(57)【要約】【課題】  回転トルクを効果的に低減させることができる円錐ころ軸受を提供する。【解決手段】  外輪２０と、内輪１０と、これらの間に介在する複数の円錐ころ３０と、当該円錐ころ３０の保持器４０とを備え、前記外輪２０及び内輪１０の各軌道面２１，１１並びに前記円錐ころ３０の転動面３１にクラウニングが施された円錐ころ軸受１。ころクラウニング量が２μｍのときの前記円錐ころ３０の転がり方向と垂直な方向の曲率半径を標準曲率半径Ｒｒとすると、前記外輪２０の軌道面２１の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏ及び内輪１０の軌道面１１の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉのそれぞれが、ころ有効長さＬＷＲに応じて予め定められた定数に前記標準曲率半径Ｒｒを乗じた大きさである。  【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備え、前記外輪及び内輪の各軌道面並びに前記円錐ころの転動面にクラウニングが施された円錐ころ軸受において、  ころクラウニング量が２μｍのときの前記円錐ころの転がり方向と垂直な方向の曲率半径を標準曲率半径Ｒｒとすると、前記外輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏ及び内輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉのそれぞれが、ころ有効長さＬＷＲに応じて予め定められた定数に前記標準曲率半径Ｒｒを乗じた大きさであることを特徴とする円錐ころ軸受。
【請求項２】
前記内輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉを算出するための定数ｋｉが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに０．１０〜０．１２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに０．０９〜０．１１の各範囲から選ばれ、且つ  
前記外輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏを算出するための定数ｋｏが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに３．６９〜４．５１×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満のときに３．８３〜４．６８×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満のときに４．０１〜４．９０×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに４．０１〜４．９１×１０−２の各範囲から選ばれる請求項１に記載の円錐ころ軸受。
【請求項３】
前記定数ｋｉが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに０．１１、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに０．１０であり、且つ  
前記定数ｋｏが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに４．１０×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満のときに４．２５×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満のときに４．４５×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに４．４６×１０−２である請求項２に記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車等におけるディファレンシャル装置、トランスアクスル等のピニオンギヤ軸支持装置や、トランスミッション等に好適に使用される円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の省燃費化に対する要求が高まっており、それらに搭載されるトランスミッション装置やディファレンシャル装置の回転軸を支持するために用いられている円錐ころ軸受に関してもその回転トルクの低減化が望まれている。
【０００３】
円錐ころ軸受の回転トルクを低減する方法として、円錐ころの転動面や内外輪の軌道面にクラウニングを施して転がり摩擦を低減する方法がある。  このような方法として、例えば、特許文献１に記載されているように、軌道面を円弧クラウニング形状とすることで回転トルクの低減化を図る方法や、特許文献２に記載されているように、ころの転動面とそれに接する軌道面とを対数曲線に近似させたクラウニング形状とする方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３００５９号公報
【特許文献２】特開２００１−６５５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来例では、転動面又は軌道面のクラウニングの形状を数値で規定することで円錐ころ軸受の性能向上化が図られていたが、その効果は満足できるものではなかった。
【０００６】
本発明者らは、このような事情に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、円錐ころのクラウニングの曲率半径を基準とし、当該円錐ころの曲率半径に、ころの有効長さに応じて予め定められた定数を乗ずることにより内輪及び外輪の各曲率半径を設定することで、円錐ころ軸受の回転トルクを低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備え、前記外輪及び内輪の各軌道面並びに前記円錐ころの転動面にクラウニングが施された円錐ころ軸受において、  ころクラウニング量が２μｍのときの前記円錐ころの転がり方向と垂直な方向の曲率半径を標準曲率半径Ｒｒとすると、前記外輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏ及び内輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉのそれぞれが、ころ有効長さＬＷＲに応じて予め定められた定数に前記標準曲率半径Ｒｒを乗じた大きさであることを特徴としている。
【０００８】
本発明の円錐ころ軸受では、ころクラウニング量が２μｍのときの円錐ころの転がり方向と垂直な方向の曲率半径（標準曲率半径Ｒｒ）を基準とし、この曲率半径に、ころ有効長さＬＷＲに応じて予め定められた定数を乗じることで、外輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏ及び内輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉを求めており、円錐ころ軸受の回転トルクを効果的に低減させることができる。
【０００９】
前記内輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉを算出するための定数ｋｉが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに０．１０〜０．１２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに０．０９〜０．１１の各範囲から選ばれ、且つ  
前記外輪の軌道面の転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏを算出するための定数ｋｏが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに３．６９〜４．５１×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満のときに３．８３〜４．６８×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満のときに４．０１〜４．９０×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに４．０１〜４．９１×１０−２の各範囲から選ばれるのが好ましい。この範囲内の定数を選定し、選択した定数に前記標準曲率半径Ｒｒを乗じて内輪及び外輪の各曲率半径を得ることで、円錐ころ軸受の回転トルクを効果的に低減させることができる。
【００１０】
前記定数ｋｉが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに０．１１、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに０．１０であり、且つ  
前記定数ｋｏが、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ未満のときに４．１０×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満のときに４．２５×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満のときに４．４５×１０−２、ころ有効長さＬＷＲが２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満のときに４．４６×１０−２であるのが好ましい。この場合、回転トルク低減の効果を最も発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の円錐ころ軸受によれば、その回転トルクを効果的に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の円錐ころ軸受の実施の形態について詳細に説明をする。
図１は本発明の一実施の形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。この円錐ころ軸受１は、車両用ピニオン軸支持装置としての自動車のディファレンシァルギヤ装置のピニオンギヤ側において用いられ、外周に円錐面からなる内輪軌道面１１が形成された内輪１０と、内周に円錐面からなる外輪軌道面２１が形成された外輪２０と、内外輪間に介在し、外周に円錐面からなる転動面３１が形成された転動自在の複数の円錐ころ３０と、これらの円錐ころ３０を周方向に所定間隔で保持する保持器４０とを備えている。また、内輪１０の大径側（図の右方）及び小径側（図の左方）にはそれぞれ、円錐ころ３０の軸方向への移動を規制する大径鍔部１２及び小径鍔部１３が形成されている。さらに、前記内輪軌道面１１の大径鍔部１２側及び小径鍔部１３側の各端部には、断面円弧状の切欠きからなる逃げ部５０、５１が形成されている。
【００１３】
本発明の円錐ころ軸受では、前記外輪２０及び内輪１０の各軌道面２１、１１並びに前記円錐ころ３０の転動面３１にクラウニングが施されており、このうち円錐ころ３０の転動面３１のクラウニング量が２μｍのときの当該円錐ころ３０の転動面３１の転がり方向と垂直な方向の曲率半径を標準曲率半径とし、この標準曲率半径に基づいて外輪２０及び内輪１０の各軌道面２１、１１の転がり方向と垂直な方向の曲率半径を規定している。
【００１４】
ここで、前記円錐ころ３０の転動面３１のクラウニングの考え方を、図２〜３を参照しつつ説明する。
図２は、円錐ころ３０の軸方向の断面における上半分の輪郭を示す図である。図２において、円錐ころ３０の外周面には、ほぼ直線状の転動面３１と、転動面３１の軸方向両端から滑らかに下がるように形成された面取り部３２ａ，３３ａとが設けられている。面取り部３２ａ，３３ａは円錐ころ３０の小径側端面３２及び大径側端面３３に対しても、滑らかに連続するように形成されている。直線状に見える転動面３１には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラウニングが施されている。図３は、図２における転動面３１のころ有効長さＬＷＲの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニング形状のみを模式的に示す図である。
【００１５】
本明細書では、円錐ころ３０のクラウニング量（以下、ころクラウニング量ともいう）を、転動面３１のころ有効長さＬＷＲより定まるクラウニングの円弧中心点とその弦との距離と規定している。以下、ころクラウニング量の算出方法について説明する。
図２において、円錐ころ３０の中心軸方向に対する転動面３１の幅をＬ、転動面３１の角度（ころ角度）をγ、転動面３１の両端部に形成されている面取り部３２ａ，３３ａの曲面の図示の寸法をＳ１，Ｓ２としたとき、前述のころ有効長さＬＷＲは、下記式（１）より得られる。  ＬＷＲ＝Ｌ／ｃｏｓ（γ／２）−（Ｓ１＋Ｓ２）      ・・・（１）  前記式（１）におけるＳ１，Ｓ２は、軸受のサイズによって一定の幅が定められる。
【００１６】
図３において、ころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交し、かつ、ころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。  本明細書では、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２との距離を、ころクラウニング量ＣＲとしている。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の、転がり方向と垂直な方向の曲率半径をＲＣとすると、ころクラウニング量ＣＲは、下記式（２）により求められる。  ＣＲ＝ＲＣ−｛ＲＣ２−（ＬＷＲ／２）２｝１／２      ・・・（２）
【００１７】
この式（２）より、円錐ころの転がり方向と垂直な方向の曲率半径ＲＣは、
ＲＣ＝ＣＲ２＋（ＬＷＲ／２）２／２ＣＲ      ・・・（３）
となる。そして、ころクラウニング量が２μｍのときの円錐ころの転がり方向と垂直な方向の曲率半径（標準曲率半径）Ｒｒは、
Ｒｒ＝０．００２２＋（ＬＷＲ／２）２／０．００４    ・・・（４）
となり、ころ有効長さＬＷＲ（単位：ｍｍ）を代入すれば求めることができる。
例えば、ころ有効長さＬＷＲが１２ｍｍのとき、標準曲率半径Ｒｒは、約９０００となる。また、ころ有効長さＬＷＲが２０ｍｍのとき、標準曲率半径Ｒｒは、約２５０００となる。
【００１８】
本発明では、この標準曲率半径Ｒｒに、ころの有効長さに応じて予め定められた定数を乗ずることにより内輪及び外輪の転がり方向と垂直な方向の各曲率半径Ｒｉ、Ｒｏを設定している（図４〜５に模式的に示されるように、内輪及び外輪の転がり方向と垂直な方向の各曲率半径Ｒｉ、Ｒｏは、ころについて前述したように、それぞれクラウニングの中央における曲率半径のことである）。具体的には、内輪の曲率半径設定用の定数ｋｉ及び外輪の曲率半径設定用の定数ｋｏは、それぞれ以下の表１に示す範囲から選定することができる。この範囲内で選定した定数を用いて内輪及び外輪の転がり方向と垂直な方向の各曲率半径を設定することで、円錐ころ軸受の回転トルクを効果的の低減させることができる。
【００１９】
【表１】
2007051701.tif 000002
【００２０】
また、前記表１に示す範囲のうち、前記定数を以下の表２に示す値とするのが好ましい。この場合、回転トルク低減の効果を最も発揮させることができる。
【００２１】
【表２】
2007051701.tif 000003
【００２２】
次に、種々の円錐ころ軸受の回転トルクを実験的に測定し、回転トルクと、前述のようにして設定した円錐ころのクラウニングの曲率半径、内輪のクラウニングの曲率半径Ｒｉ及び外輪のクラウニングの曲率半径Ｒｏとの関係について検証した結果について説明する。
【００２３】
まず、円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件として、前記実施の形態で示した構成の円錐ころ軸受（ＪＩＳ３０３０６相当品）を用い、潤滑油にはディファレンシャルギヤ装置用ギヤオイルを用い、擬似的な予圧負荷としてアキシャル荷重４ｋＮを与え、回転速度３００［ｒ／ｍｉｎ］、２０００［ｒ／ｍｉｎ］の２種類の回転速度で行った。
【００２４】
また、試験時の潤滑条件としては、回転速度３００［ｒ／ｍｉｎ］の際には、常温の潤滑油を試験前に適量塗布するのみで以後給油を行わずに試験した。一方、回転速度２０００［ｒ／ｍｉｎ］の際には、油温３２３Ｋ（５０℃）の潤滑油を毎分０．５リットルで循環供給しつつ試験を行った。潤滑油の供給方法を回転速度に応じて異なる方法にしたのは、それぞれの回転速度における必要最小限の潤滑油量だけ供給し、潤滑油が過剰供給になる場合に発生する潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くし、転がり摩擦による回転トルクを抽出するためである。本試験に供した前記円錐ころ軸受のころ有効長さＬＷＲは１０〜１５ｍｍであり、その円錐ころのクラウニングの曲率半径、内輪のクラウニングの曲率半径Ｒｉ及び外輪のクラウニングの曲率半径Ｒｏが種々異なる値に設定されたものを用意し、それぞれについて回転トルクを測定して、クラウニングの曲率半径と回転トルクとの関係を把握した。
ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍのときの標準曲率半径Ｒｒは前記式（４）より、約６２５０であり、またころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍのときの標準曲率半径Ｒｒは前記式（４）より、約１４０６０である。
【００２５】
図６は、ころクラウニングのＲｒと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。この図から分かるように、ころ有効長さＬＷＲが１０〜１５ｍｍの場合、ころクラウニングのＲｒが５０００〜６０００よりも小さいと、トルクが大きくなる傾向があるが、ころクラウニングのＲｒが前記５０００〜６０００よりも増加するに従って、分散しているトルク値が収束しつつ徐々に低下する傾向を示している。このことから、円錐ころの曲率半径を、当該円錐ころのクラウニング量を２μｍとする標準曲率半径Ｒｒに設定したときに、回転トルクが低下傾向を示す範囲に収まることが分かる。
【００２６】
図７は、内輪クラウニングのＲｉと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。内輪の場合、そのクラウニングの曲率半径Ｒｉと円錐ころ軸受のトルクとの間に顕著な相関関係は見出すことができないが、高速回転域（２０００ｒｐｍ）において、曲率半径Ｒｉが６００付近よりも大きくなると、トルクが安定して小さい付近に集中する傾向を示すことが分かる。前記表１に示す定数を用いて算出した内輪のクラウニングの曲率半径Ｒｉは、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍのとき約５６０〜６９０の範囲であり、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍのとき約１２７０〜１５５０の範囲であり、この範囲の曲率半径であれば、高速回転域（２０００ｒｐｍ）においてトルクを安定して小さくできることが分かる。
【００２７】
図８は、外輪クラウニングのＲｏと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。この図から分かるように、ころ有効長さＬＷＲが１０〜１５ｍｍの場合、外輪クラウニングのＲｏが４００付近よりも大きいと、Ｒｏが大きくなるに従いトルクが大きくなり、且つ低速回転域（３００ｒｐｍ）においてはトルク値が分散する傾向があるが、Ｒｏが前記４００付近よりも小さくなるに従って、トルク値が収束しつつ徐々に低下する傾向を示している。前記表１に示す定数を用いて算出した外輪のクラウニングの曲率半径Ｒｏは、ころ有効長さＬＷＲが１０ｍｍのとき約２４０〜３００の範囲であり、ころ有効長さＬＷＲが１５ｍｍのとき約５７０〜６９０の範囲であり、この範囲の曲率半径であれば、トルクを安定して小さくできることが分かる。
【００２８】
なお、本発明者らは、前述した範囲（１０〜１５ｍｍ）以外のころ有効長さＬＷＲについても検証実験を行い、ころクラウニング量が２μｍのときの円錐ころのクラウニングの曲率半径を基準とし、当該円錐ころの曲率半径に、ころの有効長さに応じて予め定められた定数を乗ずることにより内輪及び外輪の各曲率半径を設定することで、円錐ころ軸受の回転トルクが低減されることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の円錐ころ軸受の一実施の形態の軸方向断面図である。
【図２】円錐ころのクラウニングの形状を示す図であり、円錐ころの軸方向の断面における上半分の輪郭を示している。
【図３】円錐ころのクラウニングの形状を示す図であり、円錐ころの転動面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。
【図４】内輪における転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｉを説明する図である。
【図５】外輪における転がり方向と垂直な方向の曲率半径Ｒｏを説明する図である。
【図６】ころクラウニングのＲｒと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。
【図７】内輪クラウニングのＲｉと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。
【図８】外輪クラウニングのＲｏと円錐ころ軸受のトルクとの関係を示した散布図である。
【符号の説明】
【００３０】
１円錐ころ軸受
１０内輪
１１内輪軌道面
２０外輪
２１外輪軌道面
３０円錐ころ
３１転動面
４０保持器
【図１】
2007051701.tif 000004
【図２】
2007051701.tif 000005
【図３】
2007051701.tif 000006
【図４】
2007051701.tif 000007
【図５】
2007051701.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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