JP2007138992A - 液体潤滑式円錐ころ軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌抵抗が小さくて回転トルクが小さい液体潤滑式円錐ころ軸受装置を提供すること。
【解決手段】保持器４の小径側の端部を内輪１の軸方向の小鍔部側の外端面よりも軸方向の内側に配置する。内輪１の軸方向の幅をＢ［ｍｍ］とし、内輪１の内径をＤ［ｍｍ］とし、内輪１の軸方向の小鍔部側の外端面から保持器４の小径側の端部の軸方向の外端面までの軸方向の長さをＸ２［ｍｍ］とし、さらに、保持器４の小径側の端部の内周面と内輪１との径方向の隙間の寸法をＸ１［ｍｍ］とするとき、Ｘ２／Ｂ≧０.０１０、かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３を満たすように液体潤滑式円錐ころ軸受装置を設計する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外輪、内輪、円錐ころおよび保持器を有すると共に、上記内輪および上記外輪の間に向けて軸方向の一方から軸方向の他方に向けて液体が流れる液体潤滑式円錐ころ軸受装置に関し、特に、ディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスル装置またはトランスファ装置等のピニオン軸を有する車両用ピニオン軸支持装置のピニオン軸を回転自在に支持するのに使用すれば好適な液体潤滑式円錐ころ軸受装置に関する。

従来、液体潤滑式円錐ころ軸受装置としては、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸を回転自在に支持しているものがある。この液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、内輪と、外輪と、円錐ころとを有し、上記内輪の内周面は、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸に外嵌固定されている一方、上記外輪の外周面は、ディファレンシャルギヤ装置のハウジングに内嵌固定されている。

上記液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、ディファレンシャルギヤ装置のリングギヤの方から液体通路を介して流れてきた油を、外輪の内周面と内輪の外周面との間を、軸方向の一方の開口から他方の開口まで流れることによって潤滑し、外輪、内輪および円錐ころの焼付きを防止している。

しかしながら、上記液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記油の循環によって外輪、内輪および円錐ころの焼付きを防止できる一方、上記油が、内輪と外輪との間を軸方向の一方から軸方向の他方に向けて流れる形式であることに加えて、上記油が、リングギヤやサイドギヤ等の様々なギヤの噛合部の焼付きを防止するのに好適な油で、軸受の潤滑に使用する油よりも粘性が高い油であるので、円錐ころ軸受装置の攪拌抵抗が大きくなって、上記液体潤滑式円錐ころ軸受装置の回転トルクが大きくなるのを避けがたいという問題がある。このような背景において、上記粘性が高い油が軸受装置内に流れる形成の液体潤滑式円錐ころ軸受装置であっても、回転トルクを低減して、この液体潤滑式円錐ころ軸受装置を備える自動車等の燃費を抑制することが望まれている。
特開平１１−４８８０５号公報（第１図）

そこで、本発明の課題は、攪拌抵抗が小さくて回転トルクが小さい液体潤滑式円錐ころ軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、
外輪、内輪、円錐ころおよび保持器を有すると共に、上記内輪および上記外輪の間を液体で潤滑する液体潤滑式円錐ころ軸受装置において、
上記内輪の上記軸方向の幅をＢ［ｍｍ］とし、
上記内輪の内径をＤ［ｍｍ］とし、
上記内輪の小径側の外端面よりも上記保持器が上記軸方向の内側に有り、かつ、上記外端面から上記保持器の外端面までの上記軸方向の距離をＸ２［ｍｍ］とし、
さらに、上記保持器の小径側の端部における内周面と上記内輪との径方向の隙間の寸法をＸ１［ｍｍ］とするとき、
Ｘ２／Ｂ≧０.０１０、
かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３
であることを特徴としている。

尚、この明細書で、距離、長さまたは寸法といった場合、その距離、長さまたは寸法は、最短距離、最短の長さまたは最短の寸法を示すものとする。例えば、上記外端面から上記保持器の外端面までの上記軸方向の距離とは、上記外端面から上記保持器の外端面までの上記軸方向の最短距離を示すものとする。

本発明者は、上記Ｘ１と上記Ｘ２が外輪の回転トルクに及ぼす影響を調べた。その結果、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上である場合、トルクを急激に低減できる一方、Ｘ２／Ｂが０.０１０よりも小さい場合、トルクの低減が殆ど見られないことを発見した。また、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上である場合において、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３とすれば、軸受装置内を流れる液体（油、洗浄液等）の攪拌抵抗の大きさ等と相関があるトルクを従来品の８０％まで急激に低減できることを発見した。また、Ｘ１／Ｄ＜０.００９に設定すると、円錐ころ軸受装置の運転中に、保持器の小径側の端部と内輪とが干渉する場合があることを見いだし、Ｘ１／Ｄ＞０.０４３に設定すると、トルクの低減効果が小さいことを見いだした。但し、Ｘ１／Ｄ＞０.０４３であっても、Ｘ１／Ｄ≦０.０７１に設定した場合、従来の円錐ころ軸受装置に比して１０％以上のトルクを低減できる。

本発明によれば、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上であり、かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３であるので、液体潤滑式円錐ころ軸受装置の運転中におけるトルクを格段に低減することができると共に、保持器の小径側の端部と内輪とが干渉することを略完全に防止できる。したがって、この発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置を備える自動車等の燃費を低減することができると共に、上記干渉が原因になる故障を防止できる。

また、一実施形態の液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記内輪が、上記内輪の円錐軌道面の小径側に上記内輪の外周面における上記小径側の外端の外径よりも大きな外径を有する鍔部を有し、上記保持器の上記内周面が、上記内輪の上記鍔部の外周面よりも上記径方向の内方に位置し、上記内輪の上記鍔部の外周面から上記保持器の上記内周面までの上記径方向の距離をＸ３［ｍｍ］とし、さらに、上記内輪の上記鍔部の上記軸方向の外端面と、上記保持器の上記端部の上記軸方向の内端面との上記軸方向の隙間の寸法をＸ４［ｍｍ］とするとき、０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３、かつ、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３である。

本発明者は、保持器と内輪の上記鍔部との間にラビリンス構造を設けた場合と、ラビリンス構造が無い場合の従来品に対するトルク比と従来品に対する貫通油量比の比較を行った。ここで、上記ラビリンス構造とは、内輪の内周面の軸方向の上記小径側の外端の外径が、内輪の上記鍔部の外径よりも小さくて、さらに、保持器の小径側の端部が、軸方向において上記内輪の外端面と上記鍔部との間にあり、かつ、保持器の小径側の内周面が、上記鍔部の外周面の径方向の内方に位置する構造をいう。詳しくは、Ｘ１／Ｄを０.０２１に固定した上で、Ｘ３／Ｄを−０.０２３から０.０４３まで変化させた（Ｘ３については図２参照、保持器の小径側の内周面が内輪の上記鍔部の径方向の外方に位置するときＸ３は負の値を取るものとする）場合において、従来品に対するトルク比と従来品に対する貫通油量比の比較を行った。Ｘ３／Ｄの値が負の領域は、保持器の小径側の端部の内周面が内輪の上記鍔部よりも径方向の外方に位置する領域であるので、ラビリンスがない領域に相当する。その結果、従来品に対するトルク比は、Ｘ３／Ｄに殆ど依存しないことを見出し、かつ、従来品に対する貫通油量比は、−０.０２３のときが最も小さい一方、０.００６以上では１近傍の値になり、貫通油量は、従来品と殆ど変わらなかった。トルク低減率が同じであれば貫通油量の多いほうが軸受昇温の抑制に有利であり、耐焼付き性に優れる。よって、Ｘ１／Ｄを０.００９以上０.０４３以下に設定し、かつ、Ｘ３／Ｄを０.００６以上０.０４３以下のラビリンス構造を保持器と内輪の上記鍔部の間に与えることが低トルク化と耐焼付き性の両方に有効である。ここで、Ｘ３／Ｄが、０.０４３よりも大きくなると軸受の組立性が低下する。また、試験によれば、Ｘ４／Ｂを、０.００９以上０.０５３以下の範囲で変化させたが、トルクはほとんど変化しなかった。また、本発明者は、Ｘ１／Ｄの値を０.０２１に固定した上で、Ｘ２／Ｂを−０.０６９から０.１６１の範囲で変化させた場合において、従来品に対するトルク比の比較行った。その結果、Ｘ２／Ｂの値が０.０１まで増加するに従って、トルク比の値が単調減少する一方、Ｘ２／Ｂの値が０.０１から０.１６１まで増加するにしたときには、トルク比の値が略一定値をとることを発見した。

上記実施形態によれば、０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３、かつ、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３であるので、従来品と比較して、低トルク化と耐焼付き性の両方を格段に向上させることができる。

また、一実施形態の液体潤滑式円錐ころ軸受装置は、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の円錐軌道面が上記中心軸と交わる角度は、２５°以上３０°以下である。

本発明者は、外輪の中心軸を含む断面において、外輪の円錐軌道面が中心軸と交わる角度を変動させた場合において、従来品に対するトルク比と従来品に対する貫通油量比の比較を行った。その結果、上記中心軸と交わる角度が、２５°以上３０°以下である場合、トルク比を小さくできると共に、貫通油量を大きくできて、軸受装置の運転コストを低減できると共に、軸受装置の焼付きを防止できることを発見した。

上記実施形態によれば、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の円錐軌道面が上記中心軸と交わる角度は、２５°以上３０°以下であるので、液体を軸受装置外に排出するポンプ効果を大きくすることができて、トルクを格段に低減することができると共に、焼付きを防止できる。

本発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置によれば、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上であり、かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３であるので、円錐ころ軸受装置の運転中におけるトルクを格段に低減することができて、この発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置を有する自動車等の運転コストを低減できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置の第１実施形態の軸方向の断面図であり、図２は、その液体潤滑式円錐ころ軸受装置の保持器の小径端部周辺の軸方向の部分拡大断面図である。

この液体潤滑式円錐ころ軸受装置（以下、円錐ころ軸受装置という）は、内輪１と、外輪２と、円錐ころ３と、保持器４とを備えている。上記内輪１は、円錐軌道面の大径側に大鍔部を有すると共に、円錐軌道面の小径側に小鍔部を有している。上記保持器４は、大径環状部と小径環状部との間を複数の柱部で連結した構造を有している。また、上記円錐ころ３は、内輪１の円錐軌道面と外輪２の円錐軌道面との間に、保持器４によって保持された状態で複数配置されている。

この円錐ころ軸受装置は、ディファレンシャルギヤ装置（図示せず）のピニオン軸上に配置されている。詳しくは、上記内輪１の内周面は、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸に外嵌固定されている一方、外輪２の外周面は、ディファレンシャルギヤ装置内のハウジングに内嵌固定されている。ディファレンシャルギヤ装置のリングギヤの方から流れてくる液体の一例としての油は、内輪１の円錐軌道面の小径側の内輪１と外輪２との間から流入して、内輪１の円錐軌道面の大径側の内輪１と外輪２との間から流出するようになっている。なお、この流入、流出は、軸受そのもののポンプ作用による流れと、軸受外部の作用による強制流れが存する場合は、これが加わることで生ずるものである。

図１において、Ｄ［ｍｍ］は、内輪１の内径を示し、Ｂ［ｍｍ］は、内輪１の幅を示し、Ｈ［ｍｍ］は、内輪１の小鍔部の外径を示し、α［°］は、外輪２の中心軸を含む断面において、外輪２の円錐軌道面が上記中心軸と交わる角度（以下、外輪軌道角度という）を示す。また、Ｄ１［ｍｍ］は、保持器４の小径側の端部の内周面の最小内径を示し、Ｋ［ｍｍ］は、保持器４が内輪１の大鍔部側に最大限移動した状態での内輪１の大鍔部側の端面から保持器４の小径側の端部の軸方向の外端面までの距離を示している。また、Ｈ１［ｍｍ］は、内輪１の外周面の小鍔部側の軸方向の外端の外径を示している。

また、図２において、Ｘ１［ｍｍ］は、保持器４の小径側の端部の内周面と内輪１との径方向の隙間を示し、Ｘ２［ｍｍ］は、内輪１の軸方向の小径側の外端面から保持器４の小径側の端部の軸方向の外端面までの長さ（ここで、内輪１の軸方向の小鍔部側の外端面の方が保持器４の小径側の端部の軸方向の外端面よりも軸方向の外方に位置しているとき、Ｘ２の符号を正にとり、逆のときＸ２の符号を負にとる）を示している。また、Ｘ３［ｍｍ］は、内輪１の小鍔部の外周面から保持器４の小径側の端部の内周面までの径方向の長さ（ここで、内輪１の小鍔部の外周面が保持器４の上記端部の内周面よりも径方向の外方に位置するときＸ３の符号を正とし、逆のときＸ３の符号を負にとる）を示している。換言すると、Ｘ３［ｍｍ］は、内輪１の小鍔部に対する保持器４のオーバーラップ量（径方向における重なっている領域）を示している。また、Ｘ４［ｍｍ］は、内輪１の小鍔部と、保持器４の小径側の端部との距離を示し、Ｋ１［ｍｍ］は、保持器の小径側の端部の軸方向の厚さを示し、Ｂ１［ｍｍ］は、内輪１の大鍔部側の端面から内輪１の小鍔部の軸方向の外方の端面までの距離を示している。

Ｘ１とＤ１とＨ１との間には、Ｘ１＝（Ｄ１−Ｈ１）／２の関係が成立し、Ｘ２とＢとＫとの間には、Ｘ２＝Ｂ−Ｋの関係が成立し、Ｘ４とＫとＫ１とＢ１との間には、Ｘ４＝Ｋ−Ｋ１−Ｂ１の関係が成立する。次の表１は、上述の関係を整理したものである。
［表１］

図１に示すように、この円錐ころ軸受装置は、内輪１の小鍔部の外径の方が、内輪１の外周面の軸方向の小鍔部側の外端の外径よりも大きくなっている。詳細には、第１実施形態では、Ｘ２／Ｂの範囲は、Ｘ２／Ｂ≧０.０１０に設定され、Ｘ１／Ｄは、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３の範囲に設定されている。また、Ｘ２／Ｂは、０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１に設定され、Ｘ３／Ｄは、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３に設定され、Ｘ４／Ｂは、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３に設定されている。また、上記外輪２の中心軸を通る断面において、外輪２の円錐軌道面が外輪２の中心軸と交わる角度（以下、外輪軌道角度という）は、２５°以上３０°以下に設定されている。また、ｚを、円錐ころの個数、ＤＷ［ｍｍ］を、円錐ころの平均径（｛（円すいころの大径端面の直径）＋（円錐ころの小径端面の直径）｝／２［ｍｍ］）、ｄｍを、円錐ころの中心軸の中点が描く軌跡の円の直径で定義されるピッチ円の直径［ｍｍ］としたとき、円錐ころの充填率を示すｚ・ＤＷ／（π・ｄｍ）が、０.７〜０.９２に設定されている。円錐ころの充填率を、０.７以上に設定すると、荷重を確実に支持できて、ピニオン軸に要求される剛性が確保でき問題となる程度の振動が発生しなくて好ましい。また、円錐ころの充填率を、０.９２以下に設定すると、円錐ころの攪拌抵抗を低減できると共に、軸受装置内を流れる油の量を十分な量にすることができて、焼付きを抑制できて好ましい。

本発明者は、円錐ころ軸受装置の形状を規定する上記定義した複数のファクターを様々な方法で変動させたとき、トルクの値がどのように変化するかを試験した。

図３は、その試験に用いた試験機を示す模式断面図である。

この試験機は、縦型トルク測定装置である。図３に示すように、この縦型トルク測定装置は、試験に使用した円錐ころ軸受装置（図３には、試料軸受と記載）の内輪を回転させるようになっている。この縦型トルク測定装置は、試料軸受の外輪背面（外輪軌道の小径側端面）を上向固定するようになっている。試験条件としては、以下の表２に示す条件を採用している。
［表２］

また、上記試験機を用いて次に示す方法で試験を行った。

１）試料軸受の潤滑は、潤滑油を外輪背面側から試料軸受に供給し、試料軸受を貫通した油が供給タンクに戻る循環供給とした。供給油温度を供給ノズル出口で測定し、油温が一定となるように給油タンクにて温度コントロールを行った。

２）トルクを測定する際には、油面が外輪背面から４０ｍｍの高さで安定するように供給油量を調整した。このとき、単位時間あたりの供給油量、すなわち、軸受貫通油量を流量計で計測した。また、試料軸受の温度は外輪外径面で測定し、軸受温度と供給油温度の差を軸受の昇温とした。

３）試料軸受にアキシアル荷重を負荷した状態で内輪を所定の回転速度で回転させ、静圧空気軸受で支持された外輪に作用するトルクをロードセルによって測定した。また、測定は、各試料軸受で３回実施し、その平均値を測定値とした。

表３は、図４に軸方向の断面図を示す試料軸受（試料円錐ころ軸受）において、Ｘ１／Ｄの値を変動させたときの従来品の円錐ころ軸受装置に対する試料軸受のトルク比の一試験例を示す表であり、図５は、従来品の円錐ころ軸受を示す軸方向の断面図である。また、図６は、表３の結果をグラフにしたものである。尚図４において、Ｐ３で示す内輪の小鍔部（一体かつリング状の部材）を、Ｐ４で示すリング状の部材である内輪の本体部と別体として、リング状の部材である小鍔部Ｐ３を、リング状の部材である本体部Ｐ４と軸方向に当接させても良い。
〔表３〕

図４に示すように、このＸ１／Ｄを変動させる試験で使用された試料軸受は、内輪の小鍔部の外径と、内輪の外周面の軸方向の小鍔部側の外端の外径とが等しくなっており、これらの間に段部を有さない形状をしている。また、図５に示すように、従来品の軸受では、内輪の小鍔部側の端面が、保持器の小径環状部よりも軸方向の内方に位置している。尚、Ｘ１／Ｄを変動させる試験を行うに際し、Ｘ２／Ｂを、０.０９０に固定した。また、従来品の軸受として、Ｘ１／Ｄが、０.０６６であると共に、Ｘ２／Ｂが、−０.０６９であるものを使用した。

表３および図６に示すように、この試験結果では、Ｘ１／Ｄが小さくになるにしたがって、従来品に対するトルク比も単調に減少した。特に、Ｘ１／Ｄが０.０４３以下になると、トルクが従来品の８０％以下にまで急激に減少した。このことから、Ｘ１／Ｄを、０.０４３以下に設定すると、従来品と比してトルクを格段に低減できる。

表４は、図４に軸方向の断面図を示す試料軸受において、Ｘ２／Ｂの値を変動させたときの従来品に対するトルク比の一試験例を示す表であり、図７は、表４の結果をグラフにしたものである。尚、Ｘ２／Ｂを変動させる試験を行うに際し、従来品の軸受として、上記軸受（Ｘ１／Ｄが、０.０６６であると共に、Ｘ２／Ｂが、−０.０６９である軸受）を使用した。また、Ｘ１／Ｄの値を、０.０２１に固定した。
〔表４〕

表４および図７に示すように、従来品に対するトルク比は、Ｘ２／Ｂが−０.０６９から０.０１０まで増加するに従って、単調に減少する一方、Ｘ２／Ｂが、０.０１０以上になると、略一定の値になっている。このことから、Ｘ２／Ｂを０.０１０以上に設定すると、略トルクの値を最小値の近傍の値にすることができる。

表５は、図８に軸方向の断面図を示す試料軸受において、Ｘ１／Ｄを０.０２１、Ｘ２／Ｂを０.０９０、Ｘ４／Ｂを０.０１４に固定する一方、Ｘ３／Ｄを−０.０２３〜０.０４３の範囲で変化させたときの、上記従来品に対するトルク比、および、上記従来品の軸受を通過する油の油量に対する試料軸受を通過する油の油量で定義される貫通油量比の一試験例を示す表であり、図９は、表５の結果をグラフにしたものである。
〔表５〕

表５および図９に示すように、Ｘ３／Ｄの値が−０.０２３から０.００６まで増加するに従って、トルク比の値が僅かに減少すると共に、貫通油量比の値が単調増加している。また、Ｘ３／Ｄの値が０.００６から０.０４３まで増加するに従って、トルク比の値および貫通油量比の値は、共に略一定の値になっている。このことから、Ｘ３／Ｄの値を０.００６以上０.０４３以下にすると、トルクの値を抑制できると共に、軸受を貫通する油の量を略最大にすることができて、トルクを抑制できると共に、軸受の焼付きを防止することができる。

表６は、図８に軸方向の断面図を示す試料軸受において、Ｘ１／Ｄを０.０２１、Ｘ２／Ｂを０.０９０、Ｘ３／Ｂを０.０２７に固定する一方、Ｘ４／Ｂを０.００９から０.０５３まで変化させたときの上記説明した従来品とのトルク比を示す一実験例を示す表である。また、図１０は、表６の結果をグラフにしたものである。
〔表６〕

表６および図１０に示すように、Ｘ４／Ｂの値が、０.００９から０.０５３の範囲の全域に亘って、トルク比は０.７以下になっている。したがって、Ｘ４／Ｂの値を、０.００９から０.０５３に設定すると、従来品と比較してトルクを３０％以上大幅に低減できて、運転コストを格段に低減できる。

表７は、第１比較例の軸受と、本発明の第２実施形態の軸受と、本発明の第３実施形態の軸受の各ファクターの値、そのファクターの値の軸受の上記従来品の軸受に対するトルク比の一試験例、そのファクターの値の軸受の上記従来品の軸受に対する油量比の一試験例、および、そのファクターの値の軸受の昇温の一試験例を示す表である。また、図１１は、第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の従来品の軸受に対するトルク比の一試験例を示す図であり、図１２は、第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の従来品の軸受に対する貫通油量比を示す一試験例を示す図であり、図１３は、第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の昇温の一試験例を示す図である。
〔表７〕

ここで、昇温とは、軸受温度と供給油温度の差を示す。また、試験条件は、アキシアル荷重４ｋＮ、回転速度３０００ｒ／ｍｉｎ、油温５０℃で行い、また、油量については、Ｆｕｌｌ油量状態（パラメータ試験の条件と同じ）で行った。尚、第１比較例は、従来品である。また、第２実施形態の軸受は、第１比較例の軸受に内輪の小鍔部の軸方向の外方にラビリンス構造を形成した軸受であり、第３実施形態の軸受は、内輪の小鍔部の軸方向の外方にラビリンス構造を形成した上で、さらに、外輪軌道角度を従来品よりも急な２５°に設定して、油を軸受内に引きこみ、そして流出させるポンプ性能を向上させるようにしたものである。

図１１に示すように、トルク比は、第２実施形態の軸受および第３実施形態の軸受の両方で共に、０.６以下の値になっており、第２実施形態および第３実施形態の両方とも従来の軸受に対してトルクを４０％以上大幅に低減できる。また、図１２に示すように、貫通油量比は、第２実施形態が０.２以下と従来品との比較で非常に小さい値となっている一方、第３実施形態では、０.３４であり、軸受内を通過する油の量が第２実施形態よりも大きくなっている。また、このことに関連して、図１３に示すように、第２実施形態の昇温は、第１比較例の昇温の２倍以上になっている一方、第３実施形態の昇温は、第１比較例の１.３倍程度の値と、焼付きを心配する必要がない温度になっている。このことから、外輪軌道角度を従来品よりも大きい２５°程度に設定すると、焼付きを確実に防止できて好ましい。

表８は、第２比較例の軸受と、本発明の第４実施形態の軸受と、本発明の第５実施形態の軸受の各ファクターの値、そのファクターの値の軸受の上記従来品の軸受に対するトルク比の一試験例、そのファクターの値の軸受の上記従来品の軸受に対する油量比の一試験例、および、そのファクターの値の軸受の昇温の一試験例を示す表である。また、図１４は、第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の従来品の軸受に対するトルク比の一試験例を示す図であり、図１５は、第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の従来品の軸受に対する貫通油量比を示す一試験例を示す図であり、図１６は、第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の昇温の一試験例を示す図である。
〔表８〕

ここで、昇温とは、軸受温度と供給油温度の差を示す。また、試験条件は、アキシアル荷重４ｋＮ、回転速度３０００ｒ／ｍｉｎ、油温５０℃で行い、また、油量については、Ｆｕｌｌ油量状態（パラメータ試験の条件と同じ）で行った。尚、第２比較例は、従来品である。また、第４実施形態の軸受は、第２比較例の軸受に内輪の小鍔部の軸方向の外方にラビリンスを形成した軸受であり、第５実施形態の軸受は、内輪の小鍔部の軸方向の外方にラビリンスを形成した上で、外輪軌道角度を第４実施形態よりも急にして、油を軸受内に引きこみ、そして流出させるポンプ性能を第４実施形態よりも向上させたものである。

図１４に示すように、第４実施形態の軸受では従来品と比較してトルクが４０％以上低減されており、第５実施形態の軸受では従来品と比較してトルクが５０％も急激に低減している。

また、図１５および図１６に示すように、第４実施形態の軸受では、貫通油量が従来品の２０％以下と極端に少なくなっており、これに起因して昇温が大きく、約３倍になっている。一方、第５実施形態の軸受では、貫通油量が従来品の３８％になっており、昇温は、第４実施形態よりも小さく、第２比較例の約１.３倍になっている。したがって、第５実施形態では、焼付きを確実に防止できる。尚、試験結果によると、外輪軌道角度が３０°以下であれば、貫通油量が増大すると共に、支持している回転軸に問題となる程度の振動が発生しなかった。しかしながら、外輪軌道角度が３０°を超える角度になると、ラジアル荷重を確実に支持できず、支持している回転軸に許容できる大きさよりも大きい振動等が発生するようになった。

上記第１実施形態の円錐ころ軸受装置によれば、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上であり、かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３であるので、円錐ころ軸受装置の運転中におけるトルクを格段に低減することができる。したがって、この発明の円錐ころ軸受装置を備える自動車等の燃費を低減することができる。

また、上記第１実施形態の円錐ころ軸受装置によれば、０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３、かつ、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３であるので、従来品と比較して、低トルク化と耐焼付き性の両方を格段に向上させることができる。

また、上記第１実施形態の円錐ころ軸受装置によれば、上記外輪２の中心軸を含む断面において、外輪２の円錐軌道面が上記中心軸と交わる角度は、２５°以上３０°以下であるので、油を軸受内に引きこみ、そして流出させるポンプ効果を大きくすることができて、トルクを格段に低減することができ、かつ、貫通油量を大きくすることができて、軸受の焼付きを確実に防止することができる。

また、上記第１実施形態の円錐ころ軸受装置によれば、ｚ・ＤＷ／（π・ｄｍ）が、０.７〜０.９２に設定され、従来よりも、軸受装置内の領域において円錐ころが占める体積の割合が小さくなっているので、貫通油量を増大させることができると共に、攪拌抵抗を低減できる。したがって、焼付きを防止できると共に、回転トルクを小さくできて好ましい。

尚、上記第１実施形態の円錐ころ軸受では、０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３、かつ、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３であったが、Ｘ２／Ｂが０.０１０以上であり、かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３でありさえすれば良い。すなわち、Ｘ２／Ｂは、Ｘ２／Ｂ≦０.１６１でなくても良く、Ｘ３／Ｄは、０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３でなくても良く、Ｘ４／Ｂは、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３でなくても良い。また、外輪軌道角度は、２５°以上３０°以下でなくても良く、ｚ・ＤＷ／（π・ｄｍ）を、０.７〜０.９２に設定しなくても良い。

また、第１実施形態の円錐ころ軸受において、小鍔部および軸方向の小径側の端部は、別体でも良い。詳細には、図２にＰ１で示す小鍔部および軸方向の端部（小鍔部および軸方向の端部は一体かつリング状の部材であり、この一体かつリング状の部材をＰ１で示す）を、図２にＰ０に示すリング状の部材である内輪１の本体部と別体として、Ｐ１で示す小鍔部および軸方向の端部を、本体部Ｐ０と軸方向に当接させても良い。また、図２にＰ２で示す軸方向の小径側の端部（小鍔部よりも軸方向の外方の部分）のみを別体のリング状の部材として、軸方向の小径側の端部Ｐ２を、小鍔部を有する内輪の本体部（一体かつリング状の部材）と軸方向に当接させても良い。

また、上記実施形態では、外輪と内輪との間を流れる液体が油（潤滑油）である液体潤滑式ころ軸受装置について説明したが、この発明の液体潤滑式転がり軸受装置の内部を流れる液体は、油に限られることはなく、例えば、洗浄液等、油以外の液体であっても良い。

また、上記実施形態では、内輪が、内輪の円錐軌道面の小径側に小鍔部を有していたが、この発明では、内輪は、内輪の円錐軌道面の小径側に小鍔部を有しなくても良い。例えば、内輪が内輪の円錐軌道面の小径側に小鍔部を有しないと共に、外輪の円錐軌道面の小径側に形成された鍔部と、内輪の円錐軌道面の大径側に形成された鍔部とで、円錐ころの軸方向の位置を位置決めするような構造であっても良い。また、内輪が内輪の円錐軌道面の小径側に小鍔部を有しないと共に、外輪の円錐軌道面の小径側および大径側に形成された鍔部によって円錐ころの軸方向の位置を位置決めするような構造であっても良い。

本発明の液体潤滑式円錐ころ軸受装置の第１実施形態の軸方向の断面図である。 その液体潤滑式円錐ころ軸受装置の保持器の小径端部の近傍の部分拡大断面図である。 試料軸受の回転トルクや貫通油量の値を調査するときに使用した試験機を示す模式断面図である。 回転トルクの変動試験に用いた試料軸受の軸方向の断面図である。 回転トルク比および貫通油量比を算出するに当たり基準とした従来品の軸受の軸方向の断面図である。 図４に示す試料軸受においてＸ１／Ｄを変動させたときの従来品に対するトルク比の変動を示す図である。 図４に示す試料軸受においてＸ２／Ｂを変動させたときの従来品に対するトルク比の変動を示す図である。 回転トルクの変動試験または貫通油量の変動試験に用いた試料軸受の軸方向の断面図である。 図８に示す試料軸受においてＸ３／Ｄを変動させたときの従来品に対するトルク比の変動を示す図である。 図９に示す試料軸受においてＸ４／Ｂを変動させたときの従来品に対するトルク比の変動を示す図である。 第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の従来品の軸受に対するトルク比の一試験例を示す図である。 第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の従来品の軸受に対する貫通油量比を示す一試験例を示す図である。 第１比較例の軸受と、第２実施形態の軸受と、第３実施形態の軸受の昇温の一試験例を示す図である。 第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の従来品の軸受に対するトルク比の一試験例を示す図である。 第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の従来品の軸受に対する貫通油量比を示す一試験例を示す図である。 第２比較例の軸受と、第４実施形態の軸受と、第５実施形態の軸受の昇温の一試験例を示す図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ 円錐ころ
４ 保持器

Claims (3)

1. 外輪、内輪、円錐ころおよび保持器を有すると共に、上記内輪および上記外輪の間を液体で潤滑する液体潤滑式円錐ころ軸受装置において、
   上記内輪の上記軸方向の幅をＢ［ｍｍ］とし、
   上記内輪の内径をＤ［ｍｍ］とし、
   上記内輪の小径側の外端面よりも上記保持器が上記軸方向の内側に有り、かつ、上記外端面から上記保持器の外端面までの上記軸方向の距離をＸ２［ｍｍ］とし、
   さらに、上記保持器の小径側の端部における内周面と上記内輪との径方向の隙間の寸法をＸ１［ｍｍ］とするとき、
   Ｘ２／Ｂ≧０.０１０、
   かつ、０.００９≦Ｘ１／Ｄ≦０.０４３
   であることを特徴とする液体潤滑式円錐ころ軸受装置。
2. 請求項１に記載の液体潤滑式円錐ころ軸受装置において、
   上記内輪は、上記内輪の円錐軌道面の小径側に上記内輪の外周面における上記小径側の外端の外径よりも大きな外径を有する鍔部を有し、
   上記保持器の上記内周面は、上記内輪の上記鍔部の外周面よりも上記径方向の内方に位置し、
   上記内輪の上記鍔部の外周面から上記保持器の上記内周面までの上記径方向の距離をＸ３［ｍｍ］とし、
   さらに、上記内輪の上記鍔部の上記軸方向の外端面と、上記保持器の上記端部の上記軸方向の内端面との上記軸方向の隙間の寸法をＸ４［ｍｍ］とするとき、
   ０.０１０≦Ｘ２／Ｂ≦０.１６１、
   ０.００６≦Ｘ３／Ｄ≦０.０４３、
   かつ、０.００９≦Ｘ４／Ｂ≦０.０５３
   であることを特徴とする液体潤滑式円錐ころ軸受装置。
3. 請求項１または２に記載の液体潤滑式円錐ころ軸受装置において、
   上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の円錐軌道面が上記中心軸と交わる角度は、２５°以上３０°以下であることを特徴とする液体潤滑式円錐ころ軸受装置。

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