JP2006316825A - 転がり軸受および電動機主軸支持構造 - Google Patents

転がり軸受および電動機主軸支持構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 高い潤滑性および密封性を維持しつつ、少ない部品点数で取扱性に優れた転がり軸受を提供する。
【解決手段】 円筒ころ軸受２１は、内輪２２ａおよび内輪２２ａの一方側端面に隣接する間座２２ｂを含む内輪部材２２と、内輪部材２２と軸方向幅が同一の外輪２３と、内輪２２ａおよび外輪２３の間に配置された転動体としての円筒ころ２４と、円筒ころ２４の間隔を保持する保持器２５と、内輪部材２２および外輪２３の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材としての密封シール２６とを備える円筒ころ軸受２１である。
【選択図】 図４

Description

この発明は、転がり軸受、特に、軌道輪に絶縁層を有する鉄道車両主電動機用軸受に関するものである。
従来、鉄道車両主電動機に用いられる軸受は、円筒ころ軸受や深溝玉軸受が用いられている。例えば、図１に示すような円筒ころ軸受１は、内輪２ａおよび内輪２ａに隣接する間座２ｂを含む内輪部材２と、外輪３と、内輪２ａおよび外輪３の間に配置された転動体としての円筒ころ４と、円筒ころ４の間隔を保持する保持器５とを備え、軸箱７に固定されている。
鉄道車両主電動機に使用される円筒ころ軸受１は、電食による軸受の損傷を防止するために、外輪３の外径面に絶縁被膜３ａが形成されている。絶縁被膜３ａは、セラミックス等を溶射することにより形成する。
また、円筒ころ軸受１は、潤滑剤としてグリースを使用する。しかし、一般的に使用される円筒ころ軸受１において、内輪２ａの軸方向幅ｗと、内輪２ａの内径寸法ｄとの関係は、０．２≦ｗ／ｄ≦１．１であり、軸受内部空間のみでは十分なグリースを封入できない。そこで、軸受両端を開放し、グリースポケット６ａを有する蓋６により軸受を密封する。さらに、蓋６と間座２ｂとは、グリースの漏洩および塵埃の侵入を防止するためにラビリンスを形成する。
上記構成のような周辺部材にグリースポケットを設けた軸受の場合、グリースの封入作業は、軸受の組み込み後にエンドユーザによって行われる。しかし、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を引き起こし、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ので、軸受出荷時に、予め適正量のグリースを封入した軸受を提供することが望まれる。
そこで、予め適正量のグリースを封入して提供可能な軸受が、特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）に記載されている。同公報には、図２に示すように、軸方向幅が長い内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された円筒ころ１４と、円筒ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、グリースを軸受内部に封入する断面形状がＬ字型の密封シール１６とを備える。密封シール１６は、芯金１６ａを絶縁性樹脂１６ｂで覆っている。また、外輪１３の外径面に絶縁被膜が形成されている。
このように、円筒ころ軸受１１は、内輪１２の軸方向幅を広げることにより、軸受内部に十分な量のグリースを封入可能な軸受内部空間を確保している。また、密封式軸受とすることにより、予め適正量のグリースを封入して提供することが可能となる。
特開２００３−１３９７１号公報
図１に示したような円筒ころ軸受１は、グリースポケット６ａおよびラビリンスを形成するために、間座２ｂや蓋６等、多くの複雑な形状の周辺部材を必要とする。部品点数が多いと、製造コストおよび軸受組み込み時の作業工数が増大する。
また、図２に示したような円筒ころ軸受１１は、屋外で使用される鉄道車両主電動機に使用されるので、密封シールによっても塵埃の侵入を完全に阻止することは難しい。そのため、更なる密封性の向上が望まれている。
さらに、円筒ころ軸受１１は、内輪１２と外輪１３との軸方向幅が異なるので、梱包する場合に外輪１３がずれて密封シール１６が破損する危険性がある。そこで、図３に示すように外輪１３をずれ防止用リング１７により、内輪１２と同一幅にして梱包する必要がある。
そこで、この発明の目的は、高い潤滑性および密封性を維持しつつ、少ない部品点数で取扱性に優れた転がり軸受を提供することである。また、そのような軸受を電動機主軸支持用の軸受として使用することにより、メンテナンス周期を延伸した電動機主軸支持構造を提供することを目的とする。
この発明に係る転がり軸受は、内輪および内輪に隣接する間座を含む内輪部材と、内輪部材と軸方向幅が同一の外輪と、内輪および外輪の間に配置された転動体と、内輪部材および外輪の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材とを備える。
上記構成の転がり軸受は、密封シールのコの字部分にグリースポケットを有しており、軸受内部空間にグリースを封入できる。その結果、周辺構造にグリースポケットを設ける必要がなく、軸受の組み込みに必要な部品点数を削減することができる。また、グリースポケットを軸受内部に形成することにより、周辺構造を簡素化することができる。さらに、内輪部材と外輪との軸方向幅を同一とすることにより、搬送時の梱包が容易となる。なお、本明細書中「軸受内部空間」とは、内輪部材と、外輪と、密封シールとにより形成される閉じた空間を指すものとする。
好ましくは、内輪部材と密封部材とは、ラビリンスを形成するとよい。これにより、軸受の密封性が高まるので、グリースの漏洩および塵埃の侵入を有効に防止することができる。その結果、グリースの潤滑寿命が長くなるので、軸受のメンテナンス周期を延伸することが可能となる。
好ましくは、内輪部材の内径ｄと、内輪部材の軸方向幅ｗとは、１．１＜ｗ／ｄ≦３．０の関係を有するとよい。これにより、十分な量のグリースを封入可能な軸受内部空間を確保することができる。
外輪の外径面には、絶縁被膜が形成されている。または、内輪部材の内径面には、絶縁被膜が形成されている。これにより、鉄道車両用電動機の主軸等を支持する軸受として使用しても、電食による軸受の損傷を防止することができる。
この発明に係る電動機主軸支持構造は、軸と、軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備える。転がり軸受に注目すると、内輪および内輪に隣接する間座を含む内輪部材と、内輪部材と軸方向幅が同一の外輪と、内輪および外輪の間に配置された転動体と、内輪部材および外輪の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材とを備えることを特徴とする。
上記構成とすることにより、予め適正量のグリースを封入して提供することが可能となるので、エンドユーザによるグリース封入作業が不要となり、軸受の取扱性が向上する。また、グリース量の多少による軸受温度の上昇や潤滑不良等のトラブルを防止することができる。
この発明は、軸受自体にグリースポケットおよびラビリンスを設けることにより、潤滑性および密封性を維持しつつ、予め適正量のグリースを封入して提供することができ、かつ、周辺構造を簡素化できるので、取扱性に優れた転がり軸受を得ることができる。
また、このような軸受を電動機主軸支持用の軸受として使用することにより、メンテナンス周期を延伸した電動機主軸支持構造を得ることができる。
図４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。
図４に示す転がり軸受は、内輪２２ａおよび内輪２２ａの一方側端面に隣接する間座２２ｂを含む内輪部材２２と、内輪部材２２と軸方向幅が同一の外輪２３と、内輪２２ａおよび外輪２３の間に配置された転動体としての円筒ころ２４と、円筒ころ２４の間隔を保持する保持器２５と、内輪部材２２および外輪２３の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材としての密封シール２６とを備える円筒ころ軸受２１である。
また、内輪部材２２の内径ｄ１と、内輪部材２２の軸方向幅ｗ１とは、１．１＜ｗ１／ｄ１≦３．０の関係を有する。さらに、密封シール２６のコの字部分はグリースポケット２６ｃであり、グリースが充填されている。グリースとしては、例えば、リチウム系グリースやウレア系グリースが使用される。
上記構成の円筒ころ軸受２１は、内輪部材２２の内径ｄ１と内輪部材２２の軸方向幅ｗ１との寸法関係を、１．１＜ｗ１／ｄ１≦３．０とすることにより、十分な量のグリースを封入可能な軸受内部空間を確保することができる。また、グリースポケット２６ｃを有する密封シール２６とすることにより、軸受内部にグリースを封入することができる。その結果、周辺構造にグリースポケットを設ける必要がなくなるので、円筒ころ軸受２１の組み込みに必要な部品点数を削減することができる。さらに、内輪部材２２と外輪２３との軸方向幅を同一とすることにより、搬送時の梱包が容易となる。
また、内輪部材２２と密封部材２６とは、内輪部材２２の両端面でラビリンスを形成する。図４に示す円筒ころ軸受２１においては、一方側端面では、内輪２２ａと密封シール２６とでラビリンスを形成し、他方側端面では、間座２２ｂと密封シール２６とでラビリンスを形成している。
これにより、円筒ころ軸受２１の密封性が高まるので、グリースの漏洩および塵埃の侵入を有効に防止することができる。その結果、グリースの潤滑寿命が長くなるので、円筒ころ軸受２１のメンテナンス周期を延伸することが可能となる。また、内輪２２ａと密封シール２６とでラビリンスを形成することにより、一方側端面で間座２２ｂが不要となるので、さらに部品点数を削減することができる。
上記構成のように、グリースポケット２６ｃを有する密封シール２６を円筒ころ軸受２１内部に設けることにより、軸受周辺部材の形状を簡素化することができる。その結果、図５に示すように、円筒ころ軸受２１を組み込む軸箱２７の一方端部に位置決め用凸部２７ａを設けて、従来は軸受両端に必要であった蓋２８を片側のみに配置することとしてもよい。
さらに、円筒ころ軸受２１の絶縁性を確保するために、外輪２３の外径面に絶縁被膜２３ａが形成されている。絶縁被膜２３ａは、セラミックス等の絶縁物質を溶射することにより形成する。また、密封シール２６は、金属製の芯金２６ａをゴム等の絶縁物質２６ｂで覆っている。これにより、鉄道車両用電動機の主軸等を支持する軸受として使用しても、電食による軸受の損傷を防止することができる。
上記の各実施形態においては、外輪２３の外径面に絶縁被膜２３ａを有する円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、内輪２２ａおよび間座２２ｂの内径面に絶縁被膜を形成することとしてもよい。内輪部材２２の内径面は、外輪２３の外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁被膜を内輪部材２２の内径面に溶射することによって、溶射コストを削減することが可能となる。また、絶縁被膜が密封シール２６と外輪２３との接合部に干渉しなので、密封シール２６の固定方法を簡素なものとすることができる。
また、上記の各実施形態においては、密封シール２６は、金属製の芯金２６ａをゴムなどの絶縁性部材２６ｂで覆ったものを使用した例を示したが、樹脂製密封シールを用いることにより、より絶縁性に優れた円筒ころ軸受２１を得ることができる。
さらに、上記の円筒ころ軸受２１は、予め適正量のグリースを封入して提供することが可能となるので、エンドユーザによるグリース封入作業が不要となり、軸受の取扱性が向上する。また、グリース量の多少による軸受温度の上昇や潤滑不良等のトラブルを防止することができるので、軸と、軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備える電動機主軸支持構造に使用する転がり軸受として好適である。
上記の実施形態においては、円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、４点接触玉軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等、転動体がころであるか玉であるかを問わず、あらゆる転がり軸受に適用することができる。例えば、図６に示すような深溝玉軸受３１は、内輪３２ａの両端面に間座３２ｂを有し、転動体として玉３４を有し、その他の構成は円筒ころ軸受２１と同様である。
また、上記の各実施形態においては、単列の転がり軸受の例を示したが、これに限ることなく、転動体が、内輪および外輪の間に複列に配置された複列転がり軸受にも適用可能である。なお、図４および図６に示したような単列の転がり軸受においては、軸受の組立てを考慮して、一方側端面または両端面に間座を設けて、密封シールと間座との間にラビリンスを形成することとしている。一方、分割内輪を有する複列転がり軸受の場合には、内輪両端面と密封シールとの間でラビリンスを形成することにより、さらに部品点数を削減することが可能となる。
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、鉄道車両主電動機等に使用される転がり軸受に有利に利用される。
従来のオープンタイプの円筒ころ軸受およびその周辺構造を示す図である。 従来の密封タイプの円筒ころ軸受を示す図である。 図２に示す円筒ころ軸受を梱包した状態を示す図である。 この発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受を示す図である。 図４に示す円筒ころ軸受を軸箱に組み込んだ状態を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る深溝玉軸受を示す図である。
符号の説明
１，１１，２１ 円筒ころ軸受、２，１２，２２，３２ 内輪部材、２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ 内輪、２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ 間座、３，１３，２３，３３ 外輪、３ａ，２３ａ，３３ａ 絶縁被膜、４，１４，２４ 円筒ころ、３４ 玉、５，１５，２５，３５ 保持器、６，２８ 蓋、６ａ，２６ｃ，３６ｃ グリースポケット、１６，２６，３６ 密封シール、１６ａ，２６ａ，３６ａ 芯金、１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 絶縁性樹脂、７，２７ 軸箱、２７ａ 位置決め用凸部、１７ ずれ防止用リング。

Claims (6)

  1. 内輪および前記内輪に隣接する間座を含む内輪部材と、
    前記内輪部材と軸方向幅が同一の外輪と、
    前記内輪および前記外輪の間に配置された転動体と、
    前記内輪部材および前記外輪の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材とを備える、転がり軸受。
  2. 前記内輪部材と前記密封部材とは、ラビリンスを形成する、請求項１に記載の転がり軸受。
  3. 前記内輪部材の内径ｄと、前記内輪部材の軸方向幅ｗとは、
    １．１＜ｗ／ｄ≦３．０
    の関係を有する、請求項１または２に記載の転がり軸受。
  4. 前記外輪の外径面には、絶縁被膜が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
  5. 前記内輪部材の内径面には、絶縁被膜が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
  6. 軸と、
    前記軸を回転自在に支持する転がり軸受とを備える、電動機主軸支持構造において、
    前記転がり軸受は、内輪および前記内輪に隣接する間座を含む内輪部材と、前記内輪部材と軸方向幅が同一の外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された転動体と、前記内輪部材および前記外輪の両端部から突出しないように配置されたコの字型断面の密封部材とを備えることを特徴とする、電動機主軸支持構造。
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