JP6323136B2

JP6323136B2 - ころ軸受用軌道輪、ころ軸受及び動力伝達装置

Info

Publication number: JP6323136B2
Application number: JP2014084870A
Authority: JP
Inventors: 村田　順司; 順司村田; 鎌本　繁夫; 繁夫鎌本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: CN105041875B; US10161452B2; DE102015105511A1; CN105041875A; US20150300410A1; JP2015203487A

Description

本発明は、ころ軸受用軌道輪、ころ軸受及び動力伝達装置に関する。

円すいころ軸受は、同サイズの他の転がり軸受と比較して負荷容量が大きく剛性が高いという特徴を有するが、この円すいころ軸受としては、例えば特許文献１に示すものがある。
図５は、従来の円すいころ軸受５１を示す一部断面図である。図５に示すように、円すいころ軸受５１では、内輪５２の外周に、円すいころ５３が転動する内輪軌道面５２ａと、当該内輪軌道面５２ａの軸方向一方側に配置される大鍔部５４とが形成され、大鍔部５４の内輪軌道面５２ａ側の端面（大鍔部端面）５４ａには円すいころ５３の大端面（ころ端面）５３ａが摺接する。内輪軌道面５２ａと大鍔部端面５４ａとの間の隅部には、回転砥石による大鍔部端面５４ａの研磨加工を容易にするための逃げ部（ぬすみ部）５５が全周に亘って凹設されている。

実開平４−９０７２１号公報

円すいころ軸受５１では、凸曲面のころ端面５３ａと凹曲面の大鍔部端面５４ａとの径方向における接触位置（当り高さ）をできる限り径方向内側に位置させた（低くする）方が（図５の矢印参照）、ころ端面５３ａと大鍔部端面５４ａとの摩擦を小さくできて好ましい。
ところで、ころ端面５３ａと大鍔部端面５４ａとの接触面は楕円（接触楕円）となるが、前記のように当り高さを低くすると、接触楕円が逃げ部５５の大鍔部端面５４ａ側のエッジ（端縁）５５ａと重なり、このエッジ５５ａにころ端面５３ａが接触してエッジロードが発生し、円すいころ軸受５１の寿命が短くなるおそれがある。特に、円すいころ軸受５１に軸方向の高荷重が作用して接触楕円が大きくなった場合には、エッジロードが発生しやすくなる。このエッジロードを抑制するためには、逃げ部５５を小さくすればよい。

しかし、このようにしても下記のようにエッジロードが発生するおそれがある。図６（ａ）及び図６（ｂ）の各図は従来の内輪５２の作製工程を示す説明図、図６（ｃ）は作製された内輪５２の一部断面を示す説明図である。
従来の内輪５２の作製時には、図６（ａ）に示すように、内輪５２を形成するための内輪粗形材５７に逃げ部５５が形成される。つぎに、図６（ｂ）に示すように、大鍔部５４の被加工面５４ａｆに対し、仕上げ加工処理として、円盤状の回転砥石５８の外周面により研磨加工を行う。この仕上げ加工で得た面が大鍔部端面５４ａとなる。
この際、逃げ部５５を小さくすれば、回転砥石５８の外周部を逃げ部５５の内部に進入させることができないため、図６（ｃ）に示すように、大鍔部端面５４ａの内周側には回転砥石５８により研磨加工されない非研磨部６０が生じ、この非研磨部６０と回転砥石５８により研磨加工された研磨部６１との境界に段差６２が生じる。これにより、前記のように当り高さを低くした場合には、ころ端面５３ａが非研磨部６０の段差６２側の角部(エッジ)６０ａに当接してエッジロードが発生するおそれがあった。なお、図６（ｃ）では、分かり易くするために段差６２を誇張して描いているが、実際の段差６２は小さい。

そこで、本発明は、エッジロードの発生を抑制できるころ軸受用軌道輪、ころ軸受及び動力伝達装置を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明のころ軸受用軌道輪は、ころ軸受のころが転動する軌道面と、前記軌道面の軸方向一方側に設けられ前記ころの少なくとも外周側が凸曲面部とされたころ端面と対向する鍔部端面と、前記軌道面と前記鍔部端面との間の隅部に設けられている凹形状の逃げ部と、を有するころ軸受用軌道輪であって、前記鍔部端面は、前記ころ端面が接触する接触面部と、当該接触面部と前記逃げ部との間に介在し前記接触面部と滑らかに連続する凹曲面部と、を有し、前記凹曲面部の曲率半径は、前記凸曲面部の曲率半径よりも大きく、前記逃げ部は、前記軌道面から径方向について凹んでいる凹面部と、当該凹面部と前記凹曲面部との間に介在し前記接触面部よりも前記軌道面側に位置する環状の平面部と、を有していることを特徴とする。

この構成では、エッジロードの発生を下記のように抑制している。すなわち、鍔部端面を回転砥石により研磨して仕上げ加工が行われるが、本発明のような鍔部端面の凹曲面部の曲率半径を、ころ端面の凸曲面部の曲率半径よりも大きくした構成を得るためには、回転砥石の外周面の少なくとも一部を凸曲面とし、この凸曲面の曲率半径をころ端面の外周側の凸曲面部の曲率半径よりも大きくすればよい。これにより、凹曲面部と凸曲面部との間に隙間を生じさせることが可能となる。
この結果、ころ端面と鍔部端面との接触位置を径方向に関して軌道面側に接近させた場合であっても、ころ端面が、逃げ部と凹曲面部との間に形成されるエッジに接触するのを抑制でき、エッジロードの発生を抑制できる。又、凹曲面部は、接触面部と滑らかに連続していることから、これら凹曲面部と接触面部との境界においてエッジロードが生じるのを防ぐことができる。

（２）又、前記逃げ部は、前記軌道面から径方向について凹んでいる凹面部と、当該凹面部と前記凹曲面部との間に介在し前記接触面部よりも前記軌道面側に位置する環状の平面部と、を有しているので、環状の平面部の径方向についての仮想延長面が研磨前の被加工面となり、この被加工面に対して回転砥石により研磨を行うことで前記接触面部及び前記凹曲面部を形成することができる。

（３）さらに、前記凹曲面部は、回転砥石が有する凸曲面による研磨により当該凸曲面が転写されることで形成された研磨面からなることが好ましい。この構成によれば、凹曲面部を容易に形成できる。

（４）また、前記ころ軸受用軌道輪が内輪とされることもある。この構成によれば、本発明のころ軸受用軌道輪を円すいころ軸受における大鍔部を有する内輪に適用できる。

（５）本発明のころ軸受は、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置された複数のころと、を備え、前記内輪又は前記外輪が前記（１）〜（３）のいずれかに記載のころ軸受用軌道輪とされていることを特徴とする。この構成によれば、ころ軸受は前記（１）〜（３）のいずれかのころ軸受用軌道輪を備えているので、前記（１）と同様の作用効果を奏することができる。

（６）また、本発明の動力伝達装置は、動力伝達経路に配置された動力伝達軸と、当該動力伝達軸を回転自在に支持するための前記（５）に記載のころ軸受と、を備えていることを特徴とする。この構成によれば、動力伝達装置は前記（５）に記載のころ軸受を備えているので、前記（５）と同様の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、ころ端面と軌道輪との間で発生するエッジロードを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る円すいころの軸方向断面図である。図１の一部拡大図である。（ａ）及び（ｂ）の各図は図１の内輪の作製工程を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る動力伝達装置の説明図である。従来の内輪を示す一部断面図である。（ａ）及び（ｂ）の各図は従来の内輪の作製工程を示す説明図、（ｃ）は作製された内輪の一部断面を示す説明図である。

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すいころ軸受の軸方向断面図である。図１に示すように、円すいころ軸受１は、内輪２と、内輪２の外周側に同心に配置された外輪３と、内外輪２，３の間に配列された複数の円すいころ４と、複数の円すいころ４を周方向に沿って所定間隔毎に保持する保持器５とを備えている。
内輪２は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材である。内輪２の外周には、円すいころ４が転動する内輪軌道面２ａと、この内輪軌道面２ａの軸方向一方側に配置される大鍔部７と、内輪軌道面２ａの軸方向他方側に配置される小鍔部８とが形成されている。大鍔部７及び小鍔部８は径方向外方に突出している。内輪軌道面２ａと大鍔部端面７ａとの間の隅部には、逃げ部（ぬすみ部）９が全周に亘って凹設されている。逃げ部９の形成により、研磨を行うことで内輪軌道面２ａ及び大鍔部端面７ａとなる面の切削工具による切削加工や大鍔部端面７ａの回転砥石による研磨加工を容易に行うことができる。

外輪３も、内輪２と同様に軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材である。外輪３の内周には、内輪軌道面２ａと対向し円すいころ４が転動する外輪軌道面３ａが形成されている。
円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成された部材であり、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に転動自在に介在している。円すいころ４の大端面（ころ端面）４ａは凸曲面状とされて、大鍔部端面７ａと摺接し、これにより、円すいころ４の回転が案内されるとともに、円すいころ４に作用するスラスト荷重が大鍔部７により受け止められる。

図２は、図１の逃げ部９とその周辺部の拡大図である。図２に示すように、大鍔部端面７ａは、ころ端面４ａが接触（摺接）する外周側の接触面部７ａ１と、この接触面部７ａと逃げ部９との間に介在する凹曲面部７ａ２とを有している。接触面部７ａは平面とされているが、凹曲面とされることもあり、この場合には大鍔部端面７ａが凹曲面とされる。図２のＭは凹曲面部７ａ２の軸方向断面における領域を示している。凹曲面部７ａ２は、接触面部７ａ１と滑らかに連続する面とされている。この「滑らかに連続する」とは、凹曲面部７ａ２と接触面部７ａ１との境界（接続部、連続部）に段差、凸部、凹部等の「滑らかさ」を阻害する構造がないことを意味している。凹曲面部７ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ１の寸法は８０から１００ｍｍ程度とされている。
逃げ部９は、大鍔部端面７ａの接触面部７ａ１の逃げ部９側（径方向内方）への仮想延長面１２よりも軸方向内側（図２の左側）に配設されており、逃げ部９と仮想延長面１２との隙間Ｓ１の寸法Ｌは数μｍ程度とされている。なお、隙間Ｓ１の寸法Ｌは、接触面部７ａ１を研磨により形成する際（後述）の研摩深さとなる。逃げ部９は、内輪軌道面２ａから径方向に関して凹んでいる凹面部９ａと，この凹面部９ａと凹曲面部７ａ２との間に介在する環状の平面部９ｂとを有している。平面部９ｂはその軸方向外側（図２の右側）のエッジ（端縁）９ｃで凹曲面部７ａ２と連続している。なお、前記軸方向内側とは、円すいころ軸受１の軸方向に関して内部側を意味し、又、前記軸方向外側とは、円すいころ軸受１の軸方向に関して外部側を意味している。

ころ端面４ａは、接触面部７ａ１と摺接する内周側の摺接部４ａ１と、逃げ部９及び凹曲面部７ａ２と対向する外周側の凸曲面部４ａ２とを有している。凸曲面部４ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ２は凹曲面部７ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ１よりも小さい。これにより、凹曲面部７ａ２を基準とした場合に、凹曲面部７ａ２の径方向内側に向かうにしたがって凹曲面部７ａ２と凸曲面部４ａ２との隙間Ｓ２が漸次大きくなり、逃げ部９の凹曲面部７ａ２側のエッジ９ｃと凸曲面部４ａ２との間隔（隙間）が十分に大きくなる。なお、凸曲面部４ａ２は通常の面取り部ではない。
ところで、円すいころ軸受１では、ころ端面４ａと大鍔部端面７ａとの接触位置（当り高さ）をできる限り径方向内側に位置させた（低くする）ほうが（図２の矢印参照）、ころ端面４ａと大鍔部端面７ａとの摩擦が小さくなり好ましい。

ところで、図５に示す従来においては、前記のように当り高さを低くすると、ころ端面５３ａと大鍔部端面５４ａとの接触面である接触楕円が逃げ部５５の大鍔部端面５４ａ側のエッジ５５ａと重なり、当該エッジ５５ａにころ端面５３ａが接触してエッジロードが発生するおそれがある。特に、円すいころ軸受５１に軸方向の高荷重が作用して接触楕円が大きくなった場合には、エッジロードが発生しやすくなる。

これに対し、図２に示す本実施形態では、エッジロードの発生を下記のように抑制している。すなわち、本実施形態では、大鍔部端面７ａの内周側（逃げ部９側）は凹曲面部７ａ２とされて、ころ端面４ａの外周側の凸曲面部４ａ２と対向している。そして、凹曲面部７ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ１が凸曲面部４ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ２よりも大きいので、凹曲面部７ａ２では径方向内側に向かうにしたがって凸曲面部４ａ２との隙間Ｓ２が漸次大きくなり、逃げ部９の凹曲面部７ａ２側（軸方向外側）のエッジ９ｃと凸曲面部４ａ２との間隔（隙間）が十分に大きい。これにより、前記のように当り高さを低くして、ころ端面４ａと大鍔部端面７ａとの接触面である接触楕円を径方向に関して内輪軌道面２ａ側に接近させた場合でも、凸曲面部４ａ２が逃げ部９の前記エッジ９ｃに接触することを抑制でき、この接触に起因するエッジロードの発生を抑制できる。
又、本実施形態では、前記のように、大鍔部端面７ａの内周側（逃げ部９側）を凹曲面部７ａ２としているが、この凹曲面部７ａ２は接触面部７ａ１と滑らかに連続する面とされ、凹曲面部７ａ２と接触面部７ａ１との境界には、ころ端面４ａと接触する段差、凸部、凹部等がない。したがって、ころ端面４ａが凹曲面部７ａ２と接触面部７ａ１との境界に接触した場合にも、この接触に起因するエッジロードの発生を防ぐことができる。

つぎに、内輪２の作製方法について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）の各図は内輪２の作製工程を示す説明図である。内輪２の作製時には、図３（ａ）に示すように、内輪２を形成するための内輪粗形材１５に逃げ部９が形成される。この形成により、逃げ部９の平面部９ｂの径方向外方への仮想延長面１６（図２参照）が、大鍔部端面７ａの仕上げ加工処理前の面である被加工面７ａｆ（図３参照）となる。

逃げ部９の形成後、図３（ｂ）に示すように、被加工面７ａｆに対し、仕上げ加工処理として、回転砥石１７の外周面により研磨加工を行い、大鍔部端面７ａの接触面部７ａ１と凹曲面部７ａ２とを形成する。回転砥石１７は円盤状とされて、その下部を除く外周面は、軸方向に関して一定径の円筒面である第１研磨部１７ａとされており、この第１研磨部１７ａにより接触面部７ａ１を形成する。
又、回転砥石１７の下部の外周面は、軸方向下方に向かうにしたがって縮径する第２研磨部１７ｂとされている。この第２研磨部１７ｂは凹曲面部７ａ２を形成するためのもので、凹曲面部７ａ２と対応する凸曲面とされ、その軸方向断面における曲率半径Ｒ３が凹曲面部７ａ２の軸方向断面における曲率半径Ｒ１と同一とされている。このような第２研磨部１７ｂによる研磨により、第２研磨部１７ｂの凸曲面形状が転写されて凹曲面部７ａが容易に形成される。なお、回転砥石１７の外周面を全面にわたって凸曲面とすることもある。

図４は自動車の動力伝達装置３１の説明図である。図４に示すように、動力伝達装置３１では、駆動軸３２により、デファレンシャル３３を介して、左右の車軸３４，３５が駆動される。デファレンシャル３３は、支持体とされるハウジング３６に内装され、このハウジング３６に、動力伝達軸とされる駆動軸３２及び各車軸３４，３５が本発明に係る円すいころ軸受３７〜３９を介して回転自在に支持されている。

なお、前記実施形態では、ころ端面が摺接する鍔部端面を有する軌道輪を、円すいころにおける大鍔部を有する内輪としたが、前記軌道輪を外輪としてもよい。また、前記実施形態では、ころを円すいころ（テーパころ）としたが、ころを円筒ころとしてもよい。さらに、前記実施形態では、本発明の動力伝達装置を自動車のデファレンシャル系の動力伝達装置に適用したが、本発明の動力伝達装置は自動車のトランスミッションやその他の動力伝達装置に適用できる。

１：円すいころ軸受２：内輪２ａ：内輪軌道面
３：外輪４：円すいころ４ａ：ころ端面
４ａ２：凸曲面部７：大鍔部７ａ：大鍔部端面
７ａ１：接触面部７ａ２：凹曲面部９：逃げ部
９ａ：凹面部９ｂ：平面部１６：仮想延長面
１７：回転砥石３２：駆動軸３４，３５：車軸
３７〜３９：円すいころ軸受Ｒ１，Ｒ２：曲率半径

Claims

ころ軸受のころが転動する軌道面と、
前記軌道面の軸方向一方側に設けられ前記ころの少なくとも外周側が凸曲面部とされたころ端面と対向する鍔部端面と、
前記軌道面と前記鍔部端面との間の隅部に設けられている凹形状の逃げ部と、を有するころ軸受用軌道輪であって、
前記鍔部端面は、前記ころ端面が接触する接触面部と、当該接触面部と前記逃げ部との間に介在し前記接触面部と滑らかに連続する凹曲面部と、を有し、
前記凹曲面部の曲率半径は、前記凸曲面部の曲率半径よりも大きく、
前記逃げ部は、前記軌道面から径方向について凹んでいる凹面部と、当該凹面部と前記凹曲面部との間に介在し前記接触面部よりも前記軌道面側に位置する環状の平面部と、を有していることを特徴とするころ軸受用軌道輪。
前記凹曲面部は、回転砥石が有する凸曲面による研磨により当該凸曲面が転写されることで形成された研磨面からなる請求項１に記載のころ軸受用軌道輪。
内輪である請求項１又は２に記載のころ軸受用軌道輪。
内輪及び外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置された複数のころと、を備え、
前記内輪又は前記外輪が請求項１又は２に記載のころ軸受用軌道輪とされていることを特徴とするころ軸受。
動力伝達経路に配置された動力伝達軸と、
当該動力伝達軸を回転自在に支持するための請求項４に記載のころ軸受と、を備えていることを特徴とする動力伝達装置。