(57)【要約】【課題】高荷重負荷時の負荷容量を確保しつつ、低荷重負荷時の回転トルクを低くすることができるころ軸受を提供する。【解決手段】ころ軸受１０は、内周面に軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に軌道面１２ａを有する内輪１２と、両軌道面１１ａ，１２ａ間に転動自在に配設される複数のころ１３と、を備え、ころ１３の外周面にクラウニング１４を施して複数の山部１５及び谷部１６を軸方向に沿って形成し、且つ所定の荷重負荷時に、ころ１３の外周面の径方向内方への弾性変形により複数の山部１５及び谷部１６を軌道面１１ａ，１２ａに接触させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に軌道面を有する外輪と、外周面に軌道面を有する内輪と、前記両軌道面間に転動自在に配設される複数のころと、を備えるころ軸受であって、
前記ころの外周面にクラウニングを施して複数の山部及び谷部を軸方向に沿って形成し、且つ所定の荷重負荷時に、前記ころの外周面の径方向内方への弾性変形により前記複数の山部及び前記谷部を前記軌道面に接触させることを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
前記山部は、円弧形状の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
前記山部は、台形形状の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受に関し、特に、各種機械の回転支持部に用いられるころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒ころ軸受の軌道輪の軌道面にクラウニングを施して少なくとも２つの山部を軸方向に沿って配置することによって、エッヂロードを防ぐと共に、円筒ころを軌道面に対して２点接触をさせて、円筒ころの安定化を図った円筒ころ軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、円すいころ軸受の回転トルクを低減する技術として、内輪及び外輪の軌道面や円すいころの曲率半径等の各種寸法の最適化を図った円すいころ軸受が知られている（例えば特許文献２及び３参照）。
【０００４】
さらに、円すいころ軸受の温度上昇及び剛性低下を抑制する技術として、円すいころの転動面又は内輪及び外輪の軌道面のいずれかに周溝又はらせん状溝を形成し、その丘部にクラウニングを施した円すいころ軸受が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６２−１９９５２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８４２９号公報
【特許文献３】特開平１１−２１０７６５号公報
【特許文献４】実開昭６２−８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ころ軸受の回転トルクの主な成分は、転がり摩擦、すべり摩擦、ドラッグ摩擦、保持器摩擦、鍔部すべり摩擦である。また、玉軸受の回転トルクの主な成分は、転がり摩擦、ドラッグ摩擦、保持器摩擦、玉スピン摩擦、ジャイロ摩擦である。ころ軸受は、玉軸受に比べて負荷容量が大きく、高荷重負荷下での使用に適している。
【０００７】
しかしながら、ころ軸受の転動体は、軌道輪の軌道面に対して線接触をしており、玉軸受の転動体が点接触をするのと比べると、低荷重負荷時には玉軸受に比べて転がり摩擦が大きくなり、回転トルクが高くなるという課題がある。
【０００８】
本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、高荷重負荷時の負荷容量を確保しつつ、低荷重負荷時の回転トルクを低くすることができるころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内周面に軌道面を有する外輪と、外周面に軌道面を有する内輪と、両軌道面間に転動自在に配設される複数のころと、を備えるころ軸受であって、ころの外周面にクラウニングを施して複数の山部及び谷部を軸方向に沿って形成し、且つ所定の荷重負荷時に、ころの外周面の径方向内方への弾性変形により複数の山部及び谷部を軌道面に接触させることを特徴とするころ軸受。
（２）  山部は、円弧形状の断面を有することを特徴とする（１）に記載のころ軸受。
（３）  山部は、台形形状の断面を有することを特徴とする（１）に記載のころ軸受。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のころ軸受によれば、ころの外周面にクラウニングを施して複数の山部及び谷部を軸方向に沿って形成するため、低荷重負荷時には、山部の頂部のみが軌道面と接触して、点接触に近い状態又は部分的な線接触状態となる。これにより、転がり摩擦が低減して回転トルクを低くすることができる。また、ころの外周面に複数の山部を有していることから、山部の頂部が軌道面に対して点接触に近い状態になっても、ころの安定性を確保することができると共に、十分な軸受剛性を確保することができる。さらに、所定の高荷重負荷時には、ころの外周面の径方向内方への弾性変形により複数の山部及び谷部が軌道面に接触するため、ころの外周面のほぼ全域が軌道面に対して線接触するので、高荷重負荷時の負荷容量を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るころ軸受の各実施形態について、円すいころ軸受に適用した図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係る円すいころ軸受の第１実施形態を説明するための断面図、図２は円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【００１３】
本実施形態の円すいころ軸受（ころ軸受）１０は、図１に示すように、内周面に軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に軌道面１２ａを有する内輪１２と、両軌道面１１ａ，１２ａ間に転動自在に配設される複数の円すいころ（ころ）１３と、を備えている。
【００１４】
そして、本実施形態の円すいころ軸受１０は、図２に示すように、円すいころ１３の外周面にクラウニング１４を施して２つの円弧形状の山部１５，１５及び１つの円弧形状の谷部１６を軸方向に沿って形成し、且つ所定の高荷重負荷時に、円すいころ１３の外周面の径方向内方への弾性変形により２つの山部１５，１５及び１つの谷部１６を軌道面１１ａ，１２ａに接触させるものである。
【００１５】
このように構成された円すいころ軸受１０では、図２に示すように、無負荷時及び低荷重負荷時には、円すいころ１３の２つの山部１５，１５の頂部１５ａ，１５ａが軌道面１１ａ，１２ａと接触して、円すいころ１３と軌道面１１ａ，１２ａとの接触部が点接触に近い状態又は部分的な線接触状態となる。また、高荷重負荷時には、円すいころ１３の２つの山部１５，１５及び１つの谷部１６が軌道面１１ａ，１２ａに接触して、円すいころ１３と軌道面１１ａ，１２ａとの接触部が軸方向ほぼ全域に亘って線接触状態となる。
【００１６】
円すいころ１３は、図２に示すように、円すいころ１３の端部から任意の軸方向位置ｘにおける軌道面１１ａ（又は１２ａ）から径方向ｙの円すいころ１３の外周面までの距離をクラウニング落ち量δとし、最大クラウニング落ち量をδｍａｘとすると、δは次式（１）で求めることができる。ここで、式（１）において、ｍは円すいころ１３のクラウニングが無く、平坦である場合における任意の狙い転動体荷重時の弾性変形量である。αは円すいころ１３の弾性変形量の割増し量である。Ｌはころ有効長さである。
【００１７】
また、円すいころ１３は、狙い転動体荷重時（所定の高荷重負荷時）に２つの山部１５，１５及び１つの谷部１６が径方向内方に弾性変形して軌道面１１ａ，１２ａに対して線接触をするようになるが、ｍはクラウニングが無い場合を仮定した弾性変形量であるので、クラウニングがある場合には狙い転動体荷重よりも小さい荷重で線接触する。そこで、αをかけることで、線接触になる荷重を狙い転動体荷重に近づけている。本実施形態では、α＝１．２とする。
δ＝（αｍ／２）（ｃｏｓ（４πｘ／Ｌ）＋１）                      −（１）
【００１８】
本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、円すいころ１３の外周面にクラウニング１４を施して２つの山部１５，１５及び１つの谷部１６を軸方向に沿って形成するため、低荷重負荷時には、山部１５，１５の頂部１５ａ，１５ａのみが軌道面１１ａ，１２ａと接触して、点接触に近い状態又は部分的な線接触状態となる。これにより、転がり摩擦が低減して回転トルクを低くすることができる。また、円すいころ１３の外周面に２つの山部１５，１５を有していることから、山部１５，１５の頂部１５ａ，１５ａが軌道面１１ａ，１２ａに対して点接触に近い状態になっても、円すいころ１３の安定性を確保することができると共に、十分な軸受剛性を確保することができる。さらに、所定の高荷重負荷時には、円すいころ１３の外周面の径方向内方への弾性変形により２つの山部１５，１５及び１つの谷部１６が軌道面１１ａ，１２ａに接触するため、円すいころ１３の外周面のほぼ全域が軌道面１１ａ，１２ａに対して線接触するので、高荷重負荷時の負荷容量を確保することができる。
【００１９】
なお、円すいころ軸受の場合は、小径側と大径側では、小径側の方が大径側より面圧が大きく、周速が小さいので、小径側の山部の曲率半径Ｒ１を大径側の山部の曲率半径Ｒ２より大きくすることにより、小径側と大径側の面圧及び周速の影響の差を小さくすることができる。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図３は本発明に係る円すいころ軸受の第２実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【００２１】
本実施形態の円すいころ軸受２０は、図３に示すように、軸方向全域に亘って凸円弧形状のクラウニング２４ａが施されている円すいころ２３の外周面の軸方向中央部に、凹円弧形状のクラウニング２４ｂを施すことによって、円すいころ２３の外周面に２つの円弧形状の山部２５，２５及び１つの円弧形状の谷部２６を軸方向に沿って形成し、且つ所定の高荷重負荷時に、円すいころ２３の外周面の径方向内方への弾性変形により２つの山部２５，２５及び１つの谷部２６を軌道面１１ａ，１２ａに接触させるものである。これにより、上記第１実施形態と比較して円すいころの加工が容易になる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００２２】
（第３実施形態）
次に、図４を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図４は本発明に係る円すいころ軸受の第３実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【００２３】
本実施形態の円すいころ軸受３０は、図４に示すように、円すいころ３３の外周面にクラウニング３４を施して３つの円弧形状の山部３５，３５，３５及び２つの円弧形状の谷部３６，３６を軸方向に沿って形成し、且つ所定の高荷重負荷時に、円すいころ３３の外周面の径方向内方への弾性変形により３つの山部３５，３５，３５及び２つの谷部３６，３６を軌道面１１ａ，１２ａに接触させるものである。これにより、円すいころの外周面の山部の数を増やしているため、上記第１実施形態と比較して、円すいころの安定性及び軸受剛性を向上することができる。
【００２４】
なお、山部の数が３つの場合についても、前述の山部の数が２つの場合について説明した円すいころ軸受の小径側と大径側での面圧及び周速の影響を考慮した山部の曲率半径の関係が成り立ち、小径側の山部の曲率半径Ｒ１、中央部の山部の曲率半径Ｒ３、大径側の山部の曲率半径Ｒ２の関係をＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２とすることにより、小径側と大径側の面圧及び周速の影響の差を小さくすることができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００２５】
（第４実施形態）
次に、図５を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図５は本発明に係る円すいころ軸受の第４実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【００２６】
本実施形態の円すいころ軸受４０は、図５に示すように、円すいころ４３の外周面にクラウニング４４を施して２つの台形形状の山部４５，４５及び１つの台形形状の谷部４６を軸方向に沿って形成し、且つ所定の高荷重負荷時に、円すいころ４３の外周面の径方向内方への弾性変形により２つの山部４５，４５及び１つの谷部４６を軌道面１１ａ，１２ａに接触させるものである。これにより、山部を台形形状として頂部を直線状にするため、所定の高荷重負荷時まで円すいころの外周面と軌道面との間に一定の接触長さを確保することできる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００２７】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、各実施形態では、円すいころの外周面に形成される山部及び谷部の形状及び大きさを同一に設定したが、山部及び谷部の形状及び大きさは、円すいころに生じる圧力分布に応じて任意に設定される。また、同等に円筒ころ軸受に適用できる。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明に係る円すいころ軸受１０（本実施例）の作用効果を確認するために行った計算について説明する。
【００２９】
本計算の本実施例及び比較例の計算モデルには、標準設計の円すいころ軸受ＨＲ３３２１０Ｊ（内径φ５０ｍｍ、外径φ９０ｍｍ、幅３２ｍｍ）を使用し、主な解析条件としては、荷重は純アキシアル荷重とし、弾性変形量ｍはＰ／Ｃ＝０．５となるときの転動体荷重を狙い荷重とした。
【００３０】
本実施例に使用する円すいころは、第１実施形態の円すいころ１３であって、円すいころの外周面には、２つの円弧形状の山部及び１つの円弧形状の谷部が軸方向に沿って形成されている。
【００３１】
比較例に使用する円すいころは、軸方向全域に亘って凸円弧形状のクラウニングが施されており、円すいころの外周面には、１つの円弧形状の山部が軸方向に沿って形成されている。
【００３２】
本計算では、上記した本実施例及び比較例の動等価荷重Ｐと基本動定格荷重Ｃとの比がＰ／Ｃ＝０．２及びＰ／Ｃ＝０．５の時の円すいころと軌道面との面圧分布と、Ｐ／Ｃ＝０．１〜０．５の範囲における円すいころと外輪軌道面及び内輪軌道面との接触長さと、を計算した。計算結果を図６及び図７にそれぞれ示す。
【００３３】
図６から明らかなように、本実施例のように円すいころの外周面に２つの山部及び１つの谷部を形成する場合は、Ｐ／Ｃ＝０．２では、ころ中央部で面圧が発生しないことが確認でき、Ｐ／Ｃ＝０．５では、ころ全体で面圧が発生することが確認できた。また、図７から明らかなように、円すいころの線接触長さは狙い転動体荷重まで段階的に上昇してことが確認できた。これらの計算結果により、狙い転動体荷重に達するまでは円すいころの軌道面に対する接触領域を限定することができ、転がり摩擦を低減することが可能であることが確認できた。
【００３４】
転がり摩擦抵抗は、以下の式（出典：ＮＳＫテクニカルレポート  ＣＡＴ．Ｎｏ．７２８ｅ  ２００４  Ｅ−３  Ｐ．１７０）により求められる。つまり、接触領域を限定することにより、ころ有効長Ｌｗｅを小さくすることができるため、転がり摩擦ＭＲを低減できる。
【００３５】
【数１】
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【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る円すいころ軸受の第１実施形態を説明するための断面図である。
【図２】円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【図３】本発明に係る円すいころ軸受の第２実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【図４】本発明に係る円すいころ軸受の第３実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【図５】本発明に係る円すいころ軸受の第４実施形態の円すいころと軌道面との接触部分を模式的に示した拡大図である。
【図６】面圧分布と円すいころ端部からの距離との関係を示すグラフ図である。
【図７】円すいころの接触長さとＰ／Ｃとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０，２０，３０，４０              円すいころ軸受（ころ軸受）
１１                                外輪
１１ａ                              軌道面
１２                                内輪
１２ａ                              軌道面
１３，２３，３３，３４              円すいころ（ころ）
１４，２４ａ，２４ｂ，３４，４４    クラウニング
１５，２５，３５，３６              山部
１６，２６，３６，４６              谷部
【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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