JP2007120575A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころ本数を増やすことによって負荷容量の増加と軌道面の面圧過大による早期破損を防止し、かつ軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現して、引きずりトルクの発生を抑制することにある。
【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とを備える。保持器５の隣接する柱部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が形成されている。ポケット９の狭幅側の柱部８に切欠き１０ａが設けてある。ころ係数γが０．９４を越え、ポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保されている。
【選択図】 図１

Description

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。

円すいころ軸受は、外径面の軌道面の両側に小つばと大つばが設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円すいころと、これらの円すいころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、保持器には、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径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、ポケットが、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る台形状に形成されたものが用いられている。

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。

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１８（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１８(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。

ところで、自動車トランスミッションは、近年、ミッションのＡＴ化、ＣＶＴ化および低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、（１）油温が高い、（２）油量が少ない、（３）予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。

この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させないでころ本数を増やすためには保持器のポケット間隔を狭くしなければならないが、そのためには保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がある。

保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図１４に記載の円すいころ軸受がある（特許文献６参照）。この円すいころ軸受６１は保持器６２の小径側環状部６２ａの外周面と大径側環状部６２ｂの外周面を外輪６３内径面と摺接させて保持器６２をガイドし、保持器６２の柱部６２ｃの外径面に引きずりトルクを抑制するため凹所６４を形成して、柱部６２ｃの外径面と外輪６３の軌道面６３ａの非接触状態を維持するようにしている。保持器６２は、小径側環状部６２ａと、大径側環状部６２ｂと、小径側環状部６２ａと大径側環状部６２ｂとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所６４が形成された複数の柱部６２ｃとを有する。そして柱部６２ｃ相互間に円すいころ６５を転動自在に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部６２ａには、内径側に一体に延びたつば部６２ｄが設けられている。図１４の円すいころ軸受は、保持器６２の強度向上を図るもので、保持器６２の柱部６２ｃの周方向幅を大きくするために保持器６２を外輪６３の内径面に接するまで寄せた例である。
特開平０９−３２８５８号公報（第３図） 特開平１１−２０１１４９号公報（第２図） 特開平０９−０９６３５２号公報 特開平１１−０２１０７６５公報 特開２００３−３４３５５２号公報 特開２００３−２８１６５号公報

特許文献１及び特許文献２に記載のように、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。

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つばがあるので、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つばで堰き止められ、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。

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、ころ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。

特許文献６に記載の円すいころ軸受６１では、保持器と外輪とが接触しないタイプに比べてころの充填率を高め、軌道面最大面圧を低減させることが可能である。しかし、保持器と軌道面中央部を非接触とするため、その部分の板厚が薄くなるというデメリットがある。すなわち、保持器６２の柱部６２ｃに凹所６４があるので板厚が必然的に薄くなって保持器６２の剛性が低下し、軸受６１の組立て時の応力によって保持器６２が変形したり、軸受６１の回転中に保持器６２が変形する等の可能性もある。保持器６２の剛性を高めようとすると保持器６２の径寸法が大きくなるため、外輪接触部での摺接によるトルク増大、いわゆる引きずりトルクを引き起こす可能性がある。

一方、特許文献６記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は、図１５のように外輪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、次式で定義されるころ係数（ころの充填率）γを、通常、０．９４以下にする必要がある（特許文献４参照）。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径。なお、図１５で符号７３は円すいころ、７４は柱面、７５は内輪、θは窓角を示す。

保持器７２のポケット寸法をそのままにして単純にころ充填率を高めようとすると、保持器７２の柱７２ａが細くなり、充分な柱強度を確保することができない。一方、柱強度を確保するため、保持器と外輪とのすきまが小さくなる方向に保持器径を変更（径寸法を大きく）すると、特許文献６に紹介されているように、保持器の外輪接触部での摩耗を促進し、引きずりトルクの増大を引き起こすおそれがある。

この発明の目的は、ころ本数を増やすことによって負荷容量の増加と軌道面の面圧過大による早期破損を防止し、かつ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て、引きずりトルクの発生を抑制することができる円すいころ軸受を提供することにある。

この発明は、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を備えた円すいころ軸受において、保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径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る台形状のポケットが形成されるとともに、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設け、さらにころ係数が０．９４を越え、ポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保されていることを特徴とするものである。

ポケット柱面のころの当たり幅を、左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保して、ころから保持器に作用する荷重が局部的に集中したり、偏って負荷されたりすることによって、異常な摩耗が発生したり、応力集中による破損が発生したりしないようにしてある。これらにより、ころ係数γをγ＞０．９４とすることが可能となった。

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で、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。

ところで、図１９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１９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を小さくすれば、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。

本発明では、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつころＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、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。

また、保持器の台形状のポケットの狭幅側の柱部に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。

請求項２の発明は、請求項１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を設けた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。

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、ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３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を、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くしたことを特徴とするものである。

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、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を設け、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％としたことを特徴とするものである。

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、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以下としたことを特徴とするものである。

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）。また、Ｓｋ値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）、ガウス分布のように対称な分布では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、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行うことができ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。

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、保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在していることを特徴とするものである。すきまが存在する保持器寸法とすることにより、軸受運転中には外輪と保持器との接触が殆ど発生しないようにしている。

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８）。

この発明によれば、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、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、過酷潤滑条件下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。

また、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、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。

前記ポケットの狭幅側の小環状部にも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する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大つばまで到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することができる。

前記ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円すいころをバランスよく柱部に摺接させることができる。

前記ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大つばまで到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することができる。

前記保持器の小環状部の輪方向外側に、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を設け、この対向させた小環状部のつばの内径面と内輪の小つばの外径面との隙間を、内輪の小つばの外径寸法の２．０％以下とすることにより、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することができる。

少なくとも前記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。

保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在しているので、軸受運転中には外輪と保持器との接触が殆ど発生せず、接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１に示す実施の形態の円すいころ軸受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。複数の円すいころ４が、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に介在させてある。円すいころ４は保持器５に形成されたポケット９内に収容されている。各円すいころ４は、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。

保持器５は、円すいころ４の小径端面側で連なる小環状部６と、円すいころ４の大径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。また、柱面５ｄの窓角θ（図１５参照）は、例えば２５°〜５０°である。

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。

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。

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。

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。

図１２は、上述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。

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、内部にており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。

保持器５はここでは鉄板製であって、油への浸漬による材質劣化（耐油性）を気にせず
使用できる。保持器５は、鉄板製に代えて、例えばＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、Ｐ
ＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形してもよい。なお、鉄板製保持器の場合は底広げやかしめ作業が必要であるが、樹脂製保持器の場合はこれらが不要となるため、必要な寸法精度を確保することが容易である。ここで、「底広げ」とは、ころを組み込んだ保持器５を内輪に組み付ける時、ころが内輪の小つばを乗り越えるように保持器５の小径側の柱部の径を大きく拡げることをいう。「かしめ作業」とは、前述のように大きく拡げた保持器５の小径部の柱部を外側から型で押して元に戻すことをいう。

また、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。

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。

〔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）

〔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）

なお、鉄板以外の保持器材料の例としてＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラを挙げたが、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。

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。

ところで、保持器５の外径は、図６（Ａ）の状態から同図に矢印で示すように保持器５を軸方向小径側に移動させ（図６（Ｂ））、次に図７（Ａ）のように径方向下側に移動させると、外輪３と保持器５が接触し、軸受が回転して図７（Ｃ）のように保持器５がセンタリングされると、保持器５と外輪３が全周にわたり所定すきまをあけて非接触となるような寸法に設定してある。言い換えれば、そのような寸法とは、保持器５が軸中心に配置され、図６（Ｂ）のように保持器５が小径側に寄った状態では保持器５と外輪３の間にすきまが存在するが、保持器５を軸中心から径方向に移動させると外輪３と保持器５が接触するような寸法である。これにより、運転初期（図７（Ｂ））には外輪３と保持器５は接触するが、運転中（図７（Ｃ））は非接触となることから、接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。

図８〜図１１は、保持器５の内径側から見たポケットを示し、ポケット柱面５ａ（柱の側面）にころの当たりを二点差線で示してある。いずれの場合も、ポケット柱面５ａのころの当たり幅を、ポケット９の軸方向中央位置すなわちポケット中央位置からポケット長さの１０％以上確保してある。ころから保持器５に作用する荷重が局部的に集中したり、偏って負荷されたりすることによって、異常な摩耗が発生したり、応力集中による破損が発生したりしないようにするためである。なお、図８〜図１１においては、切欠き１０ａ等を省略している。

具体的には、図８の場合、ころ当たり幅は、ポケット中央位置から軸方向両側にそれぞれポケット長さの１０％以上にわたって確保されている。したがって、ポケット中央位置でのころ当たり幅はポケット長さの２０％以上となっている。図９の場合は、ころの当たりが図中の左側寄りになっているが、ポケット中央位置から右側にもポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。図１０の場合は、図９と逆にころの当たりが図中の右側寄りになっているが、ポケット中央位置から左側にもポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。図１１は、図中上側のポケット柱面５ａと図中下側のポケット柱面５ａとでころの当たりが逆方向に片寄っている場合であるが、いずれも、ポケット中央位置から少なくともポケット長さの１０％以上のころ当たり幅が確保されている。

この発明によれば、ころ係数γが０．９４を越えるようにすることによって、ころ本数を増加させつつこのＰＣＤを小さくできる。これにより、これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、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、過酷潤滑条件下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。

また、保持器５の台形状のポケット９の狭幅側の柱部８に切欠き１０を設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入した潤滑油を、この切欠き１０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２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃ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。

前記ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃを設けることにより、保持器５の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部６の切欠き１０ｃからも外輪３側へ逃がし、内輪２の軌道面２ａに沿って大つば２ｃまで到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することができる。

前記ポケット９の広幅側の少なくとも柱部８に切欠き１０ｂを設けることにより、円すいころ４をバランスよく柱部に摺接させることができる。

前記ポケット９の狭幅側に設けた切欠き１０ａの合計面積を、台形状のポケット９の広幅側に設けた切欠き１０ｂの合計面積よりも広くすることによっても、内輪２の軌道面に沿って大つば２ｃまで到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することができる。

前記保持器５の小環状部６の輪方向外側に、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を設け、この対向させた小環状部６のつば１１の内径面と内輪２の小つば２ｂの外径面とのすきまδを、内輪２の小つば２ｃの外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器５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することができる。

少なくとも前記円すいころ４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４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４と内外輪２、３との接触部を十分に潤滑することができる。

保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在しているので、軸受運転中には外輪と保持器との接触が殆ど発生しない。このため、保持器の接触による引きずりトルクの発生を抑制することができ、保持器ポケット部の摩耗も最小限とすることができる。

図１３は、上述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一構成例を示している。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。

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。

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と噛み合い、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。

なお、本発明において、ころ径やころ本数は、各実施形態のものに限らず、種々変更できる。また、本発明に係る円すいころ軸受は、前記したように自動車のトランスミッションや自動車のデファレンシャルに使用でき、さらには、自動車用歯車装置以外の用途に使用することも可能である。

第１実施例として軸受の寿命試験を行った。図１６にその結果を示す。過酷潤滑、過大負荷条件下の寿命試験結果を示す。比較例１はころ係数０．８６の従来品である。比較例２は鉄板製保持器付きで運転時に外輪と保持器が接触するようにした点を除き実施例と同じである。

図１６に示す試験結果から明らかなように、比較例１は内輪剥離を起こし、寿命時間は１６．４ｈであった。比較例２は、保持器摩耗によるトルク増大のため、寿命時間４０．２ｈで停止した。実施例は２００ｈでも全く異常が認められなかった。なお、同じ試験条件の場合、ＪＩＳによる計算寿命は９２．２ｈである。

第２実施例として、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。図２に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ａ）と、図３に示した保持器を用いた円すいころ軸受（実施例Ｂ）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Ａ）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Ｂ、Ｃ）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。

実施例と比較例の円すいころ軸受について、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）

図１７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Ａ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Ｂ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Ｃ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Ａ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Ｂは、さらに優れたトルク低減効果が認められる。

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Ａが９．５％、実施例Ｂ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Ｂと比較例Ｃ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。

この発明の実施の形態の円すいころ軸受を示し、（Ａ）は横断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 図１の円すいころ軸受における保持器の展開平面図である。 保持器の変形例を示す図２と類似の展開平面図である。 保持器の別の変形例を示す図２と類似の展開平面図である。 図１（Ｂ）の部分拡大図である。 （Ａ）は保持器が軸方向に移動する前の円すいころ軸受の縦断面図、（Ｂ）は保持器が移動した後の円すいころ軸受の縦断面図である。 （Ａ）は静止時の円すいころ軸受の横断面略図、（Ｂ）は回転初期の円すいころ軸受の横断面略図、（Ｃ）は回転中の円すいころ軸受の横断面略図である。 保持器のポケットの簡略図である。 保持器のポケットの簡略図である。 保持器のポケットの簡略図である。 保持器のポケットの簡略図である。 一般的な自動車のデファレンシャルの断面図である。 一般的な自動車のトランスミッションの断面図である。 保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図である。 従来の技術を示す円すいころ軸受の部分拡大断面図である。 軸受の寿命試験の結果を示す図である。 トルク測定試験の結果を示すグラフである。 Ａ、Ｂは、それぞれ従来の技術を示す保持器の展開平面図である。 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す線図である。

符号の説明

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

Claims (8)

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を備えた円すいころ軸受において、
   保持器が、円すいころの小径端面側で連なる小環状部と、円すいころの大径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る台形状のポケットが形成されるとともに、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設け、さらにころ係数が０．９４を越え、ポケット柱面のころの当たり幅が左右共にポケット軸方向中央位置に対しポケット長さの１０％以上確保されていることを特徴とする円すいころ軸受。
2. ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けたことを特徴とする請求項１の円すいころ軸受。
3. ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けたことを特徴とする請求項１または２の円すいころ軸受。
4. ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くしたことを特徴とする請求項３の円すいころ軸受。
5. 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を設け、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％としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの円すいころ軸受。
6. 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以下としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの円すいころ軸受。
7. 保持器が軸中心に位置した状態では保持器外径と外輪軌道面間にすきまが存在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの円すいころ軸受。
8. 自走車両の動力伝達軸を支持することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの円すいころ軸受。
   
   

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