JP2004251321A - 転がり軸受の固定構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボルトなどの固定用部材に直接軸方向荷重がかかることを防止できる転がり軸受の固定構造を提供する。
【解決手段】本発明にかかる転がり軸受１０の固定構造は、前蓋２０と後蓋２１とテーパリング２４とこのテーパリング２４の外径面２４ｂに取り付けられた案内リング２２とを備え、軸１の軸端部２の外径面２ａが前蓋２０に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、テーパリング２４の内径面２４ａが前蓋２０に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、ボルト２６が前蓋２０の貫通孔２３を介してテーパリング２４に形成されたネジ穴２５に締め回されることでテーパリング２４が前蓋側に移動しつつ外径側に拡がって、案内リング２２の内径面とテーパリング２４の外径面２４ｂとが締め合わされており、且つ、案内リング２２の一方の軸方向端部が前蓋２０に当接し、他方の軸方向端部が内輪１１に当接している。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明にかかる転がり軸受１０の固定構造は、前蓋２０と後蓋２１とテーパリング２４とこのテーパリング２４の外径面２４ｂに取り付けられた案内リング２２とを備え、軸１の軸端部２の外径面２ａが前蓋２０に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、テーパリング２４の内径面２４ａが前蓋２０に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、ボルト２６が前蓋２０の貫通孔２３を介してテーパリング２４に形成されたネジ穴２５に締め回されることでテーパリング２４が前蓋側に移動しつつ外径側に拡がって、案内リング２２の内径面とテーパリング２４の外径面２４ｂとが締め合わされており、且つ、案内リング２２の一方の軸方向端部が前蓋２０に当接し、他方の軸方向端部が内輪１１に当接している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の車軸を支持する密封転がり軸受（車軸軸受）に適用される転がり軸受の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、鉄道車両の車軸用の転がり軸受の固定構造としては、図８に示すボルトによる固定構造と、図９に示すナットによる固定構造とが挙げられる。
【０００３】
図８に示すボルトによる固定構造において、車軸１５０の軸端部１５１にはボルト穴１５２が軸方向に沿って設けられている。ボルト穴１５２には、ボルト１５３が、前蓋１５４の外側から前蓋１５４の貫通孔１５５を介して螺合されている。転がり軸受１５６は、車軸１５０の軸端部１５１にボルト１５３の螺合によって締め付け固定される。
【０００４】
図９に示すナットによる固定構造において、車軸１６０の軸端部１６１の外径面にはネジ部１６２が設けられている。ネジ部１６２にはナット１６３が螺合されている。転がり軸受１６４は、車軸１６０の軸端部１６１にナット１６３の螺合によって締め付け固定される。
【０００５】
図８，図９に示す転がり軸受１５６、１６４の固定構造では、車軸１５０にボルト穴加工や車軸１６０にネジ部１６２の加工を施す必要があり、車軸１５０又は１６０の超音波探傷検査の妨げになる可能性があった。また、図９の軸受１６４の固定構造では、ネジ部１６２を保護するため、軸端部１６１の材質、熱処理等の加工面での配慮が必要となる。
【０００６】
そこで、上記の問題を解決する固定構造として、従来、図１０に示す車軸用軸受の固定装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
図１０は、車軸用の転がり軸受の固定装置を示す要部断面図である。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６０−２３６８０２号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００８】
図１０に示されるように、車軸用軸受の固定装置は、鉄道車両の車軸用ころ軸受１７０の内輪１７１を、車軸１７２の軸端側（図１０中左側）に設けられた押え部材１７３と、車軸１７２の軸端とは反対側（図１０中右側）に設けられた位置決め部材１７４との間で、締付けボルト１７５の締付けに伴って固定する構造である。
車軸の軸端側外径面には第１固定部材１７８が嵌合されている。第１固定部材１７８には、軸方向に螺設されたねじ孔１７９が形成されている。締付けボルト１７５が前蓋１７６に設けられた貫通孔１７７を介して第１固定部材１７８のネジ孔１７９に螺合される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の車軸用軸受１７０の固定装置では、軸方向荷重が発生すると締付けボルト１７５に直接負荷される可能性があった。図１０に示す車軸用軸受１７０の固定装置の構成では、締付けボルト１７５のサイズを拡大できないため強度の点で改善の余地があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ボルトなどの固定用部材に軸方向荷重が直接かかることを防止できる転がり軸受の固定構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、軸と、軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備え、転がり軸受の内輪を軸に固定する転がり軸受の固定構造であって、軸の軸端部の端面を覆うように設けられ、軸方向に貫通する貫通孔を有する前蓋と、前記軸に形成された段部と、転がり軸受の内輪の軸方向端面との間に設けられた後蓋と、軸の軸端部の外径面に嵌合され、軸方向視断面で分割されたテーパリングと、テーパリングの外径面に取り付けられた案内リングとを備え、軸の軸端部の外径面が前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、テーパリングの内径面が前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、ボルトが前蓋の貫通孔を介してテーパリングに形成されたネジ穴に締め回されることでテーパリングが前蓋側に移動して外径側に拡がって、案内リングの内径面とテーパリングの外径面とが締め合わされており、且つ、案内リングの一方の軸方向端部が前蓋に当接し、他方の軸方向端部が内輪に当接していることを特徴とする転がり軸受の固定構造によって達成される。
【００１１】
こうすれば、軸に軸端部側から軸方向荷重がかかった場合に、この軸方向荷重が、テーパリングの内径面と軸端部の外径面との間に生じた摩擦力、及び、テーパリングの外径面と案内リングの内径面との間に生じた摩擦力によってボルト負担分が軽減される。このため、ボルトに軸方向荷重が直接かかることを抑制することができる。
【００１２】
上記転がり軸受の固定構造において、転がり軸受の外輪に固定された筒状のケースが設けられ、案内リングの外径面とケースとの間にシール手段が設けられていることが好ましい。
こうすれば、シール手段によって転がり軸受をケース内に密封した状態にすることができる。このため、外部から転がり軸受内部への塵埃侵入が防止されるとともに、転がり軸受内部の潤滑剤等の外部への流出が防止される。
また、案内リングの外径面に密封機能を付加しているため、密封機能を備えた部品を別途設ける必要がないため、部品点数の増加を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる転がり軸受の固定構造の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受の固定構造は、鉄道車両などの車軸（軸）１と軸１を回転自在に支持する車軸用の転がり軸受１０とを備えている。
軸１の軸端部（図１中左側端部）２には、軸端側（図１中左側）に向かって外径が徐々に拡大するテーパ形状に形成された外径面２ａが形成されている。また、軸１には段部３が形成されている。
【００１５】
転がり軸受１０は、一対の内輪１１と、外輪１５とを備え、各内輪１１の内径面が軸１の外径面に嵌合することで軸１に固定されている。一対の内輪１１は、内輪間座１４を挟んで軸方向（図１中左右）に配列されている。また、転がり軸受１０は、一対の内輪１１と外輪１５との間に介挿された複数の円筒ころ１７と、複数の円筒ころ１７を転動自在に周方向にそれぞれ間隔をあけて保持する保持器１６とを備えている。
【００１６】
転がり軸受１０における内輪１１の、一方の軸方向端面側（軸端部２側）には、前蓋２０が設けられている。また、内輪１１の、他方の軸方向端面側（軸端部２とは反対側）には、後蓋２１が設けられている。
【００１７】
前蓋２０は、車軸１の軸端部２の端面（図１中左端面）を覆うように設けられている。前蓋２０には軸方向に貫通する貫通孔２３が形成されている。
【００１８】
後蓋２１は、一対の内輪１１における、軸端部２とは反対側（図１中右側）の端面と、車軸１の段部３との間に設けられている。
【００１９】
軸端部２の外径面２ａにはテーパリング２４が嵌合されている。テーパリング２４の内径面２４ａは、軸端部２の外径面２ａに合わせて、軸端部２側に向かって内径面が徐々に拡大するテーパ形状に形成されている。テーパリング２４は、軸方向視断面によって２分割して形成されている。具体的には、テーパリング２４は、内周面２４ａの最小径を軸端部２の外径面２ａの最大径より小さく形成するため２分割して形成される。
また、テーパリング２４の内周面２４ａにはネジ孔２５が軸方向に沿って設けられている。ここで、ネジ孔２５は、前蓋２０の貫通孔２３と軸方向に連通するように形成されている。
【００２０】
テーパリング２４の外径面には案内リング２２が取り付けられている。案内リング２２は、一方の軸方向他端部（図１中左端面）が前蓋２０の内側端面（図１中右側端面）に当接し、他方の軸方向端部（図１中右端面）が車軸用軸受１０の図１中左側の内輪１１の軸方向一端面（図１中左端面）に当接するように配されている。
【００２１】
転がり軸受１０の外輪内径面の両端部には、それぞれ筒状のケース１３の一端が嵌合されることによって固定されている。
これらケース１３の一方（図１中左側）における内面と案内リング２２の外径面２２ａとの間にはシール手段として機能する密封用シール１２が設けられている。
また、ケース１３の他方（図１中右側）における内面と後蓋２１の外周面２１ａとの間にもシール手段として機能する密封用シール１２が介在されている。
【００２２】
このように、ケース１３の内方に密封用シール１２をそれぞれ設けることで、外部から車軸用軸受１０内部への塵埃侵入が防止される。また、転がり軸受１０の内部に密封された潤滑剤が外部へ流出するが防止される。さらに、案内リングの外径面に密封機能を付加しているため、部品点数の増加を抑制することができる。
なお、ケース１３は、外輪１５の外径面両端部にそれぞれ嵌合されることによって固定されてもよい。
【００２３】
本実施形態の転がり軸受１０の固定構造においては、固定用ボルト（ボルト）２６が、前蓋２０の外側（図１中左側）から前蓋２０の貫通孔２３に挿通され、廻り止め座金２７を介して、テーパリング２４のネジ穴２５に締め回されている。固定用ボルト２６を締め付けることによって、テーパリング２４が軸端部２の外径面２ａに沿って軸端部２側（図１中左側）に移動する。ここで、テーパリング２４は分割されているので、軸端部２の径が大きい方へ移動するにつれて外径側に拡がる。つまり、固定用ボルト２６を締め付けることにより、テーパリング２４が外径側に拡がった状態で軸端部２の外径面に嵌合されている。
【００２４】
このとき、テーパリング２４の内径面２４ａと軸端部２の外径面２ａとが互いにテーパ形状で且つ面接触しているため、互いに締め付けあい、テーパリング２４の内径面２４ａと軸端部２の外径面２ａとの間に摩擦力が生じる。
【００２５】
また、テーパリング２４が外径側に拡がっているため、テーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとが互いに締め合わせている。このため、テーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとの間にも摩擦力が生じる。
このため、テーパリング２４は、内径面２４ａ及び外径面２４ｂにおける摩擦力によって軸方向における位置がより強固に固定される。
【００２６】
本実施形態において、車軸１の軸端部２側から軸方向荷重がかかった場合、テーパリング２４の内径面２４ａと外径面２４ｂに生じた摩擦力によって、固定用ボルト２６に直接かかる軸方向荷重を軽減する効果がある。
【００２７】
上記実施形態の効果を確かめるため、上記実施形態の固定構造を用いて、車軸１の軸端部２側に軸方向荷重が発生した際に、固定用ボルト２６にかかる引張り力（ボルト張力）を、図２に示す実験装置３０を用いて測定した。
図２は、固定用ボルトにかかるボルト張力を測定するための実験装置を示す概略断面図であり、図３は、図２の実験装置により測定された軸方向荷重（ｋＮ）に対するボルト張力（Ｎ）の変化を示すグラフであり、図４は、図２の実験装置を用いて測定された固定用ボルトの引張り強度変化を示すグラフである。図４において、縦軸は応力（Ｎ／ｍｍ２）を示し、横軸はｔ（時間）を示している。
【００２８】
図２を参照すると、実験装置３０において、ダミー軸３１には、締め代がなく、ダミー軸３１に対して軸方向に相対移動可能な内輪３２が嵌挿されており、テーパリング３３、案内リング３４及び蓋３５が、上記実施形態と同様の状態に取り付けられ、固定用ボルト３６で締結されている。上記内輪３２をその外方から支持台３７によって支持させた状態で、ダミー軸３１に図中矢印Ｗ方向の軸方向荷重を作用させる。固定用ボルト３６としては、円周等配４箇所に配置された前蓋２０の貫通穴２３のそれぞれに挿通されてテーパリング３３を締め上げる構造のもので、ボルトＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを用いた。そして、各ボルトにおける、軸方向荷重に対するボルト張力の変化を測定した。結果を図３に示す。
【００２９】
図３に示すように、内輪３２が締め代を持たない場合であっても、軸方向荷重の増加に伴う固定用ボルト３６の引張り力（ボルト張力）の変化はほとんど見られなかった。このため、軸方向荷重が直接固定用ボルト３６にかかっていないことがわかった。
【００３０】
また、上述した実験結果から、固定用ボルトの強度と緩みについて検討した。固定用ボルトは、具体的にはＪＩＳ Ｂ １１８０ Ｍ１０−６ｇを使用しており、強度区分は８．８（ＪＩＳ Ｂ １０５１）相当を使用した。固定用ボルトの機械的性質としては、引張り強さが８３０Ｎ／ｍｍ２であり、永久伸び０．２％の耐力が６６０Ｎ／ｍｍ２であり、永久伸びの生じない保証荷重応力が６００Ｎ／ｍｍ２である。
【００３１】
内輪と軸との嵌め合いをタイトとし、上述した固定用ボルト４本をトルク５８．８Ｎ×ｍで締付けた状態で、固定用ボルト４本に軸方向荷重３９ｋＮがかかった場合を想定した。トルク５８．８Ｎ×ｍで締付けた際、固定用ボルトの平均締付け力（軸力）は約２１６００Ｎ、応力は約３８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００３２】
そして、軸方向荷重が負荷された場合には、締付け力（軸力）にほとんど変化はなかった。一方で、軸方向荷重の負荷を除いていった場合には、軸力で約７３５Ｎ、応力にして約１３Ｎ／ｍｍ２が、変動分として固定用ボルトに作用する。
また、案内リング外周面に温度が４８℃→１２０℃→４８℃といったサイクルで繰り返しかかったとした場合、締め付け力（軸力）が最大約８８０Ｎ、応力で約１６Ｎ／ｍｍ２が、変動分として固定用ボルトに作用する。この結果を図４に示す。
図４に示すように、固定用ボルトの強度的問題はないことが確認された。
【００３３】
次に、固定用ボルトの緩みについては、図５に示す実験装置４０を用いて測定した。
すなわち図５は、固定用ボルトの緩み測定のための実験装置を示す概略断面図であり、図６は、図５の実験装置により測定された温度サイクルでのボルト張力変化を示すグラフである。
【００３４】
図５を参照すると、実験装置４０において、軸４１には、内輪４２が嵌挿されており、テーパリング４３、案内リング４４及び蓋４５が、上記実施形態と同様の状態に取り付けられ、歪ゲージ４６付の固定用ボルト４７で締結されている。案内リング４４の外周面４４ａには、バンドヒータ４８が装着される。また、軸４１、テーパリング４３及び案内リング４４には、温度測定用の熱電対４９が挿入される。
【００３５】
固定用ボルト４７の締付けトルクとして、１９．６Ｎ×ｍ、３９．２Ｎ×ｍ、及び５８．８Ｎ×ｍの３種類で測定を行った。また、温度変化条件として、バンドヒータ４８によって案内リング４４の外周面４４ａに温度サイクル４８℃→１２０℃→４８℃として、繰り返し作用させた。その際の固定用ボルト４７の締付け力（軸力）低下を、固定用ボルト４７の歪ゲージ４６によって測定した。
この結果、図６に示すように、実験終了後の固定用ボルト４７の締付け力（軸力）は、締付け時の軸力の約９５％に維持されており、温度変化に起因する固定用ボルト４７の緩みがほとんどないことがわかった。
【００３６】
以上のように上記実施形態の転がり軸受の固定構造によれば、固定用ボルト２６が、前蓋２０の外側（図１中左側）から前蓋２０の貫通孔２３を介して、テーパリング２４のネジ穴２５に螺合されることにより、車軸１の軸端部２のテーパ形状の外径面２ａとテーパリング２４の内径面２４ａとの間、及びテーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとの間に摩擦力が生じる。また、案内リング２２の軸方向両端面が前蓋２０と転がり軸受１０の内輪１１にそれぞれ当接している。
【００３７】
したがって、軸端部２から軸方向荷重がかかった場合でも、固定用ボルト２６の螺合に伴って発生する摩擦力に軸方向荷重が発生した場合でも、当該軸方向荷重をテーパリング２４及び案内リング２２に担持させることができ、固定用ボルト２６に直接軸方向荷重がかかることを抑制することができる。また、温度変化に起因する固定用ボルト２６の緩みを防止することができる。
さらに、案内リング２２の外径側に密封用シール１２を設けることで、部品点数の増加を抑制することができる。
【００３８】
図７に、本発明にかかる第２の実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
本実施形態の転がり軸受の固定構造は、密封円筒転がり軸受５０に適用している他は、第１の実施形態と同様の構成となっている。この構成によっても前述と同様の効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボルトなどの固定用部材に直接軸方向荷重がかかることを防止できる転がり軸受の固定構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である転がり軸受の固定構造を示す要部断面図である。
【図２】固定用ボルトへの引張り力（ボルト張力）測定のための実験装置を示す概略断面図である。
【図３】図２の実験装置により測定されたボルト張力変化を示すグラフである。
【図４】図２の実験装置を用いて測定された固定用ボルトの引張り強度変化を示すグラフである。
【図５】固定用ボルトの緩み測定のための実験装置を示す概略断面図である。
【図６】図５の実験装置により測定された温度サイクルでのボルト張力変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態である転がり軸受の固定構造を示す要部断面図である。
【図８】従来の鉄道車両の車軸用軸受の固定構造の一例を示す要部断面図である。
【図９】従来の鉄道車両の車軸用軸受の固定構造の他の例を示す要部断面図である。
【図１０】特許文献１で開示されている転がり軸受の固定装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 軸（車軸）
２ 軸端部
２ａ テーパ形状の外径面
１０ 車軸用軸受
１１ 内輪
１２ シール手段（密封用シール）
１３ ケース
１４ 内輪間座
１５ 外輪
１６ 保持器
１７ 円筒ころ
２０ 前蓋
２１ 後蓋
２１ａ 外径面
２２ 案内リング
２２ａ 外径面
２２ｂ 内径面
２３ 貫通孔
２４ テーパリング
２４ａ 内径面
２４ｂ 外径面
２５ ネジ穴
２６ 固定用ボルト
２７ 回り止め座金
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の車軸を支持する密封転がり軸受（車軸軸受）に適用される転がり軸受の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、鉄道車両の車軸用の転がり軸受の固定構造としては、図８に示すボルトによる固定構造と、図９に示すナットによる固定構造とが挙げられる。
【０００３】
図８に示すボルトによる固定構造において、車軸１５０の軸端部１５１にはボルト穴１５２が軸方向に沿って設けられている。ボルト穴１５２には、ボルト１５３が、前蓋１５４の外側から前蓋１５４の貫通孔１５５を介して螺合されている。転がり軸受１５６は、車軸１５０の軸端部１５１にボルト１５３の螺合によって締め付け固定される。
【０００４】
図９に示すナットによる固定構造において、車軸１６０の軸端部１６１の外径面にはネジ部１６２が設けられている。ネジ部１６２にはナット１６３が螺合されている。転がり軸受１６４は、車軸１６０の軸端部１６１にナット１６３の螺合によって締め付け固定される。
【０００５】
図８，図９に示す転がり軸受１５６、１６４の固定構造では、車軸１５０にボルト穴加工や車軸１６０にネジ部１６２の加工を施す必要があり、車軸１５０又は１６０の超音波探傷検査の妨げになる可能性があった。また、図９の軸受１６４の固定構造では、ネジ部１６２を保護するため、軸端部１６１の材質、熱処理等の加工面での配慮が必要となる。
【０００６】
そこで、上記の問題を解決する固定構造として、従来、図１０に示す車軸用軸受の固定装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
図１０は、車軸用の転がり軸受の固定装置を示す要部断面図である。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６０−２３６８０２号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００８】
図１０に示されるように、車軸用軸受の固定装置は、鉄道車両の車軸用ころ軸受１７０の内輪１７１を、車軸１７２の軸端側（図１０中左側）に設けられた押え部材１７３と、車軸１７２の軸端とは反対側（図１０中右側）に設けられた位置決め部材１７４との間で、締付けボルト１７５の締付けに伴って固定する構造である。
車軸の軸端側外径面には第１固定部材１７８が嵌合されている。第１固定部材１７８には、軸方向に螺設されたねじ孔１７９が形成されている。締付けボルト１７５が前蓋１７６に設けられた貫通孔１７７を介して第１固定部材１７８のネジ孔１７９に螺合される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の車軸用軸受１７０の固定装置では、軸方向荷重が発生すると締付けボルト１７５に直接負荷される可能性があった。図１０に示す車軸用軸受１７０の固定装置の構成では、締付けボルト１７５のサイズを拡大できないため強度の点で改善の余地があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ボルトなどの固定用部材に軸方向荷重が直接かかることを防止できる転がり軸受の固定構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、軸と、軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備え、転がり軸受の内輪を軸に固定する転がり軸受の固定構造であって、軸の軸端部の端面を覆うように設けられ、軸方向に貫通する貫通孔を有する前蓋と、前記軸に形成された段部と、転がり軸受の内輪の軸方向端面との間に設けられた後蓋と、軸の軸端部の外径面に嵌合され、軸方向視断面で分割されたテーパリングと、テーパリングの外径面に取り付けられた案内リングとを備え、軸の軸端部の外径面が前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、テーパリングの内径面が前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、ボルトが前蓋の貫通孔を介してテーパリングに形成されたネジ穴に締め回されることでテーパリングが前蓋側に移動して外径側に拡がって、案内リングの内径面とテーパリングの外径面とが締め合わされており、且つ、案内リングの一方の軸方向端部が前蓋に当接し、他方の軸方向端部が内輪に当接していることを特徴とする転がり軸受の固定構造によって達成される。
【００１１】
こうすれば、軸に軸端部側から軸方向荷重がかかった場合に、この軸方向荷重が、テーパリングの内径面と軸端部の外径面との間に生じた摩擦力、及び、テーパリングの外径面と案内リングの内径面との間に生じた摩擦力によってボルト負担分が軽減される。このため、ボルトに軸方向荷重が直接かかることを抑制することができる。
【００１２】
上記転がり軸受の固定構造において、転がり軸受の外輪に固定された筒状のケースが設けられ、案内リングの外径面とケースとの間にシール手段が設けられていることが好ましい。
こうすれば、シール手段によって転がり軸受をケース内に密封した状態にすることができる。このため、外部から転がり軸受内部への塵埃侵入が防止されるとともに、転がり軸受内部の潤滑剤等の外部への流出が防止される。
また、案内リングの外径面に密封機能を付加しているため、密封機能を備えた部品を別途設ける必要がないため、部品点数の増加を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる転がり軸受の固定構造の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受の固定構造は、鉄道車両などの車軸（軸）１と軸１を回転自在に支持する車軸用の転がり軸受１０とを備えている。
軸１の軸端部（図１中左側端部）２には、軸端側（図１中左側）に向かって外径が徐々に拡大するテーパ形状に形成された外径面２ａが形成されている。また、軸１には段部３が形成されている。
【００１５】
転がり軸受１０は、一対の内輪１１と、外輪１５とを備え、各内輪１１の内径面が軸１の外径面に嵌合することで軸１に固定されている。一対の内輪１１は、内輪間座１４を挟んで軸方向（図１中左右）に配列されている。また、転がり軸受１０は、一対の内輪１１と外輪１５との間に介挿された複数の円筒ころ１７と、複数の円筒ころ１７を転動自在に周方向にそれぞれ間隔をあけて保持する保持器１６とを備えている。
【００１６】
転がり軸受１０における内輪１１の、一方の軸方向端面側（軸端部２側）には、前蓋２０が設けられている。また、内輪１１の、他方の軸方向端面側（軸端部２とは反対側）には、後蓋２１が設けられている。
【００１７】
前蓋２０は、車軸１の軸端部２の端面（図１中左端面）を覆うように設けられている。前蓋２０には軸方向に貫通する貫通孔２３が形成されている。
【００１８】
後蓋２１は、一対の内輪１１における、軸端部２とは反対側（図１中右側）の端面と、車軸１の段部３との間に設けられている。
【００１９】
軸端部２の外径面２ａにはテーパリング２４が嵌合されている。テーパリング２４の内径面２４ａは、軸端部２の外径面２ａに合わせて、軸端部２側に向かって内径面が徐々に拡大するテーパ形状に形成されている。テーパリング２４は、軸方向視断面によって２分割して形成されている。具体的には、テーパリング２４は、内周面２４ａの最小径を軸端部２の外径面２ａの最大径より小さく形成するため２分割して形成される。
また、テーパリング２４の内周面２４ａにはネジ孔２５が軸方向に沿って設けられている。ここで、ネジ孔２５は、前蓋２０の貫通孔２３と軸方向に連通するように形成されている。
【００２０】
テーパリング２４の外径面には案内リング２２が取り付けられている。案内リング２２は、一方の軸方向他端部（図１中左端面）が前蓋２０の内側端面（図１中右側端面）に当接し、他方の軸方向端部（図１中右端面）が車軸用軸受１０の図１中左側の内輪１１の軸方向一端面（図１中左端面）に当接するように配されている。
【００２１】
転がり軸受１０の外輪内径面の両端部には、それぞれ筒状のケース１３の一端が嵌合されることによって固定されている。
これらケース１３の一方（図１中左側）における内面と案内リング２２の外径面２２ａとの間にはシール手段として機能する密封用シール１２が設けられている。
また、ケース１３の他方（図１中右側）における内面と後蓋２１の外周面２１ａとの間にもシール手段として機能する密封用シール１２が介在されている。
【００２２】
このように、ケース１３の内方に密封用シール１２をそれぞれ設けることで、外部から車軸用軸受１０内部への塵埃侵入が防止される。また、転がり軸受１０の内部に密封された潤滑剤が外部へ流出するが防止される。さらに、案内リングの外径面に密封機能を付加しているため、部品点数の増加を抑制することができる。
なお、ケース１３は、外輪１５の外径面両端部にそれぞれ嵌合されることによって固定されてもよい。
【００２３】
本実施形態の転がり軸受１０の固定構造においては、固定用ボルト（ボルト）２６が、前蓋２０の外側（図１中左側）から前蓋２０の貫通孔２３に挿通され、廻り止め座金２７を介して、テーパリング２４のネジ穴２５に締め回されている。固定用ボルト２６を締め付けることによって、テーパリング２４が軸端部２の外径面２ａに沿って軸端部２側（図１中左側）に移動する。ここで、テーパリング２４は分割されているので、軸端部２の径が大きい方へ移動するにつれて外径側に拡がる。つまり、固定用ボルト２６を締め付けることにより、テーパリング２４が外径側に拡がった状態で軸端部２の外径面に嵌合されている。
【００２４】
このとき、テーパリング２４の内径面２４ａと軸端部２の外径面２ａとが互いにテーパ形状で且つ面接触しているため、互いに締め付けあい、テーパリング２４の内径面２４ａと軸端部２の外径面２ａとの間に摩擦力が生じる。
【００２５】
また、テーパリング２４が外径側に拡がっているため、テーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとが互いに締め合わせている。このため、テーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとの間にも摩擦力が生じる。
このため、テーパリング２４は、内径面２４ａ及び外径面２４ｂにおける摩擦力によって軸方向における位置がより強固に固定される。
【００２６】
本実施形態において、車軸１の軸端部２側から軸方向荷重がかかった場合、テーパリング２４の内径面２４ａと外径面２４ｂに生じた摩擦力によって、固定用ボルト２６に直接かかる軸方向荷重を軽減する効果がある。
【００２７】
上記実施形態の効果を確かめるため、上記実施形態の固定構造を用いて、車軸１の軸端部２側に軸方向荷重が発生した際に、固定用ボルト２６にかかる引張り力（ボルト張力）を、図２に示す実験装置３０を用いて測定した。
図２は、固定用ボルトにかかるボルト張力を測定するための実験装置を示す概略断面図であり、図３は、図２の実験装置により測定された軸方向荷重（ｋＮ）に対するボルト張力（Ｎ）の変化を示すグラフであり、図４は、図２の実験装置を用いて測定された固定用ボルトの引張り強度変化を示すグラフである。図４において、縦軸は応力（Ｎ／ｍｍ２）を示し、横軸はｔ（時間）を示している。
【００２８】
図２を参照すると、実験装置３０において、ダミー軸３１には、締め代がなく、ダミー軸３１に対して軸方向に相対移動可能な内輪３２が嵌挿されており、テーパリング３３、案内リング３４及び蓋３５が、上記実施形態と同様の状態に取り付けられ、固定用ボルト３６で締結されている。上記内輪３２をその外方から支持台３７によって支持させた状態で、ダミー軸３１に図中矢印Ｗ方向の軸方向荷重を作用させる。固定用ボルト３６としては、円周等配４箇所に配置された前蓋２０の貫通穴２３のそれぞれに挿通されてテーパリング３３を締め上げる構造のもので、ボルトＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを用いた。そして、各ボルトにおける、軸方向荷重に対するボルト張力の変化を測定した。結果を図３に示す。
【００２９】
図３に示すように、内輪３２が締め代を持たない場合であっても、軸方向荷重の増加に伴う固定用ボルト３６の引張り力（ボルト張力）の変化はほとんど見られなかった。このため、軸方向荷重が直接固定用ボルト３６にかかっていないことがわかった。
【００３０】
また、上述した実験結果から、固定用ボルトの強度と緩みについて検討した。固定用ボルトは、具体的にはＪＩＳ Ｂ １１８０ Ｍ１０−６ｇを使用しており、強度区分は８．８（ＪＩＳ Ｂ １０５１）相当を使用した。固定用ボルトの機械的性質としては、引張り強さが８３０Ｎ／ｍｍ２であり、永久伸び０．２％の耐力が６６０Ｎ／ｍｍ２であり、永久伸びの生じない保証荷重応力が６００Ｎ／ｍｍ２である。
【００３１】
内輪と軸との嵌め合いをタイトとし、上述した固定用ボルト４本をトルク５８．８Ｎ×ｍで締付けた状態で、固定用ボルト４本に軸方向荷重３９ｋＮがかかった場合を想定した。トルク５８．８Ｎ×ｍで締付けた際、固定用ボルトの平均締付け力（軸力）は約２１６００Ｎ、応力は約３８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【００３２】
そして、軸方向荷重が負荷された場合には、締付け力（軸力）にほとんど変化はなかった。一方で、軸方向荷重の負荷を除いていった場合には、軸力で約７３５Ｎ、応力にして約１３Ｎ／ｍｍ２が、変動分として固定用ボルトに作用する。
また、案内リング外周面に温度が４８℃→１２０℃→４８℃といったサイクルで繰り返しかかったとした場合、締め付け力（軸力）が最大約８８０Ｎ、応力で約１６Ｎ／ｍｍ２が、変動分として固定用ボルトに作用する。この結果を図４に示す。
図４に示すように、固定用ボルトの強度的問題はないことが確認された。
【００３３】
次に、固定用ボルトの緩みについては、図５に示す実験装置４０を用いて測定した。
すなわち図５は、固定用ボルトの緩み測定のための実験装置を示す概略断面図であり、図６は、図５の実験装置により測定された温度サイクルでのボルト張力変化を示すグラフである。
【００３４】
図５を参照すると、実験装置４０において、軸４１には、内輪４２が嵌挿されており、テーパリング４３、案内リング４４及び蓋４５が、上記実施形態と同様の状態に取り付けられ、歪ゲージ４６付の固定用ボルト４７で締結されている。案内リング４４の外周面４４ａには、バンドヒータ４８が装着される。また、軸４１、テーパリング４３及び案内リング４４には、温度測定用の熱電対４９が挿入される。
【００３５】
固定用ボルト４７の締付けトルクとして、１９．６Ｎ×ｍ、３９．２Ｎ×ｍ、及び５８．８Ｎ×ｍの３種類で測定を行った。また、温度変化条件として、バンドヒータ４８によって案内リング４４の外周面４４ａに温度サイクル４８℃→１２０℃→４８℃として、繰り返し作用させた。その際の固定用ボルト４７の締付け力（軸力）低下を、固定用ボルト４７の歪ゲージ４６によって測定した。
この結果、図６に示すように、実験終了後の固定用ボルト４７の締付け力（軸力）は、締付け時の軸力の約９５％に維持されており、温度変化に起因する固定用ボルト４７の緩みがほとんどないことがわかった。
【００３６】
以上のように上記実施形態の転がり軸受の固定構造によれば、固定用ボルト２６が、前蓋２０の外側（図１中左側）から前蓋２０の貫通孔２３を介して、テーパリング２４のネジ穴２５に螺合されることにより、車軸１の軸端部２のテーパ形状の外径面２ａとテーパリング２４の内径面２４ａとの間、及びテーパリング２４の外径面２４ｂと案内リング２２の内径面２２ｂとの間に摩擦力が生じる。また、案内リング２２の軸方向両端面が前蓋２０と転がり軸受１０の内輪１１にそれぞれ当接している。
【００３７】
したがって、軸端部２から軸方向荷重がかかった場合でも、固定用ボルト２６の螺合に伴って発生する摩擦力に軸方向荷重が発生した場合でも、当該軸方向荷重をテーパリング２４及び案内リング２２に担持させることができ、固定用ボルト２６に直接軸方向荷重がかかることを抑制することができる。また、温度変化に起因する固定用ボルト２６の緩みを防止することができる。
さらに、案内リング２２の外径側に密封用シール１２を設けることで、部品点数の増加を抑制することができる。
【００３８】
図７に、本発明にかかる第２の実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
本実施形態の転がり軸受の固定構造は、密封円筒転がり軸受５０に適用している他は、第１の実施形態と同様の構成となっている。この構成によっても前述と同様の効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ボルトなどの固定用部材に直接軸方向荷重がかかることを防止できる転がり軸受の固定構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である転がり軸受の固定構造を示す要部断面図である。
【図２】固定用ボルトへの引張り力（ボルト張力）測定のための実験装置を示す概略断面図である。
【図３】図２の実験装置により測定されたボルト張力変化を示すグラフである。
【図４】図２の実験装置を用いて測定された固定用ボルトの引張り強度変化を示すグラフである。
【図５】固定用ボルトの緩み測定のための実験装置を示す概略断面図である。
【図６】図５の実験装置により測定された温度サイクルでのボルト張力変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態である転がり軸受の固定構造を示す要部断面図である。
【図８】従来の鉄道車両の車軸用軸受の固定構造の一例を示す要部断面図である。
【図９】従来の鉄道車両の車軸用軸受の固定構造の他の例を示す要部断面図である。
【図１０】特許文献１で開示されている転がり軸受の固定装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１ 軸（車軸）
２ 軸端部
２ａ テーパ形状の外径面
１０ 車軸用軸受
１１ 内輪
１２ シール手段（密封用シール）
１３ ケース
１４ 内輪間座
１５ 外輪
１６ 保持器
１７ 円筒ころ
２０ 前蓋
２１ 後蓋
２１ａ 外径面
２２ 案内リング
２２ａ 外径面
２２ｂ 内径面
２３ 貫通孔
２４ テーパリング
２４ａ 内径面
２４ｂ 外径面
２５ ネジ穴
２６ 固定用ボルト
２７ 回り止め座金
Claims (2)
- 軸と、該軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備え、該転がり軸受の内輪を前記軸に固定する転がり軸受の固定構造であって、
前記軸の軸端部の端面を覆うように設けられ、軸方向に貫通する貫通孔を有する前蓋と、
前記軸に形成された段部と、転がり軸受の内輪の軸方向端面との間に設けられた後蓋と、
前記軸の軸端部の外径面に嵌合され、軸方向視断面で分割されたテーパリングと、
前記テーパリングの外径面に取り付けられた案内リングとを備え、
前記軸の軸端部の外径面が前記前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、前記テーパリングの内径面が前記前蓋に向かって径が大きくなるように形成されたテーパ形状であり、ボルトが前記前蓋の前記貫通孔を介して前記テーパリングに形成されたネジ穴に締め回されることで前記テーパリングが前蓋側に移動しつつ外径側に拡がって、前記案内リングの内径面と前記テーパリングの外径面とが締め合わされており、且つ、前記案内リングの一方の軸方向端部が前記前蓋に当接し、他方の軸方向端部が前記内輪に当接していることを特徴とする転がり軸受の固定構造。 - 前記転がり軸受の外輪に固定された筒状のケースが設けられ、前記案内リングの外径面と前記ケースとの間にシール手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受の固定構造。
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