(57)【要約】【課題】  追加の部品等を設けることなく、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができ、さらに設計の自由度を高め得る円すいころ軸受組を提供する。【解決手段】  この円すいころ軸受組は、背面合わせで共通の軸Ｓｈに嵌合される一対の円すいころ軸受からなる。各円すいころ軸受における外輪軌道面２ａの軸受軸心Ｃに対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面２ａところ３との接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを大とした。【選択図】      図１
2011226551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、
ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする円すいころ軸受組。
【請求項２】
請求項１において、各円すいころ軸受のうち内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、単一の曲率を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとし、外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、直線で形成した円すいころ軸受組。
【請求項３】
請求項１において、各円すいころ軸受のうち内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、部分的な円弧形状を含む部分円弧クラウニングとし、外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、直線で形成した円すいころ軸受組。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、外輪に、ころ大端面に接する鍔を設けた円すいころ軸受組。
【請求項５】
背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、
ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする円すいころ軸受組。
【請求項６】
正面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする円すいころ軸受組。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、各円すいころ軸受のうち外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、単一の曲率を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとし、内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、直線で形成した円すいころ軸受組。
【請求項８】
請求項５または請求項６において、各円すいころ軸受のうち外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、部分的な円弧形状を含む部分円弧クラウニングとし、内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、直線で形成した円すいころ軸受組。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、ころを軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記ころ転動面を、対数曲線で表現される対数クラウニング形状とした円すいころ軸受組。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項の円すいころ軸受組に予圧を付与して用いる回転機械。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項の円すいころ軸受組を用いた工作機械主軸。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項の円すいころ軸受組を、アルミニウム合金からなるハウジングに嵌合させた自動車用トランスミッション。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項の円すいころ軸受組を、アルミニウム合金からなるハウジングに嵌合させた自動車用終減速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、予圧を付与して使用される円すいころ軸受組に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型自動車のハブや後輪駆動または四輪駆動の自動車の後輪側終減速装置ピニオン軸、鉄道車両ジャーナル、重切削用の工作機械の主軸等は、背面合わせの円すいころ軸受で支持されることが多い。前記「背面合わせ」とは、軸受の背面を向かい合わせて組み合わせたラジアル軸受である。この背面合わせの円すいころ軸受は、通常、予圧を付与して使用される。また、自動車用のトランスミッションのシャフトや終減歯車等では、軸受の正面合わせで予圧を付与して使用される。前記「正面合わせ」とは、軸受の正面を向かい合わせて組み合わせたラジアル軸受である。
予圧は、軸受の剛性と寿命の確保のために付与されるが、軸受使用中に軸受周辺の温度が変化すると熱膨張によって予圧が抜けることがある。
【０００３】
従来、正面合わせで用いる自動車トランスミッション用の円すいころ軸受において、外輪を板ばねで軸方向に押圧して予圧抜けを防止する技術が提案されている（特許文献１）。
内輪およびころを含む内輪ユニットと、外輪との円すい角の頂点をずらし、予圧が抜けてもころ小端部と外輪軌道面とのいわゆるエッジ当たりを解消することで、軸受の長寿命化を図る技術が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
円すいころ軸受の接触角と軸受間距離を一定の割合に設計することで、温度上昇時の軸方向の伸びによる予圧抜けと半径方向の伸びによる予圧増加を相殺する技術が提案されている（特許文献３）。
鋼とは異なる線膨張係数の材料で製作したシムを、外輪端面に当接させ、シムの熱膨張により外輪を軸方向に移動させて予圧抜けを防止する技術が提案されている（特許文献４，５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−３５６４２号公報、図１，図３
【特許文献２】特開２００６−２３４０８７号公報
【特許文献３】特開２００８−１１０４２６号公報
【特許文献４】特開２００８−２４９０１９号公報
【特許文献５】特開２００９−７９６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記板ばねやシムを用いて予圧抜けを防止するものでは、追加の部品が必要となるため、構造が複雑化し、製造コストが高くなる。
前記内輪ユニットと外輪との円すい角の頂点をずらすものは、予圧抜けによる寿命低下には効果があるが、軸受の剛性を確保できない。
円すいころ軸受の接触角と軸受間距離を一定の割合に設計するものでは、寸法が制約され、設計の自由度が低くなる問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、追加の部品等を設けることなく、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができ、さらに設計の自由度を高め得る円すいころ軸受組を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明における第１の発明の円すいころ軸受組は、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする。
前記「接触長さ」とは、いわゆるアキシアル平面において、軸受に一定のラジアル荷重またはアキシアル荷重、もしくはその両方の合成荷重が作用した状態の、ころ転動面と軌道面とが接触した部分の長さを言う。但し、厳密に荷重が作用していない場合は理想状態では点となる。
【０００９】
背面合わせで使用される一対の円すいころ軸受において、外輪に対するコーンアセンブリ（内輪ところ、および保持器からなるサブユニット）の温度差をΔｔ、線膨張係数をαとすると、ころと外輪の干渉量の変化Δδは簡易的に以下のように表される。
【数１】
2011226551.tif 000003
すなわち、ころと外輪の干渉量の変化Δδが負でその絶対値が大きい程、予圧抜けが大きいことを意味する。したがって、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下ならば、Δｔを大とすることによってΔδ（＞０）を大とすることができ、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下ならば、Δｔを小とすることによってΔδ（＜０）を大とすることができる。
【００１０】
通常の運転条件では、外輪よりも内輪側の方が温度が高くなるから、Δｔを小とするためには、外輪側の発熱を大とする必要がある。ころ転動面と外輪軌道面との接触部の接触長さを、ころ転動面と内輪軌道面との接触部の接触長さよりも大とすると、軸受に同一の荷重が作用したとき、一般に接触部が短い方が摩擦損失は小さくなるので、外輪側で大きな発熱を生じ、内輪側の発熱は相対的に小さくなる。逆に、Δｔを大とするためには、外輪側の発熱を小とする必要がある。すなわち、通常の運転条件で内輪側の発熱が十分でない場合、ころ転動面と内輪軌道面との接触部の接触長さを、ころ転動面と外輪軌道面との接触部の接触長さよりも大とする。
【００１１】
この構成によると、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを大としたため、軸受運転中、外輪側での発熱を大きくし、内輪側での発熱を相対的に小さくすることができる。このため、外輪側と内輪側の接触部の接触長さが同程度である場合と比較して、外輪側の熱膨張が大きくなり、内輪側の熱膨張は小さくなる。したがって、ころと外輪の干渉量の変化Δδが負でその絶対値を大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。従来のものと比較して、板ばね、シム等の追加の部品を設けることなく予圧抜けを防止することができる。このように部品点数の低減を図り、構造を簡単化できるため、製造コストの低減を図ることができる。
【００１２】
第１の発明において、各円すいころ軸受のうち内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、単一の曲率を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとし、外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、直線で形成しても良い。
この場合、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さよりも、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを確実に且つ容易に大とすることができる。内輪軌道面の単一円弧クラウニングは加工が容易であるため、製造コストの低減を図れる。
【００１３】
第１の発明において、各円すいころ軸受のうち内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、部分的な円弧形状を含む部分円弧クラウニングとし、外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、直線で形成しても良い。
この場合、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さよりも、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを確実に大とすることができる。また、前記部分円弧クラウニングは、ストレート部を基準にして高精度に測定できるため、高精度な加工が可能である。
【００１４】
前記いずれかの発明において、外輪に、ころ大端面に接する鍔を設けても良い。この場合、発熱源の一部を内輪側から外輪側に変更できるので、さらに外輪側の温度が上昇し易くなる。よって、ころと外輪の干渉量の変化Δδが負でその絶対値をさらに大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００１５】
この発明における第２の発明の円すいころ軸受組は、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたため、外輪側の発熱を小とし、Δｔを大とすることができる。よって、ころと外輪の干渉量の変化Δδが負でその絶対値をさらに大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００１７】
この発明における第３の発明の円すいころ軸受組は、正面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたことを特徴とする。
正面合わせの場合は、予圧抜けが問題となる場合には、ハウジング側の方が膨張量が大きいので、外輪側よりも内輪側の発熱量を大きくする必要がある。正面合わせの円すいころ軸受組で、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたため、外輪側よりも内輪側の発熱量を大きくして、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００１８】
第２または第３の発明において、各円すいころ軸受のうち外輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面を、単一の曲率を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとし、内輪を軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面を、直線で形成しても良い。外輪軌道面の単一円弧クラウニングは加工が容易であるため、製造コストの低減を図れる。
【００１９】
前記いずれかの発明において、ころを軸受軸心を含む平面で切断して見た断面における前記ころ転動面を、対数曲線で表現される対数クラウニング形状としても良い。ころ転動面は、軌道輪との実質的な接触長さを確保するため、対数曲線で表現されるクラウニング形状、いわゆる対数クラウニングとすることが望ましい。最適に設計された対数クラウニングであれば、他のクラウニングと比較して、面圧を可能な限り低減することが可能であり、すなわち、エッジロードを防止しつつ接触部の接触長さを長くすることができる。
【００２０】
この発明の回転機械は、前記いずれかの発明の円すいころ軸受組に予圧を付与して用いるものであっても良い。
この発明の工作機械主軸は、前記いずれかの発明の円すいころ軸受組を用いたものであっても良い。
この発明の自動車用トランスミッションは、前記いずれかの発明の円すいころ軸受組を、アルミニウム合金からなるハウジングに嵌合させたものであっても良い。
【発明の効果】
【００２１】
この発明における第１の発明の円すいころ軸受組は、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さを大としたため、追加の部品等を設けることなく、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができ、さらに設計の自由度を高め得る。
【００２２】
この発明における第２の発明の円すいころ軸受組は、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における外輪軌道面の軸受軸心に対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面ところとの接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心との半径方向距離をｒとしたとき、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたため、追加の部品等を設けることなく、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができ、さらに設計の自由度を高め得る。
【００２３】
この発明における第３の発明の円すいころ軸受組は、正面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組であって、各円すいころ軸受における、ころ転動面と外輪軌道面との接触長さより、ころ転動面と内輪軌道面との接触長さを大としたため、追加の部品等を設けることなく、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができ、さらに設計の自由度を高め得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態に係る円すいころ軸受組の断面図である。
【図２】同円すいころ軸受組における各円すいころ軸受の要部断面図である。
【図３】同円すいころ軸受の内輪のクラウニング形状を拡大して示す図である。
【図４】同円すいころ軸受のころのクラウニング形状を示す図である。
【図５】内外輪のクラウニングの有無と、発熱量との関係を説明する図である。
【図６】この発明の他の実施形態に係る円すいころ軸受組の内輪のクラウニング形状を示す図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態に係る円すいころ軸受組における各円すいころ軸受の断面図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態に係る円すいころ軸受組の断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係る円すいころ軸受組の断面図である。
【図１０】この発明の実施形態に係る円すいころ軸受組を工作機械主軸の支持に用いた例を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施形態に係る円すいころ軸受組を自動車用トランスミッションに組込んだ例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。以下の説明は、円すいころ軸受組みの設計方法の説明をも含む。この実施形態に係る円すいころ軸受組みは、図１に示すように、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる。図１、図２に示すように、各円すいころ軸受は、内輪１と、外輪２と、これら内外輪１，２間に介在する複数個の円すいころ３とを備えている。前記円すいころ３を単に「ころ３」という場合がある。内輪１の外周に内輪軌道面１ａが形成され、この内輪軌道面１ａの大径側および小径側には、大つば４および小つば５がそれぞれ設けられている。外輪２は、内周に前記内輪軌道面１ａに対向する外輪軌道面２ａが形成され、つば無しとされている。
【００２６】
ころ３は、外周が転動面３ａとして形成され、前記内輪軌道面１ａと外輪軌道面２ａとの間で転動自在となっている。各ころ３は、図２に示すように、保持器Ｒｔのポケット内に収容され、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。なお、図１では保持器Ｒｔを省略している。軌道輪における正面は、アキシアル荷重を支持しない軌道輪側面（「端面」ともいう）を表し、軌道輪における背面は、アキシアル荷重を支持する軌道輪側面を表す。軸受全体においては、外輪の向きを持ってその正面、背面を定める。
【００２７】
図１に示すように、前記背面合わせで使用される一対の円すいころ軸受において、各円すいころ軸受における外輪軌道面２ａの軸受軸心Ｃに対する角度をθとし、両円すいころ軸受の外輪軌道面２ａところ３との接触部中心間の軸方向距離をＬとし、前記接触部中心と軸受軸心Ｃとの半径方向距離をｒとする。前記「接触部中心」とは、円すいころ軸受のアキシアル平面において、軸受に一定のラジアル荷重が作用した状態の、ころ転動面３ａと、外輪軌道面２ａとが接触した部分の長さの中間点を指す。外輪２に対するコーンアセンブリ（内輪１ところ３、および保持器Ｒｔからなるサブユニット）の温度差をΔｔ、線膨張係数をαとすると、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δδは簡易的に以下の式（１）のように表される。
【数２】
2011226551.tif 000004
すなわち、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δdが負でその絶対値が大きい程、予圧抜けが大きいことを意味する。したがって、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下ならば、Δｔを大とすることによってΔδ（＞０）を大とすることができ、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下ならば、Δｔを小とすることによってΔδ（＜０）を大とすることができる。
【００２８】
通常の運転条件では、外輪２よりも内輪１側の方が温度が高くなるから、Δｔを小とするためには、外輪２側の発熱を大とする必要がある。ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触部の接触長さを、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触部の接触長さよりも大とすると、軸受に同一の荷重が作用したとき、一般に接触部が短い方が摩擦損失は小さくなるので、外輪側で大きな発熱を生じ、内輪側の発熱は相対的に小さくなる。逆に、Δｔを大とするためには、外輪側の発熱を小とする必要がある。すなわち、通常の運転条件で内輪側の発熱が十分でない場合、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触部の接触長さを、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触部の接触長さよりも大とする。
【００２９】
この実施形態では、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下において、各円すいころ軸受における、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを大としている。すなわち、各円すいころ軸受は、同円すいころ軸受を軸受軸心Ｃを含む平面（アキシアル平面）で切断して見た断面における、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを大としている。前記「接触長さ」とは、前記アキシアル平面において、軸受に一定のラジアル荷重が作用した状態の、ころ転動面３ａと、内輪軌道面１ａまたは外輪軌道面２ａとが接触した部分の長さを言う。具体的に、内輪１を前記アキシアル平面で切断して見た断面における内輪軌道面１ａを、単一の曲率Ｒ１（図３）を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとしている。さらに外輪２を前記アキシアル平面で切断して見た断面における外輪軌道面２ａを直線で形成している。また、図２および図４に示すように、ころ３を前記アキシアル平面で切断して見た断面におけるころ転動面３ａを、対数曲線で表現されるクラウニング形状としている。
【００３０】
前記のように軌道輪にクラウニングを施すと、軸受に一定のラジアル荷重が作用した場合に、例えば軌道輪にクラウニングを施さないものよりも、ころ転動面３ａと軌道面との接触部の接触長さが短くなる。なお、軌道面の断面形状が単一曲率の円弧形状であれば、前記軌道面ところ転動面３ａとの接触部は点接触となるが、軸受に一定のラジアル荷重またはアキシアル荷重、もしくはその両方の合成荷重を負荷することで、前記軌道輪ところ３とは接触部を含む微小な範囲で弾性変形する。この弾性変形により、前記軌道面ところ転動面３ａとの接触部が線接触となる。よって、接触部の接触長さを比較し得る。
【００３１】
軌道輪にクラウニングを施すと、クラウニングを施さないものより接触部の接触長さが短くなる。表１は、内外輪１，２のクラウニングの有無と、発生する摩擦熱の計算結果の比較である。表１において、それぞれ内輪１での発生熱量を「１」としたときの外輪２で発生する摩擦熱の比を示している。
【００３２】
【表１】
2011226551.tif 000005
【００３３】
前記表１によると、外輪２にクラウニングを施すと、外輪２の発熱量比が低下しており、相対的に内輪１での発熱量が増加することがわかる。したがって、内輪１およびこの内輪内周面に嵌合される軸Ｓｈの温度が高くなって軸Ｓｈの膨張が助長される。
一方、内輪１にクラウニングを施すと、相対的に外輪２の発熱量が大きくなり、外輪外周面に嵌合されるハウジングＨｓの膨張が助長される。
この実施形態では、一対の円すいころ軸受が背面合わせで且つｒ＜Ｌｔａｎθである。この場合、Δｔを小とするためには、図５（ｃ）に示すように、内輪軌道面１ａに前述のクラウニングを施し、外輪軌道面２ａを直線で形成する。
【００３４】
以上説明した円すいころ軸受組によると、ｒ＜Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを大としたため、軸受運転中、外輪側での発熱を大きくし、内輪側での発熱を相対的に小さくすることができる。このため、外輪側と内輪側の接触部の接触長さが同程度である場合と比較して、外輪側の熱膨張が大きくなり、内輪側の熱膨張は小さくなる。したがって、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δδが負でその絶対値を大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。従来のものと比較して、板ばね、シム等の追加の部品を設けることなく予圧抜けを防止することができる。このように部品点数の低減を図り、構造を簡単化できるため、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
各円すいころ軸受のうち内輪１を軸受軸心Ｃを含む平面で切断して見た断面における前記内輪軌道面１ａを、単一の曲率を有する円弧形状からなる単一円弧クラウニングとし、外輪２を軸受軸心Ｃを含む平面で切断して見た断面における前記外輪軌道面２ａを、直線で形成した場合、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さよりも、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを確実に且つ容易に大とすることができる。内輪軌道面１ａの単一円弧クラウニングは加工が容易であるため、製造コストの低減を図れる。
【００３６】
ころ転動面３ａは、外輪２との実質的な接触長さを確保するため、対数曲線で表現されるクラウニング形状、いわゆる対数クラウニングとしているため、最適に設計された対数クラウニングであれば、他のクラウニングに比較して、面圧を可能な限り低減することが可能である。すなわち、エッジロードを防止しつつ接触部の接触長さを長くすることができる。
【００３７】
この発明の他の実施形態として、図６に示すように、内輪１を前記アキシアル平面で切断して見た断面における内輪軌道面１ａを、部分的な円弧形状Ｒ２，Ｒ３を含む部分円弧クラウニングとし、外輪２をアキシアル平面で切断して見た断面における外輪軌道面２ａを、直線（図２）で形成しても良い。前記部分円弧クラウニングは、軌道面中央のストレート部６と、このストレート部６になめらかに続く軌道面大径側および小径側両端のクラウニング部７，８とでなる。この場合にも、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さよりも、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さを確実に大とできる。また、前記部分円弧クラウニングは、ストレート部６を基準にして高精度に測定できるため、全体として高精度な加工が可能である。したがって、内輪側の熱膨張をより小さくし得る円すいころ軸受を得ることができる。
【００３８】
図７に示すように、外輪２に、ころ大端面３ｂに接する鍔９を設けても良い。この外輪２をアキシアル平面で切断して見た断面における外輪軌道面２ａは直線で形成される。内輪軌道面１ａは、図３と同様の単一円弧クラウニングまたは図６と同様の部分円弧クラウニングが形成される。但し、内輪１には、大つば、小つばが形成されていない。
この構成によると、内輪１の大つばところ大端面３ｂとの間で発熱する発熱源の一部を、内輪側から外輪側に変更できるので、さらに外輪側の温度が上昇し易くなる。よって、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δδが負でその絶対値をさらに大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００３９】
図８に示すように、背面合わせで共通の軸に嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組において、ｒ＞Ｌｔａｎθの条件下で、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さを大としても良い。
この場合、外輪側の発熱を小とし、Δｔを大とすることができる。よって、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δδが負でその絶対値をさらに大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００４０】
図９に示すように、正面合わせで共通の軸Ｓｈに嵌合される一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組とし、各円すいころ軸受における、ころ転動面３ａと外輪軌道面２ａとの接触長さより、ころ転動面３ａと内輪軌道面１ａとの接触長さを大としても良い。この場合にも、前記図８の構成と同様に、外輪側の発熱を小とし、Δｔを大とすることができる。よって、ころ３と外輪２の干渉量の変化Δδが負でその絶対値をさらに大きくすることができる。これにより、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００４１】
図１０は、前記実施形態の背面合わせの一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組を、工作機械主軸に組み込んだものである。工作機械主軸用軸受では、加工精度を高めるために剛性を確保することがきわめて重要である。同軸受にばね等を用いて定圧予圧を付与することも可能であるが、構造の簡素化のために定位置予圧も多く用いられる。この例では、内外輪１，２および間座１０等の幅寸法を調整しておき、軸Ｓｈの雌ねじにナット１１を螺合することで、円すいころ軸受組に軸方向の定位置予圧が付与される。この定位置予圧の場合、温度分布を最適化し、軸受運転中に予圧の減少を防止することが肝要である。本発明のいずれかの実施形態の円すいころ軸受組を工作機械用主軸Ｓｈに組み込んだ場合、定位置予圧にて軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。また、この場合、定圧予圧のものより全体構造を簡素化でき、製造コストの低減を図れる。なお前記正面合わせの一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組を、工作機械主軸に組み込んでも良い。
【００４２】
図１１は、前記実施形態の正面合わせの一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組を、自動車用トランスミッションに組込んだ例を示す断面図である。この例では、ハウジングＨｓを軽量化のためにアルミニウム合金からなるものとし、このハウジングＨｓに、正面合わせの一対の円すいころ軸受が組み込まれている。軸Ｓｈの外周には図示外の歯車が取付けられている。
前記アルミニウム合金の線膨張係数は、鋼の線膨張係数の約２倍と大きいため、軸ＳｈとハウジングＨｓが同程度の温度となった場合、線膨張係数の大きいアルミニウム合金からなるハウジングＨｓの方が熱膨張が大きい。このため軸受にとっては予圧が抜ける方向に作用する。このような場合であっても、前記実施形態の正面合わせの一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組を、自動車用トランスミッションに組込んだため、軸受運転中の熱膨張による予圧抜けを防止して、軸受の剛性の低下および軸受寿命の低下を防ぐことができる。
【００４３】
前記いずれかの実施形態に係る一対の円すいころ軸受からなる円すいころ軸受組を、大型自動車のハブや後輪駆動または四輪駆動の自動車の後輪側終減速装置ピニオン軸、鉄道車両ジャーナルの主軸に嵌合して設けても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…内輪
１ａ…内輪軌道面
２…外輪
２ａ…外輪軌道面
３…ころ
３ａ…ころ転動面
Ｓｈ…軸
ＨＳ…ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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