JP6472671B2

JP6472671B2 - 円すいころ軸受

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Publication number: JP6472671B2
Application number: JP2015014202A
Authority: JP
Inventors: 崇川井; 知樹松下
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-01-28
Also published as: JP2016138602A; WO2016121420A1

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受は、内輪及び外輪に設けられたテーパ状の軌道面の間に、テーパ状の転動面を有する複数の円すいころを介在させて、ラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を支持するものであり、例えば自動車や産業機械の動力伝達系に組み込まれる。円すいころ軸受が大きな負荷荷重を受けたり、円すいころに大きなミスアライメントが生じたりすると、軌道面に過大な接触面圧が発生する。特に、円すいころの端部との接触により軌道面に大きな面圧（エッジ面圧）が生じると、軌道面の端部と中央部との面圧差が大きくなり、軌道面の内部に大きなせん断応力が発生するため、軸受の寿命が短くなる。従って、円すいころ軸受の設計では、軌道面における面圧を適正化（均一化）することが重要となる。

例えば、下記の特許文献１には、円すいころの転動面（以下、「ころ転動面」とも言う。）に対数クラウニング形状を付与することで、接触面圧を適正化する技術が示されている。

また、下記の特許文献２には、内輪の軌道面のクラウニング量ところ転動面のクラウニング量との和を、ころの母線方向の２点で所定範囲内に規定することで、ころ軸受の長寿命化を図る技術が示されている。

特許第５３３４６６５号公報特許第３７３１４０１号公報

軌道面のエッジ面圧を抑えるためには、（１）軌道面及びころ転動面の各々に、ドロップ量の大きなクラウニング形状を付与する、（２）軌道面にドロップ量の大きなクラウニング形状を付与し、ころ転動面は直線状あるいはドロップ量の小さいクラウニング形状（以下、略直線状）とする、（３）ころ転動面にドロップ量の大きなクラウニング形状を付与し、軌道面は略直線状とする、といった手法が考えられる。

しかし、ドロップ量の大きなクラウニング形状を付与する加工はコストがかかるため、上記（１）のように、軌道面及びころ転動面の双方にこのような加工を施すと、加工コストが高騰する。

一方、上記（２）のように、軌道面のみにドロップ量の大きなクラウニング形状を付与すれば、上記（１）と比べて加工コストを低減できる。しかし、内輪の軌道面は、その両側に小鍔部及び大鍔部が設けられることが多いため、ドロップ量の大きなクラウニング形状を付与することが難しく、加工コスト高の要因となる。また、ころ転動面を略直線状とすることで、外輪の軌道面にもドロップ量の大きなクラウニング形状を付与する必要が生じるため、さらなるコスト高を招く。

そこで、上記（３）のように、ころ転動面にドロップ量の大きなクラウニング形状を付与すれば、内輪及び外輪の軌道面を略直線状とすることができるため、加工コストの面では最も優れている。

ところで、内輪の軌道面と、その両側に設けられた小鍔部及び大鍔部との間には、通常、軌道面に研削加工を施すためのヌスミ部が設けられる。特に、加工時の砥石の動きを考慮すると、大径側のヌスミ部が小径側のヌスミ部よりも幅広となる傾向がある。このため、大径側のヌスミ部において、ころ転動面が内輪の軌道面から大径側にはみ出すことがある（図１参照）。この場合、内輪の軌道面の大径側端部（軌道面と大径側のヌスミ部との境界）ところ転動面とが接触することにより、ころ転動面に大きなエッジ面圧が発生する懸念が生じる。

例えば、上記（２）のように内輪の軌道面に付与するクラウニング形状の端部のドロップ量を大きくすれば、軌道面の端部（軌道面とヌスミ部との境界）でドロップ量が最大となるため、軌道面の端部がころ転動面と接触することはなく、大きなエッジ面圧の発生を回避できる。しかし、この場合、上述のように加工コストの問題がある。

これに対し、上記（３）のように、加工コストを考慮してころ転動面１０４ａにドロップ量の大きなクラウニング形状を付与し、内輪１０２の軌道面１０２ａを略直線状とすると、図７に誇張して示すように、内輪１０２の軌道面１０２ａの大径側端部１０２ｂが、ころ転動面１０４ａの大径側端部１０４ｂから少し離れた箇所（すなわち、ドロップ量が最大ではない箇所）と対向する。この場合、内輪１０２の軌道面１０２ａの端部１０２ｂところ転動面１０４ａとの距離が比較的短くなるため、これらが接触しやすくなり、大きなエッジ面圧が発生しやすくなる。

例えば、ころ転動面１０４ａのうち、内輪１０２の軌道面１０２ａの端部１０２ｂと対向する部分のドロップ量Ｄ１が十分大きくなるように、ころ転動面１０４ａのクラウニング形状を設計することで、大きなエッジ面圧の発生を防止できるとも考えられる。しかし、この場合、ころ転動面１０４ａの端部１０４ｂのドロップ量Ｄmaxが過大となり、加工コストの高騰を招く。

また、円すいころ１０４の大径側の面取り部１０４ｃを大きくし（図７の点線参照）、ころ転動面１０４ａが内輪１０２の軌道面１０２ａよりも大径側にはみ出ないようにすれば、大きなエッジ面圧の発生を防止できるとも考えられる。しかし、円すいころ１０４の面取り部１０４ｃを大きくすると、転動面１０４ａの長さが短くなるため、負荷容量が小さくなり、軸受寿命が短くなってしまう。

以上より、本発明が解決すべき課題は、円すいころ軸受の加工コストの低減を図りつつ、大きなエッジ面圧の発生を防止して軸受の長寿命化を図ることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、外周にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配され、外周面にテーパ状の転動面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定間隔で保持する保持器とを備えた円すいころ軸受であって、各円すいころの転動面の両端のドロップ量が、前記内輪の軌道面の両端のドロップ量よりも大きく、前記内輪が、軌道面の大径側に設けられた大鍔部と、軌道面と大鍔部との間に設けられた大径側ヌスミ部と、軌道面と大径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第１の曲面とを有し、前記内輪の軌道面及び第１の曲面に超仕上げが施された円すいころ軸受を提供する。

このように、円すいころの転動面（ころ転動面）の両端のドロップ量を、内輪の軌道面の両端のドロップ量よりも大きくすることにより、ころ転動面及び内輪の軌道面の双方のドロップ量を大きくする場合や、内輪及び外輪の軌道面のドロップ量をころ転動面のドロップ量よりも大きくする場合と比べて、加工コストを低減できる。

この場合、内輪の軌道面の大径側端部（軌道面と大径側ヌスミ部との境界）と、ころ転動面との接触によるエッジ面圧の発生が懸念される。そこで、本発明では、内輪の軌道面と大径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第１の曲面を設け、且つ、内輪の軌道面及び第１の曲面の双方に超仕上げを施した。これにより、ころ転動面のうち、ドロップ量の比較的小さい部分を、軌道面と同等の精度で仕上げられた第１の曲面と接触させることができるため、大きなエッジ面圧の発生を防止できる。

また、前記課題を解決するために、本発明は、外周にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配され、外周面に転動面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定間隔で保持する保持器とを備えた円すいころ軸受であって、各円すいころの転動面の両端のドロップ量が、前記内輪の軌道面の両端のドロップ量よりも大きく、前記内輪が、軌道面の大径側に設けられた大鍔部と、軌道面と大鍔部との間に設けられた大径側ヌスミ部と、軌道面と大径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第１の曲面とを有し、前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１と、各円すいころの転動面のうち、少なくとも前記第１の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１が３２００以下である円すいころ軸受を提供する。

本発明者らの検証によれば、内輪に設けられた第１の曲面の曲率半径Ｒ１と、円すいころの転動面のうち、少なくとも第１の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１を所定の範囲内とすることで、エッジ面圧を低減できることが明らかになった。具体的には、円すいころ軸受に加わる荷重を０．４Ｃｒ（ただし、Ｃｒは基本動ラジアル定格荷重）とした場合、上記のようにＲ２／Ｒ１を３２００以下とすることで、エッジ面圧を基準値（４０００ＭＰａ）以下にすることができる。

円すいころ軸受の設計においては、上記のように、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒに基づいて負荷条件を設定することが一般的である。しかし、本発明で着目する、内輪の軌道面の大径側端部ところ転動面との接触は、定常状態で運転しているときにはほとんど生じず、大きな負荷荷重を受けたときなどの低頻度状態で発生しやすい。従って、この接触による面圧を算出する場合は、定常状態を想定した基本動ラジアル定格荷重Ｃｒではなく、低頻度状態を想定した基本静ラジアル定格荷重Ｃｏｒを基準とすることが好ましい。具体的には、円すいころ軸受に加わる荷重を０．４Ｃｏｒとした場合、Ｒ２／Ｒ１を７００以下とすることで、エッジ面圧を基準値（４０００ＭＰａ）以下にすることができる。

内輪が、軌道面の小径側に設けられた小鍔部と、軌道面と小鍔部との間に設けられた小径側ヌスミ部とを有する場合、上記の第１の曲面と同様に、内輪の軌道面と小径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第２の曲面を設け、この第２の曲面に超仕上げを施してもよい。あるいは、内輪の軌道面と小径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第２の曲面を設け、第２の曲面の曲率半径Ｒ３と、円すいころの転動面のうち、少なくとも第２の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ４との比Ｒ４／Ｒ３を３２００以下としてもよい。

上記のような円すいころ軸受は、内輪の内周面に固定された回転軸と、外輪の外周面に固定されたハウジングとを備えた自動車用トランスミッションユニットあるいは自動車用デファレンシャルギヤユニットに好適に組み込まれる。

以上のように、本発明によれば、円すいころ軸受の加工コストの低減を図りつつ、大きなエッジ面圧の発生を防止して軸受の長寿命化を図ることができる。

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。上記円すいころ軸受の軸直交方向断面図である。（ａ）は、上記円すいころ軸受の内輪及び外輪の軌道面のクラウニング形状を誇張して示す断面図であり、（ｂ）は、上記円すいころ軸受の円すいころの転動面のクラウニング形状を誇張して示す側面図である。図１の円すいころ軸受の大径側ヌスミ部付近の拡大図である。図１の円すいころ軸受の小径側ヌスミ部付近の拡大図である。内輪の軌道面に加わる応力分布の一例を示すグラフである。ころ軌道面に、ドロップ量の大きなクラウニング形状を付与した状態を誇張して示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受を、図１〜図５に基づいて説明する。

本実施形態の円すいころ軸受１は、図１及び図２に示すように、外周面にテーパ状の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａの間に転動自在に配され、外周面にテーパ状の転動面４ａを有する複数の円すいころ４と、円すいころ４を円周方向等間隔に保持する保持器５とで構成される。内輪２、外輪３、及び円すいころ４は鋼材で形成され、例えば軸受鋼、浸炭鋼、ステンレス鋼等で形成される。保持器５は金属あるいは樹脂で一体に形成される。尚、以下の説明では、軸方向（内輪２及び外輪３の軸方向）で円すいころ４の小径側（図１の左側）を「小径側」、円すいころ４の大径側（図１の右側）を「大径側」と言う。

円すいころ軸受１は、例えば自動車用トランスミッションユニットや自動車用デファレンシャルユニットに組み込まれる。具体的には、図１に示すように、外輪３の外周面３ｂがハウジング１０の内周面１０ａに圧入され、内輪２の内周面２ｂが軸２０の外周面２０ａに圧入される。ハウジング１０は例えばアルミニウムで形成され、軸２０は例えばクロムモリブデン鋼で形成される。ハウジング１０の肩面１０ｂと軸２０の肩面２０ｂとで、外輪３の小径側の端面３ｃと内輪２の大径側の端面２ｃとが軸方向両側から挟持加圧され、これにより円すいころ軸受１に軸方向の予圧が付与されている。図示例では、外輪３の小径側の端面３ｃとハウジング１０の肩面１０ｂとの間にシム３０を介在させ、このシム３０の厚さを適宜設定することにより、円すいころ軸受１に付与する予圧の大きさを調節している。

内輪２は、軌道面２ａの小径側に設けられた小鍔部２ｄと、軌道面２ａの大径側に設けられた大鍔部２ｅとを有する。内輪２の軌道面２ａと小鍔部２ｄとの間には小径側ヌスミ部２ｆが設けられ、軌道面２ａと大鍔部２ｅとの間には大径側ヌスミ部２ｇが設けられる。大径側ヌスミ部２ｇの開口寸法Ｌ１は、小径側ヌスミ部２ｆの開口寸法Ｌ２よりも大きい。尚、大径側ヌスミ部２ｇの開口寸法Ｌ１とは、大径側ヌスミ部２ｇの小径側端部と大鍔部２ｅの小径側端面（円すいころ４との摺動面）との間の母線方向寸法である。また、小径側ヌスミ部２ｆの開口寸法Ｌ２とは、小径側ヌスミ部２ｇの大径側端部と小鍔部２ｄの大径側端面（円すいころ４と当接し得る面）との間の母線方向寸法である。ここで、母線方向とは、内輪２の軌道面２ａの母線方向である。

本実施形態では、図３に誇張して示すように、内輪２の軌道面２ａ、外輪３の軌道面３ａ、及び円すいころ４の転動面４ａが、何れも単一の円弧曲線からなるクラウニング面とされる。円すいころ４の転動面４ａの両端のドロップ量Ｄｒ｛図３（ｂ）参照｝は、内輪２の軌道面２ａの両端のドロップ量Ｄｉ及び外輪３の軌道面３ａの両端のドロップ量Ｄｏ｛図３（ａ）参照｝よりも大きい（Ｄｒ＞Ｄｉ、Ｄｒ＞Ｄｏ）。円すいころ４の転動面４ａの曲率半径Ｒｒは、内輪２の軌道面２ａの曲率半径Ｒｉ及び外輪３の軌道面３ａの曲率半径Ｒｏよりも小さい（Ｒｒ＜Ｒｉ、Ｒｒ＜Ｒｏ）。内輪２の軌道面２ａの曲率半径Ｒｉは、軌道面２ａの幅Ｗｉとドロップ量Ｄｉとの比が６００＜Ｗｉ／Ｄｉ＜４５０００の範囲となるように設定される。外輪３の軌道面３ａの曲率半径Ｒｏは、軌道面３ａの幅Ｗｏとドロップ量Ｄｏとの比が６００＜Ｗｏ／Ｄｏ＜４５０００の範囲となるように設定される。円すいころ４の転動面４ａの曲率半径Ｒｒは、転動面４ａの幅Ｗｒとドロップ量Ｄｒとの比が５００＜Ｗｒ／Ｄｒ＜４００００の範囲となるように設定される。具体的には、例えば、内輪２の軌道面２ａの曲率半径Ｒｉ及び外輪３の緊道面３ａの曲率半径Ｒｏが、それぞれ５００〜２００００ｍｍの範囲内で設定され、円すいころ４の転動面４ａの曲率半径Ｒｒが１００〜２００００ｍｍの範囲内で設定される。

尚、内輪２の軌道面２ａ、外輪３の軌道面３ａ、及び円すいころ４の転動面４ａは、単一の円弧曲線からなるクラウニング面に限らず、これらの何れか又は全てを、中央曲線又は中央直線とその両側に設けられた端部曲線とからなる複合クラウニング面で構成してもよい。また、クラウニング面あるいは複合クラウニング面を構成する各曲線は、円弧曲線に限らず、対数曲線等の非円弧曲線としてもよい。

図４の拡大図に示すように、内輪２の軌道面２ａと大径側ヌスミ部２ｇとの間には、第１の曲面２ｈが設けられる。第１の曲面２ｈは、軌道面２ａの大径側の端部と、大径側ヌスミ部２ｇの小径側の端部とを滑らかに連続する。本実施形態では、第１の曲面２ｈは、曲率半径Ｒ１の円弧曲線で構成される。第１の曲面２ｈの曲率半径Ｒ１は、例えば０．０１〜１００ｍｍの範囲内で設定される。

図５の拡大図に示すように、内輪２の軌道面２ａと小径側ヌスミ部２ｆとの間には、第２の曲面２ｉが設けられる。第２の曲面２ｉは、軌道面２ａの小径側の端部と、小径側ヌスミ部２ｆの大径側の端部とを滑らかに連続する。本実施形態では、第２の曲面２ｉは、曲率半径Ｒ３の円弧曲線で構成される。第２の曲面２ｉの曲率半径Ｒ３は、例えば０．０１〜１００ｍｍの範囲内とされる。

内輪２の軌道面２ａ、第１の曲面２ｈ、及び第２の曲面２ｉには、研削加工の後、超仕上げ加工が施されている。軌道面２ａには、全面に超仕上げ加工が施されている。第１の曲面２ｈ及び第２の曲面２ｉには、すくなくとも軌道面２ａとの境界を含む領域に超仕上げ加工が施され、好ましくは曲面２ｈ，２ｉの全面に超仕上げ加工が施されている。軌道面２ａ、第１の曲面２ｈ、及び第２の曲面２ｉの表面粗さは、Ｒａ０．２０μｍ以下となっている。一方、内輪２のヌスミ部２ｆ，２ｇには超仕上げ加工が施されておらず、旋削加工されたままの状態となっている。ヌスミ部２ｆ，２ｇの表面粗さは、超仕上げが施された軌道面２ａ等よりも大きく、具体的にはＲａ２．０μｍ以上となっている。

本実施形態の円すいころ軸受１は、例えば、内輪２の内径が１５〜１２０ｍｍの範囲、外輪３の外径が３０〜２５０ｍｍの範囲、組み幅（外輪３の小径側端面３ｃと内輪２の大径側端面２ｃとの軸方向幅Ｌ、図１参照）が７〜５０ｍｍの範囲で設定される。また、本実施形態の円すいころ軸受１は、円すいころ４が高密度で充填されており、具体的には下記の式で表されるころ係数γが、γ＞０．９４となっている。
γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径

保持器５は、小径側環状部５ａと、大径側環状部５ｂと、小径側環状部５ａと大径側環状部５ｂとを軸方向につなぐ複数の柱部５ｃとを有する（図１及び図２参照）。保持器５は、円すいころ４の中心よりも外径側で、且つ、外輪３とは接触しない位置に配される。柱部５ｃのうち、円すいころ４と接触する柱面５ｄは、周方向で対向する柱面５ｄとの間隔が内径に行くほど広がるように傾斜している。

内輪２に設けられた第１の曲面２ｈの曲率半径Ｒ１と、円すいころ４の転動面４ａのうち、第１の曲面２ｈと対向する部分の曲率半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１は、転動面４ａに生じるエッジ応力が基準値（４０００ＭＰａ）以下となるように設定される。具体的には、例えば、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒに基づいて荷重条件を設定した場合、Ｒ２／Ｒ１が３２００以下となるようにＲ１，Ｒ２の値が設定される。本実施形態では、ころ転動面４ａが単一の円弧曲線で構成されるため、上記の曲率半径Ｒ２は、ころ転動面４ａの曲率半径Ｒｒと一致する（図４参照）。また、円すいころ軸受１の適用範囲を広げる（より厳しい荷重条件で使用可能とする）場合、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒではなく、基本静ラジアル定格荷重Ｃｏｒに基づいて荷重条件を設定することが好ましい。この場合、例えば、Ｒ２／Ｒ１が７００以下となるように、Ｒ１，Ｒ２の値が設定される。

同様に、内輪２の外周面に設けられた第２の曲面２ｉの曲率半径Ｒ３と、円すいころ４の転動面４ａのうち、第２の曲面２ｉと対向する部分の曲率半径Ｒ４との比Ｒ４／Ｒ３は、３２００以下とされ、好ましくは７００以下とされる。本実施形態では、ころ転動面４ａが単一の円弧曲線で構成されるため、上記の曲率半径Ｒ４は、ころ転動面４ａの曲率半径Ｒｒと一致する（図５参照）。

尚、ころ転動面４ａが、対数曲線等の非円弧曲線や、複数の曲線で構成される場合は、円すいころ４を内輪２に対して正規の位置に配した状態（すなわち、円すいころ４の大径側の端面４ｂを内輪２の大鍔部２ｅに当接させた状態、図１参照）で、ころ転動面４ａのうち、内輪２の第１の曲面２ｈと対向する部分の曲率半径がＲ２となり、第２の曲面２ｉと対向する部分の曲率半径がＲ４となる。

円すいころ軸受１は、円すいころ４の大径側端面４ｂと内輪２の大鍔部２ｅとを摺接させながら、内輪２と外輪３とが相対回転する。円すいころ軸受１が定常状態で運転しているときには、内輪２の円弧状の軌道面２ａと円すいころ４の円弧状の転動面４ａの中央部同士が接触するため、内輪２の軌道面２ａの端部（ヌスミ部２ｆ，２ｇとの境界）と円すいころ４の転動面４ａとが接触することはない。しかし、円すいころ軸受１に大きな負荷荷重が加わったり、大きなミスアライメントが生じたりすると、内輪２の軌道面２ａの端部が円すいころ４の転動面４ａに接触することがある。特に、内輪２の大径側ヌスミ部２ｇは幅広に形成されるため、軌道面２ａの大径側の端部は、円すいころ４の転動面４ａのうち、ドロップ量が比較的小さい領域と対向する（図４参照）。このため、内輪２の軌道面２ａの大径側の端部は円すいころ４の転動面４ａと接触しやすい。

本実施形態では、上記のように、内輪２の軌道面２ａと大径側ヌスミ部２ｇとの間に、軌道面２ａと同等の超仕上げ加工が施された第１の曲面２ｈを設けたことにより、この部分が円すいころ４の転動面４ａと接触したときの面圧を大幅に低減することができる。これにより、転動面４ａの端部と中央部との面圧差が小さくなり、軌道面４ａの内部に生じるせん断力が低減され、軸受寿命を延ばすことが可能となる。

同様に、内輪２の軌道面２ａと小径側ヌスミ部２ｆとの間に、軌道面２ａと同等の超仕上げ加工が施された第２の曲面２ｉを設けたことにより、この部分が円すいころ４の転動面４ａと接触したときの面圧を大幅に低減され、軌道面４ａの面圧がさらに均一化される。

また、本実施形態では、上記のように、内輪２の第１の曲面２ｈの曲率半径Ｒ１と、円すいころ４の転動面４ａのうち、第１の曲面２ｈと対向する部分の曲率半径Ｒ２（＝Ｒｒ）との比Ｒ２／Ｒ１が３２００以下に設定されているため、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒに基づく荷重条件下においてエッジ応力が基準値を超えることがなく、軸受の長寿命化が図られる。さらに、Ｒ２／Ｒ１を７００以下に設定すれば、より厳しい基本静ラジアル定格荷重Ｃｏｒに基づく荷重条件下でもエッジ応力が基準値を超えることがなく、軸受のさらなる長寿命化が図られる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、内輪２の軌道面２ａ及び外輪３の軌道面３ａは、略直線状としてもよい。この場合、軌道面２ａ，３ａが、加工誤差等により各軌道面２ａ，３ａの母線方向中央部を凹ませた凹面となると、円すいころ４との接触により有害な応力集中が発生する恐れがある。従って、軌道面２ａ，３ａを略直線状とする場合でも、ごく僅かのクラウニング形状を付与して、端部のドロップ量がマイナスとなる事態を確実に回避することが好ましい。具体的には、内輪２の軌道面２ａの幅Ｗｉと両端のドロップ量Ｄｉとの比Ｗｉ／Ｄｉ、及び、外輪３の軌道面３ａの幅Ｗｏと両端のドロップ量Ｄｏとの比Ｗｏ／Ｄｏが、それぞれ４００００００より小さくなるように、各軌道面２ａ，３ａの曲率半径Ｒｉ、Ｒｏを設定することが好ましい。また、軌道面２ａ，３ａを略直線状として加工を容易化する観点からは、Ｗｉ／Ｄｉ、Ｗｏ／Ｄｏがそれぞれ５０００より大きくなるように、各軌道面２ａ，３ａの曲率半径Ｒｉ、Ｒｏを設定することが好ましい。

また、内輪２の軌道面２ａの小径側に設けられた第２の曲面２ｉは、円すいころ４の転動面４ａの端部付近のドロップ量が比較的大きい部分と対向するため、軌道面２ａの大径側に設けられた第１の曲面２ｈと比べて、円すいころ４の転動面４ａと接触する恐れが低い。従って、第２の曲面２ｉを省略したり、あるいは第２の曲面２ｉに対する超仕上げ加工を省略したりしてもよい。

以下、本発明の効果を確認するための試験について説明する。

本試験では、図１〜５に示す円すいころ軸受と同様の構成を有し、軌道面及びころ転動面の諸元の異なる複数のサンプルを対象とした。具体的には、サイズの異なる２種類の軸受Ａ及び軸受Ｂについて、内輪２の第１の曲面２ｈの曲率半径Ｒ１と、円すいころ４の転動面４ａの曲率半径Ｒｒ（＝Ｒ２）との比Ｒ２／Ｒ１を異ならせたサンプル１〜３０を設定した（表１〜表４参照）。軸受Ａ及び軸受Ｂの各寸法は、下記の通りである。

［軸受Ａ］
内輪２の内径：φ４１．２７５ｍｍ
外輪３の外径：φ８２．５５ｍｍ
組み幅：２６．５４３ｍｍ
［軸受Ｂ］
内輪２の内径：φ６５ｍｍ
外輪３の外径：φ１４０ｍｍ
組み幅：３６ｍｍ

そして、各サンプルに所定の荷重を負荷したときの面圧（Ｐedge）と中央部最大面圧（Ｐmax）とを有限要素法に基づいて測定（算出）した。尚、図６に示すように、エッジ面圧Ｐedgeとは、内輪２の軌道面２ａの端部で急激に立ち上がった面圧の最大値であり、中央部最大面圧Ｐmaxとは、内輪２の軌道面２ａの中央部付近における面圧の極大値である。本試験では、自動車のトランスミッションユニット及びデファレンシャルユニットに組み込まれた円すいころ軸受の使用環境を調査し、大きな荷重が付加される場合の荷重条件を以下の通りとした。
・定常状態での高負荷荷重条件＝０．４Ｃｒ
・低頻度状態での高負荷荷重条件＝０．４Ｃｏｒ
ただし、Ｃｒ：基本動ラジアル定格荷重、Ｃｏｒ：基本静ラジアル定格荷重

上記の荷重条件における各サンプルのエッジ面圧Ｐedge及び中央部最大面圧Ｐmaxを測定し、これらの基準値（４０００ＭＰａ）に対する割合を上記の表１〜表４に示す。

表１及び表３に示すように、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒに基づく定常状態での高負荷荷重条件では、Ｒ２／Ｒ１≦２５００であるサンプル１〜４、１６〜１９は、エッジ面圧Ｐedgeが中央部最大面圧Ｐmaxを超えておらず、エッジ面圧が実質的に発生していない（判定○）。また、２５００＜Ｒ２／Ｒ１≦３２００であるサンプル５及びサンプル２０は、エッジ面圧Ｐedgeが中央部最大面圧Ｐmaxを超えているが、基準値を超えていない。従って、これらのサンプルについては、エッジ面圧が発生しているものの、その大きさは許容範囲内であると言える（判定△）。また、Ｒ２／Ｒ１＞３２００であるサンプル６、７、２１、２２については、基準値を超えたエッジ面圧Ｐedgeが発生している（判定×）。

以上の結果から、基本動ラジアル定格荷重Ｃｒに基づく定常状態での高負荷荷重条件では、Ｒ２／Ｒ１を３２００以下、好ましくは２５００以下とすることで、大きなエッジ面圧の発生を防止できることが確認された。

また、表２及び表４に示すように、基本静ラジアル定格荷重Ｃｏｒに基づく低頻度状態での高負荷荷重条件では、Ｒ２／Ｒ１≦５００であるサンプル８〜１０、２３〜２５については、エッジ面圧Ｐedgeが中央部最大面圧Ｐmaxを超えておらず、エッジ面圧Ｐedgeが実質的に発生していない（判定○）。また、５００＜Ｒ２／Ｒ１≦７００であるサンプル１１、１２、２６、２７は、エッジ面圧Ｐedgeが中央部最大面圧Ｐmaxを超えているが、基準値を超えていないため、その大きさは許容範囲内であると言える（判定△）。また、Ｒ２／Ｒ１＞７００であるサンプル１３〜１５、２８〜３０については、基準値を超えたエッジ面圧Ｐedgeが発生している（判定×）。

以上の結果から、基本静ラジアル定格荷重Ｃｏｒに基づく定常状態での高負荷荷重条件では、Ｒ２／Ｒ１を７００以下、好ましくは５００以下とすることで、大きなエッジ面圧の発生を防止できることが確認された。

１円すいころ軸受
２内輪
２ａ軌道面
２ｄ小鍔部
２ｅ大鍔部
２ｆ小径側ヌスミ部
２ｇ大径側ヌスミ部
２ｈ第１の曲面
２ｉ第２の曲面
３外輪
３ａ軌道面
４円すいころ
４ａ転動面
５保持器

Claims

外周にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配され、外周面に転動面を有する複数の円すいころと、前記複数の円すいころを所定間隔で保持する保持器とを備えた円すいころ軸受であって、
各円すいころの転動面の両端のドロップ量が、前記内輪の軌道面の両端のドロップ量よりも大きく、
前記内輪が、軌道面の大径側に設けられた大鍔部と、軌道面と大鍔部との間に設けられた大径側ヌスミ部と、軌道面と大径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第１の曲面とを有し、
前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１と、各円すいころの転動面のうち、少なくとも前記第１の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１が３２００以下である円すいころ軸受。
前記第１の曲面の曲率半径Ｒ１と、各円すいころの転動面のうち、少なくとも前記第１の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１が７００以下である請求項１記載の円すいころ軸受。
前記内輪が、軌道面の小径側に設けられた小鍔部と、軌道面と小鍔部との間に設けられた小径側ヌスミ部と、軌道面と小径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第２の曲面とを有し、
前記第２の曲面に超仕上げが施された請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
前記内輪が、軌道面の小径側に設けられた小鍔部と、軌道面と小鍔部との間に設けられた小径側ヌスミ部と、軌道面と小径側ヌスミ部とを滑らかに連続する第２の曲面とを有し、
前記第２の曲面の曲率半径Ｒ３と、前記円すいころの転動面のうち、少なくとも前記第２の曲面と対向する部分の曲率半径Ｒ４との比Ｒ４／Ｒ３が３２００以下である請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
請求項１〜４の何れかに記載の円すいころ軸受と、前記円すいころ軸受の内輪の内周面に固定された回転軸と、前記円すいころ軸受の外輪の外周面に固定されたハウジングとを備えた自動車用トランスミッションユニット。
請求項１〜４の何れかに記載の円すいころ軸受と、前記円すいころ軸受の内輪の内周面に固定された回転軸と、前記円すいころ軸受の外輪の外周面に固定されたハウジングとを備えた自動車用デファレンシャルギヤユニット。