WO2006003793A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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Takashi Tsujimoto
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Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller, and can be applied to, for example, a tapered roller bearing used in a shaft support portion of an automobile transmission.
  • low-viscosity oil tends to be used in automobile transmissions for mission AT, CVT and fuel economy.
  • poor lubrication can occur when adverse conditions such as (1) high oil temperature, (2) low oil volume, and (3) preload loss occur. Due to the extremely short-lived surface-origin separation, the inner ring raceway surface with high surface pressure may occur.
  • a tapered roller bearing shown in Fig. 7 (see Japanese Patent Laid-Open No. 2003-28165).
  • the tapered roller bearing 61 guides the cage 62 by sliding the outer circumferential surface of the small-diameter side annular portion 62a of the cage 62 and the outer circumferential surface of the large-diameter side annular portion 62b against the inner surface of the outer ring 63.
  • a recess 64 is formed to maintain a non-contact state between the outer diameter surface of the column portion 62c and the raceway surface 63a of the outer ring 63.
  • the retainer 62 has a small-diameter annular portion 62a, a large-diameter-side annular portion 62b, and a small-diameter-side annular portion 62a and a large-diameter-side annular portion 62b that are axially connected to each other, and a recess 64 is formed on the outer diameter surface.
  • a plurality of pockets are provided between the column portions 62c for accommodating the tapered rollers 65 in a rollable manner.
  • the small-diameter annular portion 62a is provided with a collar portion 62d that extends integrally on the inner diameter side.
  • the tapered roller bearing shown in FIG. 7 is intended to improve the strength of the cage 62 and is used to increase the circumferential width of the column portion 62c of the cage 62.
  • the vessel 62 is brought into contact with the inner diameter surface of the outer ring 63.
  • JP-A-2-168021 and JP-A-6-042536 describe rolling bearings in which minute irregularities are formed on the surface of a rolling element to improve oil film forming ability.
  • These indentations with a small concave shape have a surface roughness expressed by the parameter Rqni, and the value of the ratio between the axial surface roughness Rqni (L) and the circumferential surface roughness Rqni (C) Rqni (L ) / Rqni (C) value is 1.0 or less (Rqni ⁇ 0.10), and the surface roughness parameter Sk value is 1.6 or less.
  • Rqni the value of the ratio between the axial surface roughness Rqni (L) and the circumferential surface roughness Rqni (C) Rqni (L ) / Rqni (C) value is 1.0 or less (Rqni ⁇ 0.10), and the surface roughness parameter Sk value is 1.6 or less.
  • it is designed to have a long life
  • a conventional typical tapered roller bearing with a cage other than the tapered roller bearing described in Patent Document 1 avoids contact between the outer ring 71 and the cage 72 as shown in FIG.
  • it is usually designed with the coefficient of friction ⁇ (roller filling rate) defined by the following formula set to 0.94 or less.
  • reference numeral 73 denotes a tapered roller
  • 74 denotes a column surface
  • 75 denotes an inner ring
  • denotes a window angle
  • the present invention prevents an early breakage due to an increase in load capacity and excessive surface pressure on the raceway surface. Objective.
  • the tapered roller bearing of the present invention holds an inner ring, an outer ring, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, and the tapered rollers at a predetermined circumferential interval.
  • the roller coefficient ⁇ exceeds 0.94, and at least the surface of the rolling element is randomly provided with an infinite number of minute concave recesses, and the surface on which the recesses are provided
  • the roughness parameter Ryni is in the range of 0.4, um ⁇ Ryni ⁇ 1. O / zm, and the Sk value is less than 1.6.
  • the parameter Ryni is the average value of the maximum height for each reference length, that is, the reference length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, and the distance between the peak line and the valley bottom line of this extracted part. Is measured in the direction of the vertical magnification of the roughness curve (ISO 4287: 1997) o
  • the metric Sk refers to the skewness of the roughness curve (ISO 4287: 1997), and is a statistic that provides a measure of the asymmetry of the uneven distribution. In a symmetric distribution such as a Gaussian distribution, Sk The value is close to 0. If the convex / concave part is deleted, the value is negative, and in the reverse case, the value is positive.
  • the Sk value can be controlled by selecting the rotation speed, processing time, workpiece input, chip type and size, etc. of the barrel sander.
  • the surface roughness parameter Rymax of the surface provided with the recess is 0.4 to 1.0.
  • Parameter Rymax is the maximum value of the maximum height for each reference length (ISO 4287: 1997) 0
  • the value of the ratio of the surface roughness Rqni (L) in the axial direction and the surface roughness Rqni (C) in the circumferential direction Rqni (L ) ZRqni (C) is preferably 1.0 or less.
  • the parameter Rqni is the square root of the value obtained by integrating the square of the height deviation to the roughness center line force roughness curve over the measured length interval, and averaging it over that interval, also known as the square mean square roughness. Also say. Rqni is obtained by numerical calculation of the cross-sectional curve and roughness curve force recorded on an enlarged scale, and is measured by moving the probe of the roughness meter in the width and circumferential directions.
  • the window angle of the pocket is preferably 55 ° or more and 80 ° or less.
  • the window angle is the angle formed by the guide surface of the column that contacts the peripheral surface of one roller.
  • the reason for setting the window angle to 55 ° or more is The reason why the angle is set to 80 ° or less is that if it is further increased, the pressing force in the radial direction increases, and even a self-lubricating grease material is smooth. This is because there is a risk that rotation cannot be obtained.
  • the window angle is 25 for normal cages. It is ⁇ 50 °.
  • the cage is made of an engineering plastic having excellent mechanical strength, oil resistance and heat resistance.
  • a grease material for the cage the cage weight is lighter and self-lubricating, and the coefficient of friction is smaller than that of a steel plate cage. Combined with the effect, it is possible to suppress the occurrence of wear due to contact with the outer ring. Since these greases are lighter and have a smaller coefficient of friction than steel plates, they are suitable for reducing torque loss and cage wear when starting bearings.
  • Engineering 'Plastics' includes general-purpose engineering' plastic and super 'engineering' plastic.
  • the following are examples of engineering plastics. These are examples of engineering plastics, and engineering 'plastics are not limited to the following.
  • PC Polycarbonate
  • PA6 Polyamide 6
  • PA66 Polyamide 66
  • POM Polyacetanol
  • m—PPE Modified Polyphenylene ether
  • PBT Polybutylene terephthalate
  • GF—PET GF reinforced polyethylene terephthalate
  • UHM W-PE Ultra high molecular weight polyethylene
  • Polysulfone PSF
  • Polyethersulfone PES
  • Polyphenylene sulfide PP S
  • Polyarylate PAR
  • Polyamideimide PAI
  • Polyetherimide PEI
  • Polyetheretherketone PEEK
  • Liquid crystal Polymer LCP
  • Thermoplastic polyimide TPI
  • Polybenzimidazole PBI
  • Polymethylbenten TPX
  • PCT Poly 1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate
  • PCT Polyamide 46
  • PA6T Polyamide 6T
  • Polyamide 9T PA9T
  • Polyamide 11, 12 PA11, 12
  • Fluororesin Polyphthalamide
  • the roller coefficient ⁇ of the tapered roller bearing to ⁇ > 0.94
  • the maximum surface pressure of the raceway surface that can be reduced by force can be reduced, so that surface-origin separation can be prevented with an extremely short life under severe lubrication conditions.
  • the oil film forming ability is improved, and under conditions where the oil film thickness is extremely thin under low viscosity / dilute lubrication. But it has a long life.
  • the surface roughness parameter Ryni of the surface with the indentation is set within the range of 0.4 ⁇ ⁇ Ryni ⁇ l.O / zm, and is kept smaller than before, so that the oil film breaks even under lean lubrication. Compared to conventional products, it can provide a long service life even under extremely thin oil film thickness.
  • the Sk value -1.6 or less is an advantageous range for forming an oil film depending on the shape and distribution of surface recesses and processing conditions.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a tapered roller bearing of the present invention.
  • FIG. 1B is a longitudinal sectional view of the bearing of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a roller bearing with a window having a lower limit of window angle.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a roller bearing with a window having an upper limit on the window angle.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of bearing life tests.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a tapered roller bearing according to a modification of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a pillar portion of the cage in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional tapered roller bearing in which the cage is moved to the outer ring side.
  • FIG. 8 is a partially enlarged sectional view of another conventional circular roller bearing.
  • FIG. 9 is an overall schematic diagram of a two-cylinder testing machine.
  • FIG. 10A is a graph showing the metal contact rate of a comparative example.
  • FIG. 10B is a graph showing the metal contact ratio of Examples.
  • the tapered roller bearing 1 of the embodiment shown in Figs. 1A and B has a conical raceway surface 2a, and a small brim portion 2b on the small diameter side of the raceway surface 2a and a large brim portion on the large diameter side.
  • Inner ring with 2c 2 The outer ring 3 having a conical raceway surface 3a, a plurality of tapered rollers 4 disposed between the raceway surface 2a of the inner ring 2 and the raceway surface 3a of the outer ring 3, and a tapered roller 4 It is composed of cages 5 that are held at regular intervals.
  • the tapered roller bearing 1 has a roller coefficient ⁇ of ⁇ > 0.94.
  • the cage 5 is integrally formed with a super engineering plastic such as PPS, PEEK, PA, PPA, PAI, for example, and includes a small-diameter side annular portion 5a, a large-diameter side annular portion 5b, and a small-diameter side annular portion 5a. And a plurality of column portions 5c that connect the large-diameter side annular portion 5b in the axial direction.
  • a super engineering plastic such as PPS, PEEK, PA, PPA, PAI, etc., and if necessary, to increase the strength, these resin materials or other engineering 'plastic A blend of glass fiber or carbon fiber may be used.
  • the window angle ⁇ of the column surface 5d has a lower limit window angle ⁇ min of 55 ° as shown in FIG. 2, and an upper limit window angle ⁇ max of 80 ° as shown in FIG.
  • the window angle of a typical tapered roller bearing with a cage in which the cage is separated from the outer ring as shown in Fig. 8 is about 50 °.
  • the reason why the lower limit window angle ⁇ min is set to 55 ° or more is to ensure a good contact state with the roller, and when the window angle is less than 55 °, the contact state with the roller becomes worse. In other words, when the window angle is 55 ° or more, the cage strength is secured and ⁇ > 0.94, and a good contact state can be secured.
  • the upper window angle ⁇ max is set to 80 ° or less. If it is larger than this, the pressing force in the radial direction will increase, and there is a risk that smooth rotation will not be obtained even with self-lubricating grease. This is because.
  • FIG. 4 shows the results of bearing life tests.
  • "Comparative Example” in the "Bearing” column is a typical conventional tapered roller bearing with the cage and outer ring separated
  • “Example 1” is a conventional tapered roller bearing of the present invention.
  • “Example 2” is a book in which the roller coefficient ⁇ is set to ⁇ > 0.94 and the window angle is in the range of 55 ° to 80 °.
  • the tapered roller bearing of the invention was conducted under severe lubrication and overload conditions.
  • “Example 1” has a lifetime that is at least twice that of “Comparative Example”.
  • Example 2 has a roller coefficient of 0.96, the same as that of “Example 1”, but the life time is about five times that of “Example 1”.
  • the circular V and roller bearing 1 shown in the figure has a protruding portion 5f that is convex toward the outer ring raceway surface side on the outer diameter surface of the column portion 5c of the cage 5 integrally molded with engineering plastic. Is. The rest is the same as the cage 5 described above.
  • the projecting portion 5f has a circular cross-sectional contour shape of the column portion 5c. This arc-shaped radius of curvature R is the outer ring raceway
  • the surface radius is smaller than R. This is a good wedge between the protrusion 5f and the outer ring raceway surface.
  • the opening angle becomes too large and the dynamic pressure decreases. If it exceeds 90%, the inlet angle of the wedge-shaped oil film becomes too small, and the dynamic pressure decreases in the same manner.
  • the width W of the protrusion 5f is
  • the column part 5c Preferably, it is formed so that it is 50% or more of the lateral width W of the column part 5c (W ⁇ 0.5 X W). 50%
  • the tapered roller bearing 1 of FIGS. 5 and 6 is configured as described above, when the bearing 1 rotates and the cage 5 starts to rotate, the outer ring raceway surface and the protrusion of the cage 5 A wedge-shaped oil film is formed between 5f.
  • This wedge-shaped oil film generates a dynamic pressure that is almost proportional to the rotational speed of the bearing 1. Therefore, even if the pitch circle diameter (PCD) of the cage 5 is made larger than before and close to the outer ring raceway surface, the bearing 1 becomes larger. It can be rotated without causing wear or torque loss, and the number of rollers can be increased without difficulty.
  • PCD pitch circle diameter
  • At least one of the rolling surface and end surface of the tapered roller and the raceway surface of the inner and outer rings has a minute recess.
  • An infinite number of shape indentations are randomly formed to give a fine rough surface.
  • This micro-rough surface has a surface roughness parameter Rq of the indented surface in the range of 0.4 i um ⁇ Rqni ⁇ l. ⁇ ⁇ m and a Sk value of 1.6 or less, preferably 4 9 to 1 in the range of 1. 6 is there.
  • the surface roughness parameter Rymax of the surface provided with the indentation is 0.4 to 1.0.
  • the ratio of the axial surface roughness Rqni (L) to the circumferential surface roughness Rqni (C) is less than 1.0.
  • a desired finished surface can be obtained by special barrel polishing, but a shot or the like may be used.
  • the rolling surface of the tapered roller 4 is in rolling contact with the races of the inner ring 2 and the outer ring 3, and the large end surface of the tapered roller 4 is the inner ring 2.
  • the tapered roller 4 In sliding contact with the inner surface of the large brim 2c. Therefore, in the case of the tapered roller 4, an infinite number of minute concave recesses may be randomly formed on the large end surface in addition to the rolling surface.
  • an infinite number of minute concave recesses may be formed on the inner surface of the large brim 2c in addition to the raceway surface.
  • the measurement method and conditions of the parameters Ryni, Rymax, Sk, and Rqni are exemplified as follows.
  • the measured value at one location can be relied on as a representative value. It is good to measure two places.
  • Measuring device Surface roughness measuring instrument Surfcom 1400A (Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)
  • the conventional tapered roller bearings A and B (comparative example) in which the rolling surface of the tapered roller is finished to a smooth surface, and a random number of minute concave recesses on the rolling surface of the tapered roller
  • the bearings AG used are tapered roller bearings with an outer ring outer diameter of 81 mm and an inner ring inner diameter of 45 mm. Note that the rolling surfaces of the rollers in the bearings A and B of the comparative example are processed by superfinishing (superfinishing) after grinding, and are not recessed. Bearings of comparative examples CE and bearings of examples The rolling surfaces of the FG rollers have innumerable numbers of micro-concave recesses formed by special barrel polishing.
  • roller bearing C G is 1.0 or less, and the roller bearings A and B are around 1.0.
  • a peeling test was performed using a two-cylinder testing machine shown in Fig. 9, and the metal contact rate was evaluated.
  • the driving side cylinder 32 (D cylinder: Driver) and the driven side cylinder 34 (F cylinder: Follower) are attached to one end of each rotating shaft, and the two rotating shafts 36, 38 are pulleys 40, 42, respectively. Can be driven by a separate motor.
  • the shaft 36 on the D cylinder 2 side was driven by a motor, and the F cylinder 34 was driven to freely follow the D cylinder 32.
  • Two types of F cylinders 34 were prepared for surface treatment: a comparative example and an example. Details of test conditions are shown in Table 2.
  • FIG. 10 shows comparison data of the metal contact ratio.
  • the horizontal axis represents the elapsed time
  • the vertical axis represents the metal contact rate
  • FIG. 10B shows the metal contact rate of the rolling surface of the roller in the bearing of the example
  • FIG. 10A shows the rolling of the roller in the bearing of the comparative example.
  • the metal contact ratio of the surface is shown respectively.
  • the tapered roller bearing according to the present invention is incorporated into an automobile transmission and is It can also be used for applications other than vehicle differentials and automobile gears.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

 円すいころ軸受(1)は、内輪(2)と、外輪(3)と、内外輪(2,3)間に転動自在に配された複数の円すいころ(4)と、円すいころ(4)を円周所定間隔に保持する保持器(5)とを備え、ころ係数{γ=(ころ本数×ころ平均径)/(π×PCD)}が0.94より大きく、少なくとも円すいころ4の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、くぼみを設けた面の面粗さパラメータRyniを0.4μm≦Ryni≦1.0μmの範囲内とし、かつ、Sk値を-1.6以下としてある。

Description

明 細 書
円すいころ軸受
技術分野
[0001] この発明は円すいころに関するもので、たとえば自動車のトランスミッションの軸支 持部に使用される円す 、ころ軸受に適用することができる。
背景技術
[0002] 自動車トランスミッションは、近年、ミッションの AT化、 CVT化および低燃費化等の ために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境ィ匕では、 (1)油温が高い、(2)油量が少ない、(3)予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なつ た場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪 軌道面に生じることがある。
[0003] この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な 解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変 えな 、場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させな 、でころ本数を増 やすためには保持器のポケット間隔を狭くしなければならな!/、が、そのためには保持 器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。
[0004] 保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図 7に記載の円すいころ軸受 がある(特開 2003 - 28165号公報参照)。この円す ヽころ軸受 61は保持器 62の小 径側環状部 62aの外周面と大径側環状部 62bの外周面を外輪 63内径面と摺接させ て保持器 62をガイドし、保持器 62の柱部 62cの外径面に引きずりトルクを抑制する ため凹所 64を形成して、柱部 62cの外径面と外輪 63の軌道面 63aの非接触状態を 維持するようにしている。保持器 62は、小径側環状部 62aと、大径側環状部 62bと、 小径側環状部 62aと大径側環状部 62bとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所 64が形成さ れた複数の柱部 62cとを有する。そして柱部 62c相互間に円すいころ 65を転動自在 に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部 62aには、内径側 に一体に延びたつば部 62dが設けられている。図 7の円すいころ軸受は、保持器 62 の強度向上を図るもので、保持器 62の柱部 62cの周方向幅を大きくするために保持 器 62を外輪 63の内径面に接するまで寄せた例である。
発明の開示
[0005] 近年、自動車トランスミッションをはじめ転がり軸受が使用される部位は小型化、高 出力化がますます進んでおり、潤滑油の低粘度化等使用環境が高荷重 ·高温ィ匕す る傾向にある。このため軸受にとつては今まで以上に厳しい潤滑環境へと変化してお り、潤滑不良による摩耗や表面起点型剥離がますます発生しやすくなつてきている。
[0006] 特開平 2— 168021号公報および特開平 6— 042536号公報に、転動体の表面に 微小な凹凸を形成して油膜形成能力を向上させた転がり軸受が記載されている。こ れら従来の微小凹部形状のくぼみは面粗さをパラメータ Rqniで表示したとき、軸方向 面粗さ Rqni (L)と円周方向面粗さ Rqni (C)との比の値 Rqni (L) /Rqni (C)の値が 1 . 0以下となり(Rqni≥0. 10)、あわせて面粗さのパラメータ Sk値が 1. 6以下となる ようにしており、これにより相手面が粗面でも仕上げ面のよい面でも長寿命になるよう にしているが、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い場合にはその効果が十 分に発揮できな 、場合がある。
[0007] また、特開 2003— 28165号公報に記載の円すいころ軸受 61では、保持器 62を 外輪 63の内径面に接するまで外径に寄せて保持器 62の柱部 62cの周方向幅を大 きくしている。また、保持器 62の柱部 62cに凹所 64があるので、板厚が必然的に薄く なって保持器 62の剛性が低下し、軸受 61の組立て時の応力によって保持器 62が 変形したり、軸受 61の回転中に保持器 62が変形したりする等の可能性もある。一方 、特許文献 1記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ 軸受は、図 8のように外輪 71と保持器 72との接触を避けた上で、保持器 72の柱幅を 確保し、適切な保持器 72の柱強度と円滑な回転を得るために、次式で定義されるこ ろ係数 γ (ころの充填率)を、通常 0. 94以下にして設計している。
ころ係数 Ύ = (Ζ · DA) Ζ ( π · PCD)
ここで、 Z :ころ本数、 DA:ころ平均径、 PCD :ころピッチ円径。
[0008] なお、図 8で符号 73は円すいころ、 74は柱面、 75は内輪をそれぞれ指し、符号 Θ は窓角を表している。
[0009] この発明は負荷容量アップと軌道面の面圧過大による早期破損を防止することを 目的とする。
[0010] この発明の円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動 自在に配された複数の円すいころと、前記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、ころ係数 γが 0. 94を越え、少なくとも転動 体の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面 の面粗さパラメータ Ryniが 0. 4 ,u m≤Ryni≤ 1. O /z mの範囲内であり、かつ、 Sk値 が一 1. 6以下であることを特徴とするものである。
[0011] ここに、パラメータ Ryniは基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、そ の平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との 間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である(ISO 4287: 1997) o
[0012] ノ メータ Skは粗さ曲線の歪み度 (スキューネス)を指し (ISO 4287:1997)、凹凸分 布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布では Sk値 は 0に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる 。 Sk値のコントロールは、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チッ プの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。 Sk値を幅方向、円周方向とも— 1. 6以 下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角 方向への油のリークは少なぐ油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷 を極力抑える効果がある。
[0013] 前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Rymaxが 0. 4〜1. 0であるのが好ましい 。パラメータ Rymaxは基準長毎最大高さの最大値である(ISO 4287:1997) 0
[0014] 前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータ Rqniで表示したとき、軸方向面粗さ Rq ni (L)と円周方向面粗さ Rqni (C)との比の値 Rqni (L) ZRqni (C)が 1. 0以下である のが好ましい。パラメータ Rqniとは、粗さ中心線力 粗さ曲線までの高さの偏差の自 乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根であり、別名自乗平 均平方根粗さともいう。 Rqniは拡大記録した断面曲線、粗さ曲線力 数値計算で求 められ、粗さ計の触針を幅方向および円周方向に移動させて測定する。
[0015] ポケットの窓角を 55° 以上 80° 以下にするのが好ましい。窓角とは一つのころの 周面に当接する柱部の案内面のなす角度をいう。窓角を 55° 以上としたのは、ころ との良好な接触状態を確保するためであり、 80° 以下としたのは、これ以上大きくな ると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の榭脂材であっても円滑な回 転が得られなくなる危険性が生じるからである。なお、通常の保持器では窓角は 25 。 〜50° となっている。
[0016] 前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング 'プラス チックで構成するのが好ましい。保持器に榭脂材を使用することにより、鉄板製保持 器に比べ、保持器重量が軽ぐ自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があ るため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発 生を抑えることが可能になる。これらの榭脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が 小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
[0017] エンジニアリング 'プラスチックは、汎用エンジニアリング 'プラスチックとスーパ一'ェ ンジニアリング 'プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げる力 これらはェンジ ニアリング ·プラスチックの例示であって、エンジニアリング 'プラスチックが以下のもの に限定されるものではない。
[0018] 〔汎用エンジニアリング 'プラスチック〕
ポリカーボネート (PC)、ポリアミド 6 (PA6)、ポリアミド 66 (PA66)、ポリアセターノレ(P OM)、変性ポリフエ-レンエーテル(m—PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、 GF強化ポリエチレンテレフタレート(GF— PET)、超高分子量ポリエチレン(UHM W-PE)
〔スーパ一'エンジニアリング .プラスチック〕
ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリフエ-レンサルファイド(PP S)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエー テルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)、熱可塑性ポリイミド (TPI)、ポリ ベンズイミダゾール(PBI)、ポリメチルベンテン(TPX)、ポリ 1, 4—シクロへキサンジ メチレンテレフタレート(PCT)、ポリアミド 46 (PA46)、ポリアミド 6T(PA6T)、ポリアミ ド 9T(PA9T)、ポリアミド 11, 12 (PA11, 12)、フッ素榭脂、ポリフタルアミド(PPA )
[0019] この発明によれば、円すいころ軸受のころ係数 γを γ >0. 94にすることにより、負 荷容量がアップするば力りでなぐ軌道面の最大面圧を低下させることができるため、 過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。また、少 なくとも円すいころの表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによ つて、油膜形成能力が向上し、低粘度 ·希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下 でも長寿命となる。とくに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Ryniを 0. 4 μ ΐη ≤Ryni≤l . O /z mの範囲内に設定し、従来よりも小さく抑えたことにより、希薄潤滑 下でも油膜切れを防ぐことが可能で、従来品に比べ、極端に油膜厚さが薄い条件下 でも長寿命を得ることができる。また、 Sk値については、—1. 6以下が表面凹部の形 状、分布が加工条件により油膜形成に有利な範囲である。
[0020] これらのおよびその他のこの発明の目的および特徴は添付図面を参照して以下に 述べるところから一層明瞭になるであろう。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1A]本発明の円すいころ軸受の横断面図である。
[図 1B]図 1 Aの軸受の縦断面図である。
[図 2]窓角が下限の円す 、ころ軸受の部分拡大断面図である。
[図 3]窓角が上限の円す 、ころ軸受の部分拡大断面図である。
[図 4]軸受の寿命試験の結果を示す図である。
[図 5]本発明の変形例に係る円すいころ軸受の部分断面図である。
[図 6]図 5の保持器の柱部の断面図である。
[図 7]保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図である。
[図 8]従来の別の円す 、ころ軸受の部分拡大断面図である。
[図 9]2円筒試験機の全体概略図である。
[図 10A]比較例の金属接触率を示すグラフである。
[図 10B]実施例の金属接触率を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明の実施の形態を図 1A〜図 4に基づいて説明する。
[0023] 図 1 Aおよび Bに示す実施の形態の円すいころ軸受 1は、円すい状の軌道面 2aを 有し、この軌道面 2aの小径側に小つば部 2b、大径側に大つば部 2cを有する内輪 2 と、円すい状の軌道面 3aを有する外輪 3と、内輪 2の軌道面 2aと外輪 3の軌道面 3aと の間に転動自在に配された複数の円すいころ 4と、円すいころ 4を円周等間隔に保 持する保持器 5とで構成される。ここで、円すいころ軸受 1は、ころ係数 γが γ >0. 9 4となっている。
[0024] 保持器 5は、例えば PPS、 PEEK, PA、 PPA、 PAI等のスーパーエンプラで一体 成形されたもので、小径側環状部 5aと、大径側環状部 5bと、小径側環状部 5aと大径 側環状部 5bとを軸方向に繋ぐ複数の柱部 5cとを備えている。なお、保持器材料とし ては、 PPS、 PEEK, PA、 PPA、 PAI等のスーパーエンプラを使用するほ力、必要 に応じて、強度増強のため、これら榭脂材料またはその他のエンジニアリング 'プラス チックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。
[0025] 柱面 5dの窓角 Θは、下限窓角 Θ minが図 2のように 55° であり、上限窓角 Θ maxが 図 3のように 80° である。窓角は、図 8のように保持器が外輪から離間している典型 的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約 50° である。下限窓角 Θ minを 55 ° 以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角 55° 未満で はころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を 55° 以上とすると、保持器強度を 確保した上で γ >0. 94として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、 上限窓角 Θ maxを 80° 以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け 力が大きくなり、自己潤滑性の榭脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性 が生じるからである。
[0026] 図 4に軸受の寿命試験の結果を示す。図 4中、「軸受」欄の「比較例」が保持器と外 輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受、「実施例 1」が本発明の円すいころ軸 受のうち従来品に対してころ係数 γのみを γ >0. 94とした円すいころ軸受、「実施 例 2」がころ係数 γを γ >0. 94とし、かつ、窓角を 55° 〜80° の範囲にした本発明 の円すいころ軸受である。試験は、過酷潤滑、過大負荷条件下で行なった。同図より 明らかなように、「実施例 1」は「比較例」の 2倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例 2」の軸受はころ係数が「実施例 1」と同じ 0. 96であるが、寿命時間は「実施例 1」の 約 5倍以上にもなる。なお、「比較例」、「実施例 1」および「実施例 2」の寸法は φ 45 X φ 81 X 16 (単位 mm)、ころ本数は 24本(「比較例」 )、 27本(「実施例 1」、「実施例 2」)、油膜パラメータ Λ = 0. 2である。
[0027] 次に、本発明の変形実施例を図 5および図 6に基づき説明する。同図に示す円す V、ころ軸受 1は、エンジニアリング ·プラスチックで一体成形した保持器 5の柱部 5cの 外径面に、外輪軌道面側に向けて凸状を成す突起部 5fを形成したものである。その 他は前述した保持器 5と同じである。この突起部 5fは図 6に示すように柱部 5cの横断 方向の断面輪郭形状が円弧状を成している。この円弧状の曲率半径 Rは外輪軌道
2
面半径 Rより小さく形成されている。これは突起部 5fと外輪軌道面との間に良好な楔
1
状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部の曲率半径 R
2は外輪軌 道面半径 Rの 70〜90%程度に形成するとよい。 70%未満であると楔状油膜の入口
1
開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。また 90%を超えると楔状油膜の 入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部 5fの横幅 Wは望
2 ましくは柱部 5cの横幅 Wの 50%以上となるように形成する(W≥0. 5 X W)。 50%
1 2
未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部 5fの高さが確保できなく なるためである。なお、外輪軌道面半径 R
1は大径側から小径側へと連続的に変化し ているので、突起部 5fの曲率半径 Rもそれに合わせて大径側環状部 5bの大きな曲
2
率半径 Rから小径側環状部 5aの小さな曲率半径 Rへと連続的に変化するようにす
2 2
る。
[0028] 図 5および図 6の円すいころ軸受 1は以上にように構成されているため、軸受 1が回 転して保持器 5が回転し始めると、外輪軌道面と保持器 5の突起部 5fとの間に楔状 油膜が形成される。この楔状油膜は軸受 1の回転速度にほぼ比例した動圧を発生す るので、保持器 5のピッチ円径 (PCD)を従来より大きくして外輪軌道面に近接させて も、軸受 1を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、 無理なくころ本数を増加させることが可能となる。
[0029] 上述の実施の形態の円すいころ軸受では、円すいころの転動面および端面ならび に内外輪の軌道面(さらに円すいころ軸受の内輪については大つば面)の少なくとも 一つに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成して微小粗面化してある。この 微小粗面は、くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Rq が 0. 4 iu m≤Rqni≤l . Ο μ mの範囲内であり、かつ、 Sk値が 1. 6以下、好ましくは 4. 9〜一 1. 6の範囲で ある。また、くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Rymaxが 0. 4〜1. 0である。さらに 、面粗さを各表面の軸方向と円周方向のそれぞれで求めてパラメータ Rqniで表示し たとき、軸方向面粗さ Rqni (L)と円周方向面粗さ Rqni (C)の比の値 Rqni (L) /Rqni ( C)が 1. 0以下になっている。このような微小粗面を得るための表面カ卩ェ処理としては 、特殊なバレル研摩によって、所望の仕上げ面を得ることができるが、ショット等を用 いてもよい。
[0030] 円すいころ軸受の場合、図 1Bから理解できるように、運転中、円すいころ 4の転動 面が内輪 2および外輪 3の軌道と転がり接触するほか、円すいころ 4の大端面が内輪 2の大つば 2cの内側面と滑り接触する。したがって、円すいころ 4の場合、転動面の ほか大端面にも微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成させてもよい。同様に、 内輪 2の場合、軌道面のほか大つば 2cの内側面にも微小凹形状のくぼみをランダム に無数に形成させてもょ 、。
[0031] パラメータ Ryni、 Rymax、 Sk、 Rqniの測定方法、条件を例示するならば次のとおり である。なお、これらのパラメータで表される表面性状を、転がり軸受の転動体ゃ軌 道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信 頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ケ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格: JIS B 0601:1994 (サーフコム JIS 1994)
カットオフ種另 U :ガウシアン
測定長さ: 5 λ
カットオフ波長: 0. 25mm
測定倍率: X 10000
測定速度: 0. 30mm/s
測定箇所:ころ中央部
測定数: 2
測定装置:面粗さ測定器サーフコム 1400A (東京精密株式会社)
[0032] 次に、円すいころの転動面を滑らかな面に仕上げた従来の円すいころ軸受 A, B ( 比較例)と、円すいころの転動面に微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した 軸受 C〜E (比較例)ならびに軸受 F, G (実施例)につ 、て行った寿命試験につ!、て 説明する(表 1参照)。使用した軸受 A Gはいずれも、外輪の外径が 81mm、内輪 の内径が 45mmの円すいころ軸受である。なお、比較例の軸受 A, Bにおけるころの 転動面は、研削後にスーパーフィニッシュ (超仕上げ)を施して加工され、くぼみ加工 を施してない。比較例の軸受 C Eならびに実施例の軸受 F Gのころの転動面は、 バレル研磨特殊加工によって微小凹形状のくぼみがランダムに無数に形成してある
。なお、 Rqni (LZC)については、ころ軸受 C Gは 1. 0以下であり、ころ軸受 A, B は 1. 0前後である。
[0033] [表 1]
Figure imgf000011_0001
[0034] 図 9に示す 2円筒試験機を使用してピーリング試験を行い、金属接触率を評価した 。図 9において、駆動側円筒 32 (D円筒: Driver)と従動側円筒 34 (F円筒: Follower) は各々の回転軸の片端に取り付けられ、 2本の回転軸 36, 38はそれぞれプーリ 40, 42を介して別々のモータで駆動できるようになっている。 D円筒 2側の軸 36をモータ で駆動し、 F円筒 34は D円筒 32に従動させる自由転がりにした。 F円筒 34は、表面 処理に関して比較例と実施例の 2種類を用意した。試験条件等詳細は表 2のとおりで ある。
[0035] [表 2] 試験機 2円筒試験機 (図 9参照)
翳動側円筒(D円筒) 40 X L 12、 副曲率 R 6.0
SU J 2標準品 +外径面超仕上
従動側円筒(F円筒) φ 40 X L 12, ストレート
S U J 2標準品 +外径面超仕上
表 面 処 理
比糊
実施例
145
平均面積( m2) 83
1. 21
Ryni( m) 0. 73
20
面積率(%) 15
2000 r pm
回転数
2156N (220 k g f)
荷重
2. 3 GP a
最大面圧 P max
2. 34mmX 0. 72mm
接触楕円 ( X2b)
2. 4 X 10s回 (2 h)
負荷回数
i¾温
雰囲気温度
フェルトパッド給油
給油方法
JO 0 HI SPEED FLUID (VG 1.5)
潤滑油 -
[0036] 金属接触率の比較データを図 10に示す。同図は横軸が経過時間、縦軸が金属接 触率を表し、図 10Bは実施例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、図 10A は比較例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、それぞれ示す。これらの図 を対比すれば、比較例に比べて実施例では金属接触率が改善されて 、ることを明瞭 に確認できる。言い換えれば、油膜形成率(=100%一金属接触率)が、実施例の 軸受の方が比較例の軸受に比べて、運転開始時で 10%程度、試験終了時 (2時間 後)で 2%程度、向上している。
産業上の利用可能性
[0037] 本発明に係る円すいころ軸受は、自動車のトランスミッションに組み込むほか、自動 車のデフアレンシャルや、自動車用歯車装置以外の用途に使用することも可能であ る。
ここに開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によつ て示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれること が意図される。

Claims

請求の範囲
[1] 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の円すいこ ろと、前記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、
ころ係数 γが 0. 94を越え、少なくとも転動体の表面に、微小凹形状のくぼみをラン ダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Ryniが 0.
ni≤l. O /z mの範囲内であり、かつ、 Sk値が 1. 6以下である円すいころ軸受。
[2] 前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータ Rymaxが 0. 4〜1. 0の範囲内である請 求項 1の円すいころ軸受。
[3] 前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータ Rqniで表示したとき、軸方向面粗さ Rq ni (L)と円周方向面粗さ Rqni (C)との比の値 Rqni (L) ZRqni (C)が 1. 0以下である 請求項 1または 2の円すいころ軸受。
[4] 前記保持器のポケットの窓角を 55° 以上 80° 以下にした請求項 1ないし 3のいず れかの円すいころ軸受。
[5] 前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング 'プラス チックで構成した請求項 1な 、し 4の 、ずれかの円す 、ころ軸受。
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