(57)【要約】【課題】軸受の剛性を低下させることなく低トルクを実現する。【解決手段】円すいころ軸受は、内輪2と、外輪3と、内輪2と外輪3との間に転動自在に配された複数の円すいころ4と、円すいころ4を円周所定間隔に保持する保持器5とを備え、ころ係数γが0.94を越え、少なくとも円すいころ4の表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、くぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙniが0.4μｍ≦Ｒｙni≦1.0μｍの範囲内で、かつ、Ｓｋ値が−1.6以下であり、保持器5が、円すいころ4の小端面側で連なる小環状部6と、円すいころ4の大端面側で連なる大環状部7と、これらの環状部を連結する複数の柱部8とからなり、隣接する柱部8間に、円すいころ4の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケット9が形成され、ポケット9の狭幅側の柱部8に切欠き10a,10b,10cが設けてある。【選択図】図１
2007120547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とからなり、
ころ係数γが０．９４を越え、
少なくとも前記円すいころの表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内で、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であり、
前記保持器が、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となった台形状のポケットが形成してあり、狭幅側の柱部に切欠きが設けてある円すいころ軸受。
【請求項２】
前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０の範囲内である請求項１の円すいころ軸受。
【請求項３】
前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）との比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下である請求項１または２の円すいころ軸受。
【請求項４】
前記保持器のポケットの窓角が５５°以上８０°以下である請求項１ないし３のいずれかの円すいころ軸受。
【請求項５】
前記保持器が機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックで形成してある請求項１ないし４のいずれかの円すいころ軸受。
【請求項６】
ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きが設けてある請求項１ないし５のいずれかの円すいころ軸受。
【請求項７】
ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きが設けてある請求項１ないし６のいずれかの円すいころ軸受。
【請求項８】
ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積が、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広い請求項７の円すいころ軸受。
【請求項９】
保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばが設けてあり、前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限が小つばの外径寸法の２．０％である請求項１ないし８のいずれかの円すいころ軸受。
【請求項１０】
自走車両の動力伝達軸を支持する請求項１ないし９のいずれかの円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は円すいころ軸受に関し、たとえば自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する軸受に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
円すいころ軸受は、外径面に軌道面を設け、その軌道面の軸方向両側に小つばと大つばを配置した内輪と、内径面に軌道面を設けた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に介在させた複数の円すいころと、円すいころをポケットに収納して保持する保持器を主要な構成要素としている。保持器は、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、両環状部を連結する複数の柱部とからなる。ポケットは隣り合った柱部間に形成され、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となった台形状である。
【０００３】
自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する円すいころ軸受は、下部が油浴に漬かった状態で使用され、その回転に伴って油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する。このような用途に使用される円すいころ軸受では、潤滑油が円すいころの小径側から軸受内部に流入し、保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過し、保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過する。
【０００４】
このように潤滑油が外部から流入する部位に使用される円すいころ軸受には、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし、軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある（特許文献１，２参照）。特許文献１に記載されたものでは、図１７（Ａ）に示すように、保持器５のポケット９間の柱部８の中央部に切欠き１０ｄを設け、潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また、特許文献２に記載されたものでは、図１７(Ｂ)に示すように、保持器５のポケット９の軸方向両端の小環状部６と大環状部７に切欠き１０ｅを設け、保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお、各図中に記入したポケット９の各寸法は、後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。
【特許文献１】特開平０９−０３２８５８号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１１４９号公報
【特許文献３】特開平０９−０９６３５２号公報
【特許文献４】特開平１１−２１０７６５号公報
【特許文献５】特開２００３−３４３５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円すいころ軸受では、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は、以下のように考えられる。
【０００６】
すなわち、保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は、外輪の内径面には障害物がないので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、内輪の外径面には大鍔があるので、その軌道面に沿って円すいころの大径側へ通過したときに大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。
【０００７】
したがって、軸受内部に潤滑油が流入する円すいころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが、大幅な低トルク化を行うためには、転がり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら、従来の低トルク化手法（特許文献３〜５参照）では、定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが、軸受剛性はいくらか低下する。
【０００８】
この発明の主要な目的は、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することにある。
【０００９】
この発明は、ころ本数を減らさず、あるいは増加させつつ、ＰＣＤを小さくすることによって、課題を解決したものである。図１８は円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。図１８に示すように、ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないことが、ころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつ、ＰＣＤを小さくすることによって、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。
【００１０】
この発明の円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とからなり、ころ係数γが０．９４を越え、少なくとも前記円すいころの表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内で、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であり、前記保持器が、円すいころの小端面側で連なる小環状部と、円すいころの大端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、隣接する柱部間に、円すいころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となった台形状のポケットが形成してあり、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きが設けてあることを特徴とするものである。
【００１１】
ころ係数γ（ころの充填率）は（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）で表されるパラメータであって、ころ平均径が一定とした場合、γの値が大きいほどころ本数が多いことを意味する。従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受ではころ係数γを通常０．９４以下にして設計しているのに対し、ころ係数γが０．９４を越えるということは、従来と比較して、ころ充填率ひいては軸受剛性が高いことを意味する。
【００１２】
少なくとも円すいころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円すいころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円すいころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
【００１３】
パラメータＲｙniは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ  ４２８７：１９９７）。パラメータＳｋは粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ＩＳＯ  ４２８７：１９９７）、凹凸分布の非対称性を知る目安となる統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研摩チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。Ｓｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、満遍なく潤滑油を保持することができる。したがって、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷を極力抑える効果がある。
【００１４】
保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、次のような作用が得られる。すなわち、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができる。その結果、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少する。したがって、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の円すいころ軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０の範囲内であることを特徴とするものである。パラメータＲｙmaxは基準長毎最大高さの最大値である（ＩＳＯ４２８７：１９９７）。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２の円すいころ軸受において、前記くぼみを設けた面の面粗さをパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）との比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下であることを特徴とするものである。パラメータＲｑniは、粗さ中心線から粗さ曲線までの高さの偏差の自乗を測定長さの区間で積分し、その区間で平均した値の平方根であり、別名自乗平均平方根ともいう。Ｒｑniは拡大記録した断面曲線、粗さ曲線から数値計算で求められ、粗さ計の触針を幅方向および円周方向に移動させて測定する。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの円すいころ軸受において、前記保持器のポケットの窓角が５５°以上８０°以下であることを特徴とするものである。窓角とは、ころの転動面と接する柱部の側面がなす角度をいう。窓角を５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためである。窓角を８０°以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。なお、通常の保持器では窓角は２５°〜５０°となっている。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの円すいころ軸受において、前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックで形成したことを特徴とするものである。保持器に樹脂材を使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの円すいころ軸受において、ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きが設けてあることを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの切欠きからも外輪側へ逃がしてやることができる。したがって、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量がより少なくなり、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失がさらに低減する。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの円すいころ軸受において、ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きが設けてあることを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、円すいころをバランスよく柱部に接触させることができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項７の円すいころ軸受において、ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積が、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広いことを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減させることができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの円すいころ軸受において、保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小つばの外径面に対向させた径方向内向きのつばが設けてあり、前記つばの内径面と内輪の小つばの外径面との間のすきまの上限を小つばの外径寸法の２．０％であることを特徴とするものである。このような構成を採用することにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減させることができる。
【００２３】
上述した各円すいころ軸受は、自走車両の動力伝達軸を支持するものに好適である（請求項１０）。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することができる。すなわち、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に外径側から内径側まで切り通した切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠きを通して外輪側へ速やかに逃がすことができるため、内輪の軌道面に沿って大つばに至る潤滑油の量が少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量が減少して、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失が低減する。
【００２５】
ころ係数γが０．９４を越える設定とすることにより剛性の低下を防止することができる。また、ころ係数γが０．９４を越える設定とすることにより、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。
【００２６】
さらに、少なくとも円すいころの表面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、油膜形成能力が向上し、低粘度・希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。とくに、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内に設定し、従来よりも小さく抑えたことにより、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能で、従来品に比べ、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。Ｓｋ値については、−１．６以下が表面凹部の形状、分布が加工条件により油膜形成に有利な範囲である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１に示すように、円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、円すいころ４と、保持器５とで構成されている。内輪２は外周に円すい状の軌道面２ａを有し、外輪３は内周に円すい状の軌道面３ａを有する。内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に複数の円すいころ４が転動自在に介在させてある。各円すいころ４は保持器５に形成されたポケット内に収容され、内輪２の軌道面２ａの両側に設けた小つば２ｂと大つば２ｃとで軸方向への移動を規制されている。
【００２９】
円すいころ軸受１は、ころ係数γがγ＞０．９４となっている。ころ係数γはころの充填率を表し、次式で定義される。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここに、
Ｚ：ころ本数
ＤＡ：ころ平均径
ＰＣＤ：ころピッチ径。
【００３０】
比較のために、図１６を参照して従来の技術に言及すると、同図に示す円すいころ軸受は、保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受であって、外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で、保持器７２の柱幅を確保し、適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために、通常、ころ係数γ（ころの充填率）を０．９４以下にして設計している。なお、図１６中、符号７３、７４、７５は、それぞれ、円すいころ、柱面、内輪を指し、符号θは窓角を表している。
【００３１】
また、図示は省略するが、円すいころ４の全表面には微小凹形状のくぼみがランダムに無数に設けてある。このくぼみを設けた表面は、面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍ、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下としてある。
【００３２】
保持器５は、図１（Ｂ）に示すように、円すいころ４の小端面側で連なる小環状部６と、円すいころ４の大端面側で連なる大環状部７と、これらの小環状部６と大環状部７を連結する複数の柱部８とを含んでいる。そして、図２に示すように、隣り合った柱部８間にポケット９が形成される。保持器に、機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング・プラスチックを使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、これらの樹脂は鋼板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。保持器材料としては、ＰＰＳ，ＰＥＥＫ，ＰＡ，ＰＰＡ，ＰＡＩ等のスーパーエンプラを使用するほか、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。
【００３３】
エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。
【００３４】
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）
【００３５】
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２  （ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）
【００３６】
保持器５のポケット９は台形状で、円すいころ４の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる。ポケット９の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部８に２つずつ、外径側から内径側まで切り通した切欠き１０ａ，１０ｂが設けてある。各切欠き１０ａ，１０ｂの寸法は、いずれも深さ１．０ｍｍ、幅４．６ｍｍとされている。なお、図面に例示した切欠き１０ａ，１０ｂは、保持器５の半径方向に切り通した溝の形態をしているが、保持器５の内径側と外径側を連絡して潤滑油の円滑な通過を許容することができる限り、形状や寸法は任意である。
【００３７】
図３および図４に保持器５の変形例を示す。図３に示す変形例は、ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けたものである。そして、狭幅側の３つの切欠き１０ａ，１０ｃの合計面積が、広幅側の２つの切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き１０ｃは深さ１．０ｍｍ、幅５．７ｍｍとしてある。
【００３８】
図４に示す変形例は、狭幅側の柱部８の各切欠き１０ａの深さが１．５ｍｍと広幅側の柱部８の各切欠き１０ｂよりも深く、狭幅側の各切欠き１０ａの合計面積が、広幅側の各切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。
【００３９】
図５に示すように、保持器５の小環状部６の軸方向外側には、内輪２の小つば２ｂの外径面に対向させた径方向内向きのつば１１が設けてあり、このつば１１の内径面と内輪２の小つば２ｂの外径面との間のすきまδは、小つば２ｂの外径寸法の２．０％以下に狭く設定してある。
【００４０】
次に、図６および図７を参照して柱部８の側面５ａがなす角度すなわち窓角θについて述べると、下限窓角θminが５５°（図６）、上限窓角θmaxが８０°である（図７）。下限窓角θminを５５°としたのはころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角５５°未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を５５°以上とすると、保持器強度を確保した上でγ＞０．９４として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角θmaxを８０°としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。比較のために従来の技術に言及するならば、保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受（図１６）では、窓角は大きくても約５０°である。
【００４１】
図８に軸受の寿命試験の結果を示す。同図中、「軸受」欄の「比較例１」は保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受（図１６参照）である。「比較例２」はこの発明の円すいころ軸受のうち従来品に対してころ係数γのみをγ＞０．９４とした円すいころ軸受である。「実施例」はころ係数γをγ＞０．９４とし、かつ、窓角を５５°〜８０°の範囲にしたこの発明の円すいころ軸受である。寸法（単位ｍｍ）はいずれもφ４５×φ８１×１６で、ころ本数は「比較例１」が２４、「比較例２」と「実施例」が２７であった。試験は、過酷潤滑（油膜パラメータΛ＝０．２）、過大負荷条件下で行った。図８から明らかなように、「比較例２」は「比較例１」の２倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例」はころ係数が「比較例２」と同じ０．９６であるが、寿命時間は「比較例２」の約５倍以上にもなる。
【００４２】
次に、図９および図１０に基づきこの発明の変形実施例を説明する。図９に示す円すいころ軸受１は、エンジニアリング・プラスチックで一体成形した保持器５の柱部８の外径面に、外輪３の軌道面側に向けて凸状となった突起部５ｂを形成したものである。その他は前述した保持器５と同じである。
【００４３】
突起部５ｂは図１０に示すように柱部８の横断方向の断面輪郭形状が円弧状をしている。この円弧状の輪郭の曲率半径Ｒ２は外輪の軌道面の半径Ｒ１より小さい。これは、突起部５ｂと外輪の軌道面との間に良好なくさび状油膜が形成されるようにするためである。望ましくは、突起部の曲率半径Ｒ２は外輪の軌道面の半径Ｒ１の７０〜９０％程度に形成するとよい。突起部の曲率半径Ｒ２が７０％未満では、くさび状油膜の入口開き角度が大きくなりすぎて却って動圧が低下する。突起部の曲率半径Ｒ２が９０％を越えると、くさび状油膜の入口角度が小さくなりすぎて同様に動圧が低下する。
【００４４】
突起部５ｂの横幅Ｗ２は望ましくは柱部８の横幅Ｗ１の５０％以上となるように形成する（Ｗ２≧０．５Ｗ１）。５０％未満では良好なくさび状油膜を形成するための充分な突起部５ｂの高さが確保できなくなるためである。なお、外輪の軌道面の半径Ｒ１は大径側から小径側へと連続的に変化しているので、それに合わせて突起部５ｂの曲率半径Ｒ２も大環状部７の大きな曲率半径Ｒ２から小環状部６の小さな曲率半径Ｒ２へと連続的に変化するようにする。
【００４５】
図９および図１０に示す実施の形態の円すいころ軸受１は以上のように構成されているため、軸受１が回転して保持器５が回転し始めると、外輪軌道面と保持器５の突起部５ｂとの間にくさび状油膜が形成される。このくさび状油膜は軸受１の回転速度にほぼ比例した動圧を発生させるので、保持器５のピッチ円径（ＰＣＤ）を従来より大きくして外輪軌道面に近接させても、軸受１を大きな摩耗ないしトルク損失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増やすことが可能となる。
【００４６】
図１１は、この発明の円すいころ軸受を使用し得る自動車のデファレンシャルの構成を例示したものである。このデファレンシャルは、プロペラシャフト（図示省略）に連結され、デファレンシャルケース２１内に挿入したドライブピニオン２２が差動歯車ケース２３に取り付けたリングギヤ２４とかみ合い、差動歯車ケース２３の内部に取り付けたピニオンギヤ２５が、差動歯車ケース２３に左右から挿入されるドライブシャフト（図示省略）と結合するサイドギヤ２６とかみ合って、エンジンの駆動力をプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達するようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン２２と差動歯車ケース２３が、それぞれ一対の円すいころ軸受１ａ，１ｂで支持してある。
【００４７】
デファレンシャルケース２１はシール部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃで密封され、内部に潤滑油が貯留される。各円すいころ軸受１ａ，１ｂはこの潤滑油の油浴に下部が漬かった状態で回転する。各円すいころ軸受１ａ，１ｂが高速で回転してその下部が油浴に漬かると、図５に矢印で示すように、油浴の潤滑油が円すいころ４の小径側から保持器５の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器５の外径側から外輪３へ流入した潤滑油は、外輪３の軌道面３ａに沿って円すいころ４の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器５の内径側から内輪２側へ流入する潤滑油は、保持器５の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、このすきまδから流入する潤滑油の大半は、ポケット９の狭幅側の柱部８に設けた切欠き１０ａを通過して、保持器５の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃに至る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。
【００４８】
図１２は、この発明の円すいころ軸受を使用し得る自動車のトランスミッションの構成を例示したものである。このトランスミッションは同期噛合式のもので、同図で左方向がエンジン側、右方向が駆動車輪側である。メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間に円すいころ軸受４３が介装される。この例では、メインドライブギヤ４２の内周に円すいころ軸受４３の外輪軌道面が直接形成されている。メインドライブギヤ４２は、円すいころ軸受４４でケーシング４５に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ４２にクラッチギヤ４６が係合連結され、クラッチギヤ４６に近接してシンクロ機構４７が配設される。
【００４９】
シンクロ機構４７は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ４８と、スリーブ４８の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキー４９と、メインシャフト４１の外周に係合連結されたハブ５０と、クラッチギヤ４６の外周（コーン部）に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング５１と、シンクロナイザーキー４９をスリーブ４８の内周に弾性的に押圧する押さえピン５２及びスプリング５３とを備えている。
【００５０】
同図に示す状態では、スリーブ４８及びシンクロナイザーキー４９が押さえピン５２によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ４２はメインシャフト４１に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ４８が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ４８に従動してシンクロナイザーキー４９が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング５１をクラッチギヤ４６のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ４６の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構４７側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ４８がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ４６とかみ合い、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間がシンクロ機構４７を介して連結される。これにより、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２とが同期回転する。
【実施例】
【００５１】
上述の各実施の形態の円すいころ軸受では、円すいころの転動面および端面ならびに内外輪の軌道面（さらに円すいころ軸受の内輪については大つば面）の少なくとも一つに、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成して微小粗面化してある。この微小粗面は、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｑniが０．４μｍ≦Ｒｑni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下、好ましくは−４．９〜−１．６の範囲である。また、くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０である。さらに、面粗さを各表面の軸方向と円周方向のそれぞれで求めてパラメータＲｑniで表示したとき、軸方向面粗さＲｑni（Ｌ）と円周方向面粗さＲｑni（Ｃ）の比の値Ｒｑni（Ｌ）／Ｒｑni（Ｃ）が１．０以下になっている。このような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研摩によって、所望の仕上げ面を得ることができるが、ショット等を用いてもよい。
【００５２】
円すいころ軸受の場合、図１（Ｂ）から理解できるように、運転中、円すいころ４の転動面が内輪２および外輪３の軌道と転がり接触するほか、円すいころ４の大端面が内輪２の大つば２ｃの内側面と滑り接触する。したがって、円すいころ４の場合、転動面のほか大端面にも微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成させてもよい。同様に、内輪２の場合、軌道面のほか大つば２ｃの内側面にも微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成させてもよい。
【００５３】
パラメータＲｙni，Ｒｙmax，Ｓｋ，Ｒｑniの測定方法、条件を例示するならば次のとおりである。なお、これらのパラメータで表される表面性状を、転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601: 1994（サーフコム  JIS 1994）
測定長さ：５λ
カットオフ種別：ガウシアン
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００５４】
次に、円すいころの転動面を滑らかな面に仕上げた従来の円すいころ軸受Ａ，Ｂ（比較例）と、円すいころの転動面に微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｃ〜Ｅ（比較例）ならびに軸受Ｆ，Ｇ（実施例）について行った寿命試験について説明する（表１参照）。使用した軸受Ａ〜Ｇはいずれも、外輪の外径が８１ｍｍ、内輪の内径が４５ｍｍの円すいころ軸受である。なお、比較例の軸受Ａ，Ｂにおけるころの転動面は、研削後にスーパーフィニッシュ（超仕上げ）を施して加工され、くぼみ加工を施してない。比較例の軸受Ｃ〜Ｅならびに実施例の軸受Ｆ，Ｇのころの転動面は、バレル研摩特殊加工によって微小凹形状のくぼみがランダムに無数に形成してある。なお、Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、ころ軸受Ｃ〜Ｇは１．０以下であり、ころ軸受Ａ，Ｂは１．０前後である。
【００５５】
【表１】
2007120547.tif 000003
【００５６】
図１３に示す２円筒試験機を使用してピーリング試験を行い、金属接触率を評価した。同図において、駆動側円筒３２（Ｄ円筒:Driver）と従動側円筒３４（Ｆ円筒:Follower）は各々の回転軸の片端に取り付けられ、２本の回転軸３６，３８はそれぞれプーリ４０を介して別々のモータで駆動できるようになっている。Ｄ円筒３２側の軸３６をモータで駆動し、Ｆ円筒３４はＤ円筒３２に従動させる自由転がりにした。Ｆ円筒３４は、表面処理に関して比較例と実施例の２種類を用意した。試験条件等詳細は表２のとおりである。
【００５７】
【表２】
2007120547.tif 000004
【００５８】
金属接触率の比較データを図１４に示す。同図は横軸が経過時間、縦軸が金属接触率を表し、図１４（Ａ）は比較例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、図１４（Ｂ）は実施例の軸受におけるころの転動面の金属接触率を、それぞれ示す。これらの図を対比すれば、比較例に比べて実施例では金属接触率が改善されていることを明瞭に確認できる。言い換えれば、油膜形成率（＝１００％−金属接触率）が、実施例の軸受の方が比較例の軸受に比べて、運転開始時で１０％程度、試験終了時（２時間後）で２％程度、向上している。
【００５９】
別の実施例として、図２に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例１）と、図３に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例２）を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円すいころ軸受（比較例１）と、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示した保持器を用いた円すいころ軸受（比較例２，３）を用意した。なお、各円すいころ軸受は、寸法が外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。
【００６０】
実施例と比較例の円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下のとおりである。
アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
回転速度：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
潤滑条件：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）
【００６１】
図１５に試験結果を示す。同図のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例１のトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例２や、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例３も、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅部側の柱部に切欠きを設けた実施例１は、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例２は、さらに優れたトルク低減効果が認められる。
【００６２】
また、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、実施例１が９．５％、実施例２が１１．５％であり、デファレンシャルやトランスミッション等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例２と比較例３の回転速度２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、それぞれ８．０％と６．５％である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（Ａ）はこの発明の実施の形態を示す円すいころ軸受の横断面図          （Ｂ）は同軸受の縦断面図
【図２】図１の円すいころ軸受における保持器の展開平面図
【図３】保持器の変形例を示す図２と類似の展開平面図
【図４】保持器の別の変形例を示す図２と類似の展開平面図
【図５】図１（Ｂ）の部分拡大図
【図６】窓角が下限の円すいころ軸受の部分拡大横断面図
【図７】窓角が上限の円すいころ軸受の部分拡大横断面図
【図８】軸受の寿命試験の結果を示す図
【図９】保持器の変形例を示す円すいころ軸受の部分拡大横断面図
【図１０】図９の部分拡大図
【図１１】一般的な自動車デファレンシャルの断面図
【図１２】一般的な自動車トランスミッションの断面図
【図１３】２円筒試験機の全体概略図
【図１４】（Ａ）は比較例の金属接触率を示すグラフ            （Ｂ）は実施例の金属接触率を示すグラフ
【図１５】トルク測定試験の結果を示すグラフ
【図１６】従来の技術を示す円すいころ軸受の部分横断面図
【図１７】（Ａ）は従来の技術を示す保持器の展開平面図            （Ｂ）は従来の技術を示す保持器の展開平面図
【図１８】円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）の変化を表した線図
【符号の説明】
【００６４】
１，１ａ，１ｂ  円すいころ軸受
２  内輪
２ａ  軌道面
２ｂ  小つば
２ｃ  大つば
３  外輪
３ａ  軌道面
４  円すいころ
５  保持器
６  小環状部
７  大環状部
８  柱部
９  ポケット
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  切欠き
１１  つば
【図１】
2007120547.tif 000005
【図２】
2007120547.tif 000006
【図３】
2007120547.tif 000007
【図４】
2007120547.tif 000008
【図５】
2007120547.tif 000009
【図６】
2007120547.tif 000010
【図７】
2007120547.tif 000011
【図８】
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【図９】
2007120547.tif 000013
【図１０】
2007120547.tif 000014
【図１１】
2007120547.tif 000015
【図１２】
2007120547.tif 000016
【図１３】
2007120547.tif 000017
【図１４】
2007120547.tif 000018
【図１５】
2007120547.tif 000019
【図１６】
2007120547.tif 000020
【図１７】
2007120547.tif 000021
【図１８】
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