JP2007078113A - ころ軸受、玉軸受、および軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 適切な量のグリースを封入可能な構造、および軸受内部空間容積を明確にすることにより、メンテナンス周期を延伸した転がり軸受を提供する。
【解決手段】 円筒ころ軸受４１は、内輪４２と、内輪４２と軸方向幅が同一であって、外径面および両端面に絶縁層４３ａが形成されている外輪４３と、内輪４２および外輪４３の間に配置された円筒ころ４４と、円筒ころ４４の間隔を保持する保持器４５と、内輪４２および外輪４３の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材としての密封シール４６とを備える。そして、ころ４４のころ長さＬ_３と、内輪４２および外輪４３の軸方向幅Ｗ_３とは、Ｌ_３／Ｗ_３≧０．４の関係を有し、円筒ころ軸受４１の軸受体積Ｖ_３と、円筒ころ軸受４１の内部空間容積Ｃ_３とは、０．２５≦Ｃ_３／Ｖ_３≦０．５５の関係を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、転がり軸受、特に、グリース潤滑において潤滑寿命の長寿命化が必要な転がり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６に示すような円筒ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２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とを備える。

また、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の外径面および両端面に絶縁層３ａが形成されている。絶縁層３ａは、セラミックス等の絶縁物質を溶射すること等により形成する。

鉄道車両主電動機は屋外で使用されるため、軸受周辺構造でグリースポケットを形成するオープンタイプの軸受では、塵埃の混入によるグリースの劣化が懸念される。そこで、図１に示すような円筒ころ軸受４１は、塵埃の混入によるグリースの劣化を防止し、メンテナンス周期を延伸するために密封式軸受とされる。

一方、図６に示したような従来の円筒ころ軸受１において、ころ４のころ長さＬ_１と、内輪２および外輪３の軸方向幅Ｗ_１とが、Ｌ_１／Ｗ_１≧０．４、すなわち軸方向幅Ｗ_１に対してころ長さＬ_１が占める割合が大きい軸受については、軸受体積Ｖ_１と、内部空間容積Ｃ_２とは、Ｃ_１／Ｖ_１≒０．２、ころ４のころ径Ａ_１と軸受厚み寸法Ｔ_１とは、０．２５≦Ａ_１／Ｔ_１≦０．５５の範囲内で設計されるのが一般的である。

なお、本明細書中「軸受体積」とは、軸受の内輪内径面と外輪外径面と内外輪の端面とで囲まれた部分の体積を指し、図６を例にとると、外輪３の外径寸法Ｄ_１と、内輪２の内径寸法ｄ_１と、軸方向幅Ｗ_１と、円周率πとを用いて以下の式で算出される。

また、本明細書中「内部空間容積」とは、内輪、外輪、および密封シールで囲まれた空間のうち、軸受回転時に転動体および保持器が通過しない静止空間の容積を指すものとする。

上記範囲内の円筒ころ軸受の場合、軸受内部空間容積Ｃ_１が小さいので、鉄道車両主電動機用軸受に必要な軸受寿命を確保するのに適切な量のグリースを封入することができないという問題がある。また、この問題は、図７に示すような玉軸受にも当てはまる。

なお、図７に示す玉軸受１１は、内輪１２と、絶縁層１３ａを有する外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置される玉１４と、玉１４の間隔を保持する保持器１５とを備える。そして、玉１４の直径Ａ_２と、内輪１２および外輪１３の軸方向幅Ｗ_２とが、Ａ_２／Ｗ_２≧０．４の場合、軸受体積Ｖ_２と、内部空間容積Ｃ_２とは、Ｃ_２／Ｖ_２≒０．３、玉１４の直径Ａ_２と軸受厚み寸法Ｔ_２とは、０．４≦Ａ_２／Ｔ_２≦０．６の範囲内で設計されるのが一般的である。

上記の問題を解決する手段として、内部空間容積に対するグリースの充填比率を引き上げることが考えられるが、この場合、軸受回転時、特に始動時においてグリースの攪拌抵抗が増大し、軸受の急激な温度上昇を招く恐れがあり、適切ではない。

そこで、密封式軸受において、軸受内部に適切な量のグリースを確保することができる円筒ころ軸受が、例えば、特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）や特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献２）に記載されている。

特開２００３−１３９７１号公報（特許文献１）に記載されている円筒ころ軸受２１は、図８に示すように、軸方向幅が長い内輪２２と、外輪２３と、内輪２２および外輪２３の間に配置された円筒ころ２４と、円筒ころ２４の間隔を保持する保持器２５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２６とを備える。密封シール２６は、芯金２６ａを絶縁性樹脂２６ｂで覆っている。また、外輪２３の外径面および両端面に絶縁層が形成されている。

また、特開２００４−３４６９７２号公報（特許文献）に記載されている円筒ころ軸受３１は、図９に示すように、内輪３２と、外輪３３と、内輪３２および外輪３３の間に配置された円筒ころ３４と、円筒ころ３４の間隔を保持する保持器３５と、内輪３２および外輪３３の両端面からコの字型に突出する密封シール３６とを備え、外輪３３の外径面および両端面が絶縁材料３７で覆われている。
特開２００３−１３９７１号公報 特開２００４−３４６９７２号公報

上記の各公報に記載された円筒ころ軸受２１，３１は、いずれも密封シール２６，３６を軸受端面から突出させて軸方向幅を広げることにより、軸受内部に封入可能なグリース量を増やしている。

しかし、密封シール２６，３６の突出量が少ない場合には、結局、適切な量のグリース量を封入することはできないし、密封シール２６，３６の突出量が大きすぎる場合には、軸受中心部から遠い位置に充填されているグリースは、軸受の潤滑に全く寄与しないところ、上記の各公報には、密封シール２６，３６の適切な突出量についての記載がない。

さらに、図８に示すような円筒ころ軸受２１は、内輪２２が特殊な形状となっているため、標準品を使用することができない。その結果、円筒ころ軸受２１の製造コストの増大が懸念される。

そこで、本発明の目的は、適切な量のグリースを封入可能な構造、および軸受内部空間容積を明確にすることにより、メンテナンス周期を延伸した転がり軸受を提供することである。

この発明に係るころ軸受は、内輪と、内輪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ころと、内輪および外輪の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材とを備える。そして、ころのころ長さＬと、内輪および外輪の軸方向幅Ｗとは、Ｌ／Ｗ≧０．４の関係を有し、ころ軸受の軸受体積Ｖと、ころ軸受の内部空間容積Ｃとは、０．２５≦Ｃ／Ｖ≦０．５５の関係を有する。

Ｌ／Ｗ≧０．４、すなわち軸受の軸方向幅に対してころ長さ占める割合が大きい軸受について、内部空間容積Ｃを上記の範囲に設定することにより、軸受内部に適切な量のグリースを封入することが可能となる。その結果、潤滑性能に優れ、メンテナンス周期を延伸したころ軸受を得ることができる。

上記の内部空間容積Ｃを確保するための手段として、例えば、ころのころ径Ａと、密封部材の内輪および外輪の端面からの突出量Ｂとは、０．１５≦Ｂ／Ａ≦１．０の関係を有する。

好ましくは、外輪の外径面および端面には、絶縁層が形成されている。これにより、鉄道車両主電動機等に使用する場合であっても、電食による軸受の破損を防止することができる。

好ましくは、内輪の内径面および端面には、絶縁層が形成されている。内輪内径面は、外輪外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁物質を内輪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、絶縁層が密封シールと軌道輪との接合部に干渉しないので、密封シールの固定方法を簡素なものとすることができる。

この発明に係る玉軸受は、内輪と、内輪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玉と、内輪および外輪の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材とを備える。そして、玉の直径Ａと、内輪および外輪の軸方向幅Ｗとは、Ａ／Ｗ≧０．４の関係を有し、玉軸受の軸受体積Ｖと、玉軸受の内部空間容積Ｃとは、０．３５≦Ｃ／Ｖ≦０．５５の関係を有する。

玉軸受についても、軸受の軸方向幅に対して転動体直径が占める割合が大きい軸受について、適切なグリース量を封入するために、内部空間容積Ｃを上記の範囲内とする必要がある。

さらに、上記の内部空間容積Ｃを確保するための手段として、例えば、玉の直径Ａと、密封部材の内輪および外輪の端面からの突出量Ｂとは、０．１≦Ｂ／Ａ≦０．６の関係を有する。

この発明に係る軸受構造は、軸受内輪および軸受外輪の両端部から略コの字型の断面形状で突出する密封部材と、密封部材に対面して配置される周辺部材とを備え、密封部材と、周辺部材とでラビリンス構造を形成する。上記構成とすることにより、外部からの塵埃の侵入を有効に防止することができる。その結果、密封性に優れた軸受構造を得ることができる。

好ましくは、密封部材は、周辺部材と対向する面に凹凸を有するとよい。また、好ましくは、周辺部材は、密封部材と対向する面に凹凸を有するとよい。さらには、凹凸は、例えば、円周溝とするのが好ましい。密封部材、または／および、周辺部材に円周溝等の凹凸を設けることにより、ラビリンス構造の密封効果を向上させることができる。

この発明は、適切な量のグリースを封入するために必要な軸受内部空間および略コの字型の密封シールの突出量を規定することにより、潤滑性能に優れ、メンテナンス周期を延伸した転がり軸受を得ることができる。また、密封シールと周辺部材とでラビリンス構造を形成することにより、さらに密封性の高い軸受構造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円筒ころ軸受４１を説明する。

円筒ころ軸受４１は、内輪４２と、内輪４２と軸方向幅が同一であって、外径面および両端面に絶縁層４３ａが形成されている外輪４３と、内輪４２および外輪４３の間に配置された転動体としての円筒ころ４４と、円筒ころ４４の間隔を保持する保持器４５と、内輪４２および外輪４３の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材としての密封シール４６とを備える。また、絶縁層４３ａ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し、軸受内部空間には、グリースが充填されている。

なお、本明細書中「略コの字型」とは、図１に示す密封シール４６のようなコの字型に留まらず、一部分が他の部分から突出するあらゆる形状を含むものとする。例えば、図２（ａ）〜（ｅ）に示すような壁面に凹凸を設けたものも含み、図２（ｆ）に示すような円弧形状も含むものとする。

上記構成の円筒ころ軸受４１において、ころ４４のころ長さＬ_３と、内輪４２および外輪４３の軸方向幅Ｗ_３とを、Ｌ_３／Ｗ_３≧０．４の範囲内に設定し、円筒ころ軸受４１の軸受体積Ｖ_３と、円筒ころ軸受４１の内部空間容積Ｃ_３とを、０．２５≦Ｃ_３／Ｖ_３≦０．５５の範囲内に設定する。

円筒ころ軸受４１の内部空間容積Ｃ_３を上記の範囲に設定することにより、軸受内部に適切な量のグリースを封入することが可能となる。その結果、潤滑性能に優れ、メンテナンス周期を延伸したころ軸受を得ることができる。

また、上記構成の円筒ころ軸受４１には、内輪４２に標準品を使用することができる。これにより、製品のコストアップを抑制することが可能となる。さらに、密封式軸受とすることにより、周辺部材によるラビリンス構造を簡素化することができるので、モータの小型化および軽量化が可能になる。

なお、Ｌ_３／Ｗ_３＜０．４、すなわち、軸受の軸方向幅Ｗ_３に対してころ４４のころ長さＬ_３が占める割合が小さい軸受については、既に適切な量のグリースを封入可能な内部空間容積を有していると考えられるので、本件発明の対象からは除外している。

また、内部空間容積Ｃ_３を上記範囲内に設定するためには、例えば、ころ４４のころ径Ａ_３と、密封シール４６の内輪４２および外輪４３の端面からの突出量Ｂ_３とを、０．１５≦Ｂ_３／Ａ_３≦１．０の範囲内に設定するとよい。

ここで、Ｂ_３／Ａ_３＜０．１５では、適切な内部空間容積Ｃ_３を確保することができない。一方、Ｂ_３／Ａ_３＞１．０では、軸受中心部から遠い位置に充填されているグリースは軸受の潤滑に寄与しないので、潤滑性能の向上の観点からは無意味である。

上記の実施形態においては、円筒ころ軸受４１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、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、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３に示すような、基本構成はころ軸受４１と同様で、内輪５２と、絶縁層５３ａを有する外輪５３と、転動体として玉５４と、保持器５５と、密封シール５６とを有する玉軸受５１の場合、適切な量のグリースを封入可能とするために、内部空間容積Ｃ_４を、軸受体積をＶ_４、玉５４の直径をＡ_４と、内輪５２および外輪５３の軸方向幅をＷ_４とすると、Ａ_４／Ｗ_４≧０．４の場合に０．３５≦Ｃ_４／Ｖ_４≦０．５５の範囲内に設定する。

さらに、内部空間容積Ｃ_４を上記の範囲内に設定する手段として、例えば、玉５４の直径Ａ_４と、密封シール５６の内輪５２および外輪５３の端面からの突出量Ｂ_４とを、０．１≦Ｂ／Ａ≦０．６の範囲内に設定するとよい。

上記の玉軸受５１において、各数値範囲の上限値、下限値の意義は図１に示す円筒ころ軸受４１の場合と同様であるが、具体的な値が異なるのは、転動体としてころ４４を使用するか、玉５４を使用するかの違いに起因する。

次に、図４を参照して、この発明の他の実施形態に係る軸受構造を説明する。

円筒ころ軸受６１は、軸方向幅が同一の内輪６２および外輪６３と、円筒ころ６４と、保持器６５と、断面形状が略コの字型の密封シール６６とを備える。また、外輪６３の外径面には絶縁層６３ａが形成されている。

さらに、外輪６３と当接する周辺部材６７および内輪６２と当接し、内輪６２と一体回転する周辺部材６８と、密封シール６６とによってラビリンス構造が形成されている。

上記構成とすることにより、ラビリンス構造によって、外部からの塵埃の侵入を効果的に阻止することができる。その結果、円筒ころ軸受４１内に封入されているグリースの劣化が抑制されるので、メンテナンス周期をさらに延伸することが可能となる。

さらに、密封シール６６と周辺部材６８とは、その互いに対向する面に凹凸６６ａ，６８ａが形成されている、例えば、図５（ａ）に示すように円周溝７１を形成する。これにより、ラビリンス構造の密封効果を向上させることができる。

なお、図４においては、円筒ころ軸受３１の左側にのみラビリンス構造を設けたが、右側にも設けることとしてもよい。また、凹凸６６ａ，６８ａは、密封シール６６と周辺部材６８との対向面にのみ設ける例を示したが、これに限ることなく、密封シール６６と周辺部材６７との対向面に設けることとしてもよい。さらには、周辺部材６７，６８は、それぞれ内輪６２および外輪６３と当接している部材である例を示したが、これに限ることなく、内輪６２および外輪６３と接触しない部材であってもよい。

さらに、凹凸６６ａ，６８ａは、図５（ａ）に示したような円周溝７１に限ることなく、図５（ｂ）に示すように、ディンプル穴７２を形成してもよく、図５（ｃ）に示すように、網目状のローレット溝７３を形成することによっても、ラビリンス構造の密封効果を向上することができる。

図５（ａ）および（ｃ）において、隣接する円周溝７１およびローレット溝７３は平行である必要はなく、任意の溝幅とすることができるものとする。また、図５（ｂ）において、ディンプル穴７２は、任意の形状で任意の大きさとすることができるものとする。

上記の実施形態においては、軸受構造に使用する軸受として円筒ころ軸受６１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、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、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。

また、上記の各実施形態においては、外輪の外径面および両端面に絶縁層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、内輪の内径面および両端面に絶縁層を形成することとしてもよい。内輪内径面は、外輪外径面と比較して溶射面積が小さいので、絶縁物質を内輪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、絶縁層が密封シールと軌道輪との接合部に干渉しないので、密封シールの固定方法を簡素なものとすることができる。

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。

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。 略コの字型に含まれる形状の一例を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る玉軸受を示す図である。 この発明の一実施形態に係る軸受構造を示す図である。 密封シールおよび周辺部材に形成する凹凸の形態を示す図である。 従来の標準的なころ軸受を示す図である。 従来の標準的な玉軸受を示す図である。 内輪の軸方向幅を外輪と比較して広くして、軸受内部空間を大きくしたころ軸受の一例を示す図である。 密封シールを内輪および外輪の端面から突出させて、軸受内部空間を大きくしたころ軸受の他の例を示す図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，６１ 円筒ころ軸受、１１，５１ 玉軸受、２，１２，２２，３２，４２，５２，６２ 内輪、３，１３，２３，３３，４３，５３，６３ 外輪、３ａ，１３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ 絶縁層、３７ 絶縁材料、４，２４，３４，４４，６４ 円筒ころ、１４，５４ 玉、５，１５，２５，３５，４５，５５，６５ 保持器、６，１６，２６，３６，４６，５６，６６ 密封シール、２６ａ 芯金、２６ｂ 絶縁性樹脂、６７，６８ 周辺部材、６６ａ，６８ａ 凹凸、７１ 円周溝、７２ ディンプル穴、７３ ローレット溝。

Claims (10)

1. 内輪と、
   前記内輪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ころと、
   前記内輪および前記外輪の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材とを備えるころ軸受であって、
   前記ころのころ長さＬと、前記内輪および前記外輪の軸方向幅Ｗとは、
   Ｌ／Ｗ≧０．４の関係を有し、
   前記ころ軸受の軸受体積Ｖと、前記ころ軸受の内部空間容積Ｃとは、
   ０．２５≦Ｃ／Ｖ≦０．５５の関係を有する、ころ軸受。
2. 前記ころのころ径Ａと、前記密封部材の前記内輪および前記外輪の端面からの突出量Ｂとは、
   ０．１５≦Ｂ／Ａ≦１．０の関係を有する、請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記外輪の外径面および端面には、絶縁層が形成されている、請求項１または２記載のころ軸受。
4. 前記内輪の内径面および端面には、絶縁層が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のころ軸受。
5. 内輪と、
   前記内輪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玉と、
   前記内輪および前記外輪の両端面から略コの字型の断面形状で突出する密封部材とを備える玉軸受であって、
   前記玉の直径Ａと、前記内輪および前記外輪の軸方向幅Ｗとは、
   Ａ／Ｗ≧０．４の関係を有し、
   前記玉軸受の軸受体積Ｖと、前記玉軸受の内部空間容積Ｃとは、
   ０．３５≦Ｃ／Ｖ≦０．５５の関係を有する、玉軸受。
6. 前記玉の直径Ａと、前記密封部材の前記内輪および前記外輪の端面からの突出量Ｂとは、
   ０．１≦Ｂ／Ａ≦０．６の関係を有する、請求項５に記載の玉軸受。
7. 軸受内輪および軸受外輪の両端部から略コの字型の断面形状で突出する密封部材と、
   前記密封部材に対面して配置される周辺部材とを備え、
   前記密封部材と、前記周辺部材とでラビリンス構造を形成する、軸受構造。
8. 前記密封部材は、前記周辺部材と対向する面に凹凸を有する、請求項７に記載の軸受構造。
9. 前記周辺部材は、前記密封部材と対向する面に凹凸を有する、請求項７または８に記載の軸受構造。
10. 前記凹凸は、円周溝である、請求項８または９に記載の軸受構造。

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