JP4158845B2 - 円錐ころ軸受 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、円錐ころ軸受に関する。この円錐ころ軸受は、例えば自動車のトランスミッション装置の回転軸やデファレンシャル装置の入・出力軸などの支持軸受として用いられる。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、円錐ころ軸受では、使用対象への組み付け時において、所要のアキシャル荷重を予圧として付与することにより、内輪の軌道面の大径側端縁に設けられる径方向外向きの鍔部に対する円錐ころの大端面の接触形態を管理して、回転トルクを調整するようにしている。
【0003】
なお、通常は、使用対象の種類ごとに要求される回転トルクが異なるので、要求される回転トルクを目標にして予圧を増減調整するようにしている。
【0004】
ところで、前述した回転トルクは、内輪の鍔部内面と円錐ころの大端面との接触部位における摩擦係数に起因して変化する。この摩擦係数は、内輪の鍔部内面の粗さσ1と円錐ころの大端面の粗さσ2とに基づく合成粗さσにより管理するようにしている。
【0005】
合成粗さσは、内輪の鍔部内面の粗さσ1と円錐ころの大端面の粗さσ2とをそれぞれ二乗して、加算した結果の平方根、つまり、σ=√(σ12+σ22)で求められる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、合成粗さσは、あくまでも内輪の鍔部内面の粗さσ1と円錐ころの大端面の粗さσ2とに基づき決定されるため、特定の合成粗さσに設定しても、内輪の鍔部内面の粗さσ1と円錐ころの大端面の粗さσ2との組み合わせが種々考えられ、組み合わせ形態によっては、摩擦係数が異なるものになる。
【0007】
そのため、上記従来の円錐ころ軸受では、使用対象に組み付けるにあたって、製品すべてに対して一定の予圧を付与しても、製品ごとに回転トルクが大きくばらつくことがあるので、要求される回転トルクを得るときの予圧が製品ごとに過剰になったり不足したりすることが起こる。ちなみに、予圧を過剰にかけた状態になると、円錐ころ軸受の耐焼付性が低下し、また、予圧が不足した状態になると、円錐ころ軸受の剛性が低下することになる。
【0008】
このように、内輪の鍔部内面と円錐ころの大端面との接触部位における摩擦係数を合成粗さσで管理するだけでは、円錐ころ軸受の耐焼付性や剛性が製品ごとに定まらなくなるなど、不十分であると言える。
【0009】
このような事情に鑑み、本発明は、円錐ころ軸受において、使用対象に対する組み付け時に、要求される回転トルクを得るときの予圧が製品ごとに過剰になったり不足したりする現象を回避できるようにし、製品すべての耐焼付性や剛性の安定化を図ることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術で説明したように、内輪の鍔部内面と円錐ころの大端面との接触部位における摩擦係数を合成粗さσで管理するだけでは不十分であったので、本願出願人は、合成粗さσを決定する2つの要因である内輪の鍔部内面の粗さσ1と円錐ころの大端面の粗さσ2とのうち、どちらの要因が摩擦係数を安定させるうえで重要かを鋭意研究した。
【0011】
そこで、本願出願人は、合成粗さσを設定するにあたって、内輪の鍔部内面の粗さおよび円錐ころの大端面の粗さのうち、一方の粗さを一定にして他方の粗さを変化させることを試みた。
【0012】
(a)円錐ころ側の粗さσ2を一定にして内輪側の粗さσ1を変えることにより合成粗さσを管理する形態では、実施形態での説明に用いる図2に示すように、一定の予圧を付与した状態で、円錐ころ側の粗さσ2を小さく設定した場合の方が、大きく設定する場合に比べて、回転トルクが小さくなる。しかも、円錐ころ側の粗さσ2を小さく設定したときは、内輪側の粗さσ1を大きくするにしたがい、回転トルクが徐々に高くなり、また、円錐ころ側の粗さσ2を大きく設定したときは、内輪側の粗さσ1を大きくしても回転トルクはほとんど変化しなくなる。この形態では、合成粗さσを一定にしても円錐ころ側の粗さσ2の大小によって回転トルクのばらつき幅が広くなる。
【0013】
(b)内輪側の粗さσ1を一定にして円錐ころ側の粗さσ2を変えることにより合成粗さσを管理する形態では、実施形態での説明に用いる図3に示すように、一定の予圧を付与した状態で、内輪側の粗さσ1を小さく設定しても大きく設定しても、回転トルクはほぼ同等になる。しかも、円錐ころ側の粗さσ2を所要の数値よりも小さくすると回転トルクが所要の数値よりも小さくなり、所要の数値よりも大きくすると回転トルクが急に高くなる。この形態では、円錐ころ側の粗さσ2を所要の数値範囲に収めると、内輪側の粗さσ1の大小関係に関係なく、回転トルクのばらつきがなくなる。
【0014】
このようなことから、上記(b)の形態で合成粗さσを管理したうえで、円錐ころ側の粗さσ2を所要範囲内に収める設定にするのが好ましいと言える。このような知見に基づき、本発明をなし得た。
【0015】
本発明の円錐ころ軸受は、回転中心軸線に対して傾斜した軌道面を有する内・外輪間に複数の円錐ころが介入され、かつ使用対象に対する組み付け時に所要のアキシャル荷重が予圧として付与される円錐ころ軸受であって、予圧付与によって、前記内輪の軌道面の大径側端縁に設けられる径方向外向きの鍔部内面に対して円錐ころの大端面が接触させられる形態とされ、かつ、前記円錐ころの大端面の粗さが0.3〜1.2μm〔Rz〕に、かつこの円錐ころの大端面粗さと前記内輪の鍔部内面粗さとに基づく合成粗さが、0.42〜1.24μm〔Rz〕に設定されている。
また、本発明の円錐ころ軸受は、回転中心軸線に対して傾斜した軌道面を有する内・外輪間に複数の円錐ころが介入され、かつ使用対象に対する組み付け時に所要のアキシャル荷重が予圧として付与される円錐ころ軸受であって、予圧付与によって、前記内輪の軌道面の大径側端縁に設けられる径方向外向きの鍔部内面に対して円錐ころの大端面が接触させられる形態とされ、かつ、前記円錐ころの大端面の粗さが0.3〜1.2μm〔Rz〕に、かつ鍔部内面の面粗さが0.15〜0.8μm〔Rz〕に、かつこの円錐ころの大端面粗さと前記内輪の鍔部粗さとに基づく合成粗さが、0.42〜1.24μm〔Rz〕に設定されている。
【0016】
このように、円錐ころの大端面の粗さを特定範囲に設定して合成粗さを設定した円錐ころ軸受であれば、付与する予圧を一定にしたときの製品個々における回転トルクのばらつきを無くせるようになる。したがって、要求される回転トルクを得るときの予圧が製品ごとに過剰になったり不足したりする現象が避けられることになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0018】
図1ないし図3に本発明の一実施形態を示している。図1は、円錐ころ軸受の上半分の断面図、図2は、円錐ころ側の粗さを一定にして内輪側の粗さを変えることにより設定した合成粗さと回転トルクとの関係を示す図表、図3は、内輪側の粗さを一定にして円錐ころ側の粗さを変えることにより設定した合成粗さと回転トルクとの関係を示す図表である。
【0019】
図例の円錐ころ軸受1は、内輪2と、外輪3と、複数の円錐ころ4と、保持器5とを備えており、基本構成は一般的に周知の構成になっている。
【0020】
この円錐ころ軸受1は、図1に示すように、ケース6と回転軸7との間に組み付けられて、所要のアキシャル荷重からなる予圧が付与される。
【0021】
内輪2の外周軌道面および外輪3の内周軌道面は、回転中心軸線に対して傾斜している。この内輪2の軌道面における大径側端縁には、径方向外向きの鍔部2aが形成されており、この鍔部2aの内面には、円錐ころ4の大端面4aが接触させられる。
【0022】
なお、内・外輪2,3および円錐ころ4は、例えばSAE規格5120鋼,4320鋼などの浸炭用鋼や、JIS規格SUJ2(高炭素クロム軸受鋼)などに対して、通常の焼入れ焼き戻し処理の他、浸炭処理または浸炭窒化処理とその後の焼入れおよび焼き戻し処理とを含む硬化処理を適宜施したものとされる。
【0023】
このような円錐ころ軸受1を使用対象に対して組み込むときの手順について簡単に説明する。まず、円錐ころ軸受1の円錐ころ4および内・外輪2,3を各々使用対象となるケース6および回転軸7に組み込む。この後、円錐ころ軸受1に所要のアキシャル荷重をかけた状態で、円錐ころ軸受1の内・外輪2,3を相対回転させることにより、円錐ころ4および内・外輪2,3の接触状態を馴染ませてから、円錐ころ軸受1に要求される回転トルクを目標として、内・外輪2,3を相対回転させながら、付与する予圧を調整する。
【0024】
次に、本発明の特徴を説明する。
【0025】
すなわち、円錐ころ4の大端面4aの粗さσ2を、0.3〜1.2μm〔Rz〕にそれぞれ設定することにより、合成粗さσを、0.42〜1.24μm〔Rz〕に設定している。この場合、内輪2の鍔部2a内面の粗さσ1は、0.15〜0.8μm〔Rz〕となる。Rzは、十点平均粗さである。合成粗さσは、内輪2の鍔部2a内面の粗さσ1と円錐ころ4の大端面4aの粗さσ2とをそれぞれ二乗して、加算された結果の平方根、つまり、σ=√(σ12+σ22)で求められる。
【0026】
次に、上述したように円錐ころ4の大端面4aの粗さσ2を特定範囲に設定して合成粗さσを設定することが回転トルクを安定化させるうえで有利となる理由について、図2および図3に示す実験データに基づいて説明する。
【0027】
まず、図2の実験データでは、試験軸受として、型番HM88542/10で示される円錐ころ軸受を用意し、縦型回転トルク測定機で回転トルクを計測する。そして、試験軸受を使用前に防錆油中に浸漬塗布して、予圧(アキシャル荷重)を5.88KNと一定にし、内輪2の回転数を50rpmとした。
【0028】
(a)円錐ころ4側の粗さσ2を一定にして内輪2側の粗さσ1を変えることにより合成粗さσを管理する形態では、図2に示すように、一定の予圧を付与した状態で、円錐ころ4側の粗さσ2を0.15μm〔Rz〕に設定した場合の方が、0.4μm〔Rz〕に設定した場合に比べて、回転トルクが小さくなる。しかも、円錐ころ4側の粗さσ2を0.15μm〔Rz〕に設定したときは、内輪2側の粗さσ1を大きくするにしたがい、回転トルクが徐々に高くなり、また、円錐ころ4側の粗さσ2を0.4μm〔Rz〕に設定したときは、内輪2側の粗さσ1を大きくしても回転トルクはほとんど変化しなくなる。この形態では、合成粗さσを一定にしても円錐ころ4側の粗さσ2の大小によって回転トルクのばらつき幅が広くなる。
【0029】
また、図3の実験データでは、試験軸受として、型番HM86649/10で示される円錐ころ軸受を用意し、縦型回転トルク測定機で回転トルクを計測する。そして、試験軸受を使用前に防錆油中に浸漬塗布して、予圧(アキシャル荷重)を5.5KNと一定にし、内輪2の回転数を50rpmとした。
【0030】
(b)内輪2側の粗さσ1を一定にして円錐ころ4側の粗さσ2を変えることにより合成粗さσを管理する形態では、図3に示すように、一定の予圧を付与した状態で、内輪2側の粗さσ1の0.3μm〔Rz〕に設定しても0.5μm〔Rz〕に設定しても、回転トルクはほぼ同等になる。しかも、円錐ころ4側の粗さσ2を0.3μm〔Rz〕よりも小さくすると回転トルクは急に小さくなり、1.2μm〔Rz〕よりも大きくすると回転トルクは急に高くなる。この形態では、円錐ころ4側の粗さσ2を0.3〜1.2μmに設定すれば、内輪2側の粗さσ1の大小に関係なく、回転トルクがほとんどばらつかなくなる。
【0031】
このようなことから、上記(b)の形態で合成粗さσを管理したうえで、円錐ころ4側の粗さσ2を0.3〜1.2μmに設定するのが好ましいと言える。
【0032】
以上説明したように、この実施形態での円錐ころ軸受1では、使用対象に対する組み付け時において、要求される回転トルクを得るときの予圧が製品ごとに過剰になったり不足したりする現象を回避できるようになる。したがって、組み付け後の円錐ころ軸受1における耐焼付性や剛性を安定化することができるから、使用対象の性能安定化に貢献できるようになる。
【0033】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0034】
(1)上記実施形態において、内・外輪2,3の軌道面あるいは円錐ころ4の外周面に対してクラウニングを施したものも本発明に含まれる。
【0035】
(2)上記実施形態において、内輪2の鍔部2aの内面を球面形状に形成したものも本発明に含まれる。
【0036】
【発明の効果】
本発明の円錐ころ軸受では、使用対象に対する組み付け時において、要求される回転トルクを得るときの予圧が製品ごとに過剰になったり不足したりする現象を回避できるようになる。したがって、組み付け後の円錐ころ軸受における耐焼付性や剛性を安定化することができるから、使用対象の性能安定化に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の円錐ころ軸受の上半部を示す縦断側面図
【図2】円錐ころ側の粗さを一定にして内輪側の粗さを変えることにより設定した合成粗さと回転トルクとの関係を示す図表
【図3】内輪側の粗さを一定にして円錐ころ側の粗さを変えることにより設定した合成粗さと回転トルクとの関係を示す図表
【符号の説明】
1 円錐ころ軸受
2 内輪
2a 内輪の鍔部
3 外輪
4 円錐ころ
4a 円錐ころの大端面
5 保持器
Claims (2)
- 回転中心軸線に対して傾斜した軌道面を有する内・外輪間に複数の円錐ころが介入され、かつ使用対象に対する組み付け時に所要のアキシャル荷重が予圧として付与される円錐ころ軸受であって、
予圧付与によって、前記内輪の軌道面の大径側端縁に設けられる径方向外向きの鍔部内面に対して円錐ころの大端面が接触させられる形態とされ、
かつ、前記円錐ころの大端面の粗さが0.3〜1.2μm〔Rz〕に、かつこの円錐ころの大端面粗さと前記内輪の鍔部内面粗さとに基づく合成粗さが、0.42〜1.24μm〔Rz〕に設定されている、ことを特徴とする円錐ころ軸受。 - 回転中心軸線に対して傾斜した軌道面を有する内・外輪間に複数の円錐ころが介入され、かつ使用対象に対する組み付け時に所要のアキシャル荷重が予圧として付与される円錐ころ軸受であって、
予圧付与によって、前記内輪の軌道面の大径側端縁に設けられる径方向外向きの鍔部内面に対して円錐ころの大端面が接触させられる形態とされ、
かつ、前記円錐ころの大端面の粗さが0.3〜1.2μm〔Rz〕に、かつ鍔部内面の面粗さが0.15〜0.8μm〔Rz〕に、かつこの円錐ころの大端面粗さと前記内輪の鍔部粗さとに基づく合成粗さが、0.42〜1.24μm〔Rz〕に設定されている、ことを特徴とする円錐ころ軸受。
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