JP4987278B2

JP4987278B2 - トランスミッション用円すいころ軸受

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Publication number: JP4987278B2
Application number: JP2005305776A
Authority: JP
Inventors: 崇辻本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: JP2007113691A

Description

この発明は、自動車のトランスミッションの歯車装置に好適に組み込まれる円すいころ軸受に関する。

自動車のトランスミッション（主変速機）は大別するとマニュアルタイプとオートマチックタイプがあり、また車輌の駆動方式によって前輪駆動（ＦＷＤ）用トランスアクスル、後輪駆動（ＲＷＤ）用トランスミッション、および四輪駆動（４ＷＤ）用トランスファ（副変速機）がある。これらは、エンジンからの駆動力を変速して駆動軸などへ伝達するものである。

図１２は、自動車のトランスミッションの一構成例を示している。このトランスミッションは同期噛合式のもので、同図で左方向がエンジン側、右方向が駆動車輪側である。メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間に円すいころ軸受４３が介装される。この例では、メインドライブギヤ４２の内周に円すいころ軸受４３の外輪軌道面が直接形成されている。メインドライブギヤ４２は、円すいころ軸受４４でケーシング４５に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ４２にクラッチギヤ４６が係合連結され、クラッチギヤ４６に近接してシンクロ機構４７が配設される。

シンクロ機構４７は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ４８と、スリーブ４８の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキー４９と、メインシャフト４１の外周に係合連結されたハブ５０と、クラッチギヤ４６の外周（コーン部）に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング５１と、シンクロナイザーキー４９をスリーブ４８の内周に弾性的に押圧する押さえピン５２及びスプリング５３とを備えている。

同図に示す状態では、スリーブ４８及びシンクロナイザーキー４９が押さえピン５２によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ４２はメインシャフト４１に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ４８が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ４８に従動してシンクロナイザーキー４９が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング５１をクラッチギヤ４６のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ４６の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構４７側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ４８がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ４６と噛み合い、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間がシンクロ機構４７を介して連結される。これにより、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２とが同期回転する。

このようなトランスミッション用円すいころ軸受は、一般には、外径面の軌道面の両側に小つばと大つばが設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円すいころと、これらの円すいころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、保持器には、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、ポケットが、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成されたものが用いられている。

そして、トランスミッション用円すいころ軸受は、その回転に伴って油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する。この場合、潤滑油が円すいころの小径側から軸受内部に流入し、保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過し、保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過する。

このように潤滑油が外部から流入する部位に使用される円すいころ軸受には、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし、軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある（特許文献１、２参照）。特許文献１に記載されたものでは、図１５（Ａ）に示すように、保持器５のポケット９間の柱部８の中央部に切欠き１０ｄを設け、潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また、特許文献２に記載されたものでは、図１５(Ｂ)に示すように、保持器５のポケット９の軸方向両端の小環状部６と大環状部７に切欠き１０ｅを設け、保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお、各図中に記入したポケット９の各寸法は、後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。

また、自動車のトランスミッションは、近年、ミッションのＡＴ化、ＣＶＴ化および低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、（１）油温が高い、（２）油量が少ない、（３）予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。

この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させないでころ本数を増やすためには保持器のポケット間隔を狭くしなければならないが、そのためには保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。

保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図１３に記載の円すいころ軸受がある（特許文献６参照）。この円すいころ軸受６１は保持器６２の小径側環状部６２ａの外周面と大径側環状部６２ｂの外周面を外輪６３内径面と摺接させて保持器６２をガイドし、保持器６２の柱部６２ｃの外径面に引きずりトルクを抑制するため凹所６４を形成して、柱部６２ｃの外径面と外輪６３の軌道面６３ａの非接触状態を維持するようにしている。保持器６２は、小径側環状部６２ａと、大径側環状部６２ｂと、小径側環状部６２ａと大径側環状部６２ｂとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所６４が形成された複数の柱部６２ｃとを有する。そして柱部６２ｃ相互間に円すいころ６５を転動自在に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部６２ａには、内径側に一体に延びたつば部６２ｄが設けられている。図１３の円すいころ軸受は、保持器６２の強度向上を図るもので、保持器６２の柱部６２ｃの周方向幅を大きくするために保持器６２を外輪６３の内径面に接するまで寄せた例である。
特開平０９−３２８５８号公報（第３図）特開平１１−２０１１４９号公報（第２図）特開平０９−０９６３５２号公報特開平１１−０２１０７６５公報特開２００３−３４３５５２号公報特開２００３−２８１６５号公報

特許文献１及び特許文献２に記載のように、潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円すいころ軸受では、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は、以下のように考えられる。

すなわち、保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は、外輪の内径面には障害物がないので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、内輪の外径面には大つばがあるので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過したときに大つばで堰き止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。

したがって、軸受内部に潤滑油が流入する円すいころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが、大幅な低トルク化を行うためには、転がり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら、従来の低トルク化手法（特許文献３〜５参照）では、定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが、軸受剛性はいくらか低下する。

特許文献６に記載の円すいころ軸受６１では、保持器６２を外輪６３の内径面に接するまで外径に寄せて保持器６２の柱部６２ｃの周方向幅を大きくしている。また、保持器６２の柱部６２ｃに凹所６４があるので、板厚が必然的に薄くなって保持器６２の剛性が低下し、軸受６１の組立て時の応力によって保持器６２が変形したり、軸受６１の回転中に保持器６２が変形したりする等の可能性もある。

この発明は、ころ本数を増やすことによって負荷容量を増加させると共に軌道面の面圧過大による早期破損を防止し、かつ軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することを目的とする。

この発明のトランスミッション用円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数γが０．９４を越え、保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成され、ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に、前記保持器と前記内輪との間に流入した潤滑油を前記外輪側へ速やかに逃がすための切欠きを設けたことを特徴とするものである。

ころ係数γ（ころの充填率）は（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）で表されるパラメータであって、ころ平均径が一定とした場合、γの値が大きいほどころ本数が多いことを意味する。従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受では、ころ係数γを、通常０．９４以下にして設計しているので、ころ係数γが０．９４を越えるということは、従来と比較して、ころ充填率ひいては軸受剛性が高いことを意味する。

ところで、図１６は円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。図１６に示すように、ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないことが、ころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつＰＣＤを小さくすれば、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。

本発明では、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつころＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができる。

また、保持器の台形状のポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、次のような作用が得られる。すなわち、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができる。

ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けたことにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの切欠きからも外輪側へ逃がしてやることができる。

この発明によれば、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。

また、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少して、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。

前記ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大つばまで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）に示す実施の形態の円すいころ軸受１は、トランスミッション用であって、内輪２と、外輪３と、円すいころ４と、保持器５とで構成されている。内輪２は外周に円すい状の軌道面２ａを有し、外輪３は内周に円すい状の軌道面３ａを有する。複数の円すいころ４が、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に介在させてある。円すいころ４は保持器５に形成されたポケット内に収容されている。各円すいころ４は、内輪２の軌道面２ａの両側に設けた小つば２ｂと大つば２ｃとで軸方向への移動を規制されている。

保持器５は、円すいころ４の小径端面側で連なる小環状部６と、円すいころ４の大径端面側で連なる大環状部７と、これらの小環状部６と大環状部７を連結する複数の柱部８とを含んでいる。そして、図２に示すように、隣り合った柱部８間にポケット９が形成される。保持器５のポケット９は台形状で、円すいころ４の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる。ポケット９の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部８に２つずつ、外径側から内径側まで切り通した切欠き１０ａ、１０ｂが設けてある。各切欠き１０ａ、１０ｂの寸法は、いずれも深さ１．０ｍｍ、幅４．６ｍｍとされている。狭幅側だけでなく広幅側にも切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に接触させることができる。なお、図面に例示した切欠きは、保持器５の半径方向に切り通した溝の形態をしているが、保持器５の内径側と外径側を連絡して潤滑油の円滑な通過を許容することができる限り、形状や寸法は任意である。

図３および図４に保持器５の変形例を示す。図３に示す変形例は、ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けたものである。そして、狭幅側の３つの切欠き１０ａ、１０ｃの合計面積が、広幅側の２つの切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き１０ｃは深さ１．０ｍｍ、幅５．７ｍｍとしてある。

図４に示す変形例は、狭幅側の柱部８の各切欠き１０ａの深さが１．５ｍｍと広幅側の柱部８の各切欠き１０ｂよりも深く、狭幅側の各切欠き１０ａの合計面積が、広幅側の各切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。図３、図４に例示したような構成を採用することにより、内輪の軌道面に沿って大鍔に至る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減させることができる。

図５に示すように、保持器５の小環状部６の軸方向外側には、内輪２の小鍔２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１が設けてあり、このつば１１の内径面と内輪２の小鍔２ｂの外径面との間のすきまδは、小鍔２ｂの外径寸法の２．０％以下に狭く設定してある。このような構成を採用することにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減させることができる。

また、図示は省略するが、円錐ころ４の全表面には微小凹形形状のくぼみがランダムに無数に設けてある。このくぼみを設けた表面は、面粗さパラメータＲｙｎｉが０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍ、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下としてある。このような構成を採用することにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内輪、外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
パラメータＲｙｎｉは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。また、Ｓｋ値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり（ＩＳＯ４２８７：１９９７）、ガウス分布のように対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行うことができ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。

ところで、軸受内部へは、図５に矢印で示すように、円すいころ４の小径側から、保持器５の外径側を介して流入したり、内径側を介して流入したりする。保持器５の外径側から流入した潤滑油は、外輪３の軌道面３ａに沿って円すいころ４の大径側へ通過して流出する。一方、保持器５の内径側から内輪２側へはすきまδから流入するが、その流入する潤滑油の大半は、ポケット９の狭幅側の柱部８に設けた切欠き１０ａを通過して、保持器５の外径側へ移動する。また、すきまδから流入する潤滑油は、保持器５の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少ない。このため、内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃに至る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。

保持器５は、例えばＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形される。保持器に、機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックを使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。

エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。

〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）

〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）

なお、保持器材料の例としてＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラを挙げたが、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。

円すいころ軸受１は、ころ係数γがγ＞０．９４となっている。ころ係数γはころの充填率を表し、次式で定義される。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここに、
Ｚ：ころ本数
ＤＡ：ころ平均径
ＰＣＤ：ころピッチ径。

柱面５ａの窓角θは、図６に示すように下限窓角θminが５５°であり、図７に示すように上限窓角θmaxが８０°である。窓角とは、一つのころの周面に当接する柱部の案内面のなす角度をいう。下限窓角θminを５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角５５°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を５５°以上とすると、保持器強度を確保した上でγ＞０．９４として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角θmaxを８０°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。

比較のために従来の技術に言及するならば、図８に示すように、保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、窓角は大きくても約５０°である。図８のように外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で、保持器７２の柱幅を確保し、適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために、ころ係数γを通常０．９４以下にして設計している。なお、図８で符号７３は円すいころ、７４は柱面、７５は内輪である。

この発明によれば、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。したがって、トランスミッションの小型化、長寿命化に貢献できる。

また、保持器５の台形状のポケット９の狭幅側の柱部８に切欠き１０を設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠き１０を通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少して、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。

前記ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部６の切欠き１０ｃからも外輪３側へ逃がし、内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃまで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記ポケット９の広幅側の少なくとも柱部８に切欠き１０ｂを設けることにより、円すいころ４をバランスよく柱部に摺接させることができる。

前記ポケット９の狭幅側に設けた切欠き１０ａの合計面積を、台形状のポケット９の広幅側に設けた切欠き１０ｂの合計面積よりも広くすることによっても、内輪２の軌道面に沿って大つば２ｃまで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記保持器５の小環状部６の輪方向外側に、内輪２の小つば２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１を設け、この対向させた小環状部６のつば１１の内径面と内輪２の小つば２ｂの外径面とのすきまδを、内輪２の小つば２ｃの外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。

少なくとも前記円すいころ４の表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円すいころ４の表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円すいころ４と内外輪２、３との接触部を十分に潤滑することができる。

図９に軸受の寿命試験の結果を示す。同図中、「軸受」欄の「比較例１」が保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受（図９）、「実施例１」がこの発明の円すいころ軸受のうち従来品に対してころ係数γのみをγ＞０．９４とした円すいころ軸受、「実施例２」がころ係数γをγ＞０．９４とし、かつ、窓角を５５°〜８０°の範囲にしたこの発明の円すいころ軸受である。試験は、過酷潤滑、過大負荷条件下で行なった。同図より明らかなように、「実施例１」は「比較例」の２倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例２」の軸受はころ係数が「実施例１」と同じ０．９６であるが、寿命時間は「実施例１」の約５倍以上にもなる。なお、「比較例１」、「実施例１」および「実施例２」の寸法はφ４５×φ８１×１６（単位ｍｍ）、ころ本数は２４本（「比較例１」）、２７本（「実施例１」、「実施例２」）、油膜パラメータΛ＝０．２である。

図１０および図１１に示す変形例は、エンジニアリング・プラスチックで一体成形した保持器５の柱部８の外径面に、外輪３の軌道面３ａ側に向けて凸状を成す突起部５ｂを形成したものである。その他は前述した保持器５と同じである。この突起部５ｂは図１１に示すように柱部８の横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径Ｒ₂は外輪３の軌道面３ａの半径Ｒ₁より小さく形成されている。これは突起部５ｂと外輪３の軌道面３ａとの間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部５ｂの曲率半径Ｒ₂は外輪３の軌道面３ａの半径Ｒ₁の７０〜９０％程度に形成するとよい。７０％未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。９０％を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部５ｂの横幅Ｗ₂は望ましくは柱部８の横幅Ｗ₁の５０％以上となるように形成する（Ｗ₂≧０．５×Ｗ）。５０％未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部５ｂの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪３の軌道面３ａの半径Ｒ₁は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、突起部５ｂの曲率半径Ｒ₂もそれに合わせて大環状部７の大きな曲率半径Ｒ₂から小環状部６の小さな曲率半径Ｒ₂へと連続的に変化するようにする。

図１０および図１１の円すいころ軸受１は以上のように構成されているため、軸受１が回転して保持器５が回転し始めると、外輪軌道面と保持器５の突起部５ｂとの間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受１の回転速度にほぼ比例した動圧を発生するので、保持器５のピッチ径（ＰＣＤ）を従来よりも大きくして外輪３の軌道面３ａに近接させても、軸受１を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。

実施例として、図２に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ａ）と、図３に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ｂ）を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ａ）と、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示した保持器を用いた円すいころ軸受（比較例Ｂ、Ｃ）を用意した。なお、各円すいころ軸受は、寸法が外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。

実施例と比較例の円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下のとおりである。
アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
回転速度：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
潤滑条件：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）

図１４に試験結果を示す。同図のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例Ａのトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例Ｂや、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例Ｃも、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅部側の柱部に切欠きを設けた実施例Ａは、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例Ｂは、さらに優れたトルク低減効果が認められる。

また、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、実施例Ａが９．５％、実施例Ｂが１１．５％であり、トランスミッションにおける高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例Ｂと比較例Ｃの回転速度２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、それぞれ８．０％と６．５％である。

この発明の実施の形態の円すいころ軸受を示し、（Ａ）は横断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。図１の円すいころ軸受における保持器の展開平面図である。保持器の変形例を示す図２と類似の展開平面図である。保持器の別の変形例を示す図２と類似の展開平面図である。図１（Ｂ）の部分拡大図である。窓角が下限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。窓角が上限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。従来の技術を示す円すいころ軸受の部分拡大断面図である。軸受の寿命試験の結果を示す図である。保持器の変形例を示す円すいころ軸受の部分横断面図である。図１０の軸受における保持器の柱部の拡大断面図である。トランスミッションの断面図である。保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図である。トルク測定試験の結果を示すグラフである。Ａ、Ｂは、それぞれ従来の技術を示す保持器の展開平面図である。円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比およびトルク比の変化を表す線図である。

符号の説明

１軸受
２内輪
２ａ軌道面
２ｂ小つば
２ｃ大つば
３外輪
３ａ軌道面
５保持器
５ａ柱面
５ｂ突起部
６小環状部
７大環状部
８柱部
９ポケット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
１１つば

Claims

内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数γが０．９４を越え、保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケットが形成され、ポケットの狭幅側の柱部と小環状部の中央部に、前記保持器と前記内輪との間に流入した潤滑油を前記外輪側へ速やかに逃がすための切欠きを設けたことを特徴とするトランスミッション用円すいころ軸受。