圆锥滚子轴承的制作方法

本发明涉及圆锥滚子轴承。

背景技术：

在机动车用途中，在承受径向载荷、轴向载荷以及力矩载荷的部位大多使用圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承在使用时，能够在内圈的大凸缘面与圆锥滚子的大端面接触，从而承受一定的轴向载荷。但是，圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的上述接触并不是滚动接触，而成为滑动接触。由于是滑动接触，因此当润滑环境不充分时会发热，而有可能急剧升温。

为了解决上述问题点，需要减少由圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的接触部处的摩擦导致的力矩损失与发热，从而提出了以下那样的技术(专利文献1～3)。

在专利文献1中，作为使圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的接触部处的油膜厚度提高(减少发热)的方法，提出如下一种方案，即，在将圆锥滚子的大端面的曲率半径设为r，且将从圆锥滚子的圆锥角的顶点到内圈的大凸缘面(圆锥滚子的接触部)为止的距离设为rbase时，使r/rbase处于0.75～0.87的范围。

在专利文献2中提出了：使润滑油向圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面之间的接触区域的引入作用提高而形成充足油膜的方法、以及解决圆锥滚子在歪斜时向滚子大端面产生的边缘抵接(瑕疵的问题)的方法。

另外，在专利文献3中，作为使在圆锥滚子轴承能够产生的接触面压力适当化，并能够实现轴承寿命的延长的方法，而提出如下一种方案，即，对圆锥滚子等赋予对数凸起形状。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-170774号公报

专利文献2：日本特许第4165947号公报

专利文献3：日本特许第4334665号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

近年来，对于机动车而言，伴随着同时使用马达的混合动力车或者电力机动车的普及，就变速机构、减速机构的变速器或者差速器而言的紧凑化不断进展。另外，无论机动车的输出(排气量等)的大小如何，均具有变速器、差速器的共用化的动向。伴随着这样的变速器、差速器的倾向，要求所使用的圆锥滚子轴承的尺寸的小型化以及高负荷载荷。

在润滑环境方面，在机动车的变速器或者差速器中使用的圆锥滚子轴承的润滑通过由齿轮的旋转使贮存在壳体内的润滑油溅起而产生的润滑油的飞沫来进行，但也认为在壳体内构造复杂的情况下会产生润滑不足。如此，在机动车的变速器或者差速器中使用的圆锥滚子轴承是在严苛的润滑环境下进行使用的。

另外，近年来，为了对因润滑油的搅拌阻力而产生的能量损失进行抑制，而倾向于在机动车的变速器或者差速器中使用低粘度的润滑油、减少润滑油量。由于一方面要求上述的轴承尺寸的小型化，另一方面，圆锥滚子轴承所负荷的载荷大，并且如上述那样使用低粘度的润滑油，从而润滑条件也处于更加严苛的状况。

对于专利文献1的使r/rbase处于0.75～0.87的范围的技术而言，作为使圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的接触部处的油膜厚度提高(减少发热)的方法是优异的技术方案。但是，并没有规定圆锥滚子的大端面的加工后的实际曲率半径的允许范围，因此判明，即使将r/rbase设定在0.75～0.87的范围内，如果上述的实际曲率半径变小，则也会在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的接触部诱发比设想大的凸缘面压力。特别是，在要求轴承尺寸的小型化的过程中，属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中的上述问题成为工业上重要的课题，本发明正是着眼于此的发明。

本发明鉴于上述问题且目的在于，在处于严苛的润滑环境下使用的属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，促进在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面之间的滑动接触部形成适当的油膜，从而能够进行顺畅的旋转。

用于解决课题的方案

本发明人为了实现上述的目的进行了各种研究，结果是，通过以下的分析与新构思而得到了本发明。

(1)在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，在该圆锥滚子轴承中使用的圆锥滚子必然变小，从而圆锥滚子的大端面的设定曲率半径r小，凸缘部面压力容易变大。除此之外还判明了，由于加工面变小，因此与大型的圆锥滚子相比容易受到加工条件的影响，从而根据圆锥滚子的大端面的设定曲率半径与加工后的实际曲率半径之比的大小，会敏感地对凸缘部面压力带来影响。

(2)在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，圆锥滚子小，因此歪斜的问题得到缓和。

(3)其结果是，得到如下新构思：在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，适当地对r/rbase的范围、以及设定曲率半径与加工后的实际曲率半径之比的范围这两方的范围进行设定是不可欠缺的。

作为用于实现前述目的的技术手段，本发明为一种圆锥滚子轴承，其具备：外圈，其在内周具有圆锥状的轨道面；内圈，其在外周具有圆锥状的轨道面，并在该轨道面的大径侧设置有大凸缘面；多个圆锥滚子，它们在所述两轨道面之间以滚动自如的方式排列；以及保持器，其收容所述圆锥滚子，在使用轴承时，所述圆锥滚子的大端面与所述内圈的大凸缘面接触而被引导，所述圆锥滚子轴承的特征在于，所述圆锥滚子轴承在将所述圆锥滚子的大端面的设定曲率半径设为r，将从所述圆锥滚子的圆锥角的顶点到所述内圈的大凸缘面为止的基本曲率半径设为rbase时，所述基本曲率半径rbase为100mm以下，且所述设定曲率半径r与所述基本曲率半径rbase的比率r/rbase为0.90以下，并且在将所述圆锥滚子的大端面的实际曲率半径设为ractual时，该实际曲率半径ractual与所述设定曲率半径r的比率ractual/r是超过0.5的值。

根据上述的结构，能够在处于严苛的润滑环境下使用的属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，能够促进在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的滑动接触部形成适当的油膜，从而能够进行顺畅的旋转。这里，属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承是指，在具体的轴承规格中还包括具有同等作用效果的超过100mm3～5％左右的rbase的圆锥滚子轴承。技术方案中的rbase为100mm以下采用了上述的意思。

优选的是，上述的设定曲率半径r与基本曲率半径rbase的比率r/rbase设为0.70～0.90的范围。由此，在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，关于在基于比率ractual/r而使得圆锥滚子的大端面的实际曲率半径ractual变小的条件下的比率r/rbase的下限，也能够进行明确。

通过将上述的圆锥滚子的大端面以及内圈的大凸缘面设为超精加工面，从而能够提高油膜参数而使润滑条件提高。

通过在上述的内圈的大凸缘面形成避让面，能够使润滑油向大凸缘面与圆锥滚子的大端面之间的接触区域的引入作用提高而形成充足的油膜。

优选的是，上述的内圈的轨道面以及外圈的轨道面设为笔直形状或者平缓的圆弧的全凸起形状，圆锥滚子的滚动面为对数凸起形状等复合曲面形状。由此，能够抑制圆锥滚子与轨道面的局部的面压力上升、磨损的产生。

优选的是，上述的内圈、外圈以及圆锥滚子中的至少一方具有富氮层，并且富氮层的深度为0.2mm以上。由此，能够在存在凸起形状的情形中适当地确保富氮层。

优选的是，上述的内圈、外圈以及圆锥滚子中的至少一方轴承构成部件具有富氮层，并且所述富氮层中的奥氏体结晶粒的粒度编号处于超过10号的范围。由此，能够使得寿命针对滚动疲劳较长，且使破裂强度提高，也使经年尺寸变化率减少。

本发明的圆锥滚子轴承优选为机动车的变速器用、差速器用。

发明效果

根据本发明，在处于严苛的润滑环境下使用的属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，能够促进在圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面之间的滑动接触部形成适当的油膜，从而能够进行顺畅的旋转。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的圆锥滚子轴承的纵剖视图。

图2是对图1的圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的设计规格进行说明的纵剖视图。

图3是表示图1的圆锥滚子的大端面的曲率半径与油膜厚度之间的关系的图表。

图4a是对图1的圆锥滚子的大端面的详细形状进行说明的图，且是圆锥滚子的局部纵剖视图。

图4b是将图4a的a部放大后的纵剖视图。

图4c是图4b的示意图。

图5是表示功能特性的研究结果的表。

图6是表示图1的圆锥滚子的形状的主视图。

图7a是表示图1的内圈的详细形状的纵剖视图。

图7b是将图7a的d部放大后的纵剖视图。

图8是表示图7a的内圈的轨道面的母线方向的形状的示意图。

图9是表示图1的圆锥滚子轴承的富氮层的形成状态的纵剖视图。

图10是表示图9的圆锥滚子的局部示意图。

图11是将图10的圆锥滚子的一部分放大后的示意图。

图12是表示对数凸起形状的y-z坐标图。

图13是对轴承构成部件的显微组织、特别是原奥氏体结晶晶界进行图解的示意图。

图14是用于说明圆锥滚子轴承的制造方法的流程图。

图15是表示图14的热处理工序中的热处理模式的示意图。

图16是表示图15的热处理模式的变形例的示意图。

图17是对由以往的淬火方法得到的轴承构成部件的显微组织、特别是原奥氏体结晶晶界进行图解的示意图。

图18是表示应用了图1的圆锥滚子轴承的机动车用变速器的纵剖视图。

图19是表示应用了图1的圆锥滚子轴承的机动车用差速器的纵剖视图。

具体实施方式

基于图1～图19对本发明的一实施方式的圆锥滚子轴承进行说明。首先，基于图1、图6对本实施方式的圆锥滚子轴承的概要进行说明。图1是本实施方式的圆锥滚子轴承的从中心线起显示上半侧部分的纵剖视图，图5是表示图1的圆锥滚子的形状的主视图。对于本实施方式的圆锥滚子轴承而言，其圆锥滚子的滚动面与内圈的轨道面以及外圈的轨道面的各圆锥角的顶点一致于圆锥滚子轴承的中心轴上的一点处，但是属于从所述顶点到内圈的大凸缘面的距离rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承。

如图1所示，圆锥滚子轴承1包括内圈12、外圈13、组装在内圈12与外圈13之间的圆锥滚子14、以及对圆锥滚子14进行保持的保持器15。内圈12在外周形成有圆锥状的内圈侧轨道面12a(以下，简称为轨道面12a。)，在小径侧设置有小凸缘部12b，在大径侧设置有大凸缘部12c。外圈13在内周形成有圆锥状的外圈侧轨道面13a(以下，简称为轨道面13a。)。在内圈12的轨道面12a与外圈13的轨道面13a之间组装有多个圆锥滚子14。各圆锥滚子14收容于保持器15的凹口15a，且被以圆周方向等间隔保持。

在内圈12的轨道面12a与大凸缘部12c的大凸缘面12e相交的角部形成有磨削避让部12f，在轨道面12a与小凸缘部12b的小凸缘面12d相交的角部形成有磨削避让部12g。如此，在内圈12的轨道面12a设置有磨削避让部12f、12g，因此轨道面12a的有效轨道面宽度lg(参照图7a)比圆锥滚子14的滚动面16的有效滚动面宽度lw(参照图6)短。

在圆锥滚子14的外周形成有圆锥状的滚动面16，且在小径侧形成有小端面14a，在大径侧形成有大端面14b，圆锥滚子14由内圈12的大凸缘面12e承接该圆锥滚子14的大端面14b。在使用圆锥滚子轴承1时，大端面14b与内圈12的大凸缘面12e接触而被引导。如图6所示，圆锥滚子14的滚动面16包括母线方向的中央部分的笔直部16a以及两端部的凸起部16b、16c。这里，笔直是指作为工业上大概形状的笔直，其也可以是几何形状。图6所示的凸起部16b、16c的下降量夸张地进行了图示。凸起部16b、16c的详细内容在后叙述。如图1所示，保持器15包括小径侧环状部15b、大径侧环状部15c、以及将小径侧环状部15b与大径侧环状部15c沿轴向相连的多个柱部15d。

图1所示的圆锥滚子14的小端面14a与小凸缘面12d之间的间隙s设定为0.4mm以下，因此减少圆锥滚子轴承1的组装时的磨合旋转，从而组装性也良好。

本实施方式的圆锥滚子轴承1的概要如以上所述。接下来，基于图2～图4对本实施方式的圆锥滚子轴承1的特征结构进行说明。图2是对图1的圆锥滚子的大端面与内圈的大凸缘面的设计规格进行说明的纵剖视图，图3是表示图1的圆锥滚子的大端面的曲率半径与油膜厚度之间的关系的图表。图4是对图1的圆锥滚子的大端面的详细形状进行说明的图，图4a是圆锥滚子的局部纵剖视图，图4b是将图4a的a部放大后的纵剖视图，图4c是图4b的示意图。在图4b、图4c中，为了简化图示而省略了阴影线。

如图2所示，圆锥滚子14的滚动面16、内圈12的轨道面12a以及外圈13的轨道面13a的各圆锥角的顶点一致于圆锥滚子轴承1的中心轴上的一点ov处。将圆锥滚子14的大端面14b的最佳曲率半径设为r，将从顶点ov到内圈12的大凸缘面12e为止的距离设为rbase。该rbase在本实施方式的圆锥滚子轴承1中为100mm以下。

在图3中示出了比率r/rbase的关系以及在圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e之间产生的油膜厚度之比。油膜厚度根据karna的式子〔以下的式(1)〕求出。将在圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e之间形成的油膜厚度设为t，图3的纵轴由相对于比率r/rbase为0.76时的油膜厚度t0的比率t/t0表示。在式(1)中，油膜厚度t由h表示。如图3那样，油膜厚度t在比率r/rbase为0.76时成为最大，而当比率r/rbase超过0.9时急剧减少。另一方面，即使比率r/rbase低于0.7，油膜形成的降低程度也不敏感。

[数1]

rx：运动方向的等价曲率半径

平均速度

w：荷载

η：常压粘度

在油膜厚度的最佳值这方面，如专利文献1的记载那样，比率r/rbase为0.75～0.87的范围，但当相对于圆锥滚子14的大端面14b的最佳曲率半径、即设定曲率半径r，加工后的实际曲率半径ractual变小时，在圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e之间的接触部会诱发比设想大的凸缘面压力，特别是，在要求轴承尺寸的小型化的情形中，属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中的上述问题是工业上重要的课题，本发明着眼于此。

于是，对圆锥滚子14的大端面14b的最佳曲率半径、即设定曲率半径r与加工后的实际曲率半径ractual之间的关系进行了研究。图3所示的圆锥滚子14的大端面14b的曲率半径r为在图4a所示的圆锥滚子14的大端面14b由设定的理想球面形成时的r尺寸。若详细叙述，则当如图4b所示，设有圆锥滚子14的大端面14b的端部的点p1、p2、p3、p4以及点p1与p2的中点p5、点p3与p4的中点p6时，通过点p1、p5、p2的曲率半径r152、通过点p3、p6、p4的曲率半径r364以及通过点p1、p5、p6、p4的曲率半径r1564是成立r＝r152＝r364＝r1564的理想的单一圆弧曲线。在上述中，点p1、p4为大端面14b与端面倒角14d的连接点，点p2、p3为大端面14b与避让部14c的连接点。这里，将成立r＝r152＝r364＝r1564的理想的单一圆弧曲线称作设定曲率半径r。技术方案中的设定曲率半径r是上述的意思。需要说明的是，点p2、p3的位置不限于图4b的位置。例如，也可以是，点p2为稍微(0.1mm左右)向点p1侧偏离的位置，点p3为稍微(0.1mm左右)向点p4侧偏离的位置。

然而，实际上，如图4c所示，在磨削加工时，大端面14b的两端会塌边，由此，单侧的r152相对于大端面14b整体的r1564并不相同且形成得较小(另一侧的单侧r364也同样)。这里，将对圆锥滚子14的大端面14b进行加工后的单侧的r152、r364称作实际曲率半径ractual。技术方案中的实际曲率半径ractual是上述的意思。

设定曲率半径r以及实际曲率半径ractual如接下来的那样求出。图4c中的大端面14b整体的r1564是通过图4b所示的大端面14b的点p1、p5、p6、p4这四个点的近似圆。对r152、r364、r1564的测定方法进行说明。r152、r364、r1564的测定使用“株式会社三丰制表面粗糙度测定仪surftest”的例如机型名：sv-3100来进行了测定。在测定方法中，使用上述测定器作出圆锥滚子14的大端面14b的母线方向的形状，在标绘了点p1、p2、p3、p4之后，标绘p1与p2的中点p5以及p3与p4的中点p6。单侧的r152作为通过点p1、p5、p2的圆弧曲线半径而计算出(另一侧的单侧r364也同样)。大端面14b整体的r1564通过使用“多次输入”这样的指令而选取四个点的值来计算出近似圆弧曲线半径。大端面14b的母线方向的形状通过沿直径方向进行一次测定而得到。

接下来，对由设定曲率半径r与实际曲率半径ractual之差带来的影响进行说明。圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e的接触为只是与单侧的r152、r364的部分进行接触，因此实际的大端面14b与大凸缘面12e的接触成为比设定曲率半径r(r1564)小的实际曲率半径ractual(r152、r364)。因此，大端面14b与大凸缘面12e之间的接触面压力上升。上述的问题通过对实际的磨削加工进行验证而判明。

作为对以上那样的设定曲率半径r与加工后的实际曲率半径ractual的关系进行各种研究的结果，通过以下的分析与新构思，而得到本实施方式的特征结构。

(1)在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，在该圆锥滚子轴承中使用的圆锥滚子必然变小，从而圆锥滚子的大端面的设定曲率半径r小，凸缘部面压力容易变大。除此之外还判明了，由于加工面变小，因此与大型的圆锥滚子相比容易受加工条件的影响，从而根据圆锥滚子的大端面的设定曲率半径r与加工后的实际曲率半径ractual之比的大小，会敏感地对凸缘部面压力带来影响。

(2)在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，圆锥滚子小，因此歪斜的问题得到缓和。

(3)其结果是，得到如下新构思：在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，适当地对设定曲率半径r与从圆锥滚子的圆锥角的顶点到所述内圈的大凸缘面为止的基本曲率半径rbase的比率r/rbase的范围、以及设定曲率半径r与加工后的实际曲率半径ractual的比率r/ractual的范围这两方的范围进行设定是不可欠缺的。

基于上述的构思，为了找出比率r/rbase以及比率ractual/r这两方的适当范围而针对rbase为100mm、80mm、60mm的圆锥滚子轴承研究了功能特性。研究条件如以下所述。

<研究条件>

〔轴承规格〕·rbase＝100mm：型号4t-30302(内径φ15mm，外径φ42mm，宽度14.25mm)

·rbase＝80mm：型号4t-30203(内径φ17mm，外径φ40mm，宽度13.25mm)

·rbase＝60mm：型号4t-30305d(内径φ25mm，外径φ62mm，宽度18.25mm)

〔润滑油〕：汽轮机油iso粘度等级vg32

在上述的功能特性的研究中，对于润滑油，将在变速器中经常使用的汽轮机油iso粘度等级设为vg32。vg32的120℃粘度为7.7cst(＝7.7mm²/s)，油膜厚度h通过式(1)求出。油膜厚度h与图3中的油膜厚度t相同。vg32的120℃粘度低，而使得润滑状态成为极严苛的条件。

在上述那样的油膜不充足的环境中，当接触面压力上升时，圆锥滚子14的大端面14b的与大凸缘面12c的接触会变得不稳定，从而油膜参数降低。认为当油膜参数在1以下时，成为金属接触开始的边界润滑，从而增加对急剧升温的担心。因此，将评价项目设为凸缘部面压力与油膜参数。这里，油膜参数是由通过弹性流体润滑理论求出的油膜厚度h与圆锥滚子14的大端面14b和内圈12的大凸缘面12e的平方平均粗糙度的合成粗糙度σ之比来定义的λ(＝h/σ)。

在图5中示出了功能特性的研究结果。图5所示的综合评价的判定标记为以下所述。

×：由于滚子大端面r过小且凸缘面压力大，因此无法得到稳定的油膜形成能力，且在现状使用条件(极严苛的润滑条件)下，大凸缘部有时也会急剧升温，因此综合评价为×。

△：滚子大端面r相对较小且凸缘部面压力也高。但是，在现状使用条件中可以说是在使用范围内。但是，由于富余量少，因此综合评价为△。

○：在大凸缘部形成稳定的油膜且能够在使用上没有问题地进行运转，因此综合评价为○。

根据图5的结果，验证了在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，通过使得比率r/rbase为0.90以下的范围并且比率ractual/r为超过0.5的值是可实用的。

另外，也验证了通过使得比率r/rbase为0.70～0.90的范围并且比率ractual/r为超过0.5的值是可实用的。该验证结果在发现如下情况方面具有重要意义，即，在属于rbase为100mm以下的小型种类的圆锥滚子轴承中，即使比率r/rbase低于0.7，油膜形成的降低程度也不敏感，但在基于比率ractual/r而使得圆锥滚子14的大端面14b的实际曲率半径ractual变小的条件下的比率r/rbase的下限为0.7。

根据图5的结果，确认到这样的效果：即使在rbase为100mm以下的圆锥滚子轴承中，特别是在rbase为80mm以上且100mm以下的圆锥滚子轴承中，通过使得比率r/rbase为0.70～0.90的范围并且比率ractual/r为0.5以上，从而在要求小型化以及高负荷载荷的机动车用圆锥滚子轴承中，在滚子大端面与内圈大凸缘面的之间滑动接触部形成适当的油膜，从而可实用。

而且，对圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e的表面性状进行了研究。作为其结果，得出了如下结论：由于油膜参数取决于圆锥滚子14的大端面14b与内圈12的大凸缘面12e的合成粗糙度，因此优选的是，大端面14b与大凸缘面12e为超精加工面。因而，在本实施方式中，大端面14b与大凸缘面12e设为超精加工面。就表面粗糙度而言，圆锥滚子14的大端面14b为0.10μmra以下，内圈12的大凸缘面12e为0.063μmra以下。技术方案中的超精加工面具有上述的表面粗糙度。

接下来，基于图9～图17对本实施方式的圆锥滚子轴承1的有利结构进行说明。图9是表示作为有利结构的富氮层的形成状态的纵剖视图，图10是表示图9的圆锥滚子的局部示意图，图11是将图10的圆锥滚子的一部分放大后的示意图。作为有利结构，圆锥滚子轴承1的内圈12、外圈13以及圆锥滚子14由高碳铬钢(例如jis标准suj2材料)构成，内圈12、外圈13、圆锥滚子14中的至少一个轴承构成部件实施用于形成富氮层的热处理。

如图9所示，在内圈12的包含轨道面12a的表面以及外圈13的包含轨道面13a的表面形成有富氮层12b、13b。富氮层12b、13b从图9的内圈12、外圈13的表面起形成于由虚线所示的范围。富氮层12b、13b分别是氮浓度比内圈12的未氮化部12c以及外圈13的未氮化部13c的氮浓度高的区域。在圆锥滚子14的表面形成有富氮层14b。富氮层14b是氮浓度比圆锥滚子14的未氮化部14c高的区域。富氮层12b、13b、14b例如能够通过渗碳氮化处理、氮化处理等以往公知的任意的方法形成。

需要说明的是，也可以仅在内圈12形成富氮层12b，也可以仅在外圈13形成富氮层13b，还可以仅在圆锥滚子14形成富氮层14b。另外，也可以在内圈12、外圈13、圆锥滚子14中的两个形成富氮层。

圆锥滚子14在其表面形成有富氮层14b，并且在滚动面16形成有凸起。如图9所示，圆锥滚子14的滚动面16包括母线方向的中央部分的笔直部16a与两端部的凸起部16b、16c。在圆锥滚子14的小端面14a与凸起部16c之间形成有端面倒角14e，在大端面14b与凸起部16b之间形成有端面倒角14b。

在圆锥滚子14的制造工序中，在实施形成富氮层14b的处理(渗碳氮化处理)时，不会形成圆锥滚子14的凸起，且圆锥滚子14的外形形成为图11中由虚线所示的精加工前表面14e。在以该状态形成了富氮层14b之后，作为精加工，如图11的箭头所示那样对圆锥滚子14的滚动面16进行加工，并如图10以及如图11所示，获得形成有笔直部16a以及凸起部16b、16c的轨道面16。

接下来，参照图11以及图13对富氮层的详细内容进行说明。图13是对轴承构成部件的显微组织、特别是原奥氏体结晶晶界进行图解的示意图。

[富氮层的厚度]

图11所示的圆锥滚子14中的富氮层14b的深度，即从富氮层14b的最外表面到富氮层14b的底部的距离成为0.2mm以上。具体而言，在端面倒角14e与凸起部16c之间的边界点即第一测定点31、从小端面14a起距离w为1.5mm的位置即第二测定点32、圆锥滚子14的滚动面16的中央即第三测定点33处，各个位置处的富氮层14b的深度t1、t2、t3成为0.2mm以上。这里，富氮层14b的深度是指在与圆锥滚子14的中心线26正交并且朝向外周侧的径向上的富氮层14b的厚度。需要说明的是，富氮层14b的深度t1、t2、t3的值能够根据端面倒角14d、14e的形状、尺寸、进一步形成富氮层14b的处理以及精加工的条件等工艺条件而适当变更。

例如，在图11所示的例子中，由于在如上述那样形成了富氮层14b之后，形成凸起部16c的凸起22a，因此富氮层14b的深度t2比其他深度t1、t3小。但是，即使就富氮层14b的深度t2而言，其也成为0.2mm以上，因此在存在凸起22a的情形中适当地确保了富氮层14b的深度。另外，通过变更上述的工序条件，能够上述的富氮层14b的深度t1、t2、t3的值的大小关系进行适当变更。

关于图9所示的内圈12以及外圈13中的富氮层12b、13b，也是从其最外表面(轨道面)到富氮层12b、13b的底部为止的距离即富氮层12b、13b的厚度为0.2mm以上。这里，富氮层12b、13b的厚度是指，在相对于富氮层12b、13b的最外表面垂直方向上的距富氮层12b、13b的底部的距离。

[富氮层的结晶组织]

在图13中示出了本实施方式的圆锥滚子轴承的轴承构成部件的富氮层中的显微组织。在本实施方式中，富氮层中的原奥氏体结晶颗粒直径就jis标准的粒度编号而言是10以上，与以往一般的淬火加工品相比进行了充分地细微化。具体而言，在本实施方式的富氮层的显微组织中，原奥氏体结晶粒的颗粒直径能够与图17所示的由以往的淬火方法得到的显微组织相比设为2分之1以下。由此，能够使寿命针对滚动疲劳较长，且使破裂强度提高，也使经年尺寸变化率减少。

对富氮层的特性的测定方法进行说明。

[从最外表面到富氮层的底部为止的距离的测定方法]

关于内圈12以及外圈13，针对在上述的氮浓度的测定方法中作为测定对象的剖面，从表面朝深度方向测定硬度分布。作为测定装置，可以使用维氏硬度测定仪。关于内圈12以及外圈13，在沿深度方向排列的多个测定点、例如以0.5mm间隔配置的测定点处实施硬度测定。而且，将维氏硬度为hv450以上的区域设为富氮层。

关于圆锥滚子14，在图9所示的第一测定点31处的剖面，如上述那样测定深度方向上的硬度分布，并确定富氮层的区域。

[粒度编号的测定方法]

原奥氏体结晶颗粒直径的测定方法使用由jis标准g0551：2013规定的方法。进行测定的剖面设为在对距富氮层的底部的距离测定的测定方法中测定过的剖面。

接下来，参照图10～图12对凸起形状的详细内容进行说明。图12是表示凸起形状的一例的y-z坐标图。在图10、图11所示的圆锥滚子14的凸起部16b、16c形成的凸起的形状是由对数曲线形成的凸起，并如以下那样规定。即，在将圆锥滚子14的滚动面16的母线设为y轴，并将与母线正交的方向设为z轴的y-z坐标系中，在将k1、k2、zm设为设计参数，将q设为载荷，将l设为圆锥滚子的滚动面16的有效接触部的母线方向长度，将e’设为等价弹性系数，将a设为在圆锥滚子的滚动面的母线上选取的从原点到有效接触部的端部的长度，并设为a＝2k1q/πle’时，凸起的下降量的和由下述的式(2)表示。

[数2]

图12是表示对数凸起形状的一例的y-z坐标图。在下述的y-z坐标系中，示出由上述式(2)表示的凸起的一例，即该y-z坐标系将圆锥滚子14的母线设为y轴，在位于圆锥滚子14的母线上并且是内圈12或者外圈13与圆锥滚子14的有效接触部的中央部选取原点o，并且在与母线正交的方向(半径方向)上选取z轴。在图12中，纵轴是z轴，横轴是y轴。有效接触部是圆锥滚子12在未形成凸起的情况下的与内圈12或者外圈13接触的接触部位。另外，圆锥滚子14的各凸起通常关于通过有效接触部的中央部的z轴形成为线对称，因此在图12中仅示出了一侧的凸起22a。

载荷q、有效接触部的母线方向长度l以及等价弹性系数e’被作为设计条件而赋予，从原点到有效接触部的端部为止的长度a是根据原点的位置而确定的值。

在上述式(2)中，z(y)表示圆锥滚子14的母线方向位置y中的凸起22a的下降量，凸起22a的起点o1的坐标是(a-k2a，0)，因此式(2)中的y的范围是y＞(a-k2a)。另外，从原点o到凸起22a的起点o1为止的区域是未形成有凸起的中央部(笔直部)，因此在0≤y≤(a-k2a)时，成为z(y)＝0。

设计参数k1是指载荷q的倍率，在几何学上是指凸起22a的曲率的程度。设计参数k2是指凸起22a的母线方向长度ym相对于从原点o到有效接触部的端部为止的母线方向长度a的比率(k2＝ym/a)。设计参数zm是指有效接触部的端部处的下降量、即凸起22a的最大下降量。

作为设计参数k1、k2、zm的最佳化方法，可以采用各种方法，例如可以采用rosenbrock法等直接搜索法。这里，圆锥滚子的滚动面中的表面起点的损伤取决于面压力，因此，通过将最佳化的目的函数设为面压力，能够获得对极严苛的润滑状态下的接触面的油膜断开进行防止的凸起。

如图10～图12所示，本实施方式的圆锥滚子14的滚动面16包括母线方向的中央部分的笔直部16a与两端部的凸起部16b、16c，凸起部16b、16c形成为对数凸起。但是，笔直部16a采用除了直线状之外，还包括存在下降量为几μm左右的凸起的大概直线状的形状的意思。

本实施方式中的圆锥滚子14的凸起部16b的凸起22a设为由上述的式(2)求出的对数凸起。但是，并不限定于上述的式(2)，也可以使用其他对数凸起式来求出对数曲线。

圆锥滚子14的凸起形状能够通过任意的方法测定。例如，也可以利用表面性状测定仪测定圆锥滚子14的凸起形状。

接下来，对圆锥滚子轴承的制造方法进行说明。图14是用于说明图1所示的圆锥滚子轴承的制造方法的流程图。图15是表示图14的热处理工序中的热处理模式的示意图。图16是表示图15所示的热处理模式的变形例的示意图。图17是对由以往的热处理方法得到的轴承构成部件的显微组织、特别是原奥氏体结晶晶界进行图解的示意图。

如图14所示，首先，实施部件准备工序s100。在该工序中，准备内圈12、外圈13、圆锥滚子14、保持器15(参照图1)等轴承构成部件的中间部件。在应该成为圆锥滚子14的中间部件还未形成凸起，该中间部件的表面成为图11的虚线所示的精加工前表面14e。

之后，实施热处理工序s200。在该工序中，为了确保上述的轴承构成部件的特性，而实施规定的热处理。例如，为了在内圈12、外圈13、圆锥滚子14中的至少一方形成富氮层12b、13b、14b，而进行渗碳氮化处理或氮化处理、以及淬火处理、回火处理等。在图15中示出了该工序s200中的热处理模式的一例。图15表示示出了进行一次淬火以及二次淬火的方法的热处理模式。图16表示示出了在淬火中途将材料冷却为小于a1变态点温度之后，进行再加热并进行最终淬火的方法的热处理模式。在图15、图16中，在处理t1中，使碳或者氮向钢的基体扩散，而且充分地行碳的溶入，然后冷却至小于a1变态点。接下来，在图中的处理t2中，再加热至比处理t1低的温度，然后施以油淬火。之后，例如，实施加热温度180℃的回火处理。

根据上述的热处理，与普通淬火、即在渗碳氮化处理之后直接进行一次淬火相比，能够在对轴承构成部件的表层部分进行渗碳氮化的同时提高破裂强度，减少经年尺寸变化率。根据上述的热处理工序s200，在成为淬火组织的富氮层12b、13b、14b中，能够获得图13所示那样的显微组织，在该显微组织中，原奥氏体结晶粒的颗粒直径与图17所示的以往的淬火组织中的显微组织相比，成为2分之1以下。实施上述的热处理而得到的轴承构成部件能够使得寿命针对滚动疲劳较长，且使破裂强度提高，也使经年尺寸变化率减少。

接下来，实施加工工序s300。在该工序中，进行精加工(例如磨削加工，超精加工)，以成为各轴承构成部件的最终形状。如图10、11所示，关于圆锥滚子14，其形成有凸起22a，且该圆锥滚子14的包含凸起部16b、16c在内的滚动面16以及小端面14a、大端面14b被精加工为最终形状。

最后，实施组装工序s400。在该工序中，通过如上述那样准备并组装轴承构成部件，从而获得图1所示的圆锥滚子轴承1。如此一来，制造出本实施方式的圆锥滚子轴承1。

对于本实施方式的圆锥滚子轴承而言，对其圆锥滚子的滚动面施以对数凸起，并将内圈以及外圈的轨道面设为笔直形状或者平缓的单一圆弧的全凸起形状。基于图7以及图8具体地对内圈的轨道面的母线方向的形状进行说明。图7a是表示内圈的详细形状的纵剖视图，图7(b)是将图7(a)的d部放大后的图，图9是表示图8的内圈的轨道面的母线方向的形状的示意图。在图7a、图7b中，由双点划线表示圆锥滚子的大端面侧的一部分轮廓。

如图7a、图8所示，内圈12的轨道面12a形成为平缓的单一圆弧的全凸起形状，并与磨削避让部12f、12g相连。平缓的单一圆弧的全凸起的曲率半径rc是在轨道面12a的两端产生5μm左右的下降量的极大的曲率半径。如图7a所示，在内圈12的轨道面12a设置有磨削避让部12f、12g，因此轨道面12a的有效轨道面宽度成为lg。

如图7b所示，在大凸缘面12e的半径方向的外侧形成有与大凸缘面12e平滑地连接的避让面12h。通过在避让面12h与圆锥滚子14的大端面14b之间形成的楔形间隙，能够提高润滑油的引入作用，从而形成充足的油膜。对于内圈12的轨道面12a的母线方向的形状，例示了平缓的单一圆弧的全凸起形状，但是并不限定于此，也可以设为笔直形状。

以上，说明了内圈12的轨道面12a的母线方向的形状，而外圈13的轨道面13a的母线方向的形状也是同样的，因此省略说明。

作为本实施方式的圆锥滚子轴承的有利结构，说明了如下结构，即，内圈12、外圈13以及圆锥滚子14由高碳铬轴承钢(例如suj2材)形成，且对内圈12、外圈13、圆锥滚子14中的至少一个轴承构成部件实施了用于形成富氮层的热处理，但是并不限定于此，也可以是，内圈12以及外圈13设为铬钢(例如scr435)或者铬钼钢(例如scm435)等渗碳钢，且应用以往存在的渗碳淬火回火作为热处理。

最后，作为本实施方式的圆锥滚子轴承的优选用途，基于图18以及图19对机动车用变速器以及机动车用差速器的概要进行说明。即，本实施方式的圆锥滚子轴承1是机动车用圆锥滚子轴承。图18是机动车用变速器的主要部分的纵剖视图，图19是机动车用差速器的纵剖视图。

在图18中，示出将本实施方式的圆锥滚子轴承1用作将机动车的变速器30的旋转轴(这里为输入轴31以及输出轴32)支承为旋转自如的滚动轴承的例子。该变速器30具有对发动机的旋转进行输入的输入轴31、与输入轴31平行地设置的输出轴32、从输入轴31向输出轴32传递旋转的多个齿轮列33、以及在这些齿轮列33与输入轴31或者输出轴32之间组装的多个离合器(省略图示)，通过使该离合器选择性地接合来切换所使用的齿轮列33，由此，使从输入轴31向输出轴32传递的旋转的变速比发生变化。输出轴32的旋转向输出齿轮(省略图示)输出，该输出齿轮的旋转向差速器(省略图示)传递。差速器具有与变速器30的输出齿轮啮合的齿圈(省略图示)，并将从输出齿轮向齿圈输入的旋转向左右的车轮分配并传递。输入轴31与输出轴32分别被圆锥滚子轴承1支承为旋转自如。圆锥滚子轴承1的润滑通过由齿轮的旋转使贮存在壳体34内的润滑油溅起而产生的润滑油的飞沫来进行。

接下来，基于图19对差速器进行说明。图19是一般的机动车的差速器的纵剖视图。驱动小齿轮轴101收容于差速器箱100的输入侧，并被一对圆锥滚子轴承15、16支承为旋转自如。驱动小齿轮轴101一体地设置有与连杆齿轮(减速大齿轮)103啮合的驱动小齿轮(减速小齿轮)104。

连杆齿轮103连结于差动齿轮箱105，差动齿轮箱105被一对圆锥滚子轴承17、18支承为相对于差速器箱100旋转自如。在差动齿轮箱105的内部分别配设有一对小齿轮106以及与所述一对小齿轮啮合的一对侧齿轮107。小齿轮106装配于小齿轮轴108，侧齿轮107装配于差动齿轮箱105。在侧齿轮107的内径部连结(花键连结等)有左右的驱动轴(省略图示)。本发明的实施方式的圆锥滚子轴承是上述的圆锥滚子轴承15～18。驱动转矩在驱动小齿轮104→连杆齿轮103→差动齿轮箱105→小齿轮106→侧齿轮107→驱动轴这样的路径中传递。

自不待言的是，本发明不受前述的实施方式任何限定，而在不脱离本发明主旨的范围内，可以进一步以各种方式实施，本发明的范围由技术方案的范围表示，而且包括与技术方案的范围的记载等同的含义以及范围内的所有变更。

附图标记说明

1圆锥滚子轴承

12内圈

12b富氮层

12a轨道面

12b小凸缘部

12c大凸缘部

12d小凸缘面

12e大凸缘面

12h避让面

13外圈

13b富氮层

13a轨道面

14圆锥滚子

14b富氮层

14a小端面

14b大端面

15保持器

16滚动面

16a笔直部

16b凸起部

16c凸起部

22a凸起

24a凸起

lg有效轨道面宽度

lw有效滚动面宽度

ov顶点

r设定曲率半径

ractual实际曲率半径

rbase基本曲率半径

t1富氮层的深度

t2富氮层的深度

t3富氮层的深度。