(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-01
(45)【発行日】2023-05-12
(54)【発明の名称】円錐ころ軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 19/36 20060101AFI20230502BHJP
F16C 33/36 20060101ALI20230502BHJP
F16C 33/64 20060101ALI20230502BHJP
F16C 33/66 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
F16C19/36
F16C33/36
F16C33/64
F16C33/66 Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018174092
(22)【出願日】2018-09-18
(65)【公開番号】P2019066040
(43)【公開日】2019-04-25
【審査請求日】2021-03-16
(31)【優先権主張番号】P 2017188703
(32)【優先日】2017-09-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石川 貴則
(72)【発明者】
【氏名】川井 崇
(72)【発明者】
【氏名】松下 知樹
(72)【発明者】
【氏名】磯部 希
【審査官】倉田 和博
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１２１７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２００６２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／１２２９５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００２－２２１２２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｃ １９／３６
Ｆ１６Ｃ ３３／３６、３３／５８、３３／６４－３３／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内周面において外輪軌道面を有する外輪と、外周面において内輪軌道面と、前記内輪軌道面よりも大径側に配置された大鍔面とを有し、前記外輪の内側に配置された内輪と、
前記外輪軌道面および前記内輪軌道面と接触する転動面と前記大鍔面と接触する大端面とを有し、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に配列される複数の円錐ころとを備え、
前記外輪、前記内輪および前記複数の円錐ころのうちの少なくともいずれか１つは、前記外輪軌道面、前記内輪軌道面または前記転動面の表面層に形成された窒素富化層を含み、
前記表面層の最表面から前記窒素富化層の底部までの距離は０．２ｍｍ以上であり、
前記最表面から０．０５ｍｍの深さ位置での前記窒素富化層における窒素濃度が０．１質量％以上であり、
前記円錐ころの前記大端面において、前記大鍔面と接触する円周状の表面領域の算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は０．０２μｍ以下であり、
前記円錐ころの前記大端面の設定曲率半径をＲ、前記円錐ころの円錐角の頂点から前記大鍔面までの距離をＲBASEとしたとき、
前記設定曲率半径Ｒと前記距離ＲBASEの比率Ｒ／ＲBASEの値を０．７５以上０．８７以下とし、
前記大端面は、前記円周状の前記表面領域の内周側に形成された凹部を含み、
前記大端面は、前記凹部の外周側に環状の凸部を有し、前記凸部が前記大鍔面と接触するものであり、
前記円錐ころの転動軸に沿った断面において、前記表面領域の断面形状は、前記凸部に対応する第１凸部と、前記第１凸部とは前記転動軸から見て反対側に位置する前記凸部に対応する第２凸部とを含み、
前記円錐ころの前記大端面の研削加工後における、前記第１凸部の一部が成す円弧の曲率半径および前記第２凸部の一部が成す円弧の曲率半径をそれぞれ実曲率半径Ｒprocessとしたとき、前記実曲率半径Ｒprocessと前記設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒが０．５以上０．８以下であり、
前記第１凸部の一部が成す前記円弧と、前記第２凸部の一部が成す前記円弧とは、互いに異なる球面上に配置されている、円錐ころ軸受。
【請求項2】
前記窒素富化層における旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上である、請求項１に記載の円錐ころ軸受。
【請求項3】
前記内輪の中心軸を通る断面において、前記内輪軌道面および前記外輪軌道面は直線状または円弧状であり、
前記円錐ころの前記転動面にはクラウニングが形成され、
前記クラウニングのドロップ量の和は、前記円錐ころの前記転動面の母線をｙ軸とし、母線直交方向をｚ軸とするｙ－ｚ座標系において、Ｋ１，Ｋ２，ｚｍを設計パラメータ、Ｑを荷重、Ｌを前記円錐ころにおける前記転動面の有効接触部の母線方向長さ、Ｅ’を等価弾性係数、ａを前記円錐ころの前記転動面の母線上にとった原点から前記有効接触部の端部までの長さ、Ａ＝２Ｋ１Ｑ／πＬＥ’としたときに、式（１）で表される、請求項１または請求項２に記載の円錐ころ軸受。
【数1】
【請求項4】
前記円錐ころの前記大端面の算術平均粗さＲａが０．１０μｍＲａ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、軸受の一種として円錐ころ軸受が知られている。円錐ころ軸受は、たとえば自動車などの機械装置に適用される。円錐ころ軸受は、使用時、円すいころの大端面と内輪の大鍔面とが接触し、一定のアキシアル荷重を受けることができる。しかし、上述した円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との接触は転がり接触ではなく、すべり接触となる。このため、上記円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との接触部における潤滑環境が不十分であると、当該接触部において発熱し、急昇温する懸念がある。
【0003】
上記問題を解決するためには、円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との接触部における摩擦によるトルクロスと発熱とを低減するとともに、当該接触部における油膜形成性を向上させる必要がある。
【0004】
たとえば、特開２０００－１７０７７４号公報（以下、特許文献１とも呼ぶ）には、円錐ころの大端面の曲率半径をＲとし、円錐ころの円錐角の頂点から内輪の大鍔面（円錐ころとの接触部）までの距離をＲBASEとしたときに、比率Ｒ／ＲBASEを０．７５～０．８７の範囲にすることが提案されている。これにより、円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との接触部における油膜形成性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０００－１７０７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１では、円錐ころの大端面の加工後の実曲率半径について許容範囲が規定されていない。そのため、Ｒ／ＲBASEの値を０．７５～０．８７の範囲内に設定しても、上記の実曲率半径が小さくなると、想定よりも大きなスキューを誘発する恐れがある。
【0007】
スキューが発生すると、円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との間で発生する接線力が増大し、摩擦トルクの増加、発熱をもたらす。さらに、スキューが増すと円錐ころの大端面の接触状態がエッジ当りとなることで円錐ころと内輪とが金属接触し、発熱から軸受のロックにつながる、つまり耐焼付き性が不十分となることも懸念される。
【0008】
さらに、上述した円錐ころ軸受が適用される機械装置の信頼性や性能の向上を図る観点から、円錐ころ軸受のさらなる長寿命化および耐久性の向上も求められている。
【0009】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、耐焼付き性に優れるとともに、長寿命かつ高い耐久性を有する円錐ころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示に従った円錐ころ軸受は、外輪と内輪と複数の円錐ころとを備える。外輪は、内周面において外輪軌道面を有する。内輪は、外周面において内輪軌道面と、当該内輪軌道面よりも大径側に配置された大鍔面とを有し、外輪の内側に配置される。複数の円錐ころは、外輪軌道面および内輪軌道面と接触する転動面と、大鍔面と接触する大端面とを有する。複数の円錐ころは、外輪軌道面と内輪軌道面との間に配列される。外輪、内輪および複数の円錐ころのうちの少なくともいずれか１つは、外輪軌道面、内輪軌道面または転動面の表面層に形成された窒素富化層を含む。表面層の最表面から窒素富化層の底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。最表面から０．０５ｍｍの深さ位置での窒素富化層における窒素濃度が０．１質量％以上である。円錐ころの大端面において、大鍔面と接触する円周状の表面領域の算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は０．０２μｍ以下である。円錐ころの大端面の設定曲率半径をＲ、円錐ころの円錐角の頂点から内輪の大鍔面までの距離をＲBASEとしたとき、設定曲率半径Ｒと距離ＲBASEの比率Ｒ／ＲBASEの値を０．７５以上０．８７以下とする。円錐ころの大端面の研削加工後の実曲率半径をＲprocessとしたとき、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒが０．５以上である。
【発明の効果】
【0011】
上記によれば、耐焼付き性に優れるとともに、長寿命かつ高い耐久性を有する円錐ころ軸受が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態に係る円錐ころ軸受を示す断面模式図である。
【図2】実施の形態に係る円錐ころ軸受において、窒素富化層を説明するための部分断面模式図である。
【図3】実施の形態に係る円錐ころ軸受の設計仕様を示す断面模式図である。
【図4】実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの基準曲率半径を説明するための断面模式図である。
【図6】実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの実曲率半径を説明するための断面模式図である。
【図7】実施の形態に係る軸受部品の旧オーステナイト結晶粒界を示す図である。
【図8】従来の軸受部品の旧オーステナイト結晶粒界を示す図である。
【図9】実施の形態に係る円錐ころ軸受において、内輪軌道面と転動面との当たり位置の変更方法の一例を示す断面模式図である。
【図10】実施の形態に係る円錐ころ軸受において、転走面と転動面との当たり位置の変更方法の他の一例を示す断面図である。
【図11】実施の形態に係る円錐ころ軸受のころのクラウニング部および中央部での窒素富化層の形状を説明するための図である。
【図12】実施の形態に係る円錐ころ軸受のころの対数クラウニングの形状を説明するための図である。
【図13】実施の形態に係る円錐ころ軸受の内輪の詳細形状を示す部分断面模式図である。
【図16】実施の形態に係る円錐ころ軸受のころの大端面の曲率半径と油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図17】実施の形態に係る円錐ころ軸受のころの大端面の曲率半径と最大ヘルツ応力との関係を示すグラフである。
【図18】輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。
【図19】部分円弧のクラウニングとストレート部との間を補助円弧としたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。
【図20】実施の形態に係る円錐ころ軸受の製造方法のフローチャートである。
【図21】実施の形態における熱処理方法を説明するための図である。
【図22】実施の形態における熱処理方法の変形例を説明するための図である。
【図23】実施の形態に係る円錐ころ軸受を備えるデファレンシャルを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【0014】
＜円錐ころ軸受の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受の断面模式図である。図２は、図１に示した円錐ころ軸受の部分断面模式図である。図３は、図１および図２に示した円錐ころ軸受の設計仕様を示す断面模式図である。図４は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの基準曲率半径を説明するための断面模式図である。図５は、図４に示される領域Ｖを示す部分断面模式図である。図６は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの実曲率半径を説明するための断面模式図である。図７は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころの大端面を示す平面模式図である。図１～図７を用いて本実施の形態に係る円錐ころ軸受を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受の断面模式図である。図２は、図１に示した円錐ころ軸受の部分断面模式図である。図３は、図１および図２に示した円錐ころ軸受の設計仕様を示す断面模式図である。図４は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの基準曲率半径を説明するための断面模式図である。図５は、図４に示される領域Ｖを示す部分断面模式図である。図６は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受においてころの実曲率半径を説明するための断面模式図である。図７は、本発明の実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころの大端面を示す平面模式図である。図１～図７を用いて本実施の形態に係る円錐ころ軸受を説明する。
【0015】
図１に示す円錐ころ軸受１０は、外輪１１と、内輪１３と、複数の円錐ころ１２と、保持器１４とを主に備えている。外輪１１は、環形状を有し、その内周面に外輪軌道面１１Ａを有している。内輪１３は、環形状を有し、その外周面に内輪軌道面１３Ａを有している。内輪１３は、内輪軌道面１３Ａが外輪軌道面１１Ａに対向するように外輪１１の内周側に配置されている。なお、以下の説明において、円錐ころ軸受１０の中心軸に沿った方向を「軸方向」、中心軸に直交する方向を「径方向」、中心軸を中心とする円弧に沿った方向を「周方向」と呼ぶ。
【0016】
円錐ころ１２は、外輪１１の内周面上に配置されている。円錐ころ１２はころ転動面１２Ａを有し、当該ころ転動面１２Ａにおいて内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａに接触する。複数の円錐ころ１２は金属からなる保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されている。これにより、円錐ころ１２は、外輪１１および内輪１３の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、円錐ころ軸受１０は、外輪軌道面１１Ａを含む円錐、内輪軌道面１３Ａを含む円錐、および円錐ころ１２が転動した場合の回転軸の軌跡を含む円錐のそれぞれの頂点が軸受の中心線上の１点（図３の点Ｏ）で交わるように構成されている。このような構成により、円錐ころ軸受１０の外輪１１および内輪１３は、互いに相対的に回転可能となっている。なお、保持器１４は金属製に限らず、合成樹脂製であってもよい。
【0017】
外輪１１、内輪１３、円錐ころ１２を構成する材料は、たとえばＪＩＳ規格に規定される高炭素クロム軸受鋼、より具体的にはＪＩＳ規格ＳＵＪ２により構成されている。
【0018】
図２に示すように、外輪１１の軌道面１１Ａおよび内輪１３の軌道面１３Ａには窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂが形成されている。内輪１３では、窒素富化層１３Ｂが軌道面１３Ａから小鍔面１９および大鍔面１８にまで延在している。窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂは、それぞれ外輪１１の未窒化部１１Ｃまたは内輪１３の未窒化部１３Ｃより窒素濃度が高くなっている領域である。内輪１３の小鍔面１９は、軌道面１３Ａに配列された円錐ころ１２の小端面１７と平行な研削加工面に仕上げられている。内輪１３の大鍔面１８は、円錐ころ１２の大端面１６に沿って延びる研削加工面に仕上げられている。内輪軌道面１３Ａと大鍔面１８とが交わる隅部には逃げ部２５Ａが形成されている。
【0019】
また、円錐ころ１２の転動面１２Ａを含む表面には窒素富化層１２Ｂが形成されている。円錐ころ１２の大端面１６または小端面１７に窒素富化層１２Ｂが形成されていてもよい。窒素富化層１２Ｂは、円錐ころ１２の未窒化部１２Ｃより窒素濃度が高くなっている領域である。窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂは、たとえば浸炭窒化処理、窒化処理など従来周知の任意の方法により形成できる。
【0020】
なお、円錐ころ１２のみに窒素富化層１２Ｂを形成してもよいし、外輪１１のみに窒素富化層１１Ｂを形成してもよいし、内輪１３のみに窒素富化層１３Ｂを形成してもよい。あるいは、外輪１１、内輪１３、円錐ころ１２のうちの２つに窒素富化層を形成してもよい。すなわち、外輪１１、内輪１３および円錐ころ１２のうちの少なくともいずれか１つが窒素富化層含んでいればよい。
【0021】
窒素富化層の厚さおよび窒素濃度：
窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの厚さは０．２ｍｍ以上である。具体的には、外輪１１の表面層の最表面としての外輪軌道面１１Ａから窒素富化層１１Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。円錐ころ１２の表面層の最表面の一部としての転動面１２Ａから窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。円錐ころ１２の表面層の最表面の一部としての大端面１６または小端面１７から窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。内輪１３の表面層の最表面の一部としての内輪軌道面１３Ａから窒素富化層１３Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。内輪１３の表面その最表面の一部としての大鍔面１８から窒素富化層１３Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。
窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂの厚さは０．２ｍｍ以上である。具体的には、外輪１１の表面層の最表面としての外輪軌道面１１Ａから窒素富化層１１Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。円錐ころ１２の表面層の最表面の一部としての転動面１２Ａから窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。円錐ころ１２の表面層の最表面の一部としての大端面１６または小端面１７から窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。内輪１３の表面層の最表面の一部としての内輪軌道面１３Ａから窒素富化層１３Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。内輪１３の表面その最表面の一部としての大鍔面１８から窒素富化層１３Ｂの底部までの距離は０．２ｍｍ以上である。
【0022】
上記円錐ころ軸受１０において、最表面から０．０５ｍｍの深さ位置での窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける窒素濃度が０．１質量％以上であってもよい。
【0023】
円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径Ｒと、点Ｏから内輪１３の大鍔面１８までの距離ＲBASEとの比Ｒ／ＲBASE：
図３に示すように、円錐ころ１２と、外輪１１および内輪１３の各軌道面１１Ａ、１３Ａの各円錐角頂点は、円錐ころ軸受１０の中心線上の一点Ｏで一致する。円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径（設定曲率半径とも呼ぶ）Ｒと、点Ｏから内輪１３の大鍔面１８までの距離ＲBASEとの比率Ｒ／ＲBASEの値を０．７５以上０．８７以下とする。
図３に示すように、円錐ころ１２と、外輪１１および内輪１３の各軌道面１１Ａ、１３Ａの各円錐角頂点は、円錐ころ軸受１０の中心線上の一点Ｏで一致する。円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径（設定曲率半径とも呼ぶ）Ｒと、点Ｏから内輪１３の大鍔面１８までの距離ＲBASEとの比率Ｒ／ＲBASEの値を０．７５以上０．８７以下とする。
【0024】
円錐ころ１２の大端面１６の形状：
円錐ころ１２の大端面１６の研削加工後の実曲率半径をＲprocessとしたとき、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒは０．５以上とされる。以下、具体的に説明する。
円錐ころ１２の大端面１６の研削加工後の実曲率半径をＲprocessとしたとき、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒは０．５以上とされる。以下、具体的に説明する。
【0025】
図４および図５は、研削加工が理想的に施された場合に得られる円錐ころ１２の転動軸に沿った断面模式図である。研削加工が理想的に施された場合、得られる円錐ころ１２の大端面１６は、円錐ころ１２の円錐角の頂点である点Ｏ（図３参照）を中心とする球面の一部となる。図４および図５に示されるように、凸部１６Ａの一部を残すような研削加工が理想的に施された場合には、凸部１６Ａの端面を有する円錐ころ１２の大端面１６は、円錐ころ１２の円錐角の頂点を中心とする１つの球面の一部となる。この場合、円錐ころ１２の転動軸（自転軸）を中心とする径方向における上記凸部１６Ａの内周端は凹部１６Ｂと点Ｃ２，Ｃ３を介して接続されている。上記凸部１６Ａの外周端は面取り部１６Ｃと点Ｃ１，Ｃ４を介して接続されている。理想的な大端面では、点Ｃ１～Ｃ４は、上述のように１つの球面上に配置されている。
【0026】
一般的に、円錐ころは、円柱状のころ素形材に対し、圧造加工、クラウニング加工を含む研削加工が順に施されることにより、製造される。圧造加工により得られた成形体の大端面となるべき面の中央部には、圧造装置のパンチの形状に起因した凹部が形成されている。当該凹部の平面形状は例えば円形状である。
【0027】
ここで、円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径（設定曲率半径）Ｒは、図４に示す円錐ころ１２の大端面１６が設定した理想的な球面であるときのＲ寸法である。具体的には、図５に示すように、円錐ころ１２の大端面１６の端部の点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、点Ｃ１、Ｃ２の中間点Ｐ５、点Ｃ３、Ｃ４の中間点Ｐ６を考える。そして、大端面１６が上記理想的な球面である場合、図５に示した断面において、大端面１６は、点Ｃ１、Ｐ５、Ｃ２を通る曲率半径Ｒ１５２、点Ｃ３、Ｐ６、Ｃ４を通る曲率半径Ｒ３６４及び点Ｃ１、Ｐ５、Ｐ６、Ｃ４を通る曲率半径Ｒ１５６４についてＲ１５２＝Ｒ３６４＝Ｒ１５６４という条件が成り立つ、理想的な単一円弧曲線となる。なお、点Ｃ１、Ｃ４は、凸部１６Ａと面取り部１６Ｃとの接続点であり、点Ｃ２、Ｃ３は、凸部１６Ａと凹部１６Ｂとの接続点である。ここで、Ｒ＝Ｒ１５２＝Ｒ３６４＝Ｒ１５６４が成り立つ理想的な単一円弧曲線の曲率半径を設定曲率半径と呼ぶ。なお、設定曲率半径Ｒは、後述のように実際の研削加工により得られた円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径として測定される実曲率半径Ｒprocessとは異なるものである。なお、点Ｃ２，Ｃ３の位置は、図５の位置に限らない。例えば、点Ｃ２は点Ｃ１側に、点Ｃ３は点Ｃ４側にわずかにずれた位置でもよい。
【0028】
図６は、実際の研削加工により得られる円錐ころの転動軸に沿った断面模式図である。図６では、図５に示される理想的な大端面は点線で示されている。図６に示されるように、上記のような凹部および凸部が形成されている成形体を研削加工して、実際に得られる円錐ころ１２の大端面１６は、円錐ころ１２の円錐角の頂点を中心とする１つの球面の一部とならない。実際に得られる円錐ころ１２の上記凸部の点Ｃ１～Ｃ４は、図５に示される上記凸部１６Ａと比べて、各点Ｃ１～Ｃ４がだれた形状を有している。すなわち、図６に示される点Ｃ１，Ｃ４は、図５に示される点Ｃ１，Ｃ４と比べて、転動軸の中心に対する径方向において外周側に配置されているとともに、転動軸の延在方向において内側に配置されている（大端面１６全体のＲ１５６４に対して片側のＲ１５２が同一ではなく、小さくできてしまう）。
【0029】
図６に示される点Ｃ２，Ｃ３は、図５に示される点Ｃ２，Ｃ３と比べて、転動軸の中心に対する径方向において内周側に配置されているとともに、転動軸の延在方向において内側に配置されている（大端面１６全体のＲ１５６４に対して片側のＲ３６４が同一ではなく、小さくできてしまう）。なお、図６に示される中間点Ｐ５，Ｐ６は、例えば図５に示される中間点Ｐ５，Ｐ６と略等しい位置に形成されている。
【0030】
図６に示されるように、研削加工により実際に形成される大端面では、頂点Ｃ１および頂点Ｃ２が１つの球面上に配置されており、かつ頂点Ｃ３および頂点Ｃ４が他の１つの球面上に配置されている。一般的な研削加工によっては、一方の凸部上に形成された大端面の一部が成す１つの円弧の曲率半径は、他方の凸部上に形成された大端面の一部が成す円弧の曲率半径と、同等程度となる。すなわち、図６に示される円錐ころ１２の大端面１６の加工後の一方側のＲ１５２は、他方側のＲ３６４に略等しい。ここで、円錐ころ１２の大端面１６の加工後の片側のＲ１５２、Ｒ３６４を実曲率半径Ｒprocessと呼ぶ。上記実曲率半径Ｒprocessは上記設定曲率半径Ｒ以下となる。
【0031】
本実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころ１２は、上述したように設定曲率半径Ｒに対する上記実曲率半径Ｒprocessの比率Ｒprocess/Ｒが０．５以上である。
【0032】
なお、図６に示されるように、研削加工により実際に形成される大端面において、頂点Ｃ１，中間点Ｐ５、中間点Ｐ６、および頂点Ｃ４を通る仮想円弧の曲率半径Ｒvirtual（以下、仮想曲率半径という）は、上記設定曲率半径Ｒ以下となる。つまり、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の円錐ころ１２は、当該仮想曲率半径Ｒvirtualに対する上記実曲率半径Ｒprocessの比率Ｒprocess/Ｒvirtualが０．５以上である。
【0033】
円錐ころ１２の大端面１６の表面粗さ：
大端面１６の算術平均粗さ（表面粗さ）Ｒａは０．１０μｍＲａ以下であってもよい。以下、図４および図５を参照しながら説明する。大端面１６は面取り部１６Ｃと凸部１６Ａと凹部１６Ｂとを含む。大端面１６では最外周に面取り部１６Ｃが配置される。面取り部１６Ｃの内周側に環状の凸部１６Ａが配置される。凸部１６Ａの内周側に凹部１６Ｂが配置される。凸部１６Ａは凹部１６Ｂより突出した面である。面取り部１６Ｃは凸部１６Ａと円錐ころ１２の側面である転動面とを繋ぐように形成されている。上述した大端面１６の算術平均粗さＲａは、実質的には凸部１６Ａの表面粗さを意味する。また、円錐ころ１２の大端面１６において、大鍔面１８と接触する円周状の表面領域である凸部１６Ａの算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は０．０２μｍ以下であってもよい。これにより、大端面１６の円周状の表面領域の表面粗さＲａのばらつきを十分小さくでき、上記比率Ｒ／ＲBASEの数値範囲および比率Ｒprocess／Ｒの数値範囲との相乗効果により、結果的に上記接触部における十分な油膜厚さを確保できる。
大端面１６の算術平均粗さ（表面粗さ）Ｒａは０．１０μｍＲａ以下であってもよい。以下、図４および図５を参照しながら説明する。大端面１６は面取り部１６Ｃと凸部１６Ａと凹部１６Ｂとを含む。大端面１６では最外周に面取り部１６Ｃが配置される。面取り部１６Ｃの内周側に環状の凸部１６Ａが配置される。凸部１６Ａの内周側に凹部１６Ｂが配置される。凸部１６Ａは凹部１６Ｂより突出した面である。面取り部１６Ｃは凸部１６Ａと円錐ころ１２の側面である転動面とを繋ぐように形成されている。上述した大端面１６の算術平均粗さＲａは、実質的には凸部１６Ａの表面粗さを意味する。また、円錐ころ１２の大端面１６において、大鍔面１８と接触する円周状の表面領域である凸部１６Ａの算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は０．０２μｍ以下であってもよい。これにより、大端面１６の円周状の表面領域の表面粗さＲａのばらつきを十分小さくでき、上記比率Ｒ／ＲBASEの数値範囲および比率Ｒprocess／Ｒの数値範囲との相乗効果により、結果的に上記接触部における十分な油膜厚さを確保できる。
【0034】
大鍔面１８は、例えば０．１２μｍＲａ以下の表面粗さに研削加工されている。好ましくは、大鍔面の算術平均粗さＲａは０．０６３μｍＲａ以下である。
【0035】
窒素富化層の結晶組織：
窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上である。ここで、図７は、本実施の形態に係る円錐ころ軸受を構成する軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。図８は、従来の焼入れ加工された軸受部品の旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。図７は、窒素富化層１２Ｂにおけるミクロ組織を示している。本実施の形態における窒素富化層１２Ｂにおける旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上となっており、図８に示される従来の一般的な焼入れ加工品の旧オーステナイト結晶粒径と比べても十分に微細化されている。
窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上である。ここで、図７は、本実施の形態に係る円錐ころ軸受を構成する軸受部品のミクロ組織、特に旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。図８は、従来の焼入れ加工された軸受部品の旧オーステナイト結晶粒界を図解した模式図である。図７は、窒素富化層１２Ｂにおけるミクロ組織を示している。本実施の形態における窒素富化層１２Ｂにおける旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上となっており、図８に示される従来の一般的な焼入れ加工品の旧オーステナイト結晶粒径と比べても十分に微細化されている。
【0036】
円錐ころ１２の転動面と内輪軌道面との当たり位置：
図９に示すように、円錐ころ１２の転動軸の延在方向における転動面１２Ａの幅をＬ、内輪軌道面１３Ａと転動面１２Ａとの当たり位置の中心Ｃの、延在方向における転動面１２Ａの中点Ｎから大端面１６側へのずれ量をαとしたとき、円錐ころ軸受１０では、幅Ｌとずれ量αとの比率α／Ｌが０％以上２０％未満であってもよい。
図９に示すように、円錐ころ１２の転動軸の延在方向における転動面１２Ａの幅をＬ、内輪軌道面１３Ａと転動面１２Ａとの当たり位置の中心Ｃの、延在方向における転動面１２Ａの中点Ｎから大端面１６側へのずれ量をαとしたとき、円錐ころ軸受１０では、幅Ｌとずれ量αとの比率α／Ｌが０％以上２０％未満であってもよい。
【0037】
本発明者らは、上記比率α／Ｌが０％以上２０％未満であり、かつ、該比率α／Ｌが０％超えであるときの当該当たり位置の中心Ｃが転動軸の延在方向における転動面の中央Ｎまたは該中央Ｎよりも大端面１６側にあることにより、該比率α／Ｌが０％超えであるときの当該当たり位置の中心Ｃが転動軸の延在方向における転動面の中央Ｎよりも小端面１７側にある場合と比べて、スキュー角を低減し、回転トルクの増大を抑制し得ることを確認した。
【0038】
表１に、上記ずれ量αが０であるとき、すなわち内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａと円錐ころ１２の転動面１２Ａとの当たり位置の中心Ｃが転動軸の延在方向における転動面１２Ａの中央Ｎに位置しているときのスキュー角φ０、回転トルクＭ０に対する、ずれ量αを変化させたときのスキュー角φ、回転トルクＭの各比率の計算結果を示す。なお、表１において、ずれ量αは、円錐ころ１２の転動面１２Ａの幅Ｌに対するずれ量αの比率（α／Ｌ）として示している。また、上記当たり位置が上記中央Ｎよりも小端面１７側にずれているときのずれ量を負の値で示す。スキュー角φ０およびトルクＭ０は、ずれ量αが０の時の値である。
【0039】
【表1】
【0040】
表１に示すように、スキュー角φは、ずれ量αに関する比率α／Ｌが０％のときよりも大径側当りとした方が小さいことが分かる。また、回転トルクＭは、ずれ量αが大きくなる程増大するが、大径側当りよりも小径側当りの方がその影響が大きい。ずれ量αに関する上記比率α／Ｌが－５％でスキュー角は１．５倍と大きくなることから、発熱への影響が無視できなくなり、実用不可（ＮＧ）と判定した。また、上記比率α／Ｌが２０％以上になると、円錐ころ１２の転動面１２Ａにおけるすべりが大きくなることで回転トルクＭが増大し、別のピーリング等の不具合を引き起こすため、実用不可（ＮＧ）と判定した。
【0041】
以上の結果より、スキュー角φと回転トルクＭとを小さくするためには、ずれ量αに関する比率α／Ｌは０％以上２０％未満であることが望ましい。また好ましくは、比率α／Ｌは０％を越える。さらに、比率α／Ｌは０％を越え１５％未満であってもよい。
【0042】
比率α／Ｌが０％超えとなる構成は、たとえば図９および図１０に示される。図９および図１０は、円錐ころ軸受において、内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａと転動面１２Ａとの当たり位置の変更方法の例を示す断面模式図である。
【0043】
図９に示されるように、円錐ころ１２の転動面１２Ａに形成されたクラウニング、および内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａに形成されたクラウニングの各頂点の位置を相対的にずらすことにより、実現され得る。
【0044】
また、比率α／Ｌが０％超えとなる構成は、図１０に示されるように、内輪軌道面１３Ａが内輪の軸方向に対して成す角度と、外輪軌道面１１Ａが外輪１１の軸方向に対して成す角度とを相対的に変えることより、実現され得る。具体的には、図１０中に点線で示される上記当たり位置のずれ量αがゼロである場合と比べて、内輪軌道面１３Ａが内輪１３の軸方向に対して成す角度を大きくする、および外輪軌道面１１Ａが外輪１１の軸方向に対して成す角度を小さくする、の少なくともいずれかの方法により、比率α／Ｌが０％超えとなる構成は実現され得る。
【0045】
円錐ころ１２の転動面の形状：
図１１に示すように、円錐ころ１２の転動面１２Ａ（図２参照）は、両端部に位置し、クラウニングが形成されたクラウニング部２２、２４と、このクラウニング部２２、２４の間を繋ぐ中央部２３とを含む。中央部２３にはクラウニングは形成されておらず、円錐ころ１２の回転軸である中心線２６に沿った方向での断面における中央部２３の形状は直線状である。円錐ころ１２の小端面１７とクラウニング部２２との間には面取り部２１が形成されている。円錐ころ１２の大端面１６とクラウニング部２４との間にも面取り部１６Ｃが形成されている。
図１１に示すように、円錐ころ１２の転動面１２Ａ（図２参照）は、両端部に位置し、クラウニングが形成されたクラウニング部２２、２４と、このクラウニング部２２、２４の間を繋ぐ中央部２３とを含む。中央部２３にはクラウニングは形成されておらず、円錐ころ１２の回転軸である中心線２６に沿った方向での断面における中央部２３の形状は直線状である。円錐ころ１２の小端面１７とクラウニング部２２との間には面取り部２１が形成されている。円錐ころ１２の大端面１６とクラウニング部２４との間にも面取り部１６Ｃが形成されている。
【0046】
ここで、円錐ころ１２の製造方法において、窒素富化層１２Ｂを形成する処理（浸炭窒化処理）を実施するときには、円錐ころ１２にはクラウニングが形成されておらず、円錐ころ１２の外形は図１２の点線で示される加工前表面１２Ｅとなっている。この状態で窒素富化層が形成された後、仕上げ加工として図１２の矢印に示すように円錐ころ１２の側面が加工され、図１１及び図１２に示すように、クラウニングが形成されたクラウニング部２２、２４が得られる。
【0047】
窒素富化層の厚さの具体例：
円錐ころ１２における窒素富化層１２Ｂの深さ、すなわち窒素富化層１２Ｂの最表面から窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は、上述のように０．２ｍｍ以上となっている。具体的には、面取り部２１とクラウニング部２２との境界点である第１測定点３１、小端面１７から距離Ｗが１．５ｍｍの位置である第２測定点３２、円錐ころ１２の転動面１２Ａの中央である第３測定点３３において、それぞれの位置での窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３が０．２ｍｍ以上となっている。ここで、上記窒素富化層１２Ｂの深さとは、円錐ころ１２の中心線２６に直交するとともに外周側に向かう径方向における窒素富化層１２Ｂの厚さを意味する。なお、窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値は、面取り部２１、１６Ｃの形状やサイズ、さらに窒素富化層１２Ｂを形成する処理および上記仕上げ加工の条件などのプロセス条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、図１２に示した構成例では、上述のように窒素富化層１２Ｂが形成された後にクラウニング２２Ａが形成されるため、窒素富化層１２Ｂの深さＴ２は他の深さＴ１、Ｔ３より小さくなっているが、上述したプロセス条件を変更することで、上記窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値の大小関係は適宜変更することができる。
円錐ころ１２における窒素富化層１２Ｂの深さ、すなわち窒素富化層１２Ｂの最表面から窒素富化層１２Ｂの底部までの距離は、上述のように０．２ｍｍ以上となっている。具体的には、面取り部２１とクラウニング部２２との境界点である第１測定点３１、小端面１７から距離Ｗが１．５ｍｍの位置である第２測定点３２、円錐ころ１２の転動面１２Ａの中央である第３測定点３３において、それぞれの位置での窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３が０．２ｍｍ以上となっている。ここで、上記窒素富化層１２Ｂの深さとは、円錐ころ１２の中心線２６に直交するとともに外周側に向かう径方向における窒素富化層１２Ｂの厚さを意味する。なお、窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値は、面取り部２１、１６Ｃの形状やサイズ、さらに窒素富化層１２Ｂを形成する処理および上記仕上げ加工の条件などのプロセス条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、図１２に示した構成例では、上述のように窒素富化層１２Ｂが形成された後にクラウニング２２Ａが形成されるため、窒素富化層１２Ｂの深さＴ２は他の深さＴ１、Ｔ３より小さくなっているが、上述したプロセス条件を変更することで、上記窒素富化層１２Ｂの深さＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値の大小関係は適宜変更することができる。
【0048】
また、外輪１１および内輪１３における窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂについても、その最表面から窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂの底部までの距離である窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂの厚さは上述したように０．２ｍｍ以上である。ここで、窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂの厚さは、窒素富化層１１Ｂ、１３Ｂの最表面に対して垂直な方向における窒素富化層１１Ｂ，１３Ｂまでの距離を意味する。
【0049】
クラウニングの形状：
円錐ころ１２のクラウニング部２２、２４に含まれる（中央部２３に連なり内輪軌道面１３Ａに接触する部分である）接触部クラウニング部分２７に形成されたクラウニングの形状は、以下のように規定される。すなわち、クラウニングのドロップ量の和は、円錐ころ１２の転動面１２Ａの母線をｙ軸とし、母線直交方向をｚ軸とするｙ－ｚ座標系において、Ｋ１，Ｋ２，ｚｍを設計パラメータ、Ｑを荷重、Ｌを円錐ころ１２における転動面１２Ａの有効接触部の母線方向長さ、Ｅ’を等価弾性係数、ａを円錐ころ１２の転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、Ａ＝２Ｋ１Ｑ／πＬＥ’としたときに、下記の式（１）で表される。
円錐ころ１２のクラウニング部２２、２４に含まれる（中央部２３に連なり内輪軌道面１３Ａに接触する部分である）接触部クラウニング部分２７に形成されたクラウニングの形状は、以下のように規定される。すなわち、クラウニングのドロップ量の和は、円錐ころ１２の転動面１２Ａの母線をｙ軸とし、母線直交方向をｚ軸とするｙ－ｚ座標系において、Ｋ１，Ｋ２，ｚｍを設計パラメータ、Ｑを荷重、Ｌを円錐ころ１２における転動面１２Ａの有効接触部の母線方向長さ、Ｅ’を等価弾性係数、ａを円錐ころ１２の転動面の母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、Ａ＝２Ｋ１Ｑ／πＬＥ’としたときに、下記の式（１）で表される。
【0050】
【数1】
【0051】
ここで、円錐ころ１２のクラウニング部２２、２４の形状は、上記の数式によって求められた対数曲線クラウニングとしている。しかし、上記の数式に限られるものではなく、他の対数クラウニング式を用いて対数曲線を求めてもよい。
【0052】
内輪軌道面および外輪軌道面の形状：
次に、内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状を図１３～図１５に基づいて説明する。図１３は内輪１３の詳細形状を示す部分断面模式図である。図１４は、図１３の領域ＸＩＶの拡大模式図である。図１５は、図１３に示した内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状を示す模式図である。図１３および図１４では、円錐ころ１２の大端面１６側の一部輪郭を２点鎖線で示す。
次に、内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状を図１３～図１５に基づいて説明する。図１３は内輪１３の詳細形状を示す部分断面模式図である。図１４は、図１３の領域ＸＩＶの拡大模式図である。図１５は、図１３に示した内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状を示す模式図である。図１３および図１４では、円錐ころ１２の大端面１６側の一部輪郭を２点鎖線で示す。
【0053】
図１３～図１５に示すように、内輪軌道面１３Ａは、緩やかな円弧のフルクラウニング形状に形成され、逃げ部２５Ａ、２５Ｂに繋がっている。緩やかな円弧のフルクラウニングの曲率半径Ｒｃは、内輪軌道面１３Ａの両端でたとえば５μｍ程度のドロップ量が生じる極めて大きなものである。図１３に示すように、内輪軌道面１３Ａには逃げ部２５Ａ、２５Ｂが設けられているので、内輪軌道面１３Ａの有効軌道面幅はＬＧとなる。
【0054】
図１４に示すように、大鍔面１８の半径方向の外側には、大鍔面１８に滑らかに接続する逃げ面１８Ａが形成されている。逃げ面１８Ａと円錐ころ１２の大端面１６との間に形成される楔形隙間によって、潤滑油の引き込み作用を高め、十分な油膜を形成することができる。内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状は、緩やかな円弧のフルクラウニング形状を例示したが、これに限られず、ストレート形状としてもよい。
【0055】
以上では、内輪１３の内輪軌道面１３Ａの母線方向の形状を説明したが、外輪軌道面１１Ａの母線方向の形状も同様であるので、説明は繰り返さない。
【0056】
ここで、円錐ころ１２の転動面１２Ａを対数クラウニング形状（中央部２３はストレート形状）とすると共に、内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａをストレート形状又は緩やかな円弧のフルクラウニング形状とした本実施形態に至った検証結果を次に説明する。
【0057】
自動車のトランスミッション用円錐ころ軸受（内径φ３５ｍｍ、外径φ６２ｍｍ、幅１８ｍｍ）で、ミスアライメントがある低速条件（１速）の場合と、ミスアライメントがない高速条件（４速）の場合とにおける外輪軌道面１１Ａの接触面圧と、円錐ころ１２の転動面１２Ａの有効転動面幅Ｌ（図１１参照）に対する接触楕円の比を検証した。検証に用いた試料を表２に示す。
【0058】
【表2】
【0059】
検証結果を表３に示す。
【0060】
【表3】
【0061】
ミスアライメント無しで高速条件では、荷重条件が比較的軽いため、表３に示すように、試料１、試料２のいずれもエッジ面圧（ＰEDGE）の発生はない。一方、試料２では、外輪のフルクラウニングのドロップ量が大きく、接触楕円（長軸半径）が短くなるので、接触領域が長い場合に比べて、当り位置の中心Ｃのばらつきが大きくなり、円錐ころのスキューを誘発しやすくなり、実用不可（ＮＧ）とした。
【0062】
一方、ミスアライメントありで低速条件では、高荷重であるため、試料２では、ころ有効転動面幅Ｌに対する接触楕円の比は１００％となり、外輪にはエッジ面圧が発生する。さらに、エッジ当りとなることで、円錐ころの小端面側で接触駆動されるようになることから、大きなスキューを誘発してしまい、実用不可（ＮＧ）とした。
【0063】
以上より、スキューを抑制するためには、外輪に大きなドロップ量のフルクラウニングを施すことは好ましくないことが検証され、試料１の有意性が確認できた。
【0064】
＜各種特性の測定方法＞
窒素濃度の測定方法：
外輪１１、円錐ころ１２、内輪１３などの軸受部品について、それぞれ窒素富化層１１Ｂ，１２Ｂ、１３Ｂが形成された領域の表面に垂直な断面について、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により深さ方向で線分析を行う。測定は、各軸受部品を測定位置から表面に垂直な方向に切断することで切断面を露出させ、当該切断面において測定を行う。たとえば、円錐ころ１２については、図１１に示した第１測定点３１～第３測定点３３のそれぞれの位置から、中心線２６と垂直な方向に円錐ころ１２を切断することで切断面を露出させる。当該切断面において、円錐ころ１２の表面から内部に向かって０．０５ｍｍの位置となる複数の測定位置にて、上記ＥＰＭＡにより窒素濃度について分析を行う。たとえば、上記測定位置を５か所決定し、当該５か所での測定データの平均値を円錐ころ１２の窒素濃度とする。
窒素濃度の測定方法：
外輪１１、円錐ころ１２、内輪１３などの軸受部品について、それぞれ窒素富化層１１Ｂ，１２Ｂ、１３Ｂが形成された領域の表面に垂直な断面について、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により深さ方向で線分析を行う。測定は、各軸受部品を測定位置から表面に垂直な方向に切断することで切断面を露出させ、当該切断面において測定を行う。たとえば、円錐ころ１２については、図１１に示した第１測定点３１～第３測定点３３のそれぞれの位置から、中心線２６と垂直な方向に円錐ころ１２を切断することで切断面を露出させる。当該切断面において、円錐ころ１２の表面から内部に向かって０．０５ｍｍの位置となる複数の測定位置にて、上記ＥＰＭＡにより窒素濃度について分析を行う。たとえば、上記測定位置を５か所決定し、当該５か所での測定データの平均値を円錐ころ１２の窒素濃度とする。
【0065】
また、外輪１１および内輪１３については、たとえば軌道面１１Ａ、１３Ａにおいて軸受の中心軸方向における中央部を測定位置として、中心軸および当該中心軸に直交する径方向に沿った断面を露出させた後、当該断面について上記と同様の手法により窒素濃度の測定を行う。
【0066】
最表面から窒素富化層の底部までの距離の測定方法：
外輪１１および内輪１３については、上記窒素濃度の測定方法において測定対象とした断面につき、表面から深さ方向において硬度分布を測定する。測定装置としてはビッカース硬さ測定機を用いることができる。加熱温度５００℃×加熱時間１ｈの焼き戻し処理後の円錐ころ軸受１０において、深さ方向に並ぶ複数の測定点、たとえば０．５ｍｍ間隔に配置された測定点において硬度測定を実施する。そして、ビッカース硬さがＨＶ４５０以上の領域を窒素富化層とする。
外輪１１および内輪１３については、上記窒素濃度の測定方法において測定対象とした断面につき、表面から深さ方向において硬度分布を測定する。測定装置としてはビッカース硬さ測定機を用いることができる。加熱温度５００℃×加熱時間１ｈの焼き戻し処理後の円錐ころ軸受１０において、深さ方向に並ぶ複数の測定点、たとえば０．５ｍｍ間隔に配置された測定点において硬度測定を実施する。そして、ビッカース硬さがＨＶ４５０以上の領域を窒素富化層とする。
【0067】
また、円錐ころ１２については、図１１に示した第１測定点３１での断面において、上記のように深さ方向での硬度分布を測定し、窒素富化層の領域を決定する。
【0068】
ころの大端面の曲率半径の測定方法：
図６に示した円錐ころ１２の大端面１６における実曲率半径Ｒprocessおよび仮想曲率半径Ｒvirtualは、研削加工により実際に形成された円錐ころに対して任意の方法により測定され得るが、例えば表面粗さ測定機（例えばミツトヨ製表面粗さ測定機サーフテストＳＶ‐３１００）を用いて測定され得る。表面粗さ測定機を用いた場合には、まず転動軸を中心とする径方向に沿って測定軸を設定し、大端面の表面形状（母線方向の形状）を測定する。得られた大端面プロファイルに、上記頂点Ｃ１～Ｃ４および中間点Ｐ５およびＰ６をプロットする。上記実曲率半径Ｒprocessは、プロットされた頂点Ｃ１、中間点Ｐ５および頂点Ｃ２を通る円弧の曲率半径として算出される。上記仮想曲率半径Ｒvirtualは、プロットされた頂点Ｃ１、中間点Ｐ５，Ｐ６および頂点Ｃ４を通る円弧の曲率半径として算出される。あるいは、大端面１６全体の仮想曲率半径Ｒvirtualは、「複数回入力」というコマンドを用いて４点を取った値で近似円弧曲線半径を算出することで決定してもよい。大端面１６の母線方向の形状は、直径方向に１回の測定とした。
図６に示した円錐ころ１２の大端面１６における実曲率半径Ｒprocessおよび仮想曲率半径Ｒvirtualは、研削加工により実際に形成された円錐ころに対して任意の方法により測定され得るが、例えば表面粗さ測定機（例えばミツトヨ製表面粗さ測定機サーフテストＳＶ‐３１００）を用いて測定され得る。表面粗さ測定機を用いた場合には、まず転動軸を中心とする径方向に沿って測定軸を設定し、大端面の表面形状（母線方向の形状）を測定する。得られた大端面プロファイルに、上記頂点Ｃ１～Ｃ４および中間点Ｐ５およびＰ６をプロットする。上記実曲率半径Ｒprocessは、プロットされた頂点Ｃ１、中間点Ｐ５および頂点Ｃ２を通る円弧の曲率半径として算出される。上記仮想曲率半径Ｒvirtualは、プロットされた頂点Ｃ１、中間点Ｐ５，Ｐ６および頂点Ｃ４を通る円弧の曲率半径として算出される。あるいは、大端面１６全体の仮想曲率半径Ｒvirtualは、「複数回入力」というコマンドを用いて４点を取った値で近似円弧曲線半径を算出することで決定してもよい。大端面１６の母線方向の形状は、直径方向に１回の測定とした。
【0069】
一方で、設定曲率半径Ｒは、実際の研削加工により得られた円錐ころの各寸法等から、例えばＪＩＳ規格等の工業規格に基づいて見積もられる。
【0070】
表面粗さの測定方法：
円錐ころ１２の大端面１６の算術平均粗さＲａは任意の方法により測定できるが、たとえば表面粗さ測定機（例えばミツトヨ製表面粗さ測定機サーフテストＳＶ‐３１００）を用いて測定され得る。大端面の算術平均粗さＲａは、たとえば、円錐ころ１２の大端面１６に上記測定機のスタイラスを接触させる方法により測定できる。また、大端面１６において、大鍔面と接触する円周状の表面領域である凸部１６Ａの算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は、当該凸部１６Ａの任意の４か所について表面粗さ測定機を用いて算術平均粗さＲａを測定し、当該４か所の表面粗さの最大値と最小値との差を算出することにより求めることができる。
円錐ころ１２の大端面１６の算術平均粗さＲａは任意の方法により測定できるが、たとえば表面粗さ測定機（例えばミツトヨ製表面粗さ測定機サーフテストＳＶ‐３１００）を用いて測定され得る。大端面の算術平均粗さＲａは、たとえば、円錐ころ１２の大端面１６に上記測定機のスタイラスを接触させる方法により測定できる。また、大端面１６において、大鍔面と接触する円周状の表面領域である凸部１６Ａの算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差は、当該凸部１６Ａの任意の４か所について表面粗さ測定機を用いて算術平均粗さＲａを測定し、当該４か所の表面粗さの最大値と最小値との差を算出することにより求めることができる。
【0071】
＜円錐ころ軸受の作用効果＞
本発明者は、円錐ころ軸受に関する以下の事項に着目し、上述した円錐ころ軸受の構成に想到した。
（１）円錐ころの大端面の設定曲率半径と加工後の実曲率半径との比率
（２）円錐ころのスキューを抑制する内外輪の軌道面の形状
（３）円錐ころの転動面への対数クラウニングの適用
（４）円錐ころ、内輪および外輪への窒素富化層の適用
本実施形態の円錐ころ軸受１０によれば、設定曲率半径Ｒと距離ＲBASEの比率Ｒ／ＲBASEの値を上述のように設定することで、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接触部において十分な油膜厚さを確保して円錐ころ１２と大鍔面１８との接触および摩耗の発生を抑制し、当該接触部での発熱を抑制できる。
本発明者は、円錐ころ軸受に関する以下の事項に着目し、上述した円錐ころ軸受の構成に想到した。
（１）円錐ころの大端面の設定曲率半径と加工後の実曲率半径との比率
（２）円錐ころのスキューを抑制する内外輪の軌道面の形状
（３）円錐ころの転動面への対数クラウニングの適用
（４）円錐ころ、内輪および外輪への窒素富化層の適用
本実施形態の円錐ころ軸受１０によれば、設定曲率半径Ｒと距離ＲBASEの比率Ｒ／ＲBASEの値を上述のように設定することで、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接触部において十分な油膜厚さを確保して円錐ころ１２と大鍔面１８との接触および摩耗の発生を抑制し、当該接触部での発熱を抑制できる。
【0072】
なお、比率Ｒ／ＲBASEの値については、以下の知見を参考として決定した。図１６は、内輪１３の大鍔面１８と円錐ころ１２の大端面１６との間に形成される油膜厚さｔを、Ｋａｒｎａの式を用いて計算した結果を示す。縦軸は、Ｒ／ＲBASE＝０．７６のときの油膜厚さｔ0に対する油膜厚さｔの比ｔ／ｔ0である。油膜厚さｔはＲ／ＲBASE＝０．７６のとき最大となり、Ｒ／ＲBASEが０．８７を越えると急激に減少する。
【0073】
図１７は、内輪１３の大鍔面１８と円錐ころ１２の大端面１６間の最大ヘルツ応力Ｐを計算した結果を示す。縦軸は、図１６と同様に、Ｒ／ＲBASE＝０．７６のときの最大ヘルツ応力Ｐ0に対する比Ｐ／Ｐ0で示す。最大ヘルツ応力Ｐは、Ｒ／ＲBASEの増大に伴って単調に減少する。内輪１３の大鍔面１８と円錐ころ１２の大端面１６間の辷り摩擦によるトルクロスと発熱とを低減するためには、油膜厚さｔを厚く、最大ヘルツ応力Ｐを小さくすることが望ましい。本発明者らは、図１６および図１７の計算結果を参考とし、耐焼付き試験結果および製造時の交差レンジなどを考慮して上記比率Ｒ／ＲBASEの条件を決定した。
【0074】
なお、ここでは図１６に示したようにＫａｒｎａの式を用いて比率Ｒ／ＲBASEと油膜厚さとの関係を特定しているが、当該関係に影響を及ぼす因子としては軸受の回転速度や荷重、潤滑油の粘度などの軸受の使用条件が考えられる。発明者が検討したところ、このような他の因子を総合的に考慮すると比率Ｒ／ＲBASEの値が０．８程度であれば、平均的に最も油膜厚さが十分に維持できる。そのため、上述したように上記比率Ｒ／ＲBASEの値については０．８を中央値としてその範囲を決定してもよい。
【0075】
また、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒの値を上述のように設定することで、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接触面圧を低減できる。さらに、円錐ころ１２のスキューを抑制し大端面１６と大鍔面１８との接触部での油膜厚さを安定して確保することができる。
【0076】
さらに、円錐ころ１２の大端面１６において大鍔面１８と接触する円周状の表面領域（凸部１６Ａ）の算術平均粗さＲａの最大値と最小値との差を０．０２μｍＲａ以下とすることで、大端面１６の円周状の表面領域の算術平均粗さＲａのばらつきを十分小さくでき、上記比率Ｒ／ＲBASEの数値範囲および比率Ｒprocess／Ｒの数値範囲との相乗効果により、結果的に上記接触部における十分な油膜厚さを確保できる。このため、上記接触部における発熱を安定的に抑制でき耐焼付き性が向上された円錐ころ軸受１０を得ることができる。
【0077】
また、外輪１１、内輪１３、円錐ころ１２の少なくともいずれか１つにおいて窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されているので、転動疲労寿命が向上して長寿命かつ高い耐久性を有する円錐ころ軸受１０が得られる。さらに、当該窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されたことにより焼き戻し軟化抵抗性が向上することから、大端面１６と大鍔面１８との接触部が滑り接触により昇温された場合でも高い耐焼付き性を示すことができる。窒素富化層１２Ｂ、１３Ｂは大端面１６と大鍔面１８との両方に形成されてもよい。窒素富化層１２Ｂは大端面１６における上記円周状の表面領域（凸部１６Ａ）に形成されていてもよい。
【0078】
上記円錐ころ軸受１０では、窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおける旧オーステナイト結晶粒径はＪＩＳ規格の粒度番号が１０以上であってもよい。この場合、旧オーステナイト結晶粒径が十分微細化された窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂが形成されているので、高い転動疲労寿命を有した上で、シャルピー衝撃値、破壊靭性値、圧壊強度などを向上させた円錐ころ軸受１０を得ることができる。
【0079】
上記円錐ころ軸受１０では、円錐ころ１２の転動軸の延在方向における転動面の幅をＬ、内輪軌道面１３Ａと転動面１２Ａとの当たり位置の、上記延在方向における転動面１２Ａの中点Ｎから大端面１６側へのずれ量をαとしたとき、幅Ｌとずれ量αとの比率α／Ｌが０％以上２０％未満であってもよい。異なる観点から言えば、当該当たり位置が、転動軸の延在方向における転動面１２Ａの中央位置または該中央位置よりも大端面１６側にあることが好ましい。この場合、当該当たり位置が転動軸の延在方向における転動面の中央位置よりも小端面側にある場合と比べて、ころにスキューを発生させる接線力の発生位置（大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接点位置）から当該当たり位置までの距離を小さくできるので、円錐ころ１２のスキュー角を低減でき、回転トルクの増大を抑制し得る。
【0080】
上記円錐ころ軸受１０では、内輪１３において、内輪軌道面１３Ａと大鍔面１８とが交わる隅部には逃げ部２５Ａが形成されていてもよい。この場合、円錐ころ１２の転動面１２Ａにおける大端面１６側の端部が逃げ部２５Ａに位置することで、当該端部が内輪１３と接触することを防止できる。
【0081】
上記円錐ころ軸受１０では、内輪１３の中心軸を通る断面において、内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａは直線状または円弧状であってもよい。円錐ころ１２の転動面１２Ａにはクラウニングが形成されてもよい。クラウニングのドロップ量の和は、円錐ころ１２の転動面の母線をｙ軸とし、母線直交方向をｚ軸とするｙ－ｚ座標系において、Ｋ１，Ｋ２，ｚｍを設計パラメータ、Ｑを荷重、Ｌを円錐ころ１２における転動面１２Ａの有効接触部の母線方向長さ、Ｅ’を等価弾性係数、ａを円錐ころ１２の転動面１２Ａの母線上にとった原点から有効接触部の端部までの長さ、Ａ＝２Ｋ１Ｑ／πＬＥ’としたときに、式（１）で表されてもよい。
【0082】
【数2】
【0083】
この場合、円錐ころ１２の転動面１２Ａに上記式（１）によりドロップ量の和が表されるような、輪郭線が対数関数で表されるクラウニング（いわゆる対数クラウニング）を設けているので、従来の部分円弧で表されるクラウニングを形成した場合より局所的な面圧の上昇を抑制でき、円錐ころ１２の転動面１２Ａにおける摩耗の発生を抑制できる。
【0084】
また、内輪１３の中心軸を通る断面において、内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａが直線状または円弧状となっており、円錐ころ１２の転動面１２Ａは中央部がたとえばストレート面となっており当該ストレート面に連なっていわゆる対数クラウニングが設けられているので、円錐ころ１２の転動面１２Ａと内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａとの接触領域の寸法（たとえば接触楕円の長軸寸法）を長くすることができ、結果的にスキューを抑制できる。さらに、内輪軌道面１３Ａまたは外輪軌道面１１Ａと転動面１２Ａとの当たり位置のばらつきを小さくできる。
【0085】
また、上述のように転動面１２Ａと内輪軌道面１３Ａおよび外輪軌道面１１Ａとの接触領域の寸法（たとえば接触楕円の長軸寸法）を長くすると、モーメント荷重が作用するような使用条件では、ころに従来のようなフルクラウニングを形成している場合、母線方向の端部においてエッジ面圧が発生する恐れがある。しかし上記円錐ころ軸受１０では円錐ころ１２に対数クラウニングが適用されているため、必要な接触領域の寸法を確保しつつ、このようなエッジ面圧の発生を抑制できる。
【0086】
ここで、上述した対数クラウニングの効果についてより詳細に説明する。図１８は、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図１９は、部分円弧のクラウニングとストレート部との間を補助円弧としたころの輪郭線と、ころの転動面における接触面圧を重ねて示した図である。図１８および図１９の左側の縦軸は、クラウニングのドロップ量(単位：ｍｍ）を示している。図１８および図１９の横軸は、ころにおける軸方向での位置（単位：ｍｍ）を示している。図１８および図１９の右側の縦軸は、接触面圧（単位：ＧＰａ）を示している。
【0087】
円錐ころの転動面の輪郭線を部分円弧のクラウニングとストレート部とを有する形状に形成した場合、図１９に示すように、ストレート部、補助円弧及びクラウニング相互間の境界における勾配が連続であっても、曲率が不連続であると接触面圧が局所的に増加する。そのため、油膜切れや表面損傷を招く恐れがある。十分な膜厚の潤滑膜が形成されていないと、金属接触による摩耗が生じやすくなる。接触面に部分的に摩耗が生じると、その近辺で、より金属接触が生じやすい状態となるため、接触面の摩耗が促進され、円錐ころが損傷に至る不都合が生じる。
【0088】
そこで、接触面としての円錐ころの転動面に、輪郭線が対数関数で表されるクラウニングを設けた場合、例えば図１８に示すように、図１９の部分円弧で表されるクラウニングを設けた場合と比べて局所的な面圧が低くなり、接触面に摩耗を生じ難くすることができる。したがって、円錐ころの転動面上に存在する潤滑剤の微量化や低粘度化により潤滑膜の膜厚が薄くなる場合においても、接触面の摩耗を防止し、円錐ころの損傷を防止することができる。なお、図１８及び図１９には、ころの母線方向を横軸とすると共に母線直交方向を縦軸とする直交座標系に、内輪又は外輪ところの有効接触部の中央部に横軸の原点Ｏを設定してころの輪郭線を示すと共に、面圧を縦軸として接触面圧を重ねて示している。このように、上述のような構成を採用することで長寿命かつ高い耐久性を示す円錐ころ軸受１０を実現できる。
【0089】
上記円錐ころ軸受１０において、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比率Ｒprocess／Ｒが０．８以上であってもよい。円錐ころ軸受１０が極めて厳しい潤滑環境下で使用された場合、上記比率Ｒprocess／Ｒを０．８以上とすることで、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接触部における油膜厚さを十分に厚くできる。
【0090】
上記円錐ころ軸受１０において、円錐ころ１２の大端面１６の算術平均粗さＲａが０．１０μｍＲａ以下であってもよい。この場合、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８との接触部における油膜厚さを十分に確保できる。
【0091】
ここで、円錐ころ１２のスキュー角と比率Ｒ／ＲBASEとの関係について検討する。比率Ｒ／ＲBASEは、円錐ころ１２の大端面１６が、設定した理想的な球面（加工誤差を含まない）での接触状態であることを条件とする。比率Ｒ／ＲBASEと円錐ころ１２のスキュー角との関係を表４に示す。
【0092】
【表4】
【0093】
表４に示すように、ころのＲ／ＲBASE比が小さくなる程、スキュー角は大きくなる。一方、すでに説明した図４の円錐ころ１２の大端面１６の曲率半径Ｒは大端面１６が理想的な球面でできていた時の曲率半径であり、大端面１６は図５に示すようにＲ１５２＝Ｒ３６４＝Ｒ１５６４という条件が成り立つ、理想的な単一円弧曲線となる。しかし、実際には図６に示すように円錐ころ１２の大端面１６は、円錐ころ１２の円錐角の頂点を中心とする１つの球面の一部とならない。図６に示すように、大端面１６全体のＲ１５６４に対して片側のＲ１５２は同一ではなく、Ｒ１５６４より小さくなる。
【0094】
図６に示すように円錐ころ１２の大端面１６における両端面がだれた場合、大端面１６と内輪１３の大鍔面１８とは大端面１６の片側（凸部１６Ａ）においてしか接触しない。このため、計算上の大端面１６のＲ寸法はＲ１５２（図６の実曲率半径Ｒprocess）となり、理想的なＲ寸法（設定曲率半径Ｒ）に対して小さくなる（比率Ｒprocess／Ｒが小さくなる）。この結果、大鍔面１８と大端面１６との接触面圧が上昇すると同時にスキュー角も増加する。スキュー角が増大すると、円錐ころ１２と大鍔面１８との接触部で生じる接触楕円が大鍔面１８をはみ出すことで油膜が切れ、結果的にかじり疵や焼付きが発生す場合がある。
【0095】
ここで、潤滑状態が十分ではない環境下では、円錐ころ１２のスキュー角が増加し、更に大鍔面１８と大端面１６との接触部における接触面圧も上昇すると、円錐ころ１２と大鍔面１８間の油膜パラメータΛが低下する。油膜パラメータΛが１を切ると金属接触が始まる境界潤滑となる。この結果、円錐ころ１２の大端面１６と内輪の大鍔面１８との接触部では摩耗が生じ始め、この状態が続くと更に摩耗が促進され、焼付きの発生の懸念が高まる。
【0096】
ここで、油膜パラメータΛとは「弾性流体潤滑理論により求まる油膜厚さｈところの大端面および内輪の大鍔面の二乗平均粗さの合成粗さσとの比」で定義される。すなわち油膜パラメータΛ＝ｈ／σである。また、算術平均粗さＲａと二乗平均粗さＲｑには一般にＲｑ＝１．２５Ｒａの関係があり、ころの大端面の二乗平均粗さをＲｑ1と、大鍔面の二乗平均粗さをＲｑ2とすると、合成粗さσはこのＲｑを用いて、σ＝√(（Ｒｑ1
２＋Ｒｑ2
２）／２）と表せる。
【0097】
油膜パラメータΛは合成粗さσに依存し、σの値が小さいほど油膜厚さを厚くすることができる。このため、円錐ころ１２の大端面１６と内輪１３の大鍔面１８の表面粗さは超仕上げ相当の粗さであり、σの値は０．０９μｍＲｑ以下であることが望ましい。
【0098】
上述した研削加工に伴う、設定曲率半径Ｒと円錐ころの大端面の曲率半径（実曲率半径Ｒprocess）の差による影響についての検討結果より、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比に着目し、大端面と大鍔面との接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータとの関係を検証した。さらに、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の実用可能な範囲の検証には、すべり接触となる内輪の大鍔面と円錐ころの大端面との間の潤滑油使用温度のピーク時における潤滑状態の厳しさのレベルが影響することが判明した。
【0099】
このため、内輪の大鍔面と円錐ころの大端面との間の潤滑油使用温度のピーク時における潤滑状態の厳しさのレベルを表す指標を次のように検討した。
（１）内輪の大鍔面と円錐ころの大端面との間の潤滑状態は、円錐ころの大端面の曲率半径（実曲率半径Ｒprocess）と潤滑油の使用温度により決まることに着目した。
（２）また、トランスミッションやデファレンシャル用途で想定される使用潤滑油粘度に着目し、実用使用を加味し検討した。
（３）そして、潤滑油使用温度のピーク時の最大条件として、１２０℃で３分（１８０秒）間継続する極めて厳しい温度条件を想定した。この温度条件は、ピーク時の最大条件であり、おおよそ３分を経過すれば、定常状態に戻るという意味を有し、この温度条件を本明細書において「想定ピーク温度条件」という。この「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度特性を加味した潤滑状態において急昇温を生じない実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比を設定するための閾値が求められることを見出した。
（１）内輪の大鍔面と円錐ころの大端面との間の潤滑状態は、円錐ころの大端面の曲率半径（実曲率半径Ｒprocess）と潤滑油の使用温度により決まることに着目した。
（２）また、トランスミッションやデファレンシャル用途で想定される使用潤滑油粘度に着目し、実用使用を加味し検討した。
（３）そして、潤滑油使用温度のピーク時の最大条件として、１２０℃で３分（１８０秒）間継続する極めて厳しい温度条件を想定した。この温度条件は、ピーク時の最大条件であり、おおよそ３分を経過すれば、定常状態に戻るという意味を有し、この温度条件を本明細書において「想定ピーク温度条件」という。この「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度特性を加味した潤滑状態において急昇温を生じない実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比を設定するための閾値が求められることを見出した。
【0100】
以上の知見に基づいて、「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度を加味した潤滑状態により、潤滑状態の厳しさのレベルを表す指標が次式で求められることを考案した。この指標を本明細書において「つば部潤滑係数」という。
「つば部潤滑係数」＝１２０℃粘度×（油膜厚さｈ）２／１８０秒
ここで、油膜厚さｈは、例えば、Ｋａｒｎａの以下の式から求められる。
「つば部潤滑係数」＝１２０℃粘度×（油膜厚さｈ）２／１８０秒
ここで、油膜厚さｈは、例えば、Ｋａｒｎａの以下の式から求められる。
【0101】
【数3】
【0102】
ここで、今回設定した「つば部潤滑係数」は、円錐ころ軸受のつば部潤滑限度を判明できる絶対評価指標値であると言える。自動車用途での上記とは別の条件での使用、または自動車以外の他の用途で使用される場合においては、潤滑油の最高温度、粘度又は想定ピーク温度条件を適宜変更して「つば部潤滑係数」を算出し、後述する閾値と比較し潤滑状態の厳しさを判別できる。更には、内輪の大鍔面が本発明のような概略直線ではなく曲面（中凹側）であったとしても、その曲面である内輪の大鍔面ところの大端面とで構成される幾何形状組合せにより算出される油膜厚さで「つば部潤滑係数」を導けば後述の閾値と比較し判別できる。すなわち、本明細書において、「つば部潤滑係数」は、油膜厚さ使用条件に基づいた絶対評価として表される円錐ころ軸受の潤滑状態の厳しさを評価した指標値である。本発明者は、円錐ころ軸受の耐焼き付き性を向上するために、円錐ころの大端面の最適な曲率半径と加工後の実曲率半径との比率を規定するとの新たな着想に至り、当該比率の最適化にあたっては、前述の通り実使用で絶対評価を可能とした「つば部潤滑係数」を導入して評価を行った。この評価によって、用途を限らない円錐ころ軸受の耐焼き付き性向上に寄与する上記比率の規定を一般化し導き出すことができた。
【0103】
次に、本発明の実施の形態の変形例に係る円錐ころ軸受を説明する。本実施の形態の変形例に係る円錐ころ軸受は、一般的な円錐ころ軸受に比べて、「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度特性を加味した潤滑状態の厳しさのレベルが、若干緩和されたレベルで使用されることと、円錐ころの大端面の実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の実用可能な範囲が拡大された点が異なる。その他の構成及び技術内容については、上述した実施の形態に係る円錐ころ軸受と同じであるので、上述した実施の形態に係る円錐ころ軸受に関する説明のすべての内容を準用し、相違する点のみ説明する。
【0104】
本実施の形態の変形例に係る円錐ころ軸受では、デファレンシャルによく使用されるギヤオイルであるＳＡＥ ７５Ｗ－９０を試料とし、「つば部潤滑係数」を算出した。７５Ｗ－９０の１２０℃粘度は１０．３ｃＳｔ（＝１０．３ｍｍ２／ｓ）で、式（２）より求めた油膜厚さｈは、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して表５のとおりである。
【0105】
【表5】
【0106】
７５Ｗ－９０の１２０℃粘度は、ＶＧ３２に比べて若干高く、「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度特性を加味した潤滑状態は、上述した実施の形態の場合に比べて若干緩和された条件となる。この潤滑状態を本明細書において「厳しい潤滑状態」という。
【0107】
本発明の実施の形態の変形例に係る円錐ころ軸受について、回転試験機を用いた耐焼付き試験を実施した。耐焼付き試験の試験条件は以下のとおりである。
＜試験条件＞
・負荷荷重：ラジアル荷重４０００Ｎ、アキシアル荷重７０００Ｎ
・回転数：７０００ｍｉｎ－１
・潤滑油：ＳＡＥ ７５Ｗ－９０
・供試軸受：円錐ころ軸受（内径φ３５ｍｍ、外径φ７４ｍｍ、幅１８ｍｍ）
実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して、大端面と大鍔面との接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータ、「つば部潤滑係数」の結果を表６に示す。表６は接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータのそれぞれを比で表しているが、基準となる分母は、実曲率半径Ｒprocessが設定曲率半径Ｒと同一寸法に加工できた場合の値とし、各符号に０を付加している。
＜試験条件＞
・負荷荷重：ラジアル荷重４０００Ｎ、アキシアル荷重７０００Ｎ
・回転数：７０００ｍｉｎ－１
・潤滑油：ＳＡＥ ７５Ｗ－９０
・供試軸受：円錐ころ軸受（内径φ３５ｍｍ、外径φ７４ｍｍ、幅１８ｍｍ）
実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して、大端面と大鍔面との接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータ、「つば部潤滑係数」の結果を表６に示す。表６は接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータのそれぞれを比で表しているが、基準となる分母は、実曲率半径Ｒprocessが設定曲率半径Ｒと同一寸法に加工できた場合の値とし、各符号に０を付加している。
【0108】
【表6】
【0109】
表６中の試験結果（１）～（６）、総合判定（１）～（６）の詳細を表７に示す。
【0110】
【表7】
【0111】
表６および表７の結果より、デファレンシャル等のギヤオイルである７５Ｗ－９０が使用される「厳しい潤滑状態」では、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒは、０．５以上であることが望ましいという結論に至った。したがって、本実施の形態は、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒを０．５以上としている。このように、潤滑状態の厳しさのレベルを表す指標として「つば部潤滑係数」を導入することにより、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の実用可能な範囲を拡大することができる。これにより、使用条件に応じて、適正な軸受仕様を選定することができる。
【0112】
ただし、本実施形態の円錐ころ軸受は、デファレンシャル用途に限定されるものではなく、トランスミッションやその他の「厳しい潤滑状態」の用途に適用することができる。
【0113】
実用可能な実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比を設定する際、閾値近辺のみを試験確認してもよい。これにより、設計工数を削減できる。なお、表６の「厳しい潤滑状態」では、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒが０．４の場合でも十分な「つば部潤滑係数」が得られたが、表６よりも若干粘度の低い潤滑油を使用するような「厳しい潤滑状態」において、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒが０．４の場合では、閾値８×１０－９以上を満足しない可能性が考えられ、かつ、スキュー角も大きくなってしまうため、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒとしては０．５以上が適正である。
【0114】
また、本発明の実施の形態の他の変形例に係る円錐ころ軸受について、トランスミッションによく使用される潤滑油であるタービン油ＩＳＯ粘度グレード ＶＧ３２を試料とし、「つば部潤滑係数」を算出した。ＶＧ３２の１２０℃粘度は７．７ｃＳｔ（＝７．７ｍｍ２／ｓ）で、油膜厚さｈは式（２）より求めた。実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して、油膜厚さｈは表８のとおりである。
【0115】
【表8】
【0116】
ＶＧ３２の１２０℃粘度は低く、「想定ピーク温度条件」に潤滑油の粘度を加味した潤滑状態は極めて厳しい条件となる。この潤滑状態を本明細書において「極めて厳しい潤滑状態」という。
【0117】
併せて、回転試験機を用いた耐焼付き試験を実施した。耐焼付き試験の試験条件は以下のとおりである。
＜試験条件＞
・負荷荷重：ラジアル荷重４０００Ｎ、アキシアル荷重７０００Ｎ
・回転速度：７０００ｍｉｎ－１
・潤滑油：タービン油ＩＳＯ ＶＧ３２
・供試軸受：円錐ころ軸受（内径φ３５ｍｍ、外径φ７４ｍｍ、幅１８ｍｍ）
実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して、大端面と大鍔面との接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータ、「つば部潤滑係数」の結果を表９に示す。表９は接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータのそれぞれを比で表しているが、基準となる分母は、実曲率半径Ｒprocessが設定曲率半径Ｒと同一寸法に加工できた場合の値とし、各符号に０を付加している。
＜試験条件＞
・負荷荷重：ラジアル荷重４０００Ｎ、アキシアル荷重７０００Ｎ
・回転速度：７０００ｍｉｎ－１
・潤滑油：タービン油ＩＳＯ ＶＧ３２
・供試軸受：円錐ころ軸受（内径φ３５ｍｍ、外径φ７４ｍｍ、幅１８ｍｍ）
実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比の各値に対して、大端面と大鍔面との接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータ、「つば部潤滑係数」の結果を表９に示す。表９は接触面圧、油膜厚さ、スキュー角、油膜パラメータのそれぞれを比で表しているが、基準となる分母は、実曲率半径Ｒprocessが設定曲率半径Ｒと同一寸法に加工できた場合の値とし、各符号に０を付加している。
【0118】
【表9】
【0119】
表９中の試験結果（１）～（６）、総合判定（１）～（６）の詳細を表１０に示す。
【0120】
【表10】
【0121】
表９、表１０の結果より、トランスミッションオイルである低粘度のＶＧ３２が使用される「極めて厳しい潤滑状態」では、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒは、０．８以上であることが望ましいという結論に至った。したがって、本実施の形態の他の変形例に係る円錐ころ軸受では、実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒを０．８以上としている。
【0122】
ただし、上述した円錐ころ軸受は、トランスミッション用途に限定されるものではなく、デファレンシャルやその他の「極めて厳しい潤滑状態」の用途に適用することができる。
【0123】
表９、表１０の結果から次のことが判明した。算出した「つば部潤滑係数」と耐焼付き試験の結果を照合すると、「つば部潤滑係数」が８×１０－９を超えるように実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒを設定すると実用可能であることが確認できた。これにより、実用可能な実曲率半径Ｒprocessと設定曲率半径Ｒとの比Ｒprocess／Ｒを設定するための閾値として「つば部潤滑係数」＝８×１０－９を用いることができる。
【0124】
＜円錐ころ軸受の製造方法＞
図２０は、図１に示した円錐ころ軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２１は、図２０の熱処理工程における熱処理パターンを示す模式図である。図２２は、図２１に示した熱処理パターンの変形例を示す模式図である。以下、円錐ころ軸受１０の製造方法を説明する。
図２０は、図１に示した円錐ころ軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２１は、図２０の熱処理工程における熱処理パターンを示す模式図である。図２２は、図２１に示した熱処理パターンの変形例を示す模式図である。以下、円錐ころ軸受１０の製造方法を説明する。
【0125】
図２０に示すように、まず部品準備工程（Ｓ１００）を実施する。この工程（Ｓ１００）では、外輪１１、内輪１３、円錐ころ１２、保持器１４などの軸受部品となるべき部材を準備する。なお、円錐ころ１２となるべき部材には、まだクラウニングは形成されておらず、当該部材の表面は図１２の点線で示した加工前表面１２Ｅとなっている。
【0126】
次に、熱処理工程（Ｓ２００）を実施する。この工程（Ｓ２００）では、上記軸受部品の特性を制御するため、所定の熱処理を実施する。たとえば、外輪１１、円錐ころ１２、内輪１３、のすくなくともいずれか１つにおいて本実施形態に係る窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂを形成するため、浸炭窒化処理または窒化処理と、焼入れ処理、焼戻処理などを行う。この工程（Ｓ２００）における熱処理パターンの一例を図２１に示す。図２１は、１次焼入れおよび２次焼入れを行う方法を示す熱処理パターンを示す。図２２は、焼入れ途中で材料をＡ1変態点温度未満に冷却し、その後、再加熱して最終的に焼入れる方法を示す熱処理パターンを示す。これらの図において、処理Ｔ1では鋼の素地に炭素や窒素を拡散させまた炭素の溶け込みを十分に行なった後、Ａ1変態点未満に冷却する。次に、図中の処理Ｔ2において、処理Ｔ1よりも低温に再加熱し、そこから油焼入れを施す。その後、たとえば加熱温度１８０℃の焼き戻し処理を実施する。
【0127】
上記の熱処理によれば、普通焼入れ、すなわち浸炭窒化処理に引き続いてそのまま１回焼入れするよりも、軸受部品の表層部分を浸炭窒化しつつ、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率を減少することができる。上記熱処理工程（Ｓ２００）によれば、焼入れ組織となっている窒素富化層１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂにおいて、旧オーステナイト結晶粒の粒径が、図８に示した従来の焼入れ組織におけるミクロ組織と比較して２分の１以下となる、図７に示したようなミクロ組織を得ることができる。上記の熱処理を受けた軸受部品は、転動疲労に対して長寿命であり、割れ強度を向上させ、経年寸法変化率も減少させることができる。
【0128】
次に、加工工程（Ｓ３００）を実施する。この工程（Ｓ３００）では、各軸受部品の最終的な形状となるように、仕上げ加工を行う。円錐ころ１２については、図１２に示したように切削加工などの機械加工によりクラウニング２２Ａおよび面取り部２１を形成する。
【0129】
次に、組立工程（Ｓ４００）を実施する。この工程（Ｓ４００）では、上記のように準備された軸受部品を組み立てることにより、図１に示した円錐ころ軸受１０を得る。このようにして、図１に示した円錐ころ軸受１０を製造することができる。
【0130】
＜円錐ころ軸受の用途の例＞
次に、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の用途の一例について説明する。本実施形態に係る円錐ころ軸受は、デファレンシャル又はトランスミッション等の自動車の動力伝達装置に組み込まれると好適である。すなわち、本実施形態に係る円錐ころ軸受は、自動車用円錐ころ軸受として用いると好適である。図２３は、上述した円錐ころ軸受１０を使用した自動車のデファレンシャルを示す。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１２１に挿通されたドライブピニオン１２２が、差動歯車ケース１２３に取り付けられたリングギヤ１２４と噛み合わされ、差動歯車ケース１２３の内部に取り付けられたピニオンギヤ１２５が、差動歯車ケース１２３に左右から挿通されるドライブシャフト（図示省略）に連結されるサイドギヤ１２６と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達され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１２２と差動歯車ケース１２３が、それぞれ一対の円錐ころ軸受１０ａ、１０ｂで支持されている。
次に、本実施の形態に係る円錐ころ軸受の用途の一例について説明する。本実施形態に係る円錐ころ軸受は、デファレンシャル又はトランスミッション等の自動車の動力伝達装置に組み込まれると好適である。すなわち、本実施形態に係る円錐ころ軸受は、自動車用円錐ころ軸受として用いると好適である。図２３は、上述した円錐ころ軸受１０を使用した自動車のデファレンシャルを示す。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１２１に挿通されたドライブピニオン１２２が、差動歯車ケース１２３に取り付けられたリングギヤ１２４と噛み合わされ、差動歯車ケース１２３の内部に取り付けられたピニオンギヤ１２５が、差動歯車ケース１２３に左右から挿通されるドライブシャフト（図示省略）に連結されるサイドギヤ１２６と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達され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１２２と差動歯車ケース１２３が、それぞれ一対の円錐ころ軸受１０ａ、１０ｂで支持されている。
【0131】
ところで、自動車の動力伝達装置であるトランスミッション又はデファレンシャル等においては、省燃費化のために、潤滑油（オイル）の粘度を低下させたり、少油量化を図る傾向にあり、円錐ころ軸受において、十分な油膜が形成され難いことがある。このため、自動車用の円錐ころ軸受では、寿命の向上が要求されている。よって、寿命が向上した上記の円錐ころ軸受１０をトランスミッション又はデファレンシャルに組み込むことで上記要求を満たすことができる。
【0132】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【符号の説明】
【0133】
１０，１０ａ，１２０Ａ，１２０Ｂ 軸受、１１ 外輪、１１Ａ 外輪軌道面、１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ 窒素富化層、１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ 未窒化部、１２ 円錐ころ、１２Ａ 転動面、１２Ｅ 加工前表面、１３ 内輪、１３Ａ 内輪軌道面、１４ 保持器、１６ 大端面、１６Ａ 凸部、１６Ｂ 凹部、１６Ｃ，２１ 面取り部、１７ 小端面、１８ 大鍔面、１８Ａ 逃げ面、１９ 小鍔面、２２，２４ クラウニング部、２２Ａ クラウニング、２３ ストレート部（中央部）、２５Ａ，２５Ｂ 逃げ部、２６ 中心線、２７ 接触部クラウニング部分、３１ 第１測定点、３２ 第２測定点、３３ 第３測定点、１２１ デファレンシャルケース、１２２ ドライブピニオン、１２３ 差動歯車ケース、１２４ リングギヤ、１２５ ピニオンギヤ、１２６ サイドギヤ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
