WO2004111477A1

WO2004111477A1 - 円筒ころ軸受

Info

Publication number: WO2004111477A1
Application number: PCT/JP2004/007044
Authority: WO
Inventors: Hiromichi Takemura; Masanao Sato
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2004-12-23
Also published as: US20060126983A1; EP1632685A1; EP1632685A4; US7416346B2; EP1632685B1

Abstract

内輪2がころ4の端面を接触案内するころ案内面7を備えた鍔部6を有する円筒ころ軸受1であって、前記円筒ころ4の直径をDaとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に0.40Da離れた前記円筒ころの端面4aを第一の位置A、0.35Da離れた前記円筒ころの端面4aを第二の位置Bとしたとき、前記円筒ころの端面4aは、前記第一の位置Aと第二の位置B間で前記鍔部のころ案内面7と接触し、前記円筒ころの端面4aは、前記第一の位置Aと前記第二の位置Bを通過する連続した曲線からなる凸状のクラウニング部4bを備え、前記第一の位置Aと前記第二の位置Bを結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度αは、α≦0.5°である。

Description

円筒ころ軸受 <技術分野 >

本発明は、自動車のトランスミッション等に用いられ、過大なアキシアル荷重を許容できる円筒ころ軸受に関し、特に、高速回転や低粘度の油を用いた場合、或いは、潤滑装置が故障して潤滑油明が十分に供給できない場合でも、直ちに焼付きを生じさせない様に耐焼付き性を向上させた円筒ころ軸受の改良に関する。書

ぐ背景技術 >

一般に、円筒ころ軸受では、複数の円筒ころを軌道輪の円周方向に案内するため、軌道輪の端部に鍔部を設け、この鍔部の内側面に形成されたころ案内面にころの端面を摺接させるように構成されている。また、自動車のトランスミツション等に用いられる円筒ころ軸受では、ラジアル荷重に加えてアキシアル荷重が負荷されて使用される場合がある。円筒ころ軸受がアキシアル荷重を受けて回転すると、円筒ころの端面が鍔部のころ案内面と接触する箇所にエッジロードのような局部的な応力が作用し、接触面に大きな摩擦が発生する。また、高速回転によりこの摩擦が顕著になると、摩耗や焼付きが発生して軸受の早期破損が起こる場合がある。

そこで、ころの端面と鍔部のころ案内面間の接触面圧ができるだけ一様になるように、ころの端面や鍔部のころ案内面にわずかなテーパやクラウユングを設けて、大きなエッジロードが生じないように構成している。

円筒ころ軸受の焼付き防止または低減技術としては、ころと鍔部の接触面同士の表面粗さを向上させたり、ころ端面にクラウユングを設け、鍔高さの中央位置にてころ端面と接触するようにし、楕円形状となる接触点が例えば逃げ溝に落ちたり、鍔高さより外側に大きくならないように設定されている。

従来の技術としては、接触するころの端面と鍔部の表面粗さを改善して潤滑不良を防止するようにしたころ軸受が知られている（例えば、特開平 7— 4 2 7 4 6号公報参照。）。また、潤滑性能を向上させるため、相対移動方向とほぼ直交する方向に加工目を設けるようにしたころ軸受が知られている（例えば、特開平 7 _ 9 1 4 5 2号公報参照。）。また、ころの端面と接触する鍔部の接触領域に複数の微小凹部を設けて油膜形成維持を図ったころ軸受が知られている（例えば、特開平 6 _ 2 4 1 2 3 5号公報参照。）。さらに、滑りによる発熱を低減するため、ころが鍔部と接触する位置をころの外径面と同じになるように、ころの形状を変えたころ軸受が知られている（例えば、特開平 9一 2 3 6 1 3 1号公報参照。）。また、ころの端面の面取り部と平面部との交点位置を、鍔面と研削用逃げ部との交点位置よりも、外輪鍔部では半径方向小径側で、内輪鍔部では半径方向大径側とすることにより、転がり接触部におけるころと鍔面内に油膜を確実に形成させて焼付き防止または低減を図る技術も提案されている（例えば、特開 2 0 0 2 - 1 8 1 0 5 3号公報参照。）。

しかしながら、特開平 7— 4 2 7 4 6号公報ゃ特開平 7 _ 9 1 4 5 2号公報に示されるように表面粗さの改善や任意な加工目を設けることは、特殊な加工設備や加工時間の延長に伴うコストアップの問題や品質の安定性等に課題があった。一方、特開平 6— 2 4 1 2 3 5号公報ゃ特開平 9— 2 3 6 1 3 1号公報に示されるように、ころや鰐部を特殊形状に変える場合においても、ころの加工に伴うコストアップや内輪、外輪の加工追加によるコストアップが考えられるため有効ではない。

また、特開 2 0 0 2— 1 8 1 0 5 3号公報に示された円筒ころ軸受にあっては、鍔面にクラウニングを施したり、あるいは、内輪鍔面ところの端面との接角！ ^部が、点を頂点とした円すいの外径面（内輪鍔面）と球面（ころの端面）との接触となるように構成されている。しかしながら、ころと鍔部の接触部に生じる接触楕円の長径の方向は軸受内輪の半径方向となるため、アキシアル荷重の大きさによつてはこの接触楕円が内輪鍔面の逃げ溝、もしくは、鍔面の外径からはみ出してしまい、接触楕円と逃げ溝部との境界面、もしくは接触楕円と鍔面の外径部との境界面でェッジロードが発生するといつた問題がある。さらに、上記接触楕円が鍔面の逃げ溝からはみ出すのを抑えるため、ころと鍔部との接触面である接触楕円の中心位置を鍔面の外径側に上げることが考えられる。しかしながら、この場合には、ころと鍔部間の滑りが大きくなるため、発熱量が増えてしまい軸受の温度上昇、鍔部のカジリゃ焼付き等が発生するという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するため、軸受のサイズを大きくせずに、焼付き性能を改善し、許容回転数の向上を実現する円筒ころ軸受を提供することを目的とする。 <発明の開示 >

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。

( 1 ) 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、

前記円筒ころの直径を D aとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に 0 . 4 0 D a離れた前記円筒ころの端面を第一の位置、前記円筒ころの中心軸から径方向に 0 . 3 5 D a離れた前記円筒ころの端面を第二の位置としたとき、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と第二の位置間で前記鍔部のころ案内面と接触し、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と前記第二の位置を通過する連続した曲線からなる凸状のクラウニング部を備え、

前記第一の位置と前記第二の位置を結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度 αは、 α≤ 0 . 5 ° であることを特徴とする円筒ころ軸受。

( 2 ) 前記角度 αは前記ころ案内面の開き角度 0に対して、 αく 0を満足し、且つ、前記円筒ころの端面における少なくともクラウニング部の表面粗さは 0 .

0 2〜0 . 1 5 μ πι Ι aとしたことを特徴とする（1 ) に記載の円筒ころ軸受。

( 3 ) 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、

前記円筒ころの端面は、所定値以上の荷重が作用した際に前記ころ案内面と接触する凸状のクラウユング部を備え、

前記荷重が負荷していない状態での前記円筒ころの端面と前記ころ案内面に沿つた仮想線とが接する交点と、前記ころの転動面間の径方向距離 hは、前記円筒ころの直径を D a、前記ころ案内面の鍔開き角度を Θとし、クラウエング部の曲率半径を R' とすると、

h = D a/2-R' X s i n (θ)

の関係を満たし、かつ、

0. 05 (mm) ≤ h ≤ 0. 5 (mm)

となることを特徴とする円筒ころ軸受。

(4) 前記鍔部の鍔高さを Lとすると、前記径方向距離 hと前記鍔高さ Lの比は、

0. 01≤ h/L≤ 0. 1 3

を満足し、前記交点は、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面の少なくとも一方に形成された逃げ溝に面することを特徴とする（3) に記載の円筒ころ軸受。

(1) の円筒ころ軸受によれば、鍔部のころ案内面と接触するころの端面の形状を上記のように構成することで、アキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷された際に、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を小さくすることができる。この結果、この接触部の PV値（接触面圧 Pと滑り速度 Vの積）が低減され、耐焼付き性を向上することができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。

なお、自動車用の円筒ころ軸受においては、円筒ころの外径が 25mm以下であれば、円筒ころの軌道面及び端面の研削加工により、 0. 1 5 imR a以下の表面粗さを満足することが可能となる。

また、（3) の円筒ころ軸受によれば、ころの端面形状と鍔部のころ案内面の形状に基づく、上記交点における径方向距離を上記の範囲に設定している。このため、所定値以上の高いアキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷され、チルトの影響により接触点位置が鍔部の周面に向けて移動したとしても接触点位置がころ案内面から外れることが無く、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を小さくすることができる。この結果、この接触部の P V値（接触面圧 Pと滑り速度 Vの積）が低減され、耐焼付き性を向上することができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。 <図面の簡単な説明 >

図 1は、本発明の第 1実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図であり、図 2は、図 1の円筒ころ軸受において、鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とが接触する部分を示す要部拡大図であり、

図 3は、第 1実施形態の変形例である円筒ころ軸受の部分断面図であり、図 4は、直線形状機によって測定される、ころ端面の形状を示す概略図であり、図 5は、第 1実施形態の試験における、アキシアル荷重と内輪許容回転数の関係を示す図であり、

図 6は、本発明の第 2実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図であり、図 7は、図 6の円筒ころ軸受において、荷重が作用していない状態での鍔部のころ案内面と円筒ころの端面を示す要部拡大図であり、

図 8は、図 6の円筒ころ軸受において、荷重が作用した状態での鍔部のころ案内面と円筒ころの端面を示す要部拡大図であり、そして、

図 9は、第 2実施形態の試験における、回転評価試験の結果を示す図である。尚、図中の符号、 1と 2 1は円筒ころ軸受、 2と 2 2は内輪、 3と 2 3は外輪、 4と 2 4は円筒ころ、 5は保持器、 6と 2 5は鍔部、 7と 2 7はころ案内面、 1 0と 2 6は鍔輪、そして 2 8は逃げ溝である。ぐ発明を実施するための最良の形態 > 以下、本発明の円筒ころ軸受の各実施形態を図に基づいて説明する。

(第 1実施形態）

まず、本発明の第 1実施形態に係る円筒ころ軸受について説明する。図 1は、第 1実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図であり、図 2は、図 1の円筒ころ軸受において、鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とが接触する部分を示す要部拡大図である。

図 1に示されるように、円筒ころ軸受 1は、内輪 2と、外輪 3と、複数の円筒ころ 4と、保持器 5とを備えている。内輪 2は、外周面の中間部に内輪軌道面 2 aを有しており、外輪 3は、内周面の中間部に外輪軌道面 3 aを有している。内輪軌道面 2 aと外輪軌道面 3 aとの間には、保持器 5によって円周方向に所定の間隔で保持された円筒ころ 4が転動自在に配置されている。

内輪 2の一端部及び外輪 3の両端部には、円筒ころ 4を内輪 2及び外輪 3の円周方向に案内するための鍔部 6が設けられている。鍔部 6は、その内側面に円筒ころ 4の端面 4 aを接触案内するころ案内面 7を備えている。図 2 (図示の例は内輪の鍔部）に示されるように、ころ案内面 7は、円筒ころ 4の軸方向に垂直な面に対して所定の鍔開き角度 0だけ外側に開いて形成されている。円筒ころ 4は、鍔部 6のころ案内面 7に端面 4 aを摺接させながら内輪軌道面 2 a上を転動する。円筒ころ 4の端面 4 aは、円筒ころ 4の直径を D aとし、円筒ころ 4の中心軸

C Lから径方向に 0 . 4 O D a離れた円筒ころ 4の端面 4 aを第一の位置 Aとし、円筒ころ 4の中心軸 C Lから径方向に 0 . 3 5 D a離れた円筒ころ 4の端面 4 a を第二の位置 Bとすると、第一の位置 Aと第二の位置 Bとの間で鍔部 6のころ案内面 7と接触するように形成されている。

円筒ころ 4の端面 4 aは、第一の位置 Aと第二の位置 Bの 2点を通過し、曲率半径 Rの連続した曲線によって構成された凸状のクラウニング部 4 bを備えている。また、クラウユング部 4 bにおいて、第一の位置 Aと第二の位置 Bの 2点を結ぶ直線と円筒ころの中心軸 C Lと垂直な直線とがなす傾斜角度 αは、次式に示されるように、 0 . 5 ° 以下であるように形成されている。 α = T a η— ¹ { (第一の位置 Αでのころ落ち量一第二の位置 Βでのころ落ち量) / 0 . 0 5 D a } ≤ 0 . 5 ° このように形成される端面 4 aのクラウニング部 4 bは、ヤング率が 1 0〜5 0 O M P aの弾性砥石を用いた、だらし加工によって与えられる。また、円筒ころ 4の端面 4 aにおける少なくともクラウニング部 4 bの表面粗さは、 0 . 0 2 〜0 . 1 5 m R aとしている。なお、円筒ころの端面 4 aは、中心部に円形の凹部 4 cが形成されると共に、転動面と隣接する部分に面取り部 4 dが形成されている。

本実施形態では、円筒ころ 4の端面 4 a上の第一及び第二の位置 A、 B間を、鍔部 6のころ案内面 7と円筒ころ 4の端面 4 aとが接触する接触域としたので、この接触域は鍔部の厚さのほぼ中央位置と対向し、耐アキシァル荷重を支承する上で最適な位置となる。

また、円筒ころ 4の端面 4 aのクラウユング 4 b部は、第一の位置 Aと第二の位置 Bとの 2点を通過する連続した曲線からなり、傾斜角度 αが 0 . 5 ° 以下となるような形状としたので、アキシアル荷重が作用した際に接触域での接触面圧を低下することができ、 P V値を低下させることが可能となる。なお、本実施形態では、ころ案内面 7の鍔開き角 0に対して、円筒ころ 4の端面 4 aの接触域における傾斜角度 αを小さく設定しており、傾斜角度ひと鍔開き角度 Θ との関係により接触面圧を低下させるように調整している。

さらに、本実施形態では、従来のようにころの端面全体にクラウニングを設けずに、円筒ころ 4の端面 4 a上の第一及び第二の位置 Α、 Β間のみを連続した曲線で形成しているので、加工時間が短くなりコストダウンが可能となるとともに、その部分のみを加工することになるため粗さも良好になり、耐焼付き性を向上することができる。なお、クラウユング部 4 bは、少なくとも第一の位置 Aと第二の位置 B間に亘つて形成されていればよく、 2点 A， B間から両側に延びるように形成されてもよい。

なお、本実施形態では、内輪側の鍔部について説明したが、外輪側の鍔部も同様に構成することができる。また、鍔部は内輪、外輪に対して直接フランジ状に形成されたものに限らず、軌道輪とは別体の鍔輪により構成したものでもよい。又、鍔部は両鍔でも片鍔であつでもよい。即ち、使用時にアキシアル荷重が一方向にのみ加わるのであれば、アキシアル荷重が作用する側の端部にのみ、鍔部を設ければよい。例えば、図 3に示したように、内輪 2に軌道輪と別体の鍔輪 1 0 を設け、鍔輪 10のころ案內面 7と円筒ころ 4の端面 4 aを上述のような構成としてもよい。

また、接触域は、円筒ころ 4が鍔部 6と接触した際に生じる接触楕円の少なくとも中心が第一及ぴ第二の位置 A, B間に位置する場合を含む。

(試験 1 )

次に、円筒ころ 4の端面形状が異なる第 1実施形態の円筒ころ軸受 1を用いて回転性能試験を行った。なお、実施例 1〜3、比較例 1, 2に用いられた円筒ころ軸受 1は、内径が 45mm、外径が 75 mm、幅が 20 mmのサイズのものが用いられた。円筒ころ 4は、直径 D aが 7. 5mm、長さが 1 3 mmのものが用いられ、ころ数を 1 8個とした。また、保持器 5として鉄製保持器が使用された。内輪 2及び外輪 3に設けられた鍔部 6の鍔開き角度 Θは 0. 5° とした。

内輪軌道面 2 a、外輪軌道面 3 a及び鍔部 6のころ案内面 7の表面粗さは、研磨加工または超仕上げ加工により、 0. 0 5〜0. 20 //mR aとした。また、各実施例、比較例における円筒ころ 4の転動面の表面粗さは、同じ 0. 1 5 / m R aとした。さらに、各実施例、比較例における円筒ころ 4の端面 4 aの表面粗さは、 10〜50 OMP aのヤング率の弹性砥石を用いた、だらし加工により、表 1に示した値となる。表 1

各実施例及び比較例における円筒ころ 4の端面形状は、例えば横型の直線形状機を用いて、縦倍率を 1000倍程度、横倍率を 20倍程度とすることで、図 4 に示されるように、その連続性や落ち量が各位置でわかるようなつている。第一の位置 Aである、ころ中心軸から径方向に 0. 4 OD a離れた位置（ころ中心から 3 mmの位置）でのころ落ち量は、図 4によって得られた 2箇所のころ落ち量 d l、 d 1，の平均を算出することによって与えられる。また、第二の位置 Bである、ころ中心軸から径方向に 0. 3 5D a離れた位置（ころ中心から 2. 625mmの位置）でのころ落ち量は、図 4によって得られた 2箇所のころ落ち量 d 2、 d 2'の平均を算出することによって与えられる。

各実施例、比較例における第一の位置 Aと第二の位置 Bでの平均ころ落ち量、 2点 A， Bの平均ころ落ち量から与えられた傾斜角度 aを表 1に示す。なお、比較例 1は、端面にクラゥユング処理が施されていない円筒ころからなる。

また、各円筒ころ軸受の回転評価試験は、以下の条件で行われた。

<試験条件 >

軸受荷重 F r : 4500N (C = 45000N， P/C = 0. 1) F a ： 1 000— 3000N

回転数 N ： 4000 r p m以上

供給油量 100 c c/m i n 図 5は、各実施例及ぴ比較例におけるに回転評価試験の結果を示す。試験結果に見られるように、実施例 1〜3では、比較例 1， 2に比べて十分な許容回転数が与えられた。即ち、接触域における、第一の位置 Aと第二の位置 B間に連続した曲線からなるクラウユング部 4 bを設け、第一の位置 Aと第二の位置 Bとを結ぶ傾斜角度 αを鍔開き角度 6より小さい 0. 5° 以下としたので、許容回転数を向上することができた。

これは、実際の使用において、鍔部 6ところ 4の端面 4 aとの間に軸受すきまが存在するため、チルト Tの影響でころの姿勢が傾き、鍔部 6のころ案内面 7ところ 4の端面 4 aとの接触位置が上下に移動する。しかしながら、各実施例 1〜 3では、ころ 4の端面 4 aの接触域に上記のようなクラウユング部 4 bを設けたので、比較例 1， 2と比べて接触面を大きくとることができる。その結果、各実施例 1〜3では、比較例 1， 2に比べて接触面圧を低下させることが可能となつた。

また、少なくともクラウエング部 4 bを含む端面 4 aの表面粗さを 0. 02〜 0. 1 5 AimR aとしたので、鍔部 6のころ案内面 7と円筒ころ 4の端面 4 aとの摩擦を低下させることが可能になると共に、油膜形成性が改善され、許容回転数が向上した。特に、実施例 2では、端面 4 aの表面粗さを 0. O S /imR aとすることにより、鍔部 6ところ 4の端面 4 a間での発熱を低下させることが可能となり、許容回転数が向上している。

一方、比較例 1では、円筒ころ 4の端面 4 aにクラウユング処理が施されていないため、 F a = 1 000Nでは、 2000 r p mで、 F a = 3000Nでは、 500 r pmで、内輪 2の鍔部 6に焼付き摩耗が発生した。これは、円筒ころ 4 の端面 4 aにクラウユング処理が施されていないため、鍔部 6での面圧が上昇して焼付いたと考えられる。また、比較例 2では、円筒ころ 4の端面 4 aにクラウユング処理が施されているが、鍔部 6のほぼ中央部より外側で端面 4 aと接触しているため、すべり速度が大きく、かつ、接触面積が小さく、局部的な接触により焼付きが発生した。従って、第 1実施形態の円筒ころ軸受によれば、円筒ころ 4の直径を D aとし、円筒ころの中心軸から径方向に 0 . 4 O D a離れた円筒ころの端面 4 aを第一の位置 A 0 . 3 5 D a離れた円筒ころの端面 4 aを第二の位置 Bとしたとき、円筒ころの端面 4 aは、第一の位置 Aと第二の位置 B間で鍔部のころ案内面 7と接触し、円筒ころの端面 4 aは、第一の位置 Aと第二の位置 Bを通過する連続した曲線からなる凸状のクラウユング部 4 bを備え、第一の位置 Aと第二の位置 Bを結ぶ直線と、円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度 αは、ひ O . 5 ° であるように構成した。これにより、アキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷された際に、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を低下させることができ、鍔部 Zころ接触部の P V値（軸受面圧 pとすべり速度 Vの積）を下げ、焼付きの発生を抑えることができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。 (第 2実施形態）

次に、本発明の第 2実施形態に係る円筒ころ軸受について説明する。図 6は、本実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図であり、図 7は、図 6の円筒ころ軸受において、荷重が作用していない状態での鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とを示す要部拡大図であり、図 8は、図 6の円筒ころ軸受において、荷重が作用した状態での鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とを示す要部拡大図である。図 6に示された円筒ころ軸受は、ラジアル荷重と共に高いアキシアル荷重が負荷されるようなトラック用マニュアルトランスミッシヨン用の円筒ころ軸受であり、円筒ころ軸受 2 1は、内輪 2 2と、外輪 2 3と、複数の円筒ころ 2 4とを備えている。内輪 2 2は、外周面に軸方向一端部から延びる内輪軌道面 2 2 aを有しており、外輪 2 3は、内周面の中間部に外輪軌道面 2 3 aを有している。内輪軌道面 2 2 aと外輪軌道面 2 3 aとの間には、円筒ころ 2 4が転動自在に配置されている。内輪 2 2の他端部及び外輪 2 3の両端部には、円筒ころ 2 4を内輪 2 2及び外輪 2 3の円周方向に案内するための鍔部 2 5が設けられている。また、内輪 2 2 の一端面には、内輪軌道面 2 2 aよりも大きな外径を有する環状の鍔輪 2 6が当接されている。銬部 2 5及び鍔輪 2 6は、外輪軌道面或いは内輪軌道面からその周面までの鍔高さを Lとし、その内側面に円筒ころ 2 4の端面 2 4 aを接触案内するころ案内面 2 7を備えている。図 7 (図示の例は内輪の鍔部）に示されるように、ころ案内面 2 7は、円筒ころ 2 4の軸方向に垂直な面に対して所定の鍔開き角度 Θだけ外側に開いて形成されている。円筒ころ 2 4は、鍔部 2 5のころ案内面 2 7に端面 2 4 aを摺接させながら内輪軌道面 2 2 a上を転動する。

円筒ころ 2 4の端面 2 4 aには、中心部に円形の凹部 2 4 bが設けられると共に、転動面と隣接する部分に面取り部 2 4 cが設けられている。また、円筒ころ 2 4の端面 2 4 aは、面取り部 2 4 cの径方向外側（図 7の上側）に、曲率半径 R ' の連続した曲線によって構成された凸状のクラゥニング部 2 4 dを備えている。

ラジアル荷重及ぴアキシアル荷重が作用していない状態において、クラウェング部 2 4 dがころ案内面 2 7に沿つた仮想線 Cと接触する交点を Qとすると、交点 Qと円筒ころ 2 4の転動面（或いは内輪軌道面 2 2 a ) 間の径方向距離 hは、幾何学的に次の関係式を満たしている。

h = D a / 2 - R ' X s i n ( Θ ) · ■ - ( 1 )

ここで、 D aは円筒ころの直径を表す。

また、円筒ころ軸受 2 1が使用される場合には 1 0〜5 Ο μ πι程度のラジアル隙間が一般に存在している。このため、図 8に示すように、所定値以上の高いァキシアル荷重が作用した際には、円筒ころ 2 4が幅方向に傾くチルト Tの影響により、交点 Qは径方向上側に位置ずれして、ころ案内面 2 7と実際に接触する接触点 Qとなる。このため、高いアキシアル荷重が作用した際に円筒ころ 2 4の端面 2 4 aがころ案内面 2 7のほぼ中央位置、或いは、中央位置より下側で実際に接触するように、荷重が作用していない状態における交点 Qの位置を予め鍔部 2 5の下側に設定しており、具体的に、交点 Qの径方向距離 hを以下のように設定する。

0 . 0 5 (mm) ≤h≤ 0 . 5 (mm) · ■ · ( 2 ) 即ち、従来では、荷重が負荷されていない状態での円筒ころ 2 4の端面 2 4 a ところ案内面 2 7との接触点を鍔高さ Lのほぼ中央に設定して、アキシアル荷重が大きくなつた場合に大きくなる接触楕円を鍔高さ Lの中央位置で受けるように設計されていたが、実際には、鍔高さ Lの外側に接触楕円がはみ出してしまい、 P V値が高くなり焼付きが発生しゃすかつた。

そこで、本実施形態の耐ハイアキシアル荷重に対する円筒ころ軸受 2 1は、従来の端面クラウニング部 2 4 dの曲率半径 R ' と鍔部 2 5との関係に対して、クラウニング部 2 4 dの曲率半径 R ' を大きくし、チルトゃスキューの影響を考慮した計算を行うことにより、アキシアル荷重が小さいときには接触点 Qを鍔部 2 5の下側（内輪軌道面 2 2 aの逃げ溝 2 8 ) に設定し、実アキシアル荷重（例えば、 1 トン以上）が負荷した場合に接触点 Qが鍔高さ Lの中央付近となるように構成している。

なお、本実施形態では、荷重が作用していない状態において、交点 Qが（2 ) 式を満たすように設定すると、交点 Qはころ案内面 2 7より径方向内側（図 7の下側）に設けられた逃げ溝 2 8内に面する。ただし、逃げ溝 2 8が小さく設計され、ころ案内面 2 7が径方向内側まで延出している形状においては、荷重が負荷していない状態において、交点 Qはころ案内面 2 7と実際に接触していてもよい。また、本実施形態では、所定値以上の高いアキシアル荷重が作用した際におけるチルトの影響を考慮して、交点 Qが鍔高さ Lを越えないように、荷重が作用していない状態における交点 Qの径方向距離 hと鍔高さ Lとの比を以下のように設定している。

0 . 0 1≤ h / L≤ 0 . 1 3 · · · ( 3 ) 従って、本実施形態では、荷重が負荷していない状態において、円筒ころ 2 4 の端面 2 4 aと鍔部 2 5のころ案内面 2 7に沿った仮想線 Cとの交点 Qを鍔部 2 5の下側、即ち、交点 Qの径方向距離 hが（2) 式を満足するように設定している。これにより、所定値以上の過大なアキシアル荷重が作用した場合にチルト T が生じても、交点 Qは、鍔高さ Lのほぼ中央、或いは、中央より下側位置で、接触楕円を生じてころ案内面 27と実際に接触する。このため、高荷重が作用した際でも、接触点における PV値を低減することができ、耐焼付き性を向上することができる。

なお、本実施形態では、内輪側の鍔部について説明したが、外輪側の鍔部も同様に構成することができる。また、本実施形態は、軌道輪とは別体の銬輪に形成されたころ案内面と円筒ころの端面との形状によって構成したものでもよい。又、鍔部は両鍔でも片鍔であってもよい。即ち、使用時にアキシアル荷重が一方向にのみ加わるのであれば、アキシアル荷重が作用する側の端部にのみ、鍔部を設ければよい。

なお、本実施形態のような自動車用の円筒ころ軸受においては、円筒ころの外径が 25 mm以下であれば、円筒ころの軌道面及ぴ端面を研磨加工により 0. 1 5 mR a以下の表面粗さとし、また、ころ端面や鍔面の接触面を超仕上げにより 0. 02 /zmR a程度とすることで、焼付き性能を更に向上させることが可能となる。

(試験 2)

次に、円筒ころ 24の端面形状及び鍔部のころ案内面形状が異なる第 2実施形態の円筒ころ軸受 21を用いて回転評価試験を行った。なお、実施例：〜 6、比較例 3, 4に用いられた円筒ころ軸受 21は、】 1 3名番^^11?1：3 1 3 (内径 65 mm_s 外径 140 mm、幅 33 mm、ころ直径： D a = 20 mm、ころ長さ： 1 =23mm、ころ数 1 6個、保持器なしのキーストンタイプ）のものが使用された。

また、内輪軌道面 22 a、外輪軌道面 23 a及び鍔部 2 7のころ案内面 28の表面粗さは、研磨加工または超仕上げ加工により、 0. 05〜0. S O / mR a とした。さらに、各実施例、比較例における円筒ころ 24の転動面の表面粗さは、同じ 0. 1 5 /xmR aとした。表 2は、ころ案内面 27の鍔開き角 6及び円筒ころ 24の端面 24 aのクラウエング部 24 dにおける曲率半径 R' を示す。表 2

<試験条件 >

軸受荷重 F r : 1 9 0 0 0N (C= 1 8 9 0 00N， P/C= 0. 1)

F a ： 2 5 00 0 N

回転数 N : 5 0 0~6 0 0 0 r pm ( 1 0分間試験を行い、 5 0 0 r p m毎に増加）

供給油量 5 c c/m i n (トランスミッションオイル： 8 0 W— 9 0 ) なお、試験数は N= 2とし、軸受温度が 1 6 0°C以上に上昇する力若しくは、磨耗 ·焼付きによる軸受振動が初期振動と比較して 5倍となつた回転数を許容回転数とした。

図 9は、各実施例及び比較例におけるに回転評価試験の結果を示す。試験結果に見られるように、実施例 4〜 6では、比較例 3， 4に比べて十分な許容回転数アップが認められた。

実施例 4では、クラウユング部 24 dの曲率半径 R' を 1 8 1 0mmとし、ころ案内面 2 7の鍔開き角度 Θを 0. 3° としており、荷重が作用していない状態での交点 Qの径方向距離 hは 0. 5mm (h/L= 0. 1 3) となる。このように構成された円筒ころ軸受 2 1にラジアル荷重とアキシアル荷重が作用した状態では、チルト Tの影響により、交点 Qは内輪軌道面から 2 mmの高さ位置でころ案内面 27と接触楕円を生じて実際に接触しており、円筒ころ ²4の端面 24 a が鍔高さ Lのほぼ中央位置で接触することが確認された。また、図 9に示された回転評価試験の結果から、回転数が 5000 r pmまでは、焼付き ■磨耗が発生しないことがわかる（5000 r pmで 10分間経過した時点で焼付き発生。）。実施例 5では、クラウニング部 24 dの曲率半径 R，を 1 14 Ommとし、ころ案内面 27の鍔開き角度 Θを 0. 5° としており、荷重が作用していない状態での交点 Qの径方向距離 hは 0. 05 mm (h/L= 0. 01) となる。このように構成された円筒ころ軸受 2 1にラジアル荷重とアキシアル荷重が作用した状態では、チルト Tの影響により、交点 Qは内輪軌道面から 1. 2mmの高さ位置でころ案内面 27と接触楕円を生じて実際に接触しており、円筒ころ 24の端面 24 aが鍔高さ Lの中央より下側で接触していることが確認された。また、図 9 に示された回転評価試験の結果から、回転数が 6000 r pmまでは、焼付き · 磨耗が発生しないことがわかる（6000 r pmで 1 0分間経過した時点で焼付き発生。）。

更に、実施例 6では、クラウユング部 24 dの曲率半径 R' を 80 Ommとし、ころ案内面 27の鍔開き角度 0を 0. 7° ところ案内面 27をさらに傾斜させた構成としており、荷重が作用していない状態での接触点 Qの径方向距離 hは 0. 2mm (h/L=0. 05) となる。このように構成された円筒ころ軸受にラジアル荷重とアキシアル荷重が作用した状態では、チルト Tの影響により、交点 Q は内輪軌道面から 1. 6mmの高さ位置でころ案内面 2 7と接触楕円を生じて実際に接触し、円筒ころ 24の端面 24 aが鍔高さ Lのほぼ中央で接触していることが確認された。また、図 9に示された回転評価試験の結果から、回転数が 5 5 00 r p mまでは、焼付き ■磨耗が発生しないことがわかる（ 5 500 r で 10分間経過した時点で焼付き発生。）。

一方、比較例 3では、クラウユング部 24 dの曲率半径 R' を 1 5 O Ommとし、ころ案内面 27の鍔開き角度 0を 0. 3° とした構成としており、荷重が作用していない状態での交点 Qの径方向距離 hは 2. lmm (h/L=0. 5 3) となる。即ち、比較例 3では、荷重が作用していない状態での交点 Qはころ案内面 2 7と実際に接触する接触点であり、鍔高さ Lのほぼ中央位置となっている。しかしながら、ラジアル荷重とアキシアル荷重が作用した状態では、チルト丁の影響により、交点 Qは 4mmの高さ位置に移動してしまい、円筒ころの端面の交点 Qは、計算上ころ案内面の外径側より大きくなる。このため、周速度 Vも高くなり、回転数が l O O O r pmで 5分間経過した際に焼付き ·磨耗が発生した。さらに、比較例 4では、クラウニング部 24 dの曲率半径 R，を 1 9 0 5mm とし、ころ案内面 2 7の鍔開き角度 Θを 0. 3° とした構成であり、荷重が作用していない状態での交点 Qの径方向距離 hは 0. 0 1mm (hZL = 0. 0 0 3) となる。即ち、比較例 4では、端面 24 aのクラウ-ングがほぼない状態に近い仕様であり、円筒ころ 24の端面 24 aは逃げ溝 2 8でのェッジ当たりを発生している。この構成において、ラジアル荷重とアキシアル荷重が作用した状態では、チルト Tの影響があっても、交点 Qの位置は逃げ溝内に位置しており、端面 24 aは逃げ溝でのエッジ当たりを発生する。このため、回転数が 5 0 0 r pmにおいて、 4分といった短時間で焼付き '磨耗が発生した。

従って、本回転耐久試験からわかるように、円筒ころ 24の端面 24 aところ案内面 2 7に沿つた仮想線 Cとの交点 Qにおける径方向距離 hを式（ 2 )、式（ 3 ) を満たすように設計することで、許容回転数を増加させることができ、焼付き性能を向上できることが確認される。

従って、第 2実施形態の円筒ころ軸受によれば、ころ 24の端面 24 aは、所定値以上の荷重が作用した際にころ案内面 2 7と接触する凸状のクラウユング部 24 dを備え、荷重が負荷していない状態でのころ 24の端面 24 aところ案内面 2 7に沿った仮想線 Cとが接する交点と、ころ 24の転動面間の径方向距離 h は、円筒ころ 24の直径を D a、ころ案内面 2 7の銬開き角度を 0とし、クラウユング部 24 dの曲率半径を R' とすると、 h = D a /2 -R' X s i n (Θ) の関係を満たし、かつ、 0. 0 5 (mm) ≤ h ≤ 0. 5 (mm) となるように構成した。これにより、所定値以上の高いアキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷され、チルトの影響により接触点位置が鍔部の周面に向けて移動したとしても接触点位置がころ案内面から外れることが無く、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を小さくすることができる。この結果、この接触部の P V値（接触面圧 Pと滑り速度 Vの積）が低減され、耐焼付き性を向上することができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとつて明らかである。

本実施形態においては、 S U J 2の標準的な熱処理が行われたが、円筒ころ及び内外輪に浸炭及び浸炭窒化処理を施すことにより耐焼付き性を向上することができる。更に、材料として肌焼鋼を用いることで、残留オーステナイト量を ² 0 〜4 5 %とし、表面硬さを H v 7 0 0〜8 5 0とすることで更なる耐焼付き性を向上することができる。

また、本実施形態の保持器に関しては、鉄製のプレス保持器、プラスチック保持器、保持器がないキーストンタイプ等のいずれであってもよい。尚、第 2実施形態では、保持器のないキーストンタイプの円筒ころ軸受を用いて試験を行った力鉄製のプレス保持器、又は、高速回転となる使用において、プラスチック保持器を用いることにより、円筒ころと保持器の摩擦係数が低下するため、更に焼付き性能を向上することができる。

本出願は、 2003年 6月 12 日出願の日本特許出願（特願 2003— 168107)、 2003 年 8月 11 日出願の日本特許出願（特願 2003— 291258) に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

<産業上の利用可能性 >

以上のように、本発明は、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる円筒ころ軸受として有用なものである。

Claims

1. 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、

前記円筒ころの直径を D aとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に 0. 4 0 D a離れた前記円筒ころの端面を第求一の位置、前記円筒ころの中心軸から径方向に 0. 3 5 D a離れた前記円筒ころの端面を第二の位置としたとき、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と第二の位置間で前記鍔部のころ案内面と接触し、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と前記第二の位置を通過する連続した囲

曲線からなる凸状のクラウニング部を備え、

前記第一の位置と前記第二の位置を結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度 αは、 ≤ 0. 5° であることを特徴とする円筒ころ軸受。

2. 前記角度 aは前記ころ案内面の開き角度 0に対して、を満足し、且つ、前記円筒ころの端面における少なくともクラウニング部の表面粗さは 0. 0 2〜0. 1 5 /xmR aとしたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の円筒ころ軸受。

3. 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、

前記荷重が負荷していない状態での前記円筒ころの端面と前記ころ案内面に沿つた仮想線とが接する交点と、前記ころの転動面間の径方向距離 hは、前記円筒ころの直径を D a、前記ころ案内面の鍔開き角度を 0とし、クラウエング部の曲率半径を R' とすると、 h = D a/2 -R' X s i n ( Θ )

の関係を満たし、かつ、

0. 05 (mm) ≤ h ≤ 0. 5 (mm)

となることを特徴とする円筒ころ軸受。

4. 前記鍔部の鍔高さを Lとすると、前記径方向距離 hと前記鍔高さ Lの比は、

0. 01≤ h/L≤ 0. 1 3

を満足し、前記交点は、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面の少なくとも一方に形成された逃げ溝に面することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の円筒ころ軸受。