JP2007051716A - 円錐ころ軸受、及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受寿命の低下を抑えつつ、回転トルクを低減できる円錐ころ軸受、及び車両用ピニオン軸支持装置を提供する。
【解決手段】円錐ころ軸受１は、円錐ころ３０の大端径をＤ、ころ長さをＬとするとき、ころ長さＬが１８ｍｍ以下であるとともに、Ｄ／Ｌで表される円錐ころ３０の大端径ところ長さとの比が、０．５５〜０．９の範囲に設定されている。また、外輪２０及び内輪１０の各軌道面２１，１１、及び円錐ころ３０の転動面３１にはクラウニングが施され、全クラウニング量が５０μｍ以上、外輪クラウニング率が４０％以上、ころクラウニング率が２０％以下に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、自動車等におけるディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスルギヤ装置等のピニオン軸支持装置や、トランスミッション等に好適に使用される円錐ころ軸受、及び車両用ピニオン軸支持装置に関する。

近年、自動車等の省燃費化に対する要求が高まっており、それらに搭載されるトランスミッション装置やディファレンシャルギヤ装置の回転軸を支持するために用いられている円錐ころ軸受に関してもその回転トルクの低減化が望まれている。
その中で、円錐ころ軸受の回転トルクを低減する方法として、円錐ころの転動面や内外輪の軌道面にクラウニングを施して転がり摩擦を低減する方法がある。
このような方法として、例えば、下記特許文献１に記載されているように、軌道面を円弧クラウニング形状とすることで回転トルクの低減化を図る方法や、下記特許文献２に記載されているように、ころの転動面とそれに接する軌道面とに対数曲線に近似させたクラウニング形状とする方法が提案されている。

上記従来例では、転動面あるいは軌道面のクラウニングの形状を数値で規定することで円錐ころ軸受の性能向上化が図られていた。しかしながら、クラウニングを量として着目し、そのクラウニング量を規定することで円錐ころ軸受の回転トルクを低減するという試みはなされていなかった。

特開２００３−１３００５９号公報（図３） 特開２００１−６５５７４号公報（図４）

ところで、上述のように、転動面あるいは軌道面にクラウニングを施すことで、当該円錐ころ軸受の回転トルクを低減することができるが、その反面、転動面と軌道面との接触面圧を増加させるため、転がり軸受の寿命が低下する恐れがある。特に主寸法の小さい軸受では、円錐ころのころ長さが短いため、クラウニング量の増加に伴う寿命低下が顕著な場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面のクラウニングを量として規定することにより回転トルクを低減するとともに、軸受寿命の低下を抑えることができる円錐ころ軸受、及び車両用ピニオン軸支持装置を提供することを目的とする。

本発明は、外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、前記円錐ころの大端径をＤ、ころ長さをＬとするとき、ころ長さＬが１８ｍｍ以下であるとともに、Ｄ／Ｌで表される円錐ころの大端径ところ長さとの比が、０．５５〜０．９の範囲にあり、前記外輪及び内輪の各軌道面、及び前記円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、全クラウニング量（＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２）が５０μｍ以上、外輪クラウニング率（＝外輪クラウニング量／全クラウニング量）が４０％以上、ころクラウニング率（＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量）が２０％以下であることを特徴としている。

上記のように構成された円錐ころ軸受によれば、前記転動面及び各軌道面にに施されたクラウニングの全クラウニング量、外輪クラウニング率、及びころクラウニング率が好適な値に設定されているので、それぞれの転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗を低減することができる。
さらに、上記円錐ころ軸受は、円錐ころの大端径ところ長さとの比が好適な値に設定されているので、円錐ころの剛性低下や、円錐ころと内外輪との接触面圧上昇を抑制することができ、軸受寿命の低下を抑制することができる。

上記円錐ころ軸受において、内輪クラウニング率（＝内輪クラウニング量／全クラウニング量）が１０％以上であることが好ましい。
この場合、前記内輪軌道面と前記転動面との接触面における軸方向両端部付近の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジロードが作用した場合にもその作用を低減し、軸受寿命の低下を防止することができる。

また、本発明は、ピニオン軸と、このピニオン軸を支持すべく前記ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ配置される転がり軸受とを有する車両用ピニオン軸支持装置において、前記ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ配置される転がり軸受の内、少なくとも一方が上記円錐ころ軸受であることを特徴としている。
上記の車両用ピニオン軸支持装置によれば、上述したように、それぞれの転動面及び軌道面における接触面積を適度に減少させるとともに、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗を低減することができるので、当該装置の回転損失を低減できる。またさらに、軸受寿命の低下を抑制することができるので、当該装置の寿命を延ばすことができる。

本発明の円錐ころ軸受、及び車両用ピニオン軸支持装置によれば、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面に好適に設定されたクラウニングを施すとともに、円錐ころの大端径ところ長さとの比を好適な値に設定したので、軸受寿命の低下を抑制することができる。また、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面のクラウニングを量として規定することにより、回転トルクを低減することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。
図中、本実施形態に係る円錐ころ軸受１は、外周に円錐面からなる内輪軌道面１１を有する内輪１０と、内周に円錐面からなる外輪軌道面２１を有する外輪２０と、外周に円錐面からなる転動面３１を有するとともに両軌道面１１，２１の相互間に転動自在に配置された複数の円錐ころ３０と、この複数の円錐ころ３０を周方向に所定の間隔で保持している保持器４０とを備えている。そして、内輪軌道面１１、外輪軌道面２１、及び転動面３１には、本発明の特徴的構成であるクラウニングが施されている。

ここで、一般的なクラウニングの考え方について、内輪を例に説明する。図２（ａ）は、内輪軌道面１１にクラウニングを施した内輪１０の軸方向の断面における輪郭を誇張して示した図である。図中、円錐ころ３０の転動面３１と転がり接触する内輪軌道面１１には、径方向外方にわずかに突出したクラウニングが施されている。このクラウニングは、円弧を上底とする台形的形状の複合クラウニングを示している。

以下に、内輪１０のクラウニング量（以下、内輪クラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図２（ａ）において、内輪１０の軸方向に対する内輪軌道面１１の幅をＳＫ、内輪軌道面１１のテーパ角度をβ、内輪軌道面１１の両端部に形成されている図示の面取り寸法をＬ１，Ｌ２したとき、軌道長さＬＲＩは、下記式（１）より得られる。
ＬＲＩ＝ＳＫ／ｃｏｓβ−（Ｌ１＋Ｌ２） ・・・（１）

ここで、ＬＲＩ’＝０．６ＬＲＩとなる長さＬＲＩ’を、軌道長さＬＲＩの中間点から図示のようにとり、ＬＲＩ’の寸法両端に対応する内輪軌道面１１上の点を、Ａ’及びＢ’とする。なお、この場合Ａ’、Ｂ’は円弧の端点Ａe、Ｂeより内側にあるが、Ａ’、Ｂ’がそれぞれ円弧の端点Ａe、Ｂeと一致してもよい。

図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に示す内輪軌道面１１の軌道長さＬＲＩの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。（ｂ）において、長さＬＲＩ’におけるクラウニングの弦Ｇ’の中点Ｃ２’とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇ’と直交しかつ長さＬＲＩ’におけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。そして、このクラウニング円弧中心点Ｃ１から、軌道長さＬＲＩにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２までの距離寸法を、内輪１０のクラウニング量ＣＲＩとした。
なお、内輪クラウニングの形状は、図２に示すような円弧を上底とする台形的形状のみならず、単一の円弧形状の他、複数の円弧で形成される形状や、対数クラウニング、楕円クラウニング等、全ての種類のクラウニング形状であってもよく、これらの全てのクラウニング形状において上述のクラウニング量の考え方が適用できる。

また、上記クラウニングの考え方は、ころや外輪に対しても同様に適用することができる。さらに、上記クラウニング量の定義は、ころや外輪に対しても適用可能である。
なお、軌道長さ（転動面長さ）の範囲において複数の形状を組み合わせてなるクラウニングを複合クラウニングといい、軌道長さの範囲において単一の円弧形状からなるクラウニングをフルクラウニングという。

次に、クラウニング形状が、フルクラウニングである場合のクラウニングの考え方と、これに基づくクラウニング量の考え方について説明する。また同時に、円錐ころと外輪におけるクラウニングの考え方についても説明する。
図３（ａ）は、内輪軌道面１１にフルクラウニングを施した内輪１０の軸方向の断面における輪郭を示した図である。図において、軌道長さＬＲＩは、図２の（ａ）の場合における式（１）と同様であり、
ＬＲＩ＝ＳＫ／ｃｏｓβ−（Ｌ１＋Ｌ２）
である。

一方、図３の（ｂ）は、（ａ）に示す内輪軌道面１１の軌道長さＬＲＩの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さＬＲＩにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつ軌道長さＬＲＩにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。そして、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２とで定まる距離寸法を内輪クラウニング量ＣＲＩとした。すなわち、図示のようにクラウニング円弧の半径をＲＣＩとすると、内輪クラウニング量ＣＲＩは、下記式（２）により求められる。
ＣＲＩ＝ＲＣＩ−｛ＲＣＩ^２−（ＬＲＩ／２）^２｝^１／２ ・・・（２）

図４（ａ）は、円錐ころ３０の軸方向の断面における上半分の輪郭を示す図である。図中、円錐ころ３０には、内外輪の軌道面１１，２１と転がり接触する転道面３１が設けられている。また転動面３１の両端部には、それぞれ面取り部３２ａ，３３ａが設けられており、円錐ころ３０の小径側端面３２及び大径側端面３３に対して滑らかに連続するように形成されている。また、転動面３１には、ごく僅かに外径方向に突出したフルクラウニングが施されている。

以下に、円錐ころ３０のクラウニング量（以下、ころクラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図４（ａ）中、円錐ころ３０の中心軸方向に対する転動面３１の幅であるころ長さをＬ、転動面３１のテーパ角度をγ、転動面３１の両端部に形成されている面取り部３２ａ，３３ａの曲面を転動面の全幅から除く幅寸法をＳ１，Ｓ２としたとき、上述のころ有効長さＬＷＲは、下記式（３）より得られる。
ＬＷＲ＝Ｌ／ｃｏｓ（γ／２）−（Ｓ１＋Ｓ２） ・・・（３）
なお、上式（３）中Ｓ１，Ｓ２は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）中に示す転動面３１のころ有効長さＬＷＲの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニング形状を模式的に示す図である。図中、ころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつころ有効長さＬＷＲにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２との距離寸法をころクラウニング量ＣＲとしている。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をＲＣとすると、ころクラウニング量ＣＲは、下記式（４）により求められる。
ＣＲ＝ＲＣ−｛ＲＣ^２−（ＬＷＲ／２）^２｝^１／２ ・・・（４）

次に、軌道面にフルクラウニングを施した外輪２０のクラウニング量（以下、外輪クラウニング量ともいう）の算出方法について説明する。図５（ａ）は、外輪軌道面２１にフルクラウニングを施した外輪２０の軸方向の断面における輪郭を誇張して示した図である。図中、円錐ころ３０の転動面３１と転がり接触する外輪軌道面２１には、径方向内方に突出した断面円弧状のクラウニングが施されている。また、外輪軌道面２１の両端部から外輪２０の軸端面に向かって、それぞれ面取り部２２ａ，２３ａが設けられている。これら面取り部２２ａ，２３ａは、それぞれ、外輪２０の小内径側端面２２及び大内径側端面２３に対して滑らかに連続するように形成されている。

図５（ａ）中、外輪２０の軸方向に対する外輪軌道面２１の幅をＳＢ、外輪軌道面２１のテーパ角度をα、外輪軌道面２１の両端部に形成されている面取り部２２ａ，２３ａの曲面を外輪軌道面の全幅から除く幅寸法をＴ１，Ｔ２としたとき、上述の軌道長さＬＲＯは、下記式（５）より得られる。
ＬＲＯ＝ＳＢ／ｃｏｓα−（Ｔ１＋Ｔ２） ・・・（５）
尚、上式（５）中、Ｔ１，Ｔ２は、軸受のサイズによって一定の値が定められる。

図５（ｂ）は、図５（ａ）中に示す外輪軌道面２１の軌道長さＬＲＯの端点Ａと端点Ｂとの間のクラウニングの断面形状を模式的に示したものである。図中、軌道長さＬＲＯにおけるクラウニングの弦Ｇの中点Ｃ２とクラウニングの円弧中心Ｏとを通過する直線Ｍは、弦Ｇと直交しかつ軌道長さＬＲＯにおけるクラウニング円弧中心点Ｃ１を通過する。
本明細書では、このクラウニング円弧中心点Ｃ１と中点Ｃ２とで定まる距離寸法を外輪クラウニング量ＣＲＯとしている。そして、図のようにクラウニング円弧の半径をＲＣＯとすると、外輪クラウニング量ＣＲＯは、下記式（６）により求められる。
ＣＲＯ＝ＲＣＯ−｛ＲＣＯ^２−（ＬＲＯ／２）^２｝^１／２ ・・・（６）

以上のようにして、フルクラウニングを施した場合の円錐ころ及び内外輪のクラウニング量を求めることができる。
なお、フルクラウニングを施した円錐ころ３０及び内外輪１０，２０に対して、上述した一般的なクラウニングの考え方に基づきクラウニング量を算出することができるのはもちろんである。すなわち、図２において長さＬＲＩ’を求めたのと同様に、円錐ころ３０の場合はＬＷＲに対するＬＷＲ’を、また、外輪２０の場合は、ＬＲ０に対するＬＲ０’を、それぞれ導出すればよい。このようにして一般的なクラウニングの考え方に基づき求めたクラウニング量は、フルクラウニングの考え方（図４，図５）に基づき求めた値とほぼ一致する。

そして、本明細書では、上記のころクラウニング量、内輪クラウニング量、外輪クラウニング量から、下記式（７），（８），（９），（１０）に基づいて全クラウニング量、外輪クラウニング率、ころクラウニング率、内輪クラウニング率を算出している。
全クラウニング量＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２ ・・・（７）
外輪クラウニング率＝外輪クラウニング量／全クラウニング量 ・・・（８）
ころクラウニング率＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量 ・・・（９）
内輪クラウニング率＝内輪クラウニング量／全クラウニング量 ・・・（１０）

本実施形態の円錐ころ軸受は、上記全クラウニング量、外輪クラウニング率、ころクラウニング率、及び円錐ころの大端径であるＤ（図４（ａ））ところ長さＬ（図４（ａ））との比であるＤ／Ｌをそれぞれ規定することで、軸受寿命の低下を抑制しつつその回転トルクを低減させるものであり、以下にこれらの値と、軸受寿命及び回転トルクとの関係を検証した結果について説明する。

まず、円錐ころ軸受の回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係を明らかにするための検証試験の結果について説明する。
本試験に供した円錐ころ軸受としては、その全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された図１に示す構成の円錐ころ軸受（ＪＩＳ３０３０６相当品）を多数用意し、これらの回転トルクを実験的に測定した。
円錐ころ軸受の回転トルクの測定方法としては、例えば軸受試験装置を用い、実施例品である円錐ころ軸受を試験装置に設置した後、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にディファレンシャルギヤ装置用ギヤオイルを用い、擬似的な与圧負荷としてアキシャル荷重４ｋＮを与え、回転速度３００ｒｐｍ，２０００ｒｐｍの２種類の回転速度で行った。

また、試験時の潤滑条件としては、回転速度３００ｒｐｍの際には、常温の潤滑油を試験前に適量塗布するのみで以後給油を行わずに試験した。一方、回転速度２０００ｒｐｍの際には、油温３２３Ｋ（５０℃）の潤滑油を毎分０．５リットルで循環供給しつつ試験を行った。潤滑油の供給方法を回転数に応じて異なる方法にしたのは、それぞれの回転数における必要最小限の潤滑油量だけ供給し、潤滑油が過剰供給になる場合に発生する潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くし、転がり摩擦による回転トルクを抽出するためである。
上述のようにして、全クラウニング量及び各クラウニング率が種々異なる値に設定された円錐ころ軸受のそれぞれについて、回転トルクを測定した。そして、前記全クラウニング量及び各クラウニング率と回転トルクとの関係を把握することで、回転トルクを低減させる値の範囲を特定した。

図６は、全クラウニング量と測定した円錐ころ軸受のトルク比（回転トルク／所定値）との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、全クラウニング量が５０μｍ以下の場合では、トルク比は大きな幅をもって分散しているが、全クラウニング量が増加するに従って、分散しているトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、全クラウニング量が５０μｍ以上の場合、トルク比は、全クラウニング量が５０μｍ以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。
なお、上記全クラウニング量は、１００μｍを超えると、円錐ころ及び内外輪に過大なクラウニングが施されることになり、円錐ころが安定して転動できなくなる恐れがある。従って、全クラウニング量は、１００μｍ以下であることが好ましい。

次に図７は、外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、外輪クラウニング率が４０％以下の場合では、外輪クラウニング率が増加するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、外輪クラウニング率が４０％以上の場合では、トルク比は、外輪クラウニング率が４０％以下の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。

図８は、ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、ころクラウニング率が２０％以上の場合では、ころクラウニング率が減少するに従ってトルク比の中の最大値が序々に低下する傾向を示している。そして、ころクラウニング率が２０％以下の場合では、トルク比は、ころクラウニング率が２０％以上の場合と比較して、より低い値の範囲に安定して分布していることが判る。

図９は、内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。この図から明らかなように、内輪クラウニング率の変化に対して、トルク比は略一定の範囲で安定している。すなわち内輪クラウニング率は、円錐ころ軸受のトルク比に対して、顕著な相関が認められなかった。但し、内輪クラウニング率は、これを１０％以上に設定することによって、内輪軌道面１１と、転動面３１との接触面における軸方向両端部付近の接触荷重を減少させることができる。これにより、いわゆるエッジロードが作用した場合にもその作用を低減し、当該軸受寿命の低下を防止することができる。

以上のように、円錐ころ軸受の回転トルク比すなわち回転トルクと、全クラウニング量及び各クラウニング率との関係について実験的に測定し検証した結果、全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下という条件を満たすことで、円錐ころ軸受の回転トルクを低減させることができる、という知見を得た。

また、外輪クラウニング率は、１００％であってもよいが、上述のように内輪クラウニング率が１０％以上施されることを考慮すると、９０％以下であることがより好ましい。
また、ころクラウニング率が０％の場合、外輪クラウニング率及び内輪クラウニング率が上記所定の値の範囲であれば、回転トルク低減の効果は得られる。従って、ころクラウニング率は、０％以上、２０％以下の範囲で設定されればよい。
また、内輪クラウニング率は、外輪クラウニング率が４０％以上施されることから、６０％以下であることが好ましい。

上記検証試験において、測定された円錐ころ軸受の回転トルクは、潤滑油の攪拌抵抗の影響をできるだけ無くした状態で測定された値であり、円錐ころと内外輪間の転がり粘性抵抗が大きく寄与した状態の回転トルクである。
つまり、上記検証試験の結果によれば、円錐ころ３０の転動面及び内外輪の軌道面に施された各クラウニングの全クラウニング量、外輪クラウニング率、及びころクラウニング率を上記条件とすることで、内外輪と円錐ころとの間の転がり粘性抵抗が低減されていると解される。
すなわち、本実施形態に係る円錐ころ軸受１によれば、上述のように、円錐ころ３０と内外輪１０，２０との間の転がり粘性抵抗を低減させることができ、これらの転がり摩擦を低減できる。その結果、円錐ころ軸受１としての回転トルクを低減することができる。
特に、ディファレンシャルギヤ装置のピニオン軸を支持する車両用ピニオン軸支持装置では、比較的高粘度のギヤ用潤滑油で軸受の潤滑が行われるため、この装置においてピニオン軸を支持する軸受の転がり粘性抵抗は大きくなる傾向にある。従って、本発明の円錐ころ軸受をピニオン軸支持装置に用いることで、その回転トルク低減効果は顕著に現れる。

また、本実施形態の円錐ころ軸受の回転トルク低減効果を検証すべく、上述の条件を満たしている（全クラウニング量を６４μｍ、外輪クラウニング量を４０μｍ、ころクラウニング量を２μｍ、内輪クラウニング量を２０μｍに設定）円錐ころ軸受と、内外輪及び円錐ころにクラウニングが施されていない同じサイズの円錐ころ軸受を用意し、両者の回転トルクを同条件にて測定し、比較した。
その結果、上述の条件を満たすクラウニングが施されている円錐ころ軸受では、クラウニングが施されていないものと比較して、その回転トルクを概ね５５％低減できることが確認できた。

次に、上述の条件（全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下）を満たした円錐ころ軸受において、円錐ころの大端径Ｄ（図４（ａ））ところ長さＬ（図４（ａ））との比であるＤ／Ｌと、軸受寿命との関係について実験、検証した試験結果について説明する。

本試験に供した円錐ころ軸受としては、円錐ころの大端径Ｄの値を８．８〜１７．４ｍｍ、ころ長さＬの値を１３．０〜２３．０ｍｍの範囲で設定し、かつ上記Ｄ／Ｌが０．４７〜０．９０であるものを複数個用意した。また、これら本試験に供した円錐ころ軸受は、円錐ころの平均径をＤＷとするとき、ＤＷ／ＬＷＲで表される円錐ころの平均径ＤＷところ有効長さＬＷＲ（図４）との比が０．６８〜０．９２に設定されている。
なお、これら円錐ころ軸受は、上述の条件（全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下）を満足するように設定されたフルクラウニング（軌道面及び転動面の断面形状が円弧のみ）が施されている。また、これら円錐ころ軸受において、動等価ラジアル荷重Ｐｒと基本動ラジアル荷重Ｃｒとの比である動定格荷重比Ｐｒ／Ｃｒは、０．５となるように設定した。なお、動等価ラジアル荷重Ｐｒ及び基本動ラジアル荷重Ｃｒは、設計値から算出される計算寿命である基本定格寿命Ｌ_１０を算出するために必要な値であり（ＪＩＳ Ｂ１５１８）、動定格荷重比Ｐｒ／Ｃｒを所定値に定めることで、各実施例及び比較例の基本定格寿命Ｌ_１０を全て同じ値とし、後述する寿命試験による比較検証を容易とした。

上記のように設定した複数の円錐ころ軸受のそれぞれについて寿命試験を行い、軸受寿命に至る寿命時間を測定することで、円錐ころの大端径Ｄ及びころ長さＬと、その寿命時間との関係を把握した。

上記円錐ころ軸受の寿命試験の方法としては、動等価ラジアル荷重Ｐｒ＝基本動ラジアル荷重Ｃｒ、かつアキシャル荷重＝ラジアル荷重となるように各々定められた合成荷重を与え、回転速度２０００ｒｐｍで、内外輪を相対回転させた。潤滑油には粘度グレード８５Ｗ−９０のギヤオイルに、異物として焼入鋼粉末（硬さ８００Ｈｖ、粒径１５０μｍ以下）を０．０３ｗｔ％の濃度で添加した異物混合油を用い、この異物混合油を油温３６３Ｋ（９０℃）で油浴に適量貯留し、この油浴内で円錐ころ軸受を回転させることで潤滑した。

図１０は、円錐ころ軸受の寿命比と、円錐ころの大端径Ｄところ長さＬとの比であるＤ／Ｌとの関係を示した散布図である。なお、ここでいう寿命比とは、上記寿命試験において測定された寿命時間Ｌ_ｅと基本定格寿命Ｌ_１０との比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０を示している。本試験に用いた円錐ころ軸受の基本定格寿命Ｌ_１０は、上述したように、全て同じ値となるように設定されているので、寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０による評価は、各円錐ころ軸受において測定された寿命時間Ｌ_ｅにより評価した場合と同じとなる。
図において、横軸を円錐ころの大端径Ｄところ長さＬとの比であるＤ／Ｌとし、縦軸を寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０としてこれらの関係を示している。また、図中、四角印でプロットされたデータは、ころ長さＬが１８ｍｍより大きい円錐ころ軸受を示しており、丸印でプロットされたデータは、ころ長さＬが１８ｍｍ以下のものを示している。
図より、ころ長さＬが１８ｍｍより大きい円錐ころ軸受では、Ｄ／Ｌの値に関わらず、寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０の値が０．２付近（直線Ｉ１、Ｉ２で挟まれる範囲）に分布していることが判る。

また、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受では、その分布から、Ｄ／Ｌと寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０との関係は、図中に示す近似曲線Ｈによって表される。すなわち、Ｄ／Ｌの値が０．６５付近よりも大きい範囲においては、ころ長さＬが１８ｍｍより大きい円錐ころ軸受と同様に、Ｄ／Ｌの値に関わらず、寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０の値は０．２付近で安定している。Ｄ／Ｌの値が０．６５付近より小さい範囲においては、Ｄ／Ｌの値の減少に伴って寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０も減少している。このことより、Ｄ／Ｌの値が、０．６５より大きい場合、円錐ころの寿命は所定の値で安定しているが、０．６５より小さくなると、円錐ころ軸受の寿命はＤ／Ｌの値の減少に伴って、低下していくことが判る。
この寿命低下の原因としては、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受の円錐ころにおいて、Ｄ／Ｌの値が小さくなると、円錐ころが細長い形状となり、それ自体の剛性が確保し難いものとなるとともに、円錐ころと内外輪との接触面圧の上昇が避けられないためであると解される。

図１０において、円錐ころ軸受の寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０は０．１より小さくなると、製品としての通常の寿命を確保することができないことが確認されている。図中、近似曲線Ｈは、寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０の値が０．１であるとき、Ｄ／Ｌの値が０．５５となっており、Ｄ／Ｌの値が、０．５５より小さい範囲においては、製品としての寿命が確保できない。言い換えると、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受において、Ｄ／Ｌの値を０．５５以上とすることで、製品寿命が確保できなくなるまで軸受寿命が低下するのを抑制することができる。
つまり、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受においては、Ｄ／Ｌの値を０．５５以上とすれば、寿命低下の原因と考えられる上述の円錐ころの剛性低下や、円錐ころと内外輪との接触面圧上昇を抑制することができ、軸受寿命の低下を抑制することができる。
また、Ｄ／Ｌの値は、０．９以下とすることが好ましく、この値が０．９より大きくなると、大端径Ｄに対して、ころ長さＬが短くなりすぎ、円錐ころとして安定性を欠いたものとなってしまう。

また、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受において、Ｄ／Ｌの値を０．５５以上とすれば必要な軸受寿命を確保することができるが、Ｄ／Ｌの値が、０．６５より小さい範囲においては、軸受寿命が確保される範囲で寿命低下が生じている。このため、Ｄ／Ｌの値は、ころ長さＬが１８ｍｍより大きい円錐ころ軸受の寿命比Ｌ_ｅ／Ｌ_１０の分布範囲を示す直線Ｉ１、Ｉ２の内、その下限側の直線Ｉ２と、近似曲線Ｈとが交差する値である０．６５以上とすることが好ましい。この場合、ころ長さＬが１８ｍｍより大きい円錐ころ軸受の寿命比とほぼ同等の軸受寿命とでき、より確実に十分な軸受寿命を確保することができる。さらに、ほとんど寿命低下が生じていない範囲である０．７以上とすることがより好ましく、この場合、円錐ころ軸受の軸受寿命をより安定したものとすることができる。

以上、上記検証試験の結果より、ころ長さＬが１８ｍｍ以下の円錐ころ軸受において、Ｄ／Ｌの値を０．５５〜０．９とするとともに、図６〜図９の散布図から知得した上述の条件（全クラウニング量は５０μｍ以上、外輪クラウニング率は４０％以上、ころクラウニング率は２０％以下）を満たすことで、軸受寿命の低下を抑制しつつ、その回転トルクを低減することができることが明らかとなった。

なお、上記で行った円錐ころ軸受の寿命試験は、自動車のディファレンシャルギヤ装置やトランスアクスル装置等の車両用ピニオン軸支持装置に組み込まれた場合を想定し、潤滑油に焼入鋼粉を混入することで、潤滑油中に混入するギヤ等の摩耗粉を擬似的に再現し、より実機に近い状態で試験したものである。従って、本発明の円錐ころ軸受は、車両用ピニオン軸支持装置等、潤滑油に異物が多数混入している異物油で潤滑される条件下において、軸受寿命の低下を効果的に抑制できることが明らかである。このことより、本発明の円錐ころ軸受は、ピニオン軸と、このピニオン軸を支持すべく前記ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ配置される転がり軸受とを有する車両用ピニオン軸支持装置における、転がり軸受として好適に用いることができる。

なお、本発明の円錐ころ軸受は、上記各実施形態に限定されるものではなく、軸受の構成や、円錐ころの転動面及び内外輪の軌道面の形状等は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 内輪のクラウニング（複合クラウニングの場合）の形状を示す図であり、（ａ）は内輪の輪郭を示し、（ｂ）は内輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 内輪のクラウニング（フルクラウニングの場合）の形状を示す図であり、（ａ）は内輪の輪郭を示し、（ｂ）は内輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 円錐ころのクラウニングの形状を示す図であり、（ａ）は、円錐ころ３０の軸方向の断面における上半分の輪郭を示し、（ｂ）は円錐ころの転動面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 外輪のクラウニングの形状を示す図であり、（ａ）は外輪の輪郭を示し、（ｂ）は外輪の軌道面に施されたクラウニング形状を模式的に示している。 全クラウニング量と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 外輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 ころクラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 内輪クラウニング率と円錐ころ軸受のトルク比との関係を示した散布図である。 円錐ころ軸受の寿命比と、円錐ころの大端径Ｄところ長さＬとの比であるＤ／Ｌとの関係を示した散布図である。

符号の説明

１ 円錐ころ軸受
１０ 内輪
１１ 内輪軌道面
２０ 外輪
２１ 外輪軌道面
３０ 円錐ころ
３１ 転動面

Claims (3)

1. 外輪と、内輪と、これらの間に介在する複数の円錐ころと、当該円錐ころの保持器とを備えた円錐ころ軸受において、
   前記円錐ころの大端径をＤ、ころ長さをＬとするとき、
   ころ長さＬが１８ｍｍ以下であるとともに、
   Ｄ／Ｌで表される円錐ころの大端径ところ長さとの比が、０．５５〜０．９の範囲にあり、
   前記外輪及び内輪の各軌道面、及び前記円錐ころの転動面にはクラウニングが施され、
   全クラウニング量（＝外輪クラウニング量＋内輪クラウニング量＋ころクラウニング量×２）が５０μｍ以上、
   外輪クラウニング率（＝外輪クラウニング量／全クラウニング量）が４０％以上、
   ころクラウニング率（＝（ころクラウニング量×２）／全クラウニング量）が２０％以下であることを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 内輪クラウニング率（＝内輪クラウニング量／全クラウニング量）が１０％以上である請求項１に記載の円錐ころ軸受。
3. ピニオン軸と、このピニオン軸を支持すべく前記ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ配置される転がり軸受とを有する車両用ピニオン軸支持装置において、
   前記ピニオン軸のピニオンギヤ側及びその逆側にそれぞれ配置される転がり軸受の内、少なくとも一方が請求項１に記載の円錐ころ軸受であることを特徴とする車両用ピニオン軸支持装置。

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