WO2005080813A1 - 円錐ころ軸受 - Google Patents

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Koji Kawaguchi
Yuzuru Takahashi
Kiyoshi Ogino
Hiroki Matsuyama
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    • F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing suitably used for a pinion gear shaft support device such as a differential device and a transaxle in an automobile, for example, and a transmission.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a conical device capable of reducing a rotational torque by applying a crowning to a rolling surface of a roller and a raceway surface of an inner and outer ring and defining the amount of the crowning. Its purpose is to provide roller bearings.
  • the tapered roller bearing of the present invention has an outer ring having a crowned outer raceway surface, an inner ring having a crowned inner raceway surface, and a rolling surface having a crowned finish.
  • a plurality of tapered rollers arranged so as to be able to roll freely between the two raceway surfaces; e,
  • X 2) is 50 ⁇ or more
  • the total amount of crowning, the outer ring crowning rate, and the roller crowning rate of the crowning applied to the rolling surface of the tapered roller and the raceway surface of the inner and outer rings are reduced. Since it is set to a suitable value, the contact area on each of the rolling surface and the raceway surface can be appropriately reduced, and the rolling viscous resistance between the inner and outer rings and the tapered rollers can be reduced. Therefore, the rolling friction can be reduced, and the rotational torque of the tapered roller bearing can be reduced.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a tapered roller bearing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the shape of the inner ring crowning (in the case of composite crowning), (a) shows the contour of the inner ring, and (b) schematically shows the crowning shape applied to the raceway surface of the inner ring. Is shown.
  • FIG. 3 is a view showing the shape of the crowning of the inner ring (in the case of full crowning), (a) showing the contour of the inner ring, and (b) schematically showing the shape of the crowning applied to the raceway surface of the inner ring. It is shown in
  • FIG. 4 is a view showing a crowning shape of a tapered roller, (a) showing an upper half profile in an axial cross section of the tapered roller 30, and (b) being applied to a rolling surface of the tapered roller.
  • 3 schematically shows the crowning shape.
  • FIG. 5 is a view showing the shape of the crowning of the outer ring, where (a) shows the contour of the outer ring, and (b) schematically shows the crowning shape applied to the raceway surface of the outer ring.
  • FIG. 6 is a scatter diagram showing a relationship between a total crowning amount and a tonnole ratio of a tapered roller bearing.
  • FIG. 7 is a scatter diagram showing a relationship between an outer ring crowning rate and a tonnole ratio of a tapered roller bearing.
  • FIG. 8 is a scatter diagram showing a relationship between a roller crowning rate and a tonnole ratio of a tapered roller bearing.
  • FIG. 9 is a scatter diagram showing a relationship between an inner ring crowning rate and a tonnole ratio of a tapered roller bearing.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a tapered roller bearing according to one embodiment of the present invention.
  • a tapered roller bearing 1 includes an inner ring 10 having an inner raceway surface 11 having a conical surface on the outer periphery, an outer ring 20 having an outer raceway surface 21 having a conical surface on the inner periphery, and a conical outer periphery.
  • a plurality of conical rollers 30 having a rolling surface 31 composed of a plurality of races and arranged to be able to roll between the two raceway surfaces 11 and 21, and the plurality of conical rollers 30 are held at predetermined intervals in a circumferential direction.
  • the retainer 40 is provided.
  • the inner raceway surface 11, the outer raceway surface 21, and the rolling surface 31 are provided with a crowning, which is a characteristic configuration of the present invention.
  • FIG. 2 (a) is an exaggerated view of the profile of the inner ring 10 in which the inner ring raceway surface 11 is crowned with an inner ring 10 in the axial direction.
  • the inner ring raceway surface 11 that comes into contact with the rolling surface 31 of the tapered roller 30 in contact with the rolling force S is provided with a crowning that projects slightly outward in the radial direction.
  • This crowning shows a composite crowning with a trapezoidal shape with an arc at the top.
  • the inner ring crowning amount (hereinafter, also referred to as the inner ring crowning amount)
  • the width of the inner raceway surface 11 with respect to the axial direction of the inner raceway 10 is SK
  • the taper angle of the inner raceway surface 11 is
  • the chamfer dimensions shown at both ends of the inner raceway surface 11 are shown.
  • the orbit length LRI is obtained from the following equation (1).
  • the length LRI 'at which LRI' 0.6 LRI is taken, and the intermediate point force of the track length LRI is also taken as shown in the figure, and points on the inner raceway surface 11 corresponding to both ends of the dimension of LRI 'are A 'and B'.
  • a 'and B' are the forces A 'and B' that are inside the arc endpoints Ae and Be It may coincide with the end points Ae and Be of the arc.
  • FIG. 2 (b) schematically shows the cross-sectional shape of the crowning between the end point A and the end point B of the track length LRI of the inner raceway surface 11 shown in FIG. 2 (a). is there.
  • the straight line M passing through the midpoint C2 'of the crowning chord G' at the length LRI 'and the center O of the crowning arc is orthogonal to the chord G' and at the center point of the Crowjung arc at the length LRI '. Pass through C1.
  • the distance dimension from the center point C1 of the circular arc of the crown to the middle point C2 of the chord G of the crowning in the orbit length LRI was defined as the amount CRI of the inner ring 10 of the crown.
  • the shape of the inner ring crowning is not limited to a trapezoidal shape with an arc as the upper base as shown in Fig. 2, but also a single arc shape, a shape formed by multiple arcs, a logarithmic crowning, an ellipse
  • the above-mentioned concept of the amount of crowning can be applied to all of these types of crowning shapes which may be all types of crowning shapes such as crowning.
  • a crown formed by combining a plurality of shapes within the range of the track length (rolling surface length) is called composite crowning, and a crowning having a single arc shape within the range of the track length is called full crowning.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a contour of an inner race 10 in which an inner raceway surface 11 is subjected to full crowning in a cross section in the axial direction.
  • the orbit length LRI is the same as the equation (1) in the case of (a) in FIG.
  • FIG. 3B schematically shows a cross-sectional shape of the crowding between the end point A and the end point B of the track length LRI of the inner raceway surface 11 shown in FIG. 3A.
  • a straight line M passing through the midpoint C2 of the Claujung's chord G at the orbital length LRI and the arc center ⁇ of the Clawjung is orthogonal to the chord G and passes through the Crowjung arc center point C1 at the orbital length LRI .
  • the distance dimension defined by the center point CI of the Crowjung arc and the midpoint C2 was defined as the inner ring crowning amount CRI. That is, assuming that the radius of the crowning arc is RCI as shown in the figure, the inner ring crowning amount CRI can be obtained by the following equation (2).
  • FIG. 4 (a) is a diagram showing an upper half profile in a cross section of the tapered roller 30 in the axial direction.
  • a tapered roller 30 is provided with a rolling surface 31 that comes into rolling contact with the raceway surfaces 11 and 21 of the inner and outer rings.
  • chamfered portions 32a and 33a are provided at both end portions of the rolling surface 31, respectively, and are formed so as to be smoothly continuous with the small-diameter side end surface 32 and the large-diameter side end surface 33 of the tapered roller 30.
  • the rolling surface 31 is provided with a full clutch that projects very slightly in the outer diameter direction.
  • a method of calculating the crowning amount of the tapered roller 30 (hereinafter, also referred to as a roller crowning amount) will be described.
  • the width of the rolling surface 31 with respect to the center axis direction of the tapered roller 30 is L
  • the taper angle of the rolling surface 31 is ⁇
  • the chamfers formed at both ends of the rolling surface 31 2a When the width excluding the curved surface of, 33a from the total width of the rolling surface is SI, S2, the roller effective length LWR described above is obtained from the following equation (3).
  • SI and S2 are fixed values depending on the size of the bearing.
  • FIG. 4 (b) is a diagram schematically showing the crowning shape between the end point A and the end point B of the roller effective length LWR of the rolling surface 31 shown in FIG. 4 (a).
  • the straight line M that passes through the middle point C2 of the crowning chord G in the effective roller length LWR and the arc center ⁇ of Crowjung is orthogonal to the chord G and passes through the center point C1 of the Crowjung arc in the parenthesis effective length LWR. I do.
  • the present inventors defined the distance dimension between the center point C1 and the middle point C2 of the crowned arc as the roller crowned amount CR.
  • the roller crowning amount CR can be obtained by the following equation (4).
  • FIG. 5 (a) is an exaggerated view of the contour of the outer race 20 in which the outer raceway surface 21 is subjected to full-crowning in the axial section. is there.
  • the outer raceway surface 21 that comes into contact with the rolling surface 31 of the tapered roller 30 in contact with the rolling force S is provided with a radially inwardly protruding arc-shaped cross-sectional crowning.
  • chamfered portions 22a and 23a are provided from both ends of the outer raceway surface 21 toward the shaft end surface of the outer race 20, respectively. These chamfered portions 22a and 23a are formed so as to smoothly continue to the small-diameter side end surface 22 and the large-diameter side end surface 23 of the outer ring 20, respectively.
  • the width of the outer raceway surface 21 with respect to the axial direction of the outer raceway 20 is SB
  • the taper angle of the outer raceway surface 21 is increased
  • chamfered portions 22a formed at both ends of the outer raceway surface 21 are set.
  • 23a is defined as Tl, ⁇ 2, excluding the curved surface of the outer ring raceway surface from the total width of the outer raceway surface, and the above-mentioned raceway length LRO is obtained from the following equation (5).
  • Tl and ⁇ 2 are fixed values depending on the size of the bearing.
  • FIG. 5 (b) schematically shows the cross-sectional shape of the crowning between the end points ⁇ and ⁇ of the track length LR ⁇ of the outer raceway surface 21 shown in FIG. 5 (a). is there.
  • a straight line M passing through the midpoint C2 of the Crowjung chord G at the track length LRO and the center C of the crowning arc passes through the center point C1 of the crowning arc at the track length LRO that is orthogonal to the chord G.
  • the present inventors defined the distance dimension defined by the crowning arc center point C1 and the middle point C2 as the outer ring crowning amount CRO.
  • the outer ring crowning amount CRO can be obtained by the following equation (6).
  • the crowning amounts of the tapered rollers and the inner and outer rings when full crowning is performed can be obtained.
  • the amount of crowding can be calculated for the tapered roller 30 and the inner and outer rings 10 and 20 on which full crowding has been performed, based on the general idea of crowding described above.
  • the LWR for the LWR for the tapered roller 30 and the LR0' for the LR0 for the outer ring 20 can be derived respectively.
  • the amount of crowding calculated based on the general concept of Klaujung almost coincides with the value obtained based on the concept of full crowding (Figs. 4 and 5).
  • the present inventors calculated the total crowning amount from the roller crowning amount, inner ring crowning amount, and outer ring crowning amount based on the following equations (7), (8), (9), and (10). The outer ring crowning rate, roller crowning rate, and inner ring crowning rate were calculated.
  • Outer ring crowding rate outer ring crowding quantity Z total crowding quantity (10) [0026]
  • the tapered roller 30 and the inner and outer rings 10, 20 of the tapered roller bearing 1 of the present embodiment have a total crowning amount of 50 zm or more and an outer ring crowning ratio of 40. / o or higher, roller claw Jung rate is 20
  • a bearing test device As a method of measuring the rotational torque of a tapered roller bearing, for example, a bearing test device is used, and after installing a tapered roller bearing as an example in the test device, one of the inner and outer rings is rotated to act on the other of the inner and outer rings.
  • the rotation torque was measured.
  • the test conditions were as follows: a gear oil for differential gear was used as the lubricating oil, an axial load of 4 kN was applied as a pseudo pressurized load, and the rotation speed was 300 rpm and 2000 rpm.
  • the lubricating oil at room temperature was only applied in an appropriate amount before the test, and the test was performed without lubrication thereafter.
  • the rotation speed was 2000 rpm
  • the test was performed while circulating lubricating oil at an oil temperature of 323 K (50 ° C) at a rate of 0.5 liter per minute.
  • the method of supplying lubricating oil was changed according to the number of rotations, because only the required minimum amount of lubricating oil was supplied at each number of rotations, and the lubricating oil was agitated when the amount of lubricating oil became excessive.
  • the rotational torque was measured for each of the tapered roller bearings in which the total crowning amount and each crowning rate were set to various different values. Then, by grasping the relationship between the total crowning amount and each crowning rate and the rotational torque, the range of values for reducing the rotational torque was specified.
  • FIG. 6 is a scatter diagram showing the relationship between the total crowning amount and the measured tonnole ratio (rotation torque / predetermined value) of the tapered roller bearing.
  • the torque ratio has a large dispersed force as the total crowning amount increases. Has a tendency to decrease gradually.
  • the torque ratio is more stably distributed in a lower value range as compared with the case where the total crowding amount is 50 x m or more.
  • the total crowding amount is preferably 100 / im or less.
  • FIG. 7 is a scatter diagram showing the relationship between the outer ring crowning rate and the torque ratio of the tapered roller bearing.
  • the maximum value of the torque ratio tends to gradually decrease as the outer ring crowning rate increases.
  • the torque ratio is more stably distributed in a lower value range than when the outer ring crowning rate is 40% or less.
  • FIG. 8 is a scatter diagram showing the relationship between the roller crowning rate and the torque ratio of the tapered roller bearing. As is clear from this figure, when the roller crowning rate is 20% or more, the maximum value of the torque ratio tends to gradually decrease as the roller crowning rate decreases. It can be seen that the torque ratio is more stably distributed in a lower value range when the roller crowning ratio is 20% or less than when the roller crowning ratio is 20% or higher.
  • FIG. 9 is a scatter diagram showing the relationship between the inner ring crowning rate and the tonnole ratio of the tapered roller bearing.
  • the torque ratio is substantially equal to the change in the inner ring crowding rate. It is stable within a certain range. In other words, no significant correlation was observed between the inner ring crowning rate and the tonnole ratio of the tapered roller bearing.
  • the inner ring crowning rate is set to 10% or more, it is possible to reduce the contact load near both axial ends of the contact surface between the inner ring raceway surface 11 and the rolling surface 31. Thus, even when a so-called edge port acts, its action can be reduced, and the reduction of the bearing life can be prevented.
  • the outer ring crowning rate may be 100%, but considering that the inner ring crowning rate is 10% or more as described above, it is more preferably 90% or less. .
  • the roller crowning rate may be set in the range of 0% or more and 20% or less.
  • the inner ring crowning rate is preferably 60% or less, since the outer ring crowning rate is 40% or more.
  • the measured rotational torque of the tapered roller bearing is a value measured in a state where the influence of the lubricating oil stirring resistance is eliminated as much as possible. This is the rotation torque in a state where the viscous drag greatly contributes.
  • the total amount of crowning, the outer ring crowning ratio, and the roller crowning ratio of each crowning applied to the rolling surface of the tapered roller 30 and the raceway surface of the inner and outer rings are set as the above conditions. This indicates that the rolling viscous resistance between the inner and outer rings and the tapered rollers has been reduced.
  • the rolling viscous resistance between the tapered roller 30 and the inner and outer rings 10, 20 can be reduced, and the rolling friction of these can be reduced. it can. As a result, the rotational torque of the tapered roller bearing 1 can be reduced.
  • the present inventors also measured the rotational torque using examples and comparative examples that verify the effect of reducing the rotational torque of the tapered roller bearing of the present embodiment.
  • Examples of the products according to the present invention include tapered roller bearings having a total crowning amount of 64 ⁇ m, an outer ring crowning amount of 40 ⁇ m, a roller crowning amount of 2 ⁇ m, and an inner ring crowning amount of 20 ⁇ m.
  • the outer ring crowning rate of the tapered roller bearing according to the example product is 62.5%
  • the roller crowning rate is 6.25%
  • the inner ring crowning rate is 31.25%.
  • a tapered roller bearing having the same size as the example product in which the inner and outer rings and the tapered rollers were not crowned was prepared, and the rotational torques of both were measured under the same conditions and compared.
  • the tapered roller bearing of the present invention is not limited to the above embodiments, and the configuration of the bearing, the shape of the rolling surface of the tapered rollers, and the shape of the raceway surfaces of the inner and outer rings, etc., are the gist of the present invention. It can be changed as appropriate based on.

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Abstract

　本発明の円錐ころ軸受は、円錐ころの転動面と内外輪の軌道面にクラウニングを施し、そのクラウニングにおける全クラウニング量と各軌道面および転動面のクラウニング量を好適に規定した。これによって、内外輪と円錐ころとの転がり摩擦を低減し、当該円錐ころ軸受の回転トルクの低減化を実現した。

Description

明 細 書
円錐ころ軸受
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、 自動車等におけるディファレンシャル装置、トランスアクスル等 のピニオンギヤ軸支持装置や、トランスミッション等に好適に使用される円錐ころ軸受 に関する。
背景技術
[0002] 近年、 自動車等の省燃費化に対する要求が高まっており、それらに搭載されるトラ ンスミッション装置やディファレンシャル装置の回転軸を支持するために用いられて レ、る円錐ころ軸受に関してもその回転トルクの低減化が望まれている。
その中で、円錐ころ軸受の回転トルクを低減する方法として、円錐ころの転動面や 内外輪の軌道面にクラウニングを施して転力り摩擦を低減する方法がある。
このような方法として、例えば、特開 2003-130059号公報に記載されているように 、軌道面を円弧クラウニング形状とすることで回転トルクの低減化を図る方法や、特開 2001— 65574号公報に記載されているように、ころの転動面とそれに接する軌道面 とに対数曲線に近似させたクラウユング形状とする方法が提案されている。
[0003] 上記従来例では、転動面あるいは軌道面のクラウニングの形状を数値で規定する ことで円錐ころ軸受の性能向上化が図られていた。し力 ながら、クラウユングを量と して着目し、そのクラウユング量を規定することで円錐ころ軸受の回転トルクを低減す るとレ、う試みはなされてレ、なかった。
[0004] 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ころの転動面及び内外輪の 軌道面にクラウユングを施し、そのクラウユング量を規定することにより回転トルクを低 減できる円錐ころ軸受の提供をその目的とする。
発明の開示
[0005] 本発明の円錐ころ軸受は、クラウユングが施された外輪軌道面を有する外輪と、クラ ゥニングが施された内輪軌道面を有する内輪と、クラウユングが施された転動面を有 するとともに前記両軌道面の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころとを備 え、
全クラウニング量（=外輪クラウニング量 +内輪クラウニング量 +ころクラウニング量
X 2)が 50 μ ΐη以上、
外輪クラウユング率（=外輪クラウユング量 Z全クラウユング量）が 40%以上、 ころクラウニング率（= (ころクラウニング量 X 2) Z全クラウユング量）が 20%以下で あることを特 ί敷としている。
[0006] 上記のように構成された円錐ころ軸受によれば、前記円錐ころの転動面及び内外 輪の軌道面に施されたクラウユングの全クラウユング量、外輪クラウユング率、及びこ ろクラウユング率が好適な値に設定されているので、それぞれの転動面及び軌道面 における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘 性抵抗を低減できる。従って、これらの転がり摩擦を低減でき、当該円錐ころ軸受の 回転トルクの低減を図ることができる。
[0007] 上記円錐ころ軸受において、内輪クラウニング率（=内輪クラウニング量/全クラウ ニング量）が 10%以上であることが好ましい。
[0008] この場合、前記内輪軌道面と前記転動面との接触面における軸方向両端部付近 の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジロードが作用した 場合にもその作用を低減し、軸受寿命の低下を防止することができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。
[図 2]内輪のクラウニング (複合クラウニングの場合）の形状を示す図であり、（a)は内 輪の輪郭を示し、 (b)は内輪の軌道面に施されたクラウユング形状を模式的に示して いる。
[図 3]内輪のクラウユング（フルクラウユングの場合）の形状を示す図であり、（a)は内 輪の輪郭を示し、 (b)は内輪の軌道面に施されたクラウユング形状を模式的に示して いる。
[図 4]円錐ころのクラウニングの形状を示す図であり、（a)は、円錐ころ 30の軸方向の 断面における上半分の輪郭を示し、 (b)は円錐ころの転動面に施されたクラウニング 形状を模式的に示している。 [図 5]外輪のクラウニングの形状を示す図であり、（a)は外輪の輪郭を示し、（b)は外 輪の軌道面に施されたクラウユング形状を模式的に示している。
[図 6]全クラウユング量と円錐ころ軸受のトノレク比との関係を示した散布図である。
[図 7]外輪クラウユング率と円錐ころ軸受のトノレク比との関係を示した散布図である。
[図 8]ころクラウユング率と円錐ころ軸受のトノレク比との関係を示した散布図である。
[図 9]内輪クラウユング率と円錐ころ軸受のトノレク比との関係を示した散布図である。 発明を実施するための最良の形態
[0010] 次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図 1 は、本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。
図中、本実施形態に係る円錐ころ軸受 1は、外周に円錐面からなる内輪軌道面 11 を有する内輪 10と、内周に円錐面からなる外輪軌道面 21を有する外輪 20と、外周 に円錐面からなる転動面 31を有するとともに両軌道面 11, 21の相互間に転動自在 に配置された複数の円錐ころ 30と、この複数の円錐ころ 30を周方向に所定の間隔 で保持している保持器 40とを備えている。そして、内輪軌道面 11、外輪軌道面 21、 及び転動面 31には、本発明の特徴的構成であるクラウユングが施されている。
[0011] ここで、一般的なクラウユングの考え方について、内輪を例に説明する。図 2 (a)は 、内輪軌道面 11にクラウユングを施した内輪 10の軸方向の断面における輪郭を誇 張して示した図である。図中、円錐ころ 30の転動面 31と転力 Sり接触する内輪軌道面 11には、径方向外方にわずかに突出したクラウユングが施されている。このクラウ二 ングは、円弧を上底とする台形的形状の複合クラウユングを示している。
[0012] 以下に、内輪 10のクラウユング量 (以下、内輪クラウユング量ともいう）の算出方法 について説明する。図 2 (a)において、内輪 10の軸方向に対する内輪軌道面 11の 幅を SK、内輪軌道面 11のテーパ角度を 、内輪軌道面 11の両端部に形成されて レ、る図示の面取り寸法を LI , L2したとき、軌道長さ LRIは、下記式（1)より得られる。
LRI = SK/cos i3 -(Ll +L2) · · · (1)
[0013] ここで、 LRI' =0. 6LRIとなる長さ LRI'を、軌道長さ LRIの中間点力も図示のよう にとり、 LRI'の寸法両端に対応する内輪軌道面 11上の点を、 A'及び B'とする。な お、この場合 A'、 B'は円弧の端点 Ae、 Beより内側にある力 A'、 B'がそれぞれ円 弧の端点 Ae、 Beと一致してもよい。
[0014] 図 2の（b)は、図 2の（a)に示す内輪軌道面 11の軌道長さ LRIの端点 Aと端点 Bと の間のクラウエングの断面形状を模式的に示したものである。 （b)において、長さ LRI 'におけるクラウニングの弦 G'の中点 C2'とクラウニングの円弧中心 Oとを通過する 直線 Mは、弦 G'と直交しかつ長さ LRI'におけるクラウユング円弧中心点 C1を通過 する。そして、このクラウユング円弧中心点 C1から、軌道長さ LRIにおけるクラウニン グの弦 Gの中点 C2までの距離寸法を、内輪 10のクラウユング量 CRIとした。
なお、内輪クラウユングの形状は、図 2に示すような円弧を上底とする台形的形状の みならず、単一の円弧形状の他、複数の円弧で形成される形状や、対数クラウニング 、楕円クラウニング等、全ての種類のクラウニング形状であってもよぐこれらの全ての クラウユング形状において上述のクラウユング量の考え方が適用できる。
[0015] また、上記クラウユングの考え方は、ころや外輪に対しても同様に適用することがで きる。さらに、上記クラウニング量の定義は、ころや外輪に対しても適用可能である。 なお、軌道長さ（転動面長さ）の範囲において複数の形状を組み合わせてなるクラ ゥニングを複合クラウニングといい、軌道長さの範囲において単一の円弧形状からな るクラウニングをフルクラウニングとレ、う。
[0016] 次に、クラウユング形状力 フルクラウユングである場合のクラウニングの考え方と、 これに基づくクラウニング量の考え方について説明する。また同時に、円錐ころと外 輪におけるクラウニングの考え方についても説明する。
図 3 (a)は、内輪軌道面 11にフルクラウユングを施した内輪 10の軸方向の断面に おける輪郭を示した図である。図において、軌道長さ LRIは、図 2の（a)の場合にお ける式（1)と同様であり、
Figure imgf000006_0001
である。
[0017] 一方、図 3の（b)は、（a)に示す内輪軌道面 11の軌道長さ LRIの端点 Aと端点 Bと の間のクラウユングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さ LRIに おけるクラウユングの弦 Gの中点 C2とクラウユングの円弧中心〇とを通過する直線 M は、弦 Gと直交しかつ軌道長さ LRIにおけるクラウユング円弧中心点 C1を通過する。 そして、このクラウユング円弧中心点 CIと中点 C2とで定まる距離寸法を内輪クラウ二 ング量 CRIとした。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径を RCIとすると、内 輪クラウニング量 CRIは、下記式（2)により求められる。
CRI = RCI- { RCI2- (LRI/ 2) 2 } 1 2 · · · (2)
[0018] 図 4 (a)は、円錐ころ 30の軸方向の断面における上半分の輪郭を示す図である。図 中、円錐ころ 30には、内外輪の軌道面 11， 21と転がり接触する転道面 31が設けら れている。また転動面 31の両端部には、それぞれ面取り部 32a, 33aが設けられて おり、円錐ころ 30の小径側端面 32及び大径側端面 33に対して滑らかに連続するよ うに形成されている。また、転動面 31には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラ ゥユングが施されている。
[0019] 以下に、円錐ころ 30のクラウユング量 (以下、ころクラウユング量ともいう）の算出方 法について説明する。図 4 (a)中、円錐ころ 30の中心軸方向に対する転動面 31の幅 を L、転動面 31のテーパ角度を γ、転動面 31の両端部に形成されている面取り部 3 2a, 33aの曲面を転動面の全幅から除く幅寸法を SI , S2とした時、上述のころ有効 長さ LWRは、下記式（3)より得られる。
LWR = L/cos ( y /2) -(Sl + S2) · · · (3)
なお、上式（3)中 SI , S2は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。
[0020] 図 4 (b)は、図 4 (a)中に示す転動面 31のころ有効長さ LWRの端点 Aと端点 Bとの 間のクラウニング形状を模式的に示す図である。図中、ころ有効長さ LWRにおけるク ラウニングの弦 Gの中点 C2とクラウユングの円弧中心〇とを通過する直線 Mは、弦 G と直交しかっころ有効長さ LWRにおけるクラウユング円弧中心点 C1を通過する。 本発明者らは、このクラウユング円弧中心点 C1と中点 C2との距離寸法をころクラウ ユング量 CRとした。そして、図のようにクラウユング円弧の半径を RCとすると、ころク ラウニング量 CRは、下記式 (4)により求められる。
CR = RC- { RC2- (LWR/ 2) 2 } 1 2 · · · (4)
[0021] 次に、軌道面にフルクラウユングを施した外輪 20のクラウユング量 (以下、外輪クラ ゥニング量ともいう）の算出方法について説明する。図 5 (a)は、外輪軌道面 21にフ ルクラウユングを施した外輪 20の軸方向の断面における輪郭を誇張して示した図で ある。図中、円錐ころ 30の転動面 31と転力 Sり接触する外輪軌道面 21には、径方向内 方に突出した断面円弧状のクラウエングが施されている。また、外輪軌道面 21の両 端部から外輪 20の軸端面に向かって、それぞれ面取り部 22a, 23aが設けられてい る。これら面取り部 22a， 23aは、それぞれ、外輪 20の小内径側端面 22及び大内径 側端面 23に対して滑らかに連続するように形成されている。
[0022] 図 5 (a)中、外輪 20の軸方向に対する外輪軌道面 21の幅を SB、外輪軌道面 21の テーパ角度をひ、外輪軌道面 21の両端部に形成されている面取り部 22a， 23aの曲 面を外輪軌道面の全幅から除く幅寸法を Tl， Τ2とした時、上述の軌道長さ LROは 、下記式（5)より得られる。
LRO = SB/cos α - (Tl +Τ2) …（5)
尚、上式（5)中、 Tl， Τ2は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。
[0023] 図 5 (b)は、図 5 (a)中に示す外輪軌道面 21の軌道長さ LR〇の端点 Αと端点 Βとの 間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さ LROにお けるクラウユングの弦 Gの中点 C2とクラウニングの円弧中心〇とを通過する直線 Mは 、弦 Gと直交しかつ軌道長さ LROにおけるクラウニング円弧中心点 C1を通過する。 本発明者らは、このクラウニング円弧中心点 C1と中点 C2とで定まる距離寸法を外 輪クラウユング量 CROとした。そして、図のようにクラウユング円弧の半径を RCOとす ると、外輪クラウニング量 CROは、下記式 (6)により求められる。
CRO=RCO-{RC02-(LRO/2) 2} 1/2 · · · (6)
[0024] 以上のようにして、フルクラウニングを施した場合の円錐ころ及び内外輪のクラウ二 ング量を求めることができる。
なお、フルクラウユングを施した円錐ころ 30及び内外輪 10， 20に対して、上述した 一般的なクラウユングの考え方に基づきクラウユング量を算出することができるのはも ちろんである。すなわち、図 2において長さ LRI'を求めたのと同様に、円錐ころ 30の 場合は LWRに対する LWR，を、また、外輪 20の場合は、 LR0に対する LR0'を、そ れぞれ導出すればよい。このようにして一般的なクラウユングの考え方に基づき求め たクラウユング量は、フルクラウユングの考え方（図 4,図 5)に基づき求めた値とほぼ 一致する。 [0025] そして、本発明者らは、上記のころクラウニング量、内輪クラウユング量、外輪クラウ ニング量から、下記式（7) , (8) , (9) , (10)に基づいて全クラウニング量、外輪クラウ ニング率、ころクラウニング率、内輪クラウユング率を算出した。
全クラウユング量 =外輪クラウユング量 +内輪クラウユング量 +ころクラウユング量
X 2 · · · (7)
外輪クラウユング率 =外輪クラウユング量 Z全クラウユング量 · · ·（8) ころクラウユング率 =ころクラウユング量 X 2) Z全クラウユング量 · · ·（9) 内輪クラウユング率 =内輪クラウユング量 Z全クラウユング量 · · ·（10) [0026] そして、本実施形態の円錐ころ軸受 1の円錐ころ 30及び内外輪 10, 20は、全クラ ゥユング量が 50 z m以上、外輪クラウユング率が 40。/o以上、ころクラウユング率が 20
%以下に設定されている。
[0027] ここで、本発明者らが行った、円錐ころ軸受の回転トルクと、全クラウニング量及び 各クラウユング率との関係を明らかにするための検証試験の結果について説明する。 本試験に供した円錐ころ軸受としては、その全クラウニング量及び各クラウニング率 が種々異なる値に設定された図 1に示す構成の円錐ころ軸受 CIIS30306相当品）を 多数用意し、これらの回転トルクを実験的に測定した。
円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、実施 例品である円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外 輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にディファレ ンシャル装置用ギヤオイルを用い、擬似的な与圧負荷としてアキシャル荷重 4kNを 与え、回転速度 300rpm, 2000rpmの 2種類の回転速度で行った。
[0028] また、試験時の潤滑条件としては、回転速度 300rpmの際には、常温の潤滑油を 試験前に適量塗布するのみで以後給油を行わずに試験した。一方、回転速度 2000 rpmの際には、油温 323K (50°C)の潤滑油を毎分 0. 5リットルで循環供給しつつ試 験を行った。潤滑油の供給方法を回転数に応じて異なる方法にしたのは、それぞれ の回転数における必要最小限の潤滑油量だけ供給し、潤滑油が過剰供給になる場 合に発生する潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くし、転力 Sり摩擦による回転ト ルクを抽出するためである。 上述のようにして、全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定さ れた円錐ころ軸受のそれぞれについて、回転トルクを測定した。そして、前記全クラウ ニング量及び各クラウニング率と回転トルクとの関係を把握することで、回転トルクを 低減させる値の範囲を特定した。
[0029] 図 6は、全クラウユング量と測定した円錐ころ軸受のトノレク比（回転トルク/所定値） との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、全クラウニング量が 50 μ m以下の場合では、トルク比は大きな幅をもって分散している力 全クラウユング量が 増加するに従って、分散しているトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示 している。そして、全クラウユング量が 50 x m以上の場合、トルク比は、全クラウユング 量が 50 x m以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが 判る。
なお、上記全クラウユング量は、 100 x mを超えると、円錐ころ及び内外輪に過大な クラウエングが施されることになり、円錐ころが安定して転動できなくなる恐れがある。 従って、全クラウユング量は、 100 /i m以下であることが好ましい。
[0030] 次に図 7は、外輪クラウユング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図 である。この図から明らかなように、外輪クラウニング率が 40%以下の場合では、外 輪クラウユング率が増加するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向 を示している。そして、外輪クラウニング率が 40%以上の場合では、トルク比は、外輪 クラウユング率が 40%以下の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布して レ、ることが判る。
[0031] 図 8は、ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である 。この図から明らかなように、ころクラウユング率が 20%以上の場合では、ころクラウ二 ング率が減少するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示してい る。そして、ころクラウユング率が 20%以下の場合では、トルク比は、ころクラウユング 率が 20%以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが 判る。
[0032] 図 9は、内輪クラウユング率と円錐ころ軸受のトノレク比との関係を示した散布図であ る。この図から明らかなように、内輪クラウユング率の変化に対して、トルク比は略一 定の範囲で安定している。すなわち内輪クラウニング率は、円錐ころ軸受のトノレク比 に対して、顕著な相関が認められなかった。但し、内輪クラウニング率は、これを 10 %以上に設定することによって、内輪軌道面 11と、転動面 31との接触面における軸 方向両端部付近の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジ口 ードが作用した場合にもその作用を低減し、当該軸受寿命の低下を防止することが できる。
[0033] 以上のように、円錐ころ軸受の回転トルク比すなわち回転トルクと、全クラウユング量 及び各クラウユング率との関係について実験的に測定し検証した結果、全クラウニン グ量は 50 x m以上、外輪クラウユング率は 40%以上、ころクラウユング率は 20%以 下という条件を満たすことで、円錐ころ軸受の回転トルクが減少することを確認できた
[0034] また、外輪クラウユング率は、 100%であってもよレ、が、上述のように内輪クラウニン グ率が 10%以上施されることを考慮すると、 90%以下であることがより好ましい。 また、ころクラウニング率が 0%の場合、外輪クラウニング率及び内輪クラウニング率 が上記所定の値の範囲であれば、回転トルク低減の効果は得られる。従って、ころク ラウニング率は、 0%以上、 20%以下の範囲で設定されればよい。
また、内輪クラウユング率は、外輪クラウニング率が 40%以上施されることから、 60 %以下であることが好ましい。
[0035] 上記検証試験において、測定された円錐ころ軸受の回転トルクは、潤滑油の攪拌 抵抗の影響をできるだけ無くした状態で測定された値であり、円錐ころと内外輪間の 転力 Sり粘性抵抗が大きく寄与した状態の回転トルクである。
つまり、上記検証試験の結果によれば、円錐ころ 30の転動面及び内外輪の軌道面 に施された各クラウユングの全クラウユング量、外輪クラウユング率、及びころクラウ二 ング率を上記条件とすることで、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗が低減さ れていると解される。
すなわち、本実施形態に係る円錐ころ軸受 1によれば、上述のように、円錐ころ 30 と内外輪 10, 20との間の転がり粘性抵抗を低減させることができ、これらの転がり摩 擦を低減できる。その結果、円錐ころ軸受 1としての回転トルクを低減することができ る。
特に、ディファレンシャル装置等の車両用ピニオンギヤ軸支持装置では、比較的高 粘度のギヤ用潤滑油で軸受の潤滑が行われるため、これに用いられる軸受の転がり 粘性抵抗は大きくなる傾向にある。従って、本発明による円錐ころ軸受をピ二オンギ ャ軸支持装置に用いることで、その回転トルク低減効果は顕著に現れる。
[0036] また、本発明者らは、本実施形態の円錐ころ軸受の回転トルク低減効果を検証す ベぐ実施例品及び比較例品を用いて回転トルクの測定を行った。本発明に係る実 施例品としては、全クラウユング量が 64 μ m、外輪クラウユング量が 40 μ m、ころクラ ゥユング量が 2 μ m、内輪クラウユング量が 20 μ mに設定された円錐ころ軸受を用い た。このときの実施例品に係る円錐ころ軸受の外輪クラウユング率は 62. 5%、ころク ラウユング率は 6. 25%、内輪クラウユング率は 31. 25%である。比較例品としては、 内外輪及び円錐ころにクラウユングが施されていない実施例品と同じサイズの円錐こ ろ軸受を用意し、両者の回転トルクを同条件にて測定し、比較した。
その結果、上記実施例品に係る円錐ころ軸受では、比較例品に係る円錐ころ軸受 と比較して、その回転トルクを概ね 55%低減できることが確認できた。
[0037] 尚、本発明の円錐ころ軸受は、上記各実施形態に限定されるものではなぐ軸受の 構成や、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面の形状等は、本発明の趣旨に基づ いて適宜変更することができる。

Claims

請求の範囲
[1] クラウユングが施された外輪軌道面を有する外輪と、クラウユングが施された内輪軌 道面を有する内輪と、クラウニングが施された転動面を有するとともに前記両軌道面 の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころとを備え、
全クラウユング量（=外輪クラウユング量 +内輪クラウユング量 +ころクラウユング量 2)が50 111以上、
外輪クラウニング率（=外輪クラウニング量/全クラウニング量）が 40%以上、 ころクラウニング率（= (ころクラウニング量 X 2) /全クラウニング量）が 20%以下で あることを特徴とする円錐ころ軸受。
[2] 内輪クラウユング率（=内輪クラウニング量/全クラウニング量）が 10%以上である 請求項 1記載の円錐ころ軸受。
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