JP4029574B2 - 円錐ころ軸受 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、自動車のデファレンシャル,トランスミッション等に使用される円錐ころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のデファレンシャル,トランスミッション等に使用される円錐ころ軸受においては、低速回転下のトルクによって組み付け時に与える予圧が管理される。この低速回転トルク(組付トルク)のばらつきが大きいと、過大予圧による早期焼付き、過小予圧による剛性低下などの不具合に発展する。
【０００３】
したがって、円錐ころ軸受に適正な予圧を与えるためには、上記組付けトルクのばらつきが小さく、変動が小さいことが要求される。
【０００４】
円錐ころ軸受の組付トルクは、そのほとんどが内輪大つば面ところ大径端面との摩擦に起因する。したがって、上記内輪大つば面ところ大径端面の表面粗さや上記内輪大つば面ところ大径端面の間に形成される油膜厚さ、上記つば面と端面との接触位置などが摩擦係数すなわちトルクに大きく影響を及ぼす。
【０００５】
一般に、トルク安定化の技術として、つば面およびころ端面を粗くする設計が採用されている。また、つば粗さσ1ところ端面粗さσ2とを、次式(１)で示す合成粗さσで代表させ、
σ＝(σ１ ２＋σ２ ２)１／２ …… (１)
この合成粗さσで組付トルクを管理することが多い。
【０００６】
しかし、つば面粗さところ端面粗さとでは、組付トルクに及ぼす影響度に差があり、この合成粗さσだけでは、組付トルクを十分に管理できないことが、発明者らの研究によって判明した。
【０００７】
また、運転時間の経過にともなって、つば面ところ端面との接触部は、摩擦で表面の粗さ,形状が変化するので、円錐ころ軸受の予圧は運転開始時に比べて減少する。また、つば面およびころ端面の粗さが大きいほど、すなわち、合成粗さが大きいほどその予圧変化が大きくなる。
【０００８】
このため、従来の設計では、予圧保持性能と一定な組付トルク性能とを両立させることが難しかった。
【０００９】
ところが、予圧保持性能が高いこと(予圧変化が小さいこと)は、組付トルクの変化が小さいことと共に、顧客から要求される重要性能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、組付トルクの安定化を図れ、かつ、予圧保持性能を向上できる円錐ころ軸受を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の円錐ころ軸受は、自動車のデファレンシャル,トランスミッションに使用される円錐ころ軸受であって、
組付トルクのばらつきの抑制と予圧保持性能を両立すべく、
円錐ころの大径端面の粗さσ１を、０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下とし、
上記大径端面の粗さσ１の二乗と、上記円錐ころの大径端面に摺接する内輪の大つば面の粗さσ２の二乗との和の平方根である合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下とし、
上記円錐ころの大径端面の凸方向への曲率半径Ｒ１を、上記内輪の大つば面の凹方向への曲率半径Ｒ２で除した曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にしたことを特徴としている。
【００１２】
この請求項１の発明では、円錐ころの大径端面の粗さσ１を０.０４μｍＲａ以上としたので、図４に示すように、大つば面の粗さσ２が、０.０３〜０.２３μｍＲａ(中心線平均粗さ)の範囲で回転トルク(組付トルク)がほぼ一定(平均値１.００〜１.１８Ｎｍ)となり、ばらつきも小さい(最大ばらつきが０.１３Ｎｍ)。一方、大径端面の粗さσ１を０.０２μｍＲａとした場合には、トルクばらつきが非常に大きく(最大ばらつきが０.５８Ｎ・ｍ)、回転トルクはつば面粗さσ２の影響を受けて、０.５８〜１.０２Ｎ・ｍの間で変化する。
【００１３】
また、合成粗さσ＝(σ１ ２＋σ２ ２)１／２を０.１２μｍＲａ以下としたので、図７に示すように、回帰曲線上における予圧残存率を９２％以上にすることができる。
【００１４】
また、上記円錐ころの大径端面の凸方向への曲率半径Ｒ１を、上記内輪の大つば面の凹方向への曲率半径Ｒ２で除した曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.３５以下にしたから、図６に示すように、合成粗さσが０.０５〜０.２２(μｍＲａ)の範囲で回転トルクの変化が小さく(１．０３〜１．１８Ｎ・ｍ)、ばらつきも小さく(最大で０.１３Ｎ・ｍ)なる。一方、曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.３５よりも大きく、０.６９にすると、合成粗さσ＝０．０５(μｍＲａ)において回転トルクの平均値が低下し(０.８９Ｎ・ｍ)、ばらつきも大きくなる(最大０.４０Ｎ・ｍ)。
【００１５】
また、図５に示すように、合成粗さσがほぼ同等であっても、ころ端面粗さσ1が変わると、回転トルクの平均値とばらつきが変化するから、合成粗さσだけでは、回転トルクを管理できない。すなわち、つば面粗さσ２よりも、ころ端面粗さσ１の方が低速回転下のトルクに及ぼす影響度が高く、組付トルク安定化のためには、ころ端面粗さσ１の管理が重要である。
したがって、請求項１の発明によれば、組付トルクの安定化と予圧保持性能とを両立できるのである。
【００１６】
この請求項１の発明では、上記円錐ころの大径端面の粗さσ１を０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下としたから、図４に示すように、回転トルクを、平均値で１.００〜１.１１Ｎ・ｍの範囲に収めることができ、より一層、一定値に近づけることができる。
【００１７】
また、合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下としたから、図７に示すように、予圧残存率を、回帰曲線上で、９２％以上にすることができる。
【００１８】
また、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にしたから、図６に示すように、合成粗さσが０.０５〜０.２２(μｍＲａ)の範囲で回転トルクの変化が小さく(１.０３〜１．１８Ｎ・ｍ)、ばらつきも小さくなる(最大で０.１３Ｎ・ｍ)。
【００１９】
また、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２が０.０７以上であるということは、内輪の大つば面の曲率半径Ｒ２が無限大でなく、大つば面が図２に示すような平坦でなく、図３に示すような凹曲面であるから、大つば面ところ端面との間に油膜が形成され易く、接触面圧も低くなる。したがって、予圧保持性能や耐焼付き性能がよくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
図１に、この発明の円錐ころ軸受の実施の形態の断面を示す。この実施形態は、内輪１と外輪２と、内輪１と外輪２との間に周方向に所定間隔を隔てて複数配列された円錐ころ３を備えている。この複数の円錐ころ３は、環状の保持器５で略等間隔に保持されている。
【００２２】
この実施形態では、円錐ころ３の小径端面６と大径端面７の内の大径端面７の表面粗さσ１を、０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下とした。
【００２３】
また、上記円錐ころ３の大径端面７に摺接する内輪１の大つば面８の表面粗さをσ２とすると、上記大径端面７の表面粗さσ１と上記大つば面８の表面粗さσ２との合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下とした。すなわち、合成粗さσ＝(σ１ ２＋σ２ ２)１／２を、０.１２μｍＲａ以下とした。
【００２４】
また、この実施形態では、図３に示すように、円錐ころ３の大径端面７の凸方向への曲率半径Ｒ１を、内輪１の大つば面８の凹方向への曲率半径Ｒ２で除した曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にした。
【００２５】
上記構成の円錐ころ軸受によれば、円錐ころ３の大径端面７の表面粗さσ1を０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下としたから、図４の特性図およびその数値データの一覧である図８に示すように、つば粗さが０.０３〜０.２３μｍＲａの範囲内で回転トルクの平均値を１.００〜1.１１(Ｎ・ｍ)の範囲に収めることができる。また、上記回転トルクの各平均値におけるばらつき(最大値と最小値との差(変動値))は、最大でも０.１３(Ｎ・ｍ)であった。このように、回転トルクを、一定値に近づけることができる。
【００２６】
また、この実施形態では、合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下としたから、図７に示すように、予圧残存率を、回帰曲線上で、９２％以上にすることができた。図７は、定位置予圧で組付けた軸受を所定時間(２０時間)だけ運転した後の予圧変化の測定例であり、２個の円錐ころ軸受に、５.５ｋＮの予圧を与えた状態で、回転速度２０００ｒｐｍ、ギヤオイル８５Ｗ−９０、油温７０℃で２０時間運転し、冷却後の予圧を測定した。また、Ｒ１/Ｒ２は０.３５以下とした。
【００２７】
また、この実施形態では、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にしたから、図６の特性図およびその各数値データの一覧である図９に示すように、合成粗さσが０.０５〜０.２２(μｍＲａ)の範囲で回転トルクの変化が小さく(平均値１.０３〜１.１８Ｎ・ｍ)、ばらつき(変動値)も小さくなる(最大で０.１３Ｎ・ｍ)。一方、曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.３５よりも大きく、０.６９にすると、合成粗さσ＝０．０５(μｍＲａ)において回転トルクの平均値が低下し(０.８９Ｎ・ｍ)、ばらつきも大きくなる(最大０.４０Ｎ・ｍ)。
【００２８】
また、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２が０.０７以上であるということは、内輪１の大つば面８の曲率半径Ｒ２が無限大でなく、大つば面８が図２に示すような平坦でなく、図３に示すような凹曲面であるから、大つば面８ところ端面７との間に油膜が形成され易く、接触面圧も低くなる。したがって、予圧保持性能や耐焼付き性能がよくなる。
【００２９】
ところで、図５に示すように、合成粗さσ(μｍＲａ)がほぼ同等であっても、ころ端面粗さσ１が０.０４μｍＲａから０.０２μｍＲａに変わると、回転トルクの平均値とばらつきが大きく変化するから、合成粗さσだけでは、回転トルクを管理できないことが実験で判明した。すなわち、つば面粗さσ２に比べて、ころ端面粗さσ１の方が低速回転下のトルクに及ぼす影響度が高く、組付トルク安定化のためには、ころ端面粗さσ１の管理が重要であることが分かった。なお、上記図４および図５,６の回転トルクの測定例では、防錆油を塗布した状態で、アキシャル荷重５.５ｋＮ、回転速度５０ｒｐｍ、室温１５〜２１℃にてトルクを測定した。
【００３０】
尚、上記実施形態では、円錐ころ３の大径端面７の表面粗さσ１を、０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下とした。一方、上記大径端面７の表面粗さσ１を、０.０４μｍＲａ〜０.２２μｍＲａの範囲内に設定した場合には、図４,図８に示すように、大つば面の粗さσ２が０.０３〜０.２３μｍＲａの範囲において、取付トルクの平均値を、１.０３〜１.１８(Ｎ・ｍ)の範囲内に収めることができる。また、取付トルクの平均値におけるばらつきは、最大でも０.１３(Ｎ・ｍ)である。一方、大径端面７の粗さσ１を０.０２μｍＲａとした場合には、トルクばらつきが非常に大きく(最大０.５８Ｎ・ｍ)、トルク平均値は、つば面粗さσ２の影響を受けて、０.５８〜１.０２Ｎ・ｍの範囲で変化する。
【００３１】
また、上記実施形態では、合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下とした。一方、合成粗さσを、０.１７μｍＲａとした場合には、図７に示すように、予圧残存率を回帰曲線上で９０％以上にすることができる。
【００３２】
なお、内輪１の大つば面８が、図３に示すような凹曲面ではなく、図２に示すような平坦面(曲率半径Ｒ２が無限大)である場合には、ころ３の大径端面７との摺接面に油膜が形成されにくくなることに起因して、低速回転下のトルク(取付トルク)のばらつきを抑制できる。また、つば面８が平坦であると、つば面８が湾曲している場合に比べて、ころの大径端面７との接触位置のばらつきが小さくなり、トルクばらつきを抑制できる効果がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の円錐ころ軸受は、円錐ころの大径端面の粗さσ１を０.０４μｍＲａ以上としたので、大つば面の粗さσ２が、０.０３〜０.２３μｍＲａの範囲で回転トルクがほぼ一定となり、ばらつきも小さい。
【００３４】
また、合成粗さσ＝(σ１ ２＋σ２ ２)１／２を０.１２μｍＲａ以下としたので、図７に示すように、回帰曲線上における予圧残存率を９２％以上にすることができる。
【００３５】
また、上記円錐ころの大径端面の凸方向への曲率半径Ｒ１を、上記内輪の大つば面の凹方向への曲率半径Ｒ２で除した曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.３５以下にしたから、図６に示すように、合成粗さσが０.０５〜０.２２(μｍＲａ)の範囲で回転トルクの変化が小さく、ばらつきも小さくなる。
【００３６】
また、図５に示すように、合成粗さσがほぼ同等であっても、ころ端面粗さσ１が変わると、回転トルクの平均値とばらつきが変化するから、合成粗さσだけでは、回転トルクを管理できない。すなわち、つば面粗さσ２よりも、ころ端面粗さσ１の方が低速回転下のトルクに及ぼす影響度が高く、組付トルク安定化のためには、ころ端面粗さσ１の管理が重要なのである。
【００３７】
また、請求項１の発明は、上記円錐ころの大径端面の粗さσ１を０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下としたから、図４に示すように、回転トルクを、平均値で１.００〜１.１１Ｎ・ｍの範囲に収めることができ、より一層、一定値に近づけることができる。また、合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下としたから、図７に示すように、予圧残存率を、回帰曲線上で、９２％以上にすることができる。また、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にしたから、図６に示すように、合成粗さσが０.０５〜０.２２(μｍＲａ)の範囲で回転トルクの変化が小さくし(１.０３〜１.１８Ｎ・ｍ)、ばらつきも小さくできる(最大で０.１３Ｎ・ｍ)。
【００３８】
また、上記曲率半径比Ｒ１/Ｒ２が０.０７以上であるということは、内輪の大つば面の曲率半径Ｒ２が無限大でなく、大つば面が図２に示すような平坦でなく、図３に示すような凹曲面であるから、大つば面ところ端面との間に油膜が形成され易く、接触面圧も低くなる。したがって、予圧保持性能や耐焼付き性能がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の円錐ころ軸受の実施形態の断面図である。
【図２】 上記実施形態の比較例としてのつば面が平坦な一例の部分断面図である。
【図３】 上記実施形態のつば面が湾曲した部分断面図である。
【図４】 上記実施形態の回転トルクと、ころ端面粗さ(つば面粗さ)との関係を示す特性図である。
【図５】 上記回転トルクと、合成粗さとの関係を示す特性図である。
【図６】 上記回転トルクと、曲率半径比Ｒ１/Ｒ２との関係を示す特性図である。
【図７】 予圧残存率と合成粗さとの関係を示す特性図である。
【図８】 上記図４の特性図の各データを一覧表にした図である。
【図９】 上記図６の特性図の各データを一覧表にした図である。
【符号の説明】
１…内輪、２…外輪、３…円錐ころ、５…保持器、６…小径端面、
７…大径端面、８…大つば面。

Claims (3)

  1. 自動車のデファレンシャル,トランスミッションに使用される円錐ころ軸受であって、
    組付トルクのばらつきの抑制と予圧保持性能を両立すべく、
    円錐ころの大径端面の粗さσ１を、０.０４μｍＲａ以上、かつ、０.１０μｍＲａ以下とし、
    上記大径端面の粗さσ１の二乗と、上記円錐ころの大径端面に摺接する内輪の大つば面の粗さσ２の二乗との和の平方根である合成粗さσを、０.１２μｍＲａ以下とし、
    上記円錐ころの大径端面の凸方向への曲率半径Ｒ１を、上記内輪の大つば面の凹方向への曲率半径Ｒ２で除した曲率半径比Ｒ１/Ｒ２を、０.０７以上、かつ、０.３５以下にしたことを特徴とする円錐ころ軸受。
  2. 請求項１に記載の円錐ころ軸受を備える自動車のデファレンシャル。
  3. 請求項１に記載の円錐ころ軸受を備える自動車のトランスミッション。
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