(57)【要約】【課題】対数曲線を利用したクラウニング母線形状によってクラウニング端部に設定された大きな落ち量を有効に活用することができる円すいころ軸受を得る。【解決手段】円すいころ１３軸受において、円すいころ１３の転動面１３ａに、円弧曲線によるクラウニングを施すと共に、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａの少なくとも一方には、中央部が円弧曲線、両端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線で構成される円弧対数曲線の母線形状となる円弧対数クラウニングを施し、且つ、円弧対数クラウニングが円すいころ１３の転動面１３ａ内に収まるように、各軌道面の有効クラウニング長を規制したこことで、クラウニング端部に設定された大きな落ち量を有効に活用することが可能になる。【選択図】図１
2010106974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の円すいころと、を備える円すいころ軸受であって、
前記円すいころの転動面に、円弧曲線によるクラウニングを施すと共に、
前記外輪軌道面及び内輪軌道面の少なくとも一方には、中央部が円弧曲線、両端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線で構成される円弧対数曲線の母線形状となる円弧対数クラウニングを施し、
且つ、前記円弧対数クラウニングが前記円すいころの転動面内に収まるように、前記円弧対数クラウニングを施す軌道面の有効クラウニング長を規制したことを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】
前記円弧対数クラウニングの形状が、下記の式（１）に基づいて決められることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
【数１】
2010106974.tif 000005
なお、関数if(a,b,c)は、条件式ａが成立する場合には、式ｂに置き換えられ、不成立の場合には、式ｃで置き換えられる関数である。
ここに、
中央部長さ  Ｌ１：Ｌ１＝ｒ１×（ｌｅ／２）
端部長さ  Ｌ２：Ｌ２＝（ｌｅ／２）−Ｌ１
中央部円弧半径  Ｒ：Ｒ＝（Ｄ１２＋Ｌ１２）／（２×Ｄ１）
ｘ  ：中央を原点とする座標
ｌｅ  ：有効クラウニング長（有効軌道長さ）
ｒ１ ：有効クラウニング長に対する中央部長さの比（２Ｌ１／ｌｅ）
Ｄ１  ：中央部と端部とのつなぎ目における落ち量
Ｄ2   ：有効クラウニング長の端における落ち量の対数曲線成分
ｋ  ：対数部の丸みを調整するためのパラメータ（０＜ｋ＜１）
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円すいころ軸受に関し、より詳細には、ころと軌道面との接触面圧を適切にし、エッジロード（集中荷重）の発生を防止して軸受寿命を長期化することができるように、改良されたクラウニングが施された円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒ころ軸受や円すいころ軸受等のころ軸受において、ころに作用する接触面圧が偏り無く均一になるように、ころや軌道輪の接触面にクラウニングを施すことがある。
【０００３】
ここに、クラウニングとは、軌道輪ところとの接触部に生ずるエッジロードを防ぐことを主な目的として、軌道面又はころの母線にごくわずかに曲率をもたせることをいう。通常、このようなクラウニングは、内外輪の軌道面又はころの何れか一方、もしくはその両方に施される。
【０００４】
これまで、上記クラウニングの形状を示すクラウニング曲線として、ころを垂直に軌道輪に所定の荷重で押し付けたときに発生する応力を軸方向に均一にできる対数曲線を用いたころ軸受が知られている。
【０００５】
一方、ころ軸受に作用する荷重は、ころ軸受の回転に伴って高荷重、軽荷重、モーメント荷重等と種々に変動するので、一般に、転がり接触部の塑性変形を防止するため、最も厳しい荷重条件のときの最大接触面圧が一定値以下になるように、対数クラウニングのクラウニング量を大きくしたクラウニング母線形状が用いられる。
【０００６】
しかし、このようなクラウニングは、中央部でのクラウニング量が大きいため、使用頻度が高い軽荷重〜中荷重の条件下では接触長さが短くなり、中央部から早期に剥離が生じて軸受寿命が低下する問題があった。
そこで、この問題を解決するため、外輪軌道面及び内輪軌道面及びころの転動面の少なくとも一つに、中央部を直線とし、端部を対数曲線とした組み合わせ曲線からなるクラウニング形状を施すようにしたころ軸受が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１５５７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の円すいころ軸受の場合、上記特許文献１の図１（ｃ）にも開示されているように、外輪軌道面がころの転動面よりも大きく設定されているものが多い。
このような円すいころ軸受において、外輪軌道面に、中央部を直線とし、端部を対数曲線とした組み合わせ曲線からなるクラウニング形状を施した場合、対数曲線により外輪軌道面のクラウニング端部に大きな落ち量を形成していても、その端部のクラウニング形状がころの転動面から外れていれば、クラウニング端部の大きな落ち量が軸受動作に活かされず、想定していた軸受性能が得られないという問題が生じてしまう。
【０００９】
更に、特許文献１に記載のころ軸受のクラウニング母線形状は、中央部の直線と端部の対数曲線とが組み合された曲線となっているので、直線と対数曲線とのつなぎ目を滑らかに連続させることが難しく、つなぎ目において接触圧力のピークが発生する問題があり、その結果、高荷重作用条件において前記つなぎ目にエッジロードが発生して軸受寿命の低下を招くという問題があった。
また、軽荷重〜中荷重の条件においても、接触有効長さを有効に活かして軸受寿命の長寿命化を可能にするために、更なる改善が要望されていた。
【００１０】
本発明は上記課題を解消することを目的とし、対数曲線を利用したクラウニング母線形状によってクラウニング端部に設定された大きな落ち量を有効に活用することができ、想定していた高荷重条件でのエッジロードの発生防止と、軽荷重〜中荷重条件での軸受寿命低下防止と、を両立させることができる円すいころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に配設された複数の円すいころと、を備える円すいころ軸受であって、
前記円すいころの転動面に、円弧曲線によるクラウニングを施すと共に、
前記外輪軌道面及び内輪軌道面の少なくとも一方には、中央部が円弧曲線、両端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線で構成される円弧対数曲線の母線形状となる円弧対数クラウニングを施し、
且つ、前記円弧対数クラウニングが前記円すいころの転動面内に収まるように、前記円弧対数クラウニングを施す軌道面の有効クラウニング長をを規制したことを特徴とする円すいころ軸受。
【００１２】
（２）前記円弧対数クラウニングの形状が、下記の式（１）に基づいて決められることを特徴とする上記（１）に記載の円すいころ軸受。
【数１】
2010106974.tif 000003
なお、関数if(a,b,c)は、条件式ａが成立する場合には、式ｂに置き換えられ、不成立の場合にあ、式ｃで置き換えられる関数である。
ここに、
中央部長さ  Ｌ１：Ｌ１＝ｒ１×（ｌe／２）
端部長さ  Ｌ２：Ｌ２＝（ｌe／２）−Ｌ１
中央部円弧半径  Ｒ：Ｒ＝（Ｄ１２＋Ｌ１２）／（２×Ｄ１）
ｘ  ：中央を原点とする座標
ｌe ：有効クラウニング長（有効軌道長さ）
ｒ１  ：有効クラウニング長に対する中央部長さの比（２Ｌ１／ｌｅ）
Ｄ１  ：中央部と端部とのつなぎ目における落ち量
Ｄ2   ：有効クラウニング長の端における落ち量の対数曲線成分
ｋ  ：対数部の丸みを調整するためのパラメータ（０＜ｋ＜１）
である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る円すいころ軸受では、外輪軌道面及び内輪軌道面の少なくとも一方には、中央部が円弧曲線、両端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線で構成される円弧対数曲線の母線形状となる円弧対数クラウニングを施すもので、クラウニング端部には、例えば、高荷重下でのエッジロードの発生の防止に必要となる大きな落ち量を設定することができる。
しかも、円弧対数クラウニングが円すいころの転動面内に収まるように、円弧対数クラウニングを施す軌道面の有効クラウニング長を規制しているため、例えば、高荷重時には、大きな落ち量を設定したクラウニング端部を円すいころの転動面に確実に接触させて、クラウニング端部でのエッジロードの発生の防止に有効に機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る円すいころ軸受の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る円すいころ軸受の一実施の形態の縦断面図、図２は図１に示した内外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状を構成する円弧曲線と対数曲線との合成曲線の説明図、図３は本発明で内外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状のクラウニング中心の説明図、図４は本発明で外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状で規制するクラウニング端部の位置の説明図、図５は本発明で内輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状で規制するクラウニング端部の位置の説明図である。
【００１５】
図１に示すように、一実施の形態の円すいころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａが形成された外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａが形成された内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に配設された複数の転動体である円すいころ１３と、複数のころ１３相互の間隔を保持する保持器１４と、を備えている。
【００１６】
円すいころ１３は、図１に示すように、全長から両端の面取り部１３ｂを除いた範囲が、転動面１３ａである。図１の符号ｓ１は、転動面１３ａの長さを示している。本実施の形態の場合、転動面１３ａには、円弧曲線によるクラウニングが施されている。
【００１７】
内輪１２の大つば１２ｂと内輪軌道面１２ａとの間、小つば１２ｃと内輪軌道面１２ａとの間には、それぞれ、ころ１３の面取り部１３ｂとの干渉を回避するための逃げ１２ｄ，１２ｅが設けられている。
【００１８】
外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａには、それぞれの有効クラウニング長（有効軌道長さ）の範囲にクラウニングが施される。
具体的には、それぞれの有効クラウニング長の範囲において、中央部が円弧曲線、両端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線で構成される円弧対数曲線が母線形状となる円弧対数クラウニングが施されている。
【００１９】
図１の符号ｓ２は外輪軌道面１１ａの有効クラウニング長（有効軌道長さ）であり、符号ｓ３は内輪軌道面１２ａの有効クラウニング長（有効軌道長さ）である。
また、図１において、符号ｗ２は外輪軌道面１１ａの有効クラウニング長ｓ２における中央部の範囲を示し、符号ｖ２は有効クラウニング長ｓ２における端部の範囲を示している。
符号ｗ３は外輪軌道面１２ａの有効クラウニング長ｓ３における中央部の範囲を示し、符号ｖ３は有効クラウニング長ｓ３における端部の範囲を示している。
【００２０】
上記の外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａに施す円弧対数クラウニングの形状は、下記の式（１）に基づいて決められている。
【００２１】
【数１】
2010106974.tif 000004
【００２２】
なお、関数if(a,b,c)は、条件式ａが成立する場合には、式ｂに置き換えられ、不成立の場合には、式ｃで置き換えられる関数である。
ここに、
中央部長さ  Ｌ１：Ｌ１＝ｒ１×（ｌe／２）
端部長さ  Ｌ２：Ｌ２＝（ｌe／２）−Ｌ１
中央部円弧半径  Ｒ：Ｒ＝（Ｄ１２＋Ｌ１２）／（２×Ｄ１）
ｘ  ：中央を原点とする座標
ｌe ：有効クラウニング長（有効軌道長さ）
ｒ１ ：有効クラウニング長に対する中央部長さの比（２Ｌ１／ｌe）
Ｄ１  ：中央部と端部とのつなぎ目における落ち量
Ｄ2   ：有効クラウニング長の端における落ち量の対数曲線成分
ｋ  ：対数部の丸みを調整するためのパラメータ（０＜ｋ＜１）
である。
【００２３】
なお、上記の式（１）により形成されるクラウニング形状について、図２を使って補足説明する。
式（１）の円弧式部分（式（１）の前半部分）から図２の円弧曲線Ａが求められ、対数式部分（式（１）の後半部分）から図２の対数曲線Ｂが求められる。
本発明において各軌道面の有効クラウニング長の範囲の両端部のクラウニングに適用される合成曲線Ｃは、円弧曲線Ａと対数曲線Ｂの和として求められる。
【００２４】
図１において符号ｗ２，ｗ３で示す範囲は、各軌道面の有効クラウニング長における中央部長さＬ１に相当し、図２の円弧曲線Ａによるクラウニング形状に形成される
また、図１において符号ｖ２，ｖ３で示す範囲は、各軌道面の有効クラウニング長における端部長さＬ２に相当し、図２の合成曲線Ｃによるクラウニング形状に形成される。
【００２５】
更に、本実施の形態の場合、各軌道面１１ａ，１２ａに施した円弧対数クラウニングが円すいころ１３の転動面１３ａの幅内に収まるように、円弧対数クラウニングを施す各軌道面の有効クラウニング長を規制している。
【００２６】
各軌道面１１ａ，１２ａにおける端面位置の規制は、各軌道面１１ａ，１２ａにおける有効クラウニング長の中心であるクラウニング中心を見極め、そのクラウニング中心が内外輪の端面からどの位置にあるかを規定する。
図３に示すように、クラウニング中心ｃ１は、必要落ち量Ｈを確保する有効クラウニング長ｌeの中心を意味する。
【００２７】
外輪１１の場合は、図４に示すように、台座２１に当接する正面側若しくは背面側の端面位置ｋ１を基準にし、端面位置ｋ１からクラウニング中心ｃ１までの距離Ｙを規定する。
【００２８】
内輪１２の場合は、図５に示すように、台座２３に当接する正面側若しくは背面側の端面位置ｋ２を基準にし、あるいは、大つば１２ｂの端面位置ｋ２を基準にし、端面位置ｋ２からクラウニング中心ｃ１までの距離Ｚを規定する。
【００２９】
以上に説明した本実施の形態の円すいころ軸受１０では、外輪軌道面１１ａ及び内輪軌道面１２ａには、中央部ｗ２，ｗ３が円弧曲線Ａ、両端部ｖ２，ｖ３が円弧曲線と対数曲線との合成曲線Ｃで構成される円弧対数曲線の母線形状となる円弧対数クラウニングを施すもので、クラウニング端部には、例えば、高荷重下でのエッジロードの発生の防止に必要となる大きな落ち量を設定することができる。
【００３０】
また、円すいころ軸受１０は、外輪(CUP）１１と、それ以外（CONE＝内輪１２に複数個の円すいころ１３や保持器１４を組み付けた半組立て体）とに分離できるが、外輪１１を内輪１２側に組み付けた組立状態では、円弧対数クラウニングが円すいころ１３の転動面１３ａ内に収まるように、円弧対数クラウニングを施す軌道面１１ａ，１２ａの有効クラウニング長ｓ２，ｓ３を規制しているため、例えば、高荷重時には、大きな落ち量を設定したクラウニング端部を円すいころ１３の転動面１３ａに確実に接触させて、クラウニング端部でのエッジロードの発生の防止に有効に機能させることができる。
即ち、対数曲線を利用したクラウニング母線形状によってクラウニング端部に設定された大きな落ち量を想定通りに有効に活用することができる。
【００３１】
また、本発明で外輪軌道面１１ａ若しくは内輪軌道面１２ａに施すクラウニングは、必要落ち量Ｈを確保する有効クラウニング長ｌeの範囲に対して、中央部が円弧曲線であり、端部が円弧曲線と対数曲線との合成曲線である円弧対数クラウニングであるため、中央部が直線形状となるクラウニングが施された従来のころ軸受の場合と比較すると、中央部と端部とのつなぎ目をピークのない滑らかなつなぎ目にすることができ、つなぎ目での接触圧力ピークの発生を防止することができる。また、中央部のクラウニング形状を円弧曲線としているため、中央部まで対数曲線で形成するものと比較すると、中央部での落ち量が過大になることを抑えて、使用頻度が高い軽荷重〜中荷重の条件下における接触長さを長くすることができる。
従って、軸受に高荷重が作用したときにエッジロードの発生を防止することができ、更に、軽荷重〜中荷重条件での軸受寿命低下を防止することができる。
【００３２】
更に上記実施の形態の作用・効果を確認するため、上記実施の形態の具体的な実施例である第１実施例及び第２実施例と従来品とについて、性能比較を行った。
図６は本発明の第１実施例と従来品とにおけるラジアル剛性特性の測定比較図、図７は本発明の第１実施例と従来品とにおけるアキシアル剛性特性の測定比較図である。
【００３３】
図６及び図７に示した特性極性ｆ１，ｆ２は、本発明の第１実施例の円すいころ軸受である開発品に対するものであり、特性曲線ｇ１，ｇ２は従来品に対するものである。
図６では所定のラジアル荷重が作用したときのラジアル方向の変位量（μｍ）を測定して比較しており、図７では所定のアキシアル荷重が作用したときのアキシアル方向の変位量（μｍ）を測定したものである。
【００３４】
図６及び図７の特性測定を実施した第１実施例及び従来品は、いずれも、内径が５０ｍｍ、外径が１００ｍｍ、幅が２５ｍｍの円すいころ軸受である。
従来品の円すいころ軸受は、内径、外径、幅については第１実施の形態と共通であるが、内外輪の軌道面に施すクラウニングが、中央部を直線とし、端部を対数曲線とした組み合わせ曲線からなるクラウニング形状になっており、また、内外輪の軌道面の有効クラウニング長が円すいころの転動面より大きく、軌道面上のクラウニング端部が円すいころの転動面から外れる構成になっている。
【００３５】
ラジアル荷重及びアキシアル荷重のいずれに対しても、本発明の第１実施例の円すいころ軸受の方が従来品よりも変位が少ないことが確認でき、ラジアル方向及びアキシアル方向の双方に対して、剛性が向上していることが確認できた。
【００３６】
図８は本発明の第２実施例と従来品とにおける中荷重条件下での耐久性試験の測定比較図、図９は本発明の第２実施例と従来品とにおける高荷重条件下での耐久性試験の測定比較図である。
【００３７】
図８及び図９に示した特性極性ｆ３，ｆ４は、本発明の第２実施例の円すいころ軸受である開発品に対するものであり、特性曲線ｇ３，ｇ４は従来品に対するものである。
図８は、荷重が０．４Ｃｒ相当の中荷重領域での運用における耐久性比較で、図９は荷重が１．６Ｃｒ相当の高荷重領域での運用における耐久性比較である。
【００３８】
図８及び図９の特性測定を実施した第２実施例及び従来品は、いずれも、内径が６５ｍｍ、外径が１０５ｍｍ、幅が１８ｍｍの円すいころ軸受である。
従来品の円すいころ軸受は、内径、外径、幅については第１実施の形態と共通であるが、内外輪の軌道面に施すクラウニングが、中央部を直線とし、端部を対数曲線とした組み合わせ曲線からなるクラウニング形状になっており、また、内外輪の軌道面の有効クラウニング長が円すいころの転動面より大きく、軌道面上のクラウニング端部が円すいころの転動面から外れる構成になっている。
【００３９】
図８に示したように中荷重領域での運用の場合は、従来品と比較して、本発明の第２実施例の方が、寿命が１．３５倍に延びていることが確認できた。また、図９に示したように、高荷重領域での運用の場合は、従来品と比較して、本発明の第２実施例の方が、寿命が１０倍に延びていることが確認できた。
即ち、本発明の実施例は、中荷重領域及び高荷重領域のいずれにおいても寿命の向上が確認でき、クラウニングが有効に機能して軸受性能が向上していることが確認できた。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、外輪軌道面と内輪軌道面の双方に上記の式（１）に基づく円弧対数クラウニングを施したが、外輪軌道面又は内輪軌道面のいずれか一方にのみ上記の式（１）に基づく円弧対数クラウニングを施すようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る円すいころ軸受の一実施の形態の縦断面図である。
【図２】内外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状を構成する円弧曲線と対数曲線との合成曲線の説明図である。
【図３】内外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状のクラウニング中心の説明図である。
【図４】外輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状で規制するクラウニング端部の位置の説明図である。
【図５】内輪の軌道面に施す円弧対数クラウニング形状で規制するクラウニング端部の位置の説明図である。
【図６】第１実施例と従来品とにおけるラジアル剛性特性の測定比較図である。
【図７】第１実施例と従来品とにおけるアキシアル剛性特性の測定比較図である。
【図８】第２実施例と従来品とにおける中荷重条件下での耐久性試験の測定比較図である。
【図９】第２実施例と従来品とにおける高荷重条件下での耐久性試験の測定比較図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  転がり軸受
１１  外輪
１１ａ  外輪軌道面
１２  内輪
１２ａ  内輪軌道面
１３  ころ
１３ａ  転動面
１４  保持器
ｌｅ，ｓ２，ｓ３  有効クラウニング長（有効軌道長さ）
ｖ２，ｖ３  端部
ｗ２，ｗ３  中央部
【図１】
2010106974.tif 000006
【図２】
2010106974.tif 000007
【図３】
2010106974.tif 000008
【図４】
2010106974.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2010106974.tif 000012
【図８】
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【図９】
2010106974.tif 000014