JP6882915B2 - Tapered roller bearing - Google Patents

Tapered roller bearing Download PDF

Info

Publication number
JP6882915B2
JP6882915B2 JP2017063970A JP2017063970A JP6882915B2 JP 6882915 B2 JP6882915 B2 JP 6882915B2 JP 2017063970 A JP2017063970 A JP 2017063970A JP 2017063970 A JP2017063970 A JP 2017063970A JP 6882915 B2 JP6882915 B2 JP 6882915B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crowning
conical roller
inner ring
roller bearing
small
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017063970A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018165565A (en
Inventor
崇 川井
崇 川井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp filed Critical NTN Corp
Priority to JP2017063970A priority Critical patent/JP6882915B2/en
Priority to US16/497,763 priority patent/US10830279B2/en
Priority to PCT/JP2018/012126 priority patent/WO2018181174A1/en
Priority to EP18777846.9A priority patent/EP3604840B1/en
Priority to EP21216182.2A priority patent/EP4001680B1/en
Publication of JP2018165565A publication Critical patent/JP2018165565A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6882915B2 publication Critical patent/JP6882915B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

この発明は、円錐ころ軸受に関するものである。 The present invention relates to tapered roller bearings.

近年の省燃費化取組みに伴い自動車用トランスミッションおよびデファレンシャルでは、軸受の小型化が進んでいる。これに伴い、軸受に許されるスペースは小さくなり、小型軸受で高荷重を受ける必要が生じている。更に、アルミニウム製のハウジングの採用により軸受に含まれるケースの剛性が低下し軸傾きが大きくなっているため、軸受は高ミスアライメント環境でも耐久性が求められる。以上の背景により、小型軸受でありながらミスアライメントを含む大きな荷重が受けられる円錐ころ軸受が用いられるケースが増えつつある。 With recent efforts to reduce fuel consumption, bearings are becoming smaller in automobile transmissions and differentials. Along with this, the space allowed for bearings has become smaller, and it has become necessary for small bearings to receive high loads. Further, the adoption of the aluminum housing reduces the rigidity of the case included in the bearing and increases the axial inclination, so that the bearing is required to have durability even in a highly misaligned environment. Due to the above background, there are an increasing number of cases where tapered roller bearings, which are small bearings but can receive a large load including misalignment, are used.

このような省燃費化の一環として、たとえば特開2009−197904号公報(特許文献1)に開示される軸受部品においては、対数関数で表されるクラウニングの輪郭線を得ることが提案されている。またたとえば特開2003−226918号公報(特許文献2)においては、長寿命化を図るために、FA処理(結晶粒微細化強化処理)と呼ばれる特殊な熱処理により微細化された窒化層を含ませた構成を有する軸受部品が開示されている。 As a part of such fuel saving, for example, in the bearing parts disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-197904 (Patent Document 1), it has been proposed to obtain a crowning contour line represented by a logarithmic function. .. Further, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-226918 (Patent Document 2), in order to extend the life, a nitride layer refined by a special heat treatment called FA treatment (crystal grain refinement strengthening treatment) is included. Bearing parts having such a configuration are disclosed.

特開2009−197904号公報JP-A-2009-197904 特開2003−226918号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-226918

しかしながら、対数関数で表されるクラウニングの輪郭線と、FA処理による微細化された窒化層とを併せ持つ構成はこれまで提案されていなかったため、自動車の省燃費化への貢献が十分とは言えなかった。 However, since a configuration having both a crowning contour line represented by a logarithmic function and a miniaturized nitrided layer by FA processing has not been proposed so far, it cannot be said that the contribution to fuel efficiency of automobiles is sufficient. It was.

また円錐ころ軸受は、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の増加により、トルク損失が大きくなることが分かっている。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油が切欠きから外径側の外輪側へ速やかに逃げる構成とすることにより、いっそう省燃費化およびトルク損失の低減を進める必要がある。 Further, it is known that the torque loss of the conical roller bearing increases due to the increase of the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side. For this reason, it is necessary to further reduce fuel consumption and torque loss by making the structure in which the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side quickly escapes from the notch to the outer ring side on the outer diameter side. ..

そこで、この発明の課題は、使用時のトルク損失を低減することが可能であるとともに、さらなる長寿命化および耐久性の向上が得られる円錐ころ軸受を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a conical roller bearing which can reduce torque loss during use and can further extend the service life and improve durability.

本発明に係る円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、複数の円錐ころと、保持器とを備える。外輪は内周面において外輪軌道面を有する。内輪は外周面において内輪軌道面を有し、外輪に対して径方向内側に配置される。複数の円錐ころは外輪軌道面と内輪軌道面との間に配列され、外輪軌道面および内輪軌道面と接触する転動面を有する。保持器は、周方向に所定の間隔で配置されている複数のポケットを含み、複数の円錐ころの各々を複数のポケットの各々に収容保持している。保持器は、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐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を含む。ポケットが、円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側となり、かつ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ている。保持器のポケットの狭幅側の柱部に切欠きを小環状部と柱部との境界から大環状部の方へ幅をもたせて設けたことにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油が切欠きから外径側の外輪側へ速やかに逃げるようにし、小環状部のポケット側の縁を、ポケットの狭幅側の底辺部分が柱部まで延びた形状とする。外輪、内輪および複数の円錐ころのうちの少なくともいずれか1つは、外輪軌道面、内輪軌道面または転動面の表面層に形成された窒素富化層を含む。表面層の最表面から窒素富化層の底部までの距離は0.2mm以上である。円錐ころの転動面にはクラウニングが形成される。クラウニングのドロップ量の和は、円錐ころの転動面の母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lを円錐ころにおける転動面の有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aを円錐ころの転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、式(1)で表される。 The conical roller bearing according to the present invention includes an outer ring, an inner ring, a plurality of conical rollers, and a cage. The outer ring has an outer ring raceway surface on the inner peripheral surface. The inner ring has an inner ring raceway surface on the outer peripheral surface, and is arranged radially inward with respect to the outer ring. The plurality of conical rollers are arranged between the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface, and have a rolling surface that contacts the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface. The cage includes a plurality of pockets arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and each of the plurality of conical rollers is housed and held in each of the plurality of pockets. The cage includes a small annular portion connected on the small-diameter end face side of the conical roller, a macrocyclic portion connected on the large-diameter end face side of the conical roller, and a plurality of pillar portions connecting these annular portions. The pocket is formed in a trapezoidal shape in which the portion for accommodating the small diameter side of the conical roller is on the narrow side and the portion accommodating the large diameter side is on the wide side. A notch is provided in the narrow pillar portion of the pocket of the cage so as to have a width from the boundary between the small annular portion and the pillar portion toward the large annular portion, so that the inflow flows from the inner diameter side of the cage to the inner ring side. The lubricating oil to be used is quickly escaped from the notch to the outer ring side on the outer diameter side, and the pocket-side edge of the small annular portion has a shape in which the bottom portion on the narrow side of the pocket extends to the pillar portion. At least one of the outer ring, the inner ring and the plurality of conical rollers includes a nitrogen-enriched layer formed on the surface layer of the outer ring raceway surface, the inner ring raceway surface or the rolling surface. The distance from the outermost surface of the surface layer to the bottom of the nitrogen-enriched layer is 0.2 mm or more. Crowning is formed on the rolling surface of the conical roller. The sum of the drop amount of the crowning is a generatrix of the rolling surface of the tapered rollers and y-axis, the generatrix orthogonal direction in y-z coordinate system with the z-axis, K 1, K 2, z m design parameters, the Q Load, L is the length of the effective contact part of the rolling surface of the conical roller in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is from the origin on the generatrix of the rolling surface of the conical roller to the end of the effective contact part. When the length of A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the equation (1).

Figure 0006882915
Figure 0006882915

本発明によれば、保持器の内径側から前記内輪側へ流入する潤滑油が前記切欠きから外径側の前記外輪側へ速やかに逃げるようにすることにより、使用時のトルク損失を低減できる円錐ころ軸受を提供することができる。またさらなる長寿命化および耐久性の向上が得られる円錐ころ軸受を提供することができる。 According to the present invention, the torque loss during use can be reduced by allowing the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side to quickly escape from the notch to the outer ring side on the outer diameter side. Conical roller bearings can be provided. Further, it is possible to provide a conical roller bearing which can further extend the life and improve the durability.

本実施の形態に係る円錐ころ軸受の大雑把な構成を示す概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which shows the rough structure of the conical roller bearing which concerns on this embodiment. 図1に示した円錐ころ軸受の要部の拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part of the conical roller bearing shown in FIG. 図1に示した円錐ころ軸受の円錐ころの部分断面模式図である。It is a partial cross-sectional schematic diagram of the conical roller of the conical roller bearing shown in FIG. 図3に示した円錐ころの拡大部分断面模式図である。It is a schematic cross-sectional view of the enlarged partial of the conical roller shown in FIG. クラウニング形状の一例を示すy−z座標図である。It is a yz coordinate diagram which shows an example of a crowning shape. 軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。It is a schematic diagram which illustrated the microstructure of a bearing part, especially the former austenite grain boundary. 輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころを示す図である。It is a figure which shows the time when the crowning which the contour line is represented by a logarithmic function is provided. 部分円弧のクラウニングとストレート部を設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。It is the figure which superposed the contour line of the roller which provided the crowning and the straight part of a partial arc, and the contact surface pressure on the rolling surface of a roller. 本実施の形態の円錐ころ軸受の大鍔面および小鍔面を定義するために図1よりも詳細に示す概略断面図である。It is schematic cross-sectional view which shows in more detail than FIG. 1 in order to define the large flange surface and the small flange surface of the conical roller bearing of this embodiment. 図9の要部の拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the main part of FIG. 本実施の形態に係る円錐ころ軸受の保持器の展開平面図である。It is a development plan view of the cage of the conical roller bearing which concerns on this embodiment. 本実施の形態の円錐ころ軸受の大鍔、小鍔および逃げ部を定義するために図1よりも詳細に示す概略断面図である。It is the schematic cross-sectional view which shows in more detail than FIG. 1 in order to define the large collar, the small collar and the relief part of the conical roller bearing of this embodiment. 図12の円錐ころ軸受のクラウニング形状を示す図である。It is a figure which shows the crowning shape of the conical roller bearing of FIG. 図12の円錐ころの母線方向座標とドロップ量との関係を表す図である。It is a figure which shows the relationship between the generatrix direction coordinate of the conical roller of FIG. 12 and the drop amount. Misesの相当応力の最大値と対数クラウニングパラメータとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the maximum value of the equivalent stress of Mises, and the logarithmic crowning parameter. 図12に対する第1変形例に係る円錐ころ軸受に含まれる円錐ころのクラウニング形状を示す図である。It is a figure which shows the crowning shape of the conical roller included in the conical roller bearing which concerns on the 1st modification with respect to FIG. 図12に対する第2変形例に係る円錐ころ軸受に含まれる円錐ころのクラウニング形状を示す図である。It is a figure which shows the crowning shape of the conical roller included in the conical roller bearing which concerns on the 2nd modification with respect to FIG. 円錐ころ軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of a conical roller bearing. 図18の熱処理工程における熱処理パターンを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heat treatment pattern in the heat treatment process of FIG. 図19に示した熱処理パターンの変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the heat treatment pattern shown in FIG. 比較例としての軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。It is a schematic diagram which illustrated the microstructure of the bearing component as a comparative example, especially the former austenite grain boundary. 本実施の形態の円錐ころ軸受の保持器の、図11とは異なる例の展開平面図である。It is a developed plan view of the cage of the conical roller bearing of this embodiment, which is different from FIG. 本実施の形態の円錐ころ軸受の保持器の変形例の展開平面図である。It is a developed plan view of the modification of the cage of the conical roller bearing of this embodiment. 本実施の形態に係る円錐ころ軸受を備えるディファレンシャルを示す縦断面図である。It is a vertical cross-sectional view which shows the differential which includes the conical roller bearing which concerns on this embodiment. 本実施の形態に係る円錐ころ軸受を備えるトランスミッションを示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the transmission which comprises the conical roller bearing which concerns on this embodiment. 図24中の円錐ころ軸受の軸受内部への潤滑油の流れを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow of the lubricating oil into the bearing of the conical roller bearing in FIG. 24. トルク測定試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the torque measurement test.

以下、図面に基づいて、この発明の実施形態を説明する。
以下、本実施の形態の円錐ころ軸受について、図1および後述の図9を中心に、段階的に説明する。まず図1〜図4を用いて、本実施の形態の円錐ころ軸受のうち、後述の図9にて初出する特徴を除く部分の特徴について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Hereinafter, the conical roller bearing of the present embodiment will be described step by step with reference to FIG. 1 and FIG. 9 described later. First, with reference to FIGS. 1 to 4, the features of the portion of the conical roller bearing of the present embodiment, excluding the features first appearing in FIG. 9, which will be described later, will be described.

図1に示す円錐ころ軸受10は、外輪11と、内輪13と、複数の円錐ころとしてのころ12と、保持器14とを主に備えている。外輪11は、環形状を有し、内周面に外輪軌道面としての軌道面11Aを有している。内輪13は、環形状を有し、外周面に内輪軌道面としての軌道面13Aを有している。内輪13は、軌道面13Aが軌道面11Aに対向するように外輪11の内径側に配置されている。なお以下の説明において、円錐ころ軸受10の中心軸に沿った方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿った方向を「周方向」と呼ぶ。 The conical roller bearing 10 shown in FIG. 1 mainly includes an outer ring 11, an inner ring 13, a roller 12 as a plurality of conical rollers, and a cage 14. The outer ring 11 has a ring shape, and has a raceway surface 11A as an outer ring raceway surface on the inner peripheral surface. The inner ring 13 has a ring shape, and has a raceway surface 13A as an inner ring raceway surface on the outer peripheral surface. The inner ring 13 is arranged on the inner diameter side of the outer ring 11 so that the raceway surface 13A faces the raceway surface 11A. In the following description, the direction along the central axis of the conical roller bearing 10 is the "axial direction", the direction orthogonal to the central axis is the "diameter direction", and the direction along the arc centered on the central axis is the "circumferential direction". ".

ころ12は、外輪11の内周面上に配置されている。ころ12はころ転動面としての転動面12Aを有し、当該転動面12Aにおいて軌道面13Aおよび軌道面11Aに接触する。複数のころ12は合成樹脂からなる保持器14により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、ころ12は、外輪11および内輪13の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、円錐ころ軸受10は、軌道面11Aを含む円錐、軌道面13Aを含む円錐、およびころ12が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の1点で交わるように構成されている。このような構成により、円錐ころ軸受10の外輪11および内輪13は、互いに相対的に回転可能となっている。なお、保持器14は樹脂製に限らず、金属製であってもよい。 The rollers 12 are arranged on the inner peripheral surface of the outer ring 11. The roller 12 has a rolling surface 12A as a roller rolling surface, and is in contact with the raceway surface 13A and the raceway surface 11A on the rolling surface 12A. The plurality of rollers 12 are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by a cage 14 made of synthetic resin. As a result, the roller 12 is rotatably held on the annular orbit of the outer ring 11 and the inner ring 13. Further, in the conical roller bearing 10, each apex of the cone including the raceway surface 11A, the cone including the raceway surface 13A, and the cone including the locus of the rotation axis when the roller 12 rolls is one point on the center line of the bearing. It is configured to intersect at. With such a configuration, the outer ring 11 and the inner ring 13 of the conical roller bearing 10 can rotate relative to each other. The cage 14 is not limited to the resin, and may be made of metal.

外輪11、内輪13、ころ12を構成する材料は鋼であってもよい。当該鋼は、窒素富化層11B、12B、13B以外の部分で、少なくとも炭素を0.6質量%以上1.2質量%以下、珪素を0.15質量%以上1.1質量%以下、マンガンを0.3質量%以上1.5質量%以下含む。上記鋼は、さらに2.0質量%以下のクロムを含んでいてもよい。 The material constituting the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 may be steel. The steel has at least 0.6% by mass or more and 1.2% by mass or less of carbon, 0.15% by mass or more and 1.1% by mass or less of silicon, and manganese in parts other than the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B. Is included in an amount of 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less. The steel may further contain 2.0% by mass or less of chromium.

上記の構成において、炭素が1.2質量%を超えると、球状化焼鈍を行なっても素材硬度が高いので冷間加工性を阻害し、冷間加工を行なう場合に十分な冷間加工量と、加工精度を得ることができない。また、浸炭窒化処理時に過浸炭組織になりやすく、割れ強度が低下する危険性がある。他方、炭素含有量が0.6質量%未満の場合には、所要の表面硬さと残留オーステナイト量を確保するのに長時間を必要としたり、再加熱後の焼入れで必要な内部硬さが得られにくくなる。 In the above configuration, if carbon exceeds 1.2% by mass, the material hardness is high even if spheroidizing annealing is performed, which hinders cold workability, and a sufficient amount of cold work is performed when cold work is performed. , Processing accuracy cannot be obtained. In addition, the carburized nitriding treatment tends to cause an over-carburized structure, and there is a risk that the crack strength is lowered. On the other hand, when the carbon content is less than 0.6% by mass, it takes a long time to secure the required surface hardness and the amount of retained austenite, or the internal hardness required for quenching after reheating is obtained. It becomes difficult to get rid of.

Si含有率を0.15〜1.1質量%とするのは、Siが耐焼戻し軟化抵抗を高めて耐熱性を確保し、異物混入潤滑下での転がり疲労寿命特性を改善することができるからである。Si含有率が0.15質量%未満では異物混入潤滑下での転がり疲労寿命特性が改善されず、一方、Si含有率が1.1質量%を超えると焼きならし後の硬度を高くしすぎて冷間加工性を阻害する。 The reason why the Si content is 0.15 to 1.1% by mass is that Si can increase tempering resistance and softening resistance to ensure heat resistance and improve rolling fatigue life characteristics under lubrication mixed with foreign matter. Is. If the Si content is less than 0.15% by mass, the rolling fatigue life characteristics under lubrication with foreign substances are not improved, while if the Si content exceeds 1.1% by mass, the hardness after normalizing becomes too high. Inhibits cold workability.

Mnは浸炭窒化層と芯部の焼入れ硬化能を確保するのに有効である。Mn含有率が0.3質量%未満では、十分な焼入れ硬化能を得ることができず、芯部において十分な強度を確保することができない。一方、Mn含有率が1.5質量%を超えると、硬化能が過大になりすぎ、焼きならし後の硬度が高くなり冷間加工性が阻害される。また、オーステナイトを安定化しすぎて芯部の残留オーステナイト量を過大にして経年寸法変化を助長する。さらに、鋼が2.0質量%以下のクロムを含むことにより、表層部においてクロムの炭化物や窒化物を析出して表層部の硬度を向上しやすくなる。Cr含有率を2.0質量%以下としたのは、2.0質量%を超えると冷間加工性が著しく低下したり、2.0質量%を超えて含有しても上記表層部の硬度向上の効果が小さいからである。 Mn is effective in ensuring the quench hardening ability of the carburized nitride layer and the core portion. If the Mn content is less than 0.3% by mass, sufficient quenching and curing ability cannot be obtained, and sufficient strength cannot be secured in the core portion. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5% by mass, the curing ability becomes excessive, the hardness after normalizing becomes high, and the cold workability is impaired. In addition, it stabilizes austenite too much and excessively increases the amount of retained austenite in the core portion, which promotes dimensional change over time. Further, when the steel contains 2.0% by mass or less of chromium, carbides and nitrides of chromium are precipitated in the surface layer portion, and the hardness of the surface layer portion can be easily improved. The reason why the Cr content is 2.0% by mass or less is that the cold workability is remarkably lowered when it exceeds 2.0% by mass, and the hardness of the surface layer portion is determined even if it is contained in excess of 2.0% by mass. This is because the effect of improvement is small.

なお、本開示の鋼は、言うまでもなくFeを主成分とし、上記の元素の他に不可避的不純物を含んでいてもよい。不可避的不純物としては、リン(P)、硫黄(S)、窒素(N)、酸素(O)、アルミ(Al)などがある。これらの不可避的不純物元素の量は、それぞれ0.1質量%以下である。 Needless to say, the steel of the present disclosure contains Fe as a main component and may contain unavoidable impurities in addition to the above elements. Inevitable impurities include phosphorus (P), sulfur (S), nitrogen (N), oxygen (O), aluminum (Al) and the like. The amount of each of these unavoidable impurity elements is 0.1% by mass or less.

また異なる観点から言えば、外輪11および内輪13は、軸受用材料の一例である鋼材、たとえばJIS規格SUJ2からなるものであることが好ましい。ころ12は、軸受用材料の一例である鋼材、たとえばJIS規格SUJ2により構成されてもよい。また、ころ12は、他の材料、たとえばサイアロン焼結体により構成されていてもよい。 From a different point of view, the outer ring 11 and the inner ring 13 are preferably made of a steel material which is an example of a bearing material, for example, JIS standard SUJ2. The roller 12 may be made of a steel material which is an example of a bearing material, for example, JIS standard SUJ2. Further, the roller 12 may be made of another material, for example, a Sialon sintered body.

図2に示すように、外輪11の軌道面11Aおよび内輪13の軌道面13Aには窒素富化層11B、13Bが形成されている。内輪13では、窒素富化層13Bが軌道面13Aから、後述する小鍔面および大鍔面にまで延在している。窒素富化層11B、13Bは、それぞれ外輪11の未窒化部11Cまたは内輪13の未窒化部13Cより窒素濃度が高くなっている領域である。また、ころ12の転動面12Aを含む表面には窒素富化層12Bが形成されている。ころ12の窒素富化層12Bは、ころ12の未窒化部12Cより窒素濃度が高くなっている領域である。窒素富化層11B、12B、13Bは、たとえば浸炭窒化処理、窒化処理など従来周知の任意の方法により形成できる。 As shown in FIG. 2, nitrogen-enriched layers 11B and 13B are formed on the raceway surface 11A of the outer ring 11 and the raceway surface 13A of the inner ring 13. In the inner ring 13, the nitrogen-enriched layer 13B extends from the raceway surface 13A to the small collar surface and the large flange surface described later. The nitrogen-enriched layers 11B and 13B are regions in which the nitrogen concentration is higher than that of the unnitrided portion 11C of the outer ring 11 or the unnitrided portion 13C of the inner ring 13, respectively. Further, a nitrogen-enriched layer 12B is formed on the surface of the roller 12 including the rolling surface 12A. The nitrogen-enriched layer 12B of the roller 12 is a region where the nitrogen concentration is higher than that of the unnitrided portion 12C of the roller 12. The nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B can be formed by any conventionally known method such as carburizing nitriding treatment and nitriding treatment.

なお、ころ12のみに窒素富化層12Bを形成してもよいし、外輪11のみに窒素富化層11Bを形成してもよいし、内輪13のみに窒素富化層13Bを形成してもよい。あるいは、外輪11、内輪13、ころ12のうちの2つに窒素富化層を形成してもよい。 The nitrogen-enriched layer 12B may be formed only on the rollers 12, the nitrogen-enriched layer 11B may be formed only on the outer ring 11, or the nitrogen-enriched layer 13B may be formed only on the inner ring 13. Good. Alternatively, a nitrogen-enriched layer may be formed on two of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12.

図3に示すように、ころ12の転動面12A(図2参照)は、両端部に位置し、クラウニングが形成されたクラウニング部22、24と、このクラウニング部22、24の間を繋ぐ中央部23とを含む。中央部23にはクラウニングは形成されておらず、ころ12の回転軸である中心線26に沿った方向での断面における中央部23の形状は直線状である。ころ12の左側の端面である小端面17とクラウニング部22との間には面取り部21が形成されている。右側の端面である大端面16とクラウニング部24との間にも面取り部25が形成されている。 As shown in FIG. 3, the rolling surfaces 12A (see FIG. 2) of the rollers 12 are located at both ends and are centrally connected between the crowning portions 22 and 24 on which the crowning is formed and the crowning portions 22 and 24. Including part 23. No crowning is formed in the central portion 23, and the shape of the central portion 23 in the cross section in the direction along the center line 26, which is the rotation axis of the roller 12, is linear. A chamfered portion 21 is formed between the small end surface 17 which is the left end surface of the roller 12 and the crowning portion 22. A chamfered portion 25 is also formed between the large end surface 16 which is the right end surface and the crowning portion 24.

ここで、ころ12の製造方法において、窒素富化層12Bを形成する処理(浸炭窒化処理)を実施するときには、ころ12にはクラウニングが形成されておらず、ころ12の外形は図4の点線で示される加工前表面12Eとなっている。この状態で窒素富化層が形成された後、仕上げ加工として図4の矢印に示すようにころ12の側面が加工され、図3および図4に示すように、クラウニングが形成されたクラウニング部22、24が得られる。 Here, in the method for producing the roller 12, when the treatment for forming the nitrogen-enriched layer 12B (carburizing nitriding treatment) is performed, the roller 12 is not crowned, and the outer shape of the roller 12 is the dotted line in FIG. The surface is 12E before processing, which is indicated by. After the nitrogen-enriched layer is formed in this state, the side surface of the roller 12 is processed as shown by the arrow in FIG. 4 as a finishing process, and the crowning portion 22 is formed as shown in FIGS. 3 and 4. , 24 is obtained.

ころ12における窒素富化層12Bの深さ、すなわち窒素富化層12Bの最表面から窒素富化層12Bの底部までの距離は、0.2mm以上となっている。具体的には、面取り部21とクラウニング部22との境界点である第1測定点31、小端面17から距離Wが1.5mmの位置である第2測定点32、ころ12の転動面12Aの中央である第3測定点33において、それぞれの位置での窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3が0.2mm以上となっている。ここで、上記窒素富化層12Bの深さとは、ころ12の中心線26に直交するとともに外周側に向かう径方向における窒素富化層12Bの厚さを意味する。なお、窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3の値は、面取り部21、25の形状やサイズ、さらに窒素富化層12Bを形成する処理および上記仕上げ加工の条件などのプロセス条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、図4に示した構成例では、上述のように窒素富化層12Bが形成された後にクラウニング22Aが形成される。このため図4に示すように窒素富化層12Bの深さT2は他の深さT1、T3より小さくなっている。しかし上述したプロセス条件を変更することで、上記窒素富化層12Bの深さT1、T2、T3の値の大小関係は適宜変更することができる。 The depth of the nitrogen-enriched layer 12B at the roller 12, that is, the distance from the outermost surface of the nitrogen-enriched layer 12B to the bottom of the nitrogen-enriched layer 12B is 0.2 mm or more. Specifically, the first measurement point 31, which is the boundary point between the chamfered portion 21 and the crowning portion 22, the second measuring point 32, which is a position where the distance W is 1.5 mm from the small end surface 17, and the rolling surface of the roller 12. At the third measurement point 33, which is the center of 12A, the depths T1, T2, and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B at each position are 0.2 mm or more. Here, the depth of the nitrogen-enriched layer 12B means the thickness of the nitrogen-enriched layer 12B in the radial direction orthogonal to the center line 26 of the rollers 12 and toward the outer peripheral side. The values of the depths T1, T2, and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B are set according to the process conditions such as the shape and size of the chamfered portions 21 and 25, the process for forming the nitrogen-enriched layer 12B, and the finishing conditions. It can be changed as appropriate. For example, in the configuration example shown in FIG. 4, the crowning 22A is formed after the nitrogen-enriched layer 12B is formed as described above. Therefore, as shown in FIG. 4, the depth T2 of the nitrogen-enriched layer 12B is smaller than the other depths T1 and T3. However, by changing the process conditions described above, the magnitude relationship between the values of the depths T1, T2, and T3 of the nitrogen-enriched layer 12B can be appropriately changed.

また、外輪11および内輪13における窒素富化層11B、13Bについても、その最表面から窒素富化層11B、13Bの底部までの距離である窒素富化層11B、13Bの厚さは0.2mm以上である。ここで、窒素富化層11B、13Bの厚さは、窒素富化層11B、13Bの最表面に対して垂直な方向における窒素富化層11B,13Bまでの距離を意味する。 Further, regarding the nitrogen-enriched layers 11B and 13B in the outer ring 11 and the inner ring 13, the thickness of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B, which is the distance from the outermost surface to the bottom of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B, is 0.2 mm. That is all. Here, the thicknesses of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B mean the distances to the nitrogen-enriched layers 11B and 13B in the direction perpendicular to the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B and 13B.

ころ12のクラウニング部22、24に形成されたクラウニングの形状は、以下のように規定される。すなわち、クラウニングのドロップ量の和は、ころ12の転動面12Aの母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lをころ12における転動面12Aの有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aをころ12の転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、下記の式(1)で表される。 The shape of the crowning formed on the crowning portions 22 and 24 of the roller 12 is defined as follows. That is, the sum of the crowning drop amounts has K 1 , K 2 , and z m as design parameters in the y-z coordinate system in which the bus of the rolling surface 12A of the roller 12 is the y-axis and the direction orthogonal to the bus is the z-axis. , Q is the load, L is the length of the effective contact portion of the rolling surface 12A on the roller 12 in the direction of the bus, E'is the equivalent elastic modulus, and a is the effective contact part from the origin taken on the bus of the rolling surface of the roller 12. When the length to the end of is A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the following equation (1).

Figure 0006882915
Figure 0006882915

図5では、ころ12の母線をy軸とし、ころ12の母線上であって内輪13又は外輪11ところ12の有効接触部の中央部に原点Oをとると共に、母線直交方向(半径方向)にz軸をとったy−z座標系に、上記式(1)で表されるクラウニングの一例を示している。図5において縦軸はz軸、横軸はy軸である。有効接触部は、ころ12にクラウニングを形成していない場合の内輪13又は外輪11ところ12との接触部位である。また、円錐ころ軸受10を構成する複数のころ12の各クラウニングは、通常、有効接触部の中央部を通るz軸に関して線対称に形成されるので、図5では、一方のクラウニング22Aのみを示している。 In FIG. 5, the generatrix of the roller 12 is set as the y-axis, the origin O is set at the center of the effective contact portion of the inner ring 13 or the outer ring 11 and 12 on the generatrix of the roller 12, and the origin O is set in the direction orthogonal to the bus (radial direction). An example of crowning represented by the above equation (1) is shown in the yz coordinate system taking the z-axis. In FIG. 5, the vertical axis is the z-axis and the horizontal axis is the y-axis. The effective contact portion is a contact portion with the inner ring 13 or the outer ring 11 and 12 when no crowning is formed on the rollers 12. Further, since each crowning of the plurality of rollers 12 constituting the conical roller bearing 10 is usually formed line-symmetrically with respect to the z-axis passing through the central portion of the effective contact portion, only one crowning 22A is shown in FIG. ing.

荷重Q、有効接触部の母線方向長さL、および、等価弾性係数E’は、設計条件として与えられ、原点から有効接触部の端部までの長さaは、原点の位置によって定められる値である。 The load Q, the length L of the effective contact portion in the generatrix direction, and the equivalent elastic modulus E'are given as design conditions, and the length a from the origin to the end of the effective contact portion is a value determined by the position of the origin. Is.

上記式(1)において、z(y)は、ころ12の母線方向位置yにおけるクラウニング22Aのドロップ量を示しており、クラウニング22Aの始点O1の座標は(a−Ka,0)であるから、式(1)におけるyの範囲は、y>(a−Ka)である。また、図5では、原点Oを有効接触部の中央部にとっているので、a=L/2となる。さらに、原点Oからクラウニング22Aの始点O1までの領域は、クラウニングが形成されていない中央部(ストレート部分)であるから、0≦y≦(a−Ka)のとき、z(y)=0となる。 In the above equation (1), z (y) indicates the drop amount of the crowning 22A at the position y in the generatrix direction of the roller 12, and the coordinates of the starting point O1 of the crowning 22A are (a-K 2 a, 0). Therefore, the range of y in the equation (1) is y> (a-K 2 a). Further, in FIG. 5, since the origin O is located at the center of the effective contact portion, a = L / 2. Further, since the region from the origin O to the start point O1 of the crowning 22A is the central portion (straight portion) where the crowning is not formed, when 0 ≦ y ≦ (a−K 2 a), z (y) = It becomes 0.

設計パラメータKは荷重Qの倍率、幾何学的にはクラウニング22Aの曲率の程度を意味している。設計パラメータKは、原点Oから有効接触部の端部までの母線方向長さaに対するクラウニング22Aの母線方向長さymの割合を意味している(K=ym/a)。設計パラメータzは、有効接触部の端部におけるドロップ量、即ちクラウニング22Aの最大ドロップ量を意味している。 The design parameter K 1 means the magnification of the load Q, and geometrically, the degree of curvature of the crowning 22A. The design parameter K 2 means the ratio of the generatrix length ym of the crowning 22A to the generatrix length a from the origin O to the end of the effective contact portion (K 2 = ym / a). Design parameters z m is meant the maximum drop amount of drop amount, i.e. crowning 22A at the end of the effective contact portion.

ここで、後述する図7に示したころのクラウニングは、設計パラメータK=1であってストレート部の無いフルクライニングであり、エッジロードが発生しない十分なドロップ量が確保されている。しかしながら、ドロップ量が過大であると、加工時に、材料取りされた素材から生じる取代が大きくなり、コスト増大を招くこととなる。そこで、以下のように、式(1)の設計パラメータK,K,zの最適化を行う。 Here, the crowning at the time shown in FIG. 7, which will be described later, is a full climbing with a design parameter K 2 = 1 and no straight portion, and a sufficient drop amount is secured so that edge load does not occur. However, if the amount of drop is excessive, the removal allowance generated from the material taken during processing becomes large, which leads to an increase in cost. Therefore, the design parameters K 1 , K 2 , and z m of the equation (1) are optimized as follows.

設計パラメータK,K,zの最適化手法としては種々のものを採用することができ、例えば、Rosenbrock法等の直接探索法を採用することができる。ここで、ころの転動面における表面起点の損傷は面圧に依存するので、最適化の目的関数を面圧とすることにより、希薄潤滑下における接触面の油膜切れを防止するクラウニングを得ることができる。 Various methods can be adopted as the optimization method for the design parameters K 1 , K 2 , z m , and for example, a direct search method such as the Rosenblock method can be adopted. Here, since the damage of the surface starting point on the rolling surface of the roller depends on the surface pressure, by setting the objective function of the optimization as the surface pressure, it is possible to obtain crowning that prevents the oil film on the contact surface from running out under dilute lubrication. Can be done.

また、ころに対数クラウニングを施す場合、ころの加工精度を確保するためには転動面の中央部分にストレート部分(中央部23)を設けるのが好ましい。この場合は、Kを一定の値とし、K,zについて最適化すればよい。 Further, when logarithmic crowning is applied to the rollers, it is preferable to provide a straight portion (central portion 23) at the central portion of the rolling surface in order to ensure the machining accuracy of the rollers. In this case, K 2 may be set to a constant value, and K 1 and z m may be optimized.

図6は、窒素富化層12Bにおけるミクロ組織を示している。本実施の形態における窒素富化層12Bにおける旧オーステナイト結晶粒径はJIS規格の粒度番号が10以上となっており、従来の一般的な焼入れ加工品と比べても十分に微細化されている。 FIG. 6 shows the microstructure in the nitrogen-enriched layer 12B. The particle size of the old austenite crystal in the nitrogen-enriched layer 12B in the present embodiment has a particle size number of JIS standard of 10 or more, which is sufficiently finer than that of a conventional general hardened product.

ここで窒素濃度の測定方法について説明する。外輪11、ころ12、内輪13などの軸受部品について、それぞれ窒素富化層11B,12B、13Bが形成された領域の表面に垂直な断面について、EPMA(Electron Probe Micro Analysis)により深さ方向で線分析を行う。測定は、各軸受部品を測定位置から表面に垂直な方向に切断することで切断面を露出させ、当該切断面において測定を行う。たとえば、ころ12については、図3に示した第1測定点31〜第3測定点33のそれぞれの位置から、中心線26と垂直な方向にころ12を切断することで切断面を露出させる。当該切断面において、ころ12の表面から内部に向かって0.05mmの位置となる複数の測定位置にて、上記EPMAにより窒素濃度について分析を行う。たとえば、上記測定位置を5か所決定し、当該5か所での測定データの平均値をころ12の窒素濃度とする。 Here, a method for measuring the nitrogen concentration will be described. For bearing parts such as the outer ring 11, roller 12, and inner ring 13, the cross section perpendicular to the surface of the region where the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B are formed is lined in the depth direction by EPMA (Electron Probe Micro Analysis), respectively. Perform analysis. In the measurement, each bearing component is cut from the measurement position in the direction perpendicular to the surface to expose the cut surface, and the measurement is performed on the cut surface. For example, with respect to the roller 12, the cut surface is exposed by cutting the roller 12 in the direction perpendicular to the center line 26 from each position of the first measurement point 31 to the third measurement point 33 shown in FIG. The nitrogen concentration is analyzed by the EPMA at a plurality of measurement positions located 0.05 mm inward from the surface of the roller 12 on the cut surface. For example, the measurement positions are determined at five locations, and the average value of the measurement data at the five locations is defined as the nitrogen concentration of the roller 12.

また、外輪11および内輪13については、軌道面11A、13Aにおいて軸受の中心軸方向における中央部を測定位置として、中心軸および当該中心軸に直交する径方向に沿った断面を露出させた後、当該断面について上記と同様の手法により窒素濃度の測定を行う。 Regarding the outer ring 11 and the inner ring 13, after exposing the central axis and the cross section along the radial direction orthogonal to the central axis with the central portion in the central axis direction of the bearing as the measurement position on the raceway surfaces 11A and 13A, The nitrogen concentration of the cross section is measured by the same method as described above.

最表面から窒素富化層の底部までの距離の測定方法:
外輪11および内輪13については、上記窒素濃度の測定方法において測定対象とした断面につき、表面から深さ方向において硬度分布を測定する。測定装置としてはビッカース硬さ測定機を用いることができる。500℃×1hの焼き戻し後の円錐ころ軸受10において、深さ方向に並ぶ複数の測定点、たとえば0.5mm間隔に配置された測定点において硬度測定を実施する。そして、ビッカース硬さがHV450以上の領域を窒素富化層とする。
How to measure the distance from the outermost surface to the bottom of the nitrogen-enriched layer:
For the outer ring 11 and the inner ring 13, the hardness distribution of the cross section to be measured in the above nitrogen concentration measuring method is measured in the depth direction from the surface. A Vickers hardness measuring machine can be used as the measuring device. In the cone roller bearing 10 after tempering at 500 ° C. × 1 h, hardness measurement is performed at a plurality of measurement points arranged in the depth direction, for example, measurement points arranged at intervals of 0.5 mm. Then, a region having a Vickers hardness of HV450 or higher is designated as a nitrogen-enriched layer.

また、ころ12については、図3に示した第1測定点31での断面において、上記のように深さ方向での硬度分布を測定し、窒素富化層の領域を決定する。 Regarding the roller 12, in the cross section at the first measurement point 31 shown in FIG. 3, the hardness distribution in the depth direction is measured as described above, and the region of the nitrogen-enriched layer is determined.

旧オーステナイト結晶粒径の測定方法は、JIS規格G0551:2013に規定された方法を用いる。測定を行う断面は、窒素富化層の底部までの距離の測定方法において測定を行った断面とする。これにより旧オーステナイト結晶の粒度番号が測定できる。 As the method for measuring the crystal grain size of the former austenite, the method specified in JIS standard G0551: 2013 is used. The cross section to be measured shall be the cross section measured by the method for measuring the distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer. This makes it possible to measure the particle size number of the old austenite crystal.

ころ12のクラウニング形状について、任意の方法により測定できる。たとえば、ころ12の形状を表面性状測定機により測定することにより、クラウニング形状を測定してもよい。 The crowning shape of the roller 12 can be measured by any method. For example, the crowning shape may be measured by measuring the shape of the roller 12 with a surface texture measuring machine.

以上のようにすれば、外輪11、内輪13、円錐ころとしてのころ12の少なくともいずれか1つにおいて旧オーステナイト結晶粒径が十分微細化された窒素富化層11B、12B、13Bが形成されているので、高い転動疲労寿命を有した上で、シャルピー衝撃値、破壊靭性値、圧壊強度などを向上させることができる。 As described above, the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having sufficiently finely divided old austenite crystal grain size are formed in at least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 as a conical roller. Therefore, it is possible to improve the Charpy impact value, fracture toughness value, crush strength, etc. while having a high rolling fatigue life.

また、ころ12の転動面12Aに上記式(1)によりドロップ量の和が表されるような、輪郭線が対数関数で表されるクラウニング(いわゆる対数クラウニング)を設けているので、従来の部分円弧で表されるクラウニングを形成した場合より局所的な面圧の上昇を抑制でき、ころ12の転動面12Aにおける摩耗の発生を抑制できる。 Further, since the rolling surface 12A of the roller 12 is provided with crowning (so-called logarithmic crowning) in which the contour line is represented by a logarithmic function so that the sum of the drop amounts is represented by the above equation (1), it is conventional. It is possible to suppress a local increase in surface pressure and suppress the occurrence of wear on the rolling surface 12A of the roller 12 as compared with the case where the crowning represented by the partial arc is formed.

ここで、上述した対数クラウニングの効果についてより詳細に説明する。図7は、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図8は、部分円弧のクラウニングとストレート部との間を補助円弧としたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図7および図8の左側の縦軸は、クラウニングのドロップ量(単位:mm)を示している。図7および図8の横軸は、ころにおける軸方向での位置(単位:mm)を示している。図7および図8の右側の縦軸は、接触面圧(単位:GPa)を示している。 Here, the effect of the logarithmic crowning described above will be described in more detail. FIG. 7 is a diagram showing the contour line of the roller provided with crowning whose contour line is represented by a logarithmic function and the contact surface pressure on the rolling surface of the roller in an overlapping manner. FIG. 8 is a diagram showing the contour line of a roller having an auxiliary arc between the crowning of the partial arc and the straight portion and the contact surface pressure on the rolling surface of the roller. The vertical axis on the left side of FIGS. 7 and 8 indicates the amount of crowning drop (unit: mm). The horizontal axis of FIGS. 7 and 8 indicates the axial position (unit: mm) of the roller. The vertical axis on the right side of FIGS. 7 and 8 shows the contact surface pressure (unit: GPa).

円錐ころの転動面の輪郭線を部分円弧のクラウニングとストレート部とを有する形状に形成した場合、図8に示すように、ストレート部、補助円弧及びクラウニング相互間の境界における勾配が連続であっても、曲率が不連続であると接触面圧が局所的に増加する。そのため、油膜切れや表面損傷を招く恐れがある。十分な膜厚の潤滑膜が形成されていないと、金属接触による摩耗が生じやすくなる。接触面に部分的に摩耗が生じると、その近辺で、より金属接触が生じやすい状態となるため、接触面の摩耗が促進され、円錐ころが損傷に至る不都合が生じる。 When the contour line of the rolling surface of the conical roller is formed into a shape having a crowning of a partial arc and a straight portion, as shown in FIG. 8, the gradient at the boundary between the straight portion, the auxiliary arc, and the crowning is continuous. However, if the curvature is discontinuous, the contact surface pressure will increase locally. Therefore, there is a risk of oil film running out and surface damage. If a lubricating film having a sufficient film thickness is not formed, wear due to metal contact is likely to occur. When the contact surface is partially worn, metal contact is more likely to occur in the vicinity thereof, so that the contact surface is worn more and the conical roller is damaged.

そこで、接触面としての円錐ころの転動面に、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けた場合、例えば図7に示すように、図8の部分円弧で表されるクラウニングを設けた場合と比べて局所的な面圧が低くなり、接触面に摩耗を生じ難くすることができる。したがって、円錐ころの転動面上に存在する潤滑剤の微量化や低粘度化により潤滑膜の膜厚が薄くなる場合においても、接触面の摩耗を防止し、円錐ころの損傷を防止することができる。なお、図7及び図8には、ころの母線方向を横軸とすると共に母線直交方向を縦軸とする直交座標系に、内輪又は外輪ところの有効接触部の中央部に横軸の原点Oを設定してころの輪郭線を示すと共に、面圧を縦軸として接触面圧を重ねて示している。このように、上述のような構成を採用することで長寿命かつ高い耐久性を示す円錐ころ軸受10を実現できる。 Therefore, when the rolling surface of the conical roller as the contact surface is provided with a crowning whose contour line is represented by a logarithmic function, for example, as shown in FIG. 7, a crowning represented by a partial arc of FIG. 8 is provided. The local surface pressure is lower than in the case, and the contact surface can be less likely to be worn. Therefore, even when the thickness of the lubricating film becomes thin due to a small amount of lubricant existing on the rolling surface of the conical roller or a decrease in viscosity, wear of the contact surface is prevented and damage to the conical roller is prevented. Can be done. In FIGS. 7 and 8, the origin O of the horizontal axis is located at the center of the effective contact portion of the inner ring or the outer ring in the Cartesian coordinate system in which the direction of the generatrix of the roller is the horizontal axis and the direction perpendicular to the generatrix is the vertical axis. Is set to show the outline of the roller, and the contact surface pressure is also shown with the surface pressure as the vertical axis. As described above, by adopting the above-described configuration, the conical roller bearing 10 exhibiting a long life and high durability can be realized.

上記円錐ころ軸受10において、最表面から0.05mmの深さ位置での窒素富化層11B、12B、13Bにおける窒素濃度が0.1質量%以上である。この場合、窒素富化層11B、12B,13Bの最表面における窒素濃度を十分な値とできることから、窒素富化層11B、12B、13Bの最表面の硬度を十分高くすることができる。また、上述した旧オーステナイト結晶粒径の粒度、窒素富化層の底部までの距離、窒素濃度といった条件は、図3の第1測定点31において少なくとも満足されていることが好ましい。 In the conical roller bearing 10, the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B at a depth of 0.05 mm from the outermost surface is 0.1% by mass or more. In this case, since the nitrogen concentration on the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B can be set to a sufficient value, the hardness of the outermost surfaces of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B can be sufficiently increased. Further, it is preferable that the above-mentioned conditions such as the particle size of the old austenite crystal particle size, the distance to the bottom of the nitrogen-enriched layer, and the nitrogen concentration are at least satisfied at the first measurement point 31 in FIG.

上記円錐ころ軸受10において、窒素富化層11B、12B、13Bが形成された外輪11、内輪13、およびころ12のうちの少なくともいずれか1つは鋼により構成される。当該鋼は、窒素富化層11B、12B、13B以外の部分、つまり未窒化部11C、12C、13Cにおいて、少なくとも炭素(C)を0.6質量%以上1.2質量%以下、珪素(Si)を0.15質量%以上1.1質量%以下、マンガン(Mn)を0.3質量%以上1.5質量%以下含む。上記円錐ころ軸受10において、鋼は、さらに2.0質量%以下のクロムを含んでいてもよい。この場合、本実施の形態において規定する構成の窒素富化層11B、12B、13Bを後述する熱処理などを用いて容易に形成できる。 In the conical roller bearing 10, at least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the roller 12 on which the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B are formed is made of steel. The steel has at least 0.6% by mass or more and 1.2% by mass or less of carbon (C) and silicon (Si) in the portions other than the nitrogen-enriched layers 11B, 12B and 13B, that is, the unnitrided portions 11C, 12C and 13C. ) Is contained in an amount of 0.15% by mass or more and 1.1% by mass or less, and manganese (Mn) is contained in an amount of 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less. In the tapered roller bearing 10, the steel may further contain 2.0% by mass or less of chromium. In this case, the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having the configurations specified in the present embodiment can be easily formed by using a heat treatment or the like described later.

上記円錐ころ軸受10において、上記式(1)における設計パラメータK,K,zのうちの少なくとも1つが、ころ12と外輪11またはころ12と内輪13との接触面圧を目的関数として最適化されている。 In the conical roller bearing 10, at least one of the design parameters K 1 , K 2 , z m in the above formula (1) uses the contact surface pressure between the roller 12 and the outer ring 11 or the roller 12 and the inner ring 13 as the objective function. Optimized.

上記設計パラメータK,K,zは、接触面圧、応力及び寿命のうちのいずれかを目的関数として最適化して定められるところ、表面起点の損傷は接触面圧に依存する。ここで、上記実施の形態によれば、接触面圧を目的関数として最適化して設計パラメータK,K,zを設定するので、潤滑剤が希薄な条件においても接触面の摩耗を防止できるクラウニングが得られる。 The design parameters K 1 , K 2 , z m are determined by optimizing any one of the contact surface pressure, stress, and life as an objective function, and the damage at the surface origin depends on the contact surface pressure. Here, according to the above embodiment, since the design parameters K 1 , K 2 , and z m are set by optimizing the contact surface pressure as an objective function, wear of the contact surface is prevented even under conditions where the lubricant is lean. You can get the crowning you can.

上記円錐ころ軸受10において、外輪11または内輪13の少なくともいずれか1つは、窒素富化層11B、13Bを含む。この場合、外輪11または内輪13の少なくともいずれかにおいて、結晶組織が微細化された窒素富化層11B、13Bが形成されることで、長寿命かつ高耐久性を有する外輪11または内輪13を得ることができる。 In the conical roller bearing 10, at least one of the outer ring 11 and the inner ring 13 includes nitrogen-enriched layers 11B and 13B. In this case, the nitrogen-enriched layers 11B and 13B having a fine crystal structure are formed in at least one of the outer ring 11 and the inner ring 13 to obtain the outer ring 11 or the inner ring 13 having a long life and high durability. be able to.

上記円錐ころ軸受10において、ころ12は窒素富化層12Bを含む。この場合、ころ12において、結晶組織が微細化された窒素富化層12Bが形成されることで、長寿命かつ高耐久性を有するころ12を得ることができる。 In the conical roller bearing 10, the roller 12 includes a nitrogen-enriched layer 12B. In this case, by forming the nitrogen-enriched layer 12B having a fine crystal structure on the rollers 12, the rollers 12 having a long life and high durability can be obtained.

図9は図1の基本的構成を前提として、より本実施の形態に近い特徴を有する態様として図示している。図9を参照して、本実施の形態の円錐ころ軸受10は、内輪13の軌道面13Aの大径側に大鍔面18、小径側に小鍔面19が設けられている。ころ12の大径側には大鍔面18と接触する大端面16が設けられ、ころ12の小径側には小鍔面19と接触する小端面17が設けられている。 FIG. 9 is shown as a mode having features closer to the present embodiment on the premise of the basic configuration of FIG. With reference to FIG. 9, the conical roller bearing 10 of the present embodiment is provided with a large collar surface 18 on the large diameter side of the raceway surface 13A of the inner ring 13 and a small collar surface 19 on the small diameter side. A large end surface 16 that contacts the large collar surface 18 is provided on the large diameter side of the roller 12, and a small end surface 17 that contacts the small collar surface 19 is provided on the small diameter side of the roller 12.

大鍔面18は、軌道面13Aの大径側端部と研削ぬすみ部を介して形成されている。大鍔面18は、円錐ころ軸受10の使用時にころ12の大端面16と接触することで、当該ころ12を案内する。小鍔面19は、軌道面13Aの小径側端部と研削ぬすみ部を介して形成されている。 The large flange surface 18 is formed via a large-diameter side end portion of the raceway surface 13A and a ground portion. The large flange surface 18 guides the roller 12 by coming into contact with the large end surface 16 of the roller 12 when the conical roller bearing 10 is used. The small flange surface 19 is formed via a small diameter side end portion of the raceway surface 13A and a ground portion.

また図10に拡大して示すように、内輪13の小鍔面19は、ころ12の小端面17と平行な研削加工面に仕上げられ、図中に一点鎖線で示す初期組立状態で、ころ12の小端面17と面接触している。小端面17は、ころ12の小鍔面19との間に隙間を有している。実線で示すころ12が正規の位置に落ち着いた状態、すなわち、ころ12の大端面16が内輪13の大鍔面18と接触した状態にて形成される、内輪13の小鍔面19ところ12の小端面17との隙間δが、δ≦0.4mmの寸法規制範囲内に入れられている。これにより、馴らし運転でのころ12が正規の位置に落ち着くまでに必要な回転回数を減らし、馴らし運転時間を短縮することができる。 Further, as shown enlarged in FIG. 10, the small flange surface 19 of the inner ring 13 is finished to be a ground surface parallel to the small end surface 17 of the roller 12, and the roller 12 is in the initial assembled state shown by the alternate long and short dash line in the drawing. Is in surface contact with the small end surface 17 of the above. The small end surface 17 has a gap between the small end surface 17 and the small flange surface 19 of the roller 12. The small flange surface 19 of the inner ring 13 is formed in a state where the roller 12 shown by the solid line is settled in a normal position, that is, in a state where the large end surface 16 of the roller 12 is in contact with the large flange surface 18 of the inner ring 13. The gap δ with the small end surface 17 is within the dimensional regulation range of δ ≦ 0.4 mm. As a result, the number of rotations required for the roller 12 to settle in the normal position during the break-in operation can be reduced, and the break-in operation time can be shortened.

図11に示すように、上記保持器14は、ころ12の小径端面側で連なる小環状部106と、ころ12の大径端面側で連なる大環状部107と、これらの小環状部106と大環状部107を連結する複数の柱部108とからなり、ころ12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109が形成されている。ポケット109は円錐ころ軸受10の周方向に所定の間隔で配置されている。また保持器14は複数のころ12の各々を複数のポケット109のそれぞれに収容保持している。ポケット109の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部108に2つずつ切欠き110a,110bが設けられており、各切欠き110a,110bの寸法は、いずれも深さ1.0mm、幅4.6mmとされている。 As shown in FIG. 11, the cage 14 has a small annular portion 106 connected on the small-diameter end face side of the roller 12, a large annular portion 107 connected on the large-diameter end face side of the roller 12, and these small annular portions 106. A trapezoidal pocket 109 is formed, which is composed of a plurality of pillars 108 connecting the annular portions 107, and the portion for accommodating the small diameter side of the roller 12 is the narrow side and the portion for accommodating the large diameter side is the wide side. There is. The pockets 109 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the conical roller bearing 10. Further, the cage 14 accommodates and holds each of the plurality of rollers 12 in each of the plurality of pockets 109. Two notches 110a and 110b are provided on the pillar portions 108 on both sides of the pocket 109 on the narrow side and the wide side, respectively, and the dimensions of the notches 110a and 110b are 1.0 mm in depth. , The width is 4.6 mm.

保持器14のポケット109の狭幅側の柱部に切欠きを小環状部106と柱部との境界から大環状部107の方へ幅をもたせて設けたことにより、保持器14の内径側から内輪側へ流入する潤滑油が切欠きから外径側の外輪側へ速やかに逃げるようにし、小環状部106のポケット109側の縁を、ポケット109の狭幅側の底辺部分が柱部まで延びた形状としている。 The inner diameter side of the cage 14 is provided by providing a notch in the pillar portion on the narrow side of the pocket 109 of the cage 14 so as to have a width from the boundary between the small annular portion 106 and the pillar portion toward the macrocyclic portion 107. Lubricating oil flowing from the inner ring side to the inner ring side is quickly escaped from the notch to the outer ring side on the outer diameter side, and the edge of the small annular portion 106 on the pocket 109 side is extended to the pillar portion on the narrow side of the pocket 109. It has an extended shape.

以上をまとめると、たとえば図9に示す本実施の形態の円錐ころ軸受10は、外輪11と、内輪13と、複数のころ12とを備える。外輪11は内周面において軌道面11Aを有する。内輪13は外周面において軌道面13Aを有し、外輪11に対して径方向内側に配置される。複数のころ12は、軌道面11Aと軌道面13Aとの間に配列され、軌道面11Aおよび軌道面13Aと接触する転動面12Aを有する。保持器14は、周方向に所定の間隔で配置されている複数のポケット109を含み、複数のころ12の各々を複数のポケット109の各々に収容保持している。保持器14は、ころ12の小径端面側で連なる小環状部106と、ころ12の大径端面側で連なる大環状部107と、これらの環状部106,107を連結する複数の柱部108とを含む。ポケット109が、ころ12の小径側を収納する部分が狭幅側となり、かつ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ている。保持器14のポケット109の狭幅側の柱部108に切欠き110a,110bを小環状部106と柱部108との境界から大環状部107の方へ幅をもたせて設けたことにより、保持器14の内径側から内輪13側へ流入する潤滑油が切欠き110a,110bから外径側の外輪11側へ速やかに逃げるようにし、小環状部106のポケット109側の縁を、ポケット109の狭幅側の底辺部分が柱部108まで延びた形状とする。外輪11、内輪13および複数のころ12のうちの少なくともいずれか1つは、軌道面11A、軌道面13Aまたは転動面12Aの表面層に形成された窒素富化層11B,12B,13Bを含む。表面層の最表面から窒素富化層11B,12B,13Bの底部までの距離は0.2mm以上である。ころ12の転動面12Aにはクラウニング部22,24が形成される。クラウニング部22,24のドロップ量の和は、円錐ころの転動面の母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lを円錐ころにおける転動面の有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aを円錐ころの転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、上記の式(1)で表される。ここまでの説明およびこれ以降の説明ともにすべて、本実施の形態の円錐ころ軸受10は本段落の上に記載した特徴を有することを前提としている。 Summarizing the above, for example, the conical roller bearing 10 of the present embodiment shown in FIG. 9 includes an outer ring 11, an inner ring 13, and a plurality of rollers 12. The outer ring 11 has a raceway surface 11A on the inner peripheral surface. The inner ring 13 has a raceway surface 13A on the outer peripheral surface, and is arranged radially inward with respect to the outer ring 11. The plurality of rollers 12 are arranged between the raceway surface 11A and the raceway surface 13A, and have a rolling surface 12A in contact with the raceway surface 11A and the raceway surface 13A. The cage 14 includes a plurality of pockets 109 arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and each of the plurality of rollers 12 is accommodated and held in each of the plurality of pockets 109. The cage 14 includes a small annular portion 106 connected on the small-diameter end face side of the roller 12, a large annular portion 107 connected on the large-diameter end face side of the roller 12, and a plurality of pillar portions 108 connecting these annular portions 106, 107. including. The pocket 109 is formed in a trapezoidal shape in which the portion for accommodating the small diameter side of the roller 12 is on the narrow side and the portion for accommodating the large diameter side is on the wide side. The notches 110a and 110b are provided in the narrow pillar portion 108 of the pocket 109 of the cage 14 so as to have a width from the boundary between the small annular portion 106 and the pillar portion 108 toward the large annular portion 107 to hold the cage. Lubricating oil flowing from the inner diameter side of the vessel 14 to the inner ring 13 side is made to quickly escape from the notches 110a and 110b to the outer ring 11 side on the outer diameter side, and the edge of the small annular portion 106 on the pocket 109 side is formed on the pocket 109. The shape is such that the bottom portion on the narrow width side extends to the pillar portion 108. At least one of the outer ring 11, the inner ring 13, and the plurality of rollers 12 includes nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B formed on the surface layer of the raceway surface 11A, the raceway surface 13A, or the rolling surface 12A. .. The distance from the outermost surface of the surface layer to the bottom of the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B is 0.2 mm or more. Crowning portions 22 and 24 are formed on the rolling surface 12A of the roller 12. For the sum of the drop amounts of the crowning portions 22 and 24, K 1 , K 2 , and z m are designed in the y-z coordinate system in which the generatrix of the rolling surface of the conical roller is the y-axis and the generatrix orthogonal direction is the z-axis. Parameters, Q is the load, L is the length of the effective contact part of the rolling surface of the conical roller in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is the effective contact part from the origin taken on the generatrix of the rolling surface of the conical roller. When the length to the end of is A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the above equation (1). Both the above description and the following description are based on the premise that the conical roller bearing 10 of the present embodiment has the characteristics described above in this paragraph.

潤滑油が外部から流入する部位に使用される円錐ころ軸受には、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。しかし、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錐ころ軸受では、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。 The conical roller bearing used for the part where the lubricating oil flows in from the outside is provided with a notch in the pocket of the cage, and the notch is provided so that the lubricating oil that flows in separately on the outer diameter side and the inner diameter side of the cage is provided. Some of them are designed to pass through the bearing to improve the circulation of lubricating oil inside the bearing. However, in a conical roller bearing in which the lubricating oil is divided into the outer diameter side and the inner diameter side of the cage and flows into the bearing, torque loss occurs when the proportion of the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side increases. It turned out to be bigger. The reason for this is considered as follows.

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錐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鍔があるので、その軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過したときに大鍔で堰き止められ、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。 That is, since the lubricating oil flowing from the outer diameter side of the cage to the outer ring side has no obstacle on the inner diameter surface of the outer ring, it smoothly passes along the raceway surface to the large diameter side of the conical roller and inside the bearing. However, the lubricating oil that flows from the inner diameter side of the cage to the inner ring side has a large bearing on the outer diameter surface of the inner ring, so when it passes along the raceway surface to the large diameter side of the conical roller. It is blocked by a large diameter and easily stays inside the bearing. Therefore, when the proportion of the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side increases, the amount of the lubricating oil staying inside the bearing increases, and this staying lubricating oil becomes a flow resistance against the rotation of the bearing and torques. The loss is expected to increase.

そこで、実施の形態1に係る円錐ころ軸受10では、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する潤滑油を、円錐ころの小径側を収納するポケットの狭幅側で切欠きから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減できるようにした。 Therefore, in the conical roller bearing 10 according to the first embodiment, the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side is supplied by providing a notch in the column portion on the narrow side of the trapezoidal pocket of the cage. On the narrow side of the pocket that houses the small diameter side of the tapered roller, it quickly escapes from the notch to the outer ring side, reducing the amount of lubricating oil that reaches the large collar along the raceway surface of the inner ring, and stays inside the bearing. The amount of lubricating oil has been reduced so that torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil can be reduced.

また図12および図13に示すように、本実施の形態の円錐ころ軸受は、軌道面13Aと大鍔41とが交わる隅部には、第1研削逃げ部43が形成され、軌道面13Aと小鍔42との隅部には、第2研削逃げ部44が形成されている。上記軌道面13Aは、内輪軸方向に延びる母線が直線となっている。外輪2の内周には、軌道面13Aに対向する軌道面11Aが形成され、鍔無しとされ、軌道面11Aは外輪軸方向に延びる母線が直線となっている。 Further, as shown in FIGS. 12 and 13, in the conical roller bearing of the present embodiment, the first grinding relief portion 43 is formed at the corner where the raceway surface 13A and the large collar 41 intersect, and the raceway surface 13A and A second grinding relief portion 44 is formed at a corner with the small collar 42. The raceway surface 13A has a straight bus line extending in the inner ring axis direction. A raceway surface 11A facing the raceway surface 13A is formed on the inner circumference of the outer ring 2 to be without a collar, and the raceway surface 11A has a straight bus line extending in the outer ring axial direction.

図12、図13に示すように、ころ12の外周の転動面12Aにはクラウニング部22としてのクラウニング22A,22Bと、クラウニング部24としてのクラウニング24A,24Bとを形成し、ころ12の両端には面取り部21,25が施されている。転動面12Aのクラウニング部22,24を、クラウニングが形成されたクラウニング形成部分と考えることができる。ここではクラウニング形成部分は具体的には、接触部クラウニング部分27と、非接触部クラウニング部分28として形成している。これらのうち接触部クラウニング部分27は、軌道面13Aの軸方向範囲にあって軌道面13Aに接する。非接触部クラウニング部分28は、軌道面13Aの軸方向範囲から外れて軌道面13Aに非接触となる。 As shown in FIGS. 12 and 13, crowning 22A and 22B as the crowning portion 22 and crowning 24A and 24B as the crowning portion 24 are formed on the rolling surface 12A on the outer circumference of the roller 12, and both ends of the roller 12 are formed. The chamfered portions 21 and 25 are provided on the surface. The crowning portions 22 and 24 of the rolling surface 12A can be considered as the crowning forming portions where the crowning is formed. Here, the crowning forming portion is specifically formed as a contact portion crowning portion 27 and a non-contact portion crowning portion 28. Of these, the contact portion crowning portion 27 is in the axial range of the raceway surface 13A and is in contact with the raceway surface 13A. The non-contact portion crowning portion 28 deviates from the axial range of the raceway surface 13A and becomes non-contact with the raceway surface 13A.

これら接触部クラウニング部分27と非接触部クラウニング部分28とは、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点P1で滑らかに連続する線である。上記接続点P1の近傍において、非接触部クラウニング部分28の母線の曲率R8を、接触部クラウニング部分27の母線の曲率R7よりも小さく設定している。上記「滑らかに連続する」とは、角を生じずに連続することであり、理想的には、接触部クラウニング部分27の母線と、非接触部クラウニング部分28の母線とが、互いの連続点において、共通の接線を持つように続くことで、すなわち上記母線が上記連続点で連続的微分可能な関数であることである。 The contact portion crowning portion 27 and the non-contact portion crowning portion 28 are lines in which the bus lines extending in the roller axis direction are represented by different functions and are smoothly continuous with each other at the connection point P1. In the vicinity of the connection point P1, the curvature R8 of the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is set to be smaller than the curvature R7 of the generatrix of the contact portion crowning portion 27. The above-mentioned "smoothly continuous" means that the bus is continuous without forming a corner, and ideally, the generatrix of the contact portion crowning portion 27 and the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 are continuous points with each other. By continuing to have a common tangent, that is, the generatrix is a continuously differentiable function at the continuation point.

この構成によると、ころ12の外周の転動面12Aにクラウニング部を形成したため、軌道面13Aのみにクラウニング部を形成する場合よりも、転動面12Aに砥石を必要十分に作用させ得る。よって転動面12Aに対する加工不良を未然に防止できる。転動面12Aに形成したクラウニング部22,24により、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受10の長寿命化を図ることができる。さらに、接触部クラウニング部分27と、非接触部クラウニング部分28との接続点P1の近傍において、非接触部クラウニング部分28の母線の曲率R8が、接触部クラウニング部分27の母線の曲率R7よりも小さいため、ころ12の両端部のドロップ量の低減を図ることができる。したがって、例えば従来の単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、ころ12の加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。 According to this configuration, since the crowning portion is formed on the rolling surface 12A on the outer periphery of the roller 12, the grindstone can act on the rolling surface 12A more and more than when the crowning portion is formed only on the raceway surface 13A. Therefore, it is possible to prevent processing defects on the rolling surface 12A. The crowning portions 22 and 24 formed on the rolling surface 12A can reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the conical roller bearing 10. Further, in the vicinity of the connection point P1 between the contact portion crowning portion 27 and the non-contact portion crowning portion 28, the curvature R8 of the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is smaller than the curvature R7 of the generatrix of the contact portion crowning portion 27. Therefore, it is possible to reduce the amount of drops at both ends of the roller 12. Therefore, for example, the grinding amount can be suppressed as compared with the conventional single arc crowning, the processing efficiency of the roller 12 can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

上記接触部クラウニング部分27の母線は、次式で表される対数クラウニングの対数曲線により形成されている。 The generatrix of the contact portion crowning portion 27 is formed by a logarithmic curve of logarithmic crowning represented by the following equation.

Figure 0006882915
Figure 0006882915

この対数クラウニングで表される接触部クラウニング部分27により、面圧や接触部の応力を低減し円錐ころ軸受10の長寿命化を図ることができる。 The contact portion crowning portion 27 represented by the logarithmic crowning can reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the conical roller bearing 10.

ところで、上記の式(1)のK、zについて数理的最適化手法を用いてクラウニングを最適化すると、本条件では、図14の「対数」のようなクラウニングとなる。このとき、ころ12のクラウニングの最大ドロップ量は69μmである。ところが、図14中のGの領域は、図12の内輪13の第1研削逃げ部43および第2研削逃げ部44と相対するクラウニング部24Bであり内輪13とは接触しない。このため、ころ12の上記Gの領域は、対数クラウニングである必要はなく、直線もしくは円弧あるいはその他の関数としても差し支えない。ころ12の上記Gの領域が直線、円弧、その他の関数であっても、ころ12の全体が対数クラウニングの場合と同一の面圧分布となり、機能上何ら遜色はない。 By the way, when the crowning is optimized by using the mathematical optimization method for K 1 and z m of the above equation (1), the crowning is as shown in the “logarithm” of FIG. 14 under this condition. At this time, the maximum drop amount of crowning of the roller 12 is 69 μm. However, the region G in FIG. 14 is a crowning portion 24B facing the first grinding relief portion 43 and the second grinding relief portion 44 of the inner ring 13 of FIG. 12, and does not come into contact with the inner ring 13. Therefore, the region of G of the roller 12 does not have to be logarithmic crowning, and may be a straight line, an arc, or other function. Even if the region of G of the roller 12 is a straight line, an arc, or another function, the entire roller 12 has the same surface pressure distribution as in the case of logarithmic crowning, and is functionally comparable.

対数クラウニングの数理的最適化手法について説明する。
対数クラウニングを表す関数式中のK,zを適切に選択することによって、最適な対数クラウニングを設計することができる。
The mathematical optimization method of logarithmic crowning will be described.
By appropriate selection of K 1, z m in a function expression representing the logarithm crowning can be designed optimal logarithmic crowning.

クラウニングは一般的に接触部の面圧もしくは応力の最大値を低下させるように設計する。ここでは,転動疲労寿命はMisesの降伏条件にしたがって発生すると考え、Misesの相当応力の最大値を最小にするようにK,zを選択する。 Crowning is generally designed to reduce the maximum surface pressure or stress at the contact. Here, it is considered that the rolling fatigue life occurs according to the Mises yield condition, and K 1 and z m are selected so as to minimize the maximum value of the Mises equivalent stress.

,zは適当な数理的最適化手法を用いて選択することが可能である。数理的最適化手法のアルゴリズムには種々のものが提案されているが、その一つである直接探索法は、関数の微係数を使用せずに最適化を実行することが可能であり、目的関数と変数が数式によって直接的に表現できない場合に有用である。ここでは、直接探索法の一つであるRosenbrock法を用いてK,zの最適値を求める。 K 1 , z m can be selected using an appropriate mathematical optimization method. Various algorithms have been proposed for mathematical optimization methods, and one of them, the direct search method, is capable of performing optimization without using the variable coefficients of the function, and has the purpose. This is useful when functions and variables cannot be directly represented by mathematical formulas. Here, finding the optimal value of K 1, z m using a Rosenbrock method, which is one of the direct search method.

上記条件、つまり円すいころ軸受、呼び番号30316に基本動定格荷重の35%のラジアル荷重が作用し、ミスアライメントが1/600である場合では、Misesの相当応力の最大値sMises_maxと対数クラウニングパラメータK,zは図15のような関係にある。K,zに適当な初期値を与え、Rosenbrok法の規則にしたがってK,zを修正していくと、図15中の最適値の組合せに到達し、sMises_maxは最小となる。 Under the above conditions, that is, when a radial load of 35% of the basic dynamic load rating acts on the tapered roller bearing, nominal number 30316, and the misalignment is 1/600, the maximum value sMises_max of the equivalent stress of Mises and the logarithmic crowning parameter K 1 , z m have the relationship as shown in FIG. If K 1 , z m is given an appropriate initial value and K 1 , z m is modified according to the rules of the Rosenbrok method, the optimum combination of values in FIG. 15 is reached, and sMises_max becomes the minimum.

ころ12と内輪13との接触を考える限りにおいては、図14におけるGの領域のクラウニングは、どのような形状でもよいが、外輪2との接触や加工時の砥石の成形性を考慮すれば、対数クラウニング部との接続点P1において、対数クラウニング部の勾配より小さな勾配となることは望ましくない。Gの領域のクラウニングについて、対数クラウニング部の勾配より大きな勾配を与えることは、ドロップ量が大きくなるため、これも望ましくない。すなわち、Gの領域のクラウニングと対数クラウニングは、その接続点P1で勾配が一致して滑らかに繋がるように設計されることが望ましい。図14において、ころ12のGの領域のクラウニングを、直線とした場合を点線にて例示し、円弧とした場合を太実線にて例示する。Gの領域のクラウニングを直線とした場合、ころ12のクラウニングのドロップ量Dpは例えば36μmとなる。Gの領域のクラウニングを円弧とした場合、ころ12のクラウニングのドロップ量Dpは例えば40μmとなる。 As long as the contact between the roller 12 and the inner ring 13 is considered, the crowning in the region G in FIG. 14 may have any shape, but considering the contact with the outer ring 2 and the formability of the grindstone at the time of processing, At the connection point P1 with the logarithmic crowning portion, it is not desirable that the gradient is smaller than the gradient of the logarithmic crowning portion. For the crowning of the region of G, it is not desirable to give a gradient larger than the gradient of the logarithmic crowning portion because the amount of drop increases. That is, it is desirable that the crowning in the region of G and the logarithmic crowning are designed so that the gradients match and are smoothly connected at the connection point P1. In FIG. 14, the case where the crowning of the region G of the roller 12 is a straight line is illustrated by a dotted line, and the case where it is an arc is illustrated by a thick solid line. When the crowning in the region of G is a straight line, the drop amount Dp of the crowning of the roller 12 is, for example, 36 μm. When the crowning in the region of G is an arc, the drop amount Dp of the crowning of the roller 12 is, for example, 40 μm.

非接触部クラウニング部分28の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が円弧であってもよい。この場合、ころ転動面全体の母線を例えば対数曲線で表すものより、ドロップ量Dpの低減を図ることができる。したがって、研削量の低減を図れる。図16に示すように、上記非接触部クラウニング部分28の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が直線であってもよい(図16の例では大径側の部分のみ直線)。この場合、非接触部クラウニング部分28の母線を円弧とする場合よりもさらにドロップ量Dpの低減を図ることができる。 The generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 may be an arc in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. In this case, the drop amount Dp can be reduced as compared with the generatrix of the entire roller rolling surface represented by, for example, a logarithmic curve. Therefore, the amount of grinding can be reduced. As shown in FIG. 16, the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 may be a straight line in either or both of the large-diameter side portion and the small-diameter side portion (in the example of FIG. 16, the large-diameter side). Only the part of is a straight line). In this case, the drop amount Dp can be further reduced as compared with the case where the generatrix of the non-contact portion crowning portion 28 is an arc.

接触部クラウニング部分27の母線の一部または全部が上記式(1)で示される対数クラウニングで表されてもよい。この対数クラウニングで表される接触部クラウニング部分27により、面圧や接触部の応力を低減し円すいころ軸受の長寿命化を図ることができる。 A part or all of the generatrix of the contact portion crowning portion 27 may be represented by the logarithmic crowning represented by the above formula (1). The contact portion crowning portion 27 represented by the logarithmic crowning can reduce the surface pressure and the stress of the contact portion and extend the life of the tapered roller bearing.

図17に示すように、接触部クラウニング部分27の母線が、ころ軸方向に沿って平坦に形成されたストレート部分27A(図3の中央部23と同義)と、対数クラウニングの対数曲線で形成された部分27Bとによって表されてもよい。 As shown in FIG. 17, the generatrix of the contact portion crowning portion 27 is formed by a straight portion 27A (synonymous with the central portion 23 in FIG. 3) formed flat along the roller axis direction and a logarithmic curve of logarithmic crowning. It may be represented by the portion 27B.

クラウニングの加工精度を確保するためには、ころ12の外周に、ストレート部分27Aが存在することが望ましい。そこでころ軸方向中央を基準として、小径側の部分と大径側の部分とで対称のクラウニング部22,24であるとすれば、対数クラウニング式(1)中の設計パラメータのうち、Kは固定され、Kとzが設計の対象となる。 In order to ensure the processing accuracy of crowning, it is desirable that the straight portion 27A exists on the outer circumference of the roller 12. Therefore, assuming that the crowning portions 22 and 24 are symmetrical between the small diameter side portion and the large diameter side portion with reference to the center in the roller axial direction, K 2 among the design parameters in the logarithmic crowning equation (1) is It is fixed and K 1 and z m are the objects of design.

以下、図18〜図21を用いて、円錐ころ軸受の製造方法を説明する。
図18に示すように、まず部品準備工程(S100)を実施する。この工程(S100)では、外輪11、内輪13、ころ12、保持器14などの軸受部品となるべき部材を準備する。なお、ころ12となるべき部材には、まだクラウニングは形成されておらず、当該部材の表面は図4の点線で示した加工前表面12Eとなっている。また図9に示すような大端面16および小端面17を有するようにころ12が形成され、かつ図9に示すような大鍔面18および小鍔面19を有するように内輪13が形成される。
Hereinafter, a method for manufacturing a conical roller bearing will be described with reference to FIGS. 18 to 21.
As shown in FIG. 18, first, the parts preparation step (S100) is carried out. In this step (S100), members to be bearing parts such as an outer ring 11, an inner ring 13, a roller 12, and a cage 14 are prepared. Crowning has not yet been formed on the member to be the roller 12, and the surface of the member is the unprocessed surface 12E shown by the dotted line in FIG. Further, the roller 12 is formed so as to have the large end surface 16 and the small end surface 17 as shown in FIG. 9, and the inner ring 13 is formed so as to have the large collar surface 18 and the small collar surface 19 as shown in FIG. ..

次に、熱処理工程(S200)を実施する。この工程(S200)では、上記軸受部品の特性を制御するため、所定の熱処理を実施する。たとえば、外輪11、ころ12、内輪13、の少なくともいずれか1つにおいて本実施形態に係る窒素富化層11B、12B、13Bを形成するため、浸炭窒化処理または窒化処理と、焼入れ処理、焼戻処理などを行う。この工程(S200)における熱処理パターンの一例を図19に示す。図19は、1次焼入れおよび2次焼入れを行う方法を示す熱処理パターンを示す。図20は、焼入れ途中で材料をA変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れる方法を示す熱処理パターンを示す。これらの図において、処理Tでは鋼の素地に炭素や窒素を拡散させまた炭素の溶け込みを十分に行なった後、A変態点未満に冷却する。次に、図中の処理Tにおいて、処理Tよりも低温に再加熱し、そこから油焼入れを施す。その後、たとえば加熱温度180℃の焼き戻し処理を実施する。 Next, the heat treatment step (S200) is carried out. In this step (S200), a predetermined heat treatment is performed in order to control the characteristics of the bearing component. For example, in order to form the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, 13B according to the present embodiment in at least one of the outer ring 11, the roller 12, and the inner ring 13, carburizing nitriding treatment or nitriding treatment, quenching treatment, and tempering treatment are performed. Perform processing etc. An example of the heat treatment pattern in this step (S200) is shown in FIG. FIG. 19 shows a heat treatment pattern showing a method of performing primary quenching and secondary quenching. Figure 20 is a material in the course quenching cooled to below the A 1 transformation point temperature, then, shows a heat treatment pattern reheated shows the final quenching Ru method. In these figures, in the treatment T 1 , carbon and nitrogen are diffused in the steel substrate, and after the carbon is sufficiently dissolved, the steel base is cooled to less than the A 1 transformation point. Next, in the treatment T 2 in the figure, the heat is reheated to a lower temperature than the treatment T 1 , and oil quenching is performed from there. Then, for example, a tempering treatment at a heating temperature of 180 ° C. is carried out.

上記の熱処理によれば、普通焼入れ、すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま1回焼入れするよりも、軸受部品の表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上記熱処理工程(S200)によれば、焼入れ組織となっている窒素富化層11B、12B、13Bにおいて、旧オーステナイト結晶粒の粒径が、図21に示した従来の焼入れ組織におけるミクロ組織と比較して2分の1以下となる、図6に示したようなミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けた軸受部品は、転動疲労に対して長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。 According to the above heat treatment, the crack strength is improved and the aging dimensional change rate is reduced while carburizing and nitriding the surface layer portion of the bearing component, rather than normal quenching, that is, carburizing and nitriding the bearing component and then quenching once. Can be done. According to the heat treatment step (S200), in the nitrogen-enriched layers 11B, 12B, and 13B having a hardened structure, the particle size of the former austenite crystal grains is compared with the microstructure in the conventional hardened structure shown in FIG. Therefore, it is possible to obtain a microstructure as shown in FIG. 6, which is less than half. The bearing component that has undergone the above heat treatment has a long life against rolling fatigue, can improve crack strength, and can reduce the rate of dimensional change over time.

次に、加工工程(S300)を実施する。この工程(S300)では、各軸受部品の最終的な形状となるように、仕上げ加工を行う。ころ12については、図4に示したように切削加工などの機械加工によりクラウニング22Aおよび面取り部21を形成する。 Next, the processing step (S300) is carried out. In this step (S300), finishing is performed so that the final shape of each bearing component is obtained. As for the roller 12, the crowning 22A and the chamfered portion 21 are formed by machining such as cutting as shown in FIG.

次に、組立工程(S400)を実施する。この工程(S400)では、上記のように準備された軸受部品を組み立てることにより、図9に示した円錐ころ軸受10を得る。このようにして、図1に示した円錐ころ軸受10を製造することができる。 Next, the assembly step (S400) is carried out. In this step (S400), the conical roller bearing 10 shown in FIG. 9 is obtained by assembling the bearing parts prepared as described above. In this way, the conical roller bearing 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

以下、本実施の形態の円錐ころ軸受10の保持器14の、図11とは異なる例について、図22を用いて説明する。これは図11の保持器14と基本的に同様の構成を備えるが、保持器14の切欠きの構成が異なっている。図22に示されるように、ポケット109の狭幅側の小環状部106にも切欠き110cが設けられ、狭幅側の3つの切欠き110a、110cの合計面積が、広幅側の2つの切欠き110bの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き110cは深さ1.0mm、幅5.7mmとされている。 Hereinafter, an example of the cage 14 of the conical roller bearing 10 of the present embodiment, which is different from FIG. 11, will be described with reference to FIG. 22. This has basically the same configuration as the cage 14 of FIG. 11, but the configuration of the notch of the cage 14 is different. As shown in FIG. 22, a notch 110c is also provided in the small annular portion 106 on the narrow side of the pocket 109, and the total area of the three notches 110a and 110c on the narrow side is the two cuts on the wide side. It is larger than the total area of the notch 110b. The notch 110c has a depth of 1.0 mm and a width of 5.7 mm.

図23に示した変形例は、狭幅側の柱部108の各切欠き110aの深さが1.5mmと広幅側の柱部108の各切欠き110bよりも深く形成され、狭幅側の各切欠き110aの合計面積が、広幅側の各切欠き110bの合計面積よりも広くなっている。 In the modified example shown in FIG. 23, the depth of each notch 110a of the pillar portion 108 on the narrow width side is 1.5 mm, which is formed deeper than each notch 110b of the pillar portion 108 on the wide width side, and is formed on the narrow side. The total area of each notch 110a is larger than the total area of each notch 110b on the wide side.

保持器14の小環状部106の軸方向外側には、図1に示したように、内輪13の小鍔42の外径面に対向させた径方向内向きの鍔50が設けられ、後の図26に示すように、この対向させた小環状部106の鍔50の内径面と内輪13の小鍔42の外径面との隙間δは、小鍔42の外径寸法の2.0%以下に狭く設定されている。 As shown in FIG. 1, a radial inward collar 50 facing the outer diameter surface of the small collar 42 of the inner ring 13 is provided on the outer side of the small annular portion 106 of the cage 14 in the axial direction. As shown in FIG. 26, the gap δ between the inner diameter surface of the collar 50 of the opposed small annular portion 106 and the outer diameter surface of the small collar 42 of the inner ring 13 is 2.0% of the outer diameter dimension of the small collar 42. It is set narrowly below.

最後に図24および図25を用いて、以上の本実施の形態の円錐ころ軸受10を自動車用デファレンシャルおよびトランスミッションに適用した例を示す。図24は、上述した円錐ころ軸受10を使用した自動車のデファレンシャルを示す。このデファレンシャルは、プロペラシャフト(図示省略)に連結され、デファレンシャルケース121に挿通されたドライブピニオン122が、差動歯車ケース123に取り付けられたリングギヤ124と噛み合わされ、差動歯車ケース123の内部に取り付けられたピニオンギヤ125が、差動歯車ケース123に左右から挿通されるドライブシャフト(図示省略)に連結されるサイドギヤ126と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達されるようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン122と差動歯車ケース123が、それぞれ一対の円錐ころ軸受10a、10bで支持されている。 Finally, FIGS. 24 and 25 show an example in which the conical roller bearing 10 of the present embodiment is applied to an automobile differential and a transmission. FIG. 24 shows a differential of an automobile using the above-mentioned tapered roller bearing 10. This differential is connected to a propeller shaft (not shown), and a drive pinion 122 inserted through the differential case 121 is meshed with a ring gear 124 attached to the differential gear case 123 and attached to the inside of the differential gear case 123. The pinion gear 125 is meshed with the side gear 126 connected to the drive shaft (not shown) inserted from the left and right into the differential gear case 123, and the driving force of the engine is transmitted from the propeller shaft to the left and right drive shafts. It has become like. In this differential, the drive pinion 122 and the differential gear case 123, which are power transmission shafts, are supported by a pair of conical roller bearings 10a and 10b, respectively.

各円錐ころ軸受10a、10bが高速で回転してその下部が油浴に漬かると、図26に矢印で示すように、油浴の潤滑油がころ12の小径側から保持器14の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器14の外径側から外輪11へ流入した潤滑油は、外輪11の軌道面11Aに沿ってころ12の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器14の内径側から内輪13側へ流入する潤滑油は、保持器14の小環状部106の鍔50と内輪13の小鍔42との隙間δが狭く設定されているので、保持器14の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、この隙間δから流入する潤滑油の大半は、ポケット109の狭幅側の柱部108に設けた切欠き10aを通過して、保持器14の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪13の軌道面13Aに沿って大鍔41まで到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。 When each of the conical roller bearings 10a and 10b rotates at high speed and the lower part thereof is immersed in the oil bath, as shown by the arrow in FIG. 26, the lubricating oil of the oil bath is transferred from the small diameter side of the roller 12 to the outer diameter side of the cage 14. The lubricating oil that flows into the bearing from the outer diameter side of the cage 14 to the outer ring 11 passes through the raceway surface 11A of the outer ring 11 to the larger diameter side of the roller 12 and is divided into the inner diameter side and the inner diameter side. It flows out from the inside. On the other hand, the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage 14 to the inner ring 13 side is held because the gap δ between the collar 50 of the small annular portion 106 of the cage 14 and the small collar 42 of the inner ring 13 is set narrow. Much less than the lubricating oil flowing in from the outer diameter side of the vessel 14, and most of the lubricating oil flowing in from this gap δ passes through the notch 10a provided in the pillar portion 108 on the narrow side of the pocket 109. Then, it moves to the outer diameter side of the cage 14. Therefore, the amount of the lubricating oil that reaches the large collar 41 along the raceway surface 13A of the inner ring 13 as it is becomes very small, and the amount of the lubricating oil that stays inside the bearing can be reduced.

本実施の形態の上記各例に係る円錐ころ軸受では、台形状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鍔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。 In the conical roller bearing according to each of the above examples of the present embodiment, the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side is supplied by providing a notch in the small annular portion on the narrow side of the trapezoidal pocket. The amount of lubricating oil that escapes from the notch in the small annular portion to the outer ring side and reaches the large bearing along the raceway surface of the inner ring can be further reduced, and the torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil can be further reduced. ..

台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に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摺接させることができる。 By providing a notch at least in the pillar portion on the wide side of the trapezoidal pocket, the conical rollers can be slidably contacted with the pillar portion in a well-balanced manner.

台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大鍔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。流入する潤滑油が狭幅側の切欠きから広幅側の切欠きよりも多く外径側の外輪側へ逃げるようにしているため、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。 By making the total area of the notches provided on the narrow side of the trapezoidal pocket wider than the total area of the notches provided on the wide side of the trapezoidal pocket, it reaches the large brim along the raceway surface of the inner ring. The amount of lubricating oil can be reduced to further reduce the torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil. Since the inflowing lubricating oil escapes from the notch on the narrow width side to the outer ring side on the outer diameter side more than the notch on the wide width side, the torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil can be further reduced.

保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と内輪の小鍔の外径面との隙間を、内輪の小鍔の外径寸法の2.0%以下とすることにより、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することができる。 An axially inward collar facing the outer diameter surface of the small collar of the inner ring is provided on the axially outer side of the small annular portion of the cage, and the inner diameter surface of the collar of the opposed small annular portion and the small collar of the inner ring are provided. By setting the gap between the outer diameter surface and the outer diameter of the inner ring to 2.0% or less of the outer diameter of the small collar of the inner ring, the amount of lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage to the inner ring side can be reduced, and the amount of lubricating oil can be reduced. The torque loss due to the flow resistance can be further reduced.

以下では、本実施の形態に係る円錐ころ軸受10の用途の一例について説明する。上述した円錐ころ軸受10は、たとえば、自動車のデファレンシャルまたはトランスミッションに好適である。すなわち円錐ころ軸受10を自動車用円錐ころ軸受として用いると好適である。なお本実施の形態の円錐ころ軸受10は、トランスミッション等の動力伝達装置の歯車軸支持用に組み込まれてもよい。図25を参照して、マニュアルトランスミッション100は、常時噛合い式のマニュアルトランスミッションであって、入力シャフト111と、出力シャフト112と、カウンターシャフト113と、ギア(歯車)114a〜114kと、ハウジング115とを備えている。 Hereinafter, an example of the use of the conical roller bearing 10 according to the present embodiment will be described. The above-mentioned conical roller bearing 10 is suitable for, for example, an automobile differential or transmission. That is, it is preferable to use the tapered roller bearing 10 as an automobile tapered roller bearing. The conical roller bearing 10 of the present embodiment may be incorporated for supporting the gear shaft of a power transmission device such as a transmission. With reference to FIG. 25, the manual transmission 100 is a constantly meshing manual transmission, which includes an input shaft 111, an output shaft 112, a counter shaft 113, gears 114a to 114k, and a housing 115. It has.

入力シャフト111は、円錐ころ軸受10によりハウジング115に対して回転可能に支持されている。この入力シャフト111の外周にはギア114aが形成され、内周にはギア114bが形成されている。 The input shaft 111 is rotatably supported with respect to the housing 115 by a tapered roller bearing 10. A gear 114a is formed on the outer circumference of the input shaft 111, and a gear 114b is formed on the inner circumference.

一方、出力シャフト112は、一方側(図中右側)において円錐ころ軸受10によりハウジング115に回転可能に支持されているとともに、他方側(図中左側)において転がり軸受120Aにより入力シャフト111に回転可能に支持されている。この出力シャフト112には、ギア114c〜114gが取り付けられている。 On the other hand, the output shaft 112 is rotatably supported by the housing 115 by the conical roller bearing 10 on one side (right side in the figure), and is rotatable to the input shaft 111 by the rolling bearing 120A on the other side (left side in the figure). Is supported by. Gears 114c to 114g are attached to the output shaft 112.

ギア114cおよびギア114dはそれぞれ同一部材の外周と内周に形成されている。ギア114cおよびギア114dが形成される部材は、転がり軸受120Bにより出力シャフト112に対して回転可能に支持されている。ギア114eは、出力シャフト112と一体に回転するように、かつ出力シャフト112の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト112に取り付けられている。 The gear 114c and the gear 114d are formed on the outer circumference and the inner circumference of the same member, respectively. The members on which the gears 114c and 114d are formed are rotatably supported by the rolling bearing 120B with respect to the output shaft 112. The gear 114e is attached to the output shaft 112 so as to rotate integrally with the output shaft 112 and to slide in the axial direction of the output shaft 112.

また、ギア114fおよびギア114gの各々は同一部材の外周に形成されている。ギア114fおよびギア114gが形成されている部材は、出力シャフト112と一体に回転するように、かつ出力シャフト112の軸方向にスライド可能なように、出力シャフト112に取り付けられている。ギア114fおよびギア114gが形成されている部材が図中左側にスライドした場合には、ギア114fはギア114bと噛合い可能であり、図中右側にスライドした場合にはギア114gとギア114dとが噛合い可能である。 Further, each of the gear 114f and the gear 114g is formed on the outer periphery of the same member. The member on which the gear 114f and the gear 114g are formed is attached to the output shaft 112 so as to rotate integrally with the output shaft 112 and to slide in the axial direction of the output shaft 112. When the member forming the gear 114f and the gear 114g slides to the left side in the drawing, the gear 114f can mesh with the gear 114b, and when the member slides to the right side in the drawing, the gear 114g and the gear 114d It can be meshed.

カウンターシャフト113には、ギア114h〜114kが形成されている。カウンターシャフト113とハウジング115との間には、2つのスラストニードルころ軸受が配置され、これによってカウンターシャフト113の軸方向の荷重(スラスト荷重)が支持されている。ギア114hは、ギア114aと常時噛合っており、かつギア114iはギア114cと常時噛合っている。また、ギア114jは、ギア114eが図中左側にスライドした場合に、ギア114eと噛合い可能である。さらに、ギア114kは、ギア114eが図中右側にスライドした場合に、ギア114eと噛合い可能である。 Gears 114h to 114k are formed on the counter shaft 113. Two thrust needle roller bearings are arranged between the counter shaft 113 and the housing 115, whereby an axial load (thrust load) of the counter shaft 113 is supported. The gear 114h is always in mesh with the gear 114a, and the gear 114i is in constant mesh with the gear 114c. Further, the gear 114j can mesh with the gear 114e when the gear 114e slides to the left side in the drawing. Further, the gear 114k can mesh with the gear 114e when the gear 114e slides to the right side in the drawing.

次に、マニュアルトランスミッション100の変速動作について説明する。マニュアルトランスミッション100においては、入力シャフト111に形成されたギア114aと、カウンターシャフト113に形成されたギア114hとの噛み合わせによって、入力シャフト111の回転がカウンターシャフト113へ伝達される。そして、カウンターシャフト113に形成されたギア114i〜114kと出力シャフト112に取り付けられたギア114c、114eとの噛み合わせ等によって、カウンターシャフト113の回転が出力シャフト112へ伝達される。これにより、入力シャフト111の回転が出力シャフト112へ伝達される。 Next, the shifting operation of the manual transmission 100 will be described. In the manual transmission 100, the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the counter shaft 113 by meshing the gear 114a formed on the input shaft 111 and the gear 114h formed on the counter shaft 113. Then, the rotation of the counter shaft 113 is transmitted to the output shaft 112 by meshing the gears 114i to 114k formed on the counter shaft 113 with the gears 114c and 114e attached to the output shaft 112. As a result, the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the output shaft 112.

入力シャフト111の回転が出力シャフト112へ伝達される際には、入力シャフト111およびカウンターシャフト113の間で噛合うギアと、カウンターシャフト113および出力シャフト112の間で噛合うギアとを変えることによって、入力シャフト111の回転速度に対して出力シャフト112の回転速度を段階的に変化させることができる。また、カウンターシャフト113を介さずに入力シャフト111のギア114bと出力シャフト112のギア114fとを直接噛合わせることによって、入力シャフト111の回転を出力シャフト112へ直接伝達することもできる。 When the rotation of the input shaft 111 is transmitted to the output shaft 112, by changing the gear that meshes between the input shaft 111 and the counter shaft 113 and the gear that meshes between the counter shaft 113 and the output shaft 112. , The rotation speed of the output shaft 112 can be changed stepwise with respect to the rotation speed of the input shaft 111. Further, the rotation of the input shaft 111 can be directly transmitted to the output shaft 112 by directly engaging the gear 114b of the input shaft 111 and the gear 114f of the output shaft 112 without going through the counter shaft 113.

以下に、マニュアルトランスミッション100の変速動作をより具体的に説明する。ギア114fがギア114bと噛合わず、ギア114gがギア114dと噛合わず、かつギア114eがギア114jと噛合う場合には、入力シャフト111の駆動力は、ギア114a、ギア114h、ギア114jおよびギア114eを介して出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第1速とされる。 The shifting operation of the manual transmission 100 will be described in more detail below. When the gear 114f does not mesh with the gear 114b, the gear 114g does not mesh with the gear 114d, and the gear 114e meshes with the gear 114j, the driving force of the input shaft 111 is the gear 114a, the gear 114h, the gear 114j, and the gear 114j. It is transmitted to the output shaft 112 via the gear 114e. This is, for example, the first speed.

ギア114gがギア114dと噛合い、ギア114eがギア114jと噛合わない場合には、入力シャフト111の駆動力は、ギア114a、ギア114h、ギア114i、ギア114c、ギア114dおよびギア114gを介して出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第2速とされる。 When the gear 114g meshes with the gear 114d and the gear 114e does not mesh with the gear 114j, the driving force of the input shaft 111 is via the gear 114a, the gear 114h, the gear 114i, the gear 114c, the gear 114d and the gear 114g. It is transmitted to the output shaft 112. This is, for example, the second speed.

ギア114fがギア114bと噛合い、ギア114eがギア114jと噛合わない場合には、入力シャフト111はギア114bおよびギア114fとの噛合いにより出力シャフト112に直結され、入力シャフト111の駆動力は直接出力シャフト112に伝達される。これが、たとえば第3速とされる。 When the gear 114f meshes with the gear 114b and the gear 114e does not mesh with the gear 114j, the input shaft 111 is directly connected to the output shaft 112 by meshing with the gear 114b and the gear 114f, and the driving force of the input shaft 111 is reduced. It is directly transmitted to the output shaft 112. This is, for example, the third speed.

上述のように、マニュアルトランスミッション100は、回転部材としての入力シャフト111および出力シャフト112をこれに隣接して配置されるハウジング115に対して回転可能に支持するために、円錐ころ軸受10を備えている。このように、上記実施の形態に係る円錐ころ軸受10は、マニュアルトランスミッション100内において使用することができる。そして、トルク損失が低減され、かつ寿命が向上した円錐ころ軸受10は、転動体と軌道部材との間に高い面圧が付与されるマニュアルトランスミッション100内での使用に好適である。 As described above, the manual transmission 100 includes a conical roller bearing 10 to rotatably support the input shaft 111 and the output shaft 112 as rotating members with respect to the housing 115 arranged adjacent thereto. There is. As described above, the conical roller bearing 10 according to the above embodiment can be used in the manual transmission 100. The conical roller bearing 10 with reduced torque loss and improved life is suitable for use in a manual transmission 100 in which a high surface pressure is applied between the rolling element and the raceway member.

ところで、自動車の動力伝達装置であるトランスミッション又はデファレンシャル等においては、省燃費化のために、低粘度の潤滑油を使用する他に、少油量化を図る傾向にあり、円錐ころ軸受において、十分な油膜が形成され難いことがある。また、トランスミッション又はデファレンシャルが低温環境下(例えば、−40℃〜−30℃)で使用されると、潤滑油の粘度が上がるため、特に始動時にはギアの回転によるはねかけ潤滑等によって、当該潤滑油が円錐ころ軸受に十分に供給されないことがある。このため、自動車用の円錐ころ軸受では、耐焼き付き性および寿命の向上が要求されている。よって、耐焼き付き性および寿命が向上した上記の円錐ころ軸受10をトランスミッション又はデファレンシャルに組み込むことで上記要求を満たすことができる。 By the way, in transmissions or differentials, which are power transmission devices for automobiles, in addition to using low-viscosity lubricating oil, there is a tendency to reduce the amount of oil in order to save fuel consumption, which is sufficient for conical roller bearings. It may be difficult to form an oil film. Further, when the transmission or differential is used in a low temperature environment (for example, -40 ° C to -30 ° C), the viscosity of the lubricating oil increases. Oil may not be adequately supplied to conical roller bearings. For this reason, conical roller bearings for automobiles are required to have seizure resistance and improved life. Therefore, the above requirements can be satisfied by incorporating the above-mentioned tapered roller bearing 10 having improved seizure resistance and life into the transmission or the differential.

実施例として、図11に示した保持器を用いた円錐ころ軸受(実施例A)と、図22に示した保持器を用いた円錐ころ軸受(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錐ころ軸受(比較例A)と、保持器のポケット間の柱部の中央部に切欠きを設けている円錐ころ軸受(比較例B)と、保持器のポケットの軸方向両端の小環状部と大環状部に切欠きを設けている円錐ころ軸受(比較例C)を用意した。なお、各円錐ころ軸受は、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。 As an example, a tapered roller bearing using the cage shown in FIG. 11 (Example A) and a tapered roller bearing using the cage shown in FIG. 22 (Example B) were prepared. Further, as a comparative example, a conical roller bearing using a cage having no notch in the pocket (Comparative Example A) and a conical roller bearing having a notch in the center of the pillar between the pockets of the cage (comparison). Example B) and a conical roller bearing (Comparative Example C) in which notches are provided in the small annular portion and the large annular portion at both ends in the axial direction of the cage pocket are prepared. The dimensions of each conical roller bearing are 100 mm in outer diameter, 45 mm in inner diameter, and 27.25 mm in width, and the parts other than the notch of the pocket are the same.

上記実施例と比較例の円錐ころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下の通りである。
・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27は、上記トルク測定試験の結果を示す。図27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。
Torque measurement tests using a vertical torque tester were performed on the conical roller bearings of the above example and the comparative example. The test conditions are as follows.
・ Axial load: 300 kgf
-Rotation speed: 300 to 2000 rpm (100 rpm pitch)
-Lubrication conditions: Oil bath lubrication (lubrication oil: 75W-90)
FIG. 27 shows the result of the torque measurement test. The vertical axis of the graph of FIG. 27 represents the torque reduction rate with respect to the torque of Comparative Example A using a cage having no notch in the pocket. Comparative Example B in which the notch is provided in the central portion of the pillar portion of the pocket and Comparative Example C in which the notch is provided in the small annular portion and the large annular portion of the pocket also have a torque reduction effect, but the narrow side of the pocket is observed. In Example A in which a notch was provided in the pillar portion of the above, a superior torque reduction effect was recognized as compared with these comparative examples, and a notch was also provided in the small annular portion on the narrow width side to form the notch on the narrow width side. In Example B in which the total area is wider than that on the wide side, a further excellent torque reduction effect is recognized.

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、デファレンシャルやトランスミッション等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。 Further, the torque reduction rate at 2000 rpm, which is the maximum rotation speed of the test, was 9.5% in Example A and 11.5% in Example B, and was excellent even under the conditions of use at high speed rotation in differentials and transmissions. A torque reduction effect can be obtained. The torque reduction rates of Comparative Example B and Comparative Example C at a rotation speed of 2000 rpm are 8.0% and 6.5%, respectively.

<試料>
試料として、試料No.1〜4までの4種類の円錐ころを試料として準備した。円錐ころの型番は30206とした。円錐ころの材質としてはJIS規格SUJ2材(1.0質量%C−0.25質量%Si−0.4質量%Mn−1.5質量%Cr)を用いた。
<Sample>
As a sample, sample No. Four types of cones 1 to 4 were prepared as samples. The model number of the conical roller was 30206. As the material of the conical roller, JIS standard SUJ2 material (1.0 mass% C-0.25 mass% Si-0.4 mass% Mn-1.5 mass% Cr) was used.

試料No.1については、浸炭窒化焼入れを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気はRXガス+アンモニアガスとした。試料No.2については、試料No.1と同様に浸炭窒化焼入れを実施した後、図8に示した部分円弧クラウニングを形成した。 Sample No. For No. 1, after carburizing, nitriding and quenching, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. The carburizing and nitriding treatment temperature was 845 ° C., and the holding time was 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. Sample No. Regarding 2, the sample No. After carburizing, nitriding and quenching in the same manner as in No. 1, the partial arc crowning shown in FIG. 8 was formed.

試料No.3については、図20に示した熱処理パターンを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。最終焼入れ温度は800℃とした。 Sample No. For No. 3, after the heat treatment pattern shown in FIG. 20 was carried out, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. The carburizing and nitriding treatment temperature was 845 ° C., and the holding time was 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. The final quenching temperature was 800 ° C.

試料No.4については、図20に示した熱処理パターンを実施した後、図5に示した本実施の形態に係る対数クラウニングを両端部に形成した。試料の最表面から0.05mmの深さ位置での窒素富化層における窒素濃度を0.1質量%以上とするために、浸炭窒化処理温度を845℃、保持時間を150分間とした。浸炭窒化処理の雰囲気は、RXガス+アンモニアガスとした。更に、炉内雰囲気を厳密に管理した。具体的には、炉内温度のムラ及びアンモニアガスの雰囲気ムラを抑制した。最終焼入れ温度は800℃とした。上述した試料No.3および試料No.4が本発明の実施例に対応する。試料No.1および試料No.2は比較例に対応する。 Sample No. For No. 4, after the heat treatment pattern shown in FIG. 20 was carried out, logarithmic crowning according to the present embodiment shown in FIG. 5 was formed at both ends. In order to make the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer at a depth of 0.05 mm from the outermost surface of the sample 0.1% by mass or more, the carburizing nitriding treatment temperature was set to 845 ° C. and the holding time was set to 150 minutes. The atmosphere of the carburizing nitriding treatment was RX gas + ammonia gas. Furthermore, the atmosphere inside the furnace was strictly controlled. Specifically, unevenness in the temperature inside the furnace and unevenness in the atmosphere of ammonia gas were suppressed. The final quenching temperature was 800 ° C. The above-mentioned sample No. 3 and sample No. 4 corresponds to the embodiment of the present invention. Sample No. 1 and sample No. 2 corresponds to a comparative example.

<実験内容>
実験1:寿命試験
寿命試験装置を用いた。試験条件としては、試験荷重:Fr=18kN、Fa=2kN、潤滑油:タービン油56、潤滑方式:油浴潤滑、という条件を用いた。寿命試験装置では、被試験体としての2つの円錐ころ軸受は、支持軸の両端を支持するように配置されている。該支持軸の延在方向の中央部、すなわち2つの円錐ころ軸受の中央部には、該支持軸を介して円錐ころ軸受にラジアル荷重を負荷するための円筒ころ軸受が配置されている。そして、荷重負荷用の円筒ころ軸受にラジアル荷重を負荷することで、被試験体としての円錐ころ軸受にラジアル荷重を負荷する。また、アキシアル荷重は、寿命試験装置のハウジングを介して一方の円錐ころ軸受から支持軸に伝わり、他方の円錐ころ軸受にアキシアル荷重が負荷される。これにより、円錐ころ軸受の寿命試験が行われる。
<Experimental content>
Experiment 1: Life test A life test device was used. As the test conditions, the conditions of test load: Fr = 18 kN, Fa = 2 kN, lubricating oil: turbine oil 56, and lubrication method: oil bath lubrication were used. In the life test apparatus, the two conical roller bearings as the test piece are arranged so as to support both ends of the support shaft. A cylindrical roller bearing for applying a radial load to the conical roller bearing via the support shaft is arranged at the central portion of the support shaft in the extending direction, that is, the central portion of the two tapered roller bearings. Then, by applying a radial load to the cylindrical roller bearing for load loading, the radial load is applied to the conical roller bearing as the test piece. Further, the axial load is transmitted from one conical roller bearing to the support shaft through the housing of the life test device, and the axial load is applied to the other conical roller bearing. As a result, the life test of the tapered roller bearing is performed.

実験2:偏荷重時の寿命試験
上記実験1の寿命試験と同様の試験装置を用いた。試験条件としては、基本的に上記実験1での条件と同様であるが、ころの中心軸について2/1000radの軸傾きを負荷した状態とし、偏荷重が印加された状態で試験を行った。
Experiment 2: Life test under eccentric load The same test equipment as the life test in Experiment 1 above was used. The test conditions are basically the same as those in Experiment 1 above, but the test was performed with an axial inclination of 2/1000 rad applied to the central axis of the roller and an eccentric load applied.

実験3:回転トルク試験
試料No.1〜4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。試験条件としては、試験荷重:Fa=7000N、潤滑油:タービン油56、潤滑方式:油浴潤滑、回転数:5000rpm、という条件を用いた。
Experiment 3: Rotational torque test Sample No. Torque measurement tests were performed on 1 to 4 using a vertical torque tester. As the test conditions, the conditions of test load: Fa = 7000N, lubricating oil: turbine oil 56, lubrication method: oil bath lubrication, and rotation speed: 5000 rpm were used.

<結果>
実験1:寿命試験
試料No.4が最も良好な結果を示し、長寿命であると考えられた。試料No.2および試料No.3は、試料No.4の結果には及ばないものの、良好な結果を示し、十分実用に耐え得ると判断された。一方、試料No.1については、最も短い寿命を示す結果となった。
<Result>
Experiment 1: Life test Sample No. 4 showed the best results and was considered to have a long life. Sample No. 2 and sample No. Reference numeral 3 is sample No. Although it did not reach the result of No. 4, it showed a good result and was judged to be sufficiently practical. On the other hand, sample No. As for 1, the result showed the shortest life.

実験2:偏荷重時の寿命試験
試料No.4および試料No.3が最も良好な結果を示し、長寿命であると考えられた。次に、試料No.1が試料No.4および試料No.3には及ばないものの、比較的良好な結果を示した。一方、試料No.2は上記実験1の時の結果より悪い結果を示し、偏荷重条件により短寿命化したものと考えられる。
Experiment 2: Life test under eccentric load Sample No. 4 and sample No. 3 showed the best results and was considered to have a long life. Next, sample No. 1 is sample No. 4 and sample No. Although it was less than 3, it showed relatively good results. On the other hand, sample No. No. 2 shows a worse result than the result at the time of the above experiment 1, and it is considered that the life is shortened due to the eccentric load condition.

実験3:回転トルク試験
試料No.1、試料No.3、試料No.4が十分小さな回転トルクを示し良好な結果となった。一方、試料No.2は回転トルクが他の試料より大きくなっていた。
Experiment 3: Rotational torque test Sample No. 1. Sample No. 3. Sample No. 4 showed a sufficiently small rotational torque, and good results were obtained. On the other hand, sample No. In No. 2, the rotational torque was larger than that of the other samples.

以上の結果から、総合的に試料No.4がいずれの試験においても良好な結果を示し、総合的に最も優れた結果となった。また、試料No.3も、試料No.1および試料No.2と比べて良好な結果を示した。 Based on the above results, the sample No. 4 showed good results in all the tests, and was the best overall result. In addition, sample No. Sample No. 3 is also No. 3. 1 and sample No. It showed better results than 2.

以上に述べた実施の形態に含まれる各例に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。 The features described in each example included in the above-described embodiments may be applied so as to be appropriately combined within a technically consistent range.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 円錐ころ軸受、11 外輪、11A,13A 軌道面、11B,12B,13B 窒素富化層、11C,12C,13C 未窒化部、12 ころ、12A 転動面、12E 加工前表面、13 内輪、14 保持器、16 大端面、16A 凸部、16B 凹部、16C 円弧、16s 球面、17 小端面、18 大鍔面、18a 円錐面、18b 逃げ面、18c 面取り、19 小鍔面、21,25 面取り部、22,24 クラウニング部、22A クラウニング、23 中央部、26 中心線、27 接触部クラウニング部分、27A ストレート部分、27B 対数曲線で形成された部分、28 非接触部クラウニング部分、31 第1測定点、32 第2測定点、33 第3測定点、41 大鍔、42 小鍔、43 第1研削逃げ部、44 第2研削逃げ部、50 鍔、100 マニュアルトランスミッション、106 小環状部、107 大環状部、108 柱部、109 ポケット、110a,110b,110c 切欠き、111 入力シャフト、112 出力シャフト、113 カウンターシャフト、114a〜114k ギア、115 ハウジング、121 デファレンシャルケース、122 ドライブピニオン、123 差動歯車ケース、124 リングギヤ、125 ピニオンギヤ、126 サイドギヤ、190 ぬすみ、200 接触楕円。 10 Conical roller bearing, 11 outer ring, 11A, 13A raceway surface, 11B, 12B, 13B nitrogen enriched layer, 11C, 12C, 13C unnitrided part, 12 rollers, 12A rolling surface, 12E unprocessed surface, 13 inner ring, 14 Cage, 16 large end surface, 16A convex part, 16B concave part, 16C arc, 16s spherical surface, 17 small end surface, 18 large flange surface, 18a conical surface, 18b flank surface, 18c chamfer, 19 small flange surface, 21,25 chamfered part , 22, 24 crowning part, 22A crowning, 23 center part, 26 center line, 27 contact part crowning part, 27A straight part, 27B part formed by logarithmic curve, 28 non-contact part crowning part, 31 first measurement point, 32 2nd measurement point, 33 3rd measurement point, 41 large collar, 42 small collar, 43 1st grinding relief part, 44 2nd grinding relief part, 50 collar, 100 manual transmission, 106 small ring part, 107 large ring part , 108 pillars, 109 pockets, 110a, 110b, 110c notches, 111 input shafts, 112 output shafts, 113 counter shafts, 114a-114k gears, 115 housings, 121 differential cases, 122 drive pinions, 123 differential gear cases, 124 ring gear, 125 pinion gear, 126 side gear, 190 slime, 200 contact ellipse.

Claims (11)

内周面において外輪軌道面を有する外輪と、
外周面において内輪軌道面を有し、前記外輪に対して径方向内側に配置された内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配列され、前記外輪軌道面および前記内輪軌道面と接触する転動面を有する複数の円錐ころと、
周方向に所定の間隔で配置されている複数のポケットを含み、前記複数の円錐ころの各々を前記複数のポケットの各々に収容保持している保持器とを備え、
前記保持器は、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐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を含み、
前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側となり、かつ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ており、
前記保持器の前記ポケットの前記狭幅側の前記柱部に切欠きを前記小環状部と前記柱部との境界から前記大環状部の方へ幅をもたせて設けたことにより、前記保持器の内径側から前記内輪側へ流入する潤滑油が前記切欠きから外径側の前記外輪側へ速やかに逃げるようにし、前記小環状部の前記ポケット側の縁を、前記ポケットの狭幅側の底辺部分が前記柱部まで延びた形状とし、
記複数の円錐ころは、前記転動面の表面層に形成された窒素富化層を含み
前記円錐ころの前記転動面にはクラウニングが形成され、
前記クラウニングのドロップ量の和は、前記円錐ころの前記転動面の母線をy軸とし、母線直交方向をz軸とするy−z座標系において、K,K,zを設計パラメータ、Qを荷重、Lを前記円錐ころにおける前記転動面の有効接触部の母線方向長さ、E’を等価弾性係数、aを前記円錐ころの前記転動面の母線上にとった原点から前記有効接触部の端部までの長さ、A=2KQ/πLE’としたときに、式(1)で表され
前記円錐ころの面取り部と、前記円錐ころの前記転動面において前記クラウニングが形成されたクラウニング形成部分との境界点である第1測定点における前記表面層の最表面から前記窒素富化層の底部までの距離をT1とし、前記円錐ころの小端面から1.5mmの位置である第2測定点における前記距離をT2とし、前記円錐ころの前記転動面の中央である第3測定点における前記距離をT3とすれば、前記T1、前記T2および前記T3は0.2mm以上である、円錐ころ軸受。
Figure 0006882915
An outer ring having an outer ring raceway surface on the inner peripheral surface,
An inner ring having an inner ring raceway surface on the outer peripheral surface and arranged radially inward with respect to the outer ring,
A plurality of conical rollers arranged between the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface and having a rolling surface in contact with the outer ring raceway surface and the inner ring raceway surface.
It includes a plurality of pockets arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and includes a cage for accommodating and holding each of the plurality of conical rollers in each of the plurality of pockets.
The cage includes a small annular portion connected on the small-diameter end face side of the conical roller, a macrocyclic portion connected on the large-diameter end face side of the conical roller, and a plurality of pillar portions connecting these annular portions.
The pocket is formed in a trapezoidal shape in which the portion for accommodating the small diameter side of the conical roller is on the narrow side and the portion accommodating the large diameter side is on the wide side.
The cage is provided with a notch in the pillar portion on the narrow side of the pocket of the cage so as to have a width from the boundary between the small annular portion and the pillar portion toward the macrocyclic portion. The lubricating oil flowing from the inner diameter side to the inner ring side is quickly escaped from the notch to the outer ring side on the outer diameter side, and the edge of the small annular portion on the pocket side is formed on the narrow side of the pocket. The shape is such that the bottom part extends to the pillar part.
Before conical this filtrate number of Kifuku comprises a nitriding layer formed on the surface layer before Kitendo surface,
Crowning is formed on the rolling surface of the conical roller.
The sum of the drop amounts of the crowning has K 1 , K 2 , and z m as design parameters in the y-z coordinate system in which the generatrix of the rolling surface of the conical roller is the y-axis and the generatrix orthogonal direction is the z-axis. , Q is the load, L is the length of the effective contact portion of the rolling surface of the conical roller in the generatrix direction, E'is the equivalent elastic coefficient, and a is from the origin taken on the generatrix of the rolling surface of the conical roller. When the length to the end of the effective contact portion is A = 2K 1 Q / πLE', it is expressed by the equation (1).
From the outermost surface of the surface layer to the nitrogen-enriched layer at the first measurement point, which is the boundary point between the chamfered portion of the conical roller and the crowning forming portion where the crowning is formed on the rolling surface of the conical roller. The distance to the bottom is T1, the distance at the second measurement point 1.5 mm from the small end surface of the conical roller is T2, and the distance to the center of the rolling surface of the conical roller is at the third measurement point. Assuming that the distance is T3, the conical roller bearing in which the T1, the T2 and the T3 are 0.2 mm or more.
Figure 0006882915
前記窒素富化層における旧オーステナイト結晶粒径はJIS規格の粒度番号が10以上である、請求項1に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 1, wherein the former austenite crystal particle size in the nitrogen-enriched layer has a JIS standard particle size number of 10 or more. 前記最表面から0.05mmの深さ位置での前記窒素富化層における窒素濃度が0.1質量%以上である、請求項1または2に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen concentration in the nitrogen-enriched layer at a depth of 0.05 mm from the outermost surface is 0.1% by mass or more. 前記式(1)のK,K,zの少なくとも1つが、面圧を目的関数として最適化されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of K 1 , K 2 , and z m of the above formula (1) is optimized with the surface pressure as an objective function. 前記円錐ころの前記転動面において前記クラウニングが形成されたクラウニング形成部分は、前記内輪軌道面の軸方向範囲にあって前記内輪軌道面に接する接触部クラウニング部分と、前記内輪軌道面の軸方向範囲から外れて前記内輪軌道面に非接触となる非接触部クラウニング部分とを含み、
前記接触部クラウニング部分と前記非接触部クラウニング部分とにおいては、ころ軸方向に延びる母線が、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線で
あり、
前記接続点の近傍において、前記非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、前記接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。
The crowning-forming portion in which the crowning is formed on the rolling surface of the conical roller is a contact portion crowning portion in the axial range of the inner ring raceway surface and in contact with the inner ring raceway surface, and the axial direction of the inner ring raceway surface. Including a non-contact portion crowning portion that is out of range and is non-contact with the inner ring raceway surface.
In the contact portion crowning portion and the non-contact portion crowning portion, the generatrix extending in the roller axis direction is a line represented by a function different from each other and smoothly continuous at the connection point.
The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 4, wherein the curvature of the generatrix of the non-contact portion crowning portion is smaller than the curvature of the generatrix of the contact portion crowning portion in the vicinity of the connection point.
前記非接触部クラウニング部分の母線は、大径側の部分および小径側の部分のいずれか一方または両方が直線である、請求項5に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 5, wherein the generatrix of the non-contact portion crowning portion is a straight line in either or both of the large diameter side portion and the small diameter side portion. 前記接触部クラウニング部分の母線の一部または全部が対数クラウニングで表される、請求項5または6に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to claim 5 or 6, wherein a part or all of the generatrix of the contact portion crowning portion is represented by logarithmic crowning. 前記ポケットの前記狭幅側の前記小環状部にも切欠きが設けられている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 7, wherein a notch is also provided in the small annular portion on the narrow width side of the pocket. 前記ポケットの前記広幅側の少なくとも前記柱部にも切欠きが設けられている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 The conical roller bearing according to any one of claims 1 to 8, wherein a notch is also provided in at least the pillar portion on the wide side of the pocket. 前記ポケットの前記狭幅側に設けた前記切欠きの合計面積は、前記ポケットの前記広幅側に設けた前記切欠きの合計面積よりも広く、
前記流入する潤滑油が前記狭幅側の前記切欠きから前記広幅側の前記切欠きよりも多く外径側の外輪側へ逃げるようにした、請求項9に記載の円錐ころ軸受。
The total area of the notches provided on the narrow side of the pocket is larger than the total area of the notches provided on the wide side of the pocket.
The conical roller bearing according to claim 9, wherein the inflowing lubricating oil escapes from the notch on the narrow width side to the outer ring side on the outer diameter side more than the notch on the wide side.
前記保持器の前記小環状部の軸方向外側に、前記内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた前記小環状部の前記鍔の内径面と前記内輪の前記小鍔の前記外径面との隙間を、前記内輪の前記小鍔の外径寸法の2.0%以下とした、請求項1〜10のいずれか1項に記載の円錐ころ軸受。 An axially inward collar facing the outer diameter surface of the small collar of the inner ring is provided on the axially outer side of the small annular portion of the cage, and the inner diameter surface of the collar of the opposed small annular portion is provided. The cone according to any one of claims 1 to 10, wherein the gap between the inner ring and the outer diameter surface of the small collar of the inner ring is 2.0% or less of the outer diameter dimension of the small collar of the inner ring. Roller bearing.
JP2017063970A 2017-03-28 2017-03-28 Tapered roller bearing Active JP6882915B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017063970A JP6882915B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Tapered roller bearing
US16/497,763 US10830279B2 (en) 2017-03-28 2018-03-26 Tapered roller bearing
PCT/JP2018/012126 WO2018181174A1 (en) 2017-03-28 2018-03-26 Tapered roller bearing
EP18777846.9A EP3604840B1 (en) 2017-03-28 2018-03-26 Tapered roller bearing
EP21216182.2A EP4001680B1 (en) 2017-03-28 2018-03-26 Tapered roller bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017063970A JP6882915B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Tapered roller bearing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018165565A JP2018165565A (en) 2018-10-25
JP6882915B2 true JP6882915B2 (en) 2021-06-02

Family

ID=63922720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017063970A Active JP6882915B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Tapered roller bearing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6882915B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6739968B2 (en) * 2016-04-01 2020-08-12 Ntn株式会社 Tapered roller bearing
US11300155B2 (en) * 2018-02-21 2022-04-12 Ntn Corporation Cage for a tapered roller bearing and tapered roller bearing

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4987281B2 (en) * 2005-10-25 2012-07-25 Ntn株式会社 Tapered roller bearing
JP2008038927A (en) * 2006-08-01 2008-02-21 Ntn Corp Tapered roller bearing
JP2008051276A (en) * 2006-08-25 2008-03-06 Ntn Corp Wheel bearing device
JP5334665B2 (en) * 2009-04-24 2013-11-06 Ntn株式会社 Tapered roller bearing and design method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018165565A (en) 2018-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6965006B2 (en) Conical roller bearing
JP6608982B2 (en) Tapered roller bearings
WO2018181317A1 (en) Tapered roller bearing
JP6999846B2 (en) Conical roller bearing
JP6882915B2 (en) Tapered roller bearing
JP6858051B2 (en) Tapered roller bearing
JP6858050B2 (en) Tapered roller bearing
JP6869071B2 (en) Tapered roller bearing
JP6965005B2 (en) Conical roller bearing
JP6965007B2 (en) Conical roller bearing
WO2018181174A1 (en) Tapered roller bearing
JP6858049B2 (en) Tapered roller bearing
JP7032272B2 (en) Conical roller bearing
JP7029371B2 (en) Conical roller bearing
WO2018181412A1 (en) Tapered roller bearing
JP7394939B2 (en) tapered roller bearing
JP2022065155A (en) Tapered roller bearing

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201104

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20201221

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210301

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210413

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210507

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6882915

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150