KR20120091470A

KR20120091470A - 원뿔 롤러 베어링

Info

Publication number: KR20120091470A
Application number: KR1020127019757A
Authority: KR
Inventors: 코지 카와구치; 유즈루 타카하시; 키요시 오기노; 히로키 마츠야마
Original assignee: 가부시키가이샤 제이텍트
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2012-08-17
Also published as: EP1722117B1; US8641290B2; CN100422586C; EP1722117A4; CN1922412A; KR20060129395A; JP4730299B2; WO2005080813A1; US20080101742A1; JPWO2005080813A1; EP1722117A1

Abstract

본 발명의 원뿔 롤러 베어링은 원뿔 롤러의 전동면(轉動面)과 내외륜의 궤도면에 크라우닝(crowning)을 실시하고, 그 크라우닝에 있어서의 전(全) 크라우닝량과 각 궤도면 및 전동면의 크라우닝량을 매우 적합하게 규정하였다. 이것에 의해, 내외륜과 원뿔 롤러와의 구름 마찰을 저감해서, 당해 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크의 저감화를 실현하였다.

Description

원뿔 롤러 베어링{TAPERED ROLLER BEARING}

본 발명은 예를 들면, 자동차 등에 있어서의 디퍼렌셜(differential) 장치, 트랜스액슬 등의 피니언 기어 축지지 장치나, 트랜스미션 등에 매우 적합하게 사용되는 원뿔 롤러 베어링에 관한 것이다.

최근, 자동차 등의 연비(燃費) 절약화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 그것들에 탑재되는 트랜스미션 장치나 디퍼렌셜 장치의 회전축을 지지하기 위해서 사용되고 있는 원뿔 롤러 베어링에 관해서도 그 회전 토크의 저감화가 요망되고 있다.

그 중에서, 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크를 저감하는 방법으로서, 원뿔 롤러의 전동면(轉動面)이나 내외륜(內外輪)의 궤도면에 크라우닝(crowning)을 실시해서 구름 마찰을 저감하는 방법이 있다.

이러한 방법으로서, 예를 들면, 일본국 특허공개 2003-130059호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 궤도면을 원호 크라우닝 형상으로 함으로써 회전 토크의 저감화를 도모하는 방법이나, 일본국 특허공개 2001-65574호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 롤러의 전동면과 그것에 접하는 궤도면에 로그곡선에 근사시킨 크라우닝 형상으로 하는 방법이 제안되어 있다.

상기 종래예에서는, 전동면 혹은 궤도면의 크라우닝의 형상을 수치로 규정함으로써 원뿔 롤러 베어링의 성능향상화가 도모되고 있었다. 그러나, 크라우닝을 양으로서 착안하여, 그 크라우닝량을 규정함으로써 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크를 저감한다고 하는 시도는 이루어지고 있지 않았다.

일본국 특허 공개 2003-130059호 공보 일본국 특허 공개 2001-65574호 공보

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 롤러의 전동면 및 내외륜의 궤도면에 크라우닝을 실시하고, 그 크라우닝량을 규정함으로써 회전 토크를 저감할 수 있는 원뿔 롤러 베어링의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명의 원뿔 롤러 베어링은 크라우닝이 실시된 외륜 궤도면을 갖는 외륜과, 크라우닝이 실시된 내륜 궤도면을 갖는 내륜과, 크라우닝이 실시된 전동면을 가짐과 아울러 상기 양 궤도면의 상호간에 전동 자유롭게 배치된 복수의 원뿔 롤러를 구비하며, 전(全) 크라우닝량(＝외륜 크라우닝량＋내륜 크라우닝량＋롤러 크라우닝량×2)이 50㎛ 이상, 외륜 크라우닝률(＝외륜 크라우닝량/전 크라우닝량)이 40% 이상, 롤러 크라우닝률(＝(롤러 크라우닝량×2)/전 크라우닝량)이 20% 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

상기와 같이 구성된 원뿔 롤러 베어링에 따르면, 상기 원뿔 롤러의 전동면 및 내외륜의 궤도면에 실시된 크라우닝의 전 크라우닝량, 외륜 크라우닝률, 및 롤러 크라우닝률이 매우 적합한 값으로 설정되어 있으므로, 각각의 전동면 및 궤도면에 있어서의 접촉면적을 적당히 감소시킴과 아울러, 내외륜과 원뿔 롤러 사이의 구름 점성 저항을 저감할 수 있다. 따라서, 이들 구름 마찰을 저감할 수 있으며, 당해 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크의 저감을 도모할 수 있다.

상기 원뿔 롤러 베어링에 있어서, 내륜 크라우닝률(＝내륜 크라우닝량/전 크라우닝량)이 10% 이상인 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 내륜 궤도면과 상기 전동면과의 접촉면에 있어서의 축방향 양단부 부근의 접촉 하중을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 이른바 단부하중(edge load)이 작용한 경우에도 그 작용을 저감하여, 베어링 수명의 저하를 방지할 수 있다.

원뿔 롤러의 전동면 및 내외륜의 궤도면에 크라우닝을 실시함으로써, 각각의 전동면 및 궤도면에 있어서의 접촉면적을 적당히 감소시킴과 아울러, 구름 저항을 저감한다. 따라서, 이들 구름 마찰을 저감할 수 있으며, 회전 토크를 저감하고, 베어링 수명의 저하를 방지한다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 원뿔 롤러 베어링의 축방향 단면도이다.
도 2는 내륜의 크라우닝(복합 크라우닝의 경우)의 형상을 나타내는 도면으로, 도 2a는 내륜의 윤곽을 나타내고, 도 2b는 내륜의 궤도면에 실시된 크라우닝 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
도 3은 내륜의 크라우닝(풀 크라우닝(full crowning)의 경우)의 형상을 나타내는 도면으로, 도 3a는 내륜의 윤곽을 나타내고, 도 3b는 내륜의 궤도면에 실시된 크라우닝 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
도 4는 원뿔 롤러의 크라우닝의 형상을 나타내는 도면으로, 도 4a는 원뿔 롤러(30)의 축방향의 단면에 있어서의 상측 절반의 윤곽을 나타내고, 도 4b는 원뿔 롤러의 전동면에 실시된 크라우닝 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
도 5는 외륜의 크라우닝의 형상을 나타내는 도면으로, 도 5a는 외륜의 윤곽을 나타내고, 도 5b는 외륜의 궤도면에 실시된 크라우닝 형상을 모식적으로 나타내고 있다.
도 6은 전 크라우닝량과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다.
도 7은 외륜 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다.
도 8은 롤러 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다.
도 9는 내륜 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 원뿔 롤러 베어링의 축방향 단면도이다.

도면 중, 본 실시형태에 따른 원뿔 롤러 베어링(1)은 외주(外周)에 원뿔면으로 이루어지는 내륜 궤도면(11)을 갖는 내륜(10)과, 내주(內周)에 원뿔면으로 이루어지는 외륜 궤도면(21)을 갖는 외륜(20)과, 외주에 원뿔면으로 이루어지는 전동면(31)을 가짐과 아울러 양 궤도면(11, 21)의 상호간에 전동 자유롭게 배치된 복수의 원뿔 롤러(30)와, 이 복수의 원뿔 롤러(30)를 둘레방향으로 소정의 간격으로 유지하고 있는 리테이너(retainer;40)를 구비하고 있다. 그리고, 내륜 궤도면(11), 외륜 궤도면(21) 및 전동면(31)에는, 본 발명의 특징적 구성인 크라우닝이 실시되어 있다.

여기에서, 일반적인 크라우닝의 개념에 대해서, 내륜을 예로 설명한다. 도 2a는 내륜 궤도면(11)에 크라우닝을 실시한 내륜(10)의 축방향의 단면에 있어서의 윤곽을 과장해서 나타낸 도면이다. 도면 중, 원뿔 롤러(30)의 전동면(31)과 구름 접촉하는 내륜 궤도면(11)에는, 직경방향 바깥쪽으로 약간 돌출한 크라우닝이 실시되어 있다. 이 크라우닝은 원호를 상측 밑변(upper base)으로 하는 사다리꼴적 형상의 복합 크라우닝을 나타내고 있다.

이하에, 내륜(10)의 크라우닝량(이하, 내륜 크라우닝량이라고도 말함)의 산출방법에 대해서 설명한다. 도 2a에 있어서, 내륜(10)의 축방향에 대한 내륜 궤도면(11)의 폭을 SK, 내륜 궤도면(11)의 테이퍼 각도를 β, 내륜 궤도면(11)의 양단부에 형성되어 있는 도시의 모따기(chamfering) 치수를 L1, L2라고 했을 때, 궤도 길이(LRI)는 하기 식(1)로부터 얻어진다.

LRI＝SK/cosβ－(L1＋L2) …(1)

여기에서, LRI'＝0.6LRI가 되는 길이(LRI')를, 궤도 길이(LRI)의 중간점으로부터 도시와 같이 취하고, LRI'의 치수 양단에 대응하는 내륜 궤도면(11)상의 점을, A' 및 B'로 한다. 또한, 이 경우 A', B'는 원호의 단점(端点;Ae, Be)보다 내측에 있으나, A', B'가 각각 원호의 단점(Ae, Be)과 일치해도 좋다.

도 2b는 도 2a에 나타내는 내륜 궤도면(11)의 궤도 길이(LRI)의 단점(A)과 단점(B) 사이의 크라우닝의 단면 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 2b에 있어서, 길이(LRI')에 있어서의 크라우닝의 현(弦;G')의 중점(C2')과 크라우닝의 원호 중심(O)을 통과하는 직선(M)은, 현(G')과 직교하며 또한 길이(LRI')에 있어서의 크라우닝 원호 중심점(C1)을 통과한다. 그리고, 이 크라우닝 원호 중심점(C1)으로부터, 궤도 길이(LRI)에 있어서의 크라우닝의 현(G)의 중점(C2)까지의 거리 치수를, 내륜(10)의 크라우닝량(CRI)으로 하였다.

또한, 내륜 크라우닝의 형상은, 도 2에 나타내는 바와 같은 원호를 상측 밑변으로 하는 사다리꼴적 형상뿐만 아니라, 단일의 원호 형상 외에, 복수의 원호로 형성되는 형상이나, 로그 크라우닝(logarithmic crowning), 타원 크라우닝 등, 모든 종류의 크라우닝 형상이어도 좋으며, 이들 모든 크라우닝 형상에 있어서 상술한 크라우닝량의 개념을 적용할 수 있다.

또한, 상기 크라우닝의 개념은, 롤러나 외륜에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 또, 상기 크라우닝량의 정의는 롤러나 외륜에 대해서도 적용 가능하다.

또한, 궤도 길이(전동면 길이)의 범위에 있어서 복수의 형상을 조합해서 이루어지는 크라우닝을 복합 크라우닝이라고 말하고, 궤도 길이의 범위에 있어서 단일의 원호 형상으로 이루어지는 크라우닝을 풀 크라우닝이라고 말한다.

다음으로, 크라우닝 형상이 풀 크라우닝인 경우의 크라우닝의 개념과, 이것에 기초하는 크라우닝량의 개념에 대해서 설명한다. 또한 동시에, 원뿔 롤러와 외륜에 있어서의 크라우닝의 개념에 대해서도 설명한다.

도 3a는 내륜 궤도면(11)에 풀 크라우닝을 실시한 내륜(10)의 축방향의 단면에 있어서의 윤곽을 나타낸 도면이다. 도면에 있어서, 궤도 길이(LRI)는 도 2a의 경우에 있어서의 식(1)과 동일하며,

LRI＝SK/cosβ－(L1＋L2)이다.

한편, 도 3b는 도 3a에 나타내는 내륜 궤도면(11)의 궤도 길이(LRI)의 단점(A)과 단점(B) 사이의 크라우닝의 단면 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 도면 중, 궤도 길이(LRI)에 있어서의 크라우닝의 현(G)의 중점(C2)과 크라우닝의 원호 중심(O)을 통과하는 직선(M)은 현(G)과 직교하며 또한 궤도 길이(LRI)에 있어서의 크라우닝 원호 중심점(C1)을 통과한다.

그리고, 이 크라우닝 원호 중심점(C1)과 중점(C2)으로 정해지는 거리 치수를 내륜 크라우닝량(CRI)으로 하였다. 즉, 도시와 같이 크라우닝 원호의 반경을 RCI로 하면, 내륜 크라우닝량(CRI)은 하기 식(2)에 의해 구해진다.

CRI＝RCI－{RCI²－(LRI/2)²}^1/2 …(2)

도 4a는 원뿔 롤러(30)의 축방향의 단면에 있어서의 상측 절반의 윤곽을 나타내는 도면이다. 도면 중, 원뿔 롤러(30)에는, 내외륜의 궤도면(11, 21)과 구름 접촉하는 궤도면(31)이 형성되어 있다. 또한 전동면(31)의 양단부에는, 각각 모따기부(32a, 33a)가 형성되어 있으며, 원뿔 롤러(30)의 소경(小徑)측 단면(32) 및 대경(大徑)측 단면(33)에 대하여 매끄럽게 연속하도록 형성되어 있다. 또한, 전동면(31)에는 극히 약간 외경 방향으로 돌출한 풀 크라우닝이 실시되어 있다.

이하에, 원뿔 롤러(30)의 크라우닝량(이하, 롤러 크라우닝량(roller crowning amount)이라고 말함)의 산출방법에 대해서 설명한다. 도 4a 중, 원뿔 롤러(30)의 중심축 방향에 대한 전동면(31)의 폭을 L, 전동면(31)의 테이퍼 각도를 γ, 전동면(31)의 양단부에 형성되어 있는 모따기부(32a, 33a)의 곡면을 전동면의 전 폭에서 제외한 폭치수를 S1, S2라고 했을 때, 상술한 롤러 유효 길이(LWR)는 하기 식(3)으로부터 얻어진다.

LWR＝L/cos(γ/2)－(S1＋S2) …(3)

또한, 상기 식(3) 중 S1, S2는 베어링의 사이즈에 의해 일정한 값이 정해진다.

도 4b는 도 4a 중에 나타내는 전동면(31)의 롤러 유효 길이(LWR)의 단점(A)과 단점(B) 사이의 크라우닝 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도면 중, 롤러 유효 길이(LWR)에 있어서의 크라우닝의 현(G)의 중점(C2)과 크라우닝의 원호 중심(O)을 통과하는 직선(M)은 현(G)과 직교하며 또한 롤러 유효 길이(LWR)에 있어서의 크라우닝 원호 중심점(C1)을 통과한다.

본 발명자들은 이 크라우닝 원호 중심점(C1)과 중점(C2)과의 거리 치수를 롤러 크라우닝량(CR)으로 하였다. 그리고, 도면과 같이 크라우닝 원호의 반경을 RC라고 하면, 롤러 크라우닝량(CR)은 하기 식(4)에 의해 구해진다.

CR＝RC－{RC²－(LWR/2)²}^1/2 …(4)

다음으로, 궤도면에 풀 크라우닝을 실시한 외륜(20)의 크라우닝량(이하, 외륜 크라우닝량이라고도 말함)의 산출방법에 대해서 설명한다. 도 5a는 외륜 궤도면(21)에 풀 크라우닝을 실시한 외륜(20)의 축방향의 단면에 있어서의 윤곽을 과장해서 나타낸 도면이다. 도면 중, 원뿔 롤러(30)의 전동면(31)과 구름 접촉하는 외륜 궤도면(21)에는, 직경방향 안쪽으로 돌출한 단면 원호 형상의 크라우닝이 실시되어 있다. 또한, 외륜 궤도면(21)의 양단부로부터 외륜(20)의 축단면을 향해서, 각각 모따기부(22a, 23a)가 형성되어 있다. 이들 모따기부(22a, 23a)는 각각 외륜(20)의 소내경(小內徑)측 단면(22) 및 대내경(大內徑)측 단면(23)에 대해서 매끄럽게 연속하도록 형성되어 있다.

도 5a 중, 외륜(20)의 축방향에 대한 외륜 궤도면(21)의 폭을 SB, 외륜 궤도면(21)의 테이퍼 각도를 α, 외륜 궤도면(21)의 양단부에 형성되어 있는 모따기부(22a, 23a)의 곡면을 외륜 궤도면의 전 폭에서 제외한 폭치수를 T1, T2라고 했을 때, 상술한 궤도 길이(LRO)는 하기 식(5)로부터 얻어진다.

LRO＝SB/cosα－(T1＋T2) …(5)

또한, 상기 식(5) 중, T1, T2는 베어링의 사이즈에 의해 일정한 값이 정해진다.

도 5b는 도 5a 중에 나타내는 외륜 궤도면(21)의 궤도 길이(LRO)의 단점(A)과 단점(B) 사이의 크라우닝의 단면 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 도면 중, 궤도 길이(LRO)에 있어서의 크라우닝의 현(G)의 중점(C2)과 크라우닝의 원호 중심(O)을 통과하는 직선(M)은 현(G)과 직교하며 또한 궤도 길이(LRO)에 있어서의 크라우닝 원호 중심점(C1)을 통과한다.

본 발명자들은 이 크라우닝 원호 중심점(C1)과 중점(C2)으로 정해지는 거리 치수를 외륜 크라우닝량(CRO)으로 하였다. 그리고, 도면과 같이 크라우닝 원호의 반경을 RCO라고 하면, 외륜 크라우닝량(CRO)은 하기 식(6)에 의해 구해진다.

CRO＝RCO－{RCO²－(LRO/2)²}^1/2 …(6)

이상과 같이 해서, 풀 크라우닝을 실시한 경우의 원뿔 롤러 및 내외륜의 크라우닝량을 구할 수 있다.

또한, 풀 크라우닝을 실시한 원뿔 롤러(30) 및 내외륜(10, 20)에 대해서, 상술한 일반적인 크라우닝의 사고방식에 기초해서 크라우닝량을 산출할 수 있는 것은 물론이다. 즉, 도 2에 있어서 길이(LRI')를 구한 것과 마찬가지로, 원뿔 롤러(30)의 경우는 LWR에 대한 LWR'를, 또한, 외륜(20)의 경우는 LRO에 대한 LRO'를, 각각 도출하면 된다. 이렇게 해서 일반적인 크라우닝의 개념에 기초해서 구한 크라우닝량은 풀 크라우닝의 개념(도 4, 도 5)에 기초해서 구한 값과 거의 일치한다.

그리고, 본 발명자들은 상기의 롤러 크라우닝량, 내륜 크라우닝량, 외륜 크라우닝량으로부터, 하기 식(7), (8), (9), (10)에 기초해서 전 크라우닝량, 외륜 크라우닝률, 롤러 크라우닝률, 내륜 크라우닝률을 산출하였다.

전 크라우닝량＝외륜 크라우닝량＋내륜 크라우닝량＋롤러 크라우닝량×2

…(7)

외륜 크라우닝률＝외륜 크라우닝량/전 크라우닝량 …(8)

롤러 크라우닝률＝(롤러 크라우닝량×2)/전 크라우닝량 …(9)

내륜 크라우닝률＝내륜 크라우닝량/전 크라우닝량 …(10)

그리고, 본 실시형태의 원뿔 롤러 베어링(1)의 원뿔 롤러(30) 및 내외륜(10, 20)은 전 크라우닝량이 50㎛ 이상, 외륜 크라우닝률이 40% 이상, 롤러 크라우닝률이 20% 이하로 설정되어 있다.

여기에서, 본 발명자들이 행한, 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크와, 전 크라우닝량 및 각 크라우닝률과의 관계를 명백히 하기 위한 검증시험의 결과에 대해서 설명한다.

본 시험에 제공한 원뿔 롤러 베어링으로서는, 그 전 크라우닝량 및 각 크라우닝률이 여러 가지 다른 값으로 설정된 도 1에 나타내는 구성의 원뿔 롤러 베어링(JIS30306 상당품)을 다수 준비하고, 이들의 회전 토크를 실험적으로 측정하였다.

원뿔 롤러 베어링의 회전 토크의 측정방법으로서는, 예를 들면 베어링 시험장치를 사용하고, 실시예품인 원뿔 롤러 베어링을 시험장치에 설치한 후, 내외륜의 한쪽을 회전시키고, 내외륜의 다른쪽에 작용하는 회전 토크를 측정하였다. 시험조건으로서는, 윤활유에 디퍼렌셜 장치용 기어오일을 사용하고, 의사적인 여압 부하로서 축 하중(axial load) 4kN을 주며, 회전속도 300rpm, 2000rpm의 2종류의 회전속도로 행하였다.

*또한, 시험시의 윤활조건으로서는, 회전속도 300rpm시에는, 상온의 윤활유를 시험 전에 적량 도포하는 것만으로 이후 급유(給油)를 행하지 않고 시험하였다. 한편, 회전속도 2000rpm시에는, 오일온도 323K(50℃)의 윤활유를 매분 0.5리터로 순환 공급하면서 시험을 행하였다. 윤활유의 공급방법을 회전수에 따라 다른 방법으로 한 것은, 각각의 회전수에 있어서의 필요 최소한의 윤활유량만 공급해서, 윤활유가 과잉 공급이 되는 경우에 발생하는 윤활유의 교반 저항의 영향을 가능한 한 없애, 구름 마찰에 의한 회전 토크를 추출하기 위함이다.

상술과 같이 해서, 전 크라우닝량 및 각 크라우닝률이 여러 가지 다른 값으로 설정된 원뿔 롤러 베어링의 각각에 대해서, 회전 토크를 측정하였다. 그리고, 상기 전 크라우닝량 및 각 크라우닝률과 회전 토크와의 관계를 파악함으로써, 회전 토크를 저감시키는 값의 범위를 특정하였다.

도 6은 전 크라우닝량과 측정한 원뿔 롤러 베어링의 토크비(회전 토크/소정값)와의 관계를 나타낸 산포도이다. 이 도면으로부터 명백하듯이, 전 크라우닝량이 50㎛ 이하인 경우에서는, 토크비는 큰 폭을 가지고 분산하고 있으나, 전 크라우닝량이 증가함에 따라서, 분산하고 있는 토크비 중의 최대값이 서서히 저하하는 경향을 나타내고 있다. 그리고, 전 크라우닝량이 50㎛ 이상인 경우, 토크비는 전 크라우닝량이 50㎛ 이상인 경우와 비교해서, 보다 낮은 값의 범위에 안정되게 분포하고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 전 크라우닝량은 100㎛를 넘으면, 원뿔 롤러 및 내외륜에 과대한 크라우닝이 실시되게 되어, 원뿔 롤러가 안정되게 전동할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 전 크라우닝량은 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.

다음으로 도 7은 외륜 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다. 이 도면으로부터 명백하듯이, 외륜 크라우닝률이 40% 이하인 경우에서는, 외륜 크라우닝률이 증가함에 따라서 토크비 중의 최대값이 서서히 저하하는 경향을 나타내고 있다. 그리고, 외륜 크라우닝률이 40% 이상인 경우에서는, 토크비는 외륜 크라우닝률이 40% 이하인 경우와 비교해서, 보다 낮은 값의 범위에 안정되게 분포하고 있음을 알 수 있다.

도 8은 롤러 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다. 이 도면으로부터 명백하듯이, 롤러 크라우닝률이 20% 이상인 경우에서는, 롤러 크라우닝률이 감소함에 따라서 토크비 중의 최대값이 서서히 저하하는 경향을 나타내고 있다. 그리고, 롤러 크라우닝률이 20% 이하인 경우에서는, 토크비는 롤러 크라우닝률이 20% 이상인 경우와 비교해서, 보다 낮은 값의 범위에 안정되게 분포하고 있음을 알 수 있다.

도 9는 내륜 크라우닝률과 원뿔 롤러 베어링의 토크비와의 관계를 나타낸 산포도이다. 이 도면으로부터 명백하듯이, 내륜 크라우닝률의 변화에 대해서, 토크비는 거의 일정한 범위로 안정되어 있다. 즉 내륜 크라우닝률은 원뿔 롤러 베어링의 토크비에 대해서, 현저한 상관이 보여지지 않았다. 단, 내륜 크라우닝률은 이것을 10% 이상으로 설정함으로써, 내륜 궤도면(11)과, 전동면(31)과의 접촉면에 있어서의 축방향 양단부 부근의 접촉 하중을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 이른바 단부 하중이 작용한 경우에도 그 작용을 저감하여, 당해 베어링 수명의 저하를 방지할 수 있다.

이상과 같이, 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크비 즉 회전 토크와, 전 크라우닝량 및 각 크라우닝률과의 관계에 대해서 실험적으로 측정하여 검증한 결과, 전 크라우닝량은 50㎛ 이상, 외륜 크라우닝률은 40% 이상, 롤러 크라우닝률은 20% 이하라고 하는 조건을 만족시킴으로써, 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 외륜 크라우닝률은 100%여도 좋으나, 상술과 같이 내륜 크라우닝률이 10% 이상 실시되는 것을 고려하면, 90% 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 롤러 크라우닝률이 0%인 경우, 외륜 크라우닝률 및 내륜 크라우닝률이 상기 소정의 값의 범위이면, 회전 토크 저감의 효과는 얻어진다. 따라서, 롤러 크라우닝률은 0% 이상, 20% 이하의 범위에서 설정되면 된다.

또한, 내륜 크라우닝률은 외륜 크라우닝률이 40% 이상 실시되기 때문에, 60% 이하인 것이 바람직하다.

상기 검증시험에 있어서, 측정된 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크는 윤활유의 교반 저항의 영향을 가능한 한 없앤 상태에서 측정된 값이며, 원뿔 롤러와 내외륜간의 구름 점성 저항이 크게 기여한 상태의 회전 토크이다.

다시 말하면, 상기 검증시험의 결과에 따르면, 원뿔 롤러(30)의 전동면 및 내외륜의 궤도면에 실시된 각 크라우닝의 전 크라우닝량, 외륜 크라우닝률, 및 롤러 크라우닝률을 상기 조건으로 함으로써, 내외륜과 원뿔 롤러 사이의 구름 점성 저항이 저감되고 있다고 이해된다.

즉, 본 실시형태에 따른 원뿔 롤러 베어링(1)에 따르면, 상술과 같이, 원뿔 롤러(30)와 내외륜(10, 20) 사이의 구름 점성 저항을 저감시킬 수 있으며, 이들의 구름 마찰을 저감할 수 있다. 그 결과, 원뿔 롤러 베어링(1)으로서의 회전 토크를 저감할 수 있다.

특히, 디퍼렌셜 장치 등의 차량용 피니언 기어 축지지 장치에서는, 비교적 고점도의 기어용 윤활유로 베어링의 윤활이 행해지기 때문에, 이것에 사용되는 베어링의 구름 점성 저항은 커지는 경향에 있다. 따라서, 본 발명에 따른 원뿔 롤러 베어링을 피니언 기어 축지지 장치에 사용함으로써, 그 회전 토크 저감효과는 현저히 나타난다.

또한, 본 발명자들은 본 실시형태의 원뿔 롤러 베어링의 회전 토크 저감효과를 검증하기 위해서, 실시예품 및 비교예품을 사용해서 회전 토크의 측정을 행하였다. 본 발명에 따른 실시예품으로서는, 전 크라우닝량이 64㎛, 외륜 크라우닝량이 40㎛, 롤러 크라우닝량이 2㎛, 내륜 크라우닝량이 20㎛로 설정된 원뿔 롤러 베어링을 사용하였다. 이때의 실시예품에 따른 원뿔 롤러 베어링의 외륜 크라우닝률은 62.5%, 롤러 크라우닝률은 6.25%, 내륜 크라우닝률은 31.25%이다. 비교예품으로서는, 내외륜 및 원뿔 롤러에 크라우닝이 실시되어 있지 않은 실시예품과 동일한 사이즈의 원뿔 롤러 베어링을 준비하고, 양자의 회전 토크를 동일 조건에서 측정해서 비교하였다.

그 결과, 상기 실시예품에 따른 원뿔 롤러 베어링에서는, 비교예품에 따른 원뿔 롤러 베어링과 비교해서, 그 회전 토크를 대략 55% 저감할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명의 원뿔 롤러 베어링은 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 베어링의 구성이나, 원뿔 롤러의 전동면 및 내외륜의 궤도면의 형상 등은 본 발명의 취지에 기초해서 적절히 변경할 수 있다.

1 원뿔롤러 베어링
10 내륜 11 내륜 궤도면
20 외륜 21 외륜 궤도면
22 소내경측 단면 23 대내경측 단면
30 원뿔 롤러 31 전동면
32 소내경측 단면 33 대경측 단면
40 리테이너

Claims

크라우닝(crowning)이 실시된 외륜 궤도면을 갖는 외륜과, 크라우닝이 실시된 내륜 궤도면을 갖는 내륜과, 크라우닝이 실시된 전동면(轉動面)을 가짐과 아울러 상기 양 궤도면의 상호간에 전동 자유롭게 배치된 복수의 원뿔 롤러를 포함하고,
전 크라우닝량(＝외륜 크라우닝량＋내륜 크라우닝량＋롤러 크라우닝량×2)이 50㎛ 이상,
외륜 크라우닝률(＝외륜 크라우닝량/전(全) 크라우닝량)이 40% 이상,
롤러 크라우닝률(＝(롤러 크라우닝량×2)/전 크라우닝량)이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 원뿔 롤러 베어링.
제1항에 있어서, 내륜 크라우닝률(＝내륜 크라우닝량/전 크라우닝량)이 10% 이상인 것을 특징으로 하는 원뿔 롤러 베어링.