JP3774055B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のデファレンシャル、トランスミッション等に組み込まれる円すいころ軸受に関する
【０００２】
【従来の技術】
円すいころ軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重、およびそれらの合成荷重を負荷するのに適した軸受で、負荷能力も大きい。そのため、自動車や建設機械の動力伝達装置（デファレンシャル、トランスミッション）等における回転要素の支持用に多く用いられている。
【０００３】
図６は、円すいころ軸受の一形態を例示している。この円すいころ軸受は、円すい状の軌道面１１ａを有する外輪１１と、円すい状の軌道面１２ａを有し、この軌道面１２ａの小径側に小鍔面１２ｂ、大径側に大鍔面１２ｃを有する内輪１２と、外輪１１の軌道面１１ａと内輪１２の軌道面１２ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ１３と、円すいころ１３を円周所定間隔に保持する保持器１４とを備えている。
【０００４】
軸受使用時、円すいころ１３は軌道面１１ａおよび軌道面１２ａから受ける合成力によって内輪１２の大鍔面１２ｃに押し付けられ、その大端面１３ａを大鍔面１２ｃによって接触案内されながら軌道面上を転がり運動する。一方、軸受使用時、円すいころ１３の小端面１３ｂと内輪１２の小鍔面１２ｂとは接触せず、両者の間には僅かな隙間が存在する。そのため、軸受製造工程において、内輪１２の鍔面および円すいころ１３の端面は、滑り接触が生じる大鍔面１２ｃと大端面１３ａについてのみ摩耗低減等を目的として研削仕上げを施し、滑り接触が生じない小鍔面１２ｂと小端面１３ｂについては研削仕上げを行っていない。
【０００５】
上記のような円すいころ軸受を、保持器１４、複数の円すいころ１３、及び内輪１２からなる組付体を、内輪１２の小鍔面１２ｂ側を下に向けた状態で外輪１１の軌道面１１ａに上方から挿入して組立てた場合、組立時の状態（初期状態）において、円すいころ１３は軌道面上の正規の位置に座らず（保持器１４、内輪１２に対する自由度により、挿入時の円すいころ１３の姿勢が定まらないため）、図７（ａ）に示すように、その小端面１３ｂが内輪１２の小鍔面１２ｂに接触し、大端面１３ａと大鍔面１２ｃとの間に隙間δができた状態になる。この初期状態から、スラスト荷重Ｆａを作用させた状態で、軸受を所要回数回転させると｛図７（ｃ）｝、円すいころ１３が大鍔面１２ｃ側に隙間δ分だけ軸方向移動して、大端面１３ａが大鍔面１２ｃに接触し、円すいころ１３が正規の位置に落ち着く｛図７（ｂ）｝。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７（ａ）に示す初期状態で軸受を相手装置の装着部位に固定し予圧を設定して本運転を行うと、円すいころ１３の大鍔面１２ｃ側への軸方向移動によって予圧抜けが生じ、要求される軸受機能が得られなくなる。そこで、従来より、本運転に先立って、図７（ａ）に示す初期状態の軸受を相手装置の装着部位に仮組付けし、円すいころ１３が図７（ｂ）に示す正規の位置に落ち着くまで馴らし運転を行った後、軸受を装着部位に固定し所定の予圧を付与するようにしている。この場合、初期状態における隙間δの大きさ及びばらつきの範囲が大きいと、円すいころ１３が正規の位置に落ち着くまでの馴らし運転時間が多く必要となり、予圧設定完了までの所要時間が長くなる。
【０００７】
従って、馴らし運転時間の短縮化の観点から、図７（ａ）に示す初期状態の隙間δの大きさ及びばらつき範囲は可及的に小さくすることが望ましいが、従来の円すいころ軸受では以下の点が問題となる。
【０００８】
図８に拡大して示すように、従来の円すいころ軸受における内輪１２の小鍔面１２ｂは、軌道面１２ａに配された円すいころ３の小端面１３ｂに対して外側に傾斜した形状になっており、そのため、小端面１３ｂ側の面取り寸法・形状のばらつきによって（一般に円すいころの小端面は鍛造面のままであり、面取り寸法・形状のばらつきが大きい。この面取り寸法・形状のばらつきは、円すいころ相互間に存在する他、円すいころ自体の円周方向にも存在する。）、組立時の状態（初期状態）における小端面１３ｂと小鍔面１２ｂとの接触点が変動する。例えば、小端面１３ｂ側の面取りが同図で実線で示すものであった場合、初期状態における接触点はＰ３、Ｐ４であるが、小端面１３ｂ側の面取りが同図で点線で示すものであった場合、初期状態における接触点は外径側に移動してＰ３’、Ｐ４’になる。円すいころ１３を大端面側に軸方向移動させて、大端面を大鍔面に接触させた時の、点Ｐ３・Ｐ４間の隙間の値をδ３、点Ｐ３’・Ｐ４’間の隙間の値をδ４とすると、δ３＜δ４となり、面取り寸法のばらつきに起因した接触点の変動に伴って隙間δの値が変動する。そのため、隙間δを精度良く規制することが困難である。
【０００９】
また、小端面１３ｂ側の面取り寸法・形状のばらつきによって、隙間δの値が変動するので、内輪１２の溝幅寸法（Ｗ’）および円すいころの長さ寸法（Ｌ’）を精度良く管理したとしても、隙間δのばらつきが不可避的に大きくなる。
【００１０】
円すいころの小端面側の面取り寸法・形状のばらつきに起因した隙間δの変動（ばらつき）は、ある１つの円すいころ軸受についてみた場合、組み込まれた複数の円すいころ相互間に生じ、各円すいころが正規の位置に落ち着くまでの時間差をもたらす。そのため、軸受として落ち着き状態になるまでの馴らし運転回数（軸受の回転回数：落ち着き回数）が多くなる。また、隙間δのばらつきが軸受相互間にも存在するので、軸受ごとに落ち着き回数のばらつきが生じる。この問題を、溝幅寸法（Ｗ’）および長さ寸法（Ｌ’）の管理幅（寸法公差）の縮小、隙間δの大きさの基準値の縮小によって対応しようとすると、加工コストおよび管理コストの増大につながる。
【００１１】
さらに、通常、内輪１２の溝幅寸法（Ｗ’）の管理は端面を寸法基準として行っているが、誤差が積算されやすく、溝幅寸法（Ｗ’）のばらつきを小さくすることが困難であった。この問題を解消するために、小鍔面１２ｂを寸法基準として溝幅寸法（Ｗ’）を管理することが考えられる。しかし、従来の小鍔面１２ｂは傾斜形状であり、基準位置のとり方によって溝幅寸法（Ｗ’）に差異が生じるため、溝幅寸法（Ｗ’）を精度良く仕上げることは困難である。
【００１２】
本発明は、上述した従来技術上の問題点に鑑み、コスト性を考慮しつつ、この種の円すいころ軸受における馴らし運転時間を短縮し、予圧設定作業の効率化を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、大径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面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、軸受使用時、円すいころの大端面が内輪の大鍔面によって接触案内される円すいころ軸受において、内輪の小鍔面を、この内輪の軌道面に配された円すいころの小端面と平行な面で、かつ、この円すいころの軸方向移動範囲を画する内輪の溝幅の一端を規定する面にした。
【００１４】
図５に拡大して示すように、内輪２の小鍔面２ｂを、軌道面２ａに配された円すいころ３の小端面３ｂと平行な面にすることによって、隙間δに対する小端面３ｂ側の面取り寸法・形状のばらつきの影響を排除することができる。例えば、小端面３ｂ側の面取りが同図で実線で示すものであった場合、組立時の状態（初期状態）における接触点はＰ５、Ｐ６であり、小端面３ｂ側の面取りが同図で点線で示すものであった場合、初期状態における接触点は外径側に移動してＰ５’、Ｐ６’になる。円すいころ３を大端面側に軸方向移動させて、大端面を大鍔面に接触させた時の、点Ｐ５・Ｐ６間の隙間の値をδ５、点Ｐ５’・Ｐ６’間の隙間の値をδ６とすると、小鍔面２ｂと小端面３ｂとが平行であるため、δ５＝δ６となり、接触点が変動しても隙間δの値は変動しない。従って、小端面３ｂ側の面取り寸法・形状のばらつきに起因した隙間δのばらつきがなくなる。
【００１５】
ある１つの円すいころ軸受についてみた場合、組み込まれた複数の円すいころ相互間に、小端面側の面取り寸法・形状のばらつきに起因した隙間δのばらつきがなくなるので、各円すいころが正規の位置に落ち着くまでの時間差が短縮される。そのため、軸受として落ち着き状態になるまでの馴らし運転回数（軸受の回転回数：落ち着き回数）が少なくなる。また、軸受ごとの落ち着き回数のばらつきも抑制される。
【００１６】
また、上記のような形状の小鍔面を寸法基準として大鍔面を仕上げ加工することにより、小鍔面から大鍔面までの溝幅寸法（Ｗ）を精度良く管理することができる。
【００１７】
上記のような形状の小鍔面は、円すいころの軸方向移動範囲を画する内輪の溝幅の一端を規定する面であり、かつ、隙間δの管理、溝幅寸法（Ｗ）の管理の基準となるため、精度確保のため、研削加工面とするのが望ましいが、所要の精度が確保できれば、コスト低減のため、旋削加工面としても良い。
【００１８】
円すいころを内輪の軌道面に配し、円すいころの大端面を内輪の大鍔面に接触させた時の、内輪の小鍔面と円すいころの小端面との間の隙間δをδ≦０．４ｍｍの寸法範囲内に規制することができる。δ≦０．４ｍｍとは、隙間δの最大値が０．４ｍｍを超えないという意味である。δ≦０．４ｍｍとしたのは以下の理由による。
【００１９】
内輪と円すいころとのマッチングにより、図７（ａ）に示す初期状態の隙間δがδ＞０．５ｍｍ（内輪の小鍔面が円すいころの小端面に対して外側に傾斜した形状の円すいころ軸受）、δ≦０．４５ｍｍ（内輪の小鍔面が円すいころの小端面と平行な形状の円すいころ軸受）となるように円すいころ軸受を組立て、図７（ａ）に示す初期状態から図７（ｂ）に示す状態に落ち着くまでの馴らし運転回数（軸受の回転回数：落ち着き回数）を求めたところ、下記に示す結果が得られた。
【００２０】

上記のように、δ≦０．４５ｍｍの場合に落ち着き回数が少なくなり良好な結果が得られた。特に、δ≦０．４ｍｍの場合では、落ち着き回数が少なく、かつ、ばらつきも小さくなる傾向が認められた。そこで、本発明では、より好ましい範囲としてδ≦０．４ｍｍを選択した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１に示すように、この実施形態の円すいころ軸受は、円すい状の軌道面１ａを有する外輪１と、円すい状の軌道面２ａを有し、この軌道面２ａの小径側に小鍔面２ｂ、大径側に大鍔面２ｃを有する内輪２と、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ３と、円すいころ３を円周所定間隔に保持する保持器４とで構成される。軸受使用時、円すいころ３は軌道面１ａおよび軌道面２ａから受ける合成力によって内輪２の大鍔面２ｃに押し付けられ、その大端面３ａを大鍔面２ｃによって接触案内されながら軌道面上を転がり運動する。軸受使用時、円すいころ３の小端面３ｂと内輪２の小鍔面２ｂとは接触せず、両者の間には僅かな隙間が存在する。
【００２３】
図２は、内輪２を示している。内輪２は、鋼素材から鍛造→旋削→熱処理→研削という工程を経て製造される。通常、研削加工は、端面、内径面、軌道面２ａ、および大鍔面２ｃに対して行われるが、この実施形態では、小鍔面２ｂを同図で鎖線で示す（軌道面２ａに配された）円すいころ３の小端面３ｂと略平行になるように旋削加工し、さらに、研削加工を施して小端面３ｂと平行になる面に仕上げている。尚、所要の精度が確保できれば、小鍔面２ｂを旋削加工によって、小端面３ｂと平行になる面に仕上げても良い。
【００２４】
大鍔面２ｃは、例えば上記のような小鍔面２ｂを寸法基準として、小鍔面２ｂからの溝幅寸法（Ｗ）をインプロセスゲージで測定しながら、研削加工によって仕上げることができる。これにより、溝幅寸法（Ｗ）を、狙い寸法に対して所定の寸法公差内に精度良く仕上げることができる。一般に、インプロセスゲージによる研削加工とは、研削加工時にゲージを当て、このゲージにより研削完了寸法を検出して、研削を終了する加工である。
【００２５】
内輪２の溝幅寸法（Ｗ）は、小鍔面２ｂと、大鍔面２ｃにおける円すいころ３の大端面３ａとの接触位置Ｐとの間の寸法（円すいころ３の軸線と平行な方向の寸法）であり、小鍔面２ｂは溝幅の一端を規定する面になる。
【００２６】
図３に示すように、円すいころ３は、曲率（端面アール：図面では誇張して示している。）をもった大端面３ａを一端に有し、曲率をもたないフラットな小端面３ｂを他端に有する。大端面３ａの中心領域には、ぬすみ部３ａ１が設けられている。大端面３ａ（ぬすみ部３ａ１を除く。）および転動面３ｃは研削加工によって仕上げられるが、通常、小端面３ｂは鍛造面のままである。円すいころ３の長さ寸法（Ｌ）は、狙い寸法に対して所定の寸法公差内に仕上げられる。尚、長さ寸法（Ｌ）は、小端面３ｂと、大端面３ａにおける大鍔面２ｃとの接触位置Ｐとの間の寸法（円すいころ３の軸線と平行な方向の寸法）である。
【００２７】
この実施形態の円すいころ軸受を、従来軸受と同様に、保持器４、複数の円すいころ３、及び内輪２からなる組付体を、内輪２の小鍔面２ｂ側を下に向けた状態で外輪１の軌道面１ａに上方から挿入して組立てた場合、組立時において、円すいころ３は軌道面上の正規の位置に座らず、その小端面３ｂが内輪２の小鍔面２ｂに接触し、大端面３ａと大鍔面２ｃとの間に隙間δができた状態になる。この初期状態から、スラスト荷重を作用させた状態で、軸受を所要回数回転させると、円すいころ３が大鍔面２ｃ側に隙間δ分だけ軸方向移動して、図１に示すように、大端面３ａが大鍔面２ｃに接触し、円すいころ３が正規の位置に落ち着く。
【００２８】
前述したように、図１に示す状態に落ち着くまでの馴らし運転回数（軸受の回転回数：落ち着き回数）を短縮するためには、上記隙間δ（円すいころ３の軸方向移動距離）のばらつきの範囲を可及的に小さくすることが望ましい。この実施形態では、内輪２の溝幅寸法（Ｗ）と円すいころ３の長さ寸法（Ｌ）を所定の寸法公差内に仕上げると共に、内輪２の小鍔面２ｂを円すいころ３の小端面３ｂと平行な面に加工し、かつ、円すいころ３を内輪２の軌道面２ａに配し、大端面３ａを大鍔面２ｃに接触させた時の、小鍔面２ｂと小端面３ｂとの間の隙間δを測定することにより、隙間δの値がδ≦０．４ｍｍの寸法範囲内に入るように規制している。そのため、馴らし運転回数（落ち着き回数）が、前述した測定結果の４回以内（平均２．９６回）を確実にクリアーでき、馴らし運転を比較的短時間で完了することができる。また、溝幅寸法（Ｗ）および長さ寸法（Ｌ）の管理幅（寸法公差）、隙間δの大きさの基準値を、許容範囲内で大きく設定することが可能であるので、加工コストおよび管理コストの低減の点で有利である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、円すいころの小端面側の面取り寸法・形状のばらつきに起因した隙間δのばらつき要因がなくなり、隙間δの大きさの基準値を許容範囲内で大きく設定しても、隙間δ自体のばらつきが小さくなるので、馴らし運転時における円すいころの落ち着き状態が短時間で得られ、この種の円すいころ軸受における馴らし運転時間を短縮し、予圧設定作業の効率化を図ることができる。また、内輪の溝幅寸法および円すいころの長さ寸法の管理幅（寸法公差）、隙間δの大きさの基準値を許容範囲内で大きく設定した場合でも良好な結果が得られるので、加工コストおよび管理コストの低減の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の円すいころ軸受を示す断面図である。
【図２】図１に示す円すいころ軸受の内輪を示す断面図である。
【図３】図１に示す円すいころ軸受の円すいころを示す断面図である。
【図４】隙間δの測定時の状態を示す断面図である。
【図５】図４におけるＡ部の拡大断面図である。
【図６】従来の円すいころ軸受を示す断面図である。
【図７】従来の円すいころ軸受における組立時の状態（初期状態）を示す断面図（図ａ）、馴らし運転後の状態を示す断面図（図ｂ）、馴らし運転時の状態を示す断面図（図ｃ）である。
【図８】従来の円すいころ軸受における、小鍔面と小端面の周辺部を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 外輪
１ａ 軌道面
２ 内輪
２ａ 軌道面
２ｂ 小鍔面
２ｃ 大鍔面
３ 円すいころ
３ａ 大端面
３ｂ 小端面

Claims (10)

1. 円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、大径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面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、軸受使用時、円すいころの大端面が内輪の大鍔面によって接触案内される円すいころ軸受において、
   上記内輪の小鍔面が、この内輪の軌道面に配された円すいころの小端面と平行な面であり、かつ、この円すいころの軸方向移動範囲を画する内輪の溝幅の一端を規定する面であることを特徴とする円すいころ軸受。
2. 上記円すいころを内輪の軌道面に配し、円すいころの大端面を内輪の大鍔面に接触させた時の、内輪の小鍔面と円すいころの小端面との間の隙間δがδ≦０．４ｍｍの寸法範囲内に規制されていることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
3. 上記内輪の小鍔面が研削加工面であることを特徴とする請求項１又は２記載の円すいころ軸受。
4. 上記内輪の小鍔面が旋削加工面であることを特徴とする請求項１又は２記載の円すいころ軸受。
5. 円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、大径側に大鍔面を有する円すいころ軸受用内輪の製造方法であって、
   上記小鍔面を、上記軌道面に円すいころを配した時にその小端面と平行になる面に加工し、この小鍔面を寸法基準として、上記大鍔面までの溝幅寸法（Ｗ）をインプロセスゲージで測定しながら、上記大鍔面を研削加工によって仕上げることを特徴とする円すいころ軸受用内輪の製造方法。
6. 上記内輪の小鍔面を研削によって仕上げることを特徴とする請求項５記載の円すいころ軸受用内輪の製造方法。
7. 上記内輪の小鍔面を旋削によって仕上げることを特徴とする請求項５記載の円すいころ軸受用内輪の製造方法。
8. 円すい状の軌道面を有する外輪と、円すい状の軌道面を有し、この軌道面の小径側に小鍔面、大径側に大鍔面を有する内輪と、外輪の軌道面と内輪の軌道面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、軸受使用時、円すいころの大端面が内輪の大鍔面によって接触案内される円すいころ軸受の製造方法であって、
   上記内輪の小鍔面を、この内輪の軌道面に円すいころを配した時にその小端面と平行になる面に加工し、この小鍔面を寸法基準として、上記大鍔面までの溝幅寸法（Ｗ）をインプロセスゲージで測定しながら、上記大鍔面を研削加工によって仕上げると共に、上記円すいころの長さ寸法（Ｌ）を所定の寸法公差内に管理し、かつ、上記円すいころを内輪の軌道面に配し、円すいころの大端面を内輪の大鍔面に接触させた時の、内輪の小鍔面と円すいころの小端面との間の隙間δを測定することにより、上記隙間δをδ≦０．４ｍｍの寸法範囲内に規制することを特徴とする円すいころ軸受の製造方法。
9. 上記内輪の小鍔面を研削によって仕上げることを特徴とする請求項８記載の円すいころ軸受の製造方法。
10. 上記内輪の小鍔面を旋削によって仕上げることを特徴とする請求項８記載の円すいころ軸受の製造方法。

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