WO2013080824A1 - ころ軸受 - Google Patents

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耕平 戸田
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Definitions

  • This invention relates to a roller bearing capable of receiving a thrust load with a collar.
  • Patent Document 1 the position of the contact ellipse is not used during the thrust load so that the contact surface pressure between the roller end face and the collar is excessive and there is no concern about temperature rise or seizure.
  • Patent Document 1 the surface shape of the collar and the roller end face is appropriately set.
  • the annular guided portion that can come into contact with the collar during revolution is gradually moved toward the center of the roller length in the thrust direction from the end on the roller center axis side toward the end on the raceway side. It is processed into a surface shape with a smaller circumference around the central axis. Further, the annular guide surface of the collar that can come into contact with the annular guided portion is arranged around the bearing center axis so as to gradually go to the bearing outer side in the thrust direction from the end on the raceway side toward the end on the roller center axis side. It is processed into a surface shape with a change in circumference.
  • the entire annular guided portion of the roller end face is crowned with a radius of curvature (about 25 to 100 times the roller diameter) centered on the roller center axis. .
  • a radius of curvature about 25 to 100 times the roller diameter
  • the position and size of the contact ellipse can be adjusted by combining the radius of curvature with an acute inclination angle (about 0.15 ° to 0.65 °) with respect to the direction perpendicular to the center axis of the collar roller. .
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the oil film forming ability at the contact portion between the roller end face and the collar in the roller bearing capable of receiving a thrust load with the collar.
  • the annular guided portion which can come into contact with the collar among the end faces of the rollers gradually increases from the end on the roller central axis side to the end on the raceway side in a direction perpendicular to the roller central axis. It is provided in a surface shape with a reduced circumference around the roller center axis so as to be directed toward the center of the roller length in the thrust direction, and an annular guide surface that can come into contact with the annular guided portion of the collar is radial.
  • the surface shape is provided with a change in the circumference around the bearing center axis so as to gradually go to the bearing outer side in the thrust direction.
  • the premise is a roller bearing capable of receiving a thrust load. As described above, this is to improve the inflow of the lubricant into the contact portion between the roller end face and the collar.
  • the thrust means being parallel to the bearing central axis.
  • the contact portion between the annular guided portion and the annular guide surface is a rolling contact with a high contact surface pressure.
  • the sliding contact is made. Therefore, the oil film thickness at an arbitrary radial position at the contact portion between the annular guided portion and the annular guide surface can be obtained by numerical analysis based on the elastohydrodynamic lubrication (EHL) theory.
  • an acute angle formed by a straight line in the radial direction and a straight line connecting both ends of the annular guide surface, and a straight line in the radial direction and both ends of the annular guided portion was taken as a flange angle and a roller end face angle, respectively, and a combination of both angles that would provide good oil film formation was sought by the above-described numerical analysis.
  • radial refers to being perpendicular to the bearing center axis.
  • the collar angle and the roller end surface angle are respectively set to 0.1 ° or more and 1.5 ° or less on the entire circumference of the annular guide surface and the entire circumference of the annular guided portion.
  • the configuration is adopted.
  • a good oil film can be formed in a radial direction region of 70% or more in the radial direction range in which the annular guide surface and the annular guided portion can contact in the thrust direction.
  • the collar angle or the roller end face angle is less than 0.1 °, there is a concern that a good oil film forming region is insufficient.
  • the difference between the collar angle and the roller end face angle is preferably ⁇ 0.2 ° or more and + 0.3 ° or less. Regardless of the difference in both angles, a good oil film can be formed in a radial direction region of 70% or more.
  • the difference between the collar angle and the roller end face angle is 0 °. Since the annular guided portion and the annular guide surface have a surface shape that can be geometrically brought into line contact in the entire radial direction region, the thrust load capability can be improved from that of the point contact.
  • all of the annular guided portion and all of the annular guide surface are provided so as to form a straight line in an arbitrary virtual plane including the bearing center axis.
  • the difference between the collar angle and the roller end face angle can be set only by processing the surface shapes of the annular guide surface and the annular guided portion into simple conical surfaces.
  • crowning is applied to at least one of the annular guided portion and the annular guide surface.
  • the edge load can be alleviated, and it is useful for suppressing the occurrence of galling at the annular guided portion and the annular guide surface when the roller is skewed or tilted.
  • a grinding relief is formed at the center of the end face of the roller.
  • the number of processing steps for the roller width surface can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the central portion becomes an oil reservoir, which is advantageous for better lubrication of the contact portion between the annular guided portion and the annular guide surface.
  • an intermediate annular portion parallel to a virtual plane perpendicular to the roller center axis is provided between the annular guided portion and the center portion of the end surface of the roller. It is possible to easily measure and manage the roller length and the like based on the middle annular portion.
  • a first collar is provided on the inner ring side and a second collar is provided on the outer ring side, and the roller of the first collar is on a virtual plane including a bearing center axis and a roller center axis.
  • An angle between 0 ° and 90 ° with respect to the radial direction of a straight line connecting both ends of the annular guide surface that can come into contact with the end surface of the ring is ⁇ i, and the annular guide surface that can come into contact with the end surface of the roller in the second collar.
  • This invention is suitable for a cylindrical roller bearing in which the roller is a cylindrical roller.
  • the lubricant is sent to the flange side subjected to the thrust load by the pumping action accompanying the rotation of the conical surface inside the bearing, but the same pumping action cannot be expected in the cylindrical roller bearing.
  • the contact between the roller end surface and the collar is between the annular guided portion and the annular guide surface.
  • the oil film forming ability can be improved.
  • (A) is sectional drawing which shows the roller bearing which concerns on 1st Embodiment
  • (b) is a conceptual diagram which shows the collar surface and end surface angle of 1st Embodiment.
  • Partial sectional view of a roller according to a second embodiment Partial sectional view of a roller according to a third embodiment Partial sectional view of a roller according to a fourth embodiment Sectional view showing a conventional cylindrical roller bearing
  • this bearing includes an inner ring 1, an outer ring 2, and a plurality of rollers 3.
  • the inner ring 1 is composed of an annular part in which a track 4 and a first collar 6 are formed.
  • the outer ring 2 is composed of an annular part in which a track 5 and a second collar 7 are formed.
  • the first collar 6 and the second collar 7 are referred to as collar 6 and collar 7, respectively.
  • the collars 6 and 7 can also be comprised by a collar ring.
  • Roller 3 is a cylindrical roller.
  • the thrust load applied to the bearing in the right direction in the figure can be received by the collar 6 on the inner track 4 side and the right collar 7 on the outer track 5 side.
  • the thrust load applied to the bearing in the left direction can be received by the left collar 7 on the outer track 5 side.
  • the annular guide surfaces 9 and 10 of the collars 6 and 7 and the annular guided portion 8 of the roller 3 are the end surfaces of the rollers 3 that can contact in the thrust direction while the roller 3 rolls and revolves between the tracks 4 and 5. It consists of an annular surface region around the bearing center axis with the side surfaces of the collars 6 and 7.
  • the annular guided portion 8 that can come into contact with the collars 6 and 7 gradually increases from the end E1 on the roller center axis side toward the end E2 on the track 4 and 5 side in a direction perpendicular to the roller center axis. It is provided in a surface shape in which the circumference around the roller center axis (exemplified by the diameter D1 in FIG. 1B) is reduced so as to be directed toward the center of the roller length in the thrust direction.
  • the entire annular guided portion 8 is provided so as to form a straight line on an arbitrary virtual plane including the bearing center axis. That is, the annular guided portion 8 in the illustrated example is composed of a single conical surface centered on the roller central axis.
  • the annular guide surfaces 9 and 10 that can come into contact with the annular guided portion 8 gradually increase in the thrust direction in the radial direction from the end E 3 on the track 4 and 5 side toward the end E 4 on the roller center axis side. It is provided in a surface shape with a change in the circumference (indicated by diameters D2 and D3 in the figure) around the bearing center axis so as to face the outside of the bearing.
  • the collar 6 of the inner ring 1 may be changed to increase the diameter D2
  • the collar 7 of the outer ring 2 may be changed to reduce the diameter D3.
  • annular guide surfaces 9 are all provided so as to form a straight line in an arbitrary virtual plane including the bearing central axis. That is, the annular guide surfaces 9 and 10 in the illustrated example are each composed of a single conical surface centered on the bearing central axis.
  • an angle of 0 ° to 90 ° with respect to the radial direction of the straight line connecting the ends E3 and E4 of the annular guide surface 9 in the collar 6 is referred to as ⁇ i, and in particular, a straight line connecting the straight line in the radial direction and both ends E3 and E4.
  • an angle of 0 ° to 90 ° with respect to the radial direction of the straight line connecting the ends E3 and E4 of the annular guide surface 10 in the collar 7 is referred to as ⁇ o, and in particular, a straight line connecting the straight line in the radial direction and both ends E3 and E4.
  • An acute angle formed by a straight line in the radial direction and a straight line connecting both ends E1 and E2 of the annular guided portion 8 is referred to as a roller end face angle ⁇ r.
  • Equation 1 Formula 1 for calculating the oil film thickness in line contact in the elastohydrodynamic lubrication (EHL) theory is shown in Equation 1. Based on this equation, the angle ranges of the collar angles ⁇ i and ⁇ o and the roller end face angle ⁇ r were examined. That is, the oil film thickness at each position of the contact portion (between the annular guided portion 8 and the annular guide surfaces 9, 10) of the roller 3 and the collars 6 and 7 facing each other is calculated, and the distribution of the oil film thickness in the radial direction is calculated. Asked.
  • FIG. 2 shows the calculation results when the collar angle ⁇ i is equal to the roller end face angle ⁇ r.
  • FIGS. 3 to 5 show calculation results when the collar angle ⁇ i is different from the roller end face angle ⁇ r.
  • Each calculation model is based on the premise that the main dimensions of the bearing are ⁇ 140 ⁇ ⁇ 300 ⁇ 102 [mm] and the thrust load: about 1650 [N].
  • the oil film parameter ⁇ of Formula 2 based on the relationship between the oil film thickness and the surface roughness is 3 or more, it can be regarded as a lubrication state in which a good oil film is formed.
  • the surface roughness of the normal annular guided portion and the annular guide surface in the bearing is applied, if the minimum oil film thickness is 1.5 [ ⁇ m], ⁇ is 3 or more.
  • the radial region where the minimum oil film thickness is 1.5 [ ⁇ m] or more can be a contact portion between the roller end face and the collar (r2). It is clear that more than 70% of the radial direction range of (r1) is occupied. From this, when the collar angle ⁇ i and the end face angle ⁇ r in FIG. 1 are equal, even if the angle is changed from 0.1 ° to 1.5 °, there is a difference between the annular guide surface 9 and the annular guided portion 8. It can be said that the oil film forming ability is improved.
  • the annular guide surface 9 is within the range where the difference between the collar angle ⁇ i and the end face angle ⁇ r is ⁇ 0.2 ° or more and + 0.3 ° or less. It can be said that the oil film forming ability between the annular guide portion 8 and the annular guided portion 8 is improved.
  • the same oil forming ability can be obtained by combining the collar angle ⁇ o of the collar 7 and the roller end face angle ⁇ r.
  • the collar angles ⁇ i and ⁇ o and the roller end face angle ⁇ r in FIG. 1 are 0.1 ° or more and 1. It is preferable to be processed at 5 ° or less.
  • at least one of the brim angles ⁇ i, ⁇ o and the roller end face angle ⁇ r is less than 0.1 °, there is a concern that a good oil film formation region is insufficient.
  • at least one of the collar angles ⁇ i and ⁇ o and the roller end surface angle ⁇ r is further increased, the projected area in the thrust direction of the annular guided portion 8 and the annular guide surfaces 9 and 10 is reduced. The load increases and the oil film forming ability decreases. As a result, the ability to receive a thrust load may be reduced. Further, the processing amount increases, which is not realistic.
  • the difference between the flange angles ⁇ i and ⁇ o and the end face angle ⁇ r is ⁇ 0.2 ° or more and + 0.3 ° or less, respectively. Regardless of the difference between the collar angles ⁇ i and ⁇ o and the end face angle ⁇ r, a good oil film in a radial direction region of 70% or more of the radial direction range in which the annular guided portion 8 and the annular guide surfaces 9 and 10 can come into contact with each other Can be formed.
  • the collar angles ⁇ i and ⁇ o are equal to the end face angle ⁇ r, that is, the collar angle.
  • the difference between ⁇ i and ⁇ o and the end face angle ⁇ r is preferably 0 °.
  • the annular guide surfaces 9 and 10 and the annular guided portion 8 are all processed into a straight line having the same inclination, the length of the line contact is most effectively increased. can do.
  • the second embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described.
  • the second embodiment is different in that the crowned portion 22 of the roller 21 is crowned.
  • an edge load is also generated at the contact point between the annular guided portion 22 and the end E3 that becomes the joint between the annular guide surfaces 9 and 10 and the grinding clearance of the annular guide surfaces 9 and 10 and the end E4 that becomes the joint between the flange surface faces.
  • crowning By applying crowning to the annular guided portion 22 and the annular guiding surfaces 9 and 10, these edge loads can be alleviated.
  • the rollers 21 When the rollers 21 are skewed and tilted, the annular guided portion 22 becomes the annular guiding surfaces 9 and 10. Since it becomes easy to escape, the occurrence of galling can be suppressed.
  • the surface shape of the annular guided portion 22 and the annular guide surfaces 9 and 10 by the crowning becomes a processed shape that does not coincide with the straight line connecting both ends E1, E2, and both ends E3, E4. Since the relaxation effect can be obtained, it is possible to obtain the oil film forming ability approximated when the roller end face angle ⁇ r and the collar angles ⁇ i and ⁇ o are made different.
  • the crowning shape is not particularly limited, and as illustrated in FIG. 6, crowning by an arc, a compound straight line, or a combination thereof is applied to the end of the annular guided portion 22 and the ends of the annular guide surfaces 9 and 10. Can do. Further, as disclosed in Patent Document 1, crowning can be applied to all of the annular guided portions 22 and all of the annular guide surfaces 9 and 10. As described above, an appropriate crowning can be provided on a part or all of the annular guided portion 22 and the annular guide surfaces 9 and 10 by an arc, a compound straight line, or a combination thereof.
  • the third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the third embodiment is different in that a grinding relief is formed in an end surface central portion 33 surrounded by an end E1 of the annular guided portion 32 on the roller central axis side of the end surface of the roller 31.
  • a grinding relief is formed in an end surface central portion 33 surrounded by an end E1 of the annular guided portion 32 on the roller central axis side of the end surface of the roller 31.
  • the end surface central portion 33 becomes an oil reservoir, and the lubricant is directed from the end surface central portion 33 to the space between the annular guided portion 32 and the annular guide surfaces 9 and 10, so that lubrication at these contact portions can be improved. I can expect.
  • the relationship between the end surface center portion 33 and the formation area of the annular guided portion 32 in the roller diameter and the annular guide surfaces 9 and 10 can be appropriately set in consideration of thrust load capability and lubricity.
  • the diameter of the end surface center portion 33 is less than 0.5 times the diameter of the roller 31, and the annular guide surfaces 9 and 10
  • the height in the radial direction from the tracks 4 and 5 can be less than 0.15 times the diameter of the roller 31.
  • the diameter of the end face center portion 33 is set to be 0.5 times or more and 0.8 times or less of the diameter of the roller 31, and from the tracks 4 and 5 of the annular guide surfaces 9 and 10.
  • the radial height is 0.15 times or more and 0.25 times or less the diameter of the roller 31, the annular guided portion 32 and the annular guide surface 9 are prevented while preventing the contact ellipse from protruding from the annular guide surfaces 9 and 10.
  • the contact range of 10 can be increased in the radial direction.
  • the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the fourth embodiment is a modification of the third embodiment, and an intermediate annular portion 44 parallel to a virtual plane perpendicular to the roller central axis is provided between the annular guided portion 42 and the end surface central portion 43 of the roller 41. It is further different in that it is processed. Since the roller length and the like of the roller 41 can be measured with a surface portion (end surface center portion 43) where the value is easily stabilized, than when measuring with a line portion (end E1 of the annular guided portion 32) as shown in FIG. Measurement and management become easy.

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Abstract

　つばでスラスト負荷を受けることができるころ軸受において、ころ端面とつばとの接触部における油膜形成能力を良好にする。つば（６）と接触し得るころ（３）の環状被案内部（８）を、ころ中心軸に垂直な方向にころ中心軸側の端（Ｅ１）から軌道（４）側の端（Ｅ２）へ向うに従って漸次スラスト方向にころ長さ中央側へ向うようころ中心軸回りの円周を小さくした形状とし、環状被案内部（８）と接触し得るつば（６）の環状案内面（９）を、ラジアル方向に軌道（４）側の端（Ｅ３）からころ中心軸側の端（Ｅ４）へ向うに従って漸次スラスト方向に軸受外部側へ向うよう軸受中心軸回りの円周の変化を付けた形状とし、ラジアル方向の直線と、環状案内面（９）の両端（Ｅ３、Ｅ４）を結ぶ直線とが成す鋭角のつば角度（θｉ）、また同直線と、環状被案内部（８）の両端（Ｅ１、Ｅ２）を結ぶ直線とが成す鋭角のころ端面角度（θｒ）を、それぞれ全周で０．１°以上１．５°以下に設けた。

Description

ころ軸受
　この発明は、つばでスラスト負荷を受けることができるころ軸受に関する。
　この種のころ軸受において、図９に示す標準的な円筒ころ軸受のように、つば９１と、ころ端面９２とが、ころ中心軸に垂直な平坦部９３、９４同士で接触するようになっていると、大きなスラスト荷重が軸受に負荷された際、平坦部９３、９４間にすきまがなく、潤滑剤が流入し難くなり、温度上昇や焼付きなどの一因になる。
　従来、軸受のスラスト負荷能力を向上させる手段として、スラスト負荷時、ころ端面とつば間の接触面圧が過大になって温度上昇や焼付きの懸念が生じないようにするため、接触楕円の位置及び大きさを調整するべく、つば及びころ端面の表面形状を適切に設定することが行われている（特許文献１）。
　すなわち、ころの端面のうち、公転中につばと接触し得る環状被案内部は、ころ中心軸側の端から軌道側の端へ向うに従って漸次スラスト方向にころ長さ中央側へ向うようにころ中心軸回りの円周を小さくした表面形状に加工されている。さらに、つばのうち、前記環状被案内部と接触し得る環状案内面は、軌道側の端からころ中心軸側の端へ向うに従って漸次スラスト方向に軸受外部側へ向うように軸受中心軸回りの円周の変化を付けた表面形状に加工されている。このようにころ端面の環状被案内部、及びつばの環状案内面に傾きを与えると、環状被案内部と環状案内面とが点接触又は線接触する幾何的関係になるため、これらの間に楔状のすきまが形成され、接触部への潤滑剤の流入性が改善される。このため、温度上昇や焼付きなどの懸念が低下し、軸受のスラスト負荷能力を向上させることができる。
　特許文献１のものでは、特に、ころ端面の環状被案内部の全部に、ころ中心軸上に中心を定めた曲率半径（ころ直径の２５倍～１００程度）をもったクラウニングが施されている。これにより、ころ端面の環状被案内部とつばの環状案内面の接触境界でのエッジロード発生時、過大なエッジロードにならないようにしている。その曲率半径と、つばのころ中心軸に垂直な方向に対する鋭角の傾斜角度（０．１５°～０．６５°程度）との組み合わせにより、接触楕円の位置及び大きさの調整を行うことができる。
特開２００２－１９５２７２号公報（特に明細書の段落０００８、００１２、００１４）
　上述のように潤滑剤の流入性を改善するとしても、ころ端面の環状被案内部とつばの環状案内面との間で油膜切れが生じない接触面圧の範囲内で運転すべきなので、軸受にスラスト荷重を負荷することに限界がある。特に、ころ端面の環状被案内部及びつばの環状案内面が点接触する特許文献１の表面形状だと、最大接触面圧が標準的なものより顕著に高くなり、スラスト荷重の許容限界が小さくなる。
　そこで、この発明が解決しようとする課題は、つばでスラスト負荷を受けることができるころ軸受において、ころ端面とつばとの接触部における油膜形成能力を良好にすることにある。
　上記の課題を解決するこの発明は、ころの端面のうち、つばと接触し得る環状被案内部が、ころ中心軸に垂直な方向にころ中心軸側の端から軌道側の端へ向うに従って漸次スラスト方向にころ長さ中央側へ向うようにころ中心軸回りの円周を小さくした表面形状に設けられており、前記つばのうち、前記環状被案内部と接触し得る環状案内面が、ラジアル方向に軌道側の端からころ中心軸側の端へ向うに従って漸次スラスト方向に軸受外部側へ向うように軸受中心軸回りの円周の変化を付けた表面形状に設けられており、前記つばでスラスト負荷を受けることができるころ軸受を前提としている。上述のように、ころ端面とつばとの接触部への潤滑剤の流入性を良くするためである。ここで、スラストとは、軸受中心軸に平行なことをいう。
　ころの環状被案内部が、つばの環状案内面によって軸受中心軸回りの円周方向に案内されるとき、環状被案内部と環状案内面との接触部は、接触面圧の高い転がり接触と、滑り接触とを成している。したがって、弾性流体潤滑（ＥＨＬ）理論に基いた数値解析により、環状被案内部と環状案内面との接触部における任意のラジアル方向位置での油膜厚さを求めることができる。軸受中心軸及びころ中心軸を含む仮想平面上で、ラジアル方向の直線と、前記環状案内面の両端を結ぶ直線とが成す鋭角、及び前記ラジアル方向の直線と、前記環状被案内部の両端を結ぶ直線とが成す鋭角を、それぞれつば角度、ころ端面角度として、良好な油膜形成が得られる両角度の組み合わせを上述の数値解析で模索した。ここで、ラジアルとは、軸受中心軸に垂直なことをいう。
　その結果、この発明は、特に、つば角度、ころ端面角度が、それぞれ前記環状案内面の全周、前記環状被案内部の全周で０．１°以上１．５°以下に設けられている構成を採用したものである。この数値範囲に設定すれば、環状案内面と環状被案内部とがスラスト方向に接触し得るラジアル方向範囲のうち、７割以上のラジアル方向領域で良好な油膜を形成することができる。つば角度、ころ端面角度のいずれかが０．１°未満の場合、良好な油膜形成領域の不足が懸念される。つば角度、ころ端面角度のいずれかが１．５°を超える場合、環状案内面、環状被案内部のスラスト方向の投影面積が減少し、単位幅当たりの荷重が増大して油膜形成能力が低下し、ひいてはスラスト負荷能力や加工量の増大を招くので、現実的でない。
　前記つば角度と前記ころ端面角度との差が、－０．２°以上＋０．３°以下になっていることが好ましい。両角度の異同を問わず、７割以上のラジアル方向領域で良好な油膜を形成することができる。
　特に、前記つば角度と前記ころ端面角度との差が０°になっていることがより好ましい。環状被案内部及び環状案内面がラジアル方向の全領域で幾何的に線接触可能な表面形状になるので、スラスト負荷能力を点接触のものより向上させることができる。
　前記環状被案内部の全部及び前記環状案内面の全部が、軸受中心軸を含む任意の仮想平面で直線を成すように設けられていることもより好ましい。環状案内面、環状被案内部の表面形状をそれぞれ単純な円錐面に加工するだけで、前記つば角度と前記ころ端面角度の差を設定することができる。
　前記環状被案内部及び前記環状案内面の少なくとも一方にクラウニングが施されていることが好ましい。エッジロードを緩和することができ、ころのスキューやチルト時に環状被案内部と環状案内面でのかじりの発生を抑制することにも役立つ。
　前記ころの端面中央部に研削逃げが形成されていることが好ましい。研削逃げを形成することで、ころ幅面の加工工数を削減し、コスト軽減を図ることができる。また、中央部が油溜まりとなり、環状被案内部と環状案内面との接触部の潤滑をより良くするのに有利である。
　前記環状被案内部と前記ころの端面中央部との間に、ころ中心軸に垂直な仮想平面に平行な中環状部が設けられていることが好ましい。ころ長さ等の測定、管理を中環状部基準で容易に実施することができる。
　例えば、内輪側に第１のつばが設けられ、外輪側に第２のつばが設けられており、軸受中心軸及びころ中心軸を含む仮想平面上で、前記第１のつばのうち、前記ころの端面と接触し得る環状案内面の両端を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｉとし、前記第２のつばのうち、前記ころの端面と接触し得る環状案内面の両端を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｏとしたとき、θｉとθｏの少なくとも一方が前記つば角度に設定され、かつθｉとθｏとが互いに異なる値になっているものにすることができる。
　この発明は、前記ころが円筒ころからなる円筒ころ軸受に好適である。円筒ころ軸受は、円錐ころ軸受では、軸受内部の円錐面回転に伴うポンプ作用でスラスト負荷を受けるつば側へ潤滑剤が送られるが、円筒ころ軸受では同様のポンプ作用を期待できないためである。
　上述のように、この発明は、上記構成の採用により、つばでスラスト負荷を受けることができるころ軸受において、ころ端面とつばの接触部である環状被案内部と環状案内面との間での油膜形成能力を良好にすることができる。
（ａ）は第１実施形態に係るころ軸受を示す断面図、（ｂ）は第１実施形態のつば角度ところ端面角度を示す概念図 つば角度ところ端面角度が等しい場合の様々な設定角度での油膜厚さの計算結果を示すグラフ つば角度０．４°に対してころ端面角度が様々に異なる場合の油膜厚さの計算結果を示すグラフ つば角度０．６°に対してころ端面角度が様々に異なる場合の油膜厚さの計算結果を示すグラフ つば角度０．８°に対してころ端面角度が様々に異なる場合の油膜厚さの計算結果を示すグラフ 第２実施形態に係るころの部分断面図 第３実施形態に係るころの部分断面図 第４実施形態に係るころの部分断面図 従来例の円筒ころ軸受を示す断面図
　この発明の第１実施形態に係るころ軸受（以下、これを「軸受」と呼ぶ）を添付図面に基づいて説明する。図１（ａ）に示すように、この軸受は、内輪１と、外輪２と、複数のころ３とを備えている。
　内輪１は、軌道４と、第１のつば６とが形成された環状部品からなる。外輪２は、軌道５と第２のつば７が形成された環状部品からなる。以下、第１のつば６、第２のつば７を、それぞれつば６、つば７と呼ぶ。つば６、７は、つば輪で構成することもできる。
　ころ３は、円筒ころからなる。
　図中の右方向に向って軸受に負荷されたスラスト荷重は、内方の軌道４側のつば６、外方の軌道５側の右方のつば７で受けることができる。左方向に向って軸受に負荷されたスラスト荷重は、外方の軌道５側の左方のつば７で受けることができる。
　図１（ａ）、（ｂ）は、ころ３のスキュー及びチルトがなく、ころ３の両端面とつば６、７とが向き合う状態を前提に、油膜形成に伴うころ３と軌道４、５、つば６、７との接触部のすきまを誇張し、軸受中心軸及びころ中心軸を含む仮想平面上を描いている。
　つば６、７の環状案内面９、１０と、ころ３の環状被案内部８とは、ころ３が転がって軌道４、５間を公転する間にスラスト方向に接触し得るころ３の端面とつば６、７の側面との軸受中心軸回りの円環状表面領域からなる。
　ころ３の端面のうち、つば６、７と接触し得る環状被案内部８は、ころ中心軸に垂直な方向にころ中心軸側の端Ｅ１から軌道４、５側の端Ｅ２へ向うに従って漸次スラスト方向にころ長さ中央側へ向うようにころ中心軸回りの円周（図１（ｂ）中に直径Ｄ１で例示する）を小さくした表面形状に設けられている。
　環状被案内部８の全部が、軸受中心軸を含む任意の仮想平面で直線を成すように設けられている。すなわち、図示例の環状被案内部８は、ころ中心軸を中心とする単一の円錐面からなる。
　つば６、７のうち、環状被案内部８と接触し得る環状案内面９、１０は、ラジアル方向に軌道４、５側の端Ｅ３からころ中心軸側の端Ｅ４へ向うに従って漸次スラスト方向に軸受外部側へ向うように軸受中心軸回りの円周（図中に直径Ｄ２、Ｄ３で示す）の変化を付けた表面形状に設けられている。内輪１のつば６では、直径Ｄ２を拡大する変化付け、外輪２のつば７では、直径Ｄ３を縮小する変化付けにすればよい。
　環状案内面９の全部、１０の全部が、それぞれ軸受中心軸を含む任意の仮想平面で直線を成すように設けられている。すなわち、図示例の環状案内面９、１０は、それぞれ軸受中心軸を中心とする単一の円錐面からなる。
　以下、つば６のうち、環状案内面９の両端Ｅ３、Ｅ４を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｉと呼び、特にラジアル方向の直線と両端Ｅ３、Ｅ４を結ぶ直線とが成す鋭角を意味するときは、つば角度θｉと呼び分ける。また、つば７のうち、環状案内面１０の両端Ｅ３、Ｅ４を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｏと呼び、特にラジアル方向の直線と両端Ｅ３、Ｅ４を結ぶ直線とが成す鋭角を意味するときは、つば角度θｏと呼び分ける。また、ラジアル方向の直線と、環状被案内部８の両端Ｅ１、Ｅ２を結ぶ直線とが成す鋭角を、ころ端面角度θｒと呼ぶ。
　弾性流体潤滑（ＥＨＬ）理論の線接触における油膜厚さの計算式Dowson-Higginson式を数１に示す。この式を元につば角度θｉ、θｏ及びころ端面角度θｒの角度範囲の検討を行った。すなわち、正対するころ３とつば６、７の接触部（環状被案内部８及び環状案内面９、１０間）の各位置での油膜厚さを計算し、ラジアル方向の油膜厚さの分布を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　つば角度θｉと、ころ端面角度θｒとが等しい場合の各計算結果を図２に示す。つば角度θｉと、ころ端面角度θｒとが異なる場合の各計算結果を図３～図５に示す。各計算モデルは、軸受主要寸法がφ１４０×φ３００×１０２［ｍｍ］、スラスト荷重：約１６５０［Ｎ］を前提にしている。
　図１の環状案内面９と環状被案内部８とがころ３の公転中に接触し得るラジアル方向位置の限界は、これらの接触範囲の長さや、ころ３のチルト、スキューの有無を問わず、環状案内面９の両端Ｅ３、Ｅ４で決まる。したがって、つば角度θｉところ端面角度θｒが等しいために環状案内面９と環状被案内部８とが線接触する図２のθｉ、θｒ＝０．１°～１．５°の各計算モデルにおいて、その軸受内径側の限界位置である接触面最内半径（ｒ１）、その軸受外径側の限界位置である接触面最外半径（ｒ２）は、それぞれ図１中におけるＥ３、Ｅ４の円周上の半径に対応する。また、図１のつば角度θｉところ端面角度θｒが異なるために環状案内面９と環状被案内部８とが点接触し、ころ３のチルトに伴って環状案内面９上の接触位置がラジアル方向に比較的大きく変化し得る図３のθｉ＝０．４°、θｒ＝０．１°～０．８°、図４のθｉ＝０．６°、θｒ＝０．２°～１．０°、図５のθｉ＝０．８°、θｒ＝０．４°～１．２°の各計算モデルにおいても、前記軸受内径側の限界位置である最小接触径（ｒ３）、前記軸受外径側の限界位置である最大接触径（ｒ４）は、それぞれ図１中におけるＥ３、Ｅ４の円周上の半径に対応する。
　油膜厚さと表面粗さの関係に基く数２の油膜パラメータΛが３以上であれば良好な油膜が形成された潤滑状態であるとみなすことができる。軸受における通常の環状被案内部、環状案内面の表面粗さを適用すると最小油膜厚さが１．５［μｍ］あればΛが３以上となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図２中の各計算モデルにおける油膜厚さの分布を見れば、最小油膜厚さが１．５［μｍ］以上になるラジアル方向領域は、ころ端面とつばとの接触部になり得る（ｒ２）－（ｒ１）のラジアル方向範囲のうち、７割以上を占めていることが明らかである。このことから、図１のつば角度θｉところ端面角度θｒとが等しい場合、０．１°以上１．５°以下まで変化させても、環状案内面９と環状被案内部８との間での油膜形成能力が良好になる、といえる。
　また、図１の様々なつば角度θｉに対してころ端面角度θｒを様々に変化させた図３～図５中の各計算モデルにおける油膜厚さの分布を見れば、つば角度θｉところ端面角度θｒとの差（相対角度）が、－０．２°以上＋０．３°以下になっている各計算モデルでは、最小油膜厚さが１．５［μｍ］以上になるラジアル方向領域は、ころ端面とつばとの接触部になり得る（ｒ４）－（ｒ３）のラジアル方向範囲のうち、７割以上を占めていることが明らかである。このことから、図１のつば角度θｉところ端面角度θｒとが異なっても、つば角度θｉところ端面角度θｒとの差が－０．２°以上＋０．３°以下の範囲では、環状案内面９と環状被案内部８との間での油膜形成能力が良好になる、といえる。
　つば７のつば角度θｏと、ころ端面角度θｒとの組み合わせでも、同様の油形成能力が得られる。上述の解析結果を踏まえると、図１のつば角度θｉ、θｏ、ころ端面角度θｒは、それぞれ環状案内面９、１０の全周、環状被案内部８の全周で０．１°以上１．５°以下に加工されていることが好ましい。つば角度θｉ、θｏと、ころ端面角度θｒとのうち、少なくとも一方が０．１°未満の場合、良好な油膜形成領域の不足が懸念される。つば角度θｉ、θｏと、ころ端面角度θｒとのうち、少なくとも一方をさらに大きくした場合、環状被案内部８、環状案内面９、１０のスラスト方向の投影面積が減少するため、単位幅あたりの荷重が増大し油膜形成能力が低下する。結果、スラスト荷重を受ける能力が低下する恐れがある。また、加工量が増大し現実的ではない。
　また、つば角度θｉ、θｏところ端面角度θｒとの差が、それぞれ－０．２°以上＋０．３°以下になっていることが好ましい。つば角度θｉ、θｏところ端面角度θｒとの異同を問わず、環状被案内部８と環状案内面９、１０とが接触し得るラジアル方向範囲のうち、７割以上のラジアル方向領域で良好な油膜を形成することができる。
　また、環状案内面９、１０と環状被案内部８とを可及的に長い線接触としてスラスト負荷能力を向上させるため、つば角度θｉ、θｏところ端面角度θｒとがそれぞれ等しい、すなわち、つば角度θｉ、θｏところ端面角度θｒとの差がそれぞれ０°になっていることが好ましい。特に、図１（ｂ）例のように環状案内面９、１０の全部と環状被案内部８の全部とを同じ傾きの直線状に加工すれば、線接触の長さを最も効果的に大きくすることができる。
　図１のように内輪１側につば６が設けられ、外輪２側につば７が設けられている軸受において、θｉとθｏの少なくとも一方が前記つば角度θｉ、θｏに設定される場合、θｉとθｏとが互いに異なる角度になっているものとすることも可能である。スラスト荷重の大きさ、内輪回転か外輪回転か、潤滑剤の供給方式といった軸受使用条件によって、油膜形成能力や必要油膜厚さは内輪１と外輪２で異なる。つば角度θｉ、θｏは、潤滑が希薄なときに設定すればよく、θｉとθｏとを等しくする必要性がないことも起り得る。この際、潤滑条件に恵まれたつば６、７をつば角度無し、すなわちθｉ、θｏを０°にすることも可能である。また、軸受間での部品の共通化の観点からも内輪１と外輪２でθｉ、θｏを変えることで部品の兼用がし易くなる利点がある。例えば、θｉ、θｏを０°にする軌道輪は、図９のように、ころの端面と接触し得る環状案内面が仮想ラジアル平面に平行な平坦部に加工された従来品を流用することができる。
　第２実施形態を図６に基いて説明する。以下、第１実施形態との相違点を述べるに留める。第２実施形態は、ころ２１の環状被案内部２２にクラウニングが施されている点で相違している。スラスト負荷時、ころ中心軸に垂直な仮想平面に平行な端面中央部２３との繋ぎ目になる環状被案内部２２の端Ｅ１、ころ外径面取り部２４との繋ぎ目になる端Ｅ２と、環状案内面９、１０（適宜、図１参照）との接触箇所にエッジロードが発生する。また、環状被案内部２２と、環状案内面９、１０の研削逃げとの繋ぎ目になる端Ｅ３、つば径面面り部との繋ぎ目になる端Ｅ４との接触箇所でもエッジロードが発生する。環状被案内部２２や環状案内面９、１０にクラウニングを施すことにより、これらエッジロードを緩和することができ、ころ２１がスキュー、チルトした場合に環状被案内部２２が環状案内面９、１０に対し逃げ易くなるので、かじりの発生を抑制することができる。
　クラウニングによって環状被案内部２２、環状案内面９、１０の表面形状は、両端Ｅ１、Ｅ２、両端Ｅ３、Ｅ４を結ぶ直線に一致しない加工形状になるが、その直線からのずれ量が僅かでも応力緩和効果を得られるので、上述のころ端面角度θｒと、つば角度θｉ、θｏとを異ならせた場合に近似した油膜形成能力を得ることができる。
　クラウニング形状は、特に限定されず、図６に例示するように、環状被案内部２２の端部、環状案内面９、１０の端部に円弧、複合直線、又はそれらの組み合わせによるクラウニングを施すことができる。また、特許文献１に開示されているように、環状被案内部２２の全部、環状案内面９、１０の全部にクラウニングを施すこともできる。このように、環状被案内部２２、環状案内面９、１０の一部又は全部に円弧、複合直線、又はそれらの組み合わせによる適宜のクラウニングを設けることができる。
　第３実施形態を図７に基いて説明する。第３実施形態は、ころ３１の端面のうち、環状被案内部３２のころ中心軸側の端Ｅ１に囲まれた端面中央部３３に研削逃げが形成されている点で相違している。研削逃げを設けることでころ幅面の加工工数を削減することができ、コストを削減することができる。また、端面中央部３３が油溜りとなり、端面中央部３３から潤滑剤が環状被案内部３２と環状案内面９、１０との間へ向うので、これら接触部での潤滑がより良くなることが期待できる。
　端面中央部３３、環状被案内部３２のころ直径に占める形成領域と、環状案内面９、１０との関係は、スラスト負荷能力や潤滑性を考慮して適宜に設定することができる。例えば、端面中央部３３が環状案内面９、１０とスラスト方向に対面しないようにするため、端面中央部３３の直径は、ころ３１の直径の０．５倍未満とし、環状案内面９、１０の軌道４、５からのラジアル方向高さをころ３１の直径の０．１５倍未満とすることができる。また、特許文献１に開示されているように、端面中央部３３の直径をころ３１の直径の０．５倍以上０．８倍以下とし、環状案内面９、１０の軌道４、５からのラジアル方向高さをころ３１の直径の０．１５倍以上０．２５倍以下とすれば、接触楕円が環状案内面９、１０からはみ出すことを防ぎつつ、環状被案内部３２と環状案内面９、１０の接触範囲をラジアル方向に大きくすることもできる。
　第４実施形態を図８に基いて説明する。第４実施形態は、第３実施形態の変更例であり、ころ４１の環状被案内部４２と端面中央部４３との間に、ころ中心軸に垂直な仮想平面に平行な中環状部４４が加工されている点でさらに相違している。ころ４１のころ長さ等を、値の安定し易い面部（端面中央部４３）で測ることができるので、図７のように線部（環状被案内部３２の端Ｅ１）で測る場合より、測定、管理が容易になる。
　この発明は、特許請求の範囲の記載に基く技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。
１　内輪
２　外輪
３、２１、３１、４１　ころ
４、５　軌道
６　第１のつば
７　第２のつば
８、２２、３２、４２　環状被案内部
９、１０　環状案内面
２３、３３、４３　ころ端面中央部
４４　中環状部

Claims (9)

  1. 　ころ（３）の端面のうち、つば（６、７）と接触し得る環状被案内部（８）が、ころ中心軸に垂直な方向にころ中心軸側の端（Ｅ１）から軌道（４、５）側の端（Ｅ２）へ向うに従って漸次スラスト方向にころ長さ中央側へ向うようにころ中心軸回りの円周を小さくした表面形状に設けられており、
    　前記つば（６、７）のうち、前記環状被案内部（８）と接触し得る環状案内面（９、１０）が、ラジアル方向に軌道（４、５）側の端（Ｅ３）からころ中心軸側の端（Ｅ４）へ向うに従って漸次スラスト方向に軸受外部側へ向うように軸受中心軸回りの円周の変化を付けた表面形状に設けられており、
    　前記つば（６、７）でスラスト負荷を受けることができるころ軸受において、
    　軸受中心軸及びころ中心軸を含む仮想平面上で、ラジアル方向の直線と、前記環状案内面（９、１０）の両端（Ｅ３、Ｅ４）を結ぶ直線とが成す鋭角、及び前記ラジアル方向の直線と、前記環状被案内部（８）の両端（Ｅ１、Ｅ２）を結ぶ直線とが成す鋭角を、それぞれつば角度（θｉ、θｏ）、ころ端面角度（θｒ）としたとき、つば角度（θｉ、θｏ）、ころ端面角度（θｒ）が、それぞれ前記環状案内面（９、１０）の全周、前記環状被案内部（８）の全周で０．１°以上１．５°以下に設けられていることを特徴とするころ軸受。
  2. 　前記つば角度（θｉ、θｏ）と前記ころ端面角度（θｒ）との差が、－０．２°以上＋０．３°以下になっている請求項１に記載のころ軸受。
  3. 　前記つば角度（θｉ、θｏ）と前記ころ端面角度（θｒ）との差が０°になっている請求項２に記載のころ軸受。
  4. 　前記環状被案内部（８）の全部及び前記環状案内面（９、１０）の全部が、軸受中心軸を含む任意の仮想平面で直線を成すように設けられている請求項２又は３に記載のころ軸受。
  5. 　前記環状被案内部（２２）及び前記環状案内面（９、１０）の少なくとも一方にクラウニングが施されている請求項１から３のいずれか１項に記載のころ軸受。
  6. 　前記ころの端面中央部（３３）に研削逃げが形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載のころ軸受。
  7. 　前記環状被案内部（４２）と前記ころの端面中央部（４３）との間に、ころ中心軸に垂直な仮想平面に平行な中環状部（４４）が設けられている請求項６に記載のころ軸受。
  8. 　内輪（１）側に第１のつば（６）が設けられ、外輪（２）側に第２のつば（７）が設けられており、
    　軸受中心軸及びころ中心軸を含む仮想平面上で、前記第１のつば（６）のうち、前記ころ（３）の端面と接触し得る環状案内面（９）の両端（Ｅ３、Ｅ４）を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｉとし、前記第２のつば（７）のうち、前記ころ（３）の端面と接触し得る環状案内面（１０）の両端（Ｅ３、Ｅ４）を結ぶ直線のラジアル方向に対する０°以上９０°以下の角度をθｏとしたとき、θｉとθｏの少なくとも一方が前記つば角度に設定され、かつθｉとθｏとが互いに異なる値になっている請求項１から７のいずれか１項に記載のころ軸受。
  9. 　前記ころ（３）が円筒ころからなる請求項１から８のいずれか１項に記載のころ軸受。
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