圆锥滚子轴承的制作方法

1.本发明涉及圆锥滚子轴承。


背景技术：

2.对于支承旋转部的滚动轴承而言，必须使用适合于在该滚动轴承承受的载荷的方向、大小、轴承设置空间的滚动轴承。在支承汽车的变速器(mt、at、dct、cvt、混合动力等)或者差速器所具备的旋转部的用途的情况下，是承受径向载荷、轴向载荷以及力矩载荷的使用条件，并且还要求小型化。因此，使用能够承载径向载荷以及轴向载荷、承载能力优异的圆锥滚子轴承。
3.在圆锥滚子轴承中，在运转时产生向大径侧推压圆锥滚子的推力。因此，在内圈形成有用于支承并在圆锥滚子的公转方向(周向)上引导圆锥滚子的大端面的大凸缘。大凸缘具有用于供圆锥滚子的大端面滑动接触的大凸缘面。在内圈，在整周形成有将该大凸缘面和轨道面相连的磨削越程槽。
4.圆锥滚子的大端面和内圈的大凸缘面的形状一般设计为几何上仅在一点接触。在运转时，圆锥滚子的大端面相对于内圈的大凸缘面在公转方向上滑动接触，但由于上述各载荷、推力，该滑动接触部大体产生于以其设计上的接触点为中心的拥有径向的短轴的长椭圆状的区域。若该滑动接触部的润滑不充分，则发热并引起突然升温。
5.在如汽车的变速器那样圆锥滚子轴承高速运转、润滑油成为高温的情况下，在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的滑动接触部无法维持良好的润滑模式，存在成为边界润滑、润滑变得不充分的可能性。为了使这种高温运转时的耐烧结性提高，对圆锥滚子的大端面、内圈的大凸缘面的形状、表面性状进行了研究(专利文献1～3)。
6.在专利文献1中，在将圆锥滚子的大端面的曲率半径设为r、将从圆锥滚子的圆锥角的顶点到大凸缘面的接触部的距离设为r
base
时，通过将r/r
base
设计为0.75～0.87的范围，能够使在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面间拉拽润滑油时的楔形效应良好发挥，使该滑动接触部处的油膜厚度提高(发热降低)。
7.在专利文献2中，通过形成从大凸缘面的外径侧缘朝向大凸缘的倒角内径侧缘远离圆锥滚子的大端面的形状的避让面，能够提高润滑油向圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的接触部的导入作用来使油膜形成能力提高。
8.在专利文献3中，在将上述r/r
base
设计为0.75～0.87的范围、并且将圆锥滚子的大端面的实际曲率半径设为r
actual
时，通过将r
actual
/r设计为0.5以上，即使在严苛的润滑环境下也能够抑制圆锥滚子的大端面和内圈的大凸缘面的发热来使耐烧结性提高，特别地，通过作为表示润滑状态的严苛程度的水平的指标的凸缘部润滑系数的引入，能够扩大r
actual
/r的比的可实用的范围，根据使用条件选定适当的轴承规格。
9.专利文献1：日本特开2000-170774号公报
10.专利文献2：日本特开2000-170775号公报
11.专利文献3：日本特开2018-136027号公报
12.然而，在汽车用变速器、差速器中，存在以提高燃油经济性为目的而使润滑油的粘度、单元内润滑油量降低的趋势，并认为该趋势今后也将持续。因此，对滚动轴承而言，润滑条件变得更加严苛。特别是在圆锥滚子轴承中，对确保圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的滑动接触部处的油膜厚度、对润滑油带来的升温抑制的关心变得更加重要。


技术实现要素：

13.鉴于上述背景，本发明欲解决的课题在于即使当在严苛的润滑条件下使用圆锥滚子轴承的情况下也防止突然升温并使轴承顺畅地旋转。
14.为了实现上述的课题，本发明采用了如下结构，即、一种圆锥滚子轴承，具备：内圈；外圈；配置在内圈与外圈间的多个圆锥滚子；以及收容这些圆锥滚子的保持器，上述圆锥滚子具有：形成为圆锥状的滚动面；与上述滚动面的大径侧连续的倒角；以及与上述倒角连续的大端面，上述内圈具有：形成为圆锥状的轨道面；承受上述圆锥滚子的大端面的大凸缘面；以及形成为将上述大凸缘面和上述轨道面相连的槽状的磨削越程槽，其中，在将向上述磨削越程槽侧延长上述轨道面的母线而成的假想线与向上述磨削越程槽侧延长上述大凸缘面的母线而成的假想线的交点设为基准点、将从该基准点到大凸缘面的切入宽度设为a、将上述圆锥滚子的倒角在沿着上述大凸缘面的母线的方向上具有的宽度设为rc时，宽度rc为0.7mm以下、且a＜rc。
15.根据上述结构，形成为圆锥滚子的倒角的宽度rc为0.7mm以下且磨削越程槽的切入宽度a＜宽度rc这样的特别小的尺寸，由此能够加宽大凸缘面的宽度，形成为足以承受圆锥滚子的大端面的宽度。因此，能够实现大凸缘面与圆锥滚子的大端面的接触关系的最佳化，使在大凸缘面与圆锥滚子的大端面之间起作用的楔形效应良好发挥，使油膜形成能力提高。
16.具体而言，在将上述滚动面的圆锥角设为β、将从上述大凸缘面与上述圆锥滚子的大端面的接触点连结到上述圆锥角β的顶点的假想线相对于上述轨道面的母线所成的锐角设为ρ时，β/7≥ρ即可。通过将表示大凸缘面与圆锥滚子的大端面的接触点相对于基准点具有的径向上的高度的角度ρ设计为小于β/7的范围，能够防止该滑动接触部处的滑动速度的上升，抑制大凸缘面的发热量来防止突然升温。
17.在将上述磨削越程槽相对于上述内圈的大凸缘面的进入角设为a、将上述磨削越程槽相对于上述轨道面的进入角设为b时，a＞b，在将从上述基准点到上述大凸缘面的切入宽度设为a、将从上述基准点到上述轨道面的切入宽度设为b时，a＜b即可。在制造上，为了满足0.5mm以下的切入宽度a，当在加工时大凸缘面的磨削量波动了时，需要考虑大凸缘面的宽度依赖于磨削越程槽的进入角a而变化。相对于大凸缘面的进入角a越大，大凸缘面的磨削量波动了时的大凸缘面的宽度的变化量越小，因而进入角a大则好。并且，若考虑磨削越程槽车削加工时的切屑排出容易度，则优选满足a＞b以及a＜b的关系。
18.在将上述磨削越程槽相对于上述内圈的轨道面的深度设为c、将上述磨削越程槽相对于上述大凸缘面的深度设为d时，c＞d即可。这样一来，能够降低因从圆锥滚子的大端面施加于内圈的大凸缘面的载荷而产生的大凸缘的应力，实现内圈的大凸缘的强度提高。
19.在将上述磨削越程槽相对于上述内圈的大凸缘面的深度设为d时，深度d为0.3mm以下即可。这样一来，可靠地获得内圈的大凸缘的强度提高。
20.在将上述磨削越程槽相对于上述内圈的大凸缘面的进入角设为a时，20
°
≤a≤50
°
即可。这样一来，在大凸缘面磨削时容易进行切入宽度a的控制。
21.在将上述轨道面的母线相对于上述内圈的中心轴所成的锐角设为θ、将上述圆锥滚子的滚动面的大端直径设为dw、将上述圆锥滚子的滚子长度设为l、将上述大凸缘面的宽度设为w时，宽度w为满足以下式1的值即可。
22.w≥{dw
×
(1/2)
×
tanθ/(l/dw)}
···
式1
23.这样一来，能够使大凸缘面与圆锥滚子的大端面充分对置，即使在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的滑动接触部向大凸缘外径侧上升了时也保持良好的接触。
24.上述内圈的大凸缘面的原始奥氏体晶粒的粒度号为6号以上即可。这样的大凸缘面适合于使因与圆锥滚子的大端面的金属接触引起的表面损伤延迟。
25.上述内圈的大凸缘面由氮含量为0.05wt％以上的氮化层形成即可。这样的大凸缘面适合于使因与圆锥滚子的大端面的金属接触引起的表面损伤延迟。
26.上述内圈的大凸缘面的表面粗糙度为0.1μmra以下，上述圆锥滚子的大端面的表面粗糙度为0.12μmra以下即可。这样一来，能够使大凸缘面与圆锥滚子的大端面间的油膜形成良好。
27.可以构成为：在将上述圆锥滚子的大端面的设定曲率半径设为r、将从上述滚动面的圆锥角的顶点到上述内圈的大凸缘面的基本曲率半径设为r
base
时，r/r
base
为0.70以上0.95以下，在将上述圆锥滚子的大端面的实际曲率半径设为r
actual
时，上述多个圆锥滚子中的至少一个圆锥滚子的r
actual
/r为0.3以上、且不足0.5。在本发明中，能够在大凸缘面侧使油膜形成能力提高，因此与专利文献3的圆锥滚子轴承相比，能够放宽r/r
base
、r
actual
/r的范围。相应地，圆锥滚子的成品率提高，因而能够比较廉价地提供圆锥滚子轴承。
28.对于本发明所涉及的圆锥滚子轴承而言，严苛的润滑条件下的耐烧结性优异，因此适合于支承汽车的变速器或者差速器所具备的旋转部的用途。
29.如上所述，通过采用上述结构，本发明能够实现内圈的大凸缘面与圆锥滚子的大端面的接触关系的最佳化，使油膜形成能力提高，因而即使当在严苛的润滑条件下使用圆锥滚子轴承的情况下也能够防止突然升温并使轴承顺畅地旋转。
附图说明
30.图1是表示本发明的实施方式所涉及的圆锥滚子轴承的大凸缘面附近的母线形状的图。
31.图2是本实施方式所涉及的圆锥滚子轴承的剖视图。
32.图3是表示图2的圆锥滚子的大端面与大凸缘面的理想的接触状态下的大凸缘面附近的母线形状的图。
33.图4是表示图2的圆锥滚子轴承的设计规格的半纵剖面。
34.图5是表示图2的圆锥滚子的大端面的详细形状的示意图。
35.图6是表示图5的圆锥滚子的大端面的加工形状的示意图。
36.图7是表示图2的圆锥滚子的大端面的曲率半径与油膜厚度的关系的图表。
37.图8是表示图1的大凸缘面附近的母线形状的变更例的图。
38.图9是表示装入有图2的圆锥滚子轴承的汽车用差速器的一个例子的剖视图。
39.图10是表示装入有图2的圆锥滚子轴承的汽车用变速器的一个例子的剖视图。
具体实施方式
40.基于附图对作为本发明的一个例子的实施方式所涉及的圆锥滚子轴承进行说明。
41.图2所示的圆锥滚子轴承具备：内圈10；外圈20；配置在内圈10与外圈20之间的多个圆锥滚子30；以及收容这些圆锥滚子30的保持器40。该圆锥滚子轴承是在汽车用变速器或者差速器中也假定主要是对于乘用车用变速器或者差速器的应用的轴承，其轴承外径为150mm以下。
42.如图2、图3所示，内圈10由轨道圈构成，该轨道圈在外周侧具有：形成为圆锥状的轨道面11；形成为比轨道面11的大径侧缘大径的大凸缘12；从大凸缘12的基部形成到轨道面11的磨削越程槽13；形成为比轨道面11的小径侧缘大径的小凸缘14；以及从小凸缘14的基部形成到轨道面11的小径侧磨削越程槽15。
43.如图2所示，外圈20由在内周侧具有形成为圆锥状的轨道面21的轨道圈构成。从外部向内圈10与外圈20间的轴承内部空间供给润滑油。
44.圆锥滚子30由滚动体构成，该滚动体具有：形成为圆锥状的滚动面31；与滚动面31的大径侧连续的倒角32；与倒角32连续的大端面33；以及形成在与大端面33相反的一侧的小端面34。圆锥滚子30的大端面33和小端面34包括规定圆锥滚子30的滚子长度l的两侧端。
45.多个圆锥滚子30在内外轨道面11、21间配置为单列。保持器40由将多个圆锥滚子30在周向上保持为均等间隔的环状的轴承部件构成。各圆锥滚子30收容于在周向上以等间隔的方式形成于保持器40的兜孔。
46.图示例的保持器40例示了笼形冲裁保持器，但保持器40的材料、制法任意。
47.这里，将沿着内圈10的旋转中心亦即中心轴cl的方向称为“轴向”，将与该中心轴cl正交的方向称为“径向”，将绕该中心轴cl一周的圆周方向称为“周向”。内圈10的中心轴cl相当于该圆锥滚子轴承的设计上的旋转中心。
48.内外轨道面11、21是圆锥滚子30的滚动面31能够滚动接触、且从该滚动面31承载径向载荷的表面部。
49.如图4所示，在内圈10、外圈20以及圆锥滚子30的各中心轴包括在同一假想轴向平面内、且圆锥滚子30的中心轴(省略图示)与内圈10的中心轴cl上的一点o1笔直对置的位置关系时，内外轨道面11、21和圆锥滚子30的滚动面31的各圆锥状的顶点与点o1一致。在设计上，圆锥滚子30的大端面33基于图4中中心放置在连结点o1和圆锥滚子30的中心轴的直线上的设定曲率半径r的球面状来规定。
50.此外，内外轨道面11、21、圆锥滚子30的滚动面31的各圆锥状并不限定于将母线设为直线的形状，而是包括拥有隆起面的形状的概念。这里，母线是指作为绕轴线的运动产生的轨迹而生成某种曲面的线段。例如，轨道面11的母线是在包括内圈10的中心轴cl的假想轴向平面上形成轨道面11的线段，滚动面31的母线是在包括圆锥滚子30的中心轴的任意假想平面上形成滚动面31的线段。作为上述隆起面形状，本技术人能够采用专利文献3中公开的全隆起面形状或者切割隆起面形状，作为滚动面31的切割隆起面形状，可以采用对数隆起例如用专利文献3中引用的日本专利第5037094号公报的算式规定的形状。
51.如图2、图3所示，内圈10的大凸缘12具有：承受圆锥滚子30的大端面33的大凸缘面
12a；规定大凸缘12的外径的外径面12b；以及将大凸缘面12a的外径侧缘和外径面12b整周相连的凸缘侧倒角12c。大凸缘12的与大凸缘面12a相反的一侧的端面形成内圈10的侧表面的一部分。
52.大凸缘面12a是用于供圆锥滚子30的大端面33在周向上滑动接触的表面部。大凸缘面12a的母线是相对于径向倾斜的直线状。因此，大凸缘面12a是与轨道面11同轴的圆锥状。大凸缘面12a只要是几何上与圆锥滚子30的大端面33仅在一点能够接触的形状即可，能够将该母线形状变更为中凹状(该情况下，是拥有接触面的抵接，但为了方便，表达为中凹底与滚子大端面的抵接位置处的点抵接)、中凸状等。
53.内圈10的磨削越程槽13形成为将大凸缘面12a和轨道面11相连的槽状。磨削越程槽13是用于对轨道面11以及大凸缘面12a进行磨削以及超精加工的整周槽，相对于轨道面11以及大凸缘面12a分别拥有深度。
54.如图2所示，内圈10的小凸缘14防止多个圆锥滚子30从轨道面11向小径侧脱落，是用于由上述圆锥滚子30、保持器40以及内圈10构成组件的部位。小凸缘14和伴随其形成而采用的小径侧磨削越程槽15并非是作为内圈的构件而必须的部位。
55.内圈10、外圈20以及圆锥滚子30分别通过按照锻造、车削、磨削的顺序对所需部位进行加工而形成。
56.内圈10的轨道面11以及大凸缘面12a通过对锻造体进行车削以及磨削而形成，并通过超精加工被研磨。
57.如图1、图3所示，基于预定的母线形状来车削加工出内圈10的磨削越程槽13。磨削越程槽13的车削加工中的母线由从大凸缘面12a倾斜的大径侧直线部、从轨道面11倾斜的小径侧直线部、将上述大径侧直线部与小径侧直线部相连的圆弧状线部规定。不对磨削越程槽13积极地进行磨削加工以及超精加工，但在轨道面11以及大凸缘面12a磨削加工时，砂轮将轨道面磨削部位的大径侧端、大凸缘面磨削部位的内径侧端稍微倒圆。因此，磨削越程槽13的大致整面由车削加工面构成，但磨削越程槽13的与轨道面11的连接部以及与大凸缘面12a的连接部是略微倒圆了的磨削面或超精加工面。
58.这里，如图1所示，将向磨削越程槽13侧延长内圈10的轨道面11的母线而成的假想线、与向磨削越程槽13侧延长大凸缘面12a的母线而成的假想线的交点设为基准点o2。将磨削越程槽13相对于大凸缘面12a的进入角设为a。另外，将磨削越程槽13相对于轨道面11的进入角设为b。另外，将磨削越程槽13相对于轨道面11的深度设为c。另外，将磨削越程槽13相对于大凸缘面12a的深度设为d。另外，将从基准点o2到大凸缘面12a的切入宽度设为a。将从该基准点o2到轨道面11的切入宽度设为b。另外，如图3所示，将圆锥滚子30的倒角32在沿着大凸缘面12a的母线的方向上具有的宽度设为rc。
59.图1所示的进入角a、b、切入宽度a、b以及深度c、d是用于规定磨削越程槽13的形状的物理量。其中，因为上述倒圆状况不稳定，所以磨削越程槽13的与轨道面11、大凸缘面12a的连接部难以在进入角a、b的规定中利用。因此，作为进入角a、b，采用磨削越程槽13的车削加工面相对于轨道面11、大凸缘面12a的倾斜角度。
60.具体而言，磨削越程槽13的进入角a是磨削越程槽13的母线的大径侧直线部相对于大凸缘面12a的内径侧缘所成的锐角。磨削越程槽13的进入角b是磨削越程槽13的母线的小径侧直线部相对于轨道面11的大径侧缘所成的锐角。
61.磨削越程槽13的切入宽度a是从大凸缘面12a的内径侧缘朝向沿着大凸缘面12a的母线的方向到基准点o2的长度。磨削越程槽13的切入宽度b是从轨道面11的大径侧缘朝向沿着轨道面11的母线的方向到基准点o2的长度。
62.磨削越程槽13的进入角a大于进入角b。当在磨削加工中大凸缘面12a的磨削量(与大凸缘面12a的母线垂直的方向的切削余量)从目标值波动了的情况下，图3所示的大凸缘面12a的宽度w依赖于磨削越程槽13的进入角a而变化。这里，大凸缘面12a的宽度w是大凸缘面12a的母线的两端间的距离。在图示例中，大凸缘面12a的母线为直线状，所以该母线的长度相当于宽度w。越增大图1所示的进入角a，越能够缩小大凸缘面12a的宽度w的变化量。即、越增大进入角a，在大凸缘面12a的磨削量波动了的情况下对切入宽度a的尺寸的影响越不敏感。
63.磨削越程槽13的进入角a为20
°
以上50
°
以下即可。若为该范围，则即使大凸缘面12a的磨削量波动，对切入宽度a的尺寸的影响也稳定，容易进行切入宽度a的控制。更加优选使进入角a为30
°
以上40
°
以下即可。
64.磨削越程槽13的深度c是以轨道面11的大径侧缘为基准、在与延长轨道面11的母线而成的假想线垂直的方向上考虑的磨削越程槽13的深度。磨削越程槽13的深度d是以大凸缘面12a的内径侧缘为基准、在与延长大凸缘面12a的母线而成的假想线垂直的方向上考虑的磨削越程槽13的深度。
65.磨削越程槽13的深度c大于深度d。这是为了避免磨削越程槽13与内圈10的侧表面间的壁厚变薄。为了充分增大该壁厚，优选深度d为0.3mm以下。
66.磨削越程槽13的切入宽度a小于切入宽度b。若使切入宽度a小于切入宽度b，则有利于使进入角a大于进入角b。磨削越程槽13的加工通过车削进行。对于此时的切屑而言，与相对于磨削越程槽13向大凸缘面12a侧排出相比，更容易向取得比较宽的空间的轨道面11侧排出。因此，向轨道面11侧排出切屑能够高效地进行车削加工。通过满足磨削越程槽13的进入角a＞b且切入宽度a＜b，从而在车削时切屑的排出压力在进入角b、切入宽度b侧比较小，切屑容易向轨道面11侧排出。因此，能够改善车削加工性，抑制加工成本。
67.如图3所示，圆锥滚子30的倒角32的宽度rc是从大端面33的外径侧缘朝向沿着大凸缘面12a的母线的方向到滚动面31的大端侧缘的长度。在图示例中，倒角32的宽度rc与从大端面33的外径侧缘到基准点o2的长度一致。圆锥滚子30的倒角32的宽度rc为0.7mm以下。
68.另一方面，磨削越程槽13的切入宽度a小于圆锥滚子30的倒角32的宽度rc。像这样采用小的切入宽度a是为了缩小大凸缘面12a的内径来如图3所示地充分加宽与圆锥滚子30的大端面33对置的大凸缘面12a的宽度w，使圆锥滚子30的大端面33与大凸缘面12a的滑动接触不到达大凸缘面12a的内径侧缘。加宽大凸缘面12a的宽度w有利于即使圆锥滚子30的大端面33与大凸缘面12a的滑动接触部的位置移动也将圆锥滚子30的大端面33与大凸缘面12a保持为良好的接触状态。切入宽度a例如能够设计为0.5mm以下。
69.另外，如图2、图4所示，将轨道面11的母线相对于内圈10的中心轴cl所成的锐角设为θ。另外，将圆锥滚子30的滚动面31的大端直径设为dw。在上述轨道面11的倾斜角θ、滚动面31的大端直径dw以及图2所示的滚子长度l的几何关系中，图3所示的大凸缘面12a的宽度w为满足以下式1的值。
70.w≥{dw
×
(1/2)
×
tanθ/(l/dw)}
···
式1
间的中点p5、点p3、p4间的中点p6、通过点p1、p5、p2的曲率半径r
152
、通过点p3、p6、p4的曲率半径r
364
以及通过点p1、p5、p6、p4的曲率半径r
1564
，则理想地是r＝r
152
＝r
364
＝r
1564
。点p1、p4是大端面33与倒角32的连接点。点p2、p3是大端面33与避让部35的连接点。实际上，如图6所示，在磨削加工时大端面33的两端塌边，因此相对于大端面33整体的r
1564
的单侧的r
152
、r
364
无法分别相同，而形成为较小。将该大端面33加工后的单侧的r
152
、r
364
称为实际曲率半径r
actual
。
77.设定曲率半径r以及实际曲率半径r
actual
如以下那样求出。图6中的曲率半径r
1564
是通过图5所示的点p1、p5、p6、p4这4个点的近似圆。r
152
＝r
364
＝r
1564
的测定使用“株式会社三丰制表面粗糙度测定机surftest”的机型名：sv-3100进行测定。测定方法使用上述测定器确定出圆锥滚子30的大端面33的沿着母线的方向的形状，在标绘出点p1、p2、p3、p4后，标绘出中点p5以及中点p6。计算出曲率半径r
152
作为通过点p1、p5、p2的圆弧曲线半径(曲率半径r
364
也相同)。对于曲率半径r
1564
而言，利用使用“多次输入”的指令在4个点取得的值来计算出近似圆弧曲线半径。大端面33的沿着母线的方向的形状在径向上测定1次。
78.图3所示的内圈10的大凸缘面12a仅与图6所示的圆锥滚子30的大端面33的一侧的曲率半径r
152
、曲率半径r
364
的部分滑动接触。实际的大端面33与大凸缘面12a的滑动接触是小于设定曲率半径r(r
1564
)的实际曲率半径r
actual
(r
152
、r
364
)。相应地，实际的大端面33与大凸缘面12a的接触面压力以及圆锥滚子30的偏斜角大于各自设计上的理想值。若偏斜角、接触面压力在油膜不充分的环境下变大，则大端面33与大凸缘面12a的滑动接触变得不稳定，油膜参数下降。若油膜参数突破1，则大端面33和大凸缘面12a成为金属接触开始的边界润滑，发生烧结的担忧提高。这里，油膜参数是根据通过弹性流体润滑理论求出的油膜厚度h与大端面33和大凸缘面12a的均方根粗糙度的合成粗糙度σ的比定义的λ(＝h/σ)。实际曲率半径r
actual
与设定曲率半径r的比的可实用的范围的验证受大端面33与大凸缘面12a间的润滑油使用温度的峰值时的润滑状态的严苛程度的水平影响。
79.在大凸缘面12a的母线形状为直线状且恒定的情况下，大端面33与大凸缘面12a间的润滑状态由实际曲率半径r
actual
与润滑油的使用温度决定，在变速器、差速器的用途中，使用的润滑油基本确定，因此该润滑油的粘度也确定。作为该润滑油使用温度的峰值时的最大条件，假定在120℃下持续3分(180秒)钟的极严苛的温度条件，求出用于设定在该假定峰值温度条件中还考虑进润滑油的粘度特性的润滑状态下不产生突然升温的实际曲率半径r
actual
与设定曲率半径r的比r
actual
/r的阈值，作为凸缘部润滑系数。凸缘部润滑系数用凸缘部润滑系数＝120℃粘度
×
(油膜厚度h)2/180秒来求出。根据karna公式求出该油膜厚度h。从大端面33与大凸缘面12a的接触面压力、油膜厚度h、偏斜角、油膜参数的观点考虑，若将r
actual
/r设定为凸缘部润滑系数的值超过8
×
10-9
(阈值)，则可实用。
80.在变速器经常使用的润滑油亦即涡轮油iso粘度等级vg32的情况下，120℃粘度为7.7cst(＝7.7mm2/s)。vg32的120℃粘度低，在假定峰值温度条件中还考虑进润滑油的粘度的润滑状态成为极严苛的条件。因此，优选上述r
actual
/r为0.8以上。另外，在差速器经常使用的齿轮润滑油亦即sae 75w-90的情况下，优选r
actual
/r为0.5以上。
81.如图7所示，图4所示的圆锥滚子30的大端面33的设定曲率半径r与从滚动面31的圆锥角β的顶点o1到内圈10的大凸缘面12a的基本曲率半径r
base
的比r/r
base
和大端面33与大凸缘面12a的滑动接触部的油膜形成能力相关。r/r
base
越大，大凸缘面12a与大端面33的滑动接触部的最大赫兹应力p越小。另外，r/r
base
越小，偏斜角越大。
82.若将形成于图4所示的大端面33与大凸缘面12a的滑动接触部的油膜厚度设为t，则图7的纵轴用相对于r/r
base
为0.76时的油膜厚度t0的比t/t0表示。根据图7，在r/r
base
为0.76时，油膜厚度t最大，若r/r
base
超过0.9，则油膜厚度t急剧减少。在油膜厚度的最佳值这一方面，特别优选r/r
base
为0.75以上0.87以下。
83.在该圆锥滚子轴承中，如上所述，缩小磨削越程槽13的切入宽度a来将大凸缘面12a的宽度w向磨削越程槽13侧取得为宽，实现大凸缘面12a的最佳化以便良好地保持与圆锥滚子30的大端面33的接触状态，因而还能够对r/r
base
、r
actual
/r的每一个扩大可允许的范围。
84.具体而言，r/r
base
可以为0.70以上0.95以下，优选为0.70以上0.90以下，最优选为0.75以上0.87以下。
85.另外，r
actual
/r可以为0.3以上，优选为0.5以上，最优选为0.8以上。关于r
actual
/r为0.3以上不足0.5的范围的制成的圆锥滚子30，即使存在圆锥滚子30的偏斜、因较大的力矩载荷引起的大凸缘12的倾倒等滑动接触部移动那样的轻微干扰，也能够通过上述那样的大凸缘面12a的最佳化来保持与圆锥滚子30的大端面33的良好接触。
86.因此，允许多个圆锥滚子30之中包括r/r
base
为0.70以上0.95以下、r
actual
/r为0.3以上不足0.5的制成的圆锥滚子30，能够使圆锥滚子30的成品率提高。
87.上述油膜参数依赖于圆锥滚子30的大端面33与内圈10的大凸缘面12a的合成粗糙度。通过对大端面33和大凸缘面12a进行镜面精加工，能够改善油膜形成来保持良好的油膜厚度。具体而言，大凸缘面12a的表面粗糙度为0.1μmra以下，优选为0.08μmra以下。另外，大端面33的表面粗糙度为0.12μmra以下，优选为0.1μmra以下。这里，表面粗糙度是指在jis标准的b0601：2013“产品几何特性规格(gps)-表面性状：轮廓曲线方式-用语、定义以及表面性状参数”中规定的算术平均粗糙度ra。
88.另外，为了防止圆锥滚子30的大端面33与内圈10的大凸缘面12a的外径侧缘滑动接触(边缘抵接)，也可以在图1所示的大凸缘面12a以及凸缘侧倒角12c间形成避让面。在图8中示出该变更例。如该图所示，在大凸缘面12a与凸缘侧倒角12c之间形成有避让面12d。越从大凸缘面12a的外径侧缘朝向凸缘侧倒角12c，避让面12d越向外径面12b侧弯曲。避让面12d的母线是曲率半径为rd的圆孤线状。
89.这里，考虑延长大凸缘面12a的母线而成的假想线、与延长凸缘侧倒角12c的母线而成的假想线的假想交点，将从该假想交点朝向沿着大凸缘面12a的母线的方向到与外径面12b同径的位置的距离设为凸缘侧倒角12b的宽度l1，将从大凸缘面12a的外径侧缘朝向沿着大凸缘面12a的母线的方向到该假想交点的距离设为避让面12d的宽度l2。为了防止避让面12d的宽度l2过小，优选避让面12d的曲率半径rd为2mm以下。另外，为了获取避让面12d的宽度l2，优选凸缘侧倒角12c的宽度l1为1mm以下。
90.另外，优选为通过如图1、图3、图8所示那样的内圈10的大凸缘面12a的最佳化与内圈10的热处理特性的组合来实现进一步的功能提高。即，在圆锥滚子30的大端面33与大凸缘面12a的滑动接触的润滑条件严苛的情况下，金属接触而担心表面损伤，因而使大凸缘面12a侧拥有延迟表面损伤的特性即可。
91.具体而言，内圈10的大凸缘面12a的原始奥氏体晶粒的粒度号为6号以上即可。这里，原始奥氏体晶粒的粒度号是指作为jis标准的g0551：2013“钢-结晶粒度的显微镜试验
方法”而规定的粒度号。原始奥氏体晶粒是指淬火后的奥氏体的晶粒。将原始奥氏体的晶粒的边界(粒界)称为原始奥氏体结晶粒界，被该原始奥氏体结晶粒界围起的是原始奥氏体晶粒。原始奥氏体晶粒的粒度越细(粒度号越大)，越能够通过该结晶粒界推迟损伤的发展。因此，对于大凸缘面12a这样的滑动接触的金属母材组织而言，粒度号优选为6号以上，更加优选为10号以上，进一步优选为11号以上。
92.另外，内圈10的大凸缘面12a由氮含量为0.05wt％以上的氮化层形成即可，或者为氮侵入深度为0.1mm以上即可。氮含量为0.05wt％以上的氮化层因其富氮效应而具有回火软化抵抗性。因此，对因大凸缘面12a的滑动接触引起的局部发热的抵抗性提高。氮化层是形成于大凸缘面12a的表层的增加了氮含量的层，例如通过碳氮共渗、氮化、渗氮等处理实现。氮化层的氮含量优选为0.1wt％以上0.7wt％以下。若氮含量为0.1wt％以上则能够特别期待异物混入条件下的滚动寿命提高，若氮含量超过0.7wt％，则出现被称为空隙(void)的空穴、或残留奥氏体过多而导致硬度消失，短寿命的担忧提高。氮含量是磨削后的大凸缘面12a的表层10μm的值，例如能够用epma(波长色散型x射线显微分析仪)测定。
93.图2所示的内圈10、外圈20以及圆锥滚子30由高碳铬轴承钢(例如suj2材料)构成。为了形成氮化层，对上述内圈10、外圈20以及圆锥滚子30实施热处理。该热处理方法可以是专利文献3中公开的方法，也可以是其他方法。内圈10、外圈20以及圆锥滚子30的材料并不限定于高碳铬轴承钢。例如，内圈10以及外圈20也可以是铬钢、铬钼钢等渗碳钢，作为热处理使用一直以来存在的渗碳淬火回火。
94.实施了验证该圆锥滚子轴承的有效性的试验。其第一试验中的验证条件和试验品的基本规格如下(以下，适当参照图1～图3)。
95.＜验证条件＞
96.·
试验轴承：型号32007x(jis毫米系列标准圆锥滚子轴承)
97.·
轴承尺寸：φ35
×
φ62
×
18
98.·
润滑油：涡轮油iso vg32(粘度32mm2/s＠40℃，5.5mm2/s＠100℃)
99.·
载荷条件：径向载荷＝0.3cr(cr为基本额定动载荷)
100.·
旋转速度：4000r/min
101.·
润滑油量：滴下供油量8ml/min
102.＜试验品的品质＞
103.·ractual
/r＝0.35
104.·
大凸缘面12a的宽度w＝1.65
105.·
大凸缘面12a的表面粗糙度＝0.029μmra
106.·
大端面33的表面粗糙度＝0.046μmra
107.·
r/r
base
＝0.79
108.除上述基本规格以外，还如以下那样对圆锥滚子30的倒角32的宽度rc和磨削越程槽13的切入宽度a不同的各种规格差异进行了评价。在表1中示出它们的评价结果。
109.[表1]
[0110][0111]
如上述表1所示，在倒角32的宽度rc≤0.69mm且切入宽度a＜宽度rc的试验品1～3中，即使在严苛的润滑条件下也能够抑制温度上升而获得充足的轴承寿命。在试验品4中，宽度rc为小于试验品3的0.65mm，但切入宽度a为大于宽度rc的0.73mm，从而即使容易升温，也不成为对轴承寿命造成负面影响的程度的温度。在进一步缩小宽度rc并且进一步增大切入宽度a的试验品5、6中，无法抑制升温，无法期待轴承寿命。即，可认为宽度rc为0.7mm以下且切入宽度a＜宽度rc对在严苛的润滑条件下也抑制温度上升有效。
[0112]
第二试验中的验证条件与试验品的基本规格如下。
[0113]
＜验证条件＞
[0114]
·
试验轴承：型号32007x(jis毫米系列标准圆锥滚子轴承)
[0115]
·
轴承尺寸：φ35
×
φ62
×
18
[0116]
·
润滑油：涡轮油iso vg32(粘度32mm2/s＠40℃，5.5mm2/s＠100℃)
[0117]
·
载荷条件：径向载荷＝0.3cr(cr为基本额定动载荷)
[0118]
·
旋转速度：4000r/min
[0119]
·
润滑油量：滴下供油量8ml/min
[0120]
＜试验品的品质＞
[0121]
·ractual
/r＝0.54
[0122]
·
大凸缘面12a的宽度w＝1.69
[0123]
·
大凸缘面12a的表面粗糙度＝0.039μmra
[0124]
·
大端面33的表面粗糙度＝0.032μmra
[0125]
·
r/r
base
＝0.75
[0126]
在第二试验中，除上述基本规格以外，还如以下那样对圆锥角β与角度ρ的比恒定、圆锥滚子30的倒角32的宽度rc和磨削越程槽13的切入宽度a不同的各种规格差异进行了评价。在表2中示出它们的评价结果。
[0127]
[表21
[0128][0129]
如上述表2所示，在β/ρ为8.0时，在倒角32的宽度rc≤0.69mm且切入宽度a＜宽度rc的试验品7～9中，即使在严苛的润滑条件下也能够抑制温度上升而获得充足的轴承寿命。在试验品10中，，宽度rc为小于试验品3的0.65mm，但切入宽度a为大于宽度rc的0.77mm，从而即使容易升温，也不成为对轴承寿命造成负面影响的程度的温度。在进一步缩小宽度rc并且进一步增大切入宽度a的试验品11、12中，无法抑制升温，无法期待轴承寿命。即，在β/ρ＝8.0(β/8＝ρ)时，可认为宽度rc为0.7mm以下且切入宽度a＜宽度rc对在严苛的润滑条件下也抑制温度上升有效。
[0130]
第三试验中的验证条件与试验品的基本规格如下。
[0131]
＜验证条件＞
[0132]
·
试验轴承：型号32007x(jis毫米系列标准圆锥滚子轴承)
[0133]
·
轴承尺寸：φ35
×
φ62
×
18
[0134]
·
润滑油：涡轮油iso vg32(粘度32mm2/s＠40℃，5.5mm2/s＠100℃)
[0135]
·
载荷条件：径向载荷＝0.3cr(cr为基本额定动载荷)
[0136]
·
旋转速度：4000r/min
[0137]
·
润滑油量：滴下供油量8ml/min
[0138]
＜试验品的品质＞
[0139]
·ractual
/r＝0.61
[0140]
·
大凸缘面12a的宽度w＝1.71
[0141]
·
大凸缘面12a的表面粗糙度＝0.023μmra
[0142]
·
大端面33的表面粗糙度＝0.025μmra
[0143]
·
r/r
base
＝0.76
[0144]
在第三试验中，除上述基本规格以外，还如以下那样，对切入宽度a恒定、圆锥滚子30的倒角32的宽度rc和圆锥角β与角度ρ的比不同的各种规格差异进行了评价。在表3中示出它们的评价结果。
[0145]
[表3]
[0146]
[表3]
[0147]
[0148]
如上述表3所示，在切入宽度a为0.7mm时，在倒角32的宽度rc≤0.65mm且β/ρ为7.1以上的试验品13～15中，即使在严苛的润滑条件下也能够抑制温度上升而获得充足的轴承寿命。在试验品16中，宽度rc为小于试验品13～15的0.55mm，但β/ρ为小于试验品13～15的6.7，从而即使容易升温，也不成为对轴承寿命造成负面影响的程度的温度。在进一步缩小宽度rc并且进一步缩小β/ρ的试验品17、18中，无法抑制升温，无法期待轴承寿命。即，在切入宽度a为0.7mm时，可认为宽度rc不足0.7mm且β/ρ≥7(β/7≥ρ)对在严苛的润滑条件下也抑制温度上升有效。
[0149]
同时考虑第二试验的结果和第三试验的结果，可认为宽度rc为0.7mm以下并且切入宽度a＜宽度rc并且β/7≥ρ对在严苛的润滑条件下也抑制温度上升特别有效。
[0150]
如上所述，该圆锥滚子轴承形成为圆锥滚子30的倒角32的宽度rc为0.7mm以下且磨削越程槽13的切入宽度a＜宽度rc这样的特别小的尺寸，由此能够加宽大凸缘面12a的宽度w，形成为足以承受圆锥滚子30的大端面33的宽度。因此，能够实现大凸缘面12a与大端面33的接触关系的最佳化，使在大凸缘面12a与大端面33之间起作用的楔形效应良好发挥，使在大凸缘面12a与大端面33的滑动接触部的油膜形成能力提高。因此，该圆锥滚子轴承即使当在严苛的润滑条件下使用的情况下，也能够防止突然升温并使轴承顺畅地旋转。
[0151]
例如，在润滑条件特别严苛、大凸缘面12a与大端面33的滑动接触部的润滑为边界膜程度的情况下，也可以认为大凸缘面12a侧磨损。假设大凸缘面12a的磨损到达磨削越程槽13而导致大端面33与大凸缘面12a的内径侧缘成为角抵接、产生较大的应力集中，在圆锥滚子30的滑动动作中产生不稳定，产生突然升温的担忧。与此相对地，在该圆锥滚子轴承中，即使大凸缘面12a磨损了，大凸缘面12a的宽度w较宽，与大端面33充分地对置，而且磨削越程槽13(切入宽度a)较小，因而大凸缘面12a的磨损不到达与磨削越程槽13的边界(大凸缘面12a的内径侧缘)，保证大凸缘面12a的内径侧的端部区域，所以即使在这种润滑条件特别严苛的情况下也能够保持大凸缘面12a和大端面33适当接触的状态。
[0152]
另外，该圆锥滚子轴承的圆锥滚子30的圆锥角β/7≥角度ρ，因而内圈10的大凸缘面12a与大端面33的相对于基准点o2的径向的接点高度h低，防止在大凸缘面12a与大端面33的滑动接触部的滑动速度的上升，抑制大凸缘面12a的发热量来防止突然升温。
[0153]
像这样，该圆锥滚子轴承能够实现内圈10的大凸缘面12a与圆锥滚子30的大端面33的接触关系的最佳化，使在滑动接触部的油膜形成能力提高，防止在该滑动接触部的滑动速度的上升，因而即使当在严苛的润滑条件下使用圆锥滚子轴承的情况下也能够防止突然升温并使轴承顺畅地旋转。
[0154]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的磨削越程槽13的进入角a＞b、切入宽度a＜b，因而磨削越程槽13的车削加工性优异，并且在大凸缘面12a的磨削量波动了时，难以影响大凸缘面12a的宽度w的变化量(切入宽度a的尺寸)，大凸缘面12a的磨削加工也不变得困难。因此，对于该圆锥滚子轴承而言，不用担心加工成本，成本不特别高。
[0155]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的磨削越程槽13的深度c＞d，因而能够降低因从圆锥滚子30的大端面33施加于内圈10的大凸缘面12a的载荷而产生的大凸缘12的应力，实现大凸缘12的强度提高。这有利于抑制因干扰等引起的大凸缘12的倾倒、适当地保持大凸缘面12a与大端面33的接触状态。
[0156]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的磨削越程槽13的深度d为0.3mm以下，因而可靠
地获得大凸缘12的强度提高。
[0157]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的磨削越程槽13的进入角a为20
°
≤a≤50
°
的范围，因而即使大凸缘面12a的磨削量波动，对大凸缘面12a的宽度w的变化量(切入宽度a)的尺寸的影响也稳定，容易进行大凸缘面12a的宽度w(切入宽度a)的控制。
[0158]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的大凸缘面12a的宽度w为满足上述式1的值，因而能够使大凸缘面12a与圆锥滚子30的大端面33充分对置，即使在因干扰而导致大端面33与大凸缘面12a的滑动接触部向大凸缘外径侧上升了时也保持良好的接触。
[0159]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的大凸缘面12a的原始奥氏体晶粒的粒度号为6号以上，因此能够使因与圆锥滚子30的大端面33的金属接触引起的表面损伤延迟。
[0160]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的大凸缘面12a由氮含量为0.05wt％以上的氮化层形成，因而能够使因与圆锥滚子30的大端面33的金属接触引起的表面损伤延迟。
[0161]
另外，该圆锥滚子轴承的内圈10的大凸缘面12a的表面粗糙度为0.1μmra以下、圆锥滚子30的大端面33的表面粗糙度为0.12μmra以下，因而能够使大凸缘面12a与大端面33间的油膜参数提高，使油膜形成良好。
[0162]
另外，对于该圆锥滚子轴承而言，r/r
base
为0.70以上0.95以下，即使多个圆锥滚子30中的至少一个圆锥滚子30的r
actual
/r为0.3以上且不足0.5，也能够在严苛的润滑条件下使用，并且与专利文献3中公开的圆锥滚子轴承相比，能够使圆锥滚子30的成品率提高，比较廉价地提供。
[0163]
该圆锥滚子轴承适合于支承汽车用变速器或者差速器的旋转轴的用途中的通过飞溅或者油浴润滑来从外部向轴承内部供给润滑油的用途。基于图9对其使用例进行说明。图9示出汽车用差速器的一个例子。
[0164]
图9所示的差速器具备：由2个圆锥滚子轴承102、103相对于壳体101支承为旋转自由的驱动小齿轮104；与该驱动小齿轮104啮合的齿圈105；以及省略图示的差动齿轮机构，它们收纳在封入有齿轮润滑油的壳体101内。该齿轮润滑油还成为润滑各圆锥滚子轴承102、103的润滑油，通过飞溅或者油浴润滑法供给至轴承侧表面。
[0165]
基于图10对该圆锥滚子轴承的另一使用例进行说明。图10示出汽车用变速器的一个例子。
[0166]
图10所示的变速器是使变速比阶段性地变化的多级变速器，作为将其旋转轴(例如，输入发动机的旋转的输入轴201)支承为能够旋转的圆锥滚子轴承202～205，具备上述实施方式中的任一个所涉及的圆锥滚子轴承。图示的变速器通过使离合器(省略图示)选择性地卡合来对使用的齿轮系206、207进行切换，使从输入轴201向输出轴侧传递的旋转的变速比变化。另外，对于该变速器而言，通过伴随齿轮的旋转的润滑油(变速器润滑油)的飞溅，润滑油附着于各圆锥滚子轴承202～205的侧表面。
[0167]
图9、图10中例示的各圆锥滚子轴承102、103、202～205是与图1等所示的圆锥滚子轴承相当的结构，因而即使为了低油耗而为稀薄的润滑环境，也能够在运转开始时的初始润滑中防止因内圈的大凸缘面与圆锥滚子的大端面间的滑动接触引起的突然升温，另外，即使运转温度上升而导致润滑油的粘度下降，也能够保持稳定的滑动接触并实现良好的油膜形成，实现它们两表面的损伤防止。
[0168]
但是，该圆锥滚子轴承并不限定于变速器用途，能够应用于其他极严苛的润滑状
态下的用途。本次公开的实施方式应理解为在所有方面都是例示而不是限制性的。因此，本发明的范围由权利要求书示出而非上述的说明，意在包括与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。
[0169]
附图标记说明：
[0170]
10
…
内圈；11
…
轨道面；12
…
大凸缘；12a
…
大凸缘面；13
…
磨削越程槽；20
…
外圈；30
…
圆锥滚子；31
…
滚动面；32
…
倒角；33
…
大端面；102、103、202～205
…
圆锥滚子轴承；104
…
驱动小齿轮(旋转部)；201
…
输入轴(旋转部)。