JP2006214516A

JP2006214516A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2006214516A
Application number: JP2005028012A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ueno; 正典上野; Shiro Ishikawa; 司郎石川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】高速回転下において、軸受軌道面の潤滑に必要なグリース供給を維持しつつ、軸受回転時の温度上昇を抑制するのに最適なグリース量を封入した密封式転がり軸受を提供する。
【解決手段】鉄道用車両の主軸を支持する転がり軸受は、内輪と、外輪と、複列に配置された円錐ころと、保持器と、密封部材とを備える複列円錐ころ軸受である。軸受内部には封入されるグリース量の軸受内部全空間体積に対する体積割合は２５〜３５％である。
【選択図】図２

Description

この発明は、転がり軸受、特に、鉄道車両車軸を支持する密封式転がり軸受に関するものである。

従来から、鉄道車両の車軸を支持する軸受として密封式の転がり軸受が用いられている。この密封式転がり軸受は、代表的な構成として、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された転動体と、軸受内部を密封する密封シールとを備え、潤滑剤としてグリースを用いる密封式複列円錐ころ軸受等が知られている。

鉄道車両の車軸のような高速回転軸を支持する軸受は、グリース封入量が多いと、軸受の回転による攪拌抵抗が軸受の温度上昇の大きな原因となる。その結果、グリースの劣化が促進され、グリースの軟化による漏洩を引き起こす可能性がある。さらには、軸受材料の許容温度を超えて、軸受の破損を招く危険性がある。

一方で、グリース封入量が必要量未満である場合には、潤滑不良による軸受の破損を引き起こす可能性がある。

そこで、鉄道車両の車軸を支持する密封式軸受において、潤滑剤として使用するグリースの適正な封入量については、例えば、特開２００２−１３９０５４号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報によると、軸受の潤滑性を維持しつつ、グリースの攪拌抵抗に起因する軸受の温度上昇を抑制するために好適なグリース封入量は、軸受の全動空間容積の２５〜４０％であると記載されている。なお、一般に「動空間体積」とは、軸受回転時に転動体および保持器が通過する軌跡の体積を指すものとされている。

上記公報の記載によれば、グリース封入量が２５％未満とすると、グリース不足による軸受の潤滑不良を起こす危険性が高い。一方、グリース封入量が４０％を越えると、軸受回転時の攪拌抵抗が増大し、軸受の温度上昇が大きくなる。
特開２００２−１３９０５４号公報

将来、鉄道車両の更なる高速化が予想され、これに伴い、車軸を支持する軸受の回転速度も高くなる。そして、上記公報に記載されたグリース量と同等量のグリースを高速回転下で使用される軸受に封入すると、高速回転に伴って攪拌抵抗が増大し、軸受の温度上昇が大きくなる。

また、従来以上に、グリース封入量の多少が軸受の潤滑性および温度上昇に与える影響は大きくなるので、適正なグリース封入量を正確に算出する必要が生じる。

そこで、本発明の目的は、高速回転下において、軸受軌道面の潤滑に必要なグリース供給を維持しつつ、軸受回転時の温度上昇を抑制し、軸受の発熱、潤滑剤の劣化に起因する不具合を防止するのに最適なグリース量を封入した密封式転がり軸受を提供することである。

この発明に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された転動体と、軸受内部を密封する密封部材とを備える。この転がり軸受は、軸受内部に封入されるグリースの体積が、軸受内部全空間体積に対して２５〜３５％であることを特徴とする。

上記構成とすることにより、軸受軌道面の潤滑に必要なグリース供給を維持しつつ、軸受回転時の攪拌抵抗による温度上昇を抑制することができる。その結果、高速回転する車両用車軸等を支持するのに好適な転がり軸受を得ることができる。

なお、本明細書で「軸受内部全空間体積」とは、内輪と、外輪と、密封部材とにより閉じられた空間の体積から、転動体および保持器の体積を除いた体積を指すものとする。

転がり軸受は、例えば、ｄｎ値２３．０×１０^４を超える高速回転条件で使用される。上記構成の転がり軸受は、高速回転下での使用に適している。したがって、ｄｎ値２３．０×１０^４を超える高速回転下で使用することにより、軸受の潤滑性能および温度上昇の観点から有利な効果が期待できる。

なお、本明細書中で「ｄｎ値」とは、軸受の内径（ｍｍ）に回転軸の回転数（ｒｐｍ）を乗じた値で、軸受の許容回転数を示すものとする。

好ましくは、グリースは、基油の動粘度が３５〜１２０ｍｍ^２／ｓである。グリースは、軸受の回転時には基油の粘度に近づくので、基油の動粘度が低いとグリース漏れを引き起こし、基油の粘度が高いと攪拌抵抗の増大による温度上昇を引き起こす恐れがある。そこで、高速回転する車両用車軸等を支持する転がり軸受に使用するグリースとして、基油の動粘度が３５〜１２０ｍｍ^２／ｓであることが望ましい。

なお、「動粘度」とは、グリースの粘度係数を密度で除したものをいい、本明細書中では４０℃での動粘度を指すものとする。

グリースは、例えば、リチウム石鹸系の増ちょう剤を含むものを使用することが好ましい。リチウム石鹸系増ちょう剤は耐熱性に優れているので、高速回転する車両用車軸等を支持する転がり軸受に使用するグリースとして好適である。

グリースは、例えば、ウレア系の増ちょう剤を含むものを使用することが好ましい。ウレア系増ちょう剤は、石鹸系増ちょう剤と異なり、基油の酸化劣化を促進する金属成分が含まれていないため、高温安定性に優れており、高速回転する車両用車軸等を支持する転がり軸受に使用するグリースとして好適である。

本発明により、高速回転下においても、軸受軌道面の潤滑に必要なグリース供給を維持しつつ、軸受回転時の温度上昇を抑制し、軸受の発熱、潤滑剤の劣化に起因する不具合を防止する転がり軸受を得ることができる。

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る転がり軸受を説明する。鉄道車両用主軸１０を支持する転がり軸受は、２つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に複列に配置された円錐ころ４とを備える複列円錐ころ軸受１である。円錐ころ４は、各列に別個に設けられた保持器５によりその間隔が保持されている。

軸受両端部は、シールケース７およびオイルシール８により密封されており、さらに、密封部材としてのオイルシール仕切り板６により仕切られている。軸受内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている。封入量は、軸受内部全空間体積に対して２５〜３５％である。

上記構成とすることにより、軸受軌道面の潤滑に必要なグリース供給を維持しつつ、軸受回転時の攪拌抵抗による温度上昇を抑制することができる。その結果、ｄｎ値が２３．０×１０^４を超えるような高速回転する車両用車軸等を支持するのに好適な転がり軸受を得ることができる。

なお、グリースには、例えば、基油の動粘度が３５〜１２０ｍｍ^２／ｓのものを用いる。グリースは、軸受の回転時には基油の粘度に近づくので、基油の動粘度が低いとグリース漏れを引き起こし、基油の粘度が高いと攪拌抵抗の増大による温度上昇を引き起こす恐れがあるからである。

また、グリースには、例えば、耐熱性に優れるリチウム石鹸系の増ちょう剤を使用する。高温下でのグリースの劣化を防ぐためである。

さらには、ウレア系の増ちょう剤を使用してもよい。ウレア系増ちょう剤は、石鹸系増ちょう剤と異なり、基油の酸化劣化を促進する金属成分が含まれていないため、高温安定性に優れており、高速回転する車両用車軸等を支持する転がり軸受に使用するグリースとして好適である。

図１に示すような構成の複列円錐ころ軸受１について、軸受へのグリース封入量を変化させた場合の軸受軌道面へのグリース供給状況を観察すると共に、グリース封入量および軸受回転数を変化させた場合の軸受の温度変化を確認する試験を実施した。

試験条件は、以下の通りである。また、本試験結果を表１および図２に示す。

軸受回転速度［ｄｎ値］：２６×１０^４，３１×１０^４，３５×１０^４
グリース封入割合［％］：１５，２０，２５，３０，３５，４０
軸受許容温度［℃］：１２０

表１は、上記の試験条件における、軸受内部全空間体積に対する封入グリース割合と、軸受温度および軌道輪へのグリース供給状況を示す表である。これによると、上記回転試験の結果より、グリース封入量が２０％以下では、軸受軌道輪に十分なグリースの供給がなされていなかった。したがって、グリース封入量が２０％以下の軸受では、潤滑不良を引き起こす危険性があることが確認された。

また、図２によると、ｄｎ値が３１×１０^４以上の高速回転下においては、グリース封入量が４０％以上で軸受温度が許容温度である１２０℃を上回った。したがって、高速回転軸を支持する軸受において、グリース封入量を４０％以上とすると、軸受の回転に伴う攪拌抵抗により軸受の温度が許容温度を超え、グリースの劣化および軸受の破損の危険性があることが確認された。

上記の結果より、高速回転下で使用される軸受への適正なグリース封入量は、軸受内部全空間体積に対して２５〜３５％であることが確認された。

また、軸受内部の体積を表す方法としては、「全空間体積」、「静止空間体積」、および、「動空間体積」がある。

ここで、「全空間体積」とは、図３（ａ）において斜線で示すように内輪１２と、外輪１３と、オイルシール仕切り板１６とにより閉じられた空間の体積から、円錐ころ１５および保持器１６の体積を除いた体積を指すものとする。

「静止空間体積」とは、図３（ｂ）において斜線で示すように内輪２２と、外輪２３と、オイルシール仕切り板２６とにより閉じられた空間体積のうち、軸受回転時に円錐ころ２５および保持器２６が通過しない空間の体積を指すものとする。

また、「動空間体積」とは、図３（ｃ）において斜線で示すように軸受回転時に円錐ころ３５および保持器３６が通過する軌跡の体積で、円錐ころ３５および保持器３６自体の体積を含む体積を指すものとする。

そこで、本件発明により適正とされたグリース量の、上記の３つの体積に対する体積割合を算出した。なお、算出条件は以下の通りである。

使用軸受：複列円錐ころ軸受（ＮＴＮ社製）
軸受体積：１０６３．３ｃｍ^３（全空間），６９８．２ｃｍ^３（静止空間），１５８５．２ｃｍ^３（動空間）
これによると、全空間体積に対するグリース封入量の体積割合は、２８．１％〜３１．３％であるのに対し、静止空間では、４３．０％〜４７．７％，動空間では、１８．９％〜２１．０％との結果を得た。

以上の結果より、高速回転下におけるグリース封入量の適正値は、従来適正とされていたグリース封入量（例えば、特開２００２−１３９０５４号公報（特許文献１）に記載されているように、軸受の動空間体積に対するグリース量の体積割合が２５％〜４０％）よりも、少ないことが確認された。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、高速回転軸を支持する密封式転がり軸受に有利に利用される。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す図である。本発明の効果確認試験における、軸受回転数と軸受温度の関係を示す図である。軸受の「全空間」、「静止空間」、および、「動空間」の範囲を示した図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１複列円錐ころ軸受、２，１２，２２，３２内輪、３，１３，２３，３３外輪、４，１４，２４，３４円錐ころ、５，１５，２５，３５保持器、６，１６，２６，３６オイルシール仕切り板、７，１７，２７，３７シールケース、８，１８，２８，３８オイルシール、１０，２０，３０，４０鉄道車両用車軸。

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された転動体と、軸受内部を密封する密封部材とを備える転がり軸受において、
軸受内部に封入されるグリースの体積が、軸受内部全空間体積に対して２５〜３５％であることを特徴とする、転がり軸受。
前記転がり軸受は、ｄｎ値２３．０×１０^４を超える高速回転条件で使用される、請求項１に記載の転がり軸受。
前記グリースは、基油の動粘度が３５〜１２０ｍｍ^２／ｓである、請求項１または２に記載の転がり軸受。
前記グリースは、リチウム石鹸系の増ちょう剤を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
前記グリースは、ウレア系の増ちょう剤を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。