その増減の割合を比率で表したものである。なお、上記計算は、例えば「Ｔｅｄｒｉｃ Ａ Ｈａｒｒｉｓ／ＲＯＬＬＩＮＧ ＢＥＡＲＩＮＧ ＡＮＡＬＹＳＩＳ Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ ｐ１５３−ｐ１６６」に記載されるＨｅｒｔｚの弾性接触理論に基づいて計算した。

図１２（ａ）によると、両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２の増加に応じて長径ｄ１の増減率は、僅かに減少しているが、急激な変化は見られない。一方、図１２（ｂ）では、Ｒ１／Ｒ２が０から０．７付近まででは、短径ｄ２の増減率は、緩やかに上昇しているが、Ｒ１／Ｒ２が０．８付近において、急激な上昇が見られる。ここで、Ｒ１／Ｒ２の増加に伴って、短径ｄ２が増加し長径ｄ１が減少すると、接触面Ｄが大きくなり、面圧が低下する。これにより油膜が形成され易くなり、潤滑性が向上することが考えられる。しかし、短径ｄ２の増減率がほぼ２．０以上となると、Ｒ１／Ｒ２の変化に対して短径ｄ２の変化の割合が急に大きくなる。短径ｄ２が大きくなりすぎると、接触面Ｄが内輪の大鍔面の周縁部に存在する研磨逃げ部にはみ出す恐れがある。もし前記のようなはみ出しが生じると、円錐ころと内輪との間でいわゆるエッジロードが発生し、組付トルクを含む回転トルクの増大や、異常な摩耗の原因となる恐れがある。このため、両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２は、０．８以下であることが好ましい。

また、Ｒ１／Ｒ２を０．０７より小さくした場合には、大鍔面１３は、ほぼ平面とみなすことができる程度の大きな曲率半径となり、大端面３３と大鍔面１３との接触面Ｄは、小さくなる。従って、その面圧は上昇し、回転トルクが増加する恐れがある。このため、Ｒ１／Ｒ２は、０．０７以上であることが好ましい。

（円錐ころの大端面及び内輪の大鍔面の表面粗さと、回転トルクとの関係）
次に、円錐ころの大端面、内輪の大鍔面それぞれの表面粗さの、回転トルクに対する影響について、検証した試験結果について説明する。本試験に供した円錐ころ軸受としては、大端面の表面粗さとしての算術平均粗さσ１と、大鍔面の表面粗さとしての算術平均粗さσ２とを、それぞれ下記表１に示す値に設定し、他の仕様はすべて同一とした試験品４種類（試験品１〜４）を用い、試験条件としては、アキシャル荷重５．５ｋＮ、回転速度１００〜３０００ｒｐｍ、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッション用潤滑油）を油温３５３Ｋ（８０℃）で適量供給し、内外輪を相対回転させ、このときの円錐ころ軸受の回転トルクを測定した。

上記の試験品１〜４の回転トルクの測定結果を図１３に示す。
なお、表１中、合成粗さσは、下記式（１１）のように規定される値である。
合成粗さσ ＝ （σ１^２＋σ２^２）^１／２ ・・・（１１）

図１３において、試験品１と試験品２とを比較すると、回転速度のほぼ全域に渡って、回転トルクは同等の値を示している。一方、試験品３及び試験品４は、試験品１及び２と比較して、回転速度が１０００ｒｐｍ以下の範囲で、回転トルクの値が大きくなっている。回転速度が２０００〜３００ｒｐｍの範囲では、試験品１及び２とほぼ同等の値を示している。
試験品１及び２において、その大端面の算術平均粗さσ１は同一の値である０．０２μｍに設定されているが、大鍔面の算術平均粗さσ２は試験品１では０．０３μｍ、試験品２では０．１１μｍと、試験品２の方が大きく設定されている。このように、試験品２では、大鍔面の算術平均粗さσ２が大きく設定されているにも関わらず、試験品１との間で回転トルクの値に、大きな相違が見られない。
また、試験品３及び４において、その大端面の算術平均粗さσ１はそれぞれ試験品１のそれよりも大きい値（０．０４μｍ、０．０８５μｍ）に設定されるとともに、大鍔面の算術平均粗さσ２は、試験品１のそれと同じ値（０．０３μｍ）に設定されている。このように、試験品３及び４では、大鍔面の算術平均粗さσ２が試験品１と同等に設定されているにも関わらず、試験品１との間で回転トルクの値には、大きな相違が生じている。

以上より、大端面の算術平均粗さσ１を小さく設定することにより、当該円錐ころ軸受の回転トルクを小さくすることができるとともに、大鍔面の算術平均粗さσ２の値は、当該円錐ころ軸受の回転トルクに対して、本試験の範囲においては、大きな影響を与えない、ということが判る。
上記の試験結果では、特に示していないが、大端面の算術平均粗さσ１が０．０３μｍに設定された円錐ころ軸受の場合においても、試験品１及び２と同等の回転トルクを示すことを確認している。すなわち、大端面の算術平均粗さσ１を、０．０３μｍ以下とすることで、当該円錐ころ軸受の回転トルクを低減できることが明らかとなった。
なお、上記大端面の算術平均粗さσ１は、０．０３μｍ以下であれば、当該円錐ころ軸受の回転トルクを低減できるが、大端面の算術平均粗さσ１を０．０１μｍより小さくするには、加工技術的に困難であるため、大端面の算術平均粗さσ１の下限値は０．０１μｍである。

上記試験において、回転トルクは、１０００ｒｐｍより高い回転速度では、顕著な低減は見られないが、１０００回転以下の回転速度範囲では、大きく低減されている。この理由としては、１０００ｒｐｍより大きい回転速度範囲では、当該円錐ころ軸受の摺動部分において十分な油膜が形成されるため、各摺動部分の滑り摩擦による抵抗が生じにくいものと考えられる。
一方、１０００回転以下の回転速度範囲では、十分な油膜が形成されない場合があり、摺動部分、特に、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗が当該円錐ころ軸受全体の回転トルクに対して与える影響が大きい。従って、上記のように、大端面の算術平均粗さσ１を０．０３μｍ以下と、非常に小さくすることで、大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗を低減し、焼き付きを防止しつつ回転トルクを低減できるものと解される。

また、当該円錐ころ軸受において、比較的粘度の低いＡＴＦによる潤滑下の場合に、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗が、当該円錐ころ軸受全体の回転トルクに対して大きな影響を与える。潤滑油の粘度の低いため、油膜の形成力が低いためである。
すなわち、当該円錐ころ軸受は、大端面の算術平均粗さσ１を０．０３μｍ以下とすることで、ＡＴＦ等の粘度の低いトランスミッション用の潤滑油で内部が潤滑されているオートマチックトランスミッションや、ＣＶＴや、マニュアルトランスミッション等のトランスミッションに用いられる転がり軸受として好適に用いることができる。

（内輪の大鍔面の表面粗さについて）
次に、内輪の大鍔面の表面粗さσ２に関する検証結果について説明する。
まず、上記式（１１）による、合成粗さσによる円錐ころ軸受の使用初期段階における予圧変化を検証した試験結果について説明する。
本試験に供した円錐ころ軸受としては、合成粗さσの値を０．０５〜０．３２μｍの範囲で所定値に設定したものを複数個用意した。これら円錐ころ軸受を定位置予圧（５．５ｋＮ）で組み付けた後、回転速度２０００ｒｐｍ、ギヤオイル８５Ｗ−９０、油温３４３Ｋ（７０℃）で２０時間、内外輪を相対回転させ、冷却後の予圧を測定し、この試験前後の予圧の低下度合いを百分率で表した予圧残留率により評価した。

図１４は、上記合成粗さσと、予圧残留率との関係を示した散布図である。図中曲線Ｈは、図中にてプロットされた複数の測定点を曲線回帰することによって得られた曲線である。この曲線Ｈによれば、合成粗さσの値が増加するに従って、予圧残留率は序々に低下している。また、予圧残留率９０％における合成粗さσの値は、０．１７μｍである。
予圧残留率は、円錐ころ軸受を組み付けたときの予圧が使用初期の段階でどの程度低下するかを示しており、９０％以上で実用上必要十分であることが確認されている。
従って、上記試験の結果より、合成粗さσの値を０．１７μｍ以下とすることで、当該円錐ころ軸受として必要な予圧保持率を維持することができる。
つまり、上述した大鍔面の表面粗さσ２は、合成粗さσが０．１７μｍ以下となる範囲である、０．１６μｍ以下であることが好ましい。この場合、合成粗さσの値が０．１７μｍ以下となるので、必要な予圧保持率を維持でき、当該円錐ころ軸受を実際に使用する際に予圧が大きく低下してしまう、いわゆる予圧抜けを防止することができる。
なお、大鍔面の算術平均粗さσ２は、上述のように０．１６μｍ以下であればよいが、大鍔面の算術平均粗さσ２を０．０１μｍより小さくするには、加工技術的に困難であるため、大鍔面の算術平均粗さσ２は０．０１μｍ以上であってもよい。

以上、述べた通り、本発明の円錐ころ軸受は、上述した各条件を満たすように設定することで、転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗を低減することができる。さらに、円錐ころの大端面と内輪の鍔面との滑り摩擦による抵抗を低減することができるので、低粘度の潤滑油が少量供給される潤滑条件においても、焼き付きの発生を防止しつつ回転トルクを効果的に低減することができる。

（実施例）
次に、具体的な数値を設定した円錐ころ軸受の実施例品及び比較例品について、比較検討した結果について説明する。表２に実施例品及び比較例品の主要な諸元データを示す。

クラウニングに関しては、実施例品では、上述の条件（全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下）を満たすように設定した。一方、比較例品では、この条件を満たさないクラウニングの数値範囲で設定した。
円錐ころの大端面及び内輪の大鍔面の表面粗さに関しては、実施例品では、大端面の算術平均粗さσ１を上述の条件（０．０３μｍ以下）を満たすように設定した。一方、比較例品では、大端面の算術平均粗さσ１の値をより大きい値に設定し、上述の条件を満たさない数値に設定した。
また、大端面及び大鍔面の曲率半径Ｒ１、Ｒ２の関係に関しては、実施例品では、Ｒ１／Ｒ２が、上述の条件（０．０７以上、かつ０．８以下）を満たす値に設定し、その一方、比較例品では、Ｒ１／Ｒ２の値を０に設定し、この条件を満たさない数値に設定した。

上記実施例品及び比較例品を用いて、実用状態に近い条件下での回転トルクを測定した結果を図１５に示す。この図１５における回転トルクの測定条件としては、十分に慣らし運転を終えた実施例品及び比較例品を用意し、アキシャル荷重４ｋＮ、回転速度２５０〜３０００ｒｐｍ、潤滑油はＡＴＦ（オートマチックトランスミッション用潤滑油）を油温８０℃で適量供給し、一般的なオートマチックトランスミッション内で使用される実用状態に近い条件とした。
図１５より、実施例品の回転トルクは、２５０〜３０００ｒｐｍの回転速度全範囲に渡って、比較例品に対して、著しく低減されたことが確認できた。

以上の実施例品及び比較例品の回転トルク測定結果から、本発明の円錐ころ軸受によれば、オートマチックトランスミッション内で使用される実際の使用状態において、その回転トルクの低減が図れることが明らかとなった。
また、上記のように、本発明の円錐ころ軸受は、比較的粘度の低いＡＴＦによる潤滑下において、回転トルクの低減を図れることが明らかである。従って、本発明の円錐ころ軸受は、オートマチックトランスミッションや、ＣＶＴや、マニュアルトランスミッション等のトランスミッション内部の回転軸を回転自在に支持するトランスミッション用軸受装置において、前記回転軸を支持する円錐ころ軸受として好適に用いることができる。

本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 図１の一部を拡大した図である。 内輪のクラウニング（複合クラウニングの場合）の形状を示す図であり、（ａ）は内輪の輪郭を示し、（ｂ）は内輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 内輪のクラウニング（フルクラウニングの場合）の形状を示す図であり、（ａ）は内輪の輪郭を示し、（ｂ）は内輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 円錐ころのクラウニングの形状を示す図であり、（ａ）は、円錐ころ３０の軸方向の断面における上半分の輪郭を示し、（ｂ）は円錐ころの転動面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 外輪のクラウニングの形状を示す図であり、（ａ）は外輪の輪郭を示し、（ｂ）は外輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 全クラウニング量と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 図２中の矢印Ｘの方向に大鍔面を正面視したときの模式図である。 （ａ）は、大端面と、大鍔面との接触面の長径の増減率と、両曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２との関係を示したグラフであり、（ｂ）は、短径の増減率と、曲率半径の比Ｒ１／Ｒ２との関係を示したグラフである。 試験品の回転トルクの測定結果である。 合成粗さと、予圧残留率との関係を示した散布図である。 実施例品及び比較例品を用いて、実用状態に近い条件下での回転トルクを測定した結果を示したグラフである。

符号の説明

１ 円錐ころ軸受
１０ 内輪
１１ 内輪軌道面
１３ 大鍔面
２０ 外輪
２１ 外輪軌道面
３０ 円錐ころ
３１ 転動面
３３ 大端面

Claims (3)

1. 外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備え、前記内外輪の各軌道面、及び前記円錐ころの転動面にクラウニングが施されている円錐ころ軸受において、
   前記内輪の大鍔面の形状を軸方向に窪む凹曲面とし、前記円錐ころの大端面の曲率半径をＲ１、前記凹曲面の曲率半径をＲ２とするとき、Ｒ１／Ｒ２で表される両曲率半径の比が、０．０７〜０．８の範囲とされ、
   前記円錐ころの大端面の表面粗さとしての算術平均粗さが、０．０１〜０．０３μｍであるとともに、
   全クラウニング量（＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２）が５０μｍ以上、
   外輪クラウニング率（＝外輪クラウニング量／全クラウニング量）が４０％以上、
   ころクラウニング率（＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量）が２０％以下であることを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 前記内輪の大鍔面の表面粗さとしての算術平均粗さが０．０１〜０．１６μｍである請求項１に記載の円錐ころ軸受。
3. トランスミッション内部の回転軸を回転自在に支持するトランスミッション用軸受装置であって、
   前記回転軸が請求項１に記載の円錐ころ軸受によって支持されていることを特徴とするトランスミッション用軸受装置。

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