(57)【要約】【課題】  接触応力の増大による軸受寿命に影響を与える角部の程度を明確にすることで重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる転動体およびころ軸受を提供する。【解決手段】  ころ１をころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、ころ転動面１ａの軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、端部クラウニング部１ａｂの少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、任意の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上とした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころ形状を成し外周のころ転動面の端部に端部クラウニング部が形成され、前記ころ転動面における前記端部クラウニング部よりも中央側の部分が外径面ストレート部または中央クラウニング部とされ、ころ軸受に用いられる転動体において、
前記ころ形状のころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、前記ころ転動面の軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、前記端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、
任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたことを特徴とする転動体。
【請求項２】
請求項１記載の転動体において、前記外径面ストレート部または前記中央クラウニング部と前記端部クラウニング部との交点を成す点Ｐ１と、前記外径面ストレート部または前記中央クラウニング部上の任意の点Ｐ２と、前記端部クラウニング部上の任意の点Ｐ３とを取り出す転動体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の転動体において、前記転動体が、円筒ころ、針状ころ、棒状ころ、または円錐ころである転動体。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の転動体を組み込んだころ軸受。
【請求項５】
ころ形状を成し外周のころ転動面の端部に端部クラウニング部が形成され、前記ころ転動面における前記端部クラウニング部よりも中央側の部分が外径面ストレート部または中央クラウニング部とされ、ころ軸受に用いられる転動体を設計する転動体の設計方法において、
前記ころ形状のころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、前記ころ転動面の軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、前記端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、
任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたことを特徴とする転動体の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ころ軸受の転動体およびころ軸受に関し、例えば、一般産業用機械等に適用される技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受で使用されるころからなる転動体の転動面には、面取りエッジ応力による軸受異常を防止する目的でクラウニングが設けられているのが一般的である。しかし、近年は軸受が使用されるアプリケーションの小型化や高性能化により軸受に負荷される荷重は増大する傾向にあり、クラウニングのドロップ量も大きくなってきている。
【０００３】
一方、クラウニングのドロップ量が増大すると、クラウニング接線の傾きも大きくなることから、クラウニングと転動体外径面ストレート部との交点で角部ができる。このため、この角部の部分での接触応力が大きくなり軸受寿命が低下する恐れがある。
この問題に対し、図８に示すように、フルクラウニング形状による角部の緩和（特許文献１）や、図９に示すように、対数曲線形状により端面に行くに従って曲率半径を大きくする（特許文献２）などの対策をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−９５３１８号公報
【特許文献２】特許第４４２９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記対策では、どの程度のクラウニングにすれば内部エッジ応力を抑制することができるかが明確ではなかった。
【０００６】
この発明の目的は、接触応力の増大による軸受寿命に影響を与える角部の程度を明確にすることで重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる転動体および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】
【０００７】
この発明の転動体は、ころ形状を成し外周のころ転動面の端部に端部クラウニング部が形成され、前記ころ転動面における前記端部クラウニング部よりも中央側の部分が外径面ストレート部または中央クラウニング部とされ、ころ軸受に用いられる転動体において、
前記ころ形状のころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、前記ころ転動面の軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、前記端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、
任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたことを特徴とする。
【０００８】
ころ軸受で使用される転動体の外径面にはクラウニングが設けられているのが一般的であるが、面取り位置でのクラウニングドロップ量が増大すると、外径面ストレート部と端部クラウニング部の成す角度が小さくなり、交点に角が発生する。また、端部クラウニング部が２つの円弧を繋ぐ場合には、外径面ストレート部に繋がる１つ目の円弧の半径を大きくすれば、その１つ目の円弧と外径面ストレート部との成す角度を大きくすることができる。しかし、１つ目の円弧と２つ目の円弧との成す角度は小さな角度となってしまう。
【０００９】
そこで、軸受寿命に影響を与える角度を明確にするために、角度と転動面エッジ応力の関係を検討した。
クラウニング幅と最大ドロップ量（有効長さ位置でのドロップ量）を固定した複数の端部クラウニング部形状を作製し、それぞれの円筒ころにつき、定められた条件で荷重を負荷した場合のころ軸方向の面圧分布を計算した。そうすると、ころ転動面における角部の角度と応力比には反比例の相関関係がみられた。これより、角部の角度が大きい方が発生応力が小さくなり、軸受寿命に与える影響も軽微であることが判る。また応力比がα（α＝１．１、最大応力に対してα倍）を超えると、軸受寿命への影響が懸念される。前記「応力比」は、角部で発生した転動面エッジ応力値を、エッジ応力（面取りエッジ応力と転動面エッジ応力）を除く最大応力値で除して求められる。
【００１０】
この構成によると、ころ有効長さＬｅの領域の、端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上とした。計算結果より角部の角度θが１７９．７°以上であれば、応力比α以下となるため、重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる。
前記外径面ストレート部または前記中央クラウニング部と前記端部クラウニング部との交点を成す点Ｐ１と、前記外径面ストレート部または前記中央クラウニング部上の任意の点Ｐ２と、前記端部クラウニング部上の任意の点Ｐ３とを取り出しても良い。
【００１１】
前記転動体が、円筒ころ、針状ころ、棒状ころ、または円錐ころであっても良い。
この発明のころ軸受は、いずれかに記載の転動体を組み込んだものである。前記いずれかの転動体を組み込んだころ軸受を使用することで、内部エッジ応力を抑制し軸受寿命の低下を防止し得るため、軸受を交換する等のメンテナンスに要する費用を低減することができる。
【００１２】
この発明の転動体の設計方法は、ころ形状を成し外周のころ転動面の端部に端部クラウニング部が形成され、前記ころ転動面における前記端部クラウニング部よりも中央側の部分が外径面ストレート部または中央クラウニング部とされ、ころ軸受に用いられる転動体を設計する転動体の設計方法において、
前記ころ形状のころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、前記ころ転動面の軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、前記端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、
任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたことで応力比α以下となるため、重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の転動体は、ころ形状を成し外周のころ転動面の端部に端部クラウニング部が形成され、前記ころ転動面における前記端部クラウニング部よりも中央側の部分が外径面ストレート部または中央クラウニング部とされ、ころ軸受に用いられる転動体において、前記ころ形状のころ軸心を含む平面で切断した見た断面で、前記ころ転動面の軸方向長さであるころ有効長さＬｅの領域の、前記端部クラウニング部の少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、任意の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上としたため、接触応力の増大による軸受寿命に影響を与える角部の程度を明確にすることで重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る転動体の正面図である。
【図２】同転動体の要部の拡大断面図である。
【図３】φ１２ｍｍ×１４ｍｍにおける角度と内部エッジ応力の関係を示す図である。
【図４】φ２４ｍｍ×３８ｍｍにおける角度と内部エッジ応力の関係を示す図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る転動体の要部の拡大断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る転動体の要部の拡大断面図である。
【図７】この発明のいずれかの転動体を組み込んだころ軸受の断面図である。
【図８】従来例の転動体の要部の拡大断面図である。
【図９】他の従来例の転動体の要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係る転動体を図１ないし図４と共に説明する。実施形態の転動体はころ軸受に用いられる「ころ」であり、ころ軸受は、例えば、一般産業用機械等に適用される。但し、ころ軸受は、一般産業用機械以外の用途に適用しても良い。なお以下の説明は、転動体の設計方法についての説明をも含む。
【００１７】
図１は、実施形態に係るころ１の正面図である。同図１に示すように、この実施形態に係るころ１は、外周のころ転動面１ａが図示しない内外輪の軌道面に転動される。ころ転動面１ａは、中央側の部分が円筒面からなる外径面ストレート部１ａａとされ、この外径面ストレート部１ａａに繋がる両端部に、端部クラウニング部１ａｂがそれぞれ形成されている。ころ転動面１ａと、軸方向両側のころ端面１ｂとの間には、面取り１ｃが設けられている。
【００１８】
ころ軸受で使用されるころの外径面には、クラウニングが設けられているのが一般的であるが、面取り位置でのクラウニングドロップ量が増大すると、図２に示すように、外径面ストレート部１ａａと端部クラウニング部１ａｂの成す角度θが小さくなり、交点に角が発生する。また、後述する図５に示すように、端部クラウニング部１ａｂが２つの円弧を繋ぐ場合には、外径面ストレート部１ａａに繋がる１つ目の円弧の半径Ｒ１を大きくすれば、その１つ目の円弧と外径面ストレート部１ａａとの成す角度θ１を大きくすることができる。しかし、前記１つ目の円弧と、この円弧に繋がる２つ目の円弧との成す角度θ２は小さな角度となってしまう。
【００１９】
そこで、軸受寿命に影響を与える角度を明確にするために、角度と転動面エッジ応力の関係を検討した。
先ず、φ１２ｍｍ×１４ｍｍの複数個の円筒ころにおいて、クラウニング幅と最大ドロップ量（有効長さ位置でのドロップ量）を固定した複数の端部クラウニング部形状を作製し、それぞれの円筒ころにつき、軸受動定格荷重Ｃｒの３０％、ミスアライメント：２／１０００の条件で荷重を負荷した場合のころ軸方向の面圧分布を計算した。
計算結果を図３に示す。同図３の横軸は、ころ転動面における角部の角度θであり、同図３の縦軸は応力比を表す。前記「応力比」＝（角部で発生した転動面エッジ応力値）÷｛エッジ応力（面取りエッジ応力と転動面エッジ応力）を除く最大応力値｝
【００２０】
前記と同様の条件でφ２４ｍｍ×３８ｍｍの円筒ころでころ軸方向の面圧分布を計算した場合の計算結果を図４に示す。図３、図４に示すように、いずれのころにおいても、ころ転動面における角部の角度と応力比には反比例の相関関係がみられた。これより、角部の角度が大きい方が発生応力が小さくなり、軸受寿命に与える影響も軽微であることが判る。また応力比が１．１（最大応力に対して１．１倍）を超えると、軸受寿命への影響が懸念される。
【００２１】
応力比１．１の理由について説明する。
寿命を計算する際の動等価荷重Ｐは応力の０．５乗に比例する。よって寿命は、動等価荷重Ｐの−１０／３乗に比例する。これより、微視的なエッジが立つ領域では、応力が１０％増えると、（√１．１）（−１０／３）＝０．８５となり、寿命は１５％低下する。
上記の計算は、微視的な領域の寿命であり、軸受寿命として考えた場合には、軸方向の分割幅と転動体個数が計算式に含まれるため、軸受型番毎に異なり、軸受寿命の減少は上記の計算とは異なる。
【００２２】
図３、図４の計算結果より、両型番とも角部の角度θが１７９．７°以上であれば、応力比１．１以下となる。すなわち、図１および図２に示すように、ころ１をころ軸心Ｌａを含む平面で切断して見た断面で、ころ転動面１ａの軸方向長さであるころ有効長さＬｅの端部クラウニング部１ａｂの少なくとも一部を含むころ軸方向に０．１Ｌｅの任意の範囲内で、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を取り出し、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θを１７９．７°以上とした。
【００２３】
角部の角度θが１７９．７°以上であれば、応力比１．１以下となるため、重荷重条件下での軸受寿命の低下を防止することができる。前記点Ｐ１は、外径面ストレート部１ａａと端部クラウニング部１ａｂとの交点を成す点であり、前記点Ｐ２は、外径面ストレート部１ａａ上の任意の点であり、前記点Ｐ３は、端部クラウニング部１ａｂ上の任意の点である。なお、外径面ストレート部１ａａと端部クラウニング部１ａｂとの交点Ｐ１は、丸めることが好ましいが、その場合でも応力集中は起こるため、角度θを１７９．７°以上とする必要がある。
【００２４】
０．１Ｌｅとする理由について説明する。
微視的な応力集中を議論するため、角度を定義する３点を取る範囲は狭くする必要がある。
【００２５】
３点を取る範囲は上記より狭くする必要があるが、あまり狭いと次のような問題がある。
・実際にころを測定し、３点の成す角を求める場合に、粗さやうねりの成分が入ってくる。
・実際に測定した際に３点のドロップ量の差が出にくい（測定誤差を考慮しドロップ量差が１μｍ程度は必要と考える）。
上記より３点を取る範囲は、最低でも０．１Ｌｅは必要であると考えた。
【００２６】
他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２７】
図５に示すように、複数（この例では２つ）の端部クラウニング部を有するころ１についても、角部の角度θ１，θ２をそれぞれ１７９．７°以上とする。この実施形態のころ１は、外径面ストレート部１ａａの端部に、順次、第１，第２の端部クラウニング部１ａｃ，１ａｄが繋がっている。また例えば第２の端部クラウニング部１ａｄの曲率半径Ｒ２は、第１の端部クラウニング部１ａｃの曲率半径Ｒ１よりも大きく設定されている。点Ｐ１は、外径面ストレート部１ａａと第１の端部クラウニング部１ａｃとの交点を成す点である。点Ｐ３は、第１の端部クラウニング部１ａｃ上の任意の点である。
【００２８】
また第１の端部クラウニング部１ａｃと第２の端部クラウニング部１ａｄとの交点を成す点Ｐ４と、第２の端部クラウニング部１ａｄ上の任意の点Ｐ５を取り出す。前述の実施形態と同様に、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１と、点Ｐ１と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ２との成す角度θ１を１７９．７°以上とする。さらに点４と点Ｐ３とを結ぶ直線Ｌ３と、点Ｐ４と点Ｐ５とを結ぶ直線Ｌ４との成す角度θ２を１７９．７°以上とすることで、応力比１．１以下となるため、軸受寿命の低下を防止し得る。
【００２９】
前記各実施形態では、ころ転動面における端部クラウニング部よりも中央側の部分を、外径面ストレート部としているが、この例に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、ころ転動面１ａの前記中央側の部分を、曲率半径Ｒ３から成る中央クラウニング部１ａｅとし、この中央クラウニング部１ａｅに、曲率半径Ｒ４から成る端部クラウニング部１ａｂが繋がる構成としても良い。この場合にも、直線Ｌ１と直線Ｌ２との成す角度θ３を１７９．７°以上とすることで、応力比１．１以下となるため、軸受寿命の低下を防止し得る。
単一または複数の直線または円弧で構成されるクラウニングに適用しても良く、クラウニング形状には依存しない。
【００３０】
図７は、前記各実施形態のいずれかの転動体を組み込んだころ軸受の断面図である。
前記ころ軸受は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在する複数のころ１と、これらころ１を円周方向一定間隔おきに保持する保持器４とを有する。ころ軸受に、前記いずれかの転動体を組み込むことで、内部エッジ応力を抑制し軸受寿命の低下を防止し得るため、軸受を交換する等のメンテナンスに要する費用を低減することができる。
ころが、針状ころ、棒状ころ、または円錐ころであっても良い。
３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を、ころ有効長さＬｅの領域のころ軸方向に０．１Ｌｅの前記範囲内で任意に設定しても良い。例えば、外径面ストレート部に３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を設定しても良い。その場合、前記３点の成す角度θが１８０°となり、１７９．７°以上の要件を満たす。
【符号の説明】
【００３１】
１…ころ
１ａ…ころ転動面
１ａａ…外径面ストレート部
１ａｂ…端部クラウニング部
１ａｅ…中央クラウニング部
【図１】
2015048860.tif 000003
【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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