JP2005003121A

JP2005003121A - 円筒ころ軸受

Info

Publication number: JP2005003121A
Application number: JP2003168107A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村; Masanao Sato; 正尚佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪（２）がころ（４）の端面を接触案内するころ案内面（７）を備えた鍔部（６）を有する円筒ころ軸受（１）であって、前記円筒ころ（４）の直径をＤａとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に０．４０Ｄａ離れた前記円筒ころの端面（４ａ）を第一の位置（Ａ）、０．３５Ｄａ離れた前記円筒ころの端面（４ａ）を第二の位置（Ｂ）としたとき、前記円筒ころの端面（４ａ）は、前記第一の位置（Ａ）と第二の位置（Ｂ）間で前記鍔部のころ案内面（７）と接触し、前記円筒ころの端面（４ａ）は、前記第一の位置（Ａ）と前記第二の位置（Ｂ）を通過する連続した曲線からなる凸状のクラウニング部（４ｂ）を備え、前記第一の位置（Ａ）と前記第二の位置（Ｂ）を結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度αは、α≦０．５°である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のトランスミッション等に用いられ、過大なアキシアル荷重を許容できる円筒ころ軸受に関し、特に、高速回転や低粘度の油を用いた場合、或いは、潤滑装置が故障して潤滑油が十分に供給できない場合でも、直ちに焼付きを生じさせない様に耐焼付き性を向上させた円筒ころ軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、円筒ころ軸受では、複数の円筒ころを軌道輪の円周方向に案内するため、軌道輪の端部に鍔部を設け、この鍔部の内側面に形成されたころ案内面にころの端面を摺接させるように構成されている。また、自動車のトランスミッション等に用いられる円筒ころ軸受では、ラジアル荷重に加えてアキシアル荷重が負荷される。円筒ころ軸受がアキシアル荷重を受けて回転すると、円筒ころの端面が鍔部のころ案内面と接触する箇所にエッジロードのような局部的な応力が作用し、接触面に大きな摩擦が発生する。また、高速回転によりこの摩擦が顕著になると、摩耗や焼付きが発生して軸受の早期破損が起こる場合がある。
【０００３】
そこで、ころの端面と鍔部のころ案内面間の接触面圧ができるだけ一様になるように、ころの端面や鍔部のころ案内面にわずかなテーパやクラウニングを設けて、大きなエッジロードが生じないように構成している。
円筒ころ軸受の焼付き防止または低減技術としては、ころと鍔部の接触面同士の粗さを向上させたり、接触面の位置をころの転動面と外輪（または内輪）の軌道面と同じ半径位置で接触させることによって、ころの端面と鍔部の滑りの影響を小さくする事が考えられる。
【０００４】
従来の技術としては、接触するころの端面と鍔部の粗さを改善して潤滑不良を防止するようにしたころ軸受が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、潤滑性能を向上させるため、相対移動方向とほぼ直交する方向に加工目を設けるようにしたころ軸受が知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、ころの端面と接触する鍔部の接触領域に複数の微小凹部を設けて油膜形成維持を図ったころ軸受が知られている（例えば、特許文献３参照。）。さらに、滑りによる発熱を低減するため、ころが鍔部と接触する位置をころの外径面と同じになるように、ころの形状を変えたころ軸受が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００５】
また、ころの端面の面取り部と平面部との交点位置を、鍔面と研削用逃げ部との交点位置よりも、外輪鍔部では半径方向小径側で、内輪鍔部では半径方向大径側とすることにより、転がり接触部におけるころと鍔面内に油膜を確実に形成させて焼付き防止または低減を図る技術も提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−４２７４６号公報（第２頁、第２図）
【特許文献２】
特開平７−９１４５２号公報（第３頁、第７図）
【特許文献３】
特開平６−２４１２３５号公報（第２頁、第１図）
【特許文献４】
特開平９−２３６１３１号公報（第２頁、第１図）
【特許文献５】
特開２００２−１８１０５３号公報（第３頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１，２に示されるように粗さの改善や任意な加工目を設けることは、特殊な加工設備や加工時間の延長に伴うコストアップの問題や品質の安定性等に課題があった。一方、特許文献３，４に示されるように、ころの形状や鍔部の形状を変える場合においても、ころの加工に伴うコストアップや内輪、外輪の加工追加によるコストアップが考えられる。
【０００８】
また、特許文献５に示された円筒ころ軸受にあっては、鍔面にクラウニングを施したり、あるいは、内輪鍔面ところの端面との接触部が、点を頂点とした円すいの外径面（内輪鍔面）と球面（ころの端面）との接触となるように構成されている。しかしながら、ころと鍔部の接触部に生じる接触楕円の長径の方向は軸受内輪の半径方向となるため、アキシアル荷重の大きさによってはこの接触楕円が内輪鍔面の逃げ溝、もしくは、鍔面の外径からはみ出してしまい、接触楕円と逃げ溝部との境界面、もしくは接触楕円と鍔面の外径部との境界面でエッジロードが発生するといった問題がある。
【０００９】
さらに、上記接触楕円が鍔面の逃げ溝からはみ出すのを抑えるため、ころと鍔部との接触面である接触楕円の中心位置を鍔面の外径側に上げることが考えられる。しかしながら、この場合には、ころと鍔部間の滑りが大きくなるため、発熱量が増えてしまい軸受の温度上昇、鍔部のカジリや焼付き等が発生するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するため、軸受のサイズを大きくせずに、焼付き性能を改善し、許容回転数の向上を実現する円筒ころ軸受を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の構成によって達成される。
（１）内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、
前記円筒ころの直径をＤａとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に０．４０Ｄａ離れた前記円筒ころの端面を第一の位置、前記円筒ころの中心軸から径方向に０．３５Ｄａ離れた前記円筒ころの端面を第二の位置としたとき、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と第二の位置間で前記鍔部のころ案内面と接触し、
前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と前記第二の位置を通過する連続した曲線からなる凸状のクラウニング部を備え、
前記第一の位置と前記第二の位置を結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度αは、α≦０．５°であることを特徴とする円筒ころ軸受。
（２）前記角度αは前記ころ案内面の開き角度θに対して、α＜θを満足し、且つ、前記円筒ころの端面における少なくともクラウニング部の表面粗さは０．０２〜０．１５μｍＲａとしたことを特徴とする（１）に記載の円筒ころ軸受。
【００１２】
本発明によれば、鍔部のころ案内面と接触するころの端面の形状を上記のように構成することで、アキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷された際に、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を小さくすることができる。この結果、この接触部のＰＶ値（接触面圧Ｐと滑り速度Ｖの積）が低減され、耐焼付き性を向上することができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。
なお、自動車用の円筒ころ軸受においては、円筒ころの外径が２５ｍｍ以下であれば、円筒ころの軌道面及び端面の研削加工により、０．１５μｍＲａ以下の表面粗さを満足することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の円筒ころ軸受の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図であり、図２は、鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とが接触する部分を示す要部拡大図である。
【００１４】
図１に示されるように、円筒ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、複数の円筒ころ４と、保持器５とを備えている。内輪２は、外周面の中間部に内輪軌道面２ａを有しており、外輪３は、内周面の中間部に外輪軌道面３ａを有している。内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間には、保持器５によって円周方向に所定の間隔で保持された円筒ころ４が転動自在に配置されている。
【００１５】
内輪２の一端部及び外輪３の両端部には、円筒ころ４を内輪２及び外輪３の円周方向に案内するための鍔部６が設けられている。鍔部６は、その内側面に円筒ころ４の端面４ａを接触案内するころ案内面７を備えている。図２（図示の例は内輪の鍔部）に示されるように、ころ案内面７は、円筒ころ４の軸方向に垂直な面に対して所定の鍔開き角度θだけ外側に開いて形成されている。円筒ころ４は、鍔部６のころ案内面７に端面４ａを摺接させながら内輪軌道面２ａ上を転動する。
【００１６】
円筒ころ４の端面４ａは、円筒ころ４の直径をＤａとし、円筒ころ４の中心軸ＣＬから径方向に０．４０Ｄａ離れた円筒ころ４の端面４ａを第一の位置Ａとし、円筒ころ４の中心軸ＣＬから径方向に０．３５Ｄａ離れた円筒ころ４の端面４ａを第二の位置Ｂとすると、第一の位置Ａと第二の位置Ｂとの間で鍔部６のころ案内面７と接触するように形成されている。
【００１７】
円筒ころ４の端面４ａは、第一の位置Ａと第二の位置Ｂの２点を通過し、曲率半径Ｒの連続した曲線によって構成された凸状のクラウニング部４ｂを備えている。また、クラウニング部４ｂにおいて、第一の位置Ａと第二の位置Ｂの２点を結ぶ直線と円筒ころの中心軸ＣＬと垂直な直線とがなす傾斜角度αは、次式に示されるように、０．５°以下であるように形成されている。
α＝Ｔａｎ^−１｛（第一の位置Ａでのころ落ち量−第二の位置Ｂでのころ落ち量）／０．０５Ｄａ｝≦０．５°
【００１８】
このように形成される端面４ａのクラウニング部４ｂは、ヤング率が１０〜５００ＭＰａの弾性砥石を用いた、だらし加工によって与えられる。また、円筒ころ４の端面４ａにおける少なくともクラウニング部４ｂの表面粗さは、０．０２〜０．１５μｍＲａとしている。なお、円筒ころの端面４ａは、中心部に円形の凹部４ｃが形成されると共に、転動面と隣接する部分に面取り部４ｄが形成されている。
【００１９】
本実施形態では、円筒ころ４の端面４ａ上の第一及び第二の位置Ａ、Ｂ間を、鍔部６のころ案内面７と円筒ころ４の端面４ａとが接触する接触域としたので、この接触域は鍔部の厚さのほぼ中央位置と対向し、耐アキシアル荷重を支承する上で最適な位置となる。
【００２０】
また、円筒ころ４の端面４ａのクラウニング４ｂ部は、第一の位置Ａと第二の位置Ｂとの２点を通過する連続した曲線からなり、傾斜角度αが０．５°以下となるような形状としたので、アキシアル荷重が作用した際に接触域での接触面圧を低下することができ、ＰＶ値を低下させることが可能となる。なお、本実施形態では、ころ案内面７の鍔開き角θに対して、円筒ころ４の端面４ａの接触域における傾斜角度αを小さく設定しており、傾斜角度αと鍔開き角度θとの関係により接触面圧を低下させるように調整している。
【００２１】
さらに、本実施形態では、従来のようにころの端面全体にクラウニングを設けずに、円筒ころ４の端面４ａ上の第一及び第二の位置Ａ、Ｂ間のみを連続した曲線で形成しているので、加工時間が短くなりコストダウンが可能となるとともに、その部分のみを加工することになるため粗さも良好になり、耐焼付き性を向上することができる。なお、クラウニング部４ｂは、少なくとも第一の位置Ａと第二の位置Ｂ間に亘って形成されていればよく、２点Ａ，Ｂ間から両側に延びるように形成されてもよい。
【００２２】
なお、本実施形態では、内輪側の鍔部について説明したが、外輪側の鍔部も同様に構成することができる。また、鍔部は内輪、外輪に対して直接フランジ状に形成されたものに限らず、軌道輪とは別体の鍔輪により構成したものでもよい。又、鍔部は両鍔でも片鍔であってもよい。即ち、使用時にアキシアル荷重が一方向にのみ加わるのであれば、アキシアル荷重が作用する側の端部にのみ、鍔部を設ければよい。例えば、図３に示したように、内輪２に軌道輪と別体の鍔輪１０を設け、鍔輪１０のころ案内面７と円筒ころ４の端面４ａを上述のような構成としてもよい。
また、接触域は、円筒ころ４が鍔部６と接触した際に生じる接触楕円の少なくとも中心が第一及び第二の位置Ａ，Ｂ間に位置する場合を含む。
【００２３】
【実施例】
次に、円筒ころ４の端面形状が異なる円筒ころ軸受１を用いて回転性能試験を行った。なお、実施例１〜３、比較例１，２に用いられた円筒ころ軸受１は、内径が４５ｍｍ、外径が７５ｍｍ、幅が２０ｍｍのサイズのものが用いられた。円筒ころ４は、直径Ｄａが７．５ｍｍ、長さが１３ｍｍのものが用いられ、ころ数を１８個とした。また、保持器５として鉄製保持器が使用された。内輪２及び外輪３に設けられた鍔部６の鍔開き角度θは０．５°とした。
【００２４】
内輪軌道面２ａ、外輪軌道面３ａ及び鍔部６のころ案内面７の表面粗さは、研磨加工または超仕上げ加工により、０．０５〜０．２０μｍＲａとした。また、各実施例、比較例における円筒ころ４の転動面の表面粗さは、同じ０．１５μｍＲａとした。さらに、各実施例、比較例における円筒ころ４の端面４ａの表面粗さは、１０〜５００ＭＰａのヤング率の弾性砥石を用いた、だらし加工により、表１に示した値となる。
【００２５】
各実施例及び比較例における円筒ころ４の端面形状は、例えば横型の直線形状機を用いて、縦倍率を１０００倍程度、横倍率を２０倍程度とすることで、図４に示されるように、その連続性や落ち量が各位置でわかるようなっている。
第一の位置Ａである、ころ中心軸から径方向に０．４０Ｄａ離れた位置（ころ中心から３ｍｍの位置）でのころ落ち量は、図４によって得られた２箇所のころ落ち量ｄ１、ｄ１’の平均を算出することによって与えられる。また、第二の位置Ｂである、ころ中心軸から径方向に０．３５Ｄａ離れた位置（ころ中心から２．６２５ｍｍの位置）でのころ落ち量は、図４によって得られた２箇所のころ落ち量ｄ２、ｄ２’の平均を算出することによって与えられる。
各実施例、比較例における第一の位置Ａと第二の位置Ｂでの平均ころ落ち量、２点Ａ，Ｂの平均ころ落ち量から与えられた傾斜角度αを表１に示す。なお、比較例１は、端面にクラウニング処理が施されていない円筒ころからなる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
また、各円筒ころ軸受の回転評価試験は、以下の条件で行われた。

【００２８】
図５は、各実施例及び比較例におけるに回転評価試験の結果を示す。試験結果に見られるように、実施例１〜３では、比較例１，２に比べて十分な許容回転数が与えられた。即ち、接触域における、第一の位置Ａと第二の位置Ｂ間に連続した曲線からなるクラウニング部４ｂを設け、第一の位置Ａと第二の位置Ｂとを結ぶ傾斜角度αを鍔開き角度θより小さい０．５°以下としたので、許容回転数を向上することができた。
【００２９】
これは、実際の使用において、鍔部６ところ４の端面４ａとの間に軸受すきまが存在するため、チルトの影響でころの姿勢が傾き、鍔部６のころ案内面７ところ４の端面４ａとの接触位置が上下に移動する。しかしながら、各実施例１〜３では、ころ４の端面４ａの接触域に上記のようなクラウニング部４ｂを設けたので、比較例１，２と比べて接触面を大きくとることができる。その結果、各実施例１〜３では、比較例１，２に比べて接触面圧を低下させることが可能となった。
【００３０】
また、少なくともクラウニング部４ｂを含む端面４ａの表面粗さを０．０２〜０．１５μｍＲａとしたので、鍔部６のころ案内面７と円筒ころ４の端面４ａとの摩擦を低下させることが可能になると共に、油膜形成性が改善され、許容回転数が向上した。特に、実施例２では、端面４ａの表面粗さを０．０５μｍＲａとすることにより、鍔部６ところ４の端面４ａ間での発熱を低下させることが可能となり、許容回転数が向上している。
【００３１】
一方、比較例１では、円筒ころ４の端面４ａにクラウニング処理が施されていないため、Ｆａ＝１０００Ｎでは、２０００ｒｐｍで、Ｆａ＝３０００Ｎでは、５００ｒｐｍで、内輪２の鍔部６に焼付き摩耗が発生した。これは、円筒ころ４の端面４ａにクラウニング処理が施されていないため、鍔部６での面圧が上昇して焼付いたと考えられる。
また、比較例２では、円筒ころ４の端面４ａにクラウニング処理が施されているが、鍔部６のほぼ中央部で端面４ａと接触しているため、接触面積が小さく、局部的な接触により焼付きが発生した。
【００３２】
なお、本発明は、前述した実施例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。その他、前述した実施例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３３】
本試験においては、ＳＵＪ２の標準的な熱処理が行われたが、円筒ころ及び内外輪に浸炭及び浸炭窒化処理を施すことにより耐焼付き性を向上することができる。更に、材料として肌焼鋼を用いることで、残留オーステナイト量を２０〜４５％とし、表面硬さをＨｖ７００〜８５０とすることで更なる耐焼付き性を向上することができる。
また、保持器に関しては、更に高速回転となる使用の場合、プラスチック保持器を用いることにより、更に長寿命となる。また、保持器がないキーストンタイプの場合も同様な効果を有する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アキシアル荷重が円筒ころ軸受に負荷された際に、鍔部のころ案内面ところの端面との接触部の接触面圧を低下させることができ、鍔部／ころ接触部のＰＶ値（軸受面圧Ｐとすべり速度Ｖの積）を下げ、焼付きの発生を抑えることができる。従って、上記構成によれば、軸受のサイズを大きくせずに、耐焼付き性を改善でき、許容回転数の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒ころ軸受の部分断面図である。
【図２】鍔部のころ案内面と円筒ころの端面とが接触する部分を示す要部拡大図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例である円筒ころ軸受の部分断面図である。
【図４】直線形状機によって測定される、ころ端面の形状を示す概略図である。
【図５】本試験における、アキシアル荷重と内輪許容回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１円筒ころ軸受
２内輪
３外輪
４円筒ころ
５保持器
６鍔部
７ころ案内面

Claims

内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪及び前記外輪軌道面間に配された複数の円筒ころと、を備え、前記内輪と外輪の少なくとも一方は前記円筒ころの端面を接触案内するころ案内面を備えた鍔部を有する円筒ころ軸受であって、
前記円筒ころの直径をＤａとし、前記円筒ころの中心軸から径方向に０．４０Ｄａ離れた前記円筒ころの端面を第一の位置、前記円筒ころの中心軸から径方向に０．３５Ｄａ離れた前記円筒ころの端面を第二の位置としたとき、前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と第二の位置間で前記鍔部のころ案内面と接触し、
前記円筒ころの端面は、前記第一の位置と前記第二の位置を通過する連続した曲線からなる凸状のクラウニング部を備え、
前記第一の位置と前記第二の位置を結ぶ直線と、前記円筒ころの中心軸と垂直な直線がなす角度αは、α≦０．５°であることを特徴とする円筒ころ軸受。
前記角度αは前記ころ案内面の開き角度θに対して、α＜θを満足し、且つ、前記円筒ころの端面における少なくともクラウニング部の表面粗さは０．０２〜０．１５μｍＲａとしたことを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。