JPH11201172A

JPH11201172A - 円すいころ軸受

Info

Publication number: JPH11201172A
Application number: JP10005824A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Nakagawa; 和文中川; Kazumi Adachi; 一巳安達; Kazunori Uragami; 一徳浦上; Koji Masuoka; 晃次増岡; Takashi Tsujimoto; 崇辻本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】馴らし運転時間の短縮【解決手段】円すいころ軸受は、円すい状の軌道面１
ａを有する外輪１と、円すい状の軌道面２ａを有し、こ
の軌道面２ａの小径側に小鍔面２ｂ、大径側に大鍔面２
ｃを有する内輪２と、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌
道面２ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ
３と、円すいころ３を円周所定間隔に保持する保持器４
とで構成される。円すいころ軸受には、２０°Ｃにおけ
る動粘度が１２０ｃｓｔ以上である防錆潤滑油が出荷時
に塗布されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のデファレ
ンシャル、トランスミッション等の歯車装置に組み込ま
れる円すいころ軸受に関する

【０００２】

【従来の技術】例えば、前部機関後輪駆動の自動車で
は、エンジン、クラッチ、トランスミッションが車体前
部に、デファレンシャル、駆動軸が車体後部に集中して
いるため、この間の動力伝達用にプロペラシャフトを用
いている。エンジンの回転動力はトランスミッション
（変速機）で減速されてプロペラシャフトに伝達され、
プロペラシャフトを介してデファレンシャル（終減速装
置）に入力される。デファレンシャルは減速歯車装置と
差動装置から構成され、減速歯車装置は回転速度の減速
と駆動力の増大、特にエンジン縦置きの車輌では駆動力
の伝達方向の直角方向に変えて駆動輪車軸に伝達し、差
動装置は左右の駆動輪に回転速度差が生じたとき、両輪
を差動させて車輪のスリップを防止する機能を有する。

【０００３】図８は、デファレンシャルの一構成例を示
している。同図で上方向が車体前方、下方向が車体後方
である。デファレンシャルケース２１の前部内周面にド
ライブピニオン軸２２が挿通され、一対の円すいころ軸
受２３、２４で回転自在に支持される。ドライブピニオ
ン軸２２の前端部にはプロペラシャフトが連結され、後
端部にはリンクギア（減速大歯車）２５と歯合するドラ
イブピニオンギヤ（減速小歯車）２２ａが固定され又は
一体に設けられる。

【０００４】リンクギヤ２５は差動歯車ケース２６に連
結され、差動歯車ケース２６は一対の円すいころ軸受２
７、２８でデファレンシャルケース２１に対して回転自
在に支持される。差動歯車ケース２６の内部には、一対
のピニオンギヤ２９と、これに歯合する一対のサイドギ
ヤ３０がそれぞれ配設される。ピニオンギヤ２９はピニ
オン軸３１に固定され、サイドギヤ３０はスラストワッ
シャを介して差動歯車ケース２６に装着される。図示さ
れていない左右のドライブシャフトは、それぞれに対応
するサイドギヤ３０の内径部に連結（セレーション連結
等）される。

【０００５】プロペラシャフトの駆動トルクは、ドライ
ブピニオンギヤ２２ａ→リンクギヤ２５→差動歯車ケー
ス２６→ピニオンギヤ２９→サイドギヤ３０→ドライブ
シャフトという経路で伝達される。一方、タイヤの駆動
抵抗は、ドライブシャフト→サイドギヤ３０→ピニオン
ギヤ２９へと伝達される。

【０００６】図６は、上記のような歯車装置としてのデ
ファレンシャルに組み込まれる円すいころ軸受の一形態
を例示している。この円すいころ軸受は、円すい状の軌
道面１１ａを有する外輪１１と、円すい状の軌道面１２
ａを有し、この軌道面１２ａの小径側に小鍔面１２ｂ、
大径側に大鍔面１２ｃを有する内輪１２と、外輪１１の
軌道面１１ａと内輪１２の軌道面１２ａとの間に転動自
在に配された複数の円すいころ１３と、円すいころ１３
を円周所定間隔に保持する保持器１４とを備えている。

【０００７】軸受使用時、円すいころ１３は軌道面１１
ａおよび軌道面１２ａから受ける合成力によって内輪１
２の大鍔面１２ｃに押し付けられ、その大端面１３ａを
大鍔面１２ｃによって接触案内されながら軌道面上を転
がり運動する。一方、軸受使用時、円すいころ１３の小
端面１３ｂと内輪１２の小鍔面１２ｂとは接触せず、両
者の間には僅かな隙間が存在する。

【０００８】上記のような円すいころ軸受を、保持器１
４、複数の円すいころ１３、及び内輪１２からなる組付
体を、内輪１２の小鍔面１２ｂ側を下に向けた状態で外
輪１１の軌道面１１ａに上方から挿入して組立てた場
合、組立時の状態（初期状態）において、円すいころ１
３は軌道面上の正規の位置に座らず（保持器１４、内輪
１２に対する自由度により、挿入時の円すいころ１３の
姿勢が定まらないため）、図７（ａ）に示すように、そ
の小端面１３ｂが内輪１２の小鍔面１２ｂに接触し、大
端面１３ａと大鍔面１２ｃとの間に隙間δができた状態
になる。この初期状態から、スラスト荷重Ｆａを作用さ
せた状態で、軸受を所要回数回転させると｛図７
（ｃ）｝、円すいころ１３が大鍔面１２ｃ側に隙間δ分
だけ軸方向移動して、大端面１３ａが大鍔面１２ｃに接
触し、円すいころ１３が正規の位置に落ち着く｛図７
（ｂ）｝。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図７（ａ）に示す初期
状態で軸受を相手装置の装着部位に固定し予圧を設定し
て本運転を行うと、円すいころ１３の大鍔面１２ｃ側へ
の軸方向移動によって予圧抜けが生じ、要求される軸受
機能が得られなくなる。そこで、従来より、本運転に先
立って、図７（ａ）に示す初期状態の軸受を相手装置の
装着部位に仮組付けし、円すいころ１３が図７（ｂ）に
示す正規の位置に落ち着くまで馴らし運転を行った後、
軸受を装着部位に固定し所定の予圧を付与するようにし
ている。この場合、円すいころ１３の大端面１２ｃ側へ
の軸方向移動が円滑に行われないと、円すいころ１３が
正規の位置に落ち着くまでの馴らし運転時間が多く必要
となり、予圧設定完了までの所要時間が長くなる。

【００１０】従来、上記馴らし運転は、円すいころ軸受
に出荷時の防錆油が塗布された状態で行なっているが、
出荷時に塗布されている防錆油は防錆を主目的としたも
のであり、潤滑性能は良くない。そのため、円すいころ
の転動面と内・外輪の軌道面との間の油膜形成が不充分
で、円すいころの大端面側への軸方向移動が円滑に行わ
れない場合があり、馴らし運転時間が長くなる傾向にあ
る。

【００１１】そこで、本発明は、馴らし運転時における
円すいころの大端面側への軸方向移動を円滑に行なわせ
ることにより、この種の円すいころ軸受における馴らし
運転時間を短縮化し、予圧設定作業の効率化を図ること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、円すい状の軌道面を有する外輪と、円
すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、
大径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の
軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころ
と、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備
えた円すいころ軸受において、上記構成部品の少なくと
も摩擦を生じる表面に、２０°Ｃにおける動粘度が１２
０ｃｓｔ以上である防錆潤滑油が塗布されている構成と
した。この防錆潤滑油は、防錆能力と良好な潤滑性能と
を兼ね備えたものであり、従来、軸受出荷時に防錆を主
目的として塗布している防錆油に代替するものである。
このような構成としたのは、以下の理由による。

【００１３】まず、内輪と円すいころとのマッチングに
より、組立時の状態（初期状態）における隙間δがδ＝
０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍと
なるように円すいころ軸受を組立て、従来の防錆油（２
０°Ｃにおける動粘度が６６ｃｓｔ）と、ギヤオイル
（２０°Ｃにおける動粘度が４３９ｃｓｔ）をそれぞれ
塗布して、初期状態から円すいころが隙間δ分だけ軸方
向移動して大鍔面に接触して落ち着くまでの馴らし運転
回数（軸受の回転回数：落ち着き回数）を求めたとこ
ろ、表１に示す結果が得られた。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示すように、従来の防錆油（動粘度
６６ｃｓｔ）を塗布した軸受では、隙間δが０・２ｍｍ
と小さい場合でも、落ち着き回数は多くなるが（平均６
回）、ギヤオイル（動粘度４３９ｃｓｔ）を塗布した軸
受では、隙間δが０．４ｍｍの場合でも、落ち着き回数
は少なくなり（平均３．２回）、良好な結果が得られ
た。

【００１６】つぎに、隙間δの大きさをδ≦０．４ｍｍ
に管理し（δ≦０．４ｍｍとは隙間δの最大値が０．４
ｍｍを超えないという意味である。）、動粘度が異なる
５種類の油（２０℃における動粘度：１９ｃｓｔ、６６
ｃｓｔ、１２８ｃｓｔ、３３０ｃｓｔ、４３９ｃｓｔ）
をそれぞれ塗布して、油の動粘度と軸受の落ち着き回数
の関係を求めたところ、図９に示す結果が得られた。試
験条件は、スラスト荷重Ｆａ＝５ｋｇｆ、内輪回転数＝
１５ｒｐｍ、試験温度＝２０°Ｃである。

【００１７】図９に示すように、軸受の落ち着き回数は
油の動粘度に比例して減少し、油の動粘度が１２８ｃｓ
ｔの場合では平均６回（最小３回）、３３０ｃｓｔの場
合では平均４回（最小２回）、４３９ｃｓｔの場合では
平均３回（最小２回）と良好な結果が得られた。

【００１８】以上の試験結果より、２０℃における動粘
度が１２０ｃｓｔ以上の油を塗布することにより、軸受
の馴らし運転時間を短縮することができ、特に、２０℃
における動粘度が３００ｃｓｔ以上の油を塗布すること
が効果的であることがわかった。

【００１９】上記の構成に加え、下記式で表される油膜
パラメータΛが１以上になるようにすることにより、油
の油膜形成が促進されて、さらに良好な結果が得られ
る。

【００２０】Λ＝ｈ₀／（σ₁ ²＋σ₂ ²）^1/2 ｈ₀：円すいころの転動面と内・外輪の軌道面間に形成
される油膜の厚さ σ₁：円すいころの転動面の平均粗さ σ₂：内・外輪の軌道面の平均粗さ σ₁＝０．０８μｍＲａ、σ₂＝０．１３μｍとし、動
粘度が異なる５種類の油（２０℃における動粘度：１９
ｃｓｔ、６６ｃｓｔ、１２８ｃｓｔ、３３０ｃｓｔ、４
３９ｃｓｔ）をそれぞれ塗布して、油の動粘度と油膜厚
さ（円すいころの転動面と内・外輪の軌道面との間に形
成される油膜の厚さ）の関係を求めたところ、図１０に
示す結果が得られた。試験条件は、スラスト荷重Ｆａ＝
５ｋｇｆ、内輪回転数＝１５ｒｐｍ、試験温度＝２０°
Ｃである。

【００２１】図１０に示すように、油膜厚さは油の動粘
度に比例して大きくなり（油膜厚さは回転速度にも比例
して大きくなる）、油の動粘度が１２０ｃｓｔ以上の場
合、馴らし運転時の低速回転下でも、Λ≧１となること
が確認された。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２３】図１に示すように、この実施形態の円すい
ころ軸受は、円すい状の軌道面１ａを有する外輪１と、
円すい状の軌道面２ａを有し、この軌道面２ａの小径側
に小鍔面２ｂ、大径側に大鍔面２ｃを有する内輪２と、
外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動
自在に配された複数の円すいころ３と、円すいころ３を
円周所定間隔に保持する保持器４とで構成される。軸受
使用時、円すいころ３は軌道面１ａおよび軌道面２ａか
ら受ける合成力によって内輪２の大鍔面２ｃに押し付け
られ、その大端面３ａを大鍔面２ｃによって接触案内さ
れながら軌道面上を転がり運動する。軸受使用時、円す
いころ３の小端面３ｂと内輪２の小鍔面２ｂとは接触せ
ず、両者の間には僅かな隙間が存在する。

【００２４】図２は、内輪２を示している。内輪２は、
鋼素材から鍛造→旋削→熱処理→研削という工程を経て
製造される。通常、研削加工は、端面、内径面、軌道面
２ａ、および大鍔面２ｃに対して行われるが、この実施
形態では、小鍔面２ｂを同図で鎖線で示す（軌道面２ａ
に配された）円すいころ３の小端面３ｂと略平行になる
ように旋削加工し、さらに、研削加工を施して小端面３
ｂと平行になる面に仕上げている。従来軸受における内
輪の小鍔面は、円すいころの小端面に対して外側に傾斜
した傾斜面である。尚、所要の精度が確保できれば、コ
スト低減のため、小鍔面２ｂを旋削加工によって、小端
面３ｂと平行になる面に仕上げても良い。

【００２５】大鍔面２ｃは、上記のような小鍔面２ｂを
寸法基準として、小鍔面２ｂからの溝幅寸法（Ｗ）をイ
ンプロセスゲージで測定しながら、研削加工によって仕
上げている。これにより、溝幅寸法（Ｗ）を、狙い寸法
に対して所定の寸法公差内に精度良く仕上げることがで
きる。一般に、インプロセスゲージによる研削加工と
は、研削加工時にゲージを当て、このゲージにより研削
完了寸法を測定して、研削を終了するものである。

【００２６】内輪２の溝幅寸法（Ｗ）は、小鍔面２ｂ
と、大鍔面２ｃにおける円すいころ３の大端面３ａとの
接触位置Ｐとの間の寸法（円すいころ３の軸線と平行な
方向の寸法）であり、小鍔面２ｂは溝幅の一端を規定す
る面になる。

【００２７】図３に示すように、円すいころ３は、曲率
（端面アール：図面では誇張して示している。）をもっ
た大端面３ａを一端に有し、曲率をもたないフラットな
小端面３ｂを他端に有する。大端面３ａの中心領域に
は、ぬすみ部３ａ１が設けられている。大端面３ａ（ぬ
すみ部３ａ１を除く。）および転動面３ｃは研削加工に
よって仕上げられるが、通常、小端面３ｂは鍛造面のま
まである。円すいころ３の長さ寸法（Ｌ）は、狙い寸法
に対して所定の寸法公差内に仕上げられる。尚、長さ寸
法（Ｌ）は、小端面３ｂと、大端面３ａにおける大鍔面
２ｃとの接触位置Ｐとの間の寸法（円すいころ３の軸線
と平行な方向の寸法）である。

【００２８】この実施形態の円すいころ軸受を、従来軸
受と同様に、保持器４、複数の円すいころ３、及び内輪
２からなる組付体を、内輪２の小鍔面２ｂ側を下に向け
た状態で外輪１の軌道面１ａに上方から挿入して組立て
た場合、組立時において、円すいころ３は軌道面上の正
規の位置に座らず、その小端面３ｂが内輪２の小鍔面２
ｂに接触し、大端面３ａと大鍔面２ｃとの間に隙間δが
できた状態になる。この初期状態から、スラスト荷重を
作用させた状態で、軸受を所要回数回転させると、円す
いころ３が大鍔面２ｃ側に隙間δ分だけ軸方向移動し
て、図１に示すように、大端面３ａが大鍔面２ｃに接触
し、円すいころ３が正規の位置に落ち着く。

【００２９】この実施形態では、内輪２の溝幅寸法
（Ｗ）と円すいころ３の長さ寸法（Ｌ）を所定の寸法公
差内に仕上げると共に、内輪２の小鍔面２ｂを円すいこ
ろ３の小端面３ｂと平行な面に加工し、かつ、図４及び
図５に示すように、保持器４、複数の円すいころ３、及
び内輪２を一体に組付けた状態で、円すいころ３の大端
面３ａを内輪２の大鍔面２ｃに接触させた時の、小端面
３ｂと小鍔面２ｂとの間の隙間δを測定することによ
り、この隙間δがδ≦０．４ｍｍになるように規制して
いる。

【００３０】内輪２の小鍔面２ｂを、軌道面２ａに配さ
れた円すいころ３の小端面３ｂと平行な面にすることに
よって、隙間δに対する小端面３ｂ側の面取り寸法・形
状のばらつきの影響を排除することができる。例えば、
図５において、小端面３ｂ側の面取りが同図で実線で示
すものであった場合、組立時の状態（初期状態）におけ
る接触点はＰ５、Ｐ６であり、小端面３ｂ側の面取りが
同図で点線で示すものであった場合、初期状態における
接触点は外径側に移動してＰ５’、Ｐ６’になる。円す
いころ３を大端面側に軸方向移動させて、大端面を大鍔
面に接触させた時の、点Ｐ５・Ｐ６間の隙間の値をδ
５、点Ｐ５’・Ｐ６’間の隙間の値をδ６とすると、小
鍔面２ｂと小端面３ｂとが平行であるため、δ５＝δ６
となり、接触点が変動しても隙間δの値は変動しない。
従って、小端面３ｂ側の面取り寸法・形状のばらつきに
起因した隙間δのばらつきがなくなる。

【００３１】上記のようにして、隙間δの値を所要の大
きさに規制した後、上記組付け体（内輪２、円すいころ
３、保持器４）と外輪１に防錆潤滑油を塗布し（浸漬、
吹付け等、塗布方法は問わない。）、両者を合わせて軸
受として完成し出荷する。

【００３２】出荷時に塗布する防錆潤滑油は、２０°Ｃ
における動粘度が１２０ｃｓｔ以上で、かつ、防錆能力
を兼ね備えたものが望ましく、この実施形態では「昭和
シェルＶＳＩサーキュレーティングオイル１００」を
塗布した。「昭和シェルＶＳＩサーキュレーティング
オイル１００」の主要特性を以下に列記する。

【００３３】比重（１５／４°Ｃ）：０．８８１流動点（°Ｃ）：−７．５動粘度（ｃｓｔ、ａｔ２０°Ｃ）：３４０粘度指数：９５銅板腐食：１ｂアニリン点（°Ｃ）：１１４．０全酸価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）：０．４５上記防錆潤滑油は２０°Ｃにおける動粘度が３４０ｃｓ
ｔであり、この防錆潤滑油を塗布した状態で馴らし運転
を行うことにより、図９に示す実験結果から、軸受の落
ち着き回数は平均４回（最小２回）になり、比較的短時
間で馴らし運転時間を完了することができる。同時に、
上記防錆潤滑油は防錆能力にも優れているので、軸受の
発錆も防止することができる。

【００３４】上記構成の円すいころ軸受は、図８に示す
ような自動車のデファレンシャルに組み込まれる軸受
（軸受２３、２４、２７、２８、特にドライブピニオン
軸２２を回転自在に支持する軸受２３、２４）として好
適である他、自動車のトランスミッション等の歯車装置
に組み込まれる軸受として好適である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、構成部品の少なくとも
摩擦を生じる表面に、２０°Ｃにおける動粘度が１２０
ｃｓｔ以上である防錆潤滑油を塗布したので、円すいこ
ろの転動面と内・外輪の軌道面との間に良好な油膜が形
成され、円すいころの大端面側への軸方向移動が促進さ
れるので、この種の円すいころ軸受における馴らし運転
時間を短縮すると同時に、馴らし運転後の予圧設定作業
の信頼性を向上させることができる。また、隙間δを大
きさの基準値を許容範囲内で大きく設定することができ
るので、加工コスト、管理コストの低減の点で有利であ
る。

【００３６】油膜パラメータΛが１以上になることによ
り、油の油膜形成が促進されて、さらに顕著な効果が得
られる。

【００３７】上記のような円すいころ軸受で回転軸をケ
ーシングに対して回転自在に支持する回転軸の支持構造
は、予圧設定作業の効率が高く、かつ、予圧設定の信頼
性が高いので、自動車の歯車装置、特にデファレンシャ
ルのドライブピニオン軸の支持構造として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の円すいころ軸受を示す断面図であ
る。

【図２】図１に示す円すいころ軸受の内輪を示す断面図
である。

【図３】図１に示す円すいころ軸受の円すいころを示す
断面図である。

【図４】隙間δの測定時の状態を示す断面図である。

【図５】図４におけるＡ部の拡大断面図である。

【図６】従来の円すいころ軸受を示す断面図である。

【図７】従来の円すいころ軸受における組立時の初期状
態を示す断面図（図ａ）、馴らし運転後の状態を示す断
面図（図ｂ）、馴らし運転時の状態を示す断面図（図
ｃ）である。

【図８】自動車のデファレンシャルの一構成例を示す断
面図である。

【図９】塗布する油の動粘度と軸受の落ち着き回数の関
係を示す図である。

【図１０】塗布する油の動粘度と油膜厚さの関係を示す
図である。

【符号の説明】

１外輪１ａ軌道面２内輪２ａ軌道面２ｂ小鍔面２ｃ大鍔面３円すいころ３ａ大端面３ｂ小端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円すい状の軌道面を有する外輪と、円す
い状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、大
径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌
道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、
円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備え、上記構成部品の少なくとも摩擦を生じる表面に、２０°
Ｃにおける動粘度が１２０ｃｓｔ以上である防錆潤滑油
が塗布されていることを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】下記式で表される油膜パラメータΛが１
以上であることを特徴とする請求項１記載の円すいころ
軸受。 Λ＝ｈ₀／（σ₁ ²＋σ₂ ²）^1/2 ｈ₀：円すいころの転動面と内・外輪の軌道面間に形成
される油膜の厚さ σ₁：円すいころの転動面の平均粗さ σ₂：内・外輪の軌道面の平均粗さ
【請求項３】自動車の歯車装置における回転軸の支持
用に用いられる請求項１又は２記載の円すいころ軸受。
【請求項４】ケーシングに組み込まれた回転軸を、円
すいころ軸受でケーシングに対して回転自在に支持する
自動車の歯車装置における回転軸の支持構造であって、上記円すいころ軸受が、円すい状の軌道面を有する外輪
と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小
鍔面、大径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と
内輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の円すい
ころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器と
を備え、上記円すいころ軸受の構成部品の少なくとも摩擦を生じ
る表面に、２０°Ｃにおける動粘度が１２０ｃｓｔ以上
である防錆潤滑油が塗布された状態で、上記回転軸およ
び円すいころ軸受を所要回数回転させて馴らし運転を行
った後、上記円すいころ軸受に所定の予圧を付与するこ
とを特徴とする自動車の歯車装置における回転軸の支持
構造。
【請求項５】上記ケーシングがデファレンシャルケー
スであり、上記回転軸が、その前端部にプロペラシャフ
トが連結され、その後端部にリンクギヤと歯合するドラ
イブピニオンギヤが設けられたドライブピニオン軸であ
ることを特徴とする請求項４記載の自動車の歯車装置に
おける回転軸の支持構造。