資料

モーメント対応長寿命円すいころ軸受の開発
漆川賢治

柴田正道

Development of Taper Roller Bearing for Moment Application
K. SHITSUKAWA

M. SHIBATA

So far, tapered roller bearings which have longer fatigue life had been developed by the improvement ofmaterial and heat treatment in KOYO SEIKO.
But in recent years, for moment and heavy load applications, improvement in design is also needed.
Therefore, this time tapered roller bearing which has the proper crowning profile on inner race has beendeveloped.
Performance of the developed one is as follows compared with the usual one as follows.
1) 3 times longer fatigue life in clean oils
2) 1. 5 times longer fatigue life in contaminated oils
3) almost equal performance except for fatigue life
Developed one is recommended to apply to the parts in which large misalignment and heavy load act, forexample, the differential, the transmission, and the wheel of an automobile. Moreover, the developed one isexpected to have still longer fatigue life if the improvement of material and heat treatment is also added to.

1．はじめに
2．設計面からの長寿命化
3．クラウニング形状検討
4．開発軸受の性能
4.1

軸受寿命

4.2

その他性能

1．はじめに

5．おわりに

今般，引続き設計面からの検討を行い，高モーメント・高荷重に対応できる長寿命円すいころ軸

近年，機械装置のコンパクト化・高出力化にと受を開発した．以下にその紹介をおこなう．

もない，軸受の長寿命化・信頼性向上への要求はますます厳しいものとなっている．
転がり軸受の構造は，軌道輪，転動体および保持器からなり，潤滑剤の存在下で機能を果たす．
したがって，軸受の長寿命化や信頼性向上には材料や潤滑剤の性能の進歩ならびに加工技術の進歩，設計思想の変革などトライボロジー全般に関わる技術や理論の発展が不可欠である．
寿命向上は材料，熱処理，潤滑などの軸受品種・用途によらない共通方策と個々の用途に合せた個別方策に大別することができる．
当社ではこれまで，主として材料・熱処理面からの改善に取組んできた．そして，数々の新材料・熱処理方法を開発し，長寿命軸受として市場に投入してきた１）〜４）．

KOYO Engineering Journal No.155 (1999)

2．設計面からの長寿命化
表 1 に設計面からの長寿命化方策についてまとめて示す．
転走面での面圧の低減・均一化は，円筒ころ軸受や円すいころ軸受の軌道のようにクラウニングを施すことである．クラウニングによってその接触部に発生する不都合な応力集中を防止できる．
また，負荷容量増大はころ径，ころ長さを大きくしたり，ころ数を増大して軸受の動定格荷重を増大することである．一方，シールの密封機能向上
はシールのリップ形状を工夫してアキシアル荷重による内輪の軸方向の動きに対しても異物が侵入しにくい構造とするものである．
これらの方策のうち，軸受への年々増大する高15

資−モーメント対応長寿命円すいころ軸受の開発−

接触圧力，GPa

モーメント・高荷重仕様にこたえるべくクラウニング形状の適正化を取り上げた．

表 1 設計面での寿命向上方策
Designing technique to attain longer fatigue life

料

4.03.0標準品
開発品

１）転走面面圧低減2.0２）転走面面圧均一化
３）負荷容量増大
４）シール密封機能向上

1.03．クラウニング形状検討
前述したように，円筒ころ軸受や円すいころ−6.0−4.0 −2.0

軸受では応力集中の発生を抑えるためにクラウニングを施す．しかし，近年までこのクラウニ
ングの大きさ，形状の良否を判断する検討手段がなく経験にもとづく設計しか成し得なかった．
すなわち，接触部の面圧計算にはHertzの接触

02.04.06.0

内輪軌道位置座標，mm

図 2 内輪接触面圧計算結果
Calculated results of contact pressure of inner race

4．開発軸受の性能理論が用いられるが，この理論は一様な曲率を性能評価には呼び番号JL69349/10およびもつ場合のみという制約があるため，任意形状

TR0708-1を用い，開発品の軸受寿命と，その他性のクラウニングにおける接触圧力の評価はでき

能（焼付性，回転精度，アキシアル剛性）についてなかった．

標準品と比較した．

当社では，ここ10年来，弾性理論にもとづく比５）較的簡単な計算手法を開発してきた ．これまで，エッジロードを抑えるクラウニング形状について

4.1 軸受寿命
4.1.1 清浄油中の寿命はいくつかの理論的解析が報告されてきた ６）７）．

清浄油中の寿命試験には図 3 に示すアキシア

当社でも既に開発した計算手法を発展させ，モール型試験機を用いた．試験条件を表 2 に示す．

メントにより内・外輪に傾きが生じた場合でもそ振動計ピックアップの傾き角に対して接触面圧を均一化するような適正クラウニング形状を設計する手法を開発した．
呼び番号JL69349/10において設計した内輪軌道

試験軸受

レバー

板ばね
試験軸受

駆動プーリ

クラウニング形状（開発品）と標準品での形状を測定した結果を比較して図 1 に示す．また，図 2 にアキシアル荷重0.72Cea，内外輪相対傾き角６'での接触面圧分布を比較して示す．開発品は最大面圧を低減し，応力分布の均一化が図られている．
ハウジング

開発品

図 3 アキシアル荷重試験機（円すいころ軸受）
Fatigue life testing equipment of axial loading type5μm1mmハウジング

標準品5μm1mm

図 1 内輪軌道形状測定結果
Measured crowning profiles of inner race

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KOYO Engineering Journal No.155 (1999)

資料−モーメント対応長寿命円すいころ軸受の開発−

4.1.2

表 2 試験条件
Test conditions

汚れ油中の寿命試験には図 5 に示す合成荷重

荷重 0.72Cea

アキシアル荷重

汚れ油中の寿命試験機を用いた．試験条件を表 3 に示す．荷重

回転数−12 000min

はまずアキシアル荷重負荷用コイルばねにより内・外輪相対傾き角６′, ０′

ばね座を介してアキシアル荷重を試験軸受に与潤滑

タービン油VG68循環給油

え，その後ラジアル荷重負荷用コイルばねによ試験温度70℃

り支持軸受を介してラジアル荷重を試験軸受の試験軸受

JL69349/10

内輪に与えた．試験中に異物が沈殿するのを防止するために，試験機本体中央部の底からエア内輪と外輪の傾き角は外径中心と内径中心をずーでかくはんを行なった．開発品と標準品との寿らした偏心ハウジングを左右逆に組付けること

命試験結果を図 6 に示す．開発品は標準品の約により与えた．開発品と標準品との寿命試験結1.5倍の寿命向上が得られた．

果を図 4（a）（b）に示す．内外輪の相対傾き角が振動計ピックアップ６′のときには10％寿命で比較した場合，開発品は標準品の約３倍の寿命向上が得られた．また，

ラジアル荷重負荷用
コイルばね

内外輪の相対傾き角が０′の場合は開発品と標準品はほぼ同等の寿命であった．これは開発品が表 2 に示す条件（傾き角６′）で最適となるクラウニング形状のためと考えられる．

支持軸受
アキシアル荷重
負荷用
試験軸受
コイルばね

試験軸受

駆動プーリ

99

累計破損確率，％

標準品50
開発品

図 5 合成荷重試験機
Fatigue life test equipment of axial and radial loading type
表 3 試験条件
Test conditions

10荷重3123520 301050寿命時間，X100 h（a）内・外輪相対傾き角

アキシアル荷重 0.48Cea−12 500min

潤滑ハイポイドギヤオイルSX-90 油浴

6'異物条件99

ラジアル荷重 0.4Cer

回転数

試験軸受

高速度鋼粉（10〜75μm），SUJ２焼入れ鋼粉（75〜100μm）各１：１，混入量0.12 wt％
TR0708-1

累計破損確率，％

標準品
50

開発品

103123510203050

寿命時間，X100 h（b）内・外輪相対傾き角0'

図 4 清浄油中軸受寿命試験結果
Results of fatigue life test of the bearing in clean oil

KOYO Engineering Journal No.155 (1999)

17−モーメント対応長寿命円すいころ軸受の開発−

99

資料

参考文献
標準品

１）T.Hoshino and M.Goto：SAE Tech.Paper,891771（1989）．

開発品

２）柴 田 正 道 ， 李 漢 瑛 ： KOYO Engineering

累積破損確率，％50Journal, no. 141（1992）
26.
３）K.Toda, T.Mikami and T.M.Johns：SAE
Tech. Paper, 921721（1992）．
４）太田敦彦：KOYO Engineering Journal, no.

10150（1996）48.
５）永井廉章：KOYO Engineering Journal, no.
131（1987）
30.
６）G.Lundberg：Forschung auf dem gebiete desIngenieurwesens, 10, 5（1939）
201.
110100７）P.M.Johns and R.Gohar： TRIBOLOGY
international, vol. 14, no. （3 1981）131.

寿命時間，h

図6 汚れ油中軸受寿命試験結果
Results of fatigue life test of the bearing in contaminated oil

4.2

その他性能

開発軸受の回転精度，回転トルク，耐焼付性，アキシアル剛性等については標準品と同等の性能であることを確認ずみである．

5．おわりに高モーメント，高負荷仕様に対応するべく，従来の材料・熱処理面での長寿命方策に続いて，設計面からの方策として軸受軌道形状の適正化を図った円すいころ軸受を開発した．開発軸受の性能は標準品と比較して以下である．
１）内・外輪に相対傾き角がある場合
・清浄油中寿命は３倍・異物油中寿命は1.5倍２）軸受寿命以外の諸性能はほぼ同等
開発軸受は自動車のディファレンシャル，トランスミッション，ホイール等の高モーメント，高荷重で使用される部位への適用が推奨される．
なお，材料・熱処理での改善との組合せによりさらなる寿命向上が期待できる．

筆者

漆川賢治*

柴田正道*

K. SHITSUKAWA M. SHIBATA*

総合技術研究所

基礎技術開発センター

軸受研究開発部

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