(57)【要約】ベルト式無段変速機の回転支持部に用いられ、外輪２１と内輪２２との間に複数の円筒ころ２３が周方向に転動自在に配設されたベルト式無役変速機用円筒ころ軸受２０は、ころ軌道面２３ａの形状がフルクラウニングとされると共に、該フルクラウニングの曲率半径Ｒが、円筒ころ２３の直径Ｄａ及びころ長さＬに対して、０．０１≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３の関係を満足するように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト式無段変速機の回転支持部に用いられ、外輪軌道と内輪軌道との間に複数のころが周方向に転動自在に配設されたベルト式無段変速機用ころ軸受において、
外輪軌道面、内輪軌道面及びころ軌道面の少なくとも一つの軌道面の形状がフルクラウニングとされると共に、該フルクラウニングの曲率半径Ｒが、前記ころの直径Ｄａ及びころ長さＬに対して、０．０１≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３の関係を満足するように構成されることを特徴とするベルト式無段変速機用ころ軸受。
【請求項２】
前記内輪軌道面は、内輪に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のベルト式無段変速機用ころ軸受。
【請求項３】
前記内輪軌道面は、回転軸に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のベルト式無段変速機用ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はベルト式無段変速機用ころ軸受に関し、特に、無端ベルトとプーリ間の摩擦係数を安定させ、低燃費を実現するために低粘度のＣＶＴフルード（又はＡＴＦ兼用油）を用いた条件下においても、耐久時に発生する早期はくりを防止することができるベルト式無段変速機用ころ軸受に関する。
【背景技術】  自動車用のベルト式無段変速機としては、例えば、特公平８−３０５２６号公報に記載されたようなものが知られている。
このようなベルト式無段変速機は、図３に示されるように、互いに平行に配置された入力側回転軸１と出力側回転軸２とを有する。入力側回転軸１は、エンジン３により、トルクコンバータ４、電磁クラッチ等の発進クラッチを介して回転駆動される。そして、出力側回転軸２の回転は、減速歯車列８及びデファレンシャルギヤ９を介して、左右一対の駆動輪１０に伝達される。
これらの入力側回転軸１及び出力側回転軸２は、それぞれ一対の転がり軸受５，６により、図示しない変速機ケース内に回転自在に支持されている。
前記入力側回転軸１の中間部には駆動側プーリ１１を設け、駆動側プーリ１１と入力側回転軸１とが同期して回転するようにしている。駆動側プーリ１１を構成する一対の駆動側プーリ板１２，１２同士の間隔は、図示しない駆動側変位ユニットにより調節自在である。即ち、駆動側プーリ１１の溝幅は、この駆動側変位ユニットにより拡縮自在である。
又、出力側回転軸２の中間部には従動側プーリ１３を設け、従動側プーリ１３と出力側回転軸２とが同期して回転するようにしている。従動側プーリ１３を構成する一対の従動側プーリ板１４，１４同士の間隔は、図示しない従動側変位ユニットにより調節自在である。即ち、従動側プーリ１３の溝幅は、この従動側変位ユニットにより拡縮自在である。そして、この従動側プーリ１３と上記駆動側プーリ１１とに、無端ベルト１５を掛け渡している。
上述の様に構成するベルト式無段変速機では、エンジン３からトルクコンバータ４及び発進クラッチを介して入力側回転軸１に伝達された動力は、駆動側プーリ１１から無端ベルト１５を介して従動側プーリ１３に伝達される。
尚、この無端ベルト１５としては、押し付け方向に動力を伝達するものと、引っ張り方向に動力を伝達するものとが知られている。何れにしても、従動側プーリ１３に伝達された動力は、出力側回転軸２から減速歯車列８、デファレンシャルギヤ９を介して駆動輪１０に伝達される。
そして、入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の変速比を変える場合には、上記駆動側プーリ１１及び従動側プーリ１３の溝幅を互いに関連させつつ拡縮する。
例えば、入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の減速比を大きくする場合には、駆動側プーリ１１の溝幅を大きくすると共に、従動側プーリ１３の溝幅を小さくする。この結果、無端ベルト１５の一部でこれら駆動側プーリ１１及び従動側プーリ１３に掛け渡された部分の径が、駆動側プーリ１１部分で小さく、従動側プーリ１３部分で大きくなり、入力側回転軸１と出力側回転軸２との間で減速が行なわれる。
反対に、入力側回転軸１と出力側回転軸２との間の増速比を大きく（減速比を小さく）する場合には、駆動側プーリ１１の溝幅を小さくすると共に、従動側プーリ１３の溝幅を大きくする。
この様な構成のベルト式無段変速機においては、金属製の無端ベルトとプーリとの摩擦係数を増大して安定させて低燃費を実現するため、１００ｃｃ／ｍｉｎ以上のＣＶＴフルード（ＡＴＦ兼用油）にて潤滑しているが、プーリを支持する転がり軸受には、無端ベルトとプーリとの摩耗粉やギア粉などが混入する可能性が高いため、軸受サイズを大きくするか、又は転動体直径を大きくし、例えば円筒ころ軸受を用いて基本動定格荷重を大きくした軸受の設計を行う必要がある。
ところで、円筒ころ軸受の使用においては、一般に、エッジロード（端荷重）の発生を防止するために、円筒ころの軌道面又は軌道輪の軌道面にクラウニングが施される。このようなクラウニングとして、転動面又は軌道面の母線を一定曲率の円弧にするフルクラウニング、転動面（又は軌道面）の両端部に軌道面（転動面）から遠ざかるテーパ面が形成された台形クラウニング、転動面又は軌道面の母線を対数曲線にする対数クラウニングが知られている。
例えば、実開平５−２２８４５号公報では、内外軌道輪間に転動自在に配設された多数のころを有し、各軌道輪ところとが線接触すると共に、一方の軌道輪のみの両端に案内鍔を形成したころ軸受であって、案内鍔を具備する軌道輪の軌道面には中央の直線部を残して両鍔側にクラウニングを施して台形クラウニングを形成し、案内鍔を具備しない他方の軌道輪の軌道面にはフルクラウニングを施す技術が開示されている。
又、特開２００１−１２４０８９号公報では、内筒ころの転動面における応力の均一化を図るために、円筒ころの転動面には、任意の位置におけるドロップ量Ｙが、軸方向中心Ｍからその位置までの軸方向距離Ｘの関数として表されるクラウニングが施され｛Ｙ＝ＡＸＢ（Ａ、Ｂは任意の数）｝、転動面における、ドロップ量Ｙが５μｍ以下（Ｙ１）となる領域の軸方向長さＬ１が、円筒ころの軸方向長さＬ０の５０％以上に設定され、さらにドロップ量Ｙの最大値Ｙ０が、円筒ころの軸方向長さＬ０の０．１５％以上に設定されている技術が開示されている。
ところが、一般の円筒ころ軸受において軌道面やころ転動面にフルクラウニングや台形クラウニングを施した場合には、軸受に大きなモーメントが作用して軌道輪と円筒ころが傾いたときに発生するエッジロードを防止するために、クラウニングを大きくすると負荷容量が減少するという問題がある。
また、対数クラウニングの場合には、形状が複雑であるため、加工が困難で、コストが高くなるという問題がある。
更に、上述のベルト式無段変速機に組み込む各転がり軸受には、標準的な軸受鋼２種（ＳＵＪ２）の外輪、内輪及び転動体を使用しているが、ベルト式無段変速機の効率（低燃費）を確保し、運転時に発生する騒音を少なく抑えると共に、駆動側及び従動側の両プーリや無端ベルトの摩耗を抑えるには、使用するＣＶＴフルードを低粘度にする傾向にある。
そこで、標準的な軸受鋼２種の材料を用いた転がり軸受では、ベルト変動に伴う振動により、異物混入による圧痕起点型はくりではなく、自転すべりや公転すべり、差動すべりやスキューにより、軌道輪と転動体の間の金属接触が発生し、早期はくりが発生することが考えられる。
これは、軸受温度が１００℃を超える環境下で低粘度のＣＶＴフルード（基油動粘度が４０℃時４０ｍｍ２／ｓｅｃ以下、１００℃時１０ｍｍ２／ｓｅｃ以下）が軸受の潤滑油として使用されるため、軸受内部は想定以下の潤滑量（潤滑不足）となり、慢性的な油膜形成不足になるものと推定される。
又、ベルト式無段変速機における変速機ケースは、ハウジング剛性が低いので、外輪軌道面の変形に伴い、転動体と軌道面間では上記すベりの影響により油膜切れが起こり、軌道面が活性化された状態となるため、例えば水素侵入による水素脆性はくりや、金属接触に伴う表面疲労が促進し、早期はくりが発生することが問題となる。
従って、実開平５−２２８４５号公報や特開２００１−１２４０８９号公報の効果、狙いである、軸受の取り付け誤差や外力モーメント荷重により、内外輪が相対的傾き角を有するような使い方において、内外両軌道輪に適正なクラウニングを施すことにより、エッジロードの発生がなく、単一曲率の数値規定がないため案内鍔にもころ端面のかじりを発生することがなくなる仕様であっても、上記ベルト式無段変速機用のころ軸受としての早期はくり対策とはならない。
従って、本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有する低燃費のベルト式無段変速機を実現できる良好なベルト式無段変速機用ころ軸受を提供することである。
【発明の開示】
本発明の上記目的は、ベルト式無段変速機の回転支持部に用いられ、外輪軌道と内輪軌道との間に複数のころが周方向に転動自在に配設されたベルト式無段変速機用ころ軸受において、
外輪軌道面、内輪軌道面及びころ軌道面（転動面とも云う）の少なくとも一つの軌道面の形状がフルクラウニングとされると共に、該フルクラウニングの曲率半径Ｒが、前記ころの直径Ｄａ及びころ長さＬに対して、０．０１≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３の関係を満足するように構成されることを特徴とするベルト式無段変速機用ころ軸受により達成される。
上記構成のベルト式無段変速機用ころ軸受によれば、軸受の最適寸法設計が可能となり、例えば１００℃以上の高温で、更に低粘度の潤滑油使用の条件下でも、スキューなどの滑り起因による軌道面でのメタルコンタクトに対し、表面疲労進行を遅延させて早期はくりを防止することができる。
そこで、最適な軸受寸法形状とすることにより軽量化が図れ、且つ最適な耐久性を確保することが可能となる。この様に最適な寸法形状とされた軸受を選定することにより、２０ｃｃ／ｍｉｎ以上の十分な潤滑油量を確保できなくても軸受寿命を満足でき、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に特有のニーズである、小型化と高剛性確保とを両立させる事ができる。
その結果、軸受を大型化する事なく、ベルトとプーリとの片当りによる異常摩擦を防止できる。
なお、本発明の内輪軌道は、内輪あるいは回転軸であればよく、内輪軌道面は内輪あるいは回転軸に形成されている。
【図面の簡単な説明】  図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るベルト式無段変速機用円筒ころ軸受の部分断面図であり、
図１（ｂ）は、円筒ころの部分側面図であり、
図２は、本発明の第２実施形態に係るベルト式無段変速機用円筒ころ軸受の部分断面図であり、そして、
図３は、ベルト式無段変速機の一例を示した概略図である。
尚、図中の符号、２０はベルト式無段変速機用円筒ころ軸受、２１は外輪、２２は内輪、そして２３は円筒ころである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、添付図面に基づいて本発明の各実施形態に係るベルト式無段変速機用円筒ころ軸受を詳細に説明する。なお、ベルト式無段変速機については、図２を流用して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るベルト式無段変速機用円筒ころ軸受２０は、図１（ａ）に示したように、内周面に外輪軌道面２１ａを形成する両鍔付の外輪（外輪軌道）２１と、外周面に内輪軌道面２２ａを形成する鍔なしの内輪（内輪軌道）２２との間に複数の円筒ころ２３が保持器２４を介して周方向に転動自在に配設されており、図２に示したベルト式無段変速機の入力側回転軸１及び出力側回転軸２を回転可能に支持する軸受として用いられる。
更に、本実施形態のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受２０では、図１（ｂ）に示したように、前記円筒ころ２３の軌道面（転動面）２３ａの形状がフルクラウニングとされると共に、該フルクラウニングの曲率半径Ｒが、当該円筒ころ２３の直径Ｄａ及び長さＬに対して、０．０１≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３の関係を満足するように構成されている。
即ち、上記構成のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受２０によれば、軸受の最適寸法設計が可能となり、例えば１００℃以上の高温で、更に低粘度の潤滑油使用の条件下でも、スキューなどの滑り起因による各軌道面でのメタルコンタクトに対し、表面疲労進行を遅延させて早期はくりを防止することができる。
そこで、最適な軸受寸法形状とすることにより軽量化が図れ、且つ最適な耐久性を確保することが可能となる。この様に最適な寸法形状とされたベルト式無段変速機用円筒ころ軸受２０を選定することにより、２０ｃｃ／ｍｉｎ以上の十分な潤滑油量を確保できなくても軸受寿命を満足でき、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に特有のニーズである、小型化と高剛性確保とを両立させる事ができる。
その結果、軸受を大型化する事なく、ベルトとプーリとの片当りによる異常摩擦を防止できる。
従って、ベルト式無段変速機の無端ベルト１５と駆動側及び従動側プーリ１１，１３間の摩擦係数を安定させて低燃費を実現するために高温で低粘度のＣＶＴフルード（又はＡＴＦ兼用油）を潤滑油として用い、且つハウジング剛性が低い条件下で使用する場合においても、耐久時に発生するベルト式無段変速機用円筒ころ軸受の早期はくりを防止し、伝達効率が高く、無端ベルトの早期破断を抑制することが可能なベルト式無段変速機を実現できる。
また、プーリとベルトの摩耗紛が多くなるベルト式無段変速機の場合、圧痕起点はくりを抑制するために、少なくとも最弱部位となる外輪、内輪、円筒ころのうち一つ以上の材料を肌焼鋼として浸炭または浸炭窒化処理を施し、残留オーステナイト量を２０〜４５％程度とすることにより、長寿命軸受となる。
更に、浸炭・浸炭窒化処理を行うことにより軌道面の残留圧縮応力が高くなるので、水素起因による脆性はくりを誘発する微小き裂の伝播を抑制し、より効果的となると考える。
また、保持器に関しては、更に高速回転となる使用の場合、プラスチック保持器を用いることにより、更に、長寿命となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るベルト式無段変速機用円筒ころ軸受について図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同等部分については、同一の符号を付して、説明を省略あるいは簡略化する。
本実施形態のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受３０は、ベルト式無段変速機の入力側回転軸１或いは出力側回転軸２を回転可能に支持する軸受であり、図２に示すように、内周面に外輪軌道面２１ａを形成する両鍔付の外輪（外輪軌道）２１と、外周面に内輪軌道面１ａ（或いは２ａ）を形成する入力側回転軸１或いは出力側回転軸２（内輪軌道）との間に複数の円筒ころ２３が保持器２４を介して周方向に転動自在に配設されている。
その他の構成は第１実施形態のものと同様であり、本実施形態のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受３０は、第１実施形態のものと同様の作用を有する。
尚、本発明に係るベルト式無段変速機用ころ軸受は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態においては、円筒ころの軌道面の形状のみをフルクラウニングとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、外輪軌道面、内輪軌道面及びころ軌道面の少なくとも一つの軌道面の形状がフルクラウニングとされる総てのベルト式無段変速機用ころ軸受に有効である。
【実施例】  上述した本発明の作用効果を確認するために、第１実施形態に準じた実施例１乃至６のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受と比較例１乃至４のベルト式無段変速機用円筒ころ軸受とについて、以下の条件にて実験を実施した。
尚、本実施例では、入力側回転軸（プライマリー軸）のフロント側を支持する円筒ころ軸受のみを評価するため、他の円筒ころ軸受についてはＣＶＴフルードが１００ｃｃ／ｍｉｎの潤滑条件で試験した。
また、試験軸受をＳＵＪ２製の通常熱処理にて作成し、内輪、外輪については肌焼鋼に浸炭窒化処理を行い、寿命低下を抑制した。円筒ころのころ軌道面（転動面）の形状をフルクラウニングとし、その効果を確認するために、円筒ころの材料はＳＵＪ２に通常熱処理を施し最弱部位になるように設定した。
試験に用いる円筒ころ軸受は、ＪＩＳ名番ＮＵ２０７（内径φ３５ｍｍ×外径φ７２ｍｍ×幅１７ｍｍ、ころ直径Ｄａ＝９ｍｍ、ころ長さＬ＝９ｍｍ）と、ころ長さＬを１３ｍｍとした新規軸受（内径φ３５ｍｍ×外径φ７２ｍｍ×幅２３ｍｍ）とし、フルクラウニング量（曲率半径Ｒ）を変更した軸受をそれぞれ実施例１〜６、比較例１〜４の試料とした。
なお、軌道輪の表面粗さは通常の０．０５〜０．４μｍＲａ、円筒ころの表面粗さは０．０５〜０．４μｍＲａである。又、保持器は、鉄製の保持器を使用した。
そして、このようにして得られた各実施例、比較例の円筒ころ軸受を以下の条件にて試験した。試験は、図３に示したベルト式無段変速機の単体試験であり、各々の条件で３個づつ試験を行ない、試験終了後に各軸受の破損の有無を確認した。
（試験条件）
エンジンからの入力トルク：２５０Ｎｍ（ＮＵ２０７軸受）、３４０Ｎｍ（新規軸受）
入力側回転軸（プライマリー軸）の回転数：６０００ｒｐｍ
潤滑油：ＣＶＴフルード（４０℃：３５ｃＳｔ、１００℃：７ｃＳｔ）
潤滑条件：１０ｃｃ／ｍｉｎ
軸受温度：１２０℃
目標寿命：５００時間（軸受ごとに、エンジントルク比と軸受の基本動定格荷重比は同じ）
下記表１に、試験結果を示す。
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表１から実施例１，２および実施例４，５に関しては、Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）が０．０１５〜０．０３の範囲であり、目標寿命の５００時間（ｈｒ）に対し、３個中３個とも異常がなく、目標に達した。試験後に軸受のころ軌道面や内輪軌道面を確認したが、研磨目が残っており潤滑状態が良好であった。
実施例３，６に関しては、Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）がそれぞれ０．０１と０．０１３であり、目標寿命の５００時間に対し、３個中１個づつそれぞれころ端部にはくりが発生し、Ｌ１０寿命は、４５０時間、４８５時間であった。
この結果、好ましくは、０．０１５≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３とすることにより、円筒ころと軌道輪との間の端部接触において、スキューや差動すべりを抑制したことにより、端部での金属接触を抑制し、フレッシュな面の生成を抑制し、水素侵入を防止することにより、比較例より３倍以上の長寿命になったものと考える。なお、試験後の実施例１，２，４，５のころ拡散性水素量（２００〜３００℃）は、０．１ｐｐｍ以下であった。また、実施例３，６のはくりしたころにのみ、拡散性水素量は、０．７ｐｐｍで水素侵入が認められた。未はくりのころの拡散性水素量は、０．３ｐｐｍ以下であった。
比較例１，３は、Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）がそれぞれ０．０４５と０．０３１と実施例の数値より大きくなっており（ころのフルクラウニング量（曲率半径Ｒ）が小さい）、３個中３個がころ中央部にはくりが発生し、実施例と比較し１／３以下のＬ１０＝１４５時間、１４７時間となった。内輪軌道面ところ軌道面（ころ転動面）を観察した結果、接触幅が実施例と比較して狭くなって面あたりが強くなり、ころ転動面中央部の最大接触面圧が高くなったことにより、内部起点型のはくりが発生した。なお、内輪はころによる応力繰り返し数を多くうけて疲労度が高くなるが、材料熱処理により強化しているため、ころ中央部から先にはくりが発生した。拡散性水素量は０．１ｐｐｍ以下と侵入は認められなかった。
比較例２，４に関しては、Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）がいずれも０．００９と小さく、通常のころ軸受に近い設計としているため、円筒ころと内輪端部の接触部において、スキューや差動すべりの影響により、ころ転動面の面荒れが大きく、エッジロードが発生しやすいころ端部から約１〜２ｍｍ中央によった位置を起点として、３個中３個にころはくりが発生し、Ｌ１０＝９６時間、９１時間と目標寿命の１／５にてはくりが発生した。試験後のころの拡散性水素量を測定した結果、０．８ｐｐｍと高くなっており、未はくりの内輪に関しても、拡散性水素量が０．３ｐｐｍ以下と増加していた。
以上、上述した本発明のベルト式無段変速機用ころ軸受によれば、外輪軌道面、内輪軌道面及びころ軌道面の少なくとも一つの軌道面の形状がフルクラウニングとされると共に、該フルクラウニングの曲率半径Ｒが、前記ころの直径Ｄａ及びころ長さＬに対して、０．０１≦Ｌ２／（Ｄａ×Ｒ）≦０．０３の関係を満足するように構成される。これにより、軸受の最適寸法設計が可能となり、例えば１００℃以上の高温で、更に低粘度の潤滑油使用の条件下でも、スキューなどの滑り起因による軌道面でのメタルコンタクトに対し、表面疲労進行を遅延させて早期はくりを防止することができる。
そこで、最適な軸受寸法形状とすることにより軽量化が図れ、且つ最適な耐久性を確保することが可能となる。この様に最適な寸法形状とされた軸受を選定することにより、２０ｃｃ／ｍｉｎ以上の十分な潤滑油量を確保できなくても軸受寿命を満足でき、ベルト式無段変速機用の転がり軸受に特有のニーズである、小型化と高剛性確保とを両立させる事ができる。
その結果、軸受を大型化する事なく、ベルトとプーリとの片当りによる異常摩擦を防止できる。
尚、本実施例では、円筒ころ軸受にて効果を確認したが、円すいころ軸受においても同様の効果を有する。
従って、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有する低燃費のベルト式無段変速機を実現できる良好なベルト式無段変速機用ころ軸受を提供できる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００３年４月１６日出願の日本特許出願（特願２００３−１１１６１８）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明のベルト式無段変速機用ころ軸受は、優れた伝達効率と十分な耐久性とを有する低燃費のベルト式無段変速機に有用なものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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