JP2007107554A

JP2007107554A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2007107554A
Application number: JP2005296262A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Sone; 克典曽根; Ryutaro Oka; 竜太郎岡
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

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、外径面および端面に絶縁層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の両端部に端面から突出しない密封部材としての密封シール４６とを備える。そして、ころ軸受の軸受体積Ｖ_３と、ころ軸受の内部空間容積Ｃ_３とは、０．２４≦Ｃ_３／Ｖ_３≦０．３０の範囲内に設定する。
【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５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５に示したような従来の円筒ころ軸受１において、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、０．４≦Ａ_１／Ｔ_１≦０．６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５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６に示すような玉軸受にも当てはまる。

なお、図６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、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７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８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７，８に示すような円筒ころ軸受２１，３１は、密封シール２６，３６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２１，３１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。

この発明に係る転がり軸受は、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、内輪および外輪の端面から突出しない密封部材とを備える。そして、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、０．２４≦Ｃ／Ｖ≦０．３０の関係を有する。

また、この発明の他の局面に係る転がり軸受は、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、内輪および外輪の端面から突出しない密封部材とを備える。そして、玉軸受の軸受体積Ｖと、玉軸受の内部空間容積Ｃとは、０．３２≦Ｃ／Ｖ≦０．４０の関係を有する。

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転がり軸受を得ることができる。また、内外輪の端面から突出しない密封部材には標準品を使用可能であるので、製品コストの上昇を抑えることができる。

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。

好ましくは、外輪は、その中央部に厚肉部と、その外縁部に内径面の肉厚を減じた薄肉部とを有する。これにより、さらに軸受内部空間が大きくなるので、より多くのグリースを封入することが可能となる。また、同量のグリースを封入する場合には、上記の転がり軸受と比較して、軸方向幅を削減することができるので、コンパクトな転がり軸受を得ることができる。

薄肉部は、例えば、肉厚の等しい円筒部である。または、薄肉部は、例えば、外輪の端面に向かって広がる円錐部である。上記のいずれの形状であっても、軸受内部空間を大きくすることが可能となる。また、外縁部を円錐形状とすることにより、外縁部のグリースが移動しやすくなるので、転がり軸受の潤滑性がさらに向上する。

この発明は、標準の密封シールを用いて十分な量のグリースを封入できる軸受内部空間を確保することができるので、潤滑性および絶縁性に優れた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の両端部に端面から突出しない密封部材としての密封シール４６とを備える。また、絶縁層は、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。

さらに、ころ軸受の軸受体積Ｖ_３と、ころ軸受の内部空間容積Ｃ_３とは、０．２４≦Ｃ_３／Ｖ_３≦０．３０の範囲内に設定する。図１に示す実施形態では、内輪４２および外輪４３の軸方向幅を拡張することにより、上記範囲内の内部空間容積Ｃ_３を得ている。

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。

なお、Ｃ_３／Ｖ_３＜０．２４では、適切な量のグリースを封入するのに十分な内部空間容積Ｃ_３を確保することができない。一方、Ｃ_３／Ｖ_３＞０．３０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。

また、内輪４２と外輪４３との軸方向幅を同一とすることにより、密封シール４６に内輪４２および外輪４３の端面から突出しない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と共に、軸受取り扱い時に密封シール４６に加わる衝撃等を抑制することができる。

次に、図２を参照して、この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受５１を説明する。

円筒ころ軸受５１は、軸方向幅が同一の内輪５２および外輪５３と、円筒ころ５４と、保持器５５と、密封シール５６とを備える。また、上記実施形態と同様に、外輪５３の外径面および両端面には絶縁層が形成されており、密封シール５６には標準品が使用されており、ころ軸受の軸受体積Ｖ_４と、ころ軸受の内部空間容積Ｃ_４とは、０．２４≦Ｃ_４／Ｖ_４≦０．３０の範囲内に設定されている。

この円筒ころ軸受５１は、内部空間容積Ｃ_４を上記範囲内に設定するために、外輪３２の中央部に厚肉部５３ａと、両外縁部に外輪５３の内径面の肉厚を減じて薄肉部５３ｂとを有する。また、薄肉部５３ｂは、肉厚の等しい円筒部である。

上記構成とすることにより、図１に示したような円筒ころ軸受４１と比較して、さらに軸受内部空間を大きくすることが可能となる。また、図１に示したような円筒ころ軸受４１と同量のグリースを封入する場合には、軸方向幅を小さくすることができるので、コンパクトな円筒ころ軸受５１を得ることができる。

次に、図３を参照して、この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受６１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、密封シール６６とを備える。また、上記実施形態と同様に、外輪６３の外径面および両端面には絶縁層が形成されており、密封シール６６には標準品が使用されており、ころ軸受の軸受体積Ｖ_５と、ころ軸受の内部空間容積Ｃ_５とは、０．２４≦Ｃ_５／Ｖ_５≦０．３０の範囲内に設定されている。

この円筒ころ軸受６１は、内部空間容積Ｃ_５を上記範囲内に設定するために、外輪６３の中央部に厚肉部６３ａと、その両外縁部に外輪６３の内径面の肉厚を減じて薄肉部６３ｂとを有する。また、薄肉部６３ｂは、外輪６３の端面に向かって広がる円錐部である。

上記構成とすることにより、図２に示したような円筒ころ軸受５１と同様の効果を得られることに加えて、図２に示したような円筒ころ軸受５１と比較して、外縁部に充填されたグリースが軸受中心部に移動しやすくなるので、円筒ころ軸受６１の潤滑性能が向上する。

上記の各実施形態においては、外輪の外径面および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。

また、上記の各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、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４に示すように、内輪７２と、絶縁層を有する外輪７３と、転動体として玉７４と、保持器７５と、密封シール７６とを有する玉軸受７１の場合、適切な量のグリースを封入可能とするために、内部空間容積をＣ_５、軸受体積をＶ_５とすると、０．３２≦Ｃ_５／Ｖ_５≦０．４０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は、図１に示すように内輪７２および外輪７３の軸方向幅を拡張してもよいし、図２および図３に示すように外輪７３に薄肉部を設けてもよい。

上記の玉軸受７１において、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７４を使用するかの違いに起因する。

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。この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受を示す図である。この発明の他の実施形態に係る円筒ころ軸受を示す図である。この発明の他の実施形態に係る玉軸受を示す図である。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

１，２１，３１，４１,５１，６１円筒ころ軸受、１１，７１玉軸受、２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２内輪、３，１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３外輪、４３ａ，５３ａ厚肉部、４３ｂ、４３ｂ薄肉部、４，２４，３４，４４，５４，６４円筒ころ、１４，７４玉、５，１５，２５，３５，４５，５５，６５保持器、２６，３６，４６，５６，６６，７６密封シール。

Claims

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端面から突出しない密封部材とを備えるころ軸受であって、
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、
０．２４≦Ｃ／Ｖ≦０．３０の関係を有する、転がり軸受。
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端面から突出しない密封部材とを備える玉軸受であって、
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、
０．３２≦Ｃ／Ｖ≦０．４０の関係を有する、転がり軸受。
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に記載の転がり軸受。
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転がり軸受。
前記外輪は、その中央部に厚肉部と、その外縁部に内径面の肉厚を減じた薄肉部とを有する、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
前記薄肉部は、肉厚の等しい円筒部である、請求項５に記載の転がり軸受。
前記薄肉部は、前記外輪の端面に向かって広がる円錐部である、請求項５に記載の転がり軸受。