WO2005100809A1

WO2005100809A1 - 円錐ころ軸受、円錐ころ軸受装置及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置

Info

Publication number: WO2005100809A1
Application number: PCT/JP2005/007260
Authority: WO
Inventors: Hiroki Matsuyama; Hiroyuki Chiba; Masahiro Harada; Kazutoshi Toda; Kiyoshi Ogino; Koji Kawaguchi; Yuzuru Takahashi; Hirofumi Dodoro
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2005-10-27
Also published as: EP1746297A4; KR101310175B1; CN101900162B; CN101900162A; EP1746297A1; EP1746297B1; US20070230851A1; JP5168402B2; JP2012047342A; JPWO2005100809A1; KR20070002086A; KR20120082040A; JP5113384B2; EP2369190A1; US7677809B2

Abstract

　ころ充填率が０．７～０．９２の範囲にあり、かつ、ころ径に対するころ長さが１．１～１．７の範囲にあるようにして、油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗を低減することで回転トルクを低減する。また、外輪クラウニング半径をＲＣＯ、軌道長さをＬＲＯ、内輪クラウニング半径をＲＣＩ、軌道長さをＬＲＩとして、外輪クラウニングパラメータ（＝ＲＣＯ／ＬＲＯ）は３０～１５０であり、かつ、内輪クラウニングパラメータ（＝ＲＣＩ／ＬＲＩ）は５０～２６０であるクラウニングを施すことにより、転がり粘性抵抗を低減して、回転トルクを低減する。

Description

円錐ころ軸受、円錐ころ軸受装置及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置

技術分野

[0001] 本発明は、自動車や産業機械のディファレンシャルギヤ装置等に使用される円錐ころ軸受に関する。

背景技術

[0002] 円錐ころ軸受は、玉軸受に比べて高負荷容量で高剛性であるという特性を有するため、このような特性を要する自動車のディファレンシャルギヤ装置やトランスアクスル装置等の車両用ピ-オン軸支持装置に使用されている。し力しながら、回転トルク (損失)が大きいという欠点も有するため、内外輪の軌道面や円錐ころの転動面にクラウユングを施して転がり摩擦を低減することが提案されている（例えば、特開 2003 — 130059号公報及び特開 2001— 65574号公報参照。；)。

[0003] 上記従来例では、軌道面又は転動面のクラウニングの形状を規定することで円錐ころ軸受の性能向上が図られていた。し力しながら、クラウユングを量として着目し、そのクラウ-ング量等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いう試みはなされていな力つた。他方、ディファレンシャルギヤ装置等における円錐ころ軸受の回転トルクの主たる要因は、円錐ころの転がり粘性抵抗及び油の攪拌抵抗である力これらを如何にして低減するかの指針は明確になっていな力つた。

発明の開示

[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、円錐ころ軸受の回転トルクを

、多面的要因を考慮して効果的に低減することを目的とする。

[0005] 本発明は、外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、ころ数を z、ころ有効長さを LWR、ころ平均径を DW、ころ PCDを dmとするとき、

z ' DWZ ( u ' dm)で表されるころ充填率が 0. 7〜0. 92の範囲にあり、力つ、 LWR

ZDWで表されるころ径に対するころ長さが 1. 1〜1. 7の範囲にあるとともに、前記外輪のクラウユング半径を RCO、軌道長さを LRO、前記内輪のクラウユング半径を R CI、軌道長さを LRIとするとき、外輪クラウユングパラメータ（=RCOZLRO)は 30〜 150であり、かつ、内輪クラウユングパラメータ（=RCI/LRI)は 50〜260であることを特徴とするものである。

このような円錐ころ軸受においては、ころ充填率を小さい範囲に維持しつつ、ころ長さ Zころ径を小さくすることにより、油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗が低減される。また、上記のクラウユングパラメータの設定によって、転がり粘性抵抗が低減される。従って、回転トルクを効果的に低減することができる。

[0006] また、本発明は、外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、ころ数を z、ころ有効長さを LWR、ころ平均径を DW、ころ PCDを dmとするとき、

z ' DWZ ( u - dm)で表されるころ充填率が 0. 7〜0. 92の範囲にあり、力つ、 LWR

ZDWで表されるころ径に対するころ長さが 1. 1〜1. 7の範囲にあるとともに、前記外輪及び内輪の各軌道面及び前記円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、全クラウ-ング量（=外輪クラウ-ング量 +内輪クラウ-ング量 +ころクラウ-ング量

X 2)が 50 m以上、

外輪クラウニング率（=外輪クラウニング量 Z全クラウニング量）が 40%以上、ころクラウユング率 ( = (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徴とするものである。

このような円錐ころ軸受においては、ころ充填率を小さい範囲に維持しつつ、ころ長さ Zころ径を小さくすることにより、油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗が低減される。また、上記のクラウユング量の設定によって、転がり粘性抵抗が低減される。

[0007] また、上記円錐ころ軸受において、内輪の内径を d、前記外輪の外径を Dとするとき

、ころ径パラメータ（2DWZ (D— d) )が 0. 44〜0. 52の範囲にあるようにしてもよい

この場合、同サイズの従来品と比較してころ径が大きいため、軸受内部の自由空間体積が増えて、油が軸受内部を流れやすくなり、攪拌抵抗が低減される。

[0008] また、上記円錐ころ軸受の内外輪間の軸方向一端側に、油の流入を抑制する油流入抑制手段を設けた円錐ころ軸受装置を構成してもよい。この油流入抑制手段は、保持器の小径側端部に、外輪に近接した位置から径方向内方に延びる環状部を形成し、その内周側端部を前記内輪に近接させることにより当該内輪との間にラビリンスシールを構成してなるものであってもよい。また、円錐ころ軸受を構成しない別部材を油流入抑制手段として設けることにより、円錐ころ軸受装置を構成してもよい。例えば、軸受ハウジングにラビリンスを設ければょ、。

この場合、軸受内部への油の流入が抑制され、転がり粘性抵抗や油の攪拌抵抗が低減される。これにより、回転トルクが低減される。

[0009] また、上記円錐ころ軸受において、外輪接触角を 25度〜 30度の範囲としてもよいこの場合、ポンプ作用が増大し、油の排出が促進されるので、油の攪拌抵抗が低減される。これにより、回転トルクが低減される。

[ooio] また、上記円錐ころ軸受において、内輪クラウ-ング率（=内輪クラウ-ング量 Z全クラウ-ング量)を 10%以上としてもょ、。

この場合、内輪軌道面と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、当該軸受寿命の低下を防止することができる。

[0011] また、本発明の車両用ピ-オン軸支持装置は、ピ-オン軸のピ-オンギヤ側及びその逆側にそれぞれ円錐ころ軸受が配置され、ピニオンギヤ側には油流入抑制手段を有する円錐ころ軸受装置を設けたものである。

このような車両用ピ-オン軸支持装置においては、油が流入しやすいヘッド側の円錐ころ軸受における油の流入を油流入抑制手段 (例えばラビリンスシール）によって抑制し、回転トルクを低減することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明の一実施形態に係る、ヘッド側の円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

[図 2]本発明の一実施形態に係る、テール側の円錐ころ軸受の軸方向断面図である

[図 3]内輪の輪郭及びクラウユング (複合クラウユングの場合)の形状を示す図である [図 4]内輪の軌道面に施されたクラウユング (複合クラウユングの場合)の形状を模式的に示す図である。

[図 5]内輪の輪郭及びクラウユング (フルクラウユングの場合)の形状を示す図である。

[図 6]内輪の軌道面に施されたクラウユング (フルクラウユングの場合)の形状を模式的に示す図である。

[図 7]円錐ころの断面上半分の輪郭及びクラウニングの形状を示す図である。

[図 8]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す図である。

[図 9]外輪の輪郭及びクラウニングの形状を示す図である。

[図 10]外輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示す図である。

[図 11]全クラウユング量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。

[図 12]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。

[図 13]ころ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。

[図 14]内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。

[図 15]ヘッド側における回転速度に対する回転トルクの変化を示すグラフである（実施例 1, 2,比較例 1)。

[図 16]テール側における回転速度に対する回転トルクの変化を示すグラフである（実施例 1, 2,比較例 1)。

[図 17]回転速度に対する回転トルクの変化を示すグラフである（実施例 3,比較例 2) [図 18]回転速度に対する回転トルクの変化を示すグラフである（実施例 4,比較例 3)

[図 19]ディファレンシャルギヤ装置の断面図である。

発明を実施するための最良の形態

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 9は、本実施形態の円錐ころ軸受を用いた、車両用ピニオン軸支持装置としての自動車のディファレンシャルギヤ装置 100の断面図である。このディファレンシャルギヤ装置 100は、ケース 110内に、図示しないドライブシャフトにより回転駆動されるピ- オン軸 120と、差動変速機構 130とを備えている。ピ-オン軸 120の先端にはピ-ォンギヤ 121が設けられ、これが、差動変速機構 130のリングギヤ 131と嚙み合っている。ピ-オン軸 120は、ピ-オンギヤ 121側（以下、ヘッド側という。）の円錐ころ軸受 1Hと、その逆側（以下、テール側という。）の円錐ころ軸受 1Tとによって、ケース 110 に対して回転自在に支持されている。また、ケース 110には、一対の円錐ころ軸受 1 H, 1T間に図の矢印で示すように油を導入して当該軸受の軌道面を潤滑するための潤滑油供給路 111が形成されてヽる。

[0014] ここで上記ディファレンシャルギヤ装置 100の潤滑動作について説明する。ケース 1 10の底部にはディファレンシャルギヤ装置 100の内部全体を潤滑するための潤滑油 (図示せず。）が貯留されている。差動変速機構 130のリングギヤ 131は、車両が前進駆動状態において図中の矢印で示す方向に回転駆動されるようになっており、このリングギヤ 131の回転により、ケース 110の底部に貯留されている潤滑油を上方に跳ね上げる。跳ね上げられた潤滑油は、潤滑油供給路 111を通って、一対の円錐転力 ^軸受 1H, 1T間に導かれ、当該軸受内に供給される。ヘッド側の円錐ころ軸受 1 H内を通過した潤滑油は、ケース 110の底部に戻される。また、テール側の円錐ころ軸受 1T内を通過した潤滑油は、図示しない還流路を通過してケース 110の底部に戻される。このようにして、油は、ディファレンシャルギヤ装置 100の内部を循環している。

[0015] 図 1及び図 2はそれぞれ、ヘッド側の円錐ころ軸受 1H及びテール側の円錐ころ軸受 1Tの軸方向断面図である。各図において、円錐ころ軸受 1H, 1Tは、外周に円錐面からなる内輪軌道面 11が形成された内輪 10と、内周に円錐面からなる外輪軌道面 21が形成された外輪 20と、内外輪間に介在し、外周に円錐面からなる転動面 31 が形成された転動自在の複数の円錐ころ 30と、これらの円錐ころ 30を周方向に所定間隔で保持する保持器 40とを備えてヽる。

[0016] また、円錐ころ軸受 1H, 1Tにおいて、内輪 10の大径側（図の右方)及び小径側（図の左方）にはそれぞれ、円錐ころ 30の軸方向への移動を規制する大径鍔部 12及び小径鍔部 13が形成されている。さらに、図 1に示すヘッド側の円錐ころ軸受 1Hには、小径鍔部 13から内輪 10左端に至る部分に、外径が小径鍔部 13よりも小さい円筒状部 14が形成されている。一方、保持器 40の小径側（図の左方)端部には、外輪 20に近接した位置カも径方向内方に延びる環状部 41が形成されている。この環状部 41の内周側端部は、内輪 10の円筒状部 14の外周面及び小径鍔部 13の側面に近接し、これによつてラビリンスシール Sが構成されている。このように保持器 40と内輪 10との間にラビリンスシール Sが構成されていることにより、図の左方力も軸受内部に油が流入することを抑制できる。なお、テール側の円錐ころ軸受 1Tには、このようなラビリンスシールは設けられてヽな、。

[0017] 仮に、上記のようなラビリンスシール Sがヘッド側の円錐ころ軸受 1Hに設けられていな力つたとすると、当該円錐ころ軸受 1Hには多量の油が正面側（図 19における円錐ころ軸受 1Hの左側)及び背面側（同右側）から供給され、流入する油の量は、テール側の円錐ころ軸受 1Tよりもヘッド側の円錐ころ軸受 1Hの方が多くなる。従って、へッド側の円錐ころ軸受 1Hにおいては油の攪拌抵抗が大きくなる。他方、テール側の円錐ころ軸受 1Tは、低温始動時に油が供給されにくぐそのため、焼き付き易いという問題がある。

そこで、ヘッド側の円錐ころ軸受 1Hに上記ラビリンスシール Sを設け、油の流入を抑制して当該円錐ころ軸受 1Hの油の攪拌抵抗を低減するとともに、ラビリンスシール Sが無力つたならばヘッド側の円錐ころ軸受 1Hに流入するはずの油の一部をテール側の円錐ころ軸受 1Tに供給する。これにより、テール側の円錐ころ軸受 1Tの潤滑が向上し、焼き付きに《することができる。なお、テール側の円錐ころ軸受 1Tへの油の供給度合いが過度のときは、当該円錐ころ軸受 1Tにも適度なラビリンスシールを設ければよい。

[0018] 次に、具体的な設計指針について説明する。

円錐ころ軸受 1H, 1Tの回転トルクを低減するには、油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗を低減することが有効である。まず、攪拌抵抗を低減するには、軸受内部に流入した油を速やかに排出すればよい。そこで、油の流出を促進する手段を設ける。具体的には、円錐ころの充填率を小さくして、円錐ころ間の周方向隙間を大きく確保する。しかし、充填率を小さくすれば負荷容量が低下するので、これを補うベぐころ径（平均径)を大きくする。また、ころの長さを短くすることにより、油に触れる面積の低減を図る。さらに、外輪接触角を大きくしてポンプ作用を促進させる。一方、油の流入そのものを抑制することが攪拌抵抗の低減に寄与すると考えられるので、少なくともへッド側の円錐ころ軸受 1Hには、流入抑制手段として上述のようにラビリンスシール Sを設ける。

また、上記の充填率を小さくすること、及び、ころ径を大きくして長さを短くすること（すなわち太短くすること）は、いずれも転動面積の削減につながるので、転がり粘性抵抗の低減が期待される。さらに、クラウニングを軌道面や転動面に施すことにより転力 Sり粘性抵抗が低減されると考えられる。

[0019] なお、車両用ピ-オン軸支持装置の一例としてディファレンシャルギヤ装置について説明したが、同じくピ-オン軸支持であるトランスアクスル装置の場合も、同様な構成である。

[0020] 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 3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、クラウユングを誇張して示した図である。図中、円錐ころ 30 (図 1,図 2)の転動面 31 (図 1, 図 2)と転が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- ングが施されている。このクラウニングは、円弧を上底とする台形的形状の複合クラウニングである。

[0021] 以下に、内輪 10のクラウニング量 (以下、内輪クラウニング量ともいう。）の算出方法について説明する。図 3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 j8、内輪軌道面 11の両端部に形成されてい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 j8 - (L1 +L2) · · · (1)

ここで、 LRI' =0. 6LRIとなる長さ LRI'を、軌道長さ LRIの中間点から図示のようにとり、 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より内側にあるが、 A'、 B 'がそれぞれ円弧の端点 Ae、 Beと一致してもよい。

[0022] 図 4は、図 3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 4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、このクラウニング円弧中心点 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までの距離を、内輪クラウユング量 CRIとした。

なお、内輪クラウニングの形状は、図 4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、楕円クラウユング等、各種のクラウユ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。

[0023] また、上記クラウユングの考え方やクラウユング量の定義は、ころや外輪に対しても同様に適用することができる。

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ユングを複合クラウユングと、、軌道長さの範囲にお!、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、う。

[0024] 次に、フルクラウニングの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。

図 5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、クラウニングを誇張して示した図である。図において、軌道長さ LRIは、図 3の場合における式（1)と同様であり、

である。

[0025] 一方、図 6は、図 5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-ングの断面形状を模式的に示したものである。図 6において、軌道長さ 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。本発明者らは、このクラウユング円弧中心点 C1と中点 C2との距離を内輪クラウニング量 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-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) [0026] 図 7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 7 において、円錐ころ 30の外周面には、ほぼ直線状の転動面 31と、転動面 31の軸方向両端から滑らかに下がるように形成された面取り部 32a, 33aとが設けられている。面取り部 32a, 33aは円錐ころ 30の小径側端面 32及び大径側端面 33に対しても、滑らかに連続するように形成されている。直線状に見える転動面 31には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラウユングが施されている。図 8は、図 7における転動面 3 1のころ有効長さ LWRの端点 Aと端点 Bとの間のクラウユング形状のみを模式的に示す図である。

[0027] 本発明者らは、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ヽぅ。）を、転動面 31のころ有効長さ LWRより定まるクラウユングの円弧中心点とその弦との距離と規定した。以下、ころクラウニング量の算出方法について説明する。

図 7において、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 32a, 33aの曲面の図示の寸法を SI, S2としたとき、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) - (S1 + S2) …（3)

[0028] 上記式（3)における SI, S2は、軸受のサイズによって一定の幅が定められる。

図 8において、ころ有効長さ LWRにおけるクラウユングの弦 Gの中点 C2とクラウ- 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、ころ有効長さ LWR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、このクラウユング円弧中心点 C1と中点 C2との距離を、ころクラウ二ング量 CRとした。すなわち、図示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)

[0029] 次に、図 9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、クラウユングを誇張して示した図である。図 9において、外輪 20の内周面には、円錐ころ 30の転動面 31と転がり接触する外輪軌道面 21が設けられている。この外輪軌道面 21には径方向内方に突出したフルクラウユングが施されて、る。また、外輪軌道面 21の両端部から外輪 22の軸端面に向かって、それぞれ面取り部 2 2a, 23aが設けられている。これらの面取り部 22a, 23aは、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。

[0030] 本発明者らは、外輪 20のクラウユング量 (以下、外輪クラウユング量とも、う。）を、外輪軌道面 21の軌道長さ LROより定まるクラウニングの円弧中心点とその弦との距離である CROと規定した。以下、外輪クラウユング量 CROの算出方法について説明する。

図 9において、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 2 1のテーパ角度を α、外輪軌道面 21の両端部に形成されている面取り部 22a, 23a の曲面の図示の寸法を C7, CLOとしたとき、上述の軌道長さ LROは、下記式（5)より得られる。

LRO = SB/cos a - (C7 + CL0) …（5)

なお、上式（5)において C7, CL0は、軸受のサイズによって一定の値が定められる

[0031] 一方、図 10は、図 9に示す外輪軌道面 21の軌道長さ LROの端点 Aと端点 Bとの間のクラウ-ングの断面形状を模式的に示したものである。図 10において、軌道長さ L RO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と直交しかつ軌道長さ LRO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との距離を、外輪クラウ- ング量 CRO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 RCOとすると、外輪クラウユング量 CROは、下記式 (6)により求められる。

CRO =RCO— {RCO²— (LRO/2) ²} ^1/2 · · · (6)

[0032] 以上のようにして、フルクラウユングを施した場合の円錐ころ及び内外輪のクラウ- 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 3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、 LROに対する LRO'を、それぞれ導出し、円弧中心点を求めて力もクラウニング量を求めればよい。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 3,図 4)に基づき求めた値とほぼ一致する。

[0033] 次に、以上のようにして求めた外輪 20のクラウユング半径 RCO,軌道長さ LROより、（RCOZLRO)を外輪クラウユングパラメータと定義する。また、内輪 10のクラウ- ング半径 RCI,軌道長さ LRIより、（RCIZLRI)を内輪クラウユングパラメータと定義する。

そして、本発明者らは、上記のころクラウユング量、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、外輪クラウユング率、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 · ' · (7)

外輪クラウニング率 =外輪クラウニング量 Ζ全クラウニング量 · · ·（8) ころクラウユング率 =ころクラウユング量 X 2) Ζ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 Ζ全クラウユング量 · · ·（10) [0034] 次に、本発明者らが本発明の実施形態による円錐ころ軸受の回転トルクを実験的に測定し、上記クラウユングパラメータ、全クラウユング量及び各クラウユング率との関係にっ、て検証した結果にっ、て説明する。

まず、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、上記実施形態で示した構成の円錐ころ軸受 (JIS30306相当品）を用い、潤滑油にはディファレンシャルギヤ装置用ギヤオイルを用い、擬似的な予圧負荷としてアキシャル荷重 4kNを与え、回転速度 300[rZmin] , 2000 [rZmin]の 2種類の回転速度で行った。

[0035] また、試験時の潤滑条件としては、回転速度 300[rZmin]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 2 000[rZmin]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、転がり摩擦による回転トルクを抽出するためである。本試験に供した上記円錐ころ軸受には、その全クラウ-ング量及び各クラウ-ング率が種々異なる値に設定された実施例品を用意し、それぞれについて回転トルクを測定して、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し、回転トルクを低減させる値の範囲を特定した。

[0036] 図 11は、全クラウニング量と、測定した円錐ころ軸受のトルク比（回転トルク Z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、全クラウユング量が 5 O /z mより小さい場合では、トルク比は大きな幅をもって分散している力全クラウニ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 /z m以上の場合、トルク比は、全クラゥユング量が 50 mより小さい場合と比較して、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、全クラウユング量が 100 /z mより大きくなると、ころの挙動が不安定となってトルクが増加する。従って、全クラウユング量は 100 m以下が望ましい。

[0037] 次に図 12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、外輪クラウユング率力 0%より小さい場合では、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、外輪クラウユング率力 0%以上の場合では、トルク比は、外輪クラウユング率力 0%より小さい場合と比較して、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、外輪クラウユング率が 85%より大きくなると、内輪ところとの間にエッジロードが作用した場合に寿命低下を招く。従って、外輪クラウユング率は 85%以下が望ましい。

[0038] 図 13は、ころ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、ころクラウユング率が 20%より大きい場合では、ころクラウ-ング率が減少するに従ってトルク値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、トルク値は、ころクラウユング率が 20%より大き、場合と比較して、より低、値の範囲に安定して分布して!/ヽることが判る。なお、ころクラウユング率が 5%より小さくなると、接触面積増加によるトルクの増加や、エッジロード発生による寿命低下を招く。従って、ころクラウ-ング率は 5%以上が望ましい。

[0039] 図 14は、内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、内輪クラウニ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ユング率は、円錐ころ軸受のトルク比に対して、顕著な相関が認められな力つた。但し、内輪クラウユング率は、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、エッジロ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。なお、内輪クラウユング率を 55%より大きくすると、全クラウユング量との関係力も外輪クラウ-ング率を小さくすることになり、トルクが増加する。従って、内輪クラウユング率は 55%以下が望ましい。

[0040] 以上のように、円錐ころ軸受の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-ング率との関係について実験的に測定し検証した結果、クラウ-ング量として、全クラウユング量は 50 μ m以上、外輪クラウユング率は 40%以上、ころクラウニング率は 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を低減させることができる、との知見を得た。

[0041] 次に、具体的な数値を設定した円錐ころ軸受の実施例 1, 2 (それぞれヘッド側及びテール側）及び比較例 1 (ヘッド側及びテール側）のデータを表 1に示す。クラウ- ングに関しては、表に示したクラウユング量 ·率の範囲内で、実施例 1では前述の条件 (全クラウユング量は 50 m以上、外輪クラウユング率は 40%以上、ころクラウニング率は 20%以下)を満足させる。一方、比較例 1はこの条件を満たさないクラウユングの数値範囲が設定されている。さらに、ヘッド側に関しての実施例 3及び比較例 2、テール側に関しての実施例 4及び比較例 3のデータを表 2にそれぞれ示す。なお、表 1 , 2中の、長さを表す数値の単位は mmである。

また、表 1及び 2において、実施例 1は、内外輪共にフルクラウユング (軌道面の断面形状が円弧のみ）が施されたものであり、他の実施例及び比較例は、外輪のみフルクラウニングで内輪は複合クラウニング（円弧を上底とする台形的形状)が施されている。

[0042] [表 1]

[0043] [表 2] 難例 3 J±WJ2

ヘッド側側

内径： d [mm] 35 35 33. 338 33. 338 外径： D [nm] 89 89 68. 263 68. 263 組幅： T [mm] 38 38 22. 225 22. 225 角： m 25. 000 22. 500 25. 000 20. 000 ころ ¾JI$ : z . DW/(7r - dm) 0. 87 0. 85 0. 83 0. 83 ころ長さ Z径： LWR/DW 1. 67 2. 38 1. 48 2. 07 ころ、。ラメ-タ： 2DW/ (D-d) 0. 46 0. 41 0. 44 0. 42 外輪クラウニンクラメ-タ： 88 247 147 342 RCO/LRO

内輪クラウニンク♦/、。ラタ： 114 608 238 330 RCI/LRI

全クラウニンゲ量 [mm] 0. 066 0. 031 0. 027 0. 023 外輪クラウニンゲ率 48% 46% 43% 27% 内輪クラウニンク *率 45% 35% . 41% 47% ころクラウニンク'率 6% 19% 15% 26% 外輪謹長さ： LRO [mm] 22. 694 28. 366 13. 580 16. 984 内輪長さ： LRI [画] 19. 048 25. 049 10. 128 13. 833 ころ有効長さ： LWR [mm] 20. 511 26. 263 11. 499 15. 128 油 ¾ 卬制漏ありなしなしなし (ラビリンス構造）

内輪クラウニンク '觀複合複合複合複合

[0044] また、表 1の実施例 1, 2及び比較例 1について、回転トルクを測定した結果を図 15 ,図 16に示す。図 15はヘッド側、図 16はテール側の円錐ころ軸受についてのグラフである。回転トルク測定条件としては、アキシャル荷重 4kN、回転速度 250〜4000 [ rZmin]、潤滑油はギヤオイル 75W— 90、油温 50°C、油量は、軸受背面側が油で完全に満たされるように供給した。

[0045] また、表 2の実施例 3及び比較例 2について、回転トルクを測定した結果を図 17に示す。

また、表 2の実施例 4及び比較例 3について、回転トルクを測定した結果を図 18に示す。

[0046] 図 15,図 16より、ヘッド側の回転トルクは、 250〜4000[rZmin]の回転速度全範囲にわたって、比較例 1に対して実施例 1, 2では著しく低減された。また、テール側の回転トルクに関しても、比較例 1に対して実施例 1, 2は低減され、特に油流入抑制機構を設けた実施例 1では著しく低減された。

また、図 17においても、ヘッド側の回転トルクは、 500〜3000[rZmin]の回転速度全範囲にわたって、比較例 2に対して実施例 3では著しく低減されている。

また、図 18においても、テール側の回転トルクは、 500〜3000[rZmin]の回転速度全範囲にわたって、比較例 3に対して実施例 4ではかなり低減されている。

[0047] 以上のように、実施例 1〜4のすベてにおいて、比較例に対して、回転トルクの低減が実現されている。そこで、表 1及び表 2のデータのうち、所定の項目について実施例と比較例との数値範囲を比較してみると、以下の表 3のようになる。

[0048] [表 3]

[0049] 表 3より、ころ長さ Z径、ころ径パラメータ、外輪クラウユングパラメータ及び内輪クラゥユングパラメータについては、実施例と比較例との数値差が明確に出ている。特に

、ころ長さ Z径、外輪クラウユングパラメータ及び内輪クラウユングパラメータについては、実施例と比較例との差が歴然としており、回転トルク低減に対する支配的な要因であることがわかる。このうち、クラウユングパラメータの上記数値範囲の設定によっては、転がり粘性抵抗が低減されると解される。従って、前述のように全クラウユング量、外輪クラウニング率及びころクラウニング率を規定することとは別の視点、すなわち、クラウ-ングを外輪クラウ-ングパラメータ及び内輪クラウ-ングパラメータで規定すること〖こよって、転がり粘性抵抗が低減され、それによる回転トルクの低減が実現できる但し、上記クラウユングパラメータに関しては、上記数値範囲に若干の上下の許容範囲や、比較例との数値差を考慮して、外輪クラウユングパラメータ (RCOZLRO) は 30〜150、内輪クラウ-ングパラメータ（RCIZLRI)は 50〜260力回転トルク低減を実現するために設定されるべき範囲であると解される。

[0050] 一方、表 3において、ころ充填率に関しては、実施例の数値範囲が比較例の数値範囲を包含しており、両者に有意な差はないが、一般に、充填率を大きくすることが回転トルクの増大を招くことは自明である。しかし、充填率は負荷容量との関係もあつて単に小さくすればよいというものではなぐころ長さ Z径と密接な関係を有する。従つて、ころ充填率をなるベく小さい範囲に維持しつつ、ころ長さ Z径を小さくすること力回転トルク (油の攪拌抵抗及び転がり粘性抵抗に起因するもの）の低減効果をもたらすと解される。

[0051] 具体的には、ころ充填率 (Z'DWZ( -dm))は、表 3の実施例の数値範囲を含む範囲として、 0. 7〜0. 92とすること力 S好ましい。下限を 0. 7としたのは、これより/ J、さくなると軸受の負荷容量や剛性が不足するからである。また、上限を 0. 92としたのは、これより大きくなるとポンプ作用が不足して油の排出効果が低下し、油の攪拌抵抗と転がり粘性抵抗とが十分に低減されないからである。

また、ころ長さ Zころ径 (LWRZDW)は、表 3の実施例の数値範囲を含む範囲として、 1. 1〜1. 7とすることが好ましい。下限を 1. 1としたのは、これより小さくなると、ころ径が大きくなり転がり粘性抵抗が大きくなるからである。上限を 1. 7としたのは、これより大きくなると、ころ径カ、さくなり、負荷容量が小さくなるからである。

一方、ころ径パラメータ（2DWZ (D— d) )に関しては、表 3の実施例の数値範囲を含む範囲として、 0. 44〜0. 52とすること力好まし!/ヽ。下限を 0. 44としたのは、これより小さくなると、軸受内部の自由空間体積が減り、油が流れに《なって、油の攪拌抵抗の低減効果が十分でなくなるからである。また、上限を 0. 52としたのは、これより大きくなると軸受サイズ（内外輪径）に対してころ径が大きすぎて、軸受全体の形状ノ《ランスが好ましくなぐ一般機器への適用が困難になる力もである。

[0052] また、散布図（図 11〜図 14)力も知得した前述の条件（全クラウユング量は 50 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）を満たす実施例 1及び 2と、条件を満たさない比較例 1とは、図 15,図 16において回転トルクに歴然たる差を生じていることから、当該条件を満たすことにより結果的に回転トルクが低減できる事実力 Sここでも確認された。

さらに、ラビリンスにより油の流入を抑制したことも、回転トルク低減に寄与していると考えられる。また、外輪接触角 αを 28. 811度と大きくして油の排出促進を図ったことも、回転トルク低減に効果をもたらすものと考えられる。なお、この外輪接触角 OCは、この値の前後の 25度〜 30度で同様の効果が期待できる。

Claims

請求の範囲

[1] 外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、

ころ数を z、ころ有効長さを LWR、ころ平均径を DW、ころ PCDを dmとするとき、 z ' DWZ ( u - dm)で表されるころ充填率が 0. 7〜0. 92の範囲にあり、力つ、 LWR

ZDWで表されるころ径に対するころ長さが 1. 1〜1. 7の範囲にあるとともに、前記外輪のクラウユング半径を RCO、軌道長さを LRO、前記内輪のクラウユング半径を RCI、軌道長さを LRIとするとき、外輪クラウユングパラメータ（=RCO/LRO) は 30〜150であり、かつ、内輪クラウユングパラメータ（=RCI/LRI)は 50〜260であることを特徴とする円錐ころ軸受。

[2] 外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、

ZDWで表されるころ径に対するころ長さが 1. 1〜1. 7の範囲にあるとともに、前記外輪及び内輪の各軌道面及び前記円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、

全クラウ-ング量（=外輪クラウ-ング量 +内輪クラウ-ング量 +ころクラウ-ング量 X 2)が 50 m以上、

外輪クラウニング率（=外輪クラウニング量 Z全クラウニング量）が 40%以上、ころクラウユング率 ( = (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徴とする円錐ころ軸受。

[3] 前記内輪の内径を d、前記外輪の外径を Dとするとき、ころ径パラメータ（2DWZ (

D-d) ) ^o. 44〜0. 52の範囲にある請求項 1又は 2に記載の円錐ころ軸受。

[4] 請求項 1又は 2に記載の円錐ころ軸受の内外輪間の軸方向一端側に、油の流入を抑制する油流入抑制手段を設けた円錐ころ軸受装置。

[5] 前記油流入抑制手段は、前記保持器の小径側端部に、前記外輪に近接した位置力径方向内方に延びる環状部を形成し、その内周側端部を前記内輪に近接させることにより当該内輪との間にラビリンスシールを構成してなるものである請求項 4記載の円錐ころ軸受装置。

[6] 外輪接触角が 25度〜 30度の範囲である請求項 1又は 2に記載の円錐ころ軸受。

[7] 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）が 10%以上である請求項 1又は 2に記載の円錐ころ軸受。

[8] ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ円錐ころ軸受が配置され、ピニオンギヤ側には請求項 4記載の円錐ころ軸受装置が設けられている車両用ピニオン軸支持装置。

[9] ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ円錐ころ軸受が配置され、ピニオンギヤ側には請求項 5記載の円錐ころ軸受装置が設けられている車両用ピニオン軸支持装置。